JP2000269576A - 固体レーザ装置 - Google Patents

固体レーザ装置

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JP2000269576A
JP2000269576A JP7349399A JP7349399A JP2000269576A JP 2000269576 A JP2000269576 A JP 2000269576A JP 7349399 A JP7349399 A JP 7349399A JP 7349399 A JP7349399 A JP 7349399A JP 2000269576 A JP2000269576 A JP 2000269576A
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laser
solid
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state laser
semiconductor lasers
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JP7349399A
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Yasuhiro Akiyama
靖裕 秋山
Shinji Okuma
慎治 大熊
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、レーザロッドの励起分布を均一に調
整できて、対称な強度分布のレーザ光を安定して取り足
すことができる。 【解決手段】各半導体レーザ2〜7から出力される励起
光をレーザロッド1に照射したときのレーザロッド1の
励起分布をモニタ用ミラー28からモニタ光学系29を
通してモニタ用CCDカメラ30によりモニタし、この
モニタされたレーザロッド1の励起分布に基づいて出力
・波長制御回路31によって各半導体レーザ2〜7のそ
れぞれに並列接続された各可変抵抗22〜27を調整
し、各半導体レーザ2〜7個々の出力や波長を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体レーザ媒質を
光励起してレーザ光を発生する固体レーザ装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に半導体レーザ励起固体レーザ装置
は、固体レーザ媒質としてのレーザロッドを有し、この
レーザロッドを光励起することによりレーザ光を発生す
るもので、このレーザロッドを光共振器内に配置するこ
とによりレーザロッドから発生した光を光共振器によっ
て増幅し、発振出力するものとなっている。
【0003】このような固体レーザ装置においてレーザ
ロッドを光励起する励起光源としては、例えばアークラ
ンプ、フラッシュランプ或いは半導体レーザ(LD)が
知られており、最近では、レーザロッドに吸収される所
定の波長の励起光を出力することのできる半導体レーザ
が用いられることが多くなっている。この半導体レーザ
を用いることによりレーザロッドの光励起を効率よく行
うことが可能となっている。
【0004】ところが、半導体レーザの波長は、半導体
レーザの出力及び半導体レーザに対する冷却温度によっ
て著しく変化することから半導体レーザに対する出力制
御及び温度制御が必要となる。
【0005】そこで、半導体レーザの出力制御について
は、例えば特開平8−321651号公報に記載されて
いるように半導体レーザの出力を制御するために個々の
半導体レーザを駆動するトランジスタをCPUによって
制御するものがある。
【0006】又、半導体レーザの温度制御については、
例えば特開平8−204263号公報に記載されている
ように冷却手段として空冷ファンを使用して半導体レー
ザの温度が一定になるように制御し、固体レーザ装置の
出力の安定化を図るものがある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、個々の
半導体レーザを独立に制御するためには、個々の半導体
レーザそれぞれに対して電源から配線を行う必要が生
じ、特に多数の半導体レーザを使用する場合には、多数
の電源及び配線が必要となり、装置全体が大型化すると
いう欠点がある。
【0008】例えば、図6は複数の半導体レーザに対す
る電源系統の構成の一例を示しており、レーザロッド1
の外周側には、複数の半導体レーザ2〜7がレーザロッ
ド1の直径方向に円周上に配置されるとともに、さらに
この円周上に配置したものを1組としてレーザロッドの
長手方向に複数組配置されている。そして、これら半導
体レーザ2〜7の1個1個には、それぞれ各直流定電流
電源8〜13が接続されている。このような電源系統で
は、多数の直流定電流電源8〜13及びその配線が必要
となり、装置全体が大型化するという欠点がある。
【0009】電源の数を少なくするために例えば図7に
示すような電源系統がある。この電源系統は、各半導体
レーザ2〜7のうち2つの半導体レーザ2と5、3と
6、4と7それぞれ毎に1つの直流定電流電源14、1
5、16を接続した構成となっている。しかしながら、
このような構成でも各半導体レーザ2〜7個々の制御が
できないばかりか3つの直流定電流電源14、15、1
6が必要となって図6に示す装置同様に装置全体が大型
化するという欠点がある。
【0010】そこで、図8に示すように各半導体レーザ
2〜7を直列に直流定電流電源17に接続した電源系統
がある。このような構成であれば、1つの直流定電流電
源17を用いるのみで装置全体の小型化が図れるが、各
半導体レーザ2〜7から出力されるレーザ光の光量にば
らつきがあると、各半導体レーザ2〜7個々の制御がで
きないので、レーザロッド1の励起分布が不均一となっ
てしまい、対称な形状のレーザ光を安定して取り足すこ
とができず、これを改善しようと各半導体レーザ2〜7
の出力を制御しようとしても困難な構成となっている。
【0011】そして、さらに特開平8−321651号
公報の技術では、レーザロッドの光励起むらの問題につ
いて言及しておらず熱にあまり強くないトランジスタ素
子を用いている。
【0012】そこで本発明は、レーザロッドの励起分布
を均一に調整できて、対称な形状のレーザ光を安定して
取り足すことができる固体レーザ装置を提供することを
目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明
は、複数の半導体レーザから出力される励起光を固体レ
ーザ媒質に照射することにより固体レーザ媒質を励起し
てレーザ光を発生する固体レーザ装置において、複数の
半導体レーザ個々の少なくとも出力を制御する出力制御
手段を備えた固体レーザ装置である。
【0014】請求項2記載の本発明は、請求項1記載の
固体レーザ装置において、出力制御手段は、固体レーザ
媒質の励起分布をモニタするモニタ手段と、このモニタ
手段によりモニタされた固体レーザ媒質の励起分布に基
づいて複数の半導体レーザ個々の少なくとも出力を制御
する出力制御手段と、を有するものである。
【0015】請求項3記載の本発明は、請求項1記載の
固体レーザ装置において、出力制御手段は、固体レーザ
媒質の励起分布をモニタするモニタ手段と、複数の半導
体レーザに対してそれぞれに並列接続された複数の可変
抵抗と、モニタ手段によりモニタされた固体レーザ媒質
の励起分布に基づいて複数の可変抵抗を調整し、複数の
半導体レーザ個々の少なくとも出力を制御する出力制御
回路と、を有するものである。
【0016】請求項4記載の本発明は、請求項1、2又
は3記載の固体レーザ装置において、複数の半導体レー
ザは、直列接続されている。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。
【0018】図1は固体レーザ装置の全体構成図であ
る。
【0019】レーザロッド1の長手方向側(光軸方向
側)には、それぞれ全反射鏡20と出力鏡21とが配置
されてレーザ共振器が形成されている。このレーザロッ
ド1の外周側には、上記同様に複数の半導体レーザ2〜
7がレーザロッド1の直径方向に円周上に配置されると
ともに、さらにこの円周上に配置したものを1組として
レーザロッド1の長手方向に複数組配置されている。
【0020】これら半導体レーザ2〜7には、これら半
導体レーザ2〜7について個々の出力や波長を制御する
ための出力制御手段を構成するための各可変抵抗22〜
27が各半導体レーザ2〜7に対してそれぞれ並列接続
されている。
【0021】そして、これら半導体レーザ2〜7には、
半導体レーザ電源(直流定電流電源)17が接続されて
いる。
【0022】一方、レーザ共振器から発振されるレーザ
光Qの光路上には、レーザロッド1の励起分布をモニタ
するモニタ手段を構成するためのモニタ用ミラー28が
配置され、このモニタ用ミラー28の反射光路上にモニ
タ光学系29を介してモニタ用CCDカメラ30が設け
られている。
【0023】このモニタ用CCDカメラ30は、レーザ
ロッド1の励起分布をモニタするもので、このモニタの
際すなわち半導体レーザ2〜7について個々の出力及び
波長を調整するためのに各可変抵抗22〜27を設定す
る際には、図2に示すようにレーザ共振器を形成する全
反射鏡20及び出力鏡21が取り外されるものとなって
いる。
【0024】出力・波長制御回路31は、モニタ用CC
Dカメラ30によりモニタされたレーザロッド1の励起
分布に基づいて各可変抵抗22〜27をそれぞれ個別に
調整し、各半導体レーザ2〜7について個々の出力及び
波長をフィードバック制御する機能を有している。
【0025】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。
【0026】各半導体レーザ2〜7の出力及び波長を調
整するために各可変抵抗22〜27の抵抗値を設定する
際には、図2に示すようにレーザ共振器を形成する全反
射鏡20及び出力鏡21が取り外される。
【0027】この状態に半導体レーザ電源17から各半
導体レーザ2〜7に電力が供給され、これら半導体レー
ザ2〜7からそれぞれ励起光が出力されてレーザロッド
1に照射される。これにより、レーザロッド1は、励起
されて発光する。
【0028】このレーザロッド1で発光された光は、モ
ニタ用ミラー28で反射し、モニタ光学系29でモニタ
用CCDカメラ30に結像する。このモニタ用CCDカ
メラ30は、レーザロッド1からの光を撮像し、レーザ
ロッド1の励起分布の画像データを出力・波長制御回路
31に送る。
【0029】この出力・波長制御回路31は、モニタ用
CCDカメラ30によりモニタされたレーザロッド1の
励起分布に基づいてこのレーザロッド1の励起分布が均
一となるように各可変抵抗22〜27に対してそれぞれ
各制御信号を送出する。これにより、各半導体レーザ2
〜7について個々の出力や波長がフィードバック制御さ
れ、レーザロッド1の励起分布が均一となる。
【0030】これら半導体レーザ2〜7について個々の
出力や波長の制御の後、レーザロッド1の光軸上にレー
ザ共振器を形成する全反射鏡20及び出力鏡21が取り
付けられる。
【0031】ここで、半導体レーザ2〜7の特性につい
て説明する。
【0032】図3は半導体レーザ動作電流に対する出力
の関係を示しており、半導体レーザ2〜7はしきい値を
超えるとほぼ線形に出力が増加する特性を有している。
【0033】又、図4は半導体レーザ電流に対する半導
体レーザ波長との典型的な関係を示している。半導体レ
ーザ波長は、半導体レーザパッケージ温度が10℃上昇
すると約3nm長くなる。すなわち、半導体レーザに流
れる電流値が大きくなると、半導体レーザパッケージ温
度も高くなるので、半導体レーザ波長も長くなる傾向を
有している。よって、少なくとも電流値の制御で波長の
制御も可能となる。
【0034】一方、レーザロッド1の半導体レーザ波長
に対する吸収係数は、波長によって著しく異なる性質を
持っている。図5はレーザロッド1としてNd:YAG
結晶の場合の吸収係数を示す。
【0035】以上のような特性を有する半導体レーザ2
〜7として、例えば市販の半導体レーザには、出力や波
長にばらつきがあり、同一電流、同一冷却温度では、レ
ーザロッド1に均一で対称な励起分布を得ることは難し
い。
【0036】このような実情から上記の如くレーザロッ
ド1の励起分布に基づいてこのレーザロッド1の励起分
布が均一となるように各可変抵抗22〜27を設定し、
各半導体レーザ2〜7個々の出力や波長をフィードバッ
ク制御する必要がある。
【0037】具体的な数値をもって説明すると、各半導
体レーザ2〜7に対して並列に可変抵抗22〜27を接
続して各半導体レーザ2〜7に流れる電流値を制御する
方式なので、各半導体レーザ2〜7の抵抗値は、連続出
力20Wの素子の場合、高々0.02Ωであり、定格動
作電流は30A程度である。各可変抵抗22〜27によ
り投入電流3Aの制御を行う場合、これら可変抵抗22
〜27の値は0.2Ωとすればよい。又、このとき各可
変抵抗22〜27での消費電力は、高々1.8Wであ
り、市販の可変抵抗で十分に対応することが可能であ
る。
【0038】このように上記一実施の形態においては、
各半導体レーザ2〜7から出力される励起光をレーザロ
ッド1に照射したときのレーザロッド1の励起分布をモ
ニタし、このモニタされたレーザロッド1の励起分布に
基づいて各半導体レーザ2〜7個々の出力や波長を制御
するので、多くの電源やその配線が不必要となり、装置
全体も大型化することなく、レーザロッド1の励起分布
を均一に調整でき、対称な形状のレーザ光を安定して取
り出すことができる。
【0039】なお、本発明は、上記一実施の形態に限定
されるものでなく次の通り変形してもよい。
【0040】例えば、レーザロッド1の励起分布をモニ
タする手段は、レーザ共振器を構成する全反射鏡20と
出力鏡21との間にモニタ用ミラー28を挿入してモニ
タするようにしてもよい。
【0041】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、レ
ーザロッドの励起分布を均一に調整できて、対称な強度
分布をもったレーザ光を安定して取り足すことができる
固体レーザ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる固体レーザ装置の一実施の形態
を示す全体構成図。
【図2】同装置における半導体レーザの出力及び波長の
調整時の構成を示す図。
【図3】半導体レーザ動作電流に対する出力の関係を示
す図。
【図4】半導体レーザ電流に対する半導体レーザ波長と
の典型的な関係を示す図。
【図5】レーザロッドとしてNd:YAG結晶の場合の
吸収係数を示す図。
【図6】従来における固体レーザ装置に用いる電源系統
の構成図。
【図7】従来における固体レーザ装置に用いる電源系統
の他の構成図。
【図8】従来における固体レーザ装置に用いる電源系統
の他の構成図。
【符号の説明】
1:レーザロッド、 2〜7:半導体レーザ、 20:全反射鏡、 21:出力鏡、 22〜27:可変抵抗、 28:モニタ用ミラー、 29:モニタ光学系、 30:モニタ用CCDカメラ、 31:出力・波長制御回路。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の半導体レーザから出力される励起
    光を固体レーザ媒質に照射することにより前記固体レー
    ザ媒質を励起してレーザ光を発生する固体レーザ装置に
    おいて、 複数の前記半導体レーザ個々の少なくとも出力を制御す
    る出力制御手段、を具備したことを特徴とする固体レー
    ザ装置。
  2. 【請求項2】 前記出力制御手段は、前記固体レーザ媒
    質の励起分布をモニタするモニタ手段と、 このモニタ手段によりモニタされた前記固体レーザ媒質
    の励起分布に基づいて複数の前記半導体レーザ個々の少
    なくとも出力を制御する出力制御手段と、を有すること
    を特徴とする請求項1記載の固体レーザ装置。
  3. 【請求項3】 前記出力制御手段は、前記固体レーザ媒
    質の励起分布をモニタするモニタ手段と、 複数の前記半導体レーザに対してそれぞれに並列接続さ
    れた複数の可変抵抗と、 前記モニタ手段によりモニタされた前記固体レーザ媒質
    の励起分布に基づいて複数の前記可変抵抗を調整し、複
    数の前記半導体レーザ個々の少なくとも出力を制御する
    出力制御回路と、を有することを特徴とする請求項1記
    載の固体レーザ装置。
  4. 【請求項4】 複数の前記半導体レーザは、直列接続さ
    れたことを特徴とする請求項1、2又は3記載の固体レ
    ーザ装置。
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