JP2002176214A - パルス固体レーザ装置およびその励起方法 - Google Patents
パルス固体レーザ装置およびその励起方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 固体レーザ媒質を励起光により励起してパル
ス状のレーザ発振出力を得るパルス固体レーザ装置にお
いて、発振効率を高め、電源や冷却装置の小型化を可能
にし、ビーム品質を高める。 【解決手段】 固体レーザ媒質（１０）をパルス励起光
（２４Ａ）と連続励起光（３８）とを用いて励起し、パ
ルス励起光（２４Ａ）と連続励起光（３８）の合計エネ
ルギー密度が固体レーザ媒質（１０）の発振閾値
（Ｅth）を越えることによりパルス状のレーザ発振出力
を得る。
ス状のレーザ発振出力を得るパルス固体レーザ装置にお
いて、発振効率を高め、電源や冷却装置の小型化を可能
にし、ビーム品質を高める。 【解決手段】 固体レーザ媒質（１０）をパルス励起光
（２４Ａ）と連続励起光（３８）とを用いて励起し、パ
ルス励起光（２４Ａ）と連続励起光（３８）の合計エネ
ルギー密度が固体レーザ媒質（１０）の発振閾値
（Ｅth）を越えることによりパルス状のレーザ発振出力
を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、パルス状のレー
ザ発振出力を得るための固体レーザ装置と、この装置の
励起方法とに関するものである。
ザ発振出力を得るための固体レーザ装置と、この装置の
励起方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体はガスに比べて単位容積内に占める
分子の数が比較にならないほど多いから、この固体にレ
ーザ動作をさせるとガスレーザに比べて途方もなく大き
な出力が得られる。このため固体をレーザ媒質とする固
体レーザが注目されている。固体レーザ媒質としてはＮ
ｄ：ＹＡＧ結晶がよく知られている。この結晶はＹＡＧ
(yttrium aluminum garnet: Ｙ3Ａｌ5Ｏ12)の結晶に活
性イオンとしてＮｄ（ネオジム）のイオンＮｄ3+をドー
プした固体である。
分子の数が比較にならないほど多いから、この固体にレ
ーザ動作をさせるとガスレーザに比べて途方もなく大き
な出力が得られる。このため固体をレーザ媒質とする固
体レーザが注目されている。固体レーザ媒質としてはＮ
ｄ：ＹＡＧ結晶がよく知られている。この結晶はＹＡＧ
(yttrium aluminum garnet: Ｙ3Ａｌ5Ｏ12)の結晶に活
性イオンとしてＮｄ（ネオジム）のイオンＮｄ3+をドー
プした固体である。
【０００３】このような固体レーザは励起光源としてＫ
ｒ（クリプトン）アークランプやＸｅ（キセノン）フラ
ッシュランプなどの放電管を使うものが一般的であり、
この場合励起ランプの点灯形態の違いにより、ＣＷ(con
tinuous wave,連続波)励起レーザと、パルス励起レーザ
とに大別される。
ｒ（クリプトン）アークランプやＸｅ（キセノン）フラ
ッシュランプなどの放電管を使うものが一般的であり、
この場合励起ランプの点灯形態の違いにより、ＣＷ(con
tinuous wave,連続波)励起レーザと、パルス励起レーザ
とに大別される。
【０００４】図４は従来の固体レーザ装置の構成を示す
図、図５はその励起光およびパルス状のレーザ発振出力
の波形を示す図である。図４において符号１０はＮｄ：
ＹＡＧなどの固体レーザ媒質（ＹＡＧロッド）であり、
断面円形のロッド状である。この固体レーザ媒質１０の
両端面には全反射鏡１２および出力鏡１４が対向してい
る。出力鏡１４の光反射率は全反射鏡１２より僅かに小
さい。
図、図５はその励起光およびパルス状のレーザ発振出力
の波形を示す図である。図４において符号１０はＮｄ：
ＹＡＧなどの固体レーザ媒質（ＹＡＧロッド）であり、
断面円形のロッド状である。この固体レーザ媒質１０の
両端面には全反射鏡１２および出力鏡１４が対向してい
る。出力鏡１４の光反射率は全反射鏡１２より僅かに小
さい。
【０００５】１６はパルス励起機構であり、フラッシュ
ランプ１８と、パルス電源回路２０と、パルス電源制御
回路２２とを有する。フラッシュランプ１８はＸｅフラ
ッシュランプなどの放電管であり、周期的に強い放電を
行ってパルス励起光２４を出力する。このパルス励起光
２４は固体レーザ媒質１０に入射され、この中に含まれ
た動作物質（Ｎｄイオン）を光ポンピングする。光ポン
ピングにより動作物質のエネルギー順位間に反転分布状
態を創り出し、両端の全反射鏡１２および出力鏡１４と
の条件が満たされるとレーザ発振が起こり、レーザビー
ムすなわちパルス状レーザ発振出力２６が出力される。
ランプ１８と、パルス電源回路２０と、パルス電源制御
回路２２とを有する。フラッシュランプ１８はＸｅフラ
ッシュランプなどの放電管であり、周期的に強い放電を
行ってパルス励起光２４を出力する。このパルス励起光
２４は固体レーザ媒質１０に入射され、この中に含まれ
た動作物質（Ｎｄイオン）を光ポンピングする。光ポン
ピングにより動作物質のエネルギー順位間に反転分布状
態を創り出し、両端の全反射鏡１２および出力鏡１４と
の条件が満たされるとレーザ発振が起こり、レーザビー
ムすなわちパルス状レーザ発振出力２６が出力される。
【０００６】ここにフラッシュランプ１８のパルス励起
光２４の出力レベル（エネルギー密度）Ｅは、図５
（Ａ）に示すように固体レーザ媒質１０の発振閾値（し
きい値）Ｅthよりも十分に大きい。発振閾値Ｅthは、光
が反射鏡１２，１４間を往復する間にレーザ増幅作用で
累積されたエネルギーが、固体レーザ媒質１０の吸収な
ど共振器内の損失を越えるための条件を意味する。すな
わちレーザ増幅作用の利得と損失のつりあいが発振の閾
値となる。
光２４の出力レベル（エネルギー密度）Ｅは、図５
（Ａ）に示すように固体レーザ媒質１０の発振閾値（し
きい値）Ｅthよりも十分に大きい。発振閾値Ｅthは、光
が反射鏡１２，１４間を往復する間にレーザ増幅作用で
累積されたエネルギーが、固体レーザ媒質１０の吸収な
ど共振器内の損失を越えるための条件を意味する。すな
わちレーザ増幅作用の利得と損失のつりあいが発振の閾
値となる。
【０００７】パルス励起光２４の入射により固体レーザ
媒質１０が発振すると、出力鏡１４からはその光の透過
率（１００−反射率）に従ってレーザビーム２６が射出
されるものである。
媒質１０が発振すると、出力鏡１４からはその光の透過
率（１００−反射率）に従ってレーザビーム２６が射出
されるものである。
【０００８】しかしＸｅフラッシュランプなどの放電管
すなわちフラッシュランプ１８は、発光スペクトルが広
く、固体レーザ媒質に吸収される特定の波長以外の光は
ほとんどが熱となるため、発振効率が低く、大型の電源
や水冷冷却器が必要になる。また固体レーザ媒質の熱ひ
ずみが大きくなりビーム品質も低下する。このためパル
ス励起レーザとして使用することが多い。
すなわちフラッシュランプ１８は、発光スペクトルが広
く、固体レーザ媒質に吸収される特定の波長以外の光は
ほとんどが熱となるため、発振効率が低く、大型の電源
や水冷冷却器が必要になる。また固体レーザ媒質の熱ひ
ずみが大きくなりビーム品質も低下する。このためパル
ス励起レーザとして使用することが多い。
【０００９】パルス励起レーザは、フラッシュランプを
パルス点灯させて、ランプに流れる放電電流の大きさと
時間幅を制御することにより得るものである。このよう
な発振形態はノーマルパルス発振といわれるが、これに
Ｑスイッチ素子を組合せてピーク出力が極めて大きく急
峻な短パルス（ジャイアントパルス）を得ることも公知
である。
パルス点灯させて、ランプに流れる放電電流の大きさと
時間幅を制御することにより得るものである。このよう
な発振形態はノーマルパルス発振といわれるが、これに
Ｑスイッチ素子を組合せてピーク出力が極めて大きく急
峻な短パルス（ジャイアントパルス）を得ることも公知
である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このように放電管を光
源とする励起光は発光スペクトルが広いために発振効率
が低く電源が大型化する。また固体レーザ媒質に吸収さ
れない波長の光が熱になり発熱量が増えるため冷却装置
が大型化するばかりでなく固体レーザ媒質の熱ひずみが
大きくなり、ビーム品質の低下を招く、などの問題があ
った。
源とする励起光は発光スペクトルが広いために発振効率
が低く電源が大型化する。また固体レーザ媒質に吸収さ
れない波長の光が熱になり発熱量が増えるため冷却装置
が大型化するばかりでなく固体レーザ媒質の熱ひずみが
大きくなり、ビーム品質の低下を招く、などの問題があ
った。
【００１１】
【発明の目的】この発明はこのような事情に鑑みなされ
たものであり、発振効率を高め、電源や冷却装置の小型
化が可能であり、ビーム品質を高めることが可能になる
パルス固体レーザ装置の励起方法を提供することを第１
の目的とする。またこの方法の実施に直接使用するパル
ス固体レーザ装置を提供することを第２の目的とする。
たものであり、発振効率を高め、電源や冷却装置の小型
化が可能であり、ビーム品質を高めることが可能になる
パルス固体レーザ装置の励起方法を提供することを第１
の目的とする。またこの方法の実施に直接使用するパル
ス固体レーザ装置を提供することを第２の目的とする。
【００１２】
【発明の構成】この発明によれば第１の目的は、固体レ
ーザ媒質を励起光により励起してパルス状のレーザ発振
出力を得るパルス固体レーザ装置の励起方法において、
固体レーザ媒質をパルス励起光と連続励起光とを用いて
励起し、前記パルス励起光による励起にほぼ同期したパ
ルス状のレーザ発振出力を得ることを特徴とするパルス
固体レーザ装置の励起方法、により達成される。
ーザ媒質を励起光により励起してパルス状のレーザ発振
出力を得るパルス固体レーザ装置の励起方法において、
固体レーザ媒質をパルス励起光と連続励起光とを用いて
励起し、前記パルス励起光による励起にほぼ同期したパ
ルス状のレーザ発振出力を得ることを特徴とするパルス
固体レーザ装置の励起方法、により達成される。
【００１３】ここに連続励起光は、その出力レベルを固
体レーザ媒質の少なくとも非パルス発振時（期間）に固
体レーザ媒質の発振閾値以下とすることが必要である。
連続励起光の出力レベルは、常に固体レーザ媒質の発振
閾値を越えないようにしてもよいし、固体レーザ媒質の
パルス発振時（期間）に固体レーザ媒質の発振閾値を越
えるように増大させてもよい。
体レーザ媒質の少なくとも非パルス発振時（期間）に固
体レーザ媒質の発振閾値以下とすることが必要である。
連続励起光の出力レベルは、常に固体レーザ媒質の発振
閾値を越えないようにしてもよいし、固体レーザ媒質の
パルス発振時（期間）に固体レーザ媒質の発振閾値を越
えるように増大させてもよい。
【００１４】この発明によれば第２の目的は、固体レー
ザ媒質を励起光により励起し、パルス状のレーザ発振出
力を得るパルス固体レーザ装置において、固体レーザ媒
質にパルス励起光を入射させるパルス励起機構と、連続
励起光を固体レーザ媒質に入射させる連続励起機構とを
備え、前記パルス励起光による励起にほぼ同期したパル
ス状のレーザ発振出力を得るようにしたことを特徴とす
るパルス固体レーザ装置、により達成される。
ザ媒質を励起光により励起し、パルス状のレーザ発振出
力を得るパルス固体レーザ装置において、固体レーザ媒
質にパルス励起光を入射させるパルス励起機構と、連続
励起光を固体レーザ媒質に入射させる連続励起機構とを
備え、前記パルス励起光による励起にほぼ同期したパル
ス状のレーザ発振出力を得るようにしたことを特徴とす
るパルス固体レーザ装置、により達成される。
【００１５】パルス励起機構は、フラッシュランプを用
いるものとすることができ、パルス電源回路とパルス電
源制御回路とを含む。連続励起機構は、レーザダイオー
ドと、ドライバと、制御回路とで構成することができ、
この場合にレーザダイオードは固体レーザ媒質がよく吸
収する波長付近の励起光を出力するものとするのがよ
い。
いるものとすることができ、パルス電源回路とパルス電
源制御回路とを含む。連続励起機構は、レーザダイオー
ドと、ドライバと、制御回路とで構成することができ、
この場合にレーザダイオードは固体レーザ媒質がよく吸
収する波長付近の励起光を出力するものとするのがよ
い。
【００１６】レーザダイオードは連続して一定出力の励
起光を固体レーザ媒質に入射するものであってもよい
が、出力が変化するものであってもよい。この場合には
固体レーザ媒質が実際にパルス発振する際のパルス発振
と次のパルス発振との間でレーザダイオードの寿命を考
慮した十分に低い出力レベルまで出力を絞り、パルス発
振中だけ出力を増大させてもよい。この場合実際に発振
させるパルス状励起の直前（１００マイクロ秒から数ミ
リ秒程度前）にレーザダイオードの励起光の出力レベル
を増大させるとよい。このような制御を可能にするため
には、レーザダイオードドライバの制御回路に、パルス
発振動作に同期してレーザダイオードの出力を変調する
高速レーザダイオード出力可変機構を設けるのがよい。
起光を固体レーザ媒質に入射するものであってもよい
が、出力が変化するものであってもよい。この場合には
固体レーザ媒質が実際にパルス発振する際のパルス発振
と次のパルス発振との間でレーザダイオードの寿命を考
慮した十分に低い出力レベルまで出力を絞り、パルス発
振中だけ出力を増大させてもよい。この場合実際に発振
させるパルス状励起の直前（１００マイクロ秒から数ミ
リ秒程度前）にレーザダイオードの励起光の出力レベル
を増大させるとよい。このような制御を可能にするため
には、レーザダイオードドライバの制御回路に、パルス
発振動作に同期してレーザダイオードの出力を変調する
高速レーザダイオード出力可変機構を設けるのがよい。
【００１７】固体レーザ媒質がパルス発振している間に
そのパルス発振出力を検出してレーザダイオードの出力
を変化させることにより、パルス発振出力を同一パルス
の出力時間内あるいは１〜数パルス遅れで、一定（設定
出力レベル）に制御することもできる。この場合はパル
ス発振出力を検出するレーザ出力測定機構を設け、検出
した実際の出力レベルと設定出力レベルとの差に応じ
て、高速レーザダイオード出力可変機構でレーザダイオ
ード出力を制御すればよい。
そのパルス発振出力を検出してレーザダイオードの出力
を変化させることにより、パルス発振出力を同一パルス
の出力時間内あるいは１〜数パルス遅れで、一定（設定
出力レベル）に制御することもできる。この場合はパル
ス発振出力を検出するレーザ出力測定機構を設け、検出
した実際の出力レベルと設定出力レベルとの差に応じ
て、高速レーザダイオード出力可変機構でレーザダイオ
ード出力を制御すればよい。
【００１８】レーザ出力測定機構ではパルス発振出力の
出力レベルだけでなく波形も検出して、高速レーザダイ
オード出力可変機構によりレーザダイオード出力を制御
することにより、パルス発振出力の波形を制御すること
も可能である。このように高速応答性が悪いフラッシュ
ランプを制御することなくレーザダイオードの出力だけ
を制御することによりパルス発振出力の出力レベルや出
力波形などを制御することが可能になり、パルス発振出
力の安定化、その波形の適正化が図れ、フラッシュラン
プを制御する場合のように大電圧、大電流を制御する必
要もなくなる。
出力レベルだけでなく波形も検出して、高速レーザダイ
オード出力可変機構によりレーザダイオード出力を制御
することにより、パルス発振出力の波形を制御すること
も可能である。このように高速応答性が悪いフラッシュ
ランプを制御することなくレーザダイオードの出力だけ
を制御することによりパルス発振出力の出力レベルや出
力波形などを制御することが可能になり、パルス発振出
力の安定化、その波形の適正化が図れ、フラッシュラン
プを制御する場合のように大電圧、大電流を制御する必
要もなくなる。
【００１９】フラッシュランプなどのパルス励起機構と
レーザダイオードなどの連続励起機構のそれぞれの励起
光は、共に固体レーザ媒質の側面から入射することがで
きる（側面励起方式）。両励起光の一方を側面から入射
させ、他方を固体レーザ媒質と同軸に入射させる（端面
励起方式）ようにしてもよい。
レーザダイオードなどの連続励起機構のそれぞれの励起
光は、共に固体レーザ媒質の側面から入射することがで
きる（側面励起方式）。両励起光の一方を側面から入射
させ、他方を固体レーザ媒質と同軸に入射させる（端面
励起方式）ようにしてもよい。
【００２０】
【作用】この発明は、放電管（フラッシュランプ）など
によるパルス励起エネルギーを少なくする一方、発振効
率の良い半導体レーザなどの連続励起エネルギーを併用
するものであり、しかも実際の固体レーザ媒質の発振前
に固体レーザ媒質をレーザダイオードにより予備的に励
起しておくものである。
によるパルス励起エネルギーを少なくする一方、発振効
率の良い半導体レーザなどの連続励起エネルギーを併用
するものであり、しかも実際の固体レーザ媒質の発振前
に固体レーザ媒質をレーザダイオードにより予備的に励
起しておくものである。
【００２１】固体レーザ媒質は連続励起光で予備的に励
起されるから、この状態の固体レーザ媒質に小さいエネ
ルギー密度のパルス励起光を付加するだけで直ちに必要
とする出力値を有するパルス状のレーザビームが出力さ
れることになる。パルス励起光を発生する放電管等の出
力レベルが低くなり、かつ出力の制御幅が小さいので、
パルス励起光の光源を小型化でき、制御の応答性も良く
することができる。
起されるから、この状態の固体レーザ媒質に小さいエネ
ルギー密度のパルス励起光を付加するだけで直ちに必要
とする出力値を有するパルス状のレーザビームが出力さ
れることになる。パルス励起光を発生する放電管等の出
力レベルが低くなり、かつ出力の制御幅が小さいので、
パルス励起光の光源を小型化でき、制御の応答性も良く
することができる。
【００２２】また連続励起光は固体レーザ媒質に吸収さ
れ易い波長域の光とすることができるので、固体レーザ
媒質の発熱も少なくなり、全体として発振効率が向上す
る。このため冷却装置の小型化が可能である。さらに固
体レーザ媒質の発熱量が少ないので、熱による固体レー
ザ媒質の歪みが少なくなり、ビーム品質が向上する。
れ易い波長域の光とすることができるので、固体レーザ
媒質の発熱も少なくなり、全体として発振効率が向上す
る。このため冷却装置の小型化が可能である。さらに固
体レーザ媒質の発熱量が少ないので、熱による固体レー
ザ媒質の歪みが少なくなり、ビーム品質が向上する。
【００２３】
【実施態様】図１はこの発明の一実施態様の構成を示す
図、図２はその励起光およびパルスレーザビーム出力の
波形を示す図である。図１においては、図４ですでに説
明した部分については同一符号を付したので、その説明
は繰り返さない。
図、図２はその励起光およびパルスレーザビーム出力の
波形を示す図である。図１においては、図４ですでに説
明した部分については同一符号を付したので、その説明
は繰り返さない。
【００２４】この図１で符号３０は連続励起機構であ
り、レーザダイオード（ＬＤ）３２と、ドライバ３４
と、制御回路３６とを備える。レーザダイオード３２は
多数のレーザダイオードを並べたレーザダイオードアレ
イであってもよい。制御回路３６は、図２の（Ａ）に示
すようにレーザダイオード３２が発振閾値Ｅthよりも僅
かに低い出力レベルのレーザビームである連続励起光３
８を射出するようにドライバ３４を制御する。
り、レーザダイオード（ＬＤ）３２と、ドライバ３４
と、制御回路３６とを備える。レーザダイオード３２は
多数のレーザダイオードを並べたレーザダイオードアレ
イであってもよい。制御回路３６は、図２の（Ａ）に示
すようにレーザダイオード３２が発振閾値Ｅthよりも僅
かに低い出力レベルのレーザビームである連続励起光３
８を射出するようにドライバ３４を制御する。
【００２５】なおこの場合にはパルス励起機構１６は、
前記図４，５で説明したパルス励起光２４の出力レベル
（ランプ出力）Ｅよりも低い出力レベルのパルス励起光
２４Ａを出力する。このパルス励起光２４Ａのピーク出
力は発振閾値Ｅthより僅かに大きいが、閾値Ｅthより小
さくてもよい場合もあり得る。
前記図４，５で説明したパルス励起光２４の出力レベル
（ランプ出力）Ｅよりも低い出力レベルのパルス励起光
２４Ａを出力する。このパルス励起光２４Ａのピーク出
力は発振閾値Ｅthより僅かに大きいが、閾値Ｅthより小
さくてもよい場合もあり得る。
【００２６】従って固体レーザ媒質１０は、レーザダイ
オード３２が出力する連続励起光３８だけでは発振せ
ず、パルス励起光２４Ａが追加されて初めて発振する。
図２の（Ｃ）はこの発振により出力されるレーザビーム
２６の波形を示す。この場合にはパルス励起機構１６が
出力するパルス励起光２４Ａの出力レベルは前記図４に
示した従来装置に比べて著しく低い。このためパルス励
起機構１６の小型化が可能である。またここで用いるレ
ーザダイオード３２は、固体レーザ媒質１０に吸収され
易い波長の光を射出するものとするから、連続励起光３
８で常時固体レーザ媒質１０を励起してもその発熱量は
少ない。このため冷却装置の小型化が可能である。
オード３２が出力する連続励起光３８だけでは発振せ
ず、パルス励起光２４Ａが追加されて初めて発振する。
図２の（Ｃ）はこの発振により出力されるレーザビーム
２６の波形を示す。この場合にはパルス励起機構１６が
出力するパルス励起光２４Ａの出力レベルは前記図４に
示した従来装置に比べて著しく低い。このためパルス励
起機構１６の小型化が可能である。またここで用いるレ
ーザダイオード３２は、固体レーザ媒質１０に吸収され
易い波長の光を射出するものとするから、連続励起光３
８で常時固体レーザ媒質１０を励起してもその発熱量は
少ない。このため冷却装置の小型化が可能である。
【００２７】図１にはこの冷却系統も示されている。４
０は固体レーザ媒質１０とフラッシュランプ１８とを囲
む冷却ジャケット、４２はレーザダイオード３２を囲む
冷却ジャケット、４４は冷却装置である。冷却液はこの
冷却装置４４から冷却ジャケット４０を通って冷却ジャ
ケット４２に送られ、冷却装置４４に戻って、ここで冷
却され、循環する。
０は固体レーザ媒質１０とフラッシュランプ１８とを囲
む冷却ジャケット、４２はレーザダイオード３２を囲む
冷却ジャケット、４４は冷却装置である。冷却液はこの
冷却装置４４から冷却ジャケット４０を通って冷却ジャ
ケット４２に送られ、冷却装置４４に戻って、ここで冷
却され、循環する。
【００２８】この実施態様によればフラッシュランプ１
８の出力が小さいからその発熱量が少ない。固体レーザ
媒質１０は効率良く連続励起光３８を吸収すると共に、
パルス励起光２４Ａの出力レベルが低いからその発熱量
が少ない。このため全体としての合計発熱量は従来装置
に比べて少なくなる。このため冷却装置の小型化が図れ
る。
８の出力が小さいからその発熱量が少ない。固体レーザ
媒質１０は効率良く連続励起光３８を吸収すると共に、
パルス励起光２４Ａの出力レベルが低いからその発熱量
が少ない。このため全体としての合計発熱量は従来装置
に比べて少なくなる。このため冷却装置の小型化が図れ
る。
【００２９】また固体レーザ媒質１０には、必要とする
出力値（出力レベル）を有するパルス状のレーザビーム
の出力時（期間）以外においても、レーザダイオード３
２により発振閾値Ｅth以下の連続励起光が入射されるの
で、パルス励起光２４Ａの付加により直ちに必要なパル
ス状のレーザ出力を得ることができる。
出力値（出力レベル）を有するパルス状のレーザビーム
の出力時（期間）以外においても、レーザダイオード３
２により発振閾値Ｅth以下の連続励起光が入射されるの
で、パルス励起光２４Ａの付加により直ちに必要なパル
ス状のレーザ出力を得ることができる。
【００３０】
【他の実施態様】以上説明した実施態様では、連続励起
機構３０は一定出力レベルの連続励起光３８を出力する
ものとした。しかしレーザダイオード３２は極めて高速
での出力制御が可能であるから、この性質を利用して図
２の（Ｄ）に示すようにパルス励起光２４Ａと同期させ
て連続励起光３８Ｂの出力レベルを変化させてもよい。
機構３０は一定出力レベルの連続励起光３８を出力する
ものとした。しかしレーザダイオード３２は極めて高速
での出力制御が可能であるから、この性質を利用して図
２の（Ｄ）に示すようにパルス励起光２４Ａと同期させ
て連続励起光３８Ｂの出力レベルを変化させてもよい。
【００３１】この場合には、制御回路３６に高速レーザ
ダイオード出力可変機構３６Ｂを設け、パルス励起機構
１６の制御回路２２から取り出したパルス同期信号に基
づいてレーザダイオード３２の出力を変化させればよ
い。レーザダイオード３２が出力する連続励起光３８Ｂ
はパルス励起光２４Ａの射出期間だけ図２（Ｄ）に示す
ように増加し、非射出期間ではレーザダイオード２２の
寿命を考慮した十分に低い出力レベルまで減少させるの
がよい。
ダイオード出力可変機構３６Ｂを設け、パルス励起機構
１６の制御回路２２から取り出したパルス同期信号に基
づいてレーザダイオード３２の出力を変化させればよ
い。レーザダイオード３２が出力する連続励起光３８Ｂ
はパルス励起光２４Ａの射出期間だけ図２（Ｄ）に示す
ように増加し、非射出期間ではレーザダイオード２２の
寿命を考慮した十分に低い出力レベルまで減少させるの
がよい。
【００３２】この場合には連続励起光３８Ｂの出力レベ
ルを図２（Ｄ）に実線で示すように、パルス励起光２４
Ａの射出期間内で、発振閾値Ｅth以下の範囲で増加させ
るようにしてもよいし、仮想線で示すように発振閾値Ｅ
th以上になるようにしてもよい。このようにパルス励起
光２４Ａの射出期間だけで連続励起光３８Ｂを増大させ
れば、非射出期間内では連続励起光３８Ｂは一層減少さ
せることができるので、固体レーザ媒質１０の発熱量が
さらに少なくなる。
ルを図２（Ｄ）に実線で示すように、パルス励起光２４
Ａの射出期間内で、発振閾値Ｅth以下の範囲で増加させ
るようにしてもよいし、仮想線で示すように発振閾値Ｅ
th以上になるようにしてもよい。このようにパルス励起
光２４Ａの射出期間だけで連続励起光３８Ｂを増大させ
れば、非射出期間内では連続励起光３８Ｂは一層減少さ
せることができるので、固体レーザ媒質１０の発熱量が
さらに少なくなる。
【００３３】レーザダイオード３２が出力する連続励起
光３８Ｂを図２（Ｄ）の実線で示すように発振閾値Ｅth
を越えない範囲で増加させる場合には、パルス励起光２
４Ａより僅かに先行させて増加させるのが一層よい。例
えば１００マイクロ秒から数ミリ秒程度先行させるのが
よい。このようにすればパルス励起光２４Ａに遅れるこ
となく正確なタイミングにレーザビーム２６を出力させ
ることができる。
光３８Ｂを図２（Ｄ）の実線で示すように発振閾値Ｅth
を越えない範囲で増加させる場合には、パルス励起光２
４Ａより僅かに先行させて増加させるのが一層よい。例
えば１００マイクロ秒から数ミリ秒程度先行させるのが
よい。このようにすればパルス励起光２４Ａに遅れるこ
となく正確なタイミングにレーザビーム２６を出力させ
ることができる。
【００３４】また図２（Ｄ）に仮想線で示したように増
加させる場合において、発振閾値Ｅ thを越えた部分の値
（出力レベル）が比較的小さく、レーザダイオード３２
のみにより発振したレーザビームが加工等に影響を与え
ない程度であれば、上記の場合と同様に増加させるタイ
ミングをパルス励起光２４Ａより僅かに先行させるのが
よい。これに対して発振閾値Ｅthより越えた部分の値
（出力レベル）が比較的大きく、レーザダイオード３２
のみにより発振したレーザビームが加工等に影響を与え
る場合には、増加させるタイミングはパルス励起光２４
Ａの出力タイミングに合わせるようにするのがよい。
加させる場合において、発振閾値Ｅ thを越えた部分の値
（出力レベル）が比較的小さく、レーザダイオード３２
のみにより発振したレーザビームが加工等に影響を与え
ない程度であれば、上記の場合と同様に増加させるタイ
ミングをパルス励起光２４Ａより僅かに先行させるのが
よい。これに対して発振閾値Ｅthより越えた部分の値
（出力レベル）が比較的大きく、レーザダイオード３２
のみにより発振したレーザビームが加工等に影響を与え
る場合には、増加させるタイミングはパルス励起光２４
Ａの出力タイミングに合わせるようにするのがよい。
【００３５】
【他の実施態様】図３は他の実施態様の構成を示す図で
ある。この実施態様はレーザビーム２６の出力をレーザ
出力測定機構５０により監視して、その出力レベルある
いは出力波形をフィードバック制御するものである。
ある。この実施態様はレーザビーム２６の出力をレーザ
出力測定機構５０により監視して、その出力レベルある
いは出力波形をフィードバック制御するものである。
【００３６】この図３においては前記図１と同一部分に
は同一符号を付したからその説明は繰り返さない。レー
ザ出力測定機構５０は、レーザビーム２６の一部を分割
するビームスプリッタ５２と、このビームスプリッタ５
２により分割したビームの出力レベルを検出するフォト
ダイオードなどからなるディテクタ５４と、このディテ
クタ５４の出力を増幅する増幅器５６とを有する。
は同一符号を付したからその説明は繰り返さない。レー
ザ出力測定機構５０は、レーザビーム２６の一部を分割
するビームスプリッタ５２と、このビームスプリッタ５
２により分割したビームの出力レベルを検出するフォト
ダイオードなどからなるディテクタ５４と、このディテ
クタ５４の出力を増幅する増幅器５６とを有する。
【００３７】増幅器５６の出力は連続励起光の制御回路
３６に入力され、ここでレーザダイオード３２の出力
（レーザ連続励起光）３８，３８Ｂの出力レベルが高速
で制御される。すなわち高速レーザダイオード出力可変
機構３６Ｂ（図１）によってレーザ連続励起光３８，３
８Ｂの出力レベルが制御され、レーザビーム２６の出力
を目標レベルにほぼ実時間で制御することが可能にな
る。この場合１または複数パルス遅れで制御してもよ
い。
３６に入力され、ここでレーザダイオード３２の出力
（レーザ連続励起光）３８，３８Ｂの出力レベルが高速
で制御される。すなわち高速レーザダイオード出力可変
機構３６Ｂ（図１）によってレーザ連続励起光３８，３
８Ｂの出力レベルが制御され、レーザビーム２６の出力
を目標レベルにほぼ実時間で制御することが可能にな
る。この場合１または複数パルス遅れで制御してもよ
い。
【００３８】レーザビーム２６の出力レベルの制御に代
えて、あるいはこれと同時に、レーザビーム２６の出力
波形の制御も可能である。この場合には、レーザ出力測
定機構５０はレーザビーム２６の出力波形の変化に追従
可能な高速応答性を有するものとし、レーザビーム２６
の波形変化に追従してレーザ連続励起光３８，３８Ｂの
出力レベルをパルス励起光２４Ａの出力時間内で変化さ
せる。また１〜数パルス遅れで制御してもよい。このよ
うにすればレーザビーム２６の出力レベルだけでなくそ
の出力波形も希望する適正な形状にすることが可能にな
る。
えて、あるいはこれと同時に、レーザビーム２６の出力
波形の制御も可能である。この場合には、レーザ出力測
定機構５０はレーザビーム２６の出力波形の変化に追従
可能な高速応答性を有するものとし、レーザビーム２６
の波形変化に追従してレーザ連続励起光３８，３８Ｂの
出力レベルをパルス励起光２４Ａの出力時間内で変化さ
せる。また１〜数パルス遅れで制御してもよい。このよ
うにすればレーザビーム２６の出力レベルだけでなくそ
の出力波形も希望する適正な形状にすることが可能にな
る。
【００３９】以上のように前記した各実施態様は、いず
れも固体レーザ媒質１０の側面から励起光２４Ａ、３８
（３８Ｂ）を入射する側面励起方式である。しかしパル
ス励起光２４Ａと連続励起光３８（３８Ｂ）のいずれか
一方を固体レーザ媒質１０の側面から入射し他方を軸方
向から入射してもよい。すなわち側面励起方式と端面励
起方式とを併用するものである。
れも固体レーザ媒質１０の側面から励起光２４Ａ、３８
（３８Ｂ）を入射する側面励起方式である。しかしパル
ス励起光２４Ａと連続励起光３８（３８Ｂ）のいずれか
一方を固体レーザ媒質１０の側面から入射し他方を軸方
向から入射してもよい。すなわち側面励起方式と端面励
起方式とを併用するものである。
【００４０】
【発明の効果】請求項１〜４の発明によれば、固体レー
ザ媒質を、パルス励起光と連続励起光とを用いて励起し
て発振させるものであるから、発振効率の悪いパルス励
起光を弱くしてパルス励起機構の電源を小型化できる。
また固体レーザ媒質の発熱量が少なくなるから、冷却装
置の小型化が図れ、固体レーザ媒質の熱歪みが少ないの
でビーム品質が向上する。
ザ媒質を、パルス励起光と連続励起光とを用いて励起し
て発振させるものであるから、発振効率の悪いパルス励
起光を弱くしてパルス励起機構の電源を小型化できる。
また固体レーザ媒質の発熱量が少なくなるから、冷却装
置の小型化が図れ、固体レーザ媒質の熱歪みが少ないの
でビーム品質が向上する。
【００４１】請求項５〜１２の発明によれば前記請求項
１〜４のいずれかの方法の実施に直接使用する固体レー
ザ装置が得られる。
１〜４のいずれかの方法の実施に直接使用する固体レー
ザ装置が得られる。
【図１】本発明の一実施態様の構成を示す図
【図２】その励起光および出力波形を示す図
【図３】他の実施態様の構成を示す図
【図４】従来装置の構成を示す図
【図５】その励起光および出力波形を示す図
１０ 固体レーザ媒質 １６ パルス励起機構 １８ フラッシュランプ ２０ パルス電源回路 ２２ 制御回路 ２４，２４Ａ パルス励起光 ２６ レーザビーム出力（パルス状レーザ発振出力） ３０ 連続励起機構 ３２ レーザダイオード ３４ ドライバ ３６ 制御回路 ３６Ｂ 高速レーザダイオード出力可変機構 ３８，３８Ｂ 連続励起光 ５０ レーザ出力測定機構
Claims (12)
- 【請求項１】 固体レーザ媒質を励起光により励起して
パルス状のレーザ発振出力を得るパルス固体レーザ装置
の励起方法において、 固体レーザ媒質をパルス励起光と連続励起光とを用いて
励起し、前記パルス励起光による励起にほぼ同期したパ
ルス状のレーザ発振出力を得ることを特徴とするパルス
固体レーザ装置の励起方法。 - 【請求項２】 連続励起光の出力レベルを、固体レーザ
媒質の少なくとも非パルス発進時に前記固体レーザ媒質
の発振閾値以下とする請求項１のパルス固体レーザ装置
の励起方法。 - 【請求項３】 連続励起光の出力レベルを、常時固体レ
ーザ媒質の発振閾値以下とする請求項２のパルス固体レ
ーザ装置の励起方法。 - 【請求項４】 連続励起光の出力レベルを、固体レーザ
媒質のパルス発振時に前記固体レーザ媒質の発振閾値以
上にする請求項２のパルス固体レーザ装置の励起方法。 - 【請求項５】 固体レーザ媒質を励起光により励起し、
パルス状のレーザ発振出力を得るパルス固体レーザ装置
において、 固体レーザ媒質にパルス励起光を入射させるパルス励起
機構と、連続励起光を固体レーザ媒質に入射させる連続
励起機構とを備え、前記パルス励起光による励起にほぼ
同期したパルス状のレーザ発振出力を得るようにしたこ
とを特徴とするパルス固体レーザ装置。 - 【請求項６】 パルス励起機構はフラッシュランプと、
パルス電源回路と、パルス電源制御回路とを備える請求
項５のパルス固体レーザ装置。 - 【請求項７】 連続励起機構は、固体レーザ媒質がよく
吸収する波長付近で発振するレーザダイオードと、この
レーザダイオードを駆動するレーザダイオードドライバ
と、このレーザダイオードドライバの制御回路とを備え
る請求項５または６のパルス固体レーザ装置。 - 【請求項８】 レーザダイオードドライバの制御回路
は、パルス励起機構によるパルス発振動作に同期してレ
ーザダイオードの出力を変調する高速レーザダイオード
出力可変機構を有する請求項７のパルス固体レーザ装
置。 - 【請求項９】 請求項８において、さらにパルス状のレ
ーザ発振出力を検出するレーザ出力測定機構を備え、高
速レーザダイオード出力可変機構は、前記レーザ出力測
定機構による測定値を設定レーザ出力にほぼ一致させる
ようにレーザダイオードの出力を制御するパルス固体レ
ーザ装置。 - 【請求項１０】 レーザ出力測定機構は、レーザ出力の
出力波形を監視し、高速レーザダイオード出力可変機構
は、レーザダイオードの出力を制御することによりレー
ザ出力の出力波形を制御する請求項９のパルス固体レー
ザ装置。 - 【請求項１１】 連続励起機構およびパルス励起機構
は、共に固体レーザ媒質の側面から励起光を入射する請
求項５〜１０のいずれかのパルス固体レーザ装置。 - 【請求項１２】 連続励起機構およびパルス励起機構の
いずれか一方は固体レーザ媒質の側面から励起光を入射
し、他方は固体レーザ媒質の発振光と同軸に入射する請
求項５〜１０のいずれかのパルス固体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001304995A JP2002176214A (ja) | 2000-09-29 | 2001-10-01 | パルス固体レーザ装置およびその励起方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-298692 | 2000-09-29 | ||
| JP2000298692 | 2000-09-29 | ||
| JP2001304995A JP2002176214A (ja) | 2000-09-29 | 2001-10-01 | パルス固体レーザ装置およびその励起方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002176214A true JP2002176214A (ja) | 2002-06-21 |
Family
ID=26601107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001304995A Pending JP2002176214A (ja) | 2000-09-29 | 2001-10-01 | パルス固体レーザ装置およびその励起方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002176214A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017228671A (ja) * | 2016-06-23 | 2017-12-28 | ウシオ電機株式会社 | レーザ駆動光源装置 |
-
2001
- 2001-10-01 JP JP2001304995A patent/JP2002176214A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017228671A (ja) * | 2016-06-23 | 2017-12-28 | ウシオ電機株式会社 | レーザ駆動光源装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040930 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061130 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070327 |