JP2002246675A - レーザ発振装置とその制御方法 - Google Patents

レーザ発振装置とその制御方法

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JP2002246675A
JP2002246675A JP2001039813A JP2001039813A JP2002246675A JP 2002246675 A JP2002246675 A JP 2002246675A JP 2001039813 A JP2001039813 A JP 2001039813A JP 2001039813 A JP2001039813 A JP 2001039813A JP 2002246675 A JP2002246675 A JP 2002246675A
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Japan
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laser
pulse
acousto
laser oscillator
oscillation device
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JP2001039813A
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English (en)
Inventor
Daisuke Yokohagi
大輔 横佩
Hidehiko Karasaki
秀彦 唐崎
Katsuichi Ukita
克一 浮田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ発振開始時にＱスイッチを動作させる
と固体レーザ媒質内で熱量が変化し熱レンズ効果などの
影響が発生し、屈折率変化に伴うビームプロファイルや
レーザ出力の変化が生じる。 【解決手段】 レーザ発振器を連続してパルス発振さ
せ、所定レーザパルスに該当した後、音響光学変調素子
を介して要求されるタイミングでレーザパルス数を切り
出す。また、レーザ発振器内のエネルギー蓄積時間とな
るホールドオフ時間を定常時よりも短くしたパルス指令
信号をＱスイッチに出力して動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工に用い
るレーザ発振装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】以下に従来の技術のレーザ発振装置につ
いて説明する。
【０００３】従来のレーザ発振器は、レーザ光源となる
固体レーザ媒質と、Ｑスイッチ素子を共振器ミラーで挟
み込む構成になっており、固体レーザ媒質を励起させ、
Ｑスイッチ素子を動作させて共振器ミラー間で共振現象
を発生させてパルス状のレーザを出力するものであっ
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、レーザ発振開始時にＱスイッチを動作さ
せると、固体レーザ媒質内で熱量が変化し、熱レンズ効
果などの影響が発生し、屈折率が変化し、これに伴うビ
ームプロファイルやレーザ出力に変化が生じるという問
題点を有していた。
【０００５】本発明は前記問題点を解決するもので、安
定したパルス発振を行なうレーザ発振装置とその制御方
法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に請求項１記載の本発明は、パルス発振するレーザ発振
器と、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光を入力
し、回折光を出力する音響光学変調素子と、前記音響光
学変調素子から出力される回折光を入力し、光の波長を
変えて出力する波長変換素子を設けたレーザ発振装置で
ある。
【０００７】請求項２記載の本発明は、レーザ発振器を
連続してパルス発振させ、所定のレーザパルスが出力さ
れる間、音響光学変調素子を動作させる制御部を設けた
請求項１記載のレーザ発振装置である。
【０００８】請求項３記載の本発明は、請求項１または
２記載のレーザ発振装置の制御方法であって、所定のパ
ルス数または所定時間の間、レーザ発振器をパルス発振
させた後、音響光学変調素子を動作させ、レーザ発振器
からのレーザ光を音響光学変調素子を介して波長変換素
子へ入力し、光の波長を変えて出力するレーザ発振装置
の制御方法である。
【０００９】請求項４記載の本発明は、パルス発振する
レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力されるレー
ザ光を入力し、光の波長を変えて出力する波長変換素子
と、前記波長変換素子から出力される光を入力し、回折
光を出力する音響光学変調素子を設けたレーザ発振装置
である。
【００１０】請求項５記載の本発明は、レーザ発振器を
連続してパルス発振させ、所定のレーザパルスが出力さ
れる間、音響光学変調素子を動作させる制御部を設けた
請求項４記載のレーザ発振装置である。
【００１１】請求項６記載の本発明は、請求項４または
５記載のレーザ発振装置の制御方法であって、所定のパ
ルス数または所定時間の間、レーザ発振器をパルス発振
させた後、音響光学変調素子を動作させ、波長変換素子
からの光を音響光学変調素子を介して出力するレーザ発
振装置の制御方法である。
【００１２】請求項７記載の本発明は、Ｑスイッチによ
りパルスレーザを出力するレーザ発振器と、前記レーザ
発振器内のエネルギー蓄積時間となるホールドオフ時間
をパルス指令信号としてレーザ発振器に出力する制御部
を備え、発振開始時もしくは前回のパルスレーザが出力
されてから所定時間経過後に、前記制御部はホールドオ
フ時間を定常時よりも短くしたパルス指令信号を出力す
るレーザ発振装置である。
【００１３】請求項８記載の本発明は、発振開始時また
は前回のパルス発振からの時間が所定時間経過している
か判定するステップと、発振開始時または前回のパルス
発振からの時間が所定時間経過している場合にはレーザ
発振器内のエネルギー蓄積時間となるホールドオフ時間
を定常時よりも短くしたパルス指令信号をレーザ発振器
のＱスイッチへ出力し、前回のパルス発振からの時間が
所定時間経過していない場合には定常時のホールドオフ
時間のパルス指令信号をレーザ発振器のＱスイッチへ出
力するレーザ発振装置の制御方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態例に
ついて説明する。
【００１５】（実施の形態１）図１は本実施の形態例に
おけるレーザ発振装置の概要を示す図である。
【００１６】図１において、１はレーザ発振器で、この
レーザ発振器１から出力されるパルス状のレーザ光を入
射出来る位置に音響光学変調器２を配置している。
【００１７】この音響光学変調器２は音響光学変調器動
作制御装置４からの制御パルス信号を入力するように構
成され、この音響光学変調器２の出力側には波長変換素
子３を配置している。
【００１８】これらレーザ発振器１、音響光学変調器
２、波長変換素子３、音響光学変調器動作制御装置４で
レーザ発振装置５を構成している。
【００１９】次にこのレーザ発振装置５の動作について
説明する。
【００２０】まず、レーザ発振器１から一定の周期で連
続出射されるレーザ光（基本波）を音響光学変調器２に
入射する。
【００２１】音響光学変調器２は音響光学変調器動作制
御装置４から受ける指令のタイミングで動作し入射され
たレーザ光を回折光として出射する。
【００２２】そして、回折光が波長変換素子３に入射さ
れ、短波長に変換され、高調波レーザパルス光としてレ
ーザ発振装置外へ出射する。
【００２３】本実施の形態例では、例えばレーザ発振器
１から極めてピークの高いパルス状のレーザ光が射出さ
れた場合でも音響光学変調器２を介して波長変換素子３
に入射されるため、波長変換素子３内の光学部品の損傷
を防ぐことができる。
【００２４】（実施の形態２）図２は本発明の第２の実
施の形態におけるレーザ発振装置の概要を示す図であ
る。
【００２５】図２において、６はレーザ発振器で、この
レーザ発振器６から出力されるパルス状のレーザ光を入
射出来る位置に波長変換素子８を配置している。
【００２６】この波長変換素子８の出力側には音響光学
変調器７を配置しており、この音響光学変調器７は音響
光学変調器動作制御装置９からの制御パルス信号を入力
するように構成されている。
【００２７】これらレーザ発振器６、波長変換素子８、
音響光学変調器７、音響光学変調器動作制御装置９でレ
ーザ発振装置１０を構成している。
【００２８】次にこのレーザ発振装置１０の動作につい
て説明する。
【００２９】まず、レーザ発振器６から一定の周期で連
続出射されるレーザ光（基本波）を波長変換素子８の入
射し、短波長に変換したレーザ光を音響光学変調器７に
入射する。
【００３０】音響光学変調器７は音響光学変調器動作制
御装置９から受ける指令のタイミングで動作し、入射さ
れたレーザ光を回折して高調波レーザパルス光としてレ
ーザ発振装置外へ出射する。
【００３１】本実施の形態例では波長変換素子８で変換
後の高調波レーザ光を音響光学変調器７に入射させるの
で、実施の形態１のものより変換効率を向上させること
ができる。
【００３２】（実施の形態３）上記実施の形態１と２の
長所を取り入れ、波長変換素子の光学部品を損傷させな
い条件下（極めてピークの高いパルス状のレーザ光が射
出されない条件下）では実施の形態２の構成を取り、波
長変換素子の光学部品を損傷させかねない条件下（極め
てピークの高いパルス状のレーザ光が射出されることの
ある条件下）では実施の形態１の構成を取る。
【００３３】具体的には、波長変換素子と音響光学変調
器の位置を入れ替え可能にするために、互いに移動手段
上に設置し、求められるレーザ光の条件に応じて配置を
入れ替え可能に構成する。
【００３４】このことにより、機器を損傷させずに変換
効率の高いレーザ発振装置を提供できる。
【００３５】（実施の形態４）次に、上記実施の形態
１、２、３に示した音響光学変調器でレーザパルス光を
取り出す制御方法について説明する。
【００３６】図４は各部の信号とレーザパルス光の関係
を示す図である。
【００３７】発振開始からレーザパルスの安定まで、所
定の待機時間を設け、要求されるタイミングとパルス数
に応じたゲート信号によって音響光学変調器を制御し回
折光を生じさせることにより、レーザパルス光を取り出
せるようにしている。
【００３８】（実施の形態５）次に音響光学変調器に代
え、レーザ発振器内のＱスイッチ素子を制御して安定し
たレーザパルス光を得る方法について説明する。
【００３９】図３は本実施の形態例に使用するレーザ発
振器の概要を示した図である。
【００４０】図３において、１１は全反射鏡からなる共
振器ミラーで、部分反射鏡からなる共振器ミラー１２と
で共振器を構成している。
【００４１】この共振器ミラー１１と１２の間には、固
体レーザ媒質１３を共振器ミラー１１側に、Ｑスイッチ
素子１４を共振器ミラー１２側に配置し、固体レーザ媒
質１３から出射されるレーザ光をＱスイッチ素子１４に
入射できるように配置し、共振器ミラー１１と１２、固
体レーザ媒質１３、Ｑスイッチ素子１４で光共振を行え
るように構成している。
【００４２】そして、Ｑスイッチ素子１４をＱスイッチ
動作制御装置１５からの制御パルス信号で動作制御する
ように構成し、これら共振器ミラー１１と１２、固体レ
ーザ媒質１３、Ｑスイッチ素子１４、Ｑスイッチ動作制
御装置１５でレーザ発振器１６を構成している。
【００４３】次に本実施の形態例を説明する。
【００４４】まず固体レーザ媒質１３を励起させ、さら
にＱスイッチ素子１４を動作させて、共振器ミラー１
１、１２間で共振現象を引き起こすことでレーザパルス
光が生成されるが、図５に示すとおり、Ｑスイッチ動作
制御装置で発振開始直後のホールドオフ時間を短くして
Ｑスイッチのスイッチング動作させることで、レーザの
パルスピークを定常時まで抑えるように制御する。
【００４５】そして、この制御方法の場合、個々のレー
ザにおいてパルスピーク値にばらつきがあるため、各々
の特性に応じたホールドオフ時間を設定するようにして
いる。
【００４６】
【発明の効果】以上のように本発明は、実用時の条件に
応じた構成を設けることで、安定した出力およびパルス
ピーク、さらに優れたビーム品質を実現するレーザ発振
装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ発振装置
の概要を示す図
【図２】本発明の実施の形態２におけるレーザ発振装置
の概要を示す図
【図３】本発明の実施の形態５に用いるレーザ発振器の
概要図
【図４】各部の信号とレーザパルス光の関係を説明する
図
【図５】Ｑスイッチの動作タイミングとレーザパルス光
の関係を示す図
【符号の説明】
１ レーザ発振器 ２ 音響光学変調器 ３ 波長変換素子 ４ 音響光学変調器動作制御装置 ５ レーザ発振装置 １１ 共振器ミラー １２ 共振器ミラー １３ 固体レーザ媒質 １４ Ｑスイッチ素子 １５ Ｑスイッチ動作制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浮田 克一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H079 AA04 AA12 BA03 CA24 EB22 5F072 GG05 HH05 KK12 MM03 QQ01 QQ02 SS06 YY06

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パルス発振するレーザ発振器と、前記レ
    ーザ発振器から出力されるレーザ光を入力し、回折光を
    出力する音響光学変調素子と、前記音響光学変調素子か
    ら出力される回折光を入力し、光の波長を変えて出力す
    る波長変換素子を設けたレーザ発振装置。
  2. 【請求項２】 レーザ発振器を連続してパルス発振さ
    せ、所定のレーザパルスが出力される間、音響光学変調
    素子を動作させる制御部を設けた請求項１記載のレーザ
    発振装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２記載のレーザ発振装置
    の制御方法であって、所定のパルス数または所定時間の
    間、レーザ発振器をパルス発振させた後、音響光学変調
    素子を動作させ、レーザ発振器からのレーザ光を音響光
    学変調素子を介して波長変換素子へ入力し、光の波長を
    変えて出力するレーザ発振装置の制御方法。
  4. 【請求項４】 パルス発振するレーザ発振器と、前記レ
    ーザ発振器から出力されるレーザ光を入力し、光の波長
    を変えて出力する波長変換素子と、前記波長変換素子か
    ら出力される光を入力し、回折光を出力する音響光学変
    調素子を設けたレーザ発振装置。
  5. 【請求項５】 レーザ発振器を連続してパルス発振さ
    せ、所定のレーザパルスが出力される間、音響光学変調
    素子を動作させる制御部を設けた請求項４記載のレーザ
    発振装置。
  6. 【請求項６】 請求項４または５記載のレーザ発振装置
    の制御方法であって、所定のパルス数または所定時間の
    間、レーザ発振器をパルス発振させた後、音響光学変調
    素子を動作させ、波長変換素子からの光を音響光学変調
    素子を介して出力するレーザ発振装置の制御方法。
  7. 【請求項７】 Ｑスイッチによりパルスレーザを出力す
    るレーザ発振器と、前記レーザ発振器内のエネルギー蓄
    積時間となるホールドオフ時間をパルス指令信号として
    レーザ発振器に出力する制御部を備え、発振開始時もし
    くは前回のパルスレーザが出力されてから所定時間経過
    後に、前記制御部はホールドオフ時間を定常時よりも短
    くしたパルス指令信号を出力するレーザ発振装置。
  8. 【請求項８】 発振開始時または前回のパルス発振から
    の時間が所定時間経過しているか判定するステップと、
    発振開始時または前回のパルス発振からの時間が所定時
    間経過している場合にはレーザ発振器内のエネルギー蓄
    積時間となるホールドオフ時間を定常時よりも短くした
    パルス指令信号をレーザ発振器のＱスイッチへ出力し、
    前回のパルス発振からの時間が所定時間経過していない
    場合には定常時のホールドオフ時間のパルス指令信号を
    レーザ発振器のＱスイッチへ出力するレーザ発振装置の
    制御方法。
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