JP2003158319A - 固体レーザ装置 - Google Patents
固体レーザ装置Info
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Abstract
も、それらの長期安定動作を確保する。 【解決手段】 固体レーザ装置では出力されるレーザ光
の一部をPD22に導き、APC回路41を経て駆動回
路42にフィードバックすることによりレーザ光出力が
一定になるようLD15の駆動電流を増減する。サーミ
スタ24〜26によりLD15、共振器ブロック31お
よびエタロン17の温度を検出し、温度制御回路43〜
45によってそれらの温度が設定温度となるように制御
する。これら駆動電流および温度についての情報はCP
U46に取り込まれた上、ネットワークインターフェイ
ス回路47を介してネットワーク上のホストコンピュー
タ48に送られる。ホストコンピュータ48はネットワ
ーク上の多数の固体レーザ装置を一括モニターし、駆動
電流などに応じて温度の再調整のための動作指令などを
各固体レーザ装置に送る。
Description
体レーザ結晶を励起し、その励起光を光共振器によって
共振させてレーザ発振させる固体レーザ装置に関する。
して半導体レーザを用い、これからのレーザ光を、レー
ザ媒質であるNd:YAG結晶などの固体レーザ結晶に
入射してこれを励起し、その励起光を、出力側ミラー
と、その結晶の入射面ミラーとの間で形成される光共振
器で共振させてレーザ発振を生じさせ、そのレーザ光を
出力側ミラーより取り出すという構成をとる。そして、
波長選択のために光共振器内にエタロンが挿入される。
得るためにきわめて重要であり、40nm以下の変動幅
に抑えることが望まれる。そのため、固体レーザ結晶と
出力側ミラーとを金属ブロックなどに固定し、寸法精度
を高めるようにしている。また、金属ブロックが熱膨張
するためその影響を抑えるよう、温度が一定になるよう
コントロールしている。また、レーザダイオードの発振
波長やエタロンの選択周波数特性も、わずかであるが、
温度でコントロール可能であるため、それらの温度も制
御するようにしている。すなわち、これらの温度をサー
ミスタなどで検知し、その検知温度が設定された所定の
値になるよう、温度コントロールしている。
るように励起用半導体レーザの駆動電流を制御する自動
出力制御回路( Auto Power Control :APC回路)も
備えられている。出力されるレーザ光の一部を分岐して
モニター用光検出器に導き、この光検出器からのモニタ
ー出力をAPC回路に送って設定値と比較し、その偏差
がなくなるよう励起用半導体レーザの駆動電流を増減さ
せるというフィードバック制御を行っている。
さまざまな用途で用いられ、一つの大きな装置内で多数
用いられたり、あるいは研究所や工場などの同一施設内
で多数用いられたりすることが多い。そこで、レーザ出
力や波長特性などのレーザパラメータを長期間の使用の
間にも安定させることを、まざまな使用環境下で確保し
なければならず、多数の固体レーザ装置について個々に
動作の監視およびメンテナンスの作業を行う必要があ
る。
固体レーザ装置はそれぞれ単独で動作状態などが監視さ
れメンテナンスされているため、その作業は非常に煩雑
となっており、結果的に、とくに多数の固体レーザ装置
が種々の環境下で用いられているような場合に、それら
のすべてについて安定した動作を確保することが難しい
という問題があった。
下で多数の固体レーザ装置が使用されているような場合
でも長期間にわたりそれらを安定に動作させることが容
易にできるように改善した、固体レーザ装置を提供する
ことを目的とする。
ラムのバージョンアップなどの更新を容易に行えるよう
にした、固体レーザ装置を提供することにもある。
め、請求項1記載の固体レーザ装置においては、レーザ
光を発生する半導体レーザと、該半導体レーザに駆動電
流を供給する駆動回路と、上記半導体レーザからのレー
ザ光によって励起される、入射面に反射面が形成された
固体レーザ結晶と、該レーザ結晶の反射面との間で光共
振器を形成する反射面を持つ出力側ミラーと、上記固体
レーザ結晶および出力側ミラーが固定される共振器ブロ
ックと、該光共振器内に挿入される波長選択用エタロン
と、上記出力側ミラーから外部に出力されるレーザ光の
分岐光が入力されるモニター用光検出器と、モニター用
光検出器の出力を上記駆動回路へフィードバックするこ
とにより所定出力のレーザ光が外部に出力されるように
駆動電流を制御する自動出力調整回路と、上記共振器ブ
ロックの温度を検出する温度センサを備えその共振器ブ
ロックの温度が設定温度となるように制御する共振器ブ
ロック用温度制御装置と、上記半導体レーザの温度を検
出する温度センサを備えその半導体レーザの温度が設定
温度となるように制御する半導体レーザ用温度制御装置
と、上記エタロンの温度を検出する温度センサを備えそ
のエタロンの温度が設定温度となるように制御するエタ
ロン用温度制御装置と、上記半導体レーザの駆動電流に
ついての情報および上記共振器ブロック、半導体レーザ
およびエタロンの各温度についての情報をネットワーク
へ出力するとともに、ネットワークからの信号を入力す
るためのネットワークインターフェイス回路とが備えら
れることが特徴となっている。
ェイス回路を有しているため、これを介してネットワー
クに接続することが可能である。そして、このネットワ
ークインターフェイス回路を介して、半導体レーザの駆
動電流についての情報および上記共振器ブロック、半導
体レーザおよびエタロンの各温度についての情報をネッ
トワークへ出力することが可能になるとともに、ネット
ワークから各温度制御装置への指令を入力することが可
能となる。そのため、ネットワークに接続されたホスト
コンピュータなどに、多数の固体レーザ装置の駆動電流
情報や温度情報などを集めて、このホストコンピュータ
で各固体レーザ装置の監視を一括して行うことができ
る。駆動電流の異常や、検出した温度の異常などを遠隔
モニターすることができる。そして、ホストコンピュー
タにおいて、たとえば駆動電流が明らかに過大になった
ことから故障を検知したりまたは故障ではないまでも温
度制御に問題があることを発見して温度の再調整を行う
よう指令を発したり、あるいは動作時間を個々の固体レ
ーザ装置ごとに累積して一定時間が経過する都度、各固
体レーザ装置ごとに上記のような温度の再調整を行うよ
う指令を発したりすることなどが可能になる。このよう
に多数の固体レーザ装置についての遠隔モニターと遠隔
操作によるメンテナンスを一括して行うことができるた
め、作業負担が軽減され、かつ長期にわたる動作の安定
が容易に確保されることになる。
は、さらに、交換可能な読取専用メモリが備えられてお
り、この読取専用メモリには、ネットワークインターフ
ェイス回路を経てネットワークから入力される指令に応
じて、共振器ブロック用温度制御装置、半導体レーザ用
温度制御装置およびエタロン用温度制御装置をそれぞれ
制御してブロック、半導体レーザおよびエタロンの温度
を各別に変化させたときの半導体レーザ駆動電流を読み
取り、最も駆動電流が少なくなる温度を各別に求めて、
それらをブロック用温度制御装置、半導体レーザ用温度
制御装置およびエタロン用温度制御装置の各設定温度と
して設定する動作を行わせる制御プログラムが格納され
る。
度制御装置、半導体レーザ用温度制御装置およびエタロ
ン用温度制御装置の各々における温度チューニングの動
作を行うことができるとともに、その制御プログラムの
バージョンアップなどの更新は、読取専用メモリ自体を
交換して行うので簡単であり、作業も容易である。
は、さらに、書き換え可能なメモリが備えられており、
この書き換え可能なメモリには、ネットワークインター
フェイス回路を経てネットワークから入力される指令に
応じて、共振器ブロック用温度制御装置、半導体レーザ
用温度制御装置およびエタロン用温度制御装置をそれぞ
れ制御してブロック、半導体レーザおよびエタロンの温
度を各別に変化させたときの半導体レーザ駆動電流を読
み取り、最も駆動電流が少なくなる温度を各別に求め
て、それらをブロック用温度制御装置、半導体レーザ用
温度制御装置およびエタロン用温度制御装置の各設定温
度として設定する動作を行わせる制御プログラムが格納
される。
ロック用温度制御装置、半導体レーザ用温度制御装置お
よびエタロン用温度制御装置の各々における温度チュー
ニングの動作を行うことができるとともに、その制御プ
ログラムのバージョンアップなどの更新は、ネットワー
クインターフェイス回路を経てホストコンピュータなど
がオンラインでこの書き換え可能なメモリを書き換える
ことにより行うことができ、きわめて容易なものとな
る。
ついて図面を参照しながら詳細に説明する。図1はこの
発明の実施形態にかかる固体レーザ装置の信号系統を主
に示すブロック図であり、図2は各部の配置関係を示す
模式図である。図1に示すように固体レーザ装置は各々
ネットワークインターフェイス回路47を備え、これを
介してネットワークに接続され、ホストコンピュータ4
8などとの間で信号をやり取りを行うことができるよう
に構成されている。
固体レーザ結晶11と、出力側ミラー12とにより光共
振器10が形成される。固体レーザ結晶11は、たとえ
ばNd:YAG結晶などからなり、レーザ光の入射によ
り励起されるようになっている。その入射面には反射コ
ート13が施されて反射面となっている。励起レーザ光
源としてはたとえばレーザダイオード(LD)15が用
いられ、そのレーザ光が光学系16を経て固体レーザ結
晶11に入射するようになっている。出力側ミラー12
は、光学ガラスなどからなり、その表面は凹面に研磨さ
れ、反射コート14が形成されている。
って励起され、発生した光が出力側ミラー12(の反射
コート14)と自身の反射コート(ミラー)13との間
で反射を繰り返して共振することによって増幅されて光
強度が強まりレーザ発振する。基本波に対してのみ波長
選択特性を有するエタロン17がこの光共振器10内に
挿入されており、特定波長の基本波のみを透過させるこ
とによってマルチモード光からシングルモード光への変
換を行う。
変換用結晶18が挿入されている。光共振器10内で増
幅される基本波の光(赤外光)は、波長変換用結晶18
により波長変換されて、可視光(グリーンまたはブルー
の光)となる。出力側ミラー12の反射コート14は基
本波(赤外光)については全反射し、波長変換した可視
光(グリーン、ブルー)に対しては透過するような波長
特性を有しており、この反射コート14を透過して波長
変換後の光が出射することになる。
スプリッタ21により分岐される。分岐されたレーザビ
ームはPD(フォトダイオード)22に入射する。この
PD22は、出射レーザビームのモニター用である。
2、エタロン17、波長変換用結晶18、ビームスプリ
ッタ21、PD22などは、この例では、一つの一体型
ブロック31上に形成される。このブロック31は、熱
膨張係数の小さい金属などから形成されており、温度コ
ントロール用ペルチェ素子32上に配置されて冷却また
は加熱される。また、レーザダイオード15もペルチェ
素子33上に配置されてその温度が制御される(冷却ま
たは加熱される)。そして、これらは一つの筐体34中
に収められる。この筐体34には、図では省略している
が、レーザビームを筐体34外部に出射させるための出
射口が設けられる。
バックされ、ビームスプリッタ21を介して出力される
レーザ光の安定化がなされる。図1に示すように、PD
22の出力はAPC回路41を経てLD駆動回路42に
送られ、LD15の駆動電流にフィードバックされる。
APC回路41において、PD22出力の所定の設定値
との比較がなされ、その偏差がなくなるようにLD15
に与える駆動電流が増減させられる。
ラー12が固定されたブロック31の温度がサーミスタ
25により検出され、その温度が設定温度となるように
温度制御回路44がペルチェ素子32を制御している。
このサーミスタ25は波長変換用結晶18の近傍に設け
られているので、波長変換用結晶18の温度の検出とそ
の温度のコントロールもなされていることになる。ま
た、LD15についても同様にサーミスタ24により温
度が検出され、その検出出力が温度制御回路43に送ら
れ、LD15の温度が設定温度となるようにペルチェ素
子33の制御が行われる。
って加熱され、所定の設定温度となるようにされてい
る。このエタロン17の温度がサーミスタ26によって
検出され、その検出出力が温度制御回路45に送られ
る。これにより、温度制御回路45が、エタロン17の
温度が設定値に保たれるようヒータ23をコントロール
する。
回路42からCPU46に送られてきており、またサー
ミスタ25,24,26でとらえた共振器ブロック31
の温度、LD15の温度およびエタロン17の温度につ
いてもCPU46に集約されている。CPU46はこれ
らの情報をネットワークインターフェイス回路47を介
してネットワークに送っている。ネットワーク上のホス
トコンピュータ48がそれらを受け取り、ネットワーク
上の多数の固体レーザ装置の各々に関して、駆動電流の
モニターおよび各温度についてのモニターを遠隔で行
う。さらに、ホストコンピュータ48は固体レーザ装置
の各々について動作時間の累積計算なども行う。
ワーク上の多数の固体レーザ装置について常時遠隔モニ
ターを行っており、駆動電流や温度についての情報から
異常や故障などがないかどうかの判断を行う。また個々
の固体レーザ装置では、長期にわたる使用の結果、駆動
電流が増大したり、温度がずれてきたりすることもあ
り、そのことも遠隔において検知される。駆動電流が増
大してきたときは、サーミスタ24〜26の経年変化な
どが原因で温度制御が不適切になったことや、共振器ブ
ロック31の機構的な寸法の経年変化などが疑われるた
め、温度の再調整のための動作指令が発せられる。ま
た、累積動作時間が一定時間に達した都度、そのような
動作指令が発せられるようにしてもよい。
置においては、CPU46で駆動電流を監視しながら、
CPU46が温度制御回路43〜45に与える設定温度
を変化させて共振器ブロック31、LD15およびエタ
ロン17の温度を個別に変化させる。駆動電流が最も少
なくなる温度が最適温度であるから、このような温度ス
ウィープにより最適温度のサーチが可能である。最適温
度が探知できたら、その温度を設定温度としてセットす
る。これによりサーミスタ24〜26の経年変化や共振
器ブロック31の機構的な寸法の経年変化などがあって
もそれらを補償して最適温度に保つことできるようにな
る。
経年変化によってその寸法が変化し、共振器長が変化す
ると、各部の波長のずれによりレーザ出力が低下してく
るので、これを補償するようAPC回路41が働き、結
果的にLD15の駆動電流が増大する。また、サーミス
タ24〜26の特性の経年変化などにより温度コントロ
ールが適切に行われない場合も同様にAPC回路41の
働きにより結果的にLD15の駆動電流が増大する。逆
に、共振器長が所定のものとなっており、かつ各部の波
長特性が設定値に保たれていれば、LD15の駆動電流
は最小値になる。このことは、LD15の駆動電流が最
小値になるように各部の温度を調整すれば、共振器長が
所定のものとなり、かつ各部の波長特性が設定値になる
ことを意味する。
る情報をCPU46に取り込むようにした上で、CPU
46の制御の下、温度制御回路44がペルチェ素子32
を制御してブロック31の温度を順次変化させていき、
LD15の駆動電流が最も少なくなる温度をサーミスタ
25から得る。LD15の駆動電流が最も少なくなる温
度が探索できたとき、その温度は、共振器長を所定のも
のとするような、ブロック31の最適な温度ということ
になる。こうしてCPU46において最適温度が求めら
れたら、これを温度制御回路44が定めるべき設定温度
としてセットする。これにより、ブロック31における
機構的・寸法的な経年変化やサーミスタ25の経年変化
などが補償されたことになる。
の温度のコントロールがなされていることも、ブロック
31の機構的・寸法的な経年変化の補償に役立ってい
る。波長変換用結晶18の屈折率は温度依存性があり、
そのことは温度によって屈折率を変化させ、等価的な光
路長を変化させることができることを意味するからであ
る。ブロック31の機構的・寸法的な経年変化による共
振器長の変化を、波長変換用結晶18内の光路長変化に
よって補償することができるからである。
ングを行う。CPU46により温度制御回路43を制御
し、ペルチェ素子33によって冷却されるLD15の温
度を変化させる。このときの各温度(サーミスタ24に
よって検出したもの)でのLD15の駆動電流を駆動回
路42からCPU46に取り込むと、LD15の温度に
対する駆動電流の関係がCPU46において求められる
ことになる。LD15の発振波長は温度によって変化
し、所定の発振波長となるような温度となったとき、固
体レーザ装置として外部に出力するレーザ出力は最大と
なる。すなわち、駆動電流が最も小さい温度が最適温度
となる。こうしてCPU46において最適温度が求めら
れたら、これを温度制御回路43が定めるべき設定温度
としてセットする。これにより、サーミスタ24の経年
変化などが補償されたことになる。
3により加熱されるエタロン17の温度を変化させ、選
択波長を変化させる。そして各温度(サーミスタ26に
よって検出したもの)でのLD15の駆動電流を求め、
最も駆動電流が少なくなる温度を求め、その温度を設定
温度として温度制御回路45に与える。このような動作
がCPU46によってなされる。LD15の駆動電流が
最も少なくなる場合は、エタロン17の波長選択特性が
設計値に一致したときであるから、サーミスタ26の特
性の経年変化などを補償したことになる。このようなチ
ューニングが終了したとき、温度制御回路45はエタロ
ン17の温度を最適な温度へと制御することになる。
制御プログラムはCPU46に接続されたROM(読取
専用メモリ)49に格納されている。このROM49は
交換可能に取付けられており、プログラムの更新・バー
ジョンアップなどが生じた際に、巡回してきた作業員な
どによって随時交換できるようにされている。
レーザ装置が一つのホストコンピュータ48により一括
で、遠隔モニターされ、適切な指令を受けるようにされ
ているため、多数の固体レーザ装置についての管理・メ
ンテナンスの作業が自動でなされることになって、長期
間にわたり、レーザパラメータの安定化など、動作の安
定化が確保される。
態に関するものであり、この発明が上で説明した構成に
限定される趣旨でないことはもちろんである。たとえ
ば、上記では光共振器10の内部に波長変換用結晶18
を配置しているが、可視光ではなく基本波たる赤外光を
出力させる場合には、この波長変換用結晶18は不要で
ある。また、ピンホールないしアパーチャなどの開口を
有する光遮蔽板を光共振器10内あるいは出力側ミラー
12の直後などに配置して不要な光ビームを除去するよ
うにしてもよい。
換可能なROM49に格納しておくよう構成したが、書
き換え可能なメモリ(RAMなど)に制御プログラムを
格納し、ネットワーク上のホストコンピュータ48がそ
のRAMなどを書き換えることによりバージョンアップ
時などでのプログラムの更新を行うように構成すること
もできる。これによりROM49の交換作業などが不要
となり、作業負担を一層軽減できる。
固体レーザ装置に備えられているCPU46が行うとし
たが、CPU46は単に信号の収集および信号の送受の
制御のみを行い、上で説明したような温度調整の主たる
動作制御はホストコンピュータ48が直接行うよう構成
することも可能である。
ーザ装置によれば、多数の固体レーザ装置が使用される
ような場合でも、それらの動作状態のモニタリング・メ
ンテナンスを一括で行うことができて、それら多数の固
体レーザ装置についてレーザパラメータの安定化や動作
の安定化を長期の使用にわたって確保することができ
る。また、制御プログラムの更新は交換可能な読取専用
メモリを交換したり、書き換え可能なメモリを書き換え
たりすればよいので、制御プログラムのバージョンアッ
プなどの更新は容易である。
図。
ス回路 48 ホストコンピュータ 49 ROM
Claims (3)
- 【請求項1】 レーザ光を発生する半導体レーザと、該
半導体レーザに駆動電流を供給する駆動回路と、上記半
導体レーザからのレーザ光によって励起される、入射面
に反射面が形成された固体レーザ結晶と、該レーザ結晶
の反射面との間で光共振器を形成する反射面を持つ出力
側ミラーと、上記固体レーザ結晶および出力側ミラーが
固定される共振器ブロックと、該光共振器内に挿入され
る波長選択用エタロンと、上記出力側ミラーから外部に
出力されるレーザ光の分岐光が入力されるモニター用光
検出器と、モニター用光検出器の出力を上記駆動回路へ
フィードバックすることにより所定出力のレーザ光が外
部に出力されるように駆動電流を制御する自動出力調整
回路と、上記共振器ブロックの温度を検出する温度セン
サを備えその共振器ブロックの温度が設定温度となるよ
うに制御する共振器ブロック用温度制御装置と、上記半
導体レーザの温度を検出する温度センサを備えその半導
体レーザの温度が設定温度となるように制御する半導体
レーザ用温度制御装置と、上記エタロンの温度を検出す
る温度センサを備えそのエタロンの温度が設定温度とな
るように制御するエタロン用温度制御装置と、上記半導
体レーザの駆動電流についての情報および上記共振器ブ
ロック、半導体レーザおよびエタロンの各温度について
の情報をネットワークへ出力するとともに、ネットワー
クからの信号を入力するためのネットワークインターフ
ェイス回路とを備えることを特徴とする固体レーザ装
置。 - 【請求項2】 ネットワークインターフェイス回路を経
てネットワークから入力される指令に応じて、共振器ブ
ロック用温度制御装置、半導体レーザ用温度制御装置お
よびエタロン用温度制御装置をそれぞれ制御してブロッ
ク、半導体レーザおよびエタロンの温度を各別に変化さ
せたときの半導体レーザ駆動電流を読み取り、最も駆動
電流が少なくなる温度を各別に求めて、それらをブロッ
ク用温度制御装置、半導体レーザ用温度制御装置および
エタロン用温度制御装置の各設定温度として設定する動
作を行わせる制御プログラムが格納される、交換可能な
読取専用メモリをさらに備えることを特徴とする請求項
1記載の固体レーザ装置。 - 【請求項3】 ネットワークインターフェイス回路を経
てネットワークから入力される指令に応じて、共振器ブ
ロック用温度制御装置、半導体レーザ用温度制御装置お
よびエタロン用温度制御装置をそれぞれ制御してブロッ
ク、半導体レーザおよびエタロンの温度を各別に変化さ
せたときの半導体レーザ駆動電流を読み取り、最も駆動
電流が少なくなる温度を各別に求めて、それらをブロッ
ク用温度制御装置、半導体レーザ用温度制御装置および
エタロン用温度制御装置の各設定温度として設定する動
作を行わせる制御プログラムが格納される、書き換え可
能なメモリをさらに備えることを特徴とする請求項1記
載の固体レーザ装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001358546A JP3952751B2 (ja) | 2001-11-22 | 2001-11-22 | 固体レーザ装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001358546A JP3952751B2 (ja) | 2001-11-22 | 2001-11-22 | 固体レーザ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003158319A true JP2003158319A (ja) | 2003-05-30 |
JP3952751B2 JP3952751B2 (ja) | 2007-08-01 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011249399A (ja) * | 2010-05-24 | 2011-12-08 | Mitsutoyo Corp | レーザ光源、及びレーザ光源の調整システム |
-
2001
- 2001-11-22 JP JP2001358546A patent/JP3952751B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011249399A (ja) * | 2010-05-24 | 2011-12-08 | Mitsutoyo Corp | レーザ光源、及びレーザ光源の調整システム |
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