JP2004253734A - 固体レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の共振器を具備する固体レーザ装置に於いて、レーザ光線の出力の制御についての改善を図る。
【解決手段】同軸上にレーザ光線１２を出力する複数の共振器２５，２６と、それぞれの共振器に励起光を入射させる第１発光部１４、第２発光部２１と、出力されるレーザ光線をモニタリングするモニタ用受光器２８と、該モニタ用受光器からの信号２９に基づき前記第１発光部、前記第２発光部の少なくとも一方を定出力制御する制御部３０とを具備する。
【選択図】 図１
【解決手段】同軸上にレーザ光線１２を出力する複数の共振器２５，２６と、それぞれの共振器に励起光を入射させる第１発光部１４、第２発光部２１と、出力されるレーザ光線をモニタリングするモニタ用受光器２８と、該モニタ用受光器からの信号２９に基づき前記第１発光部、前記第２発光部の少なくとも一方を定出力制御する制御部３０とを具備する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体レーザ装置、特に半導体励起固体レーザ装置の出力を制御する様にした固体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５に於いて、半導体励起固体レーザ装置の概略を説明する。
【０００３】
図５中、１は励起光としてλの波長のレーザ光線を発する単一或は複数のレーザダイオードを有する発光部、２はλ１ の波長のレーザ光線を出力する共振器を示している。
【０００４】
該共振器２は主に、反射鏡３、該反射鏡３に対向して配置された出力鏡４、前記出力鏡４、反射鏡３の光軸上に設けられたレーザ結晶５から構成され、前記反射鏡３、出力鏡４にはそれぞれ誘電体反射膜６、誘電体反射膜７が形成されている。
【０００５】
前記共振器２の出力側の光軸上に、ハーフミラー８が配置され、該ハーフミラー８は前記共振器２から出力されるレーザ光線の一部を分割してモニタ用受光器９に入射させる様になっている。該モニタ用受光器９からの受光信号は制御部１１に入力され、該制御部１１は前記共振器２からの出力光の強度が一定となる様に前記発光部１を制御する。
【０００６】
尚、前記レーザ結晶５としては、例えばＮｄ：ＹＶＯ４ 、Ｎｄ３＋ イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）が用いられる。
【０００７】
上記半導体励起固体レーザ装置に於いて、前記発光部１が駆動されると励起光が前記反射鏡３を透して前記共振器２に入射される。励起光は前記レーザ結晶５を通過し、前記誘電体反射膜６と前記誘電体反射膜７間でポンピングされて増幅され、前記出力鏡４を透してλ１ のレーザ光線１２が出力される。
【０００８】
該レーザ光線１２は前記ハーフミラー８を透して射出されると共に該ハーフミラー８で分割され、前記モニタ用受光器９に入射する。該モニタ用受光器９からの受光信号は前記制御部１１に入射され、該制御部１１は受光信号に基づき前記レーザ光線１２の強度が一定となる様に前記発光部１の駆動を制御する。
【０００９】
前記制御部１１に、前記共振器２からの前記レーザ光線１２の強度を設定する制御信号（図６（Ａ）参照）が入力されると、該レーザ光線１２の強度を一定（図６（Ｃ）参照）にする様、前記発光部１に供給される駆動電流を制御する。駆動電流は前記レーザ結晶５の温度の変動等に対応する為、一定とはならない（図６（Ｂ）参照）。
【００１０】
本出願人は、先の出願（特願２００２−３３５６８３号）に於いて、光軸を共有する複数の共振器を具備した固体レーザ装置を提案している。
【００１１】
提案された固体レーザ装置では、レーザ光線の出力増大、或は複数の異なる波長のレーザ光線の出力を可能とし、又構造を簡潔にできるという利点を有している。
【００１２】
【特許文献１】
特願２００２−３３５６８３号
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、複数の共振器を具備する固体レーザ装置に於いて、レーザ光線の出力の制御についての改善を図るものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、同軸上にレーザ光線を出力する複数の共振器と、それぞれの共振器に励起光を入射させる第１発光部、第２発光部と、出力されるレーザ光線をモニタリングするモニタ用受光器と、該モニタ用受光器からの信号に基づき前記第１発光部、前記第２発光部の少なくとも一方を定出力制御する制御部とを具備する固体レーザ装置に係り、又前記第１発光部、前記第２発光部の少なくとも一方が定出力制御され、他方は定電流で駆動される固体レーザ装置に係り、又前記第１発光部を駆動する電流に対する出力の変化率と、前記第２発光部を駆動する電流に対する出力の変化率とが異なる様に構成された固体レーザ装置に係り、更に又前記制御部は前記第１発光部、前記第２発光部を択一的に定出力制御する固体レーザ装置に係るものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は２つの共振器を具備した固体レーザ装置を示しており、前記２つの共振器は光軸の一部を共有し、同軸上にレーザ光線を出力する構成となっている。
【００１７】
第１光軸上に、第１発光部１４、第１凹面鏡１５、第１固体レーザ媒質（第１レーザ結晶）１６、中間鏡１７、非線形光学媒質（波長変換用光学結晶）１８、出力鏡１９を配設する。
【００１８】
前記第１レーザ結晶１６と中間鏡１７との間で前記第１光軸と例えば９０°で交差する第２光軸上に第２発光部２１、第２凹面鏡２２、第２固体レーザ媒質（第２レーザ結晶）２３を配設し、前記第１光軸と前記第２光軸とが交差する位置には波長分離板２４が配設される。前記第２光軸は前記波長分離板２４により屈曲され、該波長分離板２４と前記出力鏡１９との間を前記第１光軸と共用している。而して、前記波長変換用光学結晶１８は前記第１光軸と前記第２光軸の共用部分に配置される。
【００１９】
前記第１凹面鏡１５は励起光である波長λを高透過で、第１基本波の波長λ１ については高反射であり、前記中間鏡１７は波長λ１ 、第２基本波の波長λ２ については高透過であり、波長変換光の波長λ３ ［ＳＨＧ１ （λ１ ／２）、ＳＨＧ２ （λ２ ／２）、和周波（ＳＦＭ：１／λ３ ＝１／λ１ ＋１／λ２ ）或は差周波（ＤＦＭ：１／λ３ ＝１／λ１ −１／λ２ ）、以下は和周波（ＳＦＭ）について述べる］については高反射となっており、更に前記出力鏡１９は波長λ１ 、λ２ については高反射であり、波長変換光の波長λ３ については高透過となっている。
【００２０】
又、前記第２凹面鏡２２は、励起光λについては高透過で、第２基本波λ２ については高反射となっており、前記波長分離板２４は第１基本波λ１ については高透過で、第２基本波λ２ については高反射となっている。前記第１凹面鏡１５と前記出力鏡１９間で第１基本波用の第１共振器２５が構成され、前記第２凹面鏡２２と前記出力鏡１９間で第２基本波用の第２共振器２６が構成される。
【００２１】
前記出力鏡１９の出力側の光軸上に、ハーフミラー等の光束を分割する光束分割部材２７が配置される。該光束分割部材２７は、前記出力鏡１９から射出されるレーザ光線１２の一部を分割し、分割した一部の光束１２ａをモニタ用受光器２８に向ける。該モニタ用受光器２８は前記光束１２ａを受光することで固体レーザ装置から射出されるレーザ光線をモニタリングし、前記モニタ用受光器２８からの受光信号２９は制御部３０に送出され、該制御部３０は前記受光信号２９に基づき前記第１発光部１４、前記第２発光部２１の発光状態を制御する。
【００２２】
上記構成に於いて、前記第１発光部１４、前記第２発光部２１は励起光としてλ＝８０９ｎｍを射出し、第１レーザ結晶１６、第２レーザ結晶２３として１３４２ｎｍ、１０６４ｎｍの発振線を有するＮｄ：ＹＶＯ４ が使用され、又この場合、前記波長変換用光学結晶１８としてＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４ リン酸チタニルカリウム）が使用される。前記第１凹面鏡１５の反射面と前記出力鏡１９の反射面との距離Ｌ１ と、前記第２凹面鏡２２の反射面と前記出力鏡１９の反射面との距離Ｌ２ は前記第１共振器２５のビームウェストω１ と前記第２共振器２６のビームウェストω２ とが略等しくなる様に設定されている。
【００２３】
前記第１発光部１４から射出されたレーザビームは前記第１凹面鏡１５を透過し、更に前記第１共振器２５内で前記第１凹面鏡１５に反射されて前記第１レーザ結晶１６に集光し、前記第１凹面鏡１５と前記出力鏡１９間で第１基本波λ１ ＝１３４２ｎｍのレーザビームが発振される。
【００２４】
又、前記第２発光部２１から射出されたレーザビームは前記第２凹面鏡２２を透過し、更に前記第２共振器２６内で前記出力鏡１９、前記第２凹面鏡２２で反射されて前記第２レーザ結晶２３に集光し、前記第２凹面鏡２２と前記出力鏡１９間で第２基本波λ２ ＝１０６４ｎｍのレーザビームが発振される。
【００２５】
更に、第１基本波λ１ 、第２基本波λ２ のレーザビームが前記波長変換用光学結晶１８を透過することで、５９３ｎｍの和周波が発生し、前記中間鏡１７に向かう波長５９３ｎｍのレーザビームは該中間鏡１７で反射され、前記出力鏡１９より波長５９３ｎｍのレーザビームとして射出される。
【００２６】
上記した固体レーザ装置の構成で、前記第１共振器２５と第２共振器２６とは前記中間鏡１７、波長変換用光学結晶１８、出力鏡１９以外は分離した構成となっているので、前記第１発光部１４から前記第１共振器２５内に入射したレーザビームは図中では前記第１凹面鏡１５と前記波長分離板２４との間に集光点を形成し、この集光点が前記第１レーザ結晶１６内又は近傍となる位置に設けられる。又、同様に前記第２発光部２１から前記第２共振器２６内に入射したレーザビームは図中では前記第２凹面鏡２２と前記波長分離板２４との間に集光点を形成し、この集光点が前記第２レーザ結晶２３内又は近傍となる位置に設けられる。
【００２７】
前記第１レーザ結晶１６、第２レーザ結晶２３の励起効率は、レーザビームのエネルギ密度、或は偏光方向に影響されるが、前記第１レーザ結晶１６、第２レーザ結晶２３の位置調整は個々に行えるので、最適な位置に設定でき、又偏光方向の調整についても、前記第１発光部１４、第２発光部２１それぞれ個別に行えるので、調整が容易である。又、光学部材の位置調整、例えば前記第１凹面鏡１５、第２凹面鏡２２の光軸合せについても、一方の調整が他方に影響しないので、一方の調整を完了した後、他方が調整できる等調整が容易である。更に、２つの励起光の偏光を平行或は直交させることが可能な為、前記波長変換用光学結晶１８に制限はなく、全ての波長変換用光学結晶の使用が可能である。
【００２８】
又、前記第１光軸、第２光軸の共通部分を完全に合致させることが可能であり、又完全に合致させることで、前記波長変換用光学結晶１８の変換効率が向上する。
【００２９】
又、前記第１共振器２５と前記第２共振器２６とが同じ波長（λ１ ＝λ２ ）で発振する様にしてもよい。この場合、前記波長分離板２４は偏光分離板（Ｐ／Ｓ）を用いる。発振波長は例えばＮｄ：ＹＡＧなら１０６４ｎｍ（５３２ｎｍで緑）となる。
【００３０】
尚、前記波長変換用光学結晶１８を複数用意し、それぞれＤＦＭ、ＳＨＧ１ （λ１ ／２）、ＳＨＧ２ （λ２ ／２）用に角度調整し、個別に前記第１光軸、第２光軸の共有光軸部分内に挿入することで、ＤＦＭとして５１３６ｎｍ、ＳＨＧ１ （λ１ ／２）として６７１ｎｍ、ＳＨＧ２ （λ２ ／２）として５３２ｎｍが得られる。
【００３１】
即ち、前記第１発光部１４、前記第２発光部２１からレーザビームが入射された状態で、ＤＦＭ用の前記波長変換用光学結晶１８が挿入されると、差周波のレーザビームが出力され、前記第１発光部１４のみからのレーザビームが入射された状態で、１３４２ｎｍ用の波長変換用光学結晶１８が挿入されることで、波長６７１ｎｍのレーザビームが出力され、前記第２発光部２１のみからのレーザビームが入射された状態で、１０６４ｎｍ用の波長変換用光学結晶１８が挿入されることで、波長５３２ｎｍのレーザビームが出力される。
【００３２】
前記構成で前記第１レーザ結晶１６には前記第１発光部１４からのレーザビーム、前記第２レーザ結晶２３には前記第２発光部２１からのレーザビームが単独で入射するので、前記第１レーザ結晶１６、第２レーザ結晶２３に掛る負荷が少なく、又２組の前記第１発光部１４、第２発光部２１からのレーザビームにより波長変換光が得られるので高出力となる。
【００３３】
尚、上記波長変換用光学結晶１８としてはＫＴＰの他に、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２ Ｏ４ β型ホウ酸リチウム）、ＬＢＯ（ＬｉＢ３ Ｏ５ トリホウ酸リチウム）、ＫＮｂＯ３ （ニオブ酸カリウム）等も採用される。
【００３４】
上記構成の固体レーザ装置に於ける出力制御について説明する。
【００３５】
２波長のレーザ光線が重合した場合に、波長変換され出力される前記レーザ光線１２の出力Ｐ３ （λ３ ）は、前記第１共振器２５の基本波の出力をＰ１ （λ１ ）、前記第２共振器２６の基本波の出力をＰ２ （λ２ ）とすると、下記式１として与えられる。
【００３６】
Ｐ３ （λ３ ）∝Ｐ１ （λ１ ）・Ｐ２ （λ２ ）…（１）
【００３７】
従って、前記基本波のλ１ 、λ２ のいずれか一方、例えば前記第１共振器２５のλ１ を所定の一定値で発振させておき、前記第２共振器２６が発振するλ２ について前記第２発光部２１に供給するＬＤ電流を制御することで、前記レーザ光線１２（λ３ ）の出力の制御が可能である。
【００３８】
光出力Ｐ３（λ３）に与える影響がそれぞれの基本波Ｐ１（λ１）、Ｐ２（λ２）で異なる場合、光出力の性質を考慮して出力制御が可能となる。
【００３９】
図１に於いて、前記第１発光部１４については一定のＬＤ電流を供給し（ＡＣＣ：Ａｕｔｏ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ）、前記第２発光部２１へのＬＤ電流については、前記モニタ用受光器２８からの前記受光信号２９に基づき定出力制御（ＡＰＣ：Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う。
【００４０】
図２（Ａ）は、前記第１発光部１４に対する、ＬＤ電流の定電流制御を行った場合を示している。定電流制御を行った場合、第１レーザ結晶１６の温度変化等に対応して変換効率が変動等するので、出力は変動する。
【００４１】
又、図２（Ｂ）は前記第２発光部２１に対する定出力制御について示しており、該第２発光部２１へのＬＤ電流は図２（Ｃ）で示される様に、出力Ｐ３ （レーザ光線１２）の値が一定となる様制御されるので、ＬＤ電流は変動し、又前記第２共振器２６からの出力Ｐ２ も変動している。
【００４２】
尚、前記第２発光部２１に対して定電流制御を行い、前記第１発光部１４に対して定出力制御を行ってもよい。
【００４３】
該第１発光部１４、第２発光部２１を同一仕様のものを用い、前記第１共振器２５、前記第２共振器２６も同一波長のレーザ光線を出力するものを用いてもよい。
【００４４】
又、前記第１発光部１４、前記第２発光部２１及びその駆動部をＬＤ電流の変化に対して出力の変化率（感度）が異なるものを用いることができる。
【００４５】
例えば、図３（Ａ）は前記第１共振器２５の基本波Ｐ１（λ１）の出力がＬＤ電流の変化に対して敏感であり、図３（Ｂ）は前記第２共振器２６の基本波Ｐ２（λ２）の出力がＬＤ電流の変化に対して鈍感である場合を示している。即ち、図３（Ａ）ではＬＤ電流の変化ΔＩＬＤに対してΔＰａ の変化があるのに対し、図３（Ｂ）ではＬＤ電流の変化ΔＩＬＤに対してΔＰｂ （ΔＰａ ＞ΔＰｂ ）の変化がある。
【００４６】
従って、前記第２発光部２１について定電流制御を行い、前記第１発光部１４に対して定出力制御を行うことで、光変調等を行う場合に適した高感度で応答性のよい出力制御を行うことができる。又、前記第１発光部１４について定電流制御を行い、前記第２発光部２１については出力Ｐ３ （レーザ光線１２）の値に対して定出力制御を行うことで、低感度で応答性を抑制した出力制御を行うことができる。応答性を抑制することで、外乱の浸入等、或はレーザ結晶の変換効率の変動等によるノイズに対して、応答が抑えられ、安定した出力制御ができる。
【００４７】
尚、出力自体を増減させる場合は、定電流制御をしている発光部に対する供給電流値の設定値を変更する。定電流制御で電流値を変更した場合は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）中の線図の勾配が変化する。
【００４８】
次に、前記第１発光部１４、第２発光部２１を独立して制御することも可能である。
【００４９】
前記第１共振器２５から出力されるレーザ光線の波長λ１ と前記第２共振器２６から出力されるレーザ光線の波長λ２ とを異ならせ、前記第１発光部１４、第２発光部２１を択一的に駆動し、制御することで２波長のレーザ光線の出力制御が可能となる。
【００５０】
複数の波長のレーザ光線が必要な場合、例えば固体レーザ装置が医療に使用される場合、治療の種類、治療の部位に対して異なる波長が要求されるが、上記の様に独立して第１発光部１４、第２発光部２１を制御することで対応が可能となる。
【００５１】
尚、上記固体レーザ装置は２つの第１共振器２５、第２共振器２６をＴ字状に構成したが図４に示される様に、第１共振器２５、第２共振器２６を直線的に配設する構成としてもよい。
【００５２】
図４中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００５３】
同一光軸上に第１凹面鏡１５、第１レーザ結晶１６、第２共振器用反射鏡３１、波長変換用光学結晶１８、第１共振器用反射鏡３２、出力用波長分離板３３、第２レーザ結晶２３、第２凹面鏡２２が配設され、前記第１凹面鏡１５と前記第１共振器用反射鏡３２間で第１共振器２５が形成され、前記第２凹面鏡２２と前記第２共振器用反射鏡３１間で第２共振器２６が形成される。而して、前記第２共振器用反射鏡３１と第１共振器用反射鏡３２間は光軸の共有部分となっている。
【００５４】
上記した固体レーザ装置の構成で、前記第１共振器２５と前記第２共振器２６とは光学的に前記波長変換用光学結晶１８以外は分離した構成となっている。
【００５５】
前記第１凹面鏡１５は励起光である波長λを高透過で、前記第１共振器２５で励起される第１基本波の波長λ１ については高反射であり、前記第２共振器用反射鏡３１は波長λ１ について高透過で、前記第２共振器２６で励起される第２基本波の波長λ２ については高反射であると共に波長変換光の波長λ３ については高透過となっている。前記第１共振器用反射鏡３２は第１基本波の波長λ１ については高反射であり、第２基本波の波長λ２ 、波長変換光の波長λ３ については高透過である。
【００５６】
前記出力用波長分離板３３は第２基本波の波長λ２ については高透過であり、波長変換光の波長λ３ については高反射となっている。前記第２凹面鏡２２は、励起光である波長λについては高透過で、基本波のλ２ については高反射となっている。
【００５７】
更に、波長λ１ 、波長λ２ のレーザビームが前記波長変換用光学結晶１８を透過することで、波長変換光の波長λ３ が発生し、前記第２共振器用反射鏡３１と第１共振器用反射鏡３２間でポンピングされ、前記出力用波長分離板３３で反射され、波長λ３ のレーザビームとして射出される。該出力用波長分離板３３に対応して光束分割部材２７が配設され、波長λ３ のレーザビームの一部が分割され、図示してないがモニタ用受光器により受光され、受光信号２９に基づき制御部（図示せず）により、前記第１発光部１４、第２発光部２１が制御される。
【００５８】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、同軸上にレーザ光線を出力する複数の共振器と、それぞれの共振器に励起光を入射させる第１発光部、第２発光部と、出力されるレーザ光線をモニタリングするモニタ用受光器と、該モニタ用受光器からの信号に基づき前記第１発光部、前記第２発光部の少なくとも一方を定出力制御する制御部とを具備するので、複数の共振器を具備する固体レーザ装置に於ける出力制御が可能となる。
【００５９】
又本発明では、前記第１発光部を駆動する電流に対する出力の変化率と、前記第２発光部を駆動する電流に対する出力の変化率とが異なる様に構成されたので、状況に応じて応答速度の鋭敏な出力制御と応答速度を抑制した出力制御が可能となり、出力制御の汎用性が増大する等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】該実施の形態に於ける制御の状態を示す説明図である。
【図３】該実施の形態に於ける制御の特性を示す説明図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す概略構成図である。
【図５】従来例を示す概略構成図である。
【図６】該従来例に於ける制御の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１４ 第１発光部
１５ 第１凹面鏡
１６ 第１レーザ結晶
１７ 中間鏡
１８ 波長変換用光学結晶
１９ 出力鏡
２１ 第２発光部
２２ 第２凹面鏡
２３ 第２レーザ結晶
２４ 波長分離板
２５ 第１共振器
２６ 第２共振器
２７ 光束分割部材
２８ モニタ用受光器
３０ 制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は固体レーザ装置、特に半導体励起固体レーザ装置の出力を制御する様にした固体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５に於いて、半導体励起固体レーザ装置の概略を説明する。
【０００３】
図５中、１は励起光としてλの波長のレーザ光線を発する単一或は複数のレーザダイオードを有する発光部、２はλ１ の波長のレーザ光線を出力する共振器を示している。
【０００４】
該共振器２は主に、反射鏡３、該反射鏡３に対向して配置された出力鏡４、前記出力鏡４、反射鏡３の光軸上に設けられたレーザ結晶５から構成され、前記反射鏡３、出力鏡４にはそれぞれ誘電体反射膜６、誘電体反射膜７が形成されている。
【０００５】
前記共振器２の出力側の光軸上に、ハーフミラー８が配置され、該ハーフミラー８は前記共振器２から出力されるレーザ光線の一部を分割してモニタ用受光器９に入射させる様になっている。該モニタ用受光器９からの受光信号は制御部１１に入力され、該制御部１１は前記共振器２からの出力光の強度が一定となる様に前記発光部１を制御する。
【０００６】
尚、前記レーザ結晶５としては、例えばＮｄ：ＹＶＯ４ 、Ｎｄ３＋ イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）が用いられる。
【０００７】
上記半導体励起固体レーザ装置に於いて、前記発光部１が駆動されると励起光が前記反射鏡３を透して前記共振器２に入射される。励起光は前記レーザ結晶５を通過し、前記誘電体反射膜６と前記誘電体反射膜７間でポンピングされて増幅され、前記出力鏡４を透してλ１ のレーザ光線１２が出力される。
【０００８】
該レーザ光線１２は前記ハーフミラー８を透して射出されると共に該ハーフミラー８で分割され、前記モニタ用受光器９に入射する。該モニタ用受光器９からの受光信号は前記制御部１１に入射され、該制御部１１は受光信号に基づき前記レーザ光線１２の強度が一定となる様に前記発光部１の駆動を制御する。
【０００９】
前記制御部１１に、前記共振器２からの前記レーザ光線１２の強度を設定する制御信号（図６（Ａ）参照）が入力されると、該レーザ光線１２の強度を一定（図６（Ｃ）参照）にする様、前記発光部１に供給される駆動電流を制御する。駆動電流は前記レーザ結晶５の温度の変動等に対応する為、一定とはならない（図６（Ｂ）参照）。
【００１０】
本出願人は、先の出願（特願２００２−３３５６８３号）に於いて、光軸を共有する複数の共振器を具備した固体レーザ装置を提案している。
【００１１】
提案された固体レーザ装置では、レーザ光線の出力増大、或は複数の異なる波長のレーザ光線の出力を可能とし、又構造を簡潔にできるという利点を有している。
【００１２】
【特許文献１】
特願２００２−３３５６８３号
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、複数の共振器を具備する固体レーザ装置に於いて、レーザ光線の出力の制御についての改善を図るものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、同軸上にレーザ光線を出力する複数の共振器と、それぞれの共振器に励起光を入射させる第１発光部、第２発光部と、出力されるレーザ光線をモニタリングするモニタ用受光器と、該モニタ用受光器からの信号に基づき前記第１発光部、前記第２発光部の少なくとも一方を定出力制御する制御部とを具備する固体レーザ装置に係り、又前記第１発光部、前記第２発光部の少なくとも一方が定出力制御され、他方は定電流で駆動される固体レーザ装置に係り、又前記第１発光部を駆動する電流に対する出力の変化率と、前記第２発光部を駆動する電流に対する出力の変化率とが異なる様に構成された固体レーザ装置に係り、更に又前記制御部は前記第１発光部、前記第２発光部を択一的に定出力制御する固体レーザ装置に係るものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は２つの共振器を具備した固体レーザ装置を示しており、前記２つの共振器は光軸の一部を共有し、同軸上にレーザ光線を出力する構成となっている。
【００１７】
第１光軸上に、第１発光部１４、第１凹面鏡１５、第１固体レーザ媒質（第１レーザ結晶）１６、中間鏡１７、非線形光学媒質（波長変換用光学結晶）１８、出力鏡１９を配設する。
【００１８】
前記第１レーザ結晶１６と中間鏡１７との間で前記第１光軸と例えば９０°で交差する第２光軸上に第２発光部２１、第２凹面鏡２２、第２固体レーザ媒質（第２レーザ結晶）２３を配設し、前記第１光軸と前記第２光軸とが交差する位置には波長分離板２４が配設される。前記第２光軸は前記波長分離板２４により屈曲され、該波長分離板２４と前記出力鏡１９との間を前記第１光軸と共用している。而して、前記波長変換用光学結晶１８は前記第１光軸と前記第２光軸の共用部分に配置される。
【００１９】
前記第１凹面鏡１５は励起光である波長λを高透過で、第１基本波の波長λ１ については高反射であり、前記中間鏡１７は波長λ１ 、第２基本波の波長λ２ については高透過であり、波長変換光の波長λ３ ［ＳＨＧ１ （λ１ ／２）、ＳＨＧ２ （λ２ ／２）、和周波（ＳＦＭ：１／λ３ ＝１／λ１ ＋１／λ２ ）或は差周波（ＤＦＭ：１／λ３ ＝１／λ１ −１／λ２ ）、以下は和周波（ＳＦＭ）について述べる］については高反射となっており、更に前記出力鏡１９は波長λ１ 、λ２ については高反射であり、波長変換光の波長λ３ については高透過となっている。
【００２０】
又、前記第２凹面鏡２２は、励起光λについては高透過で、第２基本波λ２ については高反射となっており、前記波長分離板２４は第１基本波λ１ については高透過で、第２基本波λ２ については高反射となっている。前記第１凹面鏡１５と前記出力鏡１９間で第１基本波用の第１共振器２５が構成され、前記第２凹面鏡２２と前記出力鏡１９間で第２基本波用の第２共振器２６が構成される。
【００２１】
前記出力鏡１９の出力側の光軸上に、ハーフミラー等の光束を分割する光束分割部材２７が配置される。該光束分割部材２７は、前記出力鏡１９から射出されるレーザ光線１２の一部を分割し、分割した一部の光束１２ａをモニタ用受光器２８に向ける。該モニタ用受光器２８は前記光束１２ａを受光することで固体レーザ装置から射出されるレーザ光線をモニタリングし、前記モニタ用受光器２８からの受光信号２９は制御部３０に送出され、該制御部３０は前記受光信号２９に基づき前記第１発光部１４、前記第２発光部２１の発光状態を制御する。
【００２２】
上記構成に於いて、前記第１発光部１４、前記第２発光部２１は励起光としてλ＝８０９ｎｍを射出し、第１レーザ結晶１６、第２レーザ結晶２３として１３４２ｎｍ、１０６４ｎｍの発振線を有するＮｄ：ＹＶＯ４ が使用され、又この場合、前記波長変換用光学結晶１８としてＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４ リン酸チタニルカリウム）が使用される。前記第１凹面鏡１５の反射面と前記出力鏡１９の反射面との距離Ｌ１ と、前記第２凹面鏡２２の反射面と前記出力鏡１９の反射面との距離Ｌ２ は前記第１共振器２５のビームウェストω１ と前記第２共振器２６のビームウェストω２ とが略等しくなる様に設定されている。
【００２３】
前記第１発光部１４から射出されたレーザビームは前記第１凹面鏡１５を透過し、更に前記第１共振器２５内で前記第１凹面鏡１５に反射されて前記第１レーザ結晶１６に集光し、前記第１凹面鏡１５と前記出力鏡１９間で第１基本波λ１ ＝１３４２ｎｍのレーザビームが発振される。
【００２４】
又、前記第２発光部２１から射出されたレーザビームは前記第２凹面鏡２２を透過し、更に前記第２共振器２６内で前記出力鏡１９、前記第２凹面鏡２２で反射されて前記第２レーザ結晶２３に集光し、前記第２凹面鏡２２と前記出力鏡１９間で第２基本波λ２ ＝１０６４ｎｍのレーザビームが発振される。
【００２５】
更に、第１基本波λ１ 、第２基本波λ２ のレーザビームが前記波長変換用光学結晶１８を透過することで、５９３ｎｍの和周波が発生し、前記中間鏡１７に向かう波長５９３ｎｍのレーザビームは該中間鏡１７で反射され、前記出力鏡１９より波長５９３ｎｍのレーザビームとして射出される。
【００２６】
上記した固体レーザ装置の構成で、前記第１共振器２５と第２共振器２６とは前記中間鏡１７、波長変換用光学結晶１８、出力鏡１９以外は分離した構成となっているので、前記第１発光部１４から前記第１共振器２５内に入射したレーザビームは図中では前記第１凹面鏡１５と前記波長分離板２４との間に集光点を形成し、この集光点が前記第１レーザ結晶１６内又は近傍となる位置に設けられる。又、同様に前記第２発光部２１から前記第２共振器２６内に入射したレーザビームは図中では前記第２凹面鏡２２と前記波長分離板２４との間に集光点を形成し、この集光点が前記第２レーザ結晶２３内又は近傍となる位置に設けられる。
【００２７】
前記第１レーザ結晶１６、第２レーザ結晶２３の励起効率は、レーザビームのエネルギ密度、或は偏光方向に影響されるが、前記第１レーザ結晶１６、第２レーザ結晶２３の位置調整は個々に行えるので、最適な位置に設定でき、又偏光方向の調整についても、前記第１発光部１４、第２発光部２１それぞれ個別に行えるので、調整が容易である。又、光学部材の位置調整、例えば前記第１凹面鏡１５、第２凹面鏡２２の光軸合せについても、一方の調整が他方に影響しないので、一方の調整を完了した後、他方が調整できる等調整が容易である。更に、２つの励起光の偏光を平行或は直交させることが可能な為、前記波長変換用光学結晶１８に制限はなく、全ての波長変換用光学結晶の使用が可能である。
【００２８】
又、前記第１光軸、第２光軸の共通部分を完全に合致させることが可能であり、又完全に合致させることで、前記波長変換用光学結晶１８の変換効率が向上する。
【００２９】
又、前記第１共振器２５と前記第２共振器２６とが同じ波長（λ１ ＝λ２ ）で発振する様にしてもよい。この場合、前記波長分離板２４は偏光分離板（Ｐ／Ｓ）を用いる。発振波長は例えばＮｄ：ＹＡＧなら１０６４ｎｍ（５３２ｎｍで緑）となる。
【００３０】
尚、前記波長変換用光学結晶１８を複数用意し、それぞれＤＦＭ、ＳＨＧ１ （λ１ ／２）、ＳＨＧ２ （λ２ ／２）用に角度調整し、個別に前記第１光軸、第２光軸の共有光軸部分内に挿入することで、ＤＦＭとして５１３６ｎｍ、ＳＨＧ１ （λ１ ／２）として６７１ｎｍ、ＳＨＧ２ （λ２ ／２）として５３２ｎｍが得られる。
【００３１】
即ち、前記第１発光部１４、前記第２発光部２１からレーザビームが入射された状態で、ＤＦＭ用の前記波長変換用光学結晶１８が挿入されると、差周波のレーザビームが出力され、前記第１発光部１４のみからのレーザビームが入射された状態で、１３４２ｎｍ用の波長変換用光学結晶１８が挿入されることで、波長６７１ｎｍのレーザビームが出力され、前記第２発光部２１のみからのレーザビームが入射された状態で、１０６４ｎｍ用の波長変換用光学結晶１８が挿入されることで、波長５３２ｎｍのレーザビームが出力される。
【００３２】
前記構成で前記第１レーザ結晶１６には前記第１発光部１４からのレーザビーム、前記第２レーザ結晶２３には前記第２発光部２１からのレーザビームが単独で入射するので、前記第１レーザ結晶１６、第２レーザ結晶２３に掛る負荷が少なく、又２組の前記第１発光部１４、第２発光部２１からのレーザビームにより波長変換光が得られるので高出力となる。
【００３３】
尚、上記波長変換用光学結晶１８としてはＫＴＰの他に、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２ Ｏ４ β型ホウ酸リチウム）、ＬＢＯ（ＬｉＢ３ Ｏ５ トリホウ酸リチウム）、ＫＮｂＯ３ （ニオブ酸カリウム）等も採用される。
【００３４】
上記構成の固体レーザ装置に於ける出力制御について説明する。
【００３５】
２波長のレーザ光線が重合した場合に、波長変換され出力される前記レーザ光線１２の出力Ｐ３ （λ３ ）は、前記第１共振器２５の基本波の出力をＰ１ （λ１ ）、前記第２共振器２６の基本波の出力をＰ２ （λ２ ）とすると、下記式１として与えられる。
【００３６】
Ｐ３ （λ３ ）∝Ｐ１ （λ１ ）・Ｐ２ （λ２ ）…（１）
【００３７】
従って、前記基本波のλ１ 、λ２ のいずれか一方、例えば前記第１共振器２５のλ１ を所定の一定値で発振させておき、前記第２共振器２６が発振するλ２ について前記第２発光部２１に供給するＬＤ電流を制御することで、前記レーザ光線１２（λ３ ）の出力の制御が可能である。
【００３８】
光出力Ｐ３（λ３）に与える影響がそれぞれの基本波Ｐ１（λ１）、Ｐ２（λ２）で異なる場合、光出力の性質を考慮して出力制御が可能となる。
【００３９】
図１に於いて、前記第１発光部１４については一定のＬＤ電流を供給し（ＡＣＣ：Ａｕｔｏ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ）、前記第２発光部２１へのＬＤ電流については、前記モニタ用受光器２８からの前記受光信号２９に基づき定出力制御（ＡＰＣ：Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う。
【００４０】
図２（Ａ）は、前記第１発光部１４に対する、ＬＤ電流の定電流制御を行った場合を示している。定電流制御を行った場合、第１レーザ結晶１６の温度変化等に対応して変換効率が変動等するので、出力は変動する。
【００４１】
又、図２（Ｂ）は前記第２発光部２１に対する定出力制御について示しており、該第２発光部２１へのＬＤ電流は図２（Ｃ）で示される様に、出力Ｐ３ （レーザ光線１２）の値が一定となる様制御されるので、ＬＤ電流は変動し、又前記第２共振器２６からの出力Ｐ２ も変動している。
【００４２】
尚、前記第２発光部２１に対して定電流制御を行い、前記第１発光部１４に対して定出力制御を行ってもよい。
【００４３】
該第１発光部１４、第２発光部２１を同一仕様のものを用い、前記第１共振器２５、前記第２共振器２６も同一波長のレーザ光線を出力するものを用いてもよい。
【００４４】
又、前記第１発光部１４、前記第２発光部２１及びその駆動部をＬＤ電流の変化に対して出力の変化率（感度）が異なるものを用いることができる。
【００４５】
例えば、図３（Ａ）は前記第１共振器２５の基本波Ｐ１（λ１）の出力がＬＤ電流の変化に対して敏感であり、図３（Ｂ）は前記第２共振器２６の基本波Ｐ２（λ２）の出力がＬＤ電流の変化に対して鈍感である場合を示している。即ち、図３（Ａ）ではＬＤ電流の変化ΔＩＬＤに対してΔＰａ の変化があるのに対し、図３（Ｂ）ではＬＤ電流の変化ΔＩＬＤに対してΔＰｂ （ΔＰａ ＞ΔＰｂ ）の変化がある。
【００４６】
従って、前記第２発光部２１について定電流制御を行い、前記第１発光部１４に対して定出力制御を行うことで、光変調等を行う場合に適した高感度で応答性のよい出力制御を行うことができる。又、前記第１発光部１４について定電流制御を行い、前記第２発光部２１については出力Ｐ３ （レーザ光線１２）の値に対して定出力制御を行うことで、低感度で応答性を抑制した出力制御を行うことができる。応答性を抑制することで、外乱の浸入等、或はレーザ結晶の変換効率の変動等によるノイズに対して、応答が抑えられ、安定した出力制御ができる。
【００４７】
尚、出力自体を増減させる場合は、定電流制御をしている発光部に対する供給電流値の設定値を変更する。定電流制御で電流値を変更した場合は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）中の線図の勾配が変化する。
【００４８】
次に、前記第１発光部１４、第２発光部２１を独立して制御することも可能である。
【００４９】
前記第１共振器２５から出力されるレーザ光線の波長λ１ と前記第２共振器２６から出力されるレーザ光線の波長λ２ とを異ならせ、前記第１発光部１４、第２発光部２１を択一的に駆動し、制御することで２波長のレーザ光線の出力制御が可能となる。
【００５０】
複数の波長のレーザ光線が必要な場合、例えば固体レーザ装置が医療に使用される場合、治療の種類、治療の部位に対して異なる波長が要求されるが、上記の様に独立して第１発光部１４、第２発光部２１を制御することで対応が可能となる。
【００５１】
尚、上記固体レーザ装置は２つの第１共振器２５、第２共振器２６をＴ字状に構成したが図４に示される様に、第１共振器２５、第２共振器２６を直線的に配設する構成としてもよい。
【００５２】
図４中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００５３】
同一光軸上に第１凹面鏡１５、第１レーザ結晶１６、第２共振器用反射鏡３１、波長変換用光学結晶１８、第１共振器用反射鏡３２、出力用波長分離板３３、第２レーザ結晶２３、第２凹面鏡２２が配設され、前記第１凹面鏡１５と前記第１共振器用反射鏡３２間で第１共振器２５が形成され、前記第２凹面鏡２２と前記第２共振器用反射鏡３１間で第２共振器２６が形成される。而して、前記第２共振器用反射鏡３１と第１共振器用反射鏡３２間は光軸の共有部分となっている。
【００５４】
上記した固体レーザ装置の構成で、前記第１共振器２５と前記第２共振器２６とは光学的に前記波長変換用光学結晶１８以外は分離した構成となっている。
【００５５】
前記第１凹面鏡１５は励起光である波長λを高透過で、前記第１共振器２５で励起される第１基本波の波長λ１ については高反射であり、前記第２共振器用反射鏡３１は波長λ１ について高透過で、前記第２共振器２６で励起される第２基本波の波長λ２ については高反射であると共に波長変換光の波長λ３ については高透過となっている。前記第１共振器用反射鏡３２は第１基本波の波長λ１ については高反射であり、第２基本波の波長λ２ 、波長変換光の波長λ３ については高透過である。
【００５６】
前記出力用波長分離板３３は第２基本波の波長λ２ については高透過であり、波長変換光の波長λ３ については高反射となっている。前記第２凹面鏡２２は、励起光である波長λについては高透過で、基本波のλ２ については高反射となっている。
【００５７】
更に、波長λ１ 、波長λ２ のレーザビームが前記波長変換用光学結晶１８を透過することで、波長変換光の波長λ３ が発生し、前記第２共振器用反射鏡３１と第１共振器用反射鏡３２間でポンピングされ、前記出力用波長分離板３３で反射され、波長λ３ のレーザビームとして射出される。該出力用波長分離板３３に対応して光束分割部材２７が配設され、波長λ３ のレーザビームの一部が分割され、図示してないがモニタ用受光器により受光され、受光信号２９に基づき制御部（図示せず）により、前記第１発光部１４、第２発光部２１が制御される。
【００５８】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、同軸上にレーザ光線を出力する複数の共振器と、それぞれの共振器に励起光を入射させる第１発光部、第２発光部と、出力されるレーザ光線をモニタリングするモニタ用受光器と、該モニタ用受光器からの信号に基づき前記第１発光部、前記第２発光部の少なくとも一方を定出力制御する制御部とを具備するので、複数の共振器を具備する固体レーザ装置に於ける出力制御が可能となる。
【００５９】
又本発明では、前記第１発光部を駆動する電流に対する出力の変化率と、前記第２発光部を駆動する電流に対する出力の変化率とが異なる様に構成されたので、状況に応じて応答速度の鋭敏な出力制御と応答速度を抑制した出力制御が可能となり、出力制御の汎用性が増大する等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】該実施の形態に於ける制御の状態を示す説明図である。
【図３】該実施の形態に於ける制御の特性を示す説明図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す概略構成図である。
【図５】従来例を示す概略構成図である。
【図６】該従来例に於ける制御の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１４ 第１発光部
１５ 第１凹面鏡
１６ 第１レーザ結晶
１７ 中間鏡
１８ 波長変換用光学結晶
１９ 出力鏡
２１ 第２発光部
２２ 第２凹面鏡
２３ 第２レーザ結晶
２４ 波長分離板
２５ 第１共振器
２６ 第２共振器
２７ 光束分割部材
２８ モニタ用受光器
３０ 制御部
Claims (4)
- 同軸上にレーザ光線を出力する複数の共振器と、それぞれの共振器に励起光を入射させる第１発光部、第２発光部と、出力されるレーザ光線をモニタリングするモニタ用受光器と、該モニタ用受光器からの信号に基づき前記第１発光部、前記第２発光部の少なくとも一方を定出力制御する制御部とを具備することを特徴とする固体レーザ装置。
- 前記第１発光部、前記第２発光部の少なくとも一方が定出力制御され、他方は定電流で駆動される請求項１の固体レーザ装置。
- 前記第１発光部を駆動する電流に対する出力の変化率と、前記第２発光部を駆動する電流に対する出力の変化率とが異なる様に構成された請求項１の固体レーザ装置。
- 前記制御部は前記第１発光部、前記第２発光部を択一的に定出力制御する請求項１の固体レーザ装置。
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