JP2005268415A

JP2005268415A - Ｑスイッチ制御方法

Info

Publication number: JP2005268415A
Application number: JP2004076505A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Akino; 陽介秋野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】本発明は，光弾性効果を有するポッケルスセル（電気光学素子）材料を採用したＥ／Ｏ：Ｑスイッチレーザにおいて，Ｑスイッチ動作時に光弾性効果の影響により出力結合量が時間的に振動することで，発生が懸念されるダブルパルス及び光学部品の焼損を容易に防止することを目的とする。
【解決手段】ポッケルスセル（電気光学素子）の印加電圧１をＱスイッチ動作させ，出力結合量の時間的な振動が発生する前にパルスを発振させ，その直後に，再度，電気光学素子印加電圧１をＱスイッチ動作前のレベルに切り替えて，出力結合量の時間的な振動の影響を受けないようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は，例えばレーザ測距装置等に搭載される固体レーザ装置に用いられ，光弾性効果を有するポッケルスセル（以下、電気光学素子と言う）を採用したＱスイッチ制御方法に関するものである。

従来の光弾性効果を有する電気光学素子を用いたＱスイッチ制御方法においては、レーザ媒質を励起している間，レーザ発振させないように，電気光学素子にあるレベルの電圧を印加させておき，レーザ媒質の反転分布が最大となった時に，適当な出力結合量となるように電気光学素子の電圧を短時間で切り替えることで，高出力の短パルスが得られる。光弾性効果は，変形した弾性体が光学的異性体となって複屈折などを生ずる現象で，電気光学素子印加電圧に急激な変化を加え，結晶が変形すると，結晶が光学的に異方性を持ち，結晶内の屈折率が時間的に変化し，偏光が時間的に変化し，その結果，出力結合量が時間的に振動する（例えば、非特許文献１参照）。

R.P.Hilberg,W.R.Hook:APPLIED OPTICS/Vol.9,P.1939〜P.1940(1970)

上記のように，ＬｉＮｂＯ_３やＫＤＰ等の光弾性効果を有する光学結晶を電気光学素子に採用した従来のＱスイッチレーザにおいては，出力結合量が時間的に振動する為，レーザ発振器内部パワーが大きくなり，共振器内の光学部品に焼損が発生したり，ダブルパルスが発生してしまう。
ダブルパルスとは，１回のレーザ動作で，２つの発振パルスが発生することであり，Ｑスイッチ動作後，出力結合量が一定であれば，ダブルパルスは発生しないが，出力結合量が時間的に変化する場合，レーザパルスが発振した後，レーザ媒質中に反転分布量が多く残存しており，出力結合量が残存している反転分布量に対するレーザ発振閾値を超えると，２発目のパルスが発生する。

この発明は，かかる問題点を解決するためになされたもので，光学部品の焼損を防止できると共に，あらゆる状況下でもダブルパルスが発生しないＱスイッチ制御方法を提供することを目的としている。

この発明によるＱスイッチ制御方法は、一対の稜線方向の直交するルーフプリズムを有するレーザ共振器と、このレーザ共振器の光軸上に設置されたレーザ媒質と、このレーザ媒質を励起する励起源と、上記レーザ共振器の光軸上に設置され、対向する一方の電極と他方の電極を有するポッケルスセルと、上記レーザ共振器の光軸上に設置され、出力反射鏡としてレーザ発振光を出力する薄膜偏光子とを備えたＱスイッチレーザにより、Ｑスイッチ動作させるＱスイッチ制御方法において、上記ＱスイッチレーザのＱスイッチ動作後に、最初に上記Ｑスイッチレーザが発振した直後に、上記薄膜偏光子における出力結合量を上記ＱスイッチレーザのＱスイッチ動作前の略水準に変化させる様に制御したものである。

このＱスイッチ制御方法では，出力結合量の時間的な変動を受けないか、或いは影響を軽減することが可能であり，強制的に出力結合量を制御する為，ダブルパルスの発生を防止することが出来る。また，出力結合量の時間的な振動も解消される為，出力結合量の時間的変動による共振器内部パワーの著しい増加に伴う，共振器内部の光学部品の焼損も防止することが出来る。

実施の形態１．図１は，この発明の実施の形態１を示す構成図である。図において，１，２はレーザ光を閉じ込める一対（第１／第２）のルーフプリズムであり，図２のように第１のルーフプリズム１，第２のルーフプリズム２の稜線１ａ，２ａは互いに直交している。３はレーザ媒質，６はレーザ媒質３を励起する励起源，５は薄膜偏光子であり，出力反射鏡の機能を持ち，光軸９に対して，誘電体表面で光が正反射するとき、ｐ偏光に対する反射率が零になる入射角であるブリュースタ角で配置されている。４は光弾性効果を有する電気光学素子であり、光学面４ａ，４ｂに光が入射し、電極接着面４ｃ，４ｄに２つの独立した電源７，８がそれぞれ電気的につながっており、電気光学素子４は、電源７，８より電圧が印加される。第１のルーフプリズム１，レーザ媒質３，電気光学素子４，薄膜偏光子５の中心が光軸９に一致するように配置している。

次に，動作について説明する。図３は，図１および図２で示したＱスイッチ動作を説明するＱスイッチ動作直前からレーザ発振後までのタイムチャートであり，図４は、Ｑスイッチ動作直前からレーザ発振後までの従来のＱスイッチ動作を説明するタイムチャートである。また、図５は、励起直後から、レーザ発振後までのタイムチャートである。図３の（ａ）は，電源７より，電極接着面４ｃに印加している電圧１０の時間変化であり，Ｑスイッチ動作の時間を０としている。（ｂ）は，第２の電源８より，電極接着面４ｄに印加している電圧１１の時間変化であり，レーザ動作中は，一定である。（ｃ）は，電極接着面４ｃ，４ｄに各々第１の電気光学素子印加電圧１０及び第２の電気光学素子１１が印加されたときの，薄膜偏光子５の出力結合量１２の時間変化で，（ｄ）は，本Ｑスイッチ動作により，得られる発振パルス１３である。

図４の（ａ）は，第１の電源７より，電極接着面４ｃに印加している第１の従来の電気光学素子印加電圧１４の時間変化，（ｂ）は第２の電源８より，電極接着面４ｄに印加している第２の従来の電気光学素子印加電圧１５の時間変化であり，一定である。（ｃ）は，電極接着面４ｃ，４ｄに各々第１の電気光学素子印加電圧１４及び第２の電気光学素子１５が印加されたときの従来のＱスイッチ動作での薄膜偏光子５の出力結合量１６の時間変化，（ｄ）は，従来のＱスイッチ動作により，得られた発振パルス１７である。

図５の（ａ）は、励起源６より得られるレーザ媒質３に蓄積される反転分布量１８の時間変化、（ｂ）は、第１の電源７より，電極接着面４ｃに印加している第１の従来の電気光学素子印加電圧１４の時間変化，（ｃ）は第２の電源８より，電極接着面４ｄに印加している第２の従来の電気光学素子印加電圧１５の時間変化であり，１９は、Ｑスイッチ動作する時点である。

図５のように，励起源６からレーザ媒質３への励起により、反転分布量が増加している間，第１の電源７は，第１の電源７及び第２の電源８の両電源で合わせて，レーザ発振しない程度の第１の従来の電気光学素子印加電圧１４を印加させ，第２の電源８は，単独で適度な出力結合量となるような程度の常時一定な第２の電気光学素子印加電圧１５を電気光学素子４にそれぞれ印加させる。図５（ａ）のように、レーザ媒質３に反転分布量１８が最大となった時に，図５（ｂ）のように、第１の従来の電気光学素子印加電圧１４をゼロにさせる。従来の方法では、図４で示すように、その後，共振器内で，レーザ発振が立ち上がり，Ｑスイッチパルスが発振すると共に，光弾性効果の影響により，図４（ｃ）のように、出力結合量１６は時間的に変動し，場合によっては，図４（ｄ）のように，ダブルパルスが発生する。

本Ｑスイッチ動作では，図５（ａ）のように，励起源６がレーザ媒質３を励起している間，電気光学素子４の電極接着面４ｃ、４ｄの両端面にレーザが発振しないレベルで，第１の電気光学素子印加電圧１０及び第２の電気光学素子印加電圧１１をそれぞれ印加させ，図５（ａ）のように、レーザ媒質３に反転分布量１８が最大となった時に，図５（ｂ）のように、電気光学素子印加電圧１０をゼロにし，レーザパルス発振させるが，その直後，図３（ａ）のように、電気光学素子印加電圧１０をＱスイッチ動作前のレベルに電圧を再印加させる。

この実施の形態１によるＱスイッチ制御方法では，出力結合量の時間的な変動を受けない，または，影響を軽減することが可能であり，強制的に出力結合量を制御する為，ダブルパルスの発生が防止される。また，出力結合量の時間的な振動が解消される為，出力結合量の時間の変動による共振器内部パワーの著しい増加に伴う，共振器内部の光学部品の焼損も防止することができる。

実施の形態２．
この実施の形態２の構造は，実施の形態１と同様である。
次に動作について説明する。図６は，実施の形態２を説明するタイムチャートである。
図６の（ａ）は，電源７より，電極接着面４ｃに印加している電圧２０の時間変化であり，Ｑスイッチ動作の時間を０としている。（ｂ）は，第２の電源８より，電極接着面４ｄに印加している電圧２１の時間変化である。本Ｑスイッチ動作に関しては，従来通り，レーザ媒質を励起している間，電気光学素子４の両端面に発振しないレベルで，第１の電気光学素子印加電圧２０及び第２の電気光学素子印加電圧２１をそれぞれ印加させ，レーザ媒質３の反転分布量が最大となった時に，電気光学素子印加電圧２０をゼロにし，レーザパルス発振させるが，その直後，電気光学素子印加電圧２１を電気光学素子印加電圧２０のＱスイッチ動作前のレベルに電圧を印加させる。

本動作により，実施の形態１と同様な出力結合量１２が得られ，出力結合量１２の時間的な変動をなくし，強制的にシングルパルスのみ発生させる。また，本動作は，２回の電圧の切り替えを単独の電源で行う為に，電源には短時間での応答性能を必要せず，低コスト化することができる。

ところで，各実施の形態は、ＬｉＮｂＯ_３を電気光学素子材料に用いた場合について述べたが，他の光弾性効果を有する光学結晶にも利用できることは，いうまでもない。

この発明の実施の形態１及び実施の形態２によるレーザ共振器を示す概略の構成図である。この発明の実施の形態１及び実施の形態２によるレーザ共振器内のルーフプリズムの構成を示す斜視図である。この発明の実施の形態１のＱスイッチ動作を示すタイミングチャートである。従来のＱスイッチ動作を示すタイミングチャートである。従来のＱスイッチ動作を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態２のＱスイッチ動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１第１のルーフプリズム、１ａ第１のルーフプリズムの稜線、２第２のルーフプリズム、２ａ第２のルーフプリズムの稜線、３レーザ媒質、４電気光学素子、４ａ第１の光学面、４ｂ第２の光学面、４ｃ第１の電極接着面、４ｄ第２の電極接着面、５薄膜偏光子、６励起源、７第１の電源、８第２の電源、９光軸、１０第２の電気光学素子印加電圧、１１第２の電気光学素子印加電圧、１２出力結合量、１３発振パルス、１４第１の従来の電気光学素子印加電圧、１５第２の従来の電気光学素子印加電圧、１６従来の出力結合量、１７従来の発振パルス、
１８レーザ媒質の反転分布量、１９Ｑスイッチ動作時点、２０第１の電気光学素子印加電圧、２１第２の電気光学素子印加電圧。

Claims

一対の稜線方向の直交するルーフプリズムを有するレーザ共振器と、
このレーザ共振器の光軸上に設置されたレーザ媒質と、
このレーザ媒質を励起する励起源と、
上記レーザ共振器の光軸上に設置され、対向する一方の電極と他方の電極を有するポッケルスセルと、
上記レーザ共振器の光軸上に設置され、出力反射鏡としてレーザ発振光を出力する薄膜偏光子と、
を備えたＱスイッチレーザにより、Ｑスイッチ動作させるＱスイッチ制御方法において、
上記ＱスイッチレーザのＱスイッチ動作後に、最初に上記Ｑスイッチレーザが発振した直後に、上記薄膜偏光子における出力結合量を上記ＱスイッチレーザのＱスイッチ動作前の略水準に変化させる様に制御した、
ことを特徴とするＱスイッチ制御方法。
夫々独立した２つの電源を用い、上記ポッケルスセルの両端に夫々電圧を印加させ、
何れか一方の電極に印加する電圧を一定とすると共に、もう一方の電極に印加する電圧により、上記ＱスイッチレーザのＱスイッチ動作をする様にしたことを特徴とする、請求項１記載のＱスイッチ制御方法。
夫々独立した２つの電源を用い、上記ポッケルスセルの両端に夫々電圧を印加させ、
何れか一方の電極に印加する電圧でＱスイッチ動作をさせると共に，
もう一方の電極に印加する電圧により，上記ＱスイッチレーザのＱスイッチ動作後に、最初に上記Ｑスイッチレーザが発振した直後に、上記薄膜偏光子における出力結合量を上記ＱスイッチレーザのＱスイッチ動作前の略水準に変化させる様に制御したことを特徴とする、請求項１記載のＱスイッチ制御方法。