JP2006245608A - Semiconductor-laser pumped solid-state laser apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、安定で効率よくレーザビームを発生させることができる半導体レーザ励起固体レーザ装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser pumped solid-state laser device capable of generating a laser beam stably and efficiently.
図17(a),(b)及び図18は、例えば特許文献1に示された従来の半導体レーザ励起固体レーザ装置の構成を示す側面図と横断面図、及び半導体レーザに流す入力電流波形とレーザ出力波形を示す図である。図17(a),(b)において、1は励起光源である半導体レーザ、2は固体レーザ素子としてのスラブ形状のNd:YAGである。3は励起光である半導体レーザ光、4はフローチューブである。
17A, 17B, and 18 are a side view and a cross-sectional view showing a configuration of a conventional semiconductor laser pumped solid-state laser device disclosed in, for example,
上記固体レーザ素子2は、フローチューブ4に挿入され、固体レーザ素子2とフローチューブ4の間には、固体レーザ素子2を冷却するために、冷却媒体5として冷水が流されいる。半導体レーザ1は、フローチューブ4外部に設置され、出射された半導体レーザ光3は、金製のミラー6により反射、導光されて、フローチューブ4を介して固体レーザ素子2を励起する。また、フローチューブ4の周囲は、半導体レーザ光3が入射する領域を除き、金製のミラー6で覆われている。これにより、フローチューブ4内部に半導体レーザ光3を閉じ込める効果を得、励起効率の向上を図っている。9と10は共振器を構成する主反射ミラーと部分反射ミラーであり、11は共振器外部に放出されるレーザ光である。
The
次に、半導体レーザ1のパルス励起による固体レーザ装置の動作について説明する。半導体レーザ1に電流を流すと、発光部より半導体レーザ光が出射する。従来は、半導体レーザをパルス動作させる際、図18に示す入力電流波形のように、1パルス内の電流値を常に一定に保っていた。半導体レーザ内部では、電流による入力エネルギーに対して、半導体レーザ光として取り出される出力エネルギーとの差は半導体レーザの発熱となり、ここでは図示されていないが、冷却装置により、この熱量を除去している。
Next, the operation of the solid state laser device by pulse excitation of the
出射された半導体レーザ光は、固体レーザ素子2を励起し、固体レーザ素子2より自然放出光が発生する。その際、図17(a)に示すように、ミラー9、10により構成された光共振器を備えることで、自然放出光が共振器間を往復する間に増幅され、指向性のよいレーザ光となる。そして、一定以上の大きさに達すると、レーザ光11として共振器外部に放出される。
The emitted semiconductor laser light excites the solid-
ところで、半導体レーザ1に電流を流し始めてから、入力エネルギー、半導体レーザ光として取り出される出力エネルギー、および冷却装置による廃熱とが熱平衡に達するまでには時間を要する。このため、従来の技術のように、半導体レーザ1に常に一定値の電流を流した場合には、半導体レーザ1の内部で熱平衡に達するまでの間は経時的に内部温度が変化していた。
By the way, it takes time for the input energy, the output energy extracted as the semiconductor laser light, and the waste heat from the cooling device to reach thermal equilibrium after the current starts to flow through the
半導体レーザ1の発振スペクトルは温度依存性を有し、高温化するほど長波長へ変化する。従来の半導体レーザ1のパルス動作では、温度変化に対応し、1パルス内での発振スペクトルも経時的に変化していた。そのため、1パルス全体でも半導体レーザ1の発振スペクトルと固体レーザ素子2の吸収スペクトルとの整合性が低下し、半導体レーザ光の吸収率の低下等を引き起こしていた。
The oscillation spectrum of the
例えば熱平衡時に半導体レーザ1の発振スペクトルが固体レーザ素子2の吸収スペクトルよりも長い場合、励起開始直後は、固体レーザ素子2における半導体レーザ光の吸収率は高くなるものの、温度上昇による経時的な波長変化のために、1パルス内における半導体レーザ光の吸収率は逐次減少する。この結果、1パルス継続時間内におけるレーザ出力も逐次低下し、加工用途等へ使用した場合、加工品質が劣化するという問題があった。
For example, when the oscillation spectrum of the
さらに、励起開始直後の励起光吸収率が高くなるため、図18にも現れているように、緩和発振によるレーザパルス先頭のスパイクが顕著になり、加工品質を低下させる原因になるばかりでなく、共振器ミラー等の光学部品損傷を引き起こす一因ともなっていた。 Furthermore, since the pumping light absorptance immediately after the start of excitation becomes high, as shown in FIG. 18, the spike at the head of the laser pulse due to relaxation oscillation becomes prominent, which not only causes a reduction in processing quality, It has also contributed to damage to optical components such as resonator mirrors.
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あり、パルス動作させる半導体レーザにおいて、1パルス内での半導体レーザの発振スペクトルの変化を抑制し、効率良く固体レーザ媒質を励起し、安定かつ高出力にレーザ光を発生させることができる半導体レーザ励起固体レーザ装置を得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve such a problem, and in a semiconductor laser to be operated in a pulse, a change in the oscillation spectrum of the semiconductor laser within one pulse is suppressed, and a solid laser medium is efficiently excited. An object of the present invention is to obtain a semiconductor laser excitation solid-state laser device capable of generating laser light stably and with high output.
この発明に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置は、活性媒質を含む固体レーザ素子と、前記固体レーザ素子を光励起する半導体レーザと、前記半導体レーザに電力を供給する電源と、光励起された固体レーザ素子よりレーザ光を取り出す光共振器とを備えた半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記半導体レーザをパルス動作させ前記固体レーザ素子をパルス励起する際、前記光共振器からレーザ出力値が得られる1パルス時間内で前記電源から前記半導体レーザに流す電流値を変化させることを特徴とする。 A semiconductor laser pumped solid-state laser device according to the present invention includes: a solid-state laser element including an active medium; a semiconductor laser that optically pumps the solid-state laser element; a power source that supplies power to the semiconductor laser; and an optically pumped solid-state laser element In a semiconductor laser pumped solid-state laser device including an optical resonator for extracting laser light, when the solid-state laser element is pulse-excited by pulsing the semiconductor laser, a laser output value is obtained from the optical resonator. The value of the current flowing from the power source to the semiconductor laser is changed.
この発明によれば、半導体レーザをパルス動作させ、固体レーザ素子をパルス励起する際、光共振器からレーザ出力値が得られる1パルス時間内で電源から半導体レーザに流す電流値を変化させるようにしたので、1パルス内で半導体レーザの発振スペクトルおよび出力を制御することができ、安定で効率のよい半導体レーザ励起固体レーザ装置を得ることができる。 According to the present invention, when the semiconductor laser is pulse-operated and the solid-state laser element is pulse-excited, the current value flowing from the power source to the semiconductor laser is changed within one pulse time in which the laser output value is obtained from the optical resonator. Therefore, the oscillation spectrum and output of the semiconductor laser can be controlled within one pulse, and a stable and efficient semiconductor laser pumped solid-state laser device can be obtained.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。
図1において、図17に示す従来例と同一符号は同一部分もしくは相当部分を示す。本実施の形態1において、活性媒質を含む固体レーザ素子2は、例えばNd:YAG(Nd:Yttrium Aluminum Garnet)からなり、断面が円形のロッド状の形をしている。固体レーザ素子2には、これを囲むようにフローチューブ4が設けられ、このフローチューブ4と固体レーザ素子2の間には冷却媒体5が流されている。半導体レーザ1は、フローチューブ4の外部に設置され、フローチューブ4は、ガラスや石英等のように、半導体レーザ1から発せられた半導体レーザ光3を透過する媒質で製作されている。
FIG. 1 is a diagram for explaining a semiconductor laser pumped solid-state laser device according to
In FIG. 1, the same reference numerals as those of the conventional example shown in FIG. In the first embodiment, the solid-
半導体レーザ1は、温度制御装置7に接続され、温度制御装置7は、半導体レーザ1から発せられる半導体レーザ光3のスペクトルが固体レーザ素子2の吸収スペクトルにほぼ一致するように、半導体レーザ1の温度を制御している。
また、半導体レーザ1は、電源8に接続し、電流が供給される。電源8によって半導体レーザ1に電流が流されると、半導体レーザ1から半導体レーザ光3が出射され、固体レーザ素子2に吸収されて、固体レーザ素子2内の活性媒質を励起する。
The
The
全反射ミラー9、部分反射ミラー10は、固体レーザ素子2を挟んで光軸上に設けられている。全反射ミラー9は、レーザ光11に対してほとんど全反射する高い反射率を持ち、部分反射ミラー10は、レーザ光11の一部を反射するような反射率を有し、これらによって、光励起された固体レーザ素子2からレーザ光11を取り出す光共振器を構成する。
The total reflection mirror 9 and the
次に、従来の技術を比較例に用いて、本実施の形態1による半導体レーザ励起固体レーザ装置の動作を詳しく説明する。
図2は、本実施の形態1と比較例による、電源8から半導体レーザ1に供給される電流波形を示している。
1パルスを通して半導体レーザ1に流される電流値は、比較例では一定であるが(図2(a)参照)、本実施の形態1では、パルス初期に最も高く、パルス継続時間とともに逐次減少するように制御している(図2(b)参照)。すなわち、電源8は、1パルス内での電流波形を制御するパルス電流波形制御手段を備えている。
Next, the operation of the semiconductor laser pumped solid-state laser device according to the first embodiment will be described in detail using a conventional technique as a comparative example.
FIG. 2 shows a current waveform supplied from the
The value of the current passed through the
前述したように、半導体レーザ1の発振スペクトルは温度に依存する。
図3に、半導体レーザ1の発振スペクトルと温度との関係を表した例を示す。図3に示すように、半導体レーザ1の発振スペクトルは、温度が高いほど長くなる。
As described above, the oscillation spectrum of the
FIG. 3 shows an example of the relationship between the oscillation spectrum of the
半導体レーザ1に電流を流すと、半導体レーザ1は発熱し、内部温度が上昇を始める。半導体レーザ1の発熱量と温度制御装置7の廃熱量とが熱平衡に達すると、半導体レーザ1の温度が一定になる。しかし、温度制御装置7には応答時間が存在し、また、半導体レーザ1内部が熱平衡に達し、発振スペクトルが一定に定まるまでには時間を要する。したがって、1パルスの継続時間内において、半導体レーザ1内部で熱平衡に達するまでの間は、発振スペクトルが随時変化する。
When a current is passed through the
図4は、本実施の形態1と比較例による半導体レーザの温度変化の様子を表している。
パルス開始と同時に急激に電流が立ち上がるために、半導体レーザ1の内部では発熱量が廃熱量を上回り、半導体レーザ1に蓄熱され、温度が上昇する。この温度上昇は、半導体レーザ1の内部が熱平衡に達するまで継続するが、比較例では、常に同じエネルギーが入力され続けるために、熱平衡に達するまでには長時間必要になる(図4(a)参照)。
一方、本実施の形態1では、パルス開始時から時間とともに入力エネルギーが減少するため、過熱による温度上昇を抑制することができ、熱平衡に達するまでの時間を短縮することができる(図4(b)参照)。
FIG. 4 shows the temperature change of the semiconductor laser according to the first embodiment and the comparative example.
Since the current suddenly rises simultaneously with the start of the pulse, the amount of heat generated in the
On the other hand, in the first embodiment, since the input energy decreases with time from the start of the pulse, the temperature rise due to overheating can be suppressed, and the time to reach thermal equilibrium can be shortened (FIG. 4B). )reference).
半導体レーザ1の発振スペクトルは、この温度変化に対応して変化し、1パルス動作の時間内で熱平衡に達しなければ、半導体レーザ1の発振スペクトルは1パルス中で常に変化しつづける。図2に示したパルス動作に対する半導体レーザ1の発振スペクトルの変化を、初期(パルス立ち上がり開始より0100μsec)、中期(400500μsec)、後期(9001000μsec)の3期間について図示すると、比較例では図5(a)、本実施の形態1では図5(b)のように示される。ここでは、例として、熱平衡時に半導体レーザ1の発振スペクトルが固体レーザ素子2の吸収スペクトルにほぼ一致するものについて示している。
The oscillation spectrum of the
固体レーザ素子2としてNd:YAGの場合について、その吸収スペクトルを図6に示すと、スペクトル吸収率は808nm付近をピークとして、その前後の波長では急激に低下する。比較例では、励起光である半導体レーザ光の1パルス内での発振スペクトルの変化が大きく、パルス全体に渡っての固体レーザ素子2の吸収スペクトルと半導体レーザ1の発振スペクトルの整合がとれないことが示されている。
In the case of Nd: YAG as the solid-
図7は、比較例および本実施の形態1による励起効率を示している。
発振スペクトルの変化が原因となり、比較例ではパルス初期に励起効率が大きく低下する(図7(a)参照)。一方、本実施の形態1では、パルス全体を通して高く、ほぼ一定の励起効率を維持することができている(図7(b)参照)。
FIG. 7 shows the excitation efficiency according to the comparative example and the first embodiment.
Due to the change in the oscillation spectrum, in the comparative example, the excitation efficiency is greatly reduced at the beginning of the pulse (see FIG. 7A). On the other hand, in the first embodiment, the excitation efficiency is high throughout the pulse and can maintain a substantially constant excitation efficiency (see FIG. 7B).
最終的に得られるレーザ出力波形を図示すると、比較例では図8(a)、本実施の形態1では図8(b)のようになる。比較例による大きな出力波形の崩れに対し、本実施の形態1では、パルス全体を通して一定の高い出力が得られている。これは、励起効率を主に反映したものであるが、さらに、本実施の形態1では、パルス初期は大きな電流を流すために、半導体レーザ1の出力が高く、励起効率の低下を補い、レーザ出力を一層安定化する効果も上げている。また、電流を逐次減少させているため、消費電力を削減する効果もある。
The laser output waveform finally obtained is shown in FIG. 8A in the comparative example and FIG. 8B in the first embodiment. In contrast to the large collapse of the output waveform due to the comparative example, in the first embodiment, a constant high output is obtained throughout the entire pulse. This mainly reflects the pumping efficiency. Furthermore, in the first embodiment, since a large current flows at the initial stage of the pulse, the output of the
これらのレーザを加工に用いる場合には、比較例では、加工性能が劣化し、1パルスあたりのレーザ出力も低いため、加工効率も低下する。一方、本実施の形態1では、レーザ出力波形もほぼ矩形状を維持しており、また、パルス全体としても高い出力が得られているため、性能、効率ともに良好な加工を行うことができる。 When these lasers are used for processing, in the comparative example, the processing performance is deteriorated and the laser output per pulse is low, so that the processing efficiency is also reduced. On the other hand, in the first embodiment, the laser output waveform is also maintained in a substantially rectangular shape, and a high output is obtained for the entire pulse, so that processing with good performance and efficiency can be performed.
また、熱平衡時の発振スペクトルが固体レーザ素子2の吸収スペクトルより短波長である半導体レーザ1を使用する場合においても、常に熱平衡時の状態に近い動作を実現するために、パルス初期の顕著な励起効率の低下を回避して高い励起効率を維持し、本実施の形態1はさらに効果を発する。
Further, even when using the
以上に述べたように、本実施の形態1によれば、電源8から半導体レーザ1に流す電流を1パルス内で変化させる制御、つまり逐次減少するように制御を行うことにより、消費電力を削減しつつ、固体レーザ素子2を効率良く励起することができ、高出力なレーザビームを安定に得ることができる。また、本実施の形態1は、電流の制御のみで実現することができるため、簡易かつ安価に高性能なレーザ装置を得ることができるという利点もある。
As described above, according to the first embodiment, power consumption can be reduced by controlling the current flowing from the
実施の形態2.
前記実施の形態1においては、パルス全体に渡り、電源8から半導体レーザ1に流す電流を、逐次減少させる構成を示したが、電流を減少させる方法はこれに限るものではない。例えば、図9に示すように、パルス初期のみの電流を逐次減少させる構成とすれば、パルス初期の励起効率の低下を抑制し、常に効率良く励起し、安定なレーザビームを得ることができる。
In the first embodiment, the configuration in which the current flowing from the
実施の形態3.
図10は、この発明の実施の形態3による半導体レーザ励起固体レーザ装置の半導体レーザを駆動する電流波形を示した図である。
本実施の形態3では、半導体レーザ1に流す電流を1パルス内で逐次増加させることを特徴としている。
図10のように、1パルス内で半導体レーザ1に流す電流を増加させることにより、半導体レーザ1の発振スペクトルが、固体レーザ素子2の吸収スペクトルよりも長い場合、パルス全体を通してほぼ一定の発振効率を保つことができる。
FIG. 10 is a diagram showing a current waveform for driving the semiconductor laser of the semiconductor laser excitation solid-state laser device according to the third embodiment of the present invention.
The third embodiment is characterized in that the current passed through the
As shown in FIG. 10, by increasing the current passed through the
これは次のように説明される。
まず、パルス初期では、電流値が小さく、入力エネルギーが小さいため、半導体レーザ1の発振波長は熱平衡時よりも短く、パルス継続時間とともに、長波長へと変化していく。発振スペクトル変化にともなう励起効率の変化を図11(a)に示す。レーザ出力では、パルス後期に発振スペクトルが長く、低い励起効率となる領域を、電流値が大きいために半導体レーザ出力が大きくなり、これを補い、図11(b)に示すように、パルス全体を通して、ほぼ一定の出力となる。
This is explained as follows.
First, since the current value is small and the input energy is small at the initial stage of the pulse, the oscillation wavelength of the
さらに、このように半導体レーザ1の発振スペクトルが吸収スペクトルよりも長い場合には、図12(a)に示す比較例では、レーザ発振開始直後の励起光吸収率が高くなる。この場合、図12(b)のように、レーザの発振開始直後に緩和発振が発生する。しかし、本実施の形態3によれば、パルス初期に電流値を小さくして、吸収率を低下させることができるため、緩和発振を抑制することもできる。また、パルス初期の電流値を下げることにより、消費電力を削減するため、レーザの効率を向上する効果もある。
Furthermore, when the oscillation spectrum of the
以上のように、本実施の形態3によれば、半導体レーザ1を用いてパルス励起をする際、半導体レーザ1に流す電流を逐次増加させるので、消費電力を低減しながら、常に一定の発振効率を保つことができるばかりでなく、緩和発振を効果的に抑制することができる。この結果、発振スペクトルの長い半導体レーザを用いる場合でも、1パルスのレーザ出力を一定に保ち、高い加工品質を得ることができる。
As described above, according to the third embodiment, when pulse excitation is performed using the
実施の形態4.
前記実施の形態3においては、パルス全体に渡り、半導体レーザ1に流す電流を、逐次増加させる構成を示したが、電流を増加させる方法はこれに限るものではない。例えば、図13に示すように、パルス初期のみの電流を逐次増加させる構成とすれば、発振スペクトルによらず、緩和発振の発生を効果的に抑制し、高い加工品質が得られるばかりでなく、光学部品の損傷を防止することもできる。
In the third embodiment, the configuration in which the current passed through the
実施の形態5.
前記した実施の形態1乃至4においては、連続的に電流を減少または増加させる構成を示したが、電流値の変化をステップ状に行ってもよい。例えば、図14に示すように、パルスの先頭部分のみをステップ的に電流値を減少させても、実施の形態4と同様の効果が得られるばかりでなく、電流の制御が容易になる。
なお、本実施の形態5では、半導体レーザ1に流す電流をステップ状に1段階変化させるものを示したが、複数段階に分けて変化させてもよい。
Embodiment 5. FIG.
In the first to fourth embodiments described above, the configuration in which the current is continuously decreased or increased is shown. However, the current value may be changed stepwise. For example, as shown in FIG. 14, even if the current value is decreased stepwise only at the head portion of the pulse, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained, and the current can be easily controlled.
In the fifth embodiment, the current flowing through the
実施の形態6.
図15は、この発明の実施の形態6による半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明するための図である。
図15において、図1に示す実施の形態1と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、12は固体レーザ素子2を囲むように配置され、内面が半導体レーザ光3を拡散反射するように構成された、拡散反射集光器であり、半導体レーザ1から発せられた半導体レーザ光3を内部に導光するための開口部(図示せず)が開けられている。また、その開口部には、サファイア、ドープされていないYAG(Yttrium Aluminum Garnet)、または半導体レーザ光3に対して高屈折率のガラスからなる、半導体レーザ光3を導波する光導波光学素子14が取り付けられている。
FIG. 15 is a diagram for explaining a semiconductor laser pumped solid-state laser device according to the sixth embodiment of the present invention.
In FIG. 15, the same parts as those of the first embodiment shown in FIG. As a new code,
そして、光導波光学素子14の内部に入射した半導体レーザ光3は、光導波光学素子14と周囲との屈折率差により、光導波光学素子14の内部において全反射をくり返すことによって、効率良く導波される。さらに、光導波光学素子14の端面には、半導体レーザ光3に対する無反射コーティングが施され、半導体レーザ1は、光導波光学素子14の端面に近接して配置されているため、半導体レーザ光3はほとんど損失無く拡散反射集光器12の内部に導光される。なお、この実施の形態6に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置においても、前記実施の形態1乃至5で述べたようにして、半導体レーザ1に電流を流す。
The
したがって、実施の形態6によれば、固体レーザ素子2によって吸収されなかった励起光が、固体レーザ素子2を通過後、拡散反射集光器12の内面で拡散反射し、再び固体レーザ素子2を励起するようにしたので、固体レーザ素子2を均一に効率良く励起することができ、さらに効率よくレーザ光を取り出すことができる。
Therefore, according to the sixth embodiment, after the excitation light that has not been absorbed by the solid-
また、拡散反射集光器12に光導波光学素子14を取り付けたので、励起光を効率良く拡散反射集光器12内部へ導光することができ、さらに効率のよい半導体レーザ励起固体レーザ装置となる。
Further, since the optical waveguide
なお、本実施の形態6においては、集光器の内面が拡散反射面で構成される拡散反射集光器を用いる場合を示したが、集光器内面は、例えば金の内面を鏡面研摩したもの、あるいは、ガラスの内面に半導体レーザ光3に対する全反射コーティングを施したもののように、半導体レーザ光3に対して高反射な内面を有していればよい。
In addition, in this
また、本実施の形態6においては、光導波光学素子14は板状のものを示したが、これは楔形やレンズ効果を有したものなどいかなる形状であってもよい。また、ここでは、光導波光学素子14を用いる構成を示したが、これを用いずに、集光器12の開口部に近接して半導体レーザ1を設置してもよい。また、開口部の内壁全面もしくは一部に、半導体レーザ光に対して高反射なコーティングや光学素子により構成すれば、効率良く半導体レーザ光を集光器内部に伝送することができる。
In the sixth embodiment, the optical waveguide
実施の形態7.
上述したいずれの実施の形態においても、固体レーザ素子2として、ロッド状のものについてのみ説明したが、断面が円形に限るものではなく、例えば矩形、楕円等どのような形状でもよい。また、固体レーザ素子2の冷却には、その周囲を取り囲むように設置したフローチューブ4の内部に冷却媒体5を流すことにより行うことを説明したが、冷却手段はこれに限るものではなく、どのような冷却手段を用いてもよい。例えば、図16に示すように、断面が矩形の固体レーザ素子2を冷却板15の上に配置すれば、簡単な構成で固体レーザ素子2を冷却することができる。
なお、いずれの実施の形態においても、固体レーザ素子2として、Nd:YAGを用いるものについてのみ説明したが、この発明はこれに限るものではなく、半導体レーザで光励起できる固体レーザ素子であればよい。
In any of the above-described embodiments, only the rod-shaped
In any of the embodiments, only the
以上のように、この発明によれば、活性媒質を含む固体レーザ素子、この固体レーザ素子を光励起する半導体レーザ、半導体レーザに電力を供給する電源、光励起された固体レーザ素子よりレーザ光を取り出す光共振器を備えた半導体レーザ励起固体レーザ装置において、半導体レーザをパルス動作させ、固体レーザ素子をパルス励起する際、半導体レーザに流す電流を、1パルス内で変化させるようにしたので、1パルス内で半導体レーザの発振スペクトルおよび出力を制御することができ、安定で効率のよい半導体レーザ励起固体レーザ装置を得ることができる。 As described above, according to the present invention, a solid-state laser element including an active medium, a semiconductor laser that optically excites the solid-state laser element, a power source that supplies power to the semiconductor laser, and light that extracts laser light from the optically-excited solid-state laser element In a semiconductor laser excitation solid-state laser device having a resonator, when a semiconductor laser is pulse-operated and a solid-state laser element is pulse-excited, the current flowing through the semiconductor laser is changed within one pulse. Thus, the oscillation spectrum and output of the semiconductor laser can be controlled, and a stable and efficient semiconductor laser pumped solid-state laser device can be obtained.
また、半導体レーザに流す電流を、1パルス内で逐次減少させるようにしたので、消費電力を削減しながら固体レーザ素子を効率良く励起することができ、半導体レーザの発振スペクトルの変化を低減し、常に一定の発振効率を保ち、安定で効率のよい半導体レーザ励起固体レーザ装置を得ることができる。 In addition, since the current flowing to the semiconductor laser is sequentially decreased within one pulse, the solid-state laser element can be efficiently excited while reducing power consumption, and the change in the oscillation spectrum of the semiconductor laser is reduced. A stable and efficient semiconductor laser pumped solid-state laser device can be obtained which always maintains a constant oscillation efficiency.
また、半導体レーザに流す電流を、パルス初期のみの電流を逐次減少させることにより、パルス初期の励起効率の低下を抑制し、常に効率良く励起し、安定なレーザビームを得ることができる。 Further, by sequentially decreasing the current flowing through the semiconductor laser only at the initial stage of the pulse, it is possible to suppress a decrease in the excitation efficiency at the initial stage of the pulse and to always excite efficiently and obtain a stable laser beam.
また、半導体レーザに流す電流を、1パルス内で逐次増加させるように変化させたので、消費電力を削減しながら、常に一定の発振効率を保つことができるばかりでなく、レーザ発振開始直後に発生しうる緩和発振を抑制し、安定で効率のよい半導体レーザ励起固体レーザ装置を得ることができる。 In addition, since the current flowing through the semiconductor laser is changed so as to increase sequentially within one pulse, not only can constant oscillation efficiency be maintained while reducing power consumption, but also it occurs immediately after the start of laser oscillation. A stable and efficient semiconductor laser-excited solid-state laser device can be obtained by suppressing possible relaxation oscillation.
また、半導体レーザに流す電流を、1パルス内でパルス初期のみ逐次増加させるように変化させたので、発振スペクトルによらず、緩和発振の発生を抑制し、高いか高品質が得られるばかりでなく、光学部品の損傷を防止できる。 In addition, since the current flowing through the semiconductor laser is changed so as to increase sequentially only at the beginning of the pulse within one pulse, the generation of relaxation oscillation is suppressed regardless of the oscillation spectrum, and not only high or high quality can be obtained. , Damage to the optical components can be prevented.
また、半導体レーザに流す電流を、1パルス内でステップ状に減少するように変化させたので、上記効果に加え、電流の制御が容易で安価な半導体レーザ励起固体レーザ装置を得ることができる。 Further, since the current flowing through the semiconductor laser is changed so as to decrease stepwise within one pulse, in addition to the above effects, it is possible to obtain a semiconductor laser pumped solid-state laser device that is easy to control the current and is inexpensive.
また、拡散反射集光器と光導波光学素子を備えたので、励起光を効率良く拡散反射集光器内部へ導光することができ、固体レーザ素子を均一に効率良く励起することができ、さらに効率よくレーザ光を取り出せることができる。 In addition, since the diffuse reflection concentrator and the optical waveguide optical element are provided, the excitation light can be efficiently guided into the diffuse reflection concentrator, and the solid laser element can be excited uniformly and efficiently. Furthermore, laser light can be extracted efficiently.
さらに、断面が矩形の固体レーザ素子を冷却板の上に配置することにより、簡単な構成で固体レーザ素子を冷却することができる。 Furthermore, by disposing the solid laser element having a rectangular cross section on the cooling plate, the solid laser element can be cooled with a simple configuration.
1 半導体レーザ、2 固体レーザ素子、3 半導体レーザ光、4 フローチューブ、5 冷却媒体、6 金製ミラー、7 温度制御装置、8 電源、9 全反射ミラー、10 部分反射ミラー、11 レーザ光、12 拡散反射集光器、13 開口部、14 光導波光学素子、15 冷却板。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記固体レーザ素子を光励起する半導体レーザと、
前記半導体レーザに電力を供給する電源と、
光励起された固体レーザ素子よりレーザ光を取り出す光共振器と
を備えた半導体レーザ励起固体レーザ装置において、
前記半導体レーザをパルス動作させ前記固体レーザ素子をパルス励起する際、前記光共振器からレーザ出力値が得られる1パルス時間内で前記電源から前記半導体レーザに流す電流値を変化させる
ことを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。 A solid-state laser element containing an active medium;
A semiconductor laser for optically exciting the solid-state laser element;
A power supply for supplying power to the semiconductor laser;
In a semiconductor laser pumped solid state laser device comprising: an optical resonator that extracts laser light from an optically pumped solid state laser element;
When the semiconductor laser is pulse-operated and the solid-state laser element is pulse-excited, a value of a current flowing from the power source to the semiconductor laser is changed within one pulse time in which a laser output value is obtained from the optical resonator. Semiconductor laser pumped solid state laser device.
前記半導体レーザに流す電流の変化は、ステップ状である
ことを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。 In the semiconductor laser excitation solid-state laser device according to claim 1,
The semiconductor laser pumped solid-state laser device is characterized in that the change in the current passed through the semiconductor laser is stepped.
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