JP2010182810A

JP2010182810A - レーザ装置の光損傷回避装置

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Publication number: JP2010182810A
Application number: JP2009023899A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Harada; 伸一原田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2009-02-04
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2029-02-04
Also published as: JP5278746B2

Abstract

【課題】励起手段のオン、オフに伴うスパイク状発振による光損傷を回避する光損傷回避装置を提供すること。
【解決手段】外部電源に接続されて発振部１の利得媒質１１を励起する発振部励起手段２と、外部電源に接続されて発振部１からのレーザ光を増幅する増幅部の利得媒質３を励起する増幅部励起手段４と、発振部励起手段２及び増幅部励起手段４を外部電源に接続する及び或いは外部電源から切断する順番を制御する接続・切断制御手段５と、を有し、接続・切断制御手段５は、接続時に発振部励起手段２を先に接続し、切断時に増幅部励起手段４を先に切断するレーザ装置の光損傷回避装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、高出力レーザ光を発生するレーザ装置の光損傷回避装置に関する。詳しくは、発振部と発振部から発生したレーザ光を増幅する増幅部とを有するレーザ装置の光損傷回避装置に関する。

レーザ装置に用いられるミラー、レンズ、光ファイバー、光学結晶と云った光学部品は、レーザ光が高出力になると光損傷を被る恐れがある。通常、発振が正常な場合は、光損傷を被ることはないが、様々な原因で発振が不安定になると、レーザ光のピークパワーが増大し、光損傷を起こすことがある。特に、発振が不安定になって増大したピークパワーが後段の増幅部で増幅されると、ピークパワーがさらに増大し、光学部品を損傷させてしまう。

発振が不安定になる原因としては、励起手段のオン（接続）、オフ（切断）による過渡状態での不安定なスパイク状発振と光学部品からの反射戻り光による定常状態での寄生発振とが知られている。

最近、励起手段のオン時における過渡状態での単発的なスパイク状発振と、戻り光による定常状態での寄生発振に基づくスパイク状発振とを回避するレーザ装置が開発された（たとえば、特許文献１参照。）。

特開２００４−２４１５３１号公報

上記従来のレーザ装置は、レーザ装置のレーザ光出口に機械的なシャッターを配置して、過渡状態でのレーザ光を一定時間遮断することで単発的なスパイク状発振を回避している。また、レーザ増幅部の増幅器の個数をレーザ発振部の増幅器の個数よりも少なくし定常状態の寄生発振を回避している。

レーザ光出口に機械的なシャッターを配置する従来の装置では、レーザ装置からピークパワーの高いスパイク状レーザ光を外部に出さないようにすることはできても、レーザ装置内の光学部品の光損傷を回避することができない。また、励起手段オフ時の過渡的なスパイク状レーザ光については、言及していないが、前記機械的なシャッターを動作させて外部に出さないようにすることはできる。しかし、オン時のスパイク状レーザ光と同様に、外に出さないことはできても、レーザ装置内の光学部品の損傷を回避することができない。さらに、励起手段のオフは、レーザ装置が動作中の停電や電源コードの抜けなどによっても起こるが、その際は、シャッターを動作させることできず、レーザ装置の外にスパイク状レーザ光が出てしまう。当然、その際も、レーザ装置内の光学部品の光損傷を回避することができない。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、励起手段のオン、オフに伴うスパイク状発振による光損傷を回避する光損傷回避装置を提供することを課題とする。

また、停電時等の励起手段オフに伴うスパイク状発振による光損傷を回避する光損傷回避装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するためになされた本発明のレーザ装置の光損傷回避装置は、外部電源に接続されて発振部の利得媒質を励起する発振部励起手段と、前記外部電源に接続されて前記発振部からのレーザ光を増幅する増幅部の利得媒質を励起する増幅部励起手段と、前記発振部励起手段及び前記増幅部励起手段を前記外部電源に接続する及び或いは前記外部電源から切断する順番を制御する接続・切断制御手段と、を有し、前記接続・切断手段は、接続時に前記発振部励起手段を先に接続し、切断時に前記増幅部励起手段を先に切断することを特徴とする。

また、上記の課題を解決するためになされた本発明のレーザ装置の光損傷回避装置は、外部電源に接続されて発振部の利得媒質を励起する発振部励起手段と、前記外部電源に接続されて前記発振部からのレーザ光を増幅する増幅部の利得媒質を励起する増幅部励起手段と、前記発振部励起手段が前記外部電源から切断されると、前記発振部励起手段に所定の時間電気量を供給し続ける補助電源と、を有することを特徴とする。

また、上記の課題を解決するためになされた本発明のレーザ装置の光損傷回避装置は、外部電源に接続されて発振部の利得媒質を励起する発振部励起手段と、前記外部電源に接続されて前記発振部からのレーザ光を増幅する増幅部の利得媒質を励起する増幅部励起手段と、前記発振部励起手段及び前記増幅部励起手段を前記外部電源に接続する及び或いは前記外部電源から切断する順番を制御する接続・切断制御手段と、前記発振部励起手段が前記外部電源から切断されると、前記発振部励起手段に所定の時間電気量を供給し続ける補助電源と、を有することを特徴とする。

上記の光損傷回避装置において、前記接続・切断制御手段は、リレーを備えるとよい。

また、前記補助電源は、コンデンサーを備えるとよい。

発振部励起手段及び増幅部励起手段を外部電源に接続する及び或いは外部電源から切断する順番を制御する接続・切断制御手段で、接続時、発振部励起手段を先に接続することで接続（オン）時のスパイク状レーザ光が後段の増幅部で増幅されないのでピークパワーが増大せず、光損傷を回避することができる。また、切断時、増幅部励起手段を先に切断することで切断（オフ）時のスパイク状レーザ光が後段の増幅部で増幅されないのでピークパワーが増大せず、光損傷を回避することができる。

発振部励起手段が外部電源から切断されると、発振部励起手段に所定の時間電気量を供給し続ける補助電源を有するので、停電等で発振部励起手段と増幅部励起手段が同時に切断されても、発振部が実質的に後から切断されることになるから、切断（オフ）時のスパイク状レーザ光が後段の増幅部で増幅されることがない。その結果、光損傷を回避することができる。

停電等で発振部励起手段と増幅部励起手段が同時に切断される場合でも接続・切断手段がリレーを備えていると、リレーのバネによる復帰作用により切断を自動的に検出して、補助電源による発振部の励起が開始される。

補助電源がコンデンサーを備えていると、発振部の利得媒質を励起する時間がコンデンサーの容量で決まる。したがって、補助電源が励起する所定の時間を満たすように、コンデンサーの容量を選定すればよい。

本発明の実施形態１によるレーザ装置の光損傷回避装置を模式的に示す概略構成図である。実施形態１によるレーザ装置の光損傷回避装置を模式的に示す概略構成図である。実施例の光損傷回避装置を模式的に示す概略構成図である。実施例の光損傷回避装置の動作タイミングチャート図である。

本発明の実施形態を図面を参照して詳しく説明する。

（実施形態１）図１は、本発明の実施形態１によるレーザ装置の光損傷回避装置を模式的に示す概略構成図である。

本実施形態の光損傷回避装置は、図１に示すように、発振部１の利得媒質１１を励起する発振部励起手段２と、増幅部の利得媒質３を励起する増幅部励起手段４と、発振部励起手段２及び増幅部励起手段４を外部電源に接続する及び或いは外部電源から切断する順番を制御する接続・切断制御手段５と、を有している。

発振部１は、利得媒質１１と共振器ミラー１２、１３を備えている。利得媒質１１は、たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶等である。

増幅部の利得媒質３は、利得媒質１１がＮｄ：ＹＡＧ結晶である場合は、通常同じＮｄ：ＹＡＧ結晶である。

発振部励起手段２は、励起光源２１と駆動手段２２とを備えている。励起光源２１は、たとえば、レーザダイオードである。駆動手段２２はレーザダイオード２１に定電流を供給する定電流ドライバーである。

増幅部励起手段４は、励起光源４１と駆動手段４２とを備えている。励起光源４１は、レーザダイオードであり、駆動手段４２は、定電流ドライバーである。

接続・切断制御手段５は、制御部５１と、発振部リレー５２と、増幅部リレー５３と、を備えている。制御部５１は、たとえば、ロジック回路（タイミング発生回路）である。ロジック回路の他にＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサで構成される電子制御ユニット（ＥＣＵ）でもよい。

６は、直流電源であり、７はメインスイッチである。

次に、本実施形態の光損傷回避装置の動作を説明する。まず、メインスイッチ７がオンすると、直流電源６が通電され、ロジック回路５１が動作する。ロジック回路５１がリレー５２のコイル５２aを通電し、図示しないバネに抗して接片５２bがコイル５２aに吸引され、リレー５２がオンする。リレー５２がオンすると、定電流ドライバー２２が通電され、レーザダイオード２１からの励起光がＮｄ：ＹＡＧ結晶１１を励起し、発振部１からレーザ光が出射される。

次に、ロジック回路５１がリレー５３のコイル５３aを通電し、図示しないバネに抗して接片５３bがコイル５３aに吸引され、リレー５３がオンする。リレー５３がオンすると、定電流ドライバー４２が通電され、レーザダイオード４１からの励起光がＮｄ：ＹＡＧ結晶３を励起し、発振部１からのレーザ光がＮｄ：ＹＡＧ結晶３で増幅される。

以上がレーザ装置を運転するときの光回避装置の動作である。上記のように、最初に発振部１を動作させ、次に増幅部の利得媒質３を励起するので、発振部１の動作初期の不安定な発振は、増幅部の利得媒質３で増幅されない。したがって、光損傷を回避することができる。

レーザ装置の運転を終了させるときは、ロジック回路５１がリレー５３のコイル５３aの通電を停止し、接片５３bが図示しないバネに吸引されオープン状態になり、リレー５３がオフする。

次に、ロジック回路５１がリレー５２のコイル５２aの通電を停止し、接片５２bが図示しないバネに吸引されオープン状態になり、リレー５２がオフする。最後にメインスイッチ７がオフされ、終了する。

上記のように、レーザ装置の運転を終了させるときは、最初に増幅部の利得媒質３の励起を停止させ、次に発振部１を停止させるので、発振部１の発振停止時の不安定な発振は、増幅部で増幅されない。したがって、光損傷を回避することができる。

制御部５１が上記のように、ロジック回路の場合は、リレー５２オン→リレー５３オン→リレー５３オフ→リレー５２オフのように、制御がシーケンシャルに行われる。

（実施形態２）図２は、本発明の実施形態２によるレーザ装置の光損傷回避装置を模式的に示す概略構成図である。本実施形態の光損傷回避装置は、実施形態１の光損傷回避装置において、リレー５２と発振部励起手段２との間にコンデンサーを備える補助電源８を設けた以外、実施形態１の光損傷回避装置と同じである。同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

レーザ装置を運転中、停電になった際の動作につて以下に説明する。

レーザ装置が運転状態の場合、リレー５２がオンなので定電流ドライバー２２が通電され、同時に補助電源８のコンデンサーが充電される。

停電になると、リレー５２及びリレー５３が同時にオフになり、直流電源６からの定電流ドライバー２２及び定電流ドライバー４２への通電が同時にオフになる。しかし、リレー５２がオフになっても補助電源８のコンデンサーに蓄えられた電気量が定電流ドライバー２２には供給され続けるため、発振部１は停電後もしばらく発振し続ける。そしてコンデンサーが空になると、発振が停止するが、その前に増幅部の励起が停止しているので、発振停止時の不安定な発振が増幅部で増幅されることがない。その結果、光損傷が回避される。

図３は、モードロックファバーレーザ装置の光損傷回避装置の概略構成図である。図４は、実施例の光損傷回避装置の動作タイミングチャート図である。

本実施例の光損傷回避装置は、図３に示すように、発振部１の利得媒質１１Aを励起する発振部励起手段２と、増幅部の利得媒質３Aを励起する増幅部励起手段４と、発振部励起手段２及び増幅部励起手段４を外部電源に接続する及び或いは外部電源から切断する順番を制御する接続・切断制御手段９と、補助電源８と、を有している。

利得媒質１１Aは、Erドープファイバーで、レーザダイオード２１からの励起光がファイバーカップラー１４を介して結合される。１２Aは、可飽和吸収体ミラーである。

増幅部の利得媒質３AもErドープファイバーで、レーザダイオード４１からの励起光がファイバーカップラー３１を介して結合される。

レーザダイオード２１、４１は、一般的なバタフライタイプのレーザダイオードである。

レーザダイオード２１、４１を駆動する定電流ドライバー２２、４２としては、たとえば、米国ウエイブレングス社製やトーラボ社製を使用することができる。レーザダイオード２１、４１は、最大電流が１Aクラスのため、定電流ドライバー２２、４２は、それ以上の電流が流せるものであればよい。

接続・切断制御手段９は、タイミング発生回路９１と、１極双投の接点をもつパワーリレー９２と、通常のリレー９３と、を備えている。リレー９２、９３の接片９２b、９３bの動作時間は、約３０〜５０ｍｓである。

リレー９２、９３のリレーコイル９２a、９３aは、タイミング発生回路９１に接続され、図５のタイミングチャートに示されるように駆動される。

リレー９２の接点NO（ノーマルオフ）は、定電流ドライバー２２に接続され、途中で抵抗Ｒ１を介してコンデンサー８に分岐し、抵抗Ｒ２を介して合流している。

コンデンサー８は、抵抗Ｒ１とダイオードＤ１を介してリレー９２の接点NC（ノーマルコンタクト）に接続されている。ダイオードＤ１は、AC１００ｖが遮断されたときに、コンデンサー８に充電した電気量が直流電源６に逆流するのを防止するために配置してある。

コンデンサー８の容量は、ＣＲ時定数で１５０ｍｓ、余裕度を２倍として３００ｍｓ通電可能な値であればよい。

次に、図４のタイミングチャートを使って、動作を説明する。

メインスイッチ７をオンにすると、直流電源６にAC１００ｖが通電され、出力電圧が発生する。また、同時にタイミング発生回路９１にも電力が供給されるため、リレー９２、リレー９３の駆動信号が出力され、以下のタイミングでリレー９２、リレー９３が動作する。すなわち、直流電源６の出力電圧が発生すると同時に、リレー９２の接片９２bは、図示しないバネに抗して接点ＮＣから接点ＮＯに切り替わる（切り換え時間は、約３０ｍｓである。）。

すると、ドライバー２２は通電されて、所定の電流をレーザダイオード２１に供給する。また、リレー９２の接片９２bが図示しないバネに抗して接点ＮＣから接点ＮＯに切り替わると、抵抗Ｒ１を介して補助電源であるコンデンサー８に電気量を充電しながら、ドライバー２２、レーザダイオード２１を駆動させる。

レーザダイオード２１が駆動されると、レーザダイオード２１からの励起光がカップラー１４を介してErドープファイバー１１Aに結合されて、レーザが発振する。モードロックがかかって安定にモードロック発振するまでの約５０ｍｓの間、スパイク状発振が起きる。この５０ｍｓの間が光損傷を起こす可能性が高い期間である。なお、この期間は、発振部１の光学系の特性によって決まる。

次に、メインスイッチ７をオンにしてから８０ｍｓ経過すると、タイミング発生回路９１により、接片９３が図示しないバネに抗して駆動され、リレー９３がオンになり、ドライバー４２、レーザダイオード４１が駆動される。

スパイク状発振が終了してからレーザダイオード４１が駆動されるので、スパイク状発振が増幅部のErドープファイバー３Aで増幅されることがない。その結果、光損傷が回避される。すなわち、上記のように、AC１００ｖ電源が供給されている場合は、初段の発振部１→後段の増幅部の順に動作するので光損傷が起きない。また、AC１００ｖ電源が供給されているときのレーザ装置の運転停止は、リレー５３オフ→リレー５２オフの順に作動し、ドライバー４２→ドライバー２２の順で通電をオフにすることで、発振停止時のスパイク状発振による光損傷を回避することができる。

次に、メインスイッチ７がオンでレーザ装置が運転中に、停電等でAC１００ｖ電源が供給されなくなる場合についての動作を説明する。

矢印の時点で停電になると、直流電源６がダウンし、出力電圧がゼロになる。同時にタイミング発生回路９１にも電源が供給されなくなり、リレーコイル９２a、９３aへの通電も停止される。すると、接片９２bは、図示しないバネの復帰作用で接点ＮＣ側に切り替わる。同様に、接片９３bは、図示しないバネの復帰作用で駆動され、リレー９３がオフにされる。

停電になると、リレー９３のオン・オフに関わりなく、ドライバー４２への通電が瞬時にオフになり、レーザダイオード４１も瞬時に停止する
一方、停電になると、直流電源６からドライバー２２への電力供給は瞬時になくなるが、コンデンサー８に充電された電気量がドライバー２２に供給されるので、レーザダイオード２１の出力は約１５０ｍｓの間持続する。

レーザダイオード２１が停止すると、スパイク状発振が発生するが、上記のようにレーザダイオード４１がその前に停止しているので、スパイク状発振が増幅部のErドープファイバー３Aで増幅されることがない。その結果、光損傷が回避される。

１・・・・・・発振部
１１・・・・利得媒質
２・・・・・・発振部励起手段
３・・・・・・増幅部の利得媒質
４・・・・・・増幅部励起手段
５・・・・・・接続・切断制御手段

Claims

外部電源に接続されて発振部の利得媒質を励起する発振部励起手段と、
前記外部電源に接続されて前記発振部からのレーザ光を増幅する増幅部の利得媒質を励起する増幅部励起手段と、
前記発振部励起手段及び前記増幅部励起手段を前記外部電源に接続する及び或いは前記外部電源から切断する順番を制御する接続・切断制御手段と、を有し、
前記接続・切断手段は、接続時に前記発振部励起手段を先に接続し、切断時に前記増幅部励起手段を先に切断することを特徴とするレーザ装置の光損傷回避装置。
外部電源に接続されて発振部の利得媒質を励起する発振部励起手段と、
前記外部電源に接続されて前記発振部からのレーザ光を増幅する増幅部の利得媒質を励起する増幅部励起手段と、
前記発振部励起手段が前記外部電源から切断されると、前記発振部励起手段に所定の時間電気量を供給し続ける補助電源と、を有することを特徴とするレーザ装置の光損傷回避装置。
外部電源に接続されて発振部の利得媒質を励起する発振部励起手段と、
前記外部電源に接続されて前記発振部からのレーザ光を増幅する増幅部の利得媒質を励起する増幅部励起手段と、
前記発振部励起手段及び前記増幅部励起手段を前記外部電源に接続する及び或いは前記外部電源から切断する順番を制御する接続・切断制御手段と、
前記発振部励起手段が前記外部電源から切断されると、前記発振部励起手段に所定の時間電気量を供給し続ける補助電源と、を有することを特徴とするレーザ装置の光損傷回避装置。
前記接続・切断制御手段は、リレーを備える請求項１または３に記載のレーザ装置の光損傷回避装置。
前記補助電源は、コンデンサーを備える請求項２ないし４のいずれか１項に記載のレーザ装置の光損傷回避装置。