JP2010186762A - Solid-state laser apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体レーザ装置に関し、さらに詳しくは、音響光学素子を用いてパルスレーザを出力する固体レーザ装置に関する。 The present invention relates to a solid-state laser device, and more particularly to a solid-state laser device that outputs a pulse laser using an acousto-optic element.
音響光学素子を用いた固体レーザ装置が知られている(特許文献1参照)。
この固体レーザ装置では、音響光学素子を駆動し共振器のロスを大きくしておいて半導体レーザの駆動を開始する。そして、共振器のゲインが十分高くなった時に音響光学素子の駆動を停止して共振器のロスを急激に低くし、固体レーザ媒質に貯めていたエネルギーをパルスレーザ出力として取り出す。このパルスレーザ出力後、半導体レーザの駆動を停止すると共に音響光学素子を再び駆動する。この動作を繰り返す。
A solid-state laser device using an acousto-optic element is known (see Patent Document 1).
In this solid-state laser device, the acousto-optic element is driven to increase the resonator loss, and the semiconductor laser starts to be driven. Then, when the gain of the resonator becomes sufficiently high, the driving of the acoustooptic device is stopped to rapidly reduce the loss of the resonator, and the energy stored in the solid laser medium is taken out as a pulse laser output. After outputting the pulse laser, the driving of the semiconductor laser is stopped and the acoustooptic device is driven again. This operation is repeated.
従来の固体レーザ装置では、パルスレーザ出力時の短時間を除いて、音響光学素子がほぼ連続的に駆動されていた。例えばパルス繰り返し周波数を300Hzとし、音響光学素子の駆動停止時間を約0.01msとすると、運転時間中の約99.7%は音響光学素子が駆動されていた。
しかし、音響光学素子をほぼ連続的に駆動していることにより音響光学素子ドライブ回路の発熱量が大きくなるため、音響光学素子ドライブ回路に大きな放熱部品を取り付ける必要があった。
そこで、本発明の目的は、音響光学素子ドライブ回路の発熱量を抑制し、音響光学素子ドライブ回路に大きな放熱部品を取り付ける必要をなくした固体レーザ装置を提供することにある。
In the conventional solid-state laser device, the acoustooptic device is driven almost continuously except for a short time when the pulse laser is output. For example, if the pulse repetition frequency is 300 Hz and the driving stop time of the acoustooptic device is about 0.01 ms, the acoustooptic device is driven for about 99.7% during the operation time.
However, since the amount of heat generated by the acoustooptic device drive circuit is increased by driving the acoustooptic device substantially continuously, it is necessary to attach a large heat dissipation component to the acoustooptic device drive circuit.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a solid-state laser device that suppresses the amount of heat generated by an acoustooptic device drive circuit and eliminates the need to attach a large heat dissipation component to the acoustooptic device drive circuit.
第1の観点では、本発明は、パルス駆動され励起レーザ光を発生する半導体レーザ(1)と、前記励起レーザ光によって励起される固体レーザ媒質(3)と、前記固体レーザ媒質(3)を含んで形成される共振器(6)内に設置され前記共振器(6)のロスを制御する音響光学素子(4)と、前記半導体レーザ(1)が駆動されていない期間の全部または一部において前記音響光学素子(4)を駆動しない音響光学素子駆動制御手段(8,9)を具備したことを特徴とする固体レーザ装置(10)を提供する。
上記第1の観点による固体レーザ装置(10)では、半導体レーザ(1)が駆動されていない期間の全部または一部において音響光学素子(4)を駆動しないため、音響光学素子ドライブ回路の発熱量が抑制され、音響光学素子ドライブ回路に大きな放熱部品を取り付ける必要がなくなる。
第2の観点では、本発明は、前記半導体レーザ(1)が駆動されている期間内において、前記音響光学素子駆動制御手段(8,9)は、前記半導体レーザ(1)が駆動されていない期間の全部または一部において前記音響光学素子(4)を前記固体レーザ媒質(3)の蛍光寿命(T)に相当する期間だけ駆動することを特徴とする請求項1記載の固体レーザ装置(10)を提供する。
上記構成において、蛍光寿命(T)とは、蛍光強度が1/eに低下するのに要する時間である。
上記第2の観点による固体レーザ装置(10)では、半導体レーザ(1)の駆動開始と同じか又はほぼ同じタイミングで前記音響光学素子(4)の駆動を開始し、固体レーザ媒質(3)の蛍光寿命(T)に合わせたタイミングで前記音響光学素子(4)の駆動を停止する。これによれば、例えばパルス繰り返し周波数を300Hzとし、固体レーザ媒質(3)の蛍光寿命(T)を約0.2msとすると、運転時間中の約6%だけ音響光学素子が駆動されることになる。このため、音響光学素子ドライブ回路の発熱量が抑制され、音響光学素子ドライブ回路に大きな放熱部品を取り付ける必要がなくなる。
なお、パルスレーザ出力後、半導体レーザの駆動を停止するため、共振器のゲインは0になり、音響光学素子を駆動しなくてもレーザ発振が起こることはない。
In a first aspect, the present invention provides a semiconductor laser (1) that generates pulsed laser light that is pulse-driven, a solid-state laser medium (3) that is excited by the excitation laser light, and the solid-state laser medium (3). An acoustooptic device (4) installed in a resonator (6) formed to control the loss of the resonator (6), and all or part of a period in which the semiconductor laser (1) is not driven The solid-state laser device (10) is provided with acoustooptic device drive control means (8, 9) that does not drive the acoustooptic device (4).
In the solid-state laser device (10) according to the first aspect, since the acoustooptic device (4) is not driven during all or part of the period during which the semiconductor laser (1) is not driven, the amount of heat generated by the acoustooptic device drive circuit. Is suppressed, and there is no need to attach a large heat dissipation component to the acoustooptic device drive circuit.
In a second aspect, the present invention provides that the acoustooptic device drive control means (8, 9) does not drive the semiconductor laser (1) within a period during which the semiconductor laser (1) is driven. The solid-state laser device (10) according to
In the above configuration, the fluorescence lifetime (T) is the time required for the fluorescence intensity to decrease to 1 / e.
In the solid-state laser device (10) according to the second aspect, the acousto-optic element (4) starts to be driven at the same timing or almost the same timing as the driving of the semiconductor laser (1), and the solid-state laser medium (3) The driving of the acousto-optic device (4) is stopped at a timing that matches the fluorescence lifetime (T). According to this, for example, when the pulse repetition frequency is 300 Hz and the fluorescence lifetime (T) of the solid-state laser medium (3) is about 0.2 ms, the acoustooptic device is driven by about 6% during the operation time. Become. For this reason, the heat generation amount of the acoustooptic device drive circuit is suppressed, and it is not necessary to attach a large heat dissipation component to the acoustooptic device drive circuit.
Since the semiconductor laser drive is stopped after the pulse laser is output, the gain of the resonator becomes 0, and laser oscillation does not occur even if the acoustooptic device is not driven.
本発明の固体レーザ装置によれば、音響光学素子ドライブ回路の発熱量を抑制できる。従って、音響光学素子ドライブ回路に大きな放熱部品を取り付ける必要がなくなる。 According to the solid-state laser device of the present invention, the heat generation amount of the acoustooptic device drive circuit can be suppressed. Therefore, it is not necessary to attach a large heat radiating component to the acoustooptic device drive circuit.
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the embodiments shown in the drawings. Note that the present invention is not limited thereby.
−実施例1−
図1は、実施例1に係る固体レーザ装置10を示す説明図である。
この固体レーザ装置10は、励起レーザ光を発生する半導体レーザ1と、励起レーザ光を集光するレンズ2と、励起レーザ光によって励起される固体レーザ媒質3と、固体レーザ媒質3を含んで形成される共振器6のロスを制御する音響光学素子4と、固体レーザ媒質3との間に共振器6を形成するミラー5と、半導体レーザ1にLD駆動電流Iを供給する半導体レーザドライブ回路7と、音響光学素子4に音響光学素子駆動RF信号Rを供給する音響光学素子ドライブ回路8と、駆動電流Iの供給タイミングや音響光学素子駆動RF信号Rの供給タイミングなどを制御する制御部9とを具備している。
Example 1
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a solid-state laser device 10 according to the first embodiment.
The solid-state laser device 10 includes a
図2は、固体レーザ装置10の動作タイミングを示すタイムチャートである。
LD駆動電流Iは、例えばパルス繰り返し周波数f=300Hz、パルス幅τ=約0.22msで供給される。
音響光学素子駆動RF信号Rは、例えばLD駆動電流Iの供給開始時刻t1より余裕時間Δだけ早めに供給開始され、LD駆動電流Iの供給開始時刻t1から固体レーザ媒質3の蛍光寿命Tだけ経過後に供給停止される。例えば余裕時間Δを0.1msとし、固体レーザ媒質3の蛍光寿命Tを約0.2msとすると、音響光学素子駆動RF信号Rのパルス幅T+Δ=約0.3msとなる。
共振器6のロスLは、音響光学素子駆動RF信号Rと同じタイミングで大きくなる。
共振器6のゲインGは、LD駆動電流Iの供給開始時刻t1から高くなり、LD駆動電流Iの供給開始時刻t1から固体レーザ媒質3の蛍光寿命Tだけ経過後に最高になり、音響光学素子駆動RF信号Rの供給停止により低くなり、LD駆動電流Iの供給停止時刻t3以後は0になる。
パルスレーザ出力は、音響光学素子駆動RF信号Rの供給停止直後に出力される。
FIG. 2 is a time chart showing the operation timing of the solid-state laser device 10.
The LD drive current I is supplied, for example, at a pulse repetition frequency f = 300 Hz and a pulse width τ = about 0.22 ms.
The acoustooptic device driving RF signal R is started to be supplied, for example, earlier than the supply start time t1 of the LD drive current I by a margin time Δ, and the fluorescence lifetime T of the solid-
The loss L of the resonator 6 increases at the same timing as the acoustooptic device driving RF signal R.
The gain G of the resonator 6 increases from the supply start time t1 of the LD drive current I, and becomes the highest after the fluorescence lifetime T of the solid-
The pulse laser output is output immediately after the supply of the acoustooptic device driving RF signal R is stopped.
図3は、固体レーザ装置10の運転時間と音響光学素子ドライブ回路8に取り付けた約1.4K/Wの放熱用フィンの温度変化を示す温度特性図である。
運転条件は、パルス繰り返し周波数f=300Hz、音響光学素子駆動RF信号Rのパルス幅T+Δ=約0.3ms、音響光学素子駆動RF信号Rのパワーを約7Wとしたものである。
ほとんど温度上昇しないことが判った。
FIG. 3 is a temperature characteristic diagram showing the operating time of the solid-state laser device 10 and the temperature change of the heat radiation fin of about 1.4 K / W attached to the acoustooptic device drive circuit 8.
The operating conditions are a pulse repetition frequency f = 300 Hz, a pulse width T + Δ of the acoustooptic device driving RF signal R = about 0.3 ms, and a power of the acoustooptic device driving RF signal R of about 7 W.
It was found that the temperature hardly increased.
図4は、従来の動作タイミングで固体レーザ装置10を制御した場合を示すタイムチャートである。
LD駆動電流Iは、例えばパルス繰り返し周波数f=300Hz、パルス幅τ=約0.22msで供給される。
音響光学素子駆動RF信号Rは、LD駆動電流Iの供給開始時刻t1から固体レーザ媒質3の蛍光寿命Tだけ経過後からパルスレーザ出力直後まで供給停止される以外は、ほぼ連続的に供給される。
共振器6のロスLは、音響光学素子駆動RF信号Rと同じタイミングで大きくなる。
共振器6のゲインGは、LD駆動電流Iの供給開始時刻t1から高くなり、LD駆動電流Iの供給開始時刻t1から固体レーザ媒質3の蛍光寿命Tだけ経過後に最高になり、音響光学素子駆動RF信号Rの供給停止により低くなり、LD駆動電流Iの供給停止時刻t3以後は0になる。
パルスレーザ出力は、音響光学素子駆動RF信号Rの供給停止直後に出力される。
FIG. 4 is a time chart showing a case where the solid-state laser device 10 is controlled at the conventional operation timing.
The LD drive current I is supplied, for example, at a pulse repetition frequency f = 300 Hz and a pulse width τ = about 0.22 ms.
The acousto-optic device driving RF signal R is supplied substantially continuously except that the supply is stopped from the supply start time t1 of the LD drive current I after the lapse of the fluorescence lifetime T of the solid-
The loss L of the resonator 6 increases at the same timing as the acoustooptic device driving RF signal R.
The gain G of the resonator 6 increases from the supply start time t1 of the LD drive current I, and becomes the highest after the fluorescence lifetime T of the solid-
The pulse laser output is output immediately after the supply of the acoustooptic device driving RF signal R is stopped.
図5は、従来の動作タイミングで固体レーザ装置10を制御した場合の固体レーザ装置10の運転時間と音響光学素子ドライブ回路8に取り付けた約1.4K/Wの放熱用フィンの温度変化を示す温度特性図である。
運転条件は、パルス繰り返し周波数f=300Hz、音響光学素子駆動RF信号Rの供給停止時間約0.01ms、音響光学素子駆動RF信号Rのパワーを約7Wとしたものである。
大きく温度上昇している。
FIG. 5 shows the operating time of the solid-state laser device 10 when the solid-state laser device 10 is controlled at the conventional operation timing and the temperature change of the heat radiation fin of about 1.4 K / W attached to the acoustooptic device drive circuit 8. It is a temperature characteristic figure.
The operating conditions are a pulse repetition frequency f = 300 Hz, an acoustooptic device driving RF signal R supply stop time of about 0.01 ms, and an acoustooptic device driving RF signal R power of about 7 W.
The temperature has risen significantly.
実施例1の固体レーザ装置10によれば次の効果が得られる。
・音響光学素子駆動RF信号Rを供給する時間が短いため、音響光学素子ドライブ回路8の発熱量を抑制できる。従って、音響光学素子ドライブ回路8に大きな放熱部品を取り付ける必要がなくなる。
・音響光学素子駆動RF信号Rを供給する時間が短いため、電磁干渉(EMI)を抑制できる。
・音響光学素子ドライブ回路8の発熱量を抑制できるため、コンデンサやコイルなどの回路部品の温度上昇を抑制できる。従って、出力安定性を向上できる。
According to the solid-state laser device 10 of the first embodiment, the following effects can be obtained.
Since the time for supplying the acoustooptic device driving RF signal R is short, the amount of heat generated by the acoustooptic device drive circuit 8 can be suppressed. Therefore, it is not necessary to attach a large heat radiating component to the acoustooptic device drive circuit 8.
-Since the time for supplying the acoustooptic device driving RF signal R is short, electromagnetic interference (EMI) can be suppressed.
Since the amount of heat generated by the acoustooptic device drive circuit 8 can be suppressed, the temperature rise of circuit components such as capacitors and coils can be suppressed. Therefore, output stability can be improved.
本発明の固体レーザ装置は、バイオエンジニアリング分野や計測分野で利用できる。 The solid-state laser device of the present invention can be used in the bioengineering field and the measurement field.
1 半導体レーザ
2 レンズ
3 固体レーザ媒質
4 音響光学素子
5 ミラー
6 共振器
7 半導体レーザドライブ回路
8 音響光学素子ドライブ回路
9 制御部
10 固体レーザ装置
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