JP2014103287A

JP2014103287A - 固体レーザ装置

Info

Publication number: JP2014103287A
Application number: JP2012254910A
Authority: JP
Inventors: Naoya Ishigaki; 直也石垣; Kimitada Tojo; 公資東條; Jiro Saikawa; 次郎齊川; Shingo Uno; 進吾宇野; Tomoyuki Hiroki; 知之廣木
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2014-06-05

Abstract

【課題】簡単な構成で且つ遅延時間を制御することができる固体レーザ装置。
【解決手段】励起光を発生させる半導体レーザ１と、半導体レーザからの励起光に応じて誘導放出光を発生する固体レーザ媒質３と、固体レーザ媒質を含む共振器内に配置され共振器内のロスを制御してパルスを発生させる音響光学素子４と、音響光学素子にＲＦ信号を入力し音響光学素子を駆動させるＲＦ信号発生器１２と、ＲＦ信号発生器のＲＦ信号のオン／オフを制御するためのトリガ信号を発生するトリガ信号発生器１１と、固体レーザ媒質から出力されるレーザ光が音響光学素子内を通過する位置を、レーザ光の光軸に対して直交する方向に平行移動させる移動機構部１３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体レーザ装置に関し、特に、音響光学素子を共振器内に持つ固体レーザ装置に関する。

半導体レーザを有する固体レーザ装置では、より大きな出力を得るために、共振器内にＱスイッチを配置し、ジャイアントパルスを発生させる方法が知られている。このＱスイッチの手法の一つとして、音響光学素子を用いたＡＯＱスイッチが知られている（特許文献１）。

このＡＯＱスイッチは、音響光学媒体中に超音波を伝搬させ、音響光学媒体を透過するレーザ光を回折することにより、共振器内のロスを制御してスイッチング作用をなすものである。

図６に、Ｑスイッチによりパルスレーザを発生させる場合の音響光学素子の役割を示す。まず、音響光学素子に十分なパワーのＲＦ信号を与えると、共振器のロスが高くなり、レーザ発振が行われず、レーザ媒質のゲインが上がっていく。その状態から急速にＲＦ信号をオフすると、突然、レーザ発振可能な状態になり、ゲインの上がったレーザ媒質からパルス状のレーザが出力される。ＲＦ信号のオン／オフを制御するトリガ信号を変化させることにより、レーザのパルス出力の発振タイミングや繰り返し周波数を変化させることができる。

特開２０１０−２５１４４８号公報

しかしながら、トリガ信号のオン／オフとパルスレーザ出力のオン／オフとの間には遅延時間があり、パルスレーザを用いた装置や計測器では、ディレイジェネレータなどによりタイミング制御や計測系との同期をとる必要があった。

本発明の課題は、簡単な構成で且つ遅延時間を制御することができる固体レーザ装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る固体レーザ装置は、励起光を発生させる半導体レーザと、前記半導体レーザからの励起光に応じて誘導放出光を発生する固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を含む共振器内に配置され、前記共振器内のロスを制御してパルスを発生させる音響光学素子と、前記音響光学素子にＲＦ信号を入力し前記音響光学素子を駆動させるＲＦ信号発生器と、前記ＲＦ信号発生器のＲＦ信号のオン／オフを制御するためのトリガ信号を発生するトリガ信号発生器と、前記固体レーザ媒質から出力されるレーザ光が前記音響光学素子内を通過する位置を、レーザ光の光軸に対して直交する方向に平行移動させる移動機構部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る固体レーザ装置によれば、移動機構部が、固体レーザ媒質から出力されるレーザ光が前記音響光学素子内を通過する位置を、レーザ光の光軸に対して直交する方向に平行移動させるので、簡単な構成で且つ遅延時間を制御することができる固体レーザ装置を提供することができる。

本発明の実施例１に係る固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例１に係る固体レーザ装置内の音響光学素子の構成を示す図である。本発明の実施例２に係る固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例３に係る固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例３に係る固体レーザ装置内の移動機構部により移動される半導体レーザと固定された音響光学結晶との位置関係を示す図である。従来の固体レーザ装置のＱスイッチによりパルスレーザを発生させる場合の音響光学素子の役割を示す図である。

以下、本発明の固体レーザ装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の形態は、トリガ信号入力からパルスレーザ出力までの遅延時間の内、音響光学素子内で発生する遅延時間を制御することを特徴とする。

図１は、本発明の実施例１に係る固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。この固体レーザ装置は、半導体レーザ１、ミラー２ａ，２ｂ、固体レーザ媒質３、音響光学素子４、可動ホルダ５、ＲＦ信号制御部（ＲＦ信号発生器）１２及びトリガ信号発生器１１を有する制御回路１０、移動機構部１３を備えている。

なお、固体レーザ媒質３、音響光学素子４、ミラー２ａ，２ｂから構成される部分を共振器と呼ぶ。

半導体レーザ１は、例えばレーザダイオードによって構成されており、励起光を発生する。半導体レーザ１で発生された励起光は、ミラー２ａを透過して固体レーザ媒質３に照射される。

固体レーザ媒質３は、レーザ発振の元となる物質であり、例えば、ＹＡＧレーザと呼ばれる固体レーザにおいては、イットリウム、アルミニウムおよびガーネット（Yttrium Aluminum Garnet）などといった物質が用いられる。この固体レーザ媒質３は、半導体レーザ１から励起光が照射されることにより誘導放出光を発生する。この固体レーザ媒質３で発生された誘導放出光は、音響光学素子４に送られる。

音響光学素子４は、Ｑスイッチを構成し、ＲＦ信号制御部１２から入力されるＲＦ信号にしたがって、固体レーザ媒質３で発生された誘導放出光の基本波を変調することにより共振器内のロスを制御し、パルス幅の狭いピークの大きなパルス（ジャイアントパルス）を出力する。

トリガ信号発生器１１は、ＲＦ信号のオン／オフを制御するためのトリガ信号を発生し、このトリガ信号をＲＦ信号制御部１２に出力する。ＲＦ信号制御部１２は、トリガ信号発生器１１からのトリガ信号によりＲＦ信号を生成し、このＲＦ信号を音響光学素子４に送るとともに音響光学素子４をオン／オフさせる。

可動ホルダ５は、音響光学素子４を保持する。移動機構部１３は、可動ホルダ５を上下方向に移動させることで、固体レーザ媒質３から出力されるレーザ光が音響光学素子４内を通過する位置を、レーザ光の光軸に対して直交する方向に平行移動させる。

次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係る固体レーザ装置の動作を、図１及び図２を参照しながら説明する。

まず、固体レーザ装置が起動されると、半導体レーザ１は、励起光を発生して固体レーザ媒質３を照射する。これにより、固体レーザ媒質３は、誘導放出光を発生し、音響光学素子４に送る。

これと並行して、ＲＦ信号制御部１２は、トリガ信号発生器１１からのトリガ信号に基づきＲＦ信号を生成して音響光学素子４に与える。

ＲＦ信号が、図２に示す音響光学素子４の音響光学結晶４ａの側面に設けられた圧電素子４ｂに到達すると、圧電素子４ｂから発生する超音波により音響光学結晶４ａ内に粗密波による周期的な屈折率変化が生成され、この屈折率変化が入射光に対して回折格子として作用する。このとき、圧電素子４ｂから発生する超音波が入射光Ｌ１に作用するまでの時間が、音響光学結晶４ａ内の遅延時間となる。

従って、可動ホルダ５を上下方向に移動させることにより、音響光学素子４の基本波の入射光Ｌ１の入射位置Ｐを調整することにより、トリガ信号に対するパルスレーザ出力の遅延時間を調整することができる。音響光学素子４内で発生する遅延時間は、超音波の結晶内における進行速度に依存する。例えば、結晶にクオーツを使用した音響光学素子４の場合には、結晶内の進行速度は、
５９６０ｍ／ｓ、即ち１６７．８ｎｓｅｃ／ｍｍであり、音響光学素子４を１ｍｍ移動すると、遅延時間が１６７．８ｎｓｅｃ変化することになる。可動ホルダ５がマイクロメータヘッドを使用した手動ステージのような簡素な構造でもサブｎｓｅｃオーダーの遅延時間を制御することができる。

このように実施例１の固体レーザ装置によれば、可動ホルダ５を上下方向に移動させ、入射光Ｌ１の入射位置Ｐを圧電素子４ｂに近づければ遅延時間は小さくなり、逆に入射位置Ｐを圧電素子４ｂから遠ざければ遅延時間は大きくなる。即ち、入射光Ｌ１の音響光学結晶４ａへの入射角度が一定値のままで、音響光学素子４を平行移動させて入射光Ｌ１及び圧電素子４ｂ間の距離を変化させることで、遅延時間を制御でき、しかも簡単な構成の固体レーザ装置を提供できる。

図３は、本発明の実施例２に係る固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。図３に示す実施例２に係る固体レーザ装置は、図１に示す実施例１に係る固体レーザ装置の構成に、さらに、スプリッタ１４、フォトダイオード１５、移動制御部１６を備え、トリガ信号とパルスレーザ出力との遅延時間を所定時間に制御することを特徴とする。

スプリッタ１４は、ミラー２ｂから送られてくるレーザ出力を分配し、フォトダイオード１５は、スプリッタ１４からのレーザ出力を検知してＰＤ信号を得る。移動制御部１６は、トリガ信号発生器１１からのトリガ信号とフォトダイオード１５からのＰＤ信号との遅延時間を所定時間にするための移動量制御信号を移動機構部１３に出力する。移動機構部１３は、移動制御部１６からの移動量制御信号に基づいて可動ホルダ５を所定量だけ移動させる。

これにより、トリガ信号とパルスレーザ出力との遅延時間を所定時間に制御することができる。

図４は、本発明の実施例３に係る固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。図１に示す実施例１に係る固体レーザ装置は、移動機構部１３が可動ホルダ５を移動させるようにしたが、図４に示す実施例３に係る固体レーザ装置は、移動機構部１３が半導体レーザ１を上下方向に移動させることを特徴とする。

図５は、本発明の実施例３に係る固体レーザ装置内の移動機構部１３により移動される半導体レーザ１と固定された音響光学結晶との位置関係を示す図である。図５に示すように、半導体レーザ１からの入力光Ｌ１ａが結晶４ａの第１の位置に入射される。

移動機構部１３により移動された半導体レーザ１ａ（点線部分）では、半導体レーザ１ａからの入力光Ｌ１ｂが結晶４ａの第２の位置に入射される。即ち、半導体レーザ１を上下方向に移動させることにより、音響光学素子４の基本波の入射光Ｌ１の入射位置を調整することにより、トリガ信号に対するパルスレーザ出力の遅延時間を調整することができる。従って、実施例３の固体レーザ装置においても、実施例１の固体レーザ装置の効果と同様の効果が得られる。

なお、本発明は前述した実施例１乃至実施例３の固体レーザ装置に限定されるものではない。例えば、実施例３の固体レーザ装置の構成に、さらに、実施例２の固体レーザ装置のスプリッタ１４、フォトダイオード１５、移動制御部１６を備えても良い。スプリッタ１４、フォトダイオード１５、移動制御部１６の各々の機能は実施例２の固体レーザ装置で説明したそれらの機能と同様である。なお、移動機構部１３は、移動制御部１６からの移動量制御信号に基づいて半導体レーザ１を所定量だけ移動させる。これによれば、トリガ信号とパルスレーザ出力との遅延時間を所定時間に制御することできる。

本発明は、固体パルスレーザ装置に利用できる。

１半導体レーザ
２ａ，２ｂミラー
３固体レーザ媒質
４音響光学素子
５可動ホルダ
６共振器
１０制御回路
１１トリガ信号発生器
１２ＲＦ信号制御部
１３移動機構部
１４スプリッタ
１５フォトダイオード
１６移動制御部

Claims

励起光を発生させる半導体レーザと、
前記半導体レーザからの励起光に応じて誘導放出光を発生する固体レーザ媒質と、
前記固体レーザ媒質を含む共振器内に配置され、前記共振器内のロスを制御してパルスを発生させる音響光学素子と、
前記音響光学素子にＲＦ信号を入力し前記音響光学素子を駆動させるＲＦ信号発生器と、
前記ＲＦ信号発生器のＲＦ信号のオン／オフを制御するためのトリガ信号を発生するトリガ信号発生器と、
前記固体レーザ媒質から出力されるレーザ光が前記音響光学素子内を通過する位置を、レーザ光の光軸に対して直交する方向に平行移動させる移動機構部と、
を備えることを特徴とする固体レーザ装置。
前記音響光学素子を保持するホルダを備え、
前記移動機構部は、前記ホルダに保持された前記音響光学素子をレーザ光の光軸に対して略直交する方向に平行移動させることを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置。
前記移動機構部は、前記音響光学素子に対して前記半導体レーザのレーザ光の光軸を平行移動させることを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置。
前記レーザ光の出力を検知する検知部と、
前記トリガ信号発生器からのトリガ信号と前記検知部からの検知信号との遅延時間を所定時間にするための移動量制御信号を前記移動機構部に出力する移動制御部とを備え、
前記移動機構部は、前記移動制御部からの移動量制御信号に基づいて前記ホルダを所定量だけ移動させることを特徴とする請求項２記載の固体レーザ装置。
前記レーザ光の出力を検知する検知部と、
前記トリガ信号発生器からのトリガ信号と前記検知部からの検知信号との遅延時間を所定時間にするための移動量制御信号を前記移動機構部に出力する移動制御部とを備え、
前記移動機構部は、前記移動制御部からの移動量制御信号に基づいて前記半導体レーザを所定量だけ移動させることを特徴とする請求項３記載の固体レーザ装置。