JP2015038922A - Laser device, control method and optoacoustic measurement device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress damage of an optical component within a resonator with high efficiency and at low cost in a laser device containing alexandrite as a laser medium.SOLUTION: The resonator is formed from a pair of mirrors 53 and 54 which are provided while interposing a laser rod 51 therebetween. A Q switch 55 changes a Q factor of the resonator. When an application voltage to the Q switch 55 is a first voltage corresponding to OFF of the Q switch, oscillation control means 57 irradiates the laser rod 51 with excitation light and after the irradiation with the excitation light, the application voltage to the Q switch 55 is changed from the first voltage to a second voltage corresponding to ON of the Q switch, thereby emitting pulse laser light. OFF voltage regulation means 58 lights on a flash lamp 52 in the state where a regulation voltage for making the Q factor of the resonator into a value exceeding a laser oscillation threshold is applied to the Q switch 55, and regulates the first voltage on the basis of the intensity of light, measured by a photodetector 59, outputted from the resonator caused by the irradiation with the excitation light.

Description

本発明は、レーザ装置及びその制御方法に関し、更に詳しくは、Qスイッチを用いてパルスレーザ光を出射するレーザ装置、及びその制御方法に関する。また、本発明は、そのようなレーザ装置を含む光音響計測装置に関する。   The present invention relates to a laser device and a control method thereof, and more particularly to a laser device that emits pulsed laser light using a Q switch and a control method thereof. The present invention also relates to a photoacoustic measurement device including such a laser device.

生体内部の状態を非侵襲で検査できる画像検査法の一種として、超音波検査法が知られている。超音波検査では、超音波の送信及び受信が可能な超音波探触子を用いる。超音波探触子から被検体(生体)に超音波を送信させると、その超音波は生体内部を進んでいき、組織界面で反射する。超音波探触子でその反射超音波を受信し、反射超音波が超音波探触子に戻ってくるまでの時間に基づいて距離を計算することで、内部の様子を画像化することができる。   An ultrasonic inspection method is known as a kind of image inspection method capable of non-invasively examining the state inside a living body. In the ultrasonic inspection, an ultrasonic probe capable of transmitting and receiving ultrasonic waves is used. When ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic probe to the subject (living body), the ultrasonic waves travel inside the living body and are reflected at the tissue interface. The reflected ultrasound is received by the ultrasound probe, and the internal state can be imaged by calculating the distance based on the time it takes for the reflected ultrasound to return to the ultrasound probe. .

また、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、レーザパルスなどのパルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波(光音響波)が発生する。この光音響波を超音波プローブなどで検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することで、光音響波に基づく生体内の可視化が可能である。   In addition, photoacoustic imaging is known in which the inside of a living body is imaged using a photoacoustic effect. In general, in photoacoustic imaging, a living body is irradiated with pulsed laser light such as a laser pulse. Inside the living body, the living tissue absorbs the energy of the pulsed laser light, and ultrasonic waves (photoacoustic waves) are generated by adiabatic expansion due to the energy. By detecting this photoacoustic wave with an ultrasonic probe or the like and constructing a photoacoustic image based on the detection signal, in vivo visualization based on the photoacoustic wave is possible.

ここで、光音響計測には、Qスイッチを用いてパルスレーザ光を出射するレーザ装置が用いられることが多い。特許文献1には、レーザ媒質にアレキサンドライト結晶を用い、波長800nmと波長755nmのパルスレーザ光を出射可能なレーザ装置が記載されている。   Here, in the photoacoustic measurement, a laser device that emits pulsed laser light using a Q switch is often used. Patent Document 1 describes a laser device that uses an alexandrite crystal as a laser medium and can emit pulsed laser light having a wavelength of 800 nm and a wavelength of 755 nm.

特開2013−89680号公報JP 2013-89680 A

Alexandrite Laser Technology, M.L. Shand, SPIE Vol. 610 Scientific and Engineering Applications of Commercial Laser Devices (1986)Alexandrite Laser Technology, M.L.Shand, SPIE Vol. 610 Scientific and Engineering Applications of Commercial Laser Devices (1986) Characteristics of alexandrite lasers in Q-switched and tuned operation, C.L Sam et al, SPIE Vol. 247 Advances in Laser Engineering and Applications (1980)Characteristics of alexandrite lasers in Q-switched and tuned operation, C.L Sam et al, SPIE Vol. 247 Advances in Laser Engineering and Applications (1980) Tunable Alexandrite lasers, JOHN C. WALLING et al, IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS VOL. QE-16 NO.12, DECEMBER 1980Tunable Alexandrite lasers, JOHN C. WALLING et al, IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS VOL.QE-16 NO.12, DECEMBER 1980

ところで、アレキサンドライトレーザについては、共振器内の光学部品の損傷の確率が高いことが知られている。この原因について、非特許文献1では、マルチモードによる空間的及び時間的エネルギー集中が原因と分析されている。この問題に対し、非特許文献2には、TEM00モードに近づけることで光学部品の損傷を低減することが記載されている。しかしながら、アレキサンドライトは、室温では誘導放出断面積が小さいため、開口などを用いてTEM00モードに制限すると、大きなエネルギー損失が生じる。別の試みとして、非特許文献3には、光学部品の損傷しきい値に対し十分弱いエネルギー密度で発振させることが記載されている。しかし、エネルギー密度を下げるためにはアレキサンドライトのロッドの径を太くしなければならない。アレキサンドライトは、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)に比べて製造コストが高く、高コストとなるという問題がある。特許文献1においては、共振器内の光学部品の損傷を低減する手段は特に講じられていない。   By the way, it is known that the alexandrite laser has a high probability of damage to optical components in the resonator. Regarding this cause, Non-Patent Document 1 analyzes that the cause is spatial and temporal energy concentration by multimode. To deal with this problem, Non-Patent Document 2 describes that damage to optical components is reduced by approaching the TEM00 mode. However, since alexandrite has a small stimulated emission cross section at room temperature, a large energy loss occurs when it is limited to the TEM00 mode using an opening or the like. As another attempt, Non-Patent Document 3 describes that oscillation is performed with an energy density sufficiently weaker than a damage threshold of an optical component. However, in order to lower the energy density, the diameter of the alexandrite rod must be increased. Alexandrite has a problem that the manufacturing cost is higher and the cost is higher than YAG (yttrium, aluminum, garnet). In Patent Document 1, no means for reducing damage to optical components in the resonator is taken.

本発明は、上記に鑑み、アレキサンドライトをレーザ媒質とするレーザ装置であって、高効率かつ低コストで共振器内の光学部品の損傷の抑制が可能なレーザ装置及びその制御方法を提供することを目的とする。   In view of the above, the present invention provides a laser device using alexandrite as a laser medium, and a laser device capable of suppressing damage to optical components in a resonator with high efficiency and low cost, and a control method thereof. Objective.

また、本発明は、上記レーザ装置を含む光音響計測装置を提供する。   Moreover, this invention provides the photoacoustic measuring device containing the said laser apparatus.

上記目的を達成するために、本発明は、アレキサンドライトを含むレーザ媒質と、レーザ媒質に励起光を照射する励起光源と、レーザ媒質を挟んで設けられた一対のミラーを含む共振器と、共振器の光路上に配置され、印加電圧に応じて共振器のQ値を変化させるQスイッチであって、印加電圧がQスイッチオフに対応した第1の電圧のときの共振器のQ値を、印加電圧が、第1の電圧よりも低い、Qスイッチオンに対応した第2の電圧のときの共振器のQ値よりも低くするQスイッチと、Qスイッチへ電圧を印加し、Qスイッチを駆動するQスイッチ駆動手段と、Qスイッチへの印加電圧が第1の電圧のときにレーザ媒質に励起光を照射させ、励起光の照射後に、Qスイッチへの印加電圧を第1の電圧から第2の電圧に変化させることでパルスレーザ光を出射させる発振制御手段と、共振器から出力される光を計測する光検出器と、前記Qスイッチに、共振器のQ値をレーザ発振しきい値を超える値にさせる調整用電圧が印加された状態でレーザ媒質に励起光を照射させ、光検出器が計測した、励起光の照射に起因して共振器から出力された光の強度に基づいて、第1の電圧を調整するオフ電圧調整手段とを備えたレーザ装置を提供する。   To achieve the above object, the present invention provides a laser medium including alexandrite, an excitation light source for irradiating the laser medium with excitation light, a resonator including a pair of mirrors provided with the laser medium interposed therebetween, and a resonator A Q switch that changes the Q value of the resonator according to the applied voltage, and applies the Q value of the resonator when the applied voltage is a first voltage corresponding to Q switch off. The voltage is lower than the first voltage, the Q switch is lower than the Q value of the resonator when the second voltage corresponds to the Q switch on, the voltage is applied to the Q switch, and the Q switch is driven. When the applied voltage to the Q switch driving means and the Q switch is the first voltage, the laser medium is irradiated with the excitation light, and after the excitation light is irradiated, the applied voltage to the Q switch is changed from the first voltage to the second voltage. By changing the voltage An oscillation control means for emitting laser light, a photodetector for measuring light output from the resonator, and an adjustment voltage for causing the Q switch to have a Q value of the resonator exceeding a laser oscillation threshold value. OFF to adjust the first voltage based on the intensity of the light output from the resonator caused by the excitation light irradiation, which is measured by the photodetector, by irradiating the laser medium with the excitation light in the applied state. Provided is a laser device comprising voltage adjusting means.

オフ電圧調整手段は、Qスイッチに第1の電圧が印加されたときの光共振器のQ値がレーザ発振しきい値以下となるように、第1の電圧を調整することが好ましい。   The off-voltage adjusting means preferably adjusts the first voltage so that the Q value of the optical resonator when the first voltage is applied to the Q switch is equal to or less than the laser oscillation threshold value.

調整用電圧が、基準となる電圧よりもΔV1だけ高い第1の調整用電圧と、基準となる電圧よりもΔV2だけ高い第2の調整用電圧とを含んでいてもよい。ΔV1とΔV2とは同じ値であってもよいし、異なっていてもよい。   The adjustment voltage may include a first adjustment voltage that is higher than the reference voltage by ΔV1 and a second adjustment voltage that is higher than the reference voltage by ΔV2. ΔV1 and ΔV2 may be the same value or different.

上記において、基準となる電圧は調整前の第1の電圧であってもよいし、共振器内の温度に応じて定められた電圧であってもよい。   In the above, the reference voltage may be the first voltage before adjustment, or may be a voltage determined according to the temperature in the resonator.

ΔV1及びΔV2が、レーザ媒質に照射される励起光のエネルギーに依存して決定されてもよい。   ΔV1 and ΔV2 may be determined depending on the energy of the excitation light applied to the laser medium.

オフ電圧調整手段は、Qスイッチに第1の調整用電圧が印加されているときに光検出器が計測した共振器から出力された光の強度と、Qスイッチに第2の調整用電圧が印加されているときに光検出器が計測した共振器から出力された光の強度との差に基づいて第1の電圧を調整してもよい。   The off-voltage adjusting means applies the second adjustment voltage to the Q switch and the intensity of the light output from the resonator measured by the photodetector when the first adjustment voltage is applied to the Q switch. The first voltage may be adjusted based on the difference from the intensity of the light output from the resonator measured by the photodetector.

オフ電圧調整手段が、周期的に第1の電圧の調整を行うこととしてもよい。   The off-voltage adjusting unit may periodically adjust the first voltage.

オフ電圧調整手段は、前回の第1の電圧の調整時の温度からの温度変化がしきい値を超えると、第1の電圧の調整を行ってもよい。   The off-voltage adjusting means may adjust the first voltage when the temperature change from the temperature at the previous adjustment of the first voltage exceeds a threshold value.

あるいは、オフ電圧調整手段が、Qスイッチへの印加電圧が第1の電圧の状態でレーザ媒質に励起光が照射された後で、かつQスイッチへの印加電圧が第2の電圧に変化される前に、光検出器が共振器から光が出力していることを検出すると、第1の電圧の調整を行うこととしてもよい。   Alternatively, the off-voltage adjusting means may change the applied voltage to the Q switch to the second voltage after the excitation light is applied to the laser medium with the applied voltage to the Q switch being the first voltage. Before the light detector detects that light is output from the resonator, the first voltage may be adjusted.

光検出器は、共振器外の光学素子からの散乱光を計測してもよい。   The photodetector may measure scattered light from an optical element outside the resonator.

あるいは、光検出器が、共振器の出力光から分割された光を計測してもよい。   Alternatively, the photodetector may measure light divided from the output light of the resonator.

光検出器が、共振器を構成する一対のミラーのうち出力ミラーではないミラーから出力される光を計測することとしてもよい。   The light detector may measure light output from a mirror that is not an output mirror among a pair of mirrors constituting the resonator.

本発明は、また、アレキサンドライトを含むレーザ媒質と、レーザ媒質に励起光を照射する励起光源と、レーザ媒質を挟んで設けられた一対のミラーを含む共振器と、共振器の光路上に配置され、印加電圧に応じて共振器のQ値を変化させるQスイッチであって、印加電圧がQスイッチオフに対応した第1の電圧のときの共振器のQ値を、印加電圧が、第1の電圧よりも低い、Qスイッチオンに対応した第2の電圧のときの共振器のQ値よりも低くするQスイッチと、共振器から出力される光を計測する光検出器と、Qスイッチへ電圧を印加し、Qスイッチを駆動するQスイッチ駆動手段と、Qスイッチへの印加電圧が第1の電圧のときにレーザ媒質に励起光を照射させ、励起光の照射後に、Qスイッチへの印加電圧を第1の電圧から第2の電圧に変化させることでパルスレーザ光を出射させる発振制御手段と、Qスイッチに、共振器のQ値をレーザ発振しきい値を超える値にさせる調整用電圧が印加された状態でレーザ媒質に励起光を照射させ、光検出器が計測した、励起光の照射に起因して共振器から出力される光の強度に基づいて、第1の電圧を調整するオフ電圧調整手段とを備えたレーザ装置と、レーザ光を被検体に向けて出射した後に被検体内で生じた光音響波を検出する検出手段と、検出された光音響波に基づいて信号処理を行う信号処理手段とを備えた光音響計測装置を提供する。   The present invention also includes a laser medium including alexandrite, an excitation light source for irradiating the laser medium with excitation light, a resonator including a pair of mirrors provided across the laser medium, and an optical path of the resonator. A Q switch for changing the Q value of the resonator according to the applied voltage, wherein the Q value of the resonator when the applied voltage is the first voltage corresponding to the Q switch off, the applied voltage is the first A Q switch that is lower than the voltage and lower than the Q value of the resonator at the time of the second voltage corresponding to the Q switch ON, a photodetector that measures light output from the resonator, and a voltage to the Q switch The Q switch driving means for driving the Q switch, and the laser medium is irradiated with the excitation light when the voltage applied to the Q switch is the first voltage, and the voltage applied to the Q switch after the excitation light irradiation From the first voltage to the second Excitation to the laser medium with oscillation control means that emits pulsed laser light by changing the pressure, and an adjustment voltage that causes the Q value of the resonator to exceed the laser oscillation threshold is applied to the Q switch A laser apparatus comprising: an off-voltage adjusting unit that irradiates light and measures a first voltage based on the intensity of light output from the resonator due to irradiation of excitation light, measured by a photodetector And a detection means for detecting a photoacoustic wave generated in the subject after emitting the laser beam toward the subject, and a signal processing means for performing signal processing based on the detected photoacoustic wave An acoustic measurement device is provided.

本発明の光音響計測装置において、信号処理手段は、検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成する画像生成手段であってもよい。   In the photoacoustic measurement apparatus of the present invention, the signal processing means may be an image generation means for generating a photoacoustic image based on the detected photoacoustic wave.

さらに、本発明は、アレキサンドライトを含むレーザ媒質を挟んで設けられた一対のミラーを含む共振器の光路上に配置され、印加電圧に応じて共振器のQ値を変化させるQスイッチであって、印加電圧がQスイッチオフに対応した第1の電圧のときの共振器のQ値を、印加電圧が、第1の電圧よりも低い、Qスイッチオンに対応した第2の電圧のときの共振器のQ値よりも低くするQスイッチに、共振器のQ値をレーザ発振しきい値を超える値にさせる調整用電圧を印加するステップと、レーザ媒質に励起光を照射するステップと、励起光の照射に起因して共振器から出力されるレーザ光を計測するステップと、計測されたレーザ光の強度に基づいて、Qスイッチオフに対応した第1の電圧を調整するステップとを有するQスイッチオフ電圧調整方法を提供する。   Furthermore, the present invention is a Q switch that is disposed on an optical path of a resonator including a pair of mirrors provided across a laser medium including alexandrite and changes a Q value of the resonator according to an applied voltage, The Q value of the resonator when the applied voltage is the first voltage corresponding to the Q switch off, and the resonator when the applied voltage is lower than the first voltage and the second voltage corresponding to the Q switch on. Applying a voltage for adjusting the Q value of the resonator to a value exceeding the laser oscillation threshold value, irradiating the laser medium with excitation light, Q switch-off comprising measuring laser light output from the resonator due to irradiation, and adjusting a first voltage corresponding to the Q switch-off based on the intensity of the measured laser light Electric To provide an adjustment method.

本発明のレーザ装置及びその制御方法は、Qスイッチに、共振器のQ値をレーザ発振しきい値を超える値にさせる調整用電圧を印加した状態でレーザ媒質に励起光を照射し、その励起光照射に起因して発生したレーザ光の強度を計測し、計測したレーザ光の強度に基づいてQスイッチオフに対応した第1の電圧を調整する。Qスイッチの複屈折性は温度が変わると変化するため、第1の電圧を印加してQスイッチをオフとするときに、ある温度下では共振器のQ値をレーザ発振しきい値以下にできても、別の温度下では共振器のQ値がレーザ発振しきい値を超えることがある。Qスイッチオフ時に共振器のQ値がレーザ発振しきい値を超えると、Qスイッチがオフになりきらず、レーザ媒質に対する励起光の照射時に共振器において局所的にレーザ発振が生じることがある。局所的にレーザ発振が生じた状態でQスイッチをオンに切り替えると、局所的にレーザ発振した部分に光が集中し、共振器内の光学部品の損傷を招く。本発明では、第1の電圧を調整することで、温度が変化した場合でもQスイッチオフを維持することが可能となり、Qスイッチオフ時にQスイッチがオフになりきらないことで生じる局所的なレーザ発振を抑制して、共振器内の光学部品の損傷を抑制できる。本発明では、開口などを用いてTEM00モードに制限しなくても共振器内の光学部品の損傷を抑制でき、エネルギー損失は少なくて済む。また、エネルギー密度を下げるためにレーザ媒質の径を太くする必要はなく、低コストで、共振器内の光学部品の損傷を抑制できる。   The laser apparatus and the control method thereof according to the present invention irradiates a laser medium with excitation light in a state where an adjustment voltage that causes the Q value of the resonator to exceed the laser oscillation threshold is applied to the Q switch. The intensity of the laser beam generated due to the light irradiation is measured, and the first voltage corresponding to the Q switch-off is adjusted based on the measured intensity of the laser beam. Since the birefringence of the Q switch changes as the temperature changes, when the Q switch is turned off by applying the first voltage, the Q value of the resonator can be below the laser oscillation threshold at a certain temperature. However, the Q value of the resonator may exceed the laser oscillation threshold at different temperatures. If the Q value of the resonator exceeds the laser oscillation threshold when the Q switch is turned off, the Q switch may not be turned off, and laser oscillation may occur locally in the resonator when the pump medium is irradiated with excitation light. If the Q switch is turned on in a state in which laser oscillation has occurred locally, the light concentrates on the locally laser-oscillated portion, causing damage to the optical components in the resonator. In the present invention, by adjusting the first voltage, it is possible to maintain the Q switch off even when the temperature changes, and a local laser generated when the Q switch does not completely turn off when the Q switch is off. Oscillation can be suppressed and damage to optical components in the resonator can be suppressed. In the present invention, it is possible to suppress damage to optical components in the resonator without limiting to the TEM00 mode using an aperture or the like, and energy loss can be reduced. In addition, it is not necessary to increase the diameter of the laser medium in order to reduce the energy density, and damage to optical components in the resonator can be suppressed at a low cost.

本発明の一実施形態のレーザ装置を示すブロック図。1 is a block diagram showing a laser device according to an embodiment of the present invention. Qスイッチへの印加電圧と共振器から出射する光の強度との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the applied voltage to Q switch, and the intensity | strength of the light radiate | emitted from a resonator. Qスイッチへの印加電圧と共振器から出射する光の強度との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the applied voltage to Q switch, and the intensity | strength of the light radiate | emitted from a resonator. 温度とQスイッチオフ電圧との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between temperature and Q switch-off voltage. Qスイッチへの印加電圧と共振器から出射する光強度との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the applied voltage to Q switch, and the light intensity radiate | emitted from a resonator. 各部の動作波形を示すタイミングチャート。The timing chart which shows the operation waveform of each part. 光計測の第1の態様を示すブロック図。The block diagram which shows the 1st aspect of optical measurement. 光計測の第1の態様の変形例を示すブロック図。The block diagram which shows the modification of the 1st aspect of optical measurement. 光計測の第2の態様を示すブロック図。The block diagram which shows the 2nd aspect of optical measurement. 光計測の第2の態様の変形例を示すブロック図。The block diagram which shows the modification of the 2nd aspect of optical measurement. 光計測の第3の態様を示すブロック図。The block diagram which shows the 3rd aspect of optical measurement. 光計測の第1の態様と第2の態様とを組み合わせた例を示すブロック図。The block diagram which shows the example which combined the 1st aspect and 2nd aspect of optical measurement. 第1の電圧の調整の動作手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the operation | movement procedure of a 1st voltage adjustment. 本発明の一実施形態のレーザ装置を含む光音響計測装置を示すブロック図。The block diagram which shows the photoacoustic measuring device containing the laser apparatus of one Embodiment of this invention.

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態のレーザ装置を示す。レーザ光源ユニット13は、レーザロッド51、フラッシュランプ52、ミラー53、54、Qスイッチ55、駆動手段56、発振制御手段57、オフ電圧調整手段58、及び光検出器59を備える。レーザロッド51は、レーザ媒質である。レーザロッド51には、アレキサンドライト結晶が用いられる。レーザロッド51から出射する光は所定の偏光軸を持つ。例えば、レーザロッド51から出射する光はP偏光である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a laser apparatus according to an embodiment of the present invention. The laser light source unit 13 includes a laser rod 51, a flash lamp 52, mirrors 53 and 54, a Q switch 55, a drive unit 56, an oscillation control unit 57, an off voltage adjustment unit 58, and a photodetector 59. The laser rod 51 is a laser medium. Alexandrite crystal is used for the laser rod 51. The light emitted from the laser rod 51 has a predetermined polarization axis. For example, the light emitted from the laser rod 51 is P-polarized light.

フラッシュランプ52は、励起光源であり、レーザロッド51に励起光を照射する。フラッシュランプ52以外の光源を、励起光源として用いてもよい。ミラー53、54は、レーザロッド51を挟んで対向しており、ミラー53、54により共振器が構成される。光共振器内の光路は必ずしも直線状である必要はなく、ミラー53、54間の光路上にプリズムなどを設け、光軸を曲げてもよい。ミラー54はアウトプットカプラー(OC:output coupler)であり、ミラー54からレーザ光が出射する。共振器内には、Qスイッチ55が挿入される。Qスイッチ55は、印加電圧に応じて通過する光の偏光状態を変化させることで、共振器のQ値を変化させる。Qスイッチ55には、印加電圧に応じて通過する光の偏光状態を変化させる電気光学素子を用いることができる。共振器内に更に波長選択手段を挿入し、波長可変レーザとしてもよい。   The flash lamp 52 is an excitation light source and irradiates the laser rod 51 with excitation light. A light source other than the flash lamp 52 may be used as the excitation light source. The mirrors 53 and 54 are opposed to each other with the laser rod 51 interposed therebetween, and the mirrors 53 and 54 constitute a resonator. The optical path in the optical resonator is not necessarily linear, and a prism or the like may be provided on the optical path between the mirrors 53 and 54 to bend the optical axis. The mirror 54 is an output coupler (OC), and laser light is emitted from the mirror 54. A Q switch 55 is inserted in the resonator. The Q switch 55 changes the Q value of the resonator by changing the polarization state of the light passing therethrough according to the applied voltage. The Q switch 55 can be an electro-optic element that changes the polarization state of the light passing therethrough according to the applied voltage. A wavelength selection means may be further inserted in the resonator to form a wavelength tunable laser.

Qスイッチ55は、印加電圧がQスイッチオフに対応した第1の電圧のとき共振器を低Q状態にする。低Q状態とは、共振器のQ値がレーザ発振しきい値よりも低い状態を指す。第1の電圧は、例えばQスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧である。Qスイッチ55は、印加電圧がQスイッチオンに対応した第2の電圧のとき、共振器を高Q状態にする。高Q状態とは、共振器のQ値がレーザ発振しきい値よりも高い状態を指す。第2の電圧は、第1の電圧よりも低い。第2の電圧は、例えば0V(電圧印加なし)であり、このときQスイッチ55を透過する光の偏光状態は変化しない。   The Q switch 55 sets the resonator in a low Q state when the applied voltage is the first voltage corresponding to the Q switch off. The low Q state refers to a state where the Q value of the resonator is lower than the laser oscillation threshold value. The first voltage is, for example, a voltage that causes the Q switch 55 to function as a quarter wavelength plate. The Q switch 55 sets the resonator in a high Q state when the applied voltage is the second voltage corresponding to the Q switch being turned on. The high Q state refers to a state where the Q value of the resonator is higher than the laser oscillation threshold value. The second voltage is lower than the first voltage. The second voltage is, for example, 0 V (no voltage applied), and at this time, the polarization state of the light transmitted through the Q switch 55 does not change.

Qスイッチ55に第1の電圧が印加されるとき、Qスイッチ55は1/4波長板として働き、レーザロッド51からQスイッチ55に入射したP偏光の光は、Qスイッチ55を通過して円偏光となり、ミラー53で反射してQスイッチ55に逆向きに入射する。Qスイッチ55に逆向きに入射した円偏光の光は、Qスイッチ55を通過してS偏光となり、S偏光でレーザロッド51に帰還する。レーザロッド51のS偏光のゲインは低く、レーザ発振は起こらない。一方、Qスイッチ55への印加電圧が0V(第2の電圧)のとき、レーザロッド51からQスイッチ55に入射したP偏光の光はP偏光のままQスイッチ55を透過し、ミラー53で反射する。ミラー53で反射したP偏光の光は、偏光状態を変化させずにQスイッチ55を透過し、P偏光でレーザロッド51に帰還する。レーザロッド51のP偏光のゲインは高く、レーザ発振が起こる。   When the first voltage is applied to the Q switch 55, the Q switch 55 functions as a quarter wavelength plate, and the P-polarized light incident on the Q switch 55 from the laser rod 51 passes through the Q switch 55 and is circular. Polarized light is reflected by the mirror 53 and enters the Q switch 55 in the reverse direction. The circularly polarized light incident on the Q switch 55 in the reverse direction passes through the Q switch 55 to become S polarized light, and returns to the laser rod 51 as S polarized light. The gain of S-polarized light of the laser rod 51 is low and laser oscillation does not occur. On the other hand, when the applied voltage to the Q switch 55 is 0 V (second voltage), the P-polarized light incident on the Q switch 55 from the laser rod 51 is transmitted through the Q switch 55 as P-polarized light and reflected by the mirror 53. To do. The P-polarized light reflected by the mirror 53 passes through the Q switch 55 without changing the polarization state, and returns to the laser rod 51 as P-polarized light. The gain of the P-polarized light of the laser rod 51 is high and laser oscillation occurs.

駆動手段56は、Qスイッチ55へ電圧を印加し、Qスイッチ55を駆動する。発振制御手段57は、駆動手段56を通じてQスイッチ55への印加電圧を制御する。また、フラッシュランプ52の点灯を制御する。発振制御手段57は、Qスイッチ55への印加電圧が第1の電圧のときにフラッシュランプ52を点灯し、レーザロッド51に励起光を照射させる。レーザロッド51の励起後、例えばアレキサンドライト結晶における反転分布密度が十分に高くなるタイミングで、Qスイッチ55への印加電圧を第1の電圧から第2の電圧に変化させる。共振器のQ値を低Qから高Qに急速に変化させることで、ジャイアントパルスが得られる。   The driving unit 56 applies a voltage to the Q switch 55 to drive the Q switch 55. The oscillation control unit 57 controls the voltage applied to the Q switch 55 through the driving unit 56. Further, the lighting of the flash lamp 52 is controlled. The oscillation control unit 57 turns on the flash lamp 52 when the voltage applied to the Q switch 55 is the first voltage, and irradiates the laser rod 51 with excitation light. After excitation of the laser rod 51, for example, at a timing when the inversion distribution density in the alexandrite crystal becomes sufficiently high, the voltage applied to the Q switch 55 is changed from the first voltage to the second voltage. Giant pulses can be obtained by rapidly changing the Q value of the resonator from low Q to high Q.

ここで、Qスイッチ55に用いられる電気光学素子の複屈折性は温度依存性を有しており、Qスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧は、温度に依存して変化する。共振器内の温度は時間経過と共に変化することがあり、ある時点では第1の電圧の印加時にQスイッチ55を1/4波長板として働かせることができても、別の時点では第1の電圧の印加時にQスイッチ55が1/4波長板として働かなくなることがある。Qスイッチオフ時にQスイッチ55が1/4波長板として働かなくなると、Qスイッチ55がオフになりきらず、すなわち共振器のQ値を十分に低くすることができなくなり、フラッシュランプ52の点灯時に、局所的にレーザ発振が起こることがある。本発明者らは、このような局所発振が、共振器内の光学部品の損傷の原因になり得ると考えた。そこで、本実施形態では、Qスイッチオフに対応する第1の電圧を調整し、温度が変化したときでも、Qスイッチオフ時にレーザ発振が起こらないようにする。   Here, the birefringence of the electro-optic element used in the Q switch 55 has temperature dependency, and the voltage that causes the Q switch 55 to function as a quarter-wave plate varies depending on the temperature. The temperature in the resonator may change over time. At one point in time, the Q switch 55 can function as a quarter-wave plate when the first voltage is applied, but at another point the first voltage When Q is applied, the Q switch 55 may not function as a quarter wavelength plate. If the Q switch 55 does not function as a ¼ wavelength plate when the Q switch is off, the Q switch 55 cannot be turned off, that is, the Q value of the resonator cannot be sufficiently lowered. Laser oscillation may occur locally. The present inventors thought that such local oscillation could cause damage to optical components in the resonator. Therefore, in the present embodiment, the first voltage corresponding to the Q switch off is adjusted so that laser oscillation does not occur when the Q switch is off even when the temperature changes.

オフ電圧調整手段58は、Qスイッチオフに対応した第1の電圧を調整する。光検出器59は、共振器から出射する光を計測する。光検出器59には、フォトダイオードやパワーモニタなどを用いることができる。オフ電圧調整手段58は、Qスイッチ55に、共振器のQ値をレーザ発振しきい値を超える値にさせる調整用電圧が印加された状態でレーザロッド51に励起光を照射させる。共振器のQ値はレーザ発振しきい値を超えていているため、励起光照射に起因して、出力側のミラー54からレーザ光が出射する。オフ電圧調整手段58は、光検出器59が検出した光の強度に基づいて、第1の電圧を調整する。オフ電圧調整手段58は、Qスイッチ55に第1の電圧が印加されたときに共振器のQ値がレーザ発振しきい値以下となるように、第1の電圧を調整する。第1の電圧は、理想的には、調整時の温度下でQスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧に調整される。   The off voltage adjusting means 58 adjusts the first voltage corresponding to the Q switch off. The photodetector 59 measures the light emitted from the resonator. As the photodetector 59, a photodiode, a power monitor, or the like can be used. The off-voltage adjusting means 58 irradiates the laser rod 51 with excitation light in a state where an adjustment voltage that causes the Q switch 55 to make the Q value of the resonator exceed the laser oscillation threshold is applied. Since the Q value of the resonator exceeds the laser oscillation threshold value, laser light is emitted from the output-side mirror 54 due to excitation light irradiation. The off-voltage adjusting unit 58 adjusts the first voltage based on the light intensity detected by the photodetector 59. The off-voltage adjusting unit 58 adjusts the first voltage so that the Q value of the resonator is equal to or lower than the laser oscillation threshold when the first voltage is applied to the Q switch 55. Ideally, the first voltage is adjusted to a voltage that causes the Q switch 55 to act as a quarter-wave plate at the temperature during adjustment.

図2は、Qスイッチ55の印加電圧と共振器から出射する光の強度との関係を示す。Qスイッチ55の印加電圧を変化させながらフラッシュランプ52を点灯し、各電圧のときに共振器から出射する光の強度を計測すると、図2に示す結果が得られた。励起エネルギーは12.6Jである。この例では、Qスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧は2.2kVである。Qスイッチ55への印加電圧が2.2kVを中心とした0.8kVの範囲(2.2kV±0.4kV)にあるときは、共振器のQ値が十分に低く、レーザ発振は起こらない。   FIG. 2 shows the relationship between the voltage applied to the Q switch 55 and the intensity of light emitted from the resonator. When the flash lamp 52 was turned on while changing the voltage applied to the Q switch 55 and the intensity of light emitted from the resonator at each voltage was measured, the result shown in FIG. 2 was obtained. The excitation energy is 12.6J. In this example, the voltage that causes the Q switch 55 to function as a quarter wavelength plate is 2.2 kV. When the applied voltage to the Q switch 55 is in the range of 0.8 kV centered on 2.2 kV (2.2 kV ± 0.4 kV), the Q value of the resonator is sufficiently low and laser oscillation does not occur.

Qスイッチ55への印加電圧が1.8kVよりも低い範囲、及び2.6kVよりも高い範囲では、共振器のQ値が十分に低くなく、レーザ発振が起こってミラー54から光(漏れ光)が出射する。ミラー54から出射する光の強度は、Qスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧との差が大きいほど強くなる。Qスイッチ55の印加電圧と共振器から出射する光の強度との関係を示すグラフは、Qスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧である2.2kVを中心として、電圧変化に対して対称性を有している。   In the range where the applied voltage to the Q switch 55 is lower than 1.8 kV and higher than 2.6 kV, the Q value of the resonator is not sufficiently low, and laser oscillation occurs and light from the mirror 54 (leakage light). Is emitted. The intensity of light emitted from the mirror 54 increases as the difference from the voltage that causes the Q switch 55 to function as a quarter-wave plate increases. The graph showing the relationship between the applied voltage of the Q switch 55 and the intensity of light emitted from the resonator is symmetrical with respect to the voltage change around 2.2 kV, which is the voltage that causes the Q switch 55 to function as a quarter wavelength plate. It has sex.

Qスイッチ55の温度が変化し、Qスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧が2.2kVから変化すると、印加電圧と共振器から出射する光の強度との関係は、Qスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧の変化の分だけ、電圧の高い側又は低い側にシフトする。励起時にQスイッチ55に印加される第1の電圧が、Qスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧を中心とした0.8kVの範囲から外れると、Qスイッチ55が完全にオフしなくなり、Qスイッチオフ時に望ましくないレーザ発振が起こる。   When the temperature of the Q switch 55 changes and the voltage that causes the Q switch 55 to function as a quarter wavelength plate changes from 2.2 kV, the relationship between the applied voltage and the intensity of light emitted from the resonator is The voltage is shifted to the higher side or the lower side by the amount of change in the voltage that acts as a quarter wave plate. When the first voltage applied to the Q switch 55 at the time of excitation deviates from the range of 0.8 kV centered on the voltage that causes the Q switch 55 to function as a quarter wavelength plate, the Q switch 55 is not completely turned off. Undesirable laser oscillation occurs when the Q switch is off.

図3は、励起エネルギーが13.5JのときのQスイッチ55の印加電圧と共振器から出射する光の強度との関係を示す。図2では、レーザ発振が起こらない電圧範囲は2.2kVを中心とした0.8kVであったのに対し、図3では、レーザ発振が起こらない電圧範囲は2.2kVを中心とした0.4kVとなっている。このように、励起エネルギーが増えると、レーザ発振が起こらない電圧範囲が狭くなる。   FIG. 3 shows the relationship between the voltage applied to the Q switch 55 and the intensity of light emitted from the resonator when the excitation energy is 13.5 J. In FIG. 2, the voltage range in which laser oscillation does not occur is 0.8 kV centered on 2.2 kV, whereas in FIG. 3, the voltage range in which laser oscillation does not occur is about 0.2 kV centered on 2.2 kV. It is 4 kV. Thus, as the excitation energy increases, the voltage range in which laser oscillation does not occur becomes narrower.

図4は、温度とQスイッチオフ電圧との関係を示す。実線は、Qスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧を示す。Qスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧は、温度変化に対して負の傾きを有する。その傾きは、Qスイッチ55がKDP結晶を用いたポッケルスセルの場合、波長750nmにおいて−35V/℃である。破線は、レーザ発振が起こらない電圧の上限と下限とを示す。フラッシュランプ52の点灯時にQスイッチ55に印加される電圧が上限と下限との間の範囲にあれば、Qスイッチオフ時にレーザ発振が起こらない。上限と下限の差は、調整裕度に相当する。 FIG. 4 shows the relationship between temperature and Q switch-off voltage. The solid line indicates the voltage that causes the Q switch 55 to act as a quarter wave plate. The voltage that causes the Q switch 55 to function as a quarter-wave plate has a negative slope with respect to temperature changes. The inclination is −35 V / ° C. at a wavelength of 750 nm when the Q switch 55 is a Pockels cell using a KD * P crystal. Dashed lines indicate the upper and lower limits of the voltage at which laser oscillation does not occur. If the voltage applied to the Q switch 55 when the flash lamp 52 is lit is in the range between the upper limit and the lower limit, laser oscillation does not occur when the Q switch is off. The difference between the upper limit and the lower limit corresponds to the adjustment margin.

ここで、オフ電圧調整手段58が第1の電圧の調整時にQスイッチ55に印加する調整用電圧は、例えば基準となる電圧よりも所定の電圧(ΔV1)だけ高い第1の調整用電圧と、基準となる電圧よりも所定の電圧(ΔV2)だけ低い第2の調整用電圧とを含んでいてもよい。基準となる電圧は、例えば調整前の第1の電圧である。基準となる電圧は、共振器内の温度に応じて定められた電圧でもよい。例えば、温度と基準となる電圧とを対応付けて記憶するテーブルを参照し、テーブルから調整時の温度に対応する基準となる電圧を取得してもよい。   Here, the adjustment voltage applied to the Q switch 55 when the off-voltage adjustment unit 58 adjusts the first voltage is, for example, a first adjustment voltage that is higher than a reference voltage by a predetermined voltage (ΔV1), and A second adjustment voltage that is lower than the reference voltage by a predetermined voltage (ΔV2) may be included. The reference voltage is, for example, the first voltage before adjustment. The reference voltage may be a voltage determined according to the temperature in the resonator. For example, a reference voltage corresponding to the temperature at the time of adjustment may be acquired from a table by referring to a table that stores the temperature and the reference voltage in association with each other.

上記のΔV1及びΔV2の値は、レーザロッド51に照射される励起光のエネルギーに応じて変化させてもよい。例えば、励起エネルギーとΔV1及びΔV2の値とを対応付けて記憶するテーブルを参照し、テーブルからレーザロッド51への励起エネルギーに対応するΔV1及びΔV2の値を取得してもよい。ΔV1とΔV2の値は互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。オフ電圧調整手段58は、Qスイッチ55に第1の調整用電圧が印加されているときに光検出器59が計測した光の強度と、Qスイッチ55に第2の調整用電圧が印加されているときに光検出器59が計測した光の強度との差に基づいて第1の電圧を調整する。   The values of ΔV1 and ΔV2 may be changed according to the energy of the excitation light applied to the laser rod 51. For example, referring to a table that stores the excitation energy and the values of ΔV1 and ΔV2 in association with each other, the values of ΔV1 and ΔV2 corresponding to the excitation energy from the table to the laser rod 51 may be acquired. The values of ΔV1 and ΔV2 may be equal to each other or different from each other. The off-voltage adjusting means 58 is configured such that the light intensity measured by the photodetector 59 when the first adjustment voltage is applied to the Q switch 55 and the second adjustment voltage is applied to the Q switch 55. The first voltage is adjusted based on the difference from the light intensity measured by the photodetector 59 when the light is on.

図5は、Qスイッチ55への印加電圧と共振器から出射する光強度との関係を示す。図5を参照して、第1の電圧の調整について説明する。Qスイッチ55への印加電圧が、Qスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧を中心とした所定の範囲にあるときは、レーザ発振は起こらずに、共振器外部へ光が出射しない。Qスイッチ55への印加電圧が、Qスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧を中心とした所定の範囲よりも高い範囲における電圧変化に対する光強度の変化(傾き)をa(mJ/V)とする。また、Qスイッチ55への印加電圧が、Qスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧を中心とした所定の範囲よりも低い範囲における電圧変化に対する光強度の変化(傾き)を−a(mJ/V)とする。傾きa、−aの値は、励起エネルギーに応じてあらかじめ設定されている。   FIG. 5 shows the relationship between the voltage applied to the Q switch 55 and the light intensity emitted from the resonator. The first voltage adjustment will be described with reference to FIG. When the voltage applied to the Q switch 55 is in a predetermined range centered on the voltage that causes the Q switch 55 to function as a quarter wavelength plate, laser oscillation does not occur and no light is emitted outside the resonator. A (mJ / V) represents a change (gradient) in light intensity with respect to a voltage change in a range where the applied voltage to the Q switch 55 is higher than a predetermined range centered on a voltage that causes the Q switch 55 to function as a quarter wavelength plate. And Further, the change (slope) of the light intensity with respect to the voltage change in the range where the applied voltage to the Q switch 55 is lower than a predetermined range centered on the voltage that causes the Q switch 55 to function as a quarter wavelength plate is −a (mJ / V). The values of the inclinations a and -a are set in advance according to the excitation energy.

第1の調整用電圧V1は、調整前の第1の電圧(Voff)よりもαだけ高い電圧(Voff+α)であり、第2の調整用電圧V2は、調整前の第1の電圧(Voff)よりもαだけ低い電圧(Voff−α)である。αの大きさは、レーザロッド51の励起エネルギーや共振器損失などに応じて適宜決められる。例えば励起エネルギーが13.5Jのとき、αは、共振器のQ値がレーザ発振しきい値以下となる範囲の幅である0.4kV(図3参照)よりも高い0.6kVに設定される。Qスイッチ55に第1の調整用電圧V1が印加されている状態でフラッシュランプ52を点灯したときに光検出器59が計測した光の強度をA1とし、Qスイッチ55に第2の調整用電圧V2が印加されている状態でフラッシュランプ52を点灯したときに光検出器59が計測した光の強度をA2とする。   The first adjustment voltage V1 is a voltage (Voff + α) higher by α than the first voltage (Voff) before adjustment, and the second adjustment voltage V2 is the first voltage (Voff) before adjustment. Is a voltage (Voff−α) lower than α. The magnitude of α is appropriately determined according to the excitation energy of the laser rod 51, the resonator loss, and the like. For example, when the excitation energy is 13.5 J, α is set to 0.6 kV, which is higher than 0.4 kV (see FIG. 3), which is the width of the range in which the Q value of the resonator is equal to or less than the laser oscillation threshold. . The light intensity measured by the photodetector 59 when the flash lamp 52 is lit while the first adjustment voltage V1 is applied to the Q switch 55 is A1, and the second adjustment voltage is applied to the Q switch 55. The light intensity measured by the photodetector 59 when the flash lamp 52 is turned on with V2 applied is A2.

Qスイッチ55に第1の調整用電圧V1が印加されているときに光検出器59が計測した光の強度と、Qスイッチ55に第2の調整用電圧V2が印加されているときに光検出器59が計測した光の強度との差をA1−A2と定義する。A1−A2>0であれば、調整前の第1の電圧Voffは、調整時の温度下でQスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧よりも高い電圧になっている。この場合、オフ電圧調整手段58は、第1の電圧を下げる方向に調整すればよい。上記とは逆に、A1−A2<0であれば、調整前の第1の電圧Voffは、調整時の温度下でQスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧よりも低い電圧になっている。この場合、オフ電圧調整手段58は、第1の電圧を上げる方向に調整すればよい。   Light intensity measured by the photodetector 59 when the first adjustment voltage V1 is applied to the Q switch 55, and light detection when the second adjustment voltage V2 is applied to the Q switch 55 The difference from the light intensity measured by the instrument 59 is defined as A1-A2. If A1-A2> 0, the first voltage Voff before adjustment is higher than the voltage that causes the Q switch 55 to function as a quarter-wave plate at the temperature during adjustment. In this case, the off-voltage adjusting unit 58 may adjust the first voltage in a decreasing direction. On the contrary, if A1-A2 <0, the first voltage Voff before adjustment is lower than the voltage that causes the Q switch 55 to function as a quarter-wave plate at the temperature during adjustment. Yes. In this case, the off-voltage adjusting unit 58 may adjust in the direction of increasing the first voltage.

調整時の温度下でQスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧は、高電圧側と低電圧側とで計測される光強度が同じになる電圧、例えば計測される光強度がA1又はA2になる電圧を計算し、両電圧の中間の電圧を計算することで求めることができる。例えば、Qスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧よりも高電圧側で、計測される光強度が第2の調整用電圧V2が印加されるときと同じ強度A2となる電圧は、グラフの傾きと光強度の差とから、V1−(A1−A2)/aと計算できる。この電圧と第2の調整用電圧V2との中間の電圧は、{V1−(A1−A2)/a+V2}/2={Voff+α−(A1−A2)/a+Voff−α}/2=Voff−(A1−A2)/2aとなる。このようにして求めた電圧を、調整後の第1の電圧とすればよい。   The voltage that causes the Q switch 55 to act as a quarter-wave plate under the temperature at the time of adjustment is a voltage at which the measured light intensity is the same on the high voltage side and the low voltage side, for example, the measured light intensity is A1 or A2. Can be obtained by calculating the voltage between and the voltage between the two voltages. For example, the voltage at which the measured light intensity is the same intensity A2 as when the second adjustment voltage V2 is applied on the higher voltage side than the voltage that causes the Q switch 55 to function as a quarter wavelength plate is V1- (A1-A2) / a can be calculated from the difference between the inclination and the light intensity. The intermediate voltage between this voltage and the second adjustment voltage V2 is {V1− (A1−A2) / a + V2} / 2 = {Voff + α− (A1−A2) / a + Voff−α} / 2 = Voff− ( A1-A2) / 2a. The voltage obtained in this manner may be the adjusted first voltage.

図6は、各部の動作波形を示す。レーザ出射時は、Qスイッチ55に、第1の電圧、例えば2.2kVの電圧が印加する(b)。Qスイッチ55に2.2kVの電圧が印加された状態でフラッシュランプ52を点灯し(a)、その後、一時的にQスイッチ55への印加電圧を0Vに下げる(b)。共振器内のQ値が変化することでQスイッチパルス発振が起こり、ミラー54からパルスレーザ光が出射する(c)。   FIG. 6 shows an operation waveform of each part. At the time of laser emission, a first voltage, for example, a voltage of 2.2 kV is applied to the Q switch 55 (b). The flash lamp 52 is turned on with a voltage of 2.2 kV applied to the Q switch 55 (a), and then the voltage applied to the Q switch 55 is temporarily lowered to 0 V (b). When the Q value in the resonator changes, Q switch pulse oscillation occurs, and pulse laser light is emitted from the mirror 54 (c).

第1の電圧の調整時は、まず、Qスイッチ55に、第1の電圧よりも高い第1の調整用電圧、例えば2.8kVを印加する(b)。Qスイッチ55に2.8kVの電圧が印加された状態でフラッシュランプ52を点灯する(a)。共振器のQ値が発振しきい値を超えていることから、フラッシュランプ52の点灯後、共振器においてレーザ発振が起こり、ミラー54からロングパルス光が出射する(c)。光検出器59により、共振器から出射する光の強度を計測する。   When adjusting the first voltage, first, a first adjustment voltage higher than the first voltage, for example, 2.8 kV, is applied to the Q switch 55 (b). The flash lamp 52 is turned on with a voltage of 2.8 kV applied to the Q switch 55 (a). Since the Q value of the resonator exceeds the oscillation threshold value, after the flash lamp 52 is turned on, laser oscillation occurs in the resonator, and long pulse light is emitted from the mirror 54 (c). The intensity of light emitted from the resonator is measured by the photodetector 59.

次いで、Qスイッチ55に、第1の電圧よりも低い第2の調整用電圧、例えば2.2kVを印加し(b)、Qスイッチ55に2.2kVの電圧が印加された状態でフラッシュランプ52を点灯する(a)。共振器のQ値が発振しきい値を超えていることから、フラッシュランプ52の点灯後、共振器においてレーザ発振が起こり、ミラー54からロングパルス光が出射する(c)。光検出器59により、共振器から出射する光の強度を計測する。第1の調整用電圧が印加されたときの光強度と第2の調整用電圧が印加されたときの光強度とに基づいて第1の電圧を調整する。   Next, a second adjustment voltage lower than the first voltage, for example, 2.2 kV is applied to the Q switch 55 (b), and the flash lamp 52 is applied with a voltage of 2.2 kV applied to the Q switch 55. Is lit (a). Since the Q value of the resonator exceeds the oscillation threshold value, after the flash lamp 52 is turned on, laser oscillation occurs in the resonator, and long pulse light is emitted from the mirror 54 (c). The intensity of light emitted from the resonator is measured by the photodetector 59. The first voltage is adjusted based on the light intensity when the first adjustment voltage is applied and the light intensity when the second adjustment voltage is applied.

続いて、共振器から出射する光の強度の計測について説明する。光検出器59は、共振器から出射した光の一部を分割し、分割された光を受光してその強度を計測してもよい。あるいは、共振器外部の光学素子からの散乱光を受光し、その強度を計測することとしてもよい。さらには、出力側のミラー54ではなく、リア側のミラー53から出射した光を受光し、その強度を計測してもよい。   Next, measurement of the intensity of light emitted from the resonator will be described. The photodetector 59 may divide part of the light emitted from the resonator, receive the divided light, and measure its intensity. Or it is good also as receiving the scattered light from the optical element outside a resonator, and measuring the intensity | strength. Furthermore, instead of the output-side mirror 54, the light emitted from the rear-side mirror 53 may be received and the intensity measured.

図7は、光計測の第1の態様を示す。この例では、ミラー54から出射した光の光路上にビームスプリッタ61が設けられる。ビームスプリッタ61は、ミラー54から出射した光の一部を反射し、残りを透過する。ビームスプリッタ61は、ミラー54から出射した光の多くを透過し、一部のみを光検出器59方向へ反射する。光検出器59は、ビームスプリッタ61で反射した光を受光し、その強度を計測する。   FIG. 7 shows a first mode of optical measurement. In this example, a beam splitter 61 is provided on the optical path of the light emitted from the mirror 54. The beam splitter 61 reflects a part of the light emitted from the mirror 54 and transmits the rest. The beam splitter 61 transmits most of the light emitted from the mirror 54 and reflects only a part of the light toward the photodetector 59. The photodetector 59 receives the light reflected by the beam splitter 61 and measures its intensity.

図8は、光計測の第1の態様の変形例を示す。この例では、ミラー54から出射した光の光路上に1/2波長板64と偏光子65とが設けられる。1/2波長板64は、光軸周りに回転可能に配置される。偏光子65は、特定方向の直線偏光を透過する。偏光子65には、例えば特定方向の直線偏光を透過し、それと直交する方向の直線偏光を反射する偏光ビームスプリッタを用いることができる。1/2波長板64を光軸周りに回転させることで、後段の偏光子65を透過・反射する光量の割合を変化させることができる。光検出器59は、使用されない方の光路上に配置され、偏光子65で分割された光の強度を計測する。   FIG. 8 shows a modification of the first mode of optical measurement. In this example, a half-wave plate 64 and a polarizer 65 are provided on the optical path of the light emitted from the mirror 54. The half-wave plate 64 is disposed so as to be rotatable around the optical axis. The polarizer 65 transmits linearly polarized light in a specific direction. For the polarizer 65, for example, a polarization beam splitter that transmits linearly polarized light in a specific direction and reflects linearly polarized light in a direction orthogonal thereto can be used. By rotating the half-wave plate 64 around the optical axis, it is possible to change the ratio of the amount of light transmitted and reflected by the subsequent polarizer 65. The photodetector 59 is disposed on the unused optical path and measures the intensity of the light divided by the polarizer 65.

図9は、光計測の第2の態様を示す。この例では、ミラー54から出射した光の光路上にシャッタ62が設けられる。シャッタ62は、第1の電圧の調整時に、ミラー54から出射した光の光路上に挿入される。第1の電圧の調整時にミラー54から出射したロングパルス光はシャッタで遮られる。光検出器59は、シャッタ62で散乱した光を受光し、その強度を計測する。   FIG. 9 shows a second mode of optical measurement. In this example, a shutter 62 is provided on the optical path of the light emitted from the mirror 54. The shutter 62 is inserted on the optical path of the light emitted from the mirror 54 when adjusting the first voltage. Long pulse light emitted from the mirror 54 during the adjustment of the first voltage is blocked by the shutter. The photodetector 59 receives the light scattered by the shutter 62 and measures its intensity.

散乱光を生じさせる光学素子はシャッタには限定されず、光検出器59が、シャッタ62以外の光学素子からの散乱光を受光するように構成してもよい。図10は、光計測の第2の態様の変形例を示す。この変形例では、ミラー54から出射した光の光路上に、ミラーや、レンズ、拡散板などの光学素子63が設けられる。光学素子63は、例えばミラー54から出射した光を、光ファイバなどの導光部材に入射する際に用いられる。光学素子63に光が入射すると、一部が散乱され、散乱光が生じる。その散乱光を、光検出器59で計測することとしてもよい。   The optical element that generates the scattered light is not limited to the shutter, and the photodetector 59 may be configured to receive the scattered light from optical elements other than the shutter 62. FIG. 10 shows a modification of the second mode of optical measurement. In this modification, an optical element 63 such as a mirror, a lens, or a diffusion plate is provided on the optical path of the light emitted from the mirror 54. The optical element 63 is used when, for example, light emitted from the mirror 54 enters a light guide member such as an optical fiber. When light enters the optical element 63, a part of the light is scattered and scattered light is generated. The scattered light may be measured by the photodetector 59.

図11は、光計測の第3の態様を示す。共振器内でレーザ発振が起こったとき、光の多くはアウトプットカプラーであるミラー54から出射するが、一部はリア側のミラー53からも出射する。光検出器59は、リア側のミラー53から出射した光を受光し、その強度を計測する。   FIG. 11 shows a third mode of optical measurement. When laser oscillation occurs in the resonator, most of the light is emitted from the mirror 54 which is an output coupler, but part of the light is also emitted from the rear-side mirror 53. The photodetector 59 receives the light emitted from the rear side mirror 53 and measures its intensity.

上記した光計測の各態様は、適宜組み合わせて使用することができる。図12は、第1の態様と第2の態様とを組み合わせた例を示す。1/2波長板64と偏光子65とが設けられ、ミラー54から出射した光の一部を偏光子65で分割する点は第1の態様と同様である。図12では、偏光子65で分割された光の進行先に、光を吸収するためのビームダンパ66が設けられる。光検出器59は、ビームダンパ66で散乱した光を受光し、その強度を計測する。   Each aspect of the optical measurement described above can be used in appropriate combination. FIG. 12 shows an example in which the first mode and the second mode are combined. A half-wave plate 64 and a polarizer 65 are provided, and a part of the light emitted from the mirror 54 is divided by the polarizer 65 as in the first embodiment. In FIG. 12, a beam damper 66 for absorbing light is provided at the destination of the light divided by the polarizer 65. The photodetector 59 receives the light scattered by the beam damper 66 and measures its intensity.

次いで、第1の電圧の調整の動作手順を説明する。図13は、第1の電圧の調整の動作手順を示す。オフ電圧調整手段58は、駆動手段56を通じて、Qスイッチ55に第1の調整用電圧を印加する(ステップS1)。オフ電圧調整手段58は、フラッシュランプ52を点灯し、レーザロッド51に励起光を照射させる(ステップS2)。レーザロッド51に励起光を照射すると、共振器においてレーザ発振が起こり、出力側のミラー54からロングパルス光が出射する。光検出器59は、ミラー54から出射する光の強度を計測する(ステップS3)。   Next, an operation procedure for adjusting the first voltage will be described. FIG. 13 shows an operation procedure for adjusting the first voltage. The off-voltage adjusting unit 58 applies the first adjustment voltage to the Q switch 55 through the driving unit 56 (step S1). The off-voltage adjusting means 58 turns on the flash lamp 52 and irradiates the laser rod 51 with excitation light (step S2). When the laser rod 51 is irradiated with excitation light, laser oscillation occurs in the resonator, and long pulse light is emitted from the output-side mirror 54. The photodetector 59 measures the intensity of light emitted from the mirror 54 (step S3).

オフ電圧調整手段58は、駆動手段56を通じて、Qスイッチ55に第2の調整用電圧を印加する(ステップS4)。オフ電圧調整手段58は、フラッシュランプ52を点灯し、レーザロッド51に励起光を照射させる(ステップS5)。レーザロッド51に励起光を照射すると、共振器においてレーザ発振が起こり、出力側のミラー54からロングパルス光が出射する。光検出器59は、ミラー54から出射する光の強度を計測する(ステップS6)。   The off-voltage adjusting unit 58 applies the second adjustment voltage to the Q switch 55 through the driving unit 56 (step S4). The off-voltage adjusting means 58 turns on the flash lamp 52 and irradiates the laser rod 51 with excitation light (step S5). When the laser rod 51 is irradiated with excitation light, laser oscillation occurs in the resonator, and long pulse light is emitted from the output-side mirror 54. The photodetector 59 measures the intensity of light emitted from the mirror 54 (step S6).

オフ電圧調整手段58は、ステップS3で計測された光強度と、ステップ6で計測された光強度とに基づいて、第1の電圧を調整する(ステップS7)。オフ電圧調整手段58は、例えばステップS3で計測された光強度とステップ6で計測された光強度との差に基づいて第1の電圧の調整量を決定する。オフ電圧調整手段58は、駆動手段56に対し、調整された第1の電圧を設定する。駆動手段56は、調整後の第1の電圧をQスイッチ55に印加する。   The off-voltage adjusting unit 58 adjusts the first voltage based on the light intensity measured in step S3 and the light intensity measured in step 6 (step S7). The off-voltage adjusting unit 58 determines the adjustment amount of the first voltage based on the difference between the light intensity measured in step S3 and the light intensity measured in step 6, for example. The off-voltage adjusting unit 58 sets the adjusted first voltage for the driving unit 56. The driving unit 56 applies the adjusted first voltage to the Q switch 55.

オフ電圧調整手段58は、周期的に第1の電圧の調整を行ってもよい。オフ電圧調整手段58は、例えば10分ごとや30分ごとに、定期的に第1の電圧の調整を行う。周期的に第1の電圧の調整を行うのに代えて、又はこれに加えて、共振器内の温度を温度センサなどでモニタし、前回の調整時からの温度変化がしきい値を超えたときに第1の電圧の調整を行うこととしてもよい。あるいは、Qスイッチ55への印加電圧が第1の電圧の状態でレーザロッド51に励起光が照射された後で、かつQスイッチ55への印加電圧が第2の電圧に変化される前に、光検出器59が共振器から光が出射しているか否かを検出し、出射している場合に第1の電圧の調整を行ってもよい。   The off-voltage adjusting unit 58 may periodically adjust the first voltage. The off-voltage adjusting unit 58 periodically adjusts the first voltage every 10 minutes or every 30 minutes, for example. Instead of or in addition to periodically adjusting the first voltage, the temperature in the resonator is monitored with a temperature sensor or the like, and the temperature change from the previous adjustment exceeded the threshold value. Sometimes the first voltage may be adjusted. Alternatively, after the excitation light is applied to the laser rod 51 in a state where the applied voltage to the Q switch 55 is the first voltage, and before the applied voltage to the Q switch 55 is changed to the second voltage, The photodetector 59 may detect whether or not light is emitted from the resonator, and the first voltage may be adjusted when the light is emitted.

なお、第1の調整用電圧の印加と第2の調整用電圧の印加とは、どちらを先に行ってもよい。また、第1の調整用電圧の印加と第2の調整用電圧の印加は、必ずしも連続的に行う必要はなく、第1の調整用電圧を印加してロングパルス光を出射した後に通常のQスイッチパルス発振を行ってパルスレーザ光の出射を行い、その後、第2の調整用電圧を印加してロングパルス光の出射を行うこととしてもよい。   Note that either the first adjustment voltage application or the second adjustment voltage application may be performed first. Further, the application of the first adjustment voltage and the application of the second adjustment voltage are not necessarily performed continuously, and the normal Q is applied after the first adjustment voltage is applied and the long pulse light is emitted. It is also possible to emit pulsed laser light by performing switch pulse oscillation, and then emit long pulsed light by applying a second adjustment voltage.

引き続き、本発明の一実施形態のレーザ装置を含む光音響計測装置を説明する。図14は、レーザ光源ユニット13を含む光音響計測装置を示す。光音響計測装置10は、超音波探触子(プローブ)11と、超音波ユニット12と、レーザ光源ユニット13とを備える。なお、本発明の実施形態では、音響波として超音波を用いるが、超音波に限定されるものでは無く、被検対象や測定条件等に応じて適切な周波数を選択してさえいれば、可聴周波数の音響波を用いても良い。   Subsequently, a photoacoustic measurement apparatus including the laser apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 shows a photoacoustic measuring apparatus including the laser light source unit 13. The photoacoustic measurement apparatus 10 includes an ultrasonic probe (probe) 11, an ultrasonic unit 12, and a laser light source unit 13. In the embodiment of the present invention, an ultrasonic wave is used as an acoustic wave. However, the ultrasonic wave is not limited to an ultrasonic wave, and is audible as long as an appropriate frequency is selected in accordance with an object to be examined and measurement conditions. An acoustic wave having a frequency may be used.

レーザ光源ユニット13から出射したレーザ光は、例えば光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ11まで導光され、プローブ11から被検体に向けて照射される。レーザ光の照射位置は特に限定されず、プローブ11以外の場所からレーザ光の照射を行ってもよい。レーザ光源ユニット13において第1の電圧の調整を行う際には、例えばレーザ光源ユニット13から被検体への光照射部までの間に設けられたシャッタなどを閉じ、Qスイッチ55(図1)に調整用電圧を印加してフラッシュランプ52を点灯することで発生するロングパルス光が被検体などに照射されることを防ぐとよい。   The laser light emitted from the laser light source unit 13 is guided to the probe 11 using light guide means such as an optical fiber, and is irradiated from the probe 11 toward the subject. The irradiation position of the laser beam is not particularly limited, and the laser beam may be irradiated from a place other than the probe 11. When the first voltage is adjusted in the laser light source unit 13, for example, a shutter provided between the laser light source unit 13 and the light irradiation unit to the subject is closed, and the Q switch 55 (FIG. 1) is closed. It is preferable to prevent the subject or the like from being irradiated with the long pulse light generated by turning on the flash lamp 52 by applying the adjustment voltage.

被検体内では、光吸収体が照射されたレーザ光のエネルギーを吸収することで超音波(音響波)が生じる。プローブ11は、音響波検出手段であり、例えば一次元的に配列された複数の超音波振動子を有している。プローブ11は、一次元配列された複数の超音波振動子により、被検体内からの音響波(光音響波)を検出する。また、プローブ11は、被検体に対する音響波(超音波)の送信、及び送信した超音波に対する被検体からの反射音響波(反射超音波)の受信を行う。   In the subject, ultrasonic waves (acoustic waves) are generated by absorbing the energy of the laser beam irradiated by the light absorber. The probe 11 is acoustic wave detection means, and has, for example, a plurality of ultrasonic transducers arranged one-dimensionally. The probe 11 detects an acoustic wave (photoacoustic wave) from within the subject by using a plurality of one-dimensionally arranged ultrasonic transducers. The probe 11 transmits acoustic waves (ultrasound) to the subject and receives reflected acoustic waves (reflected ultrasound) from the subject with respect to the transmitted ultrasound.

超音波ユニット12は、受信回路21、AD変換手段22、受信メモリ23、データ分離手段24、光音響画像生成手段25、超音波画像生成手段26、画像合成手段27、制御手段28、及び送信制御回路29を有する。受信回路21は、プローブ11で検出された光音響波の検出信号を受信する。また、プローブ11で検出された反射超音波の検出信号を受信する。AD変換手段22は、受信回路21が受信した光音響波及び反射超音波の検出信号をデジタル信号に変換する。AD変換手段22は、例えば所定の周期のサンプリングクロック信号に基づいて、所定のサンプリング周期で光音響波及び反射超音波の検出信号をサンプリングする。AD変換手段22は、サンプリングした光音響波及び反射超音波の検出信号(サンプリングデータ)を受信メモリ23に格納する。   The ultrasonic unit 12 includes a reception circuit 21, an AD conversion unit 22, a reception memory 23, a data separation unit 24, a photoacoustic image generation unit 25, an ultrasonic image generation unit 26, an image synthesis unit 27, a control unit 28, and transmission control. A circuit 29 is included. The receiving circuit 21 receives a photoacoustic wave detection signal detected by the probe 11. Further, the detection signal of the reflected ultrasonic wave detected by the probe 11 is received. The AD conversion means 22 converts the photoacoustic wave and reflected ultrasonic detection signals received by the receiving circuit 21 into digital signals. The AD conversion means 22 samples the photoacoustic wave and reflected ultrasonic detection signals at a predetermined sampling period based on, for example, a sampling clock signal having a predetermined period. The AD conversion means 22 stores the sampled photoacoustic wave and reflected ultrasonic detection signals (sampling data) in the reception memory 23.

データ分離手段24は、受信メモリ23に格納された光音響波の検出信号のサンプリングデータと反射超音波の検出信号のサンプリングデータとを分離する。データ分離手段24は、光音響波の検出信号のサンプリングデータを光音響画像生成手段25に入力する。また、分離した反射超音波のサンプリングデータを、超音波画像生成手段(反射音響波画像生成手段)26に入力する。   The data separation unit 24 separates the sampling data of the detection signal of the photoacoustic wave and the sampling data of the detection signal of the reflected ultrasonic wave stored in the reception memory 23. The data separation unit 24 inputs the sampling data of the photoacoustic wave detection signal to the photoacoustic image generation unit 25. The separated reflected ultrasound sampling data is input to the ultrasound image generating means (reflected acoustic wave image generating means) 26.

光音響画像生成手段25は、プローブ11で検出された光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成する。光音響画像の生成は、例えば、位相整合加算などの画像再構成や、検波、対数変換などを含む。超音波画像生成手段26は、プローブ11で検出された反射超音波の検出信号に基づいて超音波画像(反射音響波画像)を生成する。超音波画像の生成も、位相整合加算などの画像再構成や、検波、対数変換などを含む。   The photoacoustic image generation means 25 generates a photoacoustic image based on a photoacoustic wave detection signal detected by the probe 11. The generation of the photoacoustic image includes, for example, image reconstruction such as phase matching addition, detection, logarithmic conversion, and the like. The ultrasonic image generation unit 26 generates an ultrasonic image (reflected acoustic wave image) based on the detection signal of the reflected ultrasonic wave detected by the probe 11. The generation of an ultrasonic image also includes image reconstruction such as phase matching addition, detection, logarithmic conversion, and the like.

画像合成手段27は、光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段27は、例えば光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行う。合成された画像は、ディスプレイなどの画像表示手段14に表示される。画像合成を行わずに、画像表示手段14に、光音響画像と超音波画像とを並べて表示し、或いは光音響画像と超音波画像とを切り替えてすることも可能である。   The image synthesizing unit 27 synthesizes the photoacoustic image and the ultrasonic image. The image composition unit 27 performs image composition by superimposing a photoacoustic image and an ultrasonic image, for example. The synthesized image is displayed on image display means 14 such as a display. It is also possible to display the photoacoustic image and the ultrasonic image side by side on the image display means 14 without performing image synthesis, or to switch between the photoacoustic image and the ultrasonic image.

制御手段28は、超音波ユニット12内の各部を制御する。制御手段28は、例えばレーザ光源ユニット13にトリガ信号を送る。レーザ光源ユニット13の発振制御手段57(図1)は、トリガ信号を受け取ると、フラッシュランプ52を点灯し、その後、Qスイッチ55への印加電圧を第1の電圧から第2の電圧に切り替えてパルスレーザ光を出射させる。制御手段28は、レーザ光の照射に合わせて、AD変換手段22にサンプリングトリガ信号を送り、光音響波のサンプリング開始タイミングを制御する。   The control means 28 controls each part in the ultrasonic unit 12. The control means 28 sends a trigger signal to the laser light source unit 13, for example. When the oscillation control means 57 (FIG. 1) of the laser light source unit 13 receives the trigger signal, it turns on the flash lamp 52, and then switches the applied voltage to the Q switch 55 from the first voltage to the second voltage. A pulse laser beam is emitted. The control means 28 sends a sampling trigger signal to the AD conversion means 22 in accordance with the laser light irradiation, and controls the photoacoustic wave sampling start timing.

制御手段28は、超音波画像の生成時は、送信制御回路29に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路29は、超音波送信トリガ信号を受けると、プローブ11から超音波を送信させる。制御手段28は、超音波送信のタイミングに合わせてAD変換手段22にサンプリグトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。   When the ultrasonic image is generated, the control unit 28 sends an ultrasonic transmission trigger signal to the transmission control circuit 29 to instruct ultrasonic transmission. When receiving the ultrasonic transmission trigger signal, the transmission control circuit 29 causes the probe 11 to transmit ultrasonic waves. The control means 28 sends a sampling trigger signal to the AD conversion means 22 in synchronization with the timing of ultrasonic transmission, and starts sampling of reflected ultrasonic waves.

本実施形態では、Qスイッチ55に第1の電圧が印加されるときがQスイッチオフに対応し、Qスイッチ55に第1の電圧よりも低い第2の電圧が印加されるときがQスイッチオンに対応している。第1の電圧の調整では、Qスイッチ55に、共振器のQ値がレーザ発振しきい値を超える調整用電圧を印加した状態でレーザロッド51に励起光を照射し、共振器から出射する光の強度を計測し、計測された光強度に基づいてQスイッチオフに対応した第1の電圧を調整する。第1の電圧の調整を行うことで、温度変化に起因してQスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧が変化したときでも、第1の電圧を、共振器のQ値をレーザ発振しきい値以下にする電圧に維持できる。   In the present embodiment, when the first voltage is applied to the Q switch 55, the Q switch is turned off, and when the second voltage lower than the first voltage is applied to the Q switch 55, the Q switch is turned on. It corresponds to. In the first voltage adjustment, light that is emitted from the resonator by irradiating the laser rod 51 with excitation light while applying an adjustment voltage to the Q switch 55 in which the Q value of the resonator exceeds the laser oscillation threshold value. The first voltage corresponding to the Q switch off is adjusted based on the measured light intensity. By adjusting the first voltage, even when the voltage that causes the Q switch 55 to function as a quarter-wave plate changes due to a temperature change, the first voltage is laser-oscillated with the Q value of the resonator. The voltage can be kept below the threshold.

Qスイッチ55の複屈折性は温度に依存して変化するため、Qスイッチ55に固定的に第1の電圧が印加し続けるとき、時間経過と共にQスイッチ55の温度が変化すると、ある時点で共振器のQ値がレーザ発振しきい値を超え、Qスイッチがオフになりきらずに局所的にレーザ発振が起こることがある。Qスイッチオフ時に局所的にレーザ発振が起こっている状態でQスイッチをオンに切り替えると、Qスイッチパルス発振時に光が局所的にレーザ発振していた部分に集中し、光学部品が損傷する可能性がある。本実施形態では、第1の電圧を調整することで、温度が変化したときでもQスイッチオフを維持することができ、Qスイッチオフ時の局所的なレーザ発振を抑制して、共振器内の光学部品の損傷を抑制することができる。   Since the birefringence of the Q switch 55 changes depending on the temperature, when the first voltage is continuously applied to the Q switch 55 in a fixed manner, if the temperature of the Q switch 55 changes with time, the resonance occurs at a certain point. In some cases, the Q value of the device exceeds the laser oscillation threshold, and laser oscillation occurs locally without the Q switch being fully turned off. If the Q switch is switched on while the laser oscillation is occurring locally when the Q switch is off, the light may concentrate on the part that was locally lasing during the Q switch pulse oscillation, possibly damaging the optical components. There is. In the present embodiment, by adjusting the first voltage, it is possible to maintain the Q switch off even when the temperature changes, suppress local laser oscillation when the Q switch is off, Damage to the optical component can be suppressed.

ここで、非特許文献2では、開口などを用いてTEM00モードに制限することで、共振器内の光学部品の損傷を低減している。しかし、アレキサンドライトは、室温では誘導放出断面積が小さいため、開口などを用いてTEM00モードに制限すると、大きなエネルギー損失が生じる。これに対し、本実施形態では、開口などを設ける必要がないため、非特許文献2に比べてエネルギーの利用効率を向上できる。また、非特許文献3では、光学部品の損傷しきい値に対し十分弱いエネルギー密度で発振させることで、共振器内の光学部品の損傷を低減している。しかし、エネルギー密度を下げるためにはアレキサンドライトのロッドの径を太くしなければならず、高コストとなる。本実施形態は、非特許文献3とは異なり、レーザロッド51の径を太くする必要はなく、共振器内の光学部品の損傷の抑制を低コストで実現できる。   Here, in Non-Patent Document 2, damage to optical components in the resonator is reduced by limiting to the TEM00 mode using an aperture or the like. However, since alexandrite has a small stimulated emission cross section at room temperature, a large energy loss occurs when it is limited to the TEM00 mode using an opening or the like. On the other hand, in this embodiment, since it is not necessary to provide an opening or the like, energy use efficiency can be improved as compared with Non-Patent Document 2. In Non-Patent Document 3, the damage to the optical components in the resonator is reduced by oscillating at a sufficiently low energy density with respect to the damage threshold of the optical components. However, in order to lower the energy density, the diameter of the alexandrite rod must be increased, resulting in higher costs. Unlike the nonpatent literature 3, this embodiment does not need to make the diameter of the laser rod 51 thick, and can suppress the damage of the optical components in the resonator at a low cost.

なお、上記実施形態では、第1の電圧の調整時に2つの調整用電圧を印加し、それぞれにおいて共振器から出射する光の強度を計測することを説明したが、調整用電圧の印加は必ずしも2回必要ではなく、少なくとも1回印加すればよい。例えば、Qスイッチパルス発振を行うときで、Qスイッチオフ時に既に共振器から光が出射している場合、すなわちQスイッチ55への印加電圧が第1の電圧から第2の電圧に切り替えられる前に共振器から光が出射している場合は、そのときのQスイッチ55への印加電圧を調整用電圧の1つとみなし、調整用電圧をあと1回印加して第1の電圧を調整してもよい。   In the above-described embodiment, it has been described that two adjustment voltages are applied at the time of adjusting the first voltage and the intensity of light emitted from the resonator is measured in each case. However, the application of the adjustment voltage is not necessarily 2. It is not necessary to apply it once, and it may be applied at least once. For example, when Q switch pulse oscillation is performed and light is already emitted from the resonator when the Q switch is off, that is, before the voltage applied to the Q switch 55 is switched from the first voltage to the second voltage. If light is emitted from the resonator, the applied voltage to the Q switch 55 at that time is regarded as one of the adjustment voltages, and the adjustment voltage is applied once more to adjust the first voltage. Good.

Qスイッチオフ時に既に共振器から光が出射しており、そのときのQスイッチ55の印加電圧(調整前の第1の電圧)を調整用電圧の1つとみなす場合、調整前の第1の電圧が調整時の温度下でQスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧よりも高ければ、調整時の温度下でQスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧よりも低い側で共振器のQ値をレーザ発振しきい値よりも高くする電圧を、調整用電圧として印加すればよい。これとは逆に、調整前の第1の電圧が調整時の温度下でQスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧よりも低ければ、調整時の温度下でQスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧よりも高い側で共振器のQ値をレーザ発振しきい値よりも高くする電圧を、調整用電圧として印加すればよい。調整前の第1の電圧が、調整時の温度下でQスイッチ55を1/4波長板として働かせる電圧よりも高いか低いかは、共振器内の温度が高くなる方向へ変化しているか、低くなる方向へ変化しているかによって判断できる。   When light is already emitted from the resonator when the Q switch is off and the applied voltage (first voltage before adjustment) of the Q switch 55 at that time is regarded as one of the adjustment voltages, the first voltage before adjustment Is higher than the voltage that causes the Q switch 55 to act as a quarter-wave plate at the temperature at the time of adjustment, and the resonator has a lower side than the voltage that causes the Q switch 55 to act as a quarter-wave plate at the temperature during adjustment. A voltage that makes the Q value higher than the laser oscillation threshold may be applied as the adjustment voltage. On the contrary, if the first voltage before adjustment is lower than the voltage that causes the Q switch 55 to act as a quarter wavelength plate under the temperature at the time of adjustment, the Q switch 55 is set to 1/4 at the temperature at the time of adjustment. A voltage that makes the Q value of the resonator higher than the laser oscillation threshold on the side higher than the voltage that acts as the wave plate may be applied as the adjustment voltage. Whether the first voltage before adjustment is higher or lower than the voltage that causes the Q switch 55 to function as a quarter-wave plate under the temperature at the time of adjustment, is the temperature in the resonator changing in the increasing direction, Judgment can be made based on whether or not the direction has changed.

上記実施形態では、光音響計測装置10においてプローブ11が光音響波と反射超音波の双方を検出するものとして説明したが、超音波画像の生成に用いるプローブと光音響画像の生成に用いるプローブとは、必ずしも同一である必要はない。光音響波と反射超音波とを、それぞれ別個のプローブで検出するようにしてもよい。また、上記実施形態では、レーザ装置が光音響計測装置の一部を構成する例について説明したが、これには限定されない。本発明のレーザ装置を、光音響計測装置とは異なる装置に用いることも可能である。   In the above-described embodiment, the probe 11 has been described as detecting the photoacoustic wave and the reflected ultrasonic wave in the photoacoustic measurement device 10, but the probe used for generating the ultrasonic image and the probe used for generating the photoacoustic image Need not be identical. Photoacoustic waves and reflected ultrasonic waves may be detected by separate probes. Moreover, although the laser apparatus demonstrated the example which comprises a part of photoacoustic measuring device in the said embodiment, it is not limited to this. The laser device of the present invention can also be used for a device different from the photoacoustic measuring device.

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明のレーザ装置、その制御方法、及び光音響計測装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the suitable embodiment, the laser apparatus of this invention, its control method, and a photoacoustic measuring device are not limited only to the said embodiment, The said embodiment is not limited. Those in which various modifications and changes have been made to the configuration are also included in the scope of the present invention.

10:光音響計測装置
11:プローブ
12:超音波ユニット
13:レーザ光源ユニット
14:画像表示手段
21:受信回路
22:AD変換手段
23:受信メモリ
24:データ分離手段
25:光音響画像生成手段
26:超音波画像生成手段
27:画像合成手段
28:制御手段
29:送信制御回路
51:レーザロッド
52:フラッシュランプ
53、54:ミラー
55:Qスイッチ
56:駆動手段
57:発振制御手段
58:オフ電圧調整手段
59:光検出器
61:ビームスプリッタ
62:シャッタ
63:光学素子
64:1/2波長板
65:偏光子
66:ビームダンパ
10: Photoacoustic measuring device 11: Probe 12: Ultrasonic unit 13: Laser light source unit 14: Image display means 21: Reception circuit 22: AD conversion means 23: Reception memory 24: Data separation means 25: Photoacoustic image generation means 26 : Ultrasonic image generating means 27: Image synthesizing means 28: Control means 29: Transmission control circuit 51: Laser rod 52: Flash lamp 53, 54: Mirror 55: Q switch 56: Driving means 57: Oscillation control means 58: Off voltage Adjustment means 59: photodetector 61: beam splitter 62: shutter 63: optical element 64: half-wave plate 65: polarizer 66: beam damper

Claims (16)

アレキサンドライトを含むレーザ媒質と、
前記レーザ媒質に励起光を照射する励起光源と、
前記レーザ媒質を挟んで設けられた一対のミラーを含む共振器と、
前記共振器の光路上に配置され、印加電圧に応じて前記共振器のQ値を変化させるQスイッチであって、印加電圧がQスイッチオフに対応した第1の電圧のときの前記共振器のQ値を、印加電圧が、前記第1の電圧よりも低い、Qスイッチオンに対応した第2の電圧のときの前記共振器のQ値よりも低くするQスイッチと、
前記Qスイッチへ電圧を印加し、前記Qスイッチを駆動するQスイッチ駆動手段と、
前記Qスイッチへの印加電圧が前記第1の電圧のときに前記レーザ媒質に励起光を照射させ、該励起光の照射後に、前記Qスイッチへの印加電圧を前記第1の電圧から前記第2の電圧に変化させることでパルスレーザ光を出射させる発振制御手段と、
前記共振器から出力される光を計測する光検出器と、
前記Qスイッチに、前記共振器のQ値をレーザ発振しきい値を超える値にさせる調整用電圧が印加された状態で前記レーザ媒質に励起光を照射させ、前記光検出器が計測した、前記励起光の照射に起因して前記共振器から出力された光の強度に基づいて、前記第1の電圧を調整するオフ電圧調整手段とを備えたレーザ装置。
A laser medium containing alexandrite;
An excitation light source for irradiating the laser medium with excitation light;
A resonator including a pair of mirrors provided across the laser medium;
A Q switch disposed on the optical path of the resonator and changing a Q value of the resonator according to an applied voltage, wherein the applied voltage is a first voltage corresponding to Q switch off. A Q switch that lowers the Q value below the Q value of the resonator when the applied voltage is lower than the first voltage and is a second voltage corresponding to Q switch on;
Q switch driving means for applying a voltage to the Q switch and driving the Q switch;
When the voltage applied to the Q switch is the first voltage, the laser medium is irradiated with excitation light, and after the excitation light irradiation, the voltage applied to the Q switch is changed from the first voltage to the second voltage. Oscillation control means for emitting pulsed laser light by changing the voltage to
A photodetector for measuring light output from the resonator;
The laser switch is irradiated with excitation light in a state in which an adjustment voltage for causing the Q switch to exceed the laser oscillation threshold value is applied to the Q switch, and the photodetector measures, A laser apparatus comprising: an off-voltage adjusting unit that adjusts the first voltage based on an intensity of light output from the resonator due to irradiation of excitation light.
前記オフ電圧調整手段が、前記Qスイッチに前記第1の電圧が印加されたときの光共振器のQ値がレーザ発振しきい値以下となるように、前記第1の電圧を調整するものである請求項1に記載のレーザ装置。   The off-voltage adjusting means adjusts the first voltage so that a Q value of the optical resonator when the first voltage is applied to the Q switch is equal to or lower than a laser oscillation threshold value. The laser device according to claim 1. 前記調整用電圧が、基準となる電圧よりもΔV1だけ高い第1の調整用電圧と、前記基準となる電圧よりもΔV2だけ高い第2の調整用電圧とを含む請求項1又は2に記載のレーザ装置。   3. The adjustment voltage according to claim 1, wherein the adjustment voltage includes a first adjustment voltage that is higher by ΔV1 than a reference voltage and a second adjustment voltage that is higher by ΔV2 than the reference voltage. Laser device. 前記基準となる電圧が調整前の第1の電圧である請求項3に記載のレーザ装置。   The laser apparatus according to claim 3, wherein the reference voltage is a first voltage before adjustment. 前記基準となる電圧が、前記共振器内の温度に応じて定められた電圧である請求項3に記載のレーザ装置。   The laser apparatus according to claim 3, wherein the reference voltage is a voltage determined according to a temperature in the resonator. 前記ΔV1及び前記ΔV2が、前記レーザ媒質に照射される励起光のエネルギーに依存して決定される請求項3から5何れか1項に記載のレーザ装置。   6. The laser device according to claim 3, wherein the ΔV <b> 1 and the ΔV <b> 2 are determined depending on energy of excitation light irradiated on the laser medium. 前記オフ電圧調整手段が、前記Qスイッチに前記第1の調整用電圧が印加されているときに前記光検出器が計測した前記共振器から出力された光の強度と、前記Qスイッチに前記第2の調整用電圧が印加されているときに前記光検出器が計測した前記共振器から出力された光の強度との差に基づいて前記第1の電圧を調整する請求項3から6何れか1項に記載のレーザ装置。   The off-voltage adjusting means includes: the intensity of light output from the resonator measured by the photodetector when the first adjustment voltage is applied to the Q switch; and 7. The first voltage is adjusted based on a difference from the intensity of light output from the resonator measured by the photodetector when the adjustment voltage of 2 is applied. 2. The laser device according to item 1. 前記オフ電圧調整手段は、周期的に前記第1の電圧の調整を行う請求項1から7何れか1項に記載のレーザ装置。   The laser apparatus according to claim 1, wherein the off-voltage adjusting unit periodically adjusts the first voltage. 前記オフ電圧調整手段は、前回の第1の電圧の調整時の温度からの温度変化がしきい値を超えると、前記第1の電圧の調整を行う請求項1から8何れか1項に記載のレーザ装置。   The said off voltage adjustment means adjusts the said 1st voltage, if the temperature change from the temperature at the time of the adjustment of the 1st voltage of the last time exceeds a threshold value. Laser equipment. 前記オフ電圧調整手段は、前記Qスイッチへの印加電圧が前記第1の電圧の状態で前記レーザ媒質に励起光が照射された後で、かつQスイッチへの印加電圧が第2の電圧に変化される前に、前記光検出器が前記共振器から光が出力していることを検出すると、前記第1の電圧の調整を行う請求項1から7何れか1項に記載のレーザ装置。   The off-voltage adjusting means changes the voltage applied to the Q switch to the second voltage after the laser medium is irradiated with the excitation light while the voltage applied to the Q switch is the first voltage. 8. The laser device according to claim 1, wherein the first voltage is adjusted when the photodetector detects that light is output from the resonator before being performed. 9. 前記光検出器が、前記共振器外の光学素子からの散乱光を計測する請求項1から10何れか1項に記載のレーザ装置。   The laser device according to claim 1, wherein the photodetector measures scattered light from an optical element outside the resonator. 前記光検出器が、前記共振器の出力光から分割された光を計測する請求項1から10何れか1項に記載のレーザ装置。   The laser device according to claim 1, wherein the photodetector measures light divided from output light of the resonator. 前記光検出器が、前記共振器を構成する一対のミラーのうち出力ミラーではないミラーから出力される光を計測する請求項1から10何れか1項に記載のレーザ装置。   11. The laser device according to claim 1, wherein the photodetector measures light output from a mirror that is not an output mirror among a pair of mirrors constituting the resonator. アレキサンドライトを含むレーザ媒質と、
前記レーザ媒質に励起光を照射する励起光源と、
前記レーザ媒質を挟んで設けられた一対のミラーを含む共振器と、
前記共振器の光路上に配置され、印加電圧に応じて前記共振器のQ値を変化させるQスイッチであって、印加電圧がQスイッチオフに対応した第1の電圧のときの前記共振器のQ値を、印加電圧が、前記第1の電圧よりも低い、Qスイッチオンに対応した第2の電圧のときの前記共振器のQ値よりも低くするQスイッチと、
前記共振器から出力される光を計測する光検出器と、
前記Qスイッチへ電圧を印加し、前記Qスイッチを駆動するQスイッチ駆動手段と、
前記Qスイッチへの印加電圧が前記第1の電圧のときに前記レーザ媒質に励起光を照射させ、該励起光の照射後に、前記Qスイッチへの印加電圧を前記第1の電圧から前記第2の電圧に変化させることでパルスレーザ光を出射させる発振制御手段と、
前記Qスイッチに、前記共振器のQ値をレーザ発振しきい値を超える値にさせる調整用電圧が印加された状態で前記レーザ媒質に励起光を照射させ、前記光検出器が計測した、前記励起光の照射に起因して前記共振器から出力される光の強度に基づいて、前記第1の電圧を調整するオフ電圧調整手段とを備えたレーザ装置と、
前記レーザ光を被検体に向けて出射した後に被検体内で生じた光音響波を検出する検出手段と、
前記検出された光音響波に基づいて信号処理を行う信号処理手段とを備えた光音響計測装置。
A laser medium containing alexandrite;
An excitation light source for irradiating the laser medium with excitation light;
A resonator including a pair of mirrors provided across the laser medium;
A Q switch disposed on the optical path of the resonator and changing a Q value of the resonator according to an applied voltage, wherein the applied voltage is a first voltage corresponding to Q switch off. A Q switch that lowers the Q value below the Q value of the resonator when the applied voltage is lower than the first voltage and is a second voltage corresponding to Q switch on;
A photodetector for measuring light output from the resonator;
Q switch driving means for applying a voltage to the Q switch and driving the Q switch;
When the voltage applied to the Q switch is the first voltage, the laser medium is irradiated with excitation light, and after the excitation light irradiation, the voltage applied to the Q switch is changed from the first voltage to the second voltage. Oscillation control means for emitting pulsed laser light by changing the voltage to
The laser switch is irradiated with excitation light in a state in which an adjustment voltage for causing the Q switch to exceed the laser oscillation threshold value is applied to the Q switch, and the photodetector measures, A laser device comprising off-voltage adjusting means for adjusting the first voltage based on the intensity of light output from the resonator due to irradiation of excitation light;
Detecting means for detecting a photoacoustic wave generated in the subject after emitting the laser light toward the subject;
A photoacoustic measuring device comprising signal processing means for performing signal processing based on the detected photoacoustic wave.
前記信号処理手段が、前記検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成する画像生成手段である請求項14に記載の光音響計測装置。   The photoacoustic measurement device according to claim 14, wherein the signal processing unit is an image generation unit that generates a photoacoustic image based on the detected photoacoustic wave. アレキサンドライトを含むレーザ媒質を挟んで設けられた一対のミラーを含む共振器の光路上に配置され、印加電圧に応じて前記共振器のQ値を変化させるQスイッチであって、印加電圧がQスイッチオフに対応した第1の電圧のときの前記共振器のQ値を、印加電圧が、前記第1の電圧よりも低い、Qスイッチオンに対応した第2の電圧のときの前記共振器のQ値よりも低くするQスイッチに、前記共振器のQ値をレーザ発振しきい値を超える値にさせる調整用電圧を印加するステップと、
前記レーザ媒質に励起光を照射するステップと、
前記励起光の照射に起因して前記共振器から出力されるレーザ光を計測するステップと、
前記計測されたレーザ光の強度に基づいて、Qスイッチオフに対応した第1の電圧を調整するステップとを有するQスイッチオフ電圧調整方法。
A Q switch disposed on the optical path of a resonator including a pair of mirrors provided with a laser medium including alexandrite and changing the Q value of the resonator according to an applied voltage, the applied voltage being a Q switch The Q value of the resonator when the first voltage corresponds to OFF is the Q value of the resonator when the applied voltage is lower than the first voltage and the second voltage corresponds to Q switch ON. Applying a voltage for adjustment that causes a Q value of the resonator to exceed a laser oscillation threshold value to a Q switch that is lower than the value;
Irradiating the laser medium with excitation light;
Measuring laser light output from the resonator due to irradiation of the excitation light; and
Adjusting a first voltage corresponding to Q switch-off based on the measured intensity of the laser beam.
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