JP2017022351A - Position detection system for reflection spot of laser light, laser optical axis alignment system and laser optical axis alignment method - Google Patents
Position detection system for reflection spot of laser light, laser optical axis alignment system and laser optical axis alignment method Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光の反射スポットの位置検出システム、レーザ光軸アライメントシステム及びレーザ光軸アライメント方法に関する。 The present invention relates to a position detection system for a reflected spot of laser light, a laser optical axis alignment system, and a laser optical axis alignment method.
高い照射精度を持つレーザシステムの需要がある。高い照射精度を得るためには、レーザ光軸が最適に調整されていることが望まれる。 There is a demand for laser systems with high irradiation accuracy. In order to obtain high irradiation accuracy, it is desirable that the laser optical axis is optimally adjusted.
しかしながら、たとえ、レーザ光軸が予め最適に初期設定されていても、レーザシステムの置かれた環境によっては、レーザ光軸が所望のレーザ光軸からずれることがある。その理由の一つは、レーザシステムの構成部品(例えば、光学部品)が振動及び熱の影響を受けやすいためである。この観点から、レーザ光軸を調整すること(レーザ光軸アライメント)が欠かせない。 However, even if the laser optical axis is optimally initialized in advance, the laser optical axis may deviate from the desired laser optical axis depending on the environment in which the laser system is placed. One reason is that the components (for example, optical components) of the laser system are easily affected by vibration and heat. From this point of view, it is essential to adjust the laser optical axis (laser optical axis alignment).
関連技術として、特許文献1は、銅蒸気レーザ増幅装置に適用されるレーザ光軸調整装置を開示している。特許文献1によれば、銅蒸気レーザ増幅装置は、レーザ発振器と、レーザ増幅器と、全反射ミラーとを備える。レーザ発振器からレーザ増幅器へのレーザ光軸を調整するために、全反射ミラーが用いられる。全反射ミラーには、ダイクロイックミラーが使用される。ダイクロイックミラーは、銅蒸気レーザを全反射させる。また、参照用レーザがレーザ光軸に平行に入射される。参照用レーザは、銅蒸気レーザの波長と異なる波長を持つ。レーザ光軸調整装置は、ダイクロイックミラーを透過した参照用レーザの位置を位置検出器で検出する。そして、レーザ光軸調整装置は、参照用レーザのビーム位置がずれたときに、全反射ミラーの角度を調整する。
As a related technique,
特許文献1の方法では、レーザ光軸を調整するために、参照用レーザが用いられる。そのためには、参照用レーザの光源を新たに設ける必要がある。本発明の目的は、レーザ光軸を調整するための光源を新たに設けることなく、レーザ光軸を調整することが可能なレーザ光の反射スポットの位置検出システム、レーザ光軸アライメントシステム及びレーザ光軸アライメント方法を提供することである。
In the method of
以下に、「発明を実施するための形態」で使用される符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、「特許請求の範囲」の記載と「発明を実施するための形態」との対応関係を明確にするために付加されたものである。これらの符号は、「特許請求の範囲」に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いられるものではない。 Hereinafter, means for solving the problem will be described using the reference numerals used in the “DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION”. These symbols are added in order to clarify the correspondence between the description of “Claims” and “Mode for Carrying Out the Invention”. These symbols are not used for interpreting the technical scope of the invention described in “Claims”.
実施の形態における第1の観点のレーザ光の反射スポットの位置検出システム(SYS1)は、
励起光(EL)及びレーザ光(L)が入射され、前記励起光の一部を吸収することで蛍光を発するレーザ利得媒質(1)と、
前記レーザ利得媒質において前記レーザ光の反射スポット(RS)の位置を検出する検出器(2)とを有する。
前記検出器は、前記蛍光の強度が周囲の領域よりも低い領域(RS)の位置を前記反射スポットとして検出する。
The position detection system (SYS1) of the reflected spot of the laser beam according to the first aspect of the embodiment is
A laser gain medium (1) that receives excitation light (EL) and laser light (L) and emits fluorescence by absorbing a part of the excitation light;
A detector (2) for detecting a position of a reflection spot (RS) of the laser beam in the laser gain medium.
The detector detects a position of a region (RS) where the intensity of the fluorescence is lower than a surrounding region as the reflection spot.
実施の形態における第2の観点のレーザ光軸アライメントシステム(SYS2)は、
第1の観点のレーザ光の反射スポットの位置検出システム(SYS1)と、
前記レーザ利得媒質を含む複数の光学要素(1、301、302)と、
前記複数の光学要素のうちの少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御する制御装置(4)と
を有する。
前記制御装置は、前記反射スポットの位置と基準位置(CFR)との間の距離(D)に基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御する。
The laser optical axis alignment system (SYS2) according to the second aspect of the embodiment is
A position detection system (SYS1) of a reflected spot of the laser beam according to the first aspect;
A plurality of optical elements ( 1 , 30 1 , 30 2 ) comprising the laser gain medium;
And a control device (4) for controlling the angle or position of at least one of the plurality of optical elements.
The control device controls the angle or position of the at least one optical element based on a distance (D) between the position of the reflection spot and a reference position (C FR ).
前記基準位置は、前記反射スポットの中心(CRS)が存在すべき位置であってもよい。
前記制御装置は、前記反射スポットの中心と前記基準位置(CFR)との間の距離(D)をずれ量として算出し、前記算出されたずれ量がゼロとなるように、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御してもよい。
The reference position may be a position where the center (C RS ) of the reflection spot should exist.
The control device calculates a distance (D) between the center of the reflection spot and the reference position (C FR ) as a shift amount, and the at least one of the at least one so that the calculated shift amount becomes zero. The angle or position of the optical element may be controlled.
前記制御装置の制御対象である前記少なくとも一つの光学要素は、前記レーザ光の光路(OP)に配置されたミラー(301、302)であってもよい。 The at least one optical element to be controlled by the control device may be a mirror (30 1 , 30 2 ) disposed in the optical path (OP) of the laser light.
前記レーザ利得媒質は、
前記レーザ光が入射される表面(11)と
前記表面と反対の裏面(12)と
を有していてもよい。
前記検出器は、前記表面の側に配置されており、前記裏面において発生する前記反射スポットの位置を前記表面の側から検出してもよい。
The laser gain medium is
You may have the surface (11) in which the said laser beam injects, and the back surface (12) opposite to the said surface.
The detector may be disposed on the front side, and may detect the position of the reflection spot generated on the back side from the front side.
前記複数の光学要素は、
前記レーザ利得媒質としての第1レーザ利得媒質(1A)と、
前記励起光及び前記レーザ光が入射され、前記励起光の一部を吸収することで蛍光を発する第2レーザ利得媒質(1B)と
を含んでいてもよい。
前記検出器は、前記第1レーザ利得媒質において前記レーザ光の前記反射スポットである第1反射スポット(RS1)の位置を検出し、更に前記第2レーザ利得媒質において前記レーザ光の第2反射スポット(RS2)の位置を検出してもよい。
前記制御装置は、前記第1反射スポットの位置と前記第1レーザ利得媒質における前記基準位置である第1基準位置(CFR1)との間の第1距離と、前記第2反射スポットの位置と前記第2レーザ利得媒質における第2基準位置(CFR2)との間の第2距離とに基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御してもよい。
The plurality of optical elements are:
A first laser gain medium (1A) as the laser gain medium;
And a second laser gain medium (1B) that emits fluorescence by receiving the excitation light and the laser light and absorbing a part of the excitation light.
The detector detects a position of a first reflection spot (RS 1 ) that is the reflection spot of the laser light in the first laser gain medium, and further, a second reflection of the laser light in the second laser gain medium. The position of the spot (RS 2 ) may be detected.
The control device includes a first distance between a position of the first reflection spot and a first reference position (C FR1 ) that is the reference position in the first laser gain medium, and a position of the second reflection spot. The angle or position of the at least one optical element may be controlled based on a second distance from a second reference position (C FR2 ) in the second laser gain medium.
前記検出器は、前記レーザ利得媒質において、前記レーザ光の前記反射スポットである第1反射スポット(RS1)の位置を検出し、更に前記レーザ光の第2反射スポット(RS2)の位置を検出してもよい。
前記制御装置は、前記第1反射スポットの位置と前記基準位置である第1基準位置(CFR1)との間の第1距離と、前記第2反射スポットの位置と第2基準位置(CFR2)との間の第2距離とに基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御してもよい。
The detector detects a position of a first reflection spot (RS 1 ) that is the reflection spot of the laser light in the laser gain medium, and further detects a position of the second reflection spot (RS 2 ) of the laser light. It may be detected.
The control device includes a first distance between the position of the first reflection spot and the first reference position (C FR1 ), which is the reference position, and the position of the second reflection spot and the second reference position (C FR2). ) To control the angle or position of the at least one optical element.
前記レーザ利得媒質の相状態は、固体、又は液体であってもよい。 The phase state of the laser gain medium may be solid or liquid.
前記制御装置は、前記反射スポットの位置と基準位置(CFR)との間の距離(D)に加え、前記反射スポットの前記基準位置(CFR)回りの角度(α)に基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御してもよい。 The control device, the addition to the distance (D) between the position and the reference position of the reflection spot (C FR), on the basis of the said reference position of the reflection spot (C FR) around the angle (alpha), the The angle or position of the at least one optical element may be controlled.
前記制御装置は、前記第1反射スポットの位置と前記第1基準位置(CFR1)との間の前記第1距離、及び前記第2反射スポットの位置と前記第2基準位置(CFR2)との間の前記第2距離に加え、前記第1反射スポットの前記第1基準位置(CFR1)回りの第1角度と、前記第2反射スポットの前記第2基準位置(CFR2)回りの第2角度とに基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御してもよい。 The control device includes the first distance between the position of the first reflection spot and the first reference position (C FR1 ), and the position of the second reflection spot and the second reference position (C FR2 ). In addition to the second distance between the first reflection spot, a first angle around the first reference position (C FR1 ) of the first reflection spot and a second angle around the second reference position (C FR2 ) of the second reflection spot. The angle or position of the at least one optical element may be controlled based on two angles.
実施の形態における第2の観点のレーザ光軸アライメントシステムは、
前記レーザ利得媒質を冷却する冷却ユニット(100)と、
前記冷却ユニットを制御する冷却ユニット制御装置(6)と
を更に備えていてもよい。
前記検出器は、前記レーザ利得媒質から発せられる蛍光スペクトルを更に検出してもよい。
前記冷却ユニット制御装置は、前記検出器によって検出された前記蛍光スペクトルに基づいて、前記冷却ユニットの冷却の強さを制御してもよい。
The laser optical axis alignment system according to the second aspect of the embodiment is
A cooling unit (100) for cooling the laser gain medium;
And a cooling unit control device (6) for controlling the cooling unit.
The detector may further detect a fluorescence spectrum emitted from the laser gain medium.
The cooling unit control device may control the cooling intensity of the cooling unit based on the fluorescence spectrum detected by the detector.
前記制御装置の制御対象である前記少なくとも一つの光学要素は、前記レーザ光の光路に配置されたレンズ(9)を含んでいてもよい。
前記検出器は、前記反射スポットの蛍光の強度分布を検出してもよい。
前記制御装置は、前記検出器によって検出された前記反射スポットの前記蛍光の強度分布に基づいて、前記レンズの角度又は位置を制御してもよい。
The at least one optical element to be controlled by the control device may include a lens (9) disposed in the optical path of the laser light.
The detector may detect a fluorescence intensity distribution of the reflected spot.
The control device may control the angle or position of the lens based on the intensity distribution of the fluorescence of the reflected spot detected by the detector.
実施の形態における第3の観点のレーザ光の反射スポットの位置検出方法は、
励起光及びレーザ光をレーザ利得媒質へ入射する入射ステップ(ST1)と、
前記レーザ利得媒質において前記レーザ光の反射スポットの位置を検出する検出ステップ(ST2)と
を有する。
前記レーザ利得媒質は、前記励起光の一部を吸収することで蛍光を発光する。
前記検出ステップでは、前記蛍光の強度が周囲の領域よりも低い領域の位置を前記反射スポットとして検出する。
The method for detecting the position of the reflected spot of the laser beam according to the third aspect of the embodiment is as follows:
An incident step (ST1) in which excitation light and laser light are incident on the laser gain medium;
A detecting step (ST2) for detecting a position of a reflected spot of the laser beam in the laser gain medium.
The laser gain medium emits fluorescence by absorbing a part of the excitation light.
In the detection step, the position of the region where the intensity of the fluorescence is lower than the surrounding region is detected as the reflection spot.
レーザ光軸を調整するための光源を新たに設けることなく、レーザ光軸を最適に調整することが可能なレーザ光の反射スポットの位置検出システム、レーザ光軸アライメントシステム及びレーザ光軸アライメント方法を提供することができる。 A laser beam reflection spot position detection system, a laser beam axis alignment system, and a laser beam axis alignment method capable of optimally adjusting the laser beam axis without newly providing a light source for adjusting the laser beam axis Can be provided.
以下、本発明の実施の形態を図面に関連づけて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1.本発明者によって認識された事項
二つの例を用いて、本発明者によって認識された事項を説明する。
1. Matters recognized by the inventor Matters recognized by the inventor will be described using two examples.
1.1.レーザ光軸アライメントの例1
図1は、あるレーザシステムに適用されたレーザ光軸アライメントの例を説明するための模式図である。図1に示すレーザシステムは、例えば、種光源a1と、全反射ミラーa2と、部分透過ミラーa3と、検出器a4と、制御装置a5と、レーザ増幅器a6とを有する。図1に示すように、種光源a1からレーザ増幅器a6までのレーザ光路OP(破線を参照)に、全反射ミラーa2及び部分透過ミラーa3が配置されている。レーザ光路OPに着目すると、種光源a1から出力されたレーザ光Laは、全反射ミラーa2及び部分透過ミラーa3で反射され、レーザ光路OPに沿ってレーザ増幅器a6へ供給される。レーザ増幅器a6は、供給されたレーザ光Laを増幅して出力する。
1.1. Example 1 of laser optical axis alignment
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an example of laser optical axis alignment applied to a laser system. The laser system shown in FIG. 1 includes, for example, a seed light source a 1 , a total reflection mirror a 2 , a partial transmission mirror a 3 , a detector a 4 , a control device a 5, and a laser amplifier a 6 . As shown in FIG. 1, a total reflection mirror a 2 and a partial transmission mirror a 3 are arranged in a laser light path OP (see the broken line) from the seed light source a 1 to the laser amplifier a 6 . Focusing on the laser light path OP, the laser light L a output from the seed light source a 1 is reflected by the total reflection mirror a 2 and the partial transmission mirror a 3 and supplied to the laser amplifier a 6 along the laser light path OP. . Laser amplifier a 6 amplifies and outputs the supplied laser beam La.
例えば、全反射ミラーa2の角度が所望の角度(初期設定された角度)からずれている場合を考える。この場合は、現在のレーザ光軸AX(1点鎖線参照)が初期設定されたレーザ光軸からずれていることを意味する。この場合、次の不利益が生じる。 For example, consider the case where the angle of the total reflection mirror a 2 is deviated from a desired angle (initial set angle). In this case, it means that the current laser optical axis AX (see the one-dot chain line) is deviated from the initially set laser optical axis. In this case, the following disadvantages occur.
一つ目は、レーザシステムの出力の低下である。つまり、レーザ増幅器a6によって増幅されたレーザ光Laの増幅率が所望の増幅率よりも下がることである。その一つの理由として、種光源a1から出力されたレーザ光Laが、レーザ増幅器a6の内部にあるレーザ利得媒質の所定の位置へ入射(照射)されないことが考えられる。この場合、レーザ増幅器a6は、供給されたレーザ光Laを所望の増幅率で増幅することができない。二つ目は、照射精度の低下である。レーザ光軸AXのずれがある場合、レーザ増幅器a6から出力されたレーザ光Laの光軸もずれたままである。 The first is a decrease in the output of the laser system. That is, the amplification factor of the laser beam L a which is amplified by a laser amplifier a 6 falls below a desired amplification factor. As reason for this one, the laser beam L a which is output from the seed light source a 1 is, it is considered not to be incident on a predetermined position of the laser gain medium in the interior of the laser amplifier a 6 (irradiation). In this case, the laser amplifier a 6 can not amplify the supplied laser beam L a at a desired amplification factor. The second is a decrease in irradiation accuracy. If there is a deviation of the laser optical axis AX, it remains displaced also the optical axis of the laser beam L a which is output from the laser amplifier a 6.
そこで、図1に示すレーザシステムでは、レーザ光軸アライメントを実施するために、検出器a4及び制御装置a5が用いられる。部分透過ミラーa3は、受光したレーザ光Laの一部を透過させる特性を持つ。検出器a4は、部分透過ミラーa3を透過したレーザ光Laを受光し、レーザ光軸AXと所望のレーザ光軸との間のずれを検出する。ずれが検出された場合、制御装置a5は、検出されたずれ量に応じて、全反射ミラーa2の角度又は位置を所望の角度又は位置へ調整する。 Therefore, in the laser system shown in FIG. 1, a detector a 4 and a control device a 5 are used to perform laser optical axis alignment. Partially transmissive mirror a 3 has a property of transmitting a part of the laser beam L a which is received. Detector a 4 receives the laser beam L a that has passed through the partial transmission mirror a 3, to detect the deviation between the laser beam axis AX and the desired laser optical axis. If the deviation is detected, the control unit a 5, in accordance with the detected deviation amount, to adjust the angle or position of the total reflection mirror a 2 to a desired angle or position.
しかしながら、図1の例では、部分透過ミラーa3が使われている。部分透過ミラーa3は、受光したレーザ光Laの一部を透過させる特性を持つ。そのため、部分透過ミラーa3によるレーザ光Laのエネルギー損失が発生する。つまり、レーザ光Laの一部が部分透過ミラーa3を透過することにより、レーザ増幅器a6へ供給されるレーザ光Laのエネルギーが低下する。その結果として、レーザシステムの出力も低下する。 However, in the example of FIG. 1, it is used partially transmissive mirror a 3. Partially transmissive mirror a 3 has a property of transmitting a part of the laser beam L a which is received. Therefore, the energy loss of the laser beam L a is generated by the partial transmission mirror a 3. In other words, by a portion of the laser beam L a is transmitted through the partial transmission mirror a 3, the energy of the laser beam L a to be supplied to the laser amplifier a 6 decreases. As a result, the output of the laser system is also reduced.
1.2.レーザ光軸アライメントの例2
そこで、次の方法が考えられる。図2は、あるレーザシステムに適用されたレーザ光軸アライメントの他の例を説明するための模式図である。図2に示すレーザシステムは、例えば、更に、ダイクロイックミラーa7と、アライメント光源a8とを有する。図2の例では、図1に示す部分透過ミラーa3の代わりに、ダイクロイックミラーa3が用いられている。ダイクロイックミラーa7は、種光源a1と全反射ミラーa2との間のレーザ光路OPに配置されている。アライメント光源a8は、レーザ光の一種であるアライメント光Lbを発生させる。アライメント光Lbは、レーザ光Laの波長と異なる波長を持っている。
1.2. Example 2 of laser optical axis alignment
Therefore, the following method can be considered. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining another example of the laser optical axis alignment applied to a certain laser system. The laser system shown in FIG. 2 further includes, for example, a dichroic mirror a 7 and an alignment light source a 8 . In the example of FIG. 2, a dichroic mirror a 3 is used instead of the partial transmission mirror a 3 shown in FIG. The dichroic mirror a 7 is disposed in the laser light path OP between the seed light source a 1 and the total reflection mirror a 2 . Alignment light source a 8 generates a is a type of laser beam alignment light L b. The alignment light Lb has a wavelength different from the wavelength of the laser light La.
図2に示すレーザシステムで実施されるレーザ光軸アライメントは、図1の例で説明されたレーザ光軸アライメントと次の点で異なる。一つ目は、レーザ光Laでななく、アライメント光Lbを用いてレーザ光軸アライメントを実施することである。そのために、アライメント光軸がレーザ光軸と一致するように、アライメント光源a8から出力されたアライメント光Lb(斜線部分を参照)がレーザ光路OPに供給される。二つ目は、ダイクロイックミラーa3の特性に関する。ダイクロイックミラーa3は、検出器a4にアライメント光Lbの一部を供給することができるように、アライメント光Lbの一部を透過させる特性を持つ。 The laser optical axis alignment performed in the laser system shown in FIG. 2 differs from the laser optical axis alignment described in the example of FIG. 1 in the following points. One is no such a laser beam L a, is to implement a laser optical axis alignment using the alignment light L b. For this purpose, the alignment light L b (see the hatched portion) output from the alignment light source a 8 is supplied to the laser optical path OP so that the alignment optical axis coincides with the laser optical axis. The second relates to the characteristic of the dichroic mirror a 3. The dichroic mirror a 3, as can be supplied a part of the alignment light L b to the detector a 4, having the property of transmitting portion of the alignment light L b.
具体的には、アライメント光源a8から出力されたアライメント光Lbは、ダイクロイックミラーa7で反射されて、レーザ光路OPに供給される。そして、アライメント光Lbは、全反射ミラーa2で反射されて、ダイクロイックミラーa3へ入射する。検出器a4は、ダイクロイックミラーa3を透過したアライメント光Lbを受光する。そして、検出器a4は、レーザ光軸の代わりに、アライメント光軸(アライメント光Lbの光軸)を用いて、アライメント光軸と所望のレーザ光軸との間のずれを検出する。制御装置a5の動作は、図1の例で述べた通りである。 Specifically, the alignment light L b output from the alignment light source a 8 is reflected by the dichroic mirror a 7 and supplied to the laser light path OP. The alignment light L b is reflected by the total reflection mirror a 2 and enters the dichroic mirror a 3 . Detector a 4 is receiving the alignment light L b transmitted through the dichroic mirror a 3. Then, the detector a 4, instead of the laser optical axis, using the alignment optical axis (the optical axis of the alignment light L b), detecting a shift between the alignment optical axis and the desired laser optical axis. Operation of the control device a 5 is as described in the example of FIG.
図1の例と比較すると、図2の例では、レーザ光Laではなく、アライメント光Lbがダイクロイックミラーa3を介して検出器a4へ供給される。そのため、ダイクロイックミラーa3によるレーザ光La自体のエネルギー損失は、発生しないかもしれない。 Compared to the example of FIG. 1, in the example of FIG. 2, the laser beam L a no, the alignment light L b is supplied to the detector a4 through the dichroic mirror a 3. Therefore, the energy loss of the laser beam L a per se by the dichroic mirror a 3 may not occur.
しかしながら、図2の例では、アライメント光源a8を別途用意しなければならない。光源の数が増えるので、レーザシステムの構成が複雑化する。また、図2の例では、アライメント光Lbをレーザ光Laと同軸にレーザ光路OPに供給しなければならない。もし、アライメント光軸がレーザ光軸と一致しない場合、アライメント光軸を検出することによって、レーザ光軸と所望のレーザ光軸との間のずれを正確に検出することが難しい。その上、アライメント光Lbをレーザ光Laと同軸に供給するための調整に手間がかかる。更に、アライメント光Lbをレーザ光Laと同軸に供給するために、波長に依存しにくい光学部品を用いなければならない。 However, in the example of FIG. 2 must be prepared separately alignment light source a 8. Since the number of light sources increases, the configuration of the laser system becomes complicated. In the example of FIG. 2 must be supplied to the laser optical path OP alignment light L b to the laser beam L a coaxially. If the alignment optical axis does not coincide with the laser optical axis, it is difficult to accurately detect the deviation between the laser optical axis and the desired laser optical axis by detecting the alignment optical axis. Moreover, it takes time to adjust for supplying alignment light L b to the laser beam L a coaxially. Furthermore, in order to supply the alignment light L b to the laser beam L a coaxial shall use the hard optic wavelength dependent.
2.第1の実施の形態
第1の実施の形態は、反射スポットの位置検出システム、光軸アライメントシステム、及び光軸アライメント方法に関する。
2. First Embodiment A first embodiment relates to a position detection system for a reflected spot, an optical axis alignment system, and an optical axis alignment method.
2.1.反射スポットの位置検出システム
(概要)
図3Aは、反射スポットの位置検出システムSYS1の構成例を示す模式図である。概要は、次の通りである。励起光EL及びレーザ光Lがレーザ利得媒質1に照射されると、レーザ利得媒質1においてレーザ光Lの反射スポットRSが発生する。反射スポットの位置検出システムSYS1は、反射スポットRSの位置を検出するように構成されている。もし、レーザ光軸AXLにずれがある場合、反射スポットRSの位置が所望の位置からずれる。反射スポットの位置検出システムSYS1では、レーザ利得媒質1が励起光ELによって蛍光を発する。更に、反射スポットの位置検出システムSYS1では、反射スポットRSにおいて蛍光の強度が低下することを利用して、反射スポットRSの位置が検出される。
2.1. Reflection spot position detection system (Overview)
FIG. 3A is a schematic diagram illustrating a configuration example of a reflection spot position detection system SYS1. The outline is as follows. When the laser beam L is irradiated with the excitation light EL and the laser beam L, a reflection spot RS of the laser beam L is generated in the
(構成)
図3Aに示すように、反射スポットの位置検出システムSYS1は、レーザ利得媒質1と、検出器2とを有する。レーザ利得媒質1は、表面(おもて面)11と、表面11に平行な裏面12とを備える。レーザ利得媒質1は、表面11がX−Y平面と平行になるように、X−Y平面に配置されている。なお、座標系は、例えば、X軸、Y軸及びZ軸を持つ直交座標である。
(Constitution)
As shown in FIG. 3A, the reflected spot position detection system SYS 1 includes a
検出器2は、例えば、レーザ利得媒質1の上方に配置されている。代替的に、検出器2がレーザ利得媒質1の下方に配置されていてもよい。励起光EL及びレーザ光Lがレーザ利得媒質1に入射すると、検出器2は、レーザ利得媒質1においてレーザ光の反射スポットRSの位置を検出する。その際に、検出器2は、蛍光の強度が周囲の領域よりも低い領域の位置を反射スポットRSの位置として検出する。
The
励起光ELは、例えば、励起用のレーザ光である。励起光ELは、例えば、レーザダイオード(半導体レーザ)によって発生したレーザ光であってもよい。なお、励起光の照射方式は、例えば、端面励起(End Pump)方式である。端面励起方式の代わりに、例えば、側面励起(Side Pump)方式を用いてもよい。 The excitation light EL is, for example, excitation laser light. The excitation light EL may be laser light generated by a laser diode (semiconductor laser), for example. Note that the excitation light irradiation method is, for example, an end pump method. Instead of the end face excitation method, for example, a side pump method may be used.
レーザ光Lの出力の大きさは、任意である。レーザ光Lは、例えば、高出力のレーザ光であってもよい。以下の説明では、レーザ光Lのスポット径φLが、励起光ELのスポット径φELよりも小さい場合を例に挙げる(φL<φEL)。 The magnitude of the output of the laser light L is arbitrary. The laser beam L may be a high-power laser beam, for example. In the following description, a case where the spot diameter φ L of the laser light L is smaller than the spot diameter φ EL of the excitation light EL is taken as an example (φ L <φ EL ).
2.2.反射スポットの位置の検出方法
図3Aに示すように、端面励起方式では、例えば、励起光ELがレーザ光Lと同軸に、レーザ利得媒質1の上方からレーザ利得媒質1の表面11へ向けて斜めに照射される。本発明者は、通常、端面励起方式(又は側面励起方式)では励起光ELが使われることに着目し、励起光ELを利用して反射スポットRSの位置を検出することを考えた。
2.2. Method for Detecting Reflection Spot Position As shown in FIG. 3A, in the end face excitation method, for example, the excitation light EL is coaxial with the laser light L and obliquely from above the
以下に、反射スポットの位置の検出方法を次の順に説明する。先ず、(A)励起光ELのみがレーザ利得媒質1へ照射された場合に、どのような現象が発生するかについて述べる。次に、(B)励起光ELがレーザ光Lと同軸にレーザ利得媒質1へ照射された場合に、反射スポットRSがどのように発生するかについて述べる。ここでは、レーザ光軸AXLにずれがない場合を例に挙げる。最後に、(C)レーザ光軸AXLにずれがある場合に発生する反射スポットRSついて述べる。
Below, the detection method of the position of a reflective spot is demonstrated in the following order. First, (A) what phenomenon occurs when only the excitation light EL is irradiated onto the
(A)励起光のみがレーザ利得媒質へ照射された場合
図3Bは、励起光のみがレーザ利得媒質1へ照射された場合に発生する現象を説明するための模式図である。図3Bの(a)は、図3Bの(b)に示すX1−X1におけるレーザ利得媒質1の断面図である。図3Bの(b)は、レーザ利得媒質1の表面11を示す平面図である。
(A) When Excitation Light Only is Irradiated to the Laser Gain Medium FIG. 3B is a schematic diagram for explaining a phenomenon that occurs when only the excitation light is irradiated to the
図3Bの(a)に示すように、励起光ELは、レーザ利得媒質1へ入射すると、レーザ利得媒質1で反射し、レーザ利得媒質1から出射する。
As shown in (a) of FIG. 3B, when the excitation light EL is incident on the
なお、励起光ELの入射角θINは、予め決まっている。更に、励起光ELがレーザ利得媒質1へ入射する位置も、予め決まっている。励起光ELの反射角θOUTは、入射角θINに等しい。ここで、入射角θINは、入射時の励起光軸AXELとレーザ利得媒質1に垂直な法線Hとのなす角である。同様に、反射角θOUTは、出射時の励起光軸AXELと法線Hとのなす角である。
The incident angle θ IN of the excitation light EL is determined in advance. Furthermore, the position where the excitation light EL is incident on the
例えば、励起光ELが裏面12で反射することがある。以下、説明を簡単にするため、励起光ELが裏面12で反射する場合を例に挙げる。また、実際には、励起光ELは、レーザ利得媒質1の内部で屈折する。しかしながら、説明を簡単にするため、励起光ELの屈折については、無視する。同様に、レーザ光の屈折についても、無視する。
For example, the excitation light EL may be reflected by the
レーザ利得媒質1は、励起光ELが入射すると、励起光ELの一部を吸収することで、蛍光を発する。言い換えれば、レーザ利得媒質1は、励起光ELを受光すると、レーザ利得媒質1と励起光ELとの相互作用により、励起光ELを吸収した領域から光を放出する。レーザ利得媒質1が励起光ELを吸収して蛍光を発する領域を「蛍光領域」と呼ぶ。なお、励起光ELによってレーザ利得媒質1が蛍光する現象は、既に知られているように、励起状態にある電子が基底状態に戻るときに発生する自然放出に起因する。レーザ光Lは、蛍光領域で増幅される。
When the excitation light EL is incident, the
図3Bの(b)に示すように、レーザ利得媒質1を表面11から裏面12の方向に見ると、蛍光領域FRが見える。蛍光領域FRは、レーザ利得媒質1において励起光ELが透過した領域に発生している。なお、実際には、蛍光領域FRは、空間的な広がりを持つ。また、蛍光領域FRにおける蛍光の強度は、蛍光領域FRの中心CFRから離れるにつれて、徐々に低くなる。ただし、図3Bの(a)及び(b)の説明では、蛍光領域FRにおける蛍光の強度が一定であると単純化する。
As shown in FIG. 3B (b), when the
(B)励起光がレーザ光と同軸にレーザ利得媒質へ照射された場合
図3Cは、励起光がレーザ光と同軸にレーザ利得媒質へ照射された場合に発生する現象を説明するための模式図である。図3Cの(a)は、図3Cの(b)に示すX1−X1におけるレーザ利得媒質1の断面図である。図3Cの(b)は、レーザ利得媒質1の表面11を示す平面図である。図3Cの(c)は、図3Cの(b)に示すAにおける蛍光領域FR及び反射スポットRSの部分拡大図である。
(B) When excitation light is irradiated on laser gain medium coaxially with laser light FIG. 3C is a schematic diagram for explaining a phenomenon that occurs when excitation light is irradiated on laser gain medium coaxially with laser light. It is. FIG. 3C is a cross-sectional view of the
図3Cの(a)に示すように、レーザ光Lが励起光ELと同軸にレーザ利得媒質1の表面11へ照射される。このとき、端面励起方式では、レーザ光Lは、基本的に励起光ELと同じ軌跡をたどる。つまり、レーザ光Lは、レーザ利得媒質1へ入射すると、レーザ利得媒質1において反射し、レーザ利得媒質1から出射する。レーザ光Lがレーザ利得媒質1において反射する領域を「反射スポット」と呼ぶ。
As shown to (a) of FIG. 3C, the laser beam L is irradiated to the
レーザ光Lは、例えば、裏面12で反射する。なお、裏面12は、レーザ光Lが反射(全反射)される面を指す。裏面12のZ軸の負方向に反射コーティングが設けられていてもよい。また、励起光軸AXELがレーザ光軸AXLと厳密に一致していなくても差支えはない。
The laser beam L is reflected by the
もし、レーザ光軸AXLにずれがない場合、レーザ利得媒質1を表面11から裏面12の方向に見ると、図3Cの(b)に示す反射スポットRSが見える。反射スポットRSは、蛍光領域FRの中央に発生する。言い換えれば、反射スポットRSの中心CRSが、蛍光領域FRの中心CFRと一致する。その上、反射スポットRSの大きさ(面積)は、蛍光領域FRの大きさ(面積)よりも小さい。これは、レーザ光軸AXLが励起光軸AXELと同軸である上、レーザ光Lのスポット径φLが励起光ELのスポット径φELよりも小さいためである。なお、反射スポットRSの中心CRSは、例えば、反射スポットRSの重心であってもよい。同様に、蛍光領域FRの中心CFRは、例えば、蛍光領域FRの重心であってもよい。
If there is no shift in the laser optical axis AX L, when viewed in the direction of the
図3Cの(c)に示すように、反射スポットRSの領域と反射スポットRSの周囲の領域とでは、蛍光の強度(レベル)が異なる。具体的には、反射スポットRSの領域における蛍光の強度は、反射スポットRSの周囲の領域における強度よりも低下する。このことは、反射スポットRSが蛍光領域FRと重なる領域では、蛍光の強度が相対的に下がるとも言える。なお、以下の説明では、反射スポットRSの領域における蛍光の強度が一定であると単純化する。 As shown in FIG. 3C (c), the intensity (level) of fluorescence differs between the area of the reflection spot RS and the area around the reflection spot RS. Specifically, the intensity of the fluorescence in the area of the reflection spot RS is lower than the intensity in the area around the reflection spot RS. This can be said that the intensity of the fluorescence is relatively lowered in the region where the reflection spot RS overlaps the fluorescent region FR. In the following description, it is simplified that the intensity of fluorescence in the region of the reflection spot RS is constant.
蛍光の強度は、例えば、相対的な数値で表される。図3Cの(c)の凡例に示すように、蛍光の強度は、例えば、レベル1からレベル3の三段階で表される。この場合、レベル1は、最も高い強度を表している。レベル2は、レベル1よりも低い強度を表している。レベル3は、レベル2よりも低い強度を表している。図3Cの(c)に示すように、蛍光領域FR(反射スポットRSの領域を除く)における蛍光の強度は、例えば、レベル1又は2で表される。反射スポットRSの領域における蛍光の強度は、例えば、レベル3で表される。
The intensity of fluorescence is represented by a relative numerical value, for example. As shown in the legend of FIG. 3C (c), the intensity of the fluorescence is expressed in three stages from
(C)レーザ光軸にずれがある場合
図3Dは、レーザ光軸にずれがある場合に発生する反射スポットを説明するための模式図である。図3Dの(a)は、図3Dの(b)に示すX1−X1におけるレーザ利得媒質1の断面図である。図3Dの(b)は、レーザ利得媒質1の表面11を示す平面図である。図3Dの(c)は、図3Dの(b)に示すAにおける蛍光領域FR及び反射スポットRSの部分拡大図である。
(C) When the laser optical axis is displaced FIG. 3D is a schematic diagram for explaining a reflection spot generated when the laser optical axis is displaced. FIG. 3D is a cross-sectional view of the
もし、レーザ光軸AXLにずれがある場合、レーザ利得媒質1を表面11から裏面12の方向に見ると、図3Dの(b)に示す反射スポットRSが見える。この場合、反射スポットRSの中心CRSが、蛍光領域FRの中心CFRと一致していない。つまり、反射スポットRSと蛍光領域FRとの間にずれが発生している。
If there is deviation in the laser optical axis AX L, see a
基本的に、このずれは、レーザ光Lの照射角度(入射角度)、及びレーザ光Lの照射位置(入射位置)のうちの少なくとも一方に起因する。図3Dの(a)及び(b)は、レーザ光Lの照射角度が所望の照射角度よりも小さく、レーザ光Lの照射位置が所望の位置からX軸の負方向にずれている場合を例示している。図3Cの(a)及び(b)に示す例と比較すると、蛍光領域FRの大きさに変化はないものの、反射スポットRSの大きさが小さくなっている。ここで、レーザ光Lの照射角度は、例えば、レーザ光軸AXLと法線Hとがなす角を指す。レーザ光Lの照射位置は、例えば、レーザ利得媒質1の表面11上の位置を指す。
Basically, this deviation is caused by at least one of the irradiation angle (incident angle) of the laser light L and the irradiation position (incident position) of the laser light L. FIGS. 3A and 3B illustrate a case where the irradiation angle of the laser light L is smaller than the desired irradiation angle, and the irradiation position of the laser light L is shifted from the desired position in the negative direction of the X axis. doing. Compared to the example shown in FIGS. 3C and 3B, the size of the fluorescent spot FR is not changed, but the size of the reflection spot RS is smaller. Here, the irradiation angle of the laser light L is, for example, refers to the angle and the laser optical axis AX L and the normal H is. The irradiation position of the laser light L indicates, for example, a position on the
上述のように、励起光ELによって発生する蛍光領域FRは、反射スポットの位置のずれを知るための基準としての役割を持つと言える。反射スポットRSの位置を得ることで、調整対象のレーザ光軸AXLが所望のレーザ光軸からずれているかを知ることができる。そのため、蛍光の強度が周囲の領域よりも低い領域の位置を反射スポットRSとして検出す検出器2が設けられている。
As described above, it can be said that the fluorescent region FR generated by the excitation light EL has a role as a reference for knowing the positional deviation of the reflection spot. By obtaining the position of the reflection spot RS, it is possible to know the laser optical axis AX L to be adjusted is deviated from a desired laser optical axis. Therefore, the
2.3.効果
図2に示す例と比較すると、反射スポットの位置検出システムSYS1は、次の効果を奏する。第1に、励起光を利用するため、アライメント光源を別途用意する必要がない。このことにより、レーザシステムの構成が複雑化することを防ぐことができる。第2に、アライメント光源と比べると、励起光には、レーザ利得媒質1への高い照射精度が要求されない。したがって、必ずしも、励起光をレーザ光と同軸にレーザ光路に供給する必要がない。第3に、使用する光学部品(例えば、ミラー)の制限が緩和される。例えば、図2に示す例では、レーザ光の波長と異なる波長を持つアライメント光が使用されるため、波長に依存しにくい光学部品を使用する必要があった。
2.3. Effects Compared with the example shown in FIG. 2, the reflected spot position detection system SYS1 has the following effects. First, since excitation light is used, it is not necessary to prepare an alignment light source separately. This can prevent the configuration of the laser system from becoming complicated. Secondly, compared with the alignment light source, the excitation light does not require high irradiation accuracy to the
2.4.変形例
上述のように、励起光は反射スポットの位置のずれを知るための基準としての役割を持つ。この観点から、端面励起方式の代わりに、例えば、側面励起方式を適用することもできる。
2.4. Modified Example As described above, the excitation light serves as a reference for knowing the shift of the position of the reflected spot. From this viewpoint, for example, a side surface excitation method can be applied instead of the end surface excitation method.
図3Eは、反射スポットの位置検出システムSYS1の変形例を説明するための模式図である。側面励起方式では、図3Eに示すように、例えば、レーザ利得媒質1の裏面12から表面11の向きに励起光ELが照射されている。なお、レーザ利得媒質1の全体に励起光ELを照射することもできる。この観点から、励起光ELのスポット径φELは、レーザ光Lのスポット径φLと同じであってもよいし、レーザ光Lのスポット径φLより大きくてもよい。
FIG. 3E is a schematic diagram for explaining a modification of the reflection spot position detection system SYS1. In the side surface excitation method, as shown in FIG. 3E, for example, the excitation light EL is irradiated from the
2.5.レーザ光軸アライメントシステム
(概要)
反射スポットの位置検出システムは、レーザ光軸アライメントシステムに適用される。図4は、レーザ光軸アライメントシステムSYS2の構成例を示すブロック図である。概要は、次の通りである。レーザ光軸アライメントシステムSYS2は、反射スポットの位置検出システムSYS1によって検出された反射スポットの位置を基に、光学系3を調整するように構成されている。もし、レーザ光軸AXLにずれがある場合、上述のように、反射スポットの位置が所望の位置からずれる。その場合、反射スポットの位置が所望の位置となるように、制御装置4が光学系3を調整する。このことによって、ずれていたレーザ光軸AXLが所望のレーザ光軸と一致する。例えば、レーザ利得媒質1から出射したレーザ光Lを絞るレンズが設けられている場合、レンズの光軸がレーザ利得媒質1から出射したレーザ光Lの光軸と一致する。
2.5. Laser optical axis alignment system (Overview)
The reflected spot position detection system is applied to a laser optical axis alignment system. FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the laser optical axis alignment system SYS2. The outline is as follows. The laser optical axis alignment system SYS2 is configured to adjust the
(構成)
図4に示すように、レーザ光軸アライメントシステムSYS2は、レーザ利得媒質1及び検出器2に加え、光学系3と、制御装置4と、ディスプレイ5とを有する。上述の通り、反射スポットの位置検出システムSYS1は、レーザ利得媒質1と、検出器2とを含む。なお、説明の便宜を図るため、後述の冷却ユニット100が仮想的に図示されている。
(Constitution)
As shown in FIG. 4, the laser optical axis alignment system SYS <b> 2 includes an
レーザ利得媒質1は、固体結晶(ガラスを含む)、又は液体で形成されている。レーザ利得媒質1には、レーザ光Lの波長に適した物質が使用される。固体結晶としては、例えば、イッテルビウム3価イオン(Yb3+)を含んだイットリウムアルミニウムガーネット(YAG)が挙げられる。液体としては、例えば、蛍光性の有機色素(例えば、オキサジン系色素)が溶剤(例えば、アルコール)に融解した液体が挙げられる。なお、反射スポットRSの位置を明確に検出するという観点からは、気体のレーザ利得媒質を利用することは技術的に難しい。したがって、レーザ利得媒質1の相状態は、固体、又は液体である。レーザ利得媒質1は、例えば、発振器、又は増幅器として利用される。
The
検出器2は、固体撮像素子、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサで構成されている。CMOSイメージセンサは、他の固体撮像素子と比べて感度が非常に高いという特性を持つ。検出器2は、反射スポットRSの位置を検出するために、レーザ利得媒質1の表面11を撮像する。そのため、検出器2は、レーザ利得媒質1の表面11よりも上方(Z軸の正方向)に配置されている。言い換えれば、検出器2は、レーザ利得媒質1の裏面12の側ではなく、レーザ利得媒質1の表面11の側に配置されている。このことは、次の理由による。
The
レーザ利得媒質1の裏面12で発生する温度上昇は、表面11で発生する温度上昇よりも大きくなりやすい。そこで、検出器2をレーザ利得媒質1の表面11の側に配置することにより、レーザ利得媒質1の裏面12の側に冷却ユニット100を配置することが可能となる。その結果、レーザ利得媒質1の裏面12を効果的に冷却することができる。
The temperature rise that occurs on the
検出器2は、制御装置4及びディスプレイ5にそれぞれ電気的に接続されている。検出器2は、反射スポットRSとその周囲をリアルタイムで撮像して、撮像データDAを生成する。検出器2は、生成された撮像データDAを制御装置4及びディスプレイ5にそれぞれ出力する。撮像データDAは、例えば、RGB(Red Green Blue)処理が施された画像データ(動画像データを含む)である。撮像データDAは、例えば、輝度データであってもよい。なお、検出器2は、反射スポットRSを含む、レーザ利得媒質1の表面11の全体を撮像してもよい。
The
光学系3は、例えば、第1全反射ミラー301と、第2全反射ミラー302とを有する。第1全反射ミラー301及び第2全反射ミラー302は、レーザ光Lがレーザ利得媒質1の入射点PINへ入射するように、出射点POUTよりも入射点PINの側で、レーザ利得媒質1の上方に配置されている。
レーザ光路OPは、予め設計されている。図4に示すように、レーザ光路OPは、例えば、点P1、点P2、点P3、入射点PIN、反射スポットRS及び出射点POUTを通る。ここで、点P1は、出射点POUTよりも入射点PINの側でレーザ利得媒質1の上方にある。点P2は、点P1からX軸の正方向に所定の距離を隔てた位置にある。点P3は、点P2から下方(Z軸の負方向)へ所定の距離を隔てた位置にある。入射点PINは、レーザ光Lがレーザ利得媒質1へ入射する点である。出射点POUTは、レーザ光Lがレーザ利得媒質1から出射する点であり、入射点PINと法線Hに対して対称の位置にある。
The laser optical path OP is designed in advance. As shown in FIG. 4, the laser optical path OP passes, for example, a point P 1 , a point P 2 , a point P 3 , an incident point P IN , a reflection spot RS, and an emission point P OUT . Here, the point P 1 is above the
第1全反射ミラー301は、レーザ光Lが点P2から点P3へ向けて全反射されるように、レーザ光路OPに配置されている。第2全反射ミラー302は、第1全反射ミラー301によって全反射したレーザ光Lが点P3から入射点PINへ向けて反射されるように、レーザ光路OPに配置されている。2つの全反射ミラー301、302により、レーザ利得媒質1に所定の角度で所定の位置にレーザ光Lを照射することが可能となる。
The first total reflection mirror 30 1, so that the laser beam L is totally reflected toward the point P 2 to the point P 3, it is arranged in the laser light path OP. The second total reflection mirror 30 2, as the laser light L totally reflected by the first total reflection mirror 30 1 is reflected toward the point P 3 to the incident point P IN, it is arranged in the laser light path OP. The two total reflection mirrors 30 1 and 30 2 allow the
なお、光学系3の構成は、任意である。光学系3は、所望のレーザ光路OPに合わせて好適に構成されればよい。例えば、光学系3は、第2全反射ミラー302が省略されていてもよい。他の種類の光学部品(例えば、レンズ)がレーザ光路OPに設けられていてもよい。
The configuration of the
制御装置4は、検出器2から撮像データDAを受信する。制御装置4は、撮像データDAに基づいて、複数の光学部品(光学要素)のうちの少なくとも一つの光学部品の角度又は位置を制御する。例えば、制御装置4が設けられていることにより、光学系3の調整を自動で実施することができる。
The control device 4 receives the imaging data DA from the
複数の光学部品には、第1全反射ミラー301及び第2全反射ミラー302に加え、レーザ利得媒質1が含まれる。レーザ利得媒質1は、励起光EL及びレーザ光Lを反射する性質を持つ。したがって、レーザ利得媒質1を光学部品の一つとして取り扱うことができる。図4の例では、制御装置4は、光学系3、例えば、第1全反射ミラー301及び第2全反射ミラー302を制御する。制御にあたって、制御装置4は、第1全反射ミラー301及び第2全反射ミラー302を連動して制御してもよいし、両者を個別に制御してもよい。なお、制御装置4の制御対象は、第1全反射ミラー301及び第2全反射ミラー302のうちのいずれか一方であってもよい。
The plurality of optical components, the first total reflection mirror 30 1 and the second addition to the total reflection mirror 30 2, includes a
ディスプレイ5は、表示画面51を備える。ディスプレイ5が設けられていることにより、作業者は目視で反射スポットRSのずれを容易に確認することができる。ディスプレイ5は、検出器2から撮像データDAを受信する。ディスプレイ5は、受信した撮像データDAに基づいて、反射スポットRSとその周囲を表示画面51に表示する。もし、検出器2が反射スポットRSを含むレーザ利得媒質1の表面11の全体を撮像している場合、ディスプレイ5は、レーザ利得媒質1の表面11の全体を表示画面51に表示する。
The
2.6.表示画面
反射スポットは、表示画面に次のように表示される。始めに、レーザ光軸にずれがない場合を説明する。次いで、レーザ光軸にずれがある場合を説明する。
2.6. Display screen The reflected spot is displayed on the display screen as follows. First, a case where there is no deviation in the laser optical axis will be described. Next, a case where there is a deviation in the laser optical axis will be described.
(レーザ光軸のずれがない場合)
図5Aは、レーザ光軸にずれがない場合の表示画面51を例示する図である。この場合、表示画面51には、反射スポットRSの中心CRSが蛍光領域FRの中心CFRと一致している画像が表示される。したがって、レーザ光軸アライメントが不要である。なお、図5Aは、反射スポットRS及び蛍光領域FRの周囲を示している。
(When there is no deviation of the laser optical axis)
FIG. 5A is a diagram illustrating a
(レーザ光軸にずれがある場合)
図5Bは、レーザ光軸にずれがある場合の表示画面51を例示する図である。この場合、表示画面51には、反射スポットRSの中心CRSが蛍光領域FRの中心CFRからずれている画像が表示される。したがって、レーザ光軸アライメントが必要である。ずれたレーザ光軸を所望のレーザ光軸に一致させるためには、反射スポットRSの中心CRSが蛍光領域FRの中心CFRと一致するように、光学系3を調整すればよいことが分かる。なお、図5Bは、反射スポットRS及び蛍光領域FRの周囲を示している。後述するように、符号「D」は、反射スポットRSの中心CRSと、蛍光領域FRの中心CFRとの間の距離を示している。
(When there is a deviation in the laser beam axis)
FIG. 5B is a diagram illustrating a
2.7.光学系の制御機構
光学系の制御機構について、図6を参照しながら説明する。図6は、光学系3の制御機構を説明するための概念図である。適宜、図5A及び図5Bも参照されたい。以下、制御装置4の制御対象として、第1全反射ミラー301を例に挙げる。以下の説明は、第2全反射ミラー302を制御対象とする場合、第2全反射ミラー302ついても適用される。始めに、光学系について述べる。
2.7. Control System of Optical System A control mechanism of the optical system will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining the control mechanism of the
(第1全反射ミラー)
図6に示すように、第1全反射ミラー301は、鏡面301を備える。第1全反射ミラー301は、2つの軸の回りに回転する。2つの軸のうちの一つは、φ軸である。φ軸は、鏡面301の中心を通る回転軸であって、Z軸に平行である。したがって、φ軸回りの角度を調整することができる。もう一つは、θ軸である。θ軸は、鏡面301の中心を回転軸であって、X軸(Y軸でもよい)に平行である。したがって、θ軸回りの角度を調整することができる。更に、第1全反射ミラー301は、X−Y平面において所定の軸上を自在に可動する。図6の例では、第1全反射ミラー301は、X軸に沿って自在に移動する。なお、第1全反射ミラー301の移動方向は、X−Y平面において任意である。また、第1全反射ミラー301がZ軸方向に自在に可動してもよい。
(First total reflection mirror)
As shown in FIG. 6, the first total reflection mirror 30 1 is provided with a
(ミラーユニット)
図6に示すように、光学系3は、ミラーユニット31を備える。第1全反射ミラー301は、例えば、ミラーユニット31に取り付けられている。ミラーユニット31は、第1全反射ミラー301を所望の角度及び位置に固定するための器具である。ミラーユニット31は、レーザ光軸が鏡面301の中心Oに入射するように配置されている。ミラーユニット31は、第1全反射ミラー301がφ軸及びθ軸の回りに自在に回転することができるように構成されている。更に、ミラーユニット31は、例えば、第1全反射ミラー301が所定の軸(例えば、X軸)上を自在に移動するようにも構成されている。また、第1全反射ミラー301がZ軸に沿って自在に可動するように、ミラーユニット31が構成されていてもよい。
(Mirror unit)
As shown in FIG. 6, the
具体的には、ミラーユニット31は、例えば、土台311と、レール312と、ブロック313と、支持台314と、ミラー固定部315と、第1調整金具316と、第2調整金具317とを有する。ミラー固定部315は、第1軸部3151と、第2軸部3152とを有する。
Specifically, the
土台311は、X−Y平面に配置されている。レール312は、土台311の上に配置されている。図6の例では、レール312は、X軸方向に延伸している。ブロック313は、レール312の上を自在に移動する。支持台314は、ミラー固定部315を支持するための台であって、ブロック313の上に固定されている。支持台314の内部は、例えば、円筒形の空洞を有する。ミラー固定部315は、所望するφ軸回りの角度、又はθ軸回りの角度で、第1全反射ミラー301を固定する部品である。そのため、第1軸部3151は、第1全反射ミラー301がφ軸の回りに回転するように、支持台314の内部に挿入されている。更に、第1全反射ミラー301がZ軸に沿って可動するように、第1軸部3151が支持台314の内部をZ軸の正方向又は負方向に可動してもよい。第2軸部3152は、第1全反射ミラー301がθ軸の回りに回転するように、第1全反射ミラー301に取り付けられている。第1調整金具316は、第1全反射ミラー301を所望するφ軸回りの角度で固定するための金具である。第2調整金具317は、第1全反射ミラー301を所望するθ軸回りの角度で固定するための金具である。
The
(制御装置の概要)
制御装置4について述べる。概要は、次の通りである。制御装置4は、反射スポットの位置と基準位置との間の距離に基づいて、第1全反射ミラー301の角度又は位置を制御する。図5A及び図5Bに示すように、基準位置は、例えば、蛍光領域FRの中心CFRである。即ち、基準位置としての蛍光領域FRの中心CFRは、反射スポットRSの中心CRSが存在すべき位置である。より詳細には、制御装置4は、反射スポットRSの中心CRSと、蛍光領域FRの中心CFRとの間の距離D(図5Bを参照)をずれ量として算出する。反射スポットRSの中心CRS及び蛍光領域FRの中心CFRは、例えば、相対的な座標で表される。距離Dは、例えば、反射スポットRSの中心CRSの座標と、蛍光領域FRの中心CFRの座標とを用いて算出することができる。
(Outline of control device)
The control device 4 will be described. The outline is as follows. The controller 4, based on the distance between the position and the reference position of the reflection spot, controls the first angle or the position of the total reflection mirror 30 1. As shown in FIGS. 5A and 5B, the reference position is, for example, the center C FR of the fluorescent region FR. That is, the center C FR fluorescent region FR of a reference position is a position to be present center C RS reflective spot RS. More specifically, the control device 4, the center C RS reflective spot RS, calculated as the distance D shift amount (see FIG. 5B) between the center C FR fluorescent region FR. Center C FR center C RS and fluorescence region FR of the reflection spot RS, for example, represented by relative coordinates. The distance D can, for example, can be calculated using the coordinates of the center C RS reflective spot RS, the coordinates of the center C FR fluorescent region FR.
なお、上述の説明では、蛍光領域FRの中心CFRが基準位置に採用されている。ただし、反射スポットRSの位置のずれを検出することができれば、基準位置は、任意の位置でよい。基準位置は、例えば、レーザ利得媒質1の表面11の中心であってもよい。例えば、レーザ利得媒質1の表面11の形状が四角形の場合、表面11の中心は、レーザ利得媒質1の四隅の位置から決定される。したがって、四隅の位置から決定された表面11の中心を基準位置とすることができる。代替的に、アライメントマークをレーザ利得媒質1に付与し、付与されたアライメントマークの位置を基準位置とすることもできる。
In the above description, the center C FR fluorescent region FR is employed in the reference position. However, the reference position may be an arbitrary position as long as the position shift of the reflection spot RS can be detected. The reference position may be the center of the
図5Aに示すように、反射スポットRSの中心CRSが蛍光領域FRの中心CFRと一致している場合、距離Dはゼロである。この場合、レーザ光軸アライメントが不要であるため、制御装置4は、何もしない。一方、図5Bに示すように、反射スポットRSの中心CRSが蛍光領域FRの中心CFRからずれている場合、距離Dは、0よりも大きい値を持つ。この場合、レーザ光軸アライメントが必要である。そこで、制御装置4は、算出されたずれ量(即ち、距離D)がゼロとなるように、第1全反射ミラー301の角度又は位置を制御する。 As shown in FIG. 5A, when the center C RS of the reflection spot RS is coincident with the center C FR of the fluorescent region FR, the distance D is zero. In this case, since the laser optical axis alignment is unnecessary, the control device 4 does nothing. On the other hand, as shown in FIG 5B, when the center C RS reflective spot RS is displaced from the center C FR fluorescent region FR, the distance D has a value greater than 0. In this case, laser optical axis alignment is necessary. Therefore, the control unit 4, the calculated shift amount (i.e., distance D) is such that the zero, controls the first angle or the position of the total reflection mirror 30 1.
(制御装置の構成)
上述の制御装置4は、次のように構成されている。制御装置4は、例えば、演算ユニット41と、モータ412と、駆動機構413とを有する。
(Configuration of control device)
The control device 4 described above is configured as follows. The control device 4 includes, for example, an
演算ユニット41は、例えば、マイクロコンピュータ、記憶装置(例えば、メモリ)、及び種々の制御回路で構成されている。演算ユニット41は、検出器から受信した撮像データに基づいて、制御処理を実行する。制御処理は、第1全反射ミラー301の角度又は位置を制御するための処理の一つである。モータ412は、例えば、演算ユニット41から制御信号CNRLを受けると、制御信号CNRLに基づいて回転軸を回転させる。駆動機構413は、例えば、種々のギアー、複数のシャフトで構成されている。駆動機構413は、例えば、モータ412の回転軸から伝達された回転動力を用いて、ブロック313、第1調整金具316及び第2調整金具317を個別に駆動するように構成されている。
The
(制御装置の動作)
演算ユニット41によって実行される制御処理は、大別して、次の3つに分けられる。一つ目は、A)距離Dの算出である。二つ目は、B)レーザ光軸アライメントの実施の判断である。三つ目は、C)駆動機構413の制御である。
(Operation of control device)
The control processing executed by the
A)距離Dの算出
演算ユニット41は、検出器から撮像データを受信し、撮像データに基づいて、距離D(例えば、図5Bを参照)を算出する。その際に、演算ユニット41は、撮像データを画像解析して、反射スポットRSの中心CRSの座標CRS(x1、y1)と、蛍光領域FRの中心CFRの座標CFR(x2、y2)とを取得する。画像解析の方法は、公知の方法でよい。例えば、相対的な数値で表された蛍光の強度の分布を用いれば、2つの座標を取得することができる。そして、演算ユニット41は、演算:√[(x1−x2)2+(y1−y2)2]を実行することにより、距離Dを算出する。距離Dの算出方法は、他の方法であってもよい。
A) Calculation of Distance D The
B)レーザ光軸アライメントの実施の判断
算出の結果、距離D=0の場合、演算ユニット41は、レーザ光軸にずれがないと判断(決定)し、何もしない。一方、距離D>0の場合、演算ユニット41は、レーザ光軸にずれがあると判断する。
B) Judgment on Implementation of Laser Optical Axis Alignment As a result of the calculation, when the distance D = 0, the
C)駆動機構413の制御
距離D>0の場合、演算ユニット41は、距離Dがゼロとなるように、駆動機構413を制御する。そのために、演算ユニット41は、2つの座標{CRS(x1、y1)、CFR(x2、y2)}を用いて、距離Dがゼロとなる第1全反射ミラー301の角度、又は位置を取得する。即ち、演算ユニット41は、距離Dがゼロとなる第1全反射ミラー301の調整量を取得する。調整量の取得方法は、公知の方法でよい。演算ユニット41は、距離Dがゼロとなるように制御信号CNRLをモータ412に出力する。制御信号自体は、例えば、ハイレベル、又はローレベルの電圧信号である。
C) Control of
距離D>0の場合、モータ412は、演算ユニット41から制御信号CNRLを受けると、制御信号CNRLに基づいて、モータ412のシャフトを回転させる。駆動機構413は、モータ412のシャフトから伝達された回転動力を用いて、ブロック313、第1調整金具316及び第2調整金具317を個別に駆動する。
When the distance D> 0, upon receiving the control signal CNRL from the
例えば、第1全反射ミラー301のθ軸回りの角度のみが所望の角度からずれている場合を考える。この場合、駆動機構413は、第1全反射ミラー301のθ軸回りの角度が所望の角度と一致するように、第2調整金具317を駆動する。例えば、第1全反射ミラー301のX軸方向の位置のみが所望の位置からずれている場合を考える。この場合、駆動機構413は、第1全反射ミラー301のX軸方向の位置が所望の位置と一致するように、ブロック313をレール312に沿って移動させる。
For example, when only the angle of the first θ axis total reflection mirror 30 1 is offset from a desired angle. In this case, the
2.8.レーザ光軸アライメント方法
レーザ光軸アライメント方法について説明する。図7は、レーザ光軸アライメント方法を例示するフローチャートである。図8に示すように、レーザ光軸アライメント方法は、4つのステップST1−ST4を有する。以下の説明では、第1全反射ミラー301の調整を例に挙げる。図4も適宜参照されたい。
2.8. Laser Optical Axis Alignment Method A laser optical axis alignment method will be described. FIG. 7 is a flowchart illustrating a laser optical axis alignment method. As shown in FIG. 8, the laser optical axis alignment method includes four steps ST1 to ST4. In the following description, given a first adjustment of the total reflection mirror 30 1 Example. Please refer to FIG. 4 as appropriate.
先ず、励起光EL及びレーザ光Lがレーザ利得媒質1に入射する(ST1)。すると、レーザ利得媒質1においてレーザ光Lの反射スポットRSが発生する。次いで、検出器2は、レーザ利得媒質1においてレーザ光Lの反射スポットRSの位置を検出する(ST2)。
First, the excitation light EL and the laser light L are incident on the laser gain medium 1 (ST1). Then, a reflection spot RS of the laser light L is generated in the
もし、反射スポットRSのずれがある場合、即ち、反射スポットRSの中心が蛍光領域FRの中心からずれている場合(ST3:YES)、レーザ光軸アライメントが必要である。そのため、制御装置4は、反射スポットRSの中心が蛍光領域FRの中心と一致するように、第1全反射ミラー301の角度又は位置を制御する(ST4)。ステップST4の実行により、第1全反射ミラー301の調整が完了する。ステップST4によって、レーザ光軸が所望のレーザ光軸と一致する。例えば、レーザ利得媒質1から出射したレーザ光Lを絞るレンズが設けられている場合、そのレンズの光軸がレーザ利得媒質1から出射したレーザ光Lの光軸と一致する。
If there is a deviation of the reflection spot RS, that is, if the center of the reflection spot RS is deviated from the center of the fluorescent region FR (ST3: YES), laser optical axis alignment is necessary. Therefore, the control device 4, the center of the reflected spot RS is to coincide with the center of the fluorescent region FR, controls the first angle or the position of the total reflection mirror 30 1 (ST4). By executing the step ST4, the first adjustment of the total reflection mirror 30 1 it is completed. By step ST4, the laser optical axis coincides with the desired laser optical axis. For example, when a lens for narrowing the laser light L emitted from the
もし、反射スポットRSのずれがない場合(ST3:NO)、レーザ光軸アライメントが不要である。したがって、制御装置4は、何もしない。 If there is no deviation of the reflection spot RS (ST3: NO), laser optical axis alignment is unnecessary. Therefore, the control device 4 does nothing.
(補足)
光学系3の調整は、人手によって実施されてもよい。この場合、ステップST3において、作業者がディスプレイ5の表示画面51を目視しながら、反射スポットRSの中心が蛍光領域FRの中心と一致しているかを判断すればよい。そして、ステップST4において、作業者は、距離Dがゼロとなるように、調整対象の光学部品の角度、又は位置を調整すればよい。例えば、第1全反射ミラー301のφ軸回りの角度にずれがある場合を考える。この場合、作業者は、第1調整金具316を動かすことにより、第1全反射ミラー301のφ軸回りの角度を調整すればよい。
(Supplement)
The adjustment of the
2.9.効果
反射スポットの位置検出システムSYS1を適用したレーザ光軸アライメントシステムSYS2により、レーザ光軸を調整するための光源を新たに設けることなく、レーザ光軸を調整することが可能となる。更に、反射スポットの位置検出システムSYS1で述べた効果と同様の効果も奏する。
2.9. Effect With the laser optical axis alignment system SYS2 to which the reflection spot position detection system SYS1 is applied, the laser optical axis can be adjusted without newly providing a light source for adjusting the laser optical axis. Furthermore, the same effect as described in the reflection spot position detection system SYS1 can be obtained.
2.10.レーザシステム
レーザ光軸アライメントシステムSYS2は、レーザシステムに好適である。図8は、レーザ光軸アライメントシステムSYS2を適用したレーザシステムSYS3の構成例を示すブロック図である。レーザシステムSYS3は、励起光を利用して、種光(例えば、レーザ光)を増幅又は発生させる方式(光励起方式)であればよい。レーザシステムSYS3は、レーザ光Lを連続発振してもよいし、パルス発振してもよい。
2.10. Laser System The laser optical axis alignment system SYS2 is suitable for a laser system. FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of a laser system SYS3 to which the laser optical axis alignment system SYS2 is applied. The laser system SYS3 may be a system (optical excitation system) that amplifies or generates seed light (for example, laser light) using excitation light. The laser system SYS3 may continuously oscillate the laser beam L or may oscillate it.
図8に示すように、レーザシステムSYS3は、レーザ利得媒質1と、検出器2と、光学系3と、制御装置4と、ディスプレイ5と、コンピュータ装置(PC)6と、励起光源7と、種光源8と、レーザ増幅器10とを有する。なお、レーザ光軸アライメントシステムSYS2は、レーザ利得媒質1(レーザ増幅器10)、検出器2、光学系3、制御装置4及びディスプレイ5に加え、コンピュータ装置6を更に包含している。レーザ光軸アライメントシステムSYS2は、反射スポットの位置検出システムSYS1を包含している。ここでは、コンピュータ装置6、励起光源7、種光源8、及びレーザ増幅器10について説明する。
As shown in FIG. 8, the laser system SYS3 includes a
コンピュータ装置6は、例えば、パーソナルコンピュータ(物理マシン)である。コンピュータ装置6は、例えば、CPU(中央演算処理装置)、揮発性メモリ、不揮発性の記憶装置(例えば、ハードディスク)、及び入力デバイス(例えば、キーボード)を備える。例えば、コンピュータ装置6を用いて、制御装置4の演算ユニットで実行される制御処理を実行してもよい。この場合、コンピュータ装置6は、検出器2、制御装置4及びディスプレイ5と協働して、上述の制御処理を実行する。
The computer device 6 is, for example, a personal computer (physical machine). The computer device 6 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a volatile memory, a nonvolatile storage device (for example, a hard disk), and an input device (for example, a keyboard). For example, the computer device 6 may be used to execute control processing executed by the arithmetic unit of the control device 4. In this case, the computer device 6 executes the control process described above in cooperation with the
励起光源7は、励起光ELの発生源であって、例えば、レーザダイオード(半導体ダイオード)である。励起光源7から出力された励起光ELは、光学系3を介してレーザ増幅器10へ入射する。
The excitation light source 7 is a generation source of the excitation light EL, and is, for example, a laser diode (semiconductor diode). Excitation light EL output from the excitation light source 7 enters the
種光源8は、レーザ光Lの発生源である。種光源8から出力されたレーザ光Lは、光学系3を介してレーザ増幅器10へ入射する。
The
レーザ増幅器10は、レーザ利得媒質1と、冷却ユニット100とを含む。レーザ増幅器10は、種光源8から供給されたレーザ光Lを増幅して出力する。レーザ増幅器の種類は、例えば、アクティブ・ミラー型である。なお、アクティブ・ミラー型の代わりに、例えば、ロッド型を用いてもよい。冷却ユニット100は、例えば、ヒートシンクで構成されている。冷却ユニット100がヒートシンクで構成されている場合、ヒートシンクは、例えば、レーザ利得媒質1の裏面に取り付けられている。
The
レーザシステムSYS3には、レーザ光軸アライメントシステムSYS2が適用されているので、照射精度が高いという利点がある。 Since the laser optical system alignment system SYS2 is applied to the laser system SYS3, there is an advantage that the irradiation accuracy is high.
2.11.変形例
上述のように、レーザ利得媒質1を光学部品の一種として取り扱うことができる。図9は、制御装置4による制御対象がレーザ利得媒質1である場合のレーザ光軸アライメントシステムSYS2を示すブロック図である。反射スポットRSの位置が所望の位置からずれている場合、図9に示すように、制御装置4がレーザ利得媒質1の角度、又は位置を制御すればよい。
2.11. Modified Example As described above, the
3.第2の実施の形態
3.1.概要
第2の実施の形態は、レーザ光軸アライメントシステムに関する。高出力のレーザ光を得るための方法として、例えば、複数のレーザ利得媒質を光学的に多段(カスケード)接続する方式が知られている。この方式に対応するため、複数のレーザ利得媒質の各々に1つの検出器が設けられている。
3. Second Embodiment 3.1. Outline The second embodiment relates to a laser optical axis alignment system. As a method for obtaining high-power laser light, for example, a system in which a plurality of laser gain media are optically connected in multiple stages (cascade) is known. In order to support this method, one detector is provided for each of the plurality of laser gain media.
3.2.詳細
以下に、第1の実施の形態と異なる点について説明する。図10は、レーザ光軸アライメントシステムSYS2aの構成例を示すブロック図である。図10に示すように、レーザ光軸アライメントシステムSYS2aは、複数の光学部品(光学要素)と、第1検出器21と、第2検出器22とを含んでいる。複数の光学部品は、第1レーザ利得媒質1Aと、第2レーザ利得媒質1Bと、第1全反射ミラー301と、第2全反射ミラー302とを含んでいる。
3.2. Details Differences from the first embodiment will be described below. FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of the laser optical axis alignment system SYS2a. As shown in FIG. 10, the laser optical axis alignment system SYS2a has a plurality of optical components (optical elements), 2 1 and the first detector, and a second detector 2 2. A plurality of optical components includes a first
第1レーザ利得媒質1Aについては、第1の実施の形態で述べた通りである。励起光EL及びレーザ光Lが第1レーザ利得媒質1Aに入射すると、第1レーザ利得媒質1Aにおいて第1反射スポットRS1が発生する。第1反射スポットRS1に対応する第1基準位置は、第1レーザ利得媒質1Aにおいて発生する第1蛍光領域FR1の中心CFR1である。
The first
第2レーザ利得媒質1B自体の構成は、第1レーザ利得媒質1Aの構成と同じである。ただし、第2レーザ利得媒質1Bを第1レーザ利得媒質1Aに多段接続するため、両者の配置が互いに異なる。具体的には、第2レーザ利得媒質1Bは、第1レーザ利得媒質1Aから出射した励起光EL及びレーザ光Lが入射するように配置されている。したがって、図10の例では、第2レーザ利得媒質1Bは、第1レーザ利得媒質1Aの入射点PINよりも出射点POUTの側で、第1レーザ利得媒質1Aよりも上方に配置されている。また、第2レーザ利得媒質1Bの表面11の向きが、第1レーザ利得媒質1Aの表面11の向きと逆である。励起光EL及びレーザ光Lが第2レーザ利得媒質1Bに入射すると、第2レーザ利得媒質1Bにおいて第2反射スポットRS2が発生する。第2反射スポットRS2に対応する第2基準位置は、第2レーザ利得媒質1Bにおいて発生する第2蛍光領域FR2の中心CFR2である。
The configuration of the second
第1検出器21は、第1レーザ利得媒質1Aに発生した第1反射スポットRS1の位置を検出する。
第2検出器22自体の構成は、第1検出器21の構成と同じである。ただし、両者の配置が互いに異なる。図10の例では、第2検出器22は、第2レーザ利得媒質1Bの表面11よりも下方(Z軸の負方向)に配置されている。当配置により、冷却ユニット1002を第2レーザ利得媒質1Bの裏面12の側に配置することが可能となる。第2検出器22は、第2レーザ利得媒質1Bに発生した第2反射スポットRS2の位置を検出する。
The
制御装置4は、第1検出器21から受信した撮像データDA1と、第2検出器22から受信した撮像データDA2とに基づいて、複数の光学部品のうちの少なくとも一つの光学部品(例えば、第1全反射ミラー301)の角度又は位置を制御する。
The control device 4, the imaging data DA 1 received from the
以上、第2の実施の形態について説明した。レーザ光軸アライメントシステムSYS2aは、上述の効果を奏するばかりか、複数のレーザ利得媒質を多段接続する方式にも有効である。なお、3つ以上のレーザ利得媒質が多段接続された場合にも、第2の実施の形態を適用することができる。このことは、当業者によって、容易に理解されるであろう。 The second embodiment has been described above. The laser optical axis alignment system SYS2a is effective not only for the above-described effect but also for a system in which a plurality of laser gain media are connected in multiple stages. Note that the second embodiment can also be applied when three or more laser gain media are connected in multiple stages. This will be readily understood by those skilled in the art.
4.第3の実施の形態
4.1.概要
第3の実施の形態は、レーザ光軸アライメントシステムに関する。高出力のレーザ光を得るための方法として、例えば、単一のレーザ利得媒質においてレーザ光を複数回反射させる方式が知られている。この方式の場合、レーザ利得媒質において2つ以上の反射スポットが発生する。レーザ光軸を調整するためには、少なくとも1つの反射スポットの位置が分かればよい。
4). Third Embodiment 4.1. Outline The third embodiment relates to a laser optical axis alignment system. As a method for obtaining a high-power laser beam, for example, a method of reflecting a laser beam a plurality of times in a single laser gain medium is known. In the case of this method, two or more reflection spots are generated in the laser gain medium. In order to adjust the laser optical axis, it is only necessary to know the position of at least one reflection spot.
しかしながら、1つの反射スポットの位置だけでは、レーザ光軸がどの方向にずれているのかを把握するのに手間がかかるかもしれない。また、光学部品の調整自体にも手間がかかるかもしれない。この観点から、検出する反射スポットの位置の数は、複数(例えば、2つ)であることが望ましい。その場合、レーザ光軸がどの方向にずれているのかを容易に把握することができる。 However, it may take time and effort to grasp the direction in which the laser optical axis is deviated from the position of only one reflection spot. Also, adjustment of the optical component itself may take time. From this point of view, it is desirable that the number of reflection spot positions to be detected is plural (for example, two). In that case, it is possible to easily grasp in which direction the laser optical axis is displaced.
4.2.詳細
以下に、第1及び第2の実施の形態と異なる点について説明する。図11は、レーザ光軸アライメントシステムSYS2bの構成例を示すブロック図である。図11に示すように、レーザ光軸アライメントシステムSYS2bは、レーザ利得媒質1Cと、第1検出器21と、第2検出器22とを含む。
4.2. Details Differences from the first and second embodiments will be described below. FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of the laser optical axis alignment system SYS2b. As shown in FIG. 11, the laser optical axis alignment system SYS2b includes a laser gain medium 1C, 2 1 a first detector, a second detector 2 2.
レーザ利得媒質1Cは、第1の実施の形態で述べたレーザ利得媒質1と比べると、X軸方向に長く形成されている。これは、レーザ光Lを複数回反射させるためである。無論、レーザ光Lを複数回反射させるために、レーザ光Lの照射角度を調整してもよい。
The laser gain medium 1C is formed longer in the X-axis direction than the
励起光EL及びレーザ光Lがレーザ利得媒質1Cに入射すると、レーザ光Lは、レーザ利得媒質中で複数回反射する。そのため、レーザ利得媒質1Cにおいて、反射の回数に等しい数の反射スポットが発生する。図11の例では、第1反射スポットRS1、第2反射スポットRS2、及び第3反射スポットRS3が発生する。 When the excitation light EL and the laser light L are incident on the laser gain medium 1C, the laser light L is reflected a plurality of times in the laser gain medium. Therefore, a number of reflection spots equal to the number of reflections are generated in the laser gain medium 1C. In the example of FIG. 11, the first reflection spot RS 1 , the second reflection spot RS 2 , and the third reflection spot RS 3 are generated.
第1反射スポットRS1は、例えば、レーザ利得媒質1Cの裏面12に発生する。第1反射スポットRS1に対応する基準位置は、第1蛍光領域FR1の中心CFR1である。第2反射スポットRS2は、例えば、レーザ利得媒質1Cの表面11に発生する。第2反射スポットRS2は、第1反射スポットRS1からX軸の正方向に離間している。第2反射スポットRS2に対応する基準位置は、第2蛍光領域FR2の中心CFR2である。第3反射スポットRS3は、例えば、レーザ利得媒質1Cの裏面12に発生する。第3反射スポットRS3は、第2反射スポットRS2からX軸の正方向に離間している。第3反射スポットRS3に対応する基準位置は、第3蛍光領域FR3の中心CFR3である。
The first reflection spot RS 1 occurs, for example, the
以下の説明では、使用する反射スポットRSとして、第1反射スポットRS1、及び第3反射スポットRS3を例に挙げる。無論、使用する反射スポットとして、例えば、第1反射スポットRS1、及び第2反射スポットRS2を用いてもよいことは明らかである。なお、原理上、レーザ利得媒質1Cにおいて発生する全ての反射スポットRSの位置を用いることは可能である。しかしながら、レーザ光軸の位置及び方向を一義的に求めるためには、使用すべき反射スポットRSの位置の数は、2つで十分である。 In the following description, the first reflection spot RS 1 and the third reflection spot RS 3 are given as examples as the reflection spot RS to be used. Of course, for example, the first reflection spot RS 1 and the second reflection spot RS 2 may be used as the reflection spots to be used. In principle, the positions of all the reflection spots RS generated in the laser gain medium 1C can be used. However, in order to uniquely determine the position and direction of the laser optical axis, two reflection spots RS should be used.
第1検出器21は、第1反射スポットRS1の位置を検出する。 First detector 2 1 detects the first position of the reflection spot RS 1.
第2検出器22自体の構成は、第1検出器21の構成と同じである。ただし、両者の配置及び検出対象が互いに異なる。図11の例では、第2検出器22は、第3反射スポットRS3の位置を検出する。第2検出器22は、第3反射スポットRS3を撮像することができるように、第1検出器21からX軸の正方向に離間した位置で、レーザ利得媒質1Cの上方に配置されている。
The
制御装置4は、第1検出器21から受信した撮像データDA1と、第2検出器22から受信した撮像データDA2とに基づいて、複数の光学部品のうちの少なくとも一つの光学部品(例えば、第1全反射ミラー301)の角度又は位置を制御する。
The control device 4, the imaging data DA 1 received from the
以上、第3の実施の形態について説明した。レーザ光軸アライメントシステムSYS2bは、上述の効果を奏するばかりか、単一のレーザ利得媒質においてレーザ光を複数回反射させる方式にも有効である。更に、2つの反射スポットRSの位置が用いられるので、レーザ光軸アライメントをより容易に実施することができる。 The third embodiment has been described above. The laser optical axis alignment system SYS2b not only has the above-described effects, but is also effective for a system that reflects laser light multiple times in a single laser gain medium. Furthermore, since the positions of the two reflection spots RS are used, laser optical axis alignment can be more easily performed.
4.3.変形例
検出器2の数は、1つでもよい。図12は、検出器2の数が1つである場合のレーザ光軸アライメントシステムSYS2cを示すブロック図である。レーザ光軸アライメントシステムSYS2cでは、1つの検出器2が、複数の反射スポットRSの各々の位置を検出する。図12の例では、検出器2は、第1反射スポットRS1の位置、及び第3反射スポットRS3の位置を検出する。検出器2は、両者の位置を同時に撮像することができるように、レーザ利得媒質1の上方に配置されている。
4.3. Modification The number of
5.第4の実施の形態
5.1.概要
第4の実施の形態は、レーザ利得媒質の冷却に関する。上述のように、レーザ利得媒質は、レーザ光又は励起光を受光すると、蛍光を発する。したがって、レーザ利得媒質から発せられる蛍光スペクトルの分布が分かる。蛍光スペクトルの分布が分かれば、レーザ利得媒質の温度を知ることができる。得られた温度を利用することにより、レーザ利得媒質を最適な温度に冷却することができる。
5. Fourth embodiment 5.1. Outline The fourth embodiment relates to cooling of a laser gain medium. As described above, the laser gain medium emits fluorescence when receiving laser light or excitation light. Therefore, the distribution of the fluorescence spectrum emitted from the laser gain medium is known. If the distribution of the fluorescence spectrum is known, the temperature of the laser gain medium can be known. By using the obtained temperature, the laser gain medium can be cooled to an optimum temperature.
図13は、レーザ光軸アライメントシステムSYS2dの構成例を示すブロック図である。図13の例では、検出器2aは、反射スポットRSの位置に加え、レーザ利得媒質1から発せられる蛍光のスペクトルを検出するように構成されている。検出器2aは、蛍光スペクトルを検出すると、検出された蛍光スペクトルをコンピュータ装置6に出力する。コンピュータ装置6は、冷却ユニット100を制御する冷却ユニット制御装置として使用される。冷却ユニット100は、冷却の強さを制御可能な冷却機構(例えば、ファン)を備える。冷却ユニット100は、コンピュータ装置6の制御の下で、レーザ利得媒質1を冷却する。
FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of the laser optical axis alignment system SYS2d. In the example of FIG. 13, the
図14は、検出器2aによって検出された蛍光スペクトルの分布の一例を示す図である。図14において、横軸は、検出された蛍光スペクトルの周波数fを示す。縦軸は、蛍光スペクトルの相対強度Iを示す。蛍光スペクトルの分布から、レーザ利得媒質1の最新(現在)の温度が分かる。
FIG. 14 is a diagram showing an example of the distribution of the fluorescence spectrum detected by the
コンピュータ装置6は、検出器2aによって検出された蛍光スペクトルに基づいて、冷却ユニット100の冷却の強さを制御する。具体的には、コンピュータ装置6は、検出された蛍光スペクトルを分析して、蛍光スペクトルの分布を取得する。蛍光スペクトルの分布の取得方法は、公知の方法でよい。そして、コンピュータ装置6は、蛍光スペクトルの分布を用いて、レーザ利得媒質1の最新の温度を算出(推定)する。レーザ利得媒質1の温度の算出は、レーザ利得媒質1の温度と蛍光スペクトルの分布との対応関係、及び取得された蛍光スペクトルの分布に基づいて行われてもよい。なお、レーザ利得媒質1の温度と蛍光スペクトルの分布との対応関係は、実験等により予め求めておくことができる。そして、コンピュータ装置6は、算出された温度が目標値(レーザ利得媒質1の所望温度)となるように、冷却ユニット100を制御する。冷却ユニット100の制御方法は、例えば、ネガティブ・フィードバック制御でよい。
The computer device 6 controls the cooling intensity of the
なお、代替的に、制御装置4が蛍光スペクトルの分布の取得及びレーザ利得媒質1の温度の算出を実行してもよい。ディスプレイ5が蛍光スペクトルの分布を表示できるように、レーザ光軸アライメントシステムSYS2dが構成されていてもよい。
Alternatively, the control device 4 may execute acquisition of the fluorescence spectrum distribution and calculation of the temperature of the
第4の実施の形態によれば、第1の実施の形態で述べた効果を奏するばかりか、レーザ利得媒質を最適な温度に冷却することができる。 According to the fourth embodiment, not only the effects described in the first embodiment can be achieved, but also the laser gain medium can be cooled to an optimum temperature.
6.第5の実施の形態
6.1.概要
第5の実施の形態は、レーザ光軸アライメントに関する。例えば、第1の実施の形態では、図3Dの(a)、(b)及び(c)に示すように、レーザ光Lの照射位置が所望の位置からX軸の負方向にずれている場合におけるレーザ光軸アライメントについて説明した。第1の実施の形態では、反射スポットの中心と基準位置(例えば、蛍光領域の中心)との間の距離(ずれ量)がゼロとなるように、レーザ光軸が調整される。しかしながら、たとえ反射スポットの中心が基準位置と一致していても、レーザ光軸がずれている場合がある。この場合、上述の距離に加え、平面視(X−Y平面)における基準位置回りの角度が調整される。2つのパラメータ(距離及び上述の角度)を用いることにより、レーザ光軸アライメントの精度がさらに向上する。
6). Fifth embodiment 6.1. Outline The fifth embodiment relates to laser optical axis alignment. For example, in the first embodiment, as shown in FIGS. 3D (a), (b), and (c), the irradiation position of the laser light L is shifted from the desired position in the negative direction of the X axis. The laser optical axis alignment in FIG. In the first embodiment, the laser optical axis is adjusted so that the distance (shift amount) between the center of the reflection spot and the reference position (for example, the center of the fluorescent region) becomes zero. However, even if the center of the reflection spot coincides with the reference position, the laser optical axis may be shifted. In this case, in addition to the above-described distance, the angle around the reference position in the plan view (XY plane) is adjusted. By using two parameters (distance and angle described above), the accuracy of laser optical axis alignment is further improved.
6.2.詳細
先ず、反射スポットの中心が基準位置と一致しているにもかかわらず、レーザ光軸がずれている場合について説明する。図15は、反射スポットRSの中心CRSが基準位置(例えば、蛍光領域の中心CFR)と一致しているものの、X−Y平面における基準位置回りの角度αにずれが発生している場合を示す模式図である。なお、図15では、蛍光領域及び励起光の図示は省略されている。
6.2. Details First, a description will be given of a case where the laser optical axis is shifted even though the center of the reflection spot coincides with the reference position. FIG. 15 shows the case where the center C RS of the reflection spot RS coincides with the reference position (for example, the center C FR of the fluorescent region), but there is a deviation in the angle α around the reference position in the XY plane. It is a schematic diagram which shows. In FIG. 15, the fluorescent region and the excitation light are not shown.
図15に示すように、第1基準軸13に対して、レーザ光Lがレーザ利得媒質1へ斜めに入射している。ここで、第1基準軸13は、例えば、反射スポットRSの中心CRSを通り、X軸に平行な軸である。なお、第2基準軸14は、例えば、反射スポットRSの中心CRSを通り、第1基準軸13に垂直な軸である。
As shown in FIG. 15, the laser light L is incident on the
図15に示す例では、反射スポットRS(例えば、反射スポットの長軸)が基準位置(つまり、蛍光領域FRの中心CFR)回りにずれている。そこで、制御装置(例えば、図4を参照)は、X−Y平面における基準位置回りの角度α(アルファ)に基づいて、光学系(例えば、図4参照)の角度又は位置を制御する。つまり、制御装置は、角度αが所望の角度となるように、光学系の角度又は位置を制御する。ここで、角度αは、例えば、第1基準軸13とレーザ光軸AXLとの間の角度である。図15の例では、角度αがゼロとなるように、光学系の角度又は位置が制御される。なお、角度αは、例えば、第2基準軸14とレーザ光軸AXLとの間の角度であてもよい。代替的に、角度αに基づいて、制御装置が光学系の一つであるレーザ利得媒質1の角度又は位置を制御してもよい。
In the example illustrated in FIG. 15, the reflection spot RS (for example, the major axis of the reflection spot) is shifted around the reference position (that is, the center C FR of the fluorescent region FR ). Therefore, the control device (for example, see FIG. 4) controls the angle or position of the optical system (for example, see FIG. 4) based on the angle α (alpha) around the reference position in the XY plane. That is, the control device controls the angle or position of the optical system so that the angle α becomes a desired angle. Here, the angle alpha, for example, an angle between the
次に、反射スポットRSの位置と基準位置との間にずれがある場合(つまり、距離D>0)について説明する。この場合、制御装置は、反射スポットRSの位置と基準位置との間の距離に加え、角度αに基づいて、光学系の角度又は位置を制御すればよい。このことは、当業者によって、容易に理解されるであろう。また、第5の実施の形態の方法が複数の反射スポットがある場合(例えば、図11及び図12に示す例)に適用可能であることも、当業者によって、容易に理解されるであろう。 Next, a case where there is a deviation between the position of the reflection spot RS and the reference position (that is, the distance D> 0) will be described. In this case, the control device may control the angle or position of the optical system based on the angle α in addition to the distance between the position of the reflection spot RS and the reference position. This will be readily understood by those skilled in the art. Also, it will be easily understood by those skilled in the art that the method of the fifth embodiment can be applied when there are a plurality of reflection spots (for example, the examples shown in FIGS. 11 and 12). .
第5の実施の形態によれば、反射スポットの位置と基準位置との間の距離に加え、基準位置回りの角度に基づいて、レーザ光軸が調整される。したがって、距離だけを用いてレーザ光軸アライメントが実施される場合と比べて、レーザ光軸アライメントの精度がより向上する。その上、レーザ光軸アライメントをより容易に実施することが可能となる。無論、第1の実施の形態で述べた効果も得ることができる。 According to the fifth embodiment, the laser optical axis is adjusted based on the angle around the reference position in addition to the distance between the position of the reflection spot and the reference position. Therefore, the accuracy of the laser optical axis alignment is further improved as compared with the case where the laser optical axis alignment is performed using only the distance. In addition, laser optical axis alignment can be more easily performed. Of course, the effects described in the first embodiment can also be obtained.
7.第6の実施の形態 7). Sixth embodiment
レーザ利得媒質にレーザ光を導入するために、例えば、レンズが用いられる。レーザ光をレーザ利得媒質に適切に導入するためには、レンズが所望の角度および位置に配置されていることが求められる。レンズが所望の角度および位置に配置されている場合と、レンズが所望の角度および位置に配置されていない場合とを比べると、反射スポットの内部で蛍光の強度分布が異なっている。両者の場合で反射スポットの内部で蛍光の強度分布が異なっている点について、以下に例を挙げる。 In order to introduce laser light into the laser gain medium, for example, a lens is used. In order to appropriately introduce the laser light into the laser gain medium, the lens is required to be disposed at a desired angle and position. Comparing the case where the lens is arranged at a desired angle and position and the case where the lens is not arranged at the desired angle and position, the fluorescence intensity distribution is different inside the reflection spot. An example will be given below in which the fluorescence intensity distribution is different inside the reflection spot in both cases.
図16は、反射スポットおよび反射スポットの周囲の部分拡大図である。レンズが所望の角度および位置に配置されている場合、図16の(a)に示すように、反射スポットRSの内部で蛍光の強度が一定(例えば、レベル3)であると仮定する。もし、レンズが所望の角度および位置に配置されていない場合、例えば、図16の(b)に示すように、反射スポットRSの内部で、蛍光の強度がレベル3よりも低い領域(例えば、レベル4)が発生することがある。つまり、図16の(b)に示す蛍光の強度分布が図16の(a)に示す蛍光の強度分布と異なっている。また、反射スポットRSの中心CRSが基準位置(例えば、蛍光領域の中心CFR)からずれている場合もある。 FIG. 16 is a partially enlarged view of the reflection spot and the periphery of the reflection spot. When the lens is arranged at a desired angle and position, it is assumed that the intensity of fluorescence is constant (for example, level 3) inside the reflection spot RS, as shown in FIG. If the lens is not disposed at a desired angle and position, for example, as shown in FIG. 16B, a region where the intensity of fluorescence is lower than level 3 (eg, level) within the reflection spot RS. 4) may occur. That is, the fluorescence intensity distribution shown in FIG. 16B is different from the fluorescence intensity distribution shown in FIG. The center C RS reference position of the reflected spot RS (e.g., the center C FR fluorescent region) in some cases deviates from.
図16の例では、反射スポットRSの内部で蛍光の強度が変化している場合、反射スポットRSの内部で蛍光の強度が一定となるように、レンズの角度又は位置を調整すればよいことが分かる。また、反射スポットRSの中心CRSが基準位置となるように、光学系の角度又は位置も調整すればよい。 In the example of FIG. 16, when the fluorescence intensity changes inside the reflection spot RS, the angle or position of the lens may be adjusted so that the fluorescence intensity is constant inside the reflection spot RS. I understand. Moreover, as the center C RS reflective spot RS becomes the reference position may be also adjusted angle or position of the optical system.
図17は、レーザ光軸アライメントシステムSYS2eの構成例を示すブロック図である。図17に示すように、レーザ光軸アライメントシステムSYS2eは、レンズ9を更に備える。レンズ9は、光学要素の一つである。レンズ9は、レーザ光Lの光路OPに配置され、レーザ光Lをレーザ利得媒質1へ導入する。なお、レンズ9は、複数個あってもよい。例えば、図17の例では、レンズ9は、光学系3よりも手前(X軸の負方向)に配置されている。検出器2bは、レーザ利得媒質1から発せられる反射スポットの蛍光の強度分布を検出するように構成されている。制御装置4aは、検出器2bによって検出された反射スポットRSの蛍光の強度分布に基づいて、レンズ9の角度又は位置を制御する。例えば、検出器2bによって検出された反射スポットRSの蛍光の強度分布が図16の(b)に示す強度分布であったとする。この場合、検出された反射スポットRSの蛍光の強度分布が図16の(a)に示す強度分布になればよい。制御装置4aは、検出された反射スポットRSの蛍光の強度分布を所望の強度分布と比較し、両者が一致するように、レンズ9の角度又は位置を制御する。なお、図16の例では、制御装置4aは、図16の(a)に示す強度分布を所望の強度分布として記憶している記憶装置を備えている。所望の強度分布は、実験などによって得ることができる。
FIG. 17 is a block diagram illustrating a configuration example of the laser optical axis alignment system SYS2e. As shown in FIG. 17, the laser optical axis alignment system SYS2e further includes a lens 9. The lens 9 is one of optical elements. The lens 9 is disposed in the optical path OP of the laser light L and introduces the laser light L into the
上述のように、反射スポットの蛍光の強度分布を取得することにより、レンズの調整が必要であるかを把握することができる。そのため、レーザ光軸アライメントだけではなく、レンズの調整も実施することができる。 As described above, it is possible to grasp whether or not the lens needs to be adjusted by acquiring the fluorescence intensity distribution of the reflection spot. Therefore, not only laser optical axis alignment but also lens adjustment can be performed.
以上、全ての実施の形態について説明した。本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、本発明に種々の変更を加えることができる。 As described above, all the embodiments have been described. Various modifications can be made to the present invention without departing from the spirit of the present invention.
技術的な矛盾が生じない範囲内で、全ての実施の形態及び全ての変形例を好適に組み合わせることができる。例えば、第2の実施の形態を第3の実施の形態と組み合わせてもよい。例えば、第3の実施の形態で述べた変形例を第2の実施の形態と組み合わせてもよい。 All the embodiments and all the modified examples can be suitably combined within a range where no technical contradiction occurs. For example, the second embodiment may be combined with the third embodiment. For example, the modification described in the third embodiment may be combined with the second embodiment.
1…レーザ利得媒質、2…検出器、3…光学系、4…制御装置、5…ディスプレイ、6…コンピュータ装置、7…励起光源、8…種光源、10…レーザ増幅器、11…表面、12…裏面、301…第1全反射ミラー、302…第2全反射ミラー、100…冷却ユニット、AXEL…励起光軸、AXL…レーザ光軸、EL…励起光、FR…蛍光領域、L…レーザ光、OP…レーザ光路、RS…反射スポット
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記レーザ利得媒質において前記レーザ光の反射スポットの位置を検出する検出器と
を有し、
前記検出器は、前記蛍光の強度が周囲の領域よりも低い領域の位置を前記反射スポットとして検出する
レーザ光の反射スポットの位置検出システム。 A laser gain medium that receives the excitation light and the laser light and emits fluorescence by absorbing a part of the excitation light;
A detector for detecting a position of a reflected spot of the laser light in the laser gain medium,
The detector detects a position of a region where the intensity of the fluorescence is lower than a surrounding region as the reflection spot.
前記レーザ利得媒質を含む複数の光学要素と、
前記複数の光学要素のうちの少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、前記反射スポットの位置と基準位置との間の距離に基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御する
レーザ光軸アライメントシステム。 A position detection system according to claim 1;
A plurality of optical elements comprising the laser gain medium;
A controller for controlling the angle or position of at least one of the plurality of optical elements, and
The control device controls an angle or a position of the at least one optical element based on a distance between a position of the reflection spot and a reference position. Laser optical axis alignment system.
前記制御装置は、前記反射スポットの中心と前記基準位置との間の距離をずれ量として算出し、前記算出されたずれ量がゼロとなるように、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御する
請求項2に記載のレーザ光軸アライメントシステム。 The reference position is a position where the center of the reflection spot should exist,
The control device calculates a distance between the center of the reflection spot and the reference position as a deviation amount, and sets the angle or position of the at least one optical element so that the calculated deviation amount becomes zero. The laser optical axis alignment system according to claim 2 to be controlled.
請求項2又は3に記載のレーザ光軸アライメントシステム。 The laser optical axis alignment system according to claim 2, wherein the at least one optical element that is a control target of the control device is a mirror disposed in an optical path of the laser light.
前記レーザ光が入射される表面と
前記表面と反対の裏面と
を有し、
前記検出器は、前記表面の側に配置されており、前記裏面において発生する前記反射スポットの位置を前記表面の側から検出する
請求項2から4のいずれか一項に記載のレーザ光軸アライメントシステム。 The laser gain medium is
A front surface on which the laser light is incident and a back surface opposite to the front surface,
5. The laser optical axis alignment according to claim 2, wherein the detector is disposed on the front surface side and detects the position of the reflection spot generated on the back surface from the front surface side. 6. system.
前記レーザ利得媒質としての第1レーザ利得媒質と、
前記励起光及び前記レーザ光が入射され、前記励起光の一部を吸収することで蛍光を発する第2レーザ利得媒質と
を含み、
前記検出器は、前記第1レーザ利得媒質において前記レーザ光の前記反射スポットである第1反射スポットの位置を検出し、更に前記第2レーザ利得媒質において前記レーザ光の第2反射スポットの位置を検出し、
前記制御装置は、前記第1反射スポットの位置と前記第1レーザ利得媒質における前記基準位置である第1基準位置との間の第1距離と、前記第2反射スポットの位置と前記第2レーザ利得媒質における第2基準位置との間の第2距離とに基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御する
請求項2から5のいずれか一項に記載のレーザ光軸アライメントシステム。 The plurality of optical elements are:
A first laser gain medium as the laser gain medium;
A second laser gain medium that receives the excitation light and the laser light and emits fluorescence by absorbing a part of the excitation light;
The detector detects a position of a first reflection spot that is the reflection spot of the laser light in the first laser gain medium, and further detects a position of the second reflection spot of the laser light in the second laser gain medium. Detect
The control device includes a first distance between a position of the first reflection spot and a first reference position that is the reference position in the first laser gain medium, a position of the second reflection spot, and the second laser. The laser optical axis alignment system according to any one of claims 2 to 5, wherein an angle or a position of the at least one optical element is controlled based on a second distance between the second reference position and the gain medium. .
前記制御装置は、前記第1反射スポットの位置と前記基準位置である第1基準位置との間の第1距離と、前記第2反射スポットの位置と第2基準位置との間の第2距離とに基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御する
請求項2から5のいずれか一項に記載のレーザ光軸アライメントシステム。 The detector detects a position of a first reflection spot that is the reflection spot of the laser light in the laser gain medium, and further detects a position of a second reflection spot of the laser light;
The control device includes a first distance between the position of the first reflection spot and the first reference position which is the reference position, and a second distance between the position of the second reflection spot and the second reference position. The laser optical axis alignment system according to any one of claims 2 to 5, wherein an angle or a position of the at least one optical element is controlled based on:
請求項1に記載のレーザ光の反射スポットの位置検出システム。 The position detection system of a reflected spot of laser light according to claim 1, wherein the phase state of the laser gain medium is solid or liquid.
請求項2に記載のレーザ光軸アライメントシステム。 The control device controls an angle or a position of the at least one optical element based on an angle around the reference position of the reflection spot in addition to a distance between the position of the reflection spot and a reference position. 3. The laser optical axis alignment system according to 2.
請求項6又は7に記載のレーザ光軸アライメントシステム。 The control device sets the first distance between the position of the first reflection spot and the first reference position, and the second distance between the position of the second reflection spot and the second reference position. In addition, an angle of the at least one optical element based on a first angle around the first reference position of the first reflection spot and a second angle around the second reference position of the second reflection spot, The laser optical axis alignment system according to claim 6 or 7, wherein the position is controlled.
前記冷却ユニットを制御する冷却ユニット制御装置と
を更に備え、
前記検出器は、前記レーザ利得媒質から発せられる蛍光スペクトルを更に検出し、
前記冷却ユニット制御装置は、前記検出器によって検出された前記蛍光スペクトルに基づいて、前記冷却ユニットの冷却の強さを制御する
請求項2から10のいずれか一項に記載のレーザ光軸アライメントシステム。 A cooling unit for cooling the laser gain medium;
A cooling unit control device for controlling the cooling unit;
The detector further detects a fluorescence spectrum emitted from the laser gain medium;
The laser optical axis alignment system according to any one of claims 2 to 10, wherein the cooling unit control device controls the cooling intensity of the cooling unit based on the fluorescence spectrum detected by the detector. .
前記検出器は、前記反射スポットの蛍光の強度分布を検出し、
前記制御装置は、前記検出器によって検出された前記反射スポットの前記蛍光の強度分布に基づいて、前記レンズの角度又は位置を制御する
請求項2から11のいずれか一項に記載のレーザ光軸アライメントシステム。 The at least one optical element to be controlled by the control device includes a lens disposed in an optical path of the laser light,
The detector detects the intensity distribution of the fluorescence of the reflected spot;
The laser optical axis according to any one of claims 2 to 11, wherein the control device controls an angle or a position of the lens based on an intensity distribution of the fluorescence of the reflected spot detected by the detector. Alignment system.
前記レーザ利得媒質において前記レーザ光の反射スポットの位置を検出する検出ステップと
を有し、
前記レーザ利得媒質は、前記励起光の一部を吸収することで蛍光を発光し、
前記検出ステップでは、前記蛍光の強度が周囲の領域よりも低い領域の位置を前記反射スポットとして検出する
レーザ光の反射スポットの位置検出方法。 An incident step in which excitation light and laser light are incident on the laser gain medium;
Detecting a position of a reflected spot of the laser beam in the laser gain medium, and
The laser gain medium emits fluorescence by absorbing a part of the excitation light,
In the detecting step, the position of a region where the intensity of the fluorescence is lower than the surrounding region is detected as the reflected spot.
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