JP2666441B2 - 固体レーザ装置 - Google Patents
固体レーザ装置Info
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- JP2666441B2 JP2666441B2 JP63312671A JP31267188A JP2666441B2 JP 2666441 B2 JP2666441 B2 JP 2666441B2 JP 63312671 A JP63312671 A JP 63312671A JP 31267188 A JP31267188 A JP 31267188A JP 2666441 B2 JP2666441 B2 JP 2666441B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は固体レーザ装置に関し、特にフラツシユラ
ンプ励起による固体レーザ装置のレーザロツドの熱レン
ズ効果を補償する機構に関するものである。
ンプ励起による固体レーザ装置のレーザロツドの熱レン
ズ効果を補償する機構に関するものである。
第５図（ａ）は非安定型共振器を持つ従来のＱスイツ
チ固体レーザ装置を示す構成図である。図において、
（１）は全反射凹面鏡、（２）はＱスイツチ、（３）は
レーザロツド、（４），（５）はレーザロツド（３）を
励起するフラツシユランプ、（６）はレーザ電源、
（７）は出力鏡、（８）はレーザビームであり、正面か
ら見た時のレーザビームのビームパターン（９）を第５
図（ｂ）に示す。
チ固体レーザ装置を示す構成図である。図において、
（１）は全反射凹面鏡、（２）はＱスイツチ、（３）は
レーザロツド、（４），（５）はレーザロツド（３）を
励起するフラツシユランプ、（６）はレーザ電源、
（７）は出力鏡、（８）はレーザビームであり、正面か
ら見た時のレーザビームのビームパターン（９）を第５
図（ｂ）に示す。
次に動作について説明する。フラツシユランプ
（４），（５）からの光によつてレーザロツド（３）が
励起され反転分布が生じる。レーザロツド（３）は冷却
されており、周辺部の温度より中心部の温度が高いため
レーザロツド（３）内に屈折率分布が生じ、熱レンズ効
果が現れる。出力鏡（７）は中心部に全反射コーテイン
グ、周辺部に無反射コーテイングを施した凸面鏡であ
り、全反射鏡（１）とともに非安定型の共振器を構成し
ている。レーザビーム（８）は周辺部の無反射コーテイ
ングを施した部分から出力されるため、ビームパターン
（９）に示すようにドーナツ状となる。Ｑスイツチ
（２）は通常オフ状態で発振を止めており、レーザロツ
ド（３）の反転分布が最大になつたときに急速にオンと
してジヤイアントパルスを発生する。
（４），（５）からの光によつてレーザロツド（３）が
励起され反転分布が生じる。レーザロツド（３）は冷却
されており、周辺部の温度より中心部の温度が高いため
レーザロツド（３）内に屈折率分布が生じ、熱レンズ効
果が現れる。出力鏡（７）は中心部に全反射コーテイン
グ、周辺部に無反射コーテイングを施した凸面鏡であ
り、全反射鏡（１）とともに非安定型の共振器を構成し
ている。レーザビーム（８）は周辺部の無反射コーテイ
ングを施した部分から出力されるため、ビームパターン
（９）に示すようにドーナツ状となる。Ｑスイツチ
（２）は通常オフ状態で発振を止めており、レーザロツ
ド（３）の反転分布が最大になつたときに急速にオンと
してジヤイアントパルスを発生する。
発振効率を上げ、平行性，集光性のよいビームを得る
には共振器をうまく設計する必要がある。例えば雑誌
｛Optics Communications（Vol21,No1,April1977）｝に
掲載されたNd:YAGレーザの例によると、出力鏡（７）の
曲率を−50cm,等価的なフレネル数を1.5とした時に、損
失が極小となるためには、共振器長が64cm、全反射鏡
（１）の曲率が300cm、レーザロツド（３）の熱レンズ
効果による焦点距離が約437cmであればよいとされてい
る。この雑誌による例ではフラツシユランプ入力を500W
（50J,10pps）にした時に、レーザロツド（３）の焦点
距離437cmが得られている。
には共振器をうまく設計する必要がある。例えば雑誌
｛Optics Communications（Vol21,No1,April1977）｝に
掲載されたNd:YAGレーザの例によると、出力鏡（７）の
曲率を−50cm,等価的なフレネル数を1.5とした時に、損
失が極小となるためには、共振器長が64cm、全反射鏡
（１）の曲率が300cm、レーザロツド（３）の熱レンズ
効果による焦点距離が約437cmであればよいとされてい
る。この雑誌による例ではフラツシユランプ入力を500W
（50J,10pps）にした時に、レーザロツド（３）の焦点
距離437cmが得られている。
従来の固体レーザ装置は以上のように構成されている
ので、フラツシユランプの入力パワーやパルスのくり返
し周波数を変えると、レーザロツドの熱レンズ効果によ
る焦点距離も変わり、レーザ出力を制御する際最適なレ
ーザビームを得る共振器の条件からはずれ、レーザビー
ムの平行度や集光性が悪くなるなどの問題点があつた。
ので、フラツシユランプの入力パワーやパルスのくり返
し周波数を変えると、レーザロツドの熱レンズ効果によ
る焦点距離も変わり、レーザ出力を制御する際最適なレ
ーザビームを得る共振器の条件からはずれ、レーザビー
ムの平行度や集光性が悪くなるなどの問題点があつた。
この発明は、上記のような問題点を解消するためにな
されたもので、くり返し周波数やフラツシユランプ入力
パワーなどのレーザ発振条件の違いにかかわらず、平行
度や集光性のよいレーザビームを出力できる固体レーザ
装置を得ることを目的とする。
されたもので、くり返し周波数やフラツシユランプ入力
パワーなどのレーザ発振条件の違いにかかわらず、平行
度や集光性のよいレーザビームを出力できる固体レーザ
装置を得ることを目的とする。
この発明に係る固体レーザ装置は、Ｑスイツチ、レー
ザロツド、このレーザロツドを励起するフラツシユラン
プ、共振器を構成するミラー、共振器内のレーザロツド
の出力光側の光軸上に配置し得る可動レンズ、及びこの
可動レンズを光軸外から光軸上に挿入し、または引出す
レンズ駆動機構を備えたものである。
ザロツド、このレーザロツドを励起するフラツシユラン
プ、共振器を構成するミラー、共振器内のレーザロツド
の出力光側の光軸上に配置し得る可動レンズ、及びこの
可動レンズを光軸外から光軸上に挿入し、または引出す
レンズ駆動機構を備えたものである。
また、Ｑスイツチ、レーザロツド、このレーザロツド
を励起するフラツシユランプ、共振器を構成するミラ
ー、共振器内のレーザロツドの出力光側の光軸上に配置
し得る可動レンズ、この可動レンズを光軸外から光軸上
に挿入し、または引出すレンズ駆動機構、熱レンズ効果
によつて生ずるレーザロツドの焦点距離を検出する検出
器、この検出器からの出力に応じて可動レンズの移動情
報を決定し、レンズ駆動機構に出力する制御機構を備え
たものである。
を励起するフラツシユランプ、共振器を構成するミラ
ー、共振器内のレーザロツドの出力光側の光軸上に配置
し得る可動レンズ、この可動レンズを光軸外から光軸上
に挿入し、または引出すレンズ駆動機構、熱レンズ効果
によつて生ずるレーザロツドの焦点距離を検出する検出
器、この検出器からの出力に応じて可動レンズの移動情
報を決定し、レンズ駆動機構に出力する制御機構を備え
たものである。
この発明における可動レンズは、レンズ駆動機構によ
つてその位置を移動したり、光軸外から光軸上に挿入
し、または引出すことが可能であり、種々のレーザ発振
条件に対して熱レンズ効果の焦点距離が変化しても、適
当なレンズを光軸上に設置してその焦点距離を調節する
ことができる。
つてその位置を移動したり、光軸外から光軸上に挿入
し、または引出すことが可能であり、種々のレーザ発振
条件に対して熱レンズ効果の焦点距離が変化しても、適
当なレンズを光軸上に設置してその焦点距離を調節する
ことができる。
また、検出器と制御機構は、レーザ電源の設定や自然
放出光の空間分布などからレーザロツドの熱レンズ効果
を評価し、この熱レンズ効果の程度に応じて適当なレン
ズを光軸上の適当な位置に設置する。
放出光の空間分布などからレーザロツドの熱レンズ効果
を評価し、この熱レンズ効果の程度に応じて適当なレン
ズを光軸上の適当な位置に設置する。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図はこの発明の一実施例による固体レーザ装置を示す
構成図であり、図において、（10）は可動レンズ（12）
の挿入の有無を決定するレンズ制御機構を構成するレン
ズ制御系であり、（11）は可動レンズ（12）を共振器内
に挿入するレンズ駆動機構、（13）はレンズ（12）が共
振器内へ挿入される位置を表わしている。
１図はこの発明の一実施例による固体レーザ装置を示す
構成図であり、図において、（10）は可動レンズ（12）
の挿入の有無を決定するレンズ制御機構を構成するレン
ズ制御系であり、（11）は可動レンズ（12）を共振器内
に挿入するレンズ駆動機構、（13）はレンズ（12）が共
振器内へ挿入される位置を表わしている。
図中、矢印ａは可動レンズ（12）の移動方向を示して
いる。
いる。
次に動作について説明する。このレーザ装置は例えば
主にA,Bの２種類のパワーで使用するものとする。ま
ず、あらかじめA,B双方の条件下でのレーザロツド
（３）の熱レンズ効果による焦点距離fA,fBを測定して
おき、共振器はＡの条件で最良のビームが得られるよう
に調整する。使用する可動レンズ（12）の焦点距離f0は
1/fA＝1/fB＋1/f0が成り立つように選定する。
主にA,Bの２種類のパワーで使用するものとする。ま
ず、あらかじめA,B双方の条件下でのレーザロツド
（３）の熱レンズ効果による焦点距離fA,fBを測定して
おき、共振器はＡの条件で最良のビームが得られるよう
に調整する。使用する可動レンズ（12）の焦点距離f0は
1/fA＝1/fB＋1/f0が成り立つように選定する。
レーザ電源（６）でA,Bのどちらかの条件を選択する
と、その信号がレンズ制御系（10）に送られる。レンズ
制御系（10）ではＡの条件とときには可動レンズ（12）
が共振器外に、Ｂの条件のときには共振器内のレーザ光
軸中（13）の位置に設置されるようにレンズ駆動機構
（11）を動作させる。レンズの設置が終わつた後、レン
ズ制御系（10）よりレーザ電源（６）へ信号が送られ、
レーザ発振が行われる。
と、その信号がレンズ制御系（10）に送られる。レンズ
制御系（10）ではＡの条件とときには可動レンズ（12）
が共振器外に、Ｂの条件のときには共振器内のレーザ光
軸中（13）の位置に設置されるようにレンズ駆動機構
（11）を動作させる。レンズの設置が終わつた後、レン
ズ制御系（10）よりレーザ電源（６）へ信号が送られ、
レーザ発振が行われる。
挿入される可動レンズ（12）の位置がレーザロツド
（３）に十分近いならば、Ａの条件での熱レンズ効果の
焦点距離fAと、Ｂの条件での熱レンズ効果と挿入したレ
ンズの合成した焦点距離がほぼ同じとなり、A,Bどちら
の条件下でも、ほぼ同程度良質なレーザビームが得られ
る。
（３）に十分近いならば、Ａの条件での熱レンズ効果の
焦点距離fAと、Ｂの条件での熱レンズ効果と挿入したレ
ンズの合成した焦点距離がほぼ同じとなり、A,Bどちら
の条件下でも、ほぼ同程度良質なレーザビームが得られ
る。
上記実施例では可動レンズを例えば１個用いたものを
示したが、複数個用いても良く、この場合種々の発振条
件に対応することができる。例えば第２図はそれぞれ異
なる焦点距離を持つ３つの可動レンズ（12），（14），
（15）を用いた例であり、最大８通りの発振条件に対応
することができる。
示したが、複数個用いても良く、この場合種々の発振条
件に対応することができる。例えば第２図はそれぞれ異
なる焦点距離を持つ３つの可動レンズ（12），（14），
（15）を用いた例であり、最大８通りの発振条件に対応
することができる。
また、上記実施例では可動レンズ（12）をレーザ光軸
（８）上に出し入れする場合について示したが、複数個
のレンズを常にレーザ光軸中に置き、発振条件に応じて
レンズ間の距離を変化させてもよい。
（８）上に出し入れする場合について示したが、複数個
のレンズを常にレーザ光軸中に置き、発振条件に応じて
レンズ間の距離を変化させてもよい。
また、上記実施例ではレーザ電源（16）での発振条件
の設定値によつてレンズの出し入れあるいはレンズ位置
の設定を行なつたが、レーザ光軸（８）外に洩れ出る自
然放出光をもとに熱レンズ効果の焦点距離を測定して、
その結果によつてレンズ位置の設定を行なつてもよい。
第３図は２つの光検出器（18），（19）を用いる例で、
まずレーザ発振条件を設定しＱスイツチ（２）をオフに
してレーザ発振を止めた状態でフラツシユランプ
（４），（５）を発光させて自然放出光を測定する。熱
レンズ効果によつて自然放出光の空間的な発光分布が変
わるので、２つの光検出器（18），（19）に到達する光
量の絶対値や比が変わる。この２つ検出器（18），（1
9）の出力から熱レンズ効果評価部（20）で焦点距離を
算定して、その結果によつてレンズ制御系（10）でレン
ズの選択およびレーザ光軸（８）内への出し入れを決定
し、レンズ駆動機構（11）によりレンズが設定された
後、Ｑスイツチ（２）をオン状態にしてレーザ発振を行
う。このように光検出器（18），（19）によつて自然放
出光を検出して熱レンズ効果の焦点距離を測定すれば、
高精度で応答性良く調整できる。
の設定値によつてレンズの出し入れあるいはレンズ位置
の設定を行なつたが、レーザ光軸（８）外に洩れ出る自
然放出光をもとに熱レンズ効果の焦点距離を測定して、
その結果によつてレンズ位置の設定を行なつてもよい。
第３図は２つの光検出器（18），（19）を用いる例で、
まずレーザ発振条件を設定しＱスイツチ（２）をオフに
してレーザ発振を止めた状態でフラツシユランプ
（４），（５）を発光させて自然放出光を測定する。熱
レンズ効果によつて自然放出光の空間的な発光分布が変
わるので、２つの光検出器（18），（19）に到達する光
量の絶対値や比が変わる。この２つ検出器（18），（1
9）の出力から熱レンズ効果評価部（20）で焦点距離を
算定して、その結果によつてレンズ制御系（10）でレン
ズの選択およびレーザ光軸（８）内への出し入れを決定
し、レンズ駆動機構（11）によりレンズが設定された
後、Ｑスイツチ（２）をオン状態にしてレーザ発振を行
う。このように光検出器（18），（19）によつて自然放
出光を検出して熱レンズ効果の焦点距離を測定すれば、
高精度で応答性良く調整できる。
また、さらに他の実施例による固体レーザ装置を第４
図に示す。第４図において、（21）は照準光用の例えば
可視光を発振するレーザ発振器、（22）はコリメータ、
（23）は照準用のレーザビーム、（24）は照準光の一部
を反射し、固体レーザのレーザビームを透過するビーム
スプリツタである。この実施例は、レーザ発振器（21）
で照準用のレーザビーム（23）を発振して共振器に導入
すると、照準光が熱レンズ効果により集光されることを
利用している。即ちビームスプリツタ（24）で照準光の
一部を反射して光検出器（18），（19）で検出し、この
照準光によつて熱レンズ効果による焦点距離を測定する
ようにしている。
図に示す。第４図において、（21）は照準光用の例えば
可視光を発振するレーザ発振器、（22）はコリメータ、
（23）は照準用のレーザビーム、（24）は照準光の一部
を反射し、固体レーザのレーザビームを透過するビーム
スプリツタである。この実施例は、レーザ発振器（21）
で照準用のレーザビーム（23）を発振して共振器に導入
すると、照準光が熱レンズ効果により集光されることを
利用している。即ちビームスプリツタ（24）で照準光の
一部を反射して光検出器（18），（19）で検出し、この
照準光によつて熱レンズ効果による焦点距離を測定する
ようにしている。
なお、可動レンズの枚数や、光検出器の種類は上記実
施例に限るものではない。以上非安定型Ｑスイツチレー
ザについて述べたが、安定型の共振器や連続発振のレー
ザでもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。
施例に限るものではない。以上非安定型Ｑスイツチレー
ザについて述べたが、安定型の共振器や連続発振のレー
ザでもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。
以上のように、この発明によれば、Ｑスイツチ、レー
ザロツド、このレーザロツドを励起するフラツシユラン
プ、共振器を構成するミラー、共振器内のレーザロツド
の出力光側の光軸上に配置し得る可動レンズ、及びこの
可動レンズを光軸外から光軸上に挿入し、または引出す
レンズ駆動機構を備えることにより、種々のレーザ発振
条件に対して、平行度や集光性の良いレーザビームを出
力できる固体レーザ装置が時られる効果がある。
ザロツド、このレーザロツドを励起するフラツシユラン
プ、共振器を構成するミラー、共振器内のレーザロツド
の出力光側の光軸上に配置し得る可動レンズ、及びこの
可動レンズを光軸外から光軸上に挿入し、または引出す
レンズ駆動機構を備えることにより、種々のレーザ発振
条件に対して、平行度や集光性の良いレーザビームを出
力できる固体レーザ装置が時られる効果がある。
また、上記発明に結合して、熱レンズ効果によつて生
ずるレーザロツドの焦点距離を検出する検出器、この検
出器からの出力に応じて可動レンズの移動清報を決定
し、レンズ駆動機構に出力する制御機構を備えることに
より、種々のレーザ発振条件に対して、平行度や集光性
の良いレーザビームを高精度で応答性よく出力できる固
体レーザ装置得られる効果がある。
ずるレーザロツドの焦点距離を検出する検出器、この検
出器からの出力に応じて可動レンズの移動清報を決定
し、レンズ駆動機構に出力する制御機構を備えることに
より、種々のレーザ発振条件に対して、平行度や集光性
の良いレーザビームを高精度で応答性よく出力できる固
体レーザ装置得られる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による固体レーザ装置を示
す構成図、第２図〜第４図はそれぞれこの発明の他の実
施例による固体レーザ装置を示す構成図、第５図（ａ）
は従来の固体レーザ装置を示す構成図、第５図（ｂ）は
第５図（ａ）に示す装置で得られるレーザビームを示す
パターン図である。 （１）は全反射凹面鏡、（２）はＱスイツチ、（３）は
レーザロツド、（４），（５）はフラツシユランプ、
（６）はレーザ電源、（７）は出力鏡、（８）は固体レ
ーザのレーザビーム、（９）は固体レーザの出力ビーム
パターン、（10）はレンズ制御系、（11）はレンズ駆動
機構、（12）は可動レンズ、（13）はレンズをレーザ光
軸上に入れたときの位置、（14），（15）は可動レン
ズ、（18），（19）は光検出器、（20）は熱レンズ効果
評価部である。 なお、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
す構成図、第２図〜第４図はそれぞれこの発明の他の実
施例による固体レーザ装置を示す構成図、第５図（ａ）
は従来の固体レーザ装置を示す構成図、第５図（ｂ）は
第５図（ａ）に示す装置で得られるレーザビームを示す
パターン図である。 （１）は全反射凹面鏡、（２）はＱスイツチ、（３）は
レーザロツド、（４），（５）はフラツシユランプ、
（６）はレーザ電源、（７）は出力鏡、（８）は固体レ
ーザのレーザビーム、（９）は固体レーザの出力ビーム
パターン、（10）はレンズ制御系、（11）はレンズ駆動
機構、（12）は可動レンズ、（13）はレンズをレーザ光
軸上に入れたときの位置、（14），（15）は可動レン
ズ、（18），（19）は光検出器、（20）は熱レンズ効果
評価部である。 なお、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】レーザ光を発振するレーザ発振器、レーザ
ロッド、このレーザロッドを励起するフラッシュラン
プ、共振器を構成するミラー、上記共振器内の上記レー
ザロッドの出力光側の光軸上に配置し得る可動レンズ、
及びこの可動レンズを光軸外から光軸上に挿入し、また
は引出すレンズ駆動機構を備えた固体レーザ装置。 - 【請求項２】レーザ光を発振するレーザ発振器、レーザ
ロッド、このレーザロッドを励起するフラッシュラン
プ、共振器を構成するミラー、上記共振器内の上記レー
ザロッドの出力光側の光軸上に配置し得る可動レンズ、
この可動レンズを光軸外から光軸上に挿入し、または引
出すレンズ駆動機構、熱レンズ効果によって生ずる上記
レーザロッドの焦点距離を検出する検出器、この検出器
からの出力に応じて上記可動レンズの移動情報を決定
し、上記レンズ駆動機構に出力する制御機構を備えた固
体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63312671A JP2666441B2 (ja) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | 固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63312671A JP2666441B2 (ja) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | 固体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02158182A JPH02158182A (ja) | 1990-06-18 |
| JP2666441B2 true JP2666441B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=18032026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63312671A Expired - Fee Related JP2666441B2 (ja) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | 固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2666441B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8912765D0 (en) * | 1989-06-02 | 1989-07-19 | Lumonics Ltd | A laser |
| JP4613272B2 (ja) * | 2000-05-10 | 2011-01-12 | 独立行政法人理化学研究所 | レーザー共振器およびその調整方法 |
| JP3859455B2 (ja) | 2001-03-07 | 2006-12-20 | レーザーフロントテクノロジーズ株式会社 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置及び該装置の状態診断方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0246787A (ja) * | 1988-08-09 | 1990-02-16 | Nec Corp | パルス発振固体レーザ装置 |
-
1988
- 1988-12-09 JP JP63312671A patent/JP2666441B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02158182A (ja) | 1990-06-18 |
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