JP4114520B2 - 固体レーザ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体レーザ装置に関し、さらに詳しくは、低周波ノイズも高周波ノイズも抑制できる固体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、レーザ光を発生する半導体レーザと、半導体レーザからのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子と、非線形光学素子から出射される光の強度を検出するモニタ用光検出手段と、光の強度が所定値になるように半導体レーザを駆動する出力制御回路とを備えた固体レーザ装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
また、半導体レーザからのレーザ光によって励起される結晶であって結晶端面に施されたコーティングにより光共振器を構成するマイクロチップレーザ結晶を、非線形光学素子の前段に設けた固体レーザ装置が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−106682号公報
【特許文献2】
特表平4−503429号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図6に、従来の固体レーザ装置の一例における非線形光学素子及びマイクロチップレーザ結晶のゲイン伝達特性を示す。
図6の例では、約12MHzにゲインのピークが出ている。このピークの周波数を固体レーザ装置の緩和発振周波数fkと呼ぶ。
【0005】
また、図7に、従来の固体レーザ装置の一例における非線形光学素子及びマイクロチップレーザ結晶の位相伝達特性を示す。
図7に示されているように、固体レーザ装置の緩和発振周波数fkで位相が反転している。
【0006】
さて、図7の位相伝達特性を持つ固体レーザ装置では、出力制御回路による負帰還制御で緩和発振周波数fkより低い周波数の出力変動(低周波ノイズ)を抑制している。これは、固体レーザ装置の通常の使用周波数が、緩和発振周波数fkより十分低いためである。
ところが、図7に示すように緩和発振周波数fkで位相伝達特性が反転するため、負帰還が正帰還になってしまい、緩和発振周波数fkより高い周波数の出力変動(高周波ノイズ)を抑制できない問題点がある。
そこで、本発明の目的は、低周波ノイズも高周波ノイズも抑制できる固体レーザ装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
第1の観点では、本発明は、レーザ光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザからのレーザ光によって励起される結晶であって結晶端面に施されたコーティングにより光共振器を構成するマイクロチップレーザ結晶と、前記マイクロチップレーザ結晶からのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子と、前記非線形光学素子から出射される光の強度を検出するモニタ用光検出手段と、前記光の強度が所定値になるように前記半導体レーザを駆動する出力制御回路とを備えた固体レーザ装置において、固体レーザ装置の緩和発振周波数にゲインの極小値を持ちさらにノッチ周波数でゲインが0にならない疑似ノッチフィルタを前記出力制御回路に設けたことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
上記構成において、疑似ノッチフィルタとしたのは、固体レーザ装置の緩和発振周波数のみでゲインが0になる理想的なノッチフィルタではなく、固体レーザ装置の緩和発振周波数の近傍でゲインが徐々に小さくなり、緩和発振周波数でゲインが0でない極小値になるようなゲイン特性のフィルタを想定したためである。
上記第1の観点による固体レーザ装置では、固体レーザ装置の緩和発振周波数にゲインの極小値を持つ疑似ノッチフィルタを設けているが、このような疑似ノッチフィルタのゲイン伝達特性は、非線形光学素子及びマイクロチップレーザ結晶のゲイン伝達特性のピークを打ち消す効果を持つから、緩和発振周波数の近傍の光ノイズの抑制に関して好適となる。さらに、このような疑似ノッチフィルタの位相伝達特性は緩和発振周波数の前後で反転するから、非線形光学素子及びマイクロチップレーザ結晶の位相伝達特性と合わせれば、緩和発振周波数の前後で位相が反転しないこととなり、低周波ノイズも高周波ノイズも出力制御回路による帰還制御で抑制することが出来る。
【0008】
第2の観点では、本発明は、レーザ光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザからのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子と、前記非線形光学素子から出射される光の強度を検出するモニタ用光検出手段と、前記光の強度が所定値になるように前記半導体レーザを駆動する出力制御回路とを備えた固体レーザ装置において、固体レーザ装置の緩和発振周波数にゲインの極小値を持ちさらにノッチ周波数でゲインが0にならない疑似ノッチフィルタを前記出力制御回路に設けたことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
上記構成において、疑似ノッチフィルタとしたのは、固体レーザ装置の緩和発振周波数のみでゲインが0になる理想的なノッチフィルタではなく、固体レーザ装置の緩和発振周波数の近傍でゲインが徐々に小さくなり、緩和発振周波数でゲインが0でない極小値になるようなゲイン特性のフィルタを想定したためである。
上記第2の観点による固体レーザ装置では、固体レーザ装置の緩和発振周波数にゲインの極小値を持つ疑似ノッチフィルタを設けているが、このような疑似ノッチフィルタのゲイン伝達特性は、非線形光学素子のゲイン伝達特性のピークを打ち消す効果を持つから、緩和発振周波数の近傍の光ノイズの抑制に関して好適となる。さらに、このような疑似ノッチフィルタの位相伝達特性は緩和発振周波数の前後で反転するから、非線形光学素子の位相伝達特性と合わせれば、緩和発振周波数の前後で位相が反転しないこととなり、低周波ノイズも高周波ノイズも出力制御回路による帰還制御で抑制することが出来る。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す本発明の実施の形態を説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【0010】
−第1の実施形態−
図1は、第1の実施形態にかかる固体レーザ装置100を示す構成図である。この固体レーザ装置100は、レーザ光を発生する半導体レーザ1と、レーザ光を集光する集光レンズ系2と、集光されたレーザ光によって励起される結晶であって結晶端面に施されたコーティングにより光共振器を構成するマイクロチップレーザ結晶3と、マイクロチップレーザ結晶3からのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子4と、非線形光学素子4から出射される光の強度を検出するためのスプリッタ5,光学フィルタ6及びフォトダイオード7と、フォトダイオード7で検出した光の強度が所定値になるように制御信号Lを出力する低速APC(Auto Power Control)回路8と、フォトダイオード7で検出した光のノイズ成分が0になるように制御信号Hを出力する高速APC回路9と、制御信号L及び制御信号Hに基づく駆動電流を半導体レーザ1に供給するLD駆動回路10とを具備している。
【0011】
低速APC回路8は、信号増幅回路8bと、信号反転増幅回路8dとを含んでいる。この回路は、光出力のDCレベルのふらつきを抑えるものである。
高速APC回路9は、結合コンデンサ9aと、信号増幅回路9bと、疑似ノッチフィルタ9cと、信号反転増幅回路9dとを含んでいる。
【0012】
図2に、疑似ノッチフィルタ9cの回路例を示す。
【0013】
図3に、疑似ノッチフィルタ9cのゲイン伝達特性を示す。
疑似ノッチフィルタ9cは、非線形光学素子4及びマイクロチップレーザ結晶3の緩和発振周波数fkの近傍で徐々にゲインが小さくなり、緩和発振周波数fkでゲインが極小値となるゲイン特性を有している。この結果、非線形光学素子4及びマイクロチップレーザ結晶3のゲイン伝達特性のピークを打ち消す効果を持つから、緩和発振周波数fkの近傍の光ノイズの抑制に関して好適となる。
【0014】
図4に、疑似ノッチフィルタ9cの位相伝達特性を示す。
疑似ノッチフィルタ9cは、緩和発振周波数fkすなわちノッチ周波数の前後で位相が反転している。すなわち、緩和発振周波数fkより低い周波数で位相が−180゜、緩和発振周波数fkより高い周波数で位相が0゜になっている。
一方、図7に示すように、非線形光学素子4及びマイクロチップレーザ結晶3の位相伝達関数では、緩和発振周波数fkより低い周波数で位相が0゜、緩和発振周波数fkより高い周波数で位相が−180゜になっている。
そうすると、非線形光学素子4及びマイクロチップレーザ結晶3と疑似ノッチフィルタ9cとを合成した位相伝達関数では、緩和発振周波数fkより低い周波数でも、緩和発振周波数fkより高い周波数でも位相が−180゜になる。つまり、緩和発振周波数fkの前後での位相の反転がなくなる。
この結果、低周波ノイズも、高周波ノイズも、高速APC回路9による帰還制御で抑制できることとなる。
【0015】
−第2の実施形態−
図5は、第2の実施形態にかかる固体レーザ装置200を示す構成図である。この固体レーザ装置200は、第1の実施形態にかかる固体レーザ装置100からマイクロチップレーザ結晶3を省いた以外は、同じ構成である。
【0016】
この固体レーザ装置200でも、第1の実施形態にかかる固体レーザ装置100と同じ効果が得られる。すなわち、低周波ノイズも、高周波ノイズも、高速APC回路9による帰還制御で抑制できる。
【0017】
【発明の効果】
本発明の固体レーザ装置によれば、固体レーザ装置の緩和発振周波数にゲインの極小値を持つ疑似ノッチフィルタを出力制御回路に設けたため、非線形光学素子のゲイン伝達特性または非線形光学素子及びマイクロチップレーザ結晶のゲイン伝達特性のピークを打ち消す効果を持つから、緩和発振周波数の近傍の光ノイズの抑制に関して好適となる。そして、このような疑似ノッチフィルタの位相伝達特性は緩和発振周波数の前後で反転するから、やはり緩和発振周波数の前後で位相が反転する非線形光学素子の位相伝達特性または非線形光学素子及びマイクロチップレーザ結晶の位相伝達特性と合わせれば、緩和発振周波数の前後で位相が反転しないこととなり、低周波ノイズも高周波ノイズも出力制御回路による帰還制御で抑制できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係る固体レーザ装置を示す構成図である。
【図2】疑似ノッチフィルタの回路例を示す回路図である。
【図3】疑似ノッチフィルタのゲイン伝達関数を示す特性図である。
【図4】疑似ノッチフィルタの位相伝達関数を示す特性図である。
【図5】第2の実施形態に係る固体レーザ装置を示す構成図である。
【図6】従来の固体レーザ装置の一例における非線形光学素子のゲイン伝達関数または非線形光学素子及びマイクロチップレーザ結晶のゲイン伝達特性を示す特性図である。
【図7】従来の固体レーザ装置の一例における非線形光学素子の位相伝達関数または非線形光学素子及びマイクロチップレーザ結晶の位相伝達特性を示す特性図である。
【符号の説明】
1 半導体レーザ
3 マイクロチップレーザ結晶
4 非線形光学素子
8 低速APC回路
9c 疑似ノッチフィルタ
9 高速APC回路
100,200 固体レーザ装置
Claims (2)
- レーザ光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザからのレーザ光によって励起される結晶であって結晶端面に施されたコーティングにより光共振器を構成するマイクロチップレーザ結晶と、前記マイクロチップレーザ結晶からのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子と、前記非線形光学素子から出射される光の強度を検出するモニタ用光検出手段と、前記光の強度が所定値になるように前記半導体レーザを駆動する出力制御回路とを備えた固体レーザ装置において、
前記出力制御回路が、前記モニタ用光検出手段の出力を帰還する第1帰還回路、および、結合コンデンサと固体レーザ装置の緩和発振周波数にゲインの極小値を持ちさらにノッチ周波数でゲインが0にならない疑似ノッチフィルタを通して前記モニタ用光検出手段の出力を帰還する第2帰還回路の2つの帰還回路を並列に有することを特徴とする固体レーザ装置。 - レーザ光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザからのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子と、前記非線形光学素子から出射される光の強度を検出するモニタ用光検出手段と、前記光の強度が所定値になるように前記半導体レーザを駆動する出力制御回路とを備えた固体レーザ装置において、
前記出力制御回路が、前記モニタ用光検出手段の出力を帰還する第1帰還回路、および、結合コンデンサと固体レーザ装置の緩和発振周波数にゲインの極小値を持ちさらにノッチ周波数でゲインが0にならない疑似ノッチフィルタを通して前記モニタ用光検出手段の出力を帰還する第2帰還回路の2つの帰還回路を並列に有することを特徴とする固体レーザ装置。
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