JP4155041B2

JP4155041B2 - レーザ装置

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Publication number: JP4155041B2
Application number: JP2003024313A
Authority: JP
Inventors: 正博井原; 一郎福士; 一馬渡辺; 恭史藤田; 勝彦徳田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP2004235551A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ装置に関し、さらに詳しくは、一定の光出力を維持した上で効率を最も高くすることが出来るレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体レーザを載置したベースに付設した温調手段により半導体レーザを温度掃引すると共にレーザ光学系を載置したベースに付設した温調手段によりレーザ光学系を温度掃引しながら光出力を解析し、ノイズおよびキンクが最低値となる温度を求めて、その温度を温調手段の目標温度に設定した上でレーザ装置を動作させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、非線形光学素子に付設した温調手段により定期的に非線形光学素子を温度掃引しながら光出力を解析し、パワーが極値になる温度を求めて、その温度を非線形光学素子の温調手段の目標温度に設定する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
さらに、レーザ光源の通電開始時、ＣＰＵのリセット時、レーザ光源の交換時あるいはユーザの要求時に、レーザ光源に付設した温調手段によりレーザ光源を温度掃引しながら光出力を解析し、高パワー・低ノイズの温度領域を求めて、その温度領域の中心温度をレーザ光源の温調手段の目標温度に設定する技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２６１０７３号公報（［００３２］）
【特許文献２】
特開平８−１７１１０６号公報（［００２９］〜［００３８］）
【特許文献３】
特開２００１−１２７３６７号公報（［００４２］〜［００４７］）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ装置では、オートパワーコントロール（ＡＰＣ）により、光出力が一定になるように半導体レーザの駆動電流を制御している。このオートパワーコントロールを働かせている状態で、半導体レーザや光学素子の温度を変化させると、光出力は一定に維持されるが、半導体レーザの駆動電流は変化する。
換言すれば、オートパワーコントロールを働かせている状態で、半導体レーザの駆動電流が最も小さくなるように半導体レーザや光学素子の温度を調整すれば、光出力を一定に維持した上で、効率を最も高くすることが出来る。
しかし、上記従来技術は、このような観点で温度掃引を行うものではなく、光出力を変化させるものであるため、一定の光出力を維持した上で効率を最も高くすることは出来なかった。
そこで、本発明の目的は、一定の光出力を維持した上で効率を最も高くすることが出来るレーザ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、励起光を出射する半導体レーザと、前記励起光が入射するとレーザ発振を行いレーザ光を出射するレーザ光学系と、前記レーザ光の強度が一定になるように前記半導体レーザを制御するオートパワーコントロール手段と、前記半導体レーザおよび前記レーザ光学系に含まれる少なくとも１つの光学素子の両方または一方を所定の温度範囲で温度掃引する温度掃引手段と、前記温度掃引手段による温度掃引を繰り返しながら前記半導体レーザの駆動電流を検出し前記温度範囲の中心温度での前記半導体レーザの駆動電流が前記温度範囲の下端温度での前記半導体レーザの駆動電流および前記温度範囲の上端温度での前記半導体レーザの駆動電流より大きくならないように前記温度範囲をシフトする制御手段とを具備したことを特徴とするレーザ装置を提供する。
上記第１の観点によるレーザ装置では、半導体レーザや光学素子を温度掃引するが、オートパワーコントロールを働かせているため、光出力は一定に維持される。そして、半導体レーザおよびレーザ光学系に含まれる少なくとも１つの光学素子の両方または一方は、平均的に掃引温度範囲の中心温度で動作することになるが、掃引温度範囲の中心温度での半導体レーザの駆動電流は、掃引温度範囲の下端温度での半導体レーザの駆動電流および掃引温度範囲の上端温度での半導体レーザの駆動電流より大きくならないように掃引温度範囲をシフトするため、半導体レーザの駆動電流を常に最小にでき、効率を最も高くすることが出来る。
なお、本発明のレーザ装置は、一定の光出力を維持するため、一定の光出力でのレーザ装置の使用を中断する必要がない。これに対して、前記従来技術は、光出力を変化させてしまうため、一定の光出力でのレーザ装置の使用を中断する必要があった。
【０００６】
第２の観点では、本発明は、上記構成のレーザ装置において、前記制御手段は、前記温度範囲の中心温度での前記半導体レーザの駆動電流をＩＣとし、前記温度範囲の下端温度での前記半導体レーザの駆動電流をＩＬとし、前記温度範囲の上端温度での前記半導体レーザの駆動電流をＩＨとするとき、ＩＬ＞ＩＣかつＩＣ≧ＩＨであるときは温度範囲を高温側へシフトし、ＩＬ≦ＩＣかつＩＣ＜ＩＨであるときは温度範囲を低温側へシフトし、それら以外のときは温度範囲をシフトしないことを特徴とするレーザ装置を提供する。
上記第２の観点によるレーザ装置では、掃引温度範囲の中心温度での半導体レーザの駆動電流ＩＣと、下端温度での半導体レーザの駆動電流ＩＬと、上端温度での半導体レーザの駆動電流ＩＨとを比較することにより、掃引温度範囲をシフトするため、半導体レーザの駆動電流を常に最小にでき、効率を最も高くすることが出来る。
【０００７】
第３の観点では、本発明は、上記構成のレーザ装置において、前記温度掃引手段は、前記レーザ光学系を載置したベースに付設した温調手段により前記光学素子を温度掃引することを特徴とするレーザ装置を提供する。
上記第３の観点によるレーザ装置では、レーザ光学系の温度を制御することにより、半導体レーザの駆動電流を最小にでき、効率を最も高くすることが出来る。
【０００８】
第４の観点では、本発明は、上記構成のレーザ装置において、前記温度掃引手段は、前記半導体レーザを載置したベースに付設した温調手段により前記半導体レーザを温度掃引することを特徴とするレーザ装置を提供する。
上記第４の観点によるレーザ装置では、半導体レーザの温度を制御することにより、半導体レーザの駆動電流を最小にでき、効率を最も高くすることが出来る。
【０００９】
第５の観点では、本発明は、上記構成のレーザ装置において、前記レーザ光学系はレーザ光の波長を変換する非線形光学素子を含み、前記温度掃引手段は前記非線形光学素子に付設した温調手段により前記非線形光学素子を温度掃引することを特徴とするレーザ装置を提供する。
上記第５の観点によるレーザ装置では、非線形光学素子の温度を制御することにより、半導体レーザの駆動電流を最小にでき、効率を最も高くすることが出来る。
【００１０】
第６の観点では、本発明は、上記構成のレーザ装置において、前記レーザ光学系はレーザ光を縦シングルモードにする波長選択素子を含み、前記温度掃引手段は前記波長選択素子に付設した温調手段により前記波長選択素子を温度掃引することを特徴とするレーザ装置を提供する。
上記第６の観点によるレーザ装置では、波長選択素子の温度を制御することにより、半導体レーザの駆動電流を最小にでき、効率を最も高くすることが出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１２】
−第１の実施形態−
図１は、第１の実施形態に係るレーザ装置１０を示す構成図である。
このレーザ装置１０は、後述するレーザ光学系と、レーザ光学系を載置したベース３２と、ベース３２の下面に当接したペルチェ素子３１と、ペルチェ素子３１の下面に当接した放熱フィン３５と、制御部２１とを具備している。
【００１３】
レーザ光学系は、フォーカシングレンズ１１と、レーザ媒質１２と、レーザミラー１３と、光検出器１４と、レンズ１５とを、その光軸Ａｘを一致させ、ホルダにそれぞれ保持してベース３２上に載置されている。
【００１４】
ペルチェ素子３１は、ベース３２側から吸熱し、放熱フィン３５側へ放熱することにより、ベース３２を介して光学素子の温度調節を行う。
【００１５】
図示せぬ半導体レーザから出射されたレーザ光は、図示せぬコリメーティングレンズで平行な励起光Ｌ４１に整形され、フォーカシングレンズ１１へ入射する。
フォーカシングレンズ１１は、入射した励起光Ｌ４１を、レーザ媒質１２へ集光する。
レーザ媒質１２の励起光Ｌ４１側の端面１２Ｒと、レーザミラー１３のレーザ媒質側の端面１３Ｒとの間で、レーザ共振器が構成されている。このレーザ共振器で共振したレーザ光は、レーザミラー１３を透過し、光検出器１４へ入射する。
【００１６】
光検出器１４は、図示せぬフォトダイオードとビームスプリッタからなる。ビームスプリッタは、光軸Ａｘ中に挿入され、入射したレーザ光の大部分をそのまま透過し、その一部をフォトダイオードへ入射する。フォトダイオードは、入射したレーザ光の強度に対応した光検出信号Ｗ１４を送出する。
光検出器１４を透過したレーザ光は、レンズ１５で、平行光Ｌ１５に整形され、出力される。
【００１７】
制御部２１は、光検出器１４からの光検出信号Ｗ１４に基づいて光検出信号Ｗ１４の値が所定の値になるように半導体レーザ駆動電流Ｗ４１を制御し平行光Ｌ１５の強度を一定に維持するＡＰＣ回路５１と、後述する温度制御を行う温度制御回路５２Ａと、ペルチェ素子３１を駆動するペルチェ素子駆動回路５３Ａとを含んでいる。
【００１８】
図２は、第１の実施形態に係る温度制御処理を示すフローチャートである。
ステップＳ１では、温度制御回路５２Ａは、中心温度ＴＣを初期値Ｔｏに初期化する。ここで、初期値Ｔｏは、半導体レーザ駆動電流Ｗ４１が略最小になると予想される値である。
【００１９】
ステップＳ２では、温度制御回路５２Ａは上端温度ＴＣ＋αを目標温度としてペルチェ素子駆動回路５３Ａに与え、ペルチェ素子駆動回路５３Ａはベース３２の温度が上端温度ＴＣ＋αになるようにペルチェ素子３１を駆動し、温度制御回路５２Ａはベース３２の温度が上端温度ＴＣ＋αになった時またはベース３２の温度が上端温度ＴＣ＋αになったと推定される時間経過後の半導体レーザ駆動電流ＩＨを測定する。ここで、αは、レーザ発振に影響を与えない値とする。例えば、α＝１℃である。次に、温度制御回路５２Ａは中心温度ＴＣを目標温度としてペルチェ素子駆動回路５３Ａに与え、ペルチェ素子駆動回路５３Ａはベース３２の温度が中心温度ＴＣになるようにペルチェ素子３１を駆動し、温度制御回路５２Ａはベース３２の温度が中心温度ＴＣになった時またはベース３２の温度が中心温度ＴＣになったと推定される時間経過後の半導体レーザ駆動電流ＩＣを測定する。次に、温度制御回路５２Ａは下端温度ＴＣ−αを目標温度としてペルチェ素子駆動回路５３Ａに与え、ペルチェ素子駆動回路５３Ａはベース３２の温度が下端温度ＴＣ−αになるようにペルチェ素子３１を駆動し、温度制御回路５２Ａはベース３２の温度が下端温度ＴＣ−αになった時またはベース３２の温度が下端温度ＴＣ−αになったと推定される時間経過後の半導体レーザ駆動電流ＩＬを測定する。なお、上記温度掃引の速度は、レーザ発振に影響を与えない速度とする。そして、ステップＳ３へ進む。
【００２０】
ステップＳ３では、温度制御回路５２Ａは、図３に示すように、ＩＬ＞ＩＣかつＩＣ≧ＩＨであるときはステップＳ４へ進み、そうでないときはステップＳ５へ進む。
ステップＳ４では、温度制御回路５２Ａは、図４に示すように、中心温度ＴＣを高温側へβだけシフトする。ここで、例えば、β＝α／２である。そして、ステップＳ２に戻る。
【００２１】
ステップＳ５では、温度制御回路５２Ａは、図５に示すように、ＩＬ≦ＩＣかつＩＣ＜ＩＨであるときはステップＳ６へ進み、そうでないときはステップＳ２に戻る。
ステップＳ６では、温度制御回路５２Ａは、図６に示すように、中心温度ＴＣを低温側へβだけシフトする。そして、ステップＳ２に戻る。
【００２２】
上記第１の実施形態に係るレーザ装置１０では、ベース３２を介して光学素子を温度掃引するが、ＡＰＣ回路５１を働かせているため、平行光Ｌ１５のパワーは一定に維持される。従って、一定の光出力でレーザ装置１０を使用中に実施可能であり、使用を中断する必要がない。そして、ベース３２上の光学素子は平均的に中心温度ＴＣで動作することになるが、図４および図６から判るように、中心温度ＴＣでの半導体レーザの駆動電流ＩＣを最小にするように温度範囲を常にシフトするため、効率を最も高くすることが出来る。
【００２３】
なお、光学素子に個々に温調素子を付設して、直接的に光学素子を温度掃引し、半導体レーザの駆動電流を最小にするように掃引温度範囲を常にシフトするようにしてもよい。
【００２４】
−第２の実施形態−
図７は、第２の実施形態に係るレーザ装置２０を示す構成図である。
このレーザ装置２０は、半導体レーザ４１と、コリメーティングレンズ４２と、半導体レーザ４１およびコリメーティングレンズ４２をホルダにそれぞれ保持して載置したベース３４と、ベース３４の下面に当接したペルチェ素子３３と、第１の実施形態に係るレーザ装置１０と同じレーザ光学系と、レーザ光学系を載置したベース３２と、ベース３２の下面に当接したペルチェ素子３１と、ペルチェ素子３１，３３の下面に当接した放熱フィン３５と、制御部２２とを具備している。
【００２５】
ペルチェ素子３３は、ベース３４側から吸熱し、放熱フィン３５側へ放熱することにより、ベース３４を介して半導体レーザ４１およびコリメーティングレンズ４２の温度調節を行う。
【００２６】
半導体レーザ４１から出射されたレーザ光は、コリメーティングレンズ４２で平行な励起光Ｌ４１に整形され、フォーカシングレンズ１１へ入射する。
フォーカシングレンズ１１以下の光学系の動作は、第１の実施形態と同様である。
【００２７】
制御部２２は、光検出器１４からの光検出信号Ｗ１４に基づいて光検出信号Ｗ１４の値が所定の値になるように半導体レーザ駆動電流Ｗ４１を制御し平行光Ｌ１５の強度を一定に維持するＡＰＣ回路５１と、後述する温度制御回路５２Ｂと、ペルチェ素子３１を駆動するペルチェ素子駆動回路５３Ａと、ペルチェ素子駆動電流Ｗ３３でペルチェ素子３３を駆動するペルチェ素子駆動回路５３Ｂとを含んでいる。
【００２８】
温度制御回路５２Ｂは、第１の実施形態と同様にペルチェ素子駆動回路５３Ａを駆動してベース３２の温度掃引を行い、掃引温度範囲の中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするようにペルチェ素子駆動回路５３Ａによるベース３２の掃引温度範囲を常にシフトする。また、それと並行あるいは連続して、第１の実施形態と同様にペルチェ素子駆動回路５３Ｂを駆動してベース３４の温度掃引を行い、掃引温度範囲の中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするようにペルチェ素子駆動回路５３Ｂによるベース３４の掃引温度範囲を常にシフトする。
【００２９】
上記第２の実施形態に係るレーザ装置２０では、ベース３２を介して光学素子を温度掃引すると共にベース３４を介して半導体レーザ４１およびコリメーティングレンズ４２を温度掃引するが、ＡＰＣ回路５１を働かせているため、平行光Ｌ１５のパワーは一定に維持される。従って、一定の光出力でレーザ装置２０を使用中に実施可能であり、使用を中断する必要がない。そして、ベース３２上の光学素子は平均的にベース３２の掃引温度範囲の中心温度で動作することになるが、その中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするようにベース３２の掃引温度範囲を常にシフトするため、効率を最も高くすることが出来る。さらに、ベース３４上の半導体レーザ４１およびコリメーティングレンズ４２は平均的にベース３４の掃引温度範囲の中心温度で動作することになるが、その中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするようにベース３４の掃引温度範囲を常にシフトするため、効率をさらに向上することが出来る。
【００３０】
なお、半導体レーザ４１や光学素子に個々に温調素子を付設して、直接的に半導体レーザ４１や光学素子を温度掃引し、半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするように掃引温度範囲を常にシフトするようにしてもよい。
【００３１】
−第３の実施形態−
図８は、第３の実施形態に係るレーザ装置３０を示す構成図である。
このレーザ装置３０は、半導体レーザ４１と、コリメーティングレンズ４２と、半導体レーザ４１およびコリメーティングレンズ４２をホルダにそれぞれ保持して載置したベース３４と、ベース３４の下面に当接したペルチェ素子３３と、後述するレーザ光学系と、レーザ光学系を載置したベース３２と、ベース３２の下面に当接したペルチェ素子３１と、ペルチェ素子３１，３３の下面に当接した放熱フィン３５と、レーザ光学系に含まれる非線形光学素子４３に付設したペルチェ素子４３ａと、制御部２３とを具備している。
【００３２】
レーザ光学系は、フォーカシングレンズ１１と、レーザ媒質１２と、非線形光学素子４３と、レーザミラー１３と、光検出器１４と、レンズ１５とを、その光軸Ａｘを一致させ、ホルダにそれぞれ保持してベース３２上に載置されている。
【００３３】
ペルチェ素子３１は、ベース３２側から吸熱し、放熱フィン３５側へ放熱することにより、ベース３２を介して光学素子の温度調節を行う。
ペルチェ素子３３は、ベース３４側から吸熱し、放熱フィン３５側へ放熱することにより、ベース３４を介して半導体レーザ４１およびコリメーティングレンズ４２の温度調節を行う。
ペルチェ素子４３ａは、非線形光学素子４３の温度調節を行う。
【００３４】
半導体レーザ４１から出射されたレーザ光は、コリメーティングレンズ４２で平行な励起光Ｌ４１に整形され、フォーカシングレンズ１１へ入射する。
フォーカシングレンズ１１は、入射した励起光Ｌ４１を、レーザ媒質１２へ集光する。
レーザ媒質１２の励起光Ｌ４１側の端面１２Ｒと、レーザミラー１３のレーザ媒質側の端面１３Ｒとの間で、レーザ共振器が構成されている。レーザ共振器で共振し、非線形光学素子４３で第２高調波に変換された光は、レーザミラー１３を透過し、光検出器１４へ入射する。
【００３５】
光検出器１４は、図示せぬフォトダイオードとビームスプリッタからなる。ビームスプリッタは、光軸Ａｘ中に挿入され、入射したレーザ光の大部分をそのまま透過し、その一部をフォトダイオードへ入射する。フォトダイオードは、入射したレーザ光の強度に対応した光検出信号Ｗ１４を送出する。
光検出器１４を透過したレーザ光は、レンズ１５で、平行光Ｌ１５に整形され、出力される。
【００３６】
制御部２３は、光検出器１４からの光検出信号Ｗ１４に基づいて光検出信号Ｗ１４の値が所定の値になるように半導体レーザ駆動電流Ｗ４１を制御し平行光Ｌ１５の強度を一定に維持するＡＰＣ回路５１と、後述する温度制御回路５２Ｃと、ペルチェ素子３１を駆動するペルチェ素子駆動回路５３Ａと、ペルチェ素子駆動電流Ｗ３３でペルチェ素子３３を駆動するペルチェ素子駆動回路５３Ｂと、ペルチェ素子駆動電流Ｗ４３でペルチェ素子４３ａを駆動するペルチェ素子駆動回路５３Ｃとを含んでいる。
【００３７】
温度制御回路５２Ｃは、第１の実施形態と同様にペルチェ素子駆動回路５３Ａを駆動してベース３２の温度掃引を行い、掃引温度範囲の中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするようにペルチェ素子駆動回路５３Ａによるベース３２の掃引温度範囲を常にシフトする。また、それと並行あるいは連続して、第１の実施形態と同様にペルチェ素子駆動回路５３Ｂを駆動してベース３４の温度掃引を行い、掃引温度範囲の中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするようにペルチェ素子駆動回路５３Ｂによるベース３４の掃引温度範囲を常にシフトする。さらに、それらと並行あるいは連続して、第１の実施形態と同様にペルチェ素子駆動回路５３Ｃを駆動して非線形光学素子４３の温度掃引を行い、掃引温度範囲の中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするようにペルチェ素子駆動回路５３Ｃによる非線形光学素子４３の掃引温度範囲を常にシフトする。
【００３８】
上記第３の実施形態に係るレーザ装置３０では、ベース３２を介して光学素子を温度掃引し、ベース３４を介して半導体レーザ４１およびコリメーティングレンズ４２を温度掃引し、非線形光学素子４３を直接的に温度掃引するが、ＡＰＣ回路５１を働かせているため、平行光Ｌ１５のパワーは一定に維持される。従って、一定の光出力でレーザ装置３０を使用中に実施可能であり、使用を中断する必要がない。そして、ベース３２上の光学素子は平均的にベース３２の掃引温度範囲の中心温度で動作することになるが、その中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするようにベース３２の掃引温度範囲を常にシフトするため、効率を最も高くすることが出来る。また、ベース３４上の半導体レーザ４１およびコリメーティングレンズ４２は平均的にベース３４の掃引温度範囲の中心温度で動作することになるが、その中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするようにベース３４の掃引温度範囲を常にシフトするため、効率をより向上することが出来る。さらに、非線形光学素子４３は平均的にその掃引温度範囲の中心温度で動作することになるが、その中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするように掃引温度範囲を常にシフトするため、効率をさらに向上することが出来る。
【００３９】
−第４の実施形態−
図９は、第４の実施形態に係るレーザ装置４０を示す構成図である。
このレーザ装置４０は、半導体レーザ４１と、コリメーティングレンズ４２と、半導体レーザ４１およびコリメーティングレンズ４２をホルダにそれぞれ保持して載置したベース３４と、ベース３４の下面に当接したペルチェ素子３３と、後述するレーザ光学系と、レーザ光学系を載置したベース３２と、ベース３２の下面に当接したペルチェ素子３１と、ペルチェ素子３１，３３の下面に当接した放熱フィン３５と、レーザ光学系に含まれる非線形光学素子４３に付設したペルチェ素子４３ａと、レーザ光学系に含まれる波長選択素子４４に付設したペルチェ素子４４ａと、制御部２４とを具備している。
【００４０】
レーザ光学系は、フォーカシングレンズ１１と、レーザ媒質１２と、非線形光学素子４３と、波長選択素子４４と、レーザミラー１３と、光検出器１４と、レンズ１５とを、その光軸Ａｘを一致させ、ホルダにそれぞれ保持してベース３２上に載置されている。
【００４１】
ペルチェ素子３１は、ベース３２側から吸熱し、放熱フィン３５側へ放熱することにより、ベース３２を介して光学素子の温度調節を行う。
ペルチェ素子３３は、ベース３４側から吸熱し、放熱フィン３５側へ放熱することにより、ベース３４を介して半導体レーザ４１およびコリメーティングレンズ４２の温度調節を行う。
ペルチェ素子４３ａは、非線形光学素子４３の温度調節を行う。
ペルチェ素子４４ａは、波長選択素子４４の温度調節を行う。
【００４２】
半導体レーザ４１から出射されたレーザ光は、コリメーティングレンズ４２で平行な励起光Ｌ４１に整形され、フォーカシングレンズ１１へ入射する。
フォーカシングレンズ１１は、入射した励起光Ｌ４１を、レーザ媒質１２へ集光する。
レーザ媒質１２の励起光Ｌ４１側の端面１２Ｒと、レーザミラー１３のレーザ媒質側の端面１３Ｒとの間で、レーザ共振器が構成されている。レーザ共振器で共振し、非線形光学素子４３で第２高調波に変換され、波長選択素子４４で単一縦モードにされた光は、レーザミラー１３を透過し、光検出器１４へ入射する。
【００４３】
光検出器１４は、図示せぬフォトダイオードとビームスプリッタからなる。ビームスプリッタは、光軸Ａｘ中に挿入され、入射したレーザ光の大部分をそのまま透過し、その一部をフォトダイオードへ入射する。フォトダイオードは、入射したレーザ光の強度に対応した光検出信号Ｗ１４を送出する。
光検出器１４を透過したレーザ光は、レンズ１５で、平行光Ｌ１５に整形され、出力される。
【００４４】
制御部２４は、光検出器１４からの光検出信号Ｗ１４に基づいて光検出信号Ｗ１４の値が所定の値になるように半導体レーザ駆動電流Ｗ４１を制御し平行光Ｌ１５の強度を一定に維持するＡＰＣ回路５１と、後述する温度制御回路５２Ｄと、ペルチェ素子３１を駆動するペルチェ素子駆動回路５３Ａと、ペルチェ素子駆動電流Ｗ３３でペルチェ素子３３を駆動するペルチェ素子駆動回路５３Ｂと、ペルチェ素子駆動電流Ｗ４３でペルチェ素子４３ａを駆動するペルチェ素子駆動回路５３Ｃと、ペルチェ素子駆動電流Ｗ４４でペルチェ素子４４ａを駆動するペルチェ素子駆動回路５３Ｄとを含んでいる。
【００４５】
温度制御回路５２Ｄは、第１の実施形態と同様にペルチェ素子駆動回路５３Ａを駆動してベース３２の温度掃引を行い、掃引温度範囲の中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするようにペルチェ素子駆動回路５３Ａによるベース３２の掃引温度範囲を常にシフトする。また、それと並行あるいは連続して、第１の実施形態と同様にペルチェ素子駆動回路５３Ｂを駆動してベース３４の温度掃引を行い、掃引温度範囲の中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするようにペルチェ素子駆動回路５３Ｂによるベース３４の掃引温度範囲を常にシフトする。また、それらと並行あるいは連続して、第１の実施形態と同様にペルチェ素子駆動回路５３Ｃを駆動して非線形光学素子４３の温度掃引を行い、掃引温度範囲の中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするようにペルチェ素子駆動回路５３Ｃによる非線形光学素子４３の掃引温度範囲を常にシフトする。さらに、それらと並行あるいは連続して、第１の実施形態と同様にペルチェ素子駆動回路５３Ｄを駆動して波長選択素子４４の温度掃引を行い、掃引温度範囲の中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするようにペルチェ素子駆動回路５３Ｄによる波長選択素子４４の掃引温度範囲を常にシフトする。
【００４６】
上記第４の実施形態に係るレーザ装置４０では、ベース３２を介して光学素子を温度掃引し、ベース３４を介して半導体レーザ４１およびコリメーティングレンズ４２を温度掃引し、非線形光学素子４３を直接的に温度掃引し、波長選択素子４４を直接的に温度掃引するが、ＡＰＣ回路５１を働かせているため、平行光Ｌ１５のパワーは一定に維持される。従って、一定の光出力でレーザ装置４０を使用中に実施可能であり、使用を中断する必要がない。そして、ベース３２上の光学素子は平均的にベース３２の掃引温度範囲の中心温度で動作することになるが、その中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするようにベース３２の掃引温度範囲を常にシフトするため、効率を最も高くすることが出来る。また、ベース３４上の半導体レーザ４１およびコリメーティングレンズ４２は平均的にベース３４の掃引温度範囲の中心温度で動作することになるが、その中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするようにベース３４の掃引温度範囲を常にシフトするため、効率をより向上することが出来る。また、非線形光学素子４３は平均的にその掃引温度範囲の中心温度で動作することになるが、その中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするように掃引温度範囲を常にシフトするため、効率をより向上することが出来る。さらに、波長選択素子４４は平均的にその掃引温度範囲の中心温度で動作することになるが、その中心温度での半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするように掃引温度範囲を常にシフトするため、効率をさらに向上することが出来る。
【００４７】
−他の実施形態−
（１）第２の実施形態〜第４の実施形態は、複数の温度制御を同時に行っているが、複数の温度制御のうちの一部を選択して、その選択した一部の温度制御だけを行ってもよい。
（２）上記説明における「半導体レーザ４１の駆動電流」を「出力光Ｌ１５のノイズ」に置換すると、「光学素子を温度掃引しながら出力光Ｌ１５のノイズを測定し、ノイズを最小にするように掃引温度範囲を常にシフトする温度制御」を行うことが出来る。この温度制御を、本発明に係る「光学素子を温度掃引しながら半導体レーザ４１の駆動電流を測定し、半導体レーザ４１の駆動電流を最小にするように掃引温度範囲を常にシフトする温度制御」と同時に、又は、選択的に行ってもよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明のレーザ装置によれば、一定の光出力を維持した上で、半導体レーザや光学素子を温度掃引し、半導体レーザの駆動電流を最小にするように掃引温度範囲を常にシフトするため、半導体レーザや光学素子の特性が環境温度変動に依存して変化したり経時変化しても、常に効率を最も高くすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るレーザ装置を示す構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る温度制御処理を示すフローチャートである。
【図３】掃引温度範囲を高温側へシフトする条件を示す説明図である。
【図４】掃引温度範囲を高温側へシフトした状態を示す説明図である。
【図５】掃引温度範囲を低温側へシフトする条件を示す説明図である。
【図６】掃引温度範囲を低温側へシフトした状態を示す説明図である。
【図７】第２の実施形態に係るレーザ装置を示す構成図である。
【図８】第３の実施形態に係るレーザ装置を示す構成図である。
【図９】第４の実施形態に係るレーザ装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０レーザ装置
１１フォーカシングレンズ
１２レーザ媒質
１３レーザミラー
１４光検出器
１５レンズ
２１，２２，２３，２４制御部
３１，３３，４３ａ，４４ａペルチェ素子
３２レーザ共振器ベース
３４半導体レーザ用ベース
３５放熱フィン
４１半導体レーザ
４２コリメーティングレンズ
４３非線形光学素子
４４波長選択素子
５１ＡＰＣ回路
５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ温度制御回路
５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄペルチェ素子駆動回路
Ｌ４１励起光
Ｌ１５平行光
Ｗ１４光検出信号
Ｗ３１，Ｗ３３，Ｗ４３，Ｗ４４ペルチェ素子駆動電流
Ｗ４１半導体レーザ駆動電流

Claims

励起光を出射する半導体レーザと、前記励起光が入射するとレーザ発振を行いレーザ光を出射するレーザ光学系と、前記レーザ光の強度が一定になるように前記半導体レーザを制御するオートパワーコントロール手段と、前記半導体レーザおよび前記レーザ光学系に含まれる光学素子の中の少なくとも１つの両方または一方を所定の温度範囲で温度掃引する温度掃引手段と、前記温度掃引手段による温度掃引を繰り返しながら前記半導体レーザの駆動電流を検出し前記温度範囲の中心温度での前記半導体レーザの駆動電流が前記温度範囲の下端温度での前記半導体レーザの駆動電流および前記温度範囲の上端温度での前記半導体レーザの駆動電流より大きくならないように前記温度範囲をシフトする制御手段とを具備したレーザ装置であって、前記制御手段は、前記温度範囲の中心温度での前記半導体レーザの駆動電流をＩＣとし、前記温度範囲の下端温度での前記半導体レーザの駆動電流をＩＬとし、前記温度範囲の上端温度での前記半導体レーザの駆動電流をＩＨとするとき、ＩＬ＞ＩＣかつＩＣ≧ＩＨであるときは温度範囲を高温側へシフトし、ＩＬ≦ＩＣかつＩＣ＜ＩＨであるときは温度範囲を低温側へシフトし、それら以外のときは温度範囲をシフトしないことを特徴とするレーザ装置。
請求項１に記載のレーザ装置において、前記温度掃引手段は、前記レーザ光学系を載置したベースに付設した温調手段により前記光学素子を温度掃引することを特徴とするレーザ装置。
請求項１または請求項２に記載のレーザ装置において、前記温度掃引手段は、前記半導体レーザを載置したベースに付設した温調手段により前記半導体レーザを温度掃引することを特徴とするレーザ装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載のレーザ装置において、前記レーザ光学系はレーザ光の波長を変換する非線形光学素子を含み、前記温度掃引手段は前記非線形光学素子に付設した温調手段により前記非線形光学素子を温度掃引することを特徴とするレーザ装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載のレーザ装置において、前記レーザ光学系はレーザ光を縦シングルモードにする波長選択素子を含み、前記温度掃引手段は前記波長選択素子に付設した温調手段により前記波長選択素子を温度掃引することを特徴とするレーザ装置。