JP4328914B2 - レーザー発振装置及びレーザー駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザー等を使用したレーザー発振装置及びレーザー光源駆動方法に係わり、特に、効率よくレーザー出力を制御させることのできるレーザー発振装置及びレーザー光源駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大型のレーザー発振器に代わり、半導体レーザーを使用したレーザー発振装置が増加している。
【０００３】
例えば、測量機器のポイント指示光や測定照射光として、半導体レーザーが、ヘリウムネオンレーザー発振器に代わって使用されており、電池駆動が可能な小型省エネルギの光源として広く採用されている。
【０００４】
特に近年では、半導体レーザーをポンピング光源とする共振器型のレーザー発振装置が出現しており、測量装置等にも採用されている。
【０００５】
測量機器のポイント指示光として使用されているレーザー発振装置は、寿命、安定性及び経済的な理由から、従来から赤色レーザー光が使用されていたが、より視認性を向上させるために、半導体レーザーをポンピング光源とした緑色のレーザー光を射出する共振器型のレーザー発振装置が登場している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーザー発振装置は、周囲の明暗、或いは被測定対象等までの距離により、照射光量を調整する必要があり、ポンピング光源である半導体レーザーの電流を変化させてレーザー光の照射量を調整していた。
【０００７】
図１２は、半導体レーザーの入力電流とレーザー出力との関係を示すものである。半導体レーザーの入力電流が、しきい値電流に達するまでは、レーザー光の発光は行われない。そして半導体レーザーの入力電流が、しきい値電流を越えると、半導体レーザーのレーザー出力は急速に立ち上がる。従って、半導体レーザーを発光させるには、しきい値電流以上の電流を流す必要がある。
【０００８】
また、レーザー出力を下げる場合でも、しきい値電流以上の電流を流す必要があり、効率が低下する。
【０００９】
特に、半導体レーザーをポンピング光源とする共振器型のレーザー発振装置では、半導体レーザーに対して、しきい値電流を越える電流を流すと、半導体レーザーの消費電流は、図１３に示す様に、第２高調波出力の２乗に比例して増加する。
【００１０】
従って、半導体レーザーに供給する電流の増減は、レーザー発振装置の作動効率に直接的に関係しており、低消費電力化を図る上で極めて重要である。
【００１１】
そこで、高能率でレーザー光の出力の制御を実行でき、消費電力を低下させて、連続使用時間等を飛躍的に長期化させることのできるレーザー発振装置の出現が強く望まれていた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器と、この光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源をパルス駆動するためのパルス駆動手段を含むレーザー発振装置であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光媒質が挿入され、前記パルス駆動手段の駆動パルスの周期Ｔは、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、駆動パルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御する構成となっている。
【００１４】
更に、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器と、この光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源をパルス駆動するためのパルス駆動手段を含むレーザー発振装置であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質が挿入され、前記パルス駆動手段が、駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、前記パルス駆動手段の駆動パルスの周期Ｔは、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、前記ポンピングパルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御する構成となっている。
【００１５】
また本発明は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器と、この光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源をパルス駆動するためのパルス駆動手段を含むレーザー発振装置であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質が挿入され、前記パルス駆動手段が、駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、前記パルス駆動手段の駆動パルスの周期Ｔは、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、前記ポンピングパルスの幅又は周期を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御する構成となっている。
【００１６】
更に本発明は、前記駆動パルスの平均パルス電流はＩａｖ は、連続動作電流により、同じ出力光を生じさせるために必要とされる連続動作電流をＩＣＷ より小さな値に設定する構成にすることもできる。
【００１７】
そして本発明の光共振器には、第２次高調波を発生させるための非線形光学媒質を挿入する構成にすることもできる。
【００１９】
そして本発明のレーザー駆動方法は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器に対して、ポンピングするためのレーザー光源を駆動するためのレーザー駆動方法であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質が挿入され、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、駆動パルスのデューティ比を変えることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御する構成となっている。
【００２０】
更に本発明のレーザー駆動方法は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器に対して、ポンピングするためのレーザー光源を駆動するためのレーザー駆動方法であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質が挿入され、前記レーザー光源を駆動するための駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、
τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、このポンピングパルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御する構成となっている。
【００２１】
そして本発明のレーザー駆動方法は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器に対して、ポンピングするためのレーザー光源を駆動するためのレーザー駆動方法であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質が挿入され、前記レーザー光源を駆動するための駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、このポンピングパルスの周期を、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、駆動パルスの周期Ｔを変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御する構成となっている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとから出力光を発生させるための光共振器を形成し、レーザー光源が、光共振器に対してポンピングし、パルス駆動手段が、レーザー光源をパルス駆動する様になっており、光共振器内に挿入された非線形光学媒質が高調波を発生させ、パルス駆動手段の駆動パルスの周期Ｔは、最初の駆動パルスが、レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、駆動パルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御することができる。
【００２５】
また本発明は、パルス駆動手段が、駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、レーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、ポンピングパルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御することができる。
【００２６】
更に本発明は、パルス駆動手段が、駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、レーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、
τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、ポンピングパルスの幅又は周期を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御することができる。
【００２７】
そして本発明の光共振器には、第２次高調波を発生させるための非線形光学媒質を挿入することができる。
【００２９】
そして本発明のレーザー駆動方法は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器に対して、ポンピングするためのレーザー光源を駆動するためのレーザー駆動方法であって、光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質を挿入し、最初の駆動パルスが、レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、駆動パルスのデューティ比を変えることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御することができる。
【００３０】
更に本発明のレーザー駆動方法は、レーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、ポンピングパルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御することができる。
【００３２】
【実施例】
【００３３】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００３４】
図１は、本実施例のレーザー発振装置１０００を示すもので、レーザー光源１００と、集光レンズ２００と、レーザー結晶３００と、非線形光学媒質４００と、出力ミラー５００と、レーザー駆動手段６００とから構成されている。
【００３５】
レーザー光源１００は、レーザー光を発生させるためのものであり、本実施例では半導体レーザーが使用されている。本実施例では、レーザー光源１００が基本波を発生させるポンプ光発生装置として機能を有する。そして、レーザー駆動手段６００は、レーザー光源１００を駆動するためのものであり、本実施例では、レーザー光源１００をパルス駆動することができる。
【００３６】
レーザー結晶３００は、負温度の媒質であり、光の増幅を行うためのものである。このレーザー結晶３００には、Ｎｄ3+ イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）等が採用される。
【００３７】
レーザー結晶３００のレーザー光源１００側には、第１の誘電体反射膜３１０が形成されている。
【００３８】
出力ミラー５００は、第１の誘電体反射膜３１０が形成されたレーザー結晶３００に対向する様に構成されており、出力ミラー５００のレーザー結晶３００側は、適宜の半径を有する凹面球面境の形状に加工されており、第２の誘電体反射膜５１０が形成されている。
【００３９】
レーザー結晶３００の第１の誘電体反射膜３１０と、出力ミラー５００とから構成された光共振器内に非線形光学媒質４００が挿入されている。
【００４０】
物質に電界が加わると電気分極が生じる。この電界が小さい場合には、分極は電界に比例するが、レーザー光の様に強力なコヒーレント光の場合には、電界と分極の間の比例関係が崩れ、電界の２乗、３乗に比例する非線形的な分極成分が卓越してくる。
【００４１】
この非線形分極により、異なった周波数の光波間に結合が生じ、光周波数を２倍にする高調波が発生する。
【００４２】
非線形光学媒質４００を、レーザー結晶３００と出力ミラー５００とから構成された光共振器内に挿入されているので、内部型ＳＨＧと呼ばれており、変換出力は、基本波光電力の２乗に比例するので、光共振器内の大きな光強度を直接利用できると言う効果がある。
【００４３】
一般的なレーザー光源の緩和振動時の反転分布と光強度の関係を示したものが、図８である。図８中に示されたデルタＮ（ｔ）は、反転分布（ゲイン）を示し、φ（ｔ）は光強度であり、横軸は時間の経過を示すものである。
【００４４】
図８を見ると、反転分布が最大となった時に最初のスパイク（即ち、ファーストパルス）が立ち上がり、最大の光強度が生じることが理解される。
【００４５】
更に図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）は、ゲインスイッチを示す模式図であり、図９（ａ）は、時間と励起強度の関係を示す図であり、図９（ｂ）は、時間と光強度の関係を示す図であり、図９（ｃ）は時間と反転分布の関係を示すものである。
【００４６】
半導体レーザーに対して、連続波の駆動電力を供給すれば、ファーストパルスに対応して最大の光強度が生じ、その後、光強度が低下し、一定の光強度に収束するから、ファーストパルスのみ使用すると光の取り出しが最も効率的となる。
【００４７】
更に図１０（ａ）と図１０（ｂ）により、半導体レーザーに対して、連続パルスの駆動電力を供給した場合を説明する。
【００４８】
なお、半導体レーザーを駆動する駆動パルスと半導体レーザーから出力される光パルスとの周期及びパルス幅は、略同一となっている。
【００４９】
図１０（ａ）は、半導体レーザーに対する供給連続パルスの周期Ｔが、τFL＜Ｔーτの関係の場合である。ここでτFLは蛍光寿命であり、τはパルス幅である。
【００５０】
これに対して、図１０（ｂ）は、半導体レーザーに対する供給連続パルスの周期Ｔが、τFL＞Ｔーτの関係の場合である。
【００５１】
図１０（ｂ）を見れば、τFL（蛍光寿命）の間に、次のパルスを半導体レーザーに印加することにより、残留した反転分布に新たな反転分布を加え、効果的に最大の光強度を有する光のみを連続して発生させることができる事が理解される。
【００５２】
更に図７に基づいて、レーザー光源１００の入力パルスと、レーザー発振装置１０００の出射光量の関係を説明する。
【００５３】
レーザー光源１００の入力パルスは、しきい値電流を越えると、レーザー発振装置１０００の出射光量は非線形で増加する。従って、レーザー光源１００に与える入力パルス電流のピーク値をレーザー光源１００の定格値とし、入力パルスのデューティ比、周期を制御すれば、最も効率よくレーザーが発振している状態で、レーザー光量を可変させることができる。
【００５４】
次に、本実施例のレーザー駆動手段６００を図２に基づいて詳細に説明する。
【００５５】
レーザー駆動手段６００は、クロック発生器６１０と、タイミング部６２０と、定電流電源部６３０と、スイッチング部６４０と、電流検出部６５０と、制御演算部６６０とから構成されている。
【００５６】
クロック発生器６１０は、基準となるクロックを発生させるための発振器である。
【００５７】
タイミング部６２０は、クロック発生器６１０からの基準クロックに基づいて、レーザー光源１００を発光させる時間と周期を設定するためのものである。
【００５８】
定電流電源部６３０は、レーザー光源１００に定格電流を供給するためのものであり、電流検出部６５０で検出されるレーザー光源１００の消費電流が常に定格電流となる様にするためのものである。
【００５９】
スイッチング部６４０は、タイミング部６２０からの信号に基づいて、レーザー光源１００に供給する電流をスイッチングするものである。
【００６０】
電流検出部６５０は、レーザー光源１００に流れる電流を検出するためのものである。レーザー光源１００に流れる電流を検出することのできるものであれば、何れの電流検出手段を採用することができる。
【００６１】
制御演算部６６０は、タイミング部６２０と定電流電源部６３０とに制御信号を送出し、レーザー光源１００に対して所望の駆動信号を供給するためのものである。
【００６２】
以上の様に構成された本実施例のレーザー発振装置１０００のレーザー駆動手段６００は、制御演算部６６０の制御信号に基づいて、予め定められたレーザー光源１００に対する駆動信号を形成することができる。
【００６３】
次に、レーザー駆動手段６００で形成される駆動信号を詳細に説明する。
【００６４】
「第１の駆動信号」
【００６５】
第１の駆動信号は、「パルスの周期」を制御することにより、レーザー光源１００を制御駆動し、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整するものである。
【００６６】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、レーザー駆動手段６００で形成される第１の駆動信号を示すもので、第１の駆動信号は、「パルスの周期」が可変される。即ち、レーザー発振装置１０００の出射光量を大きくさせる場合には、図３（ａ）に示す様に、パルスの周期を短くし、レーザー光源１００に供給する駆動信号の実効値を高くする。この結果、レーザー発振装置１０００の出射光量が増大する。
【００６７】
また、レーザー発振装置１０００の出射光量を小さくさせる場合には、図３（ｂ）に示す様に、パルスの周期を長くし、レーザー光源１００に供給する駆動信号の実効値を低くする。この結果、レーザー発振装置１０００の出射光量が低下する。
【００６８】
以上の様に、レーザー駆動手段６００が、レーザー光源１００に供給する駆動信号を変化させることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整することができる。
【００６９】
なお、第１の駆動信号の「パルスの周期」は、数１００ＫＨｚであるが、適宜設定可能である。
【００７０】
「第２の駆動信号」
【００７１】
第２の駆動信号は、パルスの「デューティ比」を制御することにより、レーザー光源１００を制御駆動し、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整するものである。
【００７２】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、レーザー駆動手段６００で形成される第２の駆動信号を示すもので、パルスの周期を変化させることなく、「パルスのデューティ比」を可変させるものであり、レーザー光源１００に供給する駆動信号がＯＮとなる時間（Ｔ1）と、ＯＦＦとなっている時間（Ｔ2）の比であるデューティ比を変化させる様になっている。
【００７３】
即ち、レーザー発振装置１０００の出射光量を大きくさせる場合には、図４（ａ）に示す様に、（Ｔ1）／（Ｔ1＋Ｔ2）を大きくし、レーザー光源１００に供給する駆動信号がＯＮとなる時間を大きくすることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量が増大させることができる。
【００７４】
また、レーザー発振装置１０００の出射光量を小さくさせる場合には、図４（ｂ）に示す様に、（Ｔ1）／（Ｔ1＋Ｔ2）を小さくし、レーザー光源１００に供給する駆動信号がＯＮとなる時間を小さくすることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量が低下させることができる。
【００７５】
以上の様に、レーザー駆動手段６００が、レーザー光源１００に供給するための駆動信号の駆動時間を変化させ、パルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整することができる。
【００７６】
なお、第２の駆動信号の「パルスの周期」は、数１００ＫＨｚであるが、適宜設定可能である。
【００７７】
「第３の駆動信号」
【００７８】
第３の駆動信号は、レーザー光源１００によりポンピングされる光パルスの発光時間を制御させるものである。即ち、「ポンピングパルスのデューティ比」を変化させる様に、レーザー光源１００を制御駆動し、ポンピングされる光パルスの発光時間を変化させ、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整するものである。
【００７９】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、レーザー駆動手段６００で形成される第２の駆動信号を示すもので、複数のパルスを連続駆動することにより、ポンピングパルスを形成している。ポンピングパルスの周期を変化させることなく、「ポンピングパルスのデューティ比」を可変させるものであり、ポンピングするための時間（Ｔ1）と、ＯＦＦとなっている時間（Ｔ2）の比であるデューティ比を変化させる様になっている。
【００８０】
即ち、レーザー発振装置１０００の出射光量を大きくさせる場合には、図５（ａ）に示す様に、（Ｔ1）／（Ｔ1＋Ｔ2）を大きくし、ポンピングされる時間を大きくすることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量が増大させる。
【００８１】
また、レーザー発振装置１０００の出射光量を小さくさせる場合には、図５（ｂ）に示す様に、（Ｔ1）／（Ｔ1＋Ｔ2）を小さくし、ポンピングされる時間を小さくすることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量が低下させることができる。
【００８２】
以上の様に、レーザー駆動手段６００が、レーザー光源１００に供給するための駆動信号の連続駆動時間を変化させ、ポンピングパルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整することができる。
【００８３】
なお、第３の駆動信号の「パルスの周期」は、数１００ＫＨｚであるが、適宜設定可能である。
【００８４】
「第４の駆動信号」
【００８５】
第４の駆動信号は、レーザー光源１００によりポンピングされる光パルスの発光周期を制御させるものである。即ち、「ポンピングパルスの周期」を変化させる様に、レーザー光源１００を制御駆動し、ポンピングされる光パルスの発光周期を変化させ、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整するものである。
【００８６】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、レーザー駆動手段６００で形成される第３の駆動信号を示すもので、複数のパルスを連続駆動することにより、ポンピングパルスを形成している。このポンピングパルスの周期を変化させることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整することができる。
【００８７】
即ち、レーザー発振装置１０００の出射光量を大きくさせる場合には、図６（ａ）に示す様に、ポンピングパルスの周期を小さくし、ポンピングされる実効時間を大きくすることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量が増大させる。
【００８８】
また、レーザー発振装置１０００の出射光量を小さくさせる場合には、図６（ｂ）に示す様に、ポンピングパルスの周期を大きく、ポンピングされる実効時間を小さくすることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量が減少させることができる。
【００８９】
以上の様に、レーザー駆動手段６００が、レーザー光源１００に供給するための駆動信号を連続駆動する周期を変化させ、ポンピングパルスの周期を変化させることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整することができる。
【００９０】
なお、第４の駆動信号の「矩形パルスの周期」は、数１００ＫＨｚであるが、適宜設定可能である。
【００９１】
またレーザー駆動手段６００が生成する第１の駆動信号〜第３の駆動信号は、矩形パルスか、或いは、矩形パルスの連続発光により形成されたポンピングパルスからなっているが、矩形パルスに限定されることなく、減衰するパルス等を使用することもできる。
【００９２】
更に図７に示す様に、レーザー光源１００の入力パルスは、しきい値電流を越えると、レーザー発振装置１０００の出射光量は非線形で増加する。従って、レーザー光源１００の入力パルスを制御すれば、最も効率よくレーザーが発振している状態で、レーザー光量を可変させることができるという効果がある。
【００９３】
次に本実施例のレーザー発振装置１０００を応用したパイプレーザー１００００を図１１に基づいて説明する。
【００９４】
パイプレーザー１００００は、円筒型をしており、４本の支持脚１１０００、１１０００・・・・により支持されている。このパイプレーザー１００００の内部には、レーザー発振装置１０００が、上下方向、水平方向の２方向に揺動可能に設けられており、レーザー発振装置１０００は、水平方向、鉛直方向の２方向にレーザー光線が照射される様に構成されている。
【００９５】
パイプレーザー１００００の前面部には、ガラスで覆われた投光窓１２０００が形成されており、この投光窓１２０００を通して、レーザー発振装置１０００からのレーザー光が照射される様になっている。
【００９６】
そして、パイプレーザー１００００から照射されたレーザー光は、ターゲット２００００で視覚化され、その位置を示すことができる。なお、ターゲット２００００は、半透明の材質であり、拡散すると共に視覚化され、前後からレーザー光の位置を確認することができる。
【００９７】
なお、パイプレーザー１００００を日中の太陽光の下で使用する場合には、レーザー発振装置１０００の出射光量を増加させ、視認度を向上させることができる。そして、屋内等で使用する場合には、太陽光の下と比較して明るくないため、レーザー発振装置１０００の出射光量を低下させることができ、地下等の暗い場所では、更に、レーザー発振装置１０００の出射光量を低下させて、省電力化を図ることができる。
【００９８】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器と、この光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源をパルス駆動するためのパルス駆動手段を含むレーザー発振装置であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光媒質が挿入され、前記パルス駆動手段の駆動パルスの周期Ｔは、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、駆動パルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御する構成となっているので、最も効率よくレーザーが発振している状態で、レーザー光量を可変させることができるという効果がある。
【００９９】
更に本発明のパルス駆動手段が、駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、レーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、前記ポンピングパルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御することもでき、更に、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、前記ポンピングパルスの幅又は周期を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御することもできる。
【０１００】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のレーザー発振装置１０００の構成を説明する図である。
【図２】レーザー駆動手段６００の電気的構成を説明する図である。
【図３】「第１の駆動信号」を説明する図である。
【図４】「第２の駆動信号」を説明する図である。
【図５】「第３の駆動信号」を説明する図である。
【図６】「第４の駆動信号」を説明する図である。
【図７】レーザー光源１００の入力パルスと、レーザー発振装置１０００の出射光量との関係を説明する図である。
【図８】半導体レーザーの緩和振動時の反転分布と光強度の関係を示した図である。
【図９（ａ）】ゲインスイッチを示す模式図であり、時間と励起強度の関係を示すものである。
【図９（ｂ）】ゲインスイッチを示す模式図であり、時間と光強度の関係を示すものである。
【図９（ｃ）】ゲインスイッチを示す模式図であり、時間と反転分布の関係を示すものである。
【図１０（ａ）】半導体レーザーに対する供給連続パルスの周期Ｔが、τFL＜Ｔーτの関係の場合を説明する図である。
【図１０（ｂ）】半導体レーザーに対する供給連続パルスの周期Ｔが、τFL＞Ｔーτの関係の場合を説明する図である。
【図１１】本実施例のレーザー発振装置１０００をパイプレーザー１００００に応用した例を示す図である。
【図１２】従来技術を説明する図である。
【図１３】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
１００００ パイプレーザー
１１０００ 支持脚
１２０００ 投光窓
２００００ ターゲット
１０００ レーザー発振装置
１００ レーザー光源
２００ 集光レンズ
３００ レーザー結晶
３１０ 第１の誘電体反射膜
４００ 非線形光学媒質
５００ 出力ミラー
５１０ 第２の誘電体反射膜
６００ レーザー駆動手段
６１０ クロック発生器
６２０ タイミング部
６３０ 定電流電源部
６４０ スイッチング部
６５０ 電流検出部
６６０ 制御演算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザー等を使用したレーザー発振装置及びレーザー光源駆動方法に係わり、特に、効率よくレーザー出力を制御させることのできるレーザー発振装置及びレーザー光源駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大型のレーザー発振器に代わり、半導体レーザーを使用したレーザー発振装置が増加している。
【０００３】
例えば、測量機器のポイント指示光や測定照射光として、半導体レーザーが、ヘリウムネオンレーザー発振器に代わって使用されており、電池駆動が可能な小型省エネルギの光源として広く採用されている。
【０００４】
特に近年では、半導体レーザーをポンピング光源とする共振器型のレーザー発振装置が出現しており、測量装置等にも採用されている。
【０００５】
測量機器のポイント指示光として使用されているレーザー発振装置は、寿命、安定性及び経済的な理由から、従来から赤色レーザー光が使用されていたが、より視認性を向上させるために、半導体レーザーをポンピング光源とした緑色のレーザー光を射出する共振器型のレーザー発振装置が登場している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーザー発振装置は、周囲の明暗、或いは被測定対象等までの距離により、照射光量を調整する必要があり、ポンピング光源である半導体レーザーの電流を変化させてレーザー光の照射量を調整していた。
【０００７】
図１２は、半導体レーザーの入力電流とレーザー出力との関係を示すものである。半導体レーザーの入力電流が、しきい値電流に達するまでは、レーザー光の発光は行われない。そして半導体レーザーの入力電流が、しきい値電流を越えると、半導体レーザーのレーザー出力は急速に立ち上がる。従って、半導体レーザーを発光させるには、しきい値電流以上の電流を流す必要がある。
【０００８】
また、レーザー出力を下げる場合でも、しきい値電流以上の電流を流す必要があり、効率が低下する。
【０００９】
特に、半導体レーザーをポンピング光源とする共振器型のレーザー発振装置では、半導体レーザーに対して、しきい値電流を越える電流を流すと、半導体レーザーの消費電流は、図１３に示す様に、第２高調波出力の２乗に比例して増加する。
【００１０】
従って、半導体レーザーに供給する電流の増減は、レーザー発振装置の作動効率に直接的に関係しており、低消費電力化を図る上で極めて重要である。
【００１１】
そこで、高能率でレーザー光の出力の制御を実行でき、消費電力を低下させて、連続使用時間等を飛躍的に長期化させることのできるレーザー発振装置の出現が強く望まれていた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器と、この光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源をパルス駆動するためのパルス駆動手段を含むレーザー発振装置であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光媒質が挿入され、前記パルス駆動手段の駆動パルスの周期Ｔは、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、駆動パルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御する構成となっている。
【００１４】
更に、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器と、この光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源をパルス駆動するためのパルス駆動手段を含むレーザー発振装置であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質が挿入され、前記パルス駆動手段が、駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、前記パルス駆動手段の駆動パルスの周期Ｔは、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、前記ポンピングパルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御する構成となっている。
【００１５】
また本発明は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器と、この光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源をパルス駆動するためのパルス駆動手段を含むレーザー発振装置であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質が挿入され、前記パルス駆動手段が、駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、前記パルス駆動手段の駆動パルスの周期Ｔは、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、前記ポンピングパルスの幅又は周期を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御する構成となっている。
【００１６】
更に本発明は、前記駆動パルスの平均パルス電流はＩａｖ は、連続動作電流により、同じ出力光を生じさせるために必要とされる連続動作電流をＩＣＷ より小さな値に設定する構成にすることもできる。
【００１７】
そして本発明の光共振器には、第２次高調波を発生させるための非線形光学媒質を挿入する構成にすることもできる。
【００１９】
そして本発明のレーザー駆動方法は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器に対して、ポンピングするためのレーザー光源を駆動するためのレーザー駆動方法であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質が挿入され、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、駆動パルスのデューティ比を変えることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御する構成となっている。
【００２０】
更に本発明のレーザー駆動方法は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器に対して、ポンピングするためのレーザー光源を駆動するためのレーザー駆動方法であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質が挿入され、前記レーザー光源を駆動するための駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、
τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、このポンピングパルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御する構成となっている。
【００２１】
そして本発明のレーザー駆動方法は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器に対して、ポンピングするためのレーザー光源を駆動するためのレーザー駆動方法であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質が挿入され、前記レーザー光源を駆動するための駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、このポンピングパルスの周期を、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、駆動パルスの周期Ｔを変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御する構成となっている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとから出力光を発生させるための光共振器を形成し、レーザー光源が、光共振器に対してポンピングし、パルス駆動手段が、レーザー光源をパルス駆動する様になっており、光共振器内に挿入された非線形光学媒質が高調波を発生させ、パルス駆動手段の駆動パルスの周期Ｔは、最初の駆動パルスが、レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、駆動パルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御することができる。
【００２５】
また本発明は、パルス駆動手段が、駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、レーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、ポンピングパルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御することができる。
【００２６】
更に本発明は、パルス駆動手段が、駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、レーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、
τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、ポンピングパルスの幅又は周期を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御することができる。
【００２７】
そして本発明の光共振器には、第２次高調波を発生させるための非線形光学媒質を挿入することができる。
【００２９】
そして本発明のレーザー駆動方法は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器に対して、ポンピングするためのレーザー光源を駆動するためのレーザー駆動方法であって、光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質を挿入し、最初の駆動パルスが、レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、駆動パルスのデューティ比を変えることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御することができる。
【００３０】
更に本発明のレーザー駆動方法は、レーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、ポンピングパルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御することができる。
【００３２】
【実施例】
【００３３】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００３４】
図１は、本実施例のレーザー発振装置１０００を示すもので、レーザー光源１００と、集光レンズ２００と、レーザー結晶３００と、非線形光学媒質４００と、出力ミラー５００と、レーザー駆動手段６００とから構成されている。
【００３５】
レーザー光源１００は、レーザー光を発生させるためのものであり、本実施例では半導体レーザーが使用されている。本実施例では、レーザー光源１００が基本波を発生させるポンプ光発生装置として機能を有する。そして、レーザー駆動手段６００は、レーザー光源１００を駆動するためのものであり、本実施例では、レーザー光源１００をパルス駆動することができる。
【００３６】
レーザー結晶３００は、負温度の媒質であり、光の増幅を行うためのものである。このレーザー結晶３００には、Ｎｄ3+ イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）等が採用される。
【００３７】
レーザー結晶３００のレーザー光源１００側には、第１の誘電体反射膜３１０が形成されている。
【００３８】
出力ミラー５００は、第１の誘電体反射膜３１０が形成されたレーザー結晶３００に対向する様に構成されており、出力ミラー５００のレーザー結晶３００側は、適宜の半径を有する凹面球面境の形状に加工されており、第２の誘電体反射膜５１０が形成されている。
【００３９】
レーザー結晶３００の第１の誘電体反射膜３１０と、出力ミラー５００とから構成された光共振器内に非線形光学媒質４００が挿入されている。
【００４０】
物質に電界が加わると電気分極が生じる。この電界が小さい場合には、分極は電界に比例するが、レーザー光の様に強力なコヒーレント光の場合には、電界と分極の間の比例関係が崩れ、電界の２乗、３乗に比例する非線形的な分極成分が卓越してくる。
【００４１】
この非線形分極により、異なった周波数の光波間に結合が生じ、光周波数を２倍にする高調波が発生する。
【００４２】
非線形光学媒質４００を、レーザー結晶３００と出力ミラー５００とから構成された光共振器内に挿入されているので、内部型ＳＨＧと呼ばれており、変換出力は、基本波光電力の２乗に比例するので、光共振器内の大きな光強度を直接利用できると言う効果がある。
【００４３】
一般的なレーザー光源の緩和振動時の反転分布と光強度の関係を示したものが、図８である。図８中に示されたデルタＮ（ｔ）は、反転分布（ゲイン）を示し、φ（ｔ）は光強度であり、横軸は時間の経過を示すものである。
【００４４】
図８を見ると、反転分布が最大となった時に最初のスパイク（即ち、ファーストパルス）が立ち上がり、最大の光強度が生じることが理解される。
【００４５】
更に図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）は、ゲインスイッチを示す模式図であり、図９（ａ）は、時間と励起強度の関係を示す図であり、図９（ｂ）は、時間と光強度の関係を示す図であり、図９（ｃ）は時間と反転分布の関係を示すものである。
【００４６】
半導体レーザーに対して、連続波の駆動電力を供給すれば、ファーストパルスに対応して最大の光強度が生じ、その後、光強度が低下し、一定の光強度に収束するから、ファーストパルスのみ使用すると光の取り出しが最も効率的となる。
【００４７】
更に図１０（ａ）と図１０（ｂ）により、半導体レーザーに対して、連続パルスの駆動電力を供給した場合を説明する。
【００４８】
なお、半導体レーザーを駆動する駆動パルスと半導体レーザーから出力される光パルスとの周期及びパルス幅は、略同一となっている。
【００４９】
図１０（ａ）は、半導体レーザーに対する供給連続パルスの周期Ｔが、τFL＜Ｔーτの関係の場合である。ここでτFLは蛍光寿命であり、τはパルス幅である。
【００５０】
これに対して、図１０（ｂ）は、半導体レーザーに対する供給連続パルスの周期Ｔが、τFL＞Ｔーτの関係の場合である。
【００５１】
図１０（ｂ）を見れば、τFL（蛍光寿命）の間に、次のパルスを半導体レーザーに印加することにより、残留した反転分布に新たな反転分布を加え、効果的に最大の光強度を有する光のみを連続して発生させることができる事が理解される。
【００５２】
更に図７に基づいて、レーザー光源１００の入力パルスと、レーザー発振装置１０００の出射光量の関係を説明する。
【００５３】
レーザー光源１００の入力パルスは、しきい値電流を越えると、レーザー発振装置１０００の出射光量は非線形で増加する。従って、レーザー光源１００に与える入力パルス電流のピーク値をレーザー光源１００の定格値とし、入力パルスのデューティ比、周期を制御すれば、最も効率よくレーザーが発振している状態で、レーザー光量を可変させることができる。
【００５４】
次に、本実施例のレーザー駆動手段６００を図２に基づいて詳細に説明する。
【００５５】
レーザー駆動手段６００は、クロック発生器６１０と、タイミング部６２０と、定電流電源部６３０と、スイッチング部６４０と、電流検出部６５０と、制御演算部６６０とから構成されている。
【００５６】
クロック発生器６１０は、基準となるクロックを発生させるための発振器である。
【００５７】
タイミング部６２０は、クロック発生器６１０からの基準クロックに基づいて、レーザー光源１００を発光させる時間と周期を設定するためのものである。
【００５８】
定電流電源部６３０は、レーザー光源１００に定格電流を供給するためのものであり、電流検出部６５０で検出されるレーザー光源１００の消費電流が常に定格電流となる様にするためのものである。
【００５９】
スイッチング部６４０は、タイミング部６２０からの信号に基づいて、レーザー光源１００に供給する電流をスイッチングするものである。
【００６０】
電流検出部６５０は、レーザー光源１００に流れる電流を検出するためのものである。レーザー光源１００に流れる電流を検出することのできるものであれば、何れの電流検出手段を採用することができる。
【００６１】
制御演算部６６０は、タイミング部６２０と定電流電源部６３０とに制御信号を送出し、レーザー光源１００に対して所望の駆動信号を供給するためのものである。
【００６２】
以上の様に構成された本実施例のレーザー発振装置１０００のレーザー駆動手段６００は、制御演算部６６０の制御信号に基づいて、予め定められたレーザー光源１００に対する駆動信号を形成することができる。
【００６３】
次に、レーザー駆動手段６００で形成される駆動信号を詳細に説明する。
【００６４】
「第１の駆動信号」
【００６５】
第１の駆動信号は、「パルスの周期」を制御することにより、レーザー光源１００を制御駆動し、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整するものである。
【００６６】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、レーザー駆動手段６００で形成される第１の駆動信号を示すもので、第１の駆動信号は、「パルスの周期」が可変される。即ち、レーザー発振装置１０００の出射光量を大きくさせる場合には、図３（ａ）に示す様に、パルスの周期を短くし、レーザー光源１００に供給する駆動信号の実効値を高くする。この結果、レーザー発振装置１０００の出射光量が増大する。
【００６７】
また、レーザー発振装置１０００の出射光量を小さくさせる場合には、図３（ｂ）に示す様に、パルスの周期を長くし、レーザー光源１００に供給する駆動信号の実効値を低くする。この結果、レーザー発振装置１０００の出射光量が低下する。
【００６８】
以上の様に、レーザー駆動手段６００が、レーザー光源１００に供給する駆動信号を変化させることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整することができる。
【００６９】
なお、第１の駆動信号の「パルスの周期」は、数１００ＫＨｚであるが、適宜設定可能である。
【００７０】
「第２の駆動信号」
【００７１】
第２の駆動信号は、パルスの「デューティ比」を制御することにより、レーザー光源１００を制御駆動し、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整するものである。
【００７２】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、レーザー駆動手段６００で形成される第２の駆動信号を示すもので、パルスの周期を変化させることなく、「パルスのデューティ比」を可変させるものであり、レーザー光源１００に供給する駆動信号がＯＮとなる時間（Ｔ1）と、ＯＦＦとなっている時間（Ｔ2）の比であるデューティ比を変化させる様になっている。
【００７３】
即ち、レーザー発振装置１０００の出射光量を大きくさせる場合には、図４（ａ）に示す様に、（Ｔ1）／（Ｔ1＋Ｔ2）を大きくし、レーザー光源１００に供給する駆動信号がＯＮとなる時間を大きくすることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量が増大させることができる。
【００７４】
また、レーザー発振装置１０００の出射光量を小さくさせる場合には、図４（ｂ）に示す様に、（Ｔ1）／（Ｔ1＋Ｔ2）を小さくし、レーザー光源１００に供給する駆動信号がＯＮとなる時間を小さくすることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量が低下させることができる。
【００７５】
以上の様に、レーザー駆動手段６００が、レーザー光源１００に供給するための駆動信号の駆動時間を変化させ、パルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整することができる。
【００７６】
なお、第２の駆動信号の「パルスの周期」は、数１００ＫＨｚであるが、適宜設定可能である。
【００７７】
「第３の駆動信号」
【００７８】
第３の駆動信号は、レーザー光源１００によりポンピングされる光パルスの発光時間を制御させるものである。即ち、「ポンピングパルスのデューティ比」を変化させる様に、レーザー光源１００を制御駆動し、ポンピングされる光パルスの発光時間を変化させ、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整するものである。
【００７９】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、レーザー駆動手段６００で形成される第２の駆動信号を示すもので、複数のパルスを連続駆動することにより、ポンピングパルスを形成している。ポンピングパルスの周期を変化させることなく、「ポンピングパルスのデューティ比」を可変させるものであり、ポンピングするための時間（Ｔ1）と、ＯＦＦとなっている時間（Ｔ2）の比であるデューティ比を変化させる様になっている。
【００８０】
即ち、レーザー発振装置１０００の出射光量を大きくさせる場合には、図５（ａ）に示す様に、（Ｔ1）／（Ｔ1＋Ｔ2）を大きくし、ポンピングされる時間を大きくすることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量が増大させる。
【００８１】
また、レーザー発振装置１０００の出射光量を小さくさせる場合には、図５（ｂ）に示す様に、（Ｔ1）／（Ｔ1＋Ｔ2）を小さくし、ポンピングされる時間を小さくすることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量が低下させることができる。
【００８２】
以上の様に、レーザー駆動手段６００が、レーザー光源１００に供給するための駆動信号の連続駆動時間を変化させ、ポンピングパルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整することができる。
【００８３】
なお、第３の駆動信号の「パルスの周期」は、数１００ＫＨｚであるが、適宜設定可能である。
【００８４】
「第４の駆動信号」
【００８５】
第４の駆動信号は、レーザー光源１００によりポンピングされる光パルスの発光周期を制御させるものである。即ち、「ポンピングパルスの周期」を変化させる様に、レーザー光源１００を制御駆動し、ポンピングされる光パルスの発光周期を変化させ、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整するものである。
【００８６】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、レーザー駆動手段６００で形成される第３の駆動信号を示すもので、複数のパルスを連続駆動することにより、ポンピングパルスを形成している。このポンピングパルスの周期を変化させることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整することができる。
【００８７】
即ち、レーザー発振装置１０００の出射光量を大きくさせる場合には、図６（ａ）に示す様に、ポンピングパルスの周期を小さくし、ポンピングされる実効時間を大きくすることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量が増大させる。
【００８８】
また、レーザー発振装置１０００の出射光量を小さくさせる場合には、図６（ｂ）に示す様に、ポンピングパルスの周期を大きく、ポンピングされる実効時間を小さくすることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量が減少させることができる。
【００８９】
以上の様に、レーザー駆動手段６００が、レーザー光源１００に供給するための駆動信号を連続駆動する周期を変化させ、ポンピングパルスの周期を変化させることにより、レーザー発振装置１０００の出射光量を調整することができる。
【００９０】
なお、第４の駆動信号の「矩形パルスの周期」は、数１００ＫＨｚであるが、適宜設定可能である。
【００９１】
またレーザー駆動手段６００が生成する第１の駆動信号〜第３の駆動信号は、矩形パルスか、或いは、矩形パルスの連続発光により形成されたポンピングパルスからなっているが、矩形パルスに限定されることなく、減衰するパルス等を使用することもできる。
【００９２】
更に図７に示す様に、レーザー光源１００の入力パルスは、しきい値電流を越えると、レーザー発振装置１０００の出射光量は非線形で増加する。従って、レーザー光源１００の入力パルスを制御すれば、最も効率よくレーザーが発振している状態で、レーザー光量を可変させることができるという効果がある。
【００９３】
次に本実施例のレーザー発振装置１０００を応用したパイプレーザー１００００を図１１に基づいて説明する。
【００９４】
パイプレーザー１００００は、円筒型をしており、４本の支持脚１１０００、１１０００・・・・により支持されている。このパイプレーザー１００００の内部には、レーザー発振装置１０００が、上下方向、水平方向の２方向に揺動可能に設けられており、レーザー発振装置１０００は、水平方向、鉛直方向の２方向にレーザー光線が照射される様に構成されている。
【００９５】
パイプレーザー１００００の前面部には、ガラスで覆われた投光窓１２０００が形成されており、この投光窓１２０００を通して、レーザー発振装置１０００からのレーザー光が照射される様になっている。
【００９６】
そして、パイプレーザー１００００から照射されたレーザー光は、ターゲット２００００で視覚化され、その位置を示すことができる。なお、ターゲット２００００は、半透明の材質であり、拡散すると共に視覚化され、前後からレーザー光の位置を確認することができる。
【００９７】
なお、パイプレーザー１００００を日中の太陽光の下で使用する場合には、レーザー発振装置１０００の出射光量を増加させ、視認度を向上させることができる。そして、屋内等で使用する場合には、太陽光の下と比較して明るくないため、レーザー発振装置１０００の出射光量を低下させることができ、地下等の暗い場所では、更に、レーザー発振装置１０００の出射光量を低下させて、省電力化を図ることができる。
【００９８】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器と、この光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源をパルス駆動するためのパルス駆動手段を含むレーザー発振装置であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光媒質が挿入され、前記パルス駆動手段の駆動パルスの周期Ｔは、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、駆動パルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御する構成となっているので、最も効率よくレーザーが発振している状態で、レーザー光量を可変させることができるという効果がある。
【００９９】
更に本発明のパルス駆動手段が、駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、レーザー結晶における、τＦＬ（蛍光寿命）に対して、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、前記ポンピングパルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御することもでき、更に、τＦＬ＞Ｔーτ となる関係を維持しながら、前記ポンピングパルスの幅又は周期を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御することもできる。
【０１００】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のレーザー発振装置１０００の構成を説明する図である。
【図２】レーザー駆動手段６００の電気的構成を説明する図である。
【図３】「第１の駆動信号」を説明する図である。
【図４】「第２の駆動信号」を説明する図である。
【図５】「第３の駆動信号」を説明する図である。
【図６】「第４の駆動信号」を説明する図である。
【図７】レーザー光源１００の入力パルスと、レーザー発振装置１０００の出射光量との関係を説明する図である。
【図８】半導体レーザーの緩和振動時の反転分布と光強度の関係を示した図である。
【図９（ａ）】ゲインスイッチを示す模式図であり、時間と励起強度の関係を示すものである。
【図９（ｂ）】ゲインスイッチを示す模式図であり、時間と光強度の関係を示すものである。
【図９（ｃ）】ゲインスイッチを示す模式図であり、時間と反転分布の関係を示すものである。
【図１０（ａ）】半導体レーザーに対する供給連続パルスの周期Ｔが、τFL＜Ｔーτの関係の場合を説明する図である。
【図１０（ｂ）】半導体レーザーに対する供給連続パルスの周期Ｔが、τFL＞Ｔーτの関係の場合を説明する図である。
【図１１】本実施例のレーザー発振装置１０００をパイプレーザー１００００に応用した例を示す図である。
【図１２】従来技術を説明する図である。
【図１３】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
１００００ パイプレーザー
１１０００ 支持脚
１２０００ 投光窓
２００００ ターゲット
１０００ レーザー発振装置
１００ レーザー光源
２００ 集光レンズ
３００ レーザー結晶
３１０ 第１の誘電体反射膜
４００ 非線形光学媒質
５００ 出力ミラー
５１０ 第２の誘電体反射膜
６００ レーザー駆動手段
６１０ クロック発生器
６２０ タイミング部
６３０ 定電流電源部
６４０ スイッチング部
６５０ 電流検出部
６６０ 制御演算部
Claims (7)
- 少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器と、この光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源をパルス駆動するためのパルス駆動手段を含むレーザー発振装置であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光媒質が挿入され、前記パルス駆動手段の駆動パルスの周期Ｔは、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τ ＦＬ （蛍光寿命）に対して、
τ ＦＬ ＞Ｔーτ （但し、τは駆動パルス幅、Ｔは駆動パルスの周期）
となる関係を維持しながら、駆動パルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御するレーザー発振装置。 - 少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器と、この光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源をパルス駆動するためのパルス駆動手段を含むレーザー発振装置であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質が挿入され、前記パルス駆動手段が、駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、前記パルス駆動手段の駆動パルスの周期Ｔは、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τ ＦＬ （蛍光寿命）に対して、
τ ＦＬ ＞Ｔーτ （但し、τは駆動パルス幅、Ｔは駆動パルスの周期）
となる関係を維持しながら、前記ポンピングパルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御するレーザー発振装置。 - 少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器と、この光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源をパルス駆動するためのパルス駆動手段を含むレーザー発振装置であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質が挿入され、前記パルス駆動手段が、駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、前記パルス駆動手段の駆動パルスの周期Ｔは、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τ ＦＬ （蛍光寿命）に対して、
τ ＦＬ ＞Ｔーτ （但し、τは駆動パルス幅、Ｔは駆動パルスの周期）
となる関係を維持しながら、前記ポンピングパルスの幅又は周期を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御するレーザー発振装置。 - 前記駆動パルスの平均パルス電流はＩ ａｖ は、連続動作電流により、同じ出力光を生じさせるために必要とされる連続動作電流をＩ ＣＷ より小さな値に設定される請求項１記載のレーザー発振装置。
- 少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器に対して、ポンピングするためのレーザー光源を駆動するためのレーザー駆動方法であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質が挿入され、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τ ＦＬ （蛍光寿命）に対して、
τ ＦＬ ＞Ｔーτ （但し、τは駆動パルス幅、Ｔは駆動パルスの周期）
となる関係を維持しながら、駆動パルスのデューティ比を変えることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御するレーザー駆動方法。 - 少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器に対して、ポンピングするためのレーザー光源を駆動するためのレーザー駆動方法であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質が挿入され、前記レーザー光源を駆動するための駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τ ＦＬ （蛍光寿命）に対して、
τ ＦＬ ＞Ｔーτ （但し、τは駆動パルス幅、Ｔは駆動パルスの周期）
となる関係を維持しながら、このポンピングパルスのデューティ比を変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御するレーザー駆動方法。 - 少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなり出力光を発生させるための光共振器に対して、ポンピングするためのレーザー光源を駆動するためのレーザー駆動方法であって、前記光共振器内に高調波を発生させるための非線形光学媒質が挿入され、前記レーザー光源を駆動するための駆動パルスを連続駆動することによりポンピングパルスを形成し、このポンピングパルスの周期を、最初の駆動パルスが、前記レーザー結晶における反転分布が最大となるファーストスパイクを含み、かつ、後続のスパイクを含まない駆動パルス幅で該駆動パルスが立ち下がり、更に残留した反転分布が存在している期間内に後続の駆動パルスが立ち上がる関係、即ち、このレーザー結晶における、τ ＦＬ （蛍光寿命）に対して、
τ ＦＬ ＞Ｔーτ （但し、τは駆動パルス幅、Ｔは駆動パルスの周期）
となる関係を維持しながら、駆動パルスの周期Ｔを変化させることにより、レーザー発振装置の高調波の出力を制御するレーザー駆動方法。
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