JP4876632B2 - 固体レーザ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、固体レーザ装置に関し、さらに詳しくは、最小の駆動電流を常に維持できる固体レーザ装置および光ノイズ成分を許容値以下に抑制するためのマージンを常に確保できる固体レーザ装置に関する。
従来、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ながら半導体レーザや光学素子の温度掃引を所定の温度範囲で常に行い、その温度範囲の中心温度で駆動電流または光ノイズが最小になるように温度範囲を常にシフトするレーザ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
他方、温度チューニング時には、半導体レーザや固体レーザ結晶や非線形光学素子の温度を変えながら出力レーザ光の光ノイズ成分（高周波成分）を測定し、光ノイズ成分が許容値以下となるときの温度を最適温度として記憶し、使用時には、記憶した最適温度に維持するように温調を行う固体レーザ装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００４−２３５５５１号公報（［００２２］［００４７］）
特開２００３−１５８３１８号公報（［０００８］）
他方、温度チューニング時には、半導体レーザや固体レーザ結晶や非線形光学素子の温度を変えながら出力レーザ光の光ノイズ成分（高周波成分）を測定し、光ノイズ成分が許容値以下となるときの温度を最適温度として記憶し、使用時には、記憶した最適温度に維持するように温調を行う固体レーザ装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
上記従来のレーザ装置では、温度範囲内で常に温度掃引しているため、平均的には、最小の駆動電流より大きい駆動電流を常に流していることになる問題点がある。
他方、上記従来の固体レーザ装置では、使用中には、記憶した最適温度に維持しているが、使用条件によっては、記憶した最適温度が光ノイズ成分が許容値以下となる領域のぎりぎりになる可能性がある。つまり、光ノイズ成分を許容値以下に抑制するためのマージンがなくなっており、わずかな条件変動で光ノイズ成分が許容値を超えかねない問題点がある。
そこで、本発明の目的は、最小の駆動電流を常に維持できる固体レーザ装置および光ノイズ成分を許容値以下に抑制するためのマージンを常に確保できる固体レーザ装置を提供することにある。
他方、上記従来の固体レーザ装置では、使用中には、記憶した最適温度に維持しているが、使用条件によっては、記憶した最適温度が光ノイズ成分が許容値以下となる領域のぎりぎりになる可能性がある。つまり、光ノイズ成分を許容値以下に抑制するためのマージンがなくなっており、わずかな条件変動で光ノイズ成分が許容値を超えかねない問題点がある。
そこで、本発明の目的は、最小の駆動電流を常に維持できる固体レーザ装置および光ノイズ成分を許容値以下に抑制するためのマージンを常に確保できる固体レーザ装置を提供することにある。
第１の観点では、本発明は、励起レーザ光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザに駆動電流を供給する半導体レーザ駆動回路と、前記半導体レーザの温度を制御する半導体レーザ温度制御手段と、前記励起レーザ光によって励起され且つ前記励起レーザ光の入射面に反射面が形成された固体レーザ結晶と、前記反射面との間で光共振器を形成する反射面を持つ出力側ミラーと、前記固体レーザ結晶および前記出力側ミラーの温度を制御する光共振器温度制御手段と、前記光共振器内に挿入され前記固体レーザ結晶からのレーザ光が入射され高調波を発生する非線形光学素子と、前記光共振器内に挿入され特定波長のレーザ光を透過させる波長選択素子と、前記波長選択素子の温度を制御する波長選択素子温度制御手段と、前記出力側ミラーから外部へ出力されるレーザ光の分岐光が入力されるモニタ用光検出器と、前記モニタ用光検出器の出力を一定に維持するように前記半導体レーザ駆動回路を制御する制御回路と、前記制御回路による駆動電流の制御を行いながら前記半導体レーザ温度制御手段および前記共振器ブロック温度制御手段および前記波長選択素子温度制御手段の少なくとも一つによる温度掃引を行って駆動電流が最小となるボトム温度を検出するボトム温度検出手段と、前記駆動電流を常時監視する駆動電流常時監視手段と、前記駆動電流の変化量が所定値を超えたときに前記ボトム温度検出手段を起動し検出されたボトム温度になるように前記半導体レーザ温度制御手段および前記共振器ブロック温度制御手段および前記波長選択素子温度制御手段の少なくとも一つに指示を与える目標温度設定手段とを具備することを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
なお、上記「常時監視」には、他の必要な処理を行うために一時的に監視を中断する場合も含まれる。
上記第１の観点による固体レーザ装置では、駆動電流を常時監視し、駆動電流の変化が予め定められた所定値を超えると、使用を継続しながら温度チューニングをやり直し、最小の駆動電流になるボトム温度を再設定する。このため、常に最小の駆動電流を維持できる。
なお、上記「常時監視」には、他の必要な処理を行うために一時的に監視を中断する場合も含まれる。
上記第１の観点による固体レーザ装置では、駆動電流を常時監視し、駆動電流の変化が予め定められた所定値を超えると、使用を継続しながら温度チューニングをやり直し、最小の駆動電流になるボトム温度を再設定する。このため、常に最小の駆動電流を維持できる。
第２の観点では、本発明は、励起レーザ光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザに駆動電流を供給する半導体レーザ駆動回路と、前記半導体レーザの温度を制御する半導体レーザ温度制御手段と、前記励起レーザ光によって励起され且つ前記励起レーザ光の入射面に反射面が形成された固体レーザ結晶と、前記反射面との間で光共振器を形成する反射面を持つ出力側ミラーと、前記固体レーザ結晶および前記出力側ミラーの温度を制御する光共振器温度制御手段と、前記光共振器内に挿入され前記固体レーザ結晶からのレーザ光が入射され高調波を発生する非線形光学素子と、前記光共振器内に挿入され特定波長のレーザ光を透過させる波長選択素子と、前記波長選択素子の温度を制御する波長選択素子温度制御手段と、前記出力側ミラーから外部へ出力されるレーザ光の分岐光が入力されるモニタ用光検出器と、前記モニタ用光検出器の出力を一定に維持するように前記半導体レーザ駆動回路を制御する制御回路と、前記モニタ用光検出器の出力から光ノイズ成分を抽出する光ノイズ成分抽出手段と、前記制御回路による駆動電流の制御を行いながら前記半導体レーザ温度制御手段および前記共振器ブロック温度制御手段および前記波長選択素子温度制御手段の少なくとも一つによる温度掃引を行って光ノイズ成分が許容値以下の領域の一番広いところの中央値の温度を検出する温度検出手段と、前記光ノイズ成分を常時監視する光ノイズ成分常時監視手段と、前記光ノイズ成分が許容値を超えたときに前記温度検出手段を起動し検出された温度になるように前記半導体レーザ温度制御手段および前記共振器ブロック温度制御手段および前記波長選択素子温度制御手段の少なくとも一つに指示を与える目標温度設定手段とを具備することを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
なお、上記「常時監視」には、他の必要な処理を行うために一時的に監視を中断する場合も含まれる。
上記第２の観点による固体レーザ装置では、光ノイズ成分を常時監視し、光ノイズ成分が予め定められた許容値を超えると、使用を継続しながら温度チューニングをやり直し、光ノイズ成分が許容値以下の領域の一番広いところの中央値の温度を再設定する。このため、光ノイズ成分を許容値以下に抑制するためのマージンを常に確保できる。
なお、上記「常時監視」には、他の必要な処理を行うために一時的に監視を中断する場合も含まれる。
上記第２の観点による固体レーザ装置では、光ノイズ成分を常時監視し、光ノイズ成分が予め定められた許容値を超えると、使用を継続しながら温度チューニングをやり直し、光ノイズ成分が許容値以下の領域の一番広いところの中央値の温度を再設定する。このため、光ノイズ成分を許容値以下に抑制するためのマージンを常に確保できる。
本発明の固体レーザ装置によれば、最小の駆動電流を常に維持できる。また、光ノイズ成分を許容値以下に抑制するためのマージンを常に確保できる。
以下、図に示す実施例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。
図１は、実施例１に係る固体レーザ装置１００を示す説明図である。
この固体レーザ装置１００は、レーザ発振部筐体４に収容されたレーザ発振部１０と、制御部筐体６に収容された制御部２０と、レーザ発振部１０と制御部２０とを接続するケーブル８とからなっている。
この固体レーザ装置１００は、レーザ発振部筐体４に収容されたレーザ発振部１０と、制御部筐体６に収容された制御部２０と、レーザ発振部１０と制御部２０とを接続するケーブル８とからなっている。
レーザ発振部１０は、励起レーザ光を発生する半導体レーザ１１と、励起レーザ光を集光する集光レンズ系１２と、所定の厚みを持ち且つ励起レーザ光の入射面に反射面が形成され且つ励起レーザ光により励起されて基本波光を発生する固体レーザ結晶１３と、基本波光が入射すると第２高調波光を発生する非線形光学素子１４と、特定波長の光を透過させる波長選択素子１５と、固体レーザ結晶１３の反射面との間で光共振器１７を形成する反射面を持つ出力側ミラー１６と、出力側ミラー１６から外部へ出力される出力レーザ光の一部を透過すると共に残りを分岐するビームスプリッタ１８と、分岐光を受光し電気信号に変換するホトダイオード１９と、ペルチェ素子と温度センサとを有し半導体レーザ１１の温調を行うための温調ユニット１と、ペルチェ素子と温度センサとを有し固体レーザ結晶１３および出力ミラー１６の温調を行うための温調ユニット２と、ペルチェ素子と温度センサとを有し波長選択素子１５の温調を行うための温調ユニット３と、コネクタ５とを具備している。
制御部２０は、温調ユニット１により半導体レーザ１１の温度を制御する半導体レーザ温度制御回路２１と、温調ユニット２により固体レーザ結晶１３および出力ミラー１６の温度を制御する光共振器温度制御回路２２と、温調ユニット３により波長選択素子１５の温度を制御する波長選択素子温度制御回路２３と、半導体レーザ１１を駆動するための駆動電流Ｉopを出力する半導体レーザ駆動回路２４と、ホトダイオード１９の出力Ｐが所定出力となるように半導体レーザ駆動回路２４を制御すると共に各温度制御回路２１，２２，２３を制御する制御回路２５と、コネクタ７とを具備している。
ケーブル８は、レーザ発振部１０のコネクタ５と制御部２０のコネクタ７とを結合している。
図２は、実施例１に係るボトム温度検出処理を示すフロー図である。この処理は、パワーオン時に制御回路２５による駆動電流Ｉopの制御を行いながら実行される。なお、一定期間毎に、あるいは、ユーザの指示があった時に実行してもよい。
ステップＳ１では、半導体レーザ温度制御回路２１を介して温調ユニット１を制御し半導体レーザ１１の温度Ｔ１を開始温度Ｔ１ｓ（例えば３０℃）とする。
ステップＳ１では、半導体レーザ温度制御回路２１を介して温調ユニット１を制御し半導体レーザ１１の温度Ｔ１を開始温度Ｔ１ｓ（例えば３０℃）とする。
ステップＳ２では、光共振器温度制御回路２２を介して温調ユニット２を制御し固体レーザ結晶１３および出力ミラー１６の温度Ｔ２を開始温度Ｔ２ｓ（例えば３０℃）とする。
ステップＳ３では、波長選択素子温度制御回路２３を介して温調ユニット３を制御し波長選択素子１５の温度Ｔ３を開始温度Ｔ３ｓ（例えば３０℃）とする。
ステップＳ４では、温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３および駆動電流Ｉop を記録する。
ステップＳ５では、波長選択素子１９の温度Ｔ３をΔＴ３（例えば１℃）だけ増加させる。
ステップＳ６では、温度Ｔ３が終了温度Ｔ３ｅ（例えば６０℃）以下ならばステップＳ４に戻り、そうでないならばステップＳ７へ進む。
ステップＳ５では、波長選択素子１９の温度Ｔ３をΔＴ３（例えば１℃）だけ増加させる。
ステップＳ６では、温度Ｔ３が終了温度Ｔ３ｅ（例えば６０℃）以下ならばステップＳ４に戻り、そうでないならばステップＳ７へ進む。
ステップＳ７では、固体レーザ結晶１３および出力ミラー１６の温度Ｔ２をΔＴ２（例えば１℃）だけ増加させる。
ステップＳ８では、温度Ｔ２が終了温度Ｔ２ｅ（例えば６０℃）以下ならばステップＳ３に戻り、そうでないならばステップＳ９へ進む。
ステップＳ８では、温度Ｔ２が終了温度Ｔ２ｅ（例えば６０℃）以下ならばステップＳ３に戻り、そうでないならばステップＳ９へ進む。
ステップＳ９では、半導体レーザ１１の温度Ｔ１をΔＴ１（例えば１℃）だけ増加させる。
ステップＳ１０では、温度Ｔ１が終了温度Ｔ１ｅ（例えば６０℃）以下ならばステップＳ２に戻り、そうでないならばステップＳ１１へ進む。
ステップＳ１０では、温度Ｔ１が終了温度Ｔ１ｅ（例えば６０℃）以下ならばステップＳ２に戻り、そうでないならばステップＳ１１へ進む。
ステップＳ１１では、記録したデータを基に最小の駆動電流Ｉop を与える温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を目標温度として半導体レーザ温度制御回路２１，光共振器温度制御回路２２，波長選択素子温度制御回路２３に与える。そして、処理を終了する。
図３は、実施例１に係る目標温度更新処理を示すフロー図である。この処理は、使用中、常時実行される。
ステップＲ１では、駆動電流Ｉop を測定し、基準電流値として記憶する。
ステップＲ１では、駆動電流Ｉop を測定し、基準電流値として記憶する。
ステップＲ２では、駆動電流Ｉop を測定し、基準電流値との差を求める。
ステップＲ３では、差が所定値（例えば１００ｍＡ）より小さいならステップＲ２に戻り、小さくないならステップＲ４へ進む。
ステップＲ３では、差が所定値（例えば１００ｍＡ）より小さいならステップＲ２に戻り、小さくないならステップＲ４へ進む。
ステップＲ４では、図２に示すボトム温度検出処理を実行する。そして、ステップＲ１に戻る。
実施例１の固体レーザ装置１００によれば、駆動電流Ｉopを常時監視し、駆動電流Iopの変化が予め定められた所定値を超えると、使用を継続しながら温度チューニングをやり直し、最小の駆動電流になるボトム温度を再設定する。このため、常に最小の駆動電流を維持できる。
図４は、実施例２に係る固体レーザ装置２００を示す説明図である。
この固体レーザ装置２００は、ホトダイオード１９の出力Ｐから光ノイズ成分（高周波成分）Ｎを抽出し制御回路２５に入力するするハイパスフィルタ９を具備している。その他は、実施例１に係る固体レーザ装置１００と同じである。
この固体レーザ装置２００は、ホトダイオード１９の出力Ｐから光ノイズ成分（高周波成分）Ｎを抽出し制御回路２５に入力するするハイパスフィルタ９を具備している。その他は、実施例１に係る固体レーザ装置１００と同じである。
図５は、実施例２に係る温度検出処理を示すフロー図である。
ステップＳ４，Ｓ１１以外は実施例１と同一であるので、ステップＳ４，Ｓ１１のみ説明する。
ステップＳ４では、温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３および光ノイズ成分Ｎを記録する。
ステップＳ４，Ｓ１１以外は実施例１と同一であるので、ステップＳ４，Ｓ１１のみ説明する。
ステップＳ４では、温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３および光ノイズ成分Ｎを記録する。
ステップＳ１１では、記録したデータを基に光ノイズ成分Ｎが許容値（例えば５０ｍＶ）以下の領域の一番広いところの中央値を与える温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を目標温度として半導体レーザ温度制御回路２１，光共振器温度制御回路２２，波長選択素子温度制御回路２３に与える。そして、処理を終了する。
図６は、実施例２に係る目標温度更新処理を示すフロー図である。この処理は、使用中、常時実行される。
ステップＱ１では、光ノイズ成分Ｎを測定する。
ステップＱ２では、光ノイズ成分Ｎが許容値（例えば５０ｍＶ）より小さいならステップＱ１に戻り、小さくないならステップＱ３へ進む。
ステップＱ３では、図５に示す温度検出処理を実行する。そして、ステップＱ１に戻る。
ステップＱ１では、光ノイズ成分Ｎを測定する。
ステップＱ２では、光ノイズ成分Ｎが許容値（例えば５０ｍＶ）より小さいならステップＱ１に戻り、小さくないならステップＱ３へ進む。
ステップＱ３では、図５に示す温度検出処理を実行する。そして、ステップＱ１に戻る。
実施例２の固体レーザ装置２００によれば、光ノイズ成分Ｎを常時監視し、光ノイズ成分Ｎが許容値を超えると、使用を継続しながら温度チューニングをやり直し、光ノイズ成分Ｎが許容値以下の領域で一番広いところの中央値を与える温度を再設定する。このため、光ノイズ成分を許容値以下に抑制するためのマージンを常に確保できる。
本発明の固体レーザ装置は、バイオエンジニアリング分野や計測分野で利用できる。
１，２，３ 温調ユニット
９ ハイパスフィルタ
１１ 半導体レーザ
１２ 集光レンズ系
１３ 固体レーザ結晶
１４ 非線形光学素子
１５ 波長選択素子
１６ 出力側ミラー
２１ 半導体レーザ温度制御回路
２２ 光共振器温度制御回路
２３ 波長選択素子温度制御回路
２４ 半導体レーザ駆動回路
２５ 制御回路
１００，２００ 固体レーザ装置
９ ハイパスフィルタ
１１ 半導体レーザ
１２ 集光レンズ系
１３ 固体レーザ結晶
１４ 非線形光学素子
１５ 波長選択素子
１６ 出力側ミラー
２１ 半導体レーザ温度制御回路
２２ 光共振器温度制御回路
２３ 波長選択素子温度制御回路
２４ 半導体レーザ駆動回路
２５ 制御回路
１００，２００ 固体レーザ装置
Claims (1)
- 励起レーザ光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザに駆動電流を供給する半導体レーザ駆動回路と、前記半導体レーザの温度を制御する半導体レーザ温度制御手段と、前記励起レーザ光によって励起され且つ前記励起レーザ光の入射面に反射面が形成された固体レーザ結晶と、前記反射面との間で光共振器を形成する反射面を持つ出力側ミラーと、前記固体レーザ結晶および前記出力側ミラーの温度を制御する光共振器ブロック温度制御手段と、前記光共振器内に挿入され前記固体レーザ結晶からのレーザ光が入射され高調波を発生する非線形光学素子と、前記光共振器内に挿入され特定波長のレーザ光を透過させる波長選択素子と、前記波長選択素子の温度を制御する波長選択素子温度制御手段と、前記出力側ミラーから外部へ出力されるレーザ光の分岐光が入力されるモニタ用光検出器と、前記モニタ用光検出器の出力を一定に維持するように前記半導体レーザ駆動回路を制御する制御回路と、前記制御回路による駆動電流の制御を行いながら前記半導体レーザ温度制御手段および前記共振器ブロック温度制御手段および前記波長選択素子温度制御手段の少なくとも一つによる温度掃引を行って駆動電流が最小となるボトム温度を検出するボトム温度検出手段と、前記駆動電流を常時監視する駆動電流常時監視手段と、前記駆動電流の変化量が所定値を超えたときに前記ボトム温度検出手段を起動し検出されたボトム温度になるように前記半導体レーザ温度制御手段および前記共振器ブロック温度制御手段および前記波長選択素子温度制御手段の少なくとも一つに指示を与える目標温度設定手段とを具備することを特徴とする固体レーザ装置。
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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