JP4968149B2 - 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、総消費電流を抑制することが出来る固体レーザ装置に関する。
従来、光出力を一定に維持でき且つ半導体レーザの駆動電流が最小になる制御温度に半導体レーザやレーザ光学系に含まれる光学素子の温度を制御する固体レーザ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−２３５５５１号公報
上記従来の固体レーザ装置では、異なる制御温度Ｔｃにおいて光出力を一定に維持するための半導体レーザの駆動電流Ｉｄを測定し、半導体レーザの駆動電流Ｉｄが最小となる制御温度を使用時の制御温度として採用していた。例えば図５に示すようにＴｃ＝２５℃とすると半導体レーザの駆動電流Ｉｄが約１８０ｍＡとなり、３５℃とすると約１５０ｍＡとなり、４５℃とすると約１８０ｍＡとなるなら、図６に示すように、使用環境温度Ｔｓにかかわらず制御温度Ｔｃ＝３５℃に一定にしていた。これにより、使用環境温度Ｔｓにかかわらず半導体レーザの駆動電流Ｉｄを約１５０ｍＡにすることが出来た。
しかし、ペルチェ素子に供給するペルチェ電流Ｉｐに着目すると、制御温度Ｔｃ＝３５℃一定とするとき、例えば、図６に示すように、使用環境温度Ｔｓが３０℃のときはペルチェ電流Ｉｐは約０ｍＡで済むが、使用環境温度Ｔｓが−１０℃のときはペルチェ電流Ｉｐは約８００ｍＡが必要になり、使用環境温度Ｔｓが５０℃のときはペルチェ電流Ｉｐは約６００ｍＡが必要になる。つまり、使用環境温度Ｔｓにかかわらず制御温度Ｔｃを一定にしていた場合、半導体レーザの駆動電流Ｉｄを常に最小に維持できたとしても、使用環境温度Ｔｓが−１０℃や５０℃のときには非常に大きなペルチェ電流Ｉｐが必要となり、総消費電流を抑制できない問題点があった。そのため、固体レーザ装置を電池駆動した場合、電池の寿命が短くなってしまう問題点があった。
そこで、本発明の目的は、総消費電流を抑制することが出来る固体レーザ装置を提供することにある。
しかし、ペルチェ素子に供給するペルチェ電流Ｉｐに着目すると、制御温度Ｔｃ＝３５℃一定とするとき、例えば、図６に示すように、使用環境温度Ｔｓが３０℃のときはペルチェ電流Ｉｐは約０ｍＡで済むが、使用環境温度Ｔｓが−１０℃のときはペルチェ電流Ｉｐは約８００ｍＡが必要になり、使用環境温度Ｔｓが５０℃のときはペルチェ電流Ｉｐは約６００ｍＡが必要になる。つまり、使用環境温度Ｔｓにかかわらず制御温度Ｔｃを一定にしていた場合、半導体レーザの駆動電流Ｉｄを常に最小に維持できたとしても、使用環境温度Ｔｓが−１０℃や５０℃のときには非常に大きなペルチェ電流Ｉｐが必要となり、総消費電流を抑制できない問題点があった。そのため、固体レーザ装置を電池駆動した場合、電池の寿命が短くなってしまう問題点があった。
そこで、本発明の目的は、総消費電流を抑制することが出来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駆動回路と、前記励起レーザ光によって励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を含んで形成される光共振器内に収容され前記光共振器で発振する基本波の高調波を出力する非線形光学結晶と、前記半導体レーザの温度を制御する温度制御手段と、前記高調波の一部を検出するモニタ用光検出器と、前記モニタ用光検出器の出力を前記駆動回路へフィードバックすることにより所定出力のレーザ光が外部へ出力されるように制御する出力調整回路と、使用環境温度を検出する使用環境温度検出手段と、検出した使用環境温度に応じて前記半導体レーザの制御温度を切り替えることで前記半導体レーザの発振波長を変えて前記固体レーザ媒質の少なくとも２カ所の吸収バンド使用する制御温度切替手段とを具備したことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
固体レーザ媒質の吸収バンドは少なくとも２カ所あるので、それらの吸収バンドに応じて少なくとも２つの励起レーザ光の波長を使用可能である。言い換えると、励起レーザ光の波長は半導体レーザの温度により制御できるから、少なくとも２つの半導体レーザの制御温度を使用することが出来る。
そこで、上記第１の観点による固体レーザ装置では、使用環境温度を検出し、使用可能な少なくとも２つの半導体レーザの制御温度の中から、使用環境温度との差が小さくなるような制御温度に切り替える。これにより、制御温度を一定にする場合に比べて、半導体レーザの駆動電流は増えるが、温調のための電流を小さくすることが出来る。そして、半導体レーザの駆動電流が増える分よりも温調のための電流を小さく出来る分の方が大きいため、総消費電流を抑制することが出来る。
固体レーザ媒質の吸収バンドは少なくとも２カ所あるので、それらの吸収バンドに応じて少なくとも２つの励起レーザ光の波長を使用可能である。言い換えると、励起レーザ光の波長は半導体レーザの温度により制御できるから、少なくとも２つの半導体レーザの制御温度を使用することが出来る。
そこで、上記第１の観点による固体レーザ装置では、使用環境温度を検出し、使用可能な少なくとも２つの半導体レーザの制御温度の中から、使用環境温度との差が小さくなるような制御温度に切り替える。これにより、制御温度を一定にする場合に比べて、半導体レーザの駆動電流は増えるが、温調のための電流を小さくすることが出来る。そして、半導体レーザの駆動電流が増える分よりも温調のための電流を小さく出来る分の方が大きいため、総消費電流を抑制することが出来る。
本発明の固体レーザ装置によれば、使用環境温度が変化する場合に、総消費電流を抑制することが出来る。従って、携帯型の電池駆動の固体レーザ装置において、電池寿命を延ばすことが出来る。
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、励起レーザ光を発生する半導体レーザ１と、励起レーザ光を集光する集光レンズ系２と、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媒質３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結晶４と、固体レーザ媒質３の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５と、出力側ミラー５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６と、分岐光を受光し電気信号に変換するホトダイオード７と、ペルチェ素子と温度センサとを有し半導体レーザ１や固体レーザ媒質３や非線形光学結晶４の温調を行うための温調ユニット８と、筐体１０と、使用環境温度Ｔｓを検出するための使用環境温度検出器９と、半導体レーザ１に駆動電流Ｉｄを供給する半導体レーザ駆動回路１４と、温調ユニット８の実温度Ｔｐが制御温度Ｔｃに一致するようにペルチェ電流Ｉｐを制御する温度制御回路１５と、ホトダイオード７で受光する分岐光の強度が一定になるような駆動電流Ｉｄを半導体レーザ１に供給すべく半導体レーザ駆動回路１４を制御すると共に温度制御回路１５に指示する制御温度Ｔｃを使用環境温度Ｔｓの変化に応じて切り替える制御部１６とを具備している。
この固体レーザ装置１００は、励起レーザ光を発生する半導体レーザ１と、励起レーザ光を集光する集光レンズ系２と、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媒質３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結晶４と、固体レーザ媒質３の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５と、出力側ミラー５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６と、分岐光を受光し電気信号に変換するホトダイオード７と、ペルチェ素子と温度センサとを有し半導体レーザ１や固体レーザ媒質３や非線形光学結晶４の温調を行うための温調ユニット８と、筐体１０と、使用環境温度Ｔｓを検出するための使用環境温度検出器９と、半導体レーザ１に駆動電流Ｉｄを供給する半導体レーザ駆動回路１４と、温調ユニット８の実温度Ｔｐが制御温度Ｔｃに一致するようにペルチェ電流Ｉｐを制御する温度制御回路１５と、ホトダイオード７で受光する分岐光の強度が一定になるような駆動電流Ｉｄを半導体レーザ１に供給すべく半導体レーザ駆動回路１４を制御すると共に温度制御回路１５に指示する制御温度Ｔｃを使用環境温度Ｔｓの変化に応じて切り替える制御部１６とを具備している。
図２は、半導体レーザ１の温度−励起レーザ光波長の特性を示す例示図である。
温度０℃で波長７９５ｎｍ付近、温度３０℃で波長８０４ｎｍ付近、温度４５℃で波長８０９ｎｍ付近となるものを想定する。
温度０℃で波長７９５ｎｍ付近、温度３０℃で波長８０４ｎｍ付近、温度４５℃で波長８０９ｎｍ付近となるものを想定する。
図３は、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶を固体レーザ媒質３として用いた場合の吸収スペクトルの例示図である。
波長が０．７９μｍ〜０．８３μｍの範囲に吸収スペクトルの強度が大きいピークがいくつかある。大きい方から３カ所選ぶと、８０９ｎｍ付近のピーク、７９５ｎｍ付近のピーク、８０４ｎｍ付近のピークである。これらの３カ所の吸収バンドを使用するものとする。
波長が０．７９μｍ〜０．８３μｍの範囲に吸収スペクトルの強度が大きいピークがいくつかある。大きい方から３カ所選ぶと、８０９ｎｍ付近のピーク、７９５ｎｍ付近のピーク、８０４ｎｍ付近のピークである。これらの３カ所の吸収バンドを使用するものとする。
図４は、使用環境温度Ｔｓとそれに応じて切り替える制御温度Ｔｃと半導体レーザ１の温度Ｔｐを制御温度Ｔｃに維持するために必要なペルチェ電流Ｉｐの関係を示す特性図である。
使用環境温度Ｔｓが−１０℃〜１０℃のときに制御温度Ｔｃを０℃に、使用環境温度Ｔｓが１０℃〜３２．５℃のときに制御温度Ｔｃを３０℃に、使用環境温度Ｔｓが３２．５℃〜５０℃のときに制御温度Ｔｃを４５℃に切り替える。
−１０℃〜５０℃の使用環境温度Ｔｓで必要とされるペルチェ電流Ｉｐの最大値は約３００ｍＡに抑えることが出来る。
使用環境温度Ｔｓが−１０℃〜１０℃のときに制御温度Ｔｃを０℃に、使用環境温度Ｔｓが１０℃〜３２．５℃のときに制御温度Ｔｃを３０℃に、使用環境温度Ｔｓが３２．５℃〜５０℃のときに制御温度Ｔｃを４５℃に切り替える。
−１０℃〜５０℃の使用環境温度Ｔｓで必要とされるペルチェ電流Ｉｐの最大値は約３００ｍＡに抑えることが出来る。
実施例１の固体レーザ装置１００によれば、使用環境温度Ｔｓを検出し、使用環境温度Ｔｓとの差があまり大きくならないように制御温度Ｔｃを変化させるから、制御温度Ｔｃを一定にする場合に比べて、半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは増えるが、ペルチェ電流Ｉｐを小さくすることが出来る。そして、半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄが増える分よりもペルチェ電流Ｉｐを小さく出来る分の方が大きいため、総消費電流｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜を抑制することが出来る。よって、乾電池で駆動した場合の電池寿命を延ばすことが出来る。
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。また、乾電池で駆動する例えばレーザポインタに有用である。
１ 半導体レーザ
２ 集光レンズ系
３ 固体レーザ媒質
４ 非線形光学結晶
５ 出力側ミラー
６ ビームスプリッタ
７ ホトダイオード
８ 温調ユニット
９ 使用環境温度検出器
１４ 半導体レーザ駆動回路
１５ 温度制御回路
１６ 制御部
１００ 固体レーザ装置
２ 集光レンズ系
３ 固体レーザ媒質
４ 非線形光学結晶
５ 出力側ミラー
６ ビームスプリッタ
７ ホトダイオード
８ 温調ユニット
９ 使用環境温度検出器
１４ 半導体レーザ駆動回路
１５ 温度制御回路
１６ 制御部
１００ 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駆動回路と、前記励起レーザ光によって励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を含んで形成される光共振器内に収容され前記光共振器で発振する基本波の高調波を出力する非線形光学結晶と、前記半導体レーザの温度を制御する温度制御手段と、前記高調波の一部を検出するモニタ用光検出器と、前記モニタ用光検出器の出力を前記駆動回路へフィードバックすることにより所定出力のレーザ光が外部へ出力されるように制御する出力調整回路と、使用環境温度を検出する使用環境温度検出手段と、検出した使用環境温度に応じて前記半導体レーザの制御温度を切り替えることで前記半導体レーザの発振波長を変えて前記固体レーザ媒質の少なくとも２カ所の吸収バンド使用する制御温度切替手段とを具備したことを特徴とする固体レーザ装置。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014027704A1 (ko) * | 2012-08-13 | 2014-02-20 | 광주대학교 산학협력단 | 마이크로메이저／레이저에 있어서의 연속파 형태의 준-수상태 광의 발생 방법 |
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| JP2002158383A (ja) * | 2000-11-17 | 2002-05-31 | Fuji Photo Film Co Ltd | レーザ光源の適正駆動温度を決定するための方法および装置 |
| JP2003198018A (ja) * | 2001-12-28 | 2003-07-11 | Communication Research Laboratory | 光励起型固体レーザ発振器 |
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| JP5070820B2 (ja) * | 2006-11-28 | 2012-11-14 | 株式会社島津製作所 | 固体レーザ装置 |
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| JP5087919B2 (ja) * | 2006-12-13 | 2012-12-05 | 株式会社島津製作所 | 半導体レーザ励起固体レーザを用いたレーザポインタ |
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- 2008-04-04 JP JP2008097642A patent/JP4968149B2/ja active Active
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| WO2014027704A1 (ko) * | 2012-08-13 | 2014-02-20 | 광주대학교 산학협력단 | 마이크로메이저／레이저에 있어서의 연속파 형태의 준-수상태 광의 발생 방법 |
| KR101539274B1 (ko) * | 2012-08-13 | 2015-07-24 | 광주대학교산학협력단 | 마이크로메이저／레이저에 있어서의 연속파 형태의 준-수상태 광의 발생 방법 |
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