JP5070820B2 - 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、例えば、図５に示すように、制御温度Ｔｃを２５℃とすると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、例えば制御温度Ｔｃ＝３５℃一定で温度制御していた。これにより、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、制御温度Ｔｃ＝３５℃一定とするとき、例えば、図７に示すように、環境温度Ｔｓが３０℃のときはペルチェ素子に供給するペルチェ電流Ｉｐは約０ｍＡで済むが、環境温度Ｔｓが０℃や５０℃のときはペルチェ電流Ｉｐは約６００ｍＡが必要になる。つまり、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、環境温度Ｔｓが０℃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、制御温度Ｔｃ＝３５℃一定とするとき、例えば、図７に示すように、環境温度Ｔｓが３０℃のときはペルチェ素子に供給するペルチェ電流Ｉｐは約０ｍＡで済むが、環境温度Ｔｓが０℃や５０℃のときはペルチェ電流Ｉｐは約６００ｍＡが必要になる。つまり、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、環境温度Ｔｓが０℃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半導体レーザ駆動回路と、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発生する非線形光学素子と、前記高調波が所定出力になるように前記半導体レーザ駆動回路を制御する出力調整回路と、前記半導体レーザと前記固体レーザ媒質と前記非線形光学素子の少なくとも一つの温度が所定の制御温度になるように温度制御する温度制御手段と、前記温度制御のための温調電流を所定の範囲内に制限する温調電流制限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。
上記第１の観点による固体レーザ装置では、温調電流制限手段により温調電流を所定の範囲内に制限するが、固体レーザ装置が置かれる環境温度範囲の最低温度において光出力を一定に維持しうる実温度範囲の最低温度以上となりうる温調電流（加熱電流）を確保できるならば、実温度が制御温度以下となっても支障はない。また、固体レーザ装置が置かれる環境温度範囲の最高温度において光出力を一定に維持しうる実温度範囲の最高温度以下となりうる温調電流（冷却電流）を確保できるならば、実温度が制御温度以上となっても支障はない。そして、温調電流を所定の範囲内に制限することによって半導体レーザの駆動電流が最小になる制御温度から実温度が外れると半導体レーザの駆動電流は増えてしまうが、それより大きく温調電流を減らすことが出来るため、総消費電流を抑制することが出来る。
上記第１の観点による固体レーザ装置では、温調電流制限手段により温調電流を所定の範囲内に制限するが、固体レーザ装置が置かれる環境温度範囲の最低温度において光出力を一定に維持しうる実温度範囲の最低温度以上となりうる温調電流（加熱電流）を確保できるならば、実温度が制御温度以下となっても支障はない。また、固体レーザ装置が置かれる環境温度範囲の最高温度において光出力を一定に維持しうる実温度範囲の最高温度以下となりうる温調電流（冷却電流）を確保できるならば、実温度が制御温度以上となっても支障はない。そして、温調電流を所定の範囲内に制限することによって半導体レーザの駆動電流が最小になる制御温度から実温度が外れると半導体レーザの駆動電流は増えてしまうが、それより大きく温調電流を減らすことが出来るため、総消費電流を抑制することが出来る。
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による固体レーザ装置において、前記温調電流制限手段は、固体レーザ装置が置かれる環境温度範囲の最低温度において光出力を一定に維持しうる実温度範囲の最低温度となりうる電流値から固体レーザ装置が置かれる環境温度範囲の最高温度において光出力を一定に維持しうる実温度範囲の最高温度となりうる電流値までの範囲に前記温調電流を制限することを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
上記第２の観点による固体レーザ装置では、環境温度範囲の両端部分においては、半導体レーザの駆動電流が最小になる制御温度から実温度が外れるため、半導体レーザの駆動電流は増えてしまうが、大きく温調電流を減らすことが出来るため、総消費電流を抑制することが出来る。また、使用頻度の高い環境温度範囲の中央部分においては、半導体レーザの駆動電流が最小になる制御温度に温調されるため、半導体レーザの駆動電流が最小になり、温度安定性も高くなる。
上記第２の観点による固体レーザ装置では、環境温度範囲の両端部分においては、半導体レーザの駆動電流が最小になる制御温度から実温度が外れるため、半導体レーザの駆動電流は増えてしまうが、大きく温調電流を減らすことが出来るため、総消費電流を抑制することが出来る。また、使用頻度の高い環境温度範囲の中央部分においては、半導体レーザの駆動電流が最小になる制御温度に温調されるため、半導体レーザの駆動電流が最小になり、温度安定性も高くなる。
本発明の固体レーザ装置によれば、光出力を安定に維持しつつ、総消費電流を抑制することが出来る。
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素子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や非線形光学素子４の温調を行うための温調ユニット８と、筐体１０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に制御温度Ｔｃを指示する制御部１６と、ペルチェ電流Ｉｐを制限するペルチェ電流制限回路１７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素子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や非線形光学素子４の温調を行うための温調ユニット８と、筐体１０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に制御温度Ｔｃを指示する制御部１６と、ペルチェ電流Ｉｐを制限するペルチェ電流制限回路１７とを具備している。
図２に示すように、制御温度Ｔｃは、半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄが最小になる制御温度（この例では３５℃）に一定になっている。
図３は、環境温度Ｔｓの変化に対するペルチェ電流Ｉｐの変化を示すグラフである。
制御温度Ｔｃが３５℃で一定ならば、温度制御回路１５は、図７に示すように、環境温度Ｔｓに応じたペルチェ電流Ｉｐを供給しようとする。ところが、ペルチェ電流制限回路１７は、＋４００ｍＡ≧Ｉｐ≧−３００ｍＡに制限する。このため、図３に示すようなペルチェ電流Ｉｐの変化になる。
制御温度Ｔｃが３５℃で一定ならば、温度制御回路１５は、図７に示すように、環境温度Ｔｓに応じたペルチェ電流Ｉｐを供給しようとする。ところが、ペルチェ電流制限回路１７は、＋４００ｍＡ≧Ｉｐ≧−３００ｍＡに制限する。このため、図３に示すようなペルチェ電流Ｉｐの変化になる。
図４は、環境温度Ｔｓの変化に対する実温度Ｔｐの変化を示すグラフである。
実温度Ｔｐは、半導体レーザ１などの発熱によって環境温度Ｔｓよりも常に＋５℃だけ上昇し、ペルチェ電流Ｉｐ＝＋４００ｍＡによる加熱分は＋２０℃であり、ペルチェ電流Ｉｐ＝−３００ｍＡによる冷却分は−１０℃であるとする。
実温度Ｔｐは、半導体レーザ１などの発熱によって環境温度Ｔｓよりも常に＋５℃だけ上昇し、ペルチェ電流Ｉｐ＝＋４００ｍＡによる加熱分は＋２０℃であり、ペルチェ電流Ｉｐ＝−３００ｍＡによる冷却分は−１０℃であるとする。
例えば、環境温度Ｔｓが０℃のときは、実温度Ｔｐは、半導体レーザ１などの発熱による＋５℃とペルチェ電流Ｉｐ＝＋４００ｍＡによる＋２０℃とにより、０℃＋５℃＋２０℃＝２５℃となる。２５℃は、固体レーザ装置１００が置かれる環境温度範囲の最低温度０℃において光出力を一定に維持しうる実温度範囲の最低温度である。換言すれば、ペルチェ電流Ｉｐ＝＋４００ｍＡは、固体レーザ装置１００が置かれる環境温度範囲の最低温度（Ｔｓ＝０℃）において光出力を一定に維持しうる実温度範囲の最低温度（Ｔｐ＝２５℃）となりうる電流値である。図５より、実温度Ｔｐ＝２５℃で光出力を一定に維持するための半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１８０ｍＡになる。合計すると、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約５８０ｍＡになる。
一方、環境温度Ｔｓが０℃でも実温度Ｔｐを３５℃に維持した場合、図５より半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１５０ｍＡになるが、図７よりペルチェ電流Ｉｐは約６００ｍＡになり、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約７５０ｍＡになる。
一方、環境温度Ｔｓが０℃でも実温度Ｔｐを３５℃に維持した場合、図５より半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１５０ｍＡになるが、図７よりペルチェ電流Ｉｐは約６００ｍＡになり、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約７５０ｍＡになる。
環境温度Ｔｓが１０℃〜４０℃のときは、ペルチェ電流Ｉｐは制限されないため、実温度Ｔｐ＝制御温度Ｔｃ＝３５℃となり、図５〜図７と同様になる。
例えば、環境温度Ｔｓが５０℃のときは、実温度Ｔｐは、半導体レーザ１などの発熱による＋５℃とペルチェ電流Ｉｐ＝−３００ｍＡによる−１０℃とにより、５０℃＋５℃−１０℃＝４５℃となる。４５℃は、固体レーザ装置１００が置かれる環境温度範囲の最高温度５０℃において光出力を一定に維持しうる実温度範囲の最高温度である。換言すれば、ペルチェ電流Ｉｐ＝−３００ｍＡは、固体レーザ装置１００が置かれる環境温度範囲の最高温度（Ｔｓ＝５０℃）において光出力を一定に維持しうる実温度範囲の最高温度（Ｔｐ＝４５℃）となりうる電流値である。図５より、実温度Ｔｐ＝４５℃で光出力を一定に維持するための半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１８０ｍＡになる。合計すると、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約４８０ｍＡになる。
一方、環境温度Ｔｓが５０℃でも実温度Ｔｐを３５℃に維持した場合、図５より半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１５０ｍＡになるが、図７よりペルチェ電流Ｉｐは約６００ｍＡになり、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約７５０ｍＡになる。
一方、環境温度Ｔｓが５０℃でも実温度Ｔｐを３５℃に維持した場合、図５より半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは約１５０ｍＡになるが、図７よりペルチェ電流Ｉｐは約６００ｍＡになり、｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜＝約７５０ｍＡになる。
実施例１の固体レーザ装置１００によれば、ペルチェ電流Ｉｐを制限することによって半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄが最小になる制御温度Ｔｃから実温度Ｔｐが外れることがあり、半導体レーザ１の駆動電流Ｉｄは増えてしまうが、それより大きくペルチェ電流Ｉｐを減らすことが出来るため、総消費電流｜Ｉｐ｜＋｜Ｉｄ｜を抑制することが出来る。そして、制御温度Ｔｃから外れても、光出力を安定に維持できる実温度範囲内に実温度Ｔｐが入るようにペルチェ電流Ｉｐを制限するので支障は生じない。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。特に、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 非線形光学素子
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
１４ 半導体レーザ駆動回路
１５ 温度制御回路
１６ 制御部
１７ ペルチェ電流制限回路
１００ 固体レーザ装置
２ 集光レンズ系
３ 固体レーザ媒質
４ 非線形光学素子
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
１４ 半導体レーザ駆動回路
１５ 温度制御回路
１６ 制御部
１７ ペルチェ電流制限回路
１００ 固体レーザ装置
Claims (2)
- 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発生する非線形光学素子と、前記高調波が所定出力になるように前記半導体レーザ駆動回路を制御する出力調整回路と、前記半導体レーザと前記固体レーザ媒質と前記非線形光学素子の少なくとも一つの温度が所定の制御温度になるように温度制御する温度制御手段と、前記温度制御のための温調電流を所定の範囲内に制限する温調電流制限手段とを具備したことを特徴とする固体レーザ装置。
- 請求項１に記載の固体レーザ装置において、前記温調電流制限手段は、固体レーザ装置が置かれる環境温度範囲の最低温度において光出力を一定に維持しうる実温度範囲の最低温度となりうる電流値から固体レーザ装置が置かれる環境温度範囲の最高温度において光出力を一定に維持しうる実温度範囲の最高温度となりうる電流値までの範囲に前記温調電流を制限することを特徴とする固体レーザ装置。
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|---|---|---|---|
| JP2006319527A JP5070820B2 (ja) | 2006-11-28 | 2006-11-28 | 固体レーザ装置 |
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|---|---|---|---|
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