JP5439836B2 - 固体レーザ装置 - Google Patents
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本発明は、固体レーザ装置に関し、さらに詳しくは、音響光学素子を用いてパルスレーザを出力する固体レーザ装置に関する。
音響光学素子を用いた固体レーザ装置が知られている（特許文献１参照）。
この固体レーザ装置では、音響光学素子を駆動し共振器のロスを大きくしておいて半導体レーザの駆動を開始する。そして、共振器のゲインが十分高くなった時に音響光学素子の駆動を停止して共振器のロスを急激に低くし、固体レーザ媒質に貯めていたエネルギーをパルスレーザ出力として取り出す。このパルスレーザ出力後、半導体レーザの駆動を停止すると共に音響光学素子を再び駆動する。この動作を繰り返す。
この固体レーザ装置では、音響光学素子を駆動し共振器のロスを大きくしておいて半導体レーザの駆動を開始する。そして、共振器のゲインが十分高くなった時に音響光学素子の駆動を停止して共振器のロスを急激に低くし、固体レーザ媒質に貯めていたエネルギーをパルスレーザ出力として取り出す。このパルスレーザ出力後、半導体レーザの駆動を停止すると共に音響光学素子を再び駆動する。この動作を繰り返す。
従来の固体レーザ装置では、パルスレーザ出力時の短時間を除いて、音響光学素子がほぼ連続的に駆動されていた。例えばパルス繰り返し周波数を３００Ｈｚとし、音響光学素子の駆動停止時間を約０．０１ｍｓとすると、運転時間中の約９９．７％は音響光学素子が駆動されていた。
しかし、音響光学素子をほぼ連続的に駆動していることにより音響光学素子ドライブ回路の発熱量が大きくなるため、音響光学素子ドライブ回路に大きな放熱部品を取り付ける必要があった。
そこで、本発明の目的は、音響光学素子ドライブ回路の発熱量を抑制し、音響光学素子ドライブ回路に大きな放熱部品を取り付ける必要をなくした固体レーザ装置を提供することにある。
しかし、音響光学素子をほぼ連続的に駆動していることにより音響光学素子ドライブ回路の発熱量が大きくなるため、音響光学素子ドライブ回路に大きな放熱部品を取り付ける必要があった。
そこで、本発明の目的は、音響光学素子ドライブ回路の発熱量を抑制し、音響光学素子ドライブ回路に大きな放熱部品を取り付ける必要をなくした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、パルス駆動され励起レーザ光を発生する半導体レーザ（１）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（３）と、前記固体レーザ媒質（３）を含んで形成される共振器（６）内に設置され前記共振器（６）のロスを制御する音響光学素子（４）と、前記半導体レーザ（１）が駆動されていない期間の全部または一部において前記音響光学素子（４）を駆動しない音響光学素子駆動制御手段（８，９）を具備したことを特徴とする固体レーザ装置（１０）を提供する。
上記第１の観点による固体レーザ装置（１０）では、半導体レーザ（１）が駆動されていない期間の全部または一部において音響光学素子（４）を駆動しないため、音響光学素子ドライブ回路の発熱量が抑制され、音響光学素子ドライブ回路に大きな放熱部品を取り付ける必要がなくなる。
第２の観点では、本発明は、前記半導体レーザ（１）が駆動されている期間内において、前記音響光学素子駆動制御手段（８，９）は、前記半導体レーザ（１）が駆動されていない期間の全部または一部において前記音響光学素子（４）を前記固体レーザ媒質（３）の蛍光寿命（Ｔ）に相当する期間だけ駆動することを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置（１０）を提供する。
上記構成において、蛍光寿命（Ｔ）とは、蛍光強度が１／ｅに低下するのに要する時間である。
上記第２の観点による固体レーザ装置（１０）では、半導体レーザ（１）の駆動開始と同じか又はほぼ同じタイミングで前記音響光学素子（４）の駆動を開始し、固体レーザ媒質（３）の蛍光寿命（Ｔ）に合わせたタイミングで前記音響光学素子（４）の駆動を停止する。これによれば、例えばパルス繰り返し周波数を３００Ｈｚとし、固体レーザ媒質（３）の蛍光寿命（Ｔ）を約０．２ｍｓとすると、運転時間中の約６％だけ音響光学素子が駆動されることになる。このため、音響光学素子ドライブ回路の発熱量が抑制され、音響光学素子ドライブ回路に大きな放熱部品を取り付ける必要がなくなる。
なお、パルスレーザ出力後、半導体レーザの駆動を停止するため、共振器のゲインは０になり、音響光学素子を駆動しなくてもレーザ発振が起こることはない。
上記第１の観点による固体レーザ装置（１０）では、半導体レーザ（１）が駆動されていない期間の全部または一部において音響光学素子（４）を駆動しないため、音響光学素子ドライブ回路の発熱量が抑制され、音響光学素子ドライブ回路に大きな放熱部品を取り付ける必要がなくなる。
第２の観点では、本発明は、前記半導体レーザ（１）が駆動されている期間内において、前記音響光学素子駆動制御手段（８，９）は、前記半導体レーザ（１）が駆動されていない期間の全部または一部において前記音響光学素子（４）を前記固体レーザ媒質（３）の蛍光寿命（Ｔ）に相当する期間だけ駆動することを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置（１０）を提供する。
上記構成において、蛍光寿命（Ｔ）とは、蛍光強度が１／ｅに低下するのに要する時間である。
上記第２の観点による固体レーザ装置（１０）では、半導体レーザ（１）の駆動開始と同じか又はほぼ同じタイミングで前記音響光学素子（４）の駆動を開始し、固体レーザ媒質（３）の蛍光寿命（Ｔ）に合わせたタイミングで前記音響光学素子（４）の駆動を停止する。これによれば、例えばパルス繰り返し周波数を３００Ｈｚとし、固体レーザ媒質（３）の蛍光寿命（Ｔ）を約０．２ｍｓとすると、運転時間中の約６％だけ音響光学素子が駆動されることになる。このため、音響光学素子ドライブ回路の発熱量が抑制され、音響光学素子ドライブ回路に大きな放熱部品を取り付ける必要がなくなる。
なお、パルスレーザ出力後、半導体レーザの駆動を停止するため、共振器のゲインは０になり、音響光学素子を駆動しなくてもレーザ発振が起こることはない。
本発明の固体レーザ装置によれば、音響光学素子ドライブ回路の発熱量を抑制できる。従って、音響光学素子ドライブ回路に大きな放熱部品を取り付ける必要がなくなる。
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。
−実施例１−
図１は、実施例１に係る固体レーザ装置１０を示す説明図である。
この固体レーザ装置１０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レンズ２と、励起レーザ光によって励起される固体レーザ媒質３と、固体レーザ媒質３を含んで形成される共振器６のロスを制御する音響光学素子４と、固体レーザ媒質３との間に共振器６を形成するミラー５と、半導体レーザ１にＬＤ駆動電流Ｉを供給する半導体レーザドライブ回路７と、音響光学素子４に音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒを供給する音響光学素子ドライブ回路８と、駆動電流Ｉの供給タイミングや音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒの供給タイミングなどを制御する制御部９とを具備している。
図１は、実施例１に係る固体レーザ装置１０を示す説明図である。
この固体レーザ装置１０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レンズ２と、励起レーザ光によって励起される固体レーザ媒質３と、固体レーザ媒質３を含んで形成される共振器６のロスを制御する音響光学素子４と、固体レーザ媒質３との間に共振器６を形成するミラー５と、半導体レーザ１にＬＤ駆動電流Ｉを供給する半導体レーザドライブ回路７と、音響光学素子４に音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒを供給する音響光学素子ドライブ回路８と、駆動電流Ｉの供給タイミングや音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒの供給タイミングなどを制御する制御部９とを具備している。
図２は、固体レーザ装置１０の動作タイミングを示すタイムチャートである。
ＬＤ駆動電流Ｉは、例えばパルス繰り返し周波数ｆ＝３００Ｈｚ、パルス幅τ＝約０．２２ｍｓで供給される。
音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒは、例えばＬＤ駆動電流Ｉの供給開始時刻ｔ１より余裕時間Δだけ早めに供給開始され、ＬＤ駆動電流Ｉの供給開始時刻ｔ１から固体レーザ媒質３の蛍光寿命Ｔだけ経過後に供給停止される。例えば余裕時間Δを０．１ｍｓとし、固体レーザ媒質３の蛍光寿命Ｔを約０．２ｍｓとすると、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒのパルス幅Ｔ＋Δ＝約０．３ｍｓとなる。
共振器６のロスＬは、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒと同じタイミングで大きくなる。
共振器６のゲインＧは、ＬＤ駆動電流Ｉの供給開始時刻ｔ１から高くなり、ＬＤ駆動電流Ｉの供給開始時刻ｔ１から固体レーザ媒質３の蛍光寿命Ｔだけ経過後に最高になり、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒの供給停止により低くなり、ＬＤ駆動電流Ｉの供給停止時刻ｔ３以後は０になる。
パルスレーザ出力は、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒの供給停止直後に出力される。
ＬＤ駆動電流Ｉは、例えばパルス繰り返し周波数ｆ＝３００Ｈｚ、パルス幅τ＝約０．２２ｍｓで供給される。
音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒは、例えばＬＤ駆動電流Ｉの供給開始時刻ｔ１より余裕時間Δだけ早めに供給開始され、ＬＤ駆動電流Ｉの供給開始時刻ｔ１から固体レーザ媒質３の蛍光寿命Ｔだけ経過後に供給停止される。例えば余裕時間Δを０．１ｍｓとし、固体レーザ媒質３の蛍光寿命Ｔを約０．２ｍｓとすると、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒのパルス幅Ｔ＋Δ＝約０．３ｍｓとなる。
共振器６のロスＬは、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒと同じタイミングで大きくなる。
共振器６のゲインＧは、ＬＤ駆動電流Ｉの供給開始時刻ｔ１から高くなり、ＬＤ駆動電流Ｉの供給開始時刻ｔ１から固体レーザ媒質３の蛍光寿命Ｔだけ経過後に最高になり、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒの供給停止により低くなり、ＬＤ駆動電流Ｉの供給停止時刻ｔ３以後は０になる。
パルスレーザ出力は、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒの供給停止直後に出力される。
図３は、固体レーザ装置１０の運転時間と音響光学素子ドライブ回路８に取り付けた約１．４Ｋ／Ｗの放熱用フィンの温度変化を示す温度特性図である。
運転条件は、パルス繰り返し周波数ｆ＝３００Ｈｚ、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒのパルス幅Ｔ＋Δ＝約０．３ｍｓ、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒのパワーを約７Ｗとしたものである。
ほとんど温度上昇しないことが判った。
運転条件は、パルス繰り返し周波数ｆ＝３００Ｈｚ、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒのパルス幅Ｔ＋Δ＝約０．３ｍｓ、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒのパワーを約７Ｗとしたものである。
ほとんど温度上昇しないことが判った。
図４は、従来の動作タイミングで固体レーザ装置１０を制御した場合を示すタイムチャートである。
ＬＤ駆動電流Ｉは、例えばパルス繰り返し周波数ｆ＝３００Ｈｚ、パルス幅τ＝約０．２２ｍｓで供給される。
音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒは、ＬＤ駆動電流Ｉの供給開始時刻ｔ１から固体レーザ媒質３の蛍光寿命Ｔだけ経過後からパルスレーザ出力直後まで供給停止される以外は、ほぼ連続的に供給される。
共振器６のロスＬは、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒと同じタイミングで大きくなる。
共振器６のゲインＧは、ＬＤ駆動電流Ｉの供給開始時刻ｔ１から高くなり、ＬＤ駆動電流Ｉの供給開始時刻ｔ１から固体レーザ媒質３の蛍光寿命Ｔだけ経過後に最高になり、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒの供給停止により低くなり、ＬＤ駆動電流Ｉの供給停止時刻ｔ３以後は０になる。
パルスレーザ出力は、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒの供給停止直後に出力される。
ＬＤ駆動電流Ｉは、例えばパルス繰り返し周波数ｆ＝３００Ｈｚ、パルス幅τ＝約０．２２ｍｓで供給される。
音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒは、ＬＤ駆動電流Ｉの供給開始時刻ｔ１から固体レーザ媒質３の蛍光寿命Ｔだけ経過後からパルスレーザ出力直後まで供給停止される以外は、ほぼ連続的に供給される。
共振器６のロスＬは、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒと同じタイミングで大きくなる。
共振器６のゲインＧは、ＬＤ駆動電流Ｉの供給開始時刻ｔ１から高くなり、ＬＤ駆動電流Ｉの供給開始時刻ｔ１から固体レーザ媒質３の蛍光寿命Ｔだけ経過後に最高になり、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒの供給停止により低くなり、ＬＤ駆動電流Ｉの供給停止時刻ｔ３以後は０になる。
パルスレーザ出力は、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒの供給停止直後に出力される。
図５は、従来の動作タイミングで固体レーザ装置１０を制御した場合の固体レーザ装置１０の運転時間と音響光学素子ドライブ回路８に取り付けた約１．４Ｋ／Ｗの放熱用フィンの温度変化を示す温度特性図である。
運転条件は、パルス繰り返し周波数ｆ＝３００Ｈｚ、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒの供給停止時間約０．０１ｍｓ、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒのパワーを約７Ｗとしたものである。
大きく温度上昇している。
運転条件は、パルス繰り返し周波数ｆ＝３００Ｈｚ、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒの供給停止時間約０．０１ｍｓ、音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒのパワーを約７Ｗとしたものである。
大きく温度上昇している。
実施例１の固体レーザ装置１０によれば次の効果が得られる。
・音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒを供給する時間が短いため、音響光学素子ドライブ回路８の発熱量を抑制できる。従って、音響光学素子ドライブ回路８に大きな放熱部品を取り付ける必要がなくなる。
・音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒを供給する時間が短いため、電磁干渉（ＥＭＩ）を抑制できる。
・音響光学素子ドライブ回路８の発熱量を抑制できるため、コンデンサやコイルなどの回路部品の温度上昇を抑制できる。従って、出力安定性を向上できる。
・音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒを供給する時間が短いため、音響光学素子ドライブ回路８の発熱量を抑制できる。従って、音響光学素子ドライブ回路８に大きな放熱部品を取り付ける必要がなくなる。
・音響光学素子駆動ＲＦ信号Ｒを供給する時間が短いため、電磁干渉（ＥＭＩ）を抑制できる。
・音響光学素子ドライブ回路８の発熱量を抑制できるため、コンデンサやコイルなどの回路部品の温度上昇を抑制できる。従って、出力安定性を向上できる。
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 半導体レーザ
２ レンズ
３ 固体レーザ媒質
４ 音響光学素子
５ ミラー
６ 共振器
７ 半導体レーザドライブ回路
８ 音響光学素子ドライブ回路
９ 制御部
１０ 固体レーザ装置
２ レンズ
３ 固体レーザ媒質
４ 音響光学素子
５ ミラー
６ 共振器
７ 半導体レーザドライブ回路
８ 音響光学素子ドライブ回路
９ 制御部
１０ 固体レーザ装置
Claims (1)
- パルス駆動され励起レーザ光を発生する半導体レーザ（１）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（３）と、前記固体レーザ媒質（３）を含んで形成される共振器（６）内に設置され前記共振器（６）のロスを制御する音響光学素子（４）と、前記音響光学素子を駆動する音響光学素子駆動手段（８，９）を具備した固体レーザ装置（１０）であって、前記音響光学素子駆動手段（８，９）は、前記半導体レーザ（１）の駆動開始と同一のタイミングで前記音響光学素子（４）の駆動を開始し、前記半導体レーザ（１）が駆動されている期間内において前記固体レーザ媒質（３）の蛍光寿命（Ｔ）に相当する期間だけ前記音響光学素子（４）を駆動することを特徴とする固体レーザ装置（１０）。
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
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Family Applications (1)
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