JP5510298B2 - Solid state laser equipment - 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、音響光学素子に与えるRF信号のパワーを最適化しうる固体レーザ装置に関する。 The present invention relates to a solid-state laser device, and more particularly to a solid-state laser device that can optimize the power of an RF signal applied to an acousto-optic element.
従来、音響光学素子に与えるRF信号を制御してパルスレーザを発生させるレーザ発振装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a laser oscillation apparatus that generates a pulsed laser by controlling an RF signal applied to an acousto-optic element (see, for example, Patent Document 1).
上記レーザ発振装置のごとき固体レーザ装置において、RF信号のパワーを十分大きくしてRF信号をオンすると、音響光学素子を含む共振器のロスが大きくなり、レーザ発振が行われず、共振器に含まれるレーザ媒質のゲインが上がっていく。その状態からRF信号を急速にオフすると、共振器のロスが小さくなり、レーザ発振が行われ、ゲインの上がっていたレーザ媒質からパルス状のレーザが出力される。
RF信号のパワーが不足すると不安定なパルスレーザ出力になってしまうため、一般的に、RF信号のパワーは数W以上とされていた。
しかし、RF信号生成回路での発熱が大きく、装置全体の消費電力も大きくなる問題点があった。
そこで、本発明の目的は、RF信号生成回路での発熱を抑制し、装置全体の消費電力も小さくできるように、音響光学素子に与えるRF信号のパワーを最適化しうる固体レーザ装置を提供することにある。
In a solid-state laser device such as the above-described laser oscillation device, if the RF signal power is sufficiently increased and the RF signal is turned on, the loss of the resonator including the acoustooptic device increases, and the laser oscillation is not performed and is included in the resonator. The gain of the laser medium increases. When the RF signal is rapidly turned off from this state, the loss of the resonator is reduced, laser oscillation is performed, and a pulsed laser is output from the laser medium whose gain has been increased.
Insufficient RF signal power results in unstable pulsed laser output, and thus the RF signal power is generally set to several W or more.
However, there is a problem in that heat generation in the RF signal generation circuit is large and power consumption of the entire apparatus is increased.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a solid-state laser device capable of optimizing the power of an RF signal applied to an acoustooptic device so that heat generation in the RF signal generation circuit can be suppressed and power consumption of the entire device can be reduced. It is in.
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(1)と、前記励起レーザ光により励起される固体レーザ媒質(2)と、前記固体レーザ媒質(2)を含んで形成される共振器(3)内に設置され該共振器(3)のロスを制御する音響光学素子(4)と、パルスレーザを検出する光検出器(6)と、前記音響光学素子(4)へのRF信号を生成するRF信号生成回路(9)と、前記RF信号のパワーを制御する制御回路(8)とを具備し、前記制御回路(8)は、前記RF信号のパワーを変化させて該RF信号のパワーに対する前記パルスレーザのばらつきを測定し、許容しうるばらつきとなる最小のRF信号のパワーを求めて、該最小のRF信号のパワーを基に前記RF信号のパワーを設定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1の観点による固体レーザ装置では、RF信号のパワーを変化させて、RF信号のパワーに対するパルスレーザのばらつきを測定し、許容しうるばらつきとなる最小のRF信号のパワーを求めて、その最小のRF信号のパワーを音響光学素子に与える。あるいは、余裕を持たせるために、その最小のRF信号のパワーより少し大きめのRF信号のパワーを音響光学素子に与える。許容しうるばらつきを大きくするほど、RF信号のパワーを従来よりも小さくできるため、RF信号生成回路での発熱を抑制でき、装置全体の消費電力も小さく出来る。
許容しうるばらつきを、用途に応じてユーザが設定可能にしておくのが好ましい。
In a first aspect, the present invention includes a semiconductor laser (1) that generates excitation laser light, a solid-state laser medium (2) that is excited by the excitation laser light, and the solid-state laser medium (2). An acoustooptic device (4) for controlling the loss of the resonator (3), a photodetector (6) for detecting a pulse laser, and the acoustooptic device (4). And an RF signal generation circuit (9) for generating an RF signal to the control circuit and a control circuit (8) for controlling the power of the RF signal. The control circuit (8) changes the power of the RF signal. Then, the variation of the pulse laser with respect to the power of the RF signal is measured, the power of the minimum RF signal that can be tolerated is obtained, and the power of the RF signal is set based on the power of the minimum RF signal. Solid state To provide a device.
In the solid-state laser device according to the first aspect, the power of the RF signal is changed, the dispersion of the pulse laser with respect to the power of the RF signal is measured, and the power of the minimum RF signal that can be tolerated is obtained. A minimum RF signal power is applied to the acousto-optic device. Alternatively, in order to provide a margin, the acoustooptic device is given a power of an RF signal slightly larger than the power of the minimum RF signal. As the allowable variation is increased, the power of the RF signal can be made smaller than before, so that heat generation in the RF signal generation circuit can be suppressed and the power consumption of the entire apparatus can be reduced.
It is preferable that the allowable variation can be set by the user according to the application.
なお、RF信号をオンからオフにする時間が長くかかると、本来のパルスが発生されなくなり、ダブルパルスになってしまう。これに対して、本発明では、RF信号のパワーを小さく出来るため、RF信号をオンからオフにする時間を短縮でき、この点でも安定したパルスレーザを発生させることが出来る。 If it takes a long time to turn the RF signal from on to off, the original pulse is not generated and becomes a double pulse. On the other hand, in the present invention, since the power of the RF signal can be reduced, the time for turning off the RF signal can be shortened, and a stable pulse laser can be generated in this respect as well.
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、前記制御回路(8)は、RF信号のあるパワーについて3パルス以上の各レーザパルスのエネルギーからエネルギーの分散値を算出することを、前記RF信号のパワーを変化させながら繰り返し行い、許容しうる分散値以下となる最小のRF信号のパワーを求めて、該最小のRF信号のパワーを基に前記RF信号のパワーを設定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、各パルスが持つエネルギーの分散値を指標としてパルスレーザのばらつきを測定する。
In a second aspect, the present invention provides the solid-state laser apparatus according to the first aspect, wherein the control circuit (8) calculates an energy dispersion value from the energy of each laser pulse of three pulses or more for a certain power of an RF signal. The calculation is repeatedly performed while changing the power of the RF signal, the power of the minimum RF signal that is equal to or less than an allowable dispersion value is obtained, and the power of the RF signal is calculated based on the power of the minimum RF signal. A solid-state laser device is provided.
In the solid-state laser device according to the second aspect, the dispersion of the pulse laser is measured using the energy dispersion value of each pulse as an index.
第3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、前記制御回路(8)は、RF信号のあるパワーについて所定時間のレーザパルスのエネルギーを測定することを3回以上行って平均パルスパワーの分散値を算出することを、前記RF信号のパワーを変化させながら繰り返し行い、許容しうる分散値以下となる最小のRF信号のパワーを求めて、該最小のRF信号のパワーを基に前記RF信号のパワーを設定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3の観点による固体レーザ装置では、所定時間のレーザパルスの平均パルスパワーの分散値を指標としてパルスレーザのばらつきを測定する。
In a third aspect, the present invention is the solid-state laser device according to the first aspect, wherein the control circuit (8) measures the energy of the laser pulse for a predetermined time for a certain power of the RF signal three times or more. The calculation of the dispersion value of the average pulse power is repeated while changing the power of the RF signal, and the power of the minimum RF signal that is equal to or less than the allowable dispersion value is obtained, and the minimum RF signal A solid-state laser device characterized in that the power of the RF signal is set based on the power.
In the solid-state laser device according to the third aspect, the dispersion of the pulse laser is measured using the dispersion value of the average pulse power of the laser pulse for a predetermined time as an index.
第4の観点では、本発明は、前記第1から前記第3のいずれかの観点による固体レーザ装置において、前記制御回路(8)は、間欠的に前記RF信号のパワーの最適化を行うことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
上記第4の観点による固体レーザ装置では、例えばRF信号のパワーの最適化を1日1回行うことで、音響光学素子の回折効果低下などの経時変化要因に対して補正をかけることが出来る。
In a fourth aspect, the present invention provides the solid-state laser apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the control circuit (8) intermittently optimizes the power of the RF signal. A solid-state laser device is provided.
In the solid-state laser device according to the fourth aspect, for example, by optimizing the power of the RF signal once a day, it is possible to correct a temporal change factor such as a decrease in the diffraction effect of the acoustooptic device.
第5の観点では、本発明は、前記第1から前記第3のいずれかの観点による固体レーザ装置において、前記制御回路(8)は、連続的に前記RF信号のパワーの最適化を行うことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
上記第5の観点による固体レーザ装置では、環境温度の変化などの外乱要因に対して補正をかけることが出来る。
In a fifth aspect, the present invention provides the solid-state laser apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the control circuit (8) continuously optimizes the power of the RF signal. A solid-state laser device is provided.
In the solid-state laser device according to the fifth aspect, it is possible to correct disturbance factors such as a change in environmental temperature.
本発明の固体レーザ装置によれば、許容しうるばらつきを大きくするほど、RF信号のパワーを従来よりも小さくできるため、RF信号生成回路での発熱を抑制でき、装置全体の消費電力も小さく出来る。 According to the solid-state laser device of the present invention, as the allowable variation is increased, the power of the RF signal can be reduced as compared with the conventional one. Therefore, heat generation in the RF signal generation circuit can be suppressed, and the power consumption of the entire device can be reduced. .
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。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the embodiments shown in the drawings. Note that the present invention is not limited thereby.
−実施例1−
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、入力側ミラー3aと、励起レーザ光により励起される固体レーザ媒質2と、Qスイッチを構成する音響光学素子4と、出力側ミラー3bと、出力側ミラー3bを透過したパルスレーザの一部を分岐するビームスプリッタ5と、ビームスプリッタ5で分岐されたパルスレーザを検出する光検出器6と、光検出器6の出力からパルスレーザのエネルギーを測定するエネルギーモニタ回路7と、音響光学素子4へのRF信号を生成するRF信号生成回路9と、RF信号のパワーの大きさを指示すると共にRF信号のオン/オフを制御する制御回路8と、操作者が許容値を設定操作するための許容値設定操作部10とを具備している。
共振器3は、入力側ミラー3aと、固体レーザ媒質2と、音響光学素子4と、出力側ミラー3bとにより構成される。
Example 1
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a solid-state laser device 100 according to the first embodiment.
This solid-state laser device 100 includes a
The
図2は、制御回路8におけるRFパワー設定処理を示すフロー図である。このRFパワー設定処理は、例えば電源オン時や一定時間経過時など間欠的に実行される。
ステップS1では、許容値設定操作部10で設定された許容値を読み込む。
ステップS2では、図3に示すように、読み込んだ許容値を満たさないことが確実な初期値にRFパワーを設定する。なお、種々の許容値に対する初期値のテーブルを予め記憶しておき、読み込んだ許容値に対応する初期値を検索して、読み込んだ許容値を満たさないことが確実な初期値を得ればよい。
FIG. 2 is a flowchart showing RF power setting processing in the control circuit 8. This RF power setting process is executed intermittently, for example, when the power is turned on or when a certain time has elapsed.
In step S1, the allowable value set by the allowable value setting operation unit 10 is read.
In step S2, as shown in FIG. 3, the RF power is set to an initial value that ensures that the read allowable value is not satisfied. A table of initial values for various allowable values may be stored in advance, and an initial value corresponding to the read allowable value may be searched to obtain an initial value that ensures that the read allowable value is not satisfied. .
ステップS3では、図4に示すごときレーザ出力の各パルスのエネルギーを測定し、3パルス以上の測定結果からエネルギーの分散値Eを算出する。あるいは、複数パルスを含む平均パルスパワーを測定することを3回以上繰り返し、その測定結果から平均パルスパワーの分散値Eを算出する。 In step S3, the energy of each pulse of the laser output as shown in FIG. 4 is measured, and the energy dispersion value E is calculated from the measurement results of three or more pulses. Alternatively, measuring the average pulse power including a plurality of pulses is repeated three or more times, and the dispersion value E of the average pulse power is calculated from the measurement result.
ステップS4では、算出した分散値Eが許容値を満たしているなら処理を終了し、満たしていないならステップS5へ進む。RFパワーが初期値なら、必ず分散値Eが許容値を満たさないから、ステップS5へ進む。 In step S4, if the calculated dispersion value E satisfies the allowable value, the process ends. If not, the process proceeds to step S5. If the RF power is the initial value, the dispersion value E does not necessarily satisfy the allowable value, so the process proceeds to step S5.
ステップS5では、予め定められた所定の単位量(例えば0.1W)だけRFパワーを増やす。そして、ステップS3に戻る。 In step S5, the RF power is increased by a predetermined unit amount (for example, 0.1 W) determined in advance. Then, the process returns to step S3.
ステップS3〜S5を繰り返すことにより、図3に示すように、RFパワーの設定値は、許容値を満たす最小の値になる。 By repeating steps S3 to S5, as shown in FIG. 3, the set value of the RF power becomes the minimum value that satisfies the allowable value.
実施例1の固体レーザ装置100によれば、RF信号のパワーは許容値を満たす最小の値になるから、RF信号生成回路9での発熱を抑制でき、装置全体の消費電力も小さく出来る。また、RF信号をオンからオフにする時間を短縮でき、この点でも安定したパルスレーザを発生させることが出来る。 According to the solid-state laser device 100 of the first embodiment, since the power of the RF signal is the minimum value that satisfies the allowable value, heat generation in the RF signal generation circuit 9 can be suppressed, and the power consumption of the entire device can be reduced. Further, the time for turning off the RF signal can be shortened, and a stable pulse laser can be generated also in this respect.
−実施例2−
図5は、実施例2に係る制御回路8におけるRFパワー設定処理を示すフロー図である。このRFパワー設定処理は、常時、連続的に実行される。
ステップS11では、図6に示すように、RFパワーを最大値に設定する。
-Example 2-
FIG. 5 is a flowchart illustrating the RF power setting process in the control circuit 8 according to the second embodiment. This RF power setting process is always executed continuously.
In step S11, as shown in FIG. 6, the RF power is set to the maximum value.
ステップS12では、予め定められた所定の余裕量(例えば0.5W)だけRFパワーを増やす。なお、RFパワーが最大値のときは、最大値のままになる。 In step S12, the RF power is increased by a predetermined margin (for example, 0.5 W). When the RF power is the maximum value, the maximum value remains.
ステップS13では、図4に示すごときレーザ出力の各パルスのエネルギーを測定し、3パルス以上の測定結果からエネルギーの分散値Eを算出する。あるいは、複数パルスを含む平均パルスパワーを測定することを3回以上繰り返し、その測定結果から平均パルスパワーの分散値Eを算出する。 In step S13, the energy of each pulse of the laser output as shown in FIG. 4 is measured, and the energy dispersion value E is calculated from the measurement results of three or more pulses. Alternatively, measuring the average pulse power including a plurality of pulses is repeated three or more times, and the dispersion value E of the average pulse power is calculated from the measurement result.
ステップS14では、許容値設定操作部10で設定された許容値を読み込む。 In step S14, the allowable value set by the allowable value setting operation unit 10 is read.
ステップS15では、算出した分散値Eが許容値を満たしているならステップS16へ進み、満たしていないならステップS12に戻る。 In step S15, if the calculated dispersion value E satisfies the allowable value, the process proceeds to step S16, and if not, the process returns to step S12.
ステップS16では、予め定められた所定の単位量(例えば0.1W)だけRFパワーを減らす。そして、ステップS13に戻る。 In step S16, the RF power is decreased by a predetermined unit amount (for example, 0.1 W). Then, the process returns to step S13.
ステップS12〜S16を繰り返すことにより、図6に示すように、RFパワーの設定値は、許容値を満たす最小の値より単位量だけ小さな値である下側値とそれより余裕量だけ大きな上側値の間を循環することになる。 By repeating steps S12 to S16, as shown in FIG. 6, the RF power set value is a lower value that is smaller by the unit amount than the minimum value that satisfies the allowable value, and an upper value that is larger by the margin amount. Will cycle between them.
実施例2の固体レーザ装置100によれば、RF信号のパワーは許容値を満たすように抑制された値になるから、RF信号生成回路9での発熱を抑制でき、装置全体の消費電力も小さく出来る。また、RF信号をオンからオフにする時間を短縮でき、この点でも安定したパルスレーザを発生させることが出来る。 According to the solid-state laser device 100 of the second embodiment, the power of the RF signal becomes a value that is suppressed so as to satisfy the allowable value, so that heat generation in the RF signal generation circuit 9 can be suppressed, and the power consumption of the entire device is also small. I can do it. Further, the time for turning off the RF signal can be shortened, and a stable pulse laser can be generated also in this respect.
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。 The solid-state laser device of the present invention can be used in the bioengineering field and the measurement field.
1 半導体レーザ
2 固体レーザ媒質
3 共振器
3a 入力側ミラー
3b 出力側ミラー
4 音響光学素子
5 ビームスプリッタ
6 光検出器
7 エネルギーモニタ回路
8 制御回路
9 RF信号生成回路
10 許容値設定操作部
100 固体レーザ装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
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