JP6376224B2 - 受動ｑスイッチレーザ - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ加工装置、レーザ照明装置などに用いられる受動Ｑスイッチレーザに関する。
図５は、従来の受動Ｑスイッチレーザの構成を示す図である（特許文献１，２）。図５に示す従来の受動Ｑスイッチレーザは、励起源１、レンズ２ａ，２ｂ、ミラー５ａ、レーザ媒質３、可飽和吸収体４、ミラー５ｂを備えている。ミラー５ａ、レーザ媒質３、可飽和吸収体４、ミラー５ｂは、光共振器を構成する。
励起源１は、励起用のレーザダイオードを有し、レーザダイオードで励起された波長が約８０８ｎｍの励起光をレンズ２ａに出力する。レンズ２ａ，２ｂは、励起源１からの励起光を集光してレーザ媒質３に出力する。
レーザ媒質３は、ミラー５ａとミラー５ｂとの間に配置され、Ｎｄ；ＹＡＧ結晶を有し、Ｎｄ；ＹＡＧ結晶は波長が約８０８ｎｍの光で励起され、上準位から下準位への遷移の際に波長約１０６４ｎｍのレーザ光を放出する。
レーザ媒質３の一端には、ミラー５ａが取り付けられ、ミラー５ａは、波長約８０８ｎｍの光を透過するとともに、波長約１０６４ｎｍの光を高反射率で反射する。ミラー５ｂは、波長約１０６４ｎｍの光の一部を透過するとともに、残りを反射させる。
可飽和吸収体４は、ミラー５ａとミラー５ｂとの間に配置され、レーザ媒質３からのレーザ光の吸収に伴って透過率が増加する。可飽和吸収体４は、励起準位の電子密度が飽和すると、透明化し、光共振器のＱ値が急激に高まりレーザ発振が発生してパルス光が発生する。
この場合、レーザ媒質３に発生する発熱を抑制するために、レーザをＱＣＷ(Quasi-Continuous-Wave、準連続発振)で励起している。励起パワーは、図６に示すように、０〜励起用ダイオードの最大、また決められた、パワーＶまで変化する。このとき、出力レーザの繰り返し周波数は励起繰り返し周波数と同じになる。
また、受動Ｑスイッチレーザのレーザ媒質３に発生する発熱により熱レンズが発生する。
しかしながら、熱レンズは、ＱＣＷ励起の繰り返し周波数に依存する。繰り返し周波数が低い場合には、熱レンズが小さく、繰り返し周波数が高くなると、これに比例して熱レンズも大きくなる。
即ち、繰り返し周波数により熱レンズが大きく変わるので、安定にレーザ発振させるためには、熱レンズの大きさに応じて、ミラー５ｂ（出力ミラー）の傾き（傾き角度）を再調整しなければならない。
しかし、繰り返し周波数が低いときに、ミラー５ｂの傾きを調整した場合には、繰り返し周波数が高いときにはレーザ発振が停止するまたは不安定になる。逆に、繰り返し周波数が高いときに、ミラー５ｂの傾きを調整した場合には、繰り返し周波数が低いときにはレーザ発振が停止するまたは不安定になる。このため、再度、安定したレーザ発振を得るためには、ミラー５ｂの傾きの再調整が必要となる。
また、ミラー５ｂは、工場において専門者によって調整される。従って、工場においてミラー５ｂの調整を行わない限り、ＱＣＷ励起の受動Ｑスイッチレーザの繰り返し周波数範囲は狭くなる。
本発明は、ミラーの傾きを再調整することなく、繰り返し周波数範囲を広くでき、レーザの性能を向上することができる受動Ｑスイッチレーザを提供する。
上記の課題を解決するために、本発明に係る受動Ｑスイッチレーザは、励起光を出力する励起源と、光共振器を構成する一対の反射ミラー間に配置され且つ前記励起源からの励起光により励起させてレーザ光を放出するレーザ媒質と、前記一対の反射ミラー間に配置され且つ前記レーザ媒質からのレーザ光の吸収に伴って透過率が増加する可飽和吸収体と、前記レーザ媒質を発振させるための繰り返し周波数信号を前記励起源に出力する準連続発振部を備え、前記準連続発振部は、前記レーザ媒質の発熱により発生する熱レンズが所定の大きさとなるように、前記繰り返し周波数信号の繰り返し周波数に応じてバイアス電圧を可変させ、可変されたバイアス電圧を前記繰り返し周波数信号に加算させるバイアス電圧可変部を備える。
本発明によれば、バイアス電圧可変部は、前記レーザ媒質の発熱により発生する熱レンズが所定の大きさとなるように、繰り返し周波数信号の繰り返し周波数に応じてバイアス電圧を可変させ、可変されたバイアス電圧を繰り返し周波数信号に加算させるので、可変されたバイアス電圧により熱レンズの大きさが変動しなくなる。このため、繰り返し周波数を変えても、レーザ発振を持続するためにミラーの傾きを再調整することなく、繰り返し周波数範囲を広くでき、レーザの性能を向上することができる。
以下、本発明の実施形態に係る受動Ｑスイッチレーザを図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施例１の受動Ｑスイッチレーザの構成図である。図１に示す実施例１の受動Ｑスイッチレーザは、励起源１、レンズ２ａ，２ｂ、ミラー５ａ、レーザ媒質３、可飽和吸収体４、ミラー５ｂ、ＱＣＷ部６を備えている。ミラー５ａ、レーザ媒質３、可飽和吸収体４、ミラー５ｂは、光共振器を構成する。
即ち、図１に示す実施例１の受動Ｑスイッチレーザは、図５に示す従来の受動Ｑスイッチレーザに対して、バイアス電圧可変部６１を有するＱＣＷ部６を設けたことを特徴とする。
ＱＣＷ部６は、レーザ媒質３を発振させるための繰り返し周波数信号を励起源１に出力する準連続発振部を構成する。バイアス電圧可変部６１は、繰り返し周波数信号の繰り返し周波数に応じてバイアス電圧（直流電圧）を可変させ、可変されたバイアス電圧を繰り返し周波数信号に加算させる。
より具体的には、バイアス電圧可変部６１は、繰り返し周波数が所定の繰り返し周波数よりも小さいときはバイアス電圧を所定電圧よりも大きくし、繰り返し周波数が所定の繰り返し周波数よりも大きいときはバイアス電圧を所定電圧よりも小さくする。
なお、バイアス電圧の値は、レーザの発振閾値よりも小さく設定され、レーザ発振させないように設定される。レーザの発振閾値は、レーザ媒質３、可飽和吸収体４の透過率、反射ミラー５ｂの透過率によって決定される。
次に、このように構成された実施例１の受動ＱスイッチレーザにおけるＱＣＷ励起の動作を図２を参照しながら説明する。
まず、バイアス電圧可変部６１は、繰り返し周波数が所定の繰り返し周波数ｆ０のときには、バイアス電圧をＶ０に設定して所定の繰り返し周波数ｆ０の信号に加算する。このとき、熱レンズは所定の大きさとなる。
次に、バイアス電圧可変部６１は、繰り返し周波数が所定の繰り返し周波数ｆ０よりも小さいｆ１であるときは、熱レンズは小さくなるので、バイアス電圧を所定電圧Ｖ０よりも大きいＶ１に設定して繰り返し周波数ｆ１の信号に加算する。即ち、熱レンズが小さくても、バイアス電圧を大きくすることで、熱レンズが所定の大きさとなり、変動しなくなる。
次に、バイアス電圧可変部６１は、繰り返し周波数が所定の繰り返し周波数ｆ０よりも大きいｆ２であるときは、熱レンズは大きくなるので、バイアス電圧を所定電圧Ｖ０よりも小さいＶ２に設定して繰り返し周波数ｆ２の信号に加算する。即ち、熱レンズが大きくても、バイアス電圧を小さくすることで、熱レンズが所定の大きさとなり、変動しなくなる。
このように、バイアス電圧可変部６１は、熱レンズの大きさが変動しないように、繰り返し周波数の大きさに応じて、バイアス電圧を可変させ、可変されたバイアス電圧を繰り返し周波数信号に加算させるので、可変されたバイアス電圧により熱レンズの大きさが変動しなくなる。
従って、繰り返し周波数を変えても、レーザ発振を得るために、ミラー５ｂの傾きを再調整することがなくなる。また、繰り返し周波数範囲を広くでき、レーザの性能を向上することができる。また、レーザ発振を安定して行えるので、レーザ出力が一定になる。
図３は本発明の実施例２の受動Ｑスイッチレーザの構成図である。図３に示す本発明の実施例２の受動Ｑスイッチレーザは、図１に示す本発明の実施例１の受動Ｑスイッチレーザに対して、バイアス電圧可変部６２が異なる。
バイアス電圧可変部６２は、繰り返し周波数信号の各周期において１周期の内の所定の期間、バイアス電圧を停止させる。
図４は本発明の実施例２の受動ＱスイッチレーザにおけるＱＣＷ励起の繰り返し周波数信号の波形図である。
バイアス電圧可変部６２は、繰り返し周波数が所定の繰り返し周波数ｆ０のときには、１周期Ｔ０の内の所定の期間Ｔ０ｓ、バイアス電圧を停止させ、１周期Ｔ０の内の所定の期間Ｔ０ｓを除く残りの期間、バイアス電圧をＶ０に設定して所定の繰り返し周波数ｆ０の信号に加算する。
次に、バイアス電圧可変部６２は、繰り返し周波数が所定の繰り返し周波数ｆ０よりも小さいｆ１であるときは、１周期Ｔ１の内の所定の期間Ｔ１ｓ、バイアス電圧を停止させ、１周期Ｔ１の内の所定の期間Ｔ１ｓを除く残りの期間、バイアス電圧を所定電圧Ｖ０よりも大きいＶ１に設定して繰り返し周波数ｆ１の信号に加算する。
次に、バイアス電圧可変部６２は、繰り返し周波数が所定の繰り返し周波数ｆ０よりも大きいｆ２であるときは、１周期Ｔ２の内の所定の期間Ｔ２ｓ、バイアス電圧を停止させ、１周期Ｔ２の内の所定の期間Ｔ２ｓを除く残りの期間、バイアス電圧を所定電圧Ｖ０よりも小さいＶ２に設定して繰り返し周波数ｆ２の信号に加算する。
このように、実施例２においても実施例１の効果と同様な効果が得られるとともに、電力が少なくて済む。
本発明は、分光学装置、レーザ加工装置、医療装置、レーザ照明装置等の受動Ｑスイッチレーザに適用可能である。
Claims (5)
- 励起光を出力する励起源と、
光共振器を構成する一対の反射ミラー間に配置され且つ前記励起源からの励起光により励起させてレーザ光を放出するレーザ媒質と、
前記一対の反射ミラー間に配置され且つ前記レーザ媒質からのレーザ光の吸収に伴って透過率が増加する可飽和吸収体と、
前記レーザ媒質を発振させるための繰り返し周波数信号を前記励起源に出力する準連続発振部を備え、
前記準連続発振部は、前記レーザ媒質の発熱により発生する熱レンズが所定の大きさとなるように、前記繰り返し周波数信号の繰り返し周波数に応じてバイアス電圧を可変させ、可変されたバイアス電圧を前記繰り返し周波数信号に加算させるバイアス電圧可変部を備える受動Ｑスイッチレーザ。 - 前記バイアス電圧可変部は、前記繰り返し周波数が所定の繰り返し周波数よりも小さいときは前記バイアス電圧を所定電圧よりも大きくし、前記繰り返し周波数が前記所定の繰り返し周波数よりも大きいときは前記バイアス電圧を前記所定電圧よりも小さくする請求項１記載の受動Ｑスイッチレーザ。
- 前記バイアス電圧可変部は、前記繰り返し周波数信号の各周期において１周期の内の所定の期間、前記バイアス電圧を停止させる請求項１又は請求項２記載の受動Ｑスイッチレーザ。
- 前記レーザ媒質は、希土類ドープＹＡＧからなる請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の受動Ｑスイッチレーザ。
- 前記可飽和吸収体は、Ｃｒ：ＹＡＧからなる請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の受動Ｑスイッチレーザ。
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