JP6998127B2 - 固体レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体レーザ装置に関する。

共振器の共振光路上に配置された固体レーザ媒質を励起光源からの励起光により励起し、レーザ光を出射する固体レーザ装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１，２に記載された固体レーザ装置は、電気光学効果を利用して共振器での光損失を変調する電気光学素子を、Ｑスイッチとして共振器の共振光路上に備えている。このような固体レーザ装置では、Ｑスイッチによって共振器での光損失を変調することにより、共振器からパルス状のレーザ光を出力させることができる。

米国特許第４９５９８３８号公報 米国特許第５２０４８６７号公報

上述したような固体レーザ装置では、Ｑスイッチによる光損失の変調パターンを変化させることで、レーザ光の波形制御を行うことが考えられる。このような場合にも、レーザ光を長期間にわたって安定的に出力することが望まれる。

そこで、本発明は、波形制御されたレーザ光を安定的に出力可能な固体レーザ装置を提供することを目的とする。

本発明の固体レーザ装置は、共振器の共振光路上に配置された固体レーザ媒質を励起光源からの励起光により励起し、レーザ光を出射する固体レーザ装置であって、共振器の共振光路上に配置され、音響光学効果を利用して共振器での光損失を変調する音響光学素子と、音響光学素子により光損失が変調されることによって共振器から出力されたレーザ光の強度を検出する強度検出部と、音響光学素子による光損失の変調が開始された時点からレーザ光のパルスが立ち上がるまでの時間に対応する立上時間を検出する時間検出部と、パルスの波形が目標波形となるように音響光学素子に光損失を変調させる制御部と、を備え、制御部は、時間検出部により検出される立上時間が目標波形に応じた閾値以下となり、且つ、強度検出部により検出されるレーザ光の検出強度が目標波形に応じた目標値に近づくように、励起光源に印加する駆動電流を制御する。

本発明者らは、音響光学素子により光損失を変調することによって共振器からレーザ光を出力させる場合、励起光源に印加する駆動電流が大きくなるほど、レーザ光の立上時間が短くなる傾向がある、との知見を見出した。そして、目標波形に適合したレーザ光を安定的に出力させるためには、立上時間が所定の閾値以下であるときにレーザ光の強度が目標値になるように当該駆動電流を制御すべきである、との知見を見出した。これらの知見に基づき、この固体レーザ装置では、時間検出部により検出されるレーザ光の立上時間が目標波形に応じた閾値以下となり、且つ、強度検出部により検出されるレーザ光の検出強度が目標波形に応じた目標値に近づくように、励起光源に印加する駆動電流が制御される。これにより、波形制御されたレーザ光を安定的に出力することが可能となる。

本発明の固体レーザ装置では、制御部は、立上時間が閾値以下となるように駆動電流を変化させた後に、検出強度が目標値に近づくように駆動電流を変化させてもよい。これにより、検出強度を速やかに目標値に近づけることが可能となる。

本発明の固体レーザ装置では、制御部は、立上時間が閾値よりも大きい場合、立上時間が閾値以下となるまで駆動電流を増加させてもよい。これにより、立上時間が閾値よりも大きい場合に、立上時間を確実に閾値以下まで減少させることが可能となる。

本発明の固体レーザ装置では、駆動電流と検出強度との関係において、検出強度が目標値となる駆動電流の値が複数存在する場合に、立上時間が閾値に等しいときの駆動電流の値が、複数の値のうちの二番目に大きい値以上、最大値以下となるように、閾値が設定されていてもよい。これにより、検出強度を確実に目標値に近づけることが可能となる。

本発明の固体レーザ装置では、駆動電流が、検出強度が目標値となる複数の駆動電流の値のうちの最大値に等しいときの駆動電流に対する検出強度の傾きは、正となっており、制御部は、立上時間が閾値以下である場合において、検出強度が目標値よりも大きいときには、駆動電流を所定値だけ減少させる一方、検出強度が目標値以下であるときには、駆動電流を所定値だけ増加させてもよい。これにより、検出強度を一層確実に目標値に近づけることが可能となる。

本発明の固体レーザ装置では、制御部は、立上時間が閾値よりも大きい場合、目標波形に応じたジャンプ電流幅だけ駆動電流を増加させてもよい。これにより、立上時間が閾値よりも大きい場合に、立上時間を速やかに閾値以下まで減少させることが可能となる。

本発明の固体レーザ装置では、駆動電流と検出強度との関係において、検出強度が目標値となる駆動電流の値が複数存在する場合に、立上時間が閾値に等しいときの駆動電流の値が、複数の値のうちの最大値以下となるように、閾値が設定されており、ジャンプ電流幅は、最大値と、立上時間が閾値に等しいときの駆動電流の値との差分よりも大きくてもよい。これにより、立上時間が閾値に等しいときの値からジャンプ電流幅だけ駆動電流を増加させることで、検出強度を目標値よりも大きくすることが可能となる。

本発明の固体レーザ装置では、駆動電流と検出強度及び立上時間のそれぞれとの関係において、立上時間が閾値以下となり、且つ、検出強度が目標波形に応じた設定値以下となる駆動電流の範囲内において、立上時間が最小となるときの駆動電流の値に対応する検出強度の値に、目標値が設定されており、制御部は、立上時間が閾値以下であり、且つ、検出強度が設定値以下である場合において、駆動電流に対する立上時間の傾きが正であるときには、駆動電流を所定値だけ減少させる一方、駆動電流に対する立上時間の傾きが負であるときには、駆動電流を所定値だけ増加させてもよい。これにより、検出強度を確実に目標値に近づけることが可能となる。

本発明の固体レーザ装置では、目標波形は、予め設定された複数種の目標波形の中から選択されてもよい。これにより、複数種から選択された目標波形に波形制御されたレーザ光を安定的に出力することが可能となる。

本発明の固体レーザ装置では、目標波形は、所定の周期内において、音響光学素子による光損失をステップ状に減少させた後に増加させることによって共振器から出力されるレーザ光の波形であってもよい。これにより、略台形状のパルス形状を目標波形としたレーザ光を安定的に出力することが可能となる。

本発明の固体レーザ装置は、共振器の共振光路上に配置された固体レーザ媒質を励起光源からの励起光により励起し、レーザ光を出射する固体レーザ装置であって、共振器の共振光路上に配置され、音響光学効果を利用して共振器での光損失を変調する音響光学素子と、音響光学素子により光損失が変調されることによって共振器から出力されたレーザ光の強度を検出する強度検出部と、音響光学素子による光損失の変調が開始された時点からレーザ光のパルスが立ち上がるまでの時間に対応する立上時間を検出する時間検出部と、パルスの波形が目標波形となるように音響光学素子に光損失を変調させる制御部と、を備え、励起光源に印加する駆動電流と、強度検出部により検出されるレーザ光の検出強度との関係において、検出強度が、駆動電流の増加に応じて検出強度が単調に増加する単調増加領域と、単調増加領域に連なり、駆動電流の増加に応じて検出強度が減少した後に増加するディップ領域と、を含む場合、制御部は、立上時間が目標波形に応じた閾値以下となり、且つ、検出強度が目標波形に応じた目標値に近づくように駆動電流を制御することにより、検出強度をディップ領域における目標値に近づける。

この固体レーザ装置においても、上述の知見に基づき、時間検出部により検出されるレーザ光の立上時間が目標波形に応じた閾値以下となり、且つ、強度検出部により検出されるレーザ光の検出強度が目標波形に応じた目標値に近づくように、駆動電流が制御される。よって、波形制御されたレーザ光を安定的に出力することが可能となる。

本発明によれば、波形制御されたレーザ光を安定的に出力可能となる。

第１実施形態に係る固体レーザ装置の構成を模式的に示す図である。 ガウシアン状のレーザ光を出力させる場合の励起光の強度、共振器での光損失、及びレーザ光の強度の時間変化を示すタイムチャートである。 略台形状のレーザ光を出力させる場合の励起光の強度、共振器での光損失、及びレーザ光の強度の時間変化を示すタイムチャートである。 図１の固体レーザ装置における制御に係る構成を示す図である。 レーザ光の立上時間の検出に係るタイムチャートである。 ガウシアン状のレーザ光を出力させる場合についての励起光源の駆動電流とレーザ光の検出強度及び立上時間のそれぞれとの関係の例を示すグラフである。 略台形状のレーザ光を出力させる場合についての励起光源の駆動電流とレーザ光の検出強度及び立上時間のそれぞれとの関係の例を示すグラフである。 図１の固体レーザ装置において実行される処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る固体レーザ装置において実行される処理を示すフローチャートである。 図９の微調整処理において実行される処理を示すフローチャートである。 ガウシアン状のレーザ光を出力させる場合についての励起光源の駆動電流とレーザ光の検出強度及び立上時間のそれぞれとの関係の例を示すグラフである。 略台形状のレーザ光を出力させる場合についての励起光源の駆動電流とレーザ光の検出強度及び立上時間のそれぞれとの関係の例を示すグラフである。 略台形状のレーザ光を出力させる場合についての励起光源の駆動電流とレーザ光の検出強度及び立上時間のそれぞれとの関係の別の例を示すグラフである。 略台形状のレーザ光を出力させる場合についての励起光源の駆動電流とレーザ光の検出強度及び立上時間のそれぞれとの関係の更に別の例を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］

図１に示されるように、固体レーザ装置１は、レーザコントローラ１０と、レーザ発振器２０と、を備えている。レーザコントローラ１０は、励起光源１１と、制御部１２と、電源１３と、ＲＦ（Radio Frequency）ドライバ１４と、を有している。レーザ発振器２０は、励起光学系２１と、共振器２２と、固体レーザ媒質２３と、音響光学素子２４と、強度検出用フォトダイオード（以下、ＰＤという）２５と、立上時間検出用ＰＤ２６と、ビームサンプラー２７と、ビームサンプラー２８と、筐体２９と、を有している。固体レーザ装置１では、固体レーザ媒質２３が励起光源１１からの励起光によって励起され、共振器２２からパルス状のレーザ光が出射される。固体レーザ装置１は、例えば、ウェハのダイシングなどのレーザ加工に用いられる。まず、固体レーザ装置１の各構成について説明する。

レーザコントローラ１０は、レーザ発振器２０の動作を制御する。励起光源１１は、例えば半導体レーザであり、固体レーザ媒質２３を励起するための波長を含む励起光を出力する。励起光源１１は、電源１３から供給される駆動電流によって駆動され、駆動電流に応じた強度の励起光を出力する。

制御部１２は、例えばコンピュータである。制御部１２は、例えば、プロセッサであるＭＰＵ（Micro Processing Unit）、記録媒体であるＲＡＭ（RandomAccess Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）などを含んで構成されている。制御部１２は、ＭＰＵ及びＲＡＭ等のハードウェア上にプログラム等を読み込ませることにより動作する。制御部１２は、種々の演算を行うと共に、固体レーザ装置１の各部の動作を制御する。制御部１２は、電源１３を制御することにより、励起光源１１に印加する駆動電流を制御する。制御部１２は、ＲＦドライバ１４を制御することにより、音響光学素子２４の動作を制御する。電源１３は、制御部１２により制御され、制御部１２からの制御入力に応じた電流を励起光源１１に印加する。ＲＦドライバ１４は、制御部１２からの制御入力に応じた高周波信号を出力する。

レーザ発振器２０は、励起光学系２１、共振器２２、固体レーザ媒質２３、音響光学素子２４、強度検出用ＰＤ２５、立上時間検出用ＰＤ２６及びビームサンプラー２７，２８が筐体２９内に収容されて構成されており、筐体２９に設けられた出射窓２９ａからレーザ光を出射する。励起光学系２１には、励起光源１１から光ファイバ３１を介して伝送された励起光が供給される。励起光学系２１は、光軸Ｘ（光ファイバ３１の出射軸）上に並んで配置された複数の集光レンズ２１ａにより構成され、励起光を固体レーザ媒質２３内に集光する。

共振器２２は、光軸Ｘ上において励起光学系２１側に配置されたダイクロイックミラー２２ａと、光軸Ｘ上において励起光学系２１の反対側に配置されたアウトプットカプラ２２ｂと、を有して構成されている。ダイクロイックミラー２２ａは、励起光の波長の光を透過する透過面を励起光学系２１側に有し、共振器２２内で共振する光を反射する反射面を励起光学系２１とは反対側に有している。アウトプットカプラ２２ｂは、ダイクロイックミラー２２ａと対向する。アウトプットカプラ２２ｂは、共振器２２内で共振する光の一部を透過させ且つ残部を反射する部分反射面を、ダイクロイックミラー２２ａ側に有している。ダイクロイックミラー２２ａとアウトプットカプラ２２ｂとの間には、共振光路ＲＰが形成されている。

固体レーザ媒質２３は、例えばＮｄ:ＹＶＯ_４結晶であり、励起光によって励起されて光を放出する。固体レーザ媒質２３は、共振器２２の共振光路ＲＰ上に配置されており、固体レーザ媒質２３から放出された光は、ダイクロイックミラー２２ａとアウトプットカプラ２２ｂとの間で共振させられる。音響光学素子２４は、共振光路ＲＰ上において固体レーザ媒質２３に対してアウトプットカプラ２２ｂ側に配置されている。音響光学素子２４は、音響光学効果を利用して共振器２２での光損失を変調するＱスイッチである。

音響光学素子２４は、共振光路ＲＰ上に配置された回折部２４ａと、回折部２４ａの一側面に接続されたトランスデューサ２４ｂと、を有している。回折部２４ａは、例えば水晶により構成されている。トランスデューサ２４ｂは、ケーブル３２を介してＲＦドライバ１４から受け付けた高周波信号（ＲＦパワー）を周期的変動に変換し、回折部２４ａの内部に粗密波（超音波）を発生させる。この粗密波により、回折部２４ａに周期的な屈折率の変調が生じ、共振光路ＲＰ上を進行する光の一部が回折される。音響光学素子２４では、この回折により共振光路ＲＰ上を進行する光に光損失を与えることできる。

トランスデューサ２４ｂと共振光路ＲＰとの間の距離は、例えば０．５ｍｍ以上となっている。回折部２４ａが水晶により構成されている場合、回折部２４ａ中における粗密波の伝搬速度は、５９６０ｍ／ｓであり、０．５ｍｍの距離を粗密波が進行するのに要する時間は、８４ｎｓである。このため、音響光学素子２４が高周波信号を受け付けてから音響光学素子２４による光損失が生じるまでの間には、数１０ｎｓ～数１００ｎｓ程度の遅れ時間が存在する。

固体レーザ装置１では、音響光学素子２４によって共振器２２での光損失を変調することにより、共振器２２からパルス状のレーザ光を出力させることができる。例えば、図２に示されるように、励起光源１１を連続（ＣＷ）駆動させると共に、音響光学素子２４により一定の光損失を与えた状態から、開始時刻ｔ_０において、励起光源１１に励起光の出力を停止させると共に、共振器２２での光損失をステップ状にゼロ近傍（基準光損失Ｌ_ＣＡＶ）まで減少させる制御を行う。これにより、ガウシアン状（略矩形状）の、すなわちピーク値よりも半値幅が小さなパルス形状を有するレーザ光ＬＧが共振器２２から出力される。ここで、基準光損失Ｌ_ＣＡＶは、音響光学素子２４以外の要因により共振器２２に生じる光損失である。また、当該制御は、所定の周期Ｔ（Ｔ＝１／繰り返し周波数）で繰り返し実行される。

また、図３に示されるように、上記制御において、音響光学素子２４による光損失をステップ状に減少させた後に増加させ、音響光学素子２４により所定の光損失ＳＳを与えながら出力させると、略台形状の、すなわちピーク値よりも半値幅が大きなパルス形状を有するレーザ光ＬＴが共振器２２から出力される。出力を停止させる前の励起光源１１の強度が同一である場合、レーザ光ＬＴのピーク値は、レーザ光ＬＧのピーク値よりも小さくなる。これは、レーザ光ＬＴは、光損失ＳＳを与えられながら出力されるためである。また、固体レーザ装置１では、光損失をステップ状に減少させた後に音響光学素子２４により与える光損失ＳＳのパターンを変化させることで、種々のパルス形状のレーザ光を出力させることができる。

図１に戻り、強度検出用ＰＤ２５は、共振器２２から出力されたレーザ光の強度を検出（モニタ）するために設けられている。強度検出用ＰＤ２５には、共振器２２から出力されたレーザ光の一部が光軸Ｘ上のビームサンプラー２７によって反射されて導かれる。強度検出用ＰＤ２５は、入射したレーザ光の強度に応じた出力信号を、ケーブル３３を介して制御部１２に出力する。制御部１２は、受け付けた出力信号に基づいてレーザ光の強度を算出する。すなわち、強度検出用ＰＤ２５と制御部１２とにより、レーザ光の検出強度を検出する強度検出部が構成されている。ここで、レーザ光の検出強度とは、例えばレーザ光の時間平均強度であるが、パルスエネルギーであってもよい。

立上時間検出用ＰＤ２６は、共振器２２から出力されたレーザ光の立上時間を検出するために設けられている。立上時間検出用ＰＤ２６には、共振器２２から出力されたレーザ光の一部がビームサンプラー２８によって反射されて導かれる。ビームサンプラー２８は、光軸Ｘ上においてビームサンプラー２７に対して出射窓２９ａ側に設けられている。ビームサンプラー２８を透過したレーザ光は、出射窓２９ａから外部に出射される。立上時間検出用ＰＤ２６は、入射したレーザ光の強度に応じた出力信号を、ケーブル３４を介して制御部１２に出力する。制御部１２は、受け付けた出力信号に基づいてレーザ光の立上時間を算出する。すなわち、立上時間検出用ＰＤ２６と制御部１２とにより、レーザ光の立上時間を検出する立上時間検出部が構成されている。

レーザ光の立上時間は、音響光学素子２４による光損失の変調が開始された時点からレーザ光のパルスが立ち上がるまでの時間ＴＡ（図２，図３）に対応する。例えば、本実施形態では、音響光学素子２４による光損失の変調が開始された時点（立上時間の始点）は、制御部１２がＲＦドライバ１４に高周波信号を変調させるための信号を出力した時刻とされている。

なお、レーザ光の立上時間は、音響光学素子２４が高周波信号を受け付けてから音響光学素子２４による光損失が生じるまでの間に存在する上記遅れ時間を、含んでいてもよいし、含んでいなくともよい。また、「レーザ光のパルスが立ち上がる」とは、レーザ光の強度が所定の強度に達したことを意味するが、レーザ光の強度が所定の傾きに達したことをもってパルスが立ち上がったとしてもよい。レーザ光の立上時間は、上記時間ＴＡに対応していればよく、音響光学素子２４による光損失の変調が開始された時点よりも所定時間だけ前の時点又は後の時点から、レーザ光のパルスが立ち上がるまでの時間であってもよい。

続いて、図４及び図５を参照しつつ、固体レーザ装置１の制御に係る構成及び制御の内容を更に説明する。図４に示されるように、レーザコントローラ２の制御部１２は、ＭＰＵ４１に加えて、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）４２と、コンバータ４３と、コンパレータ４４と、コンバータ４５～４７と、を含んで構成されている。また、レーザ発振器２０は、ローパスフィルタ５１と、アンプ５２，５３と、を更に有している。

本実施形態の固体レーザ装置１では、上述したガウシアン状のレーザ光ＬＧと略台形状のレーザ光ＬＴとが目標波形として予め設定されており、目標波形を選択するための選択入力が例えば所定の通信部（入力部）を介してユーザから入力される。制御部１２は、当該選択入力を受け付け、パルス波形が選択入力に応じた目標波形となるように音響光学素子２４に光損失を変調させる。さらに、制御部１２は、強度検出用ＰＤ２５からの出力信号に基づいてレーザ光の検出強度を算出すると共に、立上時間検出用ＰＤ２６からの出力信号に基づいてレーザ光の立上時間を算出し、検出強度と立上時間とに基づいて励起光源１１に印加する駆動電流を制御する。以下ではまず、検出強度及び立上時間の検出に係る信号の流れを説明する。

強度検出用ＰＤ２５からの出力信号は、ローパスフィルタ５１及びアンプ５２を介してコンバータ４３に入力される。ＦＰＧＡ４２は、コンバータ４３によってＡ／Ｄ変換された当該出力信号を受け付け、ＦＰＧＡ４２内の回路領域６１において信号フォーマットを変換し、出力値データとしてＭＰＵ４１に出力する。出力値データは、例えば、レーザ光の出力強度に対応付けられたバイナリデータなどである。

立上時間検出用ＰＤ２６からの出力信号は、アンプ５３を介してコンパレータ４４の一方の端子に入力される。コンパレータ４４の他方の端子には、比較閾値に対応した比較閾値信号が入力され、コンパレータ４４の出力は、当該出力信号と比較閾値との大小関係に従って切り替わる。コンパレータ４４の出力は、ＦＰＧＡ４２内のカウンタ回路６２に入力される。

比較閾値信号は、次のように生成される。すなわち、ＭＰＵ４１は、目標波形に応じた比較閾値に関する指示データをＦＰＧＡ４２に出力する。ＦＰＧＡ４２は、ＦＰＧＡ４２内の回路領域６３でその指示データの信号フォーマットを変換し、コンバータ４５へ出力する。ＦＰＧＡ４２から出力された比較閾値信号は、コンバータ４５によってＤ／Ａ変換されてコンパレータ４４の他方の端子に入力される。

ここで、図５を参照しつつ、レーザ光の立上時間を検出するための処理の一例を説明する。図５では、目標波形が略台形状のレーザ光ＬＴである場合が示されている。音響光学素子２４よる光損失の変調を開始させるためのスタート信号ＳＴをトリガとして、ＲＦドライバ１４から音響光学素子２４に入力される高周波信号の変調が開始される。高周波信号の変調が開始されてから遅れ時間ＴＤが経過した後に、音響光学素子２４よる光損失の変調が開始される。

光損失の変調が開始されると、略台形状のレーザ光ＬＴが出力され、立上時間検出用ＰＤ２６の出力波形が例えばレーザ光ＬＴと相似の波形となる。これにより、コンパレータ４４の出力が切り替わり、ストップ信号ＳＰがカウンタ回路６２に入力される。図５の例では、ストップ信号ＳＰは、コンパレータ４４出力の立ち上がりエッジに相当する。ＭＰＵ４１は、スタート信号ＳＴとストップ信号ＳＰとの間にカウントされたクロックパルスの数に基づいて立上時間を算出する。このクロックパルスの生成は、制御部１２内のクロックＣＬＫにより行われ、クロックパルスのカウントは、上述したカウンタ回路６２により行われる。なお、変調開始後の立上時間検出用ＰＤ２６の出力波形は、必ずしもレーザ光ＬＴと相似の波形でなくてもよく、例えば飽和した波形であってもよい。要は、レーザ光ＬＴが立ち上がったか否かを検出できればよい。

図４に示されるように、ＭＰＵ４１は、目標波形に応じた繰り返し周波数に関する指示をＦＰＧＡ４２内の繰り返し周波数生成回路６４に入力することにより、繰り返し周波数生成回路６４からＦＰＧＡ４２内の変調波形生成回路６５にスタート信号ＳＴを出力させる。変調波形生成回路６５は、目標波形に応じた変調波形に関する指示をＭＰＵ４１から受け付け、ＲＦドライバ１４に入力するための変調波形信号を生成する。変調波形信号は、コンバータ４６によってＤ／Ａ変換されてＲＦドライバ１４に入力される。

また、上述したように、ＭＰＵ４１は、レーザ光の検出強度と立上時間とに基づいて励起光源１１に印加する駆動電流を制御する。ＭＰＵ４１から駆動電流に関する指示データを受け付けると、ＦＰＧＡ４２は、ＦＰＧＡ４２内の回路領域６６で指示データの信号フォーマットを変換し、コンバータ４７へ出力する。ＦＰＧＡ４２から出力された駆動電流信号は、コンバータ４７によってＤ／Ａ変換されて電源１３に入力される。

図６及び図７は、ガウシアン状のレーザ光ＬＧを出力させる場合及び略台形状のレーザ光ＬＴを出力させる場合のそれぞれについて、励起光源１１の駆動電流Ｄ（Ａ）とレーザ光の検出強度Ｐ（Ｗ）及び立上時間ＴＲ（ｎｓ）のそれぞれとの関係の例を示すグラフである。図６では、強度が９．５Ｗのときに半値幅が６９ｎｓとなるガウシアン状のレーザ光ＬＧが出力されるように、音響光学素子２４による光損失を変調させた場合の例が示されている。図７では、強度が６．０Ｗのときに半値幅が３１５ｎｓとなる略台形状のレーザ光ＬＴが出力されるように、音響光学素子２４による光損失を変調させた場合の例が示されている。両方の例において、レーザ光の発振波長は１３４２ｎｍであり、励起光の波長は８０８ｎｍであり、繰り返し周波数は６０ｋＨｚであり、ビーム品質Ｍ^２は１．１以下である。

図６及び図７からは、いずれの場合においても、駆動電流Ｄが大きくなるほど、すなわち固体レーザ媒質２３に蓄積されたエネルギーが大きくなるほど、レーザ光の立上時間ＴＲが短くなる傾向があることが読み取れる。図２には、ガウシアン状のレーザ光ＬＧが出力されるように音響光学素子２４による光損失を変調させる場合において、固体レーザ媒質２３の蓄積エネルギーが小さいときのレーザ光ＬＳ１，ＬＳ２が示されている。また、図３には、略台形状のレーザ光ＬＴが出力されるように音響光学素子２４による光損失を変調させる場合において、固体レーザ媒質２３の蓄積エネルギーが小さいときのレーザ光ＬＳ３，ＬＳ４が示されている。固体レーザ媒質２３の蓄積エネルギー（励起光源１１の駆動電流Ｄ）は、レーザ光ＬＧ，ＬＳ１，ＬＳ２の順に大きく、レーザ光ＬＴ，ＬＳ３，ＬＳ４の順に大きい。

上述したように、ガウシアン状のレーザ光ＬＧを出力させる場合には、光損失をステップ状に減少させた後に音響光学素子２４により光損失を与えないのに対し、略台形状のレーザ光ＬＴを出力させる場合には、光損失をステップ状に減少させた後に音響光学素子２４により光損失ＳＳを与えながら出力させる。ここで、図３に示されるように、固体レーザ媒質２３の蓄積エネルギーが小さい場合のレーザ光ＬＳ３，ＬＳ４を出力させる場合と比べて、レーザ光ＬＴを出力させる場合には、共振器２２から与えられる光損失が大きくなる。そのため、レーザ光ＬＴを出力させる場合には、レーザ光ＬＳ３，ＬＳ４を出力させる場合と比べて、固体レーザ媒質２３からの蓄積エネルギーの取出効率が低下する。その結果、図６の場合には、検出強度Ｐが、駆動電流Ｄの増加に応じて検出強度Ｐが単調に増加する単調増加領域Ｒ１のみを含むのに対し、図７の場合には、検出強度Ｐが、単調増加領域Ｒ１と、単調増加領域Ｒ１に連なり、駆動電流Ｄの増加に応じて検出強度Ｐが減少した後に増加するディップ領域Ｒ２と、を含んでいる。

そのため、図６の場合には、検出強度Ｐが目標値ＰＴ＝９．５Ｗとなる駆動電流Ｄの値が、値Ｄａの１つしか存在しないのに対し、図７の場合には、検出強度Ｐが目標値ＰＴ＝６．０Ｗとなる駆動電流Ｄの値が、値Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３の３つ存在する。３つの値のうちの最小値Ｄｂ１は、単調増加領域Ｒ１に位置し、二番目に大きい値Ｄｂ２と最大値Ｄｂ３は、ディップ領域Ｒ２に位置している。目標波形である略台形状のレーザ光ＬＴを出力させるための駆動電流Ｄの値は、最大値Ｄｂ３である。

ところで、固体レーザ装置１では、レーザ加工に用いられるため、例えば１万時間以上の長期間にわたってレーザ光の出力強度の変動が数％以下のレベルに抑えられる程度に、安定的に動作することが求められる。しかし、励起光源１１の出力強度は経年劣化により徐々に低下するため、特に対策を講じない場合、当該低下に伴ってレーザ光の出力強度も徐々に低下するおそれがある。そこで、レーザ光の検出強度Ｐを一定に保つために、検出強度Ｐに応じて駆動電流Ｄを変化させる一般的なフィードバック制御を行うことが考えられる。

しかしながら、図７の場合には、ディップ領域Ｒ２が存在するために、駆動電流Ｄと検出強度Ｐとが必ずしも一対一に対応していない。そのため、上述したような一般的なフィードバック制御を適用した場合、長期にわたる稼働により駆動電流Ｄの値が値Ｄｂ３から値Ｄｂ１又は値Ｄｂ２に変化してしまい、レーザ光が意図した波形とならない可能性がある。このような事態は、特に、オンオフを行いつつ長期間にわたって固体レーザ装置１を動作させる場合に生じ易い。これは、経年劣化により励起光源１１の出力強度が低下するにつれて、図７に示される駆動電流Ｄと検出強度Ｐ及び立上時間ＴＲのそれぞれとの関係が、図中右側へとシフトするように変化するためである。

これに対し、固体レーザ装置１では、立上時間ＴＲが目標波形に応じた閾値以下となり、且つ、検出強度Ｐが目標波形に応じた目標値に近づくように駆動電流Ｄを制御することにより、図７の場合でも、検出強度Ｐをディップ領域Ｒ２における目標値ＰＴに近づけることができる。これにより、長期にわたって稼働させた場合でも、駆動電流Ｄを目標値ＰＴに対応する値Ｄｂ３に保つことが可能となる。これは、目標波形に適合したレーザ光を安定的に出力させるためには、立上時間ＴＲが所定の閾値以下であるときにレーザ光の強度が目標値になるように駆動電流Ｄを制御すべきである、との本発明者らが見出した知見に基づくものである。以下、固体レーザ装置１において実行される制御の具体例を説明する。

図８は、固体レーザ装置１において実行される処理を示すフローチャートである。図８に示される処理は、制御部１２によって実行される。目標波形は、上述した強度が９．５Ｗのときに半値幅が６９ｎｓとなるガウシアン状のレーザ光ＬＧと、強度が６．０Ｗのときに半値幅が３１５ｎｓとなる略台形状のレーザ光ＬＴである。検出強度Ｐの目標値ＰＴは、ガウシアン状のレーザ光ＬＧについて９．５Ｗに、略台形状のレーザ光ＬＴについて６．０Ｗに設定されている。

制御部１２は、固体レーザ装置１がオン状態となるイベントが発生すると、図８に示される処理を開始する。そのようなイベントの例としては、例えば固体レーザ装置１の駆動状態を切り替えるためのオンオフスイッチがオフからオンに切り替えられた場合が挙げられる。処理開始時には、駆動電流Ｄは例えば値０となっている。

処理開始後、制御部１２は、駆動電流Ｄを値０から予め設定された所定値まで連続的に増加（上昇）させる（ステップＳ１）。この所定値は、目標波形ごとに、例えば後述する駆動電流の値Ｄｃ（図６，図７）よりも小さい値に設定されている。

続いて、制御部１２は、レーザ光の立上時間ＴＲ及び検出強度Ｐを検出する（ステップＳ２）。続いて、制御部１２は、立上時間ＴＲが目標波形に応じた閾値Ｃ以下であるか否かを判定する（ステップＳ３）。制御部１２は、判定の結果、立上時間ＴＲが閾値Ｃよりも大きい場合（ステップＳ３でＮＯ）には、ステップＳ４に進み、立上時間ＴＲが閾値Ｃ以下である場合（ステップＳ３でＹＥＳ）には、ステップＳ５に進む。

閾値Ｃは、目標波形ごとに、次のように設定されている。図６に示されるように、駆動電流Ｄと検出強度Ｐとの関係において、検出強度Ｐが目標値ＰＴとなる駆動電流Ｄの値Ｄａが１つ存在する場合（すなわち、目標波形がガウシアン状のレーザ光ＬＧである場合）、立上時間ＴＲが閾値Ｃに等しいときの駆動電流Ｄの値Ｄｃが、値Ｄａ以下となるように、閾値Ｃが設定されている。また、図７に示されるように、駆動電流Ｄと検出強度Ｐとの関係において、検出強度Ｐが目標値ＰＴとなる駆動電流Ｄの値が複数（ここでは、値Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３の３つ）存在する場合（すなわち、目標波形が略台形状のレーザ光ＬＴである場合）、立上時間ＴＲが閾値Ｃに等しいときの駆動電流Ｄの値Ｄｃが、それら複数の値のうちの二番目に大きい値Ｄｂ２以上、最大値Ｄｂ３以下となるように、閾値Ｃが設定されている。本実施形態では、閾値Ｃは、ガウシアン状のレーザ光ＬＧについて１０００ｎｓに、略台形状のレーザ光ＬＴについて１０１０ｎｓに設定されている。

ステップＳ４では、制御部１２は、駆動電流Ｄを所定の単位幅だけ増加させる。この単位幅は、予め設定された微少な電流幅であり、例えば電源１３において制御可能な電流の最小幅に設定されている。ステップＳ５では、制御部１２は、検出強度Ｐが目標波形に応じた目標値ＰＴ以下であるか否かを判定する。制御部１２は、判定の結果、検出強度Ｐが目標値ＰＴよりも大きい場合（ステップＳ５でＮＯ）には、ステップＳ６に進み、検出強度Ｐが目標値ＰＴ以下である場合（ステップＳ５でＹＥＳ）には、ステップＳ７に進む。

ステップＳ６では、制御部１２は、駆動電流Ｄを単位幅だけ減少させる。一方、ステップＳ７では、制御部１２は、駆動電流Ｄを単位幅だけ増加させる。また、制御部１２は、上記処理の途中に固体レーザ装置１がオフ状態となるイベントが発生すると、駆動電流Ｄを０Ａまで減少させて処理を終了する。そのようなイベントの一例としては、例えばオンオフスイッチがオンからオフに切り替えられた場合が挙げられる。

ここで、本実施形態では、各目標波形において、駆動電流Ｄが、目標波形のレーザ光ＬＧ，ＬＴを出力させるための駆動電流Ｄの値に等しいときの駆動電流Ｄに対する検出強度Ｐの傾きは、正となっている。すなわち、図６において、駆動電流Ｄが値Ｄａに等しいときの駆動電流Ｄに対する検出強度Ｐの傾きは、正となっており、図７において、駆動電流Ｄが最大値Ｄｂ３に等しいときの駆動電流Ｄに対する検出強度Ｐの傾きは、正となっている。

以上の処理により、目標波形がガウシアン状のレーザ光ＬＧである場合及び略台形状のレーザ光ＬＴである場合のいずれにおいても、処理開始後、駆動電流Ｄが値０から値Ｄｃまで増加し、立上時間ＴＲが閾値Ｃ以下となった後に、駆動電流Ｄが値Ｄｃから目標値ＰＴに対応する値Ｄａ又は値Ｄｂ３まで増加し、検出強度Ｐが目標値ＰＴとなる。また、検出強度Ｐが目標値ＰＴとなった後は、検出強度Ｐが目標値ＰＴの近傍で保たれる。

以上説明したように、固体レーザ装置１では、レーザ光の立上時間ＴＲが目標波形に応じた閾値Ｃ以下となり、且つ、レーザ光の検出強度Ｐが目標波形に応じた目標値ＰＴに近づくように、励起光源１１に印加する駆動電流Ｄが制御される。換言すれば、立上時間ＴＲが目標波形に応じた閾値Ｃ以下となり、且つ、検出強度Ｐが目標波形に応じた目標値ＰＴに近づくように駆動電流Ｄを制御することにより、検出強度Ｐをディップ領域Ｒ２における目標値ＰＴに近づける。これにより、波形制御されたレーザ光を安定的に出力することが可能となっている。これは、音響光学素子２４により光損失を変調することによって共振器２２からレーザ光を出力させる場合、励起光源１１に印加する駆動電流Ｄが大きくなるほど、レーザ光の立上時間ＴＲが短くなる傾向がある、との本発明者らが見出した知見、及び、目標波形に適合したレーザ光を安定的に出力させるためには、立上時間ＴＲが所定の閾値Ｃ以下であるときにレーザ光の強度が目標値ＰＴになるように駆動電流Ｄを制御すべきである、との本発明者らが見出した知見に基づくものである。

また、固体レーザ装置では、制御部１２は、立上時間ＴＲが閾値Ｃ以下となるように駆動電流Ｄを変化させた（Ｓ３，Ｓ４）後に、検出強度Ｐが目標値ＰＴに近づくように駆動電流Ｄを変化させる（Ｓ５～Ｓ７）。これにより、検出強度Ｐを速やかに目標値ＰＴに近づけることが可能となっている。

また、固体レーザ装置１では、制御部１２は、立上時間ＴＲが閾値Ｃよりも大きい場合、立上時間ＴＲが閾値Ｃ以下となるまで駆動電流Ｄを増加させる（ステップＳ３，Ｓ４）。これにより、立上時間ＴＲが閾値Ｃよりも大きい場合に、立上時間ＴＲを確実に閾値Ｃ以下まで減少させることが可能となっている。

また、固体レーザ装置１では、駆動電流Ｄと検出強度Ｐとの関係において、検出強度Ｐが目標値ＰＴとなる駆動電流Ｄの値が複数（上記の例では、値Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３の３つ）存在する場合に、立上時間ＴＲが閾値Ｃに等しいときの駆動電流Ｄの値Ｄｃが、複数の値のうちの二番目に大きい値Ｄｂ２以上、最大値Ｄｂ３以下となるように、閾値Ｃが設定されている。これにより、検出強度Ｐを確実に目標値ＰＴに近づけることが可能となっている。

また、固体レーザ装置１では、駆動電流Ｄが最大値Ｄｂ３に等しいときの駆動電流Ｄに対する検出強度Ｐの傾きが正となっている。そして、制御部１２は、立上時間ＴＲが閾値Ｃ以下である場合において、検出強度Ｐが目標値ＰＴよりも大きいときには、駆動電流Ｄを単位幅だけ減少させる（Ｓ６）一方、検出強度Ｐが目標値ＰＴ以下であるときには、駆動電流Ｄを範囲幅だけ増加させる（Ｓ７）。これにより、検出強度Ｐを一層確実に目標値ＰＴに近づけることが可能となっている。

また、固体レーザ装置１では、目標波形が、予め設定された複数種の目標波形の中から選択される。これにより、複数種から選択された目標波形に波形制御されたレーザ光を安定的に出力することが可能となっている。その結果、単一の固体レーザ装置１によって様々な加工対象物や加工方法に対応可能となっており、装置の汎用性が向上されている。

また、固体レーザ装置１では、目標波形には、周期Ｔ内において、音響光学素子２４による光損失をステップ状に減少させた後に増加させることによって共振器２２から出力される略台形状のレーザ光ＬＴの波形が含まれている。これにより、略台形状のパルス形状を目標波形としたレーザ光ＬＴを安定的に出力することが可能となっている。
［第２実施形態］

図９は、第２実施形態に係る固体レーザ装置１において実行される処理を示すフローチャートである。図１０は、図９の微調整処理において実行される処理を示すフローチャートである。

第２実施形態では、目標波形として、第１実施形態の場合の２つの目標波形に加えて、強度が７．０Ｗのときに半値幅が４１５ｎｓとなる略台形状のレーザ光ＬＴと、強度が７．６Ｗのときに半値幅が４７０ｎｓとなる略台形状のレーザ光ＬＴとが設定されている。図１１～図１４は、各目標波形のレーザ光を出力させる場合についての励起光源１１の駆動電流Ｄとレーザ光の検出強度Ｐ及び立上時間ＴＲのそれぞれとの関係の例を示すグラフである。図１１及び図１２は、図６及び図７に対応するグラフである。図１３は、強度が６．９５Ｗのときに半値幅が４１５ｎｓとなる略台形状のレーザ光ＬＴを出力させる場合のグラフであり、図１４は、強度が７．６Ｗのときに半値幅が４７０ｎｓとなる略台形状のレーザ光ＬＴを出力させる場合のグラフである。図１３の例では、繰り返し周波数は９０ｋＨｚであり、図１４の例では、繰り返し周波数は１２０ｋＨｚである。

第２実施形態では、目標値ＰＴは、次のように設定されている。駆動電流Ｄと検出強度Ｐ及び立上時間ＴＲのそれぞれとの関係において、立上時間ＴＲが閾値Ｃ以下となり、且つ、検出強度Ｐが目標波形に応じた設定値Ｈ以下となる駆動電流Ｄの範囲Ｒｄ内において、立上時間ＴＲが最小となるときの駆動電流Ｄの値Ｄｔに対応する検出強度Ｐの値に、目標値ＰＴが設定されている。図１１～図１４では、範囲Ｒｄ内における立上時間ＴＲの最小値Ｃｍｉｎが示されている。この例では、設定値Ｈは、図１１に対応するガウシアン状のレーザ光ＬＧについて９．５Ｗに、図１２に対応する略台形状のレーザ光ＬＴについて６．０Ｗに、図１３に対応する略台形状のレーザ光ＬＴについて７．１Ｗに、図１４に対応する略台形状のレーザ光ＬＴについて７．７Ｗに設定されている。これにより、目標値ＰＴは、図１１に対応するガウシアン状のレーザ光ＬＧについて９．５Ｗに、図１２に対応する略台形状のレーザ光ＬＴについて６．０Ｗに、図１３に対応する略台形状のレーザ光ＬＴについて６．９５Ｗに、図１４に対応する略台形状のレーザ光ＬＴについて７．６Ｗに設定されている。

また、第２実施形態では、閾値Ｃは、次のように設定されている。図１２～図１４に示されるように、駆動電流Ｄと検出強度Ｐとの関係において、検出強度Ｐが目標値ＰＴとなる駆動電流Ｄの値が複数（ここでは、値Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３の３つ）存在する場合（すなわち、目標波形が略台形状のレーザ光ＬＴである場合）、立上時間ＴＲが閾値Ｃに等しいときの駆動電流の値Ｄｃが、それら複数の値のうちの最大値Ｄｂ３以下となるように、閾値Ｃが設定されている。より詳細には、駆動電流の値Ｄｃは、それら複数の値のうちの最小値Ｄｂ１以上、二番目に大きい値Ｄｂ２以下となっている。第２実施形態では、閾値Ｃは、図１１に対応するガウシアン状のレーザ光ＬＧについて１１００ｎｓに、図１２に対応する略台形状のレーザ光ＬＴについて１１００ｎｓに、図１３に対応する略台形状のレーザ光ＬＴについて１３００ｎｓに、図１４に対応する略台形状のレーザ光ＬＴについて１４００ｎｓに設定されている。

図９に示されるように、第２実施形態では、制御部１２は、ステップＳ２の実行後、ステップＳ３の実行前に、ステップＳ８の処理を実行する。ステップＳ８では、制御部１２は、後述する微調整処理において使用する制御変数である傾き値ＳＬ及び前回立上時間ＴＲＰを初期化する。より詳細には、傾き値ＳＬを値＋１とすると共に、前回立上時間ＴＲＰを予め設定された固定値とする。固定値は任意の値であってよい。

第２実施形態では、制御部１２は、ステップＳ３でＮＯの場合には、ステップＳ４ではなくステップＳ９に進む。ステップＳ９では、制御部１２は、駆動電流Ｄを目標波形に応じたジャンプ電流幅ＤＪだけ増加させる。

ジャンプ電流幅ＤＪは、目標波形ごとに、次のように設定されている。図１１に示されるように、駆動電流Ｄと検出強度Ｐとの関係において、検出強度Ｐが目標値ＰＴとなる駆動電流Ｄの値Ｄａが１つ存在する場合（すなわち、目標波形が略ガウシアン状のレーザ光ＬＧである場合）、ジャンプ電流幅ＤＪは、駆動電流Ｄの値Ｄａと、立上時間ＴＲが閾値Ｃに等しいときの駆動電流Ｄの値Ｄｃとの差分よりも大きくなっている。また、図１２～図１４に示されるように、駆動電流Ｄと検出強度Ｐとの関係において、検出強度Ｐが目標値ＰＴとなる駆動電流Ｄの値が複数（ここでは、値Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３の３つ）存在する場合（すなわち、目標波形が略台形状のレーザ光ＬＴである場合）、ジャンプ電流幅ＤＪは、それら複数の値のうちの最大値Ｄｂ３と、立上時間ＴＲが閾値Ｃに等しいときの駆動電流Ｄの値Ｄｃとの差分よりも大きくなっている。

第２実施形態では、制御部１２は、ステップＳ３でＹＥＳの場合には、ステップＳ５ではなくステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、制御部１２は、検出強度Ｐが設定値Ｈ以下であるか否かを判定する。制御部１２は、判定の結果、検出強度Ｐが設定値Ｈよりも大きい場合（ステップＳ１０でＮＯ）には、ステップＳ６に進む。一方、検出強度Ｐが設定値Ｈ以下である場合（ステップＳ１０でＹＥＳ）には、ステップＳ１１に進み、図１０に示される微調整処理を実行する。

微調整処理の開始後、制御部１２は、傾き値ＳＬが値＋１及び値－１のいずれであるかを判定する（ステップＳ１２）。制御部１２は、判定の結果、傾き値ＳＬが値＋１である場合には、ステップＳ１３に進み、傾き値ＳＬが値－１である場合には、ステップＳ１４に進む。傾き値ＳＬは、駆動電流Ｄに対する立上時間ＴＲの傾きを表す制御変数である。傾き値ＳＬは、値＋１であるときには駆動電流Ｄに対する立上時間ＴＲの傾きが正であることを表し、傾き値ＳＬが値－１であるときには駆動電流Ｄに対する立上時間ＴＲの傾きが負であることを表す。

ステップＳ１３では、制御部１２は、駆動電流Ｄを単位幅だけ減少させる。続いて、制御部１２は、立上時間ＴＲ及び検出強度Ｐを検出する（ステップＳ１５）。続いて、制御部１２は、立上時間ＴＲが前回立上時間ＴＲＰよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１６）。制御部１２は、判定の結果、立上時間ＴＲが前回立上時間ＴＲＰよりも大きい場合（ステップＳ１６でＹＥＳ）には、ステップＳ１７に進み、立上時間ＴＲが前回立上時間ＴＲＰよりも小さい場合（ステップＳ１６でＮＯ）には、ステップＳ１８に進む。前回立上時間ＴＲＰは、１制御周期前の立上時間ＴＲを表す制御変数である。ステップＳ１７では、制御部１２は、傾き値ＳＬを値－１とし、ステップＳ１８に進む。

一方、ステップＳ１４では、制御部１２は、駆動電流Ｄを単位幅だけ増加させる。続いて、制御部１２は、立上時間ＴＲ及び検出強度Ｐを検出する（ステップＳ１９）。続いて、制御部１２は、立上時間ＴＲが前回立上時間ＴＲＰよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２０）。制御部１２は、判定の結果、立上時間ＴＲが前回立上時間ＴＲＰよりも小さい場合（ステップＳ２０でＹＥＳ）には、ステップＳ１８に進み、立上時間ＴＲが前回立上時間ＴＲＰよりも大きい場合（ステップＳ２０でＮＯ）には、ステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、制御部１２は、傾き値ＳＬを値＋１とし、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、制御部１２は、前回立上時間ＴＲＰの値を立上時間ＴＲの値で更新する。ステップＳ１８に続いて、制御部１２は、検出強度Ｐが目標値ＰＴよりも大きい否かを判定する（ステップＳ２２）。制御部１２は、判定の結果、検出強度Ｐが目標値ＰＴよりも大きい場合（ステップＳ２２でＹＥＳ）には、微調整処理を終了する。一方、検出強度Ｐが目標値ＰＴ以上である場合（ステップＳ２２でＮＯ）には、ステップＳ１２に戻る。

以上説明した第２実施形態の固体レーザ装置１によっても、第１実施形態と同様に、波形制御されたレーザ光を安定的に出力することが可能となる。また、第２実施形態の固体レーザ装置１では、制御部１２は、立上時間ＴＲが閾値Ｃよりも大きい場合、目標波形に応じたジャンプ電流幅ＤＪだけ駆動電流Ｄを増加させる（Ｓ９）。これにより、立上時間ＴＲが閾値Ｃよりも大きい場合に、立上時間ＴＲを速やかに閾値Ｃ以下まで減少させることが可能となっている。

また、第２実施形態の固体レーザ装置１では、駆動電流Ｄと検出強度Ｐとの関係において、検出強度Ｐが目標値ＰＴとなる駆動電流Ｄの値が複数（上記の例では、値Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３の３つ）存在する場合に、立上時間ＴＲが閾値Ｃに等しいときの駆動電流Ｄの値Ｄｃが、複数の値のうちの最大値Ｄｂ３以下となるように、閾値Ｃが設定されている。そして、ジャンプ電流幅ＤＪは、それら複数の値のうちの最大値Ｄｂ３と、立上時間ＴＲが閾値Ｃに等しいときの駆動電流Ｄの値との差分よりも大きくなっている。これにより、立上時間ＴＲが閾値Ｃに等しいときの値Ｄｃからジャンプ電流幅ＤＪだけ駆動電流Ｄを増加させることで、検出強度Ｐを目標値ＰＴよりも大きくすることが可能となっている。

また、第２実施形態の固体レーザ装置１では、駆動電流Ｄと検出強度Ｐ及び立上時間ＴＲのそれぞれとの関係において、立上時間ＴＲが閾値Ｃ以下となり、且つ、検出強度Ｐが目標波形に応じた設定値Ｈ以下となる駆動電流Ｄの範囲Ｒｄ内において、立上時間ＴＲが最小となるときの駆動電流Ｄの値Ｄｔに対応する検出強度Ｐの値に、目標値ＰＴが設定されている。そして、制御部１２は、立上時間ＴＲが閾値Ｃ以下であり、且つ、検出強度Ｐが設定値Ｈ以下である場合において、駆動電流Ｄに対する立上時間ＴＲの傾きが正であるときには、駆動電流Ｄを所定値だけ減少させる（Ｓ１３）一方、駆動電流Ｄに対する立上時間ＴＲの傾きが負であるときには、駆動電流Ｄを所定値だけ増加させる（Ｓ１４）。これにより、検出強度Ｐを確実に目標値ＰＴに近づけることが可能となっている。このような制御は、図１３及び図１４に示される繰り返し周波数が９０ｋＨｚ又は１２０ｋＨｚである場合のように、立上時間ＴＲが、駆動電流Ｄの増加に応じて立上時間ＴＲが減少した後に増加するディップ領域Ｒ３を含む場合に、特に有効である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、強度検出用ＰＤ２５と制御部１２とにより、レーザ光の検出強度を検出する強度検出部が構成されていたが、強度検出部は、パワーモニタやエネルギーモニタであってもよい。この場合、強度検出部から検出強度の測定結果が制御部１２に出力される。同様に、立上時間検出部についても、立上時間ＴＲを測定し、測定結果を制御部１２に出力するものとして構成されてもよい。

１…固体レーザ装置、１１…励起光源、１２…制御部、２２…共振器、２３…固体レーザ媒質、２４…音響光学素子、２５…強度検出用ＰＤ（強度検出部）、２６…立上時間検出用ＰＤ（立上時間検出部）、ＲＰ…共振光路、Ｐ…検出強度、ＴＲ…立上時間、Ｄ…駆動電流、Ｒ１…単調増加領域、Ｒ２…ディップ領域。

Claims (11)

1. 共振器の共振光路上に配置された固体レーザ媒質を励起光源からの励起光により励起し、レーザ光を出射する固体レーザ装置であって、
   前記共振器の前記共振光路上に配置され、音響光学効果を利用して前記共振器での光損失を変調する音響光学素子と、
   前記音響光学素子により前記光損失が変調されることによって前記共振器から出力された前記レーザ光の強度を検出する強度検出部と、
   前記音響光学素子による前記光損失の変調が開始された時点から前記レーザ光のパルスが立ち上がるまでの時間に対応する立上時間を検出する時間検出部と、
   前記パルスの波形が目標波形となるように前記音響光学素子に前記光損失を変調させる制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記時間検出部により検出される前記立上時間が前記目標波形に応じた閾値以下となり、且つ、前記強度検出部により検出される前記レーザ光の検出強度が前記目標波形に応じた目標値に近づくように、前記励起光源に印加する駆動電流を制御する、固体レーザ装置。
2. 前記制御部は、前記立上時間が前記閾値以下となるように前記駆動電流を変化させた後に、前記検出強度が前記目標値に近づくように前記駆動電流を変化させる、請求項１に記載の固体レーザ装置。
3. 前記制御部は、前記立上時間が前記閾値よりも大きい場合、前記立上時間が前記閾値以下となるまで前記駆動電流を増加させる、請求項１又は２に記載の固体レーザ装置。
4. 前記駆動電流と前記検出強度との関係において、前記検出強度が前記目標値となる前記駆動電流の値が複数存在する場合に、前記立上時間が前記閾値に等しいときの前記駆動電流の値が、前記複数の値のうちの二番目に大きい値以上、最大値以下となるように、前記閾値が設定されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の固体レーザ装置。
5. 前記駆動電流が、前記検出強度が前記目標値となる前記複数の前記駆動電流の値のうちの前記最大値に等しいときの前記駆動電流に対する前記検出強度の傾きは、正となっており、
   前記制御部は、前記立上時間が前記閾値以下である場合において、前記検出強度が前記目標値よりも大きいときには、前記駆動電流を所定値だけ減少させる一方、前記検出強度が前記目標値以下であるときには、前記駆動電流を所定値だけ増加させる、請求項４に記載の固体レーザ装置。
6. 前記駆動電流と前記検出強度との関係において、前記検出強度が前記目標値となる前記駆動電流の値が１つ存在する場合に、前記立上時間が前記閾値に等しいときの前記駆動電流の値が、前記検出強度が前記目標値となる前記駆動電流の値以下となるように、前記閾値が設定されており、
   前記制御部は、前記立上時間が前記閾値よりも大きい場合、前記目標波形に応じたジャンプ電流幅だけ前記駆動電流を増加させ、
   前記ジャンプ電流幅は、前記検出強度が前記目標値となる前記駆動電流の値と、前記立上時間が前記閾値に等しいときの前記駆動電流の値との差分よりも大きい、請求項１又は２に記載の固体レーザ装置。
7. 前記駆動電流と前記検出強度との関係において、前記検出強度が前記目標値となる前記駆動電流の値が複数存在する場合に、前記立上時間が前記閾値に等しいときの前記駆動電流の値が、前記複数の値のうちの最大値以下となるように、前記閾値が設定されており、
   前記制御部は、前記立上時間が前記閾値よりも大きい場合、前記目標波形に応じたジャンプ電流幅だけ前記駆動電流を増加させ、
   前記ジャンプ電流幅は、前記最大値と、前記立上時間が前記閾値に等しいときの前記駆動電流の値との差分よりも大きい、請求項１又は２に記載の固体レーザ装置。
8. 前記駆動電流と前記検出強度及び前記立上時間のそれぞれとの関係において、前記立上時間が前記閾値以下となり、且つ、前記検出強度が前記目標波形に応じた設定値以下となる前記駆動電流の範囲内において、前記立上時間が最小となるときの前記駆動電流の値に対応する前記検出強度の値に、前記目標値が設定されており、
   前記制御部は、前記立上時間が前記閾値以下であり、且つ、前記検出強度が前記設定値以下である場合において、前記駆動電流に対する前記立上時間の傾きが正であるときには、前記駆動電流を所定値だけ減少させる一方、前記駆動電流に対する前記立上時間の傾きが負であるときには、前記駆動電流を所定値だけ増加させる、請求項６又は７に記載の固体レーザ装置。
9. 前記目標波形は、予め設定された複数種の目標波形の中から選択される、請求項１～８のいずれか一項に記載の固体レーザ装置。
10. 前記目標波形は、所定の周期内において、前記音響光学素子による前記光損失をステップ状に減少させた後に増加させることによって前記共振器から出力される前記レーザ光の波形である、請求項１～９のいずれか一項に記載の固体レーザ装置。
11. 共振器の共振光路上に配置された固体レーザ媒質を励起光源からの励起光により励起し、レーザ光を出射する固体レーザ装置であって、
    前記共振器の前記共振光路上に配置され、音響光学効果を利用して前記共振器での光損失を変調する音響光学素子と、
    前記音響光学素子により前記光損失が変調されることによって前記共振器から出力された前記レーザ光の強度を検出する強度検出部と、
    前記音響光学素子による前記光損失の変調が開始された時点から前記レーザ光のパルスが立ち上がるまでの時間に対応する立上時間を検出する時間検出部と、
    前記パルスの波形が目標波形となるように前記音響光学素子に前記光損失を変調させる制御部と、を備え、
    前記励起光源に印加する駆動電流と、前記強度検出部により検出される前記レーザ光の検出強度との関係において、前記検出強度が、前記駆動電流の増加に応じて前記検出強度が単調に増加する単調増加領域と、前記単調増加領域に連なり、前記駆動電流の増加に応じて前記検出強度が減少した後に増加するディップ領域と、を含む場合、
    前記制御部は、前記立上時間が前記目標波形に応じた閾値以下となり、且つ、前記検出強度が前記目標波形に応じた目標値に近づくように前記駆動電流を制御することにより、前記検出強度を前記ディップ領域における前記目標値に近づける、固体レーザ装置。

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