JPH01276785A

JPH01276785A - 多段増幅パルスレーザの同期制御装置

Info

Publication number: JPH01276785A
Application number: JP10626288A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Kita; 好夫北
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1989-11-07
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPH077860B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は複数台のパルスレーザを備えて多段増幅を行な
う多段増幅パルスレーザにおいて、特に最大の増幅率を
得るように各パルスレーザ相互間でのレーザ発振タイミ
ングを制御するようにした多段増幅パルスレーザの同期
制御装置に関する。

（従来の技術）近年、例えば光プラント等の分野においては、レーザが
多く用いられてきており、その一つとして気体放電を用
いたパルスレーザがある。このパルスレーザは、放電電
源を接続した少なくとも一対の電極が配設されたレーザ
管の内部に気体レーザ媒質を収納し、トリガパルスの印
加によりレーザ電源回路のスイッチング素子を駆動して
レーザ管内に放電を発生させ、この放電により気体レー
ザ媒質を励起してパルスレーザ出力の発振を行なうよう
にしたものである。一方最近では、複数台のパルスレー
ザを備えて多段増幅を行なうようにした、いわゆる多段
増幅パルスレーザが提案されてきている。そして、この
多段増幅パルスレーザにおいては、最大の増幅率が得ら
れるように各パルスレーザ相互間でのレーザ発振タイミ
ングを制御する同期制御装置が備えられている。

第５図は、この種の多段増幅パルスレーザにおける同期
制御装置の構成例を示すブロック図である。第５図にお
いて、耐高温性の材料からなるレーザ管１１および１２
の内部には、少なくとも一対の電極２１および２２と、
気体レーザ媒質が収納されている。また、レーザ管１１
および１２の両端には、光学窓３１および３２が形成さ
れている。さらに、一方のレーザ管１１の各光学窓３１
を通る直線上、すなわちパルスレーザ出力（以下、単に
レーザ光と称する）の発振光路上には、全反射ミラー４
とハーフミラ−５とが配設されている。

一方、レーザ電源回路６１および６２は、高電圧を出力
する放電電源、サイラトロン等からなるスイッチング素
子、コンデンサおよび抵抗からなる放電回路等を備えて
おり、放電電源は上記電極２１および２２にそれぞれ接
続されている。そして、レーザ電源回路６１および６２
の各スイッチング素子は、トリガパルスの印加により駆
動してレーザ管１１および１２内に放電を発生させ、こ
の放電により管内の気体レーザ媒質を励起してレーザ光
を発振するようになっている。さらにまた、レーザ管１
１および１２の先学窓３１および３２を通る直線上には
、全反射ミラー７１および７２がそれぞれ配設されてお
り、レーザ管１１からのパルスレーザ光を全反射ミラー
７１で反射させ、この反射光を全反射ミラー７２で反射
してレーザ管１２に入射させるようになっている。以上
により、レーザ管１１とレーザ電源回路６１とから第１
のパルスレーザが、レーザ管１２とレーザ電源回路６２
とから第２のパルスレーザがそれぞれ構成されている。

一方、同期制御装置は、電流プローブ８１および８２と
、マスタパルサ９と、計算機１０とから構成されている
。ここで、電流プローブ８１および８２は、第１および
第２のパルスレーザの放電電流をそれぞれ検出するもの
である。また、マスタパルサ９は、所定の繰返し周波数
（数ＫＨｚ〜数十ＫＨｚ）でクロックパルスを連続的に
出力するものである。さらに、計算機１０は、コンスタ
ントフラクションディスクリミネータ（以下、ＣＦＤと
称する）１０１および１０２と、タイムデジタルコンバ
ータ（以下、ＴＤＣと称する）１０Ｂと、ＣＰＵ１０４
と、パルスデイレイジェネレータ（以下、ＰＤＧと称す
る）１０５とから構成されている。ＣＦＤＩＯＩおよび
１０２は、電流プローブ８１および８２で検出された放
電電流があるしきい値に達した時点で、立上がりの速い
放電検出パルスをそれぞれ発生する（放電タイミングを
？＃１定する）ものである。またＴＤＣ１０３は、ＣＦ
ＤＩＯＩおよび１０２からの各放電検出パルスの入力タ
イミングの差（放電タイミングの差）を求めるものであ
る。さらにＣＰＵ１０４は、ＴＤＣ１０３で求められた
タイミング差に基づいて、各パルスレーザ相互間でのレ
ーザ発振タイミングのずれが最適となるように、第２の
パルスレーザのレーザ電源回路６２に対するトリガパル
スの出力タイミング（最適デイレイ時間）を演算するも
のである。さらにまたＰＤＧ１０５は、マスタパルサ９
から入力されるクロックパルスに同期して、第１のパル
スレーザのレーザ電源回路６１に対してトリガパルスを
出力すると共に、ＣＰＵ１０４で求められた最適デイレ
イ時間に従って、第２のパルスレーザのレーザ電源回路
６２に対してトリがパルスを出力するものである。

さて、気体放電を用いたパルスレーザにおいて、多段増
幅を行なう場合、第１のパルスレーザがマスターとなり
、第２のパルスレーザ以降が増幅段となる。そしてこの
時、各レーザ間のレーザ発振タイミングのずれΔｔｘは
、各レーザ間の距離をＬとすると、 Δｔｘｘｃ−Ｌなる関係を満たす必要がある。但し、Ｃは光速である。

一方第６図は、第５図における各部の波形をそれぞれ示
すものである。第６図において、Ａ１は第１のパルスレ
ーザのレーザ電源回路６１へのトリガパルス波形、Ａ２
は第１のパルスレーザの放電電流波形、Ａ３は第１のパ
ルスレーザのレーザ光波形、Ａ４はＣＦＤＩＯＩからの
放電検出パルス波形を、またＢ１は第２のパルスレーザ
のレーザ電源回路６２へのトリガパルス波形、Ｂ２は第
２のパルスレーザの放電電流波形、Ｂ３は第２のパルス
レーザのレーザ光波形、Ｂ４はＣＰＵ１０４からの放電
検出パルス波形をそれぞれ示している。すなわち、第６
図におけるレーザ発振タイミングのずれΔｔｘが、 Δｔｘ　−Ｌ／Ｃである時に、多段増幅パルスレーザの増幅作用が最大、
換言すると最大の増幅率が得られる。

しかしながら、第６図におけるトリガパルス出力からレ
ーザ光発振までの時間遅れｔｄｌは、必ずしも一定では
ない。これは、第５図のレーザ電源回路６１および６２
の素子固有のジッタおよびドリフト、また第５図のレー
ザ管１１および１２自体の放電タイミングのジッタおよ
びドリフトのために生じている。これに対して、第６図
における放電検出からレーザ光発振までの時間遅れｔｄ
２は、はぼ一定の値となっている。

従って、第５図の同期制御装置においては、電流プロー
ブ８１および８２によって第１および第２のパルスレー
ザの放電電流波形（Ａ２およびＢ２）をそれぞれ測定し
、トリガパルス出力からレーザ光発振までの時間遅れｔ
ｄｌの不確定さを補うために、第１のパルスレーザのレ
ーザ発振タイミングと第２のパルスレーザのレーザ発振
タイミングとのずれが Δｔｘ−Ｌ／Ｃとなるように、第２のパルスレーザのレーザ電源回路６
２に対するトリガパルスの出力タイミングを調整してい
る。すなわち具体的には、ＣＦＤｌｏｌおよび１０２に
より、電流プローブ８１および８２で検出された放電電
流（Ａ２およびＢ２）があるしきい値に達した時点で、
立上がりの速い放電検出パルス（Ａ４およびＢ４）をそ
れぞれ発生させることによってタイミング信号を得、次
にＴＤに１０３によりＣＦＤｌｏｌおよび１０２からの
各放電検出パルスの人力タイミングの差（ΔＴ）を求め
てＣＰＵ１０４に伝達し、ＣＰＵ１０４によりこのタイ
ミング差（ΔＴ）に基づいて、各パルスレーザ相互間で
のレーザ発振タイミングのずれが最適となるように、第
２のパルスレーザのレーザ電源回路６２に対するトリガ
パルスの出力タイミング（最適デイレイ時間）を求め、
さらにＰＤＧ　１０５によりＣＰＵ１０４からの最適デ
イレイ時間に従い、第１のパルスレーザのレーザ電源回
路６１に対してトリガパルスが出力される毎に、第２の
パルスレーザのレーザ電源回路６２に対してトリガパル
スを出力し、　ΔｔＸ　−Ｌ／Ｃとなるように第６図の
Δｔを変化させて調整を行なっている。

ところで、上述のような多段増幅パルスレーザの同期制
御装置では、レーザの放電電流によってレーザの放電タ
イミングを測定していることから、放電回路を有するレ
ーザ？ｌｉ源回路６１および６２の近くに電流プローブ
８１および８２を設置する必要がある。しかしながら、
このレーザ電源回路６１および６２は、実際には約１０
ＫＶ、２〜３ＫＡの放電回路であるため、電流プローブ
８１および８２とレーザ電源回路６１および６２との間
の浮遊容量を介してノイズが侵入することを回避するこ
とは不可能である。その結果、このノイズによって計算
機１０が誤動作を引起こすため、多段増幅パルスレーザ
におけるレーザ発振のタイミンクを高信頼度で制御する
ことは困難である。

（発明が解決しようとする課題）以上のように、従来の多段増幅パルスレーザの同期制御
装置では、レーザの放電電流によってレーザの放電タイ
ミングを測定していることから、ノイズの侵入によって
計算機が誤動作してしまい、レーザ発振のタイミングを
高信頼度で制御することができないという問題があった
。

本発明の目的は、レーザの放電光によってレーザの放電
タイミングを３１１Ｊ定することにより、ノイズの影響
を受けることなく、レーザ発振のタイミングを極めて高
信頼度で制御することが可能な多段増幅パルスレーザの
同期制御装置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するために本発明では、第１のパルス
レーザからのパルスレーザ出力を第２のパルスレーザで
増幅して多段増幅を行なうようにした多段増幅パルスレ
ーザの同期制御装置を、第１および第２のパルスレーザ
からの放電光をそれぞれ検出する第１および第２の光検
出手段と、（ａ）第１のパルスレーザのレーザ電源回路
に対して、所定の繰返し周波数でトリがパルスを連続的
に出力する機能、（ｂ）第１および第２の光検出手段か
らの検出信号により各パルスレーザの放電タイミングを
測定する機能、（ｃ）両者の放電タイミングの差に基づ
いて、各パルスレーザ相互間でのレーザ発振タイミング
のずれが最適となるように第２のパルスレーザのレーザ
電源回路に対するトリガパルスの出力タイミングを演算
して出力する機能を有する計算機とを備えて構成してい
る。

（作用）従って、本発明の多段増幅パルスレーザの同期制御装置
においては、レーザの放電光を検出することによってレ
ーザの放電タイミングを測定することにより、正確にし
かもノイズの無い状態でレーザの放電タイミングを測定
することができ、各レーザにおけるレーザ発振のタイミ
ングを信頼性良く制御することが可能となる。

（実施例）本発明は、レーザ管の放電光が放電電流と同一波形を有
することを利用して、前述のＡ２゜Ｂ２の波形に相当す
る波形を、レーザ管の放電光を測定することにより、ノ
イズの無い状態で得ようとするものである。

以下、上記のような考え方に基づく本発明の一実施例に
ついて図面を参照して説明する。

第１図は、本発明による多段増幅パルスレーザの同期制
御装置の構成例を示すブロック図であり、第５図と同一
部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは
異なる部分についてのみ述べる。すなわち第１図は、第
５図における電流プローブ８１および８２を省略し、こ
れに代えてレーザ管１１のレーザ光の発振光路の延長線
上に光検出装置５１を配設すると共に、レーザ管１２の
レーザ光の発振光路の延長線上に全反射ミラー４１、お
よび光検出装置５２を配設し、光検出装置５１および５
２の検出信号を、計算機１０のＣＦＤＩＯＩ′および１
０２゛に入力するようにしたものである。

ここで、全反射ミラー４１および前述の全反射ミラー７
１．７２としては、放電光に比べてレーザ光の強度が強
いため、レーザ管からのレーザ光のみを反射して放電光
を透過する、例えば誘電体多層膜ミラーを用いる。また
、光検出装置５１および５２は、全反射ミラー７１およ
び４１を通して得られる、レーザの放電電流に同期する
放電光を検出するものである。さらに、ＣＦＤＩＯＩ−
および１０２′は、光検出装置５１および５２からの検
出信号が入力された時点で、立上がりの速い放電検出パ
ルスをそれぞれ発生する（放電タイミングを７１１１定
する）ものである。

第２図は、光検出装置５１および５２の詳細な構成例を
示す図である。光検出装置５１　（５２）は図示のよう
に、干渉フィルタ５１ａ　（５２ａ）と、集光レンズ５
１ｂ　（５２ｂ）と、光検出器５１ｃ　（５２ｃ）と、
増幅器５１ｄ　（５２ｄ）とからなっている。ここで、
干渉フィルタ５１ａ（５２ａ）は、放電光の主スペクト
ルのみを透過するものであり、これによりレーザ光では
なく、放？ｕ流に比例する光出力を測定することができ
る。また、集光レンズ５１ｂ　（５２ｂ）は、干渉フィ
ルタ５１ａ　（５２ａ）からの光を集光するものである
。さらに、光検出器５１ｃ　（５２ｃ）は、集光レンズ
５１ｂ　（５２ｂ）からの光の強度を検出するものであ
る。この光検出器５１ｃ　（５２ｃ）としては、例えば
半導体検出器、フォトマル、マイクロチャンネルプレー
ト利用のフォトマル等を用いることができるが、本実施
例では第３図に示す如（半導体検出器（フォトダイオー
ドＰＤ）を用いる。さらにまた、増幅器５１ｄ　（５２
ｄ）は、光検出器５１ｃ　（５２ｃ）からの検出信号を
増幅するものである。この増幅器５１ｄ　（５２ｄ）は
第３図に示す如く、演算増幅器ＯＰ、抵抗Ｒ〕からなる
増幅回路と、コンデンサＣ１抵抗Ｒ２からなる微分回路
とからなっている。すなわち、増幅回路の出力波形■】
は第４図（ｂ）に示すように、第４図（ａ）に示す放電
電流波形と同様の波形となるが、強度についてはレンズ
系の明るさ等により相対値しか得られない。このため、
微分回路を設けて増幅回路の出力を微分し、第４図（ｃ
）に示すような波形Ｖ２を得ることにより、ノイズの無
い状態で正確に放電タイミングを測定することができる
。

かかる構成の同期制御装置においては、光検出装置５１
および５２によって、第１および第２のパルスレーザの
放電電流波形（Ａ２およびＢ２）がそれぞれ検出され、
前述したトリガパルス出力からレーザ光発振までの時間
遅れｔｄｌの不確定さを補うために、第１のパルスレー
ザのレーザ発振タイミングと第２のパルスレーザのレー
ザ発振タイミングとのずれが ΔｔＸ閣Ｌ／しとなるように、第２のパルスレーザのレーザ電源回路６
２に対するトリガパルスの出力タイミングが調整される
。すなわち具体的には、ＣＦＤｌｏｌおよび１０２によ
り、光検出装置５１および５２からの検出信号が入力さ
れた時点で、立上がりの速い放電検出パルス（Ａ４およ
びＢ４）をそれぞれ発生させることによってタイミング
信号が得られる。次に、ＴＤＣｌｏＢによりＣＦＤｌｏ
ｌおよび１０２からの各放電検出パルスの入力タイミン
グの差（ΔＴ）を求めてＣＰＵ１０４に伝達され、ＣＰ
Ｕ１０４によりこのタイミング差（ΔＴ）に基づいて、
各パルスレーザ相互間でのレーザ発振タイミングのずれ
が最適となるように、第２のパルスレーザのレーザ電源
回路６２に対す−るトリガパルスの出力タイミング（最
適デイレイ時間）が求められる。そして、ＰＤＧ　１０
５によりＣＰＵ１０４からの最適デイレイ時間に従い、
第１のパルスレーザのレーザ電源回路６１に対してトリ
ガパルスが出力される毎に、第２のパルスレーザのレー
ザ電源回路６２に対してトリガパルスを出力することに
より、 Δｔｘ　−Ｌ／Ｃとなるように第６図のΔｔを変化させて：ＡＩが行なわ
れる。この場合、光検出装置５１および５２で各レーザ
の放電光を検出することによって、レーザの放電タイミ
ングを測定していることにより、正確にしかもノイズの
無い状態でレーザの放電タイミングを測定することがで
き、各レーザにおけるレーザ発振のタイミングを信頼性
良く制御することができる。

上述したように、本実施例の多段増幅パルスレーザの同
期制御装置では、光検出装置５１および５２で各レーザ
の放電光を検出することによって、レーザの放電タイミ
ングを測定するようにしたので、従来のようにノイズの
影響を受けない状態で正確に、レーザ発振のタイミング
を極めて信頼性良く制御することが可能となる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく
、次のようにしても同様に実施することができるもので
ある。

（ａ）上記実施例では、光検出装置５１および５２とし
ては、微分回路を設けて増幅回路の出力を微分し、ＣＦ
ＤＩＯＩ″および１０２−により当該微分信号が入力さ
れたタイミングを検出して放電タイミングを測定したが
、これに限らず微分回路を省略して、増幅回路の出力（
光の強度）があるしきい値に達したタイミングを検出し
て放電タイミングを測定することも可能である。

（ｂ）上記実施例では、光検出装置５１および５２を各
パルスレーザの近傍に配設したが、これに限らず光検出
装置５１および５２を構成する干渉フィルタ、集光レン
ズと光検出器、増幅器とを分離し、前者をレーザ側に設
けると共に後者をデータ処理系設置場所に設置した計算
機１０側に設けて、集光レンズからの光を光ファイバに
より伝送して光検出器に入光させ、ノイズ環境の良好な
場所で光信号を処理することも可能である。

〔声明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、レーザの放電光に
よってレーザの放電タイミングを測定するようにしたの
で、ノイズの影響を受けることなく、レーザ発振のタイ
ミングを極めて高信頼度で制御することが可能な多段増
幅パルスレーザの同期制御装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による多段増幅パルスレーザの同期制御
装置の一実施例を示すブロック図、第２図および第３図
は同実施例における光検出装置の詳細を示す図、第４図
は同実施例における作用を説明するための図、第５図は
従来の多段増幅パルスレーザの同期制御装置の構成例を
示すブロック図、第６図は第５図における作用を説明す
るための図である。１１．１２・・・レーザ管、５１．５２・・・光検出装
置、６１．６２・・・レーザ電源回路、４１．７１゜７
２・・・全反射ミラー、９・・・マスタバルサ、１０・
・・計算機、１０１，１０２，１０１−．１０２−・・
・ＣＦＤ、１０３・・・ＴＤＣ，１０４・・・ＣＰＵ。１０５・・・ＰＤＧ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第４図

Claims

【特許請求の範囲】少なくとも一対の電極、および気体レーザ媒質が内部に
収納されたレーザ管と、前記電極が接続される放電電源
とスイッチング素子とを有し、トリガパルスの印加によ
り前記スイッチング素子を駆動してレーザ管内に放電を
発生させ、この放電により前記気体レーザ媒質を励起し
てパルスレーザ出力を発振させるレーザ電源回路とから
なる第１および第２のパルスレーザを備え、前記第１の
パルスレーザからのパルスレーザ出力を第２のパルスレ
ーザで増幅して多段増幅を行なうようにした多段増幅パ
ルスレーザにおいて、前記第１および第２のパルスレーザからの放電光をそれ
ぞれ検出する第１および第２の光検出手段と、下記の（ａ）〜（ｃ）の機能を有する計算機と、を備え
て成ることを特徴とする多段増幅パルスレーザの同期制
御装置。（ａ）前記第１のパルスレーザのレーザ電源回路に対し
て、所定の繰返し周波数でトリガパルスを連続的に出力
する機能。（ｂ）前記第１および第２の光検出手段からの検出信号
により各パルスレーザの放電タイミングを測定する機能
。（ｃ）前記両者の放電タイミングの差に基づいて、前記
各パルスレーザ相互間でのレーザ発振タイミングのずれ
が最適となるように前記第２のパルスレーザのレーザ電
源回路に対するトリガパルスの出力タイミングを演算し
て出力する機能。