JPH02211684A - Ｑスイッチレーザ装置 - Google Patents

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、Ｑスイッチレーザ装置に係わり、特に出力さ
れるレーザパルスのパルス幅をさらに減少したＱスイッ
チレーザ装置に関する。

（従来の技術） 例えばレーザ光線を用いて材料を切断する切断装置にお
いては、材料にパルス状のレーザ光線を照射してごく短
時間に該当材料を切断する。このような切断装置に組込
まれるレーザ装置の一つとしてＱスイッチレーザ装置が
ある。

このＱスイッチレーザ装置は例えば第４図に示すように
構成されている。すなわち、固体レーザ媒体１を有し、
この固定レーザ媒体１はその両側に配設された励起ラン
プ２ａ、　　２ｂと共に集光鏡３内に収納されている。

そして、固体レーザ媒体１の軸心線上にこの固体レーザ
媒体１を挟んで互いに対向位置に出力ミラー４と全反射
ミラー５とが配設されてレーザ共振器を形成している。

また、音響光学Ｑスイッチ素子６ａ、６ｂは固体レーザ
媒体１と出力ミラー４および全反射ミラー５との間にそ
れぞれ配設される。各音響光学Ｑスイッチ素子６ａ、６
ｂは、例えば石英ガラス等で形成された超音波セルフを
振動子８でもって高周波で振動させると、超音波セルフ
内に等価的な位相回折格子が生じて、レーザ光線の光路
を曲げ、レーザ共振器内における共振のＱ値を低下させ
て、結果的にレーザ発振を停止させる機能を有している
。

また、図中１０は前記各音響光学Ｑスイッチ素子６ａ、
６ｂを駆動するためのＱスイッチ駆動回路である。変調
信号発生回路１１は、第５図に示すように、外部制御部
１２から入力される制御信号ａがハイレベルのときのみ
変調信号源発振器１３から出力される所定周期Ｔｏを有
したパルス幅Ｔ１の変調信号すを各音響光学Ｑスイッチ
素子６ａ、６ｂに対応する各変調回路］４ａ。

１４ｂの変調端子へ印加する。各変調回路１４ａ。

１４ｂの信号端子には各高周波信号発生回路１５ａ、１
５ｂから高周波（ＲＦ）信号Ｃが印加されている。そし
て、各変調回路１４ａ、１４ｂは変調信号すがローレベ
ル状態においては、高周波信号Ｃを出力端子から各高周
波増幅器１６ａ。

１６ｂを介して各音響光学Ｑスイッチ素子６ａ。

６ｂの各振動子８に印加する。すなわち、この状態にお
いては、レーザ共振器からレーザ光線は出力されない。

一方、各変調回路１４ａ、１４ｂは変調信号すがハイレ
ベル状態においては、高周波信号Ｃを全く出力しない。

したがって、この状態においては、レーザ共振器からレ
ーザ光線が出力する。

このようなＱスイッチレ−サ装置において、変調信号発
生回路１１から出力される変調信号すがローレベル期間
中においてはレーザ発振が停止しており、レーザ共振器
からレーザ光線は出力されないが、レーザ発信が停止し
ている間にも固体レザ媒体１は各励起ランプ２ａ、２ｂ
によって継続して励起されているので、内部にエネルギ
が蓄積される。このような状態において、変調信号すか
ハイレベルへ変化すると、各音響光学Ｑスイッチ６ａ、
６ｂに印加されている高周波信号Ｃ（Ｑスイッチ印加信
号ｄ）が遮断されるので、レーザ共振抑制が解除され、
レーザ発振可能となる。しかして、これまで蓄積されて
いたエネルギが一度にレーザ光線として放出されるので
、レーザ共振器から第５図に示すようなレーザパルスｅ
が出力される。

変調信号すがハイレベルに変化してからＴ１時間経過後
にローレベルへ変化すると、レーザ発振は停止して、再
びエネルギの蓄積が開始される。

しかして、変調信号すの周期Ｔｏに対応した周期でレー
ザ共振器から図示波形のレーザパルスｅが前記制御信号
ａがオフされるまで連続して出力される。なお、出力さ
れるレーザパルスｅのパルス幅は約１００ｎｓである。

しかしながら、上記のようなＱスイッチレーザ装置にお
いてもまだ次のような問題があった。すなわち、この装
置で得られるレーザパルスｅを前述した切断装置に使用
する場合においては、レーザパルスｅのパルス幅が長す
ぎる場合が発生する。

すなわち、切断対象材料が例えば薄膜材料の場合におい
ては、レーザパルスｅの照射開始からピーク部分が過ぎ
た時点で該当材料の切断処理が終了する場合が多い。こ
のような場合、レーザパルスｅの残り部分による熱エネ
ルギが切断終了後の材料に照射されることになる。した
がって、その余分の熱エネルギのために、切断部分が余
分に溶融して、切断幅が広くなったり、切断面が不均一
になる問題が生じ、結果として切断品質が低下する懸念
がある。

このような不都合を解消するたりには、レーザ共振器か
ら出力されるレーザパルスｅのパルス幅を狭くする必要
がある。

（発明か解決しようとする課題） しかし、従来のＱスイッチレーザ装置によれば、ピーク
値Ｐを一定限界以上に維持したままで、レーザパルスｅ
のパルス幅を任意値に制御することは困難であったので
、このＱスイッチレーザ装置を切断装置に組込んだ場合
に、常時最良の切断品質を維持することは困難であった
。

本発明は、レーザ共振器の外部に外部音響光学Ｑスイッ
チ素子を設けることによって、出力されるレーザパルス
のピーク値を低下させることなく、パルス幅のみを狭く
でき、例えばこの装置を切断装置に組込んだ場合におけ
る切断品質を大幅に向上でき、非常に有用なレーザパル
スを得ることができるＱスイッチレーザ装置を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、レーザ共振器内のレーザ光線路に設けられた
音響光学Ｑスイッチ素子と、この音響光学Ｑスイッチ素
子にレーザ共振を抑制する位相回折格子を生成させるた
めの高周波信号を発生する高周波信号発生回路と、変調
信号を出力する変調信号発生回路と、高周波信号の信号
路に介挿され、変調信号発生回路から出力される変調信
号に応動して、高周波信号を遮断してレーザ共振抑制を
解除して、レーザ共振器からレーザパルスを出力させる
変調回路とを備えたＱスイッチレーザ装置において、 レーザ共振器から出力されるレーザ光線の光線路に設け
られた外部音響光学Ｑスイッチ素子と、変調信号発生回
路から出力された変調信号を遅延させる遅延回路と、こ
の遅延回路で遅延された遅延変調信号に応動して外部音
響先学Ｑスイッチ素子に位相回折格子を形成させる高周
波信号を印加して、出力中レーザパルスにおけるパルス
のピクの後部分を遮断させる外部変調回路とを備えたも
のである。

（作　用） このように構成されたＱスイッチレーザ装置によれば、
レーザ共振器の外部に外部音響光学Ｑスイッチ素子が配
設されている。そして、この外部音響光学Ｑスイッチ素
子は遅延回路で遅延された遅延変調信号が入力される外
部変調回路でもって駆動される。すなわち、レーザ共振
器から１個のレーザパルスを出力させるために変調信号
が出力されてから、一定の遅延時間経過後に外部変調回
路は外部音響光学Ｑスイッチ素子へ高周波信号を印加し
て、レーザ光線の光路を強制屈折させる。

よって、その遅延時間を最適値に設定することによって
、レーザ共振器から出力されたレーザパルスのパルスの
ピークの後部分を遮断できる。

（実施例） 以下本発明の一実施を図面を用いて説明する。

第１図は実施例のＱスイッチレーザ装置の概略構成を示
すブロック図である。第４図と同一部分には同一符号が
付しである。よって、重複する部分の説明を省略する。

この実施例においては、ＹＩＧその他の固体レザ媒体］
と、励起ランプ２ａ、　　２ｂを収納した集光鏡３、固
体レーザ媒体１の軸線上に設けられた出力ミラー４．全
反射ミラー５とで構成されたレーザ共振器、このレーザ
共振器の光路内に設けられた一対の音響光学Ｑスイッチ
素子６ａ、６ｂを備えているほかに、これら素子と同一
構成の外部音響光学Ｑスイッチ素子１７が上記出力ミラ
４から出力された光路内に配設されている。

また、Ｑスイッチ駆動回路１０内の変調信号発生回路１
１から出力される周期Ｔｏを有したパルス幅Ｔ、の変調
信号すは、各変調回路１４ａ。

１４ｂに送出されるとともに、外部Ｑスイッチ駆動回路
１８内の遅延遅延回路１９でΔｔだけ遅延され、かつ信
号レベルが反転されて遅延変調信号ｆとして先の変調回
路１４ａ、１４ｂと同一構成の外部変調回路２０の変調
端子へ入力される。この外部変調回路２０の信号端子に
は高周波信号発生回路１５ｃから前記高周波信号Ｃと同
一の高周波信号ｇが印加されている。

そして、外部変調回路２０は遅延変調信号ｆがローレベ
ル状態においては、高周波信号ｇを出力端子から前記高
周波増幅器１６ａ、１６ｂと同一構成の高周波増幅器１
６ｃを介して外部音響光学Ｑスイッチ素子１７の振動子
８に印加する。すなわち、この状態においては、超音波
セルフ内に位相回折格子９が形成されているので、レー
ザ共振器から出力されるレーザパルスｅはこの位相回折
格子９でその進行方向が屈折されて、直進しない。

すなわち、固体レーザ媒体１の軸心方向のみを考えると
、レーザパルスｅはこの外部音響光学Ｑスイッチ１７で
遮断されることになる。

一方、遅延変調信号ｆがハイレベル状態においては、高
周波信号ｇを全く出力しない。したがって、この状態に
おいては、レーザ共振器から出力されるレーザパルスｅ
はこの外部音響光学Ｑスイッチ素子１７を透過して直進
する。

第２図は前記遅延回路１９の基本回路図である。

入力された変調信号すは２個のインバータ１９ａ。

１９ｂでハイインピーダンス化され、抵抗およびコンデ
ンサからなる積分回路１９ｃで遅延され、インバータ１
９ｄでレベル反転されて、遅延変調信号りとして出力さ
れる。

このように構成されたＱスイッチレーザ装置の動作を第
３図のタイムチャートを用いて説明する。

制御信号ａかハイレベルになり、変調信号発生回路１１
から出力される変調信号すがローレベル状態においては
、音響光学Ｑスイッチ素子５ａ。

６ｂに高周波信号Ｃが印加され、レーザ発振は停止状態
である。したがって、レーザ共振器からレザパルスｅが
出力することはない。

なお、変調信号すがローレベル状態を維持している期間
は、外部Ｑスイッチ駆動回路１８内において、この変調
信号すは遅延回路１９でレベル反転されて、ハイレベル
の遅延変調信号ｆとして外部変調回路２０へ入力される
。しかして、外部音響光学Ｑスイッチ素子１７はレーザ
光線を透過させる状態である。しかし、この状態におい
てはレザ共振器からレーザパルスｅは出力されていない
ので、外部音響光学Ｑスイッチ素子１７の状態はいずれ
の状態であってもよい。

次に、変調信号すがハイレベルに変化すると、各音響光
学Ｑスイッチ６ａ、６ｂに印加されてい１ま た高周波信号Ｃが解除され、約数μｓの時間経過の後、
ピーク値Ｐを有するレーザパルスｅが立上る。

なお、パルス立」ニリまでに数μｓ時間を要する理由は
、超音波セルフ内に超音波を発生させるために振動子８
が超音波セルフに接着されているが、この振動子８から
出た超音波が音響光学Ｑスイッチ素子６ａ、６ｂに入射
するレーザ光線に到達するまでに一定の時間を必要とす
るので、逆に超音波を停止したとしても、超音波セルフ
中を既に伝播中の超音波がレーザビームを横切るために
やはり一定の時間を必要とするためである。さらに、レ
ザパルスｅのビルドアップ時間も加算されることになる
。

そして、一定の遅延時間Δｔ（−１〜２μｓ）が経過す
ると、遅延変調信号りがハイレベルからロレベルへ立下
がる。遅延変調信号りが立下がり外部音響Ｑスイッチ素
子１７に高周波信号ｇが印加開始されてから前述した数
μｓ時間経過後に超音波セルフ内に位相回折格子９が形
成される。しかして、その時点でこの外部音響光学Ｑス
イッチ素子１７はレーザ光線を直進方向に透過させなく
なる。よって、その時点でレーザ共振器から出力された
レーザパルスｅは遮断される。しかし、図示するように
、レーザパルスｅの波形が全部遮断されるのでなく、レ
ーザパルスｅの波形の後半部のみが遮断される。よって
、外部音響光学Ｑスイッチ素子１７を透過した出力レー
ザパルスｈのパルス幅はレーザ共振器から出力されたレ
ーザパルスｅのパルス幅に比較して大幅に減少される。

なお、このパルス幅の減少量は前記遅延回路１９におけ
る遅延時間Δｔを変更することによって、任意の値に設
定できる。

また、レーザ共振器からは所定ピーク値Ｐおよび所定パ
ルス幅を有したレーザパルスｅが前述した所定周期Ｔｏ
で常時出力されているので、たとえ外部音響光学Ｑスイ
ッチ１７で外部へ出力される出力レーザパルスｈのパル
ス幅を変化させたとしても、出力レーザパルスｈのピー
ク値Ｐがｉ化することはない。

なお、この実施例においては、レーザ共振器から出力さ
れたパルス幅１００ｎｓのレーザパルスｅをピーク値Ｐ
を変化させずに、約半分のパルス幅の出力レーザパルス
ｈを得ることができた。

このように、ピーク値Ｐを変化することなしに、パルス
幅を任意の値に低減できるので、このＱスイッチレーザ
装置面を切断装置に組込むことによって、切断する材料
の性質や厚みに対応して、この材料に照射すべきレーザ
パルスのパルス幅を最適値に制御できる。よって、切断
品質を常時最良に維持管理することが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のＱスイッチレザ装置によれ
ば、レーザ共振器の外部に外部音響光学Ｑスイッチ素子
を設け、この外部音響Ｑスイッチをレーザ共振器内の音
響光学Ｑスイッチ素子より若干遅延させて駆動させるこ
とによって、レザ共振器から出力されるレーザパルスの
後ろ部分を遮断している。その結果、出力されるレーザ
パルスのピーク値を低下させることなく、パルス幅のみ
を狭くでき、例えばこの装置を切断装置に組込んだ場合
における切断品質を大幅に向上でき、非常に有用なレー
ザパルスを得ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例に係わるＱスイッ
チレーザ装置を示すものであり、第１図は全体を示すブ
ロック図、第２図は遅延回路の回路図、第３図は動作を
示すタイムチャート、第４図は従来のＱスイッチレーザ
装置を示すプロ・ツク図、第５図は同従来装置の動作を
示すタイムチャートである。 １・・・固体レーザ媒体、２ａ、２ｂ・・・励起ランプ
、４・・・出力ミラー　５・・・全反射ミラー　６ａ。 ６ｂ・・・音響光学Ｑスイッチ素子、７・・・超音波セ
ル、８・・・振動子、９・・・位相回折格子、１０・・
・Ｑスイ・ソチ駆動回路、１１・・・変調信号発生回路
、１４ａ。 １４　ｂ−・・変調回路、１５　ａ　、　　１５　ｂ　
、　　１５　ｃ　−・・高周波信号発生回路、１７・・
・外部音響光学Ｑスイッチ素子、１８・・・外部Ｑスイ
ッチ駆動回路、１９・・・遅延回路、２０・・・外部変
調回路。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第４図 ５６〇− 八つレーＸ宅シ 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザ共振器内のレーザ光線路に設けられた音響光学Ｑ
   スイッチ素子と、この音響光学Ｑスイッチ素子にレーザ
   共振を抑制する位相回折格子を生成させるための高周波
   信号を発生する高周波信号発生回路と、変調信号を出力
   する変調信号発生回路と、前記高周波信号の信号路に介
   挿され、前記変調信号発生回路から出力される変調信号
   に応動して、前記高周波信号を遮断して前記レーザ共振
   抑制を解除して、前記レーザ共振器からレーザパルスを
   出力させる変調回路とを備えたＱスイッチレーザ装置に
   おいて、 前記レーザ共振器から出力されるレーザ光線の光線路に
   設けられた外部音響光学Ｑスイッチ素子と、前記変調信
   号発生回路から出力された変調信号を遅延させる遅延回
   路と、この遅延回路で遅延された遅延変調信号に応動し
   て前記外部音響光学Ｑスイッチ素子に位相回折格子を形
   成させる高周波信号を印加して、前記出力中レーザパル
   スにおけるパルスのピークの後部分を遮断させる外部変
   調回路とを備えたことを特徴とするＱスイッチレーザ装
   置。