JPH05327078A - 固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】固体レーザにおいて、従来のＱスイッチングレ
ーザ装置では困難であったパルス発振時のパルス幅の変
化を、パルス発振と連続発振が可能な一つの発振器によ
ってできるようにする。 【構成】放電灯10へ定電流、定電圧を連続的に供給する
ための第１の直流電源11と、定電圧回路15および一定の
エネルギーを蓄積するためのコンデンサバンク16よりな
る第２の直流電源17とを放電灯10に対して並列接続して
設け、コンデンサバンク16の充電エネルギーの充放電を
制御するためのスイッチング素子18に連携して、放電灯
10に供給する電力の形態を、開閉器13を用いて第１の直
流電源11を主とする形態から第２の直流電源17を主とす
る形態に切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業機器、医療機器と
して利用され、放電灯の光によって励起される固体レー
ザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体レーザ装置は産業機器としては半導
体分野のトリミング、スクライビングをはじめとしてマ
ーキング、半田付け、溶接、切断と、その利用分野が拡
大するにつれて加工対象拡大、加工精度の向上が望まれ
るようになり、一つのレーザ装置で穴あけ、切断、被
覆、溶接などができる種々の発振形態が可能なレーザ装
置が望まれている。特に、近年の固体レーザ装置におい
ては、従来からのＱスイッチング発振に加えレーザ光の
波形制御機能などの一つのレーザ発振器から種々の発振
出力形態を有するレーザ装置の開発が行われている。

【０００３】以下、従来の固体レーザ装置について図面
を参照しながら説明する。図３は従来のＱスイッチング
固体レーザ装置の構成図を示す。図３において、１はレ
ーザ媒質、２は光共振器を形成するための全反射鏡、３
は光共振器を形成するための部分反射鏡、４はアークラ
ンプ、６は定電流、定電圧をアークランプ４へ連続的に
供給するための直流電源、７は光共振器内に設けられた
光共振器のＱ値を可変するためのＱスイッチング素子７
（回転プリズム、超音波、ポッケルセルなど）、８はＱ
スイッチング素子７を駆動するためのＱ値制御回路、９
は直流電源６およびＱ値制御回路８を制御するための電
源制御部である。

【０００４】このように構成されたＱスイッチング固体
レーザ装置について、その動作を説明する。図３に示す
Ｑスイッチング固体レーザ装置において、直流電源６か
らアークランプ４に対して放電電力が供給されることに
より、アークランプ４は光エネルギー（以下、励起光と
いう）を放出する。アークランプ４から放出された励起
光はレーザ媒質１に照射、吸収され、レーザ媒質１はポ
ンピングされ励起状態となる。励起状態にあるレーザ媒
質は全反射鏡２および部分反射鏡３からなる光共振器に
よって共振することにより増幅され、レーザ光として部
分反射鏡３から通常の連続発振の形態で放出される（以
下、ＣＷ発振という）。

【０００５】この発振状態において、光共振器のＱ値を
制御するためのＱスイッチング素子７を、Ｑ値制御回路
８によって一度光共振器のＱ値を低い状態とし、その状
態からＱ値を急激に高い状態に変化させることにより、
尖頭値の高いパルス幅の短いレーザ光が出力される。

【０００６】上記以外の手段としては、ＣＷ発振固体レ
ーザ装置の出力レーザ光を周期的、断片的に遮断あるい
は、アークランプへの入力電力を変調灯によって変化さ
せることによって、パルスレーザ光を実現する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来のＱスイッチング固体レーザ装置では、ＣＷ発振レー
ザ装置を用いてＣＷ発振以外にパルス波形を出力するこ
とが可能となったが、Ｑスイッチング素子を用いてパル
スレーザ光を出力する場合、パルス幅はレーザ発振を実
現するレーザ媒質のレーザ遷位準位間およびレーザ遷位
に寄与するエネルギー準位の遷位時間などに制約される
ため、長パルス幅（数十ｐｓ以上）のレーザ光を実現す
ることができないという問題点を有していた。

【０００８】また、ＣＷ発振レーザ装置からのレーザ光
を周期的あるいは断片的に遮断あるいはアークランプへ
の入力電力を変化（変調）させてえられるパルスレーザ
光は、ＣＷ発振のレーザ光と尖頭値は同等であり、従来
のパルス発振レーザ光によって得られるパルスレーザ光
に比べ高いピークパワーが得られないという問題点を有
していた。

【０００９】本発明は上記従来の問題を解決するもの
で、従来のＣＷ発振以外にパルス波形を出力することが
可能なＱスイッチングでは実現できない長パルス幅で尖
頭値の高いパルスレーザ光を一つのレーザ発振器を用い
て発振可能にしたレーザ装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の固体レーザ装置は、第１手段としては、放電
灯へ定電流、定電圧を連続的に供給するための第１の直
流電源を備え、これに定電圧回路および一定のエネルギ
ーを蓄積するためのコンデンサバンクから構成される第
２の直流電源と、前記コンデンサバンクの充電エネルギ
ーの充放電を制御するためのスイッチング素子を付加
し、前記スイッチング素子に連携して、放電灯に供給す
る電力を第１の直流電源から第２の直流電源に切り換え
る開閉器を設けた構成にしたものである。

【００１１】第２手段としては、レーザ媒質を励起する
ための放電灯として、連続放電用のアークランプとパル
ス放電用のフラシュランプとを有し、さらにアークラン
プに定電圧、定電流を連続的に供給するための第１の直
流電源と、フラシュランプにパルス電力を供給するため
の定電圧回路および一定のエネルギーを蓄積するための
コンデンサバンクから構成された第２の直流電源と、前
記コンデンサバンクの充電エネルギーの充放電を制御す
るスイッチング素子を付加した構成にしたものである。

【００１２】

【作用】この構成によって、ＣＷ発振をさせる場合とパ
ルス発振させる場合それぞれにおいて、第１手段におい
ては放電灯に供給する電力の形態を切り換えて放電灯か
ら放出される励起光の光波形を変化させることにより実
現する。第２手段ではアークランプとフラシュランプ２
種類の働きをする放電灯によってレーザ媒質を励起する
ようにし、アークランプあるいはフラシュランプのいず
れかあるいは両方を放電させることにより、一つの発振
器よりＣＷ発振、パルス発振を可能とすることにより実
現する。両手段ともにパルス発振時のパルス幅はスイッ
チング素子によって制御されるため、短パルスから長パ
ルスまで可変可能な固体レーザ装置が得られる。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の第１の実施例について、図面
を用いてその動作を説明する。図１は本発明の第１の実
施例の固体レーザ装置の構成図である。１はレーザ媒
質、２は全反射鏡、３は部分反射鏡、10は放電灯、11は
放電灯10へ定電圧、定電流を連続的に供給するための第
１の直流電源、15は定電圧回路、16はコンデンサバン
ク、17は放電灯10へパルス電力を供給するための定電圧
回路15と一定エネルギーを蓄積するためのコンデンサバ
ンク16から構成され、第１の直流電源11に並列接続され
た第２の直流電源、12は第２の直流電源17から第１の直
流電源11への電流の流入を阻止する電流流入阻止用のダ
イオードである。13は電圧が印加されることによって接
点を端子ａから端子ｂに切り換える開閉器、14は第２の
直流電源17の出力電圧が第１の直流電源11に直接印加さ
れないようにする出力電圧印加防止用の負荷抵抗であ
り、開閉器13は第１の直流電源11の出力側に接続され、
その端子ａは直接に放電灯10のカソードに、また端子ｂ
は負荷抵抗14を介して放電灯10のカソードにそれぞれ接
続される。

【００１４】21は開閉器13に電圧を印加する開閉制御電
源、18はコンデンサバンク16の放電開始および放電終了
を制御するためのスイッチング素子、19はスイッチング
素子18を制御するパルス発生回路、20は第２の直流電源
17から放電灯10への流入電流を制御するインダクタン
ス、22は開閉制御電源21起動後一定時間後パルス発生回
路19を駆動するための遅延回路、23は遅延回路22の遅延
時間を制御するクロックパルス発生回路、24は第１の直
流電源11、定電圧回路15、パルス発生回路19、クロック
パルス発生回路23および開閉制御電源21を介して開閉器
13を制御する電源制御回路である。

【００１５】このように構成されたレーザ装置につい
て、図１を用いてその動作を説明する。まず第１の直流
電源11より放電灯10へ電流流入阻止用ダイオード12を介
して定電圧、定電流が連続的に供給され、放電灯10より
連続的に放出された励起光によってレーザ媒質１は励起
され、部分反射鏡３よりＣＷ発振レーザ光が放出され
る。このとき、開閉器13は端子ａと接続されている。こ
の状態から発振形態をパルス出力に切り換えるには、電
源制御回路24からの信号によって開閉制御電源21が起動
し、開閉器13へ電圧が印加されることによって開閉器13
の接点が負荷抵抗14側のｂ端子に接続される。その後遅
延回路22によって一定時間後にパルス発生回路19によっ
てスイッチング素子18が電源制御回路24によって設定さ
れた時間開することにより、コンデンサバンク16に蓄積
された充電電力がスイッチング素子18、インダクタンス
20を介して、放電灯10へパルス電力として供給される。
パルス電力が印加された放電灯10はパルス放電しレーザ
媒質を励起することにより、部分反射鏡３からスイッチ
ング素子18の開時間と比例した尖頭値の高いパルスレー
ザ光が出力される。

【００１６】さらに、図１に示す固体レーザ装置にＱス
イッチング素子を光共振器内に設けることにより短パル
スの発振も容易に可能となる。 （実施例２）以下本発明の第２の実施例について、図面
を用いて説明する。

【００１７】図２は本発明の第２の実施例の固体レーザ
装置の構成図である。１はレーザ媒質、２は全反射鏡、
３は部分反射鏡、４はアークランプ、25はアークランプ
４へ定電流、定電圧を連続的に供給するための第１の直
流電源、５はフラシュランプ、26は定電圧回路、27はコ
ンデンサバンク、28はフラシュランプ５へパルス電力を
供給するための定電圧回路26と一定エネルギーを蓄積す
るためのコンデンサバンク27から構成される第２の直流
電源、29はコンデンサバンク27の放電開始および放電終
了を制御するためのスイッチング素子、30はスイッチン
グ素子29を制御するためのパルス発生回路、31はフラシ
ュランプ５への流入電力波形を整形するためのインダク
タンス、32は第１の直流電源25、定電圧回路26およびパ
ルス発生回路30を制御する電源制御回路である。

【００１８】このように構成された固体レーザ装置につ
いて図２を用いてその動作を説明する。まず、第１の直
流電源25からアークランプ４へ電力を供給してアークラ
ンプ４を放電させることによりレーザ媒質１が励起さ
れ、部分反射鏡３よりＣＷ発振レーザ光の形態で放出さ
れる。次に第２の直流電源28内の定電圧回路26によって
コンデンサバンク27へ蓄積された電荷エネルギーは、ス
イッチング素子29を電源制御回路32によって任意に設定
された時間だけ開しその後閉するようにパルス発生回路
よりパルス信号を出力させることにより、インダクタン
ス31を介してフラシュランプ５へ任意に設定された時間
供給され、フラシュランプ５をパルス放電させる。アー
クランプ４からの一定の励起光によって励起されていた
レーザ媒質１に、フラシュランプ５のパルス放電による
パルス状の励起光を照射することにより、レーザ媒質１
は励起光が重畳され照射されることになり、励起光強度
に見合ったレーザ光を部分反射鏡より放出する。このと
き、放出されたレーザ光はスイッチング素子29の開時間
と同じパルス幅の尖頭値の高いパルスレーザ光となる。

【００１９】さらに、図２に示す固体レーザ装置にＱス
イッチング素子を光共振器内に設けることにより短パル
スの発振も容易に可能となる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明の固体レーザ装置
は、第１手段として、放電灯へ定電流、定電圧を連続的
に供給するための第１の直流電源の外に、定電圧回路
と、一定のエネルギーを蓄積するためのコンデンサバン
クからなる第２の直流電源を設けることによって瞬間的
に放電灯へパルス電力を印加することができ、一つの発
振器よりパルスレーザ光を発振することができる。

【００２１】第２手段としては、レーザ媒質を励起する
ための放電灯としての連続放電用のアークランプおよび
パルス放電用のフラシュランプと、アークランプに電力
を供給する第１の直流電源とを有し、さらにフラシュラ
ンプに電力を供給する直流電源を設けることによって、
一つの発振器よりＣＷ発振および高尖頭値のパルス発振
を可能にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における固体レーザ装置
の構成図である。

【図２】本発明の第２の実施例における固体レーザ装置
の構成図である。

【図３】従来のＱスイッチング固体レーザ装置の構成図
である。

【符号の説明】

１ レーザ媒質 ２ 全反射鏡 ３ 部分反射鏡 ４ アークランプ ５ フラシュランプ 10 放電灯 11，25 第１の直流電源 12 電流流入阻止用ダイオード 13 開閉器 14 負荷抵抗 15，26 定電圧回路 16，27 コンデンサバンク 17，28 第２の直流電源 18，29 スイッチング素子 19，30 パルス発生回路 21 開閉制御電源 22 遅延回路 23 クロックパルス発生回路 24，32 電源制御回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体レーザ媒質を放電灯によって励起す
   るために放電灯へ定電圧、定電流を連続的に供給する第
   １の直流電源と、前記放電灯に対して前記第１の直流電
   源と並列接続された定電圧回路および一定エネルギーを
   蓄積するためのコンデンサバンクから構成され、前記放
   電灯に対してパルス電力を供給するための第２の直流電
   源と、前記第１の直流電源の出力側に接続されて、第２
   の直流電源からの電流流入を阻止するためのダイオード
   と、前記第１の直流電源と放電灯のカソードとの間に介
   装されて、第２の直流電源の出力電圧が第１の直流電源
   に直接印加されないようにする電圧印加防止のための負
   荷抵抗と、前記第２の直流電源を構成するコンデンサバ
   ンクの放電開始および放電終了を制御するためのスイッ
   チング素子と、前記スイッチング素子に連携して前記放
   電灯のカソードまたは前記負荷抵抗と第１の直流電源と
   の接続を切り換え制御する開閉器とを備えたことを特徴
   とする固体レーザ装置。
2. 【請求項２】 固体レーザ媒質に照射することによって
   固体レーザ媒質を励起するアークランプと、前記アーク
   ランプを放電させる定電圧、定電流を連続的に供給する
   ための第１の直流電源と、前記アークランプ以外にレー
   ザ媒質を励起するために設けられたフラシュランプと、
   前記フラシュランプを放電させるための定電圧回路およ
   び一定のエネルギーを蓄積するためのコンデンサバンク
   から構成された第２の直流電源と、前記コンデンサバン
   クの放電開始および放電終了を制御するためのスイッチ
   ング素子とを備えたことを特徴とする固体レーザ装置。
3. 【請求項３】 光共振器内にＱスイッチング素子と、前
   記Ｑスイッチング素子を制御するためのＱ値制御回路を
   備えた請求項１または２記載の固体レーザ装置。