JPH08153924A - レーザ発振装置およびパルスレーザ光の発振方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は繰り返し周波数の変更にともない
Ｑスイッチ素子に印加するＲＦ信号出力を最適に制御で
きるレーザ発振装置を提供することにある。 【構成】 光共振器１から発振出力されるパルスレーザ
光のピーク値を検出する光電変換素子１１と、光共振器
１内のＱスイッチ素子７にＲＦ信号を断続的に印加する
ドライバ８と、パルスレーザ光の繰り返し周波数を変え
たときにＲＦ信号を所定量ずつ増加あるいは減少させ光
電変換素子によって検出されるｎ番目のパルスレーザ光
のピーク値Ｐn と n-1番目のパルスレーザ光のピーク値
Ｐn-1 とを比較する波形比較器１２と、ピーク値Ｐn と
値Ｐn-1 との関係がＰn ＞Ｐn-1 のときにはドライバに
印加する電圧を所定量ずつ増加または減少させ、Ｐn ＜
Ｐn-1 のときにはドライバに印加する電圧をn-1 番目の
ときの値に設定するＲＦコントローラ１３とを具備した
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はＱスイッチ素子によっ
て光共振器から発振出力されるパルスレーザ光の繰り返
し周波数を変えるレーザ発振装置およびそのパルスレー
ザ光の発振方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、ＹＡＧレーザなどの固体レー
ザにおいては、パルス幅が短く、尖頭値の大きなパルス
レーザ光を得るために、光共振器内にＱスイッチを設け
るようにしている。ＱスイッチとしてはＡＯ−Ｑスイッ
チ、ＥＯ−Ｑスイッチ、回転ミラーＱスイッチ、色素Ｑ
スイッチなどが知られている。

【０００３】Ｑスイッチはシャッタ機能を有し、そのシ
ャッタが閉じているときには光共振器の損失が大きく、
開いているときには小さい。したがって、シャッタを閉
じておき、瞬間的に開くことで、上述したパルスレーザ
光を発振させることができ、その繰り返し周波数はパル
スレーザ光の用途に応じて変えることができる。

【０００４】上記ＱスイッチがＡＯ−Ｑスイッチの場
合、このＱスイッチ素子には駆動回路から断続的にＲＦ
信号が印加される。それによって、光共振器の損失を高
い状態と低い状態とに変化させることができるから、こ
の断続周波数（Ｑスイッチ繰り返し周波数）を変えるこ
とで、０〜数十ｋＨｚのパルスレーザ光を得ることがで
きる。

【０００５】上記ＡＯ−Ｑスイッチ素子は、印加される
ＲＦ信号により、素子内に光弾性効果による周期的な屈
折率変動が生じ、透過的な位相格子を形成する。この位
相格子により、レーザ光が回析散乱されるため、光共振
器損失が増大して発振が停止する。原理的には、ＲＦ信
号をＯＦＦにすると、Ｑスイッチ素子による回析損失は
ＯＦＦした瞬間は０となる。しかしながら、実際にはＲ
Ｆ信号をＯＦＦした後も、ＲＦ信号の影響は残ってお
り、回析損失は０とならない。この残留回析損失の大き
さは、印加したＲＦ信号が大きい程、大きい。

【０００６】残留回析損失のレーザ発振に対する影響は
繰り返し周波数が高くなる程、大きくなり（ゲインが低
くなるため）、発振出力の低下、出力安定度の低下とし
て現れる。発振停止に必要なＲＦ信号出力は繰り返し周
波数に依存しており、繰り返し周波数が低いほど、大き
くなる。

【０００７】従来、Ｑスイッチ素子に印加するＲＦ信号
出力は、低い繰り返し周波数（ＹＡＧレーザでは１ｋＨ
ｚ）で、発振停止できるのに必要な大きさであり、繰り
返し周波数に関係なく一定としている。そのため、高い
繰り返し周波数で動作させた場合、上述した残留回析損
失の影響で、レーザ出力の低下や出力の安定度の低下を
招くということがあった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来はＱ
スイッチ素子に印加するＲＦ信号出力を繰り返し周波数
に関係なく一定にしていたので、高い繰り返し周波数で
動作させた場合にレーザ出力の低下や出力の安定度の低
下を招くということがあった。

【０００９】この発明は上記事情に基づきなされたもの
で、その目的とするところは、パルスレーザ光の繰り返
し周波数を変えた場合、その変更に応じてＱスイッチ素
子に印加するＲＦ信号の出力を最適な大きさに設定する
ことができるようにしたレーザ発振装置および出力の低
下や出力の安定度の低下を招くことなくパルスレーザ光
を発振させることができるようにしたパルスレーザ光の
発振方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、光共振器内に設けられたレーザ媒質を励
起してパルスレーザ光を発振出力させるレーザ装置にお
いて、上記光共振器内に設けられたＱスイッチ素子と、
上記光共振器から発振出力されるパルスレーザ光のピー
ク値を検出する検出手段と、上記Ｑスイッチ素子にＲＦ
信号を断続的に印加して駆動し上記光共振器の損失を変
化させるドライバと、上記パルスレーザ光の繰り返し周
波数を変えたときに上記Ｑスイッチ素子に印加するＲＦ
信号を所定量ずつ増加あるいは減少させることで上記検
出手段によって検出されるｎ番目のパルスレーザ光のピ
ーク値Ｐn と n-1番目のパルスレーザ光のピーク値Ｐn-
1 とを比較する比較手段と、この比較手段で比較された
ｎ番目のパルスレーザ光のピーク値Ｐn と n-1番目のパ
ルスレーザ光のピーク値Ｐn-1 との関係がＰn ＞Ｐn-1
のときには上記ドライバに印加する電圧を所定量ずつ増
加または減少させ、Ｐn ＜Ｐn-1 のときには上記ドライ
バに印加する電圧をn-1 番目のときの値に設定する制御
手段とを具備したレーザ発振装置にある。

【００１１】また、この発明は、光共振器内にＱスイッ
チ素子を設け、このＱスイッチ素子にＲＦ信号を断続的
に印加して上記光共振器から発振出力されるパルスレー
ザ光の繰り返し周波数を制御するパルスレーザ光の発振
方法において、上記パルスレーザ光の繰り返し周波数を
変えたときに上記Ｑスイッチ素子にＲＦ信号を所定量ず
つ増加あるいは減少させて印加する印加工程と、上記Ｑ
スイッチ素子に印加するＲＦ信号を変化させられたとき
にそれぞれのＲＦ信号値において上記光共振器から発振
出力されるパルスレーザ光のピーク値を検出する検出工
程と、この検出工程で検出されるｎ番目とn-1 番目との
パルスレーザ光のピーク値を比較する比較工程と、この
比較工程で比較されたピーク値の関係がＰn ＞Ｐn-1 の
ときには上記Ｑスイッチ素子に印加するＲＦ信号を増加
または減少させ、Ｐn ＜Ｐn-1 のときには上記Ｑスイッ
チ素子に印加するＲＦ信号の出力をn-1 番目のときの値
に設定する設定工程とを具備したパルスレーザ光の発振
方法にある。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、パルスレーザ光の繰り返し
周波数を変えたとき、上記Ｑスイッチ素子を駆動するＲ
Ｆ信号は、その繰り返し周波数においてパルスレーザ光
の出力が最大となる最小値に設定することができる。そ
のため、Ｑスイッチ素子に残留する回析損失の影響を最
小にすることができる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１はレーザ発振装置としてのＹＡＧ固体レー
ザ装置を示し、この固体レーザ装置は高反射ミラー２と
出力ミラー３とを平行に離間対向させて配置した光共振
器１を備えている。この光共振器１内にはレーザ媒質と
してＹＡＧロッド４が軸線を上記光共振器１の光軸と一
致させて配置され、このロッド４の側方には励起ランプ
５が配置されている。

【００１４】上記ロッド４と励起ランプ５とは集光鏡６
内に配設されている。この集光鏡６はたとえば楕円集光
鏡で、その一方の焦点位置に上記ロッド４が配置され、
他方の焦点位置に上記励起ランプ５が配置されている。
したがって、上記励起ランプ５からの光によって上記ロ
ッド４は効率よく光励起されるようになっている。

【００１５】上記高反射ミラー２とロッド４との間には
Ｑスイッチ素子としてのＡＯ−Ｑスイッチ素子７が配設
されている。このＱスイッチ素子７には変調器用のドラ
イバ８が電気的に接続されている。このドライバ８は、
このドライバ８からのＲＦ信号によって上記Ｑスイッチ
素子７に後述するようにＲＦ信号を設定された繰り返し
周波数で印加する。それによって、上記Ｑスイッチ素子
７はＲＦ信号の繰り返し周波数に応じた周波数でＯＮ−
ＯＦＦ制御されるようになっている。

【００１６】上記出力ミラー３から出力されるパルスレ
ーザ光Ｌの光路には反射ミラー９が４５度の角度で傾斜
して配設されている。上記出力ミラー３から出力された
レーザ光Ｌは、その大半が上記反射ミラー９で反射して
そのパルスレーザ光Ｌを使用するための目的部位へ導か
れる。

【００１７】パルスレーザ光Ｌの一部は上記反射ミラー
９から漏れる。反射ミラー９を透過したパルスレーザ光
Ｌ´はたとえばフォトディテクタなどからなる検出手段
としての光電変換素子１１に入射してピーク波形が検出
される。

【００１８】上記光電変換素子１１には、比較手段とし
てのたとえばピークストレッチャーからなる波形比較器
１２と、制御手段としてのＲＦコントローラ１３とが順
次電気的に接続されている。上記波形比較器１２は、こ
こに所定の発振周波数で入力される、上記光電変換素子
１１が検出したパルスレーザ光Ｌ´の波形のピーク値を
比較し、その比較値に基づいて上記ＲＦコントローラ１
３ヘ第１の制御信号を出力するようになっている。

【００１９】具体的に説明すると、上記波形比較器１２
は、ここに入力されるパルスレーザ光Ｌ´のピーク値を
順次比較する。すなわち、ｎ番目と、n-1 番目のパルス
レーザ光Ｌ´のピーク値Ｐn とＰn-1 とを比較し、その
結果を上記ＲＦコントローラ１３へ出力する。

【００２０】上記ＲＦコントローラ１３は、上記波形比
較器１２での比較結果に応じた強さの駆動信号（電圧）
を上記ドライバ８へ出力する。それに応じて上記ドライ
バ８からは、駆動信号に応じた強さのＲＦ信号を上記Ｑ
スイッチ素子７へ出力するようになっている。

【００２１】なお、上記ＲＦコントローラ１３は、光共
振器１から発振出力されるパルスレーザ光Ｌの繰り返し
周波数を変えたとき、上記ドライバ８に印加する電圧を
増加させるか、あるいは減少させるかを判別するため
に、所定の電圧値の第１の判別信号と、この第１の判別
信号に比べたわずかに大きい電圧値の第２の判別信号と
を上記ドライバ８に印加できるようになっている。

【００２２】つぎに、上記構成のレーザ発振装置の動作
を図２と図３を参照しながら説明する。まず、Ｑスイッ
チ素子７に印加するＲＦ信号出力と、パルスレーザ光Ｌ
のピーク値とは図３に示すような関係があり、上記Ｑス
イッチ素子７に印加するＲＦ信号出力が過剰のときには
パルスレーザ光Ｌのピーク値は低くなり、若干小さい場
合でもピーク値は急激に低下する。たとえば、ドライバ
８に印加する電圧が２Ｗ異なるだけで、波形のピーク値
は約５０％も下がってしまうということがある。

【００２３】また、繰り返し周波数を１ｋＨｚ、３ｋＨ
ｚ、５ｋＨｚと変化させるると、それぞれの繰り返し周
波数で出力されるレーザ光Ｌのピーク値は同図中左にず
れ、必要とするＲＦ信号は小さくなる。

【００２４】パルスレーザ光Ｌの繰り返し周波数を、た
とえば３ｋＨｚから５ｋＨｚに変える場合、その繰り返
し周波数およびＱスイッチ素子７に印加されるＲＦ信号
出力をＲＦコントローラ１３によって設定したならば、
図２に示すようにスタート信号をＲＦコントローラ１３
に入力する。それによって、まず、ＲＦコントローラ１
３からは、同図にステップ１（以下ステップをＳと略
す）で示すように所定の電圧値の第１の判別信号と、Ｓ
2 で示す上記第１の判別信号に比べてわずかに大きい電
圧値の第２の判別信号とがドライバ８に出力される。そ
れによって、ドライバ８からは所定の値の第１のＲＦ信
号と、この値よりもわずかに大きな値の第２のＲＦ信号
とがＱスイッチ素子７に出力される。

【００２５】Ｑスイッチ素子７に第１のＲＦ信号と第２
のＲＦ信号とが出力されると、光共振器１からは各ＲＦ
信号の大きさに応じたピーク値の第１のパルスレーザ光
Ｌ1と第２のパルスレーザ光Ｌ2 とが発振出力され、反
射ミラー９を透過した各パルスレーザ光の強度が光電変
換素子１１によって検出されるから、それらの波形のピ
ーク値が波形比較器１２によって比較される。この工程
を図２にＳ3 で示す。

【００２６】図３に示すようにパルスレーザ光Ｌは、た
とえば５ｋＨｚの繰り返し周波数において、出力の最大
ピーク値Ｐmax を境にしてＲＦ信号の出力が小さい左領
域Ｒ1 ではＲＦ信号を増加させるにつれてパルスレーザ
光のピーク値も増加するが、ＲＦ信号の出力が最大ピー
ク値Ｐmax よりも大きい右領域Ｒ2 ではＲＦ信号を減少
させることでパルスレーザ光Ｌのピーク値が増加する。
なお、３ｋＨｚおよび１ｋＨｚの繰り返し周波数におい
ても同様である。

【００２７】したがって、Ｓ3 で第１のパルスレーザ光
Ｌ1 と第２のパルスレーザ光Ｌ2 とのピーク値Ｐ1 、Ｐ
2 が比較されることで、そのときにＱスイッチ素子７に
印加された第１、第２のＲＦ信号の出力が左右どちらの
領域の値であるかが判別される。

【００２８】領域が判別されると、ＲＦコントローラ１
３からドライバ８には電圧が所定量ずつ増加あるいは減
少させて印加される。すなわち、第１のパルスレーザ光
Ｌ1のピーク値Ｐ1 よりも第２のパルスレーザ光Ｌ2 の
ピーク値の方が大きな場合は、左領域Ｒ1 であるから、
Ｓ4 で示すように電圧値が所定量ずつ増加させられ、そ
れによってＳ5 で示すようにドライバ８がＱスイッチ素
子７に印加するＲＦ信号出力も増大する。

【００２９】ＲＦ信号出力が所定量ずつ増加してＱスイ
ッチ素子７に印加されることで、光共振器１から発振出
力されるパルスレーザ光Ｌのピーク値も増大する。Ｓ6
では光共振器１から発振出力されて高反射ミラー３を透
過したパルスレーザ光Ｌのピーク値が波形比較器１２に
よって比較され、その結果がＲＦコントローラ１３に入
力される。

【００３０】すなわち、波形比較器１２では、最初のパ
ルスレーザ光Ｌのピーク値と、つぎのパルスレーザ光Ｌ
のピーク値とが順次比較される。ｎ番目のパルスレーザ
光Ｌのピーク値Ｐn と、その１つ前のピーク値Ｐn-1 と
が比較され、Ｐn ＞Ｐn-1 であれば、Ｓ7 で示すように
上記ＲＦコントローラ１３はドライバ８に印加する電圧
を所定量、たとえば２Ｗ上げ、そのときのパルスレーザ
光Ｌのピーク値を、１つ前のパルスレーザ光Ｌのピーク
値と比較するということが繰り返えされる。

【００３１】ｎ番目のピーク値Ｐn が、その１つ前であ
る、n-1 番目のピーク値Ｐn-1 値よりも小さい場合、つ
まりＱスイッチ素子７に印加するＲＦ信号出力がパルス
波形の最大ピーク値Ｐmax を越えると、Ｐn ＜Ｐn-1 と
なる。すなわち、パルス波形の最大ピーク値Ｐmax はＰ
n-1 のときのＲＦ信号出力のときが最大であったことが
確認される。

【００３２】すると、ＲＦコントローラ１３は、Ｓ8 で
示すようにドライバ８に印加する電圧をＰn-1 番目のと
きの値に戻し、その値で固定する。それによって、Ｓ9
で示すようにＱスイッチ素子７に印加されるＲＦ信号出
力はＱスイッチ繰り返し周波数に応じた必要最小値に設
定され、繰り返し周波数５ｋＨｚでパルスレーザ光Ｌが
継続的に発振出力されることになる。したがって、Ｑス
イッチ素子７による残留回析損失の影響を最小にできる
から、高出力のパルスレーザ光Ｌを高い安定性で発振出
力できることになる。

【００３３】上記Ｓ3 で検出される第１のパルスレーザ
光Ｌ1 のピーク値Ｐ1 の方が第２のパルスレーザ光Ｌ2
のピーク値Ｐ2 よりも大きい場合、そのときのＲＦ信号
の出力は最大ピーク値Ｐmax の右領域Ｒ2 であることが
判別される。その場合、Ｓ10で示すようにドライバ８に
印加される電圧が所定量ずつ減少して印加されるから、
Ｓ11で示すようにＱスイッチ素子７に印加されるＲＦ信
号出力も減少する。

【００３４】Ｑスイッチ７に印加されるＲＦ信号が減少
することで、パルスレーザ光Ｌのピーク値が増大する。
Ｓ12では最初のピーク値とつぎのピーク値とが順次比較
される。

【００３５】ｎ番目のパルスレーザ光Ｌのピーク値Ｐn
と、その１つ前のピーク値Ｐn-1 とが比較され、Ｐn ＜
Ｐn-1 であれば、Ｓ13で示すように上記ＲＦコントロー
ラ１３はドライバ８に印加する電圧を所定量、たとえば
２Ｗ下げ、そのときのパルスレーザ光Ｌのピーク値を、
１つ前のパルスレーザ光Ｌのピーク値と比較するという
ことが繰り返えされる。

【００３６】ｎ番目のピーク値Ｐn が、その１つ前であ
る、n-1 番目のピーク値Ｐn-1 値よりも小さい場合、つ
まりＱスイッチ素子７に印加するＲＦ信号出力がパルス
波形の最大ピーク値Ｐmax を越えると、Ｐn ＜Ｐn-1 と
なる。すなわち、パルス波形の最大ピーク値Ｐmax はＰ
n-1 のときのＲＦ信号出力のときが最大であったことが
確認される。

【００３７】すると、ＲＦコントローラ１３は、Ｓ9 で
示すようにドライバ８に印加する電圧をＰn-1 番目のと
きの値に戻し、その値で固定する。それによって、Ｓ9
で示すようにＱスイッチ素子７に印加されるＲＦ信号出
力はＱスイッチ繰り返し周波数に応じた必要最小値に設
定されることになる。したがって、Ｑスイッチ素子７に
よる残留回析損失の影響を最小にすることができるか
ら、高出力のパルスレーザ光Ｌを高い安定性で発振出力
できることになる。

【００３８】図４は従来と、この発明とのレーザ出力と
安定度とを測定比較した結果を示す。同図中白丸および
白三角は従来で、黒丸および黒三角はこの発明を示す。
すなわち、従来は１ｋＨｚで発振が停止するＲＦ信号出
力を、他の繰り返し周波数のときにも使用した。これに
対して本願発明は上述したように繰り返し周波数を変え
るごとにＲＦ信号出力を調整するようにしたもので、そ
の結果、繰り返し周波数が高くなると、レーザ出力は１
０％、安定度は３倍近く向上することが確認された。

【００３９】なお、この発明は上記一実施例に限定され
ず、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能で
ある。たとえばパルスレーザ光の強度を検出する光電変
換素子１１は光共振器１の出力ミラー３側に限られず、
高反射ミラー２側に設け、この高反射ミラー２から漏れ
るパルスレーザ光のピーク値を検出するようにしてもよ
い。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明は、パルスレ
ーザ光の繰り返し周波数を変える場合、その繰り返し周
波数においてパルスレーザ光のピーク値が最大となる値
にＲＦ信号出力を設定できるようにした。

【００４１】そのため、Ｑスイッチ素子に印加するＲＦ
信号出力はＱスイッチ繰り返し周波数に応じた必要最小
値にでき、上記Ｑスイッチ素子の残留回析損失も最小に
できるから、高い繰り返し周波数においても出力の安定
度が高い状態で高出力のレーザ発振が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のレーザ発振装置の概略的
構成図。

【図２】同じく動作を説明するためのフローチャート。

【図３】同じくＲＦ信号出力とパルスレーザ光のピーク
値との関係を示すグラフ。

【図４】従来とこの発明との繰り返し周波数とレーザ出
力および安定度との測定結果を示すグラフ。

【符号の説明】

１…光共振器、４…ＹＡＧレーザロッド（レーザ媒
質）、７…Ｑスイッチ素子、８…ドライバ、１１…光電
変換素子（検出手段）、１２…波形比較器（比較手
段）、１３…ＲＦコントローラ（制御手段）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光共振器内に設けられたレーザ媒質を励
   起してパルスレーザ光を発振出力させるレーザ装置にお
   いて、 上記光共振器内に設けられたＱスイッチ素子と、 上記光共振器から発振出力されるパルスレーザ光のピー
   ク値を検出する検出手段と、 上記Ｑスイッチ素子にＲＦ信号を断続的に印加して駆動
   し上記光共振器の損失を変化させるドライバと、 上記パルスレーザ光の繰り返し周波数を変えたときに上
   記Ｑスイッチ素子に印加するＲＦ信号を所定量ずつ増加
   あるいは減少させることで上記検出手段によって検出さ
   れるｎ番目のパルスレーザ光のピーク値Ｐn と n-1番目
   のパルスレーザ光のピーク値Ｐn-1 とを比較する比較手
   段と、 この比較手段で比較されたｎ番目のパルスレーザ光のピ
   ーク値Ｐn と n-1番目のパルスレーザ光のピーク値Ｐn-
   1 との関係がＰn ＞Ｐn-1 のときには上記ドライバに印
   加する電圧を所定量ずつ増加または減少させ、Ｐn ＜Ｐ
   n-1 のときには上記ドライバに印加する電圧をn-1 番目
   のときの値に設定する制御手段とを具備したことを特徴
   とするレーザ発振装置。
2. 【請求項２】 光共振器内にＱスイッチ素子を設け、こ
   のＱスイッチ素子にＲＦ信号を断続的に印加して上記光
   共振器から発振出力されるパルスレーザ光の繰り返し周
   波数を制御するパルスレーザ光の発振方法において、 上記パルスレーザ光の繰り返し周波数を変えたときに上
   記Ｑスイッチ素子にＲＦ信号を所定量ずつ増加あるいは
   減少させて印加する印加工程と、 上記Ｑスイッチ素子に印加するＲＦ信号を変化させたと
   きにそれぞれのＲＦ信号値において上記光共振器から発
   振出力されるパルスレーザ光のピーク値を検出する検出
   工程と、 この検出工程で検出されるｎ番目とn-1 番目とのパルス
   レーザ光のピーク値を比較する比較工程と、 この比較工程で比較されたピーク値の関係がＰn ＞Ｐn-
   1 のときには上記Ｑスイッチ素子に印加するＲＦ信号を
   増加または減少させ、Ｐn ＜Ｐn-1 のときには上記Ｑス
   イッチ素子に印加するＲＦ信号の出力をn-1 番目のとき
   の値に設定する設定工程とを具備したことを特徴とする
   パルスレーザ光の発振方法。
3. 【請求項３】 上記印加工程と設定工程とにおいて、 上記Ｑスイッチ素子に印加するＲＦ信号を増加させるか
   減少させるかを判別する判別工程を備えていることを特
   徴とする請求項２記載のパルスレーザ光の発振方法。