JPH08186317A

JPH08186317A - Ｑスイッチ制御装置

Info

Publication number: JPH08186317A
Application number: JP6329046A
Authority: JP
Inventors: Shingo Murata; 真吾村田
Original assignee: Miyachi Technos Corp
Current assignee: Miyachi Technos Corp
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1996-07-16
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: JP2986699B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高周波電気信号のインピーダンス不整合を防
止し、Ｑスイッチを適正に動作させることのできるＱス
イッチ制御装置を提供する。【構成】Ｑスイッチ７の入力部に、このＱスイッチ７
に供給される高周波電気信号の反射波および進行波を取
出す方向性結合器２６を配設し、この方向性結合器２６
に、前記方向性結合器２６から出力される反射波および
進行波に基づいて電圧定在波比を求め、この電圧定在波
比の変化に基づいて高周波発振器１６により発振される
高周波の周波数を変化させるように制御する周波数同調
制御器２７を接続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】本発明はＱスイッチ制御装置に係
り、特に、レーザ光の出射を制御するＱスイッチを駆動
制御するためのＱスイッチ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レーザは、原子や分子による放
射の誘導放出を利用して、光の増幅、発振を行なうこと
をいう。したがって、多くの原子の集まった物質を光励
起させることにより高エネルギ状態の原子を多くして光
の吸収よりも誘導放出を多くしなければならない。そし
て、さらに光強度が強く、指向性の高い固体レーザ光を
得るためには、光を閉じ込めて光の励起エネルギを増幅
させる共振器が必要である。

【０００３】そして、従来から、例えば、固体のレーザ
活性媒質としてＮｄ：ＹＡＧの結晶を用いて共振器によ
り光を増幅させ、このレーザ光を出射させることにより
被加工物に所望のマーキング、トリミング、切断、溶接
あるいは各種の短時間分析等の用途に用いられる固体レ
ーザ装置が多く用いられている。

【０００４】図４はこのような固体レーザ装置の一例で
ある従来の固体レーザマーキング装置を示したもので、
光学特性に優れたレーザ結晶の一つである円柱状のＹＡ
Ｇロッド１は、楕円鏡筒からなるキャビティ２の内部の
一方の焦点位置に収容されており、このキャビティ２の
内部の他方の焦点位置には、このＹＡＧロッド１の原子
を光励起させるための励起ランプ３が前記ＹＡＧロッド
１と平行に配設されている。前記励起ランプ３には、こ
の励起ランプ３に電力を供給する電源部４が接続されて
おり、この電源部４には、前記励起ランプ３への電力供
給のタイミングを制御して前記励起ランプ３を点灯、消
灯動作させる制御部５が接続されている。そして、前記
励起ランプ３の点灯により、前記ＹＡＧロッド１のレー
ザ結晶が励起エネルギを蓄積し、前記ＹＡＧロッド１の
励起原子が基底状態に戻る際に光を放出するようになっ
ている。

【０００５】また、前記ＹＡＧロッド１の一端側には、
全反射ミラー６が前記ＹＡＧロッド１の端面に対して所
定間隔を有するように配設されており、前記ＹＡＧロッ
ド１の他端側には、Ｑスイッチ７が前記ＹＡＧロッド１
の端面に対して所定間隔を有するように配設されてい
る。さらに、前記Ｑスイッチ７には、前記制御部５から
の駆動信号に応じてこのＱスイッチ７を特定周波数で作
動させるために電圧を印加するＱスイッチドライバ８が
接続されており、さらに、前記制御部５には、前記キャ
ビティ２およびＱスイッチ７を冷却するためのクーラ部
９が接続されている。

【０００６】前記Ｑスイッチ７は、図５に示すように、
両側面に反射防止コーティング１０が施され内部に合成
石英ガラス１１を配設して構成されており、この合成石
英ガラス１１の下端面には、接着層１２を介して圧電体
１３が接着されている。さらに、前記圧電体１３には、
例えば、５０Ωの特性インピーダンスに整合するインピ
ーダンス整合回路１４が接続されており、このインピー
ダンス整合回路１４には、前記Ｑスイッチドライバ８か
らの電圧を入力するための入力端子１５が接続されてい
る。

【０００７】また、前記Ｑスイッチドライバ８は、図６
に示すように、制御部５からの駆動信号に応じて、例え
ば、２４ＭＨｚの周波数の高周波を発振する高周波発振
器１６と、変調信号発振器１７から発振される１〜５０
ｋＨｚのパルス信号に基づいて前記高周波を高周波電気
信号に変調する変調器１８と、前記変調された高周波電
気信号を５０〜７０Ｗ程度に増幅してＱスイッチ７に供
給する電力増幅器１９とにより構成されている。さら
に、前記変調信号発振器１７は、図７に示すように、所
定の制御電圧が印加されてこの制御電圧に応じたパルス
幅の方形波形を形成するＶ−Ｆコンバータ２０と、この
Ｖ−Ｆコンバータ２０から出力されるパルス波形の幅を
一定の幅に揃える、例えば、１ショットマルチバイブレ
ータ等からなる波形整形回路２１とにより構成されてお
り、図８に示すように、前記制御電圧に応じてＶ−Ｆコ
ンバータ２０により、所望のパルス幅の波形を形成して
出力し、波形整形回路２１により、Ｖ−Ｆコンバータ２
０から出力されるパルス波形の幅を一定の幅に揃えて前
記変調器１８に出力するようになされている。

【０００８】そして、前記制御部５から送られる前記Ｑ
スイッチ７に加える電圧量やそのタイミングを制御する
駆動信号に応じて、前記高周波発振器１６により、例え
ば、２４ＭＨｚの周波数の高周波を発振させ、変調器１
８により、変調信号発振器１７から発振される１〜５０
ｋＨｚのパルス信号の波形に基づいて前記高周波を所定
波形の高周波電気信号に変調し、電力増幅器１９によ
り、変調された高周波電気信号を５０〜７０Ｗ程度に増
幅した後、前記入力端子１５を介してＱスイッチ７に供
給される。このようにＱスイッチドライバ８から供給さ
れる高周波電気信号をインピーダンス整合回路１４によ
り５０Ωの特性インピーダンスに整合して圧電体１３に
供給することにより、前記圧電体１３を動作させて合成
石英ガラス１１を駆動させる。これにより、前記Ｑスイ
ッチ７を通過するレーザ光を回折させるようになされて
いる。

【０００９】また、前記ＹＡＧロッド１と前記Ｑスイッ
チ７とを結ぶ延長線上には、半透過性の出力ミラー２２
が配設されており、この出力ミラー２２は、前記Ｑスイ
ッチ７のＯＮ時にはレーザ光は回折されずにＱスイッチ
７を通過するレーザ光を一部透過させるようになされて
いる。

【００１０】さらに、前記出力ミラー２２のレーザ光の
出力側には、スキャナ部２３が配設されており、このス
キャナ部２３の内部には、前記出力ミラー２２からのレ
ーザ光を下方に指向させるとともに、Ｘ−Ｙ方向に走査
させるための図示しない２枚の可動ミラーが内蔵されて
いる。また、前記スキャナ部２３の出射部分には、レン
ズ２４が取付けられており、このレンズ２４の焦点位置
には、被マーキング材２５が配置されるようになされて
いる。

【００１１】このような従来の固体レーザマーキング装
置においては、まず、前記制御部５からの制御信号に応
じて前記電源部４から励起ランプ３に電力を供給するこ
とにより励起ランプ３を発光させる。このとき、前記励
起ランプ３の光は放射状に進行するため、前記ＹＡＧロ
ッド１へ向かって直接進行せずに前記キャビティ２の内
壁に向かって衝突してしまうものもあるが、前記キャビ
ティ２が楕円鏡筒により形成されており、かつ、前記励
起ランプ３およびＹＡＧロッド１がキャビティ２の楕円
鏡筒内の各焦点に配置されているため、前記キャビティ
２の内壁に衝突し反射される光はすべてＹＡＧロッド１
に集中することとなり、前記ＹＡＧロッド１内の原子を
効率的に励起することができる。

【００１２】そして、前記励起ランプ３による照射時間
に比例して前記ＹＡＧロッド１内の励起エネルギは増大
し、時間の経過に伴い固体レーザ光を発振できる励起エ
ネルギを蓄積し、さらに定常パルスを発するために必要
な励起エネルギを蓄積する状態を経て飽和状態に達す
る。このように励起されて高エネルギ状態となった原子
はもとの基底状態に戻る過程の際に一部エネルギを光と
して放出する。これらの光は自然放出による発光である
が、これらの光のうち前記ＹＡＧロッド１の軸方向に放
出された自然放出光により位相のそろった共振姿態が形
成されると、これにより、誘導放出が引き起こされて光
強度を増し固体レーザ光を発振することとなる。

【００１３】一方、前記制御部５からの駆動信号に基づ
いて、前記高周波発振器１６により発振される高周波
を、変調信号発振器１７から発振されるパルス信号に基
づいて変調器１８により高周波電気信号に変調し、電力
増幅器１９により変調された高周波電気信号を増幅した
後、前記入力端子１５を介してＱスイッチ７に供給され
る。このＱスイッチドライバ８から供給される高周波電
気信号をインピーダンス整合回路１４を介して圧電体１
３に供給して前記圧電体１３を動作させる。この状態
で、ＹＡＧロッド１からその軸方向に直進してくる光
が、Ｑスイッチ７により回折されてレーザ発振を抑えて
おき、前記励起ランプ３による光照射を続けて行ない、
前記ＹＡＧロッド１の内部に所定のレーザ光を発振する
ために十分大きなエネルギを蓄積させる。

【００１４】そして、変調器１８により所定の波形に形
成された前記高周波電気信号の振幅が、図９に示すよう
に、所定のしきい値以下になると、前記圧電体１３に高
周波電気信号が供給されなくなり、前記Ｑスイッチ７が
ＯＮとなる。その瞬間にレーザ発振が短時間に起こり、
前記ＹＡＧロッド１から出射されるレーザ光は、前記Ｑ
スイッチ７を通過して一部が前記出力ミラー２２を透過
する。

【００１５】その後、前記出力ミラー２２を透過したレ
ーザ光は、前記スキャナ部２３に入射し、このスキャナ
部２３において前記２枚の可動ミラーにより進行方向を
被マーキング材２５の方向に偏光されて走査されなが
ら、レンズを介して被マーキング材２５に書込みが行な
われる。

【００１６】前記動作を繰り返し行なうことにより、被
マーキング材２５に所望の書込みを行なうようになって
いる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の固
体レーザマーキング装置においては、前記Ｑスイッチド
ライバ８から供給される高周波電気信号をインピーダン
ス整合回路１４を介して特定のインピーダンスに整合し
てＱスイッチ７を動作させるようにしているが、前記Ｑ
スイッチ７の入力インピーダンスは、ある特定の周波数
においてインピーダンス整合するように設計されてお
り、前記高周波発振器１６により発振される高周波の周
波数に偏差が生じたり、Ｑスイッチ７自体の同調周波数
がずれた場合に、高周波電気信号の伝送経路とＱスイッ
チ７との接続点において、反射が生じてしまう。

【００１８】そして、このような反射が生じると、高周
波電気信号の伝送経路上に定在波が発生し、この電圧定
在波比は、高周波の周波数偏差やＱスイッチ７自体の同
調周波数のずれにより変化するものであり、この電圧定
在波比の変化により、前記高周波電気信号のインピーダ
ンス整合が適正に行なわれなくなり、その結果、前記Ｑ
スイッチ７の動作を適正に行なうことができず、目的通
りにレーザ光の制御を行なうことができないという問題
を有している。

【００１９】本発明は前記した点に鑑みなされたもの
で、高周波電気信号のインピーダンス不整合を防止し、
Ｑスイッチを適正に動作させることのできるＱスイッチ
制御装置を提供することを目的とするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明に係るＱスイッチ制御装置は、ＯＮ、ＯＦＦ動作
によりレーザ光を選択的に出力させるＱスイッチに、制
御部からの制御信号に基づいて所定の波形に形成された
高周波電気信号を供給するＱスイッチドライバを接続し
てなるＱスイッチ制御装置において、前記Ｑスイッチの
入力部に、前記Ｑスイッチに供給される高周波電気信号
のインピーダンス整合がとれない場合に発生する反射波
およびインピーダンス整合がとれた場合の高周波電気信
号の進行波の少なくとも一方を取出す方向性結合器を配
設し、この方向性結合器に、前記方向性結合器から出力
される反射波および進行波の少なくとも一方に基づいて
電圧定在波比を求め、この電圧定在波比の変化に基づい
て前記高周波発振器により発振される高周波の周波数を
変化させるように制御する周波数同調制御器を接続した
ことを特徴とするものである。

【００２１】

【作用】本発明に係るＱスイッチ制御装置によれば、方
向性結合器からの反射波および進行波に基づいて周波数
同調制御器により電圧定在波比を求め、この電圧定在波
比に基づいて前記周波数発振器による高周波の発振周波
数を制御するようにしているので、前記高周波発振器に
より発振される高周波の周波数に偏差が生じたり、Ｑス
イッチ自体の同調周波数がずれた場合でも、高周波電気
信号の周波数をＱスイッチの同調周波数に一致させるこ
とができるものである。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図３を参照
して説明する。

【００２３】図１は本発明に係るＱスイッチ制御装置の
一実施例を示したもので、図示しない制御部からの制御
信号に応じてＱスイッチ７を駆動制御するＱスイッチド
ライバ８は、前記制御部からの駆動信号に応じて、例え
ば、２４ＭＨｚの周波数の高周波を発振する高周波発振
器１６と、変調信号発振器１７から発振される１〜５０
ｋＨｚのパルス信号に基づいて前記高周波を高周波電気
信号に変調する変調器１８と、前記変調された高周波電
気信号を５０〜７０Ｗ程度に増幅してＱスイッチ７に供
給する電力増幅器１９とにより構成されており、さら
に、本実施例においては、前記Ｑスイッチ７の入力部に
は、方向性結合器２６が配設されている。

【００２４】ここで、前記高周波発振器１６により発振
される高周波の周波数に偏差が生じたり、Ｑスイッチ７
自体の同調周波数がずれた場合に、高周波電気信号の伝
送経路とＱスイッチ７との接続点において、次式に示す
ような反射が生じる。

【００２５】本実施例においては、前記方向性結合器２６により、前
記Ｑスイッチ７に供給される高周波電気信号の整合がと
れない場合に発生する反射波と、整合がとれた場合の高
周波電気信号の進行波を取出すようになされている。

【００２６】また、本実施例においては、前記方向性結
合器２６には、周波数同調制御器２７が接続されてい
る。前記高周波電気信号の反射が生じると、高周波電気
信号の伝送経路上に定在波が発生するものであるが、前
記周波数同調制御器２７は、前記方向性結合器２６から
出力される反射波および進行波に基づいて次式により電
圧定在波比を求め、この電圧定在波比から高周波電気信
号の周波数偏位を検出するようになされている。

【００２７】そして、前記周波数同調制御器２７には、前記高周波発
振器１６が接続されており、前記周波数同調制御器２７
により、電圧定在波比の変化に基づいて前記高周波発振
器１６により発振される高周波の周波数を変化させるよ
うに制御するものである。

【００２８】次に、本実施例の作用について説明する。

【００２９】本実施例においては、前記制御部５から送
られる前記Ｑスイッチ７に加える電圧量やそのタイミン
グを制御する駆動信号に基づいて、前記高周波発振器１
６により、２４ＭＨｚの周波数の高周波を発振させ、変
調器１８により、変調信号発振器１７から発振される１
〜５０ｋＨｚのパルス信号の波形に基づいて前記高周波
を所定波形の高周波電気信号に変調し、電力増幅器１９
により、変調された高周波電気信号を５０〜７０Ｗ程度
に増幅した後、前記入力端子１５を介してＱスイッチ７
に供給される。このようにＱスイッチドライバ８から供
給される高周波電気信号を５０Ωの特性インピーダンス
に整合してＱスイッチ７に供給することにより、Ｑスイ
ッチ７を動作させて、前記Ｑスイッチ７を通過するレー
ザ光を回折させるようになされている。

【００３０】そして、前記方向性結合器２６からの反射
波および進行波に基づいて周波数同調制御器２７により
電圧定在波比を求め、この電圧定在波比に基づいて前記
高周波発振器１６による高周波の発振周波数を制御する
ようになっている。この場合に、電圧定在波比に基づい
て高周波電気信号のインピーダンス整合の状態を検出す
ることは可能であるが、Ｑスイッチ７の同調周波数のず
れが周波数の高い方にずれているか、あるいは低い方に
ずれているかを判断することはできない。そのため、周
波数同調制御器２７により高周波発振器１６の発振周波
数をわずかに上下に変化させるように制御して発振周波
数を所定範囲で変化させるようになっている。

【００３１】例えば、図２に示すように、Ｑスイッチ７
の同調周波数が相対的に低い方にずれている場合、発振
周波数を高く制御すると、Ｑスイッチ７の入力インピー
ダンスは小さくなり、電圧定在波比は増大し、一方、発
振周波数を低く制御すると、Ｑスイッチ７の入力インピ
ーダンスは５０Ωに近付き、電圧定在波比は減少するこ
とになる。これにより、高周波発振器１６の発振周波数
を低く制御することにより、高周波電気信号の周波数を
Ｑスイッチ７の同調周波数に一致させることができるも
のである。

【００３２】一方、図３に示すように、Ｑスイッチ７の
同調周波数が相対的に高い方にずれている場合、発振周
波数を低く制御すると、Ｑスイッチ７の入力インピーダ
ンスは小さくなり、電圧定在波比は増大し、一方、発振
周波数を高く制御すると、Ｑスイッチ７の入力インピー
ダンスは５０Ωに近付き、電圧定在波比は減少すること
になる。これにより、高周波発振器１６の発振周波数を
高く制御することにより、高周波電気信号の周波数をＱ
スイッチ７の同調周波数に一致させることができるもの
である。

【００３３】したがって、本実施例においては、前記方
向性結合器２６からの反射波および進行波に基づいて周
波数同調制御器２７により電圧定在波比を求め、この電
圧定在波比に基づいて前記高周波発振器１６による高周
波の発振周波数を制御するようにしているので、前記高
周波発振器１６により発振される高周波の周波数に偏差
が生じたり、Ｑスイッチ７自体の同調周波数がずれた場
合でも、高周波電気信号の周波数をＱスイッチ７の同調
周波数に一致させることができる。その結果、前記高周
波電気信号の回路とＱスイッチ７とのインピーダンス整
合を適正に行なうことができ、前記Ｑスイッチ７を適正
に動作させることができ、目的通りにレーザ光の制御を
行なうことができる。

【００３４】なお、前記実施例においては、方向性結合
器２６により、高周波電気信号の反射波および進行波の
両方を用いて制御するようにしているが、反射波または
進行波のいずれか一方のみに基づいて制御するようにし
てもよい。

【００３５】また、本発明は前記実施例のものに限定さ
れるものではなく、必要に応じて種々変更することが可
能である。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明に係るＱスイッ
チ制御装置は、方向性結合器からの反射波および進行波
の少なくとも一方に基づいて周波数同調制御器により電
圧定在波比を求め、この電圧定在波比に基づいて高周波
発振器による高周波の発振周波数を制御するようにして
いるので、前記高周波発振器により発振される高周波の
周波数に偏差が生じたり、Ｑスイッチ自体の同調周波数
がずれた場合でも、高周波電気信号の周波数をＱスイッ
チの同調周波数に一致させることができる。その結果、
前記高周波電気信号の回路とＱスイッチとのインピーダ
ンス整合を適正に行なうことができ、前記Ｑスイッチを
適正に動作させることができ、目的通りにレーザ光の制
御を行なうことができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＱスイッチ制御装置の一実施例を
示すブロック図

【図２】本発明のＱスイッチの同調周波数が相対的に低
い方にずれている状態におけるインピーダンス曲線およ
び電圧定在波比曲線を示す線図

【図３】本発明のＱスイッチの同調周波数が相対的に高
い方にずれている状態におけるインピーダンス曲線およ
び電圧定在波比曲線を示す線図

【図４】従来の一般的なＱスイッチ制御装置を示す概略
構成図

【図５】従来のＱスイッチを示す概略構成図

【図６】従来のＱスイッチドライバを示すブロック図

【図７】従来の変調信号発振器を示すブロック図

【図８】従来の変調信号発振器によるパルス波形の形成
状態を示す説明図

【図９】従来の高周波電気信号とＱスイッチを通過する
レーザ光との関係を示す説明図

【符号の説明】

７Ｑスイッチ８Ｑスイッチドライバ１６高周波発振器１７変調信号発振器１８変調器１９電力増幅器２６方向性結合器２７周波数同調制御器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＯＮ、ＯＦＦ動作によりレーザ光を選択
的に出力させるＱスイッチに、制御部からの制御信号に
基づいて所定の波形に形成された高周波電気信号を供給
するＱスイッチドライバを接続してなるＱスイッチ制御
装置において、前記Ｑスイッチの入力部に、前記Ｑスイ
ッチに供給される高周波電気信号のインピーダンス整合
がとれない場合に発生する反射波およびインピーダンス
整合がとれた場合の高周波電気信号の進行波の少なくと
も一方を取出す方向性結合器を配設し、この方向性結合
器に、前記方向性結合器から出力される反射波および進
行波の少なくとも一方に基づいて電圧定在波比を求め、
この電圧定在波比の変化に基づいて前記高周波発振器に
より発振される高周波の周波数を変化させるように制御
する周波数同調制御器を接続したことを特徴とするＱス
イッチ制御装置。