JPH09135047A - レーザパワーモニタおよびレーザ発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光の強度を正確に、精度良く、周囲環
境の影響を受けることなく測定する。 【解決手段】 センサマウント４４に検出側センサ４３
および補償側センサ４２を同梱した赤外線センサを熱伝
導性ペーストで良好な熱伝導を保ちながら取り付け、さ
らに前記センサを取り付けた積分球に同様にして良好な
熱伝導状態を保ちつつ取り付ける。センサマウント４４
のうち積分球の内面に露出する部分には熱絶縁板１を介
してレーザの遮蔽板２を取り付け、センサマウント４４
のレーザによる直接加熱を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周囲環境の影響を
受けることなく測定することができるレーザパワーモニ
タおよびそのレーザパワーモニタを実装するレーザ発振
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図面を参照しながら、従来の技術につい
て説明する。

【０００３】図５において、５１はルーツブロア、５２
は熱交換器Ａ、５３は出力鏡、５４は放電電極、５５は
放電管、５６は熱交換器Ｂ、５７は終端鏡、５８はレー
ザパワーモニタ、５９は励起電源、６０は光学ベンチで
ある。本レーザ発振器内に封入されたレーザガスはルー
ツブロア５１により送り出され、熱交換器Ａ５２におい
てルーツブロア５１の送風時に発生した圧縮熱を除去し
た後、放電管５５に送り込まれる。放電管５５の両端に
は出力鏡５３と終端鏡５７が設けられ、光学ベンチ６０
により平行に対向して配置され共振器部を形成してい
る。そして、放電管５５に入ったレーザガスは、励起電
源５９から送電された電力により放電電極５４間で放電
する。その後、前記共振器部を通り抜けたレーザガスは
放電により発生した熱を熱交換器Ｂ５６で除去し、再び
ルーツブロア５１に吸入され循環する。一方、放電管５
５内で放電したレーザガスでは、レーザ光が発生し、出
力鏡５３と終端鏡５７の間を共振しながら増幅され、そ
の一部が出力鏡５３から出力される。そして、現在のレ
ーザ発振器は前記したレーザ光とは別に本来全反射であ
る前記終端鏡５７からも０．５％以下の透過率を設け、
極微弱なレーザ光を取り出している。前記終端鏡５７か
ら取り出されたレーザ光は、レーザパワーモニタ５８に
入れてレーザ出力を監視するとともに、レーザ光強度の
測定結果を励起電源５９に返すことでフィードバック制
御を行いレーザ出力の安定化を図っている。

【０００４】次に従来から使用されているレーザパワー
モニタについて図面を使用しながら説明する。図４に
は、従来から使用されているレーザ光を積分球に入力し
て減衰させた後、その光の一部を赤外線センサに取り出
してレーザ光の強度を測定するレーザパワーモニタの一
例を示す。

【０００５】図４において、４１は積分球、４２は補償
側センサ、４３は検出側センサ、４４はセンサマウン
ト、４５は検出孔、４６は入力ポートである。入力ポー
ト４６から入射したレーザ光は、積分球４１の内面で反
射と吸収を繰り返し積分球４１内面に拡散される。拡散
されたレーザ光の一部はセンサを取り付けたポートから
センサ側に導光され、さらにその一部が検出孔４５を通
って検出側センサに入力される。検出側センサ４３およ
び補償側センサ４２はセンサマウント４４に取り付けら
れ、センサマウント４４ごと積分球４１に取り付けられ
る。検出側センサ４３ではレーザ光の入射に伴う出力と
ともにレーザ光が入力ポート４６より入射して積分球４
１を加熱することによる温度ドリフト分の出力が重畳さ
れて出力される。一方、補償側センサ４２では、前記し
た温度ドリフト分が出力される。

【０００６】そこで、検出側センサ４３と補償側センサ
４２の片端リードを接続し、差電圧を検出することでレ
ーザ出力を検出する。

【０００７】さらに、図面を用いて従来から使用されて
いるレーザパワーモニタの赤外線センサのマウント方法
について説明する。図３には従来から使用されているレ
ーザパワーモニタの赤外線センサのマウント方法の一例
を示す。

【０００８】図３において、３１はセンサ本体、３２は
シリコンなどの窓材、３３はリード、３４は反射板、３
５は固定板、３６は前記反射板３４を前記センサ本体３
１に取り付けているスポット熔接部であり、他は図４と
同じ構成である。

【０００９】そして、積分球で減衰したレーザ光の一部
は、検出孔４５を通って反射防止膜のコーティングを施
したシリコンなどの窓材３２を通過して赤外線センサ内
部に進入する。前記赤外線センサ内部ではセンサ本体３
１にスポット熔接部３６で固定された反射板３４により
レーザ光を検出側センサ４３に集め、検出側センサ４３
でより大きい信号を発生するように赤外線センサ全体の
感度向上を図っている。補償側センサ４２は検出側セン
サ４３と同一パッケージ内に配置され、センサ本体内面
の黒体輻射を検出している。前記窓材３２および反射板
３４は検出側センサ４３側のみに設けられ、センサ全体
は外部環境の影響を配慮して、窒素封入した後気密パッ
ケージ化される。このように構成された赤外線センサを
センサマウント４４に取り付け、固定板３５で固定し、
このセンサユニットを積分球に取り付ける。検出回路は
リード３３と接続する。

【００１０】センサ素子がサーモパイルである場合、補
償側センサ４２と検出側センサ４３の片端を接続して差
電圧を取り出すことでレーザ出力が測定される。また、
サーミスタ（抵抗値変化型）である場合、補償側センサ
４２および検出側センサ４３の片端に共通の電圧を印加
して、各センサの他端に抵抗を取付けブリッジ回路を形
成し、補償側センサ４２および検出側センサ４３を並列
接続配置にして、各ブリッジ回路の中間電圧を取り出
し、差電圧を検出することでレーザ出力が測定される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た構成においてはレーザ光が入力されることに伴い積分
球の温度が上昇するため微小ながら温度ドリフトが発生
したり、レーザ出力の急な変化時にオーバーシュートす
るという課題がある。本発明は、上記従来の課題を解決
するもので、レーザ光の強度を従来よりも正確に、精度
良く、周囲環境の影響を受けることなく測定する手段と
本測定手段を実装してレーザ出力の安定化を図ったレー
ザ発振器を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は前記する従来の
課題を解決するために、解決手段の１つ（以下解決手段
１という）としては、赤外線センサを良好な熱伝導状態
を保ちながら積分球に取り付けるとともに、前記赤外線
センサの表面のうち検出孔を除く積分球の内面に露出す
る部分に熱絶縁を施した遮蔽板を設けたレーザパワーモ
ニタとしたものである。

【００１３】また、他の手段としての解決手段の１つ
（以下解決手段２という）としては、赤外線センサ内部
に配置された各素子周辺に設けられた反射板がパッケー
ジと良好な熱伝導状態をもつ一体構造か、または検出側
センサおよび検出側センサの両方に同じ熱抵抗で設けら
れているレーザパワーモニタとしたものである。

【００１４】また、前記解決手段１，２と異なる解決手
段（以下解決手段３という）としては、補償側センサ素
子の視野に赤外線センサを取り付けたセンサマウントの
裏面が入る内部配置を有し、前記補償側センサ素子に前
記赤外線センサを取り付けたセンサマウントの裏面の黒
体輻射を検出させるようにしたレーザパワーモニタとし
たものである。

【００１５】また、前記解決手段１，２，３と異なる解
決手段（以下解決手段４という）としては、検出側セン
サ素子と補償側センサ素子が同一パッケージ内に同梱さ
れた赤外線センサを使用し、かつ前記赤外線センサのパ
ッケージ内部を真空気密パッケージ構造のレーザパワー
モニタとしたものである。

【００１６】そして、上記の解決手段１，２，３，４は
何れも周囲環境の影響を受けないようにレーザ光の強度
を測定することができるものである。

【００１７】また、本発明のレーザ発振器は前記する解
決手段１，２，３，４の何れかを備えたものであり、そ
の構成によりレーザ光の強度を従来より精度良く測定す
ることができ、その強度を用いて励起電源にフィードバ
ック制御して、極めて安定化したレーザ出力のあるレー
ザ発振器を実現できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】前記の課題を解決するために、請
求項１に記載の発明は、赤外線センサを良好な熱伝導状
態を保ちながら積分球に取り付けるとともに、前記赤外
線センサの表面のうち検出孔を除く積分球の内面に露出
する部分に熱絶縁を施した遮蔽板を設けたことにより、
レーザ光の入射による積分球の温度上昇に伴う温度ドリ
フトを従来より抑制し、より正確により精度良くレーザ
強度を測定する作用を備えている。

【００１９】すなわち、積分球に入射したレーザ光は、
理論的には積分球内面で反射・吸収を繰り返し均質に減
衰される。しかし、現実は積分球の内面の加工精度や内
面の表面処理などの関係で均質な分布を得ることが困難
で、センサの取り付けポートの位置によっては強いレー
ザ光が進入することがある。強いレーザ光が局所的に進
入すると例えば従来例である図３に示した赤外線センサ
のマウント方法ではセンサマウント４４に局所的に加熱
される部分ができ、補償側センサ４２と検出側センサ４
３間の位置により、微妙な温度ムラが発生する。検出側
センサ４３にはレーザ入力とともに検出側センサ４３の
周辺および積分球内面の黒体輻射が入力され、一方、補
償側センサ４２には補償側センサ４２の周囲の黒体輻射
が入力されるため、このように局所加熱による温度ムラ
が発生すると厳密には温度ドリフトを相殺できない。理
想的には、検出側センサ４３にはレーザ光と積分球内面
の黒体輻射、そして積分球内面の温度に一致しかつ積分
球内面の輻射率に等しい検出側センサ４３の周囲からの
黒体輻射入力されることが求められる。

【００２０】ところが、請求項１に記載の本発明では、
前記赤外線センサの表面のうち検出孔４５を除く積分球
の内面に露出する部分に熱絶縁を施した遮蔽板を取り付
け、レーザ光によるセンサマウント４４の局所的な直接
加熱を防止すると同時に、赤外線センサを良好な熱伝導
状態を保ちながら積分球に取り付けることで、積分球か
らの熱伝導による加熱以外加熱源を絶つことが可能で、
赤外線センサおよびセンサマウント４４の温度を積分球
に一致させることができる。一般に同種の金属であれば
温度が均一であり、赤外線センサパッケージ内面および
積分球の内面からの輻射率はほぼ等しいため、積分球の
温度にセンサの温度を均一に一致させることでレーザ光
の入射による積分球の温度上昇に伴う温度ドリフトを厳
密に抑制することができる。

【００２１】また、請求項２に記載の発明は、赤外線セ
ンサ内部に配置された各素子周辺に設けられた反射板が
パッケージと良好な熱伝導状態をもつ一体構造か、また
は検出側センサおよび検出側センサの両方に同じ熱抵抗
で反射板が設けられているために、レーザ出力の急な変
化時にオーバーシュートする課題を解決し、外部環境か
らの影響を受けることなく正確に精度良くレーザ強度を
測定する作用を備えている。

【００２２】すなわち、従来使用されている赤外線セン
サの例として図３に示す従来の赤外線センサはセンサの
感度向上のため反射板３４がセンサ内に設けてあり、反
射板３４により入射した赤外線を検出側センサ４３に集
光する機構が設けられている。そして、レーザの入力が
変化すると前述したように積分球からの熱伝導により赤
外線センサ本体が加熱または冷却される。その時、スポ
ット熔接部３６など比較的熱伝導の悪い構造をもつ反射
板３４などの内部構造物が検出側センサ４３または補償
側センサ４２のどちらか片側にあると、反射板３４など
の内部構造物がセンサ本体３１に比較して熱時定数が遅
く反応（加熱または冷却）するため、内部構造物とセン
サ本体３１が熱平衡になるまでの間、補償側センサ４２
と検出側センサ４３に入力される黒体輻射エネルギーに
微差が発生し、この微差がセンサ出力信号のオーバーシ
ュートとして検出される。

【００２３】そこで、この現象をなくすには、検出側セ
ンサ４３と補償側センサ４２の周囲の黒体輻射の熱時定
数を一致させる必要があり、そのため赤外線センサ内部
に配置された各素子周辺に設けられた反射板３４など内
部構造物がパッケージと良好な熱伝導状態をもつ一体構
造にして補償側センサ４２と検出側センサ４３の黒体輻
射時定数を一致させるか、または補償側センサ４２およ
び検出側センサ４３の両方に同じ熱抵抗で反射板３４な
ど内部構造物を設けることで補償側センサ４２と検出側
センサ４３に入射する黒体輻射エネルギーを時間的に一
致させることが可能となり、前述したレーザ出力の急な
変化時にオーバーシュートする課題を解決し、外部環境
からの影響を受けることなく正確に精度良くレーザ強度
を測定することができる。

【００２４】また、請求項３に記載の発明は、補償側セ
ンサ素子の視野に赤外線センサを取り付けたセンサマウ
ントの裏面が入る内部配置を有し、前記補償側センサ素
子に前記赤外線センサを取り付けたセンサマウントの裏
面の黒体輻射を検出させるようにしたもので、レーザ光
の入射による積分球の温度上昇に伴う温度ドリフトを従
来より抑制し、より正確により精度良くレーザ強度を測
定するための作用を備えている。

【００２５】すなわち、レーザ光の入射による積分球の
温度上昇に伴う温度ドリフトを抑制するには、従来例を
示す図３における検出側センサ４３にはレーザ光と積分
球内面の黒体輻射、そして積分球内面の温度に一致しか
つ積分球内面の輻射率に等しい検出側センサ４３の周囲
からの黒体輻射入力されることが求められる。

【００２６】そして、図３に示したマウント方法による
と補償側センサ４２はセンサパッケージ内面の黒体輻射
を検出することになる。一方、検出側センサは積分球内
面の黒体輻射とレーザ光を反射板３４を用いて効率良く
検出することになる。センサパッケージ内面の黒体輻射
は積分球からセンサマウント４４に伝わり、さらにセン
サパッケージに伝わる熱伝導が主な支配因子であり、こ
の間に積分球とセンサマウント４４間およびセンサマウ
ント４４とセンサパッケージ間の２ケ所に接触熱抵抗を
有する。積分球とセンサマウント４４間は接触面積や熱
伝導性ペーストを用いて熱抵抗の低減が可能であるが、
センサマウントとセンサパッケージ間は有効な熱抵抗低
減方法がない。

【００２７】そこで、補償側センサ４２に入射する黒体
輻射エネルギーを積分球の黒体輻射エネルギーに一致さ
せるため、補償側センサ４２の視野に積分球の温度とほ
ぼ等しいセンサマウントの裏面を入れ、検出側センサ４
３と同様の黒体輻射エネルギーを入射させることで、レ
ーザ光の入射による積分球の温度上昇に伴う温度ドリフ
トを抑制し、より正確により精度良くレーザ強度を測定
することができる。

【００２８】また、請求項４に記載の発明は、検出側セ
ンサ素子と補償側センサ素子が同一パッケージ内に同梱
された赤外線センサを使用し、かつ前記赤外線センサの
パッケージ内部を真空気密パッケージとしたことによ
り、レーザ出力の急な変化時にオーバーシュートする課
題を解決し、外部環境からの影響を受けることなく正確
に精度良くレーザ強度を測定する作用がある。

【００２９】すなわち、従来の技術にも記述した通り、
赤外線センサは周囲環境により素子特性が変化しないよ
うに窒素封入され気密パッケージに収められている。

【００３０】そして、レーザ光がセンサに入力される
と、多かれ少なかれセンサ内部の部品やガスも加熱され
る。レーザ出力が急に変化すると従来例として示す図３
において検出側センサ４３の熱の収支はレーザ光の変化
と周囲の黒体輻射の変化以外に封入された窒素ガスによ
る熱の対流運搬がある。検出孔４５がありレーザ光が入
射する検出側センサ４３の場合、周辺には比較的温かい
窒素ガスが存在するため検出側センサ４３自体も温度が
上がりやすい。反面、補償側センサ４２の場合、加熱源
が周囲からの黒体輻射とセンサパッケージと封入窒素ガ
スが熱交換した後、窒素ガスの対流で補償側センサ４２
に達した場合に限られる。従って、センサパッケージ内
に封入されたガスが対流により均一な温度になるまでの
間、補償側センサ４２と検出側センサ４３の検知した温
度に微差が発生し、センサ出力がオーバーシュートす
る。

【００３１】そこで、この影響をなくすためセンサ内部
の封入ガスをないものとし真空パッケージ化すること
で、レーザ出力の急な変化時にオーバーシュートする課
題を解決し、外部環境からの影響を受けることなく正確
に精度良くレーザ強度を測定することができる。

【００３２】また、請求項５に記載の発明は、請求項１
に記載の解決手段１の発明に係るレーザパワーモニタを
実装したレーザ発振器であって、レーザ光の入射による
積分球の温度上昇に伴う温度ドリフトを抑制し、より正
確により精度良くレーザ出力を安定化する作用がある。

【００３３】すなわち、積分球に入射したレーザ光は、
理論的には積分球内面で反射・吸収を繰り返し均質に減
衰される。しかし、現実は積分球の内面の加工精度や内
面の表面処理などの関係で均質な分布を得ることが困難
で、センサの取り付けポートの位置によっては強いレー
ザ光が進入することがある。強いレーザ光が局所的に進
入すると例えば従来例である図３に示した赤外線センサ
のマウント方法ではセンサマウント４４に局所的に加熱
される部分ができ、補償側センサ４２と検出側センサ４
３間の位置により、微妙な温度ムラが発生する。検出側
センサ４３にはレーザ入力とともに検出側センサ４３の
周辺および積分球内面の黒体輻射が入力され、一方、補
償側センサ４２には補償側センサ４２の周囲の黒体輻射
が入力されるため、このように局所加熱による温度ムラ
が発生すると厳密には温度ドリフトを相殺できない。理
想的には、検出側センサ４３にはレーザ光と積分球内面
の黒体輻射、そして積分球内面の温度に一致しかつ積分
球内面の輻射率に等しい検出側センサ４３の周囲からの
黒体輻射入力されることが求められる。

【００３４】本発明では、前記赤外線センサの表面のう
ち検出孔４５を除く積分球の内面に露出する部分に熱絶
縁を施した遮蔽板を取り付け、レーザ光によるセンサマ
ウント４４の局所的な直接加熱を防止すると同時に、赤
外線センサを良好な熱伝導状態を保ちながら積分球に取
り付けることで、積分球からの熱伝導による加熱以外加
熱源を絶つことが可能で、赤外線センサおよびセンサマ
ウント４４の温度を積分球に一致させることができる。
一般に同種の金属であれば温度が均一であり、赤外線セ
ンサパッケージ内面および積分球の内面からの輻射率は
ほぼ等しいため、積分球の温度にセンサの温度を均一に
一致させることでレーザ光の入射による積分球の温度上
昇に伴う温度ドリフトを厳密に抑制することができる。

【００３５】このようにして、厳密にレーザ光の入射に
よる積分球の温度上昇に伴う温度ドリフトを抑制するこ
とができるレーザパワーモニタを実装し、その出力信号
を用いて励起電源をフィードバック制御することで、レ
ーザ出力は極めて安定化する。

【００３６】また、請求項６に記載の発明は、請求項２
に記載の解決手段２の発明によるレーザパワーモニタを
有するものである。従って、レーザ出力の急な変化時に
オーバーシュートする課題を解決し、外部環境からの影
響を受けることなく正確に精度良くレーザ出力を安定化
させる作用がある。従来例として示した図３を用いて説
明する。

【００３７】すなわち、従来の赤外線センサは赤外線セ
ンサの感度向上のため反射板３４がセンサ内に設けてあ
り、反射板３４により入射した赤外線を検出側センサ４
３に集光する機構が設けられている。そして、レーザの
入力が変化すると積分球からの熱伝導により赤外線セン
サ本体が加熱または冷却される。その時、スポット熔接
部３６など比較的熱伝導の悪い構造をもつ反射板３４な
どの内部構造物が検出側センサ４３または補償側センサ
４２のどちらか片側にあると、反射板３４などの内部構
造物がセンサ本体３１に比較して熱時定数が遅く反応
（加熱または冷却）するため、内部構造物とセンサ本体
３１が熱平衡になるまでの間、補償側センサ４２と検出
側センサ４３に入力される黒体輻射エネルギーに微差が
発生し、この微差がセンサ出力信号のオーバーシュート
として検出される。

【００３８】そこで、この現象をなくすには、検出側セ
ンサ４３と補償側センサ４２の周囲の黒体輻射の熱時定
数を一致させる必要があり、そのため赤外線センサ内部
に配置された各素子周辺に設けられた反射板３４など内
部構造物がパッケージと良好な熱伝導状態をもつ一体構
造にして補償側センサ４２と検出側センサ４３の黒体輻
射時定数を一致させるか、または補償側センサ４２およ
び検出側センサ４３の両方に同じ熱抵抗で反射板３４な
ど内部構造物を設けることで補償側センサ４２と検出側
センサ４３に入射する黒体輻射エネルギーを時間的に一
致させることが可能となり、前述したレーザ出力の急な
変化時にオーバーシュートする課題を解決できる。

【００３９】このようにして、レーザ出力の急な変化時
にオーバーシュートする課題を解決し、外部環境からの
影響を受けることなく正確に精度良くレーザ強度を測定
するレーザパワーモニタを実装し、その出力信号を用い
て励起電源をフィードバック制御することで、レーザ出
力は極めて安定化する。

【００４０】また、請求項７に記載の発明は、請求項３
に記載の解決手段３の発明によるレーザパワーモニタを
有するものである。従って、レーザ光の入射による積分
球の温度上昇に伴う温度ドリフトを抑制し、より正確に
より精度良くレーザ出力を安定化する作用がある。

【００４１】すなわち、従来例として示す図３におい
て、レーザ光の入射による積分球の温度上昇に伴う温度
ドリフトを抑制するには、検出側センサ４３にはレーザ
光と積分球内面の黒体輻射、そして積分球内面の温度に
一致しかつ積分球内面の輻射率に等しい検出側センサ４
３の周囲からの黒体輻射入力されることが求められる。

【００４２】そこで、図３に示したマウント方法による
と補償側センサ４２はセンサパッケージ内面の黒体輻射
を検出することになる。一方、検出側センサは積分球内
面の黒体輻射とレーザ光を反射板３４を用いて効率良く
検出することになる。センサパッケージ内面の黒体輻射
は積分球からセンサマウント４４に伝わり、さらにセン
サパッケージに伝わる熱伝導が主な支配因子であり、こ
の間に積分球とセンサマウント４４間およびセンサマウ
ント４４とセンサパッケージ間の２ケ所に接触熱抵抗を
有する。積分球とセンサマウント４４間は接触面積や熱
伝導性ペーストを用いて熱抵抗の低減が可能であるが、
センサマウントとセンサパッケージ間は有効な熱抵抗低
減方法がない。

【００４３】そこで、補償側センサ４２に入射する黒体
輻射エネルギーを積分球の黒体輻射エネルギーに一致さ
せるため、補償側センサ４２の視野に積分球の温度とほ
ぼ等しいセンサマウントの裏面を入れ、検出側センサ４
３と同様の黒体輻射エネルギーを入射させることで、レ
ーザ光の入射による積分球の温度上昇に伴う温度ドリフ
トを抑制することができる。

【００４４】このようにして、厳密にレーザ光の入射に
よる積分球の温度上昇に伴う温度ドリフトを抑制するこ
とができるレーザパワーモニタを実装し、その出力信号
を用いて励起電源をフィードバック制御することで、レ
ーザ出力は極めて安定化する。

【００４５】また、請求項８に記載の発明は、請求項４
に記載の解決手段４の発明によるレーザパワーモニタを
有するものである。従って、レーザ出力の急な変化時に
オーバーシュートする課題を解決し、外部環境からの影
響を受けることなく正確に精度良くレーザ出力を安定化
させる作用がある。従来例として示す図３を参照しなが
ら説明する。

【００４６】赤外線センサは周囲環境により素子特性が
変化しないように窒素封入され気密パッケージに収めら
れている。レーザ光がセンサに入力されると、多かれ少
なかれセンサ内部の部品やガスも加熱される。レーザ出
力が急に変化すると検出側センサ４３の熱の収支はレー
ザ光の変化と周囲の黒体輻射の変化以外に封入された窒
素ガスによる熱の対流運搬がある。検出孔４５がありレ
ーザ光が入射する検出側センサ４３の場合、周辺には比
較的温かい窒素ガスが存在するため検出側センサ４３自
体も温度が上がりやすい。反面、補償側センサ４２の場
合、加熱源が周囲からの黒体輻射とセンサパッケージと
封入窒素ガスが熱交換した後、窒素ガスの対流で補償側
センサ４２に達した場合に限られる。従って、センサパ
ッケージ内に封入されたガスが対流により均一な温度に
なるまでの間、補償側センサ４２と検出側センサ４３の
検知した温度に微差が発生し、センサ出力がオーバーシ
ュートする。

【００４７】そこで、この影響をなくすためセンサ内部
の封入ガスをないものとし真空パッケージ化すること
で、レーザ出力の急な変化時にオーバーシュートする課
題を解決できる。

【００４８】このようにして、レーザ出力の急な変化時
にオーバーシュートする課題を解決し、外部環境からの
影響を受けることなく正確に精度良くレーザ強度を測定
するレーザパワーモニタを実装し、その出力信号を用い
て励起電源をフィードバック制御することで、レーザ出
力は極めて安定化する。

【００４９】（実施例）以下、図面を用いて本発明の一
実施例について図１を用いて説明する。

【００５０】図１において、１は熱絶縁板、２は遮蔽
板、３は反射防止膜をコーティングしたシリコンなどの
窓材、４は反射板一体構造をもつセンサ本体、５は前述
したセンサ本体４と一体構造となった反射板であり、他
は図３および図４と同じである。本図を用いて本発明の
実施例の構成について説明する。

【００５１】積分球で減衰したレーザ光の一部は、検出
孔４５を通って反射防止膜のコーティングを施したシリ
コンなどの窓材３を通過して赤外線センサ内部に進入す
る。前記赤外線センサ内部ではレーザの入力が変化した
際に反射板５のセンサ本体４への取り付け部の熱抵抗に
より発生する補償側センサ４２と検出側センサ４３に入
力される黒体輻射エネルギーに微差によるセンサ出力信
号のオーバーシュートを防止するため、センサ本体４と
反射板５間の熱抵抗を低減し、センサ本体４と一体構造
を有する反射板５を設置し、レーザ光を検出側センサ４
３に集め、検出側センサ４３でより大きい信号を発生す
るように赤外線センサ全体の感度向上を図っている。補
償側センサ４２は検出側センサ４３と同一パッケージ内
に配置され、補償側センサ４２に入射する黒体輻射エネ
ルギーを積分球の黒体輻射エネルギーに一致させるた
め、補償側センサ４２の視野に積分球の温度とほぼ等し
いセンサマウント４４の裏面が入るよう反射防止膜のコ
ーティングを施したシリコンなどの窓材３を拡大して、
補償側センサ４２と検出側センサ４３に同じ黒体輻射エ
ネルギーを入射する工夫をすると同時に、補償側センサ
４２の視野が検出側センサ４３とほぼ同じになるように
前述と同様センサ本体４と一体構造を有する反射板５が
設置されている。センサ本体４は外部環境の影響および
検出孔４５から入射するレーザ光が内部のガス体の対流
を引き起こし、補償側センサ４２と検出側センサ４３の
検知した温度に微差が発生することによるセンサ出力の
オーバーシュートを考慮して、真空気密パッケージ化さ
れている。

【００５２】このように構成された赤外線センサをセン
サマウント４４に取り付け、固定板３５で固定し、さら
に前記赤外線センサの表面のうち検出孔４５を除く積分
球の内面に露出する部分に熱絶縁板１を介して遮蔽板２
を取り付け、レーザ光によるセンサマウント４４の局所
的な直接加熱を防止すると同時に、センサマウント４４
と積分球間の熱伝導状態を良好に保ちながら熱伝導性ペ
ーストなどを用いて積分球に取り付ける。このように取
り付けることで、積分球からの熱伝導による加熱以外加
熱源を絶つことが可能で、センサマウント４４の温度を
積分球に一致させることが可能で、補償側センサ４２と
検出側センサ４３に同じ黒体輻射エネルギーを入力する
ことができる。

【００５３】このように取り付けられたレーザパワーモ
ニタには、赤外線センサのリード３３に検出回路が接続
される。検出回路は、センサ素子がサーモパイルである
場合、補償側センサ４２と検出側センサ４３の片端を接
続して差電圧を取り出すことでレーザ出力の検出が可能
である。また、正温度抵抗素子（抵抗値変化型）である
場合、補償側センサ４２および検出側センサ４３の片端
に共通の電圧を印加して、各センサの他端に抵抗を取り
付けブリッジ回路を形成し、補償側センサ４２および検
出側センサ４３を並列接続配置にして、各ブリッジ回路
の中間電圧を取り出す検出回路を設けることで、差電圧
を検出しレーザ出力が測定される。

【００５４】以上のように、本発明の実施例を採用する
ことでレーザ光が入力されることに伴い積分球の温度が
上昇するため微小ながら温度ドリフトが発生したり、レ
ーザ出力の急な変化時にオーバーシュートするような挙
動がなくなり、レーザ光の強度を正確に、精度良く、周
囲環境の影響を受けることなく測定することが可能であ
る。また、以上のようにして検出されたレーザ出力を励
起電源にフィードバックして制御することによりレーザ
出力は極めて安定化する。この様子を図２に示す。

【００５５】図２において、（ａ）はレーザ出力指令、
（ｂ）は従来の技術を用いた場合のレーザパワーモニタ
の出力信号、（ｃ）は本発明を実施した場合のレーザパ
ワーモニタの出力信号を示している。本図（ｂ）からも
明らかなように、従来の技術を用いた場合、出力指令値
の変更時にオーバーシュートが観測され、また大出力時
に積分球温度の上昇によるドリフトが顕著に認められ
る。本発明を実施したレーザパワーモニタの出力信号を
示す図２（ｃ）を見ると極めて安定した値が検出されて
おり、レーザ出力指令変更時にもオーバーシュートは認
められず、また大出力時の温度ドリフトもない。

【００５６】

【発明の効果】以上のように本発明は、レーザ光が入力
されることによる積分球の温度上昇に伴う微小な温度ド
リフトやレーザ出力の急な変化時にオーバーシュートす
るという課題を解決するもので、レーザ光の強度を従来
よりも正確に、精度良く、周囲環境の影響を受けること
なく測定する手段を有するレーザーパワーモニタと本レ
ーザパワーモニタを実装してレーザ出力の安定化を図っ
たレーザ発振器の提供を実現するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるレーザパワーモニタ
のセンサマウント部およびセンサ内部の要部側面図

【図２】センサ出力の本発明の例と従来例との比較図

【図３】従来のレーザパワーモニタのセンサマウント部
およびセンサ内部の要部側面図

【図４】従来のレーザパワーモニタの要部断面図

【図５】レーザパワーモニタを用いて励起電源をフィー
ドバック制御するレーザ発振器の説明図

【符号の説明】

１ 熱絶縁板 ２ 遮蔽板 ３ 窓材 ４ センサ本体 ５ 反射板 ３３ リード ３５ 固定板 ４２ 補償側センサ ４３ 検出側センサ ４４ センサマウント ４５ 検出孔

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を積分球に入力して減衰させた
   後、その光の一部を赤外線センサに取り出してレーザ光
   の強度を測定するレーザパワーモニタにおいて、前記赤
   外線センサを良好な熱伝導状態を保ちながら積分球に取
   り付けるとともに、前記赤外線センサの表面のうち検出
   孔を除く積分球の内面に露出する部分に熱絶縁を施した
   遮蔽板を取り付けたことを特徴としたレーザパワーモニ
   タ。
2. 【請求項２】 レーザ光を積分球に入力して減衰させた
   後、その光の一部を赤外線センサに取り出してレーザ光
   の強度を測定するレーザパワーモニタにおいて、前記赤
   外線センサ内部に配置された素子周辺に設けられた反射
   板がパッケージと良好な熱伝導状態をもつ一体構造であ
   るか、または検出側センサおよび検出側センサの両方に
   同じ熱抵抗で設けられている赤外線センサを用いたこと
   を特徴としたレーザパワーモニタ。
3. 【請求項３】 レーザ光を積分球に入力して減衰させた
   後、その光の一部を赤外線センサに取り出してレーザ光
   の強度を測定するレーザパワーモニタにおいて、補償側
   センサの視野に前記赤外線センサを取り付けたセンサマ
   ウントの裏面が入る内部配置を有し、前記補償側センサ
   に前記赤外線センサを取り付けたセンサマウントの裏面
   の黒体輻射を検出させるようにした内部構造をもつ赤外
   線センサを用いたことを特徴としたレーザパワーモニ
   タ。
4. 【請求項４】 レーザ光を積分球に入力して減衰させた
   後、その光の一部を赤外線センサに取り出してレーザ光
   の強度を測定するレーザパワーモニタにおいて、検出側
   センサと補償側センサが同一パッケージ内に同梱された
   赤外線センサを使用し、かつ前記赤外線センサのパッケ
   ージ内部を真空気密パッケージ構造を有している赤外線
   センサを用いたことを特徴としたレーザパワーモニタ。
5. 【請求項５】 レーザ光を積分球に入力して減衰させた
   後、その光の一部を赤外線センサに取り出してレーザ光
   の強度を測定するレーザパワーモニタを実装したレーザ
   発振器において、請求項１に係るレーザパワーモニタを
   実装したレーザ発振器。
6. 【請求項６】 レーザ光を積分球に入力して減衰させた
   後、その光の一部を赤外線センサに取り出してレーザ光
   の強度を測定するレーザパワーモニタを実装したレーザ
   発振器において、請求項２に係るレーザパワーモニタを
   実装したレーザ発振器。
7. 【請求項７】 レーザ光を積分球に入力して減衰させた
   後、その光の一部を赤外線センサに取り出してレーザ光
   の強度を測定するレーザパワーモニタを実装したレーザ
   発振器において、請求項３に係るレーザパワーモニタを
   実装したレーザ発振器。
8. 【請求項８】 レーザ光を積分球に入力して減衰させた
   後、その光の一部を赤外線センサに取り出してレーザ光
   の強度を測定するレーザパワーモニタを実装したレーザ
   発振器において、請求項４に係るレーザパワーモニタを
   実装したレーザ発振器。