JPH1117253A - 固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ｃｗ発振から高繰り返しパルス発振
まで、高出力で効率よく動作する。 【解決手段】一対の共振器ミラー１、２から構成される
レーザ共振器内に配置されたＮｄ：ＹＡＧロッド３を、
ｃｗ発振、パルス発振又はこれらｃｗ発振及びパルス発
振を同時に行って励起する各ｃｗＬＤ５、５´と各Ｑ−
ｃｗＬＤ６、６´とを備えたＬＤ励起モジュール４を設
けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体レーザ媒質を
レーザダイオード（以下、ＬＤと称する）から出力され
る光（以下、ＬＤ光と称する）により励起してレーザ光
を出力する固体レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような固体レーザ装置に用いられる
ＬＤは、温度に対して敏感な特性を有していることか
ら、固体レーザ装置の動作条件に合わせて連続動作する
ｃｗＬＤ（連続波ＬＤ）と、疑似的にパルス動作させる
Ｑ−ｃｗＬＤとがある。

【０００３】これらｃｗＬＤ、Ｑ−ｃｗＬＤをそれぞれ
を仕様の異ならせて動作を行うと、熱的影響により効率
の低下や発振波長のシフトが伴い、破損する可能性が大
きくなる。

【０００４】このような実状から固体レーザ装置では、
同一種類のＬＤを用い、そのＬＤの仕様により装置の最
適な動作条件、特に繰り返し数が決定されている。例え
ば、固体レーザ媒質を励起する手段によって発振するレ
ーザ光の繰り返し数が決まっており、１台の固体レーザ
装置でｃｗ発振から１０ｋＨｚ以上の高繰り返しパルス
発振まで、効率よく発振できない。又、その励起手段に
よりレーザ光のピーク値が固定されている。

【０００５】このような固体レーザ装置を用いた加工応
用として例えば酸化し易いアルミニウム合金等の金属材
料同士を安定して溶接する場合を例にとると、これら金
属材料同士の溶接前に、酸化膜除去を行うことが多い。

【０００６】従って、金属材料同士の溶接をレーザ光を
用いて実施するには、酸化膜を除去するためにピーク出
力の高いパルスレーザ光を金属材料に照射し、次に金属
材料同士の溶接に平均出力の高いｃｗレーザ光を照射す
る工程を行うものとなり、このために酸化膜除去用のピ
ーク出力の高いパルスレーザ光と、溶接用の平均出力の
高いｃｗレーザ光とをそれぞれ出力する２台のレーザ装
置が必要となる。

【０００７】一方、固体レーザ媒質をランプ光で励起す
るランプ励起では、ｃｗ発光のランプとパルス発光のラ
ンプとを１つのランプモジュールに設置することが行わ
れている。

【０００８】このランプ励起の場合、楕円鏡による集光
光学系を用いてランプ光を固体レーザ媒質に集光するこ
とが行われるが、固体レーザ媒質の断面上に形成される
励起分布を同じにすることが難しい。

【０００９】ランプ励起では、ランプ光からレーザ光へ
の変換効率が１％程度と非常に悪く、ｃｗ発光のランプ
とパルス発光のランプとを発光した場合、固体レーザ媒
質に熱レンズ効果が引き起こされるが、この熱レンズ効
果は励起分布の差により違い、発振するレーザ光のモー
ドやビーム方向に影響を与えてしまう。

【００１０】このため、ｃｗ発光とパルス発光とを別々
に行って使用する場合には有効であるが、これらｃｗ発
光とパルス発光とを両方を用いて溶接等に使用する場合
には、レーザ光のビーム位置ずれが生じたり、集光光学
系の制御が難しく、実質的に不可能である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のように固体レー
ザ媒質を励起する手段によって発振するレーザ光の繰り
返し数が決まっており、１台の固体レーザ装置でｃｗ発
振から１０ｋＨｚ以上の高繰り返しパルス発振まで、効
率よく発振できない。

【００１２】このため、例えば金属材料同士の溶接をレ
ーザ光を用いて実施するには、酸化膜除去用のピーク出
力の高いパルスレーザ光と、溶接用の平均出力の高いｃ
ｗレーザ光とをそれぞれ出力する２台のレーザ装置が必
要となる。

【００１３】そこで本発明は、ｃｗ発振から高繰り返し
パルス発振まで、高出力で効率よく動作できる固体レー
ザ装置を提供することを目的とする。又、本発明は、ピ
ーク出力の高いパルスレーザ光及び平均出力の高いｃｗ
レーザ光を１台で出力してレーザ加工できる固体レーザ
装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、レー
ザ共振器内に固体レーザ媒質を配置した固体レーザ装置
において、連続発振する半導体レーザとパルス発振する
半導体レーザとを固体レーザ媒質の周囲に交互に配置
し、これらにより連続発振及びパルス発振を組み合わせ
て固体レーザ媒質を励起する励起モジュールを備えた固
体レーザ装置である。請求項２によれば、請求項１記載
の固体レーザ装置において、レーザ共振器内にＱスイッ
チ素子を配置した。

【００１５】

【発明の実施の形態】

(1) 以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参
照して説明する。図１はＬＤ励起固体レーザ装置の構成
図である。レーザ共振器を構成する一対の共振器ミラー
１、２、例えば高反射ミラー１と出力ミラー２との間に
は、そのレーザ光軸上に固体レーザ媒質３、例えばＮ
ｄ：ＹＡＧロッド３が配置されている。

【００１６】又、一対の共振器ミラー１、２の間には、
ＬＤ励起モジュール４が配置されている。このＬＤ励起
モジュール４は、ｃｗ発振、パルス発振、又はこれらｃ
ｗ発振及びパルス発振を同時に行ってＮｄ：ＹＡＧレー
ザロッド３を励起する機能を有している。

【００１７】具体的にＬＤ励起モジュール４は、ｃｗ発
振するｃｗ発振用励起光源としてのｃｗＬＤ５とパルス
発振するパルス発振用励起光源としてのＱ−ｃｗＬＤ６
とを備え、ｃｗＬＤ５はｃｗＬＤドライバ７により駆動
制御され、Ｑ−ｃｗＬＤ６はＱ−ｃｗＬＤドライバ８に
より駆動制御される構成となっている。

【００１８】これらｃｗＬＤ５及びＱ−ｃｗＬＤ６の配
置は、図２(a) に示すＮｄ：ＹＡＧレーザロッド３の光
軸方向から見た図に示すように、４つのｃｗＬＤ５と４
つのＱ−ｃｗＬＤ６とがＮｄ：ＹＡＧロッド３の円周上
に等間隔で交互に配置されている。

【００１９】又、これと共に同図(b) のＮｄ：ＹＡＧロ
ッド３の側面方向から見た図に示すように、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇロッド３の長手方向に所定間隔ずれた位置に、４つの
ｃｗＬＤ５´と４つのＱ−ｃｗＬＤ６´とがＮｄ：ＹＡ
Ｇロッド３の円周上に等間隔で交互に配置されている。
なお、これらｃｗＬＤ５´と４つのＱ−ｃｗＬＤ６´と
は、４つのｃｗＬＤ５と４つのＱ−ｃｗＬＤ６とに対し
て例えば角度４５°だけ回転させた状態に配置され、各
ｃｗＬＤ５と各Ｑ−ｃｗＬＤ６とが隣合うように配置さ
れている。

【００２０】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。ｃｗＬＤドライバ７のみが駆動すると、
各ｃｗＬＤ５、５´はｃｗ発振し、これらｃｗＬＤ５、
５´から出力されたＬＤ光がＮｄ：ＹＡＧロッド３に照
射され、このＮｄ：ＹＡＧロッド３は励起される。

【００２１】このＮｄ：ＹＡＧロッド３の励起によりそ
の誘導光が一対の共振器ミラー１、２間で共振し、連続
的にレーザ発振が起こる。又、Ｑ−ｃｗＬＤドライバ８
のみが駆動すると、各Ｑ−ｃｗＬＤ６、６´はパルス発
振し、これらＱ−ｃｗＬＤ６、６´から出力された矩形
波状のＬＤ光がＮｄ：ＹＡＧロッド３に照射され、この
Ｎｄ：ＹＡＧロッド３は励起される。

【００２２】このＮｄ：ＹＡＧロッド３の励起によりそ
の誘導光が一対の共振器ミラー１、２間で共振し、パル
ス状にレーザ発振が起こる。又、ｃｗＬＤドライバ７と
Ｑ−ｃｗＬＤドライバ８とが同時に駆動すると、各ｃｗ
ＬＤ５、５´はｃｗ発振するとともに各Ｑ−ｃｗＬＤ
６、６´はパルス発振し、これらｃｗＬＤ５、５´から
出力されたＬＤ光及び各Ｑ−ｃｗＬＤ６、６´から出力
された矩形波状のＬＤ光が共にＮｄ：ＹＡＧロッド３に
照射され、このＮｄ：ＹＡＧロッド３は励起される。

【００２３】このようにＮｄ：ＹＡＧロッド３が励起さ
れると、各ｃｗＬＤ５、５´から出力されたＬＤ光と各
Ｑ−ｃｗＬＤ６、６´から出力された矩形波状のＬＤ光
とを合わせて振幅変調されたレーザ光が出力される。

【００２４】次に上記ＬＤ励起固体レーザ装置を適用し
たレーザ加工方法、例えば金属溶接について図３に示す
レーザ溶接のタイミングチャートに従って説明する。先
ず、ｃｗＬＤドライバ７とＱ−ｃｗＬＤドライバ８とを
同時に駆動し、各ｃｗＬＤ５、５´をｃｗ発振させると
ともに各Ｑ−ｃｗＬＤ６、６´をパルス発振し、これら
ｃｗＬＤ５、５´から出力されたＬＤ光及び各Ｑ−ｃｗ
ＬＤ６、６´から出力された矩形波状のＬＤ光を共にＮ
ｄ：ＹＡＧロッド３に照射し、このＮｄ：ＹＡＧロッド
３を励起する。

【００２５】このようにＮｄ：ＹＡＧロッド３が励起さ
れると、各ｃｗＬＤ５、５´から出力されたＬＤ光と各
Ｑ−ｃｗＬＤ６、６´から出力された矩形波状のＬＤ光
とを合わせて振幅変調されたレーザ光が出力される。

【００２６】この励起開始直後のレーザ光は、ピーク出
力の高いものであり、このレーザ光が金属材料に照射さ
れることにより、冷えている金属材料への入熱が上がっ
て溶け込みが深くなる。

【００２７】引き続き、ｃｗＬＤドライバ７のみを一定
時間だけ駆動し、各ｃｗＬＤ５、５´をｃｗ発振させ、
これらｃｗＬＤ５、５´から出力されたＬＤ光をＮｄ：
ＹＡＧロッド３に照射し、このＮｄ：ＹＡＧロッド３を
励起する。

【００２８】このＮｄ：ＹＡＧロッド３の励起によりそ
の誘導光が一対の共振器ミラー１、２間で共振し、連続
的にレーザ発振が起こる。これにより、一定時間だけ低
ピーク出力のレーザ光が金属材料に照射され、先の高ピ
ーク出力のレーザ光により溶け込みされた深さが一定に
保たれて金属材料が溶融される。この結果、金属材料同
士が溶接される。

【００２９】このように上記第１の実施の形態において
は、レーザ共振器内のＮｄ：ＹＡＧロッド３を、ｃｗ発
振、パルス発振又はこれらｃｗ発振及びパルス発振を同
時に行って励起する各ｃｗＬＤ５、５´と各Ｑ−ｃｗＬ
Ｄ６、６´とを備えたＬＤ励起モジュール４を設けたの
で、各ｃｗＬＤ５、５´のみをｃｗ発振することにより
連続的にレーザ発振を起こすことができ、かつ各Ｑ−ｃ
ｗＬＤ６、６´のみをパルス発振することによりパルス
状にレーザ発振を起こすことができ、さらに各ｃｗＬＤ
５、５´と各Ｑ−ｃｗＬＤ６、６´とを同時に動作させ
ることにより各ｃｗＬＤ５、５´から出力されたＬＤ光
と各Ｑ−ｃｗＬＤ６、６´から出力された矩形波状のＬ
Ｄ光とを合わせて振幅変調されたレーザ光を出力でき
る。

【００３０】又、例えば金属材料を溶接する場合、Ｎ
ｄ：ＹＡＧロッド３をパルス発振するとともにｃｗ発振
により励起し、引き続きＮｄ：ＹＡＧロッド３をｃｗ発
振により励起するので、初めに高いピーク出力で冷えて
いる金属材料への入熱を上げて溶け込みを深くし、引き
続き低ピーク出力のレーザ光で溶け込み高さを変らない
ようにでき、溶接開始当初とその後で溶け込み深さを均
一にでき、効率よく安定した溶接ができる。 (2) 次に本発明の第２の実施の形態について説明する。

【００３１】図４はＬＤ励起固体レーザ装置の構成図で
ある。レーザ共振器を構成する一対の共振器ミラー１、
２、例えば高反射ミラー１と出力ミラー２との間には、
そのレーザ光軸上に２つの固体レーザ媒質、例えばＮ
ｄ：ＹＡＧロッド１０、１１が配置されている。

【００３２】これらＮｄ：ＹＡＧロッド１０、１１のう
ち一方のＮｄ：ＹＡＧロッド１０には、ｃｗ発振を行っ
てＮｄ：ＹＡＧロッド１０を励起する第１の励起モジュ
ール１２が設けられ、他方のＮｄ：ＹＡＧロッド１１に
は、パルス発振を行ってＮｄ：ＹＡＧロッド１０を励起
する第２の励起モジュール１３が設けられている。

【００３３】第１の励起モジュール１２は、ｃｗ発振す
る例えば８つのｃｗＬＤ１４をＮｄ：ＹＡＧロッド１０
の円周に沿って等間隔で配置したものとなっている。こ
れらｃｗＬＤ１４はｃｗＬＤドライバ１５により駆動制
御される構成となっている。

【００３４】又、第２の励起モジュール１３は、パルス
発振する例えば８つのＱ−ｃｗＬＤ１６をＮｄ：ＹＡＧ
ロッド１０の円周に沿って等間隔で配置したものとなっ
ている。これらＱ−ｃｗＬＤ１６はＱ−ｃｗＬＤドライ
バ１７により駆動制御される構成となっている。すなわ
ち、この場合もｃｗＬＤ１４とＱ−ｃｗＬＤ１６とは交
互に配置されているものとなる。

【００３５】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。ｃｗＬＤドライバ１５のみが駆動する
と、第１のＬＤ励起モジュール１２の各ｃｗＬＤ１４は
ｃｗ発振し、これらｃｗＬＤ１４から出力されたＬＤ光
がＮｄ：ＹＡＧロッド１０に照射され、このＮｄ：ＹＡ
Ｇロッド１０は励起される。

【００３６】このＮｄ：ＹＡＧロッド１０の励起により
その誘導光が一対の共振器ミラー１、２間で共振し、連
続的にレーザ発振が起こる。又、Ｑ−ｃｗＬＤドライバ
１７のみが駆動すると、第２のＬＤ励起モジュール１３
の各Ｑ−ｃｗＬＤ１６はパルス発振し、これらＱ−ｃｗ
ＬＤ１６から出力された矩形波状のＬＤ光がＮｄ：ＹＡ
Ｇロッド１１に照射され、このＮｄ：ＹＡＧロッド１１
は励起される。

【００３７】このＮｄ：ＹＡＧロッド１１の励起により
その誘導光が一対の共振器ミラー１、２間で共振し、パ
ルス状にレーザ発振が起こる。又、ｃｗＬＤドライバ１
５とＱ−ｃｗＬＤドライバ１７とが同時に駆動すると、
各ｃｗＬＤ１４はｃｗ発振するとともに各Ｑ−ｃｗＬＤ
１６はパルス発振し、これらｃｗＬＤ１４から出力され
たＬＤ光及び各Ｑ−ｃｗＬＤ１６から出力された矩形波
状のＬＤ光がそれぞれＮｄ：ＹＡＧロッド１０、１１に
照射され、これらＮｄ：ＹＡＧロッド１０、１１は励起
される。

【００３８】このように各Ｎｄ：ＹＡＧロッド１０、１
１がそれぞれ励起されると、連続的なレーザ発振とパル
ス状のレーザ発振とが起こり、これらレーザ発振の変調
されたレーザ光が出力される。

【００３９】次に上記ＬＤ励起固体レーザ装置を適用し
たレーザ加工方法、例えば金属溶接について説明する。
先ず、ｃｗＬＤドライバ１５とＱ−ｃｗＬＤドライバ１
７とを同時に駆動し、各ｃｗＬＤ１４をｃｗ発振させる
とともに各Ｑ−ｃｗＬＤ１６をパルス発振し、このうち
ｃｗＬＤ１４から出力されたＬＤ光をＮｄ：ＹＡＧロッ
ド１０に照射して励起し、これと共に各Ｑ−ｃｗＬＤ１
６から出力された矩形波状のＬＤ光をＮｄ：ＹＡＧロッ
ド１１に照射し、これらＮｄ：ＹＡＧロッド１０、１１
を励起する。

【００４０】これらＮｄ：ＹＡＧロッド１０、１１が励
起されると、連続的なレーザ発振とパルス状のレーザ発
振とが起こり、これらレーザ発振の変調されたピーク出
力のレーザ光が出力される。

【００４１】このピークの高いレーザ光が金属材料に照
射されることにより、冷えている金属材料への入熱が上
がって溶け込みが深くなる。引き続き、ｃｗＬＤドライ
バ１５のみを一定時間だけ駆動し、各ｃｗＬＤ１４をｃ
ｗ発振させ、これらｃｗＬＤ１４から出力されたＬＤ光
をＮｄ：ＹＡＧロッド１０に照射して励起する。

【００４２】このＮｄ：ＹＡＧロッド１０の励起により
その誘導光が一対の共振器ミラー１、２間で共振し、連
続的にレーザ発振が起こる。これにより、一定時間だけ
低ピーク出力のレーザ光が金属材料に照射され、先の高
ピーク出力のレーザ光により溶け込みされた深さが一定
に保たれて金属材料が溶融される。この結果、金属材料
同士が溶接される。

【００４３】このように上記第２の実施の形態において
は、ｃｗ発振してＮｄ：ＹＡＧロッド１０を励起する第
１のＬＤ励起モジュール１２と、パルス発振してＮｄ：
ＹＡＧロッド１１を励起する第２のＬＤ励起モジュール
１２とを配置したので、上記第１の実施の形態と同様
に、各ｃｗＬＤ１４のみをｃｗ発振することによりｃｗ
的にレーザ発振を起こすことができ、かつ各Ｑ−ｃｗＬ
Ｄ１６のみをパルス発振することによりパルス状にレー
ザ発振を起こすことができ、さらに各ｃｗＬＤ１４と各
Ｑ−ｃｗＬＤ１６とを同時に動作させることにより振幅
変調されたレーザ光を出力できる。

【００４４】又、例えば金属材料を溶接する場合、初め
に高いピーク出力で冷えている金属材料への入熱を上げ
て溶け込みを深くし、引き続き低ピーク出力のレーザ光
で溶け込み高さを変らないようにでき、溶接開始当初と
その後で溶け込み深さを均一にでき、効率よく安定した
溶接ができる。 (3) 次に本発明の第３の実施の形態について説明する。
なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。

【００４５】図５はＬＤ励起固体レーザ装置の構成図で
ある。レーザ共振器内のレーザ光軸上には、音響光学的
Ｑスイッチ素子（以下、ＡＯ−Ｑスイッチ素子）２０が
配置され、ＡＯ−Ｑスイッチドライバ２１によりスイッ
チング動作制御される構成となっている。

【００４６】なお、ＬＤ励起モジュール４は、上記同様
に、ｃｗＬＤ５とＱ−ｃｗＬＤ６とを備え、ｃｗＬＤ５
はｃｗＬＤドライバ７により駆動制御され、Ｑ−ｃｗＬ
Ｄ６はＱ−ｃｗＬＤドライバ８により駆動制御される構
成となっている。

【００４７】これらｃｗＬＤ５及びＱ−ｃｗＬＤ６の配
置は、４つのｃｗＬＤ５と４つのＱ−ｃｗＬＤ６とがＮ
ｄ：ＹＡＧロッド３の円周上に等間隔で交互に配置され
ている。

【００４８】又、これと共に、Ｎｄ：ＹＡＧロッド３の
長手方向に所定間隔ずれた位置に、４つのｃｗＬＤ５´
と４つのＱ−ｃｗＬＤ６´とがＮｄ：ＹＡＧロッド３の
円周上に等間隔で交互に配置されている。なお、これら
ｃｗＬＤ５´と４つのＱ−ｃｗＬＤ６´とは、４つのｃ
ｗＬＤ５と４つのＱ−ｃｗＬＤ６とに対して例えば角度
４５°だけ回転させた状態に配置され、各ｃｗＬＤ５と
各Ｑ−ｃｗＬＤ６とが隣合うように配置されている。

【００４９】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて図６のＬＤの励起出力とＱスイッチ動作のレーザ発
振出力を示す図を参照して説明する。例えば、繰り返し
数ｆが１ｋＨｚまでは、効率のよい各Ｑ−ｃｗＬＤ６の
ＬＤ光のみの励起が行われる。

【００５０】すなわち、Ｑ−ｃｗＬＤドライバ８のみが
駆動すると、各Ｑ−ｃｗＬＤ６、６´はパルス発振し、
これらＱ−ｃｗＬＤ６、６´から出力された矩形波状の
ＬＤ光がＮｄ：ＹＡＧロッド３に照射され、このＮｄ：
ＹＡＧロッド３を励起する。

【００５１】これと共にＡＯ−Ｑスイッチ素子２０がＡ
Ｏ−Ｑスイッチドライバ２１によりスイッチング動作制
御される。このＡＯ−Ｑスイッチ素子２０のスイッチン
グ動作は、Ｎｄ：ＹＡＧロッド３の励起直後に同期して
開放となる。

【００５２】従って、ＡＯ−Ｑスイッチ素子２０が開放
される毎に、一対の共振器ミラー１、２間での損失が低
下し、Ｎｄ：ＹＡＧロッド３の励起による誘導光が一対
の共振器ミラー１、２間で共振し、パルス状にレーザ発
振が起こる。

【００５３】次に、繰り返し数ｆが１ｋＨｚ〜５ｋＨｚ
の間では、各ｃｗＬＤ５及び各Ｑ−ｃｗＬＤ６の両方の
各ＬＤ光による励起が行われる。すなわち、ｃｗＬＤド
ライバ７とＱ−ｃｗＬＤドライバ８とが同時に駆動する
と、各ｃｗＬＤ５、５´はｃｗ発振するとともに各Ｑ−
ｃｗＬＤ６、６´はパルス発振し、これらｃｗＬＤ５、
５´から出力されたＬＤ光及び各Ｑ−ｃｗＬＤ６、６´
から出力された矩形波状のＬＤ光が共にＮｄ：ＹＡＧロ
ッド３に照射され、このＮｄ：ＹＡＧロッド３は励起さ
れる。

【００５４】従って、ＡＯ−Ｑスイッチ素子２０が開放
されたとき、一対の共振器ミラー１、２間での損失が低
下し、各ｃｗＬＤ５、５´から出力されたＬＤ光と各Ｑ
−ｃｗＬＤ６、６´から出力された矩形波状のＬＤ光と
を合わせて振幅変調されたパルス状のレーザ光が出力さ
れる。

【００５５】次に、繰り返し数ｆが５ｋＨｚ以上では、
各ｃｗＬＤ５のみのＬＤ光による励起が行われる。すな
わち、ｃｗＬＤドライバ７のみが駆動すると、各ｃｗＬ
Ｄ５、５´はｃｗ発振し、これらｃｗＬＤ５、５´から
出力されたＬＤ光がＮｄ：ＹＡＧロッド３に照射され、
このＮｄ：ＹＡＧロッド３は励起される。

【００５６】従って、ＡＯ−Ｑスイッチ素子２０が開放
されたとき、一対の共振器ミラー１、２間での損失が低
下し、Ｎｄ：ＹＡＧロッド３の励起による誘導光が一対
の共振器ミラー１、２間で共振し、パルス状にレーザ発
振が起こる。

【００５７】以上のように各ｃｗＬＤ５、５´と各Ｑ−
ｃｗＬＤ６、６´とを選択してＮｄ：ＹＡＧロッド３に
対する励起ができ、低繰り返し数から高繰り返し数ま
で、効率よく高い出力（平均出力、ピーク出力）が得ら
れる。

【００５８】ここで、上記固体レーザ装置と従来装置と
の動作条件（繰り返し数）による性能比較をすると、図
７は従来装置によるｃｗＬＤのみで励起したＱスイッチ
素子の繰り返し数を変えて動作した場合のレーザ出力を
示す。この従来装置では、Ｎｄ：ＹＡＧロッドの上準位
の寿命時間は約２００μsec であり、５ｋＨｚ以下の繰
り返し数ではレーザ発振の平均出力は小さく効率は悪
い。

【００５９】図８は従来装置によるＱ−ｃｗＬＤのみで
励起したＱスイッチ素子の繰り返し数を変えて動作した
場合のレーザ出力を示す。この従来装置では、Ｑ−ｃｗ
ＬＤの動作デューティは最大２０％が現状である。この
ため、１ｋＨｚ以下の繰り返し数では励起するＬＤの発
光時間をＮｄ：ＹＡＧロッドの上準位の寿命時間約２０
０μsec に合わせられるため、効率よくレーザ発振がで
きる。

【００６０】しかしながら、１ｋＨｚ以上の繰り返し数
では、励起するＱ−ｃｗＬＤのパルス幅を短くする必要
があり、１パルスごとの励起出力が低下し、効率の低下
を伴う。

【００６１】従って、上記ＬＤ固体レーザ装置は、従来
装置よりも低繰り返し数から高繰り返し数まで、効率よ
く高い出力が得られることが分かる。次に上記ＬＤ固体
レーザ装置を適用してメッキや塗装などの表面処理され
た金属材料や酸化した金属材料を溶接する場合について
説明する。

【００６２】図９はメッキや塗装などの表面処理された
金属材料や酸化した金属材料を溶接する場合のＬＤ動作
とレーザ発振のタイミングチャートを示す。アルミニウ
ム合金のような金属の場合、大気中で酸化しやすい。こ
のような酸化物は、融点が母材（アルミニウム）に比べ
て高いため溶融するのに多くの入熱が必要になる。

【００６３】又、溶接部に酸化物が混入すると、溶接部
の接着力のばらつきが多くなり、安定した信頼性の高い
溶接ができない。このような実状から溶接を安定して行
うには、事前に酸化物を除去する必要がある。

【００６４】従って、上記ＬＤ固体レーザ装置を適用し
て溶接する場合、先ず、第１の工程において、Ｑ−ｃｗ
ＬＤドライバ８のみを駆動して各Ｑ−ｃｗＬＤ６、６´
をパルス発振し、これらＱ−ｃｗＬＤ６、６´から出力
された矩形波状のＬＤ光をＮｄ：ＹＡＧロッド３に照射
し、このＮｄ：ＹＡＧロッド３を励起する。

【００６５】これと共にＡＯ−Ｑスイッチ素子２０をＡ
Ｏ−Ｑスイッチドライバ２１によりスイッチング動作制
御される。このＡＯ−Ｑスイッチ素子２０のスイッチン
グ動作は、Ｎｄ：ＹＡＧロッド３の励起直後に同期して
開放となる。

【００６６】このようにＡＯ−Ｑスイッチ素子２０が開
放される毎に、一対の共振器ミラー１、２間での損失が
低下し、Ｎｄ：ＹＡＧロッド３の励起による誘導光が一
対の共振器ミラー１、２間で共振し、パルス状にレーザ
発振が起こる。

【００６７】このようなパルス状のレーザ光が金属材料
に照射されることにより、金属材料の酸化物が除去され
る。この第１の加工工程の酸化物除去の後、ｃｗＬＤド
ライバ７のみを駆動し、各ｃｗＬＤ５、５´をｃｗ発振
し、これらｃｗＬＤ５、５´から出力されたＬＤ光をＮ
ｄ：ＹＡＧロッド３に照射し、このＮｄ：ＹＡＧロッド
３を励起する。

【００６８】このＮｄ：ＹＡＧロッド３の励起による誘
導光が一対の共振器ミラー１、２間で共振し、連続的な
レーザ発振が起こる。このような連続的なレーザ光が金
属材料に照射されることにより、金属材料の溶接が行わ
れる。

【００６９】このように上記ＬＤ固体レーザ装置を適用
すれば、ＡＯ−Ｑスイッチ素子２０による高ピーク出力
からｃｗ出力のレーザ光を出力できるので、１台の装置
で溶接ができ、酸化物除去の後、直ぐに溶接ができ、安
定性が向上できる。

【００７０】又、必要な光学系も簡便な構成で部品数も
少なくでき、狭いスペースで作業ができる。そのうえ、
光軸ズレの問題もない。

【００７１】次に、上記ＬＤ固体レーザ装置を適用して
非常にピーク出力の高いＱスイッチ動作と低ピーク出力
のｃｗ動作を連続して行う場合について図１０に示すタ
イミングチャートを参照して説明する。

【００７２】先ず、ｃｗＬＤドライバ７とＱ−ｃｗＬＤ
ドライバ８とを同時に駆動し、各ｃｗＬＤ５、５´をｃ
ｗ発振するとともに各Ｑ−ｃｗＬＤ６、６´をパルス発
振し、これらｃｗＬＤ５、５´から出力されたＬＤ光及
び各Ｑ−ｃｗＬＤ６、６´から出力された矩形波状のＬ
Ｄ光を共にＮｄ：ＹＡＧロッド３に照射し、このＮｄ：
ＹＡＧロッド３を励起する。

【００７３】このようにＮｄ：ＹＡＧロッド３を励起し
た直後、ＡＯ−Ｑスイッチ素子２０をスイッチング動作
させて開放する。このＡＯ−Ｑスイッチ素子２０の開放
により、一対の共振器ミラー１、２間での損失が低下
し、各ｃｗＬＤ５、５´から出力されたＬＤ光と各Ｑ−
ｃｗＬＤ６、６´から出力された矩形波状のＬＤ光とを
合わせて振幅変調された高いピーク出力のレーザ光が出
力される。

【００７４】引き続き、ｃｗＬＤドライバ７のみを一定
時間だけ駆動し、各ｃｗＬＤ５、５´をｃｗ発振し、こ
れらｃｗＬＤ５、５´から出力されたＬＤ光をＮｄ：Ｙ
ＡＧロッド３に照射し、このＮｄ：ＹＡＧロッド３を励
起する。なお、この間ＡＯ−Ｑスイッチ素子２０は開放
されている。

【００７５】このＮｄ：ＹＡＧロッド３の励起による誘
導光が一対の共振器ミラー１、２間で共振し、一定時間
連続的なレーザ発振が起こる。このようにＡＯ−Ｑスイ
ッチ素子２０の開放直後にピーク出力が高く、続いてＡ
Ｏ−Ｑスイッチ素子２０の開放している一定時間に低ピ
ーク出力のレーザ光を出力するので、このレーザ光を用
いれば、例えば重ねた２枚の金属材料に対し、上部の金
属材料に穴開け加工を行い、この後に酸化しないうちに
溶接する加工処理ができる。

【００７６】このように上記第３の実施の形態において
は、レーザ共振器内にｃｗ発振、パルス発振してＮｄ：
ＹＡＧロッド３を励起するＬＤ励起モジュール４とＡＯ
−Ｑスイッチ素子２０を配置したので、各ｃｗＬＤ５、
５´と各Ｑ−ｃｗＬＤ６、６´とを選択してＮｄ：ＹＡ
Ｇロッド３に対する励起ができることで、任意の波形の
レーザ出力を簡単に得ることができ、かつ低繰り返し数
から高繰り返し数まで、効率よく高い出力（平均出力、
ピーク出力）が得られる。

【００７７】又、ＡＯ−Ｑスイッチ素子２０による高ピ
ーク出力からｃｗ出力のレーザ光を出力できる、１台の
装置で溶接ができ、酸化物除去の後、直ぐに溶接がで
き、安定性が向上できる。

【００７８】又、先ずピーク出力が高く、続いて一定時
間だけ低ピーク出力のレーザ光を出力するので、例えば
重ねた２枚の金属材料に対し、上部の金属材料に穴開け
加工を行い、この後に酸化しないうちに溶接する加工処
理ができる。

【００７９】なお、本発明は、上記第１〜第３の実施の
形態に限定されるものでなく次の通り変形してもよい。
例えば、図１１に示すように上記第２の実施の形態に示
すＬＤ励起固体レーザ装置におけるレーザ共振器のレー
ザ光軸上にＡＯ−Ｑスイッチ素子２０を配置し、これを
ＡＯ−Ｑスイッチドライバ２１によりスイッチング動作
するように構成してもよい。

【００８０】このような構成であれば、例えば、繰り返
し数ｆが１ｋＨｚまでは、効率のよい第２のＬＤ励起モ
ジュール１３の矩形波状のＬＤ光のみの励起が行われ
る。すなわち、Ｑ−ｃｗＬＤドライバ１７のみが駆動す
ると、各Ｑ−ｃｗＬＤ１６はパルス発振し、これらＱ−
ｃｗＬＤ１６から出力された矩形波状のＬＤ光がＮｄ：
ＹＡＧロッド１１に照射され、このＮｄ：ＹＡＧロッド
１１は励起される。

【００８１】これと共にＡＯ−Ｑスイッチ素子２０がＡ
Ｏ−Ｑスイッチドライバ２１によりスイッチング動作制
御される。このＡＯ−Ｑスイッチ素子２０のスイッチン
グ動作は、Ｎｄ：ＹＡＧロッド１１の励起直後に同期し
て開放となる。

【００８２】従って、ＡＯ−Ｑスイッチ素子２０が開放
される毎に、一対の共振器ミラー１、２間での損失が低
下し、Ｎｄ：ＹＡＧロッド１１の励起による誘導光が一
対の共振器ミラー１、２間で共振し、パルス状にレーザ
発振が起こる。

【００８３】次に、繰り返し数ｆが１ｋＨｚ〜５ｋＨｚ
の間では、第１及び第２のＬＤ励起モジュール１２、１
３の両方でそれぞれＮｄ：ＹＡＧロッド１０、１１に対
する励起が行われる。

【００８４】すなわち、ｃｗＬＤドライバ１５とＱ−ｃ
ｗＬＤドライバ１７とが同時に駆動すると、各ｃｗＬＤ
１４はｃｗ発振するとともに各Ｑ−ｃｗＬＤ１６はパル
ス発振し、このうちｃｗＬＤ１４から出力されたＬＤ光
がＮｄ：ＹＡＧロッド１０に照射されてこのＮｄ：ＹＡ
Ｇロッド１０を励起し、これと共に各Ｑ−ｃｗＬＤ１６
から出力された矩形波状のＬＤ光がＮｄ：ＹＡＧロッド
１１に照射されてこのＮｄ：ＹＡＧロッド１１を励起す
る。

【００８５】しかるに、ＡＯ−Ｑスイッチ素子２０が開
放されたとき、一対の共振器ミラー１、２間での損失が
低下し、各ｃｗＬＤ１４から出力されたＬＤ光と各Ｑ−
ｃｗＬＤ１６から出力された矩形波状のＬＤ光とを合わ
せて振幅変調されたパルス状のレーザ光が出力される。

【００８６】次に、繰り返し数ｆが５ｋＨｚ以上では、
各ｃｗＬＤ１４のみのＬＤ光による励起が行われる。す
なわち、ｃｗＬＤドライバ１５のみが駆動し、各ｃｗＬ
Ｄ１４はｃｗ発振し、これらｃｗＬＤ１４から出力され
たＬＤ光がＮｄ：ＹＡＧロッド１０に照射され、このＮ
ｄ：ＹＡＧロッド１０は励起される。

【００８７】従って、ＡＯ−Ｑスイッチ素子２０が開放
されたとき、一対の共振器ミラー１、２間での損失が低
下し、Ｎｄ：ＹＡＧロッド３の励起による誘導光が一対
の共振器ミラー１、２間で共振し、パルス状にレーザ発
振が起こる。

【００８８】このようなＬＤ固体レーザ装置であれば、
上記第３の実施の形態と同様に、第１又は第２のＬＤ励
起モジュール１２、１３を選択してＮｄ：ＹＡＧロッド
１０、１１に対する励起ができることで、任意の波形の
レーザ出力を簡単に得ることができ、かつ低繰り返し数
から高繰り返し数まで効率よく高い出力が得られる。

【００８９】又、このＬＤ固体レーザ装置を溶接に適用
すれば、台の装置で溶接ができ、酸化物除去の後、直ぐ
に溶接ができ、安定性が向上できる。さらに、先ずピー
ク出力が高く、続いて一定時間だけ低ピーク出力のレー
ザ光を出力するので、例えば重ねた２枚の金属材料に対
し、上部の金属材料に穴開け加工を行い、この後に酸化
しないうちに溶接する加工処理ができる。

【００９０】又、上記第１〜第３の実施の形態では、固
体レーザ媒質としてＮｄ：ＹＡＧロッドを用い、Ｑスイ
ッチ素子としてＡＯ−Ｑスイッチ素子を用いたが、これ
に限定されるものでなくｃｗ発振やノーマルパルス発
振、Ｑスイッチ発振が行うことができるものであれば、
材料、材質、Ｑスイッチング方式に左右されるものでな
い。

【００９１】固体レーザ媒質をロッド形状にし、このロ
ッドの側面の８方向からＬＤ光により励起したが、レー
ザ発振するように励起できるのであれば、ロッドの端面
励起などの励起方式や励起方向の数、ＬＤ数、ｃｗＬＤ
とＱ−ｃｗＬＤの割合、スラブレーザなどの発振方式に
左右されるものでない。

【００９２】又、ＡＯ−Ｑスイッチ素子２０の発振時の
繰り返し数により励起ＬＤの切り替えを１ｋＨｚと５ｋ
Ｈｚとで行ったが、これは固体レーザ媒質の種類や動作
条件により切り替えに最適な繰り変え数に変更すればよ
い。

【００９３】又、酸化膜等の被膜のある金属材料の溶接
について説明したが、レーザ加工する過程で、ピーク出
力の違うレーザ光が必要なレーザ加工であれば適用で
き、そのレーザ加工を１台の固体レーザ装置で実施でき
る。

【００９４】

【発明の効果】以上詳記したように本発明の請求項１、
２によれば、ｃｗ発振から高繰り返しパルス発振まで、
高出力で効率よく動作できる固体レーザ装置を提供でき
る。又、本発明の請求項１、２によれば、連続的にレー
ザ発振、パルス状にレーザ発振を起こし、さらに連続な
ＬＤ光と矩形波状のＬＤ光とを合わせて振幅変調された
レーザ光を出力できる固体レーザ装置を提供できる。

【００９５】又、本発明の請求項１、２によれば、ピー
ク出力の高いパルスレーザ光及び平均出力の高いｃｗレ
ーザ光を１台で出力してレーザ加工できる固体レーザ装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるＬＤ励起固体レーザ装置の第１
の実施の形態を示す構成図。

【図２】ＬＤ励起モジュールにおけるｃｗＬＤ及びＱ−
ｃｗＬＤの配置図。

【図３】同装置を適用したレーザ溶接のタイミングチャ
ート。

【図４】本発明に係わるＬＤ励起固体レーザ装置の第２
の実施の形態を示す構成図。

【図５】本発明に係わるＬＤ励起固体レーザ装置の第３
の実施の形態を示す構成図。

【図６】ＬＤの励起出力とＱスイッチ動作のレーザ発振
出力を示す図。

【図７】同装置と従来装置との動作条件による性能比較
をするための従来装置のレーザ出力を示す図。

【図８】同装置と従来装置との動作条件による性能比較
をするための従来装置のレーザ出力を示す図。

【図９】金属材料を溶接する場合のＬＤ動作とレーザ発
振のタイミングチャート。

【図１０】ピーク出力の高いＱスイッチ動作と低ピーク
出力のｃｗ動作を連続して行う場合のタイミングチャー
ト。

【図１１】ＬＤ励起固体レーザ装置の変形例を示す構成
図。

【符号の説明】

１，２…共振器ミラー（高反射ミラー，出力ミラー）、 ３，１０，１１…Ｎｄ：ＹＡＧロッド、 ４，１２，１３…ＬＤ励起モジュール、 ５，５´，１４…ｃｗＬＤ、 ６，６´，１６…Ｑ−ｃｗＬＤ、 ７，１５…ｃｗＬＤドライバ、 ８，１７…Ｑ−ｃｗＬＤドライバ、 ２０…ＡＯ−Ｑスイッチ素子、 ２１…ＡＯ−Ｑスイッチドライバ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ共振器内に固体レーザ媒質を配置
   した固体レーザ装置において、 連続発振する半導体レーザとパルス発振する半導体レー
   ザとを前記固体レーザ媒質の周囲に交互に配置し、これ
   らにより連続発振及びパルス発振を組み合わせて前記固
   体レーザ媒質を励起する励起モジュールを備えたことを
   特徴とする固体レーザ装置。
2. 【請求項２】 前記レーザ共振器内にＱスイッチ素子を
   配置したことを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装
   置。