JPS63305577A

JPS63305577A - レ−ザ発振装置

Info

Publication number: JPS63305577A
Application number: JP14091987A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Miyazaki; 宮崎　俊秋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-06-05
Filing date: 1987-06-05
Publication date: 1988-12-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、レーザ光の出力強度をフィードバック制御す
るようにしたレーザ発振装置に関する。

（従来の技術）例えば炭酸ガスレーザ発振装置においては、運転開始時
における主としてレーザガスの温度変化或はレーザ共振
器構成部品の温度変化、並びに運転中におけるレーザガ
ス供給に伴うレーザガスの濃度変化等に起因して、出力
されるレーザ光の出力強度が周期的に変化している。こ
れに対して、近年、レーザ光の出力強度を所定値に保持
するようにフィードバック制御したものが供されており
、このものの−例を第４図に示す。この第４図において
、１は出力ミラー、２は部分反射ミラーであり、これら
から安定形共振器３が構成されている。

ここで、部分反射ミラー２は１％程度のレーザ光を透過
するようになっており、この透過レーザ光を受光するよ
うに熱感応形の受光器４が設けられている。これによっ
て、共振器３からのレーザ光の一部をモニター光として
取出し、このモニター光を受光した受光器４から出力さ
れる検出信号に基づいて図示しないレーザ電源をフィー
ドパ・ソク制御し、以て出力ミラー１から出力されるレ
ーザ光の出力強度を所定値に保持している。

ところが、大出力の不安定形共振器においては、出力さ
れるレーザ光と上記モニター光との間には比例（線形）
関係がないので、このようなモニター光を受光した受光
器４からの検出信号に基づいてレーザ光の出力強度を所
定値に保持するようにレーザ電源をフィードバック制御
することが困難であるという問題がある。この問題を解
決するものとして、第５図に示すものが供されている。

この第５図において、５は高反射率を有する材質製の略
バー状をなす回転チジッパで、これは大出力の不安定形
共振器から出力されたレーザ光を機械的にチジッピング
して、上記レーザ光のうちデユーティ比で１〜２％程度
をモニター光として反射させるようになっている。６は
回転チョッパ５からの反射レーザ光を受光する受光器で
あり、この受光ｒＡ６から出力された検出信号に基づい
てレーザ電源をフィードバック制御している。このもの
においては、レーザ光から直接的に反射レーザ光を取出
しているから、レーザ光と反射レーザ光との間に線形関
係が成立するため、フィードバック３ｉｑ御が容易にな
る。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記従来構成では、レーザ光を回転チョ
ッパ５により一部切断する構成であるから、第６図に示
すようにレーザ光に傷が生じるという欠点がある。また
、パルス状のレーザ光を出力するレーザ発振装置におい
ては、レーザ光のパルス発振周期に回転チョッパ５の回
転周期を同期させる必要があり、特に、パルス発振周期
を変化させる場合に常にデユーティ比を１〜２％程度に
なるように回転チジッパ５を同期させることは極めて困
難であるという問題点もある。

そこで、本発明の目的は、レーザ発振手段から出力され
るレーザ光の出力強度を正確にフィードバック制御でき
、しかも、レーザ光に傷が生じることを防市できると共
に制御を簡単化できるレーザ発振装置を提供するにある
。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明のレーザ発振装置は、レーザ光を出力するレーザ
発振手段の出力側に前記レーザ光を透過レーザ光と反射
レーザ光とに分光するビームスプリッタを設けると共に
、このビームスブリブタの反射側に前記戊射レーザ光を
Ｐ偏光レーザ光成分とＳ偏光レーザ光成分とに分光する
ブリュスタ板を設け、更に、前記Ｐ偏光レーザ光成分及
びＳ偏光レーザ光成分を夫々受光してその受光に応じた
Ｐ偏光強度信号及びＳ偏光強度信号を出力するＰ偏光受
光手段及びＳ偏光受光手段を設け、これによって前記Ｐ
偏光強度信号及びＳ偏光強度信号に基づいて前記レーザ
光の出力強度をフィードバック制御するようにしたとこ
ろに特徴を有する。

（作用）レーザ発振手段から出力されたレーザ光がビームスプリ
ッタによって透過レーザ光と反射レーザ光とに分光され
た後、該反射レーザ光がブリュスタ板によってＰ偏光レ
ーザ光成分とＳ偏光レーザ光成分とに分光される。この
場合、レーザ光には偏光面のゆらぎがあるため、反射レ
ーザ光の出力強度が一定であってもビームスプリッタの
反射率が変化して上記反射レーザ光の強度が変化する。

これに対して、ブリュスタ板により分光されたＰ偏光レ
ーザ光成分及びＳ偏光レーザ光成分と、レーザ光との間
は、上述の偏光面のゆらぎを無視できるようになって路
線形関係が成立する。従って、Ｐ偏光受光手段及びＳ偏
光受光手段によって前記Ｐ偏光レーザ光成分及びＳ偏光
レーザ光成分を夫々受光して、その受光に応じたＰ偏光
強度信号及びＳ偏光強度信号を検出する。そして、これ
らＰ偏光強度信号及びＳ偏光強度信号に基づいて前記レ
ーザ光の出力強度をフィードバック制御するものであり
、これによりレーザ光の出力強度を例えば所定値に正確
に保持できるようになる。

（実施例）以下、本発明の一実施例につき第１図乃至第３図を参照
しながら説明する。

まず、全体の概略的ブロック構成を示す第２図において
、１１はレーザ電源、１２はレーザ発振手段たるレーザ
発振器であり、このレーザ発振器１２はレーザ電源１１
からの電源出力を受けてレーザ光Ａを出力する。１３は
モニター装置で、これは、レーザ発振器１２からのレー
ザ光Ａを受けてその大部分を透過レーザ光Ｂとして透過
させると共に、Ｐ偏光強度信号Ｓ＋３Ｐ及びＳｉＱ光強
度信号５Ｉ３８を出力するようになっている。このモニ
ター装置１３の詳細については後述する。１４は光出力
補正演算器で、これは上記Ｐ偏光強度信号５Ｉ３ｐ及び
Ｓ偏光強度信号Ｓ　＋３　Ｓ　ｓ並びにＵ準電圧信号Ｓ
ｖを受けて補正信号Ｓ　１４を出力するようになってい
る。１５は補正回路で、これは、上記基／＄電圧信号Ｓ
ｖ及び光出力補正演算器１４からの補正信号Ｓ　１４を
受けて、該補正信号Ｓｌに応じて補正された制御信号Ｓ
　＋５を前記レーザ電源１１に与えるようになっている
。これによって、レーザ電源１１は、制御信号Ｓ　＋５
に応じた電源出力をレーザ発振器１２に与えることによ
り、レーザ発振器１２から出力されるレーザ光Ａの出力
強度が所定値になるように制御するものである。

さて、前記モニター装置１３について、第１図に従って
詳述する。この第１図において、１６は前記レーザ発振
器１２の出力側に設けられたビームスプリッタで、これ
は、レーザ光振器１２からのレーザ光Ａを所定の入射角
例えば１５″で受けて、該レーザ光Ａを透過レーザ光Ｂ
と反射レーザ光Ｃとに分光するようになっている。この
ビームスプリッタ１６は、例えばＺｎ５ｅを基材として
構成され、そのレーザ先人入射側の而に反射率が例えば
１％程度に設定された誘電体被膜１６ａがコーティング
されていると共に、透過レーザ光Ｂ透過側の面に反射防
止膜１６ｂがコーティングされている。これにより、レ
ーザ光Ａのうち９９％程度が透過レーザ光Ｂとしてビー
ムスプリッタ１６を透過し、レーザ光Ａのうち１％程度
が反射レーザ光Ｃとしてビームスプリッタ１６を反射す
るようになっている。尚、ビームスプリッタ１６は、所
謂エタロン効果を防止するため、その両面即ち誘電体被
膜１６ａがコーティングされた面と反射防止膜１６ｂが
コーティングされた面とが、完全・１４行に設定される
のではなく、適当なウェッジ角を何するように設定され
ている。１７は上記ビームスプリッタ１６の反射側に設
けられたブリュスタ板で、これは、ビームスプリッタ１
６によって反射された反射レーザ光Ｃをブリュスタ角（
この場合６７．４’）に等しい入射角で受けて、該反射
レーザ光ＣをＰ偏光レーザ光成分りとＳ偏光レーザ光成
分Ｅとに分光するようになっている。ここで、ブリュス
タ板１７は、例えばＺｎ５ｅを基材として構成されてお
り、その裏面側（反射レーザ光Ｃが入射する側と反対側
の面）には反射防止膜１７ａがコーティングされている
。これにより、反射レーザ光ＣのうちＰ偏光レーザ光成
分りがブリュスタ板１７を透過し、Ｓ偏光レーザ光成分
Ｅがブリュスタ板１７によって反射されるようになって
いる。１８及び１９は各々感熱形のＰ偏光受光手段及び
Ｓ偏光受光手段で、これらは、上記Ｐ偏光レーザ光成分
り及びＳ偏光レーザ光成分Ｅを夫々受光するように設け
られており、その受光に応じてＰ偏光強度信号５Ｉ３ｐ
及びＳ偏光強度信号５Ｉ３８を夫々出力するようになっ
ている。

次に、上記構成の作用を第３図も参照しながら説明する
。

第１図において、ビームスプリッタ１６によって反射さ
れた反射レーザ光Ｃの強度１ｒは、入射レーザ光である
レーザ光Ａの偏光の角度によって変動するという特性が
ある。この場合、ビームスプリッタ１６におけるＰ偏光
反射率をＲｐ、Ｓ偏光反射率をＲｓとすると、反射レー
ザ光Ｃの強度Ｉｒの変動率βは、 β−（Ｒｓ−Ｒｐ）／　１（Ｒｓ＋Ｒｐ）／２１で定義
される。ここで、Ｐ偏光反射率Ｒｐ及びＳ偏光反射率Ｒ
ｓはレーザ光Ａの入射角に対して第３図に示すように変
化するため、入射角１５″のとき変動率１１．５％、入
射角１０″のとき変動率５．３％というように計算され
、上記強度１ｒの誤差は入射角を小さくすればそれに応
じて小さくなる。ところが、レーザ光Ａには偏光面のゆ
らぎが存在するので、レーザ光Ａの出力強度１ａが一定
であっても上記偏光面のゆらぎにより反射し−ザ光Ｃの
強度Ｉ「が変動し、この強度１ｒに原理的な誤差が生じ
ることが避けられない。従って、仮に１ユ記反射レーザ
光Ｃを直接受光手段によって検出しても、その検出によ
って得られた強度はレーザ光Ａの出力強度１ａと線形関
係になく、該出力強度１ａをモニターすることができな
いという事情下にある。

これに対して、一般的な光学理論によれば、偏光した強
度■ａなるレーザ光Ａは、強度ｌａｐなるＰ（Ｉｌｉ光
レーザ光成分と強度１ａｓなるＳ偏光レーザ光成分の和
であると考えられる。同様にして、強度１ｒなる反射レ
ーザ光Ｃは、強度１　ｒｐなるＰ偏光レーザ光成分と強
度１ｒｓなるＳ偏光レーザ光成分の和となり、下記の大
群（１）が成立する。

１ａ＝Ｉａｐ＋ｌａｓ　　　　　　　　　　　　　　（
１）ｌｒｐ＝Ｒｐ’ｌａｐ、１ｒｓ−Ｒｓ’１ａｓ（但
し、Ｒｐ’　、Ｒｓ’　は実際のビームスプリッタ１６
におけるＰ偏光レーザ光成分、Ｓ偏光レーザ光成分に対
する各反射率である。）式群（１）を変形すると、Ｉａ−（Ｉｒｐ／Ｒｐ’）＋（ｌｒｓ／Ｒｓ’）　　　
　　　　　　　　（２）が得られる。この（２）式によ
れば、ビームスプリッタ１６による反射レーザ光Ｂにつ
いてそのＰ偏光レーザ光成分の強度Ｉ　ｒｐ及びＳ偏光
レーザ光成分の強度Ｉ　ｒｓを検出することにより、レ
ーザ光Ａの出力強度１ａを一意的に決定することができ
、該出力強度１ａをモニターすることが可能なことがわ
かる。本実施例においては、ビームスプリッタ１６の誘
電体波膜１６ａの反射率が１％程度であるから、ビーム
スプリッタ−６を透過する透過レーザ光Ｂの強度Ｔは、
下記の式（３）のようになる。

Ｔ−１ａ−（αＲｐｌａｐ＋ａ　Ｒ５１ａｓ）　　　　
　　　　　（３）（但し、α−０，０２／（Ｒｐ＋Ｒｓ
）、Ｒｐ’−αＲｐ＋Ｒｓ’−αＲｓである。）ここで、Ｉａｐ＝ｌａ（ｃｏｓａ　ａ）”　　、　　１ａｓ−１
ａ（ｓｌｎａａ）’（但し、ａａは偏光面と入射面との
なす角である。

の関係式が成立するから、前記（３）式は下記のように
変形される。

Ｔ＝Ｉａｐ（１−ａ　Ｒｐ）＋Ｉａｓ（ｌａ　Ｒｓ）＝
Ｉａ［１−ａ　　ｔＲｐ＋（Ｒｓ−Ｒｐ）（ｓｉｎ　　
ａａ）”　　１１　　　（４）今、ビームスプリッタ１
６の入射角が１５″に設定されているから、実際の数値
は、Ｒｐ＝Ｏ，１６，Ｒｓ＝０．１８．α−０，０５９
となり、これらを（４）式に代入すると、Ｔ−１ａ（０，９９Ｌ−０，００１（ｓｌｎａａ）’　
　＋　　　　　　　（５）がｉすられる。この式（５）
により、透過レーザ光Ｂの強度Ｔは、レーザ光Ａに偏光
面のゆらぎがあっても０．１％程度の変動に収まること
がわかる。

１０目、ｌにして式（２）を変形すると、１ａ−１０８
，４（Ｉｒｐ＋０．８７１ｒｓ）　　　　　　　　　（
８）が得られる。この式（６）により、レーザ光Ａの出
力強度Ｉａは、反射レーザ光ＣのＰ偏光レーザ光成分り
の強度１ｒｐ及びＳ偏光レーザ光成分Ｅの強度１ｒｓに
基づいて一意的に決定されることがわかる。

面して、第１図に示すように、ビームスプリッタ１６に
より反射された反射レーザ光Ｃをブリュスタ板１７によ
ってＰ偏光レーザ光成分りとＳ偏光レーザ光成分Ｅとに
分光し、これら各偏光レーザ光成分り及びＥをＰ偏光受
光手段１８及びＳ偏光受光手段１９に受光させることに
より、両幅光受光手段１８及び１９から上記偏光レーザ
光成分り及びＥの各強度Ｉｒｐ及びＩ　ｒｓに夫々対応
するＰ偏光強度信号Ｓ＋３１）及びＳ偏光強度信号Ｓ　
１３８が出力される。そして、第２図に示す光出力補正
演算器１４は、これらＰ偏光強度信号５１３ｐ及びＳ偏
光強度信号Ｓ　１３８を受けてこれらに対して上述の式
（６）に従う所定の重み付けを行なった補正信号Ｓ　＋
４を補正回路１５に与える。この後、補正回路１５から
の制御信号Ｓ　Ｉｓがレーザ電源１１に与えられ、以て
レーザ発振器１２はレーザ光Ａの出力強度１ａが例えば
所定値となるようにフィードバック制御される。

このような構成の本実施例によれば、ビームスプリッタ
１６．ブリュスタ板１７．Ｐ偏光受光手段１８及びＳ偏
光受光手段１９を設け、Ｐ偏光強度信号Ｓ＋３１）及び
Ｓ偏光強度信号Ｓ　＋３８に基づいてレーザ光Ａの出力
強度１ａをフィードバック制御するようにしたので、レ
ーザ光Ａに偏光面のゆらぎがあってもＰ偏光強度信号５
１３１）及びＳ偏光強度信号５１３Ｓとレーザ光Ａの出
力強度１ａとの間に線形関係があるから、従来（第４図
参照）に比べてレーザ光Ａの出力強度１ａを正確にフィ
ードバック制御できる。特に、偏光面のゆらぎが大きい
人出力の不安定形発振器を用いるレーザ発振装置におい
て、効果的となる。また、ビームスプリッタ１６を透過
した透過レーザ光Ｂの強度Ｔは、式（５）から明らかな
ようにレーザ光Ａにおける偏光面のゆらぎの影響をほと
んど受けないから、変動することがなく且つレーザ光Ａ
の出力強度ｌａの９９％程度の強度を有するものである
。このため、従来（第５図及び第６図参照）とは異なり
レーザ光の出力強度をモニターするときにレーザ光が傷
付くような問題が生じることもない。更に、レーザ光Ａ
をパルス状に出力させる場合には、従来（第５図及び第
６図参照）とは異なってパルス発振周期と回転周期との
同期をとる必要がないので、制御が簡単になる。

［発明の効果コ本発明は以上の説明から明らかなように、レーザ光を出
力するレーザ発振手段の出力側に前記レーザ光を透過レ
ーザ光と反射レーザ光とに分光するビームスプリッタを
設けると共に、このビームスプリッタの反射側に前記反
射レーザ光をＰ偏光レーザ光成分とＳ偏光レーザ光成分
とに分光するブリュスタ板を設け、更に、前記Ｐ偏光レ
ーザ光成分及びＳ偏光レーザ光成分を夫々受光してその
受光に応じたＰ偏光強度信号及びＳ偏光強度信号を出力
するＰ偏光受光手段及びＳ偏光受光手段を設け、これに
よって前記Ｐ偏光強度信号及びＳ偏光強度信号に基づい
て前記レーザ光の出力強度をフィードバック制御する構
成としたので、レーザ光の出力強度を正確にフィードバ
ック制御でき、しかも、レーザ光に傷が生じることを防
止できると共に制御を簡単化できるという優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は作用説明用の要部の部品配置図、第２図は全体の
ブロック図、第３図はビームスプリッタのＰ及びＳ（ｇ
光反射率を示す特性図である。また、第４図乃至第６図は従来構成を示すもので、第４
図は縦断面図、第５図は第１図相当図、第６図はレーザ
光の出力強度を示す特性図である。図面中、１２はレーザ発振器（レーザ発振手段）、１６
はビームスプリッタ、１７はブリュスタ板、１８はＰ偏
光受光手段、１９はＳ偏光受光手段を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１．レーザ光を出力するレーザ発振手段と、このレーザ
発振手段の出力側に設けられ前記レーザ光を透過レーザ
光と反射レーザ光とに分光するビームスプリッタと、こ
のビームスプリッタの反射側に設けられ前記反射レーザ
光をＰ偏光レーザ光成分とｓ偏光レーザ光成分とに分光
するブリュスタ板と、前記Ｐ偏光レーザ光成分及びｓ偏
光レーザ光成分を夫々受光してその受光に応じたＰ偏光
強度信号及びｓ偏光強度信号を出力するＰ偏光受光手段
及びｓ偏光受光手段とを備え、前記Ｐ偏光強度信号及び
ｓ偏光強度信号に基づいて前記レーザ光の出力強度をフ
ィードバック制御するようにしたことを特徴とするレー
ザ発振装置。