JP2000223765A - 半導体励起固体レーザ発振装置 - Google Patents
半導体励起固体レーザ発振装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 励起源に用いる半導体レーザの群構成に応じ
て種々の出力波形が得られる半導体レーザ励起固体レー
ザ発振装置。 【解決手段】 出力鏡１とリア鏡２で構成される光共振
器内に、レーザ励起光１０を生成する固体レーザ媒体３
が配置される。ＬＤスタックは３つの群４、５、６に分
けて配置配置され、制御回路７に接続される。メモリ９
を併設した中央演算処理装置８は、各群の半導体レーザ
を独立して制御する。各群内のＬＤスタックに装備され
る半導体レーザは、パルス型／連続発振型の区別と特性
（最大駆動電流、最大パルス幅及び最大デューティサイ
クルなど）が統一されている。各群のオンあるいはオフ
のタイミングを調整することで、種々の出力波形のレー
ザ出力１１が得られる。
て種々の出力波形が得られる半導体レーザ励起固体レー
ザ発振装置。 【解決手段】 出力鏡１とリア鏡２で構成される光共振
器内に、レーザ励起光１０を生成する固体レーザ媒体３
が配置される。ＬＤスタックは３つの群４、５、６に分
けて配置配置され、制御回路７に接続される。メモリ９
を併設した中央演算処理装置８は、各群の半導体レーザ
を独立して制御する。各群内のＬＤスタックに装備され
る半導体レーザは、パルス型／連続発振型の区別と特性
（最大駆動電流、最大パルス幅及び最大デューティサイ
クルなど）が統一されている。各群のオンあるいはオフ
のタイミングを調整することで、種々の出力波形のレー
ザ出力１１が得られる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばレーザ加工
機等に利用される半導体レーザ励起固体レーザ発振装置
（半導体レーザを励起源に用いた固体レーザ発振装置
で、ＬＤ励起固体レーザ発振装置とも言う）に関する。
機等に利用される半導体レーザ励起固体レーザ発振装置
（半導体レーザを励起源に用いた固体レーザ発振装置
で、ＬＤ励起固体レーザ発振装置とも言う）に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＹＡＧ等の固体のレーザ媒質の周辺に半
導体レーザを配置した半導体レーザ励起固体レーザ発振
装置は、従来のランプ励起方式の固体レーザ発振装置と
比較して、高効率発振が可能であり、また、小型でメン
テナンス負担が小さいなどの利点を有しているため、産
業界への普及を目指して広く研究開発が進められてい
る。
導体レーザを配置した半導体レーザ励起固体レーザ発振
装置は、従来のランプ励起方式の固体レーザ発振装置と
比較して、高効率発振が可能であり、また、小型でメン
テナンス負担が小さいなどの利点を有しているため、産
業界への普及を目指して広く研究開発が進められてい
る。
【０００３】一般的に言えば、光励起方式の固体レーザ
発振装置におけるレーザ出力は、励起光の入力に対して
立ち上がりにおける時間遅れを以て追従する。しかし、
ｋＷクラスのいわゆる高出力ＬＤ励起固体レーザ発振装
置においては、利得が十分に大きく、励起光入力とレー
ザ光出力との間の立ち上がりの時間遅れは非常に小さ
く、実際上は無視することが出来る。そして、励起光源
に使用される半導体レーザには、連続発振型とパルス型
の２種類がある。
発振装置におけるレーザ出力は、励起光の入力に対して
立ち上がりにおける時間遅れを以て追従する。しかし、
ｋＷクラスのいわゆる高出力ＬＤ励起固体レーザ発振装
置においては、利得が十分に大きく、励起光入力とレー
ザ光出力との間の立ち上がりの時間遅れは非常に小さ
く、実際上は無視することが出来る。そして、励起光源
に使用される半導体レーザには、連続発振型とパルス型
の２種類がある。
【０００４】これら励起源の２タイプに対応して、従来
の半導体レーザ励起固体レーザ発振装置で得られる出力
波形（レーザ出力パワーの時間的推移）は基本的に、パ
ルス型か連続発振型のいずれかであった。
の半導体レーザ励起固体レーザ発振装置で得られる出力
波形（レーザ出力パワーの時間的推移）は基本的に、パ
ルス型か連続発振型のいずれかであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
半導体レーザ励起固体レーザ発振装置には得られる出力
波形に大きな制約があり、改良が望まれていた。先ず、
パルス型の半導体レーザ励起固体レーザ発振装置におい
ては、得られる出力光のパルス幅が非常に狭く（例えば
０．４ｍｓｅｃ）、実用上問題があった。例えば、アル
ミニウムの溶接への適用考えた場合、それより長いパル
ス（例えば１ｍｓｅｃ以上）が要求されるため、従来の
パルス型の半導体レーザを励起源に用いた固体レーザ発
振装置では対応出来なかった。
半導体レーザ励起固体レーザ発振装置には得られる出力
波形に大きな制約があり、改良が望まれていた。先ず、
パルス型の半導体レーザ励起固体レーザ発振装置におい
ては、得られる出力光のパルス幅が非常に狭く（例えば
０．４ｍｓｅｃ）、実用上問題があった。例えば、アル
ミニウムの溶接への適用考えた場合、それより長いパル
ス（例えば１ｍｓｅｃ以上）が要求されるため、従来の
パルス型の半導体レーザを励起源に用いた固体レーザ発
振装置では対応出来なかった。
【０００６】一方、連続発振型の半導体レーザを励起源
に用いた固体レーザ発振装置においては、半導体レーザ
の駆動電流をパルス状に変調することにより、希望する
パルス幅のレーザ出力を得ることが出来る。しかし、連
続出力を中断することになり、続駆動型の半導体レーザ
への入力エネルギに剰余部分が発生する。その分固体レ
ーザ発振装置の平均出力は低下する。これを補うために
は、半導体レーザの配置個数を増やさなければならず、
不利であった。
に用いた固体レーザ発振装置においては、半導体レーザ
の駆動電流をパルス状に変調することにより、希望する
パルス幅のレーザ出力を得ることが出来る。しかし、連
続出力を中断することになり、続駆動型の半導体レーザ
への入力エネルギに剰余部分が発生する。その分固体レ
ーザ発振装置の平均出力は低下する。これを補うために
は、半導体レーザの配置個数を増やさなければならず、
不利であった。
【０００７】また、上記問題とは別に、用途に応じて出
力波形を設計することが困難であるという問題があっ
た。例えば、従来、階段状の出力波形を得ようとした場
合、パルス型の半導体レーザへの入力電流を階段状に変
化させるという手法が採用されていた。この場合も、励
起源に使用する半導体レーザの能力がフルに発揮されて
おらず、入力エネルギに剰余部分が発生する。その分固
体レーザ発振装置の平均出力は低下し、これを補うため
には、半導体レーザの配置個数を増やさなければならな
い。
力波形を設計することが困難であるという問題があっ
た。例えば、従来、階段状の出力波形を得ようとした場
合、パルス型の半導体レーザへの入力電流を階段状に変
化させるという手法が採用されていた。この場合も、励
起源に使用する半導体レーザの能力がフルに発揮されて
おらず、入力エネルギに剰余部分が発生する。その分固
体レーザ発振装置の平均出力は低下し、これを補うため
には、半導体レーザの配置個数を増やさなければならな
い。
【０００８】そこで、本発明の目的はこれら従来技術の
問題点を解決することにある。即ち、本発明は、半導体
レーザ励起固体レーザ発振装置を改良し、励起源に用い
る半導体レーザの能力を十分に発揮させつつ、希望する
出力波形を得易くすることを企図している。また、その
ことを通して、半導体レーザ励起固体レーザ発振装置の
産業上の利用性を高めようとするものである。
問題点を解決することにある。即ち、本発明は、半導体
レーザ励起固体レーザ発振装置を改良し、励起源に用い
る半導体レーザの能力を十分に発揮させつつ、希望する
出力波形を得易くすることを企図している。また、その
ことを通して、半導体レーザ励起固体レーザ発振装置の
産業上の利用性を高めようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、光共振器内に
配置された固体レーザ媒質と、該固体レーザ媒質をレー
ザ励起する励起光源手段と、励起光源を制御する制御手
段を備えた半導体励起固体レーザ発振装置に適用され
る。
配置された固体レーザ媒質と、該固体レーザ媒質をレー
ザ励起する励起光源手段と、励起光源を制御する制御手
段を備えた半導体励起固体レーザ発振装置に適用され
る。
【００１０】本発明の基本的な特徴に従えば、励起光源
手段はそれぞれが少なくとも１個以上の半導体レーザで
構成された２以上の半導体レーザ群を含み、制御手段
は、半導体レーザ群の内の少なくとも２つの半導体レー
ザ群について、励起光ＯＮタイミング及び励起光ＯＦＦ
タイミングの少なくとも一方が互いに異なるような制御
を行うことにより、固体レーザ媒質から所定の時間的推
移を持つレーザ出力波形が得られる。
手段はそれぞれが少なくとも１個以上の半導体レーザで
構成された２以上の半導体レーザ群を含み、制御手段
は、半導体レーザ群の内の少なくとも２つの半導体レー
ザ群について、励起光ＯＮタイミング及び励起光ＯＦＦ
タイミングの少なくとも一方が互いに異なるような制御
を行うことにより、固体レーザ媒質から所定の時間的推
移を持つレーザ出力波形が得られる。
【００１１】１つの典型的なケースにおいて、２以上の
半導体レーザ群を構成する半導体レーザはすべてパルス
型半導体レーザで構成される。その場合、各半導体レー
ザ群はそれぞれ個別に同一の最大駆動電流と同一の最大
パルス幅と同一の最大デューティサイクルを持つパルス
型半導体レーザで構成されることが好ましい（群内での
同一特性）。
半導体レーザ群を構成する半導体レーザはすべてパルス
型半導体レーザで構成される。その場合、各半導体レー
ザ群はそれぞれ個別に同一の最大駆動電流と同一の最大
パルス幅と同一の最大デューティサイクルを持つパルス
型半導体レーザで構成されることが好ましい（群内での
同一特性）。
【００１２】別の典型的なケースにおいては、２以上の
半導体レーザ群の内の少なくとも１つの半導体レーザ群
は連続出力型半導体レーザのみで構成され、残りの半導
体レーザ群はパルス型半導体レーザのみで構成される。
その場合、各半導体レーザ群のそれぞれは個別に、同一
の最大駆動電流と同一の最大パルス幅と同一の最大デュ
ーティサイクルを持つパルス型半導体レーザ、または、
同一の最大駆動電流を持つ連続出力型半導体レーザのい
ずれか一方のみで構成されていることが好ましい（群内
での同一特性）。
半導体レーザ群の内の少なくとも１つの半導体レーザ群
は連続出力型半導体レーザのみで構成され、残りの半導
体レーザ群はパルス型半導体レーザのみで構成される。
その場合、各半導体レーザ群のそれぞれは個別に、同一
の最大駆動電流と同一の最大パルス幅と同一の最大デュ
ーティサイクルを持つパルス型半導体レーザ、または、
同一の最大駆動電流を持つ連続出力型半導体レーザのい
ずれか一方のみで構成されていることが好ましい（群内
での同一特性）。
【００１３】各半導体レーザ群内で使用されている導体
レーザ同士が同一特性である場合、パルス型半導体レー
ザのみで構成される半導体レーザ群のそれぞれについ
て、駆動電流、パルス幅及び繰り返し周波数を独立に制
御することを通してパルス立ち上がりにおける時間差を
制御することが出来る。
レーザ同士が同一特性である場合、パルス型半導体レー
ザのみで構成される半導体レーザ群のそれぞれについ
て、駆動電流、パルス幅及び繰り返し周波数を独立に制
御することを通してパルス立ち上がりにおける時間差を
制御することが出来る。
【００１４】その場合、パルス型半導体レーザのみで構
成される半導体レーザ群がＮ個（Ｎ≧２）存在するとし
て、特に、それらＮ個の半導体レーザ群の内のｎ番目
（但し、２≦ｎ≦Ｎ）の半導体レーザ群について、１番
目の半導体レーザ群を基準にして約ｎΔＴの時間遅れを
以て駆動制御を行うようにすれば、励起入力に剰余を伴
わず、実質的に拡張されたパルス幅を持つ出力が得られ
る。
成される半導体レーザ群がＮ個（Ｎ≧２）存在するとし
て、特に、それらＮ個の半導体レーザ群の内のｎ番目
（但し、２≦ｎ≦Ｎ）の半導体レーザ群について、１番
目の半導体レーザ群を基準にして約ｎΔＴの時間遅れを
以て駆動制御を行うようにすれば、励起入力に剰余を伴
わず、実質的に拡張されたパルス幅を持つ出力が得られ
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用される半導
体レーザ励起固体レーザ発振装置の要部構成の一例を説
明する図である。本図を参照すると、出力鏡（部分反射
鏡）１とリア鏡（全反射鏡）２で構成された光共振器内
に固体レーザ媒体３が置かれ、その周辺に適宜個数（こ
こでは１２個を例示）のＬＤスタックが配置される。固
体レーザ媒体３は、例えば例えば偏平スラブ形のＮｄ：
ＹＡＧレーザ結晶で、図示は省略したが、両端面はブリ
ュースタ条件をほぼ満たす角度を持たせて厚み方向に関
して斜めにカットされていることが好ましい。ロッド形
のレーザ結晶が採用されることもある。
体レーザ励起固体レーザ発振装置の要部構成の一例を説
明する図である。本図を参照すると、出力鏡（部分反射
鏡）１とリア鏡（全反射鏡）２で構成された光共振器内
に固体レーザ媒体３が置かれ、その周辺に適宜個数（こ
こでは１２個を例示）のＬＤスタックが配置される。固
体レーザ媒体３は、例えば例えば偏平スラブ形のＮｄ：
ＹＡＧレーザ結晶で、図示は省略したが、両端面はブリ
ュースタ条件をほぼ満たす角度を持たせて厚み方向に関
して斜めにカットされていることが好ましい。ロッド形
のレーザ結晶が採用されることもある。
【００１６】計１２個のＬＤスタックのそれぞれは、所
定個数の半導体レーザ素子（一般には、１個以上のＬＤ
素子）をユニットとしたもので、ここでは３つの群に分
けて符号４、５及び６が付されている。以下、これら群
（半導体レーザ群）を順に第１群、第２群、第３群と呼
ぶ。符号４を付した３つのＬＤスタックには第１群の半
導体レーザが装備されている。同様に、符号５を付した
各３つのＬＤスタックには第２群の半導体レーザが装備
され、符号６を付した各３つのＬＤスタックには第３群
の半導体レーザが装備されている。なお、同一群の３個
のＬＤスタックを分散配置したのは、レーザ出力を安定
させるための配慮であり、他の配置も許容される。
定個数の半導体レーザ素子（一般には、１個以上のＬＤ
素子）をユニットとしたもので、ここでは３つの群に分
けて符号４、５及び６が付されている。以下、これら群
（半導体レーザ群）を順に第１群、第２群、第３群と呼
ぶ。符号４を付した３つのＬＤスタックには第１群の半
導体レーザが装備されている。同様に、符号５を付した
各３つのＬＤスタックには第２群の半導体レーザが装備
され、符号６を付した各３つのＬＤスタックには第３群
の半導体レーザが装備されている。なお、同一群の３個
のＬＤスタックを分散配置したのは、レーザ出力を安定
させるための配慮であり、他の配置も許容される。
【００１７】各群のＬＤスタック４、５、６はそれぞれ
電源内蔵の制御回路７に接続されている。制御回路７は
更にメモリ９を併設した中央演算処理装置（Ｉ／Ｏ内
蔵）８に接続されている。メモリ９には、後述する諸態
様で各群の半導体レーザをそれぞれ制御するためのプロ
グラムや関連設定値が書き込まれている。なお、図示は
省略したが、これら制御回路７、中央演算処理装置８、
メモリ９で構成される制御部には、プログラムやパラメ
ータの入力、編集、設定等をマニュアル操作で行なうた
めの操作部が必要に応じて装備される。
電源内蔵の制御回路７に接続されている。制御回路７は
更にメモリ９を併設した中央演算処理装置（Ｉ／Ｏ内
蔵）８に接続されている。メモリ９には、後述する諸態
様で各群の半導体レーザをそれぞれ制御するためのプロ
グラムや関連設定値が書き込まれている。なお、図示は
省略したが、これら制御回路７、中央演算処理装置８、
メモリ９で構成される制御部には、プログラムやパラメ
ータの入力、編集、設定等をマニュアル操作で行なうた
めの操作部が必要に応じて装備される。
【００１８】制御部からの入力電流によって、ＬＤスタ
ック３、４、５に装備される半導体レーザが発光する
と、固体レーザ媒体３がレーザ励起されてレーザ励起光
１０が生成される。レーザ励起光１０は、出力鏡（部分
反射鏡）１を介して取り出されレーザ出力光１１とし
て、例えばレーザ加工に使用される。制御部により、Ｌ
Ｄスタック３、４、５に装備される半導体レーザをどの
ような発光推移で発光させるかについては、後述する。
ック３、４、５に装備される半導体レーザが発光する
と、固体レーザ媒体３がレーザ励起されてレーザ励起光
１０が生成される。レーザ励起光１０は、出力鏡（部分
反射鏡）１を介して取り出されレーザ出力光１１とし
て、例えばレーザ加工に使用される。制御部により、Ｌ
Ｄスタック３、４、５に装備される半導体レーザをどの
ような発光推移で発光させるかについては、後述する。
【００１９】ＬＤスタック３、４、５に装備される半導
体レーザは、それらが属する半導体群毎に型（パルス型
／連続発振型の区別）と特性が統一されている。統一さ
れる特性は、パルス型半導体レーザにつては最大駆動電
流、最大パルス幅及び最大デューティサイクルである。
また、連続出力型半導体レーザについては最大駆動電流
である。
体レーザは、それらが属する半導体群毎に型（パルス型
／連続発振型の区別）と特性が統一されている。統一さ
れる特性は、パルス型半導体レーザにつては最大駆動電
流、最大パルス幅及び最大デューティサイクルである。
また、連続出力型半導体レーザについては最大駆動電流
である。
【００２０】各群の半導体レーザの型（パルス型／連続
発振型の区別）と特性（最大駆動電流、最大パルス幅、
最大デューティサイクル）、並びに制御の具体的内容
は、レーザ光出力１１としてどのような波形（パワーの
時間推移パターン）を望むかに応じて定められる。以
下、いくつかの実施例について要点を述べる。
発振型の区別）と特性（最大駆動電流、最大パルス幅、
最大デューティサイクル）、並びに制御の具体的内容
は、レーザ光出力１１としてどのような波形（パワーの
時間推移パターン）を望むかに応じて定められる。以
下、いくつかの実施例について要点を述べる。
【００２１】［実施例１］ （各群の型と特性） 第１群＝連続発振型；最大駆動電流ｉ1 第２群＝パルス型；最大駆動電流ｉ2 ；最大パルス幅Δ
Ｔ；最大デューティサイクル１／６ΔＴ 第３群＝パルス型；最大駆動電流ｉ3 ；最大パルス幅２
ΔＴ；最大デューティサイクル１／６ΔＴ （制御内容）各群の半導体レーザへの入力電流を図２の
タイムチャートに従って制御する。即ち、第１群の連続
発振型の半導体レーザについては、最大駆動電流ｉ1 で
連続発振させる。また、第２群のパルス型の半導体レー
ザについては最大駆動電流ｉ2 、最大パルス幅ΔＴでパ
ルス発振させ、第３群のパルス型の半導体レーザについ
ては最大駆動電流ｉ3 、最大パルス幅２ΔＴでパルス発
振させる。但し、チャートに示したように、第２群と第
３群は、相前後してパルス発振させるべく、オンのタイ
ミングがΔＴだけずれるように制御する。
Ｔ；最大デューティサイクル１／６ΔＴ 第３群＝パルス型；最大駆動電流ｉ3 ；最大パルス幅２
ΔＴ；最大デューティサイクル１／６ΔＴ （制御内容）各群の半導体レーザへの入力電流を図２の
タイムチャートに従って制御する。即ち、第１群の連続
発振型の半導体レーザについては、最大駆動電流ｉ1 で
連続発振させる。また、第２群のパルス型の半導体レー
ザについては最大駆動電流ｉ2 、最大パルス幅ΔＴでパ
ルス発振させ、第３群のパルス型の半導体レーザについ
ては最大駆動電流ｉ3 、最大パルス幅２ΔＴでパルス発
振させる。但し、チャートに示したように、第２群と第
３群は、相前後してパルス発振させるべく、オンのタイ
ミングがΔＴだけずれるように制御する。
【００２２】中央演算処理装置８が行なう処理の概要を
フローチャートで示せば、図３のようになる。各ステッ
プの要点は次の通りである。 ステップＳ１：第１群に属する半導体レーザの連続発振
オン（駆動電流ｉ1の供給開始指令出力） ステップＳ２：ステップＳ１の後、直ちに第２群に属す
る半導体レーザのパルス発振オン（駆動電流ｉ2 、パル
ス幅ΔＴ） ステップＳ３：ΔＴ経過したならばステップＳ４へ進
む。
フローチャートで示せば、図３のようになる。各ステッ
プの要点は次の通りである。 ステップＳ１：第１群に属する半導体レーザの連続発振
オン（駆動電流ｉ1の供給開始指令出力） ステップＳ２：ステップＳ１の後、直ちに第２群に属す
る半導体レーザのパルス発振オン（駆動電流ｉ2 、パル
ス幅ΔＴ） ステップＳ３：ΔＴ経過したならばステップＳ４へ進
む。
【００２３】ステップＳ４：第３群に属する半導体レー
ザのパルス発振オン（駆動電流ｉ3 、パルス幅２ΔＴ） ステップＳ５：５ΔＴ経過したならばステップＳ６へ進
む。 ステップＳ６：レーザ出力オフ指令の有無確認。レーザ
出力オフ指令が出ていれば、第１群に属する半導体レー
ザの駆動電流ｉ2 のオフ指令を出力して、処理終了。そ
れ以外の場合は、ステップＳ２へ戻る。
ザのパルス発振オン（駆動電流ｉ3 、パルス幅２ΔＴ） ステップＳ５：５ΔＴ経過したならばステップＳ６へ進
む。 ステップＳ６：レーザ出力オフ指令の有無確認。レーザ
出力オフ指令が出ていれば、第１群に属する半導体レー
ザの駆動電流ｉ2 のオフ指令を出力して、処理終了。そ
れ以外の場合は、ステップＳ２へ戻る。
【００２４】このような制御を行なった場合、第１、第
２、第３群に属する半導体レーザの個数をそれぞれｇ1
、ｇ2 、ｇ3 とすると、レーザ励起のために入力され
る電流（最初の１周期）は、次のようになる。なお、第
１群のオン時（発振開始時）をｔ＝０とする。 ｔ＝０〜ΔＴの間；ｇ1 ｉ1 ＋ｇ2 ｉ2 ｔ＝ΔＴ〜３ΔＴの間；ｇ1 ｉ1 ＋ｇ3 ｉ3 ｔ＝３ΔＴ〜６ΔＴの間；ｇ1 ｉ1 仮に、ｇ1 ＝ｇ2 ＝ｇ3 とすると、得られるレーザ出力
は、概略図２のチャート最下段に示したものとなる。即
ち、連続出力成分にパルス出力成分が重畳した出力波形
（出力の時間的な推移）が得られる。これと同等のレー
ザ出力が従来方式で得らようにした場合には、連続発振
型の半導体レーザの用い、これを同形の推移で変調する
ことになる。その場合、図４に示したような剰余分（斜
線部分；半導体レーザの能力が未発揮）１２が生ずるこ
とになる。なお、このような出力波形はある種のレーザ
加工においてきわめて有用である。
２、第３群に属する半導体レーザの個数をそれぞれｇ1
、ｇ2 、ｇ3 とすると、レーザ励起のために入力され
る電流（最初の１周期）は、次のようになる。なお、第
１群のオン時（発振開始時）をｔ＝０とする。 ｔ＝０〜ΔＴの間；ｇ1 ｉ1 ＋ｇ2 ｉ2 ｔ＝ΔＴ〜３ΔＴの間；ｇ1 ｉ1 ＋ｇ3 ｉ3 ｔ＝３ΔＴ〜６ΔＴの間；ｇ1 ｉ1 仮に、ｇ1 ＝ｇ2 ＝ｇ3 とすると、得られるレーザ出力
は、概略図２のチャート最下段に示したものとなる。即
ち、連続出力成分にパルス出力成分が重畳した出力波形
（出力の時間的な推移）が得られる。これと同等のレー
ザ出力が従来方式で得らようにした場合には、連続発振
型の半導体レーザの用い、これを同形の推移で変調する
ことになる。その場合、図４に示したような剰余分（斜
線部分；半導体レーザの能力が未発揮）１２が生ずるこ
とになる。なお、このような出力波形はある種のレーザ
加工においてきわめて有用である。
【００２５】［実施例２］ （各群の型と特性） 第１群＝パルス型；最大駆動電流ｊ1 ；最大パルス幅Δ
Ｔ／２；最大デューティサイクル１／６ΔＴ 第２群＝パルス型；最大駆動電流ｊ2 ；最大パルス幅Δ
Ｔ；最大デューティサイクル１／６ΔＴ 第３群＝パルス型；最大駆動電流ｊ3 ；最大パルス幅Δ
Ｔ／２；最大デューティサイクル１／６ΔＴ （制御内容）各群の半導体レーザへの入力電流を図５の
タイムチャートに従って制御する。即ち、第１群のパル
ス型の半導体レーザについては最大駆動電流ｊ1 、最大
パルス幅ΔＴ／２でパルス発振させる。第２群のパルス
型の半導体レーザについては最大駆動電流ｊ2 、最大パ
ルス幅ΔＴでパルス発振させ、第３群のパルス型の半導
体レーザについては最大駆動電流ｊ3 、最大パルス幅Δ
Ｔ／２でパルス発振させる。
Ｔ／２；最大デューティサイクル１／６ΔＴ 第２群＝パルス型；最大駆動電流ｊ2 ；最大パルス幅Δ
Ｔ；最大デューティサイクル１／６ΔＴ 第３群＝パルス型；最大駆動電流ｊ3 ；最大パルス幅Δ
Ｔ／２；最大デューティサイクル１／６ΔＴ （制御内容）各群の半導体レーザへの入力電流を図５の
タイムチャートに従って制御する。即ち、第１群のパル
ス型の半導体レーザについては最大駆動電流ｊ1 、最大
パルス幅ΔＴ／２でパルス発振させる。第２群のパルス
型の半導体レーザについては最大駆動電流ｊ2 、最大パ
ルス幅ΔＴでパルス発振させ、第３群のパルス型の半導
体レーザについては最大駆動電流ｊ3 、最大パルス幅Δ
Ｔ／２でパルス発振させる。
【００２６】但し、チャートに示したように、第１群と
第２群は同時にパルス発振オンさせるが、第１群（及び
第２群）と第３群はオンのタイミングがΔＴ／２だけず
れるように制御する。
第２群は同時にパルス発振オンさせるが、第１群（及び
第２群）と第３群はオンのタイミングがΔＴ／２だけず
れるように制御する。
【００２７】中央演算処理装置８が行なう処理の概要を
フローチャートで示せば、図６のようになる。各ステッ
プの要点は次の通りである。 ステップＭ１：第１群に属する半導体レーザのパルス発
振オン（駆動電流ｊ2 、パルス幅ΔＴ／２） ステップＭ２：ステップＭ１の後、直ちに第２群に属す
る半導体レーザのパルス発振オン（駆動電流ｊ2 、パル
ス幅ΔＴ） ステップＭ３：ΔＴ／２経過したならばステップＭ４へ
進む。
フローチャートで示せば、図６のようになる。各ステッ
プの要点は次の通りである。 ステップＭ１：第１群に属する半導体レーザのパルス発
振オン（駆動電流ｊ2 、パルス幅ΔＴ／２） ステップＭ２：ステップＭ１の後、直ちに第２群に属す
る半導体レーザのパルス発振オン（駆動電流ｊ2 、パル
ス幅ΔＴ） ステップＭ３：ΔＴ／２経過したならばステップＭ４へ
進む。
【００２８】ステップＭ４：第３群に属する半導体レー
ザのパルス発振オン（駆動電流ｊ3 、パルス幅２ΔＴ） ステップＭ５：１１ΔＴ／２経過したならばステップＭ
６へ進む。 ステップＭ６：レーザ出力オフ指令の有無確認。レーザ
出力オフ指令が出ていれば、処理終了。それ以外の場合
は、ステップＭ１へ戻る。
ザのパルス発振オン（駆動電流ｊ3 、パルス幅２ΔＴ） ステップＭ５：１１ΔＴ／２経過したならばステップＭ
６へ進む。 ステップＭ６：レーザ出力オフ指令の有無確認。レーザ
出力オフ指令が出ていれば、処理終了。それ以外の場合
は、ステップＭ１へ戻る。
【００２９】このような制御を行なった場合、第１、第
２、第３群に属する半導体レーザの個数をそれぞれｇ1
、ｇ2 、ｇ3 とすると、レーザ励起のために入力され
る電流（最初の１周期）は、次のようになる。なお、第
１群のオン時（発振開始時）をｔ＝０とする。 ｔ＝０〜ΔＴ／２の間；ｇ1 ｊ1 ＋ｇ2 ｊ2 ｔ＝ΔＴ／２〜ΔＴの間；ｇ2 ｊ2 ＋ｇ3 ｊ3 ｔ＝ΔＴ〜５ΔＴ／２の間；ｇ3 ｊ3 ｔ＝５ΔＴ／２〜６ΔＴの間；０ 仮に、ｇ1 ＝ｇ2 ＝ｇ3 とすると、得られるレーザ出力
は、概略図５のチャート最下段に示したものとなる。即
ち、３群のパルス出力成分が前後して重畳した階段状の
パルス出力波形（出力の時間的な推移）が得られる。こ
れと同等のレーザ出力が従来方式で得らようにした場合
には、連続発振型の半導体レーザの用い、これを同形の
推移で変調することになる。その場合、図７に示したよ
うな剰余分（斜線部分；半導体レーザの能力が未発揮）
１２が生ずることになる。なお、このような出力波形も
ある種のレーザ加工においてきわめて有用である。
２、第３群に属する半導体レーザの個数をそれぞれｇ1
、ｇ2 、ｇ3 とすると、レーザ励起のために入力され
る電流（最初の１周期）は、次のようになる。なお、第
１群のオン時（発振開始時）をｔ＝０とする。 ｔ＝０〜ΔＴ／２の間；ｇ1 ｊ1 ＋ｇ2 ｊ2 ｔ＝ΔＴ／２〜ΔＴの間；ｇ2 ｊ2 ＋ｇ3 ｊ3 ｔ＝ΔＴ〜５ΔＴ／２の間；ｇ3 ｊ3 ｔ＝５ΔＴ／２〜６ΔＴの間；０ 仮に、ｇ1 ＝ｇ2 ＝ｇ3 とすると、得られるレーザ出力
は、概略図５のチャート最下段に示したものとなる。即
ち、３群のパルス出力成分が前後して重畳した階段状の
パルス出力波形（出力の時間的な推移）が得られる。こ
れと同等のレーザ出力が従来方式で得らようにした場合
には、連続発振型の半導体レーザの用い、これを同形の
推移で変調することになる。その場合、図７に示したよ
うな剰余分（斜線部分；半導体レーザの能力が未発揮）
１２が生ずることになる。なお、このような出力波形も
ある種のレーザ加工においてきわめて有用である。
【００３０】［実施例３］ （各群の型と特性） 第１群＝パルス型；最大駆動電流ｋ1 ；最大パルス幅Δ
Ｔ；最大デューティサイクル１／６ΔＴ 第２群＝パルス型；最大駆動電流ｋ2 ；最大パルス幅Δ
Ｔ；最大デューティサイクル１／６ΔＴ 第３群＝パルス型；最大駆動電流ｋ3 ；最大パルス幅Δ
Ｔ；最大デューティサイクル１／６ΔＴ （制御内容）各群の半導体レーザへの入力電流を図８の
タイムチャートに従って制御する。即ち、第１群のパル
ス型の半導体レーザについては最大駆動電流ｋ1 、最大
パルス幅ΔＴでパルス発振させる。第２群のパルス型の
半導体レーザについては最大駆動電流ｋ2 、最大パルス
幅ΔＴでパルス発振させ、第３群のパルス型の半導体レ
ーザについては最大駆動電流ｋ3 、最大パルス幅ΔＴで
パルス発振させる。
Ｔ；最大デューティサイクル１／６ΔＴ 第２群＝パルス型；最大駆動電流ｋ2 ；最大パルス幅Δ
Ｔ；最大デューティサイクル１／６ΔＴ 第３群＝パルス型；最大駆動電流ｋ3 ；最大パルス幅Δ
Ｔ；最大デューティサイクル１／６ΔＴ （制御内容）各群の半導体レーザへの入力電流を図８の
タイムチャートに従って制御する。即ち、第１群のパル
ス型の半導体レーザについては最大駆動電流ｋ1 、最大
パルス幅ΔＴでパルス発振させる。第２群のパルス型の
半導体レーザについては最大駆動電流ｋ2 、最大パルス
幅ΔＴでパルス発振させ、第３群のパルス型の半導体レ
ーザについては最大駆動電流ｋ3 、最大パルス幅ΔＴで
パルス発振させる。
【００３１】但し、チャートに示したように、第１群と
第２群は同時にパルス発振オンさせるが、第１群（及び
第２群）と第３群はオンのタイミングがΔＴ／２だけず
れるように制御する。
第２群は同時にパルス発振オンさせるが、第１群（及び
第２群）と第３群はオンのタイミングがΔＴ／２だけず
れるように制御する。
【００３２】中央演算処理装置８が行なう処理の概要を
フローチャートで示せば、図９のようになる。各ステッ
プの要点は次の通りである。 ステップＤ１：第１群に属する半導体レーザのパルス発
振オン（駆動電流ｋ2 、パルス幅ΔＴ） ステップＤ２：ΔＴ経過したならばステップＤ３へ進
む。
フローチャートで示せば、図９のようになる。各ステッ
プの要点は次の通りである。 ステップＤ１：第１群に属する半導体レーザのパルス発
振オン（駆動電流ｋ2 、パルス幅ΔＴ） ステップＤ２：ΔＴ経過したならばステップＤ３へ進
む。
【００３３】ステップＤ３：第２群に属する半導体レー
ザのパルス発振オン（駆動電流ｋ2 、パルス幅ΔＴ） ステップＤ４：ΔＴ経過したならばステップＤ５へ進
む。 ステップＤ５：第３群に属する半導体レーザのパルス発
振オン（駆動電流ｋ3 、パルス幅ΔＴ） ステップＤ６：ΔＴ経過したならばステップＤ７へ進
む。 ステップＤ７：レーザ出力オフ指令の有無確認。レーザ
出力オフ指令が出ていれば、処理終了。それ以外の場合
は、ステップＤ１へ戻る。
ザのパルス発振オン（駆動電流ｋ2 、パルス幅ΔＴ） ステップＤ４：ΔＴ経過したならばステップＤ５へ進
む。 ステップＤ５：第３群に属する半導体レーザのパルス発
振オン（駆動電流ｋ3 、パルス幅ΔＴ） ステップＤ６：ΔＴ経過したならばステップＤ７へ進
む。 ステップＤ７：レーザ出力オフ指令の有無確認。レーザ
出力オフ指令が出ていれば、処理終了。それ以外の場合
は、ステップＤ１へ戻る。
【００３４】このような制御を行なった場合、第１、第
２、第３群に属する半導体レーザの個数をそれぞれｇ1
、ｇ2 、ｇ3 とすると、レーザ励起のために入力され
る電流（最初の１周期）は、次のようになる。なお、第
１群のオン時（発振開始時）をｔ＝０とする。 ｔ＝０〜ΔＴの間；ｇ1 ｋ1 ｔ＝ΔＴ〜２ΔＴの間；ｇ2 ｋ2 ｔ＝２ΔＴ〜３ΔＴの間；ｇ3 ｋ3 ｔ＝３ΔＴ／２〜６ΔＴの間；０ 仮に、ｇ1 ＝ｇ2 ＝ｇ3 、且つ、ｋ1 ＝ｋ2 ＝ｋ3 とす
ると、得られるレーザ出力は、概略図８のチャート最下
段に示したものとなる。即ち、３群のパルス出力成分が
前後して重畳した結果、パルス幅３ΔＴのパルス出力波
形（出力の時間的な推移）が得られる。また、ｇ1 ｋ1
＝ｇ2 ｋ2 ＝ｇ3 ｋ3 とした場合にも、ほぼ同様の結果
（パルス幅３ΔＴのパルス出力波形）が得られることに
なる。
２、第３群に属する半導体レーザの個数をそれぞれｇ1
、ｇ2 、ｇ3 とすると、レーザ励起のために入力され
る電流（最初の１周期）は、次のようになる。なお、第
１群のオン時（発振開始時）をｔ＝０とする。 ｔ＝０〜ΔＴの間；ｇ1 ｋ1 ｔ＝ΔＴ〜２ΔＴの間；ｇ2 ｋ2 ｔ＝２ΔＴ〜３ΔＴの間；ｇ3 ｋ3 ｔ＝３ΔＴ／２〜６ΔＴの間；０ 仮に、ｇ1 ＝ｇ2 ＝ｇ3 、且つ、ｋ1 ＝ｋ2 ＝ｋ3 とす
ると、得られるレーザ出力は、概略図８のチャート最下
段に示したものとなる。即ち、３群のパルス出力成分が
前後して重畳した結果、パルス幅３ΔＴのパルス出力波
形（出力の時間的な推移）が得られる。また、ｇ1 ｋ1
＝ｇ2 ｋ2 ＝ｇ3 ｋ3 とした場合にも、ほぼ同様の結果
（パルス幅３ΔＴのパルス出力波形）が得られることに
なる。
【００３５】例えば、平均出力１ｋＷの半導体レーザ励
起固体レーザ発振装置を設計するために、デューティ比
２％、パルス幅０．４ｍｓｅｃ、繰り返し周波数５０Ｈ
ｚの等特性のパルス型半導体レーザを各群に等個数用い
た場合を考える。そして、群２の駆動を群１の駆動に対
して０．４ｍｓｅｃ遅延させ、群３の駆動を群１の駆動
に対して０．８ｍｓｅｃ遅延させる。
起固体レーザ発振装置を設計するために、デューティ比
２％、パルス幅０．４ｍｓｅｃ、繰り返し周波数５０Ｈ
ｚの等特性のパルス型半導体レーザを各群に等個数用い
た場合を考える。そして、群２の駆動を群１の駆動に対
して０．４ｍｓｅｃ遅延させ、群３の駆動を群１の駆動
に対して０．８ｍｓｅｃ遅延させる。
【００３６】各群の半導体レーザの個数を調整してピー
ク出力１６．７ｋＷを確保すれば、平均出力１ｋＷ、実
効デューティ比６％、パルス幅１．２ｍｓｅｃ、繰り返
し周波数５０Ｈｚの半導体レーザ励起固体レーザ発振装
置が実現することになる。
ク出力１６．７ｋＷを確保すれば、平均出力１ｋＷ、実
効デューティ比６％、パルス幅１．２ｍｓｅｃ、繰り返
し周波数５０Ｈｚの半導体レーザ励起固体レーザ発振装
置が実現することになる。
【００３７】図１０は、上記等特性のパルス型半導体レ
ーザを各群に等個数用いて平均出力１ｋＷの半導体レー
ザ励起固体レーザ発振装置を構成した場合について、群
分割数（群の数）、得られるピーク出力及びパルス幅の
関係を表わしたグラフである。例えば、分割数１０の時
は、パルス幅４ｍｓｅｃ、デューティ比２０％、繰り返
し周波数５０Ｈｚのパルス型半導体レーザを励起源に用
いたと仮定した場合と同等のレーザ出力が得られること
になる。即ち、パルス幅とデューティ比は１０倍にな
り、繰り返し周波数５０Ｈｚは維持される（全群のパル
ス型半導体レーザを併せたオン／オフ回数を基準に考え
れば繰り返し周波数は１０分の１となる）。
ーザを各群に等個数用いて平均出力１ｋＷの半導体レー
ザ励起固体レーザ発振装置を構成した場合について、群
分割数（群の数）、得られるピーク出力及びパルス幅の
関係を表わしたグラフである。例えば、分割数１０の時
は、パルス幅４ｍｓｅｃ、デューティ比２０％、繰り返
し周波数５０Ｈｚのパルス型半導体レーザを励起源に用
いたと仮定した場合と同等のレーザ出力が得られること
になる。即ち、パルス幅とデューティ比は１０倍にな
り、繰り返し周波数５０Ｈｚは維持される（全群のパル
ス型半導体レーザを併せたオン／オフ回数を基準に考え
れば繰り返し周波数は１０分の１となる）。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
励起源に用いる半導体レーザの能力を十分に発揮させつ
つ、希望する種々の出力波形が容易に得られるようにな
った。また、そのことを通して、半導体レーザ励起固体
レーザ発振装置の産業上の利用性を高められた。
励起源に用いる半導体レーザの能力を十分に発揮させつ
つ、希望する種々の出力波形が容易に得られるようにな
った。また、そのことを通して、半導体レーザ励起固体
レーザ発振装置の産業上の利用性を高められた。
【図１】本発明が適用される半導体レーザ励起固体レー
ザ発振装置の要部構成の一例を説明する図である。
ザ発振装置の要部構成の一例を説明する図である。
【図２】実施例１における制御内容と出力波形について
説明するタイムチャートである。
説明するタイムチャートである。
【図３】実施例１における処理の概要を示したフローチ
ャートである。
ャートである。
【図４】実施例１に相当する結果を従来方式で得た場合
の入力エネルギの剰余分について説明する図である。
の入力エネルギの剰余分について説明する図である。
【図５】実施例２における制御内容と出力波形について
説明するタイムチャートである。
説明するタイムチャートである。
【図６】実施例２における処理の概要を示したフローチ
ャートである。
ャートである。
【図７】実施例２に相当する結果を従来方式で得た場合
の入力エネルギの剰余分について説明する図である。
の入力エネルギの剰余分について説明する図である。
【図８】実施例３における制御内容と出力波形について
説明するタイムチャートである。
説明するタイムチャートである。
【図９】実施例３における処理の概要を示したフローチ
ャートである。
ャートである。
【図１０】実施例３に関連して、群分割数（群の数）、
得られるピーク出力及びパルス幅の関係を表わしたグラ
フである。
得られるピーク出力及びパルス幅の関係を表わしたグラ
フである。
１ 出力鏡（部分反射鏡） ２ リア鏡（全反射鏡） ３ 固体レーザ媒体 ４ 第１群に属する半導体レーザスタック ５ 第２群に属する半導体レーザスタック ６ 第３群に属する半導体レーザスタック ７ 制御回路 ８ 中央演算処理装置 ９ メモリ １０ レーザ発振光 １１ レーザ出力光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 雅夫 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内 Ｆターム(参考） 5F072 AB02 AB13 AK03 GG05 GG09 JJ08 JJ20 KK06 MM03 MM04 PP07 SS06 YY06
Claims (7)
- 【請求項１】 光共振器内に配置された固体レーザ媒質
と、該固体レーザ媒質をレーザ励起する励起光源手段
と、前記励起光源を制御する制御手段を備えた半導体励
起固体レーザ発振装置において、前記励起光源手段は、
それぞれが少なくとも１個以上の半導体レーザで構成さ
れた２以上の半導体レーザ群を含み、 前記制御手段は、前記２以上の半導体レーザ群の内の少
なくとも２つの半導体レーザ群について、励起光ＯＮタ
イミング及び励起光ＯＦＦタイミングの少なくとも一方
が互いに異なるような制御を行うことにより、前記固体
レーザ媒質から所定の時間的推移を持つレーザ出力波形
が得られるようになっている、前記装置。 - 【請求項２】 前記２以上の半導体レーザ群を構成する
半導体レーザはすべてパルス型半導体レーザである、請
求項１に記載の半導体励起固体レーザ発振装置。 - 【請求項３】 前記２以上の半導体レーザ群のそれぞれ
は個別に、同一の最大駆動電流と同一の最大パルス幅と
同一の最大デューティサイクルを持つパルス型半導体レ
ーザで構成されている、請求項２に記載の半導体励起固
体レーザ発振装置。 - 【請求項４】 前記２以上の半導体レーザ群の内の少な
くとも１つの半導体レーザ群は連続出力型半導体レーザ
のみで構成され、残りの半導体レーザ群はパルス型半導
体レーザのみで構成されている、請求項１に記載の半導
体励起固体レーザ発振装置。 - 【請求項５】 前記２以上の半導体レーザ群のそれぞれ
は個別に、同一の最大駆動電流と同一の最大パルス幅と
同一の最大デューティサイクルを持つパルス型半導体レ
ーザ、または、同一の最大駆動電流を持つ連続出力型半
導体レーザのいずれか一方のみで構成されている、請求
項４に記載の半導体励起固体レーザ発振装置。 - 【請求項６】 前記２以上の半導体レーザ群の内の少な
くとも２つの半導体レーザ群はパルス型半導体レーザの
みで構成され、 前記パルス型半導体レーザのみで構成される半導体レー
ザ群のそれぞれについて、前記制御手段は、駆動電流、
パルス幅及び繰り返し周波数を独立に制御することを通
してパルス立ち上がりにおける時間差を制御する、請求
項３または請求項５に記載の、半導体励起固体レーザ発
振装置。 - 【請求項７】 パルス幅ΔＴのパルス型半導体レーザの
みで構成される半導体レーザ群がＮ個（Ｎ≧２）存在
し、 前記制御手段は、それらＮ個の半導体レーザ群の内のｎ
番目（但し、２≦ｎ≦Ｎ）の半導体レーザ群について、
１番目の半導体レーザ群を基準にして約ｎΔＴの時間遅
れを以て駆動制御を行うようにした、請求項６に記載の
半導体励起固体レーザ発振装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2369099A JP2000223765A (ja) | 1999-02-01 | 1999-02-01 | 半導体励起固体レーザ発振装置 |
| EP99308695A EP1026795A3 (en) | 1999-02-01 | 1999-11-02 | Semiconductor laser-excitation solid-state laser oscillating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2369099A JP2000223765A (ja) | 1999-02-01 | 1999-02-01 | 半導体励起固体レーザ発振装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000223765A true JP2000223765A (ja) | 2000-08-11 |
Family
ID=12117437
Family Applications (1)
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