JPH0246787A - パルス発振固体レーザ装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パルス発振固体レーザ装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、パルス発振の固体レーザ装置１例えば５＋ Ｎｄ　　ＹＡＧレーザ発振器は、活性媒質であるＹＡＧ
ロッドをキｔノン（Ｘｓ）アークランプなどにより光励
起し１反転分布状態を作っていた。このアークラングは
ＹＡＧレーザ１，０６μｍの波長を出力するために必要
とされる８３０ｎｒｎ付近の光のみならず、そのスペク
トルは幅広く、これらのＮｄ　　の励起に不要な光は一
般に熱に変わシレープロットを暖める。

〔発明が解決しようとする課題〕

このため、一般にＹＡＧレーザ等の固体レーザ発振器は
、レーザ発振の繰シ返し速度によってロッドの温度が変
化し、この結果ロッド内で生じる熱レンズ効果の度合が
変化して、１パルス当りのエネルギー、並びて拡がり角
などが変化してしまうという問題点があった。

上述した問題点に対し、従来の発振器では９発振された
レーザ光を直接モニターじ、この信号に従ってキセノン
ランプに注入するエネルギー、即ち充電電圧を制御して
レーザ出力を安定させていた。

しかしながら、この方式では最初の１シヨツトあるいは
それ以上のパルス出力を平均させたものに従ってフィー
ドバック制御するため、レーザ発振直後の幾らかのパル
ス出力は制御することができないという欠点があった。

更に、キセノンランプへの注入エネルギーを大きく変化
させた場合。

たとえレーザ出力は一定であるとしても、レーザ出力光
の拡がシ角等が変わシ、この結果このレーザ出力光を加
工光源として利用する際に、集光レンズの集光性が変化
するという課題もあった。

本発明は従来のもののこのような課題を解決しようとす
るもので、安定なレーザ・ぞルスを発生させることがで
きるパルス発振固体レーザ装置を提供するものである。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明によると、光共振器の出力鏡と全反射鏡の間に配
置したレーザロッドをフラッシュランプの非連続放電に
より刺激してレーザ光を出力するパルス発振固体レーザ
装置において、前記全反射鏡として、前記レーザ光は反
射するが該レーザ光の波長よりは短い特定の波長の光は
透過させるダイクロイック反射鏡を用い、前記光共振器
内において前記レーザロッドの少なくとも一方の側に同
軸に配置した。凸レンズ素子及び凹レンズ素子から成る
エキスパンダと、このエキスパンダの凸レンズ素子及び
凹レンズ素子の少なくとも一方を軸上に移動させるリニ
アトランスレータと、前記特定の波長を波長とするビー
ム光を発生するビーム発生手段と、前記ビーム光を前記
全反射ミラーを透して前記共振器内に入射し、プローブ
光として前記レーザロッドを通シ前記出力鏡で反射し再
び前記レーザロッドと全反射鏡を通って外部に出るとこ
のビーム光を前記ビーム発生手段とは別の光路に進める
手段と、前記別の光路に進んだビーム光を検出して電気
信号を発するフォトセルと、前記電気信号に応じて前記
リニアトランスレータを駆動するドライバとを備えたこ
とを特徴とするノ９ルス発振固体レーザ装置が得られる
。

〔発明の原理〕

一般にＹＡＧレーザ等の固体レーザのロッド状の結晶は
そのロッドの周りから一様に光励起されると熱レンズ効
果が生じ、ロッドは等価的に凸レンズあるいは凹レンズ
の効果を呈する様になる。

３十 Ｎｄ　　ＹＡＧレーザの場合は、凸レンズの効果（’Ａ
）　ｏ　、　ｎ　：屈折率、Ｔ：温度）が支配的であり
。

Ｔ Ｘｅランノ等によプロットを励起させると、ロッドの温
度が上昇し０次第に凸レンズの様相を示すようになる。

ここで、光共振器内に上述した様な凸レンズの性質を示
すエレメントができた場合、これを打ち消すための独立
した光学エレメントが存在すれば。

即ち、凹レンズの性質を示すための光学エレメントが共
振器内に存在すれば９発振器全体としては安定な状態を
保つことが可能になる。

本発明ではレーザロッド内の熱レンズの度合全観測し、
この信号を用いて共振器内に挿入した凸凹レンズの組合
わせで構成されたエキス・にンダの少くとも一方のレン
ズを光軸方向に駆動させることにより、絶えず共振器を
安定状態に置く様に制御する構成を有している。

以上の動作原理を第４図を用いて説明する。第４図（、
）はレーザを動作していないときの発振器を示したもの
である。１はレーザロッドである。動作していないとき
、レーザロッドはロット°冷却のための純水チラーの設
定温度Ｔ・。になっている。この状態においては図に示
す様に熱レンズ効果はほとんどない。２と３はそれぞれ
光共振器の出力鏡と全反射鏡である。４ａと４ｂは、エ
キスパンダを構成する凸レンズと凹レンズをそれぞれ示
している。

第４図（ｂ）はＩＨｚ程度の繰り返し速度での状態を示
す説明図である。レーザロッドの温度はＴｏより若干上
がり、Ｔ、になっている。このように繰シ返しが比較的
遅いときは、ロッドの熱レンズ効果は小さい。

第４図（ｃ）は１０Ｈｚ以上の繰シ返し速度での状態を
示した説明図である。この状態ではレーザロッドの温度
はＴ２になり、Ｔｏよりもかなり高くなる。

このように１０Ｈｚ以−ヒの繰り返しになると、ロッド
の熱レンズ効果も大きくな９　、　ＩＨｚ程度の繰り返
しで合わせたアライメントで発振させると、レーザ・ぐ
ワーは大きくダウンする。

ここでエキスパンダを構成するいずれか一方のレンズを
光軸方向に駆動されるようにすれば、同図（ｄ）に示し
た如（ＩＨｚで調整したアライメントの状態にて１０Ｈ
ｚ以上の高燥シ返し発振にも適応することが可能になる
。この例においては、エキスパンダの凹レンズの方をレ
ーザロッド側に若干移動することにより、このエキス・
臂ンダを全体としては等簡約に凹レンズにしている。即
ち、ロッドの凸レンズ効果をエキスパンダの凹レンズで
補正している。

このエキスパンダの一方のレンズを動かす制御は、第４
図（ｄ）のように、全反射鏡３から一部洩れるレーザ光
を適当なアパーチャ１−１を通してフォトダイオード７
でモニターすることにより、レーザロッドの熱レンズの
強さをこのモニタ信号の変化分として取り出せるので、
この信号を利用して行なうことができる。

しかしながら、上記のような構成では共振器内で発生し
たレーザ光自身を信号源としているため。

レーザの連続運転中の制御しかできない欠点がある。間
欠的に発振させる場合の休みのあとの１シヨツトを制御
することはできないのである。

そこで、共振器内のレーザロッドの状態を七二りするた
めに別の光源、たとえばＨｅＮｅレーザをグローブ光と
して共振器の全反射鏡側からハーフミラ−を通して入射
してやシ、レーザロッド、エキスパンダを通し、共振器
の出力鏡端面により反射された光を再び全反射鏡から取
り出す。このグローブ光を適当なアパーチャを用いて空
間的に選択してこれをフォトダイオード等で受光し、こ
のグローブ光の変化を観測する。この信号をリニアトラ
ンスレータ駆動用の信号として用いることにより１間欠
的に発振させている場合でも１発振の休止の直後の１シ
ヨツトまで制御することが可能になる。

以下余日 〔実施例〕 第１図゛は本発明の一実施例の構成図と示す。１は波長
１．０６μｍのレーザ光を発するＮｄ”：ＹＡＧレーザ
ロッド、２は出力鏡（Ｒ＝ω）、３は全反射鏡（Ｒ＝　
５　トル）　４はエキスミ４ンダで４ａは凸レンズ（ｆ
＝１００ｆｆｉＩｍ）、４ｂは凹レンズ（ｆ＝−５０簡
）である。

５はリニアトランスレータ、６は波長０．６３３μｍの
Ｈｅ　−Ｎｅレーザ、７はＰＩＮフォトダイオード、８
は前置増幅器、９は（リニアトランスレータの）ドライ
バ、１０はフィルタ、１１はアノや−チャ。

１２はハーフミラ−１１３はＨｅ−Ｎｅのレーザ光の全
反射ｆｉ、１４はビームエキスノクンダである。尚全反
射鏡３０反射膜は、　Ｎｄ”：　ＹＡＧレーザロッドの
発するレーザ光の１．０６μｍは全反射であるが。

よ多波長の短いＨｅ　Ｎｅの０．６３３μｍのレーザ光
は通過させるダイクロイック誘電体多層板から成ってい
る。リニアトランスレータ５はガルバノメータでドライ
ブしている。

前置増幅器８の一例の構成図を第２図に示す。

同図において、　ＰＩＮフォトダイオード７によって受
光したグローブ光の電流信号を電圧信号に変えたのち、
これをレーザを発振させないとき、あるいはある一定の
繰り返し速度で発振させたときのプローブ光を基準に、
若しもレーザの繰り返し速度を変えてグローブ光の強度
が変化したとき、これを先の基準の値になる様にリニア
トランスレータを駆動させる動作を行なわせるようにな
っている。

第２図において、７はＰＩＮフォトダイオード（ＰＤ）
、　Ｒ，〜Ｒ６は抵抗、　Ｃ１〜ｃ３はコンデンサ。

■、とＶＲ，２は可変抵抗器？　”ＲＦＰは基準電圧源
；、ＡｏＩＡｌはオペアンプである。

第３図は１本発明の第２の実施例の説明図である。この
実施例ではレーザロッドの熱レンズ効果を打消すための
可動式のエキスパンダを光共振器内のレーザロッドの両
端に設置させた例である。

この実施例は、レーザロッドの熱レンズ効果が大きい場
合、または、光共振長が長い場合環、１組のエキス／？
ンダでは制御が困難な場合に非常に有効である。

本発明の実施例により、これまで間欠発振させた場合、
休止のあとの第１見目あるいは数見目までのレーザ出力
の低下或いは上昇を防ぐことができる様になった。これ
は、レーザマーキング装置等に用いる光源として非常に
有効である。

尚２本発明の説明はＮｄ”：ＹＡＧレーザの様に主にレ
ーザロッドが凸レンズ効果を有する結晶で行なったが　
Ｎｄ３　＋　：ホスフェートガラスレーザの様に主に凹
レンズ効果を有する結晶についても同様に適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、光共振器内のレーザロッ
ドを別のグローブ光で観測し、共振器内に設置したエキ
ス／？ンダのいずれか一方のレンズを光軸方向に動かす
ことによって、レーザ発振の繰り返し速度に依らない安
定なレーザ・やルスを発生させることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図はその前置
増幅器部分の一例の回路図、第３図は本発明の第２の実
施例の構成図、第４図は本発明の原理説明図である。 記号の説明：１・・・レーザロッド、２・・・出力鏡。 ３・・・全反射鏡、４・・・エキスパンダｒ　４　ａ・
・・凸レンズ素子、４ｂ・・・凹レンズ素子、５・・・
リニアトランスレータ、６・・・Ｈｅ−Ｎｅレーザ、７
・・・フォトダイオード、８・・・前置増幅器、９・・
ゴリニアトランスレー巧ドライバ、１０・・・フィルタ
、１１・・・アパーチャ。 １２・・・ハーフミラ−２１３・・・ＨｅＮｅレーザ光
用の全反射鏡、１４・・・ビームエキスノクンダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光共振器の出力鏡と全反射鏡の間に配置したレーザ
   ロッドをフラッシュランプの非連続放電により刺激して
   レーザ光を出力するパルス発振固体レーザ装置において
   、 前記全反射鏡として、前記レーザ光は反射するが該レー
   ザ光の波長よりは短い特定の波長の光は透過させるダイ
   クロイック反射鏡を用い、前記光共振器内において前記
   レーザロッドの少なくとも一方の側に同軸に配置した、
   凸レンズ素子及び凹レンズ素子から成るエキスパンダと
   、このエキスパンダの凸レンズ素子及び凹レンズ素子の
   少なくとも一方を軸上に移動させるリニアトランスレー
   タと、前記特定の波長を波長とするビーム光を発生する
   ビーム発生手段と、前記ビーム光を前記全反射ミラーを
   透して前記共振器内に入射し、プローブ光として前記レ
   ーザロッドを通ク前記出力鏡で反射し再び前記レーザロ
   ッドと全反射鏡を通って外部に出るとこのビーム光を前
   記ビーム発生手段とは別の光路に進める手段と、 前記別の光路に進んだビーム光を検出して電気信号を発
   するフォトセルと、前記電気信号に応じて前記リニアト
   ランスレータを駆動するドライバとを備えたことを特徴
   とするパルス発振固体レーザ装置。