JPH06268295A - 固体レーザ発振装置及びその励起方法 - Google Patents

固体レーザ発振装置及びその励起方法

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JPH06268295A
JPH06268295A JP7761693A JP7761693A JPH06268295A JP H06268295 A JPH06268295 A JP H06268295A JP 7761693 A JP7761693 A JP 7761693A JP 7761693 A JP7761693 A JP 7761693A JP H06268295 A JPH06268295 A JP H06268295A
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国雄 吉田
Yoshiaki Kato
義章 加藤
Sadao Nakai
貞雄 中井
Kiyoshi Takeuchi
清 武内
Tomoyasu Noda
智靖 野田
Hiroshi Okuda
宏史 奥田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 急峻な光励起を可能として、酸化被膜等を有
するワークの加工を容易に成し得る固体レーザ発振装置
を実現する。 【構成】 固体レーザ媒質3(YAG等)の上面2側及
び下面3側に、それぞれ第2及び第1フラッシュランプ
5,4を配設する。第1フラッシュランプ4の第1電源
6は、通常発振を行うための標準的なレベル及びパルス
幅を有する第1パルスV1 を出力する。一方、第2フラ
ッシュランプ5の第2電源7は、第1パルスV1 の10
倍程度のレベルを有する急峻な第2パルスV2 を、第1
パルスV1に同期して、又は第1パルスV1 の印加後に
出力する。 【効果】 急峻な光励起が不要な作業では、第1パルス
のみを印加すれば良く、ワークの状況に応じた光励起の
制御が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、Nd3+:YAGレー
ザやガラスレーザ等に代表される固体レーザ発振装置の
励起に関するものである。
【0002】
【従来の技術】(1) 背景技術
【0003】固体レーザ発振装置(Nd3+:YAGレー
ザ等)の励起光源には、フラッシュランプ(Xeランプ
やKrランプ等)が広く利用されている。この様な固体
レーザ発振装置をワークの溶接・切断等の加工に用いる
場合には、通常(ノーマル)発振時に比べて急峻なパル
スをフラッシュランプに印加して、強力なレーザ光を瞬
間発振させる必要が生ずることがある。というのは、多
くの場合、ワークは高反射率の金属から成り、しかもそ
の加工表面が酸化膜で被覆されているからである。この
様な場合、瞬時に強力なレーザ光を照射して酸化被膜を
取除く必要がある。又、金属面を切断する際にも、強力
なレーザ光を瞬時に照射して、照射面の温度を一気に溶
融値にまで高め、その後の切断を実行可能とする必要が
ある。通常発振では、金属の高反射率に遮られ、表面温
度を溶融値にまで高めるのが困難だからである。
【0004】この様な観点から、フラッシュランプに印
加するパルスを適切に制御する必要がある。その様な従
来技術としては、次の様なものがある。
【0005】(2) 従来の技術
【0006】 例えば特公昭63−20032号公報
に開示されたポンピングパルス制御技術がある。本技術
では、高周波スイッチ(トランジスタ等)とLCフィル
タとの組合せを用いて、そのパルス幅や周波数を可変で
きる矩形波や、その傾きを可変できる鋸歯状波形のパル
スを実現している。
【0007】 他の励起方法としては、ルモニクス社
製の固体レーザ発振装置等において実現されている技術
がある。これは、通常のパルス波形(矩形波)を階段状
に整形したものである。その一例を、図6に示す。この
場合、電圧波形を任意に変えることができる利点があ
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
技術,は、溶接・切断時に必要とされる急峻な光励
起を実現するには十分ではなかった。具体的には、各技
術,は、次の様な問題点を有している。
【0009】先ず上記の技術に関しては、鋸歯状波形
の傾きの可変範囲にも限度があり、通常時に較べて10
倍程度のレベルにまでそのレベルを一気に高めることは
困難であるということである。しかも溶接・切断に際し
ては、前述した通り、瞬間時だけ急竣な光励起を行えば
良いのであって、その後は熱源としてレーザ光を発振さ
せれば良いこととなり、この様な観点から見た場合には
本技術は望ましいものではないとも言える。更に本技
術は、LCフィルタを利用した回路構成を採用してい
るため、「加工作業上必要なときだけ急峻なパルス(こ
の場合は、鋸歯状パルス)を出力し、不必要な場合には
矩形波パルスによる通常発振を行う」という様な加工作
業の進渉状況に応じた臨機応変な対応ができないという
問題点をも内包している。
【0010】同様な事が、上記の技術に関しても成立
する。即ち、本来的には通常発振時のレベルを有する1
パルスから階段状の可変パルスを形成しているため、溶
接・切断に要求されるレベルを有する急峻なパルスを発
生させることができない。又、仮に発生させることが可
能であるとしても、1系統による波形コントロールを行
っているため、急峻励起の必要時と不必要時との対応が
できない欠点が残ることとなる。更に、本技術では、
1つのフラッシュランプを、当該ランプに流す電流を大
電流から小電流へと連続的に切替えて使用しているた
め、フラッシュランプの寿命を短くするおそれもある。
【0011】本発明は係る問題点に鑑みなされたもので
あり、通常の光励起と急峻な光励起とをその状況に応じ
て容易に切替えることができ、しかも当該急峻な光励起
によって、通常の光励起では加工困難なワークの加工を
も容易に実現できる固体レーザ発振装置の提供を目的と
している。更に本発明は、その様な固体レーザ発振装置
の励起方法をも実現しようとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る固体レー
ザ発振装置の励起方法では、第1光源に第1パルスを印
加することにより、第1励起光を固体レーザ媒質に対し
て照射するとともに、第1パルスの印加と同時に又は当
該印加後に、第1パルスと比較してそのレベルが大きく
且つそのパルス幅が短い第2パルスを第2光源に印加し
て、第2励起光を更に固体レーザ媒質に対して照射する
ようにしている。
【0013】又、請求項2に係る固体レーザ発振装置で
は、固体レーザ媒質と、固体レーザ媒質の励起光源とし
ての第1及び第2光源と、第1光源に第1パルスを印加
して、第1励起光を第1光源より照射する第1駆動回路
と、第1パルスの印加と同時に又は当該印加後に、第1
パルスと比較してそのレベルが大きく且つそのパルス幅
が短い第2パルスを第2光源に印加して第2励起光を第
2光源より照射する第2駆動回路とを備えるようにして
いる。
【0014】
【作用】 請求項1に係る発明では、第1光源への第
1パルスの印加によって第1励起光が照射され、当該第
1励起光は固体レーザ媒質に吸収される。その結果、第
1パルスのレベルに応じた強度のレーザ光が発振する。
更に上記第1パルスの印加と同時に、ないしはその印加
後に、第1パルスよりも急峻な(レベル;大,パルス
幅;短)第2パルスが第2光源へ印加される。この印加
により、第1励起光よりも強度が格段に大きい第2励起
光が照射され、当該第2励起光が照射されている時間内
では、レーザ光の強度が格段に増大する。
【0015】 請求項2に係る発明では、第1駆動回
路が第1パルスを発生させ、この第1パルスを第1光源
に出力する。第1光源は、第1パルスに同期して、且つ
そのレベルに応じた強度の第1励起光を放出する。
【0016】一方、第2駆動回路は、上記第1パルスの
印加に同期して又は印加後に、当該第1パルスよりも急
峻なパルス(第2パルス)を発生し、この第2パルスを
第2光源へ出力する。その結果、第2光源は、第1励起
光よりも強度が大きく且つ発光時間が短い第2励起光を
照射する。
【0017】この様に本発明では、強度と発光時間とが
異なる2種類の励起光が、それぞれ別々の系統から固体
レーザ媒質内へ導かれる。両励起光が同時に固体レーザ
媒質内に存在するときには、固体レーザ発振装置の発振
出力は急激に高出力となる。
【0018】
【実施例】A. 固体レーザ発振装置の構成
【0019】図1は、この発明の一実施例である固体レ
ーザ発振装置(以下、レーザ発振装置と略す)の主要部
の構成を模式的に示した斜視図である。又、図2は、レ
ーザ発振装置の正面図を同じく模式的に示した図であ
る。両図において、固体レーザ媒質1は、その断面が矩
形となる様に、スラブ型に形成されている。その材質と
しては、例えばNd3+:YAG結晶やガラス等が利用さ
れる。
【0020】一方、本レーザ発振装置の励起光源として
は、2つのフラッシュランプ4,5が用いられている。
即ち、固体レーザ媒質1の下面3側には、その長手方向
にわたって第1フラッシュランプ4が配設されており、
当該第1フラッシュランプ4には第1電源6が接続され
ている。又、固体レーザ媒質1の上面2側には第2フラ
ッシュランプ5が配設されており、当該第2フラッシュ
ランプ5には第2電源7が接続されている。第1及び第
2電源6,7の構成及びそれらの電源6,7より出力さ
れる第1及び第2パルスV1 ,V2 の波形については、
後述する。
【0021】尚、記号M1,M2は、それぞれ出力鏡及
び反射鏡を示しており、これらのミラーM1,M2は本
レーザ発振装置の共振器を構成している。又、記号L1
及びL2 は、それぞれ第1フラッシュランプ4より放出
される第1励起光及び第2フラッシュランプ5より放出
される第2励起光を示している。固体レーザ媒質1はこ
れらの励起光L1 ,L2 を吸収した後、レーザ光LBが
出力鏡M1より発振する。
【0022】B. 電源の構成・パルス波形
【0023】図3は、前述した第1電源6及び第2電源
7のより詳細な構成を示したブロック図である。第1電
源6は、通常発振時に必要とされるレベルの第1パルス
1を出力する。この第1パルスV1 の波形を図4に示
す。本図4は、時間tに対するパルスの振幅(電圧値)
を示した図であり、第1パルスV1 とともに第2パルス
2 をも示したものである。同図に示す通り、第1パル
スV1 は、レベルv1,パルス幅ΔT1 を有する信号で
ある。ここでは、第1パルスV1 は、時間t1,t2
びt3 において立ち上がり、時間t11,t21及びt31
おいてレベルv1 から0レベルへ立ち下がるものとす
る。
【0024】一方、第2電源7は、その電圧振幅がv2
に、そのパルス幅がΔT2 となる様に、その回路構成が
予め設定されている。上記電圧v2 のレベルは第1パル
スV1 のレベルv1 の約10倍程度に設定されている。
しかもそのパルス幅ΔT2 は、パルス幅ΔT1 に較べて
極めて小さな値に設定される。従って、第2電源7が出
力する第2パルスV2 は、急峻なパルスとなる。尚、両
パルスV1 ,V2 の周期は同一である。
【0025】両パルスV1 ,V2 の同期は、次の通り行
われる。即ち、トリガー発生回路8が別に設定されてお
り、当該トリガー発生回路8は、両電源6,7に対して
トリガー信号TRGを出力する。このトリガー信号TR
Gを受けて、両電源6,7は、同時に第1パルスV1
第2パルスV2 を出力することとなる。
【0026】尚、トリガー発生回路8と第2電源7との
間に遅延回路9を設けることによって、トリガー信号T
RGを任意の時間だけ遅延させることができる。これに
よって、当該遅延時間だけ第2パルスV2 の出力タイミ
ングを遅らすことができる。遅延回路9によって遅延時
間Δtd だけ第2パルスV2 の出力を遅らせた一例を、
同じく図4に示す。
【0027】この様に通常の第1パルスV1 を第1フラ
ッシュランプ4へ、急峻な第2パルスV2 を第2フラッ
シュランプ5へそれぞれ印加させているため、第2パル
スV2 が印加されている時間、即ちパルス幅ΔT2 に相
当する時間内では、急峻な光励起が固体レーザ媒質1内
で発生し、強力なレーザ光LBが発振される。これに対
して、第2パルスV2 が0レベルに立ち下がった時刻
(例えば時刻t1 ' )から第1パルスV1 が0レベルに
まで立ち下がる時間(例えば時間t11)までの間は、通
常の発振が生じ、当該レーザ光LBはワーク加工時の熱
源として機能する。 C. 加工作業の手順
【0028】図5は、本レーザ発振装置を溶接や切断等
の加工作業に適用した場合の手順を示すフローチャート
である。先ず、ステップS1では、加工面が高反射率の
金属から成るか否かが、又、その加工面が酸化膜で被覆
されているか否かが判断される。この様な判断は、作業
者自ら行っても良く、又、予めワークの形状が既知であ
る場合にはコンピュータを用いて判断することもでき
る。
【0029】上記ステップS1でYESと判断された場
合には、ステップS2及びS3において、第1パルスV
1 及び第2パルスV2 が、各フラッシュランプ4,5へ
印加される。この印加により、急峻な光励起が行われ、
レーザ光LBの強度は瞬時に急激に増大する。これによ
り、酸化被膜等が瞬時に除去され、その後の第1パルス
1 によるレーザ光LBによって加工作業が続行され
る。
【0030】一方、ステップS1においてNOと判断さ
れた場合には、第2パルスV2 を印加する必要はないた
め、第2電源7はOFFとされ、第1パルスV1 のみが
第1フラッシュランプ4へ印加される。この場合は、通
常発振したレーザ光LBによって加工作業が続行される
(ステップS4)。
【0031】最後にステップS5では、加工作業が終了
したか否かが判断される。終了した場合には、一連の作
業は終了する。それに対して加工終了でない場合には、
上記ステップS1〜S4までの各ステップが再度続行さ
れることとなる。
【0032】
【発明の効果】 請求項1及び2に係る発明では、第
1光源及び第2光源に印加すべき電圧を別々にコントロ
ールすることができる。そのため、第1パルスと比較し
て急峻なパルス(第2パルス)を容易に発生させること
が可能となる。しかも、当該第2パルスを第1パルスの
任意な位置(第1パルス印加中の任意な時間:第1パル
スが0のときに第2パルスを出力してもよい)に容易に
重畳することができ、ワークの加工状況に応じて臨機応
変に急峻な第2パルスの印加をコントロールすることが
可能となる。
【0033】以上の効果を通じて、両発明は、高反射率
の金属から成るワークや、加工面が酸化膜で被覆されて
いるワーク等の加工(溶接・切断等)を容易に実行でき
る固体レーザ発振装置の実現を可能とする。
【0034】 又、請求項2に係る発明では、第1光
源及び第2光源をそれぞれ第1駆動回路及び第2駆動回
路によって発光せしめているため、ワークの状況に応じ
て(高出力の)第2励起光の照射を自在にコントロール
することができる。即ち、ワークが酸化被膜等を有する
場合には、通常の発振パワー以上のパワーを要するた
め、第1及び第2パルスを共にONレベルとし、逆にそ
の様な急峻なパルスを不要とする作業に於いては、第2
パルスをOFFレベルとして、第1パルスのみをONレ
ベルに設定すれば良いこととなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】固体レーザ発振装置の主要部を模式的に示した
斜視図である。
【図2】固体レーザ発振装置の主要部を模式的に示した
正面図である。
【図3】電源部を示したブロック図である。
【図4】第1パルスと第2パルスのタイミングと波形と
を示した説明図である。
【図5】加工手順を示したフローチャートである。
【図6】従来の励起方法を示す説明図である。
【符号の説明】
1 固体レーザ媒質 4 第1フラッシュランプ(第1光源) 5 第2フラッシュランプ(第2光源) 6 第1電源 7 第2電源 V1 第1パルス V2 第2パルス L1 第1励起光 L2 第2励起光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武内 清 兵庫県西宮市田近野町6番107号 新明和 工業株式会社開発技術本部内 (72)発明者 野田 智靖 兵庫県西宮市田近野町6番107号 新明和 工業株式会社開発技術本部内 (72)発明者 奥田 宏史 兵庫県西宮市田近野町6番107号 新明和 工業株式会社開発技術本部内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体レーザ媒質と第1及び第2光源とを
    有する固体レーザ発振装置の励起方法において、 前記第1光源に第1パルスを印加して、第1励起光を前
    記固体レーザ媒質に対して照射し、 前記第1パルスの印加と同時に又は当該印加後に、前記
    第1パルスと比較してそのレベルが大きく且つそのパル
    ス幅が短い第2パルスを前記第2光源に印加して、第2
    励起光を前記固体レーザ媒質に対して照射することを特
    徴とする固体レーザ発振装置の励起方法。
  2. 【請求項2】 固体レーザ媒質と、 前記固体レーザ媒質の励起光源としての第1及び第2光
    源と、 前記第1光源に第1パルスを印加して、第1励起光を前
    記第1光源より照射する第1駆動回路と、 前記第1パルスと比較してそのレベルが大きく且つその
    パルス幅が短い第2パルスを、前記第1パルスの印加と
    同時に又は当該印加後に、前記第2光源に印加して第2
    励起光を前記第2光源より照射する第2駆動回路とを、 備えたことを特徴とする固体レーザ発振装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001091255A1 (en) * 1998-08-25 2001-11-29 Toni Ilorinne A dye laser for generating laser pulses of long duration

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WO2001091255A1 (en) * 1998-08-25 2001-11-29 Toni Ilorinne A dye laser for generating laser pulses of long duration

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