JPH1012956A - 半導体レーザ励起固体レーザ発振方法 - Google Patents
半導体レーザ励起固体レーザ発振方法Info
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- JPH1012956A JPH1012956A JP8167231A JP16723196A JPH1012956A JP H1012956 A JPH1012956 A JP H1012956A JP 8167231 A JP8167231 A JP 8167231A JP 16723196 A JP16723196 A JP 16723196A JP H1012956 A JPH1012956 A JP H1012956A
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- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザロッドのエネルギ蓄積効率の高い固体
レーザの発振方法を実現する。 【解決手段】 電源９より電流を入力した変調器８が関
数ｆ(x）＝ｘで表わされる鋸歯状波形の駆動電流を出力
して半導体レーザ装置１に入力し、同半導体レーザ装置
１がレーザ共振器５，６の中にＱスイッチ素子４ととも
に設けられたレーザロッド２に励起光３を入射すること
によって、また、変調器８が出力する駆動電流を関数ｆ
(x）＝ｘ・ｅx-1 で表わされるものとしたことによっ
て、従来のものに比べてレーザロッド２のエネルギ蓄積
効率の向上が可能となり、レーザ発振効率の向上が可能
となって、装置の小型化、電力使用量の低減が可能とな
る。
レーザの発振方法を実現する。 【解決手段】 電源９より電流を入力した変調器８が関
数ｆ(x）＝ｘで表わされる鋸歯状波形の駆動電流を出力
して半導体レーザ装置１に入力し、同半導体レーザ装置
１がレーザ共振器５，６の中にＱスイッチ素子４ととも
に設けられたレーザロッド２に励起光３を入射すること
によって、また、変調器８が出力する駆動電流を関数ｆ
(x）＝ｘ・ｅx-1 で表わされるものとしたことによっ
て、従来のものに比べてレーザロッド２のエネルギ蓄積
効率の向上が可能となり、レーザ発振効率の向上が可能
となって、装置の小型化、電力使用量の低減が可能とな
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ励起
固体レーザ発振方法に関する。
固体レーザ発振方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のＱスイッチを用いてジャイアント
パルスを発振する半導体レーザ励起固体レーザについ
て、図３により説明する。図３において、励起用の半導
体レーザ装置０１は、変調器０８を介して電源９に接続
され、レーザロッド２に励起光０３を入射する。
パルスを発振する半導体レーザ励起固体レーザについ
て、図３により説明する。図３において、励起用の半導
体レーザ装置０１は、変調器０８を介して電源９に接続
され、レーザロッド２に励起光０３を入射する。
【０００３】一方、その間にレーザロッド２とＱスイッ
チ素子４が設けられたリアミラー５とフロントミラー６
は、その中心軸が一致するように調整されており、レー
ザ共振器を構成している。上記リアミラー５はレーザ光
を全反射し、フロントミラー６はレーザ光をわずかに
（１〜１０％）透過するようにコーティングが施されて
いる。
チ素子４が設けられたリアミラー５とフロントミラー６
は、その中心軸が一致するように調整されており、レー
ザ共振器を構成している。上記リアミラー５はレーザ光
を全反射し、フロントミラー６はレーザ光をわずかに
（１〜１０％）透過するようにコーティングが施されて
いる。
【０００４】レーザロッド２においては、内部にドープ
されているレーザ媒質のイオン（通常ネオジウムあるい
はクロム）が半導体レーザ装置０１の発する励起光０３
により基底状態より上準位レベルに励起される。
されているレーザ媒質のイオン（通常ネオジウムあるい
はクロム）が半導体レーザ装置０１の発する励起光０３
により基底状態より上準位レベルに励起される。
【０００５】Ｑスイッチ素子４は、固体レーザで光共振
器のＱ値を急速に変化させて尖頭出力の大きいパルスを
取り出すための光シャッタの役目を果たすものであり、
レーザロッド２中のイオンが上準位レベルに十分励起さ
れた後、これを開くとリアミラー５とフロントミラー６
間で急激に誘導放出によるレーザ増幅作用が起き、レー
ザ光が発振されてパルス状の大出力光７が出射される。
器のＱ値を急速に変化させて尖頭出力の大きいパルスを
取り出すための光シャッタの役目を果たすものであり、
レーザロッド２中のイオンが上準位レベルに十分励起さ
れた後、これを開くとリアミラー５とフロントミラー６
間で急激に誘導放出によるレーザ増幅作用が起き、レー
ザ光が発振されてパルス状の大出力光７が出射される。
【０００６】このＱスイッチ素子４を利用したパルスレ
ーザは、Ｑスイッチ素子４のない連続波レーザに較べて
１０3 〜１０5 倍の単位時間当たりの出力が得られるた
め、加工用、計測用等に広く用いられている。
ーザは、Ｑスイッチ素子４のない連続波レーザに較べて
１０3 〜１０5 倍の単位時間当たりの出力が得られるた
め、加工用、計測用等に広く用いられている。
【０００７】上記レーザロッド２中のイオンの状態につ
いて、図４により説明する。図４（ａ）は、励起用半導
体レーザ装置０１を駆動する変調器０８の電流の時間波
形を示しており、これは一般的に矩形波である。通常、
レーザ媒質イオンの寿命τF（上準位レベルから自然に
基底状態に戻るまでの時間を表わし、全体の個数のうち
１／ｅ≒３７％が基底状態に戻る時間と定義されてい
る。ネオジウムイオンの場合約２５０μｓ）の間だけ一
定に励起する。
いて、図４により説明する。図４（ａ）は、励起用半導
体レーザ装置０１を駆動する変調器０８の電流の時間波
形を示しており、これは一般的に矩形波である。通常、
レーザ媒質イオンの寿命τF（上準位レベルから自然に
基底状態に戻るまでの時間を表わし、全体の個数のうち
１／ｅ≒３７％が基底状態に戻る時間と定義されてい
る。ネオジウムイオンの場合約２５０μｓ）の間だけ一
定に励起する。
【０００８】図４（ｂ）は、レーザロッド２中の上準位
レベルのイオン数の時間的変化を示すが、図４（ａ）で
示す波形のように一定の励起パワーで励起した場合、上
準位レベルのイオン数は時間とともに最初は直線的に増
加するが、次第にその増え方は鈍化する。
レベルのイオン数の時間的変化を示すが、図４（ａ）で
示す波形のように一定の励起パワーで励起した場合、上
準位レベルのイオン数は時間とともに最初は直線的に増
加するが、次第にその増え方は鈍化する。
【０００９】これは、イオンの自然放出により、先に励
起されたイオンが自然に基底状態に戻るからである。こ
のイオンの自然放出は、レーザ発振には何ら寄与しな
い。そして、通常、励起を開始してからτF 時間経過後
に図４（ｃ）に示すようにＱスイッチ素子４をＯＮと
し、図４（ｄ）に示すようなパルスレーザ光を発振す
る。
起されたイオンが自然に基底状態に戻るからである。こ
のイオンの自然放出は、レーザ発振には何ら寄与しな
い。そして、通常、励起を開始してからτF 時間経過後
に図４（ｃ）に示すようにＱスイッチ素子４をＯＮと
し、図４（ｄ）に示すようなパルスレーザ光を発振す
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来のＱスイッチ素子
を利用した半導体レーザ励起固体レーザにおいては、前
記のようにその尖頭出力（単位時間当たりの出力）が数
KW〜数MWと非常に大きいため、加工用、計測用に広く用
いられているが、エネルギ蓄積効率（レーザ発振に寄与
したエネルギ／レーザロッドに注入された励起エネル
ギ）の点から見ると無駄な部分があった。
を利用した半導体レーザ励起固体レーザにおいては、前
記のようにその尖頭出力（単位時間当たりの出力）が数
KW〜数MWと非常に大きいため、加工用、計測用に広く用
いられているが、エネルギ蓄積効率（レーザ発振に寄与
したエネルギ／レーザロッドに注入された励起エネル
ギ）の点から見ると無駄な部分があった。
【００１１】この無駄な部分が生じるのは、図４（ｂ）
に示すように、励起中に以前に励起されたイオンの自然
放出が発生するためであり、これが無駄なエネルギの放
出につながるからである。レーザロッド２のエネルギ蓄
積効率は、レーザの発振効率（レーザ出力／レーザ駆動
電力）に直接影響するため、できるだけ１に近付ける必
要がある。
に示すように、励起中に以前に励起されたイオンの自然
放出が発生するためであり、これが無駄なエネルギの放
出につながるからである。レーザロッド２のエネルギ蓄
積効率は、レーザの発振効率（レーザ出力／レーザ駆動
電力）に直接影響するため、できるだけ１に近付ける必
要がある。
【００１２】ここで、励起用の半導体レーザ装置に供給
される駆動電流の時間的変化を関数ｆ(x）で表わし、ｘ
を寿命τF で規格化された時間とすると、ｘ＝１すなわ
ちｔ＝τF 時までのエネルギ蓄積効率ηSTは次式で表わ
される。
される駆動電流の時間的変化を関数ｆ(x）で表わし、ｘ
を寿命τF で規格化された時間とすると、ｘ＝１すなわ
ちｔ＝τF 時までのエネルギ蓄積効率ηSTは次式で表わ
される。
【００１３】
【数１】
【００１４】これを図示したものが図５であり、ηSTは
図５における正方形の面積と斜線部の面積の比で表わさ
れる。すなわち、レーザ発振に寄与するのは斜線部のみ
であり、蓄積エネルギ効率は６３％であり、３７％は無
駄になっており、その改善が望まれていた。本発明は上
記の課題を解決しようとするものである。
図５における正方形の面積と斜線部の面積の比で表わさ
れる。すなわち、レーザ発振に寄与するのは斜線部のみ
であり、蓄積エネルギ効率は６３％であり、３７％は無
駄になっており、その改善が望まれていた。本発明は上
記の課題を解決しようとするものである。
【００１５】
（１）請求項１に記載の発明に係る半導体レーザ励起固
体レーザ発振方法は、レーザ共振器の中にＱスイッチ素
子とレーザロッドが設けられ、変調器を介して電源より
電流を入力した半導体レーザ装置が上記レーザロッドに
励起光を入射する半導体レーザ励起固体レーザにおい
て、電源より電流を入力した変調器が関数ｆ(x）＝ｘで
表わされる鋸歯状波形の駆動電流を出力し、この駆動電
流を入力した半導体レーザ装置が励起光を発生してレー
ザロッドに入射して、レーザ共振器がジャイアントパル
スレーザ光を出力することを特徴としている。
体レーザ発振方法は、レーザ共振器の中にＱスイッチ素
子とレーザロッドが設けられ、変調器を介して電源より
電流を入力した半導体レーザ装置が上記レーザロッドに
励起光を入射する半導体レーザ励起固体レーザにおい
て、電源より電流を入力した変調器が関数ｆ(x）＝ｘで
表わされる鋸歯状波形の駆動電流を出力し、この駆動電
流を入力した半導体レーザ装置が励起光を発生してレー
ザロッドに入射して、レーザ共振器がジャイアントパル
スレーザ光を出力することを特徴としている。
【００１６】上記において、関数ｆ(x）の変数ｘは、レ
ーザロッド中のレーザ媒質イオンの寿命で規格化された
時間であり、レーザロッドに注入された励起エネルギに
対するレーザ発振に寄与したエネルギの比で表わされる
レーザロッドのエネルギ蓄積効率ηSTは、次式（１）に
より表わすことができる。
ーザロッド中のレーザ媒質イオンの寿命で規格化された
時間であり、レーザロッドに注入された励起エネルギに
対するレーザ発振に寄与したエネルギの比で表わされる
レーザロッドのエネルギ蓄積効率ηSTは、次式（１）に
より表わすことができる。
【００１７】
【数２】
【００１８】本発明の場合、変調器が出力する駆動電流
が関数ｆ(x）＝ｘで表わされるため、上記式（１）は、
次式（２）のように変換され、この式（２）よりレーザ
ロッドのエネルギ蓄積効率を求めることができる。
が関数ｆ(x）＝ｘで表わされるため、上記式（１）は、
次式（２）のように変換され、この式（２）よりレーザ
ロッドのエネルギ蓄積効率を求めることができる。
【００１９】
【数３】
【００２０】本発明においては、上記のようにレーザロ
ッドのエネルギ蓄積効率が０．７２となり、従来の場合
の０．６３より１４％向上して、イオンの自然放出によ
るエネルギの損失を減少させたため、レーザ発振効率の
向上が可能となる。
ッドのエネルギ蓄積効率が０．７２となり、従来の場合
の０．６３より１４％向上して、イオンの自然放出によ
るエネルギの損失を減少させたため、レーザ発振効率の
向上が可能となる。
【００２１】（２）請求項２に記載の発明は、上記発明
（１）に記載の半導体レーザ励起固体レーザ発振方法に
おいて、変調器が出力する駆動電流が関数ｆ(x）＝ｘ・
ｅx- 1 で表わされる鋸歯状波形の駆動電流であることを
特徴としている。
（１）に記載の半導体レーザ励起固体レーザ発振方法に
おいて、変調器が出力する駆動電流が関数ｆ(x）＝ｘ・
ｅx- 1 で表わされる鋸歯状波形の駆動電流であることを
特徴としている。
【００２２】本発明においては、変調器が出力する駆動
電流を関数ｆ(x）＝ｘ・ｅx-1 で表わされるものとして
いるため、レーザロッドのエネルギ蓄積効率ηSTは次式
（３）により表わされ、この式（３）より求めることが
できる。
電流を関数ｆ(x）＝ｘ・ｅx-1 で表わされるものとして
いるため、レーザロッドのエネルギ蓄積効率ηSTは次式
（３）により表わされ、この式（３）より求めることが
できる。
【００２３】
【数４】
【００２４】本発明の場合、上記のようにレーザロッド
のエネルギ蓄積効率が０．７７となり、上記発明（１）
の場合より更に向上するため、発明（１）に比べてレー
ザ発振効率を一層向上させることが可能となる。
のエネルギ蓄積効率が０．７７となり、上記発明（１）
の場合より更に向上するため、発明（１）に比べてレー
ザ発振効率を一層向上させることが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態に係る半導
体レーザ励起固体レーザについて、図１により説明す
る。
体レーザ励起固体レーザについて、図１により説明す
る。
【００２６】図１に示す本実施形態は、レーザ共振器を
形成するリアミラー５とフロントミラー６の間にＱスイ
ッチ素子４とレーザロッド２が設けられた半導体レーザ
励起固体レーザにおいて、電源９に接続されて鋸歯状波
形の駆動電流を出力する変調器８、およびこの変調器８
より鋸歯状波形の駆動電流を入力し励起光３を発生して
上記レーザロッド２に入射する半導体レーザ装置１を備
えている。なお、半導体レーザ装置１と変調器８以外の
装置の作用は、従来の装置と同様であるため、その詳細
な説明は省略する。
形成するリアミラー５とフロントミラー６の間にＱスイ
ッチ素子４とレーザロッド２が設けられた半導体レーザ
励起固体レーザにおいて、電源９に接続されて鋸歯状波
形の駆動電流を出力する変調器８、およびこの変調器８
より鋸歯状波形の駆動電流を入力し励起光３を発生して
上記レーザロッド２に入射する半導体レーザ装置１を備
えている。なお、半導体レーザ装置１と変調器８以外の
装置の作用は、従来の装置と同様であるため、その詳細
な説明は省略する。
【００２７】本実施形態においては、変調器８が出力す
る駆動電流が鋸歯状波形の電流のため、この駆動電流は
関数ｆ(x）＝ｘで表わすことができ、レーザ発振に寄与
したエネルギとレーザロッド２に注入された励起エネル
ギの比で示されるレーザロッド２のエネルギ蓄積効率η
STは、次式（２）により求めることができる。
る駆動電流が鋸歯状波形の電流のため、この駆動電流は
関数ｆ(x）＝ｘで表わすことができ、レーザ発振に寄与
したエネルギとレーザロッド２に注入された励起エネル
ギの比で示されるレーザロッド２のエネルギ蓄積効率η
STは、次式（２）により求めることができる。
【００２８】
【数５】
【００２９】また、上記について図示したものが図２で
あり、レーザロッド２に注入された励起エネルギとレー
ザ発振に寄与したエネルギは、それぞれ三角形の面積
と、斜線が記載された部分の面積と対応しており、前者
に対する後者の面積比がエネルギ蓄積効率ηSTを表わし
ている。
あり、レーザロッド２に注入された励起エネルギとレー
ザ発振に寄与したエネルギは、それぞれ三角形の面積
と、斜線が記載された部分の面積と対応しており、前者
に対する後者の面積比がエネルギ蓄積効率ηSTを表わし
ている。
【００３０】本実施形態の場合、レーザロッド２のエネ
ルギ蓄積効率ηSTは０．７２であり、従来の装置おける
０．６３に比較して１．１４倍であり、エネルギ蓄積効
率η STを１４％向上させることができた。
ルギ蓄積効率ηSTは０．７２であり、従来の装置おける
０．６３に比較して１．１４倍であり、エネルギ蓄積効
率η STを１４％向上させることができた。
【００３１】本発明の実施の他の形態に係る半導体レー
ザ励起固体レーザについて、説明する。本実施形態にお
いては、変調器が半導体レーザ装置に入力する駆動電流
を関数ｆ(x）＝ｘ・ｅx-1 で表わせるものとしており、
レーザロッドのエネルギ蓄積効率ηSTは次式（３）によ
り求めることができる。
ザ励起固体レーザについて、説明する。本実施形態にお
いては、変調器が半導体レーザ装置に入力する駆動電流
を関数ｆ(x）＝ｘ・ｅx-1 で表わせるものとしており、
レーザロッドのエネルギ蓄積効率ηSTは次式（３）によ
り求めることができる。
【００３２】
【数６】
【００３３】本実施形態の場合、上記エネルギ蓄積効率
ηSTは０．７７であり、上記一実施形態の場合よりもレ
ーザロッドのエネルギ蓄積効率を更に向上させることが
できた。
ηSTは０．７７であり、上記一実施形態の場合よりもレ
ーザロッドのエネルギ蓄積効率を更に向上させることが
できた。
【００３４】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ励起固体レーザ発
振方法においては、電源より電流を入力した変調器が関
数ｆ(x）＝ｘで表わされる鋸歯状波形の駆動電流を出力
して半導体レーザ装置に入力し、同半導体レーザ装置が
レーザ共振器の中にＱスイッチ素子とともに設けられた
レーザロッドに励起光を入射することによって、また、
変調器が出力する駆動電流を関数ｆ(x）＝ｘ・ｅx-1 で
表わされるものとしたことによって、従来のものに比べ
てレーザロッドのエネルギ蓄積効率の向上が可能とな
り、レーザ発振効率の向上が可能となって、装置の小型
化、電力使用量の低減が可能となる。
振方法においては、電源より電流を入力した変調器が関
数ｆ(x）＝ｘで表わされる鋸歯状波形の駆動電流を出力
して半導体レーザ装置に入力し、同半導体レーザ装置が
レーザ共振器の中にＱスイッチ素子とともに設けられた
レーザロッドに励起光を入射することによって、また、
変調器が出力する駆動電流を関数ｆ(x）＝ｘ・ｅx-1 で
表わされるものとしたことによって、従来のものに比べ
てレーザロッドのエネルギ蓄積効率の向上が可能とな
り、レーザ発振効率の向上が可能となって、装置の小型
化、電力使用量の低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る半導体レーザ励起
固体レーザの説明図である。
固体レーザの説明図である。
【図２】上記一実施形態に係るレーザロッドのエネルギ
蓄積効率の説明図である。
蓄積効率の説明図である。
【図３】従来の装置の説明図である。
【図４】従来の装置の作用説明図である。
【図５】従来の装置のレーザロッドのエネルギ蓄積効率
の説明図である。
の説明図である。
１ 半導体レーザ装置 ２ レーザロッド ３ 励起光 ４ Ｑスイッチ素子 ５ リアミラー ６ フロントミラー ８ 変調器 ９ 電源
【手続補正書】
【提出日】平成９年７月１６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザ共振器の中にＱスイッチ素子とレ
ーザロッドが設けられ、変調器を介して電源より電流を
入力した半導体レーザ装置が上記レーザロッドに励起光
を入射する半導体レーザ励起固体レーザにおいて、電源
より電流を入力した変調器が関数ｆ(x）＝ｘで表わされ
る鋸歯状波形の駆動電流を出力し、この駆動電流を入力
した半導体レーザ装置が励起光を発生してレーザロッド
に入射して、レーザ共振器がジャイアントパルスレーザ
光を出力することを特徴とする半導体レーザ励起固体レ
ーザ発振方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザ励起固体
レーザ発振方法において、変調器が出力する駆動電流が
関数ｆ(x）＝ｘ・ｅx-1 で表わされる鋸歯状波形の駆動
電流であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レー
ザ発振方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8167231A JPH1012956A (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | 半導体レーザ励起固体レーザ発振方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8167231A JPH1012956A (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | 半導体レーザ励起固体レーザ発振方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1012956A true JPH1012956A (ja) | 1998-01-16 |
Family
ID=15845890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8167231A Withdrawn JPH1012956A (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | 半導体レーザ励起固体レーザ発振方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1012956A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006156834A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Keyence Corp | レーザー装置 |
-
1996
- 1996-06-27 JP JP8167231A patent/JPH1012956A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006156834A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Keyence Corp | レーザー装置 |
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