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JP2009289894A - Laser oscillation device - Google Patents

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JP2009289894A
JP2009289894A JP2008139508A JP2008139508A JP2009289894A JP 2009289894 A JP2009289894 A JP 2009289894A JP 2008139508 A JP2008139508 A JP 2008139508A JP 2008139508 A JP2008139508 A JP 2008139508A JP 2009289894 A JP2009289894 A JP 2009289894A
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JP
Japan
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oscillation
laser
light
repetition frequency
eoq
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2008139508A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Ishibashi
誠 石橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2008139508A priority Critical patent/JP2009289894A/en
Publication of JP2009289894A publication Critical patent/JP2009289894A/en
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Abstract

【課題】レーザ出力特性に変化なく、レーザ光の発振繰り返し周波数を変えることができるレーザ発振装置11を提供する。
【解決手段】YAGロッド14を励起する励起光の発振パルスに対して所定のパルス数分ずつ間引いた励起光の発振パルスに同期してEOQスイッチ素子16をスイッチング動作させ、レーザ発振させる。励起光の発振繰り返し周波数は変更せず、レーザ媒質であるYAGロッド14に対する入熱条件を一定とし、EOQスイッチ素子16の駆動繰り返し周波数のみを変える。レーザ出力特性に変化なく、レーザ光の発振繰り返し周波数を変えることができる。
【選択図】図1
Provided is a laser oscillation device capable of changing the oscillation repetition frequency of laser light without changing laser output characteristics.
An EOQ switching element is switched in synchronization with an oscillation pulse of excitation light thinned out by a predetermined number of pulses with respect to an oscillation pulse of excitation light for exciting a YAG rod, thereby causing laser oscillation. The oscillation repetition frequency of the excitation light is not changed, the heat input condition for the YAG rod 14 that is a laser medium is made constant, and only the driving repetition frequency of the EOQ switch element 16 is changed. The laser light oscillation repetition frequency can be changed without changing the laser output characteristics.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、Qスイッチを備えたレーザ発振装置に関する。   The present invention relates to a laser oscillation device including a Q switch.

レーザアブレーション、レーザ誘起蛍光分析、レーザピーニング等の分野では、パルス幅が数nsec、ピークパワー1MW以上というジャイアントパルス(以下、GPという)発振レーザ光が使用されている。   In the fields of laser ablation, laser-induced fluorescence analysis, laser peening and the like, a giant pulse (hereinafter referred to as GP) oscillation laser light having a pulse width of several nsec and a peak power of 1 MW or more is used.

固体レーザにおいては一般にレーザ遷移の上準位寿命が長い。そこで、レーザ媒質を十分励起状態にしておき、レーザ発振器中に挿入されたQスイッチでレーザ発振を抑えておき、レーザ媒質の蓄積エネルギが十分に大きくなったところで、Qスイッチをスイッチング動作させることにより、その瞬間にレーザ発振が短時間に起こるため、パルス幅が短くピークパワーの大きなGP発振レーザ光が得られる(例えば、非特許文献1参照。)。   In the solid-state laser, the upper level lifetime of the laser transition is generally long. Therefore, the laser medium is sufficiently excited, the laser oscillation is suppressed by the Q switch inserted in the laser oscillator, and when the stored energy of the laser medium becomes sufficiently large, the Q switch is switched. Since laser oscillation occurs at that moment in a short time, GP oscillation laser light having a short pulse width and a high peak power can be obtained (for example, see Non-Patent Document 1).

図9にGP発振レーザ光を発振するレーザ発振装置1を示す。レーザ発振器2の中心軸上に、出力ミラー3、レーザ媒質としてのYAGロッド4、Qスイッチ5、リアミラー6が配置され、YAGロッド4に対向してフラッシュランプ7が配置されている。   FIG. 9 shows a laser oscillation device 1 that oscillates GP oscillation laser light. On the central axis of the laser oscillator 2, an output mirror 3, a YAG rod 4 as a laser medium, a Q switch 5, and a rear mirror 6 are arranged, and a flash lamp 7 is arranged facing the YAG rod 4.

そして、フラッシュランプ7の励起光でYAGロッド4が励起され、このYAGロッド4から出る光がQスイッチ5に入射する。Qスイッチ5が電圧印加によってレーザ発振を抑制する状態にある場合には、リアミラー6と出力ミラー3との間でレーザ発振が起きないため、YAGロッド4内にエネルギの蓄積が起こる。エネルギの蓄積が開始されてから、すなわちYAGロッド4に励起を開始してから通常100〜300μsecディレイ時間が経過した後に、Qスイッチ5の電圧印加を停止してレーザ発振を許容すると、リアミラー6と出力ミラー3との間でレーザ発振が起き、GP発振レーザ光が出力ミラー3から出射される。   Then, the YAG rod 4 is excited by the excitation light of the flash lamp 7, and the light emitted from the YAG rod 4 enters the Q switch 5. When the Q switch 5 is in a state in which laser oscillation is suppressed by voltage application, no laser oscillation occurs between the rear mirror 6 and the output mirror 3, so that energy is accumulated in the YAG rod 4. When energy storage is started, that is, after a delay time of usually 100 to 300 μsec has elapsed since the excitation of the YAG rod 4 is started, when the voltage application of the Q switch 5 is stopped and laser oscillation is allowed, Laser oscillation occurs between the output mirror 3 and GP oscillation laser light is emitted from the output mirror 3.

図10に示すように、フラッシュランプトリガによってフラッシュランプ7が一定の繰返し周波数で励起光を発振し、この励起光の発振毎に、一定のディレイ時間をあけて発生するQスイッチトリガによってQスイッチ5がスイッチング動作し、GP発振レーザ光が得られる。   As shown in FIG. 10, the flash lamp 7 oscillates excitation light at a constant repetition frequency by a flash lamp trigger, and the Q switch 5 is generated by a Q switch trigger that is generated with a certain delay time for each oscillation of the excitation light. Is switched to obtain a GP oscillation laser beam.

また、図11に示すように、GP発振レーザ光を入射レンズ8で集光してコア径数100ミクロン〜1mm程度の光ファイバ9に入射する場合、そのピークパワーが数MWを超えるような場合には、ピークパワー密度がサブGW/cm2〜GW/cm2オーダーと非常に高くなり、入射条件の違いで、電子なだれや多光子吸収による光ファイバ9の損傷が発生し、一瞬にして光ファイバ9が破壊されてビーム伝送が困難となる。 In addition, as shown in FIG. 11, when the GP oscillation laser light is collected by the incident lens 8 and enters the optical fiber 9 having a core diameter of about 100 microns to 1 mm, the peak power exceeds several MW. The peak power density is very high, on the order of sub GW / cm 2 to GW / cm 2, and the optical fiber 9 is damaged due to electron avalanche and multiphoton absorption due to the difference in the incident conditions. The fiber 9 is broken and beam transmission becomes difficult.

そこで、GP発振レーザ光の発振繰り返し周波数を変える必要がある。従来は、フラッシュランプ7による励起光の発振繰り返し周波数を変えて行っている。   Therefore, it is necessary to change the oscillation repetition frequency of the GP oscillation laser light. Conventionally, the oscillation repetition frequency of the excitation light by the flash lamp 7 is changed.

そこで、GP発振レーザ光の発振繰り返し周波数を変える必要がある場合には、従来は、フラッシュランプ7による励起光の発振繰り返し周波数を変えて行っているが、その場合、レーザー媒質であるYAGロッド4への熱入力の変化によりレーザビーム特性(ビーム口径、ビーム発散角、出力など)が変化するため、光ファイバ9への入射位置調整を再度実施する必要が生じていた。
レーザー学会編,「レーザーハンドブック」,オーム社,1982年12月15日,p.221−223
Therefore, when it is necessary to change the oscillation repetition frequency of the GP oscillation laser light, conventionally, the oscillation repetition frequency of the excitation light by the flash lamp 7 is changed. In this case, the YAG rod 4 which is a laser medium is used. Since the laser beam characteristics (beam aperture, beam divergence angle, output, etc.) change due to changes in the heat input to the optical fiber 9, it is necessary to adjust the incident position on the optical fiber 9 again.
Laser Society, “Laser Handbook”, Ohmsha, December 15, 1982, p. 221-223

光ファイバへのレーザ光の入射に際しては、入射光量はもとより、入射口径、入射角など、光ファイバに対する空間的特性をある一定条件下に置いて実施する必要がある。   When the laser beam is incident on the optical fiber, it is necessary to perform not only the amount of incident light but also the spatial characteristics of the optical fiber such as the incident aperture and the incident angle under a certain condition.

しかしながら、GP発振レーザ光の発振繰り返し周波数を変えるのに、従来は励起光の発振繰り返し周波数を変えているため、レーザ媒質であるYAGロッドへの入熱変化が生じ、この入熱変化に伴いレーザ光の空間的特性が変化するため、光ファイバに対する入射ビーム口径のマッチングを図るために、光ファイバに対する入射位置を調整する必要が生じる。   However, in order to change the oscillation repetition frequency of the GP oscillation laser light, since the oscillation repetition frequency of the excitation light has been changed conventionally, a change in heat input to the YAG rod, which is a laser medium, occurs. Since the spatial characteristics of the light change, it is necessary to adjust the incident position with respect to the optical fiber in order to match the incident beam aperture with respect to the optical fiber.

また、光ファイバへのレーザ光の入射に際しては、光ファイバの内部に焦点ができないように、光ファイバの手前で集光後に、発散したレーザ光を光ファイバに入射させているが、発振繰り返し周波数を低くすると、熱レンズ効果の作用が弱まり、ビーム発散角が小さくなるため、集光性が良くなり、焦点集光口径が小さくなる。すると、焦点位置近傍で空気の光学的絶縁破壊によるエアーブレークダウンが発生し、レーザ光を安定に光ファイバに伝送することができなくなる。このため、発振繰り返し周波数を色々な値に変えてレーザ光を光ファイバに伝送することは困難な場合がある。   In addition, when laser light is incident on the optical fiber, the diverged laser light is incident on the optical fiber after being focused before the optical fiber so that the inside of the optical fiber cannot be focused. If the value is lowered, the effect of the thermal lens effect is weakened and the beam divergence angle is reduced, so that the light condensing property is improved and the focal condensing aperture is reduced. Then, air breakdown occurs due to optical dielectric breakdown of air near the focal position, and laser light cannot be stably transmitted to the optical fiber. For this reason, it may be difficult to transmit the laser light to the optical fiber by changing the oscillation repetition frequency to various values.

このように、発振繰り返し周波数を変えたときに生じるレーザ光のビームパターンやビーム発散角の変化は、レーザ媒質であるYAGロッドに対する励起光の入熱が変わることにより、熱レンズ効果の度合いが変わることにより生じる。   As described above, the change of the beam pattern and the beam divergence angle of the laser beam that occurs when the oscillation repetition frequency is changed changes the degree of the thermal lens effect by changing the heat input of the excitation light to the YAG rod that is the laser medium. Caused by

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、レーザ出力特性に変化なく、レーザ光の発振繰り返し周波数を変えることができるレーザ発振装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a laser oscillation device capable of changing the oscillation repetition frequency of laser light without changing the laser output characteristics.

本発明は、レーザ発振器と、このレーザ発振器内に設けられたレーザ媒質と、このレーザ媒質を励起する励起光を一定の繰返し周波数で発振する励起光発振手段と、前記レーザ発振器のレーザ発振を抑制する状態とレーザ発振させる状態とに切り換えるQスイッチと、前記励起光発振手段による励起光の発振パルスに対して所定のパルス数分ずつ間引いた前記励起光の発振パルスに同期して前記Qスイッチをレーザ発振を抑制する状態からレーザ発振させる状態にスイッチング動作させるスイッチング動作手段とを具備しているものである。   The present invention relates to a laser oscillator, a laser medium provided in the laser oscillator, excitation light oscillation means for oscillating excitation light for exciting the laser medium at a constant repetition frequency, and suppressing laser oscillation of the laser oscillator. A Q switch that switches between a state of oscillating and a state of laser oscillation, and the Q switch in synchronization with the oscillation pulse of the excitation light thinned out by a predetermined number of pulses with respect to the oscillation pulse of the excitation light by the excitation light oscillation means Switching operation means for switching from a state in which laser oscillation is suppressed to a state in which laser oscillation is performed.

本発明によれば、励起光の発振繰り返し周波数は変更せずに常にレーザ媒質に対する入熱条件を一定とし、Qスイッチの駆動繰り返し周波数数のみを変えることで、レーザ光のビームパターンやビーム発散角などのレーザ出力特性に変化なく、レーザ光の発振繰り返し周波数を変えることができる。   According to the present invention, the laser light beam pattern and beam divergence angle can be changed by changing the number of repetitions of the Q-switch drive repetition frequency by constantly maintaining the heat input condition for the laser medium without changing the oscillation repetition frequency of the excitation light. It is possible to change the oscillation repetition frequency of the laser light without changing the laser output characteristics.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1ないし図4に第1の実施の形態を示す。   1 to 4 show a first embodiment.

図1に示すように、レーザ発振装置11は、GP発振レーザ光を発振するEOQスイッチ電圧降下動作型のレーザ発振器12を備えている。このレーザ発振器12は、中心軸上に、出力ミラー13、レーザ媒質としてのYAGロッド14、ポラライザ15、QスイッチとしてのEOQ(Electro Optical Q)スイッチ素子(ポッケルスセル)16、リアミラー17が配置されている。出力ミラー13とリアミラー17との間でレーザ共振器18が構成されている。YAGロッド14に対向して励起光発振手段としてのフラッシュランプ19が配置されている。   As shown in FIG. 1, the laser oscillation device 11 includes an EOQ switch voltage drop operation type laser oscillator 12 that oscillates GP oscillation laser light. In this laser oscillator 12, an output mirror 13, a YAG rod 14 as a laser medium, a polarizer 15, an EOQ (Electro Optical Q) switch element (Pockels cell) 16 and a rear mirror 17 are arranged on a central axis. Yes. A laser resonator 18 is configured between the output mirror 13 and the rear mirror 17. Opposite to the YAG rod 14, a flash lamp 19 is disposed as excitation light oscillation means.

EOQスイッチ素子16は、電気光学効果(ポッケルス効果とも言う)を利用したものであり、ある種の結晶(例えばKD*P単軸結晶)に電界を加えると電界方向成分を持つ偏光に対して屈折率が変化する現象で、加えた電圧に応じて結晶を通るとき偏光が変化するものである。EOQスイッチ素子16にλ/4電圧を印加すると、λ/4板として作用し直線偏光を円偏光に変換することが可能であり、λ/2電圧を印加するとλ/2板として作用し、入射した直線偏光の方向を90度回転させることが可能となる。パルス幅が数nsecのGP発振レーザ光を得るためには、応答性の早いQスイッチングが必要となり、EOQスイッチ素子16にポッケルスセルが使用される。   The EOQ switch element 16 utilizes an electro-optic effect (also called a Pockels effect). When an electric field is applied to a certain type of crystal (for example, a KD * P uniaxial crystal), it is refracted with respect to polarized light having a field direction component. A phenomenon in which the rate changes, and the polarization changes as it passes through the crystal depending on the applied voltage. When a λ / 4 voltage is applied to the EOQ switch element 16, it acts as a λ / 4 plate and can convert linearly polarized light into circularly polarized light. When a λ / 2 voltage is applied, it acts as a λ / 2 plate and is incident. It is possible to rotate the direction of the linearly polarized light 90 degrees. In order to obtain a GP oscillation laser beam having a pulse width of several nsec, Q-switching with quick response is required, and a Pockels cell is used for the EOQ switch element 16.

また、レーザ発振装置11は、ディレイ機能付きの2チャンネル出力デジタルディレイジェネレータなどのパルス発生器21を備えている。このパルス発生器21にて、フラッシュランプトリガパルスと、このフラッシュランプトリガパルスに同期しかつ100〜300μsec程度のEOQ駆動ディレイ時間だけ遅らせたパルスカウンタ入力トリガとを発生する。フラッシュランプトリガパルスはフラッシュランプ電源22に入力され、このフラッシュランプ電源22にてフラッシュランプ駆動電圧をフラッシュランプ19に供給し、フラッシュランプ19を発光させる。パルスカウンタ入力トリガはスイッチング動作手段としてのパルスカウンタ23に入力され、このパルスカウンタ23のパルスカウンタ出力トリガ(EOQスイッチトリガ)がEOQスイッチドライバ24に入力され、このEOQスイッチドライバ24にてEOQスイッチ駆動電圧をEOQスイッチ素子16に供給し、EOQスイッチ素子16をオン/オフ駆動する。   The laser oscillation device 11 includes a pulse generator 21 such as a 2-channel output digital delay generator with a delay function. The pulse generator 21 generates a flash lamp trigger pulse and a pulse counter input trigger that is synchronized with the flash lamp trigger pulse and delayed by an EOQ drive delay time of about 100 to 300 μsec. The flash lamp trigger pulse is input to the flash lamp power supply 22, and the flash lamp power supply 22 supplies a flash lamp driving voltage to the flash lamp 19 to cause the flash lamp 19 to emit light. The pulse counter input trigger is input to the pulse counter 23 as a switching operation means, and the pulse counter output trigger (EOQ switch trigger) of the pulse counter 23 is input to the EOQ switch driver 24, and the EOQ switch driver 24 drives the EOQ switch. A voltage is supplied to the EOQ switch element 16 to drive the EOQ switch element 16 on / off.

また、レーザ発振器12から発振されたGP発振レーザ光は、入射レンズ26で集光して光ファイバ27に入射される。   The GP oscillation laser light oscillated from the laser oscillator 12 is collected by the incident lens 26 and is incident on the optical fiber 27.

そして、図2(a)に示すように(図2の記号aは光の進行方向、記号bは紙面に平行な直線偏光、記号cは紙面に垂直な直線偏光、記号dは円偏光時計回り、記号eは円偏光反時計回りを示す。)、フラッシュランプ19の励起光でYAGロッド14が励起されると、このYAGロッド14から出る光のうち直線偏光分がポラライザ15にて取り出されてEOQスイッチ素子16に入射する。EOQスイッチ素子16にλ/4電圧を印加した状態にあると、EOQスイッチ素子16がλ/4板と同じ偏光動作を行い、EOQスイッチ素子16を通過した光が円偏光に変化する。この円偏光の光がリアミラー17で反射すると、偏光の回転が逆回転するため、再びEOQスイッチ素子16に入射してこれを通過して戻ってきた光は、行きの光に対して偏光方向が90度直交した直線偏光になる。このため、ポラライザ15を通過することができず、発振ができないため、光学的シャッタとしての機能を果たす。このとき、YAGロッド14内にエネルギの蓄積が起こる。   As shown in FIG. 2 (a), symbol a in FIG. 2 is the light traveling direction, symbol b is linearly polarized light parallel to the paper surface, symbol c is linearly polarized light perpendicular to the paper surface, and symbol d is circularly polarized clockwise. E indicates a circularly polarized light counterclockwise.) When the YAG rod 14 is excited by the excitation light of the flash lamp 19, the linearly polarized light component of the light emitted from the YAG rod 14 is extracted by the polarizer 15. The light enters the EOQ switch element 16. When the λ / 4 voltage is applied to the EOQ switch element 16, the EOQ switch element 16 performs the same polarization operation as the λ / 4 plate, and the light that has passed through the EOQ switch element 16 changes to circularly polarized light. When this circularly polarized light is reflected by the rear mirror 17, the rotation of the polarized light is reversed. Therefore, the light incident on the EOQ switch element 16 again and returned through the EOQ switch element 16 has a polarization direction with respect to the outgoing light. It becomes linearly polarized light orthogonal to 90 degrees. For this reason, it cannot pass through the polarizer 15 and cannot oscillate, so that it functions as an optical shutter. At this time, energy is accumulated in the YAG rod 14.

図2(b)に示すように、YAGロッド14内にエネルギの蓄積が開始されてから、すなわちYAGロッド14に励起を開始してから、通常100〜300μsecディレイ時間が経過した後に、EOQスイッチ素子16のλ/4電圧の印加を停止すると、EOQスイッチ素子16のλ/4板としての機能が停止して、ポラライザ15を通過した行きの光は直線偏光のままEOQスイッチ素子16を通過してリアミラー17で反射し、同じ方向の直線偏光のまま帰りの光となり、再びEOQスイッチ素子16を通過してポラライザ15をそのまま通過するため、レーザ発振が可能となる。このような動作でGP発振レーザ光が得られる。   As shown in FIG. 2 (b), the EOQ switch element is normally after a delay time of 100 to 300 μsec has elapsed since the energy accumulation in the YAG rod 14 is started, that is, after the excitation of the YAG rod 14 is started. When the application of the λ / 4 voltage of 16 stops, the function of the EOQ switch element 16 as the λ / 4 plate stops, and the light that has passed through the polarizer 15 passes through the EOQ switch element 16 as linearly polarized light. Reflected by the rear mirror 17, it becomes the return light as it is linearly polarized light in the same direction, and again passes through the EOQ switch element 16 and passes through the polarizer 15 as it is, so that laser oscillation is possible. With this operation, GP oscillation laser light can be obtained.

ところで、GP発振レーザ光の発振繰り返し周波数を様々に変えた場合においても、安定な光ファイバ伝送を行うには、前述のようにレーザ光の空間的特性が一定であることが必要となる。   By the way, even when the oscillation repetition frequency of the GP oscillation laser light is variously changed, the spatial characteristic of the laser light needs to be constant as described above in order to perform stable optical fiber transmission.

GP発振レーザ光の発振繰り返し周波数を変える際に、励起光の発振繰り返し数を変えると、レーザ媒質であるYAGロッド14に対する入熱が変わるため、レーザ出力特性が変化してしまう。特に空間的性能への影響が大きく、ビームパターンやビーム発散角の変化が顕著となる。これはYAGロッド14の熱レンズ効果の変化により、YAGロッド14の円周方向における屈折率分布が変化するためである。   When the oscillation repetition frequency of the GP oscillation laser light is changed, if the oscillation repetition number of the excitation light is changed, the heat input to the YAG rod 14 that is a laser medium changes, so that the laser output characteristics change. In particular, the spatial performance is greatly affected, and the change of the beam pattern and the beam divergence angle becomes remarkable. This is because the refractive index distribution in the circumferential direction of the YAG rod 14 changes due to a change in the thermal lens effect of the YAG rod 14.

そこで、図3に示すように、GP発振レーザ光の発振繰り返し周波数を変える手段として、EOQスイッチ素子16の電圧印加回数を変える。すなわち、パルスカウンタ23において、パルス発生器21より取り込んだパルスカウンタ入力トリガのパルスに対して、設定したパルス数分ずつ間引いたパルスをEOQスイッチドライバ24に送り出すようにする。このパルスカウンタ23で間引くパルス数は、可変調整可能とする。   Therefore, as shown in FIG. 3, the voltage application frequency of the EOQ switch element 16 is changed as means for changing the oscillation repetition frequency of the GP oscillation laser light. That is, in the pulse counter 23, the pulse that is thinned out by the set number of pulses with respect to the pulse of the pulse counter input trigger fetched from the pulse generator 21 is sent to the EOQ switch driver 24. The number of pulses thinned out by the pulse counter 23 can be variably adjusted.

図4に示すように、例えば10Hzの発振に対し、パルスカウンタ23において、パルスカウンタ入力トリガの1パルス毎にパルスカウンタ出力トリガ(EOQスイッチトリガ)のパルスを発生させるように1パルス分間引くと、EOQスイッチドライバ24に出力されるパルスの周波数は5Hzとなり、3パルス間引くと2.5Hzになり、9パルス間引くと1Hzとなる。元の発振繰り返し周波数をf、間引くパルス数をn、得られる発振繰り返し周波数をf’とすると、これらは以下の式で関係づけられる。   As shown in FIG. 4, for example, when the pulse counter 23 is subtracted for one pulse so as to generate a pulse counter output trigger (EOQ switch trigger) pulse for each pulse of the pulse counter input trigger for 10 Hz oscillation, The frequency of the pulses output to the EOQ switch driver 24 is 5 Hz. When 3 pulses are thinned out, the frequency is 2.5 Hz, and when 9 pulses are thinned out, the frequency is 1 Hz. Assuming that the original oscillation repetition frequency is f, the number of pulses to be thinned out is n, and the oscillation repetition frequency obtained is f ', these are related by the following equations.

f’=f/(n+1)
このように、EOQスイッチ素子16の印加パルスのみを制御して、GP発振レーザ光の発生回数(=発振繰り返し周波数)を可変し、YAGロッド14に対する入熱を一定に保つことにより、GP発振レーザ光のビームパターンやビーム発散角などのレーザ出力特性を維持したまま、GP発振レーザ光の発振繰り返し周波数を可変することができる。なお、励起光の発振繰り返し周波数に対して間引いたパルス分のエネルギは消失するため、GP発振レーザ光の発振には影響がない。
f ′ = f / (n + 1)
In this way, by controlling only the pulse applied to the EOQ switch element 16 and changing the number of times of generation of the GP oscillation laser light (= oscillation repetition frequency) and keeping the heat input to the YAG rod 14 constant, the GP oscillation laser The oscillation repetition frequency of the GP oscillation laser light can be varied while maintaining the laser output characteristics such as the light beam pattern and the beam divergence angle. In addition, since the energy of the pulse thinned out with respect to the oscillation repetition frequency of the excitation light is lost, the oscillation of the GP oscillation laser light is not affected.

よって、レーザ出力特性に変化がなく、GP発振レーザ光の発振繰り返し周波数の変更時における光ファイバ27の入射位置の調整を不要とすることができる。   Therefore, there is no change in the laser output characteristics, and adjustment of the incident position of the optical fiber 27 when changing the oscillation repetition frequency of the GP oscillation laser light can be made unnecessary.

次に、図5ないし図7に第2の実施の形態を示す。   Next, FIGS. 5 to 7 show a second embodiment.

EOQスイッチ電圧印加動作型のレーザ発振器12を用いている。このレーザ発振器12では、EOQスイッチ電圧降下型に対して、EOQスイッチ素子16とリアミラー17との間にλ/4板31を1枚追加しており、図7に示すように、EOQスイッチ素子16にλ/4電圧を印加した際にGP発振レーザ光を発振するEOQスイッチ電圧印加動作型に構成されている。   An EOQ switch voltage application operation type laser oscillator 12 is used. In this laser oscillator 12, one λ / 4 plate 31 is added between the EOQ switch element 16 and the rear mirror 17 with respect to the EOQ switch voltage drop type. As shown in FIG. The EOQ switch voltage application operation type oscillates a GP oscillation laser beam when a λ / 4 voltage is applied to the.

この電圧印加型方式(図7参照)では、電圧降下型方式(図3参照)に比べて、EOQスイッチ素子16に高電圧を印加している時間が短くなるため、EOQスイッチ素子16の結晶に掛かるダメージを低減することが可能となる。   In this voltage application method (see FIG. 7), the time during which a high voltage is applied to the EOQ switch element 16 is shorter than in the voltage drop method (see FIG. 3). It is possible to reduce the applied damage.

そして、この実施の形態の構成において、パルスカウンタ23によるパルス間引き数を0、1、3、4、9と設定したGP発振レーザ光の発振繰り返し周波数10Hz、5Hz、2.5Hz、2Hz、1Hzとし、レーザパルス幅7nsec、パルスエネルギ100mJ(ピークパワー15.7MW≒110mJ/7nsec)のGP発振レーザ光を、入射レンズ26として焦点距離f=40mmの平凸レンズを用いて、その焦点の後方に配置されかつ入射口径φ750μmとなる位置にコア径φ1000μmの光ファイバ(ステップインデックス型石英材質)27に入射角0.1radで入射させる試験を行ったところ、GP発振レーザ光をそれぞれの発振繰り返し周波数において光ファイバ27に安定に伝送することができた。   In the configuration of this embodiment, the repetition frequency of the GP oscillation laser light set to 0, 1, 3, 4, 9 is set to 10 Hz, 5 Hz, 2.5 Hz, 2 Hz, 1 Hz. A GP oscillation laser beam having a laser pulse width of 7 nsec and a pulse energy of 100 mJ (peak power 15.7 MW≈110 mJ / 7 nsec) is arranged behind the focal point using a plano-convex lens having a focal length f = 40 mm as an incident lens 26. In addition, when a test was performed in which an optical fiber (step index type quartz material) 27 having a core diameter of φ1000 μm was incident at an incident aperture of φ750 μm at an incident angle of 0.1 rad, GP oscillation laser light was optical fiber at each oscillation repetition frequency. 27 was able to transmit stably.

次に、図11に、レーザ発振装置11をレーザ誘起蛍光分析装置システムに用いた実施の形態を示す。   Next, FIG. 11 shows an embodiment in which the laser oscillator 11 is used in a laser-induced fluorescence analyzer system.

レーザ誘起蛍光分析装置システムでは、レーザ発振装置11から発振されたGP発振レーザ光を伝送する光ファイバ27の出射側に照射用光学系41が接続され、この照射用光学系41からGP発振レーザ光42を試料43に照射する。試料43は分析位置を可変調整するための駆動ステージ44にセットされている。   In the laser-induced fluorescence analyzer system, an irradiation optical system 41 is connected to the emission side of the optical fiber 27 that transmits the GP oscillation laser light oscillated from the laser oscillation device 11, and the GP oscillation laser light is transmitted from the irradiation optical system 41. The sample 43 is irradiated with 42. The sample 43 is set on a drive stage 44 for variably adjusting the analysis position.

照射用光学系41に隣接して、試料43で発生する蛍光45を検出する蛍光導光光学系46が配置されている。この蛍光導光光学系46に蛍光45を伝送する光ファイバ47が接続され、この光ファイバ47にスペクトル計測するモノクロメータ48が接続され、モノクロメータ48にはスペクトルを撮影するCCDカメラ49が配置されている。CCDカメラ49にはこのCCDカメラ49で撮影されたスペクトルを収集して試料43中に含まれる元素を分析するデータ収集用コンピュータ50が接続されている。   Adjacent to the irradiation optical system 41, a fluorescence light guiding optical system 46 for detecting the fluorescence 45 generated in the sample 43 is disposed. An optical fiber 47 for transmitting the fluorescence 45 is connected to the fluorescence light guiding optical system 46, a monochromator 48 for spectrum measurement is connected to the optical fiber 47, and a CCD camera 49 for photographing the spectrum is disposed on the monochromator 48. ing. The CCD camera 49 is connected to a data collection computer 50 that collects the spectrum photographed by the CCD camera 49 and analyzes the elements contained in the sample 43.

そして、試料にGP発振レーザ光42を照射して分析を行う場合には、パルス発生器21およびフラッシュランプ電源22よりレーザ発振器12のフラッシュランプ19を発光させるとともに、パルス発生器21からの信号を受けたパルスカウンタ23により所望の発振繰り返し周波数を設定し、このトリガ信号をEOQスイッチドライバ24に与えてEOQスイッチ素子16をスイッチング動作し、GP発振レーザ光42を発振する。   When the sample is irradiated with the GP oscillation laser light 42 and analyzed, the flash lamp 19 of the laser oscillator 12 is caused to emit light from the pulse generator 21 and the flash lamp power source 22, and the signal from the pulse generator 21 is A desired oscillation repetition frequency is set by the received pulse counter 23, this trigger signal is given to the EOQ switch driver 24, and the EOQ switch element 16 is switched to oscillate the GP oscillation laser light 42.

レーザ発振器12からのGP発振レーザ光42を、入射レンズ26で光ファイバ27に伝送し、この光ファイバ27の出射側の照射用光学系41にて試料43に照射する。   The GP oscillation laser light 42 from the laser oscillator 12 is transmitted to the optical fiber 27 by the incident lens 26, and the sample 43 is irradiated by the irradiation optical system 41 on the emission side of the optical fiber 27.

ピークパワー数MWのGP発振レーザ光42が照射用光学系41にて数百μmの直径で試料43に照射されると、照射パワー密度は数〜数十GW/cm2となり、このような場合、試料43は一瞬にしてプラズマ化される。このプラズマのエネルギを受けて試料43中に存在する各元素はそれぞれ固有の蛍光スペクトルを発光する。この蛍光スペクトルを蛍光導光光学系46で取り込んで光ファイバ47でモノクロメータ48に導き、CCDカメラ49で撮影する。このとき、蛍光スペクトルはプラズマ発光から数μsec〜数百μsec遅れて発光するため、パルスカウンタ23からのGP発振レーザ光42の発振繰り返し周波数のトリガ信号を受け取ったCCDカメラ49はその内部に備えたタイミング調整機構によって計測時間にディレイとゲートを設け、必要な蛍光スペクトルのみ計測できるようにする。計測結果をデータ収集用コンピュータ50で収集して、試料43中に含まれる元素の分析を行う。 When the GP oscillation laser beam 42 having a peak power of several MW is irradiated to the sample 43 with a diameter of several hundreds μm by the irradiation optical system 41, the irradiation power density becomes several to several tens GW / cm 2 . The sample 43 is turned into plasma in an instant. In response to the energy of the plasma, each element present in the sample 43 emits a unique fluorescence spectrum. The fluorescence spectrum is captured by the fluorescence light guiding optical system 46, guided to the monochromator 48 by the optical fiber 47, and photographed by the CCD camera 49. At this time, since the fluorescence spectrum is emitted with a delay of several μsec to several hundred μsec from the plasma emission, the CCD camera 49 which has received the trigger signal of the oscillation repetition frequency of the GP oscillation laser beam 42 from the pulse counter 23 is provided therein. The timing adjustment mechanism provides a delay and a gate in the measurement time so that only the necessary fluorescence spectrum can be measured. The measurement results are collected by the data collection computer 50, and the elements contained in the sample 43 are analyzed.

また、試料43の様々な位置にGP発振レーザ光42を照射して分析を行う場合には、駆動ステージ44の移動速度やCCDカメラ49のデータ取り込み速度などの兼ね合いから、GP発振レーザ光42の発振繰り返し周波数を遅くした方が使い勝手が良い場合がある。   Further, in the case where the analysis is performed by irradiating the GP oscillation laser beam 42 to various positions of the sample 43, the GP oscillation laser beam 42 is used in consideration of the moving speed of the driving stage 44 and the data capturing speed of the CCD camera 49. There are cases where it is easier to use if the oscillation repetition frequency is lowered.

レーザ誘起蛍光分析装置システムに、GP発振レーザ光42の発振繰り返し周波数の可変機能を有するレーザ発振装置11を組み込むことで、GP発振レーザ光42の特性を変えず、光ファイバ入射光学系の調整を必要とせずに、GP発振レーザ光42の発振繰り返し周波数を可変することができる。   By incorporating the laser oscillation device 11 having the function of changing the oscillation repetition frequency of the GP oscillation laser light 42 into the laser-induced fluorescence analyzer system, the optical fiber incident optical system can be adjusted without changing the characteristics of the GP oscillation laser light 42. The oscillation repetition frequency of the GP oscillation laser light 42 can be varied without the necessity.

本発明の第1の実施の形態を示すレーザ発振装置の構成図である。It is a block diagram of the laser oscillation apparatus which shows the 1st Embodiment of this invention. 同上レーザ発振装置の動作を示し、(a)はレーザ光の発振を抑制した状態の説明図、(b)はレーザ光を発振する状態の説明図である。The operation of the laser oscillation device is shown, wherein (a) is an explanatory diagram of a state in which laser light oscillation is suppressed, and (b) is an explanatory diagram of a state in which laser light is oscillated. 同上レーザ発振装置のレーザ光発振のタイミングチャートである。It is a timing chart of the laser beam oscillation of a laser oscillation apparatus same as the above. 同上レーザ発振装置のパルスカウンタから出力するパルスの間引くパルス数と繰り返し周波数との関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between the pulse number thinned out from the pulse output from the pulse counter of a laser oscillation apparatus, and a repetition frequency. 本発明の第2の実施の形態を示すレーザ発振装置の構成図である。It is a block diagram of the laser oscillation apparatus which shows the 2nd Embodiment of this invention. 同上レーザ発振装置の動作を示し、(a)はレーザ光の発振を抑制した状態の説明図、(b)はレーザ光を発振する状態の説明図である。The operation of the laser oscillation device is shown, wherein (a) is an explanatory diagram of a state in which laser light oscillation is suppressed, and (b) is an explanatory diagram of a state in which laser light is oscillated. 同上レーザ発振装置のレーザ光発振のタイミングチャートである。It is a timing chart of the laser beam oscillation of a laser oscillation apparatus same as the above. 同上レーザ発振装置を用いたレーザ誘起蛍光分析装置システムの構成図である。It is a block diagram of the laser induced fluorescence analyzer system using a laser oscillation apparatus same as the above. 一般的なレーザ発振装置を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining a general laser oscillation apparatus. 同上レーザ発振装置のレーザ光発振のタイミングチャートである。It is a timing chart of the laser beam oscillation of a laser oscillation apparatus same as the above. 同上レーザ発振装置から光ファイバへのレーザ光の入射方法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the incident method of the laser beam to an optical fiber from a laser oscillation apparatus same as the above.

符号の説明Explanation of symbols

11 レーザ発振装置
12 レーザ発振器
14 レーザ媒質としてのYAGロッド
16 QスイッチとしてのEOQスイッチ素子
19 励起光発振手段としてのフラッシュランプ
23 スイッチング動作手段としてのパルスカウンタ
11 Laser oscillator
12 Laser oscillator
14 YAG rod as laser medium
16 EOQ switch element as Q switch
19 Flash lamp as excitation light oscillation means
23 Pulse counter as switching operation means

Claims (2)

レーザ発振器と、
このレーザ発振器内に設けられたレーザ媒質と、
このレーザ媒質を励起する励起光を一定の繰返し周波数で発振する励起光発振手段と、
前記レーザ発振器のレーザ発振を抑制する状態とレーザ発振させる状態とに切り換えるQスイッチと、
前記励起光発振手段による励起光の発振パルスに対して所定のパルス数分ずつ間引いた前記励起光の発振パルスに同期して前記Qスイッチをレーザ発振を抑制する状態からレーザ発振させる状態にスイッチング動作させるスイッチング動作手段と
を具備していることを特徴とするレーザ発振装置。
A laser oscillator;
A laser medium provided in the laser oscillator;
Excitation light oscillation means for oscillating excitation light for exciting the laser medium at a constant repetition frequency;
A Q switch for switching between a state of suppressing laser oscillation of the laser oscillator and a state of causing laser oscillation;
Switching operation from the state of suppressing the laser oscillation to the state of laser oscillation of the Q switch in synchronization with the oscillation pulse of the excitation light thinned out by the predetermined number of pulses with respect to the oscillation pulse of the excitation light by the excitation light oscillation means And a switching operation means.
スイッチング動作手段は、間引くパルス数を可変する
ことを特徴とする請求項1記載のレーザ発振装置。
The laser oscillation apparatus according to claim 1, wherein the switching operation unit varies the number of pulses to be thinned out.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011192831A (en) * 2010-03-15 2011-09-29 Omron Corp Laser processing apparatus, laser light source apparatus, and method of controlling laser light source apparatus
CN110911954A (en) * 2019-12-09 2020-03-24 湖北华中光电科技有限公司 High repetition frequency temperature control-free semiconductor pump 1064nm disk laser

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