JP3716355B2 - レーザー装置及びレーザー装置制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体レーザー等を使用したレーザー装置及びレーザー装置制御方法に係わり、特に、温度制御部及び駆動手段の消費電力の総和電力に基づき、温度制御部を制御駆動させ、最小の消費電力で動作させることのできるレーザー装置及びレーザー装置制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から半導体レーザーを使用したレーザー発振装置が存在しており、多方面に応用されていた。
【０００３】
昨今では、レーザー技術の飛躍的進歩により、商用電源を使用するレーザー発振装置のみならず、測量機等の様に、電池駆動により屋外で使用するレーザー発振装置も多用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のレーザー発振装置は、消費電力が多く、電池駆動では使用時間が短く制限される傾向があるという問題点があった。
【０００５】
そこで、高能率でレーザー光を発振することができ、消費電力を低下させて、連続使用時間等を飛躍的に長期化させることのできるレーザー発振装置の出現が強く望まれていた。
【０００６】
またレーザーの出力は、レーザーのゲインカーブのピークと、縦モードの位置が一致した場合に最も効率的に発光するが、光共振器は、組立時に最も効率的な状態となる様に調整されても、経年変化等により、効率的でない状態に変化してしまうという問題点があった。
【０００７】
そして、非線形光学媒質等は、温度変化により屈折率も変化する特性があり、周囲の温度が変化すれば、出力光量も変動するという問題点があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなる光共振器と、この光共振器に挿入され、第２次高調波を発生させるための非線形光学媒質と、前記光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源を駆動するための駆動手段とからなるレーザー発振装置を備え、前記非線形光学媒質を加熱・冷却するための温度制御部と、前記非線形光学媒質の温度を検出するための温度検出手段と、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力を検出するための消費電力検出部と、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力に基づき、前記温度制御部を制御駆動させるための演算処理手段とから構成されている。
【００１０】
また本発明は、レーザー発振装置から出力されたレーザー光の光強度を検出するためのレーザー光検出部を備えており、温度検出手段は、非線形光学媒質の温度の検出に加えて、周囲の温度も検出する様になっており、演算処理手段が、レーザー光検出部の検出信号に基づき、駆動手段を制御駆動し、消費電力に基づき制御すると共に、レーザー発振装置から一定強度のレーザー光が出力される構成にすることもできる。
【００１１】
そして本発明の演算処理手段は、温度制御部の加熱又は冷却の範囲である±Ｓ℃内で、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｘ℃を検索し、更に、Ｘ℃から±Ｔ℃の範囲で、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｙ℃を検索し、非線形光学媒質をＹ℃に保持する構成にすることもできる。
【００１２】
更に本発明は、温度と、温度制御部及び駆動手段の消費電力との関係を、演算処理手段のメモリに記憶させる構成にすることもできる。
【００１４】
更に本発明のレーザー装置制御方法は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなる光共振器と、この光共振器に挿入され、第２次高調波を発生させるための非線形光学媒質と、前記光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源を駆動するための駆動手段とからなるレーザー発振装置を、温度制御部で非線形光学媒質を加熱・冷却し、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力に基づき、レーザー発振装置の消費電力が最小となる様に、前記温度制御部を制御駆動させることを特徴としている。
【００１６】
そして本発明のレーザー装置制御方法は、温度制御部の加熱又は冷却の範囲である±Ｓ℃内で、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｘ℃を検索する第１工程と、Ｘ℃から±Ｔ℃の範囲で、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｙ℃を検索する第２工程と、第２工程を続行して、非線形光学媒質をＹ℃に保持することもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、レーザー発振装置に設けられた温度制御部が、非線形光学媒質を加熱・冷却し、温度検出手段が非線形光学媒質の温度を検出し、消費電力検出部が、温度制御部及び駆動手段の消費電力を検出し、演算処理手段が、温度制御部及び駆動手段の消費電力の総和電力に基づき、温度制御部を制御駆動させることができる。
【００１９】
また本発明は、レーザー光検出部が、レーザー発振装置から出力されたレーザー光の光強度を検出し、温度検出手段は、非線形光学媒質の温度の検出に加えて、周囲の温度も検出し、演算処理手段が、レーザー光検出部の検出信号に基づき、駆動手段を制御駆動し、消費電力に基づき制御すると共に、レーザー発振装置から一定強度のレーザー光が出力される様にすることもできる。
【００２０】
そして本発明の演算処理手段は、温度制御部の加熱又は冷却の範囲である±Ｓ℃内で、温度制御部及び駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｘ℃を検索し、更に、Ｘ℃から±Ｔ℃の範囲で、温度制御部及び駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｙ℃を検索し、非線形光学媒質をＹ℃に保持することもできる。
【００２１】
更に本発明は、温度と、温度制御部及び駆動手段の消費電力との関係を、演算処理手段のメモリに記憶させることもできる。
【００２３】
更に本発明のレーザー装置制御方法は、レーザー発振装置を、温度制御部で非線形光学媒質を加熱・冷却し、温度制御部及び駆動手段の消費電力の総和電力に基づき、レーザー発振装置の消費電力が最小となる様に、温度制御部を制御駆動させることができる。
【００２５】
そして本発明のレーザー装置制御方法は、第１工程で、温度制御部の加熱又は冷却の範囲である±Ｓ℃内で、温度制御部及び駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｘ℃を検索し、第２工程では、Ｘ℃から±Ｔ℃の範囲で、温度制御部及び駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｙ℃を検索し、非線形光学媒質をＹ℃に保持することもできる。
【００２６】
【実施例】
【００２７】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は、本実施例のレーザー発振装置１０００を示すもので、レーザー光源１００と、レーザー結晶３００と、非線形光学媒質４００と、出力ミラー５００と、レーザー駆動手段６００と、温度制御部７００とから構成されている。
【００２９】
レーザー光源１００は、レーザー光を発生させるためのものであり、本実施例では半導体レーザーが使用されている。本実施例では、レーザー光源１００が基本波を発生させるポンプ光発生装置として機能を有する。なお、レーザー光源１００は半導体レーザーに限ることなく、レーザー光を生じさせることができれば、何れの光源手段を採用することができる。そして、レーザー駆動手段６００は、レーザー光源１００を駆動するためのものであり、本実施例では、レーザー光源１００をパルス駆動することができる。
【００３０】
レーザー結晶３００は、負温度の媒質であり、光の増幅を行うためのものである。このレーザー結晶３００には、Ｎｄ3+ イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）等が採用される。ＹＡＧは、９４６ｎｍ、１０６４ｎｍ、１３１９ｎｍ等の発振線を有している。
【００３１】
レーザー結晶３００はＹＡＧに限ることなく、発振線が１０６４ｎｍの（Ｎｄ：ＹＶＯ4 ）や、発振線が７００〜９００ｎｍの（Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ）等を使用することができる。
【００３２】
レーザー結晶３００のレーザー光源１００側には、第１の誘電体反射膜３１０が形成されている。この第１の誘電体反射膜３１０は、レーザー光源１００に対して高透過であり、且つ、レーザー結晶３００の発振波長に対して高反射であると共に、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対しても高反射となっている。
【００３３】
出力ミラー５００は、レーザー結晶３００に対向する様に構成されており、出力ミラー５００のレーザー結晶３００側は、適宜の半径を有する凹面球面境の形状に加工されており、第２の誘電体反射膜５１０が形成されている。この第２の誘電体反射膜５１０は、レーザー結晶３００の発振波長に対して高反射であり、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対して高透過となっている。
【００３４】
以上の様に、レーザー結晶３００の第１の誘電体反射膜３１０と、出力ミラー５００とを組み合わせ、レーザー光源１００からの光束をレーザー結晶３００にポンピングすると、レーザー結晶３００の第１の誘電体反射膜３１０と、出力ミラー５００との間で光が往復し、光を長時間閉じ込めることができるので、光を共振させて増幅させることができる。
【００３５】
本実施例では、レーザー結晶３００の第１の誘電体反射膜３１０と、出力ミラー５００とから構成された光共振器内に非線形光学媒質４００が挿入されている。
【００３６】
なお、出力されるレーザー光の波長は、光共振器の光学的な光路長で決定される縦モードと、レーザーのゲインカーブが一致した波長で発光することになる。
【００３７】
ここで、非線形光学効果を簡潔に説明する。
【００３８】
物質に電界が加わると電気分極が生じる。この電界が小さい場合には、分極は電界に比例するが、レーザー光の様に強力なコヒーレント光の場合には、電界と分極の間の比例関係が崩れ、電界の２乗、３乗に比例する非線形的な分極成分が卓越してくる。
【００３９】
従って、非線形光学媒質４００中においては、光波によって発生する分極には、光波電界の２乗に比例する成分が含まれており、この非線形分極により、異なった周波数の光波間に結合が生じ、光周波数を２倍にする高調波が発生する。この第２次高調波発生（ＳＨＧ）は、ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮと呼ばれている。
【００４０】
本実施例では、非線形光学媒質４００を、レーザー結晶３００と出力ミラー５００とから構成された光共振器内に挿入されているので、内部型ＳＨＧと呼ばれており、変換出力は、基本波光電力の２乗に比例するので、光共振器内の大きな光強度を直接利用できると言う効果がある。
【００４１】
非線形光学媒質４００は、例えば、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 リン酸チタニル カリウム）やＢＢＯ（βーＢａＢ2Ｏ4 β型ホウ酸リチウム）、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5 トリホウ酸リチウム）等が使用され、主に、１０６４ｎｍから５３２ｎｍに変換される。
【００４２】
またＫＮｂＯ3（ニオブ酸カリウム）等も採用され、主に、９４６ｎｍから４ ７３ｎｍに変換される。
【００４３】
基本波の角振動数に対して、第２高調波（ＳＨＧ）を発生させることができる。
【００４４】
またレーザーの出力は、レーザーのゲインカーブのピークと、縦モードの位置が一致した場合に最も効率的に発光する。従って、光共振器は、組立時に最も効率的な状態となる様に調整される様になっている。
【００４５】
更に、光共振器内に非線形光学媒質４００が挿入されている場合には、レーザー結晶３００と出力ミラー５００だけに限らず、非線形光学媒質４００の配置状態にも影響され、これら３個の部品の位置関係を調整する必要がある。
【００４６】
そして、非線形光学媒質４００は、温度変化により屈折率も変化する特性がある。
【００４７】
従ってレーザー発振装置１０００は、図２に示す様に、周囲の温度が変化すれば、出力光量も変動する様になる。
【００４８】
この出力光量の変動を防止するために、温度制御部７００が取り付けられており、非線形光学媒質４００を最も効率的に動作する温度に保持する様になっている。本実施例の温度制御部７００は、ペルチェ素子を利用して非線形光学媒質４００を加熱、冷却するためのものである。温度制御部７００は、加熱、冷却機能を備えていれば、ペルチェ素子に限ることなく、何れの構成を採用することができる。
【００４９】
「原理」
【００５０】
図２は、レーザー光源１００の半導体レーザーの消費電流を一定とした場合の、温度変化とレーザー出力との関係を示したものである。横軸が非線形光学媒質４００の温度を表し、０℃から３５℃までの範囲を示している。縦軸は、レーザー発振装置１０００の出力を示している。
【００５１】
非線形光学媒質４００の温度と、レーザー発振装置１０００の出力とは、線形等の関係は存在せず、複数のピークを有する変化を伴っている。
【００５２】
そして図３は、レーザー発振装置１０００の出力を一定とした場合の、温度変化とレーザー光源１００である半導体レーザーの消費電力との関係を示したものである。横軸が非線形光学媒質４００の温度を表し、縦軸は、半導体レーザーの消費電力を示している。
【００５３】
非線形光学媒質４００の温度と、半導体レーザーの消費電力とは、線形等の関係は存在せず、複数のピークを有する変化を伴っている。
【００５４】
更に図４は、温度変化と、温度制御部７００を利用した温度制御手段の消費電力との関係を示すものである。横軸が非線形光学媒質４００の温度を表し、縦軸は、温度制御部７００を利用した温度制御手段の消費電力を示している。
【００５５】
温度制御部７００を利用した温度制御手段は、最も消費電力が低い温度が存在し、この温度から外れた状態となると消費電力が増大して行くことが判る。なお、図４は周囲温度をα度とし、励起レーザーダイオードの発熱による非線形光学媒質４００の温度上昇を△Ｔ℃として描いている。周囲温度が変化すれば、図４のグラフは横方向にシフトする。
【００５６】
そして図５は、図３のレーザー光源１００である半導体レーザーの消費電力と、図４の温度制御部７００を利用した温度制御手段の消費電力とを加え、合計した消費電力を示した図である。
【００５７】
図５は、図３のレーザー光源１００である半導体レーザーの消費電力と、図４の温度制御部７００を利用した温度制御手段の消費電力とを加えたものであるから、この図を観察すると、図３の半導体レーザーの消費電力が少ない温度でも、図４の温度制御部７００を利用した温度制御手段の消費電力が多くなると、必ずしも最小の消費電力とは言えず、これらの消費電力を加算した値が最も少ない温度で作動させることが望ましいこととなる。
【００５８】
「実施例の構成」
【００５９】
次に、本実施例の電気的構成を図１に基づいて説明する。
【００６０】
本実施例のレーザー装置１００００は、レーザー発振装置１０００と、レーザー光検出部２０００と、消費電力検出部３０００と、温度検出手段４０００と、演算処理手段５０００とから構成されている。
【００６１】
レーザー発振装置１０００は、レーザー光源１００と、レーザー結晶３００と、非線形光学媒質４００と、出力ミラー５００と、レーザー駆動手段６００と、温度制御部７００とから構成されている。
【００６２】
レーザー光検出部２０００は、レーザー発振装置１０００からのレーザー出力光の一部をハーフミラー２１００により取り込み、レーザー出力光の強度を計測するためのものである。光強度を測定できる光センサーであれば、何れの素子を使用することができる。
【００６３】
消費電力検出部３０００は、レーザー駆動手段６００と温度制御部７００とに接続されており、レーザー光源１００及び温度制御部７００の消費電力を計測するためのものである。なお本実施例では、レーザー駆動手段６００と温度制御部７００の消費電流を計測することにより、消費電力を演算しているが、消費電力を算出可能であれば、何れの方法で消費電力を計測してもよい。
【００６４】
温度検出手段４０００は、温度制御部計測センサー４１００と、外部温度計測センサー４２００とから構成されている。温度制御部計測センサー４１００は、温度制御部７００の温度を計測するためのものであり、外部温度計測センサー４２００は、外部の温度を計測するためのものである。温度検出手段４０００は、温度を計測することができるセンサーであれば、何れのセンサーを採用することができる。
【００６５】
演算処理手段５０００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含み、制御演算処理を実行するためのものであり、全体の制御を司ると共に、各種の制御機能も備えている。本実施例の演算処理手段５０００は、温度制御駆動部５１００と、レーザー駆動制御部５２００とを含んでいる。
【００６６】
温度制御駆動部５１００は、温度制御部７００を制御駆動するためのものであり、非線形光学媒質４００を所望の温度に加熱・冷却することができる。
【００６７】
レーザー駆動制御部５２００は、レーザー駆動手段６００を制御して、レーザー光源１００の出力を調整するためのものである。
【００６８】
以上の様に構成された本実施例の動作を図６に基づいて説明する。
【００６９】
まず、ステップ１（以下、Ｓ１と略する）で、本実施例のレーザー装置１００００の電源を投入し、スタートさせる。Ｓ１では、レーザー駆動制御部５２００が、レーザー駆動手段６００を制御してレーザー光源１００を発光させ、レーザー発振装置１０００に対してポンピングする様になっている。この結果、光共振器であるレーザー発振装置１０００から、レーザー光が射出される。
【００７０】
次にＳ２では、演算処理手段５０００が、外部温度計測センサー４２００からの周囲温度データを入力する。
【００７１】
そしてＳ３では、演算処理手段５０００は測定された周囲温度から、励起ダイオ−ドの発熱による非線形光学媒質４００の温度上昇△Ｔ℃を加味し加熱、冷却する温度差（±Ｓ）を設定する。本実施例では、±Ｓを±７℃に設定されており、周囲温度が１６℃の場合には、△Ｔ＝４℃とすれば非線形光学媒質４００を２０℃±７℃である１３℃から２７℃まで、加熱又は冷却する様に構成されている。
【００７２】
次にＳ４では、レーザー発振装置１０００をオートパワーコントロールを掛けながら駆動する。即ち、演算処理手段５０００が、レーザー光検出部２０００の検出信号に基づいて、レーザー駆動制御部５２００が、レーザー駆動手段６００を介してレーザー光源１００を駆動し、レーザー発振装置１０００から、一定の光強度でレーザー光が射出される様に制御する。
【００７３】
そしてＳ５では、一定の光強度でレーザー光が射出される状態を維持しながら、温度制御駆動部５１００が、温度制御部７００を制御駆動して、非線形光学媒質４００の温度を±Ｓ℃の範囲で変化させる様になっている。更に、演算処理手段５０００は、消費電力検出部３０００からのデータを取り込む様になっている。即ち、レーザー光源１００及び温度制御部７００の消費電力を計測し、非線形光学媒質４００の温度と、レーザー光源１００及び温度制御部７００の消費電力との関係を測定する。ここで、レーザー光源１００の消費電力をＷ1 とし、温度制御部７００の消費電力をＷ2 とする。
【００７４】
次にＳ６では、本実施例のレーザー装置１００００の最小消費電力を検索する。
【００７５】
即ち、Ｗ＝Ｗ1＋Ｗ2
【００７６】
を演算処理手段５０００が演算し、Ｗの最も小さくなる非線形光学媒質４００の温度を決定する。ここで、Ｗの最も小さくなる非線形光学媒質４００の温度をＸ℃とする。
【００７７】
そしてＳ７では、新たに、Ｘ℃から加熱、冷却する温度差（±Ｔ）を設定する。本実施例では、±Ｔを±２℃に設定されており、Ｘ℃が１９℃の場合には、非線形光学媒質４００を１９℃±２℃である１７℃から２１℃まで、加熱又は冷却する様になっている。
【００７８】
更にＳ８では、レーザー発振装置１０００をオートパワーコントロールを掛けながら続行して駆動し、Ｓ９では、一定の光強度でレーザー光が射出される状態を維持しながら、温度制御駆動部５１００が、温度制御部７００を制御駆動して、非線形光学媒質４００の温度を±Ｔ℃の範囲で変化させる様になっている。更に、演算処理手段５０００は、消費電力検出部３０００からのデータを取り込む様になっている。
【００７９】
従って、レーザー光源１００及び温度制御部７００の消費電力を計測し、非線形光学媒質４００の温度と、レーザー光源１００及び温度制御部７００の消費電力との関係を測定する。ここで、レーザー光源１００の消費電力をＷ1 とし、温度制御部７００の消費電力をＷ2 とする。
【００８０】
次にＳ１０では、本実施例のレーザー装置１００００の最小消費電力を検索する。
【００８１】
即ち、Ｗ＝Ｗ1＋Ｗ2
【００８２】
を演算処理手段５０００が演算し、Ｗの最も小さくなる非線形光学媒質４００の温度を決定する。ここで、Ｗの最も小さくなる非線形光学媒質４００の温度をＹ℃とする。
【００８３】
このＹ℃を、持続して演算すれば、レーザー装置１００００の最小消費電力の温度が時間的な経過と共に変動しても、最小な消費電力となる非線形光学媒質４００の温度を追跡して決定することができる。
【００８４】
従ってＳ１１で、Ｙ℃を持続して求め、非線形光学媒質４００をＹ℃となる様に、温度制御駆動部５１００が温度制御部７００を制御すれば、レーザー装置１００００の消費電力を最小値となる様に維持することができる。
【００８５】
なお、±Ｓ℃、及び±Ｔ℃は、適宜決定することができる。そして、本実施例は、温度検索範囲を絞りこんで行くので、検索時間を最小にすることができる。即ち、±Ｓ℃の範囲では、高速に大まかな測定を行い、次に、±Ｔ℃の範囲で、低速に細かな検索を行う様に構成されている。また、広い温度範囲を高速に測定しようとしても、非線形光学媒質４００の温度が均一にならないので、精密な測定が行えない点に注意する必要がある。更に、±Ｓ℃、及び±Ｔ℃の２段階に限ることなく、複数回の段階で処理してもよい。また温度検索による温度変化は、光共振器状態を変化させるので、より安定したレーザー光を必要とする場合には、適当な回数の温度検索動作後に温度検索を終了させる構成にすることもできる。そして、外部の温度を常に観測していて、周囲温度が変化し、温度検索動作を必要と判断した場合に、再び、温度検索動作を再開する構成としてもよい。
【００８６】
また、非線形光学媒質４００の温度と各種の消費電力との関係を、使用温度範囲、例えば０℃〜３５℃の範囲で測定し、予め演算処理手段５０００のメモリに記憶し、このデータに基づいて、温度制御駆動部５１００が温度制御部７００を制御する構成にすることもできる。この場合には、±Ｓ℃の温度検索動作を省略することができる。また記憶してあるデータと、現在の測定値とを比較して、光共振器の経時変化を観測することができ、レーザーの劣化を使用者に警報することができる。なお、現在の測定値を新しいデータとして更新して記憶させることもできる。更に図４等に示される特性等を記憶させておくこともできる。
【００８７】
そして上記実施例は、設定環境を非線形光学媒質４００の温度とした場合であり、設定環境可変手段が、温度制御部７００に該当する場合である。設定環境は、温度に限ることなく、光共振器と非線形光学媒質の配置等とすることもでき、設定環境可変手段は、光共振器や非線形光学媒質を移動させることのできる適宜の機械的手段とすることもできる。
【００８８】
なお本実施例のレーザー装置１００００は、図７に示すパイプレーザー装置２００００に応用することができる。
【００８９】
パイプレーザー装置２００００は、内部にレーザー装置１００００を装備しており、水平方向及び鉛直方向にガイド光を射出させることができる。
【００９０】
このパイプレーザー装置２００００には、バッテリーボックス２１０００内に電源を挿入し、端部には、操作パネル２２０００と、移動用の取手２３０００とが形成されている。
【００９１】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなる光共振器と、この光共振器に挿入され、第２次高調波を発生させるための非線形光学媒質と、前記光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源を駆動するための駆動手段とからなるレーザー発振装置を備え、前記非線形光学媒質を加熱・冷却するための温度制御部と、前記非線形光学媒質の温度を検出するための温度検出手段と、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力を検出するための消費電力検出部と、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力に基づき、前記温度制御部を制御駆動させるための演算処理手段とから構成されているので、レーザー発振装置を最も効率的に動作させることができるという効果がある。
【００９２】
更に本発明は、レーザー発振装置に対して、前記非線形光学媒質を加熱・冷却するための温度制御部と、前記非線形光学媒質の温度を検出するための温度検出手段と、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力を検出するための消費電力検出部と、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力に基づき、前記温度制御部を制御駆動させるための演算処理手段とを備えているので、最小消費電力で発光するレーザー装置を提供することができる上、経年変化等にも関係なく、最良の状態に自動的に調整することができるという卓越した効果がある。
【００９３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のレーザー装置１００００の構成を説明する図である。
【図２】レーザー光源１００の半導体レーザーの消費電流を一定とした場合の、温度変化とレーザー出力との関係を示したものである半導体レーザーの緩和振動時の反転分布と光強度の関係を示した図である.
【図３】レーザー発振装置１０００の出力を一定とした場合の、温度変化とレーザー光源１００である半導体レーザーの消費電力との関係を示したものである。
【図４】温度変化と、温度制御部７００を利用した温度制御手段の消費電力との関係を示すものである。
【図５】レーザー光源１００である半導体レーザーの消費電力と、温度制御部７００を利用した温度制御手段の消費電力とを加え、合計した消費電力を示した図である。
【図６】本実施例のレーザー装置１００００の動作を説明する図である。
【図７】本実施例のレーザー装置１００００をパイプレーザー装置２００００に応用した場合を説明する図である。
【符号の説明】
１００００ レーザー装置
１０００ レーザー発振装置
１００ レーザー光源
３００ レーザー結晶
３１０ 第１の誘電体反射膜
４００ 非線形光学媒質
５００ 出力ミラー
５１０ 第２の誘電体反射膜
６００ レーザー駆動手段
７００ 温度制御部
２０００ レーザー光検出部
２１００ ハーフミラー
３０００ 消費電力検出部
４０００ 温度検出手段
４１００ 温度制御部計測センサー
４２００ 外部温度計測センサー
５０００ 演算処理手段
５１００ 温度制御駆動部
５２００ レーザー駆動制御部
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体レーザー等を使用したレーザー装置及びレーザー装置制御方法に係わり、特に、温度制御部及び駆動手段の消費電力の総和電力に基づき、温度制御部を制御駆動させ、最小の消費電力で動作させることのできるレーザー装置及びレーザー装置制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から半導体レーザーを使用したレーザー発振装置が存在しており、多方面に応用されていた。
【０００３】
昨今では、レーザー技術の飛躍的進歩により、商用電源を使用するレーザー発振装置のみならず、測量機等の様に、電池駆動により屋外で使用するレーザー発振装置も多用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のレーザー発振装置は、消費電力が多く、電池駆動では使用時間が短く制限される傾向があるという問題点があった。
【０００５】
そこで、高能率でレーザー光を発振することができ、消費電力を低下させて、連続使用時間等を飛躍的に長期化させることのできるレーザー発振装置の出現が強く望まれていた。
【０００６】
またレーザーの出力は、レーザーのゲインカーブのピークと、縦モードの位置が一致した場合に最も効率的に発光するが、光共振器は、組立時に最も効率的な状態となる様に調整されても、経年変化等により、効率的でない状態に変化してしまうという問題点があった。
【０００７】
そして、非線形光学媒質等は、温度変化により屈折率も変化する特性があり、周囲の温度が変化すれば、出力光量も変動するという問題点があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなる光共振器と、この光共振器に挿入され、第２次高調波を発生させるための非線形光学媒質と、前記光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源を駆動するための駆動手段とからなるレーザー発振装置を備え、前記非線形光学媒質を加熱・冷却するための温度制御部と、前記非線形光学媒質の温度を検出するための温度検出手段と、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力を検出するための消費電力検出部と、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力に基づき、前記温度制御部を制御駆動させるための演算処理手段とから構成されている。
【００１０】
また本発明は、レーザー発振装置から出力されたレーザー光の光強度を検出するためのレーザー光検出部を備えており、温度検出手段は、非線形光学媒質の温度の検出に加えて、周囲の温度も検出する様になっており、演算処理手段が、レーザー光検出部の検出信号に基づき、駆動手段を制御駆動し、消費電力に基づき制御すると共に、レーザー発振装置から一定強度のレーザー光が出力される構成にすることもできる。
【００１１】
そして本発明の演算処理手段は、温度制御部の加熱又は冷却の範囲である±Ｓ℃内で、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｘ℃を検索し、更に、Ｘ℃から±Ｔ℃の範囲で、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｙ℃を検索し、非線形光学媒質をＹ℃に保持する構成にすることもできる。
【００１２】
更に本発明は、温度と、温度制御部及び駆動手段の消費電力との関係を、演算処理手段のメモリに記憶させる構成にすることもできる。
【００１４】
更に本発明のレーザー装置制御方法は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなる光共振器と、この光共振器に挿入され、第２次高調波を発生させるための非線形光学媒質と、前記光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源を駆動するための駆動手段とからなるレーザー発振装置を、温度制御部で非線形光学媒質を加熱・冷却し、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力に基づき、レーザー発振装置の消費電力が最小となる様に、前記温度制御部を制御駆動させることを特徴としている。
【００１６】
そして本発明のレーザー装置制御方法は、温度制御部の加熱又は冷却の範囲である±Ｓ℃内で、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｘ℃を検索する第１工程と、Ｘ℃から±Ｔ℃の範囲で、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｙ℃を検索する第２工程と、第２工程を続行して、非線形光学媒質をＹ℃に保持することもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、レーザー発振装置に設けられた温度制御部が、非線形光学媒質を加熱・冷却し、温度検出手段が非線形光学媒質の温度を検出し、消費電力検出部が、温度制御部及び駆動手段の消費電力を検出し、演算処理手段が、温度制御部及び駆動手段の消費電力の総和電力に基づき、温度制御部を制御駆動させることができる。
【００１９】
また本発明は、レーザー光検出部が、レーザー発振装置から出力されたレーザー光の光強度を検出し、温度検出手段は、非線形光学媒質の温度の検出に加えて、周囲の温度も検出し、演算処理手段が、レーザー光検出部の検出信号に基づき、駆動手段を制御駆動し、消費電力に基づき制御すると共に、レーザー発振装置から一定強度のレーザー光が出力される様にすることもできる。
【００２０】
そして本発明の演算処理手段は、温度制御部の加熱又は冷却の範囲である±Ｓ℃内で、温度制御部及び駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｘ℃を検索し、更に、Ｘ℃から±Ｔ℃の範囲で、温度制御部及び駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｙ℃を検索し、非線形光学媒質をＹ℃に保持することもできる。
【００２１】
更に本発明は、温度と、温度制御部及び駆動手段の消費電力との関係を、演算処理手段のメモリに記憶させることもできる。
【００２３】
更に本発明のレーザー装置制御方法は、レーザー発振装置を、温度制御部で非線形光学媒質を加熱・冷却し、温度制御部及び駆動手段の消費電力の総和電力に基づき、レーザー発振装置の消費電力が最小となる様に、温度制御部を制御駆動させることができる。
【００２５】
そして本発明のレーザー装置制御方法は、第１工程で、温度制御部の加熱又は冷却の範囲である±Ｓ℃内で、温度制御部及び駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｘ℃を検索し、第２工程では、Ｘ℃から±Ｔ℃の範囲で、温度制御部及び駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｙ℃を検索し、非線形光学媒質をＹ℃に保持することもできる。
【００２６】
【実施例】
【００２７】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は、本実施例のレーザー発振装置１０００を示すもので、レーザー光源１００と、レーザー結晶３００と、非線形光学媒質４００と、出力ミラー５００と、レーザー駆動手段６００と、温度制御部７００とから構成されている。
【００２９】
レーザー光源１００は、レーザー光を発生させるためのものであり、本実施例では半導体レーザーが使用されている。本実施例では、レーザー光源１００が基本波を発生させるポンプ光発生装置として機能を有する。なお、レーザー光源１００は半導体レーザーに限ることなく、レーザー光を生じさせることができれば、何れの光源手段を採用することができる。そして、レーザー駆動手段６００は、レーザー光源１００を駆動するためのものであり、本実施例では、レーザー光源１００をパルス駆動することができる。
【００３０】
レーザー結晶３００は、負温度の媒質であり、光の増幅を行うためのものである。このレーザー結晶３００には、Ｎｄ3+ イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）等が採用される。ＹＡＧは、９４６ｎｍ、１０６４ｎｍ、１３１９ｎｍ等の発振線を有している。
【００３１】
レーザー結晶３００はＹＡＧに限ることなく、発振線が１０６４ｎｍの（Ｎｄ：ＹＶＯ4 ）や、発振線が７００〜９００ｎｍの（Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ）等を使用することができる。
【００３２】
レーザー結晶３００のレーザー光源１００側には、第１の誘電体反射膜３１０が形成されている。この第１の誘電体反射膜３１０は、レーザー光源１００に対して高透過であり、且つ、レーザー結晶３００の発振波長に対して高反射であると共に、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対しても高反射となっている。
【００３３】
出力ミラー５００は、レーザー結晶３００に対向する様に構成されており、出力ミラー５００のレーザー結晶３００側は、適宜の半径を有する凹面球面境の形状に加工されており、第２の誘電体反射膜５１０が形成されている。この第２の誘電体反射膜５１０は、レーザー結晶３００の発振波長に対して高反射であり、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対して高透過となっている。
【００３４】
以上の様に、レーザー結晶３００の第１の誘電体反射膜３１０と、出力ミラー５００とを組み合わせ、レーザー光源１００からの光束をレーザー結晶３００にポンピングすると、レーザー結晶３００の第１の誘電体反射膜３１０と、出力ミラー５００との間で光が往復し、光を長時間閉じ込めることができるので、光を共振させて増幅させることができる。
【００３５】
本実施例では、レーザー結晶３００の第１の誘電体反射膜３１０と、出力ミラー５００とから構成された光共振器内に非線形光学媒質４００が挿入されている。
【００３６】
なお、出力されるレーザー光の波長は、光共振器の光学的な光路長で決定される縦モードと、レーザーのゲインカーブが一致した波長で発光することになる。
【００３７】
ここで、非線形光学効果を簡潔に説明する。
【００３８】
物質に電界が加わると電気分極が生じる。この電界が小さい場合には、分極は電界に比例するが、レーザー光の様に強力なコヒーレント光の場合には、電界と分極の間の比例関係が崩れ、電界の２乗、３乗に比例する非線形的な分極成分が卓越してくる。
【００３９】
従って、非線形光学媒質４００中においては、光波によって発生する分極には、光波電界の２乗に比例する成分が含まれており、この非線形分極により、異なった周波数の光波間に結合が生じ、光周波数を２倍にする高調波が発生する。この第２次高調波発生（ＳＨＧ）は、ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮと呼ばれている。
【００４０】
本実施例では、非線形光学媒質４００を、レーザー結晶３００と出力ミラー５００とから構成された光共振器内に挿入されているので、内部型ＳＨＧと呼ばれており、変換出力は、基本波光電力の２乗に比例するので、光共振器内の大きな光強度を直接利用できると言う効果がある。
【００４１】
非線形光学媒質４００は、例えば、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 リン酸チタニル カリウム）やＢＢＯ（βーＢａＢ2Ｏ4 β型ホウ酸リチウム）、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5 トリホウ酸リチウム）等が使用され、主に、１０６４ｎｍから５３２ｎｍに変換される。
【００４２】
またＫＮｂＯ3（ニオブ酸カリウム）等も採用され、主に、９４６ｎｍから４ ７３ｎｍに変換される。
【００４３】
基本波の角振動数に対して、第２高調波（ＳＨＧ）を発生させることができる。
【００４４】
またレーザーの出力は、レーザーのゲインカーブのピークと、縦モードの位置が一致した場合に最も効率的に発光する。従って、光共振器は、組立時に最も効率的な状態となる様に調整される様になっている。
【００４５】
更に、光共振器内に非線形光学媒質４００が挿入されている場合には、レーザー結晶３００と出力ミラー５００だけに限らず、非線形光学媒質４００の配置状態にも影響され、これら３個の部品の位置関係を調整する必要がある。
【００４６】
そして、非線形光学媒質４００は、温度変化により屈折率も変化する特性がある。
【００４７】
従ってレーザー発振装置１０００は、図２に示す様に、周囲の温度が変化すれば、出力光量も変動する様になる。
【００４８】
この出力光量の変動を防止するために、温度制御部７００が取り付けられており、非線形光学媒質４００を最も効率的に動作する温度に保持する様になっている。本実施例の温度制御部７００は、ペルチェ素子を利用して非線形光学媒質４００を加熱、冷却するためのものである。温度制御部７００は、加熱、冷却機能を備えていれば、ペルチェ素子に限ることなく、何れの構成を採用することができる。
【００４９】
「原理」
【００５０】
図２は、レーザー光源１００の半導体レーザーの消費電流を一定とした場合の、温度変化とレーザー出力との関係を示したものである。横軸が非線形光学媒質４００の温度を表し、０℃から３５℃までの範囲を示している。縦軸は、レーザー発振装置１０００の出力を示している。
【００５１】
非線形光学媒質４００の温度と、レーザー発振装置１０００の出力とは、線形等の関係は存在せず、複数のピークを有する変化を伴っている。
【００５２】
そして図３は、レーザー発振装置１０００の出力を一定とした場合の、温度変化とレーザー光源１００である半導体レーザーの消費電力との関係を示したものである。横軸が非線形光学媒質４００の温度を表し、縦軸は、半導体レーザーの消費電力を示している。
【００５３】
非線形光学媒質４００の温度と、半導体レーザーの消費電力とは、線形等の関係は存在せず、複数のピークを有する変化を伴っている。
【００５４】
更に図４は、温度変化と、温度制御部７００を利用した温度制御手段の消費電力との関係を示すものである。横軸が非線形光学媒質４００の温度を表し、縦軸は、温度制御部７００を利用した温度制御手段の消費電力を示している。
【００５５】
温度制御部７００を利用した温度制御手段は、最も消費電力が低い温度が存在し、この温度から外れた状態となると消費電力が増大して行くことが判る。なお、図４は周囲温度をα度とし、励起レーザーダイオードの発熱による非線形光学媒質４００の温度上昇を△Ｔ℃として描いている。周囲温度が変化すれば、図４のグラフは横方向にシフトする。
【００５６】
そして図５は、図３のレーザー光源１００である半導体レーザーの消費電力と、図４の温度制御部７００を利用した温度制御手段の消費電力とを加え、合計した消費電力を示した図である。
【００５７】
図５は、図３のレーザー光源１００である半導体レーザーの消費電力と、図４の温度制御部７００を利用した温度制御手段の消費電力とを加えたものであるから、この図を観察すると、図３の半導体レーザーの消費電力が少ない温度でも、図４の温度制御部７００を利用した温度制御手段の消費電力が多くなると、必ずしも最小の消費電力とは言えず、これらの消費電力を加算した値が最も少ない温度で作動させることが望ましいこととなる。
【００５８】
「実施例の構成」
【００５９】
次に、本実施例の電気的構成を図１に基づいて説明する。
【００６０】
本実施例のレーザー装置１００００は、レーザー発振装置１０００と、レーザー光検出部２０００と、消費電力検出部３０００と、温度検出手段４０００と、演算処理手段５０００とから構成されている。
【００６１】
レーザー発振装置１０００は、レーザー光源１００と、レーザー結晶３００と、非線形光学媒質４００と、出力ミラー５００と、レーザー駆動手段６００と、温度制御部７００とから構成されている。
【００６２】
レーザー光検出部２０００は、レーザー発振装置１０００からのレーザー出力光の一部をハーフミラー２１００により取り込み、レーザー出力光の強度を計測するためのものである。光強度を測定できる光センサーであれば、何れの素子を使用することができる。
【００６３】
消費電力検出部３０００は、レーザー駆動手段６００と温度制御部７００とに接続されており、レーザー光源１００及び温度制御部７００の消費電力を計測するためのものである。なお本実施例では、レーザー駆動手段６００と温度制御部７００の消費電流を計測することにより、消費電力を演算しているが、消費電力を算出可能であれば、何れの方法で消費電力を計測してもよい。
【００６４】
温度検出手段４０００は、温度制御部計測センサー４１００と、外部温度計測センサー４２００とから構成されている。温度制御部計測センサー４１００は、温度制御部７００の温度を計測するためのものであり、外部温度計測センサー４２００は、外部の温度を計測するためのものである。温度検出手段４０００は、温度を計測することができるセンサーであれば、何れのセンサーを採用することができる。
【００６５】
演算処理手段５０００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含み、制御演算処理を実行するためのものであり、全体の制御を司ると共に、各種の制御機能も備えている。本実施例の演算処理手段５０００は、温度制御駆動部５１００と、レーザー駆動制御部５２００とを含んでいる。
【００６６】
温度制御駆動部５１００は、温度制御部７００を制御駆動するためのものであり、非線形光学媒質４００を所望の温度に加熱・冷却することができる。
【００６７】
レーザー駆動制御部５２００は、レーザー駆動手段６００を制御して、レーザー光源１００の出力を調整するためのものである。
【００６８】
以上の様に構成された本実施例の動作を図６に基づいて説明する。
【００６９】
まず、ステップ１（以下、Ｓ１と略する）で、本実施例のレーザー装置１００００の電源を投入し、スタートさせる。Ｓ１では、レーザー駆動制御部５２００が、レーザー駆動手段６００を制御してレーザー光源１００を発光させ、レーザー発振装置１０００に対してポンピングする様になっている。この結果、光共振器であるレーザー発振装置１０００から、レーザー光が射出される。
【００７０】
次にＳ２では、演算処理手段５０００が、外部温度計測センサー４２００からの周囲温度データを入力する。
【００７１】
そしてＳ３では、演算処理手段５０００は測定された周囲温度から、励起ダイオ−ドの発熱による非線形光学媒質４００の温度上昇△Ｔ℃を加味し加熱、冷却する温度差（±Ｓ）を設定する。本実施例では、±Ｓを±７℃に設定されており、周囲温度が１６℃の場合には、△Ｔ＝４℃とすれば非線形光学媒質４００を２０℃±７℃である１３℃から２７℃まで、加熱又は冷却する様に構成されている。
【００７２】
次にＳ４では、レーザー発振装置１０００をオートパワーコントロールを掛けながら駆動する。即ち、演算処理手段５０００が、レーザー光検出部２０００の検出信号に基づいて、レーザー駆動制御部５２００が、レーザー駆動手段６００を介してレーザー光源１００を駆動し、レーザー発振装置１０００から、一定の光強度でレーザー光が射出される様に制御する。
【００７３】
そしてＳ５では、一定の光強度でレーザー光が射出される状態を維持しながら、温度制御駆動部５１００が、温度制御部７００を制御駆動して、非線形光学媒質４００の温度を±Ｓ℃の範囲で変化させる様になっている。更に、演算処理手段５０００は、消費電力検出部３０００からのデータを取り込む様になっている。即ち、レーザー光源１００及び温度制御部７００の消費電力を計測し、非線形光学媒質４００の温度と、レーザー光源１００及び温度制御部７００の消費電力との関係を測定する。ここで、レーザー光源１００の消費電力をＷ1 とし、温度制御部７００の消費電力をＷ2 とする。
【００７４】
次にＳ６では、本実施例のレーザー装置１００００の最小消費電力を検索する。
【００７５】
即ち、Ｗ＝Ｗ1＋Ｗ2
【００７６】
を演算処理手段５０００が演算し、Ｗの最も小さくなる非線形光学媒質４００の温度を決定する。ここで、Ｗの最も小さくなる非線形光学媒質４００の温度をＸ℃とする。
【００７７】
そしてＳ７では、新たに、Ｘ℃から加熱、冷却する温度差（±Ｔ）を設定する。本実施例では、±Ｔを±２℃に設定されており、Ｘ℃が１９℃の場合には、非線形光学媒質４００を１９℃±２℃である１７℃から２１℃まで、加熱又は冷却する様になっている。
【００７８】
更にＳ８では、レーザー発振装置１０００をオートパワーコントロールを掛けながら続行して駆動し、Ｓ９では、一定の光強度でレーザー光が射出される状態を維持しながら、温度制御駆動部５１００が、温度制御部７００を制御駆動して、非線形光学媒質４００の温度を±Ｔ℃の範囲で変化させる様になっている。更に、演算処理手段５０００は、消費電力検出部３０００からのデータを取り込む様になっている。
【００７９】
従って、レーザー光源１００及び温度制御部７００の消費電力を計測し、非線形光学媒質４００の温度と、レーザー光源１００及び温度制御部７００の消費電力との関係を測定する。ここで、レーザー光源１００の消費電力をＷ1 とし、温度制御部７００の消費電力をＷ2 とする。
【００８０】
次にＳ１０では、本実施例のレーザー装置１００００の最小消費電力を検索する。
【００８１】
即ち、Ｗ＝Ｗ1＋Ｗ2
【００８２】
を演算処理手段５０００が演算し、Ｗの最も小さくなる非線形光学媒質４００の温度を決定する。ここで、Ｗの最も小さくなる非線形光学媒質４００の温度をＹ℃とする。
【００８３】
このＹ℃を、持続して演算すれば、レーザー装置１００００の最小消費電力の温度が時間的な経過と共に変動しても、最小な消費電力となる非線形光学媒質４００の温度を追跡して決定することができる。
【００８４】
従ってＳ１１で、Ｙ℃を持続して求め、非線形光学媒質４００をＹ℃となる様に、温度制御駆動部５１００が温度制御部７００を制御すれば、レーザー装置１００００の消費電力を最小値となる様に維持することができる。
【００８５】
なお、±Ｓ℃、及び±Ｔ℃は、適宜決定することができる。そして、本実施例は、温度検索範囲を絞りこんで行くので、検索時間を最小にすることができる。即ち、±Ｓ℃の範囲では、高速に大まかな測定を行い、次に、±Ｔ℃の範囲で、低速に細かな検索を行う様に構成されている。また、広い温度範囲を高速に測定しようとしても、非線形光学媒質４００の温度が均一にならないので、精密な測定が行えない点に注意する必要がある。更に、±Ｓ℃、及び±Ｔ℃の２段階に限ることなく、複数回の段階で処理してもよい。また温度検索による温度変化は、光共振器状態を変化させるので、より安定したレーザー光を必要とする場合には、適当な回数の温度検索動作後に温度検索を終了させる構成にすることもできる。そして、外部の温度を常に観測していて、周囲温度が変化し、温度検索動作を必要と判断した場合に、再び、温度検索動作を再開する構成としてもよい。
【００８６】
また、非線形光学媒質４００の温度と各種の消費電力との関係を、使用温度範囲、例えば０℃〜３５℃の範囲で測定し、予め演算処理手段５０００のメモリに記憶し、このデータに基づいて、温度制御駆動部５１００が温度制御部７００を制御する構成にすることもできる。この場合には、±Ｓ℃の温度検索動作を省略することができる。また記憶してあるデータと、現在の測定値とを比較して、光共振器の経時変化を観測することができ、レーザーの劣化を使用者に警報することができる。なお、現在の測定値を新しいデータとして更新して記憶させることもできる。更に図４等に示される特性等を記憶させておくこともできる。
【００８７】
そして上記実施例は、設定環境を非線形光学媒質４００の温度とした場合であり、設定環境可変手段が、温度制御部７００に該当する場合である。設定環境は、温度に限ることなく、光共振器と非線形光学媒質の配置等とすることもでき、設定環境可変手段は、光共振器や非線形光学媒質を移動させることのできる適宜の機械的手段とすることもできる。
【００８８】
なお本実施例のレーザー装置１００００は、図７に示すパイプレーザー装置２００００に応用することができる。
【００８９】
パイプレーザー装置２００００は、内部にレーザー装置１００００を装備しており、水平方向及び鉛直方向にガイド光を射出させることができる。
【００９０】
このパイプレーザー装置２００００には、バッテリーボックス２１０００内に電源を挿入し、端部には、操作パネル２２０００と、移動用の取手２３０００とが形成されている。
【００９１】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなる光共振器と、この光共振器に挿入され、第２次高調波を発生させるための非線形光学媒質と、前記光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源を駆動するための駆動手段とからなるレーザー発振装置を備え、前記非線形光学媒質を加熱・冷却するための温度制御部と、前記非線形光学媒質の温度を検出するための温度検出手段と、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力を検出するための消費電力検出部と、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力に基づき、前記温度制御部を制御駆動させるための演算処理手段とから構成されているので、レーザー発振装置を最も効率的に動作させることができるという効果がある。
【００９２】
更に本発明は、レーザー発振装置に対して、前記非線形光学媒質を加熱・冷却するための温度制御部と、前記非線形光学媒質の温度を検出するための温度検出手段と、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力を検出するための消費電力検出部と、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力に基づき、前記温度制御部を制御駆動させるための演算処理手段とを備えているので、最小消費電力で発光するレーザー装置を提供することができる上、経年変化等にも関係なく、最良の状態に自動的に調整することができるという卓越した効果がある。
【００９３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のレーザー装置１００００の構成を説明する図である。
【図２】レーザー光源１００の半導体レーザーの消費電流を一定とした場合の、温度変化とレーザー出力との関係を示したものである半導体レーザーの緩和振動時の反転分布と光強度の関係を示した図である.
【図３】レーザー発振装置１０００の出力を一定とした場合の、温度変化とレーザー光源１００である半導体レーザーの消費電力との関係を示したものである。
【図４】温度変化と、温度制御部７００を利用した温度制御手段の消費電力との関係を示すものである。
【図５】レーザー光源１００である半導体レーザーの消費電力と、温度制御部７００を利用した温度制御手段の消費電力とを加え、合計した消費電力を示した図である。
【図６】本実施例のレーザー装置１００００の動作を説明する図である。
【図７】本実施例のレーザー装置１００００をパイプレーザー装置２００００に応用した場合を説明する図である。
【符号の説明】
１００００ レーザー装置
１０００ レーザー発振装置
１００ レーザー光源
３００ レーザー結晶
３１０ 第１の誘電体反射膜
４００ 非線形光学媒質
５００ 出力ミラー
５１０ 第２の誘電体反射膜
６００ レーザー駆動手段
７００ 温度制御部
２０００ レーザー光検出部
２１００ ハーフミラー
３０００ 消費電力検出部
４０００ 温度検出手段
４１００ 温度制御部計測センサー
４２００ 外部温度計測センサー
５０００ 演算処理手段
５１００ 温度制御駆動部
５２００ レーザー駆動制御部
Claims (6)
- 少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなる光共振器と、この光共振器に挿入され、第２次高調波を発生させるための非線形光学媒質と、前記光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源を駆動するための駆動手段とからなるレーザー発振装置を備え、前記非線形光学媒質を加熱・冷却するための温度制御部と、前記非線形光学媒質の温度を検出するための温度検出手段と、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力を検出するための消費電力検出部と、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力に基づき、前記温度制御部を制御駆動させるための演算処理手段とから構成されているレーザー装置。
- レーザー発振装置から出力されたレーザー光の光強度を検出するためのレーザー光検出部を備えており、温度検出手段は、非線形光学媒質の温度の検出に加えて、周囲の温度も検出する様になっており、演算処理手段が、レーザー光検出部の検出信号に基づき、駆動手段を制御駆動し、消費電力に基づき制御すると共に、レーザー発振装置から一定強度のレーザー光が出力される請求項１記載のレーザー装置。
- 演算処理手段は、温度制御部の加熱又は冷却の範囲である±Ｓ℃内で、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｘ℃を検索し、更に、Ｘ℃から±Ｔ℃の範囲で、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｙ℃を検索し、非線形光学媒質をＹ℃に保持する請求項１又は請求項２記載のレーザー装置。
- 温度と、温度制御部及び駆動手段の消費電力との関係を、演算処理手段のメモリに記憶させる請求項３記載のレーザー装置。
- 少なくともレーザー結晶と出力ミラーとからなる光共振器と、この光共振器に挿入され、第２次高調波を発生させるための非線形光学媒質と、前記光共振器に対してポンピングするためのレーザー光源と、このレーザー光源を駆動するための駆動手段とからなるレーザー発振装置を、温度制御部で非線形光学媒質を加熱・冷却し、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力に基づき、レーザー発振装置の消費電力が最小となる様に、前記温度制御部を制御駆動させるレーザー装置制御方法。
- 温度制御部の加熱又は冷却の範囲である±Ｓ℃内で、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｘ℃を検索する第１工程と、Ｘ℃から±Ｔ℃の範囲で、前記温度制御部及び前記駆動手段の消費電力の総和電力が最も少なくなる非線形光学媒質の温度Ｙ℃を検索する第２工程と、第２工程を続行して、非線形光学媒質をＹ℃に保持する請求項５記載のレーザー装置制御方法。
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