激光振荡装置及其控制方法

专利名称：激光振荡装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及激光振荡装置，特别涉及能够可变Q开关脉沖宽度的激光振 荡装置及其控制方法。
背景技术：
利用了发生连续波(Continuous Wave,后面，也称为CW)的超声波等 的声光Q开关(Acoust-Optic Q-Switch,后面，也记为AOQ-SW)激光振荡 装置，可得到脉沖宽度窄且峰值高的连续波脉沖。因此，广泛普及在激光微 调加工、激光制标加工等领域。
以往，AOQ-SW激光振荡装置存在不能自由改变Q开关(后面，也称为 Q-SW)激光脉沖宽度的缺点。例如，在5kHz的重复频率下，设一定的激励 用LD (激光二极管Laser Diode)的电流为固定，则Q开关脉冲宽度被自 动决定。从而，在电流一定的条件下，其值不能变长或变短。
在激光的原理上，可由例如以下的3种方法对Q开关脉沖宽度进行可变 控制。首先，第1方法是在小于激光激活离子的荧光寿命状态下，对激光介 质的激励时间进行控制，使其延长至荧光寿命为止。由此，能够提高峰值功 率，且缩短Q开关脉沖宽度。相反，若将激励时间从荧光寿命时间开始缩短， 则峰值功率也减少，且还能够延长Q开关脉沖宽度。
该第1方法是利用图11所示的Q开关激光的特性的方法。图11中，横 轴取Q开关频率，纵轴取Q开关脉沖的峰值输出和Q开关脉沖宽度，是表示 激励光强固定情况下的Q开关脉沖的特性的曲线图。如图11所示，Q开关脉 沖宽度具有，在激励光强一定的情况下，Q开关振荡频率越高则越长，相反， 在变低的方向变短的特性。存在若Q开关振荡频率减低，则Q开关脉冲宽度 饱和的倾向。利用该原理，例如在需要1kHz的Q开关脉沖频率的情况下， 构成为能够将实际的Q开关频率以lkHz、 5kHz、 10kHz、 15kHz、 20kHz的 5个级振荡。在5kHz以上的频率上，利用外部的高速光快门(shutter)等， 将激光脉沖列分别拉长间隔为1/5、 1/10、 1/15、 1/20。这样，可得到Q开关脉沖宽度不同的5级的lkHz的脉冲列。但是，如图11所示，Q开关脉沖的
值输出的情况下，需要用于衰减峰值输出的外部衰减器(attenuator)。此外， 由于通过衰减不能有效利用峰值输出，因此存在激光振荡装置大型化等作为 产业用激光装置所重视的成本方面的问题。
第2方法是提高对激励激光介质的激励光密度的方法。由此，能够缩短 Q开关脉沖宽度。即，通过增大激励用LD的电流值，且增大LD输出光强度， 或者若输入的LD激励光功率固定，则通过使LD激励光聚光为较小，从而能 够缩短Q开关脉冲宽度。
如图12所示，该第2方法利用在LD激励光强度上升时Q开关脉冲宽度 缩短的特性。在图12中，横轴取LD激励光强度，纵轴取Q开关脉沖宽度， 是表示两者的关系的曲线图。通过增大LD电流值而LD激励光强度能够变大。 利用该特性，通过在能够得到期望的脉沖宽度(图12所示的tp)的电流值下 使用的方法，能够选择某一程度的脉冲宽度。但是，此时也与第l方法相同， 在以相同峰值输出并用宽脉沖宽度和窄脉沖宽度的情况下，需要用衰减器衰 减输出。
第3方法是通过伸缩光谐振器长度，从而改变光谐振器中的往返时间。 原理上，伸缩光谐振器，对改变Q开关脉沖宽度具有显著的效果。例如，通 过缩短光谐振器长度，从而即使在具有相同增益的活性介质中往返的情况下， 往返时间也缩短，即往返次数增大。由此，脉沖上升时间缩短，从而整体Q 开关脉沖宽度缩短。但是，由于在实际的装置中难以自由改变谐振器长度， 因此从脉沖宽度的外部控制这一观点出发，则是一种非常困难的方法。
因此，作为现今市场上所实施的脉沖宽度可变方法，存在如专利文献1 所公开的方式。该方式，与一般的AOQ-SW元件的连续波的Q开关振荡器 相同，但在Q开关振荡信号的定时之前的时间(Ta)控制该AOQ-SW元件的 ON (导通)/OFF (截止)。即控制对高能级的激励积累时间。这样，利用通 过控制激光振荡装置的增益，从而控制所发生的Q开关脉沖宽度的方法。
图13表示用于进行专利文献1所公开的脉冲宽度可变方法的激光振荡装 置的结构。图13所示的激光振荡装置包括激光振荡装置头(head) 11、外部 AOD元件(声光偏向元件Acoust-Optic Deflector) 114、定时电路101、 102、 以及RF驱动器21、 121。如图13所示，激光振荡装置头11是侧面激励方式的激光振荡装置头。而且，该光谐振器包括在振动器光轴50上依次配置的全 反射镜15、 Nd:YAG杆(rod) 12、内部AOQ-SW元件14以及输出镜16。此 外，配置对Nd:YAG杆12的侧面照射激励光的激励用LD13。根据这样的结 构，专利文献1的激光振荡装置具有能够基于外部信号控制Q开关脉沖宽度 的特征。具体来说，通过缩短图14的图(2)所示的对高能级的积累时间Ta， 从而能够缩短图(7)所示的脉沖宽度。
专利文献l:(日本)特开2001-353585号公报(第5页、图l)
但是在专利文献1的脉沖宽度可变方法中，由于激励光是连续光，因此 在Q开关成为ON的区域，产生CW光的振荡。这样，存在CW光从振荡器 头的出射口输出的缺点。对此，参照图14进行说明。图14是表示使用了图 13所示的激光振荡装置的脉冲宽度的可变控制的动作的定时图。如图14所 示，相当于对内部Q开关不施加RF (高频Radio Frequency)功率(图14 (3))的情况(RF; OFF)下的振荡器输出(图14 (4))在粗线表示的范围 内出射连续波。即，在原来不应该出射激光的地方，进行连续波振荡。因此 需要在振荡器头外部设置某种快门。
在专利文献l的例子中，由于应用于激光微调装置，因此需要该外部光 开关为高速开关。因此，使用开关速度高的AOD元件截止CW分量的振荡 部分。如图14的图(5 )所示，将对外部AOD元件的RF功率控制信号154 设为ON至图(4)的脉沖振荡结束为止。接着，在图(4)所示的连续波振 荡的期间切换使得对外部AOD元件的RF功率控制信号154成为OFF。在该 例子中，如图(5)、 (6)所示，通过将对外部AOD元件的RF功率155设为 OFF,从而外部Q开关成为ON,通过将对外部AOD元件的RF功率155设 为ON，从而外部Q开关成为OFF。通过将外部Q开关设为OFF从而截止 CW分量，如图(7)所示，从外部AOD元件114仅输出脉沖分量。图(8) 所示的CW分量的光线由外部AOD元件114而折回，照射到吸收块(block), 从而防止对加工面的出射。此后，如在图(5)中箭头所示，配合内部Q开 关从ON切换为OFF的定时，外部Q开关从OFF切换为ON。
因此，在该方式中，需要使用光谐振器内部的AOQ-SW元件和光谐振器 外部的AOD元件2组的AO(声光Acoust-Optic )元件。AOD元件与AOQ-SW 元件同样地还需要RF驱动器电路。因此，不仅控制变得复杂，而且存在成 本高的问题。此外，由于这些RF驱动器电路在其性质上发生辐射噪声，因此在装置的规格上有时需要减小该辐射噪声的结构。这也成为成本上升的原因。

发明内容
本发明鉴于这样的问题点而完成，其目的在于提供能够简化控制电路，
且能够在低成本下可变控制Q开关脉沖宽度的激光振荡装置及其控制方法。
本发明的激光振荡装置，其特征在于包括光谐振器，具有在其光轴上 配置的固体激光介质和Q开关元件，可进行激光振荡以及Q开关脉沖振荡； 激励光源，对所述固体激光介质照射激励光，从而可进行所述激光振荡；以 及激励光控制部件，与所述光谐振器进行一次或多次所述Q开关脉沖振荡的 定时同步地，将所述激励光的强度降低直至成为比所述激光振荡的阈值小的 规定的强度为止。
本发明的激光振荡装置的控制方法，其特征在于，与光谐振器进行一次 或多次的Q开关振荡的定时同步地，将照射到所述光谐振器的固体激光介质 的激励光的强度降低直至成为比所述光谐振器的激光振荡的阈值小的规定的 强度为止。
根据本发明，能够得到不包含连续波分量的Q开关脉沖，而不使用内置 在激光振荡装置的Q开关元件以外的外部元件，因此能够提供可简化控制电 路，且能够以低成本可变控制Q开关脉沖宽度的激光振荡装置。


图l是表示本发明的第1实施方式的激光振荡装置的结构的方框图。 图2 (1)至图2 (7)是表示利用了图1所示的激光振荡装置的Q开关 脉沖宽度控制方法的动作的定时图。
图3是表示LD电流控制电路的结构的方框图。 图4是表示LD电流的脉沖宽度Pw的定时图。
图5是表示本发明的第2实施方式的激光振荡装置的结构的方框图。 图6 (1)至图6 (7)是表示利用了图5所示的激光振荡装置的Q开关 脉冲宽度控制方法的动作的定时图。
图7是表示本发明的第3实施方式的激光振荡装置的结构的方框图。 图8 (1)至图8 (7)是表示利用了图7所示的激光振荡装置的Q开关脉沖宽度控制方法的动作的定时图。
图9是表示本发明的第4实施方式的激光振荡装置的结构的方框图。
图10 ( 1 )至图10 (6)是表示利用了图9所示的激光振荡装置的Q开 关脉冲宽度控制方法的动作的定时图。
图11是横轴取Q开关频率，纵轴取Q开关脉冲的峰值输出和Q开关脉 冲宽度，表示在激励光强度一定的情况下的Q开关脉冲的特性的曲线图。
图12是横轴取LD激励光强度，纵轴取Q开关脉沖宽度，表示两者的关 系的曲线图。
图13是表示用于进行专利文献1所公开的脉沖宽度可变方法的激光振荡 装置的结构的方框图。
图14 ( 1 )至图14 ( 8 )是表示利用了图13所示的激光振荡装置的Q开 关脉沖宽度控制方法的动作的定时图。
标号说明11激光振荡器头
12Nd:YAG杆
13激 励用LD
14内部AOQ-SW元件
15全反射镜
16输出镜
17Q开关脉沖宽度设定电路
18LD电流控制电3各
19LD驱动器
20RF振幅控制电路
21RF驱动器
31最大电流设定电路
32最小电流设定电路
33电流斜率(slope)设定电路
34脉冲宽度设定电路
35激光振荡器头
36凸透镜
37激励用LD纤维(fiber)单元38:激励用LD光纤
39:聚光透镜
41:激光振荡器头
42:光快门
43:光快门驱动器
44: LD驱动器
46:通信用LD
50:振荡器光轴
51:出射脉沖信号
52: Q开关脉沖宽度设定信号
53: LD电流控制信号
54: RF功率的调制控制信号
55: RF功率
56: LD驱动电流
57:振荡器输出
72:激励用LD光纤输出光
81:光快门驱动输出信号
91: LD电源驱动
101:定时电^各
102:定时电3各
114:外部AOD元件
121: RF驱动器
151:对内部AOQ-SW元件的RF功率控制信号 154:对外部AOD元件的RF功率控制信号 155:对外部AOD元件的RF功率 157:来自外部AOD元件的输出 158:通过AOD元件偏向的CW光
具体实施例方式
本发明具有以下的特征。本发明的激光振荡装置，与光谐振器进行Q开 关脉冲振荡的定时同步，控制施加到激励用的激励光源的电流，使其下降至比光谐振器的激光振荡阈值小的规定的电流值为止。这样，在可产生cw光
的AOQ-SW激光振荡装置中，能够得到不含CW分量的Q开关脉沖，而无 需追加外部元件。
此时，可构成为激励光照射到与固体激光介质中的光谐振器的光轴方向 正交的面，也可以构成为激励光照射到沿着固体激光介质中的光谐振器的光 库由方向的面。
此外，也可以与一次或多次的所述Q开关脉沖振动的定时同步地，控制 施加到所述激励光源的电流，4吏其在比Q开关^0中的上升时间长的时间内同 样减少，直至比所述激光振荡的阈值的电流值小的规定的电流值为止。
而且，也可以在激励光源和激光介质之间配置光快门，通过开关该光快 门来控制激励光的强度。
此外，激励光源可以设为激光二极管。
此外，也可以是激励光源由多个激光二极管构成，通过改变这些多个激 光二极管的发光个数，从而控制激励光的强度。
此外，也可以与由于Q开关元件的动作而光谐振器的Q值成为低值的时 间同步，控制激励光的强度使其比所述激光振荡的阈值大。
接着，参照附图具体说明本发明的实施方式。首先，说明本发明的第1 实施方式。图1是表示本第1实施方式的激光振荡装置的结构的方框图，图 2是表示使用了图1所示的激光振荡装置的Q开关脉沖宽度控制方法的动作 的定时图。
如图1所示，本实施方式的激光振荡装置包括激光振荡器头ll、 Q开 关脉冲宽度设定电路17、 LD电流控制电路18、 LD驱动器19、 RF振幅控制 电路20、以及RF驱动器21。
激光振荡器头11是侧面激励方式的激光振荡器头。而且，该光谐振器包 括依次在振荡器光轴50上配置的全反射镜15、Nd:YAG杆12、内部AOQ-SW 元件14以及输出镜16。此外，配置了对Nd:YAG杆12的侧面照射激励光的 激励用LD13。激光出射侧的输出镜16和其相反侧的全反射镜15相对配置。 内部AOQ-SW元件14是能够在高值/低值之间切换光谐振器的Q值的元件。 此外，激励用LD13 ^L配置为能够对沿着Nd:YAG杆12的光轴方向的面(侧 面)照射激励光。通过照射该激励光，光谐振器可进行连续波的激光振荡。
接着，参照图1和图2说明本实施方式的动作，如图1所示，Q开关脉
10冲宽度设定电路17基于从外部输入的出射脉沖信号51 (图2 ( 1 )),设定Q 开关脉冲宽度。而且，Q开关脉沖宽度设定电路17对激励用LD13侧的LD 电流控制电路18、和内部AOQ-SW元件14侧的RF振幅控制电路20输出Q 开关脉冲宽度设定信号52 (图2 (2))。这里，图2 (2)的时间Ta是将期望 的Q开关脉沖宽度的脉沖发生所需的能量积累到激光高能级的时间。在本实 施方式中，进行控制使得该时间Ta通过多次脉冲振荡而分别固定。
LD电流控制电路18基于从Q开关脉沖宽度设定电路17输入的Q开关 脉沖宽度设定信号52，控制用于驱动激励用LD13的电流(LD电流)。即， LD电流控制电路18与为了调整积累时间(Ta)而将RF功率设为OFF的时 间同步地控制激励用LD13的驱动电流。而且，LD电流控制电^各18对LD 驱动器19输出LD电流控制信号53 (图2 (3))。如图2(3)所示，本实施 方式的LD电流控制信号53，其High (高)电平和Low (低)电平变化为斜 坡状，即变化为对于时间轴具有信号电平的梯度，从而相互切换。另外，在 本实施方式中，如后所述，图2 (3 )的Low电平被设定为比LD驱动电流56 为0 (zero)的情况下的电平(LD0)高。
LD驱动器19基于从LD电流控制电路18输入的LD电流控制信号53, 对激励用LD13输出LD驱动电流56 (图2 (6))。如图2(6)所示，LD驱 动电流56与LD电流控制信号53 —样，LD电流的High电平和低电平以斜 坡状的变化相互切换。LD驱动电流56的高电平与图2( 3 )所示的高电平(LD High )对应。在该高电平时，LD驱动电流56成为大于激光振荡的振荡阈值 (threshold)的电流值。此外，LD驱动电流56的J氐电平与图2 (3)所示的 低电平(LDLow)对应。在本实施方式中，低电平的电流值是大于0 (zero) 且稍微小于激光振荡的振荡阈值的值。激励用LD13根据被输入的LD驱动电 流56而驱动，且通过从侧面激励Nd:YAG杆12 ，从而使激光振荡。
RF振幅控制电路20基于从Q开关脉沖宽度设定电路17输入的Q开关 脉沖宽度设定信号52，设定对内部AOQ-SW元件14提供的RF功率的振幅， 并将光谐振器的Q值仅在时间(Ta)设为低值，因此进行控制以使将RF功 率设为ON状态，所述时间(Ta)根据Q开关脉沖宽度设定电路17而设定。 然后，对RF驱动器21输出与被设定的RF功率的振幅对应的RF功率的调制 控制信号54 (图2 (4))。如图2 (4)所示，RF功率的调制控制信号54具 有在与Q开关脉冲宽度设定信号52对应的定时切换High/Low电平的波形。另外，在本实施方式，在RF功率为ON时光谐振器的Q值成为低值，在RF 功率为OFF时光谐振器的Q值成为高值。
RF驱动器21基于从RF振幅控制电路20输入的RF功率的调制控制信 号54，输出被内部AOQ-SW元件14调制的RF功率55 (图2 (5))。如图2 (5)所示，RF功率55在与RF功率的调制控制信号54对应的定时切换 ON/OFF。在将RF功率设为ON时(图(2)的时间Ta期间)，RF功率55 作为具有被设定的振幅以及规定的频率的波形的RF功率而被提供给 AOQ-SW元件14。另外，在图2(5)中，对RF波形进行简化而图示(在后 面的图中也同样)。
在从RF驱动器21输入的RF功率55成为OFF时，内部AOQ-SW元件 14将光谐振器的Q值急速地设为高值。由此，本实施方式的激光加工装置输 出作为与上述的时间Ta对应的脉沖宽度的Q开关脉沖的振荡器输出57(图2 (7))。另外，在图2 (7)所示的振荡器输出57中，在向上突起的脉冲形状 的波形以外的、由0 (zero)表示的水平部分中，不输出脉沖分量、也不输出 CW分量(在以后的图中也同样)。
接着，参照图3和图4详细说明LD电流控制电路18。图3是表示LD 电流控制电路18的结构的方框图，图4是表示LD电流的脉冲宽度Pw的定 时图。另外，图4所示的LD电流的波形对应于图2(6)。如图3所示，LD 电流控制电路18包括最大电流值设定电路31、最小电流值设定电路32、电 流斜率设定电路33以及脉沖宽度设定电路34。此外，从外部提供对于LD电 流控制电路18的Q开关脉沖宽度设定信号52以外的输入参数(最大电流值、 最小电流值、电流斜率r、以及电流脉沖宽度Pw)。
本实施方式的LD电流控制电路18具有以下两种功能，即第一、将LD 电流值设定为High和Low两级的电平而能够进行控制；第二、在将LD电流 值在两级间切换时对电流的变化提供斜率。如上所述，在本实施方式中，LD 电流的Low电平的设定值被设定为比激光振荡的振荡阈值稍微低的值。其结 果，本实施方式的激光振荡装置，即使使用l个AO元件，也能够在将对内 部AOQ-SW元件14的RF功率55设为OFF的时间，即在光谐振器的Q值 为高值的时间，也不输出CW激光。
此外，对LD电流值的变化提供斜率是因为存在以下情况，即在高输出 LD的情况下，若在LD电流值的时间变化(=AId/At)较大的状态下使LD电流值ON/OFF，则LD元件产生的热量较大地变化，爿t人而LD元件有时容易 劣化。因此，在本实施方式中对LD电流值的变化提供斜率，较小地抑制AId /△t，从而进行控制以尽量抑制劣化。为了抑制LD元件的劣化，电流值的 斜坡状的变化所需的时间尽量长为好。但是，在Q开关脉沖的上升以及下降 后，LD电流大于振荡阈值的情况下，直至电流值小于阈值为止，CW分量被 输出。实际上，由于若输出CW分量的时间短则对输出光的影响较小，所以 考虑到这一点后决定斜坡状的变化所需的时间即可。
如上说明那样，在本实施方式中，不是以一定的电流值驱动激励用LD， 而是与施加到内部AOQ-SW元件14的RF功率55处于OFF状态的时间同步 地进行控制，使得LED驱动电流56成为光谐振器的阈值电流值以下。由此， 能够实现消除与Q开关脉沖同时发生的CW激光功率分量，而无需如以往那 样在谐振器的外部设置外部AOD元件。这意味着由于能够省略1个AOD元 件和用于驱动它的RF驱动器方式，因此能够实现大幅的成本削减。
此外，在使用外部AOD元件时，需要安装用于控制这些AOQ-SW元件 和AOD元件的CPU (中央运算处理装置Central Processing Unit)的控制电 路。相对于此，根据本实施方式，由于能够通过通常的逻辑+模拟电路进行控 制，因此能够简化系统。在将本实施方式的激光振荡装置不搭载在激光微调 装置等系统上，而以激光振荡装置单体形式使用的情况下，本效果尤其显著。
而且，在本实施方式中，通过对LD电流值的ON/OFF 4是供斜率而进行
能够期待不使LD电流值完全OFF,而是某一时间使它下降至阈值电流值以 下的规定的电流值为止，从而将斜坡的倾斜度变得緩慢且将激励用LD的平 均驱动电流降低几十％左右。由此，与以往相比能够大幅延长激励用LD的寿 命。另外，本效果在例如超过几十W等级的大输出的LD中尤其显著。
此外，在本实施方式中，将对高能级的积累时间控制为一定。由此，能 够自动地控制最初脉沖(first pulse )，所谓的最初脉沖是指在激光ON/OFF时 等最初的Q开关脉沖比此后的脉冲大数倍的脉冲。
接着，参照图5和图6说明本发明的第2实施方式。图5是表示本第2 实施方式的激光振荡装置的结构的方框图。图6是表示使用了图5所示的激 光振荡装置的Q开关脉冲宽度控制方法的动作的定时图。另外，在图5和图 6中，对与图1至图4所示的第1实施方式相同的结构物附加相同的标号，并省略其详细i兌明。
本实施方式的激光振荡装置与第1实施方式的不同点在于，对与Nd:YAG 杆中的光谐振器的光轴方向正交的面(端面)照射激励光，从而作为激励 Nd:YAG杆的端面激励方式的LD激励激光而构成。此外，在本实施方式中， 使用从光纤端部出射激励光型的激励用LD。
如图5所示，本实施方式的激光振荡装置具有端面激励方式的激光振荡 器头35。此外，本实施方式的激光振荡装置代替图1所示的LD驱动器19和 激励用LD13，由激励用LD纤维单元37和激励用LD纤维38构成。激励用 LD纤维38例如能够使用安装引线纤维(pigtail fiber)的型式。
激光振荡器头35是端面激励方式的头。而且，该光谐振器与第1实施方 式一样，包括在振荡器光轴50上依次配置的全反射镜15、 Nd:YAG杆12、 内部AOQ-Sw元件14、以及输出镜16。此外，配置了对Nd:YAG杆12的端 面照射激励光的光纤38。在本实施方式中，为了经由全反射镜15对Nd:YAG 杆12的端面照射激励用LD纤维输出光72，因此安装光纤38的输出端。而 且，在光纤38的输出端和全反射镜15之间，设置用于使激励用LD纤维输 出光72成为平行光的凸透镜36、以及用于在Nd:YAG杆12的端面聚光的聚 光透镜39。另外，除了图示的以外还可以设置透镜等光学系统。
接着，对于本实施方式的动作，以与第1实施方式的不同点为中心进行 说明。在本实施方式中，来自LD电流控制电路18的信号的LD电流控制信 号53输入到激励用LD纤维单元37。在第1实施方式中，图1所示的LD驱 动器19对激励用LD13输出LD驱动电流56，所述LD驱动电流56具有以 斜坡状的变化在High/Low电平之间进行切换的波形。相对于此，在本实施方 式中，激励用LD纤维单元37经由光纤38对Nd:YAG杆12的端面照射激励 用LD纤维输出光72。如图6(6)所示，该激励用LD纤维输出光72是，与 第1实施方式的LD驱动电流56(图2( 6 ))同样，以斜坡状的变化在High/Low 电平之间进行切换的强度电平的光。激励用LD纤维输出光72的High电平 对应于图6 (3)所示的High电平(LD High )。该High电平时，激励用LD 纤维输出光72成为比激光振荡的振荡阈值大的光强度。此外，激励用LD纤 维输出光72的Low电平对应于图6(3)所示的Low电平(LD Low )。在本 实施方式中，Low电平的光强度是比O( zero)大且比激光振荡的振荡阈值稍 微低的光强度。该光激励Nd:YAG杆12，从而使光谐振器进行激光振荡。另外，内部AOQ-SW元件14侧的控制电路、以及图6的图(1)~(5)、 (7) 与第1实施方式相同。
如上所述，在本实施方式中，使用端面激励方式的激光振荡器头，能够 得到与第1实施方式同样的效果。
接着，参照图7和图8说明本发明的第3实施方式。图7是表示第3实 施方式的激光振荡装置的结构的方框图，图8是表示使用了图7所示的激光 振荡装置的Q开关脉沖宽度控制方法的动作的定时图。另外，在图7和图8 中，对于与图1至图6所示的第1和第2实施方式相同结构物附加相同的标 号，并省略其详细说明。
本实施方式的激光振荡装置与第2实施方式相同，是端面激励方式的振 荡器，但具有用于遮挡激励用LD纤维输出光72的光快门42、以及驱动用的 光快门驱动器43，这一点与第2实施方式不同。如图7所示，光快门42例 如能够设置在凸透镜36和聚光透镜39之间。
接着，对于本实施方式的动作，以与第2实施方式的不同点为中心进行 说明。在第2实施方式中，LD电流控制信号53是具有斜坡状的High/Low电 平的波形的信号。在本实施方式中，LD电流控制信号53以固定的电平(High 电平)从LD电流控制电路18输出。由此，激励用LD纤维单元37和激励用 LD纤维38向Nd:YAG杆12的端面照射固定强度的激励用LD纤维输出光 72。
在本实施方式中，通过高速地开关光快门42，从而控制激励用LD纤维 输出光72的电平。因此，作为来自Q开关脉沖宽度设定电路17的信号的Q 开关脉冲宽度设定信号52输入到光快门驱动器43。光快门驱动器43基于被 输入的Q开关脉冲宽度设定信号52,对光快门42输出光快门驱动输出信号 81 (图8 (6))。光快门42基于^皮输入的光快门驱动输出信号81而开关，从 而被照射到Nd:YAG杆12的端面的激励用LD纤维输出光72被ON/OFF。
在本实施方式的动作中，光快门42机械地遮挡激励用LD纤维输出光 72。从而，光快门驱动输出信号81并不是图6 (6)所示的斜坡状的变化， 而是被控制为如图8(6)所示的与Q开关脉沖宽度设定信号52的定时对应 地成为OPEN (开)/CLOSE (关)。在本实施方式中，配合脉沖振荡的定时， 光快门42成为CLOSE (关)。由此，不产生CW分量，因此如图8(7)所 示，仅输出脉沖分量。之后，光快门42进行切换，使得与Q开关脉沖宽度设定信号52 (时间Ta的开始时)同步地成为OPEN (开)。
本实施方式，由于无需对激励用LD的输出光进行调制就能够ON/OFF, 因此能够延长具有频繁ON/OFF时寿命变短的可能性的大输出的激励用LD 的寿命。另外，作为光快门42，例如可以利用作为廉价光快门的旋转隙缝、 使用聚合物分散液晶(PDLC: Polymer Dispersed Liquid Crystal)的光快门、 以及使用了透光性陶资PLZT ( Pb 1 -yLayZrxTil-x03 )的光快门等。
接着，参照图9和图IO说明本发明的第4实施方式。图9是表示该第4 实施方式的激光振荡装置的结构的方框图，图IO是表示使用了图9所示的激 光振荡装置的Q开关脉沖宽度控制方法的动作的定时图。另外，在图9和图 10中，对于与图1至图8所示的第1至第3实施方式相同的结构物附加相同 的标号，并省略其"^细i兌明。
本实施方式的激光振荡装置是与第2实施方式相同的端面激励方式的振 荡器，但在以下结构上与第2实施方式不同。即，在本实施方式中，代替图 5所示的LD电流控制电i 各18、激励用LD纤维38以及激励用LD纤维38， 而设置了 LD驱动器44、通信用LD46。通信用LD46由多个通信用LD被捆 而成。此外，在本实施方式中，被构成为对RF振幅控制电路20输入出射脉 冲信号51,而不是来自Q开关脉沖宽度设定电路17的信号。
接着，对于本实施方式的动作，以与第2实施方式的不同点作为中心进 行说明。LD驱动器44基于从Q开关脉冲宽度设定电路17输入的Q开关脉 冲宽度设定信号52，对通信用LD46输出LD电流驱动91 (图10 (3 ))。这 里，通信用LD46是高可靠性的纤维输出型式的LD,因此能够进行非常高速 的调制。由此，在本实施方式中，进行控制，使得LD电流驱动91具有与Q 开关脉沖宽度设定信号52 (图10 (2))对应的定时的阶梯状波形，而不是斜 坡状。通信用LD46基于被输入的LD电流驱动91 ，对Nd:YAG杆12的端面 照射激励用LD纤维输出光72。此时，通过控制被捆的多个通信用LD的发 光个数，从而进行激励用LD纤维输出光72的强度电平。在本实施方式中， 如图10 (5)所示，激励用LD纤维输出光72的强度电平也成为与图10 (3) 的LD电流驱动91相同的阶梯状。另外，也可以通过控制上述的多个通信用 LD的发光个数，与第1和第2实施方式一样，以斜坡状的变化控制激励用 LD纤维输出光72的强度电平。此外，在本实施方式中，由于以LD的发光 个数进行控制，因此如第1实施方式那样，Low电平(图10 (3)、 (5))可以是比激光振荡的阈值稍微低的电平，也可以是0 (zero)。
此外，RF振幅控制电路20基于被输入的出射脉冲信号51,对RF驱动 器21进行RF功率调制控制信号54的输出。RF驱动器21基于被输入的RF 功率调制控制信号54,对内部AOQ-SW元件14输出被调制的RF功率55。 如图10 (4)所示，本实施方式的RF功率55与第2实施方式的不同点在于， 在与图(1 )对应的定时ON/OFF被控制。此时，在出射Q开关脉沖的定时， 使对内部AOQ-SW元件14施加的RF功率55在OFF规定的时间(例如lO(is ) 之外都ON。通过这样控制，由于没有必要同时控制激励用LD的电流和RF 功率双方，因此能够相应地简化控制。
另夕卜，本实施方式的通信用LD46，当前较多的是几百mW级左右的通 信用LD。在作为产业用激光振荡装置的输出为几W 10W级的情况下，激励 用LD的输出至少需要约2倍的5 20W。从而，为了将通信用LD46应用于 激励用LD，需要以上那样将多条的LD捆绑而使用。但是，如果考虑能够10 万时间以上无故障地使用的可靠性，则如本实施方式那样将通信用LD作为 产业用激光的激励光源来使用的优点较大。另夕卜，也可以根据单体的LD的 输出和作为激光振荡装置的输出之间的关系，以1个LD构成通信用LD46。
本发明能够适宜地利用于例如，薄膜微调器(trimmer)和芯片电阻电容 器等激光微调(trimming)装置、陶瓷划线器(ceramics scriber)、玻璃切割 器(glass cutter )、多层基板的通孔(via hole )力口工机、激光晶片标记器(marker )、 对金属的激光标记(marking )、对树脂封装的标志装置、对太阳能电池用非 晶Si的再结晶化(退火annealing)装置、以及对于Cu和Au等的薄膜切割 (cutting)装置等。
权利要求
1、一种激光振荡装置，其特征在于，包括光谐振器，具有在其光轴上配置的固体激光介质和Q开关元件，可进行激光振荡和Q开关脉冲振荡；激励光源，通过对所述固体激光介质照射激励光从而可进行所述激光振荡；以及激励光控制部件，与所述光谐振器进行一次或多次的所述Q开关脉冲振荡的定时同步地，将所述激励光的强度降低至成为比所述激光振荡的阈值小的规定的强度为止。
2、 如权利要求1所述的激光振荡装置，其特征在于，所述激励光照射与 所述固体激光介质中的所述光谐振器的光轴方向正交的面。
3、 如权利要求1所述的激光振荡装置，其特征在于，所述激励光照射沿 着所述固体激光介质中的所述光谐振器的光轴方向的面。
4、 如权利要求1所述的激光振荡装置，其特征在于，所述激励光控制部 件包括电流控制部件，与1次或多次的所述Q开关脉沖振荡的定时同步地， 使施加到所述激励光源的电流在比Q开关脉冲的上升时间长的时间内 一致减 少至成为比所述激光振荡的阈值的电流值小的规定的电流值为止。
5、 如权利要求1所述的激光振荡装置，其特征在于， 还包括配置在所述激励光源和所述激光介质之间的光快门，所述激励光控制部件通过开关所述光快门从而控制所述激励光的强度。
6、 如权利要求1所述的激光振荡装置，其特征在于，所述激励光源为激 光二极管。
7、 如权利要求1所述的激光振荡装置，其特征在于，所述激励光源由多 个激光二极管构成，所述激励光控制部件通过改变所述激光二极管的发光个 数，从而控制所述激励光的强度。
8、 如权利要求1所述的激光振荡装置，其特征在于，所述激励光控制部为低值的时间同步地，所述激励光的强度成为比所述激光振荡的阈值大。
9、 一种激光振荡装置的控制方法，其中所述激光振荡装置包括光谐振 器，具有在其光轴上配置的固体激光介质和Q开关元件，可进行激光振荡和 Q开关脉冲振荡；激励光源，通过对所述固体激光介质照射激励光从而可进 行所述激光振荡，所述激光振荡装置的控制方法包括与所述光谐振器进行一次或多次的 Q开关脉沖振荡的定时取同步的步骤；以及进行控制，使得在所述同步的定 时照射到所述固体激光介质的激励光的强度降低直至成为比所述光谐振器的 激光振荡的阈值'J 、的规定的强度。
10、如权利要求9所述的激光振荡装置的控制方法，其特征在于，通过 将施加到所述激励光源的电流在比Q开关脉沖的上升时间长的时间 一致减少 直至成为比所述激光振荡的阈值的电流值小的规定的电流值为止，进行所述 激励光的强度的控制。
全文摘要
本发明提供能够简化控制电路，且以低成本可变控制Q开关脉冲宽度的激光振荡装置及其控制方法。本发明的激光振荡装置包括具有内部AOQ-SW元件(14)和激励用LD(13)的激光振荡器头(11)、Q开关脉冲宽度设定电路(17)、LD电流控制电路(18)、LD驱动器(19)、RF振幅控制电路(20)、以及RF驱动器(21)。激光振荡器头(11)内的光谐振器与一次或多次的Q开关脉冲振荡的定时同步地，控制LD电流控制电路(18)和LD驱动器(19)对激励用LD(13)施加的电流成为激光振荡的阈值以下。
文档编号H01S3/102GK101442178SQ200810181838
公开日2009年5月27日 申请日期2008年11月24日 优先权日2007年11月22日
发明者久所之夫 申请人:欧姆龙株式会社