激光振荡装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光振荡装置，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术的激光振荡装本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：久所之夫，
申请(专利权)人：欧姆龙株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]