JP2003198019A - レーザ光源 - Google Patents
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Abstract
とが容易なレーザ光源を提供する。 【解決手段】 レーザ光源1では、励起開始時刻T1か
ら時刻T2までの第1期間には、励起光源41から出力
されてレーザ媒質21へ照射される励起光L1のパワー
は値P1とされ、レーザ媒質21より放出されて可飽和
吸収体30に入射する光L2のパワーは吸収飽和閾値以
下とされて、共振器10のQ値が小さく、レーザ発振が
抑制される。時刻T2の直前においては、光L2のパワ
ーは吸収飽和閾値より僅かに小さい程度とされる。第1
期間に続く第2期間には、励起光L1のパワーは上記の
値P1より大きい値P2とされ、光L2のパワーは吸収
飽和閾値超とされて、共振器10のQ値が大きくなっ
て、パルスレーザ光L3がミラー12より外部へ出力さ
れる。
Description
術を用いて高パワー・短パルスのレーザ光を出力するレ
ーザ光源に関するものである。 【0002】 【従来の技術】レーザ光源は、出力光の高パワー化,短
パルス化および短波長化を指向して研究・開発が進めら
れている。中でも、Qスイッチング技術を用いたレーザ
光源は、高パワー・短パルスのパルスレーザ光を出力す
ることができるものとして注目されている。Qスイッチ
ング技術は、レーザ媒質だけでなくQスイッチ素子をも
共振器内に有する構成として、このQスイッチ素子によ
り共振器のQ値を変化させることでレーザ発振を制御
し、これにより、出力されるレーザ光を短パルスとする
とともに高パワーとするものである。 【0003】Qスイッチング技術として種々のものが知
られている。その中でも、Qスイッチ素子として可飽和
吸収体を用いた受動Qスイッチング技術は、他のQスイ
ッチング技術と比較して、レーザ光源の構成が簡易かつ
小型である点で好適である。可飽和吸収体は、入射する
光のパワーが大きいほど吸収が小さいものであり、入射
光パワーが吸収飽和閾値以下であるときには入射光を吸
収するが、入射光パワーが吸収飽和閾値を超えていると
きには吸収が飽和して透明となる。可飽和吸収体は、こ
のような性質が利用されて、Qスイッチ素子として用い
られる。 【0004】すなわち、Qスイッチ素子として可飽和吸
収体を用いたレーザ光源は、以下のように動作する。レ
ーザ媒質の励起が開始された当初は、レーザ媒質の反転
分布は小さいので、レーザ媒質より放出されて可飽和吸
収体に入射する光のパワーは小さい。それ故、レーザ媒
質の励起が開始された当初は、可飽和吸収体は吸収が大
きく不透明であるので、共振器のQ値は小さく、レーザ
発振は起きない。共振器のQ値が小さくレーザ発振して
いない期間もレーザ媒質は励起され続けて、レーザ媒質
の反転分布は次第に大きくなっていき、レーザ媒質より
放出されて可飽和吸収体に入射する光のパワーも次第に
大きくなっていく。やがて、レーザ媒質より放出されて
可飽和吸収体に入射する光のパワーが吸収飽和閾値を超
えると、可飽和吸収体は吸収が急激に小さくなり(つま
り透明になり)、共振器のQ値は大きくなって、レーザ
媒質において誘導放出が急激に進み、その結果、レーザ
発振が起きる。このようにして、高パワー・短パルスの
パルスレーザ光が共振器より出力される。 【0005】また、レーザ媒質として種々のものが知ら
れており、このレーザ媒質を励起する励起手段としても
種々のものが知られている。例えば、レーザ媒質として
Nd:YAG結晶が用いられ、このレーザ媒質を励起光
照射により励起するための励起手段として半導体レーザ
光源が用いられる。この場合、半導体レーザ光源から出
力された励起光がレーザ媒質としてのNd:YAG結晶
に照射されることで、このレーザ媒質に含まれるNdイ
オンが上準位へ励起されて、これにより反転分布が生じ
る。受動Qスイッチングの動作については上述したとお
りである。 【0006】このような受動Qスイッチング技術を用い
た半導体レーザ励起の固体レーザ光源は、構成が簡易か
つ小型である点で好適である。また、このレーザ光源
は、共振器長が短くてもよいので、全体として小型のも
のとすることができ、また、短パルスのパルスレーザ光
を出力する上でも好適である。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の受動Qスイッチング技術を用いたレーザ光源は、
励起手段によるレーザ媒質の励起の条件が不安定である
と、励起開始時刻以降の動作が不安定になってしまうと
いう問題点を有している。すなわち、励起手段によるレ
ーザ媒質の励起の条件が不安定であると、共振器のQ値
が小さくレーザ発振していない期間におけるレーザ媒質
の反転分布の増加速度が不安定になる。そして、励起開
始時刻からパルスレーザ発振時刻までの時間も不安定に
なる。つまり、所望の時刻にパルスレーザ光を出力させ
ることは困難である。また、繰り返してパルス発振させ
る場合には、発振間隔が不安定になる。 【0008】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、所望の時刻にパルスレーザ光を出力さ
せることが容易なレーザ光源を提供することを目的とす
る。 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ光源
は、(1) 励起されることにより光を放出するレーザ媒質
と、(2) このレーザ媒質より放出された光を入射し、そ
の入射光パワーが大きいほど吸収が小さく、その入射光
パワーが吸収飽和閾値を超えているときに透明である可
飽和吸収体と、(3) レーザ媒質および可飽和吸収体を共
振光路上に有し、可飽和吸収体が透明であるときにレー
ザ媒質より放出された光を共振させるとともに、その光
の一部を出力端より出力する共振器と、(4) レーザ媒質
をパルス的に励起する励起手段と、(5) 励起手段による
レーザ媒質の励起を制御する制御手段と、を備えること
を特徴とする。 【0010】さらに、本発明に係るレーザ光源における
制御手段は、(1) 励起手段によるレーザ媒質の励起が開
始される時刻T1から時刻T2までの第1期間に、励起
手段によるレーザ媒質の励起の状態を所定値以下とし、
レーザ媒質より放出されて可飽和吸収体に入射する光の
パワーを吸収飽和閾値以下としてレーザ発振を抑制し、
(2) 時刻T2から時刻T3までの第2期間に、励起手段
によるレーザ媒質の励起の状態を所定値超とし、レーザ
媒質より放出されて可飽和吸収体に入射する光のパワー
を吸収飽和閾値超としてレーザ発振させる、ことを特徴
とする。 【0011】本発明に係るレーザ光源では、制御手段に
より制御された励起手段によりレーザ媒質がパルス的に
励起され、この励起に応じてレーザ媒質から光が放出さ
れ、この光は可飽和吸収体に入射する。レーザ媒質から
放出されて可飽和吸収体へ入射する光のパワーが吸収飽
和閾値以下であれば、可飽和吸収体は光を吸収するの
で、共振器のQ値は小さく、レーザ発振が抑制される。
一方、レーザ媒質から放出されて可飽和吸収体へ入射す
る光のパワーが吸収飽和閾値を超えていれば、可飽和吸
収体における光の吸収が飽和するので、可飽和吸収体は
透明となり、共振器のQ値は大きくなって、レーザ発振
が起こり得る。そして、このレーザ発振により、共振器
の出力端より外部へパルスレーザ光が出力される。 【0012】特に、本発明に係るレーザ光源は、制御手
段による制御の下に以下のように動作する。すなわち、
励起手段によるレーザ媒質の励起が開始される時刻T1
から時刻T2までの第1期間において、励起手段による
レーザ媒質の励起の状態は所定値以下とされ、レーザ媒
質より放出されて可飽和吸収体に入射する光のパワーが
吸収飽和閾値以下とされて、レーザ発振が抑制される。
そして、この第1期間に続く時刻T2から時刻T3まで
の第2期間において、励起手段によるレーザ媒質の励起
の状態が所定値超とされ、レーザ媒質より放出されて可
飽和吸収体に入射する光のパワーが吸収飽和閾値超とさ
れて、レーザ発振が開始される。 【0013】したがって、励起手段によるレーザ媒質の
励起が強くなる時刻T2の直後に、パルスレーザ光が出
力される。このことから、励起手段によるレーザ媒質の
励起の条件が不安定であったとしても、制御手段は、励
起開始時刻T1および時刻T2それぞれのタイミングを
制御するだけで、パルスレーザ光の出力タイミングを制
御することができる。それ故、本発明に係るレーザ光源
は、所望の時刻にパルスレーザ光を出力させることが容
易となり、また、繰り返してパルス発振させる場合には
発振間隔を一定とすることが容易となる。 【0014】 【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。 【0015】(第1実施形態)先ず、本発明に係るレー
ザ光源の第1実施形態について説明する。図1は、第1
実施形態に係るレーザ光源1の構成図である。この図に
示されるレーザ光源1は、共振器10、レーザ媒質2
1、可飽和吸収体30、励起光源41および制御部50
を備えている。このレーザ光源1は、レーザ媒質21を
励起する励起手段として、励起光源41、駆動回路4
2、レンズ43およびレンズ44を備えている。 【0016】共振器10は、互いに対向するミラー11
およびミラー12を有している。一方のミラー11は、
励起光源41から出力される励起光L1を透過させる
が、励起されたレーザ媒質21から放出される光L2を
高反射率で反射させる。他方のミラー12は、励起され
たレーザ媒質21から放出されて到達した光L2の一部
パワーを透過させ、残部を反射させる。このミラー12
を透過して外部へ出力される光L3は、このレーザ光源
1から出力されるレーザ発振光となる。 【0017】レーザ媒質21および可飽和吸収体30そ
れぞれは、共振器10の共振光路上に設けられている。
ミラー11と可飽和吸収体30との間にレーザ媒質21
が位置する。レーザ媒質21は、励起光源41から出力
された励起光L1が入射することにより上準位へ励起さ
れて反転分布を生じ、上準位から下準位への遷移に伴っ
て光L2を放出する。可飽和吸収体30は、Qスイッチ
素子の役割を果たすものであり、レーザ媒質21より放
出された光L2を入射し、その入射光パワーが大きいほ
ど吸収が小さく、その入射光パワーが吸収飽和閾値以下
であるときには入射光を吸収するが、その入射光パワー
が吸収飽和閾値を超えているときに透明となる。また、
可飽和吸収体30に対向するレーザ媒質21の端面は、
励起光源41から出力される励起光L1を高反射率で反
射させる誘電体多層膜のコーティングが施されている。 【0018】励起光源41は、駆動回路42より供給さ
れる駆動電流により駆動されて、レーザ媒質21を励起
し得る波長の励起光L1を出力する。この励起光源41
から出力された励起光L1は、レンズ43、レンズ44
およびミラー11を経て、レーザ媒質21に照射され
る。制御部50は、駆動回路42を制御することで、励
起光源41から出力される励起光L1の照射に因るレー
ザ媒質21の励起を制御する。この制御部50による制
御により、励起光源41は、パルス状の励起光L1を出
力して、レーザ媒質21をパルス的に励起する。 【0019】例えば、レーザ媒質21はNd:YAG結
晶であり、可飽和吸収体30はCr:YAG結晶であ
る。この場合、励起光源41として、レーザ媒質21に
含まれるNdイオンを上準位に励起し得る波長810n
m付近の励起光L1を出力する半導体レーザ光源が用い
られる。励起光源41から出力された励起光L1がレー
ザ媒質21に入射すると、このレーザ媒質21に含まれ
るNdイオンが上準位に励起される。また、レーザ媒質
21から放出された光L2が可飽和吸収体30に入射す
ると、この可飽和吸収体30に含まれるCrイオンが上
準位に励起される。レーザ媒質21より放出される光L
2,L3の波長は1064nmである。 【0020】このレーザ光源1では、励起光源41から
出力された励起光L1は、レンズ43およびレンズ44
により集光され、ミラー11を透過して、レーザ媒質2
1へ入射する。レーザ媒質21へ入射した励起光L1
は、レーザ媒質21中を透過した後、入射側とは反対側
の端面で反射され、再びレーザ媒質21中を透過する。
励起光L1がレーザ媒質21中を透過する間にレーザ媒
質21が励起され、また、励起された上準位から下準位
への遷移に伴いレーザ媒質21から光L2が放出され
る。このレーザ媒質21から放出された光L2は、可飽
和吸収体30へ入射する。可飽和吸収体30へ入射する
光L2のパワーが吸収飽和閾値以下であれば、可飽和吸
収体30は光L2を吸収するので、共振器10のQ値は
小さく、レーザ発振が抑制される。一方、可飽和吸収体
30へ入射する光L2のパワーが吸収飽和閾値を超えて
いれば、可飽和吸収体30における光L2の吸収が飽和
するので、可飽和吸収体30は透明となり、共振器10
のQ値は大きくなって、レーザ発振が起こり得る。そし
て、このレーザ発振により、出力端であるミラー12よ
り外部へレーザ光L3が出力される。 【0021】次に、制御部50による制御の下での第1
実施形態に係るレーザ光源1の動作について説明する。
図2は、第1実施形態に係るレーザ光源1の動作を説明
する図である。同図(a)は、駆動回路42から励起光
源41へ供給される駆動電流の値の時間変化を示す。同
図(b)は、励起光源41から出力される励起光L1の
パワーの時間変化を示す。同図(c)は、レーザ媒質2
1における反転分布の時間変化を示す。同図(d)は、
可飽和吸収体30における反転分布の時間変化を示す。
また、同図(e)は、ミラー12を透過して共振器10
の外部へ出力されるレーザ光L3のパワーの時間変化を
示す。 【0022】図2(a)に示されるように、駆動回路4
2から励起光源41へ供給される駆動電流は、励起開始
時刻T1から時刻T2までの第1期間には値C1であ
り、時刻T2から時刻T3までの第2期間には値C2で
ある。このような駆動電流の値の時間変化に伴い、図2
(b)に示されるように、励起光源41から出力される
励起光L1のパワーは、第1期間には値P1となり、第
2期間には値P2となる。ただし、C1<C2 であ
り、P1<P2 である。値P2は値P1の2倍以上で
あるのが好適である。 【0023】第1期間では、図2(c)に示されるよう
に、レーザ媒質21における反転分布は次第に大きくな
っていき、レーザ媒質21から放出される光L2のパワ
ーも次第に大きくなっていくので、図2(d)に示され
るように、可飽和吸収体30における反転分布も次第に
大きくなっていく。ただし、この第1期間では、可飽和
吸収体30へ入射する光L2のパワーは吸収飽和閾値以
下であり、それ故、可飽和吸収体30は吸収が大きく不
透明であり、共振器10のQ値は小さい。したがって、
第1期間では、図2(e)に示されるように、レーザ発
振は抑制される。 【0024】そして、図2(b)に示されるように、励
起光源41から出力される励起光L1のパワーは、第1
期間から第2期間へ遷移する時刻T2に値P2へと急激
に増加し、第2期間では値P2が維持される。その結
果、第2期間が始まる時刻T2では、図2(c)に示さ
れるように、レーザ媒質21における反転分布は急激に
増加し始めて、レーザ媒質21から放出される光L2の
パワーも急激に増加し始めるので、図2(d)に示され
るように、可飽和吸収体30における反転分布も急激に
増加し始める。そして、時刻T2以降の短時間のうち
に、可飽和吸収体30へ入射する光L2のパワーは吸収
飽和閾値を超えることとなり、図2(d)に示されるよ
うに、可飽和吸収体30における反転分布は閾値THを
超えて、可飽和吸収体30は透明となり、共振器10の
Q値は大きくなって、図2(e)に示されるように、レ
ーザ発振が開始される。 【0025】レーザ発振が開始されると、レーザ媒質2
1では急激に誘導放出が起きて反転分布が殆ど零とな
り、これに伴い、可飽和吸収体31の反転分布も殆ど零
となり、共振器10のQ値は急に小さくなる。したがっ
て、レーザ発振は短時間のうちに終了する。このように
して、このレーザ光源1では、高パワー・短パルスのパ
ルスレーザ光L3がミラー12より外部へ出力される。 【0026】なお、第1期間および第2期間それぞれの
所要時間は、レーザ媒質21および可飽和吸収体30そ
れぞれの蛍光寿命に依存して、適切に設定される。例え
ば、レーザ媒質21がNd:YAG結晶であって、可飽
和吸収体30がCr:YAG結晶である場合、第1期間
の所要時間は100〜500μsであり、第2期間の所
要時間は1〜10μsであるのが好適である。 【0027】以上のように本実施形態に係るレーザ光源
1では、励起開始時刻T1から時刻T2までの第1期間
には、励起光源41から出力されてレーザ媒質21へ照
射される励起光L1のパワーは値P1とされ、レーザ媒
質21より放出されて可飽和吸収体30に入射する光L
2のパワーは吸収飽和閾値以下とされて、共振器10の
Q値が小さく、レーザ発振が抑制される。そして、時刻
T2の直前においては、可飽和吸収体30に入射する光
L2のパワーは、吸収飽和閾値より僅かに小さい程度と
される。この第1期間に続く第2期間には、励起光源4
1から出力されてレーザ媒質21へ照射される励起光L
1のパワーは、上記の値P1より大きい値P2とされ、
レーザ媒質21より放出されて可飽和吸収体30に入射
する光L2のパワーは吸収飽和閾値超とされて、共振器
10のQ値が大きくなって、高パワー・短パルスのパル
スレーザ光L3がミラー12より外部へ出力される。 【0028】次に、第1実施形態に係るレーザ光源1の
上記動作を、第1比較例および第2比較例それぞれのレ
ーザ光源の動作と対比する。図3は、第1比較例のレー
ザ光源の動作を説明する図である。図4は、第2比較例
のレーザ光源の動作を説明する図である。第1比較例お
よび第2比較例それぞれのレーザ光源の構成は、第1実
施形態に係るレーザ光源1の構成と略同様である。しか
し、第1比較例および第2比較例それぞれのレーザ光源
は、励起光源から出力されレーザ媒質へ入射する励起光
のパワーの時間変化に関して、第1実施形態に係るレー
ザ光源1と相違している。 【0029】図3(a)および図4(a)それぞれは、
駆動回路から励起光源へ供給される駆動電流の値の時間
変化を示す。各図(b)は、励起光源から出力される励
起光のパワーの時間変化を示す。各図(c)は、レーザ
媒質における反転分布の時間変化を示す。各図(d)
は、可飽和吸収体における反転分布の時間変化を示す。
また、各図(e)は、共振器の外部へ出力されるレーザ
光のパワーの時間変化を示す。 【0030】第1比較例では、図3(a)および(b)
に示されるように、励起開始時刻T1以降、駆動回路か
ら励起光源へ供給される駆動電流は値C1で一定であ
り、励起光源から出力される励起光のパワーは値P1で
一定である。一方、第2比較例では、図4(a)および
(b)に示されるように、励起開始時刻T1以降、駆動
回路から励起光源へ供給される駆動電流は値C2で一定
であり、励起光源から出力される励起光のパワーは値P
2で一定である。なお、C1,C2,P2およびP2そ
れぞれの値は、図2中に示された各値と同じであるとす
る。 【0031】第1比較例では、図3(c)および(d)
に示されるように、励起開始時刻T1から時刻T2まで
の期間は、レーザ媒質および可飽和吸収体それぞれの反
転分布は、第1実施形態の場合と同じ速度で増加してい
く。しかし、時刻T2以降も、励起光源から出力される
励起光のパワーは値P1のままであるので、レーザ媒質
および可飽和吸収体それぞれの反転分布の増加速度は、
時刻T2以前と殆ど同じ程度である。したがって、図3
(e)に示されるように、時刻T2の直後にレーザ発振
が開始されることは無く、時刻T3以降にレーザ発振が
開始される。 【0032】第2比較例では、励起開示時刻T1以降に
励起光源から出力される励起光のパワーが値P2と大き
いので、図4(c)および(d)に示されるように、レ
ーザ媒質および可飽和吸収体それぞれの反転分布の増加
速度は、第1実施形態の場合と比べて速い。したがっ
て、図4(e)に示されるように、時刻T2前の時刻T
5にレーザ発振が開始される。 【0033】図3(d)と図4(d)とを比較して判る
ように、第1比較例と第2比較例とでは、可飽和吸収体
の反転分布の増加速度が異なる。図5は、可飽和吸収体
の反転分布の増加速度とレーザ発振開始時刻との関係を
説明する図である。図5(a)に示されるように、第1
比較例の如く可飽和吸収体の反転分布の増加速度が比較
的遅い場合には、励起開始時刻T1からレーザ発振開始
時刻T6まで比較的長時間を要するだけでなく、励起光
L1のパワーが僅かに変動しても、レーザ発振開始時刻
はT7へと変動し、レーザ発振開始時刻の変動幅Δtは
大きい。一方、図5(b)に示されるように、第2比較
例の如く可飽和吸収体の反転分布の増加速度が比較的速
い場合には、励起開始時刻T1からレーザ発振開始時刻
T8まで比較的短時間ですみ、また、励起光L1のパワ
ーの変動がレーザ発振開始時刻の変動に与える影響は小
さく、レーザ発振開始時刻の変動幅Δtは小さい。 【0034】このように、励起開始時刻からレーザ発振
開始時刻までの所要時間を安定させるには、可飽和吸収
体の反転分布の増加速度は速い方が好ましく、したがっ
て、励起光源から出力される励起光のパワーは大きい方
が好ましい。しかし、この場合には、励起光源に供給さ
れる駆動電流が大きいことから、励起光源の負担が大き
く、励起光源の寿命が短くなる。本実施形態に係るレー
ザ光源1は、このような第1比較例および第2比較例そ
れぞれのレーザ光源が有する問題点を解消し得るもので
ある。 【0035】すなわち、本実施形態に係るレーザ光源1
では、励起光源41から出力されてレーザ媒質21へ照
射される励起光L1のパワーが値P1から値P2へ上昇
する時刻T2の直後に、パルスレーザ光L3が出力され
る。このことから、励起光源41から出力される励起光
L1のパワーが不安定であったとしても、制御部50
は、励起開始時刻T1および時刻T2それぞれのタイミ
ングを制御するだけで、パルスレーザ光L3の出力タイ
ミングを制御することができる。それ故、本実施形態に
係るレーザ光源1は、所望の時刻にパルスレーザ光L3
を出力させることが容易となり、また、繰り返してパル
ス発振させる場合には発振間隔を一定とすることが容易
となる。 【0036】また、本実施形態に係るレーザ光源1で
は、励起光源41に供給される駆動電流は、第1期間で
は小さく、短時間で終了する第2期間のみ大きい。した
がって、励起光源41の負担が小さく、励起光源41を
長期間に亘って使用することができるので、使用する励
起光源41そのもののコストを低く抑えることができ、
励起光源41を交換する作業などの保守のコストをも低
く抑えることができる。また、励起光源41の温度上昇
が抑制されるので、励起光L1の波長の変動が抑制さ
れ、レーザ媒質21の励起が効率よく行われる。また、
レーザ媒質21および可飽和吸収体30それぞれも、反
転分布が大きい状態である期間が短いので、温度上昇が
抑制されて、熱飽和が抑制されるので、出力されるレー
ザ光L3の1パルス当たりのエネルギおよびピーク強度
を大きくすることができる。これらの点でもレーザ光源
1は安定動作が可能となる。さらに、冷却機構を簡易な
ものとすることができるので、この冷却機構を含めてレ
ーザ光源1は小型のものとすることができる。 【0037】(第2実施形態)次に、本発明に係るレー
ザ光源の第2実施形態について説明する。図6は、第2
実施形態に係るレーザ光源2の構成図である。この図に
示されるレーザ光源2は、共振器10、レーザ媒質2
2、励起光源41および制御部50を備えている。この
レーザ光源1は、レーザ媒質22を励起する励起手段と
して、励起光源41、駆動回路42、レンズ43および
レンズ44を備えている。 【0038】第2実施形態に係るレーザ光源2は、レー
ザ媒質22がQスイッチ素子としての可飽和吸収体の役
割をも兼ねている点で、第1実施形態に係るものと相違
する。この可飽和吸収体の役割を兼ねるレーザ媒質22
として、例えばNdCr:YAG結晶が好適に用いられ
る。 【0039】共振器10を構成するミラー11およびミ
ラー12それぞれは、第1実施形態の場合と同様にレー
ザ媒質22とは別に設けられてもよいが、本実施形態で
はレーザ媒質22の端面に形成された誘電体多層膜でコ
ーティングされることで構成されている。すなわち、ミ
ラー11は、励起光源41の側のレーザ媒質22の端面
に形成された誘電体多層膜コーティングであって、励起
光源41から出力される励起光L1を透過させるが、励
起されたレーザ媒質22から放出される光を高反射率で
反射させる。他方のミラー12は、ミラー11の反対側
のレーザ媒質22の端面に形成された誘電体多層膜コー
ティングであって、励起されたレーザ媒質22から放出
される光の一部パワーを透過させるとともに残部を反射
させ、励起光L1を高反射率で反射させる。 【0040】次に、第2実施形態に係るレーザ光源2の
動作について図2を用いて説明する。第2実施形態に係
るレーザ光源2も、制御部50による制御の下で、第1
実施形態に係るものと略同様に動作する。すなわち、図
2(a)に示されるように、駆動回路42から励起光源
41へ供給される駆動電流は、励起開始時刻T1から時
刻T2までの第1期間には値C1であり、時刻T2から
時刻T3までの第2期間には値C2である。このような
駆動電流の値の時間変化に伴い、図2(b)に示される
ように、励起光源41から出力される励起光L1のパワ
ーは、第1期間には値P1となり、第2期間には値P2
となる。ただし、C1<C2 であり、P1<P2 であ
る。値P2は値P1の2倍以上であるのが好適である。 【0041】第1期間では、図2(c)に示されるよう
に、レーザ媒質22におけるNdイオンの反転分布は次
第に大きくなっていき、Ndイオンが上準位から下準位
へ遷移するのに伴ってレーザ媒質22から放出される光
のパワーも次第に大きくなっていくので、図2(d)に
示されるように、可飽和吸収体としてのレーザ媒質22
に含まれるCrイオンの反転分布も次第に大きくなって
いく。ただし、この第1期間では、Ndイオンの遷移に
伴って生じCrイオンに照射される光のパワーは吸収飽
和閾値以下であり、それ故、可飽和吸収体としてのレー
ザ媒質22は吸収が大きく不透明であり、共振器10の
Q値は小さい。したがって、第1期間では、図2(e)
に示されるように、レーザ発振は抑制される。 【0042】そして、図2(b)に示されるように、励
起光源41から出力される励起光L1のパワーは、第1
期間から第2期間へ遷移する時刻T2に値P2へと急激
に増加し、第2期間では値P2が維持される。その結
果、第2期間が始まる時刻T2では、図2(c)に示さ
れるように、レーザ媒質22におけるNdイオンの反転
分布は急激に増加し始めて、レーザ媒質22から放出さ
れる光のパワーも急激に増加し始めるので、図2(d)
に示されるように、可飽和吸収体としてのレーザ媒質2
2におけるCrイオンの反転分布も急激に増加し始め
る。そして、時刻T2以降の短時間のうちに、Ndイオ
ンの遷移に伴って生じCrイオンに照射される光のパワ
ーは吸収飽和閾値を超えることとなり、図2(d)に示
されるように、Crイオンの反転分布は閾値THを超え
て、可飽和吸収体としてのレーザ媒質22は透明とな
り、共振器10のQ値は大きくなって、図2(e)に示
されるように、レーザ発振が開始される。 【0043】レーザ発振が開始されると、レーザ媒質2
2では急激に誘導放出が起きてNdイオンの反転分布が
殆ど零となり、これに伴い、可飽和吸収体としてのレー
ザ媒質22におけるCrイオンの反転分布も殆ど零とな
り、共振器10のQ値は急に小さくなる。したがって、
レーザ発振は短時間のうちに終了する。このようにし
て、このレーザ光源2では、高パワー・短パルスのパル
スレーザ光L3がミラー12より外部へ出力される。 【0044】以上のように本実施形態に係るレーザ光源
2では、励起開始時刻T1から時刻T2までの第1期間
には、励起光源41から出力されてレーザ媒質22へ照
射される励起光L1のパワーは値P1とされ、レーザ媒
質22におけるNdイオンの遷移に伴って発生しCrイ
オンに照射される光のパワーは吸収飽和閾値以下とされ
て、共振器10のQ値が小さく、レーザ発振が抑制され
る。そして、時刻T2の直前においては、Crイオンに
照射される光のパワーは、吸収飽和閾値より僅かに小さ
い程度とされる。この第1期間に続く第2期間には、励
起光源41から出力されてレーザ媒質22へ照射される
励起光L1のパワーは、上記の値P1より大きい値P2
とされ、レーザ媒質22におけるNdイオンの遷移に伴
って発生しCrイオンに照射される光のパワーは吸収飽
和閾値超とされて、共振器10のQ値が大きくなって、
高パワー・短パルスのパルスレーザ光L3がミラー12
より外部へ出力される。 【0045】第2実施形態に係るレーザ光源2は、第1
実施形態に係るものが奏する効果と同様の効果を奏する
ことができる他、以下のような効果をも奏することがで
きる。すなわち、本実施形態では、レーザ媒質22は、
本来のレーザ媒質の役割を果たすだけでなく、Qスイッ
チ素子としての可飽和吸収体の役割をも果たすので、共
振器長を短くすることができ、レーザ光源2は更に小型
のものとすることができる。 【0046】 【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
よれば、励起手段によるレーザ媒質の励起が開始される
時刻T1から時刻T2までの第1期間において、励起手
段によるレーザ媒質の励起の状態は所定値以下とされ、
レーザ媒質より放出されて可飽和吸収体に入射する光の
パワーが吸収飽和閾値以下とされて、レーザ発振が抑制
される。そして、この第1期間に続く時刻T2から時刻
T3までの第2期間において、励起手段によるレーザ媒
質の励起の状態が所定値超とされ、レーザ媒質より放出
されて可飽和吸収体に入射する光のパワーが吸収飽和閾
値超とされて、レーザ発振が開始される。 【0047】したがって、励起手段によるレーザ媒質の
励起が強くなる時刻T2の直後に、パルスレーザ光が出
力される。このことから、励起手段によるレーザ媒質の
励起の条件が不安定であったとしても、制御手段は、励
起開始時刻T1および時刻T2それぞれのタイミングを
制御するだけで、パルスレーザ光の出力タイミングを制
御することができる。それ故、本発明に係るレーザ光源
は、所望の時刻にパルスレーザ光を出力させることが容
易となり、また、繰り返してパルス発振させる場合には
発振間隔を一定とすることが容易となる。
る。 【図2】第1実施形態に係るレーザ光源1の動作を説明
する図である。 【図3】第1比較例のレーザ光源の動作を説明する図で
ある。 【図4】第2比較例のレーザ光源の動作を説明する図で
ある。 【図5】可飽和吸収体の反転分布の増加速度とレーザ発
振開始時刻との関係を説明する図である。 【図6】第2実施形態に係るレーザ光源2の構成図であ
る。 【符号の説明】 1,2…レーザ光源、10…共振器、11,12…ミラ
ー、21,22…レーザ媒質、30…可飽和吸収体、4
1…励起光源、42…駆動回路、43,44…レンズ、
50…制御部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】 励起されることにより光を放出するレー
ザ媒質と、 このレーザ媒質より放出された光を入射し、その入射光
パワーが大きいほど吸収が小さく、その入射光パワーが
吸収飽和閾値を超えているときに透明である可飽和吸収
体と、 前記レーザ媒質および前記可飽和吸収体を共振光路上に
有し、前記可飽和吸収体が透明であるときに前記レーザ
媒質より放出された光を共振させるとともに、その光の
一部を出力端より出力する共振器と、 前記レーザ媒質をパルス的に励起する励起手段と、 前記励起手段による前記レーザ媒質の励起を制御する制
御手段と、 を備え、 前記制御手段が、 前記励起手段による前記レーザ媒質の励起が開始される
時刻T1から時刻T2までの第1期間に、前記励起手段
による前記レーザ媒質の励起の状態を所定値以下とし、
前記レーザ媒質より放出されて前記可飽和吸収体に入射
する光のパワーを前記吸収飽和閾値以下としてレーザ発
振を抑制し、 前記時刻T2から時刻T3までの第2期間に、前記励起
手段による前記レーザ媒質の励起の状態を前記所定値超
とし、前記レーザ媒質より放出されて前記可飽和吸収体
に入射する光のパワーを前記吸収飽和閾値超としてレー
ザ発振させる、 ことを特徴とするレーザ光源。
Priority Applications (2)
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