JP2014215419A - 音響光学素子駆動装置及び固体レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動装置と音響光学素子のトランスジューサー部分とのインピーダンスを整合でき小型で且つ低消費電力を図ることができる音響光学素子駆動装置及び固体レーザ装置。【解決手段】レーザ光を発生する半導体レーザ1aと、高周波信号を発生する高周波発生源5と、高周波発生源5からの高周波信号に基づき半導体レーザ1aからのレーザ光を回折させる音響光学素子2と、音響光学素子2から出力される回折光を検出するフォトダイオード3aと、フォトダイオード3aで検出された回折光の出力値の変化に応じて高周波発生源5の高周波信号の周波数を変化させる周波数制御回路4とを備える。【選択図】図1
Description
本発明は、高周波発生装置やレーザ駆動装置に適用される音響光学素子駆動装置及び固体レーザ装置に関する。
レーザ装置では、共振器内にQスイッチを配置するが、このQスイッチの一つとして、音響光学素子(AOMともいう。)が用いられている(特許文献1)。音響光学素子を用いたレーザ装置では、音響光学素子に高周波信号を印加して共振器のロスを高くすることにより共振器のゲインを高くし、音響光学素子をオフして共振器のロスを急激に低くして、レーザ媒質に蓄えられたエネルギーを短時間でレーザ出力として取り出している。
この場合、音響光学素子の結晶に高周波信号を印加すると、音響光学素子の入力側に設けられたトランスジューサーが結晶内に粗密波の回折波を生成・伝搬させる。高周波信号の高周波電力Pと音響光学素子の結晶の回折光パワーIとの関係は、式(1)のように表され、両者は比例関係にある。
I∝π2MLP/(λH)‥(1)
なお、Mは材質の性能指数、Lはトランスジューサー長さ、Hはトランスジューサー高さ、λは入射光波長である。
なお、Mは材質の性能指数、Lはトランスジューサー長さ、Hはトランスジューサー高さ、λは入射光波長である。
高周波信号を伝送する場合に、信号源と負荷とでインピーダンスを整合させる必要がある。信号源の出力インピーダンスをZ0、負荷のインピーダンスをZ1とし、電圧Vの信号を印加した場合には、回路での消費電力は式(2)により表される。
P=VZ1/(Z0+Z1)‥(2)
この式(2)からZ0=Z1となる時に負荷抵抗での消費電力が最大となり、高周波信号が効率良く伝送される。式(1)、式(2)の関係から、音響光学素子を駆動させる高周波発生源と、負荷である音響光学素子トランスジューサー部とが、インピーダンス整合している時に、最も回折効率が高くなる。
この式(2)からZ0=Z1となる時に負荷抵抗での消費電力が最大となり、高周波信号が効率良く伝送される。式(1)、式(2)の関係から、音響光学素子を駆動させる高周波発生源と、負荷である音響光学素子トランスジューサー部とが、インピーダンス整合している時に、最も回折効率が高くなる。
インピーダンスは、式(3)で示されるように回路の抵抗R、コイルL、コンデンサC成分と信号の周波数により決定される。市販の音響光学素子のトランスジューサー部分は、仕様中心周波数に対して一定のインピーダンス値に整合するように調整されている。
Z={R2+(ωL−1/(ωC))2 }1/2 ‥(3)
また、音響光学素子のトランスジューサー部分は、駆動回路系とインピーダンスが整合するように調整されている。
また、音響光学素子のトランスジューサー部分は、駆動回路系とインピーダンスが整合するように調整されている。
なお、従来のこの種の技術として、レーザ光を入射して回折光を出力する音響光学素子が知られている(特許文献2)。
しかしながら、実際には、インピーダンスには僅かな個体差があるため、駆動装置から音響光学素子に供給される電力はインピーダンス不整合により、本来の電力値よりも低下してしまう。このため、より大きい電力を供給できる駆動装置を設計しなければならなかった。その結果、駆動装置が大型化したり、消費電力が大きくなる。
本発明の課題は、駆動装置と音響光学素子のトランスジューサー部分とのインピーダンスを整合させることができ、小型で且つ低消費電力を図ることができる音響光学素子駆動装置及び固体レーザ装置を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明に係る音響光学素子駆動装置は、レーザ光を発生する半導体レーザと、高周波信号を発生する高周波発生源と、前記高周波発生源からの高周波信号に基づき前記半導体レーザからのレーザ光を回折させる音響光学素子と、前記音響光学素子から出力される回折光を検出する検出部と、前記検出部で検出された回折光の出力値の変化に応じて前記高周波発生源の高周波信号の周波数を変化させる制御回路とを備えることを特徴とする。
本発明に係る音響光学素子駆動装置によれば、検出部が音響光学素子から出力される回折光を検出すると、制御回路は、検出部で検出された回折光の出力値の変化に応じて高周波発生源の高周波信号の周波数を変化させるので、駆動装置と音響光学素子のトランスジューサー部分とのインピーダンスを整合させることができ、小型で且つ低消費電力を図ることができる音響光学素子駆動装置を提供することができる。
以下、本発明の音響光学素子駆動装置及び固体レーザ装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例1に係る音響光学素子駆動装置の構成を示す図である。この音響光学素子駆動装置は、図1に示すように、半導体レーザ1aを有する光源1、音響光学素子2、フォトダイオード3aを有する出力検出回路3、周波数制御回路4、高周波発生源5とを備えている。
光源1は、レーザダイオードである半導体レーザ1aと、そのレーザダイオードで発生されたレーザ光を集束するレンズ(図示は省略)によって構成され、レーザを出力する。
高周波発生源5は、高周波信号を発生する。高周波発生源5としては、ダイレクトディジタルシンセサイザ(DDS)回路やフェーズロックループ(PLL)シンセサイザ回路などの周波数変調が可能な高周波回路が用いられる。
音響光学素子2は、高周波発生源5から送られてくる高周波信号に基づき半導体レーザ1aからのレーザ光を回折又は伝搬させる。出力検出回路3内の受光素子としてのフォトダイオード3a(本発明の検出部に対応)は、音響光学素子2から出力される1次以上の回折光(例えば1次回折光、2次回折光)の方向に配置され、音響光学素子2から出力される1次以上の回折光の出力の変化を検出する。
周波数制御回路(本発明の制御回路に対応)4は、フォトダイオード3aで検出された回折光の出力値の変化に応じて高周波発生源5の高周波信号の周波数を変化させる。具体的には、周波数制御回路4は、フォトダイオード3aで検出された回折光の出力値が最大となるように高周波発生源5の高周波信号の周波数を変化させる。
次にこのように構成された実施例1の音響光学素子駆動装置の動作を図2のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
まず、半導体レーザ1aで発生されたレーザ光は、音響光学素子2に出力される(ステップS11)。高周波発生源5から高周波信号が音響光学素子2に印加され(ステップS12)、半導体レーザ1aからのレーザ光は、高周波発生源5から送られてくる高周波信号に基づき音響光学素子2により回折される。次に、音響光学素子2から出力される1次以上の回折光がフォトダイオード3aにより検出される(ステップS13)。
ここで、駆動回路と音響光学素子2のトランスジューサー部分とのインピーダンスが不整合である場合には、インピーダンスが整合している場合に比較して供給される高周波信号の高周波電力が小さくなる。また、式(1)により高周波電力と1次以上の回折光出力とは比例する関係にあるため、高周波電力の低下は、フォトダイオード3aで検出される回折光の出力値の低下として現れる。
次に、周波数制御回路4は、フォトダイオード3aで検出された回折光の出力値の変化に応じて高周波発生源5の高周波信号の周波数を可変させる(ステップS14)。
即ち、高周波信号の周波数fを可変させることで、式(3)に示されるω=2πfの部分を変化させ、音響光学素子2のトランスジューサー部分のインピーダンスZを変化させる。
また、高周波信号の周波数を可変させると、式(4)に従って、音響光学素子2からの回折光の回折方向θが変化する。fは高周波周波数、νは音響波速度、λは入射光波長である。
θ=λf/ν ‥(4)
従って、使用される光源1のビーム径/波長、周波数可変帯域を考慮して、回折光を受けるために十分な面積を有するフォトダイオードアレイ(PDアレイ)を受光素子として用いる。フォトダイオードアレイ(PDアレイ)は、複数のフォトダイオードアレイが2次元状に配列されて構成される。
従って、使用される光源1のビーム径/波長、周波数可変帯域を考慮して、回折光を受けるために十分な面積を有するフォトダイオードアレイ(PDアレイ)を受光素子として用いる。フォトダイオードアレイ(PDアレイ)は、複数のフォトダイオードアレイが2次元状に配列されて構成される。
次に、周波数制御回路4は、高周波信号の周波数を可変させることにより、フォトダイオード3aで検出された回折光の出力値が最大となったかどうかを判定する(ステップS15のYES)。回折光の出力値が最大となっていない場合には(ステップS15のNO)、周波数制御回路4は、回折光の出力値が最大となるまで、高周波発生源5の高周波信号の周波数を可変させる。
即ち、高周波信号の周波数を可変させることにより、音響光学素子2のトランスジューサー部分のインピーダンスZが変化し、このインピーダンスZが駆動装置のインピーダンスと等しくなると、インピーダンスが整合して回折光の出力値が最大となる。
そして、高周波発生源5は、回折光の出力値が最大となったときの周波数を持つ高周波信号を音響光学素子2に出力する(ステップS16)。これにより、駆動回路と音響光学素子2のトランシスジューサー部分とのインピーダンスは整合し、所望の電力を音響光学素子2に供給することができる。
このように実施例1の音響光学素子駆動装置によれば、フォトダイオード3aが音響光学素子2から出力される回折光を検出すると、周波数制御回路4は、フォトダイオード3aで検出された回折光の出力値が最大となるように高周波発生源5の高周波信号の周波数を制御するので、駆動装置と音響光学素子2のトランスジューサー部分とのインピーダンスを整合させることができ、小型で且つ低消費電力を図ることができる音響光学素子駆動装置を提供することができる。
図3は、本発明の実施例2に係る音響光学素子駆動装置を含む固定レーザ装置の構成を示す図である。図3に示す固定レーザ装置は、図1に示す音響光学素子駆動装置に対して、さらに、レーザ媒質6、ミラー7が追加されて構成されている。
レーザ媒質6は、レーザ発振の元となる物質であり、例えば、YAGレーザと呼ばれる固体レーザにおいては、イットリウム、アルミニウムおよびガーネット(Yttrium Aluminum Garnet)などといった物質が用いられる。このレーザ媒質6は、半導体レーザ1aから励起光が照射されることにより誘導放出光を発生する。このレーザ媒質6で発生された誘導放出光は、音響光学素子2に送られる。ミラー7は、音響光学素子2からの回折光を反射又は透過させる。なお、レーザ媒質6、音響光学素子2、ミラー7は、共振器を構成する。
このように構成された固体レーザ装置においても、実施例1の音響光学素子駆動装置の効果と同様な効果が得られる。
本発明は、Qスイッチレーザ装置、波長可変レーザ装置に利用できる。
1 光源
1a 半導体レーザ
2 音響光学素子
3 出力検出回路
3a フォトダイオード
4 周波数制御回路
5 高周波発生源
6 レーザ媒質
7 ミラー
1a 半導体レーザ
2 音響光学素子
3 出力検出回路
3a フォトダイオード
4 周波数制御回路
5 高周波発生源
6 レーザ媒質
7 ミラー
Claims (3)
- レーザ光を発生する半導体レーザと、
高周波信号を発生する高周波発生源と、
前記高周波発生源からの高周波信号に基づき前記半導体レーザからのレーザ光を回折させる音響光学素子と、
前記音響光学素子から出力される回折光を検出する検出部と、
前記検出部で検出された回折光の出力値の変化に応じて前記高周波発生源の高周波信号の周波数を変化させる制御回路と、
を備えることを特徴とする音響光学素子駆動装置。 - 前記制御回路は、前記検出部で検出された回折光の出力値が最大となるように前記高周波発生源の高周波信号の周波数を変化させることを特徴とする請求項1記載の音響光学素子駆動装置。
- 請求項1又は請求項2記載の音響光学素子駆動装置と、
前記半導体レーザからのレーザ光により励起されるレーザ媒質と、
前記音響光学素子からの回折光を反射又は透過させるミラーと、
を備えることを特徴とする固定レーザ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013091926A JP2014215419A (ja) | 2013-04-25 | 2013-04-25 | 音響光学素子駆動装置及び固体レーザ装置 |
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ID=51941238
Family Applications (1)
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JP2013091926A Pending JP2014215419A (ja) | 2013-04-25 | 2013-04-25 | 音響光学素子駆動装置及び固体レーザ装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20200050029A1 (en) * | 2017-04-25 | 2020-02-13 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Method and signal generator for controlling an acousto-optic element |
CN114112319A (zh) * | 2021-06-08 | 2022-03-01 | 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 | 一种激光器测试*** |
-
2013
- 2013-04-25 JP JP2013091926A patent/JP2014215419A/ja active Pending
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