JP6862106B2 - 電流制御装置及びレーザ装置 - Google Patents

電流制御装置及びレーザ装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6862106B2
JP6862106B2 JP2016126370A JP2016126370A JP6862106B2 JP 6862106 B2 JP6862106 B2 JP 6862106B2 JP 2016126370 A JP2016126370 A JP 2016126370A JP 2016126370 A JP2016126370 A JP 2016126370A JP 6862106 B2 JP6862106 B2 JP 6862106B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current
laser
command value
control device
command
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016126370A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018006365A (ja
Inventor
衡和 大関
衡和 大関
敏晋 松浦
敏晋 松浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP2016126370A priority Critical patent/JP6862106B2/ja
Priority to US15/625,241 priority patent/US10170885B2/en
Priority to CN201710501990.0A priority patent/CN107546570B/zh
Priority to DE102017210822.3A priority patent/DE102017210822A1/de
Publication of JP2018006365A publication Critical patent/JP2018006365A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6862106B2 publication Critical patent/JP6862106B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/136—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/137—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity for stabilising of frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0078—Frequency filtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/1312—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/1317—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/139—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • H01S3/1392—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length by using a passive reference, e.g. absorption cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02438—Characterized by cooling of elements other than the laser chip, e.g. an optical element being part of an external cavity or a collimating lens
    • H01S5/02446—Cooling being separate from the laser chip cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0604—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium comprising a non-linear region, e.g. generating harmonics of the laser frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
    • H01S5/0612—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/06808—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the electrical laser parameters, e.g. voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0092—Nonlinear frequency conversion, e.g. second harmonic generation [SHG] or sum- or difference-frequency generation outside the laser cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/1305—Feedback control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1611—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth neodymium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/1671—Solid materials characterised by a crystal matrix vanadate, niobate, tantalate
    • H01S3/1673—YVO4 [YVO]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02407—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling
    • H01S5/02415—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling by using a thermo-electric cooler [TEC], e.g. Peltier element

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明は、半導体レーザに電流を供給する電流制御装置、及びレーザ装置に関する。
従来、レーザ光を吸収セルに照射して得られる光出力信号に含まれる飽和吸収線に基づいて共振器長を変化させることにより、レーザ光の発振周波数を特定の飽和吸収線に安定化させるレーザ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２−１３４３７１号公報
従来のレーザ装置では、所望の波長を得るために共振器内に設けられている各光学素子の配置を調整し、共振器の後段に接続される光学系においてレーザ光の最終的な出射パワーを調整している。
半導体レーザの起動直後の過渡状態においては、半導体レーザから出力されたレーザ光と共振器内を反射するレーザ光とが、共振器内に設けられている、レーザ光の波長を所定波長に変換するＫＴＰ結晶に当たることにより、レーザ光の熱が外乱となり、ＫＴＰ結晶の温度が変化する。ＫＴＰ結晶は、温度によって屈折率が変化することから、温度変化に応じて、所定波長のレーザ光への変換効率が変化する。このため、半導体レーザの起動直後の過渡状態においては、起動後、充分に時間が経過した状態に比べて、共振器から出力されるレーザ光の出射パワーが増加し、結果として、レーザ装置から出力されるレーザ光の出射パワーも増加する場合がある。
図７は、従来のレーザ装置における、半導体レーザの起動直後に入力される電流の指令値と、レーザ光の出射パワーとの関係を示す図である。図７に示されるように、矩形波状の指令値が与えられると、レーザ光の出射パワーにインパルス状のオーバーシュートが発生し、出射パワーが急増していることが確認できる。
レーザ製品は、安全基準ＩＥＣ６０８２５−１に基づいて、出射パワー等でクラス分けされ、それぞれのクラスに応じて安全対策が施されている必要がある。図７に示す特性を有するレーザ製品は、起動後のＫＴＰ結晶の温度が安定した状態では、出射パワーが約２．５ｍＷであり、クラスが３Ｒに対応するが、起動直後の過渡状態では、出射パワーが約６．６ｍＷであり、クラスが３Ｂに対応する。クラスが３Ｂである場合には、クラスが３Ｒである場合に比べて厳重な安全対策が必要になるため、製品のコストが増加してしまう。また、クラスが３Ｂである場合には、使用時に安全管理者が必要になる等、ユーザの負担も大きくなる。そこで、起動直後の過渡状態においてレーザ装置の出射パワーのオーバーシュートをクラス３Ｒの範囲内に抑制することが求められている。
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、起動直後の過渡状態においてレーザ装置の出射パワーのオーバーシュートを抑制することができる電流制御装置を提供することを目的とする。また、起動直後の過渡状態において出射パワーのオーバーシュートを抑制することができるレーザ装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様に係る電流制御装置は、半導体レーザにレーザ光を出力させるために、前記半導体レーザに電流を供給する電流制御装置であって、所定の強さの前記レーザ光を出力するための電流値に対応する目標指令値に達するまで、前記電流の値に対応する指令値を時間経過とともに増加させて出力する電流指令部と、前記電流指令部が出力した前記指令値に対応する大きさの電流を前記半導体レーザに供給する供給部と、を備える。
前記電流指令部は、前記指令値を段階的に増加させてもよい。
前記電流指令部は、前記指令値を連続的に増加させてもよい。
前記電流指令部は、時間経過とともに前記指令値の増加量を減少させてもよい。
前記電流指令部は、時間経過とともに前記指令値の増加量を増大させてもよい。
前記電流制御装置は、前記電流の値を検出する検出部を更に備え、前記電流指令部は、検出された前記電流の値に基づいて前記指令値の増加量を変化させてもよい。
本発明の第２の態様に係るレーザ装置は、前記電流制御装置と、前記半導体レーザと、前記半導体レーザから出力されたレーザ光を、当該レーザ光の周波数とは異なる周波数のレーザ光に変換する非線形光学結晶と、前記非線形光学結晶の温度を制御する温度制御装置とを備えたレーザ装置であって、前記電流指令部は、前記温度制御装置による前記非線形光学結晶の温度制御にかかる時間よりも長い時間において、前記指令値を時間経過とともに増加させて出力する。
本発明によれば、起動直後の過渡状態においてレーザ装置の出射パワーのオーバーシュートを抑制することができるという効果を奏する。
レーザ装置の構成を示す図である。 電流制御装置の構成を示す図である。 電流指令値をステップ的に増加させた場合の、電流指令値とレーザ光の出射パワーとの関係を示す図である。 電流指令値のステップ数と、オーバーシュートとの関係を示す図である。 電流指令値を連続的に増加させた場合の、電流指令値とレーザ光の出射パワーとの関係を示す図である。 他の態様における電流指令値と、経過時間との関係を示す図である。 従来のレーザ装置における、半導体レーザの起動直後に入力される電流の指令値と、レーザ光の出射パワーとの関係を示す図である。
［レーザ装置１００の構成］
図１は、本実施形態に係るレーザ装置１００の構成を示す図である。レーザ装置１００は、５３２ｎｍよう素安定化レーザである。レーザ装置１００は、半導体レーザによって励起させられるＮｄ：ＹＶ０４結晶を利得媒質として用いた連続波発振の５３２ｎｍ領域の固体レーザであり、長さの標準として用いられる。レーザ装置１００は、よう素分子の吸収線の分光技術を用いて、よう素分子の飽和吸収線の中心に発振波長を制御することで、高い波長安定度を得ることができる。
レーザ装置１００は、励起用半導体レーザ部１と、レーザ共振器筺体２と、よう素安定化用光学系３と、コントローラ４とを有する。
励起用半導体レーザ部１は、半導体レーザ１１を有しており、半導体レーザ１１より出射される８０８ｎｍ帯域の励起用レーザ光をレーザ共振器筺体２に入射する。
レーザ共振器筺体２は、Ｎｄ：ＹＶ０４結晶２１、ＫＴＰ結晶２２、エタロン２３、反射鏡２４、及びピエゾ素子２５を有する。Ｎｄ：ＹＶ０４結晶２１には、励起用半導体レーザ部１から出射された励起用レーザ光が入射し、Ｎｄ：ＹＶ０４結晶２１は、波長１０６４ｎｍの光を出力する。Ｎｄ：ＹＶ０４結晶２１の端面は１０６４ｎｍの光を反射するようにコーティングされている。Ｎｄ：ＹＶ０４結晶２１が出力する１０６４ｎｍのレーザ光は、非線形光学結晶であるＫＴＰ結晶２２において、２次高調波である波長５３２ｎｍのレーザ光に変換される。
ＫＴＰ結晶２２が出力するレーザ光は、波長フィルタであるエタロン２３を介して反射鏡２４に入射する。反射鏡２４は、入射したレーザ光を反射することにより、Ｎｄ：ＹＶ０４結晶２１との間でレーザ共振器を構成する。
ピエゾ素子２５は、コントローラ４から印加される電圧によって生じる歪によって反射鏡２４の位置を変位させる圧電素子である。ピエゾ素子２５に正弦波状の交流電圧が印加されることにより、Ｎｄ：ＹＶ０４結晶２１と反射鏡２４との間の距離が交流電圧の周期に同期して変位することで、レーザ光に周波数変調が施されて変調レーザ光が出力される。
よう素安定化用光学系３は、ビームスプリッタ３１及び安定化信号検出部３２を有する。ビームスプリッタ３１は、レーザ共振器筺体２から入力されるレーザ光を出射レーザ光Ｌ１と波長制御用レーザ光Ｌ２とに分離する。波長制御用レーザ光Ｌ２は、安定化信号検出部３２に入力される。
安定化信号検出部３２は、吸収セルであるよう素セルを有しており、よう素セルを透過した波長制御用レーザ光Ｌ２に基づいた光出力信号をコントローラ４に入力する。
コントローラ４は、電流制御装置４２、温度制御装置４３、及び電圧制御装置４４を有する。
温度制御装置４３は、制御対象である半導体レーザ１１、ＫＴＰ結晶２２、エタロン２３、及び安定化信号検出部３２に隣接して設けられた温度センサが検出した温度に基づいて、各制御対象の固定ホルダに設置されたペルチェ素子等の変温装置を駆動し、各制御対象が目標温度になるように制御する。
電圧制御装置４４は、ピエゾ素子２５に印加する電圧を制御することにより、Ｎｄ：ＹＶ０４結晶２１と反射鏡２４との間の距離である共振器長を制御して、レーザ波長を安定化させる。具体的には、電圧制御装置４４は、安定化信号検出部３２から出力された光出力信号から、例えばロックインアンプにより発振波長に基づく信号成分を検出し、反射鏡２４を取り付けたピエゾ素子２５の変位量を制御することで、反射鏡２４の位置を変化させて共振器長を制御する。
電流制御装置４２は、半導体レーザ１１にレーザ光を出力させるためのレーザ電流を、半導体レーザ１１に供給する。図２は、電流制御装置４２の構成を示す図である。電流制御装置４２は、電流指令部５、電流制御部６、及び電流駆動部７を有する。
電流指令部５は、マイコン５１と、ＤＡコンバータ５２とを備える。マイコン５１は、デジタル信号としての電流指令値をＤＡコンバータ５２に出力する。ＤＡコンバータ５２は、マイコン５１から入力された電流指令値を、アナログ信号である制御指令値に変換する。ＤＡコンバータ５２は、制御指令値を電圧値とした制御指令電圧を電流制御部６に印加する。以下の説明において、制御指令値を、単に指令値という。
電流制御部６及び電流駆動部７は、電流供給部として機能し、電流指令部５が出力した指令値に対応する大きさの電流を半導体レーザ１１に供給する。
電流制御部６は、オペアンプ６１と、電流検出回路６２とを有する。電流検出回路６２は、半導体レーザ１１に供給するレーザ電流の電流値を検出し、当該電流値に対応するレーザ電流検出電圧をオペアンプ６１に入力する。オペアンプ６１は、制御指令電圧と、レーザ電流検出電圧とが一致するようにレーザ電流を制御する。
電流駆動部７は、例えば、トランジスタ７１であり、オペアンプ６１から出力された制御電流をベース電流とし、当該ベース電流の電流値を所定の増幅率で増幅した電流をレーザ電流として半導体レーザ１１に供給する。
本実施形態において、電流制御装置４２の電流指令部５は、半導体レーザ１１が、所定の強さのレーザ光を出力するためのレーザ電流の電流値に対応する目標指令値に達するまで、レーザ電流の電流値に対応する指令値を時間とともに増加させて出力する。具体的には、電流指令部５は、指令値を段階的（ステップ的）に増加させて出力する。
図３は、電流指令部５が出力する指令値をステップ的に増加させた場合の、指令値とレーザ光の出射パワーとの関係を示す図である。具体的には、図３は、時刻Ｔにおいて指令値の出力を開始し、時間経過に応じて指令値を１００ｍＶずつ増加させた場合の、指令値とレーザ光の出射パワーとの関係を示す図である。
図３に示す例では、指令値をステップ的に増加させることにより、指令値を増加させた直後のオーバーシュートが小さく抑えられ、出射パワーの最大値が４ｍＷ程度に抑えられていることが確認できる。ここで、クラス３Ｒにおいて規定されている出射パワーの範囲は５ｍＷ以下であることから、レーザ装置１００の出射パワーの範囲が、クラス３Ｒにおいて規定されている出射パワーの範囲に抑えられていることが確認できる。
ここで、指令値を増加させた場合、半導体レーザ１１から出力されたレーザ光とレーザ共振器筺体２の内部を反射するレーザ光とが、ＫＴＰ結晶２２に当たることにより、レーザ光の熱が外乱となり、ＫＴＰ結晶２２の温度が変化する。ＫＴＰ結晶２２は、温度によって屈折率が変化することにより５３２ｎｍのレーザ光への変換効率が変化し、結果として、レーザ装置１００から出力されるレーザ光の出射パワーも増加し、オーバーシュートが発生する。オーバーシュートが収まる時間は、温度制御装置４３により、ＫＴＰ結晶２２の温度が、目標温度に収束するまでにかかる時間に対応している。このため、電流指令部５は、温度制御装置４３によるＫＴＰ結晶２２の温度制御にかかる時間よりも長い時間において、指令値を時間経過とともに増加させて出力する。
また、指令値をステップ的に増加させた場合に、各ステップにおけるオーバーシュートが収まる前に指令値を増加させると、更にオーバーシュートが発生してオーバーシュートが増大してしまう。このため、電流指令部５は、各ステップにおける指令値でのオーバーシュートが収まる時間と、ステップ数との積よりも長い時間にわたって指令値をステップ的に増加させることにより、指令値を目標指令値に到達させる。
このように、電流制御装置４２は、指令値をステップ的に増加させることにより、従来のレーザ装置のように矩形波状の指令値を一度に出力する場合に比べて出射パワーのオーバーシュートを低減することができる。
なお、図３に示す例では、指令値が１１００ｍＶ以上の場合に、指令値が増加しても出射パワーが減少していることが確認できる。これは、レーザ電流によりレーザ光の波長が変化し、共振器の励起効率が変化するためである。
続いて、ステップ数と出射パワーのオーバーシュートとの関係について説明する。図４は、指令値のステップ数と、オーバーシュートとの関係を示す図である。図４の縦軸は、各ステップにおけるオーバーシュートの最大値を示している。図４に示す例では、４つのケースにおけるステップ数とオーバーシュートとの関係を「◆」で示している。図４に示されているように、ステップ数を増加させると、オーバーシュートが低減されることが確認できる。
［変形例］
なお、上述の実施形態では、電流指令部５は、指令値を段階的に増加させて出力することとしたが、これに限らない。電流指令部５は、指令値を連続的に増加させて出力してもよい。例えば、目標指令値をＩ１、到達時間をＴ１とした場合に、電流指令部５は、１秒当たりの指令値の増加量が、Ｉ１／Ｔ１となるように、指令値を連続的に増加させて出力する。ここで、到達時間Ｔ１は、温度制御装置４３によるＫＴＰ結晶２２の温度制御にかかる時間よりも長い時間であるものとする。
図５は、指令値を連続的に増加させた場合の、指令値とレーザ光の出射パワーとの関係を示す図である。図５に示すように、指令値を連続的に増加させた場合も、レーザ光の出射パワーの急増が抑えられ、オーバーシュートが低減されていることが確認できる。
なお、電流指令部５は、指令値の増加量を一定として、指令値を出力したが、これに限らない。図６は、他の態様における指令値と、経過時間との関係を示す図である。例えば、電流指令部５は、図６（ａ）に示すように、時間経過とともに指令値の増加量を減少させたり、図６（ｂ）に示すように、時間経過とともに指令値の増加量を増大させたりしてもよい。
また、電流指令部５は、電流検出回路６２が検出したレーザ電流の電流値に基づいて指令値の増加量を変化させるようにしてもよい。例えば、指令値の増加量とオーバーシュートの量との関係を示す情報と、レーザ電流の電流値とレーザ光の出射パワーとの関係を示す情報とを、予めコントローラ４に設けられた記憶部（不図示）に記憶させておき、当該記憶部に記憶されている情報を参照しながら、レーザ光の出射パワーが、予め規定されている出射パワーを超えないように、指令値の増加量を変化させるようにしてもよい。また、電流指令部５は、オーバーシュートの状態をモニタリングし、レーザ光の出射パワーが、予め規定されている出射パワーを超えないように、フィードバック制御を行うようにしてもよい。
また、電流指令部５は、レーザ装置１００がレーザ光の出射パワーを選択可能である場合に、選択された出射パワーに応じて、指令値の増加量を変化させるようにしてもよい。例えば、選択された出射パワーが相対的に小さく、オーバーシュートしても規定値を超えない場合、電流指令部５は、指令値の増加量を大きくして、出射パワーを目標値に早期に到達させてもよい。また、出射パワーが相対的に大きい場合、電流指令部５は、指令値の増加量を小さくして、出射パワーがオーバーシュートすることによって規定値を超えないようにしてもよい。
また、電流指令部５は、レーザ装置１００の周囲の温度に基づいて、指令値の増加量を変化させるようにしてもよい。例えば、電流指令部５は、レーザ装置１００の周囲の温度が所定温度よりも低い場合には、指令値の増加量を大きくし、所定温度以上である場合には、指令値の増加量を小さくしてもよい。
［本実施形態における効果］
以上説明したように、本実施形態に係る電流制御装置４２は、所定の強さのレーザ光を出力するためのレーザ電流の電流値に対応する目標指令値に達するまで、レーザ電流の電流値に対応する指令値を時間経過とともに増加させ、当該指令値に対応する大きさの電流を半導体レーザ１１に供給する。このようにすることで、電流制御装置４２は、レーザ装置１００の起動直後の過渡状態における出射パワーのオーバーシュートを抑制することができるので、レーザ装置１００の出射パワーを所定のクラス内に抑制することができる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば、電流制御装置４２の構成は、上述の実施形態に記載した機能を実現するものであれば、他の構成であってもよい。例えば、電流制御装置４２の電流指令部５を、オペアンプの積分回路等により構成し、指令値を時間経過とともに増加させるようにしてもよい。また、電流指令部５をデジタル制御としてもよい。また、電流指令部５と、電流駆動部７とを、パワーオペアンプを用いて１つの素子で構成するようにしてもよい。
１ 励起用半導体レーザ部
２ レーザ共振器筺体
３ よう素安定化用光学系
４ コントローラ
５ 電流指令部
６ 電流制御部
７ 電流駆動部
１１ 半導体レーザ
２１ Ｎｄ：ＹＶ０４結晶
２２ ＫＴＰ結晶
２３ エタロン
２４ 反射鏡
２５ ピエゾ素子
３１ ビームスプリッタ
３２ 安定化信号検出部
４２ 電流制御装置
４３ 温度制御装置
４４ 電圧制御装置
１００ レーザ装置

Claims (6)

  1. 半導体レーザにレーザ光を出力させるために、前記半導体レーザに電流を供給する電流制御装置であって、
    所定の強さの前記レーザ光を出力するための電流値に対応する目標指令値に達するまで、前記電流の値に対応する指令値を時間経過とともに増加させて出力する電流指令部と、
    前記電流指令部が出力した前記指令値に対応する大きさの電流を前記半導体レーザに供給する供給部と、
    を備え、
    前記電流指令部は、前記電流の値とレーザ光の出射パワーとの関係を示す情報と、前記指令値の増加量と前記半導体レーザの出射パワーのオーバーシュートの量との関係を示す情報とを参照し、前記出射パワーが予め規定されている出射パワーを超えないように前記指令値の増加量を変化させる、
    電流制御装置。
  2. 前記電流指令部は、前記指令値を段階的に増加させる、
    請求項１に記載の電流制御装置。
  3. 前記電流指令部は、時間経過とともに前記指令値の増加量を減少させる、
    請求項１又は２に記載の電流制御装置。
  4. 前記電流指令部は、時間経過とともに前記指令値の増加量を増大させる、
    請求項１又は２に記載の電流制御装置。
  5. 前記電流の値を検出する検出部を更に備え、
    前記電流指令部は、検出された前記電流の値に基づいて前記指令値の増加量を変化させる、
    請求項１から４のいずれか１項に記載の電流制御装置。
  6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の電流制御装置と、前記半導体レーザと、前記半導体レーザから出力されたレーザ光を、当該レーザ光の周波数とは異なる周波数のレーザ光に変換する非線形光学結晶と、前記非線形光学結晶の温度を制御する温度制御装置とを備えたレーザ装置であって、
    前記電流指令部は、前記温度制御装置による前記非線形光学結晶の温度制御にかかる時間よりも長い時間であって、複数の段階における前記指令値に対応して前記供給部が前記電流を前記半導体レーザに供給した場合に前記オーバーシュートが収まる時間と、前記段階の数との積よりも長い時間にわたって、前記指令値を時間経過とともに段階的に増加させて出力する、
    レーザ装置。

JP2016126370A 2016-06-27 2016-06-27 電流制御装置及びレーザ装置 Active JP6862106B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016126370A JP6862106B2 (ja) 2016-06-27 2016-06-27 電流制御装置及びレーザ装置
US15/625,241 US10170885B2 (en) 2016-06-27 2017-06-16 Current control device and laser device
CN201710501990.0A CN107546570B (zh) 2016-06-27 2017-06-27 电流控制装置和激光器装置
DE102017210822.3A DE102017210822A1 (de) 2016-06-27 2017-06-27 Stromregelvorrichtung und laservorrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016126370A JP6862106B2 (ja) 2016-06-27 2016-06-27 電流制御装置及びレーザ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018006365A JP2018006365A (ja) 2018-01-11
JP6862106B2 true JP6862106B2 (ja) 2021-04-21

Family

ID=60579812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016126370A Active JP6862106B2 (ja) 2016-06-27 2016-06-27 電流制御装置及びレーザ装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10170885B2 (ja)
JP (1) JP6862106B2 (ja)
CN (1) CN107546570B (ja)
DE (1) DE102017210822A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6819890B2 (ja) 2018-04-23 2021-01-27 日亜化学工業株式会社 駆動回路及び処理装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03169155A (ja) * 1989-11-28 1991-07-22 Fujitsu Ltd レーザダイオードの駆動回路
US5226051A (en) * 1991-06-04 1993-07-06 Lightwave Electronics Laser pump control for output power stabilization
JP3716355B2 (ja) * 1996-03-18 2005-11-16 株式会社トプコン レーザー装置及びレーザー装置制御方法
JP2001267669A (ja) * 2000-03-16 2001-09-28 Fuji Photo Film Co Ltd レーザ駆動装置およびその方法
WO2004091121A1 (ja) * 2003-04-03 2004-10-21 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 光増幅装置および光通信システム
US20060159140A1 (en) * 2005-01-17 2006-07-20 Fanuc Ltd Laser oscillator and method of estimating the lifetime of a pump light source
JP4742323B2 (ja) * 2006-02-02 2011-08-10 三菱電機株式会社 レーザ発振器およびレーザ発振器制御方法
JP2011044545A (ja) * 2009-08-20 2011-03-03 Sony Corp 光射出装置、光射出装置の温度制御方法、表示装置、および光照射装置
JP5706680B2 (ja) 2010-12-22 2015-04-22 株式会社ミツトヨ 安定化判別器、レーザ周波数安定化装置、及び安定化判別方法
US8953652B2 (en) * 2011-01-31 2015-02-10 Ipg Photonics Corporation Method and apparatus for differentially controlling population inversion in gain medium
WO2012145534A1 (en) * 2011-04-20 2012-10-26 Logos Technologies, Inc. A flexible driver laser for inertial fusion energy
JP2013152440A (ja) * 2011-12-29 2013-08-08 Ricoh Co Ltd 電源装置および画像形成装置
JP2016126370A (ja) 2014-12-26 2016-07-11 株式会社クローバー・ネットワーク・コム 盗難紛失防止システム
EP3411660A4 (en) * 2015-11-30 2019-11-27 Luminar Technologies, Inc. LIDAR SYSTEM WITH DISTRIBUTED LASER AND MULTIPLE SENSOR HEADS AND PULSED LASER FOR LIDAR SYSTEM

Also Published As

Publication number Publication date
CN107546570A (zh) 2018-01-05
CN107546570B (zh) 2022-01-14
JP2018006365A (ja) 2018-01-11
DE102017210822A1 (de) 2017-12-28
US20170373467A1 (en) 2017-12-28
US10170885B2 (en) 2019-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7835411B2 (en) Laser frequency stabilizing device, method and program
US20100066649A1 (en) Wavelength converting apparatus and image displaying apparatus
US20070008995A1 (en) Frequency-stabilized laser and frequency stabilizing method
JP4151476B2 (ja) レーザ光安定化方法、レーザ光発生装置
JP2942619B2 (ja) 高調波発生装置
JP2001168439A (ja) 発光装置
US20130250979A1 (en) Stabilizing beam pointing of a frequency-converted laser system
JP2018511938A (ja) 半導体レーザの発振波長及び出力パワーの独立制御
JP2019087550A (ja) レーザ装置及びレーザ安定化方法
JP6862106B2 (ja) 電流制御装置及びレーザ装置
JP2007294498A (ja) パルスレーザ装置及びパルスレーザビーム生成方法
JP5895543B2 (ja) パルスレーザ装置
JP2008130848A (ja) レーザ周波数安定化装置、及びレーザ周波数安定化方法
JP4763337B2 (ja) 半導体レーザ励起固体レーザ装置
JP2011249400A (ja) レーザ光源の調整システム、及びレーザ光源の調整方法
JP2016066671A (ja) 波長可変光源および温度制御初期値の決定方法
JP3968868B2 (ja) 固体レーザ装置
JP2012042630A (ja) 光源装置
JP4968149B2 (ja) 固体レーザ装置
JP4882386B2 (ja) 光源装置
JPH0346288A (ja) 安定化光源
KR20100120284A (ko) 레이저 공급원의 파워 변화를 최소화하는 방법 및 시스템
JP2012043994A (ja) レーザシステム
JP6273716B2 (ja) 固体レーザ装置
JP2019149400A (ja) レーザ光源装置及びレーザ光調整方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190513

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200325

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200331

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200522

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201020

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201022

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210316

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210331

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6862106

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250