光軸補正装置
【課題】レーザ媒質に損傷が生じた場合でも、自動的にレーザ媒質に入射される光軸を補正し、レーザ媒質の損傷箇所を回避することができる光軸補正装置を提供する。
【解決手段】入射された励起光により励起されレーザ光を発振するレーザ媒質２０と光共振を行うための複数のミラー１０，３０とを有し、光共振されたレーザ光を出力する光共振器と、光共振器に入射する励起光の光軸を平行移動させる第１シフター７０と、光共振器により出力されたレーザ光の光軸を平行移動させる第２シフター８０と、レーザ光の出力の大きさを検知する４象限光検出器９０と、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさに基づき第１シフター７０と第２シフター８０とを制御して光共振器に入射する励起光の光軸の平行移動量及び光共振器により出力されたレーザ光の光軸の平行移動量を制御する制御部１００とを備える。
【解決手段】入射された励起光により励起されレーザ光を発振するレーザ媒質２０と光共振を行うための複数のミラー１０，３０とを有し、光共振されたレーザ光を出力する光共振器と、光共振器に入射する励起光の光軸を平行移動させる第１シフター７０と、光共振器により出力されたレーザ光の光軸を平行移動させる第２シフター８０と、レーザ光の出力の大きさを検知する４象限光検出器９０と、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさに基づき第１シフター７０と第２シフター８０とを制御して光共振器に入射する励起光の光軸の平行移動量及び光共振器により出力されたレーザ光の光軸の平行移動量を制御する制御部１００とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ媒質を利用して光を増幅する光共振器に入射される光軸を自動補正する光軸補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザ装置等に用いられる光共振器は、相対して平行に置かれた２つの平面鏡や凹面鏡等の共振器ミラー、あるいは光を当該光共振器内部で循環させるための複数の反射鏡により構成される。図７に示す従来のリングキャビティー光共振器は、入射側ミラー１０、レーザ媒質２０、出射側ミラー３０、及び２枚の調整ミラー４０，５０から構成される。このリングキャビティー光共振器は、入射された励起光により励起したレーザ媒質２０がレーザ光を発振し、レーザ媒質２０、出射側ミラー３０、調整ミラー４０、調整ミラー５０、及び入射側ミラー１０の順に内部を循環させ、増幅させる。効率よく増幅するため、これらのミラーは、非常に高い精度（例えば数百μｒａｄ程度）を持って調整されており、循環する光を励起されたレーザ媒質２０に入射することにより増幅する。
【０００３】
急激な熱変化や光入力等によりレーザ媒質２０に損傷が発生した場合、出力されるレーザのパワーは、著しく低下してしまう。したがって、安定したレーザ光を供給するためにレーザ媒質の損傷に対する対策が必要とされており、図７に示すような従来の光共振器においてレーザ媒質２０に損傷が発生した場合には、操作人は、レーザ媒質２０の位置を平行移動させ、損傷箇所を避けて使用する必要があった。
【０００４】
特許文献１には、レーザ媒質やミラー等の光学部品が急激な熱変化や光入力による損傷を受けることを防止し、信頼性の向上を図り得る高出力パルスレーザ装置の運転方法が記載されている。この運転方法は、レーザ媒質を励起光源により励起させてレーザ光を出射させ、該レーザ光をミラー間で共振させて出射させる発振部と、該発振部から出射されるレーザ光を遮断可能で且つレーザ光の透過率を調節可能な伝送部と、前記発振部から伝送部を介して導入されるレーザ光を増幅して出射させる増幅部と、前記発振部と増幅部に対して冷却水を供給する冷却系統とを備えた高出力パルスレーザ装置の運転方法であり、起動時、発振部と増幅部に対して冷却系統から供給される冷却水の流量を徐々に増加させ、伝送部によりレーザ光を遮断した状態で発振部の励起光源へ供給する電流値を徐々に高め、レーザ光の出力が定格出力に達した時点で、伝送部によるレーザ光の遮断状態を解除しつつ、伝送部によるレーザ光の透過率を最小から最大へ向け徐々に増加させて増幅部へレーザ光を導入すると共に、増幅部へ供給する励起用の電流値を定格電流値以下の所要値から徐々に高めるようにしたものである。
【０００５】
この結果、レーザ媒質やミラー等の光学部品に、急激な熱変化や急激な光入力が生じることが回避され、これらの光学部品が損傷を受けるのを防止するとともに、信頼性の向上を図り得る。
【特許文献１】特開２００５−３３１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の高出力パルスレーザ装置の運転方法は、冷却系統により光学部品の損傷を回避するものであるが、既にレーザ媒質に損傷が生じてしまった場合においては、効果をもたらすものではない。
【０００７】
また、レーザ媒質に損傷が発生した場合に、レーザ媒質を自動的に移動させる構造を備えることは、非常に困難である。これは、レーザ媒質が光を増幅する際に発熱するため、構造を簡素化して熱伝導率を高める必要があるからである。しかしながら、操作人が直接レーザ媒質を平行移動させるとすると、操作人は、光共振器を解体し、レーザ媒質の損傷箇所を確認するとともに当該損傷箇所を回避するように平行移動させる必要があり、手間もかかる。
【０００８】
そこで、本発明は、レーザ媒質に損傷が生じた場合でも、自動的にレーザ媒質に入射される光軸を補正し、レーザ媒質の損傷箇所を回避することができる光軸補正装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る光軸補正装置は、上記課題を解決するために、入射された励起光により励起されレーザ光を発振するレーザ媒質と光共振を行うための複数のミラーとを有し、光共振されたレーザ光を出力する光共振器と、前記光共振器に入射する励起光の光軸を平行移動させる第１シフターと、前記光共振器により出力されたレーザ光の光軸を平行移動させる第２シフターと、前記レーザ光の出力の大きさを検知する光検知部と、前記光検知部により検知されたレーザ光の出力の大きさに基づき前記第１シフターと前記第２シフターとを制御して前記光共振器に入射する励起光の光軸の平行移動量及び前記光共振器により出力されたレーザ光の光軸の平行移動量を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る光軸補正装置によれば、レーザ媒質に損傷が生じた場合でも、自動的にレーザ媒質に入射される光軸を補正し、レーザ媒質の損傷箇所を回避して安定したレーザ光の出力を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の光軸補正装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明の実施例１に係る光軸補正装置の構成を示すブロック図である。この光軸補正装置は、第１共振器ミラー１０ａ、レーザ媒質２０、第２共振器ミラー３０ａ、ビームスプリッタ６０、第１シフター７０、第２シフター８０、４象限光検出器９０、及び制御部１００で構成される。本実施例において、第１共振器ミラー１０ａ、レーザ媒質２０、及び第２共振器ミラー３０ａは、光共振器を構成する。なお、図１は、当該光軸補正装置を上方から見た図である。
【００１３】
入射された励起光により励起されレーザ光を発振するレーザ媒質２０と、光共振を行うための複数のミラーである第１共振器ミラー１０ａ及び第２共振器ミラー３０ａとを有する光共振器は、光共振されたレーザ光を出力する。
【００１４】
第１共振器ミラー１０ａと第２共振器ミラー３０ａとは、レーザ媒質２０を挟んで互いに対向配置され、レーザ光を多数回往復させて光共振させる。通常、これらの共振器ミラーは、密閉された容器内に設けられる。また、レーザ媒質２０は、レーザ光を増幅させる。
【００１５】
第１シフター７０は、光共振器に入射する前の励起光の光軸上に設置され、光共振器に入射する励起光の光軸を平行移動させる。具体的には、第１シフター７０は、所定の屈折率を有しており、入射される励起光の光軸に対してヨー方向あるいはピッチ方向に所定角度傾けることにより、入射された光軸を平行移動させ、光共振器内の第１共振器ミラー１０ａに出力する。
【００１６】
同様に、第２シフター８０は、光共振器により出力されたレーザ光の光軸上に設置され、光共振器により出力されたレーザ光の光軸を平行移動させる。第２シフター８０の目的は、第１シフター７０により平行移動された光軸の位置を逆側に同量だけ平行移動させることにより、本来の光軸位置に戻すことである。これにより、光共振器内において光軸の平行移動が行われたとしても、第２シフター８０は、常に同方向にレーザ光を供給する。
【００１７】
第２シフター８０は、必ずしも第１シフター７０と同じ屈折率及び厚さを有する必要は無いが、本実施例においては、簡単のために第１シフター７０と同じ材質であり、同じ屈折率及び厚さを有するものとする。第１シフター７０と第２シフター８０による光軸の平行移動については、後述する。
【００１８】
ビームスプリッタ６０は、光共振器により出力されたレーザ光（第２共振器ミラー３０ａから出力されたレーザ光）の一部を４象限光検出器９０に対して反射し、残りを透過する。ビームスプリッタ６０により透過されたレーザ光は、第２シフター８０に入力される。ビームスプリッタ６０が４象限光検出器９０に対して反射するレーザ光の強度は、強い強度である必要は無く、例えば光共振器により出力されたレーザ光の強度の１パーセントから数パーセント程度でよい。
【００１９】
４象限光検出器９０は、本発明の光検知部に対応し、レーザ光の出力の大きさを検知する。具体的には、４象限光検出器９０は、４つの光検知器により構成され、各光検知器に入射された光量に比例した電流を出力するものである。４象限光検出器９０は、当該４つの光検知器の各々により検知されたレーザ光の出力の大きさを合計することにより、光共振器により光共振されビームスプリッタ６０により反射されたレーザ光の出力の大きさを検知する。ここで、ビームスプリッタ６０により反射されるレーザ光の出力の大きさは、ビームスプリッタ６０に入射されるレーザ光の出力全体に対して常に一定の割合の大きさである。したがって、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさに基づいて、光共振器により出力されたレーザ光の出力全体の大きさを調べることが可能である。
【００２０】
また、４象限光検出器９０は、レーザ光の光軸の位置を検知する。具体的には、４象限光検出器９０は、お互いに近接して配置された４つの光検知器により構成されており、４つの光検知器の各々が独立して入力されたレーザ光の強度を測定し、測定結果を制御部１００に出力する。したがって、４象限光検出器９０は、４つの光検知器の各々がそれぞれ検知したレーザ光の出力及びその合計値に基づき、各光検知器における信号の比率からビーム形状やレーザ光の位置を検知することができる。
【００２１】
制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさに基づき、第１シフター７０と第２シフター８０とを制御して光共振器に入射する励起光の光軸の平行移動量及び光共振器により出力されたレーザ光の光軸の平行移動量を制御する。
【００２２】
具体的には、制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上になるように第１シフター７０と第２シフター８０とを制御する。また、制御部１００は、第１シフター７０による光軸平行移動量と第２シフター８０による光軸平行移動量とが連動するように制御することで、第２シフター８０から出力されるレーザ光の光軸位置が定位置であるように制御する。
【００２３】
さらに制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の光軸の位置に基づき第１シフター７０による光軸平行移動量を制御する。具体的には、制御部１００は、第１シフター７０を制御する際に、光軸平行移動量の目標値を有しており、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の光軸の位置が当該目標値に達しているか否かを判断し、目標値に達していない場合には目標値に達するまで光軸の平行移動を継続し、目標値に達した場合には光軸の平行移動を停止する。すなわち、制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の光軸の位置に基づいて第１シフター７０による光軸の平行移動量を測定することができるとともに、測定した光軸の平行移動量を第１シフター７０の回転角度の制御にフィードバックすることができる。
【００２４】
図２は、第１シフター７０及び第２シフター８０による光軸の平行移動を説明する図である。なお、図１に示すように、本来は第２共振器ミラー３０ａと第２シフター８０との間にビームスプリッタ６０が備えられているが、ここでは省略する。
【００２５】
図２（ａ）において、第１シフター７０に対して垂直に入射した励起光は、入射角が０度であるため屈折せずに第１シフター７０を直進し、第１共振器ミラー１０ａ、レーザ媒質２０、及び第２共振器ミラー３０ａから構成された光共振器に入力される。光共振器において発振・増幅されたレーザ光は、第２シフター８０に出力される。第２シフター８０に対して垂直に入射したレーザ光は、入射角が０度であるため屈折せずに第２シフター８０を直進して出力される。
【００２６】
一方、図２（ｂ）において、第１シフター７０に対して所定の入射角度で入射した励起光は、所定の屈折率を有する第１シフター７０内にて屈折し、光軸を平行移動されて光共振器に入力される。光共振器において発振・増幅されたレーザ光は、第２シフター８０に出力される。第２シフター８０に対して所定の入射角度で入射したレーザ光は、所定の屈折率を有する第２シフター８０内にて屈折し、光軸を平行移動されて出力される。その際に、第２シフター８０は、第２シフター８０から出力されるレーザ光の光軸位置が図２（ａ）に示すように光軸の平行移動が行われなかった際の光軸位置に一致するように制御されている。したがって、第２シフター８０から出力されるレーザ光の光軸位置は、定位置にあり、光共振器内において光軸の平行移動が行われたとしても常に不変である。
【００２７】
図３は、本発明に使用されるシフター７０ａに対して光が入射した際の光軸の平行移動量を説明する図である。本実施例において使用されている第１シフター７０と第２シフター８０とは、図３及び図４におけるシフター７０ａと同じものであるとする。
【００２８】
厚さｔのシフター７０ａが屈折率ｎを有しているものとし、シフター７０ａに対して入射される光の入射角をθとすると、光軸の平行移動量Ｄは、以下に示す式により表される。
【数１】
【００２９】
図４は、本発明に使用されるシフター７０ａの制御方法を説明する図である。シフター７０ａは、所定の屈折率を有しており、入射される励起光の光軸に対してヨー方向あるいはピッチ方向に所定角度傾けることにより、入射された光軸を平行移動させる。
【００３０】
シフター７０ａは、シフターの中心軸（ヨー軸及びピッチ軸）を中心に回転可能な機構を有しており、制御部１００の制御に基づいてヨー方向及びピッチ方向に角度の調整が行われる。すなわち、制御部１００は、シフター７０ａの中心を基準として、垂直軸、水平軸を独立してあおり（水平及び鉛直方向のシフター角度）調整する。本実施例において制御部１００は、第１シフター７０（又は第２シフター８０）をヨー方向に所定角度傾けさせることにより光軸を左右方向に平行移動させることができるとともに、第１シフター７０（又は第２シフター８０）をピッチ方向に所定角度傾けさせることにより光軸を上下方向に平行移動させることができる。したがって、制御部１００は、１度の制御において必ずしもピッチ方向又はヨー方向のいずれか一方のみ角度を調整できるわけではなく、同時にピッチ方向とヨー方向の両方の角度を調整することもでき、上下左右いずれの方向に対しても柔軟に光軸の平行移動を行うことができる。
【００３１】
なお、図４におけるシフター７０ａは、ヨー方向及びピッチ方向のいずれに対しても動かされていない状態を示しており、入射光軸に対して入射面が垂直になるよう（入射角が０度）に設置されているため、光軸の平行移動を行わずに光を直進させる。
【００３２】
このように構成された本発明の実施例１に係る光軸補正装置の動作を説明する。まずレーザ媒質２０に損傷が生じていない場合において、第１シフター７０と第２シフター８０とは、図２（ａ）に示すように、ヨー方向とピッチ方向のいずれに対しても傾いていない。したがって、第１シフター７０に対して垂直に入射した励起光は、入射角が０度であるため屈折せずに第１シフター７０を直進し、第１共振器ミラー１０ａ、レーザ媒質２０、及び第２共振器ミラー３０ａから構成された光共振器に入力される。
【００３３】
光共振器において発振・増幅されたレーザ光は、第２共振器ミラー３０ａから出力されて、ビームスプリッタ６０に入力される。ビームスプリッタ６０は、光共振器により出力されたレーザ光（第２共振器ミラー３０ａから出力されたレーザ光）の一部を４象限光検出器９０に対して反射し、残りを透過する。ビームスプリッタ６０により透過されたレーザ光は、第２シフター８０に入力される。第２シフター８０に対して垂直に入射したレーザ光は、入射角が０度であるため屈折せずに第２シフター８０を直進して出力される。
【００３４】
４象限光検出器９０は、光共振器により光共振されビームスプリッタ６０により反射されたレーザ光の出力の大きさ及び光軸位置を検知し、検知結果を制御部１００に出力する。
【００３５】
制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上であるか否かを判断する。レーザ光の出力の大きさが所定値以上である場合には、制御部１００は、レーザ媒質２０に損傷が生じていないものと判断し、第１シフター７０及び第２シフター８０のピッチ方向あるいはヨー方向に対する傾斜角度を変更することなく継続して現在位置に固定する。
【００３６】
レーザ媒質２０に損傷が生じた場合には、光共振器により出力されるレーザ光全体の出力の大きさが低減する。したがって、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値未満となり、制御部１００は、レーザ媒質２０に損傷が生じたものと判断する。その際に制御部１００は、現時点における第１シフター７０のピッチ方向あるいはヨー方向に対する角度をレーザ媒質２０の損傷箇所として記憶する。なお、制御部１００は、最初にレーザ媒質２０に損傷が生じたときのみならず、レーザ媒質２０に損傷が生じるたびに生じた時点における角度をレーザ媒質２０の損傷箇所として記憶する。これにより、制御部１００は、レーザ媒質２０に複数の損傷が生じたとしても、レーザ出力が低下したときの第１シフター７０の角度を蓄積しておくことで、損傷位置を把握することができる。
【００３７】
次に制御部１００は、第１シフター７０と第２シフター８０とを制御して光共振器に入射する励起光の光軸の平行移動量及び光共振器により出力されたレーザ光の光軸の平行移動量を制御する。具体的には、制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上になるように第１シフター７０と第２シフター８０とを制御する。第１シフター７０と第２シフター８０とは、制御部１００の制御に基づき、光軸を平行移動させる。その際に、制御部１００は、以前にレーザ媒質２０に損傷を生じたことがある場合には、記憶されているレーザ媒質２０の損傷箇所を避けるようにして光軸の平行移動先を決定する。
【００３８】
また、制御部１００は、第１シフター７０による光軸平行移動量と第２シフター８０による光軸平行移動量とが連動するように制御することで、第２シフター８０から出力されるレーザ光の光軸位置が定位置であるように制御する。例えば、制御部１００は、第１シフター７０をヨー方向に＋１０度傾けた場合には、連動するように第２シフター８０をヨー方向に−１０度傾けて、第２シフター８０から出力されるレーザ光の光軸位置が変わらないように制御する。
【００３９】
また、制御部１００は、光軸の平行移動を行う際に、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の光軸の位置に基づき第１シフター７０による光軸平行移動量を計測し、第１シフター７０の回転角度の制御にフィードバックする。
【００４０】
制御部１００は、第１シフター７０及び第２シフター８０を制御して光軸の平行移動を行った結果、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上となった場合に、第１シフター７０及び第２シフター８０の動作を停止し、その位置に固定する。４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが依然として所定値未満である場合には、制御部１００は、第１シフター７０及び第２シフター８０の動作を継続し、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上となる角度（レーザ媒質２０に損傷が生じていない箇所）を捜索する。
【００４１】
以上説明したように、本発明の実施例１に係る光軸補正装置によれば、構成が簡単であり、レーザ媒質２０に損傷が生じた場合でもレーザ媒質２０を操作人等が移動させる必要が無く、自動的にレーザ媒質２０に入射される光軸を補正し、レーザ媒質の損傷箇所を回避して安定したレーザ光の出力を確保することができる。
【００４２】
さらに、第１シフター７０による光軸平行移動量と第２シフター８０による光軸平行移動量とが連動するように制御し、第２シフター８０から出力されるレーザ光の光軸位置が定位置であるように制御するので、光共振器内において光軸の平行移動が行われたとしても、第２シフター８０は、常に同方向にレーザ光を供給する。
【００４３】
また、制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上になるように第１シフター７０と第２シフター８０とを制御するので、レーザ媒質２０の損傷が生じていない場所を捜索して安定した出力のレーザ光を確保することができる。
【００４４】
また、制御部１００は、光軸の平行移動を行う際に、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の光軸の位置に基づき第１シフター７０による光軸平行移動量を計測し、第１シフター７０の回転角度の制御にフィードバックするので、光軸の平行移動を正確に行うことができる。
【００４５】
また、光検知部として４象限光検出器９０を用いるので、容易にレーザ光全体の出力及び光軸の位置を同時に知ることができる。
【実施例２】
【００４６】
次に、本発明の実施例２を説明する。図５は本発明の実施例２に係る光軸補正装置の構成を示すブロック図である。この光軸補正装置が実施例１に係る光軸補正装置と異なる点は、第２シフター８０と４象限光検出器９０の位置が入れ替わっている点である。すなわち、４象限光検出器９０は、光共振器により出力されたレーザ光がビームスプリッタ６０を透過した位置に設けられている。また、第２シフター８０は、ビームスプリッタ６０によりレーザ光が反射された位置に設けられている。
【００４７】
ビームスプリッタ６０は、光共振器により出力されたレーザ光（第２共振器ミラー３０ａから出力されたレーザ光）の一部を４象限光検出器９０に対して透過し、残りを反射する。ビームスプリッタ６０により反射されたレーザ光は、第２シフター８０に入力される。ビームスプリッタ６０が４象限光検出器９０に対して透過するレーザ光の強度は、強い強度である必要は無く、例えば光共振器により出力されたレーザ光の強度の１パーセントから数パーセント程度でよい。すなわちビームスプリッタ６０は、実施例１の場合と異なり、入力されたレーザ光の大部分を反射し、一部のみを透過する。
【００４８】
その他の構成は、実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。
【００４９】
このように構成された本発明の実施例２に係る光軸補正装置の動作を説明する。光共振器により増幅されたレーザ光を第２共振器ミラー３０ａが出力するところまでは実施例１と同様である。ビームスプリッタ６０は、光共振器により出力されたレーザ光（第２共振器ミラー３０ａから出力されたレーザ光）の一部を４象限光検出器９０に対して透過し、残りを反射する。ビームスプリッタ６０により反射されたレーザ光は、第２シフター８０に入力される。
【００５０】
４象限光検出器９０は、光共振器により光共振されビームスプリッタ６０により透過されたレーザ光の出力の大きさ及び光軸位置を検知し、検知結果を制御部１００に出力する。
【００５１】
その他の動作については実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。なお、図５において、破線の軌道は、第１シフター７０と第２シフター８０とがヨー方向とピッチ方向のいずれに対しても傾いておらず、入射角が０度の場合の軌道を示す。また実線の軌道は、第１シフター７０と第２シフター８０とがヨー方向あるいはピッチ方向に対して所定角度傾いている場合の軌道である。
【００５２】
以上説明したように、本発明の実施例２に係る光軸補正装置によれば、ビームスプリッタ６０に入力されるレーザ光の反射量が大きく透過量が少ない場合においても、実施例１の効果と同じ効果を得ることができる。
【実施例３】
【００５３】
次に、本発明の実施例３を説明する。図６は本発明の実施例３に係る光軸補正装置の構成を示すブロック図である。この光軸補正装置が実施例１に係る光軸補正装置と異なる点は、図７で説明したリングキャビティー光共振器と同様に、入射側ミラー１０、レーザ媒質２０、出射側ミラー３０、及び２枚の調整ミラー４０，５０により光共振器を構成する点と、調整ミラー４０の背面に４象限光検出器９０が設けられている点、及びビームスプリッタ６０が設けられていない点である。
【００５４】
このリングキャビティー光共振器は、入射された励起光により励起したレーザ媒質２０がレーザ光を発振し、レーザ媒質２０、出射側ミラー３０、調整ミラー４０、調整ミラー５０、及び入射側ミラー１０の順に内部を循環させ、増幅させる。効率よく増幅するため、これらのミラーは、非常に高い精度（例えば数百μｒａｄ程度）を持って調整されており、循環する光を励起されたレーザ媒質２０に入射することにより増幅する。
【００５５】
調整ミラー４０は、入射されたレーザ光の一部を透過させ、４象限光検出器９０に入射させる。
【００５６】
その他の構成は、実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。
【００５７】
このように構成された本発明の実施例３に係る光軸補正装置の動作を説明する。まずレーザ媒質２０に１度も損傷が生じていない場合において、第１シフター７０及び第２シフター８０は、光軸に対して垂直（入射角が０度）である。その際に、励起光及びレーザ光は、図６における破線の軌道を進む。
【００５８】
光共振器において発振・増幅されたレーザ光の一部は、調整ミラー４０を透過して４象限光検出器９０に入力される。４象限光検出器９０は、光共振器により光共振されたレーザ光の出力の大きさ及び光軸位置を検知し、検知結果を制御部１００に出力する。
【００５９】
さらに、光共振器において発振・増幅されたレーザ光は、出射側ミラー３０から出力されて、第２シフター８０に入力される。第２シフター８０に対して垂直に入射したレーザ光は、入射角が０度であるため屈折せずに第２シフター８０を直進して出力される。
【００６０】
制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上であるか否かを判断する。レーザ光の出力の大きさが所定値以上である場合には、制御部１００は、レーザ媒質２０に損傷が生じていないものと判断し、第１シフター７０及び第２シフター８０のピッチ方向あるいはヨー方向に対する傾斜角度を変更することなく継続して現在位置に固定する。
【００６１】
レーザ媒質２０に損傷が生じた場合には、光共振器において光共振されるレーザ光全体の出力の大きさが低減する。したがって、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値未満となり、制御部１００は、レーザ媒質２０に損傷が生じたものと判断する。その際に制御部１００は、現時点における第１シフター７０のピッチ方向あるいはヨー方向に対する角度をレーザ媒質２０の損傷箇所として記憶する。
【００６２】
次に制御部１００は、第１シフター７０と第２シフター８０とを制御して光共振器に入射する励起光の光軸の平行移動量及び光共振器により出力されたレーザ光の光軸の平行移動量を制御する。具体的には、制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上になるように第１シフター７０と第２シフター８０とを制御する。第１シフター７０と第２シフター８０とは、制御部１００の制御に基づき、光軸を平行移動させる（図６における実線の軌道）。その際に、制御部１００は、以前にレーザ媒質２０に損傷を生じたことがある場合には、記憶されているレーザ媒質２０の損傷箇所を避けるようにして光軸の平行移動先を決定する。
【００６３】
また、制御部１００は、第１シフター７０による光軸平行移動量と第２シフター８０による光軸平行移動量とが連動するように制御することで、第２シフター８０から出力されるレーザ光の光軸位置が定位置であるように制御する。
【００６４】
また、制御部１００は、光軸の平行移動を行う際に、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の光軸の位置に基づき第１シフター７０による光軸平行移動量を計測し、第１シフター７０の回転角度の制御にフィードバックする。
【００６５】
その他の動作については実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。
以上説明したように、本発明の実施例３に係る光軸補正装置によれば、光共振器としてリングキャビティー光共振器を採用した場合においても、実施例１の効果と同じ効果を得ることができるとともに、ビームスプリッタ６０が不要である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、入力された励起光に基づきレーザ媒質において発振・増幅されたレーザ光を出力する光共振器を備えた装置、例えば光波妨害装置、レーザ発振器等に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施例１に係る光軸補正装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係る光軸補正装置の第１シフター及び第２シフターによる光軸の平行移動を説明する図である。
【図３】本発明の実施例１に係る光軸補正装置に使用されるシフターに対して光が入射した際の光軸の平行移動量を説明する図である。
【図４】本発明の実施例１に係る光軸補正装置に使用されるシフターの制御方法を説明する図である。
【図５】本発明の実施例２に係る光軸補正装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施例３に係る光軸補正装置の構成を示すブロック図である。
【図７】従来のリングキャビティー光共振器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 入射側ミラー
１０ａ 第１共振器ミラー
２０ レーザ媒質
３０ 出射側ミラー
３０ａ 第２共振器ミラー
４０ 調整ミラー
５０ 調整ミラー
６０ ビームスプリッタ
７０ 第１シフター
７０ａ シフター
８０ 第２シフター
９０ ４象限光検出器
１００ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ媒質を利用して光を増幅する光共振器に入射される光軸を自動補正する光軸補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザ装置等に用いられる光共振器は、相対して平行に置かれた２つの平面鏡や凹面鏡等の共振器ミラー、あるいは光を当該光共振器内部で循環させるための複数の反射鏡により構成される。図７に示す従来のリングキャビティー光共振器は、入射側ミラー１０、レーザ媒質２０、出射側ミラー３０、及び２枚の調整ミラー４０，５０から構成される。このリングキャビティー光共振器は、入射された励起光により励起したレーザ媒質２０がレーザ光を発振し、レーザ媒質２０、出射側ミラー３０、調整ミラー４０、調整ミラー５０、及び入射側ミラー１０の順に内部を循環させ、増幅させる。効率よく増幅するため、これらのミラーは、非常に高い精度（例えば数百μｒａｄ程度）を持って調整されており、循環する光を励起されたレーザ媒質２０に入射することにより増幅する。
【０００３】
急激な熱変化や光入力等によりレーザ媒質２０に損傷が発生した場合、出力されるレーザのパワーは、著しく低下してしまう。したがって、安定したレーザ光を供給するためにレーザ媒質の損傷に対する対策が必要とされており、図７に示すような従来の光共振器においてレーザ媒質２０に損傷が発生した場合には、操作人は、レーザ媒質２０の位置を平行移動させ、損傷箇所を避けて使用する必要があった。
【０００４】
特許文献１には、レーザ媒質やミラー等の光学部品が急激な熱変化や光入力による損傷を受けることを防止し、信頼性の向上を図り得る高出力パルスレーザ装置の運転方法が記載されている。この運転方法は、レーザ媒質を励起光源により励起させてレーザ光を出射させ、該レーザ光をミラー間で共振させて出射させる発振部と、該発振部から出射されるレーザ光を遮断可能で且つレーザ光の透過率を調節可能な伝送部と、前記発振部から伝送部を介して導入されるレーザ光を増幅して出射させる増幅部と、前記発振部と増幅部に対して冷却水を供給する冷却系統とを備えた高出力パルスレーザ装置の運転方法であり、起動時、発振部と増幅部に対して冷却系統から供給される冷却水の流量を徐々に増加させ、伝送部によりレーザ光を遮断した状態で発振部の励起光源へ供給する電流値を徐々に高め、レーザ光の出力が定格出力に達した時点で、伝送部によるレーザ光の遮断状態を解除しつつ、伝送部によるレーザ光の透過率を最小から最大へ向け徐々に増加させて増幅部へレーザ光を導入すると共に、増幅部へ供給する励起用の電流値を定格電流値以下の所要値から徐々に高めるようにしたものである。
【０００５】
この結果、レーザ媒質やミラー等の光学部品に、急激な熱変化や急激な光入力が生じることが回避され、これらの光学部品が損傷を受けるのを防止するとともに、信頼性の向上を図り得る。
【特許文献１】特開２００５−３３１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の高出力パルスレーザ装置の運転方法は、冷却系統により光学部品の損傷を回避するものであるが、既にレーザ媒質に損傷が生じてしまった場合においては、効果をもたらすものではない。
【０００７】
また、レーザ媒質に損傷が発生した場合に、レーザ媒質を自動的に移動させる構造を備えることは、非常に困難である。これは、レーザ媒質が光を増幅する際に発熱するため、構造を簡素化して熱伝導率を高める必要があるからである。しかしながら、操作人が直接レーザ媒質を平行移動させるとすると、操作人は、光共振器を解体し、レーザ媒質の損傷箇所を確認するとともに当該損傷箇所を回避するように平行移動させる必要があり、手間もかかる。
【０００８】
そこで、本発明は、レーザ媒質に損傷が生じた場合でも、自動的にレーザ媒質に入射される光軸を補正し、レーザ媒質の損傷箇所を回避することができる光軸補正装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る光軸補正装置は、上記課題を解決するために、入射された励起光により励起されレーザ光を発振するレーザ媒質と光共振を行うための複数のミラーとを有し、光共振されたレーザ光を出力する光共振器と、前記光共振器に入射する励起光の光軸を平行移動させる第１シフターと、前記光共振器により出力されたレーザ光の光軸を平行移動させる第２シフターと、前記レーザ光の出力の大きさを検知する光検知部と、前記光検知部により検知されたレーザ光の出力の大きさに基づき前記第１シフターと前記第２シフターとを制御して前記光共振器に入射する励起光の光軸の平行移動量及び前記光共振器により出力されたレーザ光の光軸の平行移動量を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る光軸補正装置によれば、レーザ媒質に損傷が生じた場合でも、自動的にレーザ媒質に入射される光軸を補正し、レーザ媒質の損傷箇所を回避して安定したレーザ光の出力を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の光軸補正装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明の実施例１に係る光軸補正装置の構成を示すブロック図である。この光軸補正装置は、第１共振器ミラー１０ａ、レーザ媒質２０、第２共振器ミラー３０ａ、ビームスプリッタ６０、第１シフター７０、第２シフター８０、４象限光検出器９０、及び制御部１００で構成される。本実施例において、第１共振器ミラー１０ａ、レーザ媒質２０、及び第２共振器ミラー３０ａは、光共振器を構成する。なお、図１は、当該光軸補正装置を上方から見た図である。
【００１３】
入射された励起光により励起されレーザ光を発振するレーザ媒質２０と、光共振を行うための複数のミラーである第１共振器ミラー１０ａ及び第２共振器ミラー３０ａとを有する光共振器は、光共振されたレーザ光を出力する。
【００１４】
第１共振器ミラー１０ａと第２共振器ミラー３０ａとは、レーザ媒質２０を挟んで互いに対向配置され、レーザ光を多数回往復させて光共振させる。通常、これらの共振器ミラーは、密閉された容器内に設けられる。また、レーザ媒質２０は、レーザ光を増幅させる。
【００１５】
第１シフター７０は、光共振器に入射する前の励起光の光軸上に設置され、光共振器に入射する励起光の光軸を平行移動させる。具体的には、第１シフター７０は、所定の屈折率を有しており、入射される励起光の光軸に対してヨー方向あるいはピッチ方向に所定角度傾けることにより、入射された光軸を平行移動させ、光共振器内の第１共振器ミラー１０ａに出力する。
【００１６】
同様に、第２シフター８０は、光共振器により出力されたレーザ光の光軸上に設置され、光共振器により出力されたレーザ光の光軸を平行移動させる。第２シフター８０の目的は、第１シフター７０により平行移動された光軸の位置を逆側に同量だけ平行移動させることにより、本来の光軸位置に戻すことである。これにより、光共振器内において光軸の平行移動が行われたとしても、第２シフター８０は、常に同方向にレーザ光を供給する。
【００１７】
第２シフター８０は、必ずしも第１シフター７０と同じ屈折率及び厚さを有する必要は無いが、本実施例においては、簡単のために第１シフター７０と同じ材質であり、同じ屈折率及び厚さを有するものとする。第１シフター７０と第２シフター８０による光軸の平行移動については、後述する。
【００１８】
ビームスプリッタ６０は、光共振器により出力されたレーザ光（第２共振器ミラー３０ａから出力されたレーザ光）の一部を４象限光検出器９０に対して反射し、残りを透過する。ビームスプリッタ６０により透過されたレーザ光は、第２シフター８０に入力される。ビームスプリッタ６０が４象限光検出器９０に対して反射するレーザ光の強度は、強い強度である必要は無く、例えば光共振器により出力されたレーザ光の強度の１パーセントから数パーセント程度でよい。
【００１９】
４象限光検出器９０は、本発明の光検知部に対応し、レーザ光の出力の大きさを検知する。具体的には、４象限光検出器９０は、４つの光検知器により構成され、各光検知器に入射された光量に比例した電流を出力するものである。４象限光検出器９０は、当該４つの光検知器の各々により検知されたレーザ光の出力の大きさを合計することにより、光共振器により光共振されビームスプリッタ６０により反射されたレーザ光の出力の大きさを検知する。ここで、ビームスプリッタ６０により反射されるレーザ光の出力の大きさは、ビームスプリッタ６０に入射されるレーザ光の出力全体に対して常に一定の割合の大きさである。したがって、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさに基づいて、光共振器により出力されたレーザ光の出力全体の大きさを調べることが可能である。
【００２０】
また、４象限光検出器９０は、レーザ光の光軸の位置を検知する。具体的には、４象限光検出器９０は、お互いに近接して配置された４つの光検知器により構成されており、４つの光検知器の各々が独立して入力されたレーザ光の強度を測定し、測定結果を制御部１００に出力する。したがって、４象限光検出器９０は、４つの光検知器の各々がそれぞれ検知したレーザ光の出力及びその合計値に基づき、各光検知器における信号の比率からビーム形状やレーザ光の位置を検知することができる。
【００２１】
制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさに基づき、第１シフター７０と第２シフター８０とを制御して光共振器に入射する励起光の光軸の平行移動量及び光共振器により出力されたレーザ光の光軸の平行移動量を制御する。
【００２２】
具体的には、制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上になるように第１シフター７０と第２シフター８０とを制御する。また、制御部１００は、第１シフター７０による光軸平行移動量と第２シフター８０による光軸平行移動量とが連動するように制御することで、第２シフター８０から出力されるレーザ光の光軸位置が定位置であるように制御する。
【００２３】
さらに制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の光軸の位置に基づき第１シフター７０による光軸平行移動量を制御する。具体的には、制御部１００は、第１シフター７０を制御する際に、光軸平行移動量の目標値を有しており、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の光軸の位置が当該目標値に達しているか否かを判断し、目標値に達していない場合には目標値に達するまで光軸の平行移動を継続し、目標値に達した場合には光軸の平行移動を停止する。すなわち、制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の光軸の位置に基づいて第１シフター７０による光軸の平行移動量を測定することができるとともに、測定した光軸の平行移動量を第１シフター７０の回転角度の制御にフィードバックすることができる。
【００２４】
図２は、第１シフター７０及び第２シフター８０による光軸の平行移動を説明する図である。なお、図１に示すように、本来は第２共振器ミラー３０ａと第２シフター８０との間にビームスプリッタ６０が備えられているが、ここでは省略する。
【００２５】
図２（ａ）において、第１シフター７０に対して垂直に入射した励起光は、入射角が０度であるため屈折せずに第１シフター７０を直進し、第１共振器ミラー１０ａ、レーザ媒質２０、及び第２共振器ミラー３０ａから構成された光共振器に入力される。光共振器において発振・増幅されたレーザ光は、第２シフター８０に出力される。第２シフター８０に対して垂直に入射したレーザ光は、入射角が０度であるため屈折せずに第２シフター８０を直進して出力される。
【００２６】
一方、図２（ｂ）において、第１シフター７０に対して所定の入射角度で入射した励起光は、所定の屈折率を有する第１シフター７０内にて屈折し、光軸を平行移動されて光共振器に入力される。光共振器において発振・増幅されたレーザ光は、第２シフター８０に出力される。第２シフター８０に対して所定の入射角度で入射したレーザ光は、所定の屈折率を有する第２シフター８０内にて屈折し、光軸を平行移動されて出力される。その際に、第２シフター８０は、第２シフター８０から出力されるレーザ光の光軸位置が図２（ａ）に示すように光軸の平行移動が行われなかった際の光軸位置に一致するように制御されている。したがって、第２シフター８０から出力されるレーザ光の光軸位置は、定位置にあり、光共振器内において光軸の平行移動が行われたとしても常に不変である。
【００２７】
図３は、本発明に使用されるシフター７０ａに対して光が入射した際の光軸の平行移動量を説明する図である。本実施例において使用されている第１シフター７０と第２シフター８０とは、図３及び図４におけるシフター７０ａと同じものであるとする。
【００２８】
厚さｔのシフター７０ａが屈折率ｎを有しているものとし、シフター７０ａに対して入射される光の入射角をθとすると、光軸の平行移動量Ｄは、以下に示す式により表される。
【数１】
【００２９】
図４は、本発明に使用されるシフター７０ａの制御方法を説明する図である。シフター７０ａは、所定の屈折率を有しており、入射される励起光の光軸に対してヨー方向あるいはピッチ方向に所定角度傾けることにより、入射された光軸を平行移動させる。
【００３０】
シフター７０ａは、シフターの中心軸（ヨー軸及びピッチ軸）を中心に回転可能な機構を有しており、制御部１００の制御に基づいてヨー方向及びピッチ方向に角度の調整が行われる。すなわち、制御部１００は、シフター７０ａの中心を基準として、垂直軸、水平軸を独立してあおり（水平及び鉛直方向のシフター角度）調整する。本実施例において制御部１００は、第１シフター７０（又は第２シフター８０）をヨー方向に所定角度傾けさせることにより光軸を左右方向に平行移動させることができるとともに、第１シフター７０（又は第２シフター８０）をピッチ方向に所定角度傾けさせることにより光軸を上下方向に平行移動させることができる。したがって、制御部１００は、１度の制御において必ずしもピッチ方向又はヨー方向のいずれか一方のみ角度を調整できるわけではなく、同時にピッチ方向とヨー方向の両方の角度を調整することもでき、上下左右いずれの方向に対しても柔軟に光軸の平行移動を行うことができる。
【００３１】
なお、図４におけるシフター７０ａは、ヨー方向及びピッチ方向のいずれに対しても動かされていない状態を示しており、入射光軸に対して入射面が垂直になるよう（入射角が０度）に設置されているため、光軸の平行移動を行わずに光を直進させる。
【００３２】
このように構成された本発明の実施例１に係る光軸補正装置の動作を説明する。まずレーザ媒質２０に損傷が生じていない場合において、第１シフター７０と第２シフター８０とは、図２（ａ）に示すように、ヨー方向とピッチ方向のいずれに対しても傾いていない。したがって、第１シフター７０に対して垂直に入射した励起光は、入射角が０度であるため屈折せずに第１シフター７０を直進し、第１共振器ミラー１０ａ、レーザ媒質２０、及び第２共振器ミラー３０ａから構成された光共振器に入力される。
【００３３】
光共振器において発振・増幅されたレーザ光は、第２共振器ミラー３０ａから出力されて、ビームスプリッタ６０に入力される。ビームスプリッタ６０は、光共振器により出力されたレーザ光（第２共振器ミラー３０ａから出力されたレーザ光）の一部を４象限光検出器９０に対して反射し、残りを透過する。ビームスプリッタ６０により透過されたレーザ光は、第２シフター８０に入力される。第２シフター８０に対して垂直に入射したレーザ光は、入射角が０度であるため屈折せずに第２シフター８０を直進して出力される。
【００３４】
４象限光検出器９０は、光共振器により光共振されビームスプリッタ６０により反射されたレーザ光の出力の大きさ及び光軸位置を検知し、検知結果を制御部１００に出力する。
【００３５】
制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上であるか否かを判断する。レーザ光の出力の大きさが所定値以上である場合には、制御部１００は、レーザ媒質２０に損傷が生じていないものと判断し、第１シフター７０及び第２シフター８０のピッチ方向あるいはヨー方向に対する傾斜角度を変更することなく継続して現在位置に固定する。
【００３６】
レーザ媒質２０に損傷が生じた場合には、光共振器により出力されるレーザ光全体の出力の大きさが低減する。したがって、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値未満となり、制御部１００は、レーザ媒質２０に損傷が生じたものと判断する。その際に制御部１００は、現時点における第１シフター７０のピッチ方向あるいはヨー方向に対する角度をレーザ媒質２０の損傷箇所として記憶する。なお、制御部１００は、最初にレーザ媒質２０に損傷が生じたときのみならず、レーザ媒質２０に損傷が生じるたびに生じた時点における角度をレーザ媒質２０の損傷箇所として記憶する。これにより、制御部１００は、レーザ媒質２０に複数の損傷が生じたとしても、レーザ出力が低下したときの第１シフター７０の角度を蓄積しておくことで、損傷位置を把握することができる。
【００３７】
次に制御部１００は、第１シフター７０と第２シフター８０とを制御して光共振器に入射する励起光の光軸の平行移動量及び光共振器により出力されたレーザ光の光軸の平行移動量を制御する。具体的には、制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上になるように第１シフター７０と第２シフター８０とを制御する。第１シフター７０と第２シフター８０とは、制御部１００の制御に基づき、光軸を平行移動させる。その際に、制御部１００は、以前にレーザ媒質２０に損傷を生じたことがある場合には、記憶されているレーザ媒質２０の損傷箇所を避けるようにして光軸の平行移動先を決定する。
【００３８】
また、制御部１００は、第１シフター７０による光軸平行移動量と第２シフター８０による光軸平行移動量とが連動するように制御することで、第２シフター８０から出力されるレーザ光の光軸位置が定位置であるように制御する。例えば、制御部１００は、第１シフター７０をヨー方向に＋１０度傾けた場合には、連動するように第２シフター８０をヨー方向に−１０度傾けて、第２シフター８０から出力されるレーザ光の光軸位置が変わらないように制御する。
【００３９】
また、制御部１００は、光軸の平行移動を行う際に、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の光軸の位置に基づき第１シフター７０による光軸平行移動量を計測し、第１シフター７０の回転角度の制御にフィードバックする。
【００４０】
制御部１００は、第１シフター７０及び第２シフター８０を制御して光軸の平行移動を行った結果、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上となった場合に、第１シフター７０及び第２シフター８０の動作を停止し、その位置に固定する。４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが依然として所定値未満である場合には、制御部１００は、第１シフター７０及び第２シフター８０の動作を継続し、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上となる角度（レーザ媒質２０に損傷が生じていない箇所）を捜索する。
【００４１】
以上説明したように、本発明の実施例１に係る光軸補正装置によれば、構成が簡単であり、レーザ媒質２０に損傷が生じた場合でもレーザ媒質２０を操作人等が移動させる必要が無く、自動的にレーザ媒質２０に入射される光軸を補正し、レーザ媒質の損傷箇所を回避して安定したレーザ光の出力を確保することができる。
【００４２】
さらに、第１シフター７０による光軸平行移動量と第２シフター８０による光軸平行移動量とが連動するように制御し、第２シフター８０から出力されるレーザ光の光軸位置が定位置であるように制御するので、光共振器内において光軸の平行移動が行われたとしても、第２シフター８０は、常に同方向にレーザ光を供給する。
【００４３】
また、制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上になるように第１シフター７０と第２シフター８０とを制御するので、レーザ媒質２０の損傷が生じていない場所を捜索して安定した出力のレーザ光を確保することができる。
【００４４】
また、制御部１００は、光軸の平行移動を行う際に、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の光軸の位置に基づき第１シフター７０による光軸平行移動量を計測し、第１シフター７０の回転角度の制御にフィードバックするので、光軸の平行移動を正確に行うことができる。
【００４５】
また、光検知部として４象限光検出器９０を用いるので、容易にレーザ光全体の出力及び光軸の位置を同時に知ることができる。
【実施例２】
【００４６】
次に、本発明の実施例２を説明する。図５は本発明の実施例２に係る光軸補正装置の構成を示すブロック図である。この光軸補正装置が実施例１に係る光軸補正装置と異なる点は、第２シフター８０と４象限光検出器９０の位置が入れ替わっている点である。すなわち、４象限光検出器９０は、光共振器により出力されたレーザ光がビームスプリッタ６０を透過した位置に設けられている。また、第２シフター８０は、ビームスプリッタ６０によりレーザ光が反射された位置に設けられている。
【００４７】
ビームスプリッタ６０は、光共振器により出力されたレーザ光（第２共振器ミラー３０ａから出力されたレーザ光）の一部を４象限光検出器９０に対して透過し、残りを反射する。ビームスプリッタ６０により反射されたレーザ光は、第２シフター８０に入力される。ビームスプリッタ６０が４象限光検出器９０に対して透過するレーザ光の強度は、強い強度である必要は無く、例えば光共振器により出力されたレーザ光の強度の１パーセントから数パーセント程度でよい。すなわちビームスプリッタ６０は、実施例１の場合と異なり、入力されたレーザ光の大部分を反射し、一部のみを透過する。
【００４８】
その他の構成は、実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。
【００４９】
このように構成された本発明の実施例２に係る光軸補正装置の動作を説明する。光共振器により増幅されたレーザ光を第２共振器ミラー３０ａが出力するところまでは実施例１と同様である。ビームスプリッタ６０は、光共振器により出力されたレーザ光（第２共振器ミラー３０ａから出力されたレーザ光）の一部を４象限光検出器９０に対して透過し、残りを反射する。ビームスプリッタ６０により反射されたレーザ光は、第２シフター８０に入力される。
【００５０】
４象限光検出器９０は、光共振器により光共振されビームスプリッタ６０により透過されたレーザ光の出力の大きさ及び光軸位置を検知し、検知結果を制御部１００に出力する。
【００５１】
その他の動作については実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。なお、図５において、破線の軌道は、第１シフター７０と第２シフター８０とがヨー方向とピッチ方向のいずれに対しても傾いておらず、入射角が０度の場合の軌道を示す。また実線の軌道は、第１シフター７０と第２シフター８０とがヨー方向あるいはピッチ方向に対して所定角度傾いている場合の軌道である。
【００５２】
以上説明したように、本発明の実施例２に係る光軸補正装置によれば、ビームスプリッタ６０に入力されるレーザ光の反射量が大きく透過量が少ない場合においても、実施例１の効果と同じ効果を得ることができる。
【実施例３】
【００５３】
次に、本発明の実施例３を説明する。図６は本発明の実施例３に係る光軸補正装置の構成を示すブロック図である。この光軸補正装置が実施例１に係る光軸補正装置と異なる点は、図７で説明したリングキャビティー光共振器と同様に、入射側ミラー１０、レーザ媒質２０、出射側ミラー３０、及び２枚の調整ミラー４０，５０により光共振器を構成する点と、調整ミラー４０の背面に４象限光検出器９０が設けられている点、及びビームスプリッタ６０が設けられていない点である。
【００５４】
このリングキャビティー光共振器は、入射された励起光により励起したレーザ媒質２０がレーザ光を発振し、レーザ媒質２０、出射側ミラー３０、調整ミラー４０、調整ミラー５０、及び入射側ミラー１０の順に内部を循環させ、増幅させる。効率よく増幅するため、これらのミラーは、非常に高い精度（例えば数百μｒａｄ程度）を持って調整されており、循環する光を励起されたレーザ媒質２０に入射することにより増幅する。
【００５５】
調整ミラー４０は、入射されたレーザ光の一部を透過させ、４象限光検出器９０に入射させる。
【００５６】
その他の構成は、実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。
【００５７】
このように構成された本発明の実施例３に係る光軸補正装置の動作を説明する。まずレーザ媒質２０に１度も損傷が生じていない場合において、第１シフター７０及び第２シフター８０は、光軸に対して垂直（入射角が０度）である。その際に、励起光及びレーザ光は、図６における破線の軌道を進む。
【００５８】
光共振器において発振・増幅されたレーザ光の一部は、調整ミラー４０を透過して４象限光検出器９０に入力される。４象限光検出器９０は、光共振器により光共振されたレーザ光の出力の大きさ及び光軸位置を検知し、検知結果を制御部１００に出力する。
【００５９】
さらに、光共振器において発振・増幅されたレーザ光は、出射側ミラー３０から出力されて、第２シフター８０に入力される。第２シフター８０に対して垂直に入射したレーザ光は、入射角が０度であるため屈折せずに第２シフター８０を直進して出力される。
【００６０】
制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上であるか否かを判断する。レーザ光の出力の大きさが所定値以上である場合には、制御部１００は、レーザ媒質２０に損傷が生じていないものと判断し、第１シフター７０及び第２シフター８０のピッチ方向あるいはヨー方向に対する傾斜角度を変更することなく継続して現在位置に固定する。
【００６１】
レーザ媒質２０に損傷が生じた場合には、光共振器において光共振されるレーザ光全体の出力の大きさが低減する。したがって、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値未満となり、制御部１００は、レーザ媒質２０に損傷が生じたものと判断する。その際に制御部１００は、現時点における第１シフター７０のピッチ方向あるいはヨー方向に対する角度をレーザ媒質２０の損傷箇所として記憶する。
【００６２】
次に制御部１００は、第１シフター７０と第２シフター８０とを制御して光共振器に入射する励起光の光軸の平行移動量及び光共振器により出力されたレーザ光の光軸の平行移動量を制御する。具体的には、制御部１００は、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上になるように第１シフター７０と第２シフター８０とを制御する。第１シフター７０と第２シフター８０とは、制御部１００の制御に基づき、光軸を平行移動させる（図６における実線の軌道）。その際に、制御部１００は、以前にレーザ媒質２０に損傷を生じたことがある場合には、記憶されているレーザ媒質２０の損傷箇所を避けるようにして光軸の平行移動先を決定する。
【００６３】
また、制御部１００は、第１シフター７０による光軸平行移動量と第２シフター８０による光軸平行移動量とが連動するように制御することで、第２シフター８０から出力されるレーザ光の光軸位置が定位置であるように制御する。
【００６４】
また、制御部１００は、光軸の平行移動を行う際に、４象限光検出器９０により検知されたレーザ光の光軸の位置に基づき第１シフター７０による光軸平行移動量を計測し、第１シフター７０の回転角度の制御にフィードバックする。
【００６５】
その他の動作については実施例１と同様であり、重複した説明を省略する。
以上説明したように、本発明の実施例３に係る光軸補正装置によれば、光共振器としてリングキャビティー光共振器を採用した場合においても、実施例１の効果と同じ効果を得ることができるとともに、ビームスプリッタ６０が不要である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、入力された励起光に基づきレーザ媒質において発振・増幅されたレーザ光を出力する光共振器を備えた装置、例えば光波妨害装置、レーザ発振器等に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施例１に係る光軸補正装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係る光軸補正装置の第１シフター及び第２シフターによる光軸の平行移動を説明する図である。
【図３】本発明の実施例１に係る光軸補正装置に使用されるシフターに対して光が入射した際の光軸の平行移動量を説明する図である。
【図４】本発明の実施例１に係る光軸補正装置に使用されるシフターの制御方法を説明する図である。
【図５】本発明の実施例２に係る光軸補正装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施例３に係る光軸補正装置の構成を示すブロック図である。
【図７】従来のリングキャビティー光共振器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 入射側ミラー
１０ａ 第１共振器ミラー
２０ レーザ媒質
３０ 出射側ミラー
３０ａ 第２共振器ミラー
４０ 調整ミラー
５０ 調整ミラー
６０ ビームスプリッタ
７０ 第１シフター
７０ａ シフター
８０ 第２シフター
９０ ４象限光検出器
１００ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射された励起光により励起されレーザ光を発振するレーザ媒質と光共振を行うための複数のミラーとを有し、光共振されたレーザ光を出力する光共振器と、
前記光共振器に入射する励起光の光軸を平行移動させる第１シフターと、
前記光共振器により出力されたレーザ光の光軸を平行移動させる第２シフターと、
前記レーザ光の出力の大きさを検知する光検知部と、
前記光検知部により検知されたレーザ光の出力の大きさに基づき前記第１シフターと前記第２シフターとを制御して前記光共振器に入射する励起光の光軸の平行移動量及び前記光共振器により出力されたレーザ光の光軸の平行移動量を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする光軸補正装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１シフターによる光軸平行移動量と前記第２シフターによる光軸平行移動量とが連動するように制御することで、前記第２シフターから出力されるレーザ光の光軸位置が定位置であるように制御することを特徴とする請求項１記載の光軸補正装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記光検知部により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上になるように前記第１シフターと前記第２シフターとを制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光軸補正装置。
【請求項４】
前記光検知部は、前記レーザ光の光軸の位置を検知し、
前記制御部は、前記光検知部により検知された前記レーザ光の光軸の位置に基づき前記第１シフターによる光軸平行移動量を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の光軸補正装置。
【請求項５】
前記光検知部は、４つの光検知器により構成された４象限光検出器であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の光軸補正装置。
【請求項１】
入射された励起光により励起されレーザ光を発振するレーザ媒質と光共振を行うための複数のミラーとを有し、光共振されたレーザ光を出力する光共振器と、
前記光共振器に入射する励起光の光軸を平行移動させる第１シフターと、
前記光共振器により出力されたレーザ光の光軸を平行移動させる第２シフターと、
前記レーザ光の出力の大きさを検知する光検知部と、
前記光検知部により検知されたレーザ光の出力の大きさに基づき前記第１シフターと前記第２シフターとを制御して前記光共振器に入射する励起光の光軸の平行移動量及び前記光共振器により出力されたレーザ光の光軸の平行移動量を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする光軸補正装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１シフターによる光軸平行移動量と前記第２シフターによる光軸平行移動量とが連動するように制御することで、前記第２シフターから出力されるレーザ光の光軸位置が定位置であるように制御することを特徴とする請求項１記載の光軸補正装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記光検知部により検知されたレーザ光の出力の大きさが所定値以上になるように前記第１シフターと前記第２シフターとを制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光軸補正装置。
【請求項４】
前記光検知部は、前記レーザ光の光軸の位置を検知し、
前記制御部は、前記光検知部により検知された前記レーザ光の光軸の位置に基づき前記第１シフターによる光軸平行移動量を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の光軸補正装置。
【請求項５】
前記光検知部は、４つの光検知器により構成された４象限光検出器であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の光軸補正装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２６０１４３（Ｐ２００９−２６０１４３Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０９４１６（Ｐ２００８−１０９４１６）
【出願日】平成２０年４月１８日（２００８．４．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１８日（２００８．４．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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