受動Ｑスイッチレーザ装置
【課題】１パルスあたりの出力エネルギーおよびパルス幅を変えることなく、連続的なパルス周波数の調整やパルス出力タイミングの制御を実現し、耐振動性や耐衝撃性などの信頼性に優れるとともに、励起源の寿命による出力劣化や温度変動などに対しても、自動的に周波数調整が可能な受動Ｑスイッチレーザ装置を得る。
【解決手段】励起源１０２および共振器を有し、励起源１０２により励起された発振光ＬＯを共振器から出力する受動Ｑスイッチレーザ１０１と、励起源１０２に一定のオフセット電流を供給する駆動電源１１２と、オフセット電流に電流パルスＩｐを付加するパルス発生電源１１１とを備える。電流パルスＩｐにより発振光ＬＯのパルス出力タイミングを制御する。
【解決手段】励起源１０２および共振器を有し、励起源１０２により励起された発振光ＬＯを共振器から出力する受動Ｑスイッチレーザ１０１と、励起源１０２に一定のオフセット電流を供給する駆動電源１１２と、オフセット電流に電流パルスＩｐを付加するパルス発生電源１１１とを備える。電流パルスＩｐにより発振光ＬＯのパルス出力タイミングを制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザビームのパルス発振時において、発振光のパルス周波数およびパルス出力タイミングを制御することを目的とした受動Ｑスイッチレーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の受動Ｑスイッチレーザ装置は、一例として、レーザダイオードと、励起光学系と、レーザ媒質と、可飽和吸収体と、出力反射鏡と、集光レンズとにより構成された共振器を備え、集光レンズを光軸方向に位置調整して、可飽和吸収体に入射されるビーム径を変更することにより、パルス周波数を制御している（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来から、導波路型Ｑスイッチ素子の一例として、２枚のミラーと、レーザ媒質と、可飽和吸収体材料からなるウェッジ（Ｗｅｄｇｅ）と、発振波長に対して透明な材料からなるウェッジとにより構成されたＱスイッチ素子が知られている。
この場合の受動Ｑスイッチレーザ装置としては、Ｑスイッチ素子を軸垂直方向に位置調整をするアクチュエータと、フォトディテクタと、サーボ装置と、インタフェース装置とを備え、インタフェース装置で設定された周波数とフォトディテクタとから計測されたパルス周波数が整合するように、サーボ装置でアクチュエータを制御して、可能和吸収体の厚さを変えることにより、パルス周波数を調整する技術も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、従来のＱスイッチレーザ装置の他の例として、レーザダイオードと、レーザダイオード制御装置と、励起光学系と、出力鏡レーザ媒質と、可飽和吸収体と、部分反射鏡とを備え、励起源に供給する電流波形を変形させることにより、熱負荷を変化することなく、パルス周波数を調整する技術も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０１８７９７５号明細書（Ｓｈｅｅｔ４、Ｆｉｇ．５）
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／０１７６９１３号明細書（Ｓｈｅｅｔ２、Ｆｉｇ．３）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ａｌｐｈａｎ Ｓｅｎｎａｒｏｇｌｕ「Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ−ｐｕｍｐｅｄ、ｐａｓｓｉｖｅｌｙ Ｑ−ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ ｌａｓｅｒｓ」Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ４６（２）Ｐ．０２４２０１−１〜４／Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２００７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の受動Ｑスイッチレーザ装置は、非特許文献１に記載の技術では、パルス周波数を制御するために集光レンズの位置調整を行うことから、共振器内のビーム伝搬が変わり、可飽和吸収体に入射するビームサイズが変化するので、周波数変化にともない、１パルスあたりの出力エネルギー、パルス幅およびビーム広がり角も変化するという課題があった。また、集光レンズの位置調整機構を備えているので、耐振動や耐衝撃性などの信頼性が低いうえ、集光レンズを使用しないマイクロチップレーザや導波路型レーザに適用することができないという課題もあった。
【０００８】
また、特許文献１に記載の技術では、周波数を調整するために、可飽和吸収体の厚さを変えるように位置調整を行うので、非特許文献１の場合と同様に、周波数変化にともない、１パルスあたりの出力エネルギー、パルス幅およびビーム広がり角も変化するという課題があった。また、可飽和吸収体の位置調整機構を備えているので、耐振動や耐衝撃性などの信頼性が低いうえ、可飽和吸収体の濃度が不均一な場合には、連続的な周波数変化が得られないという課題もあった。
【０００９】
さらに、特許文献２に記載の技術では、パルス周波数やパルス出力タイミングのモニタ手段を備えていないので、励起源の寿命に起因した出力劣化や温度変動などに対して手動調整する必要があるうえ、所定タイミングでパルス発振させることが困難であることから、外部同期を取ることが困難になるという課題があった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、１パルスあたりの出力エネルギーおよびパルス幅を変えることなく、連続的なパルス周波数の調整やパルス出力タイミングの制御を実現し、耐振動性や耐衝撃性などの信頼性に優れるとともに、励起源の寿命による出力劣化や温度変動などに対しても、自動的に周波数調整が可能な受動Ｑスイッチレーザ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る受動Ｑスイッチレーザ装置は、励起源および共振器を有し、励起源により励起された発振光を共振器から出力する受動Ｑスイッチレーザと、励起源に一定のオフセット電流を供給する駆動電源と、オフセット電流に電流パルスを付加するパルス発生電源と、を備え、電流パルスにより発振光のパルス出力タイミングを制御するものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、１パルスあたりの出力エネルギー、パルス幅を変えることなく、連続的にパルス出力タイミングやパルス周波数を調整することができ、耐振動性や耐衝撃性などの信頼性に優れ、励起源の寿命による出力劣化や温度変動などに対しても自動で周波数調整が可能な受動Ｑスイッチレーザ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る受動Ｑスイッチレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による正極性電流パルスでの動作を示すタイミングチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１による負極性電流パルスでの動作を示すタイミングチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１における励起光および発振光の計算結果を示す特性図である。
【図５】この発明の実施の形態１における励起源電流のパルス幅に対する発振光のパルス周期の計算結果を示す特性図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る受動Ｑスイッチレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態２による動作を示すタイミングチャートである。
【図８】この発明の実施の形態３に係る受動Ｑスイッチレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態３による動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態４に係るマルチモジュール形式の受動Ｑスイッチレーザ装置の構成を示すブロック構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態５に係るマルチモジュール形式の受動Ｑスイッチレーザ装置の構成を示すブロック構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態５による動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る受動Ｑスイッチレーザ装置１００を示す構成図である。
図１において、受動Ｑスイッチレーザ装置１００は、受動Ｑスイッチレーザ１０１と、受動Ｑスイッチレーザ１０１の発振光ＬＯを分離する分離ミラー１０７と、発振光ＬＯのパルス出力タイミングを計測するパルスタイミングモニタ１０８と、周期信号からなる基準クロックＣＳを発生する基準クロック発生源１０９と、比較器１１０と、パルス発生電源１１１と、駆動電源１１２とから構成されている。
【００１５】
なお、ここでは、基準クロックＣＳを生成する基準クロック発生源１０９が受動Ｑスイッチレーザ装置１００に含まれた構成を示しているが、基準クロックＣＳは、外部の他のシステム（図示せず）から与えられてもよい。
【００１６】
受動Ｑスイッチレーザ１０１は、励起源１０２と、レーザ媒質１０３と、反射防止膜１０４と、可飽和吸収体１０５と、出力反射鏡１０６とを備えている
受動Ｑスイッチレーザ１０１において、励起源１０２は、レーザ媒質１０３にエネルギーを供給する機能を有する。
【００１７】
レーザ媒質１０３は、利得媒質からなり、発振のきっかけとなる自然放出光の発生機能と、共振器を周回した光の増幅機能とを有する。
反射防止膜１０４は、レーザ媒質１０３の第１の端面１０３ａに設けられており、レーザ発振波長に対しては全反射機能を有し、励起波長に対しては反射防止機能を有する。
【００１８】
出力反射鏡１０６は、第１の端面１０６ａにおいて、レーザ波長に対して所定の反射率を有する部分反射機能を有し、第２の端面１０６ｂにおいて、発振光を出力する機能を有する。
レーザ媒質１０３の第１の端面１０３ａと、出力反射鏡１０６の第１の端面１０６ａとにより共振器が構成されている。
【００１９】
すなわち、受動Ｑスイッチレーザ装置１００は、励起源１０２、レーザ媒質１０３、可飽和吸収体１０５、および２枚の共振器用ミラー（反射防止膜１０４、出力反射鏡１０６）からなる受動Ｑスイッチレーザ１０１と、発振光ＬＯの分離光からパルス出力タイミングを計測するパルスタイミングモニタ１０８と、所定のパルス周波数と整合するように励起源電流Ｉを制御する駆動電源１１２と、周期的な基準クロックＣＳを出力する基準クロック発生源１０９と、パルス出力タイミングと基準クロックＣＳとを比較する比較器１１０と、比較結果（タイミング差分）から基準クロックＣＳのタイミングとパルス出力タイミングとを一致させるように励起源１０２に対する電流パルスＩｐを発生させるパルス発生電源１１１と、を備えている。
【００２０】
可飽和吸収体１０５は、レーザ媒質１０３と出力反射鏡１０６との間に挿入されており、微弱な光に対しては、所定の透過率を有し、高強度の入射光に対しては、透明になるという機能を有する。
したがって、レーザ媒質１０３および出力反射鏡１０６からなるレーザ共振器内に挿入された可飽和吸収体１０５は、励起直後においては、損失機能が作用してレーザ発振を妨げ、その後、徐々にレーザ媒質１０３にエネルギーが蓄積されて、損失機能よりも利得機能が高くなると、レーザ発振が開始されてレーザ光を吸収して透明になる。
この結果、出力反射鏡１０６からは、尖頭値の高いパルス光が出力される。
【００２１】
なお、可飽和吸収体１０５の第１の面１０５ａにおいて、レーザ波長に対して所定の反射率を有する部分反射機能を設け、出力反射鏡１０６としての機能も持たせることも可能である。
また、レーザ媒質１０３と可飽和吸収体１０５との間に集光レンズ（図示せず）を設け、安定共振器を形成することも可能であり、可飽和吸収体１０５に入射するビームのエネルギー密度を調整して、高効率のパルス動作を行うことも可能である。
【００２２】
さらに、励起源１０２とレーザ媒質１０３との間に集光レンズ（図示せず）を設け、レーザ媒質１０３内のビーム伝搬形状と整合するように、励起光ＬＰを整形してビームオーバーラップ効率を高めることも可能である。
【００２３】
たとえば、１．０μｍ帯の受動Ｑスイッチレーザ装置の場合には、レーザ媒質１０３として、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ｇｌａｓｓ、またはＹｂ：ＹＡＧのいずれかを使用し、可飽和吸収体１０５としては、Ｃｒ４＋：ＹＡＧ、Ｖ３＋ＹＡＧ、Ｃｒ４＋：ＧＳＧＧ、またはＳＥＳＡＭのいずれかを使用すればよい。
【００２４】
また、波長１．５〜１．７μｍのアイセーフ波長帯の受動Ｑスイッチレーザ装置の場合には、レーザ媒質１０３として、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｅｒ：ｇｌａｓｓ、Ｅｒ：ＹＡＧ、またはＥｒ：ＹＬＦのいずれかを使用し、可飽和吸収体１０５として、Ｃｏ：Ｓｐｉｎｅｌ、Ｃｏ２＋：ＺｎＳｅ、Ｃｒ２＋：ＺｎＳｅ、Ｃｏ２＋：ＺｎＳ、Ｃｒ２＋：ＺｎＳ、Ｆｅ２＋：ＺｎＳｅ、またはＦｅ２＋：ＺｎＳのいずれかを使用すればよい。
【００２５】
以下、図１に示した受動Ｑスイッチレーザ装置１００の動作について説明する。
まず、受動Ｑスイッチレーザ１０１から出力された発振光ＬＯの一部は、分離ミラー１０７で分離されて、パルスタイミングモニタ１０８に入射される。
パルスタイミングモニタ１０８は、発振光ＬＯのパルス出力タイミングを計測し、基準クロック発生源１０９は、基準クロックＣＳを発生する。
【００２６】
比較器１１０は、パルスタイミングモニタ１０８から入力される発振光ＬＯのパルス出力タイミングと、基準クロック発生源１０９から入力される基準クロックＣＳとを比較し、基準クロックＣＳに対して発振光ＬＯのパルス出力タイミングが遅延しているか進んでいるかを判定し、比較結果としてパルス発生電源１１１に入力する。
【００２７】
パルス発生電源１１１は、比較器１１０の比較結果に応じて、発振光ＬＯのパルス出力タイミングと基準クロックＣＳとを同期させるための電流パルスＩｐを生成し、駆動電源１１２に入力する。
【００２８】
駆動電源１１２は、受動Ｑスイッチレーザ１０１からの発振光ＬＯ（光パルス）が発生していない時間に、発振光ＬＯのパルス出力タイミングと基準クロックＣＳとが互いに同期するように、励起源１０２に対して、オフセット電流Ｉａｖｅおよび電流パルスＩｐからなる励起源電流Ｉを供給する。
【００２９】
次に、図２〜図５を参照しながら、受動Ｑスイッチレーザ装置１００の動作について、さらに具体的に説明する。
まず、図２および図３を参照しながら、比較器１１０、パルス発生電源１１１および駆動電源１１２による動作（発振光ＬＯのパルス出力タイミングを基準クロックＣＳと同期させるための補正動作）について説明する。
【００３０】
図２、図３はこの発明の実施の形態１による動作を示すタイミングチャートであり、基準クロックＣＳと、駆動電源１１２からの励起源電流Ｉと、励起光ＬＰ（光パワー）と、発振光ＬＯ（光パワー）とを関連させて、時間ｔ（横軸）の経過に応じた各波形を示している。
図２は発振光ＬＯのパルス出力タイミングが遅延した場合の同期補正動作を示しており、図３は発振光ＬＯのパルス出力タイミングが進んだ場合の同期補正動作を示している。
【００３１】
図２、図３において、基準クロック発生源１０９から発生する基準クロックＣＳは、所定のパルス周期を有する複数の信号パルスＣ１〜Ｃ６（パルス列）からなる。
受動Ｑスイッチレーザ１０１から出力される発振光ＬＯは、基準クロックＣＳに対してランダム位相を有する初期の光パルスＯ１〜Ｏ３と、同期調整後の光パルスＯ４〜Ｏ６とを含む複数の光パルスＯ１〜Ｏ６（パルス列）からなる。
【００３２】
発振光ＬＯのパルス出力タイミングは、オフセット電流Ｉａｖｅと、可飽和吸収体１０５の吸収長および濃度で決定される初期透過率と、共振器内の損失とによって決定される。
なお、初期の光パルスＯ１〜Ｏ３のパルス出力タイミングは、ランダム位相であるが、励起源電流Ｉのオフセット電流Ｉａｖｅがあらかじめ適切に調整設定されており、基準クロックＣＳの周期ｔ１（目標値周期）と一致しているものとする。
【００３３】
図２において、発振光ＬＯの初期の光パルスＯ１〜Ｏ３は、基準クロックＣＳの信号パルスＣ１〜Ｃ３の立ち上がりタイミングよりも遅延しているが、励起源電流Ｉ（オフセット電流Ｉａｖｅ）に正極性の電流パルスＩｐ１を付加した後の光パルスＯ４〜Ｏ６は、信号パルスＣ４〜Ｃ６の立ち上がりタイミングに同期している。
【００３４】
図３において、発振光ＬＯの初期の光パルスＯ１〜Ｏ３は、基準クロックＣＳの信号パルスＣ１〜Ｃ３の立ち上がりタイミングよりも進んでいるが、励起源電流Ｉ（オフセット電流Ｉａｖｅ）に負極性の電流パルスＩｐ１を付加した後の光パルスＯ４〜Ｏ６は、信号パルスＣ４〜Ｃ６の立ち上がりタイミングに同期している。
【００３５】
図２において、パルス発生電源１１１は、比較器１１０からの位相遅延情報に応答して、光パルスＯ４の位相を進めるための正極性の電流パルスＩｐ１を生成する。すなわち、駆動電源１１２から励起源１０２に供給される励起源電流Ｉ（一定のオフセット電流Ｉａｖｅ）には、正極性の最大値ＩＨおよびパルス幅τを有する電流パルスＩｐ１が付加される。
【００３６】
これにより、受動Ｑスイッチレーザ１０１において、励起源１０２から出力される励起光ＬＰ（一定のオフセットパワーＰａｖｅ）には、電流パルスＩｐ１に追従した正極性の最大値ＰＨおよびパルス幅τを有する励起光パルスＰｐ１が付加される。
【００３７】
このように、光パルスＯ３の出力後から光パルスＯ４が出力前までの中間位置（発振光ＬＯの非発生期間）で正極性の電流パルスＩｐ１が付加されると、光パルスＯ４は、基準クロックＣＳの信号パルスＣ４の立ち上がりタイミングと同期して、周期ｔ１よりも短い周期ｔ２で出力される。
【００３８】
以下、同期補正後の光パルスＯ４〜Ｏ６のパルス出力タイミングは、初期の光パルスＯ１〜Ｏ３と同一の周期ｔ１を有するとともに、基準クロックＣＳの信号パルスＣ４〜Ｃ６の立ち上がりタイミングと同期するようになる。
【００３９】
一方、図３において、パルス発生電源１１１は、比較器１１０からの位相進み情報に応答して、光パルスＯ４の位相を遅延させるための負極性の電流パルスＩｐ２を生成する。すなわち、駆動電源１１２から励起源１０２に供給される励起源電流Ｉ（一定のオフセット電流Ｉａｖｅ）には、負極性の最大値ＩＬおよびパルス幅τを有する電流パルスＩｐ２が付加される。
【００４０】
これにより、受動Ｑスイッチレーザ１０１において、励起源１０２から出力される励起光ＬＰ（一定のオフセットパワーＰａｖｅ）には、電流パルスＩｐ２に追従した負極性の最大値ＰＬおよびパルス幅τを有する励起光パルスＰｐ２が付加される。
【００４１】
このように、光パルスＯ３の出力後から光パルスＯ４が出力前までの中間位置（発振光ＬＯの非発生期間）で負極性の電流パルスＩｐ２が付加されると、光パルスＯ４は、基準クロックＣＳの信号パルスＣ４の立ち上がりタイミングと同期して、周期ｔ１よりも長い周期ｔ３で出力される。
【００４２】
以下、同期補正後の光パルスＯ４〜Ｏ６のパルス出力タイミングは、初期の光パルスＯ１〜Ｏ３と同一の周期ｔ１を有するとともに、基準クロックＣＳの信号パルスＣ４〜Ｃ６の立ち上がりタイミングと同期するようになる。
【００４３】
なお、電流パルスＩｐの入力時の発振光ＬＯのパルス出力タイミングは、レート方程式を用いて、励起パワーを時間的に変化させることにより計算することができる。
次に、図４および図５を参照しながら、パルス発生電源１１１の具体的な計算機能について説明する。
【００４４】
図４は励起光ＬＰおよび発振光ＬＯの各時間波形の計算結果を示す特性図であり、横軸は時間［ｍｓ］、縦軸は強度［ａ．ｕ．］を示しており、図４（ａ）は図２の動作に対応し、図４（ｂ）は図３の動作に対応している。
【００４５】
図４（ａ）は、正極性の電流パルスＩｐ１を付加したときの励起源１０２からの励起光ＬＰのパワー（破線）と発振光ＬＯ（光パルスＯｉ）との関係を示しており、図４（ｂ）は、負極性の電流パルスＩｐ２を付加したときの励起源１０２からの励起光ＬＰのパワー（破線）と発振光ＬＯ（光パルスＯｊ）との関係を示している。
【００４６】
具体的には、図４（ａ）では、励起源１０２の平均励起パワーを１０［Ｗ］として、レーザ媒質１０３としてＥｒ：ＹＡＧを用い、可飽和吸収体１０５として初期透過率が８５％のＣｏ：Ｓｐｉｎｅｌを用い、出力反射鏡１０６の出力鏡反射率を６０％とした場合を想定して、電流パルスＩｐとしてパルス幅τ＝１５０［μｓ］で最大値ＩＨ（振幅）＝８［Ｗ］の正極性の電流パルスＩｐ１を入力した場合の、シミュレーション結果を示している。
【００４７】
図４（ａ）の場合、電流パルスＩｐ１（励起光パルスＰｐ１）の入力前後における発振光ＬＯのパルス周期ｔ１、ｔ２、ｔ１は、５３６［μｓ］から２９４［μｓ］まで短くなり、その後、５３６［μｓ］に復帰して、パルス列が得られている。
【００４８】
また、図４（ｂ）では、図４（ａ）と同様の条件下で、電流パルスＩｐとしてパルス幅τ＝１５０［μｓ］で最大値ＩＬ（振幅）＝８［Ｗ］の負極性の電流パルスＩｐ２を入力した場合の、シミュレーション結果を示している。
図４（ｂ）の場合、電流パルスＩｐ２（励起光パルスＰｐ２）の入力前後における発振光ＬＯのパルス周期ｔ１、ｔ３、ｔ２は、５３６［μｓ］から７４７［μｓ］まで長くなり、その後、５３６［μｓ］に復帰して、パルス列が得られている。
【００４９】
図５は電流パルスＩｐのパルス幅τとパルス周期ｔ２、ｔ３との関係（計算結果）を示す特性図であり、横軸はパルス幅τ［μｓ］、縦軸は電流パルスＩｐの入力前後でのパルス周期［ｍｓ］を示している。
図５において、横軸のマイナス側は負極性の電流パルスＩｐ２に対応しており、負極性の電流パルスＩｐ２を付加した場合には、パルス周期が長くなることを示している。
【００５０】
また、図５において、実線は、励起源１０２の平均出力パワーに対して１０％の振幅を有する電流パルスＩｐを付加した場合の計算結果を示しており、破線は、励起源１０２の平均出力パワーに対して４０％の振幅を有する電流パルスＩｐを付加した場合の計算結果を示している。
【００５１】
図５から明らかなように、正極性の電流パルスＩｐ１のパルス幅τが広がるにつれて、電流パルスＩｐの入力前後でのパルス周期は短くなり、逆に、負極性の電流パルスＩｐ２のパルス幅が広がるにつれて、電流パルスＩｐ２の入力前後でのパルス周期は長くなる結果が得られる。
図５の計算結果から、電流パルスＩｐを付加することにより、発振光ＬＯ（光パルス）のパルス出力タイミングを制御することが可能なことが分かる。
【００５２】
なお、上記説明では、励起源１０２に対する励起源電流Ｉのオフセット電流Ｉａｖｅを一定値の定常供給電流（図２、図３参照）としたが、レーザ媒質１０３の蛍光寿命が短い場合には、オフセット電流Ｉａｖｅをパルス波形に変えて励起源１０２を動作させてもよい。
【００５３】
以上のように、この発明の実施の形態１（図１〜図５）に係る受動Ｑスイッチレーザ装置１００は、励起源１０２および共振器（レーザ媒質１０３、可飽和吸収体１０５、出力反射鏡１０６）を有し、励起源１０２により励起された発振光ＬＯを共振器から出力する受動Ｑスイッチレーザ１０１を備えている。
【００５４】
また、受動Ｑスイッチレーザ装置１００は、励起源１０２に一定のオフセット電流Ｉａｖｅを供給する駆動電源１１２と、オフセット電流Ｉａｖｅに電流パルスＩｐを付加するパルス発生電源１１１とを備えており、電流パルスＩｐにより発振光ＬＯのパルス出力タイミングを制御する。
さらに、パルス発生電源１１１は、発振光ＬＯの光パルスが発生していない時間に電流パルスＩｐを付加するように構成されている。
【００５５】
このように、発振光ＬＯ（光パルス）のパルス出力タイミングをモニタし、基準クロックＣＳとパルス出力タイミングとを同期させるように電流パルスＩｐを励起源１０２に入力することにより、１パルスあたりの出力エネルギーやパルス幅を変えることなく、連続的なパルス周波数（パルス周波数Ｆｐ）の調整に加えて、発振光ＬＯのパルス出力タイミングを制御することができる。
【００５６】
また、位置調整機構なども不要となるので、小型で振動や衝撃に対しても耐性を向上させるとともに、励起源１０２の寿命による出力劣化や温度変動などに対しても、自動的に周波数調整が可能な受動Ｑスイッチレーザ装置１００を実現することができる。
【００５７】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１）では、発振光ＬＯのパルス周期が基準クロックＣＳの周期ｔ５（目標値周期）と一致するように、励起源電流Ｉのオフセット電流Ｉａｖｅがあらかじめ調整されたものとして説明したが、励起源電流Ｉのオフセット電流を適性化するために、図６のように、パルス周波数Ｆｐをモニタする周波数測定装置２０８と、パルス周波数Ｆｐを目標周波数に一致させるための電流制御手段２１１とを設けてもよい。
【００５８】
図６はこの発明の実施の形態２に係る受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ａの構成を示すブロック図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。
【００５９】
図６において、受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ａは、励起源１０２、レーザ媒質１０３、反射防止膜１０４、可飽和吸収体１０５および出力反射鏡１０６からなる受動Ｑスイッチレーザ１０１と、分離ミラー１０７と、周波数測定装置２０８と、電流制御手段２１１と、駆動電源１１２Ａと、を備えている。
【００６０】
周波数測定装置２０８は、発振光ＬＯの分離光からパルス周波数Ｆｐを計測し、電流制御手段２１１は、パルス周波数Ｆｐの測定値と目標周波数との周波数差分に応じて、追加重畳用の補正オフセット電流Ｉｃを出力する。
電流制御手段２１１は、初期のオフセット電流Ｉａｖｅ０に補正オフセット電流Ｉｃを重畳した励起源電流Ｉを励起源１０２に供給する。
【００６１】
図７はこの発明の実施の形態２による動作を示すタイミングチャートであり、パルス周波数Ｆｐの初期測定値が目標周波数よりも低い（パルス周期が長い）場合の補正動作を示している。
図７においては、駆動電源１１２Ａから励起源１０２に供給される励起源電流Ｉと、励起源１０２から出力される励起光ＬＰと、受動Ｑスイッチレーザ１０１から出力される発振光ＬＯとの関係を、それぞれの時間波形により示している。
【００６２】
次に、図７を参照しながら、図６に示したこの発明の実施の形態２による動作について説明する。
まず、受動Ｑスイッチレーザ１０１から出力された発振光ＬＯの一部は、分離ミラー１０７で分離されて、周波数測定装置２０８に入射される。
【００６３】
周波数測定装置２０８は、発振光ＬＯの分離光からパルス周波数Ｆｐを計測し、電流制御手段２１１に入力する。
電流制御手段２１１は、発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐを目標周波数と一致させるための補正オフセット電流Ｉｃを生成し、所定のタイミングで駆動電源１１２Ａに入力する。
駆動電源１１２Ａは、オフセット電流Ｉａｖｅ０に補正オフセット電流Ｉｃを重畳させた励起源電流Ｉを励起源１０２に供給する。
【００６４】
このとき、図７に示すように、励起源電流Ｉは、初期のオフセット電流Ｉａｖｅ０（所定振幅の一定電流）から、発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐが目標周波数と一致する振幅のオフセット電流Ｉａｖｅ（一定電流）へと、所定のタイミングで徐々に変化する。
これにより、励起光ＬＰは、励起源電流Ｉに追従して、初期のオフセットパワーＰａｖｅ０から、目標値に一致した補正後のオフセットパワーＰａｖｅに徐々に変化する。
【００６５】
ここで、発振光ＬＯのパルス周期は、前述のように、駆動電源１１２Ａから励起源１０２に供給される励起源電流Ｉ（オフセット電流）と、可飽和吸収体１０５の吸収長および濃度で決定される初期透過率と、共振器内の損失とによって決まる。
【００６６】
したがって、発振光ＬＯは、初期のパルス周期ｔ５のパルス列から、オフセット電流がＰａｖｅ０からＰａｖｅに変化した際の変化前後のパルス周期ｔ４となり、最終変化後のパルス周期ｔ１（目標周期）のパルス列が得られる。
【００６７】
図７においては、励起光ＬＰの初期のオフセットパワーＰａｖｅ０が目標値のオフセットパワーＰａｖｅよりも大きい場合を示しており、励起源電流Ｉの補正時の発振光ＬＯのパルス周期の変化において、ｔ５＞ｔ４＞ｔ１となる。
逆に、励起光ＬＰの初期のオフセットパワーＰａｖｅ０が目標値のオフセットパワーＰａｖｅよりも小さい場合には、励起源電流Ｉの補正時の発振光ＬＯのパルス周期の変化において、ｔ５＜ｔ４＜ｔ１となる。
【００６８】
このように、周波数測定装置２０８で発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐをモニタしながら、パルス周波数Ｆｐが目標周波数と一致するように励起源電流Ｉを制御することにより、励起源電流Ｉの出力劣化や温度変動が発生しても、常にパルス周波数Ｆｐを自動的に目標周波数と一致させることができる。
【００６９】
なお、自動周波数制御方法の具体例としては、周波数測定装置２０８において、フォトダイオードなどを用いて発振光ＬＯの光パルスを電気信号に変換するとともに、Ａ／Ｄ変換器を用いて電気信号をデジタル変換し、光パルスのサンプリングを行い、ある時間内におけるサンプリング信号の各パルスのピークを求めるか、または、所定閾値を超えた回数を発振光ＬＯのパルス数としてカウントし、所定の目標周波数に相当するパルス数と一致するようにフィードバック制御を行う方法が考えられる。
【００７０】
また、自動周波数制御方法の他の具体例として、上記と同様に光パルスのサンプリングを行い、ある時間内におけるサンプリング信号の各パルスのピークを求めるか、または所定閾値を超えた時間と前述の基準クロックＣＳのタイミングとの時間差の平均値が一定値（または、時間差の分散がゼロ）になるように制御を行う方法も考えられる。
【００７１】
以上のように、この発明の実施の形態２（図６、図７）に係る受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ａは、励起源１０２および共振器（レーザ媒質１０３、可飽和吸収体１０５、出力反射鏡１０６）を有し、励起源１０２により励起された発振光ＬＯを共振器から出力する受動Ｑスイッチレーザ１０１と、励起源１０２に対して励起源電流Ｉを供給する駆動電源１１２Ａと、発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐを測定する周波数測定装置２０８と、を備えている。
【００７２】
駆動電源１１２Ａは、励起源電流Ｉにより、パルス周波数Ｆｐが所望の目標周波数と一致するように制御する
具体的には、周波数測定装置２０８と駆動電源１１２Ａとの間に挿入された電流制御手段２１１を備えており、電流制御手段２１１は、パルス周波数Ｆｐを目標周波数に一致させるための補正オフセット電流Ｉｃを出力する。これにより、駆動電源１１２Ａは、補正オフセット電流Ｉｃが付加された励起源電流Ｉを励起源１０２に供給する。
【００７３】
これにより、発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐが目標周波数となるように、励起源電流Ｉおよび励起光ＬＰが設定されるので、出力エネルギーやパルス幅を変えることなく、パルス周波数Ｆｐの調整および安定化を実現することができる。
また、位置調整機構なども不要となるので、小型で振動や衝撃に対して耐性の優れた受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ａを実現することができる。
【００７４】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態２（図６）では、発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐのみを制御したが、前述の実施の形態１（図１）のパルス出力タイミングの制御を組み合わせて、図８のように構成してもよい。
【００７５】
図８はこの発明の実施の形態３に係る受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂの構成を示すブロック図であり、前述（図１、図６参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｂ」を付して詳述を省略する。
【００７６】
図８において、受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂは、励起源１０２、レーザ媒質１０３、反射防止膜１０４、可飽和吸収体１０５および出力反射鏡１０６からなる受動Ｑスイッチレーザ１０１と、分離ミラー１０７、２０７と、反射ミラー３０７と、パルスタイミングモニタ１０８と、周波数測定装置２０８と、電流制御手段２１１と、基準クロック発生源１０９と、比較器１１０と、パルス発生電源１１１と、駆動電源１１２Ｂと、を備えている。
【００７７】
分離ミラー２０７は、分離ミラー１０７と周波数測定装置２０８との間に挿入されており、分離ミラー１０７からの分離光をさらに分離して、一方の分離光（透過光）を周波数測定装置２０８に入力する。
【００７８】
反射ミラー３０７は、分離ミラー２０７とパルスタイミングモニタ１０８との間に挿入されており、分離ミラー２０７からの他方の分離光（反射光）をパルスタイミングモニタ１０８に入力する。なお、分離ミラー２０７の反射光路にパルスタイミングモニタ１０８を配置すれば、反射ミラー３０７は不要となる。
【００７９】
次に、受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂの動作について説明する。
まず、受動Ｑスイッチレーザ１０１から出力された発振光ＬＯの一部は、分離ミラー１０７、２０７で分離されて、パルスタイミングモニタ１０８および周波数測定装置２０８に入射される。
【００８０】
周波数測定装置２０８は、発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐを計測し、電流制御手段２１１は、パルス周波数Ｆｐが目標周波数と一致するように、補正オフセット電流Ｉｃを生成して、駆動電源１１２Ｂから励起源１０２への励起源電流Ｉを制御する。
【００８１】
また、電流制御手段２１１による周波数制御に続いて、パルスタイミングモニタ１０８は、発振光ＬＯのパルス出力タイミングを計測し、比較器１１０およびパルス発生電源１１１は、パルス出力タイミングと基準クロックＣＳとが同期するように、駆動電源１１２Ｂからの励起源電源Ｉに電流パルスＩｐを付加する。
【００８２】
図９はこの発明の実施の形態３による動作を示すタイミングチャートであり、パルス周波数Ｆｐの補正前の初期測定値が目標周波数よりも低く（周期ｔ５が長く）、且つ周波数補正後の発振光ＬＯの出力位相が基準クロックＣＳよりも遅れている場合の補正動作を示している。
【００８３】
図９においては、基準クロック発生源１０９からの基準クロックＣＳと、パルス発生電源１１１からの電流パルスＩｐと、電流制御手段２１１からの補正オフセット電流Ｉｃにより制御されるオフセット電流Ｉａｖｅと、駆動電源１１２Ｂから励起源１０２に供給される励起源電流Ｉと、励起源１０２から出力される励起光ＬＰと、受動Ｑスイッチレーザ１０１から出力される発振光ＬＯとの関係を、それぞれの時間波形により示している。
【００８４】
図９において、基準クロックＣＳは、所定の周期ｔ１を有する信号パルス（パルス列）からなり、電流パルスＩｐの発生前の信号パルスＣｉ、Ｃ１、Ｃ２と、電流パルスＩｐの発生直前の信号パルスＣ３と、電流パルスＩｐの発生直後の信号パルスＣ４と、信号パルスＣ４に続く信号パルスＣ５、Ｃ６を含む。
【００８５】
また、発振光ＬＯは、周期ｔ５（＞ｔ１）を有する初期の光パルスＯｉ（パルス列）と、電流制御手段２１１（補正オフセット電流Ｉｃ）による周波数補正後の光パルスＯ１〜Ｏ３と、パルス発生電源１１１（電流パルスＩｐ）によるタイミング補正後の光パルスＯ４〜Ｏ６とを含む。
【００８６】
励起源電流Ｉのパルス出力タイミングは、所定タイミングで付加される電流パルスＩｐによって制御される。
この場合、電流パルスＩｐは、前述（図２）と同様に、正極性の最大値（振幅）ＩＨおよびパルス幅τを有する。
【００８７】
オフセット電流Ｉａｖｅは、光パルスＯ１の出力前の所定タイミングにおいて、周波数測定装置２０８および電流制御手段２１１により制御され、初期のパルス周期ｔ５に対応したオフセット電流Ｉａｖｅ０から、目標値周期（基準クロックＣＳの周期ｔ１）に対応したオフセット電流Ｉａｖｅに変化する。
【００８８】
これにより、光パルスＯ１以降のパルス周波数Ｆｐは、目標周波数と一致するようにフィードバック制御される。
ただし、この時点では、発振光ＬＯのパルス出力タイミングが基準クロックＣＳと同期しておらず、たとえば、発振光ＬＯの光パルスＯ３のタイミングは、基準クロックＣＳの信号パルスＣ３の立ち上がりタイミングよりも遅延している。
【００８９】
そこで、パルス発生電源１１１は、光パルスＯ４のタイミングを基準クロックＣＳの信号パルスＣ４の立ち上がりタイミングと同期させるために、光パルスＯ３と光パルスＯ４との間の期間に、正極性の電流パルスＩｐ１を出力し、オフセット電流Ｉａｖｅに付加する。
【００９０】
これにより、駆動電源１１２Ｂからの励起源電流Ｉは、電流制御手段２１１により周波数補正後のオフセット電流Ｉａｖｅと電流パルスＩｐとを足し合わせた波形となり、励起光ＬＰは、励起源電流Ｉに追従した波形となる。
【００９１】
すなわち、発振光ＬＯは、初期のパルス周期ｔ５の光パルスＯｉ（オフセットパワーＰａｖｅ０の励起光ＬＰで発振中のパルス列）において、電流制御手段２１１によりオフセットパワーがＰａｖｅ（＞Ｐａｖｅ０）に増大補正されると、周期ｔ４（＜ｔ５）の光パルスＯ１となり、その後、周期ｔ１（＜ｔ４）の光パルスＯ２、Ｏ３となる。
【００９２】
また、発振光ＬＯは、周期ｔ２（＜ｔ１）の光パルスＯ４により、基準クロックＣＳの立ち上がりタイミングに同期し、さらに、その後、周期ｔ１に復帰して、目標周波数で且つ基準クロックＣＳに同期した光パルスＯ５、Ｏ６（パルス列）となる。
光パルスＯ５、Ｏ６のタイミングは、基準クロックＣＳの信号パルスＣ５、Ｃ６の立ち上がりタイミングと同期して発振する。
【００９３】
以上のように、この発明の実施の形態３（図８、図９）に係る受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂは、前述の実施の形態１（図１）の構成に加えて、発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐを測定する周波数測定装置２０８を備えている。
【００９４】
駆動電源１１２Ｂは、オフセット電流Ｉａｖｅにより、発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐが所望の基準クロックＣＳの周波数（目標周波数）とほぼ一致するように制御するとともに、オフセット電流Ｉａｖｅに付加された電流パルスＩｐにより、発振光ＬＯのパルス出力タイミングが基準クロックＣＳとほぼ一致するように制御する。
【００９５】
これにより、発振光ＬＯのパルス出力タイミングとパルス周波数Ｆｐとを同時にモニタし、パルス周波数Ｆｐが目標周波数と一致するように、励起源電流Ｉのオフセット電流Ｉａｖｅを設定するとともに、パルス出力タイミングが基準クロックＣＳの周期ｔ１と同期するように電流パルスＩｐを付加することができる。
【００９６】
したがって、出力エネルギーやパルス幅を変えることなく、パルス周波数Ｆｐとパルス出力タイミングを制御することができる。
また、位置調整機構なども不要となるので、小型で振動や衝撃に対して耐性の優れた受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂが実現することができる。
【００９７】
実施の形態４．
なお、上記実施の形態３（図８）では、単体の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂを示したが、受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂを１つのレーザ装置ユニットとして、レーザ装置ユニットをｎ個（ｎは２以上の整数）並列配置して、図１０のように、マルチモジュール形式の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｃを構成してもよい。
【００９８】
図１０はこの発明の実施の形態４の構成を示すブロック図であり、前述（図８参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｃ」を付して詳述を省略する。
【００９９】
図１０において、マルチモジュール形式の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｃは、基準クロックＣＳを出力する基準クロック発生源１０９と、基準クロックＣＳを位相の異なる３個のクロック信号ＤＳ１〜ＤＳ３に分配する分配器４００と、３個のレーザ装置ユニット４０１〜４０３と、レーザ装置ユニット４０１〜４０３からの各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を合成して最終的な発振光ＬＯを出力する結合手段４１０と、を備えている。
【０１００】
ここでは、ｎ＝３の場合を示しているが、ｎは２以上の任意数に設定され得る。
各レーザ装置ユニット４０１〜４０３は、前述と同様の受動Ｑスイッチレーザ１０１と、分離ミラー１０７、２０７と、パルスタイミングモニタ１０８と、比較器１１０と、パルス発生電源１１１と、駆動電源１１２Ｂと、周波数測定装置２０８と、電流制御手段２１１と、を備えている。
【０１０１】
以下、同一構成からなるレーザ装置ユニット４０１〜４０３のうち、代表的に、１つのレーザ装置ユニット４０１に注目して説明する。
レーザ装置ユニット４０１内の比較器１１０は、分配器４００からのクロック信号ＤＳ１と、パルスタイミングモニタ１０８で計測された発振光ＬＯ１のパルス出力タイミングとを比較して、タイミング差分をパルス発生電源１１１に入力する。
【０１０２】
周波数測定装置２０８は、発振光ＬＯ１のパルス周波数Ｆｐを電流制御手段２１１に入力する。
駆動電源１１２Ｂは、電流制御手段２１１からの補正オフセット電流Ｉｃにより、パルス周波数Ｆｐが目標周波数と一致するように、励起源電流Ｉ１のオフセット電流Ｉａｖｅ１を適性化するとともに、パルス発生電源１１１からの電流パルスＩｐ１１により、発振光ＬＯ１のパルス出力タイミングをクロック信号ＤＳ１の立ち上がりタイミングと同期させる。
【０１０３】
なお、図１０においては、図示を省略しているが、レーザ装置ユニット４０２、４０３内の駆動電源１１２Ｂは、各々の励起源電流Ｉ２、Ｉ３のオフセット電流Ｉａｖｅ２、１３を適性化するとともに、パルス発生電源１１１からの電流パルスＩｐ２１、Ｉｐ３２により、各発振光ＬＯ２、ＬＯ３のパルス出力タイミングをクロック信号ＤＳ２、ＤＳ３の立ち上がりタイミングと同期させる。
【０１０４】
次に、代表的に１つのレーザ装置ユニット４０１に注目しながら、図１０に示したこの発明の実施の形態４に係る受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｃの動作について説明する。
レーザ装置ユニット４０１において、受動Ｑスイッチレーザ１０１の発振光ＬＯ１の一部は、分離ミラー１０７が分離され、パルスタイミングモニタ１０８および周波数測定装置２０８に入射される。
【０１０５】
周波数測定装置２０８は、発振光ＬＯ１のパルス周波数Ｆｐを計測し、電流制御手段２１１は、パルス周波数Ｆｐがクロック信号ＤＳ１の周波数と一致するように、駆動電源１１２Ｂから受動Ｑスイッチレーザ１０１への励起源電流Ｉ１（オフセット電流Ｉａｖｅ１）を制御する。
【０１０６】
Ｑスイッチレーザ１０１への励起源電流Ｉ１が適性化制御された後、パルスタイミングモニタ１０８は、受動Ｑスイッチレーザ１０１の発振光ＬＯ１のパルス出力タイミングを計測する。また、比較器１１０は、パルス出力タイミングの計測値と、分配器４００により３等分に分配されたクロック信号ＤＳ１（周期信号）とを比較する。
【０１０７】
パルス発生電源１１１は、比較器１１０からのタイミング差分に応じて、受動Ｑスイッチレーザ１０１の発振光ＬＯ１のパルス出力タイミングとクロック信号ＤＳ１のタイミングとが一致するように、電流パルスＩｐ１１を生成して駆動電源１１２Ｂを制御する。
【０１０８】
同様に、各レーザ装置ユニット４０２、４０３においても、励起源電流Ｉ２、Ｉ２（オフセット電流Ｉａｖｅ２、Ｉａｖｅ３）を制御するとともに、電流パルスＩｐ２１、Ｉｐ３２を生成して、発振光ＬＯ２、ＬＯ２のパルス出力タイミングとクロック信号ＤＳ２、ＤＳ３のタイミングとが一致するように、駆動電源１１２Ｂを制御する。
【０１０９】
図１１は図１０の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｃによる動作を示すタイミングチャートであり、レーザ装置ユニット４０１〜４０３内の各受動Ｑスイッチレーザ１０１が周波数制御（オフセット電流Ｉａｖｅ１〜Ｉａｖｅ３が適性化）された後の動作を示している。
【０１１０】
また、図１１においては、基準クロック発生源１０９からの基準クロックＣＳと、分配器４００により３等分に分配されたクロック信号ＤＳ１〜ＤＳ３と、各ユニット内の駆動電源１１２Ｂからの励起源電流Ｉ１〜Ｉ３と、各ユニットからの発振光ＬＯ１〜ＬＯ３と、各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を結合した発振光ＬＯとの各時間波形を示している。
【０１１１】
図１１において、基準クロック発生源１０９から発生する基準クロックＣＳは、所要のパルス周波数Ｆｐと同周期ｔ１の信号パルスＣ１１〜Ｃ２３（パルス列）からなる。
レーザ装置ユニット４０１に入力されるクロック信号ＤＳ１は、信号パルスＣ１１、Ｃ１４、Ｃ１７、Ｃ２０、Ｃ２３と同期したパルス列であり、レーザ装置ユニット４０２に入力されるクロック信号ＤＳ２は、信号パルスＣ１２、Ｃ１５、Ｃ１８、Ｃ２１と同期したパルス列であり、レーザ装置ユニット４０３に入力されるクロック信号ＤＳ３は、信号パルスＣ１３、Ｃ１６、Ｃ１９、Ｃ２２と同期したパルス列である。
【０１１２】
レーザ装置ユニット４０１内の励起源電流Ｉ１は、オフセット電流Ｉａｖｅ１に調整されるとともに、最大値ＩＨ１およびパルス幅τ１を有する正極性の電流パルスＩｐ１１が付加されている。
レーザ装置ユニット４０２内の励起源電流Ｉ２は、オフセット電流Ｉａｖｅ２に調整されるとともに、最大値ＩＨ２およびパルス幅τ２を有する正極性の電流パルスＩｐ２１が付加されている。
【０１１３】
レーザ装置ユニット４０３内の励起源電流Ｉ３は、オフセット電流Ｉａｖｅ３（＞Ｉａｖｅ１＞Ｉａｖｅ２）に調整されるとともに、最大値ＩＬ３およびパルス幅τ３（τ１＞τ３＞τ２）を有する負極性の電流パルスＩｐ３２が付加されている。
【０１１４】
レーザ装置ユニット４０１から出力される発振光ＬＯ１のタイミングは、レーザ装置ユニット４０１内のオフセット電流Ｉａｖｅ１と、受動Ｑスイッチレーザ１０１内の可飽和吸収体の吸収長および濃度で決定される初期透過率と、共振器内の損失とにより決定される。
【０１１５】
同様に、他のレーザ装置ユニット４０２、４０３からは、それぞれ個々のオフセット電流Ｉａｖｅ２、Ｉａｖｅ３と、受動Ｑスイッチレーザ１０１内の可飽和吸収体の吸収長および濃度で決定される初期透過率と、共振器内の損失とにより決定されるランダムなタイミングで、発振光ＬＯ２、ＬＯ３が出力される。
【０１１６】
発振光ＬＯ１のパルス列は、初期（ランダムタイミング）の光パルスＯ１１、Ｏ１２と、クロック信号ＤＳ１（基準クロックＣ１７、Ｃ２０、Ｃ２３）の立ち上がりタイミングに同期補正された光パルスＯ１３〜Ｏ１５とを含む。
これにより、タイミング同期補正後の発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐは、各クロック信号ＤＳ１〜ＤＳ３の周波数の３倍に設定されることになる。
【０１１７】
同様に、発振光ＬＯ２のパルス列は、初期の光パルスＯ２１、Ｏ２２と、クロック信号ＤＳ２（基準クロックＣ１８、Ｃ２１）の立ち上がりタイミングに同期補正された光パルスＯ２３、Ｏ２４とを含み、発振光ＬＯ３のパルス列は、初期の光パルスＯ３１、Ｏ３２と、クロック信号ＤＳ３（基準クロックＣ１９、Ｃ２２）の立ち上がりタイミングに同期補正された光パルスＯ３３、Ｏ３４とを含む。
【０１１８】
発振光ＬＯのパルス列は、初期の光パルスＯ１１、Ｏ２１、Ｏ３１を合成した光パルスＯ４１と、初期の光パルスＯ１２、Ｏ２２、Ｏ３２を合成した光パルスＯ４２と、基準クロックＣ１７〜Ｃ２３の立ち上がりタイミングに同期補正された光パルスＯ１３〜Ｏ１５、Ｏ２３、Ｏ２４、Ｏ３３、Ｏ３４とを含む。
【０１１９】
光学系からなる結合手段４１０は、発振光ＬＯ１〜ＬＯ３（互いに異なる偏光のレーザ光）を合成して最終的な発振光ＬＯを生成するために、たとえば偏光ビームスプリッタなどを用いて偏波合成して、各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を同一光軸に出射してもよい。
また、結合手段４１０は、各レーザ光の波長を変えてフィルタで合成する波長合波などを用いることにより、各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を同一光軸に結合して出射することもできる。
【０１２０】
以上のように、この発明の実施の形態４（図１０、図１１）に係るマルチモジュール形式の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｃは、図８の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂをレーザ装置ユニットとして、レーザ装置ユニットをｎ個（ｎは２以上の整数）並列配置して構成されており、たとえば、３個のレーザ装置ユニット４０１〜４０３に対して、周波数が同一で互いに位相が異なる３個のクロック信号ＤＳ１〜ＤＳ３を個別に入力する。
【０１２１】
これにより、３個のレーザ装置ユニット４０１〜４０３から出射される各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を合成した発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐは、基準クロックＣＳの周波数（各クロック信号ＤＳ１〜ＤＳ３の周波数の３倍）に設定される。
すなわち、ｎ個（ｎ≧２）のレーザ装置ユニット（受動Ｑスイッチレーザ装置）を組み合わせることにより、周波数のばらつきを小さく抑制しつつ、パルス周波数Ｆｐがレーザ装置ユニットの単体に対してｎ倍となる受動Ｑスイッチレーザ装置を得ることができる。
【０１２２】
したがって、超小型な平面導波路型の受動Ｑスイッチパルスレーザや、マイクロチップの受動Ｑスイッチパルスレーザにおいて、パワースケーリングの向上やパルス送信周波数（ＰＲＦ：Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の高周波化が可能となり、システムとして小型で、高効率、高信頼性なレーザシステムが実現可能となる。
【０１２３】
実施の形態５．
なお、上記実施の形態４（図１０、図１１）では、分配器４００を介して各レーザ装置ユニットの制御タイミングの位相を互いに異なるように設定し、最終的なパルス周波数がレーザ装置ユニットの単体に対してｎ倍となる受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｄを構成したが、図１２、図１３のように、分配器４００を削除して各レーザ装置ユニットの制御タイミングを同期させ、最終的なピークパワーがレーザ装置ユニットの単体に対してｎ倍となる受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｄを構成してもよい。
【０１２４】
図１２はこの発明の実施の形態５の構成を示すブロック図であり、前述（図１０参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｄ」を付して詳述を省略する。
また、ここでは、前述と同様に、レーザ装置ユニット数ｎが「３」の場合を示しているが、ｎは２以上の任意数に設定され得る。
【０１２５】
図１２において、マルチモジュール形式の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｄは、基準クロックＣＳを出力する基準クロック発生源１０９と、３個のレーザ装置ユニット４０１〜４０３と、レーザ装置ユニット４０１〜４０３からの各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を合成して最終的な発振光ＬＯを出力する結合手段４１０と、を備えている。
【０１２６】
各レーザ装置ユニット４０１〜４０３は、前述と同様の受動Ｑスイッチレーザ１０１と、分離ミラー１０７、２０７と、パルスタイミングモニタ１０８と、比較器１１０と、パルス発生電源１１１と、駆動電源１１２Ｂと、周波数測定装置２０８と、電流制御手段２１１と、を備えている。
【０１２７】
レーザ装置ユニット４０１〜４０３において、各比較器１１０には、基準クロック発生源１０９からの基準クロックＣＳと、パルスタイミングモニタ１０８からのパルス出力タイミングとが入力され、各受動Ｑスイッチレーザ１０１からは、発振光ＬＯ１〜ＬＯ３が出射される。
【０１２８】
以下、同一構成からなるレーザ装置ユニット４０１〜４０３のうち、代表的に、１つのレーザ装置ユニット４０１に注目して説明する。
レーザ装置ユニット４０１内の比較器１１０は、基準クロックＣＳと、パルスタイミングモニタ１０８で計測された発振光ＬＯ１のパルス出力タイミングとを比較して、タイミング差分をパルス発生電源１１１に入力する。
【０１２９】
周波数測定装置２０８は、発振光ＬＯ１のパルス周波数Ｆｐを電流制御手段２１１に入力する。
駆動電源１１２Ｂは、電流制御手段２１１からの補正オフセット電流Ｉｃにより、パルス周波数Ｆｐが目標周波数と一致するように、励起源電流Ｉ１のオフセット電流Ｉａｖｅ１を適性化するとともに、パルス発生電源１１１からの電流パルスＩｐ１１により、発振光ＬＯ１のパルス出力タイミングを基準クロックＣＳの立ち上がりタイミングと同期させる。
【０１３０】
なお、図１２においては、図示を省略しているが、レーザ装置ユニット４０２、４０３内の駆動電源１１２Ｂは、各々の励起源電流Ｉ２、Ｉ３のオフセット電流Ｉａｖｅ２、１３を適性化するとともに、パルス発生電源１１１からの電流パルスＩｐ２１、Ｉｐ３２により、各発振光ＬＯ２、ＬＯ３のパルス出力タイミングを基準クロックＣＳの立ち上がりタイミングと同期させる。
【０１３１】
次に、代表的に１つのレーザ装置ユニット４０１に注目しながら、図１２に示したこの発明の実施の形態５に係る受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｄの動作について説明する。
レーザ装置ユニット４０１において、受動Ｑスイッチレーザ１０１の発振光ＬＯ１の一部は、分離ミラー１０７が分離され、パルスタイミングモニタ１０８および周波数測定装置２０８に入射される。
【０１３２】
周波数測定装置２０８は、発振光ＬＯ１のパルス周波数Ｆｐを計測し、電流制御手段２１１は、パルス周波数Ｆｐが基準クロックＣＳの周波数と一致するように、駆動電源１１２Ｂから受動Ｑスイッチレーザ１０１への励起源電流Ｉ１（オフセット電流Ｉａｖｅ１）を制御する。
【０１３３】
Ｑスイッチレーザ１０１への励起源電流Ｉ１が適性化制御された後、パルスタイミングモニタ１０８は、受動Ｑスイッチレーザ１０１の発振光ＬＯ１のパルス出力タイミングを計測する。また、比較器１１０は、パルス出力タイミングの計測値と、基準クロックＣＳ（周期信号）とを比較する。
【０１３４】
パルス発生電源１１１は、比較器１１０からのタイミング差分に応じて、受動Ｑスイッチレーザ１０１の発振光ＬＯ１のパルス出力タイミングと基準クロックＣＳのタイミングとが一致するように、電流パルスＩｐ１１を生成して駆動電源１１２Ｂを制御する。
【０１３５】
同様に、各レーザ装置ユニット４０２、４０３においても、励起源電流Ｉ２、Ｉ２（オフセット電流Ｉａｖｅ２、Ｉａｖｅ３）を制御するとともに、電流パルスＩｐ２１、Ｉｐ３２を生成して、発振光ＬＯ２、ＬＯ２のパルス出力タイミングと基準クロックＣＳのタイミングとが一致するように、駆動電源１１２Ｂを制御する。
【０１３６】
図１３は図１２の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｄによる動作を示すタイミングチャートであり、前述（図１１参照）と同様の波形には、前述と同一符号が付されている。
図１３においては、レーザ装置ユニット４０１〜４０３内の各受動Ｑスイッチレーザ１０１が周波数制御（オフセット電流Ｉａｖｅ１〜Ｉａｖｅ３が適性化）された後の動作を示しており、基準クロック発生源１０９からの基準クロックＣＳと、各ユニット内の駆動電源１１２Ｂからの励起源電流Ｉ１〜Ｉ３と、各ユニットからの発振光ＬＯ１〜ＬＯ３と、各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を結合した発振光ＬＯとの各時間波形を示している。
【０１３７】
図１３において、基準クロック発生源１０９から発生する基準クロックＣＳは、所要のパルス周波数Ｆｐと同周期ｔ１の信号パルスＣ１１〜Ｃ１５（パルス列）からなる。
レーザ装置ユニット４０１内の励起源電流Ｉ１は、オフセット電流Ｉａｖｅ１に調整されるとともに、最大値ＩＨ１およびパルス幅τ１を有する正極性の電流パルスＩｐ１１が付加されている。
【０１３８】
レーザ装置ユニット４０２内の励起源電流Ｉ２は、オフセット電流Ｉａｖｅ２に調整されるとともに、最大値ＩＨ２およびパルス幅τ２を有する正極性の電流パルスＩｐ２１が付加されている。
【０１３９】
レーザ装置ユニット４０３内の励起源電流Ｉ３は、オフセット電流Ｉａｖｅ３（＞Ｉａｖｅ１＞Ｉａｖｅ２）に調整されるとともに、最大値ＩＬ３およびパルス幅τ３（τ１＞τ３＞τ２）を有する負極性の電流パルスＩｐ３２が付加されている。
【０１４０】
レーザ装置ユニット４０１から出力される発振光ＬＯ１のタイミングは、レーザ装置ユニット４０１内のオフセット電流Ｉａｖｅ１と、受動Ｑスイッチレーザ１０１内の可飽和吸収体の吸収長および濃度で決定される初期透過率と、共振器内の損失とにより決定される。
【０１４１】
同様に、他のレーザ装置ユニット４０２、４０３からは、それぞれ個々のオフセット電流Ｉａｖｅ２、Ｉａｖｅ３と、受動Ｑスイッチレーザ１０１内の可飽和吸収体の吸収長および濃度で決定される初期透過率と、共振器内の損失とにより決定されるランダムなタイミングで、発振光ＬＯ２、ＬＯ３が出力される。
【０１４２】
発振光ＬＯ１のパルス列は、初期（ランダムタイミング）の光パルスＯ１１、Ｏ１２と、基準クロックＣＳ１３、１４、１５の立ち上がりタイミングに同期補正された光パルスＯ１３〜Ｏ１５とを含む。
【０１４３】
同様に、発振光ＬＯ２のパルス列は、初期の光パルスＯ２１、Ｏ２２と、基準クロックＣＳ１３、１４、１５の立ち上がりタイミングに同期補正された光パルスＯ２３、Ｏ２４、Ｏ２５とを含み、発振光ＬＯ３のパルス列は、初期の光パルスＯ３１、Ｏ３２と、基準クロックＣＳ１３、１４、１５の立ち上がりタイミングに同期補正された光パルスＯ３３、Ｏ３４、Ｏ３５とを含む。
【０１４４】
最終的な発振光ＬＯのパルス列は、初期の光パルスＯ１１、Ｏ２１、Ｏ３１を合成した光パルスＯ４１と、初期の光パルスＯ１２、Ｏ２２、Ｏ３２を合成した光パルスＯ４２と、基準クロックＣＳ１３、１４、１５の立ち上がりタイミングに同期補正された後の光パルスＯ１３〜Ｏ１５、Ｏ２３〜Ｏ２５、Ｏ３３〜Ｏ３５を各出射タイミングで合成した光パルスＯ４３〜Ｏ４５とを含む。
【０１４５】
光学系からなる結合手段４１０は、発振光ＬＯ１〜ＬＯ３（互いに異なる偏光のレーザ光）を合成して最終的な発振光ＬＯを生成するために、たとえば偏光ビームスプリッタなどを用いて偏波合成して、各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を同一光軸に出射してもよい。
また、結合手段４１０は、各レーザ光の波長を変えてフィルタで合成する波長合波などを用いることにより、各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を同一光軸に結合して出射することもできる。
【０１４６】
以上のように、この発明の実施の形態５（図１２、図１３）に係るマルチモジュール形式の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｄは、図８の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂをレーザ装置ユニットとして、レーザ装置ユニットをｎ個（ｎは２以上の整数）並列配置して構成されており、たとえば、３個のレーザ装置ユニット４０１〜４０３に対して、周波数が同一で互いに同相の基準クロックＣＳを個別に入力する。
【０１４７】
これにより、３個のレーザ装置ユニット４０１〜４０３から出射される各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を合成した発振光ＬＯのピークパワーは３倍に増加する。すなわち、ｎ個（ｎ≧２）のレーザ装置ユニット（受動Ｑスイッチレーザ装置）を組み合わせることにより、ピークパワーがレーザ装置ユニットの単体に対してｎ倍となる受動Ｑスイッチレーザ装置を得ることができる。
【０１４８】
したがって、超小型な平面導波路型の受動Ｑスイッチパルスレーザや、マイクロチップの受動Ｑスイッチパルスレーザにおいて、パワースケーリングの向上やパルス送信周波数（ＰＲＦ：Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の高周波化が可能となり、システムとして小型で、高効率、高信頼性なレーザシステムが実現可能となる。
【符号の説明】
【０１４９】
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ 受動Ｑスイッチレーザ装置、１０１ 受動Ｑスイッチレーザ、１０２ 励起源、１０３ レーザ媒質、１０４ 反射防止膜、１０５ 可飽和吸収体、１０６ 出力反射鏡、１０７、２０７ 分離ミラー、１０８ パルスタイミングモニタ、１０９ 基準クロック発生源、１１０ 比較器、１１１ パルス発生電源、１１２、１１２、１１２Ａ、１１２Ｂ 駆動電源、２０８ 周波数測定装置、２１１ 電流制御手段、４００ 分配器、４０１〜４０３ レーザ装置ユニット、４１０ 結合手段、Ｃ１〜Ｃ５、Ｃ１１〜Ｃ２３、Ｃｉ 信号パルス、ＣＳ 基準クロック、ＤＳ１〜ＤＳ３ クロック信号、Ｆｐ パルス周波数、Ｉ 励起源電源、Ｉ、Ｉ１〜Ｉ３ 励起源電流、Ｉａｖｅ、Ｉａｖｅ０、Ｉａｖｅ１〜Ｉａｖｅ３ オフセット電流、Ｉｃ 補正オフセット電流、ＩＨ、ＩＨ１、ＩＨ２、ＩＬ、ＩＬ３ 最大値、Ｉｐ、Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ１１、Ｉｐ２１、Ｉｐ３２ 電流パルス、ＬＯ１〜ＬＯ３ 発振光、ＬＰ 励起光、Ｏ１〜Ｏ５、Ｏ１１〜Ｏ１５、Ｏ２１〜Ｏ２５、Ｏ３１〜Ｏ３５、Ｏ４１〜Ｏ４５、Ｏｉ、Ｏｊ 光パルス、Ｐａｖｅ、Ｐａｖｅ０ オフセットパワー、ＰＨ、ＰＬ 最大値、Ｐｐ１ 励起光パルス、Ｐｐ２ 励起光パルス、ｔ１〜ｔ５ パルス周期、τ、τ１〜τ３ パルス幅。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザビームのパルス発振時において、発振光のパルス周波数およびパルス出力タイミングを制御することを目的とした受動Ｑスイッチレーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の受動Ｑスイッチレーザ装置は、一例として、レーザダイオードと、励起光学系と、レーザ媒質と、可飽和吸収体と、出力反射鏡と、集光レンズとにより構成された共振器を備え、集光レンズを光軸方向に位置調整して、可飽和吸収体に入射されるビーム径を変更することにより、パルス周波数を制御している（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来から、導波路型Ｑスイッチ素子の一例として、２枚のミラーと、レーザ媒質と、可飽和吸収体材料からなるウェッジ（Ｗｅｄｇｅ）と、発振波長に対して透明な材料からなるウェッジとにより構成されたＱスイッチ素子が知られている。
この場合の受動Ｑスイッチレーザ装置としては、Ｑスイッチ素子を軸垂直方向に位置調整をするアクチュエータと、フォトディテクタと、サーボ装置と、インタフェース装置とを備え、インタフェース装置で設定された周波数とフォトディテクタとから計測されたパルス周波数が整合するように、サーボ装置でアクチュエータを制御して、可能和吸収体の厚さを変えることにより、パルス周波数を調整する技術も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、従来のＱスイッチレーザ装置の他の例として、レーザダイオードと、レーザダイオード制御装置と、励起光学系と、出力鏡レーザ媒質と、可飽和吸収体と、部分反射鏡とを備え、励起源に供給する電流波形を変形させることにより、熱負荷を変化することなく、パルス周波数を調整する技術も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０１８７９７５号明細書（Ｓｈｅｅｔ４、Ｆｉｇ．５）
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／０１７６９１３号明細書（Ｓｈｅｅｔ２、Ｆｉｇ．３）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ａｌｐｈａｎ Ｓｅｎｎａｒｏｇｌｕ「Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ−ｐｕｍｐｅｄ、ｐａｓｓｉｖｅｌｙ Ｑ−ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ ｌａｓｅｒｓ」Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ４６（２）Ｐ．０２４２０１−１〜４／Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２００７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の受動Ｑスイッチレーザ装置は、非特許文献１に記載の技術では、パルス周波数を制御するために集光レンズの位置調整を行うことから、共振器内のビーム伝搬が変わり、可飽和吸収体に入射するビームサイズが変化するので、周波数変化にともない、１パルスあたりの出力エネルギー、パルス幅およびビーム広がり角も変化するという課題があった。また、集光レンズの位置調整機構を備えているので、耐振動や耐衝撃性などの信頼性が低いうえ、集光レンズを使用しないマイクロチップレーザや導波路型レーザに適用することができないという課題もあった。
【０００８】
また、特許文献１に記載の技術では、周波数を調整するために、可飽和吸収体の厚さを変えるように位置調整を行うので、非特許文献１の場合と同様に、周波数変化にともない、１パルスあたりの出力エネルギー、パルス幅およびビーム広がり角も変化するという課題があった。また、可飽和吸収体の位置調整機構を備えているので、耐振動や耐衝撃性などの信頼性が低いうえ、可飽和吸収体の濃度が不均一な場合には、連続的な周波数変化が得られないという課題もあった。
【０００９】
さらに、特許文献２に記載の技術では、パルス周波数やパルス出力タイミングのモニタ手段を備えていないので、励起源の寿命に起因した出力劣化や温度変動などに対して手動調整する必要があるうえ、所定タイミングでパルス発振させることが困難であることから、外部同期を取ることが困難になるという課題があった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、１パルスあたりの出力エネルギーおよびパルス幅を変えることなく、連続的なパルス周波数の調整やパルス出力タイミングの制御を実現し、耐振動性や耐衝撃性などの信頼性に優れるとともに、励起源の寿命による出力劣化や温度変動などに対しても、自動的に周波数調整が可能な受動Ｑスイッチレーザ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る受動Ｑスイッチレーザ装置は、励起源および共振器を有し、励起源により励起された発振光を共振器から出力する受動Ｑスイッチレーザと、励起源に一定のオフセット電流を供給する駆動電源と、オフセット電流に電流パルスを付加するパルス発生電源と、を備え、電流パルスにより発振光のパルス出力タイミングを制御するものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、１パルスあたりの出力エネルギー、パルス幅を変えることなく、連続的にパルス出力タイミングやパルス周波数を調整することができ、耐振動性や耐衝撃性などの信頼性に優れ、励起源の寿命による出力劣化や温度変動などに対しても自動で周波数調整が可能な受動Ｑスイッチレーザ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る受動Ｑスイッチレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による正極性電流パルスでの動作を示すタイミングチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１による負極性電流パルスでの動作を示すタイミングチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１における励起光および発振光の計算結果を示す特性図である。
【図５】この発明の実施の形態１における励起源電流のパルス幅に対する発振光のパルス周期の計算結果を示す特性図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る受動Ｑスイッチレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態２による動作を示すタイミングチャートである。
【図８】この発明の実施の形態３に係る受動Ｑスイッチレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態３による動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態４に係るマルチモジュール形式の受動Ｑスイッチレーザ装置の構成を示すブロック構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態５に係るマルチモジュール形式の受動Ｑスイッチレーザ装置の構成を示すブロック構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態５による動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る受動Ｑスイッチレーザ装置１００を示す構成図である。
図１において、受動Ｑスイッチレーザ装置１００は、受動Ｑスイッチレーザ１０１と、受動Ｑスイッチレーザ１０１の発振光ＬＯを分離する分離ミラー１０７と、発振光ＬＯのパルス出力タイミングを計測するパルスタイミングモニタ１０８と、周期信号からなる基準クロックＣＳを発生する基準クロック発生源１０９と、比較器１１０と、パルス発生電源１１１と、駆動電源１１２とから構成されている。
【００１５】
なお、ここでは、基準クロックＣＳを生成する基準クロック発生源１０９が受動Ｑスイッチレーザ装置１００に含まれた構成を示しているが、基準クロックＣＳは、外部の他のシステム（図示せず）から与えられてもよい。
【００１６】
受動Ｑスイッチレーザ１０１は、励起源１０２と、レーザ媒質１０３と、反射防止膜１０４と、可飽和吸収体１０５と、出力反射鏡１０６とを備えている
受動Ｑスイッチレーザ１０１において、励起源１０２は、レーザ媒質１０３にエネルギーを供給する機能を有する。
【００１７】
レーザ媒質１０３は、利得媒質からなり、発振のきっかけとなる自然放出光の発生機能と、共振器を周回した光の増幅機能とを有する。
反射防止膜１０４は、レーザ媒質１０３の第１の端面１０３ａに設けられており、レーザ発振波長に対しては全反射機能を有し、励起波長に対しては反射防止機能を有する。
【００１８】
出力反射鏡１０６は、第１の端面１０６ａにおいて、レーザ波長に対して所定の反射率を有する部分反射機能を有し、第２の端面１０６ｂにおいて、発振光を出力する機能を有する。
レーザ媒質１０３の第１の端面１０３ａと、出力反射鏡１０６の第１の端面１０６ａとにより共振器が構成されている。
【００１９】
すなわち、受動Ｑスイッチレーザ装置１００は、励起源１０２、レーザ媒質１０３、可飽和吸収体１０５、および２枚の共振器用ミラー（反射防止膜１０４、出力反射鏡１０６）からなる受動Ｑスイッチレーザ１０１と、発振光ＬＯの分離光からパルス出力タイミングを計測するパルスタイミングモニタ１０８と、所定のパルス周波数と整合するように励起源電流Ｉを制御する駆動電源１１２と、周期的な基準クロックＣＳを出力する基準クロック発生源１０９と、パルス出力タイミングと基準クロックＣＳとを比較する比較器１１０と、比較結果（タイミング差分）から基準クロックＣＳのタイミングとパルス出力タイミングとを一致させるように励起源１０２に対する電流パルスＩｐを発生させるパルス発生電源１１１と、を備えている。
【００２０】
可飽和吸収体１０５は、レーザ媒質１０３と出力反射鏡１０６との間に挿入されており、微弱な光に対しては、所定の透過率を有し、高強度の入射光に対しては、透明になるという機能を有する。
したがって、レーザ媒質１０３および出力反射鏡１０６からなるレーザ共振器内に挿入された可飽和吸収体１０５は、励起直後においては、損失機能が作用してレーザ発振を妨げ、その後、徐々にレーザ媒質１０３にエネルギーが蓄積されて、損失機能よりも利得機能が高くなると、レーザ発振が開始されてレーザ光を吸収して透明になる。
この結果、出力反射鏡１０６からは、尖頭値の高いパルス光が出力される。
【００２１】
なお、可飽和吸収体１０５の第１の面１０５ａにおいて、レーザ波長に対して所定の反射率を有する部分反射機能を設け、出力反射鏡１０６としての機能も持たせることも可能である。
また、レーザ媒質１０３と可飽和吸収体１０５との間に集光レンズ（図示せず）を設け、安定共振器を形成することも可能であり、可飽和吸収体１０５に入射するビームのエネルギー密度を調整して、高効率のパルス動作を行うことも可能である。
【００２２】
さらに、励起源１０２とレーザ媒質１０３との間に集光レンズ（図示せず）を設け、レーザ媒質１０３内のビーム伝搬形状と整合するように、励起光ＬＰを整形してビームオーバーラップ効率を高めることも可能である。
【００２３】
たとえば、１．０μｍ帯の受動Ｑスイッチレーザ装置の場合には、レーザ媒質１０３として、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ｇｌａｓｓ、またはＹｂ：ＹＡＧのいずれかを使用し、可飽和吸収体１０５としては、Ｃｒ４＋：ＹＡＧ、Ｖ３＋ＹＡＧ、Ｃｒ４＋：ＧＳＧＧ、またはＳＥＳＡＭのいずれかを使用すればよい。
【００２４】
また、波長１．５〜１．７μｍのアイセーフ波長帯の受動Ｑスイッチレーザ装置の場合には、レーザ媒質１０３として、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｅｒ：ｇｌａｓｓ、Ｅｒ：ＹＡＧ、またはＥｒ：ＹＬＦのいずれかを使用し、可飽和吸収体１０５として、Ｃｏ：Ｓｐｉｎｅｌ、Ｃｏ２＋：ＺｎＳｅ、Ｃｒ２＋：ＺｎＳｅ、Ｃｏ２＋：ＺｎＳ、Ｃｒ２＋：ＺｎＳ、Ｆｅ２＋：ＺｎＳｅ、またはＦｅ２＋：ＺｎＳのいずれかを使用すればよい。
【００２５】
以下、図１に示した受動Ｑスイッチレーザ装置１００の動作について説明する。
まず、受動Ｑスイッチレーザ１０１から出力された発振光ＬＯの一部は、分離ミラー１０７で分離されて、パルスタイミングモニタ１０８に入射される。
パルスタイミングモニタ１０８は、発振光ＬＯのパルス出力タイミングを計測し、基準クロック発生源１０９は、基準クロックＣＳを発生する。
【００２６】
比較器１１０は、パルスタイミングモニタ１０８から入力される発振光ＬＯのパルス出力タイミングと、基準クロック発生源１０９から入力される基準クロックＣＳとを比較し、基準クロックＣＳに対して発振光ＬＯのパルス出力タイミングが遅延しているか進んでいるかを判定し、比較結果としてパルス発生電源１１１に入力する。
【００２７】
パルス発生電源１１１は、比較器１１０の比較結果に応じて、発振光ＬＯのパルス出力タイミングと基準クロックＣＳとを同期させるための電流パルスＩｐを生成し、駆動電源１１２に入力する。
【００２８】
駆動電源１１２は、受動Ｑスイッチレーザ１０１からの発振光ＬＯ（光パルス）が発生していない時間に、発振光ＬＯのパルス出力タイミングと基準クロックＣＳとが互いに同期するように、励起源１０２に対して、オフセット電流Ｉａｖｅおよび電流パルスＩｐからなる励起源電流Ｉを供給する。
【００２９】
次に、図２〜図５を参照しながら、受動Ｑスイッチレーザ装置１００の動作について、さらに具体的に説明する。
まず、図２および図３を参照しながら、比較器１１０、パルス発生電源１１１および駆動電源１１２による動作（発振光ＬＯのパルス出力タイミングを基準クロックＣＳと同期させるための補正動作）について説明する。
【００３０】
図２、図３はこの発明の実施の形態１による動作を示すタイミングチャートであり、基準クロックＣＳと、駆動電源１１２からの励起源電流Ｉと、励起光ＬＰ（光パワー）と、発振光ＬＯ（光パワー）とを関連させて、時間ｔ（横軸）の経過に応じた各波形を示している。
図２は発振光ＬＯのパルス出力タイミングが遅延した場合の同期補正動作を示しており、図３は発振光ＬＯのパルス出力タイミングが進んだ場合の同期補正動作を示している。
【００３１】
図２、図３において、基準クロック発生源１０９から発生する基準クロックＣＳは、所定のパルス周期を有する複数の信号パルスＣ１〜Ｃ６（パルス列）からなる。
受動Ｑスイッチレーザ１０１から出力される発振光ＬＯは、基準クロックＣＳに対してランダム位相を有する初期の光パルスＯ１〜Ｏ３と、同期調整後の光パルスＯ４〜Ｏ６とを含む複数の光パルスＯ１〜Ｏ６（パルス列）からなる。
【００３２】
発振光ＬＯのパルス出力タイミングは、オフセット電流Ｉａｖｅと、可飽和吸収体１０５の吸収長および濃度で決定される初期透過率と、共振器内の損失とによって決定される。
なお、初期の光パルスＯ１〜Ｏ３のパルス出力タイミングは、ランダム位相であるが、励起源電流Ｉのオフセット電流Ｉａｖｅがあらかじめ適切に調整設定されており、基準クロックＣＳの周期ｔ１（目標値周期）と一致しているものとする。
【００３３】
図２において、発振光ＬＯの初期の光パルスＯ１〜Ｏ３は、基準クロックＣＳの信号パルスＣ１〜Ｃ３の立ち上がりタイミングよりも遅延しているが、励起源電流Ｉ（オフセット電流Ｉａｖｅ）に正極性の電流パルスＩｐ１を付加した後の光パルスＯ４〜Ｏ６は、信号パルスＣ４〜Ｃ６の立ち上がりタイミングに同期している。
【００３４】
図３において、発振光ＬＯの初期の光パルスＯ１〜Ｏ３は、基準クロックＣＳの信号パルスＣ１〜Ｃ３の立ち上がりタイミングよりも進んでいるが、励起源電流Ｉ（オフセット電流Ｉａｖｅ）に負極性の電流パルスＩｐ１を付加した後の光パルスＯ４〜Ｏ６は、信号パルスＣ４〜Ｃ６の立ち上がりタイミングに同期している。
【００３５】
図２において、パルス発生電源１１１は、比較器１１０からの位相遅延情報に応答して、光パルスＯ４の位相を進めるための正極性の電流パルスＩｐ１を生成する。すなわち、駆動電源１１２から励起源１０２に供給される励起源電流Ｉ（一定のオフセット電流Ｉａｖｅ）には、正極性の最大値ＩＨおよびパルス幅τを有する電流パルスＩｐ１が付加される。
【００３６】
これにより、受動Ｑスイッチレーザ１０１において、励起源１０２から出力される励起光ＬＰ（一定のオフセットパワーＰａｖｅ）には、電流パルスＩｐ１に追従した正極性の最大値ＰＨおよびパルス幅τを有する励起光パルスＰｐ１が付加される。
【００３７】
このように、光パルスＯ３の出力後から光パルスＯ４が出力前までの中間位置（発振光ＬＯの非発生期間）で正極性の電流パルスＩｐ１が付加されると、光パルスＯ４は、基準クロックＣＳの信号パルスＣ４の立ち上がりタイミングと同期して、周期ｔ１よりも短い周期ｔ２で出力される。
【００３８】
以下、同期補正後の光パルスＯ４〜Ｏ６のパルス出力タイミングは、初期の光パルスＯ１〜Ｏ３と同一の周期ｔ１を有するとともに、基準クロックＣＳの信号パルスＣ４〜Ｃ６の立ち上がりタイミングと同期するようになる。
【００３９】
一方、図３において、パルス発生電源１１１は、比較器１１０からの位相進み情報に応答して、光パルスＯ４の位相を遅延させるための負極性の電流パルスＩｐ２を生成する。すなわち、駆動電源１１２から励起源１０２に供給される励起源電流Ｉ（一定のオフセット電流Ｉａｖｅ）には、負極性の最大値ＩＬおよびパルス幅τを有する電流パルスＩｐ２が付加される。
【００４０】
これにより、受動Ｑスイッチレーザ１０１において、励起源１０２から出力される励起光ＬＰ（一定のオフセットパワーＰａｖｅ）には、電流パルスＩｐ２に追従した負極性の最大値ＰＬおよびパルス幅τを有する励起光パルスＰｐ２が付加される。
【００４１】
このように、光パルスＯ３の出力後から光パルスＯ４が出力前までの中間位置（発振光ＬＯの非発生期間）で負極性の電流パルスＩｐ２が付加されると、光パルスＯ４は、基準クロックＣＳの信号パルスＣ４の立ち上がりタイミングと同期して、周期ｔ１よりも長い周期ｔ３で出力される。
【００４２】
以下、同期補正後の光パルスＯ４〜Ｏ６のパルス出力タイミングは、初期の光パルスＯ１〜Ｏ３と同一の周期ｔ１を有するとともに、基準クロックＣＳの信号パルスＣ４〜Ｃ６の立ち上がりタイミングと同期するようになる。
【００４３】
なお、電流パルスＩｐの入力時の発振光ＬＯのパルス出力タイミングは、レート方程式を用いて、励起パワーを時間的に変化させることにより計算することができる。
次に、図４および図５を参照しながら、パルス発生電源１１１の具体的な計算機能について説明する。
【００４４】
図４は励起光ＬＰおよび発振光ＬＯの各時間波形の計算結果を示す特性図であり、横軸は時間［ｍｓ］、縦軸は強度［ａ．ｕ．］を示しており、図４（ａ）は図２の動作に対応し、図４（ｂ）は図３の動作に対応している。
【００４５】
図４（ａ）は、正極性の電流パルスＩｐ１を付加したときの励起源１０２からの励起光ＬＰのパワー（破線）と発振光ＬＯ（光パルスＯｉ）との関係を示しており、図４（ｂ）は、負極性の電流パルスＩｐ２を付加したときの励起源１０２からの励起光ＬＰのパワー（破線）と発振光ＬＯ（光パルスＯｊ）との関係を示している。
【００４６】
具体的には、図４（ａ）では、励起源１０２の平均励起パワーを１０［Ｗ］として、レーザ媒質１０３としてＥｒ：ＹＡＧを用い、可飽和吸収体１０５として初期透過率が８５％のＣｏ：Ｓｐｉｎｅｌを用い、出力反射鏡１０６の出力鏡反射率を６０％とした場合を想定して、電流パルスＩｐとしてパルス幅τ＝１５０［μｓ］で最大値ＩＨ（振幅）＝８［Ｗ］の正極性の電流パルスＩｐ１を入力した場合の、シミュレーション結果を示している。
【００４７】
図４（ａ）の場合、電流パルスＩｐ１（励起光パルスＰｐ１）の入力前後における発振光ＬＯのパルス周期ｔ１、ｔ２、ｔ１は、５３６［μｓ］から２９４［μｓ］まで短くなり、その後、５３６［μｓ］に復帰して、パルス列が得られている。
【００４８】
また、図４（ｂ）では、図４（ａ）と同様の条件下で、電流パルスＩｐとしてパルス幅τ＝１５０［μｓ］で最大値ＩＬ（振幅）＝８［Ｗ］の負極性の電流パルスＩｐ２を入力した場合の、シミュレーション結果を示している。
図４（ｂ）の場合、電流パルスＩｐ２（励起光パルスＰｐ２）の入力前後における発振光ＬＯのパルス周期ｔ１、ｔ３、ｔ２は、５３６［μｓ］から７４７［μｓ］まで長くなり、その後、５３６［μｓ］に復帰して、パルス列が得られている。
【００４９】
図５は電流パルスＩｐのパルス幅τとパルス周期ｔ２、ｔ３との関係（計算結果）を示す特性図であり、横軸はパルス幅τ［μｓ］、縦軸は電流パルスＩｐの入力前後でのパルス周期［ｍｓ］を示している。
図５において、横軸のマイナス側は負極性の電流パルスＩｐ２に対応しており、負極性の電流パルスＩｐ２を付加した場合には、パルス周期が長くなることを示している。
【００５０】
また、図５において、実線は、励起源１０２の平均出力パワーに対して１０％の振幅を有する電流パルスＩｐを付加した場合の計算結果を示しており、破線は、励起源１０２の平均出力パワーに対して４０％の振幅を有する電流パルスＩｐを付加した場合の計算結果を示している。
【００５１】
図５から明らかなように、正極性の電流パルスＩｐ１のパルス幅τが広がるにつれて、電流パルスＩｐの入力前後でのパルス周期は短くなり、逆に、負極性の電流パルスＩｐ２のパルス幅が広がるにつれて、電流パルスＩｐ２の入力前後でのパルス周期は長くなる結果が得られる。
図５の計算結果から、電流パルスＩｐを付加することにより、発振光ＬＯ（光パルス）のパルス出力タイミングを制御することが可能なことが分かる。
【００５２】
なお、上記説明では、励起源１０２に対する励起源電流Ｉのオフセット電流Ｉａｖｅを一定値の定常供給電流（図２、図３参照）としたが、レーザ媒質１０３の蛍光寿命が短い場合には、オフセット電流Ｉａｖｅをパルス波形に変えて励起源１０２を動作させてもよい。
【００５３】
以上のように、この発明の実施の形態１（図１〜図５）に係る受動Ｑスイッチレーザ装置１００は、励起源１０２および共振器（レーザ媒質１０３、可飽和吸収体１０５、出力反射鏡１０６）を有し、励起源１０２により励起された発振光ＬＯを共振器から出力する受動Ｑスイッチレーザ１０１を備えている。
【００５４】
また、受動Ｑスイッチレーザ装置１００は、励起源１０２に一定のオフセット電流Ｉａｖｅを供給する駆動電源１１２と、オフセット電流Ｉａｖｅに電流パルスＩｐを付加するパルス発生電源１１１とを備えており、電流パルスＩｐにより発振光ＬＯのパルス出力タイミングを制御する。
さらに、パルス発生電源１１１は、発振光ＬＯの光パルスが発生していない時間に電流パルスＩｐを付加するように構成されている。
【００５５】
このように、発振光ＬＯ（光パルス）のパルス出力タイミングをモニタし、基準クロックＣＳとパルス出力タイミングとを同期させるように電流パルスＩｐを励起源１０２に入力することにより、１パルスあたりの出力エネルギーやパルス幅を変えることなく、連続的なパルス周波数（パルス周波数Ｆｐ）の調整に加えて、発振光ＬＯのパルス出力タイミングを制御することができる。
【００５６】
また、位置調整機構なども不要となるので、小型で振動や衝撃に対しても耐性を向上させるとともに、励起源１０２の寿命による出力劣化や温度変動などに対しても、自動的に周波数調整が可能な受動Ｑスイッチレーザ装置１００を実現することができる。
【００５７】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１）では、発振光ＬＯのパルス周期が基準クロックＣＳの周期ｔ５（目標値周期）と一致するように、励起源電流Ｉのオフセット電流Ｉａｖｅがあらかじめ調整されたものとして説明したが、励起源電流Ｉのオフセット電流を適性化するために、図６のように、パルス周波数Ｆｐをモニタする周波数測定装置２０８と、パルス周波数Ｆｐを目標周波数に一致させるための電流制御手段２１１とを設けてもよい。
【００５８】
図６はこの発明の実施の形態２に係る受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ａの構成を示すブロック図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。
【００５９】
図６において、受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ａは、励起源１０２、レーザ媒質１０３、反射防止膜１０４、可飽和吸収体１０５および出力反射鏡１０６からなる受動Ｑスイッチレーザ１０１と、分離ミラー１０７と、周波数測定装置２０８と、電流制御手段２１１と、駆動電源１１２Ａと、を備えている。
【００６０】
周波数測定装置２０８は、発振光ＬＯの分離光からパルス周波数Ｆｐを計測し、電流制御手段２１１は、パルス周波数Ｆｐの測定値と目標周波数との周波数差分に応じて、追加重畳用の補正オフセット電流Ｉｃを出力する。
電流制御手段２１１は、初期のオフセット電流Ｉａｖｅ０に補正オフセット電流Ｉｃを重畳した励起源電流Ｉを励起源１０２に供給する。
【００６１】
図７はこの発明の実施の形態２による動作を示すタイミングチャートであり、パルス周波数Ｆｐの初期測定値が目標周波数よりも低い（パルス周期が長い）場合の補正動作を示している。
図７においては、駆動電源１１２Ａから励起源１０２に供給される励起源電流Ｉと、励起源１０２から出力される励起光ＬＰと、受動Ｑスイッチレーザ１０１から出力される発振光ＬＯとの関係を、それぞれの時間波形により示している。
【００６２】
次に、図７を参照しながら、図６に示したこの発明の実施の形態２による動作について説明する。
まず、受動Ｑスイッチレーザ１０１から出力された発振光ＬＯの一部は、分離ミラー１０７で分離されて、周波数測定装置２０８に入射される。
【００６３】
周波数測定装置２０８は、発振光ＬＯの分離光からパルス周波数Ｆｐを計測し、電流制御手段２１１に入力する。
電流制御手段２１１は、発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐを目標周波数と一致させるための補正オフセット電流Ｉｃを生成し、所定のタイミングで駆動電源１１２Ａに入力する。
駆動電源１１２Ａは、オフセット電流Ｉａｖｅ０に補正オフセット電流Ｉｃを重畳させた励起源電流Ｉを励起源１０２に供給する。
【００６４】
このとき、図７に示すように、励起源電流Ｉは、初期のオフセット電流Ｉａｖｅ０（所定振幅の一定電流）から、発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐが目標周波数と一致する振幅のオフセット電流Ｉａｖｅ（一定電流）へと、所定のタイミングで徐々に変化する。
これにより、励起光ＬＰは、励起源電流Ｉに追従して、初期のオフセットパワーＰａｖｅ０から、目標値に一致した補正後のオフセットパワーＰａｖｅに徐々に変化する。
【００６５】
ここで、発振光ＬＯのパルス周期は、前述のように、駆動電源１１２Ａから励起源１０２に供給される励起源電流Ｉ（オフセット電流）と、可飽和吸収体１０５の吸収長および濃度で決定される初期透過率と、共振器内の損失とによって決まる。
【００６６】
したがって、発振光ＬＯは、初期のパルス周期ｔ５のパルス列から、オフセット電流がＰａｖｅ０からＰａｖｅに変化した際の変化前後のパルス周期ｔ４となり、最終変化後のパルス周期ｔ１（目標周期）のパルス列が得られる。
【００６７】
図７においては、励起光ＬＰの初期のオフセットパワーＰａｖｅ０が目標値のオフセットパワーＰａｖｅよりも大きい場合を示しており、励起源電流Ｉの補正時の発振光ＬＯのパルス周期の変化において、ｔ５＞ｔ４＞ｔ１となる。
逆に、励起光ＬＰの初期のオフセットパワーＰａｖｅ０が目標値のオフセットパワーＰａｖｅよりも小さい場合には、励起源電流Ｉの補正時の発振光ＬＯのパルス周期の変化において、ｔ５＜ｔ４＜ｔ１となる。
【００６８】
このように、周波数測定装置２０８で発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐをモニタしながら、パルス周波数Ｆｐが目標周波数と一致するように励起源電流Ｉを制御することにより、励起源電流Ｉの出力劣化や温度変動が発生しても、常にパルス周波数Ｆｐを自動的に目標周波数と一致させることができる。
【００６９】
なお、自動周波数制御方法の具体例としては、周波数測定装置２０８において、フォトダイオードなどを用いて発振光ＬＯの光パルスを電気信号に変換するとともに、Ａ／Ｄ変換器を用いて電気信号をデジタル変換し、光パルスのサンプリングを行い、ある時間内におけるサンプリング信号の各パルスのピークを求めるか、または、所定閾値を超えた回数を発振光ＬＯのパルス数としてカウントし、所定の目標周波数に相当するパルス数と一致するようにフィードバック制御を行う方法が考えられる。
【００７０】
また、自動周波数制御方法の他の具体例として、上記と同様に光パルスのサンプリングを行い、ある時間内におけるサンプリング信号の各パルスのピークを求めるか、または所定閾値を超えた時間と前述の基準クロックＣＳのタイミングとの時間差の平均値が一定値（または、時間差の分散がゼロ）になるように制御を行う方法も考えられる。
【００７１】
以上のように、この発明の実施の形態２（図６、図７）に係る受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ａは、励起源１０２および共振器（レーザ媒質１０３、可飽和吸収体１０５、出力反射鏡１０６）を有し、励起源１０２により励起された発振光ＬＯを共振器から出力する受動Ｑスイッチレーザ１０１と、励起源１０２に対して励起源電流Ｉを供給する駆動電源１１２Ａと、発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐを測定する周波数測定装置２０８と、を備えている。
【００７２】
駆動電源１１２Ａは、励起源電流Ｉにより、パルス周波数Ｆｐが所望の目標周波数と一致するように制御する
具体的には、周波数測定装置２０８と駆動電源１１２Ａとの間に挿入された電流制御手段２１１を備えており、電流制御手段２１１は、パルス周波数Ｆｐを目標周波数に一致させるための補正オフセット電流Ｉｃを出力する。これにより、駆動電源１１２Ａは、補正オフセット電流Ｉｃが付加された励起源電流Ｉを励起源１０２に供給する。
【００７３】
これにより、発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐが目標周波数となるように、励起源電流Ｉおよび励起光ＬＰが設定されるので、出力エネルギーやパルス幅を変えることなく、パルス周波数Ｆｐの調整および安定化を実現することができる。
また、位置調整機構なども不要となるので、小型で振動や衝撃に対して耐性の優れた受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ａを実現することができる。
【００７４】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態２（図６）では、発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐのみを制御したが、前述の実施の形態１（図１）のパルス出力タイミングの制御を組み合わせて、図８のように構成してもよい。
【００７５】
図８はこの発明の実施の形態３に係る受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂの構成を示すブロック図であり、前述（図１、図６参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｂ」を付して詳述を省略する。
【００７６】
図８において、受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂは、励起源１０２、レーザ媒質１０３、反射防止膜１０４、可飽和吸収体１０５および出力反射鏡１０６からなる受動Ｑスイッチレーザ１０１と、分離ミラー１０７、２０７と、反射ミラー３０７と、パルスタイミングモニタ１０８と、周波数測定装置２０８と、電流制御手段２１１と、基準クロック発生源１０９と、比較器１１０と、パルス発生電源１１１と、駆動電源１１２Ｂと、を備えている。
【００７７】
分離ミラー２０７は、分離ミラー１０７と周波数測定装置２０８との間に挿入されており、分離ミラー１０７からの分離光をさらに分離して、一方の分離光（透過光）を周波数測定装置２０８に入力する。
【００７８】
反射ミラー３０７は、分離ミラー２０７とパルスタイミングモニタ１０８との間に挿入されており、分離ミラー２０７からの他方の分離光（反射光）をパルスタイミングモニタ１０８に入力する。なお、分離ミラー２０７の反射光路にパルスタイミングモニタ１０８を配置すれば、反射ミラー３０７は不要となる。
【００７９】
次に、受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂの動作について説明する。
まず、受動Ｑスイッチレーザ１０１から出力された発振光ＬＯの一部は、分離ミラー１０７、２０７で分離されて、パルスタイミングモニタ１０８および周波数測定装置２０８に入射される。
【００８０】
周波数測定装置２０８は、発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐを計測し、電流制御手段２１１は、パルス周波数Ｆｐが目標周波数と一致するように、補正オフセット電流Ｉｃを生成して、駆動電源１１２Ｂから励起源１０２への励起源電流Ｉを制御する。
【００８１】
また、電流制御手段２１１による周波数制御に続いて、パルスタイミングモニタ１０８は、発振光ＬＯのパルス出力タイミングを計測し、比較器１１０およびパルス発生電源１１１は、パルス出力タイミングと基準クロックＣＳとが同期するように、駆動電源１１２Ｂからの励起源電源Ｉに電流パルスＩｐを付加する。
【００８２】
図９はこの発明の実施の形態３による動作を示すタイミングチャートであり、パルス周波数Ｆｐの補正前の初期測定値が目標周波数よりも低く（周期ｔ５が長く）、且つ周波数補正後の発振光ＬＯの出力位相が基準クロックＣＳよりも遅れている場合の補正動作を示している。
【００８３】
図９においては、基準クロック発生源１０９からの基準クロックＣＳと、パルス発生電源１１１からの電流パルスＩｐと、電流制御手段２１１からの補正オフセット電流Ｉｃにより制御されるオフセット電流Ｉａｖｅと、駆動電源１１２Ｂから励起源１０２に供給される励起源電流Ｉと、励起源１０２から出力される励起光ＬＰと、受動Ｑスイッチレーザ１０１から出力される発振光ＬＯとの関係を、それぞれの時間波形により示している。
【００８４】
図９において、基準クロックＣＳは、所定の周期ｔ１を有する信号パルス（パルス列）からなり、電流パルスＩｐの発生前の信号パルスＣｉ、Ｃ１、Ｃ２と、電流パルスＩｐの発生直前の信号パルスＣ３と、電流パルスＩｐの発生直後の信号パルスＣ４と、信号パルスＣ４に続く信号パルスＣ５、Ｃ６を含む。
【００８５】
また、発振光ＬＯは、周期ｔ５（＞ｔ１）を有する初期の光パルスＯｉ（パルス列）と、電流制御手段２１１（補正オフセット電流Ｉｃ）による周波数補正後の光パルスＯ１〜Ｏ３と、パルス発生電源１１１（電流パルスＩｐ）によるタイミング補正後の光パルスＯ４〜Ｏ６とを含む。
【００８６】
励起源電流Ｉのパルス出力タイミングは、所定タイミングで付加される電流パルスＩｐによって制御される。
この場合、電流パルスＩｐは、前述（図２）と同様に、正極性の最大値（振幅）ＩＨおよびパルス幅τを有する。
【００８７】
オフセット電流Ｉａｖｅは、光パルスＯ１の出力前の所定タイミングにおいて、周波数測定装置２０８および電流制御手段２１１により制御され、初期のパルス周期ｔ５に対応したオフセット電流Ｉａｖｅ０から、目標値周期（基準クロックＣＳの周期ｔ１）に対応したオフセット電流Ｉａｖｅに変化する。
【００８８】
これにより、光パルスＯ１以降のパルス周波数Ｆｐは、目標周波数と一致するようにフィードバック制御される。
ただし、この時点では、発振光ＬＯのパルス出力タイミングが基準クロックＣＳと同期しておらず、たとえば、発振光ＬＯの光パルスＯ３のタイミングは、基準クロックＣＳの信号パルスＣ３の立ち上がりタイミングよりも遅延している。
【００８９】
そこで、パルス発生電源１１１は、光パルスＯ４のタイミングを基準クロックＣＳの信号パルスＣ４の立ち上がりタイミングと同期させるために、光パルスＯ３と光パルスＯ４との間の期間に、正極性の電流パルスＩｐ１を出力し、オフセット電流Ｉａｖｅに付加する。
【００９０】
これにより、駆動電源１１２Ｂからの励起源電流Ｉは、電流制御手段２１１により周波数補正後のオフセット電流Ｉａｖｅと電流パルスＩｐとを足し合わせた波形となり、励起光ＬＰは、励起源電流Ｉに追従した波形となる。
【００９１】
すなわち、発振光ＬＯは、初期のパルス周期ｔ５の光パルスＯｉ（オフセットパワーＰａｖｅ０の励起光ＬＰで発振中のパルス列）において、電流制御手段２１１によりオフセットパワーがＰａｖｅ（＞Ｐａｖｅ０）に増大補正されると、周期ｔ４（＜ｔ５）の光パルスＯ１となり、その後、周期ｔ１（＜ｔ４）の光パルスＯ２、Ｏ３となる。
【００９２】
また、発振光ＬＯは、周期ｔ２（＜ｔ１）の光パルスＯ４により、基準クロックＣＳの立ち上がりタイミングに同期し、さらに、その後、周期ｔ１に復帰して、目標周波数で且つ基準クロックＣＳに同期した光パルスＯ５、Ｏ６（パルス列）となる。
光パルスＯ５、Ｏ６のタイミングは、基準クロックＣＳの信号パルスＣ５、Ｃ６の立ち上がりタイミングと同期して発振する。
【００９３】
以上のように、この発明の実施の形態３（図８、図９）に係る受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂは、前述の実施の形態１（図１）の構成に加えて、発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐを測定する周波数測定装置２０８を備えている。
【００９４】
駆動電源１１２Ｂは、オフセット電流Ｉａｖｅにより、発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐが所望の基準クロックＣＳの周波数（目標周波数）とほぼ一致するように制御するとともに、オフセット電流Ｉａｖｅに付加された電流パルスＩｐにより、発振光ＬＯのパルス出力タイミングが基準クロックＣＳとほぼ一致するように制御する。
【００９５】
これにより、発振光ＬＯのパルス出力タイミングとパルス周波数Ｆｐとを同時にモニタし、パルス周波数Ｆｐが目標周波数と一致するように、励起源電流Ｉのオフセット電流Ｉａｖｅを設定するとともに、パルス出力タイミングが基準クロックＣＳの周期ｔ１と同期するように電流パルスＩｐを付加することができる。
【００９６】
したがって、出力エネルギーやパルス幅を変えることなく、パルス周波数Ｆｐとパルス出力タイミングを制御することができる。
また、位置調整機構なども不要となるので、小型で振動や衝撃に対して耐性の優れた受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂが実現することができる。
【００９７】
実施の形態４．
なお、上記実施の形態３（図８）では、単体の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂを示したが、受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂを１つのレーザ装置ユニットとして、レーザ装置ユニットをｎ個（ｎは２以上の整数）並列配置して、図１０のように、マルチモジュール形式の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｃを構成してもよい。
【００９８】
図１０はこの発明の実施の形態４の構成を示すブロック図であり、前述（図８参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｃ」を付して詳述を省略する。
【００９９】
図１０において、マルチモジュール形式の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｃは、基準クロックＣＳを出力する基準クロック発生源１０９と、基準クロックＣＳを位相の異なる３個のクロック信号ＤＳ１〜ＤＳ３に分配する分配器４００と、３個のレーザ装置ユニット４０１〜４０３と、レーザ装置ユニット４０１〜４０３からの各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を合成して最終的な発振光ＬＯを出力する結合手段４１０と、を備えている。
【０１００】
ここでは、ｎ＝３の場合を示しているが、ｎは２以上の任意数に設定され得る。
各レーザ装置ユニット４０１〜４０３は、前述と同様の受動Ｑスイッチレーザ１０１と、分離ミラー１０７、２０７と、パルスタイミングモニタ１０８と、比較器１１０と、パルス発生電源１１１と、駆動電源１１２Ｂと、周波数測定装置２０８と、電流制御手段２１１と、を備えている。
【０１０１】
以下、同一構成からなるレーザ装置ユニット４０１〜４０３のうち、代表的に、１つのレーザ装置ユニット４０１に注目して説明する。
レーザ装置ユニット４０１内の比較器１１０は、分配器４００からのクロック信号ＤＳ１と、パルスタイミングモニタ１０８で計測された発振光ＬＯ１のパルス出力タイミングとを比較して、タイミング差分をパルス発生電源１１１に入力する。
【０１０２】
周波数測定装置２０８は、発振光ＬＯ１のパルス周波数Ｆｐを電流制御手段２１１に入力する。
駆動電源１１２Ｂは、電流制御手段２１１からの補正オフセット電流Ｉｃにより、パルス周波数Ｆｐが目標周波数と一致するように、励起源電流Ｉ１のオフセット電流Ｉａｖｅ１を適性化するとともに、パルス発生電源１１１からの電流パルスＩｐ１１により、発振光ＬＯ１のパルス出力タイミングをクロック信号ＤＳ１の立ち上がりタイミングと同期させる。
【０１０３】
なお、図１０においては、図示を省略しているが、レーザ装置ユニット４０２、４０３内の駆動電源１１２Ｂは、各々の励起源電流Ｉ２、Ｉ３のオフセット電流Ｉａｖｅ２、１３を適性化するとともに、パルス発生電源１１１からの電流パルスＩｐ２１、Ｉｐ３２により、各発振光ＬＯ２、ＬＯ３のパルス出力タイミングをクロック信号ＤＳ２、ＤＳ３の立ち上がりタイミングと同期させる。
【０１０４】
次に、代表的に１つのレーザ装置ユニット４０１に注目しながら、図１０に示したこの発明の実施の形態４に係る受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｃの動作について説明する。
レーザ装置ユニット４０１において、受動Ｑスイッチレーザ１０１の発振光ＬＯ１の一部は、分離ミラー１０７が分離され、パルスタイミングモニタ１０８および周波数測定装置２０８に入射される。
【０１０５】
周波数測定装置２０８は、発振光ＬＯ１のパルス周波数Ｆｐを計測し、電流制御手段２１１は、パルス周波数Ｆｐがクロック信号ＤＳ１の周波数と一致するように、駆動電源１１２Ｂから受動Ｑスイッチレーザ１０１への励起源電流Ｉ１（オフセット電流Ｉａｖｅ１）を制御する。
【０１０６】
Ｑスイッチレーザ１０１への励起源電流Ｉ１が適性化制御された後、パルスタイミングモニタ１０８は、受動Ｑスイッチレーザ１０１の発振光ＬＯ１のパルス出力タイミングを計測する。また、比較器１１０は、パルス出力タイミングの計測値と、分配器４００により３等分に分配されたクロック信号ＤＳ１（周期信号）とを比較する。
【０１０７】
パルス発生電源１１１は、比較器１１０からのタイミング差分に応じて、受動Ｑスイッチレーザ１０１の発振光ＬＯ１のパルス出力タイミングとクロック信号ＤＳ１のタイミングとが一致するように、電流パルスＩｐ１１を生成して駆動電源１１２Ｂを制御する。
【０１０８】
同様に、各レーザ装置ユニット４０２、４０３においても、励起源電流Ｉ２、Ｉ２（オフセット電流Ｉａｖｅ２、Ｉａｖｅ３）を制御するとともに、電流パルスＩｐ２１、Ｉｐ３２を生成して、発振光ＬＯ２、ＬＯ２のパルス出力タイミングとクロック信号ＤＳ２、ＤＳ３のタイミングとが一致するように、駆動電源１１２Ｂを制御する。
【０１０９】
図１１は図１０の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｃによる動作を示すタイミングチャートであり、レーザ装置ユニット４０１〜４０３内の各受動Ｑスイッチレーザ１０１が周波数制御（オフセット電流Ｉａｖｅ１〜Ｉａｖｅ３が適性化）された後の動作を示している。
【０１１０】
また、図１１においては、基準クロック発生源１０９からの基準クロックＣＳと、分配器４００により３等分に分配されたクロック信号ＤＳ１〜ＤＳ３と、各ユニット内の駆動電源１１２Ｂからの励起源電流Ｉ１〜Ｉ３と、各ユニットからの発振光ＬＯ１〜ＬＯ３と、各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を結合した発振光ＬＯとの各時間波形を示している。
【０１１１】
図１１において、基準クロック発生源１０９から発生する基準クロックＣＳは、所要のパルス周波数Ｆｐと同周期ｔ１の信号パルスＣ１１〜Ｃ２３（パルス列）からなる。
レーザ装置ユニット４０１に入力されるクロック信号ＤＳ１は、信号パルスＣ１１、Ｃ１４、Ｃ１７、Ｃ２０、Ｃ２３と同期したパルス列であり、レーザ装置ユニット４０２に入力されるクロック信号ＤＳ２は、信号パルスＣ１２、Ｃ１５、Ｃ１８、Ｃ２１と同期したパルス列であり、レーザ装置ユニット４０３に入力されるクロック信号ＤＳ３は、信号パルスＣ１３、Ｃ１６、Ｃ１９、Ｃ２２と同期したパルス列である。
【０１１２】
レーザ装置ユニット４０１内の励起源電流Ｉ１は、オフセット電流Ｉａｖｅ１に調整されるとともに、最大値ＩＨ１およびパルス幅τ１を有する正極性の電流パルスＩｐ１１が付加されている。
レーザ装置ユニット４０２内の励起源電流Ｉ２は、オフセット電流Ｉａｖｅ２に調整されるとともに、最大値ＩＨ２およびパルス幅τ２を有する正極性の電流パルスＩｐ２１が付加されている。
【０１１３】
レーザ装置ユニット４０３内の励起源電流Ｉ３は、オフセット電流Ｉａｖｅ３（＞Ｉａｖｅ１＞Ｉａｖｅ２）に調整されるとともに、最大値ＩＬ３およびパルス幅τ３（τ１＞τ３＞τ２）を有する負極性の電流パルスＩｐ３２が付加されている。
【０１１４】
レーザ装置ユニット４０１から出力される発振光ＬＯ１のタイミングは、レーザ装置ユニット４０１内のオフセット電流Ｉａｖｅ１と、受動Ｑスイッチレーザ１０１内の可飽和吸収体の吸収長および濃度で決定される初期透過率と、共振器内の損失とにより決定される。
【０１１５】
同様に、他のレーザ装置ユニット４０２、４０３からは、それぞれ個々のオフセット電流Ｉａｖｅ２、Ｉａｖｅ３と、受動Ｑスイッチレーザ１０１内の可飽和吸収体の吸収長および濃度で決定される初期透過率と、共振器内の損失とにより決定されるランダムなタイミングで、発振光ＬＯ２、ＬＯ３が出力される。
【０１１６】
発振光ＬＯ１のパルス列は、初期（ランダムタイミング）の光パルスＯ１１、Ｏ１２と、クロック信号ＤＳ１（基準クロックＣ１７、Ｃ２０、Ｃ２３）の立ち上がりタイミングに同期補正された光パルスＯ１３〜Ｏ１５とを含む。
これにより、タイミング同期補正後の発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐは、各クロック信号ＤＳ１〜ＤＳ３の周波数の３倍に設定されることになる。
【０１１７】
同様に、発振光ＬＯ２のパルス列は、初期の光パルスＯ２１、Ｏ２２と、クロック信号ＤＳ２（基準クロックＣ１８、Ｃ２１）の立ち上がりタイミングに同期補正された光パルスＯ２３、Ｏ２４とを含み、発振光ＬＯ３のパルス列は、初期の光パルスＯ３１、Ｏ３２と、クロック信号ＤＳ３（基準クロックＣ１９、Ｃ２２）の立ち上がりタイミングに同期補正された光パルスＯ３３、Ｏ３４とを含む。
【０１１８】
発振光ＬＯのパルス列は、初期の光パルスＯ１１、Ｏ２１、Ｏ３１を合成した光パルスＯ４１と、初期の光パルスＯ１２、Ｏ２２、Ｏ３２を合成した光パルスＯ４２と、基準クロックＣ１７〜Ｃ２３の立ち上がりタイミングに同期補正された光パルスＯ１３〜Ｏ１５、Ｏ２３、Ｏ２４、Ｏ３３、Ｏ３４とを含む。
【０１１９】
光学系からなる結合手段４１０は、発振光ＬＯ１〜ＬＯ３（互いに異なる偏光のレーザ光）を合成して最終的な発振光ＬＯを生成するために、たとえば偏光ビームスプリッタなどを用いて偏波合成して、各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を同一光軸に出射してもよい。
また、結合手段４１０は、各レーザ光の波長を変えてフィルタで合成する波長合波などを用いることにより、各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を同一光軸に結合して出射することもできる。
【０１２０】
以上のように、この発明の実施の形態４（図１０、図１１）に係るマルチモジュール形式の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｃは、図８の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂをレーザ装置ユニットとして、レーザ装置ユニットをｎ個（ｎは２以上の整数）並列配置して構成されており、たとえば、３個のレーザ装置ユニット４０１〜４０３に対して、周波数が同一で互いに位相が異なる３個のクロック信号ＤＳ１〜ＤＳ３を個別に入力する。
【０１２１】
これにより、３個のレーザ装置ユニット４０１〜４０３から出射される各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を合成した発振光ＬＯのパルス周波数Ｆｐは、基準クロックＣＳの周波数（各クロック信号ＤＳ１〜ＤＳ３の周波数の３倍）に設定される。
すなわち、ｎ個（ｎ≧２）のレーザ装置ユニット（受動Ｑスイッチレーザ装置）を組み合わせることにより、周波数のばらつきを小さく抑制しつつ、パルス周波数Ｆｐがレーザ装置ユニットの単体に対してｎ倍となる受動Ｑスイッチレーザ装置を得ることができる。
【０１２２】
したがって、超小型な平面導波路型の受動Ｑスイッチパルスレーザや、マイクロチップの受動Ｑスイッチパルスレーザにおいて、パワースケーリングの向上やパルス送信周波数（ＰＲＦ：Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の高周波化が可能となり、システムとして小型で、高効率、高信頼性なレーザシステムが実現可能となる。
【０１２３】
実施の形態５．
なお、上記実施の形態４（図１０、図１１）では、分配器４００を介して各レーザ装置ユニットの制御タイミングの位相を互いに異なるように設定し、最終的なパルス周波数がレーザ装置ユニットの単体に対してｎ倍となる受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｄを構成したが、図１２、図１３のように、分配器４００を削除して各レーザ装置ユニットの制御タイミングを同期させ、最終的なピークパワーがレーザ装置ユニットの単体に対してｎ倍となる受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｄを構成してもよい。
【０１２４】
図１２はこの発明の実施の形態５の構成を示すブロック図であり、前述（図１０参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｄ」を付して詳述を省略する。
また、ここでは、前述と同様に、レーザ装置ユニット数ｎが「３」の場合を示しているが、ｎは２以上の任意数に設定され得る。
【０１２５】
図１２において、マルチモジュール形式の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｄは、基準クロックＣＳを出力する基準クロック発生源１０９と、３個のレーザ装置ユニット４０１〜４０３と、レーザ装置ユニット４０１〜４０３からの各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を合成して最終的な発振光ＬＯを出力する結合手段４１０と、を備えている。
【０１２６】
各レーザ装置ユニット４０１〜４０３は、前述と同様の受動Ｑスイッチレーザ１０１と、分離ミラー１０７、２０７と、パルスタイミングモニタ１０８と、比較器１１０と、パルス発生電源１１１と、駆動電源１１２Ｂと、周波数測定装置２０８と、電流制御手段２１１と、を備えている。
【０１２７】
レーザ装置ユニット４０１〜４０３において、各比較器１１０には、基準クロック発生源１０９からの基準クロックＣＳと、パルスタイミングモニタ１０８からのパルス出力タイミングとが入力され、各受動Ｑスイッチレーザ１０１からは、発振光ＬＯ１〜ＬＯ３が出射される。
【０１２８】
以下、同一構成からなるレーザ装置ユニット４０１〜４０３のうち、代表的に、１つのレーザ装置ユニット４０１に注目して説明する。
レーザ装置ユニット４０１内の比較器１１０は、基準クロックＣＳと、パルスタイミングモニタ１０８で計測された発振光ＬＯ１のパルス出力タイミングとを比較して、タイミング差分をパルス発生電源１１１に入力する。
【０１２９】
周波数測定装置２０８は、発振光ＬＯ１のパルス周波数Ｆｐを電流制御手段２１１に入力する。
駆動電源１１２Ｂは、電流制御手段２１１からの補正オフセット電流Ｉｃにより、パルス周波数Ｆｐが目標周波数と一致するように、励起源電流Ｉ１のオフセット電流Ｉａｖｅ１を適性化するとともに、パルス発生電源１１１からの電流パルスＩｐ１１により、発振光ＬＯ１のパルス出力タイミングを基準クロックＣＳの立ち上がりタイミングと同期させる。
【０１３０】
なお、図１２においては、図示を省略しているが、レーザ装置ユニット４０２、４０３内の駆動電源１１２Ｂは、各々の励起源電流Ｉ２、Ｉ３のオフセット電流Ｉａｖｅ２、１３を適性化するとともに、パルス発生電源１１１からの電流パルスＩｐ２１、Ｉｐ３２により、各発振光ＬＯ２、ＬＯ３のパルス出力タイミングを基準クロックＣＳの立ち上がりタイミングと同期させる。
【０１３１】
次に、代表的に１つのレーザ装置ユニット４０１に注目しながら、図１２に示したこの発明の実施の形態５に係る受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｄの動作について説明する。
レーザ装置ユニット４０１において、受動Ｑスイッチレーザ１０１の発振光ＬＯ１の一部は、分離ミラー１０７が分離され、パルスタイミングモニタ１０８および周波数測定装置２０８に入射される。
【０１３２】
周波数測定装置２０８は、発振光ＬＯ１のパルス周波数Ｆｐを計測し、電流制御手段２１１は、パルス周波数Ｆｐが基準クロックＣＳの周波数と一致するように、駆動電源１１２Ｂから受動Ｑスイッチレーザ１０１への励起源電流Ｉ１（オフセット電流Ｉａｖｅ１）を制御する。
【０１３３】
Ｑスイッチレーザ１０１への励起源電流Ｉ１が適性化制御された後、パルスタイミングモニタ１０８は、受動Ｑスイッチレーザ１０１の発振光ＬＯ１のパルス出力タイミングを計測する。また、比較器１１０は、パルス出力タイミングの計測値と、基準クロックＣＳ（周期信号）とを比較する。
【０１３４】
パルス発生電源１１１は、比較器１１０からのタイミング差分に応じて、受動Ｑスイッチレーザ１０１の発振光ＬＯ１のパルス出力タイミングと基準クロックＣＳのタイミングとが一致するように、電流パルスＩｐ１１を生成して駆動電源１１２Ｂを制御する。
【０１３５】
同様に、各レーザ装置ユニット４０２、４０３においても、励起源電流Ｉ２、Ｉ２（オフセット電流Ｉａｖｅ２、Ｉａｖｅ３）を制御するとともに、電流パルスＩｐ２１、Ｉｐ３２を生成して、発振光ＬＯ２、ＬＯ２のパルス出力タイミングと基準クロックＣＳのタイミングとが一致するように、駆動電源１１２Ｂを制御する。
【０１３６】
図１３は図１２の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｄによる動作を示すタイミングチャートであり、前述（図１１参照）と同様の波形には、前述と同一符号が付されている。
図１３においては、レーザ装置ユニット４０１〜４０３内の各受動Ｑスイッチレーザ１０１が周波数制御（オフセット電流Ｉａｖｅ１〜Ｉａｖｅ３が適性化）された後の動作を示しており、基準クロック発生源１０９からの基準クロックＣＳと、各ユニット内の駆動電源１１２Ｂからの励起源電流Ｉ１〜Ｉ３と、各ユニットからの発振光ＬＯ１〜ＬＯ３と、各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を結合した発振光ＬＯとの各時間波形を示している。
【０１３７】
図１３において、基準クロック発生源１０９から発生する基準クロックＣＳは、所要のパルス周波数Ｆｐと同周期ｔ１の信号パルスＣ１１〜Ｃ１５（パルス列）からなる。
レーザ装置ユニット４０１内の励起源電流Ｉ１は、オフセット電流Ｉａｖｅ１に調整されるとともに、最大値ＩＨ１およびパルス幅τ１を有する正極性の電流パルスＩｐ１１が付加されている。
【０１３８】
レーザ装置ユニット４０２内の励起源電流Ｉ２は、オフセット電流Ｉａｖｅ２に調整されるとともに、最大値ＩＨ２およびパルス幅τ２を有する正極性の電流パルスＩｐ２１が付加されている。
【０１３９】
レーザ装置ユニット４０３内の励起源電流Ｉ３は、オフセット電流Ｉａｖｅ３（＞Ｉａｖｅ１＞Ｉａｖｅ２）に調整されるとともに、最大値ＩＬ３およびパルス幅τ３（τ１＞τ３＞τ２）を有する負極性の電流パルスＩｐ３２が付加されている。
【０１４０】
レーザ装置ユニット４０１から出力される発振光ＬＯ１のタイミングは、レーザ装置ユニット４０１内のオフセット電流Ｉａｖｅ１と、受動Ｑスイッチレーザ１０１内の可飽和吸収体の吸収長および濃度で決定される初期透過率と、共振器内の損失とにより決定される。
【０１４１】
同様に、他のレーザ装置ユニット４０２、４０３からは、それぞれ個々のオフセット電流Ｉａｖｅ２、Ｉａｖｅ３と、受動Ｑスイッチレーザ１０１内の可飽和吸収体の吸収長および濃度で決定される初期透過率と、共振器内の損失とにより決定されるランダムなタイミングで、発振光ＬＯ２、ＬＯ３が出力される。
【０１４２】
発振光ＬＯ１のパルス列は、初期（ランダムタイミング）の光パルスＯ１１、Ｏ１２と、基準クロックＣＳ１３、１４、１５の立ち上がりタイミングに同期補正された光パルスＯ１３〜Ｏ１５とを含む。
【０１４３】
同様に、発振光ＬＯ２のパルス列は、初期の光パルスＯ２１、Ｏ２２と、基準クロックＣＳ１３、１４、１５の立ち上がりタイミングに同期補正された光パルスＯ２３、Ｏ２４、Ｏ２５とを含み、発振光ＬＯ３のパルス列は、初期の光パルスＯ３１、Ｏ３２と、基準クロックＣＳ１３、１４、１５の立ち上がりタイミングに同期補正された光パルスＯ３３、Ｏ３４、Ｏ３５とを含む。
【０１４４】
最終的な発振光ＬＯのパルス列は、初期の光パルスＯ１１、Ｏ２１、Ｏ３１を合成した光パルスＯ４１と、初期の光パルスＯ１２、Ｏ２２、Ｏ３２を合成した光パルスＯ４２と、基準クロックＣＳ１３、１４、１５の立ち上がりタイミングに同期補正された後の光パルスＯ１３〜Ｏ１５、Ｏ２３〜Ｏ２５、Ｏ３３〜Ｏ３５を各出射タイミングで合成した光パルスＯ４３〜Ｏ４５とを含む。
【０１４５】
光学系からなる結合手段４１０は、発振光ＬＯ１〜ＬＯ３（互いに異なる偏光のレーザ光）を合成して最終的な発振光ＬＯを生成するために、たとえば偏光ビームスプリッタなどを用いて偏波合成して、各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を同一光軸に出射してもよい。
また、結合手段４１０は、各レーザ光の波長を変えてフィルタで合成する波長合波などを用いることにより、各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を同一光軸に結合して出射することもできる。
【０１４６】
以上のように、この発明の実施の形態５（図１２、図１３）に係るマルチモジュール形式の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｄは、図８の受動Ｑスイッチレーザ装置１００Ｂをレーザ装置ユニットとして、レーザ装置ユニットをｎ個（ｎは２以上の整数）並列配置して構成されており、たとえば、３個のレーザ装置ユニット４０１〜４０３に対して、周波数が同一で互いに同相の基準クロックＣＳを個別に入力する。
【０１４７】
これにより、３個のレーザ装置ユニット４０１〜４０３から出射される各発振光ＬＯ１〜ＬＯ３を合成した発振光ＬＯのピークパワーは３倍に増加する。すなわち、ｎ個（ｎ≧２）のレーザ装置ユニット（受動Ｑスイッチレーザ装置）を組み合わせることにより、ピークパワーがレーザ装置ユニットの単体に対してｎ倍となる受動Ｑスイッチレーザ装置を得ることができる。
【０１４８】
したがって、超小型な平面導波路型の受動Ｑスイッチパルスレーザや、マイクロチップの受動Ｑスイッチパルスレーザにおいて、パワースケーリングの向上やパルス送信周波数（ＰＲＦ：Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の高周波化が可能となり、システムとして小型で、高効率、高信頼性なレーザシステムが実現可能となる。
【符号の説明】
【０１４９】
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ 受動Ｑスイッチレーザ装置、１０１ 受動Ｑスイッチレーザ、１０２ 励起源、１０３ レーザ媒質、１０４ 反射防止膜、１０５ 可飽和吸収体、１０６ 出力反射鏡、１０７、２０７ 分離ミラー、１０８ パルスタイミングモニタ、１０９ 基準クロック発生源、１１０ 比較器、１１１ パルス発生電源、１１２、１１２、１１２Ａ、１１２Ｂ 駆動電源、２０８ 周波数測定装置、２１１ 電流制御手段、４００ 分配器、４０１〜４０３ レーザ装置ユニット、４１０ 結合手段、Ｃ１〜Ｃ５、Ｃ１１〜Ｃ２３、Ｃｉ 信号パルス、ＣＳ 基準クロック、ＤＳ１〜ＤＳ３ クロック信号、Ｆｐ パルス周波数、Ｉ 励起源電源、Ｉ、Ｉ１〜Ｉ３ 励起源電流、Ｉａｖｅ、Ｉａｖｅ０、Ｉａｖｅ１〜Ｉａｖｅ３ オフセット電流、Ｉｃ 補正オフセット電流、ＩＨ、ＩＨ１、ＩＨ２、ＩＬ、ＩＬ３ 最大値、Ｉｐ、Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ１１、Ｉｐ２１、Ｉｐ３２ 電流パルス、ＬＯ１〜ＬＯ３ 発振光、ＬＰ 励起光、Ｏ１〜Ｏ５、Ｏ１１〜Ｏ１５、Ｏ２１〜Ｏ２５、Ｏ３１〜Ｏ３５、Ｏ４１〜Ｏ４５、Ｏｉ、Ｏｊ 光パルス、Ｐａｖｅ、Ｐａｖｅ０ オフセットパワー、ＰＨ、ＰＬ 最大値、Ｐｐ１ 励起光パルス、Ｐｐ２ 励起光パルス、ｔ１〜ｔ５ パルス周期、τ、τ１〜τ３ パルス幅。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起源および共振器を有し、前記励起源により励起された発振光を前記共振器から出力する受動Ｑスイッチレーザと、
前記励起源に一定のオフセット電流を供給する駆動電源と、
前記オフセット電流に電流パルスを付加するパルス発生電源と、を備え、
前記電流パルスにより、前記発振光のパルス出力タイミングを制御することを特徴とする受動Ｑスイッチレーザ装置。
【請求項２】
前記パルス発生電源は、前記発振光の光パルスが発生していない時間に前記電流パルスを付加することを特徴とする請求項１に記載の受動Ｑスイッチレーザ装置。
【請求項３】
励起源および共振器を有し、前記励起源により励起された発振光を前記共振器から出力する受動Ｑスイッチレーザと、
前記励起源に対して励起源電流を供給する駆動電源と、
前記発振光のパルス周波数を測定する周波数測定装置と、を備え、
前記駆動電源は、前記励起源電流により、前記パルス周波数が所望の目標周波数と一致するように制御することを特徴とする受動Ｑスイッチレーザ装置。
【請求項４】
前記発振光のパルス周波数を測定する周波数測定装置を備え、
前記駆動電源は、
前記オフセット電流により、前記発振光のパルス周波数が所望の基準クロックの周波数とほぼ一致するように制御するとともに、
前記オフセット電流に付加された前記電流パルスにより、前記発振光のパルス出力タイミングが前記基準クロックとほぼ一致するように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の受動Ｑスイッチレーザ装置。
【請求項５】
前記周波数測定装置と前記駆動電源との間に挿入された電流制御手段を備え、
前記電流制御手段は、前記パルス周波数を前記目標周波数に一致させるための補正オフセット電流を出力し、
前記駆動電源は、前記補正オフセット電流が付加された励起源電流を前記励起源に供給することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の受動Ｑスイッチレーザ装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の受動Ｑスイッチレーザ装置をレーザ装置ユニットとして、前記レーザ装置ユニットをｎ個（ｎは２以上の整数）並列配置し、
前記ｎ個のレーザ装置ユニットに対して、周波数が同一で互いに位相が異なるｎ個のクロック信号を個別に入力することにより、
前記ｎ個のレーザ装置ユニットから出射される各発振光を合成した発振光のパルス周波数を、前記ｎ個のクロック信号の各々の周波数のｎ倍に設定したことを特徴とする受動Ｑスイッチレーザ装置。
【請求項７】
請求項４または請求項５に記載の受動Ｑスイッチレーザ装置をレーザ装置ユニットとして、前記レーザ装置ユニットをｎ個（ｎは２以上の整数）並列配置し、
前記ｎ個のレーザ装置ユニットに対して、周波数が同一で互いに同位相のクロック信号を個別に入力することにより、
前記ｎ個のレーザ装置ユニットから出射される各発振光を合成した発振光のピークパワーを、ｎ倍に設定したことを特徴とする受動Ｑスイッチレーザ装置。
【請求項８】
前記ｎ個のレーザ装置ユニットから出射される各発振光を同一光軸に結合するための光学系を備えたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の受動Ｑスイッチレーザ装置。
【請求項１】
励起源および共振器を有し、前記励起源により励起された発振光を前記共振器から出力する受動Ｑスイッチレーザと、
前記励起源に一定のオフセット電流を供給する駆動電源と、
前記オフセット電流に電流パルスを付加するパルス発生電源と、を備え、
前記電流パルスにより、前記発振光のパルス出力タイミングを制御することを特徴とする受動Ｑスイッチレーザ装置。
【請求項２】
前記パルス発生電源は、前記発振光の光パルスが発生していない時間に前記電流パルスを付加することを特徴とする請求項１に記載の受動Ｑスイッチレーザ装置。
【請求項３】
励起源および共振器を有し、前記励起源により励起された発振光を前記共振器から出力する受動Ｑスイッチレーザと、
前記励起源に対して励起源電流を供給する駆動電源と、
前記発振光のパルス周波数を測定する周波数測定装置と、を備え、
前記駆動電源は、前記励起源電流により、前記パルス周波数が所望の目標周波数と一致するように制御することを特徴とする受動Ｑスイッチレーザ装置。
【請求項４】
前記発振光のパルス周波数を測定する周波数測定装置を備え、
前記駆動電源は、
前記オフセット電流により、前記発振光のパルス周波数が所望の基準クロックの周波数とほぼ一致するように制御するとともに、
前記オフセット電流に付加された前記電流パルスにより、前記発振光のパルス出力タイミングが前記基準クロックとほぼ一致するように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の受動Ｑスイッチレーザ装置。
【請求項５】
前記周波数測定装置と前記駆動電源との間に挿入された電流制御手段を備え、
前記電流制御手段は、前記パルス周波数を前記目標周波数に一致させるための補正オフセット電流を出力し、
前記駆動電源は、前記補正オフセット電流が付加された励起源電流を前記励起源に供給することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の受動Ｑスイッチレーザ装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の受動Ｑスイッチレーザ装置をレーザ装置ユニットとして、前記レーザ装置ユニットをｎ個（ｎは２以上の整数）並列配置し、
前記ｎ個のレーザ装置ユニットに対して、周波数が同一で互いに位相が異なるｎ個のクロック信号を個別に入力することにより、
前記ｎ個のレーザ装置ユニットから出射される各発振光を合成した発振光のパルス周波数を、前記ｎ個のクロック信号の各々の周波数のｎ倍に設定したことを特徴とする受動Ｑスイッチレーザ装置。
【請求項７】
請求項４または請求項５に記載の受動Ｑスイッチレーザ装置をレーザ装置ユニットとして、前記レーザ装置ユニットをｎ個（ｎは２以上の整数）並列配置し、
前記ｎ個のレーザ装置ユニットに対して、周波数が同一で互いに同位相のクロック信号を個別に入力することにより、
前記ｎ個のレーザ装置ユニットから出射される各発振光を合成した発振光のピークパワーを、ｎ倍に設定したことを特徴とする受動Ｑスイッチレーザ装置。
【請求項８】
前記ｎ個のレーザ装置ユニットから出射される各発振光を同一光軸に結合するための光学系を備えたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の受動Ｑスイッチレーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１４２５２３（Ｐ２０１２−１４２５２３Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２３１（Ｐ２０１１−１２３１）
【出願日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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