Q開關雷射裝置的製作方法
2023-05-27 23:12:26
專利名稱：Q開關雷射裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及Q開關雷射裝置，更具體來說，涉及用於通過向Q開關施加RF(射頻)信號並調製該RF信號來產生峰形的雷射波的Q開關雷射裝置。
背景技術：
傳統上，Q開關雷射裝置廣泛用於諸如材料的切割、打孔和標記刻度(marking)的精密加工中，這種精密加工是通過利用稱作Q開關的光學裝置以雷射將積累在光學諧振器內的能量瞬時地釋放出來來進行的，所述雷射具有極高的峰值功率(單位W，瓦)。
參照圖9和圖10，來說明傳統Q開關雷射裝置中的驅動單元的配置和原理。圖9是示出在傳統Q開關雷射裝置中用於驅動Q開關的驅動單元的基本配置的框圖。圖10是表示構成所述驅動單元的組件所處理的信號的示意圖。
驅動單元30C包括RF振蕩器31』、開關脈衝發生器32』以及RF調製電路35』。
RF振蕩器31』振蕩產生例如如圖10所示的40MHz的RF信號。該RF信號用於操作未示出的Q開關，以便當把該RF信號輸入到光學諧振器20』時使Q值變為低值。開關脈衝發生器32』產生例如頻率為5kHz的開關脈衝(SP信號)(圖10)。所述SP信號的重複頻率，即其周期，確定了光學諧振器20』輸出的峰形雷射波25a』的重複周期。RF調製電路35與SP信號的低電平和高電平的時段相對應地對RF信號進行調製，並且產生RF調製信號(圖10)。
因為如果把RF調製信號(圖10)輸入到未示出的置於光學諧振器20』內的Q開關，當該RF調製信號處於ON狀態的時候，會增加諧振器的損失(Q值變為低值)，受激發射被抑制在光學諧振器20』的內部，從而雷射振蕩導致停止其產生。而當RF調製信號處於OFF狀態的時候，諧振器損失減少(Q值變為高值)。在經過當RF調製信號從ON狀態變為OFF狀態時的恆定延時τ之後，將峰形的雷射波25a』輸出為連續脈衝雷射(例如見日本專利特開2000-101176中的0020到0100段和圖4、10、11，以及日本專利特開2002-359422中的0002到0006段和圖6)。
然而，在如上所述的傳統Q開關雷射裝置中，RF信號和SP信號分別從RF振蕩器31』和開關脈衝發生器32』中產生，並且是獨立信號。因此，如在圖10的放大部分視圖(a)、(b)和(c)中所示，RF調製信號在其向高電平的上升定時處的各相位不與任何相位一致。因此在RF調製信號變為OFF狀態(Q值從低值變為高值)的定時處的波形具有不穩定的形狀。這樣，由於在RF調製信號的ON時段的尾部處的波形的一致性，出現了這樣一種現象，在從光學諧振器20』發出的雷射波25a』中也沒有保持一致性。因此，由於成為用於產生RF調製信號的基礎的RF信號和SP信號的相位不同步，雷射波25a』的一致性沒有保持，抖動增加了，從而峰值功率和能量出現波動。例如，在進行標記刻度和微加工中使用這種脈衝雷射，存在不能保持預定形狀的問題。
另一方面，如在日本專利特開2001-7429中的發明所述，針對這種問題，提出了一種用於對準在施加給這些Q開關雷射的觸發脈衝的上升位置處的RF信號的相位的方法。但是，由於在此發明中沒有提出一種用於控制RF信號的OFF相位的具體電路，所以對雷射輸出需要由選通信號進行的脈衝雷射控制，並且脈衝雷射的脈衝距離不固定，從而認為這種方法不易於實現。
因此，為了解決上述問題，強烈需要提供一種沒有抖動的Q開關雷射裝置，通過安裝一用於使RF信號的相位與用於調製該RF信號的SP信號的相位同步的簡單電路，這種Q開關雷射裝置的輸出是穩定的。
發明內容
本發明致力於解決所述問題本發明的Q開關雷射裝置的第一方面是一種用於從光學諧振器輸出脈衝雷射的Q開關雷射裝置，該雷射裝置包括Q開關，用於改變用於所述光學諧振器的Q值的高/值；開關脈衝發生裝置，用於產生具有用於確定所述脈衝雷射的重複周期的頻率的開關脈衝；RF振蕩裝置，用於產生頻率比所述開關脈衝的頻率更高的RF信號；脈衝同步裝置，用於輸入所述開關脈衝和所述RF信號，並且輸出相位同步脈衝，在其中使所述開關脈衝的上升定時與所述RF信號的相位同步；以及RF調製裝置，用於輸入所述相位同步脈衝，並且將所述RF信號輸出為RF調製信號，在該RF調製信號中與一輸入信號的低電平和高電平中的任何一個的時段相對應地使所述RF信號處於ON/OFF狀態，其中，所述Q開關基於所述RF調製信號將所述光學諧振器的Q值改變為所述高值和所述低值中的任何一個。
根據這種配置，由RF調製裝置將RF信號轉換為RF調製信號，所述RF調製信號被調製得與相位同步脈衝(CP(時鐘脈衝)信號)的低電平和高電平中的任何一個相對應。如果將RF調製信號輸入到Q開關，則它與該RF調製信號相對應地將光學諧振器的Q值變為所述高值和所述低值中的任何一個。此外，當相位同步脈衝(CP信號)是高電平時，假定RF信號的振蕩停止，光學諧振器的Q值變為高值，從而輸出脈衝雷射。
由脈衝同步裝置將相位同步脈衝(CP信號)的相位與RF信號的相位同步。因此，在Q值從低值變為高值的定時處，即，在開關脈衝從低電平上升到高電平的定時處，RF調製信號的相位在任何定時處都相同。因此，在周期與開關脈衝的重複周期相同的峰形的雷射波中，減輕了抖動，並且最終從光學諧振器輸出了雷射波。
在此，將Q值表示為Q＝2π/G·(L/λ)，其中，G是損耗，L是光學諧振器內的光在其中往復的部分的長度，λ是波長。儘管當使Q值變為低值時，阻止了光子在光學諧振器內的往復運動，光學諧振器的損耗增加了，並且雷射振蕩受到了抑制，電子的反轉分布增大了。如果當電子的反轉分布增大並且激發能變為飽和狀態時，Q值徹底地變為高值，則輸出功率較大的峰形的雷射波。在此通過輸入到Q開關的RF調製信號，光學諧振器的G(損耗)定期地發生變化，從而按恆定周期(對應於開關脈衝的周期)重複Q值在低值與高值之間的變化。
此外，本發明的Q開關雷射裝置的第二方面，是在第一方面的Q開關雷射裝置中進行配置以輸入所述相位同步脈衝；具有一脈寬調製裝置，該脈寬調製裝置用於重新輸出一寬度調製脈衝，通過以一脈衝上升定時作為基點，把所述寬度調製脈衝的脈衝寬度變為預定的時段；並且使所述RF調製裝置輸入該寬度調製脈衝而非所述相位同步脈衝。
根據這種配置，通過自由地調節所述寬度調製脈衝的脈衝寬度tw，可以任意地設置光學諧振器的Q值變為高值時的時段。並且假定例如使用多功能IC電路(如單穩態多諧振蕩器)作為所述脈寬調製裝置，則可以便宜並且簡單地實現它。此外，假定在光學諧振器的Q值從低值變為高值後直到輸出雷射波的時間為τ，通過將脈衝寬度tw設置得比τ稍微大一點，在雷射波輸出後可以瞬時地將光學諧振器的Q值變到低值。這樣，由於可以縮短在雷射波輸出之後直到激發能變為飽和態的時段，所以可縮短在提高開關脈衝的頻率的條件下輸出雷射波的重複周期。
此外，本發明的Q開關雷射裝置的第三方面，是在第一方面的Q開關雷射裝置中進行配置以輸入相位同步脈衝；具有一復位裝置，該復位裝置用於通過以已經上升到高電平的相位同步脈衝的定時作為基點，在經過預定時段的定時處，將脈衝同步裝置的輸出復位到低電平；並且使RF調製裝置輸入一寬度調製脈衝而非所述相位同步脈衝，在該RF調製裝置中將相位同步脈衝的脈衝寬度調節為一預定時段。
根據這種配置，在從低電平變到高電平後，從脈衝同步裝置輸出的相位同步脈衝在經過設定時間(脈衝寬度)tw後又由復位裝置恢復到低電平。因此，和在本發明的第二方面中一樣，可以在不超出開關脈衝的脈衝寬度的範圍內自由地調節寬度調製脈衝的脈衝寬度tw，並且可以任意地設定光學諧振器的Q值變為高值時的周期。
此外，本發明的Q開關雷射裝置的第四方面，是在Q開光雷射裝置的第一到第三方面中的任何一個中進行配置以輸入RF調製信號；具有一信號分離電路裝置，該信號分離電路裝置用於將RF調製信號輸出到Q開關以及脈衝同步裝置；並且使脈衝同步裝置基於所述RF調製信號輸出相位同步脈衝而非RF信號。
根據這種配置，確保RF調製信號變為OFF的定時與相位同步脈衝的相位同步。
此外，本發明的Q開關雷射裝置的第五方面，是在Q開關雷射裝置的第一到第三方面中的任何一個中進行配置以具有一分頻裝置，該分頻裝置用於輸入所述RF信號和將該RF信號輸出到RF同步裝置以及脈衝同步裝置。
根據這種配置，將一開關脈衝轉換為相位同步脈衝並且從脈衝同步裝置中輸出，其中，所述開關脈衝的上升定時與RF信號的相位同步，所述RF信號在從RF振蕩裝置輸出之後由分頻裝置進行分頻。
此外，本發明的Q開關雷射裝置的第六方面，是在Q開關雷射裝置的第一至第五方面中的任何一個中進行配置，使所述脈衝同步裝置為D型觸發器。
根據這種配置，所述脈衝同步裝置由已商品化為多功能IC電路的D型觸發器構成，從而可以便宜且簡單地實現該脈衝同步裝置。
圖1是一個示出涉及本發明的Q開關雷射裝置的第一實施例中的基本配置的框圖。
圖2是示出在涉及本發明的Q開關雷射裝置中構成驅動單元的組件所處理的信號的示意圖。
圖3是示出涉及本發明的Q開關雷射裝置的第二實施例的基本配置的框圖。
圖4A-1到4A-3中的每一個都是曲線圖，示出在本發明中的RF調製信號的ON/OFF變化前/後的波形；4B-1到4B-3中的每一個都是曲線圖，示出在傳統示例中的RF調製信號ON/OFF變化前/後的波形圖。
圖5A是本發明中的一狀態下的複合波形圖，其中將時間軸對準並且將多個RF調製信號交疊起來；圖5B是傳統示例中的一狀態下的複合波形圖，其中將時間軸對準並且將多個RF調製信號交疊起來。
圖6A是本發明中的圖，其中重寫了輸出脈衝雷射的雷射波；圖6B是傳統示例中的圖，其中重寫了輸出脈衝雷射的雷射波。
圖7A是本發明中的輸出脈衝雷射的雷射波中的峰值功率的頻率分布圖；圖7B是傳統示例中的輸出脈衝雷射的雷射波中的峰值功率的頻率分布圖。
圖8A是本發明中的輸出脈衝雷射的雷射波中的能量的頻率分布圖；圖8B是傳統示例中的輸出脈衝雷射的雷射波中的能量的頻率分布圖。
圖9是示出傳統Q開關雷射裝置中的驅動單元的基本配置的框圖。
圖10是表示在傳統Q開關雷射裝置中構成驅動單元的組件所處理的信號的示意圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發明的實施例進行具體說明。
(第一實施例)下面參照圖1和圖2對發明的第一實施例進行說明。
Q開關雷射裝置10包括光學諧振器20和驅動單元30A。光學諧振器20包括固態雷射介質21、輸出鏡22、全反射鏡23以及Q開關24，並且輸出脈衝雷射25。此外，儘管沒有示出，在某些情況下，將一用於轉換雷射波長的非線性光學晶體布置在光學諧振器20的內部或外部。
固態雷射介質21是包括作為雷射介質的Nd、YAG及Nd、YVO4等的柱狀雷射棒。當布置在所述雷射棒的側圍附近的激發光源(未示出)點亮時，固態雷射介質21受到激發，激發能增大，從而發出螢光。
輸出鏡22使用石英和硬質玻璃中的任何一種作為基板，該基板的表面精度和表面粗糙度分別被加工為應用波長的十分之一和所述表面精度的百分之一；並且將一反射膜以多層形式形成在所述基板的表面上。在此假定輸出鏡22的反射率是R，則反射光和透射光的功率分別為R倍和(1-R)倍。即，所述反射膜的層數增加越多，反射率R越接近於1，從而使透射光的功率降低了。
全反射鏡23是這樣一種反射鏡，其中將所述反射膜加工得比輸出鏡22層數要多，並且使反射率R為1。因此，從固態雷射介質21產生並且透過Q開關24的螢光最終實現了全反射的條件，其中所述螢光被全反射鏡23幾乎100％地反射。
雖然Q開關24把光學諧振器20的Q值變為低值和高值中的任何一個，並且考慮到不同的類型，這裡假設它是由使用超聲波的布拉格衍射的聲光(acousto-optical)元件構成的。Q開關24具有由石英玻璃製成的入射窗24a，並且當未示出的壓電元件產生的超聲波傳播到入射窗24a時，出現了周期性的折射率分布。雖然在沒有折射率分布的狀態下，由固態雷射介質21發射的螢光透過入射窗24a到達全反射鏡23，但是在有折射率分布的狀態下，螢光發生衍射而不能透過入射窗24a。當將具有預定頻率的正弦波信號輸入到Q開關24時，未示出的壓電元件通過壓電效應產生超聲波。從而，通過在對所述正弦波信號(後面將要描述的RF信號)進行調製後將其輸入到Q開關24，可以與調製信號相對應地將光學諧振器20的Q值改變為所述低值和所述高值中的任何一個。
在如上配置的光學諧振器20中，首先，由於當將RF調製信號輸入到Q開關24時，固態雷射介質21發出的螢光在入射窗24a處發生了衍射，所以光學諧振器20的Q值降低(成為所述低值)，並且雷射振蕩停止。在此期間，由於固態雷射介質21的激發繼續，反轉分布變高，從而內部積累的激發能增大。接下來，當RF調製信號向Q開關24的輸入變為OFF狀態時，光學諧振器20的Q值恢復了(變為高值)，雷射振蕩開始。即，當由固態雷射介質21發射的螢光通過在由輸出鏡22和全反射鏡23構成的一對鏡之間反射而在固態雷射介質21中往復時，在短時間內通過受激發射發生了從高能級到低能級的躍遷。這樣，由於累積的激發能在短時間內從固態雷射介質21中發出，所以導致從光學諧振器20中的輸出鏡22輸出了峰形極高的雷射波25a(圖2)。
驅動單元30A包括RF振蕩器(RF振蕩裝置)31、開關脈衝發生器(開關脈衝發生裝置)32、脈衝同步電路(脈衝同步裝置)33、脈寬調製電路(脈寬調製裝置)34、RF調製電路(RF調製裝置)35、信號分離電路(信號分離裝置)36，以及脈衝整形電路38；驅動單元30A通過信號纜線37連接到光學諧振器20；並且執行Q開關的驅動控制。另外，如後所述，允許在RF振蕩器(RF振蕩裝置)31與RF調製電路(RF調製裝置)35之間恰當地提供一分頻電路(分頻裝置)39。
RF振蕩器31產生所述RF信號(見圖2)，當在Q開關24中輸入Q值時該RF信號使光學諧振器20的Q值成為低值，並且假定該RF信號具有40MHz的頻率。另外，在圖3中，略掉了分頻電路(分頻裝置)39，並且示出為將RF信號直接提供給RF調製電路35。
開關脈衝發生器32(見圖1)指定由光學諧振器20發出的脈衝雷射25的重複周期，並且產生頻率低於RF信號的頻率的開關脈衝(SP信號)(見圖2)。這裡，將定SP信號具有5kHz的頻率。
脈衝同步電路33(見圖1)具有作為輸入端子的D端子和CK端子以及作為輸出端子的Q端子。如果在將從低電平變到高電平的信號輸入到D端子之後，輸入到CK端子的信號從低電平變到高電平，則使D端子中的輸入值(高電平)成為從Q端子的輸出值。並且在該輸出值中，即使輸入到CK端子的輸入值改變了，在D端子的輸入電平保持的過程中Q端子的輸出電平也不改變。並且在輸入到D端子的信號電平從低電平變為高電平之後，在輸入到CK端子的信號從低電平變為高電平的定時處Q端子的輸出電平變為低電平。因此脈衝同步電路33包括D(延遲)型觸發器電路，從而可以便宜地形成電路。
在脈衝同步電路33(見圖1)中，將SP信號輸入到D端子，將後面描述的RFP信號輸入到CK端子，並且從Q端子輸出相位同步脈衝(CP信號)。首先，即使SP信號(參見圖2)的輸入從低電平變到高電平，CP信號也不立即從低電平變到高電平。即，CP信號與輸入到CK端子的REP信號從低電平變到高電平的定時相同步地從低電平變到高電平。並且在SP信號保持高電平的過程中，CP信號也保持高電平。接下來，即使SP信號從高電平變到低電平，CP信號也不立即從高電平變到低電平，然後，CP信號與REP信號從低電平變到高電平相同步地變到低電平。
如上所述，由脈衝同步電路33的動作將CP信號的脈衝的上升部分(L→H)和下降部分(H→L)的相位與REP信號的上升部分(L→H)的相位對齊，並且最終從Q端子輸出該CP信號的相位。因此，結果使CP信號的上升部分與REP信號的相位同步，使Q開關24將Q值從低值變為高值的定時與REP信號的相位同步，並且產生了減輕輸出雷射波25a(參見圖2)的抖動的效果。
在脈衝同步電路34(參見圖1)中，輸入CP信號，脈衝同步電路34對該CP信號中的脈衝的下降部分進行調節(參見圖2)，並且輸出被調製成預定脈衝寬度tw的寬度調製脈衝(WMP信號)。在此，脈衝同步電路34例如是單穩態多諧振蕩器。通過脈衝同步電路34，可以不管SP信號的脈衝寬度任意地設置使Q值變為高值的OFF時段。因此，如果當產生在RF調製信號從ON變到OFF之後直至峰形雷射波25a的延時τ時，OFF時段將脈衝寬度tw調節成比延時τ稍微大點的值，並且改變SP信號的輸出頻率，以使ON時段成為激發能變為飽和狀態時所必需且足夠的時段，然後可以縮窄輸出雷射波25a時的周期距離。因此，可以使從光學諧振器20輸出的脈衝雷射25具有高能。
在RF調製電路35(參見圖1)中，輸入WMP信號和RF信號，並且RF調製電路35與所述WMP信號的高電平和低電平中的任何一個相對應地輸出RF調製信號(參見圖2)。RF調製信號被輸入到Q開關，它使光學諧振器20的Q值變為與該RF調製信號的OFF時段對應的高值和與ON時段對應的低值。此外，在RF調製信號從ON時段變到OFF時段的改變定時處，WMP信號的上升部分與RF信號的相位同步，因此，在任何情況下都對齊了RF調製信號的相位(參見圖2中的部分放大圖(a)到(c))。
信號分離電路36(參見圖1)設置在RF調製電路35與Q開關24之間，用於將RF調製信號分離成輸出到Q開關24的信號和用於執行對脈衝同步電路33進行反饋的信號。
信號纜線37將信號分離電路36的輸出端子與Q開關24的輸入端耦合起來，並且具有50Ω的阻值。因此，信號纜線37使輸入/輸出端子彼此一致，都具有50Ω，從而具有防止高頻信號反射的功能。此外，通過使輸入/輸出的衰減率足夠大，信號纜線37可以將信號流中的損耗抑制得更少，並且還可將噪聲的影響抑制得更低，由此可以獲得穩定的雷射輸出。
脈衝整形電路38設置在信號分離電路36與脈衝同步電路33之間，並且具有將與信號分離電路36相分離的RF調製信號整形成類似脈衝並將其輸出為連續脈衝列的RFP信號(參見圖2)的功能。所輸出的RFP信號被輸入到脈衝同步電路33的CK端子，並且具有將SP信號的相位與如上所述的RF信號的相位相同步的功能。
接下來，參照圖1和圖2對驅動單元30A進行說明。從開關脈衝發生器32產生5kHz的開關脈衝(SP信號)，並且將其輸入到脈衝同步電路33的D端子。基於稍後描述的RF調製信號輸入其波形被整形成類似脈衝的脈衝列的RFP信號。
根據脈衝同步電路33的動作，在SP信號的輸入從低電平變到高電平之後，CP信號與輸入到CK端子的RFP信號從低電平變到高電平的定時相同步地從低電平變到高電平。並且在SP信號保持高電平的過程中，CP信號也保持高電平。接下來，CP信號與RFP信號從低電平變到高電平相同步地變到低電平。這樣，就將CP信號的脈衝上升/下降部分的相位與RFP信號的上升部分的相位對齊，並且從Q端子輸出CP信號。把CP信號輸入到脈寬調製電路34，並且在此，將一脈衝寬度輸出為其脈寬為預定時間tw的寬度調製脈衝(WMP信號)。在RF調製電路35中，與寬度調製脈衝(WMP信號)的低/高電平相對應地對從RF振蕩器31輸出的RF信號進行調製，並且將該RF信號輸出為RF調製信號。
將所述RF調製信號輸入到信號分離電路36，並且對其進行分離一個信號輸出到脈衝整形電路38；另一信號經由信號纜線37輸出到Q開關24。在將RF調製信號輸入到Q開關24的狀態下，光學諧振器20中的損耗增加了(Q值為低值)，光放大受到了抑制，從而不發生雷射振蕩；然而，固態雷射介質21內的激發能增加了。另一方面，在不把RF調製信號輸入到Q開關24的狀態下，光學諧振器20中的損耗降低了(Q值為高值)，並且帶點時間延遲(延時τ)地輸出峰形的雷射波25a。重複這種操作，從光學諧振器20輸出具有峰形的雷射波25a。
將從信號分離電路36分離出的RF調製信號輸入到脈衝整形電路38，並且輸出脈衝列的RFP信號。並且把該RFP信號輸入到脈衝同步電路33的CK端子。
由於根據上述的本發明，在Q值通過Q開關24從低值變為高值的定時處的RF調製信號的相位在任何定時處始終變得相同，所以最終可以輸出具有穩定峰形的雷射波25a。因此，當將Q開關雷射裝置10應用於標記刻度和用於微加工的工具機時，可以產生極精細的和符合設計者意圖的精密構圖信息，並且可以對工件進行加工。
同時，本實施例是用於說明本發明的一個示例，本發明並不限於上述實施例，在本發明的精神和範圍內可以獲得各種變型。在上述說明中，在圖1中示出了輸入到脈衝同步電路33的CK端子的信號是經由脈衝整形電路38由信號分離電路36分離出的RF調製信號(路線A)。另一方面，例如，在以下情況下也可以獲得相同的效果RF振蕩器31導入分頻電路(分頻裝置)39以對所輸出的RF信號進行分頻，並且直接地(路線C)或者通過脈衝整形電路38(路線B)適當地將經分頻的RF信號輸入到脈衝同步電路33。
(第二實施例)接下來，參照圖3對本發明的第二實施例進行說明。同時，在圖3中，將省略與圖1中相同或等同的部分，這些部分具有相同的符號。
本實施例的特徵，即，圖3與圖1之間在電路操作方面的差異在於通過取消脈寬調製電路34(參見圖1)和引入復位電路41(參見圖3)，來產生寬度調製脈衝(WMP信號)。
與脈衝同步電路33相比(參見圖1)，脈衝同步電路33』(參見圖3)還具有一復位端子(R端子)。與將一低電平信號輸入到R端子相同時地，使Q端子的輸出信號變為低電平，接下來把一高電平信號輸入到D端子，然後，在將一高電平信號輸入到CK端子的過程中，脈衝同步電路33』具有保持Q端子的輸出信號為低電平的作用。同時，儘管在圖3中將由信號分離電路36分離出的RF調製信號直接輸入到CK端子，也可以在經由脈衝整形電路38(參見圖1)將它整形為脈衝列後再輸入。
在復位電路41中，輸入來自Q端子的輸出，該輸入信號從低電平變到高電平，並且在經過預定時間(脈衝寬度)tw之後，復位電路41向脈衝同步電路33』的R端子發送一低電平信號。因此，復位電路41具有一強制使來自脈衝同步電路33』的Q端子的輸出變為低電平的動作。通過脈衝同步電路33』和復位電路41的動作，復位電路41產生與第一實施例中相同的寬度調製脈衝(WMP信號)(參見圖2)。
因此，開關脈衝(SP信號)由復位電路41的動作調節成脈衝寬度tw，並且被轉換為寬度調製脈衝(WMP信號)，該開關脈衝的上升相位與所述RF調製信號的相位同步。此後，在RF調製電路35中，最終由RF信號和寬度調製脈衝(WMP信號)形成RF調製信號。
接下來，對用於驗證本發明的效果的示例進行說明。使用第一實施例的Q開關雷射裝置10，在執行RF信號(或RF調製信號)和CP信號的相位同步調節的情況下和在不執行所述相位同步調節的另一情況下，對RF調製信號的ON時段結束時的定時處的波形進行比較。在此，成為所述RF調製信號的RF信號的頻率為40MHz，而SP信號的頻率為5kHz。
圖4A-1到圖4A-3是曲線圖，示出了當執行相位同步調節時(本發明)在RF調製信號中的ON/OFF變化前/後的波形。如圖所示，剛好在RF調製信號的ON/OFF變化點A1到A3之後的端點處的任何波形都具有相同的形狀。根據該結果，通過使CP信號的上升部與RF信號的相位相同步，可知在RF調製信號以光學方式關閉/打開Q開關24的定時處的波形可重複性變得穩定了。圖5A是執行了相位同步調節時(本發明)的複合曲線圖，其中，在對準時間軸的情況下，將多個RF信號交疊在一起。根據圖5A，可以更清楚地知道，在本發明中，在RF調製信號的OFF定時處沒有相位偏差。
圖4B-1到圖4B-3是曲線圖，示出了當未執行相位同步調整時(傳統示例)在RF調製信號中ON/OFF發生變化前/後的波形。如圖所示，在RF調製信號的ON/OFF變化點B1到B3中的每一個之後的端點處的波形中存在大約一個周期的偏差。根據該結果，由相應的獨立RF信號和SP信號形成RF調製信號，可以理解在RF調製信號以光學方式關閉/打開Q開關24的定時處的波形可重複性變得不穩定了。圖5B是未執行相位同步調節時(傳統示例)的複合曲線圖，在對準時間軸的情況下，將多個RF信號交疊在一起。根據圖5B，可以更清楚地理解，在傳統技術中，在RF調製信號的OFF定時處存在相位偏差。
接下來，對執行相位同步調節的情況下(本發明)和未執行相位同步調節的另一情況下(傳統示例)形成的RF調製信號的相應的輸出雷射波25a(參見圖2)的輸出結果進行比較。
圖6A是一曲線圖，其中，Q開關24由圖4A-1到圖4A-3中所示的RF調製信號(本發明，其中執行了相位同步調節)操作並且分別重寫了連續輸出的多個雷射波。圖6B是一曲線圖，其中，Q開關24』(未示出)由圖4B-1到圖4B-3中所示的RF調製信號(傳統示例，其中未執行相位同步調節)操作並且分別重寫了連續輸出的多個雷射波。
通過比較圖6A和圖6B可明顯看出，很清楚，通過執行相位同步調節並使在RF調製信號的ON時段的結束部分中的端點處的波形的可重複性穩定，雷射輸出變得穩定了，並且雷射波的抖動降低了。換句話說，通過使RF調製信號變為ON/OFF的定時與RF信號的相位相同步，結果使脈衝雷射25的輸出變穩定了。
圖7A和圖7B中的每一個都是曲線圖，分別示出圖6A和圖6B中的雷射波的峰值功率(最大值)的相對值。橫軸表示其他雷射波的峰值功率與成為標準的雷射波的峰值功率的比，縱軸表示每個比值下的頻率。在圖7A中，顯示了±0.5％(rms)的rms值，rms值表示頻率分布的偏差度。另一方面，在圖7B中，示出了±1.2％(rms)，它表示通過實現本發明改進了雷射波的峰值功率的偏差的結果。
圖8A和圖8B中的每一個都是曲線圖，分別示出圖6A和圖6B中的雷射波的能量(等效于波形的面積)的相對值。橫軸表示其他雷射波的能量與成為標準的雷射波的能量的比，縱軸表示每個比值下的頻率。在圖8A中，顯示了±0.4％(rms)的rms值，而在圖8B中，示出了±1.2％(rms)的rms值。也就是說，它表示通過實現本發明改進了雷射波的能量偏差的結果。
權利要求
1.一種用於從光學諧振器輸出脈衝雷射的Q開關雷射裝置，該裝置包括Q開關，用於改變用於所述光學諧振器的Q值的高值和低值中的任何一個；開關脈衝發生裝置，用於產生具有用於確定所述脈衝雷射的重複周期的頻率的開關脈衝；RF振蕩裝置，用於產生頻率比所述開關脈衝的頻率高的RF信號；脈衝同步裝置，用於輸入所述開關脈衝和所述RF信號，並且輸出相位同步脈衝，在該脈衝同步裝置中，使所述開關脈衝的上升定時與所述RF信號的相位相同步；以及RF調製裝置，用於輸入所述相位同步脈衝，並且將所述RF信號輸出為該RF信號的RF調製信號，所述RF信號被與一輸入脈衝的低電平和高電平中的任何一個的時段相對應地改變為ON/OFF狀態，其中，所述Q開關基於所述RF調製信號將所述光學諧振器的Q值改變為所述高值和所述低值中的任何一個。
2.根據權利要求1所述的Q開關雷射裝置，其包括一脈寬調製裝置，該脈寬調製裝置用於輸入所述相位同步脈衝和輸出一寬度調製脈衝，在該寬度調製脈衝中通過以一脈衝的上升定時作為基點使脈衝寬度變為預定時段，其中所述RF調製裝置輸入該寬度調製脈衝而非所述相位同步脈衝。
3.根據權利要求1所述的Q開關雷射裝置，其包括一復位裝置，該復位裝置用於輸入所述相位同步脈衝，當該相位同步脈衝上升到高電平時使一脈衝的上升定時作為基點，以及在經過一預定時段的定時處將所述脈衝同步裝置的輸出復位為低電平，其中所述RF調製裝置輸入寬度調製脈衝而非所述相位同步脈衝，並且其中，所述寬度調製脈衝包括所述相位同步脈衝的由所述復位裝置調節為所述預定時段的脈衝寬度。
4.根據權利要求1所述的Q開關雷射裝置，其包括一信號分離裝置，該信號分離裝置用於輸入所述RF調製信號，將該RF調製信號輸出到所述Q開關，並且還將所述RF調製信號輸出到所述脈衝同步裝置，其中所述脈衝同步裝置基於所述RF調製信號輸出所述相位同步脈衝而非所述RF信號。
5.根據權利要求2所述的Q開關雷射裝置，其包括一信號分離裝置，該信號分離裝置用於輸入所述RF調製信號，將該RF調製信號輸出到所述Q開關，並且還將所述RF調製信號輸出到所述脈衝同步裝置，其中所述脈衝同步裝置基於所述RF調製信號輸出所述相位同步脈衝而非所述RF信號。
6.根據權利要求3所述的Q開關雷射裝置，其包括一信號分離裝置，該信號分離裝置用於輸入所述RF調製信號，將該RF調製信號輸出到所述Q開關，並且還將所述RF調製信號輸出到所述脈衝同步裝置，其中所述脈衝同步裝置基於所述RF調製信號輸出所述相位同步脈衝而非所述RF信號。
7.根據權利要求1所述的Q開關雷射裝置，其包括一分頻裝置，該分頻裝置用於輸入所述RF信號，將該RF信號輸出到所述RF調製裝置，並且還將所述RF信號輸出到所述脈衝同步裝置。
8.根據權利要求2所述的Q開關雷射裝置，其包括一分頻裝置，該分頻裝置用於輸入所述RF信號，將該RF信號輸出到所述RF調製裝置，並且還將所述RF信號輸出到所述脈衝同步裝置。
9.根據權利要求3所述的Q開關雷射裝置，其包括一分頻裝置，該分頻裝置用於輸入所述RF信號，將該RF信號輸出到所述RF調製裝置，並且還將所述RF信號輸出到所述脈衝同步裝置。
10.根據權利要求4所述的Q開關雷射裝置，其包括一分頻裝置，該分頻裝置用於輸入所述RF信號，將該RF信號輸出到所述RF調製裝置，並且還將所述RF信號輸出到所述脈衝同步裝置。
11.根據權利要求5所述的Q開關雷射裝置，其包括一分頻裝置，該分頻裝置用於輸入所述RF信號，將該RF信號輸出到所述RF調製裝置，並且還將所述RF信號輸出到所述脈衝同步裝置。
12.根據權利要求6所述的Q開關雷射裝置，其包括一分頻裝置，該分頻裝置用於輸入所述RF信號，將該RF信號輸出到所述RF調製裝置，並且還將所述RF信號輸出到所述脈衝同步裝置。
13.根據權利要求1所述的Q開關雷射裝置，其中，所述脈衝同步裝置是D型觸發器。
14.根據權利要求2所述的Q開關雷射裝置，其中，所述脈衝同步裝置是D型觸發器。
15.根據權利要求3所述的Q開關雷射裝置，其中，所述脈衝同步裝置是D型觸發器。
16.根據權利要求4所述的Q開關雷射裝置，其中，所述脈衝同步裝置是D型觸發器。
17.根據權利要求5所述的Q開關雷射裝置，其中，所述脈衝同步裝置是D型觸發器。
18.根據權利要求6所述的Q開關雷射裝置，其中，所述脈衝同步裝置是D型觸發器。
19.根據權利要求7所述的Q開關雷射裝置，其中，所述脈衝同步裝置是D型觸發器。
20.根據權利要求8所述的Q開關雷射裝置，其中，所述脈衝同步裝置是D型觸發器。
21.根據權利要求9所述的Q開關雷射裝置，其中，所述脈衝同步裝置是D型觸發器。
22.根據權利要求10所述的Q開關雷射裝置，其中，所述脈衝同步裝置是D型觸發器。
23.根據權利要求11所述的Q開關雷射裝置，其中，所述脈衝同步裝置是D型觸發器。
24.根據權利要求12所述的Q開關雷射裝置，其中，所述脈衝同步裝置是D型觸發器。
全文摘要
一種用於從光學諧振器輸出脈衝雷射的Q開關雷射裝置，該裝置配備有Q開關，用於改變用於所述諧振器的Q值的高/低值；開關脈衝發生裝置，用於產生具有用於確定所述脈衝雷射的重複周期的頻率的開關脈衝；RF振蕩裝置，用於產生頻率比所述開關脈衝的頻率高的RF信號；脈衝同步裝置，用於輸入所述開關脈衝和所述RF信號，並且輸出相位同步脈衝，在其中使所述開關脈衝的上升定時與所述RF信號的相位同步；以及RF調製裝置，用於輸入所述相位同步脈衝，並且將所述RF信號輸出為該RF信號的RF調製信號，所述RF信號被與一輸入脈衝的低/高電平的時段相對應地改變為ON/OFF狀態，其中所述Q開關將所述諧振器的Q值改變為所述高/低值。
文檔編號H01S3/117GK1578020SQ20041005461
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月22日 優先權日2003年7月22日
發明者巖倉光夫 申請人:株式會社Orc製作所