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JPS6037637B2 - Laser output setting device - Google Patents
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JPS6037637B2 - Laser output setting device - Google Patents

Laser output setting device

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Publication number
JPS6037637B2
JPS6037637B2 JP56016357A JP1635781A JPS6037637B2 JP S6037637 B2 JPS6037637 B2 JP S6037637B2 JP 56016357 A JP56016357 A JP 56016357A JP 1635781 A JP1635781 A JP 1635781A JP S6037637 B2 JPS6037637 B2 JP S6037637B2
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JP
Japan
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output
laser
circuit
current
laser output
Prior art date
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Expired
Application number
JP56016357A
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JPS57130487A (en
Inventor
弘修 長島
英次 高杉
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Pentax Corp
Original Assignee
Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6037637B2 publication Critical patent/JPS6037637B2/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/134Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation in gas lasers

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  • Electromagnetism (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Optics & Photonics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はしーザー発振器のレーザー出力を設定値に一致
させ、かつ安定化された出力を持続させるためのレーザ
ー出力設定装置に係わるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a laser output setting device for making the laser output of a Caesar oscillator match a set value and maintaining the stabilized output.

従来公知のレーザー出力設定方法には、レーザー放電管
の放電電流を定電流回路により安定化させ、この電流値
を設定ダイヤルにより所望の値に設定するものがある。
Conventionally known laser output setting methods include stabilizing the discharge current of a laser discharge tube using a constant current circuit, and setting this current value to a desired value using a setting dial.

しかしながら、レーザー出力の変動要因はこの放電電流
の他に諸種あるため、放電電流を一定値に設定するだけ
ではしーザー出力を設定し、かつ安定に維持することは
出来ない。レーザー出力の変動要因は、放電電流の変動
のほかに、共振器ミラーの間隔や頭角の熱的・機械的要
因による変化、レーザー媒質ガスの圧力及び流量の変化
、共振器ミラーの劣化、放電管の水冷温度や水流量の変
動などがある。
However, since there are various factors that cause the laser output to fluctuate in addition to the discharge current, it is not possible to set and stably maintain the laser output simply by setting the discharge current to a constant value. In addition to fluctuations in the discharge current, the causes of fluctuations in laser output include changes in the spacing and head angle of the resonator mirrors due to thermal and mechanical factors, changes in the pressure and flow rate of the laser medium gas, deterioration of the resonator mirrors, and the discharge tube. These include fluctuations in water cooling temperature and water flow rate.

本発明は、かかるレーザー出力の変動要因についても、
レーザー出力を検知してその信号に基づいて放電電流を
フィードバック制御することにより、レーザー出力の設
定を安定化が実現される。即ち、このような制御系によ
りレーザー出力を制御すれば、上記の諸変動要因はこの
フィードバック制御系により抑制され或は吸収されてし
まつo本発明のレーザー出力設定装置においては、レー
ザー出力検出信号と出力設定信号を比較して得られる動
作信号と操作量である放電電流の間に、制御係の安定化
のための適切な安定要素を導入して、レーザー出力の自
動的な設定と出力安定化を行なわせると共に、電流制限
回路を設けて、このフィードバック制御系の安全な動作
を保障している。
The present invention also addresses such fluctuation factors in laser output.
By detecting the laser output and feedback controlling the discharge current based on the signal, the laser output setting can be stabilized. That is, if the laser output is controlled by such a control system, the above-mentioned various fluctuation factors will be suppressed or absorbed by this feedback control system.In the laser output setting device of the present invention, the laser output detection signal An appropriate stabilizing element for stabilizing the control system is introduced between the operation signal obtained by comparing the output setting signal and the discharge current, which is the manipulated variable, to automatically set the laser output and stabilize the output. In addition, a current limiting circuit is provided to ensure safe operation of this feedback control system.

このようにして本発明の目的は、諸種の変動要因があっ
て出力が一定しないレーザー共振器に関して、レーザー
出力を設定値に自動的に追随させ、かつ安定化し、さら
に制御系の安全な動作を保障するが如きレーザー出力設
定装置を提供することにある。
In this way, the purpose of the present invention is to automatically follow and stabilize the laser output to a set value for a laser resonator whose output is not constant due to various fluctuation factors, and to ensure safe operation of the control system. The object of the present invention is to provide a laser output setting device that ensures the following.

以下図面に従って本発明の説明を行う。The present invention will be explained below according to the drawings.

第1図は本発明によるし−ザー出力設定装置の基本構成
を示す図であり、図中の数式は各ブロックの伝達函数を
表わしている。
FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of a laser output setting device according to the present invention, and the mathematical expressions in the diagram represent the transfer functions of each block.

レーザー管1からの出力2の一部P3(S)は出力検出
器4に入射し、その検出出力P4(S)は出力変換部5
にて電圧信号に変えられる。この検出信号Po(S)は
減算器6において出力設定部7からの設定信号Ps(S
)と比較減算され、動作信号P,(S)が形成される。
この動作信号P,(S)は操作部8に入力し、操作量で
ある放電電流P2(S)に変換された後、レーザー管1
を制御する。第1図の制御係ではラフ。
A part P3 (S) of the output 2 from the laser tube 1 enters the output detector 4, and the detected output P4 (S) is transmitted to the output converter 5.
can be converted to a voltage signal at This detection signal Po(S) is applied to the setting signal Ps(S) from the output setting section 7 in the subtracter 6.
) is compared and subtracted to form operating signals P, (S).
This operation signal P, (S) is input to the operation unit 8, and after being converted into a discharge current P2 (S), which is the operation amount, the laser tube 1
control. The control section in Figure 1 is rough.

ラス演算子Sを用いて各ブロックの伝達函数を示してい
るが、ここで、Q、6はそれぞれパワーメーター4及び
操作部8の時定数、A、B、C、Dは各ブロックの特性
に基づいて決まる伝達函数の定数である。パワーメータ
−4と出力変換部5の間に時間遅れがあるのは、例えば
C02レーザーやYAGレーザーのパワー検出に熱電対
のような応答の遅いものが用いられるからである。また
動作信号P,(S)を操作量P2(S)の間に一次遅れ
要素A6/S+6を持たせた理由は、サーボ系の定石と
して周知のように、この制御系の動作を安定化させるた
めである。この制御系の伝達函数の具体的な数値は、使
用するパワーメーターの特性、放電電流に対するレーザ
ー出力特性及び電子回路系の素子特性などから実験的に
定められるものである。
The transfer function of each block is shown using the ras operator S, where Q and 6 are the time constants of the power meter 4 and the operation unit 8, respectively, and A, B, C, and D are the characteristics of each block. It is a constant of the transfer function determined based on The reason why there is a time delay between the power meter 4 and the output converter 5 is that a slow-response device such as a thermocouple is used to detect the power of, for example, a C02 laser or a YAG laser. Also, the reason why the operation signal P, (S) has a first-order delay element A6/S+6 between the manipulated variable P2 (S) is to stabilize the operation of this control system, as is well-known as a standard of servo systems. It's for a reason. The specific numerical value of the transfer function of this control system is determined experimentally from the characteristics of the power meter used, the laser output characteristics with respect to the discharge current, the characteristics of the elements of the electronic circuit system, etc.

第2図は本発明になるレーザー出力設定側暦の回路系の
ブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram of the circuit system of the laser output setting side calendar according to the present invention.

第1図に示した伝達函数を逆ラブラス変換して、実際的
な電子回路系を決めるのは容易であり、その手法及び具
体的回路は既に現行技術により実現しうるので記述を省
略する。
It is easy to determine a practical electronic circuit system by inverse Labrasian transformation of the transfer function shown in FIG. 1, and since the method and specific circuit can already be realized using current technology, their description will be omitted.

たとえば第1図の出力変換部5は第2図においては微分
回路9と加算回路10‘こ、また操作部8は積分回路1
1と電流変換回路12に置換しうる。
For example, the output conversion section 5 in FIG. 1 is the differentiating circuit 9 and the adding circuit 10' in FIG.
1 and the current conversion circuit 12.

パワーメーター4の出力は微分回路9で微分され、その
出力は加算回路10でパワ−メーター4の出力に加算さ
れる。
The output of the power meter 4 is differentiated by a differentiating circuit 9, and the output is added to the output of the power meter 4 by an adding circuit 10.

これら信号加算の意味を第3図により説明する。第3図
においてパワーメーター4の出力aは指数函数的な遅い
立上りを示すから、この信号単独で系を作動させると系
のレスポンスも悪くなる。そこで、微分信号bと出力a
を加算した信号cを用いることにすると、図示の如く定
常状態に到る時定数が短縮される。この加算信号は減算
回路6において出力設定部7の出力と比較され、その減
算信号として積分回路11に入力する。
The meaning of these signal additions will be explained with reference to FIG. In FIG. 3, the output a of the power meter 4 shows a slow exponential rise, so if the system is operated with this signal alone, the response of the system will be poor. Therefore, the differential signal b and the output a
By using the signal c obtained by adding , the time constant for reaching a steady state is shortened as shown in the figure. This addition signal is compared with the output of the output setting section 7 in the subtraction circuit 6, and inputted to the integration circuit 11 as the subtraction signal.

積分回路11の出力は電流変換回路12において操作量
である放電電流値に変換されてレーザー発振器1を制御
する。また出力設定部7の出力は電流リミッター13を
制御して、パワーメーターの故障、劣化又は各制御ブロ
ックの故障により、系の正常な動作が行われず、放電電
流が異常に増大するのを防止している。この電流リミッ
ター13の制限電流は電流変換回路12を経てレーザー
発振器1の中のレーザー放電管に伝達される。第4図は
電流リミッターの動作を示す図である。
The output of the integrating circuit 11 is converted into a discharge current value as a manipulated variable in a current conversion circuit 12 to control the laser oscillator 1. The output of the output setting unit 7 also controls the current limiter 13 to prevent the system from operating normally and the discharge current to increase abnormally due to a failure or deterioration of the power meter or failure of each control block. ing. The limited current of the current limiter 13 is transmitted to the laser discharge tube in the laser oscillator 1 via the current conversion circuit 12. FIG. 4 is a diagram showing the operation of the current limiter.

機軸は放電電流i、縦軸はレーザー出力Wである。直線
bはこのパワー特性から定めた制御電流直線で、制限領
域は直線bの右下領域である。正常なフィードバック制
御が行われている時に、電流i,に対するレーザー出力
がW,だとすると、制限電流は直流bとW,の交点から
定まる電流i2である。このようにして、本発明のレー
ザー出力設定装置は、制御系の安定化を計り、応答の速
い制御を行なうために、パワー検出器の一次遅れを補正
すると共に、動作信号と操作量の間にも一次遅れを設定
し、さらに制御系やレーザー発振器の故障事故に対処し
て系の安全の保持すべく電流リミッターを設けている。
The machine axis is the discharge current i, and the vertical axis is the laser output W. Straight line b is a control current straight line determined from this power characteristic, and the restricted area is the lower right area of straight line b. When normal feedback control is performed, if the laser output for current i is W, then the limiting current is current i2 determined from the intersection of DC b and W. In this way, the laser output setting device of the present invention corrects the first-order delay of the power detector in order to stabilize the control system and perform fast-response control. A first-order delay is also set, and a current limiter is also installed to maintain system safety in the event of a failure of the control system or laser oscillator.

従って、レーザー発振条件や環境条件(温度、振動)が
正常範囲内であれば、レーザー出力を所望の値に、自動
的に設定し、かつ安定度の良いレーザー出力を維持する
ことが出来る。本発明のレーザー出力設定装置はガスレ
ーザーのみならず、YAGレーザーなどの固体レーザー
にも適用しうる。
Therefore, if the laser oscillation conditions and environmental conditions (temperature, vibration) are within normal ranges, the laser output can be automatically set to a desired value and a highly stable laser output can be maintained. The laser output setting device of the present invention can be applied not only to gas lasers but also to solid state lasers such as YAG lasers.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明によるレーザー出力設定装置の基本的構
成を示すブロック図、第2図は本発明によるレーザー出
力装置の回路系のブロック図、第3図は出力変換部の動
作説明図、第4図は電流リミッターの動作図である。 1:レーザー発振器、2:レーザー出力、4:パワーメ
ーター、9:微分回路、10:加算回路、6:減算回路
、11:積分回路、12:電流変換回路、13:電流リ
ミッター。 第1図 第2図 第3図 第4図
FIG. 1 is a block diagram showing the basic configuration of the laser output setting device according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram of the circuit system of the laser output device according to the present invention, FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation of the output converter, and FIG. FIG. 4 is an operational diagram of the current limiter. 1: laser oscillator, 2: laser output, 4: power meter, 9: differentiation circuit, 10: addition circuit, 6: subtraction circuit, 11: integration circuit, 12: current conversion circuit, 13: current limiter. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 レーザー出力を検知するパワーメーターと、このパ
ワーメーターの出力を微分する微分回路と、その出力と
前記パワーメーターの出力を加算する加算回路と、出力
設定部と、この出力設定部の出力から前記加算回路の出
力を減算する減算回路と、この減算回路の出力を積分す
る積分回路と、この積分回路の出力を電流変換する電流
変換回路と、レーザー発振器とから成り、レーザー出力
を設定値に合致せしめかつレーザー出力を安定化させう
ることを特徴とするレーザー出力設定装置。 2 出力設定部の出力に従つてレーザー発振器の放電電
流を制限する電流リミツターを持ち、レーザー発振器と
電子回路系の安全性を保証することを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載のレーザー出力設定装置。
[Claims] 1. A power meter that detects laser output, a differentiation circuit that differentiates the output of this power meter, an addition circuit that adds the output of the power meter and the output of the power meter, an output setting section, and this output. It consists of a subtraction circuit that subtracts the output of the adder circuit from the output of the setting section, an integration circuit that integrates the output of this subtraction circuit, a current conversion circuit that converts the output of this integration circuit into a current, and a laser oscillator. A laser output setting device characterized by being capable of making the output match a set value and stabilizing the laser output. 2. Laser output according to claim 1, characterized in that it has a current limiter that limits the discharge current of the laser oscillator according to the output of the output setting section, and guarantees the safety of the laser oscillator and the electronic circuit system. Setting device.
JP56016357A 1981-02-06 1981-02-06 Laser output setting device Expired JPS6037637B2 (en)

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JPS62151827A (en) * 1985-12-26 1987-07-06 Aloka Co Ltd Near infrared ray laser device
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