CN101107562A - 具有调制功能的光源装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有调制功能的光源装置，其包括由具有非线性常数周期性调制构造的非线性光学材料构成的波长变换模块(75)，通过WDM耦合器(74)对来自波长不同的半导体激光器光源(71)和(72)的激励光进行合波、并入射到光波导，从而输出所产生的差频或和频，其中，半导体激光器光源(72)内置有衍射光栅，半导体激光器光源(71)包括对从半导体激光器射出的输出光进行调制的装置，并且外部与具有比由半导体激光器的元件长度决定的共振波长间隔更窄的反射频带的FBG(73)连接，以将调制后的输出输入到FBG(73)。

Description

具有调制功能的光源装置及其驱动方法
技术领域
本发明涉及利用在非线性光学介质中产生的二次谐波、差频、和频效应的可见、中红外或红外光源，更详细地说，涉及一种能够使产生的光的强度变化的具有调制功能的光源装置。
背景技术
目前，激光器技术已经取得了令人瞩目的进步，但并不是在所有波长区域中均能得到振荡。因此，利用非线性光学效应的波长变换技术是为了在激光器不容易振荡的波长区得到相干光的重要技术。
非线性光学效应中，期待应用利用二次非线性光学效应通过疑似相位调整产生二次谐波、和频、差频的波长变换元件(参照专利文献1)。
图1表示的是以往的疑似相位调整型波长变换元件的构成。来自半导体激光器光源的激励光A(波长λ1)和来自别的半导体激光器光源的激励光B(波长λ2)通过合波器进行合波，入射到具有分极反转结构的非线性波导12。在波导12中，激励光A变换为具有波长λ3的差频光C，和激励光B一起从波导12射出。差频光C和激励光B通过分波器13分离。
例如在将激励光B设为波长λ1＝1.06μm、输入波长λ2＝1.55μm的激励光A的情况下，能够因产生差频而得到波长λ3＝3.35μm的波长变换光C。
通过利用这样的波长变换元件作为中红外的激光器光源，能够实现利用中红外光的高灵敏度气体传感器等。
根据图1中别的实施方式，强度较大的激励光A和激励光B通过合波器11合波，入射至具有分极反转结构的非线性波导12。在波导12中，生成激励光A和激励光B的波长变换光C，从波导12射出。例如在将激励光A设为波长λ1＝1.06μm、激励光B设为波长λ2＝1.32μm的情况下，能够因产生和频而得到波长λ3＝0.59μm作为黄色可见光的波长变换光C。
使用了和频产生的波长变换元件的黄色可见光源可以作为折射率测定用的光源使用，以代替以往的Na灯的D线光源。另外，使用了和频产生的波长变换元件的黄色可见光源对荧光显微镜等使用可见光的光学机器的高灵敏度化有显著效果。
在这样的黄色可见光源中，在箱体中实际装备有：1.06μm的半导体激光器，其使用采用了布拉格光纤光栅(FBG：Fiber Bragg Grating)作为激励光的外部共振器使波长稳定化；DFB(Distributed Feedback：分布式反馈)激光器，其振荡波长为1.32μm；WDM耦合器等的合波装置；模块化的波长变换元件。这里，用作激励光的光源优选为DBR(Distributed Bragg Reflector：分布式布拉格反射器)激光器、DFB激光器等单模振荡的光源。在非单模振荡的情况下，优选地使用通过附加使用了FBG的外部共振器来使波长稳定化的光源。
FBG在光纤维的核心部分形成了布拉格衍射光栅，是具有只反射特定波长光的特性的光纤维型装置。FBG的性质由于低损耗、与光纤维的结合特性良好，以及优秀的反射特性，因此除了反射光滤光器之外，还被广泛应用为波长控制元件、光传感器元件、分散补偿元件。
DFB激光器是一种在激光器基片的内部制成周期性的形状以起到衍射光栅的作用并且通过只反射特定波长的光而将光封入活性区域以使激光振荡的半导体激光器。与没有衍射光栅的法布里-佩洛型半导体激光器比较，激光波长的单色性优秀，适于传送数公里以上的光信号。
图2示出了用于通过二次谐波产生来得到波长0.53μm的绿色光的疑似相位调整条件。是在使用铌酸锂作为非线性光学材料、分极反转周期为6.76μm、使用长度为10mm的波长变换元件的情况下计算疑似相位调整曲线的图。示出了将激励光的波长作为横轴、将得到的二次谐波的光强度标准化作为纵轴。根据图2可知，疑似相位调整的频带在0.2nm以下。因此，有必要将1.06μm半导体激光器的振荡波长稳定在0.2nm的谱宽度以内。为了得到稳定的波长变换光的光输出，由于为得到可见光而使用的波长变换元件的疑似相位调整频带宽狭窄，因此波长稳定化是必要条件。
在这样的条件下产生的波长变换光C原样继承作为激励光的半导体激光器的特征而具有相干的特性，作为可见光源除了折射率测定的高灵敏度化之外，还对通过荧光显微镜观察荧光蛋白的高灵敏度化具有效果。但是，为了提高该测定敏感度，有必要采取高的消光比，重要的是拥有ON/OFF调制功能。
但是，到现在为止，ON/OFF调制能够以作为可见光源的半导体激光器单体、或者将AO调制器的外部连接到固体激光器来进行。即ON/OFF调制功能在使用非线性光学性材料组成的光波导和两个半导体激光器光源来产生差频或者和频的光源中至今未能实现。
图3示出了外部连接有FBG的1.06μm频带半导体激光器的电流-光输出特性。连接有此FBG的半导体激光器通常将FBG的反射频带取为2nm左右，并处于多个波长在该范围内振荡的多模振荡状态。将用电流对光输出进行微分的结果称为微分效率，此时，用虚线表示的微分效率特性存在多个不连续的地方，电流-光输出特性产生了细微的不连续的点。在有这些不连续点的情况下，对半导体激光器进行光输出稳定化控制(APC)非常难。因此，一般来说，并不使用外部具有FBG的外部共振器型半导体激光器来进行调制。
图11A示出了1.32μm频带DFB激光器的电流-光输出特性。如果控制1.32μm频带DFB激光器的电流，则基于图11A的电流-光输出特性，波长变换光的输出可以被ON/OFF，可以使具有调制功能的光源装置拥有变换功能。
这里使用的1.32μm频带DFB激光器为Ith＝10mA左右，即使在将工作电流设为Ith的30倍以使光输出变大的情况下，也以单一波长稳定地工作。图11A用虚线示出了微分效率。除了阈值，微分效率中未出现不连续的地方，也未产生振荡波长的模数跳变。但是，如果将1.32μm频带DFB激光器的工作电流用至300mA，则元件内的温度上升，虽为单一波长，但振荡波长却变动0.8nm左右。0.8nm的振荡波长变动幅度是前述疑似相位调整频带的4倍以上。另外，疑似相位调整频带之外的部分对波长变换光没有贡献。因此，实质上，工作电流只能是300 mA的1/4左右的80mA，得到的光输出也减少到1/4左右。即意味着波长变换光的输出强度同样减少到1/4左右。因此，仅单纯在1.32μm频带DFB激光器中进行调制，不能得到实用的波长变换光的输出强度。
专利文献1：特开2003-140214号公报
发明内容
本发明是鉴于所述问题而提出的，其目的是提供一种光调制方法以及具有调制功能的光源装置，其中具有疑似相位调整型的波长变换元件，对于射出差频或者和频的光源装置可以在确保实用的光强度的同时进行调制。
本发明具有调制功能的光源装置的一个实施方式，包括由具有非线性常数周期性调制构造的非线性光学材料构成的光波导，光源装置通过对来自波长不同的第一和第二半导体激光器光源的激励光进行合波并入射到光波导，从而输出所产生的差频或者和频，或者输出来自第二半导体激光器光源的二次谐波，其中第二半导体激光器光源由半导体激光器、FGB和对半导体激光器进行调制的装置构成，FBG的反射频带比由半导体激光器的元件长度决定的谐振波长间隔更窄。
此外，在所述具有调制功能的光源装置的其他实施方式中，流向第二半导体激光器光源的电流调制振幅的下限被设定为在阈值以下、以使出射波长成为非线性光学材料的疑似相位调整频带的短波侧波长，上限可以设为比赋予电流-光输出特性中产生的最初扭折的电流值更低的电流值。
另外，在所述具有调制功能的光源装置的其他实施方式中，可以将隔离器连接到FBG的输出。
另外，在所述具有调制功能的光源装置的其他实施方式中，可以在FBG中增加温度控制装置。
此外，在光源装置的一个实施方式中，包括由具有非线性常数周期性调制构造的非线性光学材料构成的光波导，光源装置通过对来自波长不同的第一和第二半导体激光器光源的激励光进行合波并入射到光波导从而输出所产生的差频或者和频，或者输出来自第一半导体激光器光源的二次谐波，其中，第一半导体激光器光源内置有衍射光栅，并包含对从半导体激光器射出的输出光进行调制的装置，对第一半导体激光器光源的电流调制振幅的下限被设定为在阈值以下，以使阈值之后的出射波长成为非线性光学材料的疑似相位调整频带的短波长侧波长，电流调制振幅的上限可以是形成比非线性光学材料的疑似相位调整频带的峰值波长短的波长侧波长，且比阈值之后的出射波长长的波长侧波长的电流值。
另外，在所述具有调制功能的光源装置的其他实施方式中，第一半导体激光器光源可以包含对从半导体激光器射出的输出光进行调制的装置，并且彼此同步。
另外，在所述具有调制功能的光源装置的其他实施方式中，非线性光学结晶可以是LiNbO3、LiTaO3、LiNbxTa1-xO3(0≤x≤1)中的任一种，或者其组合，或者其中可以含有从Mg、Zn构成的组中选择的至少一种作为添加物。
另外，其他实施方式中，可以将所述具有调制功能的光源装置组装在荧光显微镜装置中。
另外，本发明光调制方法的一个实施方式，其中所使用的光源装置包括：第一半导体激光器、第二半导体激光器和由具有非线性常数周期性调制结构的非线性光学材料构成的光波导，该光调制方法包括以下步骤：从第二半导体激光器射出被调制的光；将射出步骤中被调制的光入射到具有比由第二半导体激光器的元件长度所决定的共振波长间隔更窄的反射频带的FBG；对从第一半导体激光器射出的光和从FBG射出的光进行合波并入射到光波导；从光波导射出来自第一和第二半导体激光器的光的差频或者和频。
此外，在所述光调制方法的其他实施方式中，还可以包括将从FBG射出的光入射至隔离器的步骤，入射至光波导的步骤可以包括对从第一半导体激光器射出的光和从隔离器射出的光进行合波的步骤。
此外，在所述光调制方法的其他实施方式中，还可以包括将FBG的温度控制在一定范围内的步骤。
此外，在所述光调制方法的其他实施方式中，还可以包括以下步骤：流向第二半导体激光器光源的电流的调制振幅的下限被设定为在阈值以下，以使出射波长成为非线性光学材料的疑似相位调整频带的短波长侧波长；以及将电流调制振幅的上限设定为比赋予电流-光输出特性中产生的最初扭折的电流值更低的电流值。
另外，在输出和频的光源装置的一个实施方式中，该光源装置包括：内置衍射光栅的第一半导体激光器；第二半导体激光器；以及由具有非线性常数周期性调制结构的非线性光学材料构成的光波导，其中，可以包括以下步骤：从第一半导体激光器射出被调制的光；对从第一半导体激光器射出的光和从第二半导体激光器射出的光进行合波并入射到光波导；从光波导射出来自第一和第二半导体激光器的光的差频或者和频；将对第一半导体激光器光源的电流振幅调制的下限设定为在阈值以下，以使出射波长成为非线性光学材料的疑似相位调整频带的短波长侧波长；电流调制振幅的上限被设定以使出射波长成为比非线性光学材料的疑似相位调整频带的峰值波长短的波长侧波长，且成为比阈值之后的出射波长长的波长侧波长。
此外，在所述光调制方法的其他实施方式中，还可以包括与第二半导体激光器的光的调制同步地对第一半导体激光器的光进行调制的步骤。
根据本发明，能够制作具有实用的光强度的具有调制功能的光源装置，除了能够使使用了可见光的折射率测定高灵敏度化之外，还能够使通过荧光显微镜观察荧光蛋白质高灵敏度化。
附图说明
图1是说明本发明的波长变换原理的图；
图2是表示为了通过产生二次谐波而得到波长0.53μm的绿色光的疑似相位调整曲线的图；
图3是说明以往的1.064μm频带激光器的直接调制的图；
图4是表示波长变换元件的制作工序的图；
图5是表示波长变换元件模块的图；
图6是表示本发明具有调制功能的光源装置的构成的图；
图7A是说明实施例1的1.064μm频带激光器的直接调制的图；
图7B是表示实施例1的1.064μm频带激光器的中心波长与激光器驱动电流的相依性的图；
图8A是说明实施例2的1.064μm频带激光器的直接调制的图；
图8B是表示实施例2的1.064μm频带激光器的中心波长与激光器驱动电流的相依性的图；
图9是表示实施例3的具有调制功能的光源装置的构成的图；
图10是表示实施例4的具有调制功能的光源装置的构成的图；
图11A是说明1.32μm频带DFB激光器的直接调制的图；
图11B是表示1.32μm频带DFB激光器的中心波长与激光器驱动电流的相依性的图；
图12是表示本发明具有调制功能的光源装置组装在荧光显微镜装置中的构成的图；
图13是说明本发明具有调制功能的光源装置的驱动方法的流程图；
图14是表示实施例5的1.064μm频带激光器的I-L特性的图；
图15是表示实施例5的1.064μm频带激光器的中心波长与激光器驱动电流的相依性的图；
图16是表示本发明具有调制功能的光源装置的构成的图，其中对具有FBG的激光器的驱动电流提供反馈以使输出光强度恒定；
图17是表示在从10℃到40℃变化的恒温槽中使激光器动作时激光器输出强度的时间变化的图；
图18是说明本发明具有调制功能的光源装置的驱动方法的流程图。
具体实施方式
本发明的发明人对在具有实用光强度的波长变换型光源装置中增加调制功能的方法进行精心研究，结果发现，通过对激励光源为1.32μm频带DFB激光器、或者由窄频带FBG稳定成单一波长的1.06μm半导体激光器的驱动电流进行调制，能够实现实用的具有调制功能的光源装置。此外，还发现通过1.06μm半导体激光器的特定的驱动方法和对1.32μm频带DFB激光器的驱动电流进行同步调制，也能够实现实用的具有调制功能的光源装置。
以下参照附图使用实施例对本发明的实施方式进行详细说明。但是，波长的组合、变换波长、半导体激光器的种类等丝毫不受这些实施例限制。
实施例1
在实施例1中，制作使用了非线光学性材料LiNbO3的波长变换元件模块，通过使用具有FBG使波长稳定化的1.064μm半导体激光器和1.32μm频带波长可变激光器作为激励光源来制作输出波长变换光的具有调制功能的光源装置。
图4示出了波长变换元件的制作工序。实施例1中，使用脊形波导来制作波长变换元件，该脊形波导使用了直接接合基板。即，通过接合作为第一基板的预先制作有周期分极反转构造的Z切割掺杂Zn的LiNbO3基板51和作为第二基板的Z切割掺杂Mg的LiNbO3基板52来制作波长变换元件。基板均为两面被光学研磨的3英寸晶片，基板厚度为300μm。脊形波导是一种在垂直于光传播方向的两个方向(二维)上存在光学限制、光损失小的光波导。
通过通常的酸洗或碱洗使准备好的第一基板51以及第二基板52的表面具有亲水性之后，在洁净环境中使这两块基板叠置。将叠置的第一基板51和第二基板52置于电炉中，通过在500℃热处理3小时进行扩散结合。粘接的基板无空隙，即使回到室温时也不会产生破裂等现象。
接着，使用研磨盘的平坦度被管理的研磨装置实施研磨加工，直至粘接的基板中第一基板51的厚度变为6μm。研磨加工之后，通过进行抛光加工，能够得到镜面的研磨表面。
将研磨后的基板置于切割据(ダイシングソ一)上，通过使用粒子半径为4μm以下的金刚石刀片进行精密加工来制作波导宽度为10μm的脊形波导。
将制作的单模化脊形波导从基板切割成长条形，通过对波导端面进行光学研磨来制作长度为60mm的波长变换元件。
此外，除了使用LiTaO3作为第二基板52的情况之外，即使在使用未掺杂的LiNbO3基板作为第一基板，使用LiTaO3基板作为第二基板的情况下，也能够制作同样的波长变换元件。另外，基板厚度除了500μm的基板之外，还可以使用200μm以上1mm以下的基板厚度。
图5示出了波长变换模块。波长变换模块是一种当射入合波后的激励光时由于非线性光学效应而射出差频或者和频的波长变换光的装置。偏振保持型单模光纤64与制作好的波长变换元件61熔接。波长变换元件61与载体62接合，并安装在内置有温度调节用的珀耳帖元件67的封装66内。通过滤光器65使用透镜63与输入光纤进行光学结合来制作波长转换模块。
图6示出了使用了制作的波长变换模块的具有调制功能的光源装置。首先，将波长变换元件模块75的输入侧光纤和1.06/1.32μmWDM耦合器74的输出光纤熔接。然后，将FBG73熔接到WDM耦合器74的1.06μm输入光纤70a，将FBG73与1.064μm频带半导体激光器71熔接。在此，FBG 73位于1.064μm频带半导体激光器71的外部。并且，将1.32μm DFB激光器72的输出光纤熔接到WDM耦合器74的1.32μm输入光纤70b。温度控制装置76和脉冲驱动电源77通过连接线80a、80b连接到1.064μm频带半导体激光器71，温度控制装置78和DC驱动电源79通过连接线80c、80d连接到1.32μm频带DFB激光器72，由此完成具有调制功能的光源装置。1.064μm频带半导体激光器71和1.32μm频带DFB激光器72各自通过温度控制装置76和78保持恒定温度。另外，1.064μm频带半导体激光器71由脉冲驱动电源77控制，1.32μm频带DFB激光器72由DC驱动电源79控制。在此，FBG73具有20％的反射率、以及比由1.064μm频带半导体激光器71的元件长度1.2mm决定的谐振波长间隔0.12nm更窄的0.1nm反射频带。
尽管具有FBG73且波长稳定化的1.064μm半导体激光器71原理上以单一波长动作，但是在电流增加的同时因发热而产生向长波长侧的波长移动。从1.064μm半导体激光器71射出的输出光的波长如果超过FBG的反射频带就会引起向反射频带中产生的其他模式的模式跳变。在发生模式跳变的电流值中，将产生由光输出的不连续形成的扭折(图7A)。但是，从具有FBG 73且波长稳定化的1.064μm半导体激光器71射出的输出光除了产生光输出的扭折位置以外具有连续光滑的微分效率特性。因此，尽管在扭折位置产生噪音，但是可以得到6mW的输出光，在峰-峰之间允许10％以下的噪音的条件下，能够以10Mb/s对0.59μm的波长变换光进行ON/OFF调制。
另外，作为FBG的设置位置，在离1.064μm频带半导体激光器1～2m的范围内进行研究，即使在任一情况下都能够得到同样的特性结果。
实施例1中，FBG的反射频带使用了0.1nm，但也可以使用20pm、10pm以下。
实施例2
在实施例2中，使用与实施例1同样的构成的具有调制功能的光源装置。在此，限定使用脉冲驱动电源77的驱动条件。
图8B示出了当时的电流-光输出特性。实施例2中与实施例1同样，从具有FBG73且波长稳定化的1.064μm半导体激光器71射出的输出光除了产生光输出的扭折位置以外具有连续光滑的微分效率特性。
首先，通过对1.064μm频带半导体激光器71进行温度控制，电流-光输出特性中最初的扭折电流值设定成几乎最大。此时电流调制范围的下限为阈值以下，上限设定为比赋予电流-光输出特性中产生最初的扭折的电流值稍低的电流值。由此，具有调制功能的光源装置的光输出也减少，其间，在单一波长能够实现无扭折的没有模式跳变的激光器特性。由此，在峰-峰之间允许2％以下的低噪音的条件下，能够以10Mb/s对0.59μm的波长变换光进行ON/OFF调制。
实施例3
图9示出了在FBG73之后具有隔离器81的具有调制功能的光源装置。将波长变换元件模块75的输入侧光纤和1.06/1.32μmWDM耦合器74的输出光纤熔接。然后，将隔离器81熔接到WDM耦合器74的1.06μm输入光纤70a。并且，将FBG 73熔接到隔离器81，将FBG73和1.064μm频带半导体激光器71熔接。在此，FBG 73位于1.064μm频带半导体激光器71的外部。并且，将1.32μm DFB激光器72的输出光纤熔接到WDM耦合器74的1.32μm输入光纤70b。温度控制装置76和脉冲驱动电源77通过连接线80a、80b连接到1.064μm频带半导体激光器71，温度控制装置78和DC驱动电源79通过连接线80c、80d连接到1.32μm DFB激光器72，由此完成具有调制功能的光源装置。在实施例1以及2的构成中，由于装置的状态因使用环境温度等的变化而变化，因而反射回的光的影响发生变化，造成1.064μm频带半导体激光器的动作不稳定。因此，通过在FBG 73之后使用隔离器81，可以适时且稳定地使用1.064μm带半导体激光器的动作。
实施例4
图10示出了在FBG 73中增加了温度控制功能91的具有调制功能的光源装置。将波长变换元件模块75的输入侧光纤和1.06/1.32μmWDM耦合器74的输出光纤熔接。然后，将隔离器81熔接到WDM耦合器74的1.06μm输入光纤70a。并且，将FBG 73熔接到隔离器81，将FBG73和1.064μm频带半导体激光器71熔接。此外，将连接线90熔接到FBG73，通过连接线90将FBG73和温度控制装置91连接。在此，FBG73位于1.064μm频带半导体激光器71的外部。并且，将1.32μmDFB激光器72的输出光纤熔接到WDM耦合器74的1.32μm输入光纤70b。温度控制装置76和脉冲驱动电源77通过连接线80a、80b连接到1.064μm频带半导体激光器71，温度控制装置78和DC驱动电源79通过连接线80c、80d连接到1.32μmDFB激光器72，由此完成具有调制功能的光源装置。在实施例1、2以及3的构成中，以使用环境温度稳定作为前提，对FBG73不进行温度控制的情况进行了叙述。但是，也要考虑一天之内使用环境温度变化大的场所的使用。在这样的情况下，存在激励光的振荡波长发生变化、变换光的波长由此也发生变化的问题。因此，在FBG73中增加温度控制功能91。由此，具有调制功能的光源装置即使使用环境温度从10℃变化至45℃也可以使用，其特性完全不发生变化。尽管实施例4中表示了使用隔离器81的例子，但是，不言而喻，根据规格，也可以使用没有隔离器81的结构。
另外，在1.32μm频带DFB激光器模块中，通常内置有隔离器。
实施例5
实施例5中，使用与实施例1相同构成的具有调制功能的光源装置，示出了将图6的1.064μm频带半导体激光器71的FBG侧端面的反射率设置成1％以下时的调制动作。如果1.064μm频带半导体激光器71的FBG侧端面的反射率停留在1％以上，则存在1.064μm频带半导体激光器71的两侧端面和FBG73的三个反射，从而构成复合共振器。如果存在这样的复合共振器，则激光器波长以及激光器强度变得不稳定，电流-光输出特性中将产生扭折。为了避免这种不稳定动作，将1.064μm频带半导体激光器71的FBG侧端面的反射率设置为1％以下，实现由未与1.064μm频带半导体激光器71的FBG73连接的侧端面和FBG73构成共振器的激光器。此时，FBG73的反射率为15％，另外，其反射光谱的半值全宽为20pm，并设置在离1.064μm频带半导体激光器71约1m的地方。在由该1.064μm频带半导体激光器71和FBG73构成的激光器中，纵模间隔约100MHz，与FBG73的半值全宽相比充分窄。因此，纵模以多模方式振荡，即使存在来自外部的返回光也能够稳定振荡。另外，FBG73的反射率优选为5％以上，另一方面，如果过高，则将引起输出降低，在图7那样的扭折位置产生大的输出变动。
图14示出了将此1.064μm频带半导体激光器71的FBG侧端面的反射率设置为1％以下时从FBG73输出的波长为1064nm的激光的电流-光输出特性。另外，图15示出了激光的中心波长与激光器驱动电流的相依性。如上所述，当1.064μm频带半导体激光器71的反射率降至1％以下时，从FBG73输出的激光以100MHz间隔稳定地进行多模振荡，而不会有光输出的1％以上那么大变化的扭折。另外，尽管可以看出半值宽度随着电流的增加而增加，但是中心波长只在测定分解能为10pm以下变化。
如果将此FBG侧端面的反射率设置在1％以下时的1.064μm频带半导体激光器71和1320nmDFB激光器72相互组合，对从这些光源射出的激光进行合波，则因产生和频而得到了0.59μm的波长变换光。并且，通过使用脉冲驱动电源77对1.064μm频带半导体激光器71进行调制，从而能够以10Mb/s对0.59μm的波长变换光进行十个层次的ON/OFF调制。
另外在实施例5中，在FBG73后段没有必要必须有隔离器，另外，不限于1.064μm的激光器，即使是980nm、940nm等其他波长的激光器也能够得到同样的特性。
实施例6
图16示出了具有调制功能的光源装置的构成的图，其中对具有FBG的激光器的驱动电流提供反馈以使本发明的输出光强度恒定。此实施例6在实施例1的构成基础上还具有光束取样器1201、光检测器1202、比较器1203、脉冲驱动电源1205。光束取样器1201设置在从波长变换元件模块75输出的激光的光路上，并且与波长变换元件模块75以及光检测器1202光学连接。光检测器1202将检出的光强度变换为电信号，并电连接到比较器1203以能够将该电信号发送给比较器1203。此比较器1203还与脉冲驱动电源1205连接，脉冲驱动电源1205还与1.064μm频带半导体激光器71连接。
为了通过该结构使输出光强度维持恒定，可以由光束取样器1201对该输出强度的一部分进行分支，由光检测器1202检测，对具有FBG的激光器的驱动电流提供反馈以使该强度恒定。光束取样器1201的反射率为1％至10％左右。另外，比较器1203对与来自光检测器1202的光强度相关的电信号和来自外部的电输入信号1204进行比较，并可以控制脉冲驱动电源1205以使两信号维持预先设定的关系。
图17示出了在从10℃至40℃变化的恒温槽中使实施例6的激光器动作时的激光器输出强度的时间变化。另外，在此，示出了被开始时的激光器输出标准化了的值。通过采用上述的实施例6的结构，即使装置的环境温度从10℃变化至40℃，也能够得到输出光的强度变化为±1％的良好结果。
实施例7
在实施例7中，在实施例1、2、3、4、5和6的结构中使用包括具有调制功能的驱动电源的装置作为1.32μm频带DFB激光器的驱动电源。即，在此，通过控制1.32μm频带DFB激光器的电流使具有调制功能的光源装置具有转换功能。
因此，使用高输出型的1.064μm频带半导体激光器作为1.064μm频带半导体激光器，增加动作电流并使输出大致增倍至80mW，通过从阈值以下至80mA对1.32μm频带DFB激光器的电流进行ON/OFF来进行调制。其结果如图11A所示，将0.58μm的波长变换光的强度减少限制在1/2左右，在峰-峰之间允许2％以下的噪音的条件下，能够以10Mb/s对0.58μm的波长变换光进行ON/OFF调制。
另外，在阈值以下对具有FBG且波长稳定化的1.064μm频带半导体激光器和1.32μm频带DFB激光器两者进行ON/OFF调制时，通过进行同步调制，能够将调制光的ON/OFF比从70dB改善至100dB。
以上对使用LiNbO3作为非线性光学材料的情况进行了说明，但使用LiTaO3或LiNb(x)Ta(1-x)O3(0≤x≤1)时也能够得到同样的效果。并且通过这三种互相组合、或者使用含有从Mg、Zn构成的组中选择的至少一种作为添加物的材料作为非线性光学材料，也能够得到同样的效果。
图12示出了将具有变换功能的光源装置组装在荧光显微镜装置中的构成。组装的具有变换功能的光源装置使用与实施例1相同的装置。荧光显微镜装置从波长变换元件模块75射出波长变换光，此激光被二向色镜1013反射，通过物镜1014被聚光，从而成为点状激光照射到细胞1016上。细胞1016经荧光色素染色，细胞1016的荧光色素被波长变换光激发而发出荧光。由细胞1016发出的荧光，通过物镜1014、二向色镜1013、以及棱镜1012入射到高灵敏度照相机1011。高灵敏度照相机1011将入射的荧光变换为电信号，图像显示部依据从高灵敏度照相机1011输入的各电信号生成荧光图像，并显示输出。组装在荧光显微镜中，如果用来观察与其他蛋白质的遗传基因融合而被导入细胞的荧光蛋白(GFP)，则能够对活细胞中特定的构造体或功能分子高灵敏地进行荧光标记。
另外，在相同构成中使用波长稳定化的0.94μm频带半导体激光器时，通过与1.32μm频带DFB激光器组合，能够实现543nm的波长变换光。
此外，具有图8A、8B或图11A、11B所示特性的光源的激励激光器能够以图所示ON状态为最大值将ON等级设定为十个层次。此时，在峰-峰之间允许光强度减少5％以下的条件下，能够以10Mb/s对0.58μm的波长变换光进行ON/OFF十个层次的调制。
在以上的实施例中叙述了产生和频、差频的情况，但也适用于只使用第一半导体激光器光源，或只使用第二半导体激光器光源作为半导体激光器光源产生二次谐波的调制光源的场合。
图13示出了说明使用了具有调制功能的光源装置的光调制方法的流程图。在此进行说明的调制方法是包含全部上述实施例的方法。因此，各实施方式中的光调制方法未必一定含有所有的步骤。
在步骤1101中，射出被第二半导体激光器调制的光。在步骤1102中，将步骤1101中调制的光入射到FBG，该FBG具有比由第二半导体激光器的元件长度所决定的谐振波长间隔更窄的反射频带。在步骤1103中，将从FBG射出的光入射到隔离器。在步骤1104中，对从第一半导体激光器射出的光和从FBG或者隔离器射出的光进行合波并入射至光波导中。在步骤1105中，从光波导射出来自第一和第二半导体激光器的光的差频或者和频。在步骤1106中，将FBG的温度控制在一定范围内。在步骤1107中，流向第二半导体激光器光源的电流的调制振幅的下限设定在阈值以下以使出射波长成为非线性光学材料的疑似相位调整频带的短波长侧波长，将电流调制振幅的上限设定为比赋予电流-光输出特性中所产生的最初扭折的电流值更低的电流值。在步骤1108中，对第一半导体激光器光源的电流振幅调制的下限设定在阈值以下以使出射波长成为非线性光学材料的疑似相位调整频带的短波侧波长，设定电流调制振幅的上限，以使出射波长成为非线性光学材料的疑似相位调整频带的长波测波长。
但是，各实施方式中的光调制方法是否包括步骤1103、1106～1108的各个步骤是任意的。另外，步骤1106～1108的各插入位置也是任意的，可以改变其顺序。
图18示出了说明使用了与实施例6对应的具有调制功能的光源装置的光源调制方法的流程图。在图13的步骤的最后部分增加了对光检测器接收的光信号和设定值进行比较，对步骤1107提供反馈的步骤。
以上对产生0.58μm的变换光的具有调制功能的光源装置进行了说明，但第一半导体激光器光源使用1.307μm频带DFB激光器，第二半导体激光器光源使用具有FBG且波长稳定化的0.967μm频带半导体激光器，产生0.56μm的波长变换光的具有调制功能的光源装置也可以获得具有同等实用光强度的调制功能。

Claims (14)

1.具有调制功能的光源装置，其包括由具有非线性常数周期性调制构造的非线性光学材料构成的光波导，所述光源装置通过对来自波长不同的第一和第二半导体激光器光源的激励光进行合波并入射到所述光波导，输出所产生的差频或者和频，或者输出来自第二半导体激光器光源的二次谐波，其特征在于，
所述第二半导体激光器光源包括：半导体激光器、FGB以及对半导体激光器进行调制的装置，所述FBG的反射频带比由所述半导体激光器的元件长度决定的谐振波长间隔更窄。
2.根据权利要求1所述的具有调制功能的光源装置，其特征在于，流向所述第二半导体激光器光源的电流调制幅度的下限被设定为在阈值以下，并且使出射波长成为非线性光学材料的疑似相位调整频带的短波侧波长，上限为比赋予电流-光输出特性中产生的最初扭折的电流值更低的电流值。
3.根据权利要求1或2所述的具有调制功能的光源装置，其特征在于，隔离器连接到所述FBG的输出。
4.根据权利要求1至3的任一项所述的具有调制功能的光源装置，其特征在于，在所述FBG中增加有温度控制装置。
5.具有调制功能的光源装置，其包括由具有非线性常数周期性调制构造的非线性光学材料构成的光波导，所述光源装置通过对来自波长不同的第一和第二半导体激光器光源的激励光进行合波并入射到所述光波导，输出所产生的差频或者和频，或者输出来自第二半导体激光器光源的二次谐波，其特征在于，
所述第一半导体激光器光源内置有衍射光栅，并包括对从半导体激光器射出的输出光进行调制的装置，
对第一半导体激光器光源的电流调制振幅的下限被设定为在阈值以下，以使阈值之后的出射波长成为非线性光学材料的疑似相位调整频带的短波长侧波长，
所述电流调制振幅的上限是形成比非线性光学材料的疑似相位调整频带的峰值波长短的波长侧波长，且形成比阈值之后的出射波长长的波长侧波长的电流值。
6.根据权利要求1-5任一项所述的具有调制功能的光源装置，其特征在于，所述第一和第二半导体激光器光源包括对从半导体激光器射出的输出光进行调制的装置，并且彼此同步。
7.根据权利要求1-6任一项所述的具有调制功能的光源装置，其特征在于，所述非线性光学结晶为LiNbO3、LiTaO3、LiNb(x)Ta(1-x)O3(0≤x≤1)中的任一种，或者其组合，或者其中含有从Mg、Zn构成的组中选择的至少一种作为添加物。
8.具有调制功能的光源装置，其特征在于，将权利要求1-7任一项中所述的具有调制功能的光源组装在荧光显微镜装置中。
9.光调制方法，使用包括第一半导体激光器、第二半导体激光器以及由具有非线性常数周期性调制结构的非线性光学材料构成的光波导的光源装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
从所述第二半导体激光器射出被调制的光；
将所述射出步骤中被调制的光射入具有比由所述第二半导体激光器的元件长度所决定的共振波长间隔更窄的反射频带的FBG；
对从所述第一半导体激光器射出的光和从所述FBG射出的光进行合波，入射到所述光波导；
从所述光波导射出来自所述第一和第二半导体激光器的光的差频或和频。
10.根据权利要求9所述的光调制方法，其特征在于，还包括将从所述FBG射出的光入射至隔离器的步骤，所述入射到光波导的步骤包括对从所述第一半导体激光器射出的光和从所述隔离器射出的光进行合波的步骤。
11.根据权利要求9或10所述的光调制方法，其特征在于，还包括将所述FBG的温度控制在一定范围内的步骤。
12.根据权利要求9至11任一项所述的光调制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
将流向所述第二半导体激光器光源的电流调制振幅的下限设定为在阈值以下，以使出射波长成为非线性光学材料的疑似相位调整频带的短波侧波长；
将所述电流调制振幅的上限设定为比赋予电流-光输出特性中所产生的最初扭折的电流值更低的电流值。
13.用于输出和频的光调制方法，包括内置有衍射光栅的第一半导体激光器、第二半导体激光器以及由具有非线性常数周期性调制结构的非线性光学材料构成的光波导，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
从所述第一半导体激光器射出被调制的光；
对从所述第一半导体激光器射出的光和从所述第二半导体激光器射出的光进行合波，射入到所述光波导；
从所述光波导射出来自所述第一和第二半导体激光器的光的差频或和频；
将对所述第一半导体激光器光源的电流振幅调制的下限设定为在阈值以下，以使出射波长成为非线性光学材料的疑似相位调整频带的短波长侧波长；
将所述电流调制振幅的上限设定为使出射波长成为比非线性光学材料的疑似相位调整频带的峰值波长短的波长侧波长，并且比阈值之后的出射波长长的波长侧波长。
14.根据权利要求9至13任一项所述的光调制方法，其特征在于，还包括与所述第二半导体激光器的光的调制同步地对所述第一半导体激光器的光进行调制的步骤。
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