CN118099918A - 光源以及测量装置 - Google Patents

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青山诚
小川奏
山川考一
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National Institute of Radiological Sciences
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Abstract

在将输出光(200)振荡成多个脉冲状的激光装置(1)中，在激光介质(26)发出的光的光路或者从光谐振器(20)发射后的输出光(200)的光路中的任一光路上设置有限制绕光轴的扩展的空间滤波器(40)，输出光(200)是由吸收激发光(100)并发出光的激光介质(26)发出的光被放大而成的，该激光介质(26)添加有镱。

Description

光源以及测量装置
本申请是申请日为2018年8月24日、申请号为2018800573993、发明名称为“激光装置、光源以及测量装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及以被动Q开关方式使脉冲状的激光振荡的激光装置的结构及其驱动方法。
背景技术
通过将激发光入射到光谐振器中而使激光振荡，该光谐振器具有在入射镜与出射镜之间的光路上设置有激光介质的结构。作为使脉冲状的激光振荡的方法，存在Q开关法，Q开关法是通过设置在光谐振器内的Q开关来控制振荡的，并且大致可分为主动Q开关法和被动Q开关法。在主动Q开关法的情况下，需要通过从外部主动地控制作为Q开关发挥作用的普克尔斯盒等来使激光振荡。与此相对，在被动Q开关法的情况下，使用可饱和吸收体代替普克尔斯盒等，并且自动地控制可饱和吸收体中的光的吸收和透射，可饱和吸收体作为Q开关发挥作用。因此，在被动Q开关法中不需要主动的控制，从而能够使装置结构简单化、小型化、并且变得廉价，因此，使用了被动Q开关法的装置特别优选被应用在小型的激光装置中。
作为使用了被动Q开关法的小型的激光振荡器(激光装置)，以Nd：YAG作为激光介质的激光振荡器被广泛应用。在使用Nd：YAG的情况下，振荡波长为1064nm，由于可以使用从半导体激光器发出的激光作为激发光，因此容易使激光装置整体小型化。此时，能够通过脉冲状的激发光的振荡定时来控制以脉冲状振荡的激光的振荡定时。这样的小型激光装置主要是以汽车等的发动机点火为目的开发的。在为了发动机的点火而使用激光的情况下，优选的是，峰值强度高且脉冲宽度(振荡脉冲宽度)短，由此点火的能量效率较好。在使用Nd：YAG作为激光介质的被动Q开关激光器中，由于容易产生比脉冲宽度1ns(纳秒：10-9)短的皮秒(10-12秒)级的短脉冲，因此能够得到作为发动机点火用激光器特别优选的特性。在非专利文献1中记载了使用Yb:YAG作为激光介质，将半导体激光器用作激发光的光源而使这样的短脉冲宽度(振荡脉冲宽度)的激光振荡的结构。另外，关于被动Q开关激光的振荡脉冲宽度与各种参数之间的关系，例如记载在非专利文献2中。这样，以往，作为被动Q开关激光器，多数的情况是使用容易得到高输出的Nd：YAG作为激光介质。
另一方面，即使出于发动机的点火以外的目的，通过使用这样的小型的激光装置，也能够实现装置整体的小型化。例如，在专利文献1记载的血糖仪中，直接用于测量的红外光(激光)是通过光参量振荡(Optical Parametric Oscillation：OPO)得到的。在OPO中，通过使泵浦光入射到非线性晶体而使与泵浦光不同波长的光振荡，振荡的光直接用于血糖值的测量。由于将中红外的激光用作泵浦光，因此为了在这样的血糖仪中生成泵浦光，优选使用如上所述的被动Q开关法的小型的激光装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开专利公报《WO2016/117520号公报》
非专利文献
非专利文献1：平等拓范、常包正树、金原贤治、森岛信悟、田口信幸、杉浦明光《基于巨脉冲微激光的发动机点火的可能性》，等离子体与核聚变学会杂志，第89卷，第4期，第238页(2013年)
非专利文献2：“＞1MW Peak Power Single-Mode High-Brightness PassivelyQ-Switched Nd3+：YAG Microchip Laser”，H.Sakai，H.Kan，and TTaira，Optics Express，16卷，19891页(2008年)
发明内容
技术问题
在将使用了如上所述的被动Q开关法的小型的激光装置设为如上所述的用于发动机点火的情况和设为用于血糖仪(OPO的泵浦光)的情况下，所需的脉冲宽度不同。特别是在OPO中使波长为3μm以上的中红外光振荡的情况下，由于在OPO中使用的非线性晶体的光学常数较小，因此增益小，并且非线性晶体会因10MW/cm2以上的照射能量而受到损坏。因此，在这样的情况下，使用强度较低且具有4ns以上的长脉冲的泵浦光，例如最好是非线性晶体的出射光和入射光的光轴方向长度例如为20mm左右，泵浦光的脉冲宽度为10ns左右。该脉冲宽度比非专利文献1中记载的发动机点火时的脉冲宽度长很多。即，作为OPO的泵浦光，要求振荡脉冲宽度比非专利文献1等记载的情况长。
在非专利文献2中示出了被动Q开关激光的振荡脉冲宽度tp与谐振器长度(考虑到入射镜与出射镜之间的折射率的光学长度)lc具有线性关系。具体而言，示出了振荡脉冲宽度tp由以下的等式(1)～(4)表示。
[等式1]
这里，c为光速，T0为可饱和吸收体的初始透射率，δf、δt分别为在Q开关操作中在振荡结束时和振荡期间的最大光子数时的各自的反转分布密度与在振荡开始之前的反转分布密度的比例。另外，R是谐振器的输出镜的反射率，Lg是谐振器每次旋转的光损失比例，σSA、σg分别是可饱和吸收体和激光介质的感应发射截面面积，ASA、Ag分别是可饱和吸收体、激光介质的激光振荡时的有效面积，σESA是可饱和吸收体的激发状态吸收截面面积，a是接近1的常数。根据等式(1)，为了使振荡脉冲宽度tp变长，只要使谐振器长度lc变大即可。即，能够将谐振器长度lc设定得较大的被动Q开关激光器用作OPO的泵光用的光源。
但是，振荡脉冲宽度tp还取决于谐振器长度lc以外的参数。这里，激光介质的感应发射截面面积σg根据激光介质而大不相同。在将如上所述广泛应用的Nd:YAG用作激光介质的情况下，由于σg较大，因此为了通过Q开关操作得到大的脉冲输出，需要加强可饱和吸收体对振荡的限制，有必要使可饱和吸收体的初始透射率T0减小(至0.3)。这在使振荡脉冲宽度tp变短的方向上发挥作用，对于如上所述产生用于发动机点火的皮秒短脉冲是有利的，但是在如上所述用作OPO的泵浦光的情况下是不利的。
作为与Nd:YAG同样地能够作为被动Q开关激光装置中的激光介质使用的材料，已知代替Nd而添加有Yb的Yb:YAG。在Yb：YAG的情况下，振荡波长为1030nm，并且与Nd：YAG一样，可以使用从半导体激光器发出的激光作为激发光。因此，使用Yb:YAG同样能够得到小型的激光装置。另外，在使用Yb：YAG作为激光介质的情况下，由于σg较小，因此可以使T0增大(至0.7)。因此，与使用Nd：YAG作为激光介质的情况相比，容易获得较长的振荡脉冲宽度tp。图12是通过等式(1)～(4)计算出在这样的设定下的振荡脉冲宽度tp对谐振器长度lc的依赖性的结果。
本发明人等认真研究后，结果发现为了在激光介质中含有Yb小型的被动Q开关激光装置中将振荡脉冲宽度设定得较长，优选的是，使横向振荡模式接近单一模式。本发明是鉴于该问题而完成的。
用于解决问题的方案
本发明的激光装置是以下这样的激光装置：使用光谐振器，该光谐振器的内部设置有可饱和吸收体和吸收激发光并发出光的激光介质，通过将脉冲状的所述激发光入射到所述光谐振器内来将所述激光介质发出的光在所述光谐振器内被放大而成的激光作为输出光从所述光谐振器输出，该激光装置的特征在于，在所述激光介质中添加有镱(Yb)，所述激发光的脉冲宽度、所述光谐振器的谐振器长度、以及所述可饱和吸收体被设定成：针对作为单个脉冲的所述激发光，发出由多个脉冲构成的所述输出光，在所述光谐振器的内部的所述光的光路、所述光谐振器的外部的所述输出光的光路中的任一光路上，设置有限制绕光轴的扩展的空间滤波器。
发明效果
由于本发明是如上所述那样构成的，因此在小型的被动Q开关激光器中产生高能量纳秒脉冲时，能够将振荡脉冲宽度设定得较长，并且能够使横向振荡模式接近单一模式。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方式的激光装置的结构的图。
图2的(a)是根据本发明的实施方式的激光介质冷却部的主视图，图2的(b)是其侧面剖视图。
图3是在根据本发明的实施方式的激光装置中，对谐振器长度lc与输出光的脉冲宽度tp、脉冲能量之间的关系进行实际测量后的结果。
图4是在根据本发明的实施方式的激光装置中，对在入射1次激发光时多次输出的输出光的脉冲能量和效率进行实际测量后的结果。
图5是在根据本发明的实施方式的激光装置中，对在入射1次激发光时输出光以脉冲状反复状输出的状况进行实际测量后的结果。
图6的(a)是根据本发明的实施方式的光圈的剖视图，图6的(b)是其主视图。
图7是在不使用空间滤波器的情况(a)下和在使用空间滤波器的情况(b)下的输出光的光束分布图。
图8是在不使用空间滤波器的情况(a)下和在使用空间滤波器的情况(b)下的输出光脉冲的时间波形。
图9是示出根据本发明的实施方式的激光装置的第1变形例的结构的图。
图10是示出根据本发明的实施方式的激光装置的第2变形例的结构的图。
图11是示出根据本发明的实施方式的测量装置的结构的图。
图12是示出对在使用Nd：YAG作为激光介质的情况下和在使用Yb：YAG作为激光介质的情况下的谐振器长度和振荡脉冲宽度的关系进行计算后的结果的图。
具体实施方式
[实施方式1]
以下，对根据本发明的实施方式的激光装置进行说明。由该激光装置振荡的激光特别优选的是用作发出中红外的激光的OPO的泵浦光。图1是示出该激光装置1的结构的图。这里，在该激光装置1中作为用于振荡的激光的激发光100和作为最终输出的激光的输出光200的光轴是共同的(图1中的左右方向)，在图1示出了沿着该光轴的截面。
在该激光装置1中，从半导体激光器(激发光源)110振荡的激发光100的波长被设为Yb：YAG的吸收波段，即940nm±1.5nm。在光谐振器20中设置有谐振器长度为lc的入射镜21和出射镜22，激发光100从入射镜21入射到该光谐振器20内。由于入射镜21使激发光100透射并且使输出光200反射，出射镜22是反光镜，因此能够将最终成为输出光200的激光被限制在入射镜21和出射镜22之间并进行放大，并且使激发光100相对于入射镜21从图中左侧入射，使输出光200从出射镜22向图中右侧输出。在光谐振器20内，沿着光轴设置有通过吸收激发光100而使最终成为输出光200的光振荡的激光介质31、作为Q开关发挥作用的可饱和吸收体32。半导体激光器110发出的激光的脉冲宽度、光谐振器20的谐振器长度lc、以及可饱和吸收体32被设定成：针对单个脉冲的激光，发出由多个脉冲构成的输出光200。作为构成激光介质31的材料，使用在钇铝石榴石(YAG)中添加有镱(Yb)的Yb：YAG，通过激光介质31中的感应放射而振荡的激光(输出光200)的波长为1030nm左右。作为构成可饱和吸收体32的材料，使用母体材料是与激光介质31相同的YAG且在该母体材料中添加有铬(Cr)的Cr：YAG。该材料对上述激光具有可饱和特性(吸收低强度的光并使高强度的光透射的特性)。
在将上述激光装置1在专利文献1中记载的血糖仪中使用的情况下，特别要求使包括作为泵浦光的光源的激光装置在内的整体小型化。如图12所示的发明人等的研究结果所示，使用Yb：YAG时，能够在将谐振器长度lc保持得较小的同时延长振荡脉冲宽度tp，即，能够使OPO的泵浦光的光源小型化。
另外，在实施方式的实际的光谐振器20内，采用将激光介质31和可饱和吸收体32作为烧结体一体化而形成的光学元件烧结体30。另外，入射镜21在该光学元件烧结体30的图中左侧(激光介质31侧)的表面上形成为薄膜状。具体而言，入射镜21被设为多层膜涂层，该多层膜涂层能够透射波长为940nm的光(激发光100)并且反射波长为1030nm的光(输出光200)。因此，实际上入射镜21、激光介质31、以及可饱和吸收体32是一体化构成的。此时，也可以将入射镜21、激光介质31、以及可饱和吸收体32一体化的光学元件烧结体30整体由图2所示的珀耳帖元件等构成的激光介质冷却部80冷却，从而可以控制光学元件烧结体30整体的温度的结构。激光介质冷却部80主要由铜、铝合金或铟等的具有高热导率的金属构成。该激光介质冷却部80由对作为热源的光学元件烧结体30等的激光介质进行传热保持的保持部81、与保持部81紧密接触的上板82、传热薄板83、珀耳帖元件84(非金属)、传热薄板85、基板86以及散热部87构成。上板82和传热薄板83具有较大的面积，将光学元件烧结体30的热高效地向珀尔帖元件84的上表面传导。传热薄板85与珀尔帖元件84下表面紧密接触并且高效地进行向底板86的废热传导。通过这样的结构，激光介质冷却部80抑制因未被转换为激光的、激光介质的泵浦光激发能量引起的温度上升，并且有助于激光装置1的稳定的振荡。
散热部87在空气冷却的情况下优选为图2所示的翅片形状，并且通过由冷却风扇等进行的空气的强制循环来进行散热。通过该冷却结构，能够调整可饱和吸收体32和激光介质31的温度，由此能够调整振荡的输出光200的纵向模式。另外，为了补偿由于随着激光介质31的温度上升引起的热透镜效应而导致的模式尺寸的缩小，在光谐振器20内，将出射镜22设为凸面镜，使得由出射镜22反射的光扩展。
图3示出了对该结构中的谐振器长度lc与振荡后的输出光200的振荡脉冲宽度tp、脉冲能量(每个脉冲)之间的关系进行实际测量后的结果。通过增大lc，振荡脉冲宽度、脉冲能量都增大。如上所述，在用作OPO中的泵浦光的情况下，优选的是延长输出光200的脉冲宽度。例如，优选的是4ns以上且1μs以下，理想的是10ns以上。例如，通过将lc设为160mm，能够将脉冲宽度延长至12ns左右。这种情况下的脉冲能量为6.5mJ，输出光200的振荡频率最大为60Hz左右。
另外，在激发光100的脉冲宽度长，且激发光100的入射时间长的情况下，在激发光100的一次入射中脉冲状的输出光200被多次振荡。在该情况下的可饱和吸收体32的Q开关操作时，在与光的吸收有关的激发能级被电子充分填充的情况下，由于光透射，因此Q开关接通，输出光200振荡。在其后立即同样地进行光吸收、光透射时，由于在可饱和吸收体32中激发能级也在某种程度上被填充，因此直到Q开关再次接通为止所需的能量比第1次振荡时所需的能量小。图4示出了在将谐振器长度lc设为52.2mm，并且紧接在先前的脉冲光振荡之后，通过对可饱和吸收体进行光吸收、光透射而使输出光200多次振荡的情况下，相对于作为激发光的半导体激光器(LD)的脉冲宽度(相当于激发光能量变化)增加，每个激发光输入的激光振荡整体的脉冲能量和效率。该效率是输出光相对于激发光能量的能量效率。图中的图1～4表示相对于激发光输入的振荡次数，对应于1次至4次的振荡。
根据上述理由，越是后面的脉冲越容易振荡，脉冲能量高且效率高，在进行4次的振荡时可得到10％的效率。图5是对在输出光200进行4次振荡时的时间经过进行实际测量后的结果，脉冲间隔为60～80μs左右。在将该输出光200作为用OPO生成专利文献1中记载的血糖仪中被用于探针用途的激光时的泵浦光使用的情况下，由于测量是根据脉冲的反复进行的，因此能够针对一次激发半导体激光输入进行多次测量。上述脉冲间隔相对于激发半导体激光器的间隔(最短10ms(毫秒))足够短，但是在运算中是能够在时间上进行分离处理的间隔。因此，在使用这种程度的时间间隔的脉冲光的情况下，可以针对每个脉冲光得到血糖仪的输出，通过对该输出进行统计处理，能够进行高精度的测量。即，这样获得输出光200作为多次脉冲输出的特性，对于专利文献1记载的测量而言是优选的。
但是，在将实际振荡的激光输出光200用作OPO的泵浦光的情况下，在低强度下发生OPO中的非线性晶体的损坏。其原因在于，为了使振荡脉冲宽度tp变长，随着光谐振器内的模式尺寸变大，作为横向振荡模式中的基本模式的除TEM00以外的成分变大。即，横向振荡模式变得容易多模式化，在这样多模式化的光入射到可饱和吸收体的情况下，可饱和吸收体中的开关操作的定时变得不一致，从而产生不能作为OPO的泵浦光发挥作用的成分。这样的泵浦光中的无用成分对OPO中的振荡没有贡献，而在非线性晶体中被吸收而成为发热的原因，因此成为非线性晶体的损坏的原因。
另外，在设计成使上述的输出光200的振荡脉冲宽度tp变长，并且在入射一次激发光100的期间内，输出光200以脉冲状多次振荡的情况下，光谐振器20中的模式尺寸变大，横向振荡模式被多模式化(作为基本模式的除TEM00以外的模式的贡献变大)。上述的横向振荡模式被多模式化的情况在得到适合作为OPO的泵浦光的脉冲宽度例如10n以上的输出光200的情况下特别显著。为了解决这样的问题点，在将振荡脉冲宽度设定得较长的情况下，要求使横向振荡模式接近单一模式。
因此，在该激光装置1中，如图1所示，在从光谐振器20发射后的输出光200的光路上设置有空间滤波器40。空间滤波器40是限制输出光200的绕光轴的扩展的机构，其是由第1透镜41、第2透镜42、以及光圈43构成的。第1透镜41是使光会聚的光学系统，其被设定成在光圈43所处的位置输出光200取焦点(光束腰)，并且使输出光200会聚，第2透镜42被设定成在使输出光200会聚之后将输出光200再次成为平行光。光圈43被设定成仅使光束腰中的光轴附近的光通过。由此，能够除去输出光200中的TEM00以外的成分的大部分。
图6的(a)是根据本实施方式的光圈43的剖视图，图6的(b)是光圈43的主视图。如图6所示，光圈43是由陶瓷等构成的板状的部件，其包括:具有开口部431A的通路431；以及锥形部432。光圈43的通路431被配置成其中心轴与输出光200的光轴相同或大致相同。
通路431是仅使输出光200的光束腰中的光轴附近的光通过的细孔。优选的是，开口部431A为正圆或接近正圆的形状。另外，开口部431A的直径da基于输出光200的光束腰中的衍射极限来设定。具体而言，通过使开口部431A的直径da比作为光束腰中的衍射极限的大小稍大，从而使只有TEM00的成分容易通过开口部431A。
在以通路431的长度la仅使TEM00的成分透射为目的的情况下，优选的是，比光束腰部的长度(瑞利长度)短。但是，考虑到加工技术和开口部431A的耐久性，通路431的长度la为1.2mm以下即可。
锥形部432可以在输出光200的光路中被配置在通路431的上游(半导体激光器110所处的一侧)，也可以被配置在通路431的下游(输出光200的发射侧)。
在将锥形部432配置在通路431的上游的情况下，对来自下游侧的返回光进行过滤或阻断的效果较好。与此相对，在将锥形部432配置在通路431的下游的情况下，对来自上游侧的光进行空间滤波的效果较好。锥形部432是为了在维持光圈43的机械强度的同时将通路431设置得比瑞利长度短所需的结构，但是由于锥形面上的光反射不是零，因此通常在多数情况下将锥形部432配置在与进行过滤的光的光源相反的方向上(下游侧)。
另外，锥形部432与激光光轴所成角度θa优选为20°以上且小于90°。如果角度θa过小，则伴随空间滤波的激光的聚光需要长距离的光传播，装置变得大型化，因此不实用。因此，优选的是将角度θa设为20°以上。
图7示出了当将lc设为137.2mm时在不使用空间滤波器40的情况(a)下和在使用空间滤波器40的情况(b)下的输出光200的光束轮廓(在与光轴垂直的表面上检测出的强度分布)用CCD照相机进行2维拍摄后的结果。在光束中心处可以得到最高的强度，在其周围可以得到具有扩展的强度分布，在各图像中的左侧、下侧所示的波形是沿着通过光轴(光束的中心)的图中的各纵线、横线的1维光束轮廓(以光轴上的强度进行标准化)。这种情况下的光圈43的开口的大小为衍射极限尺寸的1.2倍。在不使用空间滤波器40的情况(a)下，由于不能忽略除TEM00以外的成分的贡献，因此绕光轴的非对称性显著，在使用空间滤波器40的情况下，提高了绕光轴的对称性。
如上所述，输出光200是以脉冲状发出的，但通过去除TEM00以外的成分，该脉冲形状也发生变化。图8示出对与图7对应的输出光的脉冲形状进行实际测量后的结果。这里，图中的纵轴表示用各脉冲的最大值除整体的强度并标准化后的标准化强度，并且按照各脉冲的最大值为1的方式进行标准化。在不使用空间滤波器40的情况下，脉冲的FWHM值为11.4ns，相对于此，在使用空间滤波器40的情况下，脉冲的FWHM值变短，为10.8ns。即，除TEM00以外的成分的脉冲宽度比TEM00的成分宽，通过去除TEM00以外的成分，脉冲宽度稍微变短。在图8中，在设置空间滤波器40的情况下，由此会损失能量的一部分，但损失的能量在没有空间滤波器40的情况下为23.7％，由这样损失的成分产生的脉冲的FWHM为13.6ns。
在通过OPO使中红外的激光稳定地振荡的情况下，泵浦光的强度存在阈值，需要该阈值以上的强度的泵浦光。在将在与上述图7同样的条件下振荡的输出光200实际用作OPO的泵浦光的情况下，在不设置空间滤波器40的情况下，该阈值为3.7MW/cm2左右，与此相对，在设置空间滤波器40的情况下，该阈值下降为2.3MW/cm2左右。即，在利用OPO使中红外的激光稳定地振荡时，通过空间滤波器40去除泵浦光中的无用成分，由此能够使该阈值比基于空间滤波器的损失效果提升下降约4成。这减少了对OPO的非线性晶体的损坏。
光圈43的开口尺寸越小，作为空间滤波器的效果越大，另一方面，TEM00成分被该开口截断的比例也就变高，输出光200的强度降低。因此，优选的是，开口的尺寸被设定为比光束腰中的衍射极限尺寸稍大，特别优选的是，是衍射极限尺寸的1.0～1.4倍左右。另外，作为空间滤光器40，设置有在光路中形成光束腰的光学系统(第1透镜41、第2透镜42)，在该束腰上设置了光圈43，但只要起到同样的效果，其结构是任意的。另外，在本说明书中，衍射极限尺寸是指由空间滤波器形成的光束腰中的激光的直径，光圈43的开口尺寸意味着该光圈43的开口直径da。
另外，在图1的结构中，在光谐振器20内使用光学元件烧结体30，该光学元件烧结体30是由入射镜21、激光介质31、可饱和吸收体32一体化形成的。但是，如图9所示的激光装置2(第1变形例)那样，也可以被设置成彼此分离的入射镜25、激光介质26以及可饱和吸收体27设置在光谐振器50内。在这种情况下，由于可以将入射镜25和可饱和吸收体27的形状、材料被设定为与激光介质26无关，因此特别容易进行光谐振器50的最优化。
另外，振荡的波长是由激光介质决定的，构成可饱和吸收体的材料是在考虑了激光介质和振荡的激光的特性的基础上决定的。在上述激光装置1中，使用Cr：YAG作为可饱和吸收体32，但也可以使用其他材料作为可饱和吸收体。一般来讲，可以使用添加有Cr的光学材料(例如Cr：ZnSe等)作为这样的可饱和吸收体的材料。如图9所示，在使可饱和吸收体27和激光介质26分离的情况下，选择这种材料的自由度变高。
另外，在图1的结构中，空间滤波器40被设置在光谐振器20的外部(下游侧)。但是，也可以将空间滤波器设置在光谐振器内。图10示出具有这样的结构的激光装置3(第2变形例)的结构。在该光谐振器70中，根据由入射镜21和出射镜22的曲率半径以及激光介质31的发热引起的透镜效应，设定成在光谐振器70内的激光介质31、可饱和吸收体32以外的部位形成光束腰，并且在该光束腰的部位设置作为空间过滤器60的光圈61。光圈61具有与上述光圈43相同的功能。
如上所述，为了作为使中红外光振荡的OPO的泵浦光来使用，需要加长谐振器长度lc，在图1的结构中，需要在较长的光谐振器20的外部进一步设置空间滤波器40。与此相对，在图10结构中，由于仅在较长的光谐振器70的内部设置空间滤波器60，在外部不需要空间滤波器，因此能够缩短整体的结构，实现小型化。特别是在使用如上所述将入射镜21、激光介质31、可饱和吸收体32一体化的光学元件烧结体30的情况下，通过将它们一体化，能够使包含它们整体的结构小型化。另一方面，由于谐振器长度lc被设定得较长，因此能够扩大在光谐振器70内设置空间滤波器60的空间。因此，在使用激光介质和可饱和吸收体一体化的材料的情况下，特别优选的是在光谐振器内设置空间滤波器。
另外，在上述例子中，使用Yb：YAG作为激光介质，使用Cr：YAG或Cr：ZnSe作为可饱和吸收体。但与上述相同，在谐振器长度被设定得较长的情况下，即使在使用其他激光介质、可饱和吸收体的情况下，设置如上所述空间滤波器也是有效的。另外，在上述例子中，该激光装置的输出光用于OPO，但即使在用于其他用途的情况下，输出光的脉冲宽度也较宽，在优选的是横向振荡模式的单一模式化的情况下，上述结构是同样有效的。
[实施方式2]
图11是示出本实施方式的测量装置300的结构的图。测量装置300对测量对象320照射波长转换光201，通过测量被测量对象320反射的反射光201A的吸光度，进行在测量对象320中包含的物质的测量。测量对象320例如是生物体(特别是人体)，但测量对象320的种类并没有特别限定。所述物质例如是血液中的糖，但没有特别限定。测量装置300可以是血糖仪，也可以是以非侵入的方式测量生物体内的物质量的其他装置(例如，脉搏血氧仪)。
如图11所示，测量装置300包括光源310和光检测器330。光源310包括激光装置1、光参量振荡器(OPO)311以及光学系统315。激光装置1与实施方式1中的激光装置1相同。
OPO311是包括对从激光装置1发射的激光进行波长转换的非线性晶体的装置，其具有入射侧半透镜312、发射侧半透镜314以及配置在它们之间的非线性晶体313。透射入射侧半透镜312的输出光200入射到非线性晶体313，并被转换为波长比输出光200长的光，并且在入射侧半透镜312与出射侧半透镜314之间被反射而限制时其光参量被放大。放大后的光透射出射侧半透镜314成为波长转换光201并输出。
作为非线性晶体313，在相位匹配的条件下，使用适于这样的波长转换的AgGaS。通过调整非线性晶体313的种类及其匹配条件，能够调整振荡的波长转换光201的波长(振荡波长)。作为非线性晶体，还可以使用GaSe、ZnGeP2、CdSiP2、LiInS2、LiGaSe2、LiInSe2、LiGaTe2等。从OPO311发出的波长转换光201具有与输出光200对应的重复频率和脉冲宽度。
光学系统315是向外部发射由OPO311进行了波长转换的光的部件，其也可以包括聚光透镜和/或分光器等。例如，通过提高聚光透镜作为光学系统315，能够减小光束点的尺寸。
光检测器330接收被测量对象320反射的反射光201A，并将其强度作为电信号输出。
另外，在本实施方式中，示出了光检测器330检测被测量对象320反射的光的示例，但也可以实现由光检测器330检测透射测量对象320的光的测量装置。
标号说明
1、2、3 激光装置
20、50、70 光谐振器
21、25 入射镜
22 出射镜
26、31 激光介质
27、32 可饱和吸收体
30 光学元件烧结体
40、60 空间滤波器
41 第1透镜
42 第2透镜
43、61 光圈
431 通路
431A 开口部
432 锥形部
80 激光介质冷却部
81 保持部
82 上板
83、85 传热薄板
84 珀耳帖元件
86 底板
87 散热部
100 激发光
110 半导体激光器(激发光源)
200 输出光
300 测量装置
310 光源
311 光参量振荡器(OPO)
313 非线性晶体
315 光学系统
330 检测器。

Claims (7)

1.一种光源，包括：
激光装置，其以被动Q开关方式产生脉冲激光；
光参量振荡器，其包括非线性晶体，所述非线性晶体对从所述激光装置发射的激光进行波长转换；以及
光学系统，其将已通过所述光参量振荡器进行波长转换的光向外部发射，
所述激光装置使用光谐振器，所述光谐振器的内部设置有可饱和吸收体和吸收激发光并发出光的激光介质，通过将脉冲状的所述激发光入射到所述光谐振器内来将所述激光介质发出的光在所述光谐振器内被放大而成的激光作为输出光从所述光谐振器输出，所述激光装置的特征在于，
在所述激光介质中将镱(Yb)添加到钇铝石榴石(YAG)中，
所述激发光的脉冲宽度、所述光谐振器的谐振器长度、以及所述可饱和吸收体被设定成：针对作为单个脉冲的所述激发光，发出由多个脉冲构成的所述输出光，
在所述光谐振器的内部的所述光的光路、所述光谐振器的外部的所述输出光的光路中的任一光路上，设置限制绕光轴的扩展的空间滤波器，以使横向振荡模式接近单一模式，
当激光进入所述非线性晶体时，所述激光具有不小于2.3MW/cm2且不大于10MW/cm2的强度。
2.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，
所述输出光的振荡脉冲宽度被设为4ns以上。
3.根据权利要求1中的任一项所述的光源，其特征在于，
所述空间滤波器具有光学系统和光圈，所述光学系统使光会聚，所述光圈限制所述光在光束腰处绕光轴的扩展。
4.根据权利要求1中的任一项所述的光源，其特征在于，
所述可饱和吸收体是通过添加铬(Cr)而构成的。
5.根据权利要求4所述的光源，其特征在于，
所述可饱和吸收体是通过在钇铝石榴石(YAG)中添加铬(Cr)而构成的。
6.根据权利要求5所述的光源，其特征在于，
所述激光介质和所述可饱和吸收体是一体化的。
7.一种测量装置，其特征在于，具有：
根据权利要求1-6中的任一项所述的光源，以及
光检测器，其对从所述光源发射的光被测量对象反射后的光或者透射测量对象的光进行检测。
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