DE102020202317A1

DE102020202317A1 - Vorrichtung zur messung photoakustischer wellen

Info

Publication number: DE102020202317A1
Application number: DE102020202317.4A
Authority: DE
Inventors: Takao Sakurai; Shin Masuda; Tomoki Joichi; Masao Fujino
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2020-02-24
Publication date: 2020-10-01
Also published as: CN111743548A; CN111743548B

Abstract

Eine Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen umfasst eine Laserstrahl-Ausgabevorrichtung und einen Messabschnitt. Die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung gibt einen Laserstrahl aus. Der Messabschnitt misst ein zu messendes Objekt auf der Grundlage einer photoakustischen Welle, die am zu messenden Objekt durch den Laserstrahl erzeugt wird. Die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung weist einen Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers auf, der einen Laserstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge als erste Pulse ausgibt; einen Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades, der die ersten Pulse empfängt und einen Pfad aus einer Vielzahl von optischen Pfaden für jeden Puls der ersten Pulse zur Ausgabe bestimmt; einen Wellenlängenänderungsabschnitt, der Lichtstrahlen empfängt, die jeweils die Vielzahl von optischen Pfade durchlaufen, und die Lichtstrahlen so ändert, dass sie ihre jeweiligen unterschiedlichen Wellenlängen zur Ausgabe aufweisen; und einen Multiplexer, der die Ausgaben von dem Wellenlängenänderungsabschnitt multiplext.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(GEBIET DER ERFINDUNG)
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Messen mit Hilfe einer Vorrichtung, die gepulstes Laserlicht mehrerer Wellenlängen ausgibt.
(BESCHREIBUNG DES ENTSPRECHENDEN STANDES DER TECHNIK)
Konventionell ist die Messung (z.B. des Sauerstoffsättigungsgrads des Blutes) als Reaktion auf (z.B. auf der Grundlage des Absorptionskoeffizienten von) gepulste Lichteinstrahlung eines zu messenden Objekts (z.B. eines lebenden Organismus) bekannt. Es ist auch bekannt, dass die Reaktion eines zu messenden Objekts in Abhängigkeit von der Wellenlänge des gepulsten Lichts variiert. Daher wurde der Wunsch geäußert, ein zu messendes Objekt mit gepulstem Licht mehrerer Wellenlängen zu bestrahlen, um die Messgenauigkeit zu erhöhen. In diesem Fall kann eine erhöhte Zeitspanne zwischen der Bestrahlung eines Punktes P eines zu messenden Objekts mit gepulstem Licht einer Wellenlänge und der Bestrahlung des Punktes P mit gepulstem Licht einer anderen Wellenlänge zu einer Verringerung der Messgenauigkeit aufgrund von Bewegung (z.B. Körperbewegung) des zu messenden Objekts führen.
Es ist jedoch keine Technik bekannt, bei der mit gepulstem Licht einer Wellenlänge bestrahlt wird und unmittelbar danach mit gepulstem Licht einer anderen Wellenlänge bestrahlt wird. Zum Beispiel beschreiben die japanische Patentoffenlegungsschriften Nr. 2011-107094 , WO 2017/138619 , und die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2016-101393 das Multiplexen von Laserstrahlen mit ihren jeweils unterschiedlichen Wellenlängen, jedoch nicht für den Fall der Bestrahlung mit gepulstem Licht einer Wellenlänge und unmittelbar danach die Bestrahlung mit gepulstem Licht einer anderen Wellenlänge.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Durchführung einer photoakustischen Wellenmessungen durch Bestrahlung eines zu messenden Objekts mit gepulstem Licht einer Wellenlänge und unmittelbar danach mit gepulstem Licht einer anderen Wellenlänge.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen: eine Laserstrahl-Ausgabevorrichtung, die einen Laserstrahl ausgibt; und einen Messabschnitt, der ein zu messendes Objekt auf der Grundlage einer photoakustischen Welle misst, die an dem zu messenden Objekt durch den Laserstrahl erzeugt wird, wobei die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung aufweist: einen Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers, der einen Laserstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge als erste Pulse ausgibt; einen Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades, der die ersten Pulse empfängt und einen aus einer Vielzahl von optischen Pfaden für jeden der ersten Pulse zur Ausgabe bestimmt; einen Wellenlängenänderungsabschnitt, der Lichtstrahlen empfängt, die sich jeweils durch die Vielzahl von optischen Pfaden hindurchbewegen, und die Lichtstrahlen so ändert, dass sie ihre jeweils unterschiedlichen Wellenlängen zur Ausgabe haben; und einen Multiplexer, der die Ausgaben von dem Wellenlängenänderungsabschnitt multiplext.
Nach der so konstruierten Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gibt eine Laserstrahl-Ausgabevorrichtung einen Laserstrahl aus. Ein Messabschnitt misst ein zu messendes Objekt auf der Grundlage einer photoakustischen Welle, die der Laserstrahl am zu messenden Objekt erzeugt. Gemäß der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung gibt ein Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers einen Laserstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge als erste Pulse aus. Ein Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades empfängt die ersten Pulse und bestimmt einen Pfad aus einer Vielzahl von optischen Pfaden für jeden der ersten Pulse zur Ausgabe. Ein Wellenlängenänderungsabschnitt empfängt Lichtstrahlen, die sich jeweils durch die mehreren optischen Pfade hindurchbewegen, und ändert die Lichtstrahlen, so dass sie ihre jeweils unterschiedlichen Wellenlängen zur Ausgabe haben. Ein Multiplexer multiplext die Ausgangssignale aus dem Wellenlängenänderungsabschnitt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen ferner einen Ultraschallpuls-Ausgabeabschnitt enthalten, der einen Ultraschallpuls ausgibt, wobei der Messabschnitt ferner eine reflektierte Welle als Ergebnis der Reflektion des Ultraschallpulses am zu messenden Objekt messen kann.
Gemäß der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen der vorliegenden Erfindung können die ersten Pulse eine vorbestimmte Frequenz haben, und der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades kann jeweils auf den mehreren optischen Pfaden zweite Pulse mit einer Frequenz ausgeben, die durch Division der vorbestimmten Frequenz durch die Anzahl der mehreren optischen Pfade erhalten wird und die jeweils unterschiedliche Phasen haben.
Gemäß der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen der vorliegenden Erfindung kann der Multiplexer dritte Pulse mit der vorbestimmten Frequenz ausgeben.
Gemäß der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen der vorliegenden Erfindung kann der Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers ein Pumplaser sein.
Gemäß der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen der vorliegenden Erfindung kann der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades ein akusto-optischer Modulator oder ein akusto-optischer Deflektor sein.
Gemäß der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen der vorliegenden Erfindung kann der Wellenlängenänderungsabschnitt Polarisationsumkehrabschnitte aufweisen, die mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen angeordnet sind, durch den sich die hindurchlaufenden Lichtstrahlen ausbreiten, und der vorbestimmte Abstand kann für jeden der hindurchlaufenden Lichtstrahlen unterschiedlich sein.
Gemäß der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen der vorliegenden Erfindung kann der Wellenlängenänderungsabschnitt ein nichtlineares optisches Kristallsubstrat mit den darin ausgebildeten Polarisationsumkehrabschnitten aufweisen, und die grafischen Zentren der Polarisationsumkehrabschnitte können auf einer geraden Linie parallel zu einer X-Achse des nichtlinearen optischen Kristallsubstrats angeordnet sein.
Gemäß der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen der vorliegenden Erfindung können die grafischen Zentren der Polarisationsumkehrschnitte auf einer geraden Linie parallel zur Durchlaufrichtung der sich ausbreitenden Lichtstrahlen angeordnet werden.
Gemäß der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen der vorliegenden Erfindung kann der Wellenlängenänderungsabschnitt ein nichtlineares optisches Kristallsubstrat mit allen darin ausgebildeten Polarisationsumkehrabschnitten aufweisen.
Gemäß der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen der vorliegenden Erfindung kann der Wellenlängenänderungsabschnitt ein nichtlineares optisches Kristallsubstrat mit den darin ausgebildeten Polarisationsumkehrabschnitten aufweisen, und das nichtlineare optische Kristallsubstrat kann für jeden der hindurchlaufenden Lichtstrahlen vorgesehen werden, die sich dort hindurch ausbreiten.
Gemäß der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen der vorliegenden Erfindung kann der Wellenlängenänderungsabschnitt einen nichtlinearen optischen Kristall aufweisen, durch den sich die hindurchlaufenden Lichtstrahlen ausbreiten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen ferner eine optische Faser enthalten, deren eines Ende eine Ausgabe vom Multiplexer zur Ausgabe am anderen Ende davon empfängt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen ferner einen Zeitsteuerungsabschnitt aufweisen, der eine Ausgabe vom Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades auf eine Ausgabe der ersten Pulse zeitlich abstimmt.
Gemäß der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen der vorliegenden Erfindung kann der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades folgendes aufweisen: einen ersten akusto-optischen Modulator, der die ersten Pulse empfängt und einen Pfad unter mehreren optischen Pfaden für jeden der ersten Pulse zur Ausgabe bestimmt; und einen zweiten akusto-optischen Modulator, der eine Ausgabe von dem ersten akusto-optischen Modulator empfängt und einen Pfad von einem oder mehreren optischen Pfaden für jeden Puls der Ausgabe von dem ersten akusto-optischen Modulator zur Ausgabe bestimmt.
Gemäß der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen der vorliegenden Erfindung kann der erste akusto-optische Modulator jeden der ersten Pulse zu Ausgabe beugen oder direkt durchleiten, und der zweite akusto-optische Modulator kann die direkt durchgeleiteten Pulse der ersten Pulse zur Ausgabe empfangen und beugen oder direkt durchleiten, während er die gebeugten Pulse der ersten Pulse zur Ausgabe empfängt und direkt durchleiten kann.
Gemäß der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen der vorliegenden Erfindung kann der erste akusto-optische Modulator jeden Puls der ersten Pulse zur Ausgabe beugen oder direkt durchleiten, und der zweite akusto-optische Modulator kann die gebeugten Pulse der ersten Pulse zur Ausgabe empfangen und beugen oder direkt durchleiten, während er die direkt durchgeleiteten Pulse der ersten Pulse zur Ausgabe empfängt und direkt durchleiten kann.
Gemäß der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen der vorliegenden Erfindung kann der erste akusto-optische Modulator jeden Puls der ersten Pulse zur Ausgabe beugen oder direkt durchleiten, und der zweite akusto-optische Modulator kann jeden Puls der Ausgabe des ersten akusto-optischen Modulators zur Ausgabe beugen oder durchleiten.
Figurenliste

1 zeigt eine Konfiguration einer Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine Draufsicht auf einen Wellenlängenänderungsabschnitt 14 gemäß der ersten Ausführungsform;
3 zeigt Zeitdiagramme der ersten Pulse P1, der zweiten Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung), der zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) und der dritten Pulse P3b (nach der Filterung) gemäß der ersten Ausführungsform;
4 ist eine Draufsicht auf einen Wellenlängenänderungsabschnitt 14 gemäß einer Variation der ersten Ausführungsform;
5 zeigt eine Konfiguration der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform;
6 zeigt eine Konfiguration der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform;
7 zeigt Zeitdiagramme der ersten Pulse P1, der zweiten Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung), der zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) und der dritten Pulse P3b (nach der Filterung) gemäß der dritten Ausführungsform;
8 zeigt eine Konfiguration der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform;
9 ist eine vergrößerte Ansicht um den Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades herum (der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a und der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b) in der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform;
10 zeigt eine Konfiguration der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der fünften Ausführungsform;
11 ist eine vergrößerte Ansicht um den den Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades (der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a und der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b) in der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der fünften Ausführungsform;
12 ist eine vergrößerte Ansicht um den Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades (der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a und der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b) in der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß einer Variation der vierten Ausführungsform;
13 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen 100 gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
14 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen 100 gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun eine Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen gegeben.
Erste Ausführungsform
1 zeigt eine Konfiguration einer Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. 2 ist eine Draufsicht auf einen Wellenlängenänderungsabschnitt 14 gemäß der ersten Ausführungsform. 3 zeigt Zeitdiagramme der ersten Pulse P1, der zweiten Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung), der zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) und der dritten Pulse P3b (nach der Filterung) gemäß der ersten Ausführungsform. Es wird angemerkt, dass in 3 die Dicke und die Art (durchgezogen oder unterbrochen) der Linien, die die Pulse anzeigen, je nach Wellenlänge variieren.
Die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst einen Pumplaser (Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers) 10, ein optischer Dämpfer (ATT) 11, einen akusto-optischen Modulator (Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades) (AOM) 12, einen Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14, einen Spiegel 15, einen dichroitischen Spiegel (Multiplexer) (DCM) 16, ein Filter (F) 17, eine optische Faser (MMF) 18 und eine Zeitsteuerschaltung (Abschnitt zur Zeitsteuerung) 19.
Der Pumplaser (Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers) 10 ist so angeordnet, dass er einen Laserstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge W1 [nm] als erste Pulse P1 mit einer vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) ausgibt (siehe 3). Der Pumplaser 10 ist z.B. ein Yb:YAG-Laser.
Der optische Dämpfer (ATT) 11 ist so angeordnet, dass es die ersten Pulse P1 dämpft und dem akusto-optischen Modulator 12 zuführt.
Der akusto-optische Modulator (Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades) (AOM) 12 ist so angeordnet, dass er die ersten Pulse P1 empfängt und einen Pfad von mehreren optischen Pfaden OP1, OP2 für jeden der ersten Pulse P1 zur Ausgabe bestimmt.
Zum Beispiel, mit Bezug auf 1 und 3, wird zu dem Zeitpunkt, an dem der akusto-optische Modulator 12 ungeradzahlige (1., 3., 5. ...) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, keine akustische Welle an den akusto-optischen Modulator 12 bereitgestellt. Die ungeradzahligen Pulse der ersten Pulse P1 gehen dann direkt durch den akusto-optischen Modulator 12 (optischer Pfad OP1) hindurch.
Andererseits wird zum Zeitpunkt, an dem der akusto-optische Modulator 12 geradzahlige Pulse (2., 4., 6....) der ersten Pulse P1 empfängt, eine akustische Welle (mit der Kreisfrequenz ω2) an den akusto-optischen Modulator 12 bereitgestellt. Die geradzahligen Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den akusto-optischen Modulator 12 mit einem gewissen Grad an Beugung (optischer Pfad OP2).
Beachte jedoch, dass zu dem Zeitpunkt, an dem der akusto-optische Modulator 12 ungeradzahlige Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, eine akustische Welle (mit einer von ω2 verschiedenen Kreisfrequenz ω1) an den akusto-optischen Modulator 12 bereitgestellt werden kann.
Dies bewirkt, dass der akusto-optische Modulator 12 auf den mehreren optischen Pfaden OP1, OP2 jeweils zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Frequenz (1 kHz) ausgibt, die durch Division der vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) durch die Anzahl (zwei) der mehreren optischen Pfade erhalten wird und die jeweils um 180-Grad unterschiedliche Phasen aufweisen.
Die Zeitsteuerschaltung (Abschnitt zur Zeitsteuerung) 19 ist so angeordnet, dass eine Ausgabe des akusto-optischen Modulators (Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades) 12 auf eine Ausgabe der ersten Pulse P1 zeitlich abgestimmt wird. Das Ergebnis der Zeitsteuerung wurde bisher mit Bezug auf 3 beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Zeitsteuerschaltung 19 so angeordnet ist, dass sie ein Signal synchron mit dem Zeitablauf der Ausgabe der ersten Pulse P1 vom Pumplaser (Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers) 10 empfängt und auf der Grundlage dieses Signals den Zeitablauf der Ausgabe vom akusto-optischen Modulator 12 steuert.
Der Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14 ist so angeordnet, dass er Lichtstrahlen (d.h. zweite Pulse P2a) empfängt, die sich jeweils durch die mehreren optischen Pfade OP1, OP2 hindurchbewegen, und die Lichtstrahlen so verändert, dass sie ihre jeweils unterschiedlichen Wellenlängen zur Ausgabe aufweisen. Der Wellenlängenänderungsabschnitt 14 gibt zweite Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) aus.
In Bezug auf 3 ist der Wellenlängenänderungsabschnitt 14 so angeordnet, dass er Pulse (Wellenlänge W1 [nm]) der zweiten Pulse P2a, die den optischen Pfad OP1 durchlaufen, empfängt und in zweite Pulse P2b (Wellenlänge W2 [nm]) umwandelt. Der Wellenlängenänderungsabschnitt 14 ist auch so angeordnet, dass er Pulse (Wellenlänge W1 [nm]) der zweiten Pulse P2a, die den optischen Pfad OP2 durchlaufen, empfängt und in zweite Pulse P2b (Wellenlänge W3 [nm]) umwandelt.
In Bezug auf 2 hat der Wellenlängenänderungsabschnitt 14 ein LN-Kristallsubstrat 142 und Polarisationsumkehrabschnitte 144. Es wird angemerkt, dass in 2, im Gegensatz zu 1, die X-Achsen-Richtung des LN-Kristallsubstrats 142 zur Veranschaulichung parallel zur Längsrichtung des Zeichenblatts dargestellt ist.
Die Polarisationsumkehrabschnitte 144 sind so angeordnet, dass sich hindurchlaufende Lichtstrahlen (d.h. zweite Pulse P2a) durch sie hindurch ausbreiten. Die Polarisationsumkehrabschnitte 114 weisen solche auf, durch die sich die zweiten Pulse P2a, die den optischen Pfad OP1 durchlaufen, ausbreiten, und andere, durch die sich die zweiten Pulse P2a, die den optischen Pfad OP2 durchlaufen, ausbreiten. Es wird angemerkt, dass die Polarisationsumkehrabschnitte 144 in 2 aus PPLN (periodisch polarisationsumgekehrtes Lithium-Niobat) bestehen, aber nicht darauf beschränkt sind und z.B. aus PPLT (Lithium-Tantalat) oder PPKTP bestehen können.
Die Polarisationsumkehrabschnitte 144, durch die die zweiten Pulse P2a, die den optischen Pfad OP1 durchlaufen, sind in einem vorbestimmten Abstand D1 angeordnet. Die Polarisationsumkehrabschnitte 144, durch die die zweiten Pulse P2a, die den optischen Pfad OP2 durchlaufen, ausbreiten, sind in einem vorbestimmten Abstand D2 angeordnet. Der vorbestimmte Abstand variiert von einem hindurchlaufenden Lichtstrahl zum anderen. Das heißt, der vorbestimmte Abstand D1 unterscheidet sich von dem vorbestimmten Abstand D2.
Die Polarisationsumkehrabschnitte 144 werden im LN-Kristallsubstrat 142 gebildet. Alle Polarisationsumkehrabschnitte 144 werden in dem LN-Kristallsubstrat 142 gebildet. Es wird darauf hingewiesen, dass das LN-Kristallsubstrat 142 in der ersten Ausführungsform möglicherweise kein LN-Kristallsubstrat ist, solange es sich um ein nichtlineares optisches Kristallsubstrat handelt. Dies gilt für andere Ausführungsformen, in denen ein nichtlineares optisches Kristallsubstrat anstelle eines solchen LN-Kristallsubstrats verwendet werden kann.
Die graphischen Zentren 144c der Polarisationsumkehrabschnitte 144, durch die sich die zweiten Pulse P2a, die den optischen Pfad OP1 durchlaufen, ausbreiten, sind auf einer geraden Linie parallel zur X-Achse des LN-Kristallsubstrats 142 angeordnet. Die graphischen Zentren 144c der Polarisationsumkehrabschnitte 144, durch die sich die zweiten Pulse P2a, die den optischen Pfad OP2 durchlaufen, ausbreiten, sind ebenfalls auf einer geraden Linie parallel zur X-Achse des LN-Kristallsubstrats 142 angeordnet. Es ist zu beachten, dass die graphischen Zentren 144c der Polarisationsumkehrabschnitte 144 den Schwerpunkten entsprechen, wobei angenommen wird, dass die Schwerkraft gleichmäßig auf jeden Polarisationsumkehrabschnitt 144 wirkt.
Der Spiegel 15 ist so angeordnet, dass er Pulse der zweite Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) empfängt, die den optischen Pfad OP2 durchlaufen, und sie zum dichroitischen Spiegel 16 reflektiert.
Der dichroitische Spiegel (Multiplexer) (DCM) 16 ist so angeordnet, dass er vom Wellenlängenänderungsabschnitt 14 Pulse der zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) empfängt, die vom Wellenlängenänderungsabschnitt 14 ausgegeben werden und den optischen Pfad OP1 durchlaufen. Der dichroitische Spiegel 16 ist ferner so angeordnet, dass er vom Spiegel 15 Pulse der zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) empfängt, die vom Wellenlängenänderungsabschnitt 14 ausgegeben werden und den optischen Pfad OP2 durchlaufen. Der dichroitische Spiegel 16 ist ferner so angeordnet, dass er Pulse der zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung), die vom Wellenlängenänderungsabschnitt 14 ausgegeben werden und die optischen Pfade OP1 und OP2 durchlaufen, multiplext und dritte Pulse P3a (vor der Filterung) mit einer vorbestimmten Frequenz (2 kHz) ausgibt.
Beachte jedoch, dass zusätzlich zu den dritten Pulsen P3a (vor der Filterung) ein Laserstrahl (Pumpstrahl), der vom Pumplaser 10 ausgegeben wird und eine Wellenlänge W1 [nm] hat, und ein infraroter Leerlaufstrahl, der aus dem Wellenlängenänderungsabschnitt 14 stammt, auch in die Ausgabe des dichroitischen Spiegels 16 gemischt werden. Es ist zu beachten, dass der Wellenlängenänderungsabschnitt 14, wenn er mit einem Laserstrahl (Pumpstrahl) beaufschlagt wird, aufgrund der optisch parametrischen Oszillation einen Signalstrahl und einen solchen Leerlaufstrahl, wie oben beschrieben, erzeugt. Der Signalstrahl wird also aus dem Wellenlängenänderungsabschnitt 14 (als zweite Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung)) ausgegeben (dasselbe gilt für Wellenlängenänderungsabschnitte gemäß anderen Ausführungsformen).
Der Filter (F) 17 ist so angeordnet, dass er den Pumpstrahl und den Leerlaufstrahl von den dritten Pulsen P3a (vor der Filterung) entfernt, um dritte Pulse P3b (nach der Filterung) auszugeben.
Die optische Faser (MMF) 18 ist so angeordnet, dass sie an ihrem einen Ende die dritten Pulse P3a empfängt, die vom dichroitischen Spiegel 16 über den Filter 17 zur Ausgabe am anderen Ende ausgegeben werden.
Als nächstes wird ein Betrieb gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
Der Pumplaser 10 gibt zunächst einen Laserstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge W1 [nm] als erste Pulse P1 mit einer vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) aus (siehe 3). Die ersten Pulse P1 werden durch den optischen Dämpfer 11 gedämpft und dem akusto-optischen Modulator 12 zugeführt. Die Zeitsteuerschaltung 19 steuert den Zeitablauf der Ausgabe des akusto-optischen Modulators 12 (siehe 3).
Zu dem Zeitpunkt, an dem der akusto-optische Modulator 12 ungeradzahlige (1-, 3., 5. ...) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, wird keine akustische Welle an den akusto-optischen Modulator 12 bereitgestellt. Dies führt dazu, dass die ungeradzahligen Pulse der ersten Pulse P1 direkt durch den akusto-optischen Modulator 12 (optischer Pfad OP1) gehen. Dies bewirkt, dass die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP1 durchlaufen, zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) sind, die eine Frequenz (1 kHz) haben, die man durch Division der vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) durch die Anzahl (zwei) der mehrfachen optischen Pfade erhält.
Zu dem Zeitpunkt, an dem der akusto-optische Modulator 12 geradzahlige (2., 4., 6. ...) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, wird eine akustische Welle (mit der Kreisfrequenz ω2) an den akusto-optischen Modulator 12 bereitgestellt. Dies bewirkt, dass die geradzahligen Pulse der ersten Pulse P1 den akusto-optischen Modulator 12 mit einem gewissen Grad an Beugung durchlaufen (optischer Pfad OP2). Dies bewirkt, dass Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP2 durchlaufen, zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) sind, die eine Frequenz (1 kHz) haben, die man durch Division der vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) durch die Anzahl (zwei) der mehrfachen optischen Pfade erhält.
Darüber hinaus unterscheidet sich die Phase der Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP1 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) durchlaufen, um 180 Grad von der Phase der Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP2 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) durchlaufen.
Die durch den optischen Pfad OP1 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung), mit einer Wellenlänge W1 [nm]) hindurchlaufenden Lichtstrahlen breiten sich durch die Polarisationsumkehrabschnitte 144 aus, die im vorbestimmten Abstand D1 im Wellenlängenänderungsabschnitt 14 angeordnet sind, um eine Wellenlängenumwandlung in W2 [nm] zu erfahren und dem dichroitischen Spiegel 16 als zweite Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) bereitgestellt zu werden.
Die durch den optischen Pfad OP2 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung), mit einer Wellenlänge W1 [nm]) laufenden Lichtstrahlen breiten sich durch die Polarisationsumkehrabschnitte 144 aus, die im vorbestimmten Abstand D2 im Wellenlängenänderungsabschnitt 14 angeordnet sind, um eine Wellenlängenumwandlung in W3 [nm] zu erfahren, und werden vom Spiegel 15 reflektiert und dem dichroitischen Spiegel 16 als zweite Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) bereitgestellt.
Einzelne der zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung), die von dem Wellenlängenänderungsabschnitt 14 ausgegeben werden und die die Wellenlänge W2 [nm] und die Wellenlänge W3 [nm] aufweisen, werden durch den dichroitischen Spiegel 16 als dritte Pulse P3a (vor der Filterung) mit einer vorbestimmten Frequenz (2 kHz) gemultiplext.
Die dritten Pulse P3a (vor der Filterung) werden durch den Filter 17 vom Pumpstrahl und dem Leerlaufstrahl entfernt und werden zu dritten Pulsen P3b (nach der Filterung). Die dritten Pulse P3b (nach der Filterung) werden an einem Ende der optischen Faser 18 zur Ausgabe am anderen Ende bereitgestellt.
Gemäß der ersten Ausführungsform können die dritten Pulse P3b (nach der Filterung) von der optischen Faser 18 ausgegeben werden. Die dritten Pulse P3b (nach der Filterung) sorgen für die Bestrahlung mit gepulstem Licht der Wellenlänge W2 [nm] und unmittelbar danach (z.B. nach 500 Mikrosekunden) für die Bestrahlung mit gepulstem Licht der unterschiedlichen Wellenlänge W3 [nm]. Das heißt, die erste Ausführungsform erlaubt die Bestrahlung mit gepulstem Licht einer Wellenlänge und unmittelbar danach (z.B. nach 500 Mikrosekunden) die Bestrahlung mit gepulstem Licht einer anderen Wellenlänge.
Es wird angemerkt, dass die grafischen Zentren 144c der Polarisationsumkehrschnitte 144 in der ersten Ausführungsform (siehe 2) auf einer geraden Linie parallel zur X-Achse des LN-Kristallsubstrats 142 angeordnet sind, sie können aber auch wie in der folgenden Variante angeordnet werden.
4 ist eine Draufsicht auf einen Wellenlängenänderungsabschnitt 14 gemäß einer Variation der ersten Ausführungsform. Es wird angemerkt, dass in 4, anders als in 1, aber wie in 2, die X-Achsen-Richtung des LN-Kristallsubstrats 142 zur Veranschaulichung parallel zur Längsrichtung des Zeichenblatts dargestellt ist.
In Bezug auf 4 sind im Wellenlängenänderungsabschnitt 14 gemäß der Variation der ersten Ausführungsform die Polarisationsumkehrabschnitte 144, durch die sich die hindurchlaufenden Lichtstrahlen (zweite Pulse P2a, die den optischen Pfad OP1 durchlaufen) ausbreiten, im vorbestimmten Abstand D1 angeordnet und ihre grafischen Zentren 144c auf einer Geraden parallel zur Ausbreitungsrichtung (z.B. auf der Ausbreitungsrichtung) der hindurchlaufenden Lichtstrahlen (zweite Pulse P2a, die den optischen Pfad OP1 durchlaufen) angeordnet. Die Polarisationsumkehrabschnitte 144, durch die sich die hindurchlaufenden Lichtstrahlen (zweite Pulse P2a, die den optischen Pfad OP2 durchlaufen) ausbreiten, sind ebenfalls im vorbestimmten Abstand D2 angeordnet, und ihre graphischen Zentren 144c sind auf einer Geraden parallel zur Ausbreitungsrichtung (z.B. auf der Ausbreitungsrichtung) der hindurchlaufenden Lichtstrahlen (zweite Pulse P2a, die den optischen Pfad OP2 durchlaufen) angeordnet.
In Übereinstimmung mit der oben beschriebenen Variation der ersten Ausführungsform kann die Längslänge jedes Polarisationsumkehrabschnitts 144 (in Richtung der Y-Achse) gegenüber der Längslänge der ersten Ausführungsform verringert werden.
Während die Polarisationsumkehrabschnitte 144 in der ersten Ausführung in dem Wellenlängenänderungsabschnitt 14 vorgesehen sind (siehe und ), kann eine andere Variante einen nichtlinearen optischen Kristall aufweisen, durch den sich die Lichtstrahlen ohne diese Polarisationsumkehrabschnitte 144 ausbreiten. Zum Beispiel kann der Wellenlängenänderungsabschnitt 14 BPM (doppelbrechende Phasenanpassung) auf der Basis von OPO (optisch parametrische Oszillation), SHG (Erzeugung einer zweiten Harmonischen), THG (Erzeugung einer dritten Harmonischen) oder ähnliches aufweisen.
Zweite Ausführungsform
Eine Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform ist so angeordnet, dass LN-Kristallsubstrate für die jeweiligen durchlaufenden Lichtstrahlen vorgesehen sind, die sich dort hindurch ausbreiten, was sich von der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet, in der das einzelne LN-Kristallsubstrat 142 bereitgestellt ist.
5 zeigt eine Konfiguration der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst einen Pumplaser (Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers) 10, ein optischer Dämpfer (ATT) 11, einen akusto-optischen Modulator (Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades) (AOM) 12, ein rhomboides Prisma 13, Wellenlängenänderungsbereiche (PPLN) 14a, 14b, einen Spiegel 15, einen dichroitischen Spiegel (Multiplexer) (DCM) 16, ein Filter (F) 17, eine optische Faser (MMF) 18 und eine Zeitsteuerschaltung (Abschnitt zur Zeitsteuerung) 19. Komponenten, die mit jenen der ersten Ausführungsform identisch sind, werden im Folgenden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, um die Beschreibung dieser Komponenten auszulassen.
Der Pumplaser (Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers) 10, der optische Dämpfer (ATT) 11, der akusto-optische Modulator (Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades) (AOM) 12, der Spiegel 15, der dichroitische Spiegel (Multiplexer) (DCM) 16, der Filter (F) 17, die optische Faser (MMF) 18 und die Zeitsteuerschaltung (Abschnitt zur Zeitsteuerung) 19 sind identisch mit denen der ersten Ausführungsform, und die Beschreibung dieser ist weggelassen worden.
Das rhomboide Prisma 13 ist so angeordnet, dass es Pulse der zweiten Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) empfängt, die den optischen Pfad OP2 durchlaufen, und den optischen Pfad parallel vom optischen Pfad OP1 weg verändert.
Der Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14a ist so angeordnet, dass er vom akusto-optischen Modulator 12 Pulse der zweiten Pulse P2a (Wellenlänge W1 [nm]), die den optischen Pfad OP1 durchlaufen, empfängt und in zweite Pulse P2b (Wellenlänge W2 [nm]) umwandelt. Die Anordnung des Wellenlängenänderungsabschnitts 14a entspricht den im vorbestimmten Abstand D1 angeordneten Polarisationsumkehrabschnitten 144 und dem LN-Kristallsubstrat 142, in dem die Polarisationsumkehrabschnitte 144 gebildet werden, wie in 2 oder 4 dargestellt.
Der Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14b ist so angeordnet, dass er vom rhomboiden Prisma 13 Pulse der zweiten Pulse P2a (Wellenlänge W1 [nm]), die den optischen Pfad OP2 durchlaufen, empfängt und in zweite Pulse P2b (Wellenlänge W3 [nm]) umwandelt. Die Anordnung des Wellenlängenänderungsabschnitts 14b entspricht den im vorbestimmten Abstand D2 angeordneten Polarisationsumkehrabschnitten 144 und dem LN-Kristallsubstrat 142, in dem die Polarisationsumkehrabschnitte 144 gebildet werden, wie in 2 oder 4 dargestellt.
Es wird darauf hingewiesen, dass das LN-Kristallsubstrat, das der Wellenlängenänderungsabschnitt 14a aufweist, nicht identisch mit dem LN-Kristallsubstrat ist, das der Wellenlängenänderungsabschnitt 14b aufweist. Das heißt, das LN-Kristallsubstrat, das den Wellenlängenänderungsabschnitt 14a aufweist, und das LN-Kristallsubstrat, das den Wellenlängenänderungsabschnitt 14b aufweist, sind jeweils für die Lichtstrahlen (die den optischen Pfad OP1 und den optischen Pfad OP2 durchlaufen) vorgesehen, die sich durch sie hindurch ausbreiten.
Da die Funktionsweise der zweiten Ausführungsform mit der der ersten Ausführungsform identisch ist, wird die Beschreibung der zweiten Ausführungsform weggelassen.
In Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform sind die LN-Kristallsubstrate jeweils für die Lichtstrahlen (die den optischen Pfad OP1 und den optischen Pfad OP2 durchlaufen) vorgesehen, wobei die Herstellungsbedingungen für die Polarisationsumkehrabschnitte 144 gemäß dem vorbestimmten Abstand D1, D2 eingestellt werden können, was die Herstellung der Wellenlängenänderungsabschnitte 14a, 14b erleichtert.
Dritte Ausführungsform
Die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass anstelle des akusto-optischen Modulators (AOM) (Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades) 120. ein akusto-optischer Deflektor (AOD) verwendet wird (Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades) 12.
6 zeigt eine Konfiguration der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform. 7 zeigt Zeitdiagramme der ersten Pulse P1, der zweiten Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung), der zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) und der dritten Pulse P3b (nach der Filterung) gemäß der dritten Ausführungsform. Es wird darauf hingewiesen, dass in 7 die Dicke und die Art (durchgehend, unterbrochen oder abwechselnd langer und kurzer Strich) der Linien, die die Pulse anzeigen, je nach Wellenlänge variieren.
Die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform umfasst einen Pumplaser (Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers) 10, ein optischer Dämpfer (ATT) 11, einen akusto-optischen Deflektor (AOD) (Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades) 120, einen Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14, einen Spiegel 154, einen dichroitischen Spiegel (Multiplexer) (DCM) 162, 164, ein Filter (F) 17, eine optische Faser (MMF) 18 und eine Zeitsteuerschaltung (Abschnitt zur Zeitsteuerung) 19. Komponenten, die mit denen der ersten Ausführungsform identisch sind, werden im Folgenden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, um die Beschreibung dieser Komponenten auszulassen.
Der Pumplaser (Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers) 10, der optische Dämpfer (ATT) 11, der Filter (F) 17, die optische Faser (MMF) 18 und die Zeitsteuerschaltung (Abschnitt zur Zeitsteuerung) 19 sind identisch mit denen der ersten Ausführungsform, und die Beschreibung derselben wird weggelassen. Beachte jedoch, dass die Zeitsteuerschaltung 19 den Zeitablauf der Ausgabe des akusto-optischen Deflektors 120. steuert (siehe 7).
Der akusto-optische Deflektor (AOD) (Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades) 120. ist so angeordnet, dass er die ersten Pulse P1 empfängt und einen von mehreren optischen Pfaden OP1, OP2, OP3 für jeden Puls der ersten Pulse P1 zur Ausgabe bestimmt.
Zum Beispiel, mit Bezug auf 6 und 7, wird zu dem Zeitpunkt, zu dem der akusto-optische Deflektor 120. (1+3N)-nummerierte (1., 4., 7. ...) Pulse (wobei N eine ganze Zahl gleich oder größer 0 ist) der ersten Pulse P1 empfängt, keine akustische Welle an den akusto-optischen Deflektor 120. bereitgestellt. Die (1+3N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 gehen dann direkt durch den akusto-optischen Deflektor 120. hindurch (optischer Pfad OP1).
Andererseits wird zu dem Zeitpunkt, zu dem der akusto-optische Deflektor 120. (2+3N)-nummerierte (2., 5., 8. ...) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, eine akustische Welle (mit der Kreisfrequenz ω2) an den akusto-optischen Deflektor 120. bereitgestellt. Die (2+3N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den akusto-optischen Deflektor 120. mit einem gewissen Beugungsgrad (optischer Pfad OP2).
Zu dem Zeitpunkt, an dem der akusto-optische Deflektor 120. (3+3N)-nummerierte (3., 6., 9. ...) Pule der ersten Pulse P1 empfängt, wird dem akusto-optischen Deflektor 120. ebenfalls eine akustische Welle (mit einer von ω2 verschiedenen Kreisfrequenz ω3) zugeführt. Die (3+3N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den akusto-optischen Deflektor 120. mit einem gewissen Grad an Beugung (optischer Pfad OP3). Beachte jedoch, dass der Winkel zwischen dem optischen Pfad OP3 und dem optischen Pfad OP1 (kleiner als 90 Grad) größer ist, als der Winkel zwischen dem optischen Pfad OP2 und dem optischen Pfad OP1 (kleiner als 90 Grad).
Es wird darauf hingewiesen, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem der akusto-optische Deflektor 120. (1+3N)-nummerierte Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, eine akustische Welle (mit einer Kreisfrequenz ω1, die sich von ω2 und ω3 unterscheidet) an den akusto-optischen Deflektor 120. bereitgestellt werden kann.
Dies führt dazu, dass der akusto-optische Deflektor 120. auf den mehreren optischen Pfaden OP1, OP2, OP3 jeweils zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) ausgibt, die eine Frequenz (2/3 kHz) haben, die durch Division der vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) durch die Anzahl (drei) der mehreren optischen Pfade erhalten wird und die jeweils 120. Grad unterschiedliche Phasen haben.
Der Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14 ist so angeordnet, dass er Lichtstrahlen (d.h. zweite Pulse P2a) empfängt, die jeweils durch die verschiedenen optischen Pfade OP1, OP2, OP3 hindurchlaufen, und die Lichtstrahlen so verändert, dass sie ihre jeweiligen unterschiedlichen Wellenlängen zur Ausgabe haben. Der Wellenlängenänderungsabschnitt 14 gibt zweite Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) aus.
Unter Bezugnahme auf 7 ist der Wellenlängenänderungsabschnitt 14 so angeordnet, dass er Pulse der zweiten Pulse P2a (Wellenlänge W1 [nm]), die den optischen Pfad OP1 durchlaufen, empfängt und in zweite Pulse P2b (Wellenlänge W2 [nm]) umwandelt. Der Wellenlängenänderungsabschnitt 14 ist auch so angeordnet, dass er Pulse (Wellenlänge W1 [nm]) der zweiten Pulse P2a, die den optischen Pfad OP2 durchlaufen, empfängt und in zweite Pulse P2b (Wellenlänge W3 [nm]) umwandelt. Der Wellenlängenänderungsabschnitt 14 ist außerdem so angeordnet, dass er Pulse (Wellenlänge W1 [nm]) der zweiten Pulse P2a, die durch den optischen Pfad OP3 laufen, empfängt und in zweite Pulse P2b (Wellenlänge W4 [nm]) umwandelt.
Der Wellenlängenänderungsabschnitt 14 hat eine ähnliche Konfiguration wie in der ersten Ausführungsform und deren Variation (siehe und ). Beachte jedoch, dass die Polarisationsumkehrabschnitte 144, durch die die zweiten Pulse P2a, die durch den optischen Pfad OP3 hindurchlaufen, ausbreiten, in einem vorbestimmten Abstand D3 angeordnet sind (wobei sich D3 von D1 und D2 unterscheidet).
Der Spiegel 154 ist so angeordnet, dass er Pulse der zweite Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) empfängt, die den optischen Pfad OP3 durchlaufen, und sie in Richtung des dichroitischen Spiegels 162 reflektiert.
Der dichroitische Spiegel (Multiplexer) (DCM) 162 ist so angeordnet, dass er Pulse der zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung), die den optischen Pfad OP2 durchlaufen, und die vom Spiegel 154 reflektierten Lichtstrahlen (Pulse zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung)), die den optischen Pfad OP3 durchlaufen, multiplext und in Richtung des dichroitischen Spiegels 164 reflektiert.
Der dichroitische Spiegel (Multiplexer) (DCM) 164 ist so angeordnet, dass er Pulse der zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung), die den optischen Pfad OP1 durchlaufen, und die Lichtstrahlen vom dichroitischen Spiegel 162 (Multiplexen von Pulsen der zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung)), die den optischen Pfad OP2 und den optischen Pfad OP3 durchlaufen, multiplext und dritte Pulse P3a (vor der Filterung) mit einer vorbestimmten Frequenz von 2 kHz ausgibt.)
Als nächstes wird ein Betrieb gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben.
Der Pumplaser 10 gibt zunächst einen Laserstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge W1 [nm] als erste Pulse P1 mit einer vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) aus (siehe 7). Die ersten Pulse P1 werden durch den optischen Dämpfer 11 gedämpft und dem akusto-optischen Deflektor 120. zugeführt. Die Zeitsteuerschaltung 19 steuert den Zeitablauf der Ausgabe des akusto-optischen Deflektors 120. (siehe 7).
Zu dem Zeitpunkt, an dem der akusto-optische Deflektor 120. (1+3N)-nummerierte (1., 4., 7. ...) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, wird keine akustische Welle an den akusto-optischen Deflektor 120. bereitgestellt. Die (1+3N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 gehen dann direkt durch den akusto-optischen Deflektor 120. hindurch (optischer Pfad OP1). Dies bewirkt, dass Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP1 durchlaufen, zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) sind, die eine Frequenz (2/3 kHz) haben, die man durch Division der vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) durch die Anzahl (drei) der mehrfachen optischen Pfade erhält.
Zu dem Zeitpunkt, an dem der akusto-optische Deflektor 120. (2+3N)-nummerierte (2., 5., 8....) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, wird eine akustische Welle (mit der Kreisfrequenz ω2) an den akusto-optischen Deflektor 120. bereitgestellt. Die (2+3N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den akusto-optischen Deflektor 120. mit einem gewissen Beugungsgrad (optischer Pfad OP2). Dadurch werden die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP2 durchlaufen, zu zweiten Pulsen P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Frequenz (2/3 kHz), die man durch Division der vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) durch die Anzahl (drei) der mehrfachen optischen Pfade erhält.
Zu dem Zeitpunkt, an dem der akusto-optische Deflektor 120. (3+3N)-nummerierte (3., 6., 9. ...) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, wird eine akustische Welle (mit einer Kreisfrequenz ω3) an den akusto-optischen Deflektor 120. bereitgestellt. Die (3+3N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den akusto-optischen Deflektor 120. mit einem gewissen Beugungsgrad (optischer Pfad OP3). Dadurch werden die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP3 durchlaufen, zu zweiten Pulsen P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Frequenz (2/3 kHz), die man durch Division der vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) durch die Anzahl (drei) der mehrfachen optischen Pfade erhält.
Darüber hinaus unterscheidet sich die Phase der Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP1 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) durchlaufen, um 120. Grad von der Phase der Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP2 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) durchlaufen. Die Phase der Lichtstrahlen, die durch den optischen Pfad OP2 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) hindurchlaufen, unterscheidet sich um 120. Grad von der Phase der Lichtstrahlen, die durch den optischen Pfad OP3 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) hindurchlaufen. Die Phase der Lichtstrahlen, die durch den optischen Pfad OP1 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) hindurchlaufen, unterscheidet sich um 240 Grad von der Phase der Lichtstrahlen, die durch den optischen Pfad OP3 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) hindurchlaufen.
Die durch den optischen Pfad OP1 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung), mit einer Wellenlänge W1 [nm]) durchlaufenden Lichtstrahlen breiten sich durch die Polarisationsumkehrabschnitte 144 aus, die im vorbestimmten Abstand D1 im Wellenlängenänderungsabschnitt 14 angeordnet sind, um eine Wellenlängenumwandlung in W2 [nm] zu erfahren und dem dichroitischen Spiegel 164 als zweite Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) zugeführt zu werden.
Die den optischen Pfad OP2 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung), mit einer Wellenlänge W1 [nm]) durchlaufenden Lichtstrahlen breiten sich durch die Polarisationsumkehrabschnitte 144 aus, die im vorbestimmten Abstand D2 im Wellenlängenänderungsabschnitt 14 angeordnet sind, um eine Wellenlängenumwandlung in W3 [nm] zu erfahren, und werden vom dichroitischen Spiegel 162 reflektiert und dem dichroitischen Spiegel 164 als zweite Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) zugeführt.
Die durch den optischen Pfad OP3 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung), mit einer Wellenlänge W1 [nm]) durchlaufenden Lichtstrahlen breiten sich durch die Polarisationsumkehrabschnitte 144 aus, die im vorbestimmten Abstand D3 im Wellenlängenänderungsabschnitt 14 angeordnet sind, um eine Wellenlängenumwandlung in W4 [nm] zu erfahren, und werden vom Spiegel 154 reflektiert und über den dichroitischen Spiegel 162 als zweite Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) dem dichroitischen Spiegel 164 zugeführt.
Pulse der zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung), die von dem Wellenlängenänderungsabschnitt 14 ausgegeben werden und die die Wellenlänge W2 [nm], die Wellenlänge W3 [nm] und die Wellenlänge W4 [nm] aufweisen, werden durch den dichroitischen Spiegel 164 zu dritten Pulsen P3a (vor der Filterung) mit einer vorbestimmten Frequenz (2 kHz) gemultiplext.
Die dritten Pulse P3a (vor der Filterung) erfahren eine Entfernung vom Pumpstrahl und dem Leerlaufstrahl durch den Filter 17 um dritte Pulse P3b (nach der Filterung) zu werden. Die dritten Pulse P3b (nach der Filterung) werden an einem Ende der optischen Faser 18 zur Ausgabe am anderen Ende bereitgestellt.
Gemäß der dritten Ausführungsform wird anstelle des akusto-optischen Modulators 12 der akusto-optische Deflektor 120. verwendet, wobei die Anzahl der Mehrzahl von optischen Pfaden auf drei erhöht werden kann (optische Pfade OP1, OP2, OP3). Die dritten Pulse P3b (nach der Filterung) sorgen somit für die Bestrahlung mit gepulstem Licht der Wellenlänge W2 [nm] und unmittelbar danach (z.B. nach 500 Mikrosekunden) für die Bestrahlung mit gepulstem Licht der unterschiedlichen Wellenlänge W3 [nm]. Sie sieht ferner die Bestrahlung mit gepulstem Licht der Wellenlänge W3 [nm] und unmittelbar danach (z.B. nach 500 Mikrosekunden) die Bestrahlung mit gepulstem Licht der weiteren unterschiedlichen Wellenlänge W4 [nm] vor. Das heißt, die dritte Ausführungsform erlaubt die Bestrahlung mit gepulstem Licht einer Wellenlänge, unmittelbar danach die Bestrahlung mit gepulstem Licht einer anderen Wellenlänge und unmittelbar danach die Bestrahlung mit gepulstem Licht einer weiteren Wellenlänge. Die dritte Ausführungsform erlaubt somit die Bestrahlung mit gepulstem Licht von drei Wellenlängen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Anzahl der mehrfachen optischen Pfade vier oder mehr betragen kann, obwohl in der oben beschriebenen dritten Ausführungsform die Anzahl drei ist. Dies ermöglicht die Bestrahlung mit gepulstem Licht von vier oder mehr Wellenlängen.
Auch in der dritten Ausführungsform, wie in der ersten, gibt es nur ein LN-Kristallsubstrat 142. Alle Polarisationsumkehrabschnitte 144 sind in dem einzigen LN-Kristallsubstrat 142 gebildet. Allerdings können LN-Kristallsubstrate für die Lichtstrahlen (die den optischen Pfad OP1, den optischen Pfad OP2 und den optischen Pfad OP3 durchlaufen), die sich dort ausbreiten, vorgesehen werden, wie es bei der zweiten Ausführungsform der Fall ist.
Vierte Ausführungsform
Die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform hauptsächlich dadurch, dass anstelle des akusto-optischen Deflektors (AOD) (Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades) 120. ein Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades (ein erster akusto-optischer Modulator (AOM) 12a und ein zweiter akusto-optischer Modulator (AOM) 12b) verwendet wird.
8 zeigt eine Konfiguration der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform. 9 ist eine vergrößerte Ansicht um den Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades (der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a und der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b) in der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform herum.
Die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform umfasst einen Pumplaser (Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers) 10, optische Dämpfer (ATT) 11a, 11b, 11c, einen ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a, einen zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b, rhomboide Prismen 13a, 13b, Wellenlängenänderungsabschnitte (PPLN) 14a, 14b, 14c, ein Spiegel 154, dichroitische Spiegel (Multiplexer) (DCM) 162, 164, Filter (F) 172, 174, 176, eine optische Faser (MMF) 18, eine Zeitsteuerschaltung (Abschnitt zur Zeitsteuerung) 19 und eine Linse (L) 192. Komponenten, die mit denen der dritten Ausführungsform identisch sind, werden im Folgenden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um die Beschreibung dieser Komponenten auszulassen.
Der Pumplaser (Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers) 10, der Spiegel 154, die dichroitischen Spiegel (Multiplexer) (DCM) 162,164, die optische Faser (MMF) 18 und die Zeitsteuerschaltung (Abschnitt zur Zeitsteuerung) 19 sind identisch mit denen in der dritten Ausführungsform, und die Beschreibung derselben wird weggelassen. Beachte jedoch, dass die optische Faser (MMF) 18 so angeordnet ist, dass sie an ihrem einen Ende die dritten Pulse P3 empfängt, die von dem dichroitischen Spiegel 164 über die Linse (L) 192 zur Ausgabe am anderen Ende ausgegeben werden. Ferner ist zu beachten, dass die Zeitsteuerschaltung 19 so angeordnet ist, dass sie den Zeitablauf der Ausgabe des Abschnitts zur Bestimmung des optischen Pfads (der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a und der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b) steuert (siehe P2a in 7).
Der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades weist den ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a und den zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b auf. Sowohl der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a als auch der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b haben eine rechteckige, planare Form.
Eine der längeren Seiten des ersten akusto-optischen Modulators (AOM) 12a empfängt die ersten Pulse P1. Die kürzeren Seiten des ersten akusto-optischen Modulators (AOM) 12a sind gegenüber dem optischen Pfad OP2 um θB (Braggscher Winkel) gegen den Uhrzeigersinn geneigt.
Eine der längeren Seiten des zweiten akusto-optischen Modulators (AOM) 12b empfängt das Ausgangssignal des ersten akusto-optischen Modulators (AOM) 12a. Die kürzeren Seiten des zweiten akusto-optischen Modulators (AOM) 12b sind gegenüber dem optischen Pfad OP2 um θB (Braggscher Winkel) im Uhrzeigersinn geneigt.
Der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a ist so angeordnet, dass er die ersten Pulse P1 empfängt und einen Pfad von mehreren optischen Pfaden OP1, OP2 für jeden Puls der ersten Pulse P1 zur Ausgabe bestimmt. In der vierten Ausführungsform ist der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a so angeordnet, dass er jeden Puls der ersten Pulse P1 zur Ausgabe beugt (optischer Pfad OP1) oder direkt weiterleitet (optischer Pfad OP2).
Der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b ist so angeordnet, dass er die Ausgabe des ersten akusto-optischen Modulators 12a empfängt und einen Pfad von einem oder mehreren optischen Pfaden OP1, OP2, OP3 für jeden Puls der Pulse der Ausgabe des ersten akusto-optischen Modulators 12a zur Ausgabe bestimmt. In der vierten Ausführungsform ist der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b so angeordnet, dass er die direkt durchgeleiteten Pulse der ersten Pulse (optischer Pfad OP2) zur Ausgabe empfängt und beugt (optischer Pfad OP3) oder direkt weiterleitet (optischer Pfad OP2), während er die gebeugten Pulse (optischer Pfad OP1) der ersten Pulse zur Ausgabe empfängt und direkt weiterleitet (optischer Pfad OP1).
Es wird darauf hingewiesen, dass die Zeitdiagramme der ersten Pulse P1, der zweiten Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung), der zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) und der dritten Pulse P3 (Eingang in die optische Faser (MMF) 18) gemäß der vierten Ausführungsform identisch mit denen in 7 sind (wobei P3b in 7 als P3 gelesen werden sollte).
Zum Beispiel wird in Bezug auf 9 und 7 zu dem Zeitpunkt, zu dem der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades (1+3N)-nummerierte (1., 4., 7. ...) Pulse (wobei N eine ganze Zahl gleich oder größer als 0 ist) der ersten Pulse P1 empfängt, eine akustische Welle an den ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a bereitgestellt, während dem zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b keine akustische Welle bereitgestellt wird. Die (1+3N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den optischen Pfad OP1 (siehe 9).
Zu dem Zeitpunkt, an dem der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades (2+3N)-nummerierte (2., 5., 8. ...) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, wird dem ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a und dem zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b keine akustische Welle zugeführt. Die (2+3N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den optischen Pfad OP2 (siehe 9).
Zu dem Zeitpunkt, an dem der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades (3+3N)-nummerierte (3., 6., 9. ...) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, wird dem ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a keine akustische Welle zugeführt, während dem zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b eine akustische Welle zugeführt wird. Die (3+3N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den optischen Pfad OP3 (siehe 9).
Dies führt dazu, dass der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfads auf den mehreren optischen Pfaden OP1, OP2, OP3 jeweils zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) ausgibt, die eine Frequenz (2/3 kHz) haben, die durch Division der vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) durch die Anzahl (drei) der mehreren optischen Pfade erhalten wird und die jeweils um 120. Grad unterschiedliche Phasen haben.
Das rhomboide Prisma 13a ist so angeordnet, dass es Pulse der zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) empfängt, die den optischen Pfad OP1 durchlaufen, und den optischen Pfad parallel vom optischen Pfad OP1 weg verändert. Das rhomboide Prisma 13b ist so angeordnet, dass es Pulse der zweiten Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) empfängt, die durch den optischen Pfad OP3 hindurchlaufen, und den optischen Pfad parallel vom optischen Pfad OP3 weg ändert.
Die optischen Dämpfer (ATT) 11a, 11b, 11c sind so angeordnet, dass sie die Lichtstrahlen, die durch den optischen Pfad OP1 (Ausgabe des rhomboiden Prismas 13a), die Lichtstrahlen, die durch den optischen Pfad OP2 und die Lichtstrahlen, die durch den optischen Pfad OP3 (Ausgabe des rhomboiden Prismas 13b) laufen, abschwächen und sie jeweils den Wellenlängenänderungsabschnitten (PPLN) 14a, 14b, 14c zuführen.
Da die Wellenlängenänderungsabschnitte (PPLN) 14a, 14b mit denen der zweiten Ausführungsform identisch sind, wird deren Beschreibung weggelassen. Der Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14c ist so angeordnet, dass er vom rhomboiden Prisma 13b Pulse empfängt und Pulse (Wellenlänge W1 [nm]) der zweiten Pulse P2a, die den optischen Pfad OP3 durchlaufen, in zweite Pulse P2b (Wellenlänge W4 [nm]) umwandelt. Die Anordnung des Wellenlängenänderungsabschnitts 14b entspricht den im vorbestimmten Abstand D2 angeordneten Polarisationsumkehrabschnitten 144 (wobei der vorbestimmte Abstand D2 als D3 gelesen werden sollte) und dem LN-Kristallsubstrat 142, in dem die Polarisationsumkehrabschnitte 144 gebildet werden, wie in 2 oder 4 gezeigt.
Es sollte erwähnt werden, dass das LN-Kristallsubstrat, das der Wellenlängenänderungsabschnitt 14a aufweist, das LN-Kristallsubstrat, das der Wellenlängenänderungsabschnitt 14b aufweist, und das LN-Kristallsubstrat, das der Wellenlängenänderungsabschnitt 14c aufweist, nicht identisch sind. Das heißt, das LN-Kristallsubstrat, das der Wellenlängenänderungsabschnitt 14a aufweist, das LN-Kristallsubstrat, das der Wellenlängenänderungsabschnitt 14b aufweist, und das LN-Kristallsubstrat, das der Wellenlängenänderungsabschnitt 14c aufweist, sind jeweils für die Lichtstrahlen (die sich durch den optischen Pfad OP1, den optischen Pfad OP2 und den optischen Pfad OP3 ausbreiten) vorgesehen.
Die Filter (F) 172, 174, 176 sind so angeordnet, dass sie den Pumpstrahl und den Leerlaufstrahl von den Ausgängen der Wellenlängenänderungsabschnitte (PPLN) 14a, 14b, 14c zur Ausgabe an die dichroitischen Spiegel (Multiplexer) (DCM) 164, 162 und den Spiegel 154 entfernen.
Die Linse (L) 192 ist so angeordnet, dass sie das Ausgangssignal des dichroitischen Spiegels (Multiplexer) (DCM) 164 empfängt und an die optische Faser (MMF) 18 weiterleitet.
Als nächstes wird ein Betrieb gemäß der vierten Ausführungsform beschrieben.
Der Pumplaser 10 gibt zunächst einen Laserstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge W1 [nm] als erste Pulse P1 mit einer vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) aus (siehe 7). Die ersten Pulse P1 werden dem ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a des Abschnitts zur Bestimmung des optischen Pfades zugeführt. Die Zeitsteuerschaltung 19 steuert den Zeitablauf der Ausgabe des Abschnitts zur Bestimmung des optischen Pfades (siehe P2a in 7).
Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades (1+3N)-nummerierte (1., 4.,7. ...) Pulse (wobei N eine ganze Zahl gleich oder größer als 0 darstellt) der ersten Pulse P1 empfängt, wird eine akustische Welle dem ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a zugeführt, während dem zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b keine akustische Welle zugeführt wird. Die (1+3N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den optischen Pfad OP1 (siehe 9). Dadurch werden die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP1 durchlaufen, zu zweiten Pulsen P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Frequenz (2/3 kHz), die man durch Division der vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) durch die Anzahl (drei) der mehrfachen optischen Pfade erhält (siehe 7).
Zu dem Zeitpunkt, an dem der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades (2+3N)-nummerierte (2., 5., 8. ...) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, wird dem ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a und dem zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b keine akustische Welle zugeführt. Die (2+3N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den optischen Pfad OP2 (siehe 9). Dadurch werden die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP2 durchlaufen, zu zweiten Pulsen P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Frequenz (2/3 kHz), die man durch Division der vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) durch die Anzahl (drei) der mehrfachen optischen Pfade erhält (siehe 7).
Zu dem Zeitpunkt, an dem der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades (3+3N)-nummerierte (3., 6., 9....) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, wird dem ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a keine akustische Welle zugeführt, während dem zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b eine akustische Welle zugeführt wird. Die (3+3N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den optischen Pfad OP3 (siehe 9). Dadurch werden die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP3 durchlaufen, zu zweiten Pulsen P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Frequenz (2/3 kHz), die man durch Division der vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) durch die Anzahl (drei) der mehrfachen optischen Pfade erhält (siehe 7).
Darüber hinaus unterscheidet sich die Phase der Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP1 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) durchlaufen, um 120 Grad von der Phase der Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP2 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) durchlaufen. Die Phase der Lichtstrahlen, die durch den optischen Pfad OP2 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) durchlaufen, unterscheidet sich um 120 Grad von der Phase der Lichtstrahlen, die durch den optischen Pfad OP3 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) hindurchlaufen. Die Phase der Lichtstrahlen, die durch den optischen Pfad OP1 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) hindurchlaufen, unterscheidet sich um 240 Grad von der Phase der Lichtstrahlen, die durch den optischen Pfad OP3 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) hindurchlaufen.
Die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP1 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Wellenlänge W1 [nm]) durchlaufen, erfahren eine Änderung des optischen Pfades durch das rhomboide Prisma 13a, um durch den optischen Dämpfer (ATT) 11a abgeschwächt und dem Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14a zugeführt zu werden. Ferner breiten sich die dem Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14a zugeführten Lichtstrahlen durch die Polarisationsumkehrabschnitte 144 aus, die im vorbestimmten Abstand D1 im Wellenlängenänderungsabschnitt 14a angeordnet sind, um eine Wellenlängenumwandlung in W2 [nm] zu zweiten Pulsen P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) zu erfahren, und werden dann durch den Filter (F) 172 einer Entfernung des Pumpstrahls und des Leerlaufstrahls unterzogen, um dem dichroitischen Spiegel 164 zugeführt zu werden.
Die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP2 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Wellenlänge W1 [nm]) durchlaufen, werden durch den optischen Dämpfer (ATT) 11b gedämpft und dem Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14b zugeführt. Ferner breiten sich die dem Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14b zugeführten Lichtstrahlen durch die Polarisationsumkehrabschnitte 144 aus, die im vorbestimmten Abstand D2 im Wellenlängenänderungsabschnitt 14b angeordnet sind, um eine Wellenlängenumwandlung in W3 [nm] als zweite Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) zu erfahren, und werden und werden dann durch den Filter (F) 174 einer Entfernung des Pumpstrahls und des Leerlaufstrahls unterzogen, um von dem dichroitischen Spiegel 162 reflektiert und dem dichroitischen Spiegel 164 zugeführt zu werden.
Die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP3 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Wellenlänge W1 [nm]) durchlaufen, erfahren eine Änderung des optischen Pfades durch das rhomboide Prisma 13b, um durch den optischen Dämpfer (ATT) 11c abgeschwächt und dem Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14c zugeführt zu werden. Ferner breiten sich die dem Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14c zugeführten Lichtstrahlen durch die Polarisationsumkehrabschnitte 144 aus, die im vorbestimmten Abstand D3 im Wellenlängenänderungsabschnitt 14c angeordnet sind, um eine Wellenlängenumwandlung in W4 [nm] zu zweiten Pulsen P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) zu erfahren, und werden durch den Filter (F) 176 einer Entfernung des Pumpstrahls und des Leerlaufstrahls unterzogen, um vom Spiegel 154 reflektiert und über den dichroitischen Spiegel 162 dem dichroitischen Spiegel 164 zugeführt zu werden.
Ein Teil der zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung), die von den Wellenlängenänderungsabschnitten 14a, 14b, 14c ausgegeben werden und die Wellenlänge W2 [nm], die Wellenlänge W3 [nm] und die Wellenlänge W4 [nm] haben, werden durch den dichroitischen Spiegel 164 als dritte Pulse P3 mit einer vorbestimmten Frequenz (2 kHz) gemultiplext.
Die dritten Pulse P3 gehen durch die Linse (L) 192 hindurch und werden an die optische Faser (MMF) 18 weitergeleitet.
Gemäß der vierten Ausführungsform ermöglicht die Verwendung der beiden akusto-optischen Modulatoren (der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a und der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b) anstelle des akusto-optischen Deflektors 120 in der dritten Ausführungsform die Bestrahlung mit gepulstem Licht von drei Wellenlängen, wie es in der dritten Ausführungsform der Fall ist. Es wird angemerkt, dass die (zwei) akusto-optischen Modulatoren einfacher und kostengünstiger in der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 zu montieren sind, als der akusto-optische Deflektor.
Auch in der vierten Ausführungsform, wie auch in der dritten Ausführungsform, gibt es nur ein LN-Kristallsubstrat 142, wobei alle Polarisationsumkehrabschnitte 144 in dem einzigen LN-Kristallsubstrat 142 gebildet werden können.
Es wird angemerkt, dass die vierte Ausführungsform die folgende Variation hinsichtlich des Betriebs des Abschnitts zur Bestimmung des optischen Pfads aufweisen kann (der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a und der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b).
12 ist eine vergrößerte Ansicht um den Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfads (der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a und der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b) in der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß einer Variation der vierten Ausführungsform herum.
Der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a ist so angeordnet, dass er die ersten Pulse P1 empfängt und einen Pfad von mehreren optischen Pfaden OP1, OP2 für jeden der ersten Pulse P1 zur Ausgabe bestimmt. Zum Beispiel ist der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a so angeordnet, dass er jeden der ersten Pulse P1 zur Ausgabe beugt (optischer Pfad OP1) oder direkt weiterleitet (optischer Pfad OP2). Diese sind die gleichen wie in der vierten Ausführung.
Der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b ist hier so angeordnet, dass er die Ausgabe des ersten akusto-optischen Modulators (AOM) 12a empfängt und einen Pfad von einem oder mehreren optischen Pfaden OP1, OP2, OP3 für jeden der Pulse der Ausgabe des ersten akusto-optischen Modulators (AOM) 12a zur Ausgabe bestimmt. In der Variation der vierten Ausführungsform ist der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b so angeordnet, dass er die direkt durchgeleiteten Pulse (optischer Pfad OP2) der ersten Pulse zur Ausgabe empfängt und direkt weiterleitet (optischer Pfad OP2) („nicht beugt“, was sich von der vierten Ausführungsform unterscheidet), während er die gebeugten Pulse (optischer Pfad OP1) der ersten Pulse zur Ausgabe empfängt und beugt (optischer Pfad OP3) oder direkt weiterleitet (optischer Pfad OP1) („beugt“, was sich von der vierten Ausführungsform unterscheidet).
Es wird angemerkt, dass die kürzeren Seiten des zweiten akusto-optischen Modulators (AOM) 12b gegenüber dem optischen Pfad OP1 gegen den Uhrzeigersinn um θB (Braggscher Winkel) geneigt sind.
Fünfte Ausführungsform
Die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der fünften Ausführungsform unterscheidet sich von der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform vor allem dadurch, dass zwei akusto-optische Modulatoren (ein erster akusto-optischer Modulator (AOM) 12a und ein zweiter akusto-optischer Modulator (AOM) 12b) wie bei der vierten Ausführungsform zur Bestrahlung mit gepulstem Licht von vier Wellenlängen verwendet werden.
10 zeigt eine Konfiguration der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der fünften Ausführungsform. 11 ist eine vergrößerte Ansicht um den Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfads (der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a und der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b) in der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der fünften Ausführungsform herum.
Die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gemäß der fünften Ausführungsform umfasst einen Pumplaser (Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers) 10, optische Dämpfer (ATT) 11a, 11b, 11c, 11d, einen ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a, einen zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b, rhomboide Prismen 130, 13d, 13e, 13f, Wellenlängenänderungsabschnitte (PPLN) 14a, 14b, 14c, 14d, einen Spiegel 154, dichroitische Spiegel (Multiplexer) (DCM) 161, 162, 164, Filter (F) 172, 174, 176, 178, eine optische Faser (MMF) 18, eine Zeitsteuerschaltung (Abschnitt zur Zeitsteuerung) 19 und eine Linse (L) 192. Komponenten, die mit jenen der vierten Ausführungsform identisch sind, werden im Folgenden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, um deren Beschreibung auszulassen.
Der Pumplaser (Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers) 10, die optischen Dämpfer (ATT) 11a, 11b, 11c, die Wellenlängenänderungsabschnitte (PPLN) 14a, 14b, 14c, der Spiegel 154, die dichroitischen Spiegel (Multiplexer) (DCM) 162,164, die Filter (F) 172, 174, 176, die optische Faser (MMF) 18, die Zeitsteuerschaltung (Abschnitt zur Zeitsteuerung) 19 und die Linse (L) 192 sind identisch mit denen in der vierten Ausführungsform, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
Beachte jedoch, dass der Spiegel 154 so angeordnet ist, dass er Pulse der zweite Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) empfängt, die den optischen Pfad OP4 durchlaufen, und sie zum dichroitischen Spiegel 161 reflektiert. Der dichroitische Spiegel (Multiplexer) (DCM) 162 ist so angeordnet, dass er Pulse der zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung), die den optischen Pfad OP2 durchlaufen, und die vom dichroitischen Spiegel 161 reflektierten Lichtstrahlen multiplext und zum dichroitischen Spiegel 164 reflektiert. Der Filter 176 ist so angeordnet, dass er den Pumpstrahl und den Leerlaufstrahl der Ausgabe des Wellenlängenänderungsabschnitts (PPLN) 14c zur Ausgabe an den dichroitischen Spiegel (Multiplexer) 161 entfernt.
Der Filter 178 ist so angeordnet, dass er den Pumpstrahl und den Leerlaufstrahl der Ausgabe des Wellenlängenänderungsabschnitts (PPLN) 14d zur Ausgabe an den Spiegel 154 entfernt.
Der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades weist den ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a und den zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b auf. Sowohl der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a als auch der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b haben eine rechteckige, planare Form.
Die längeren Seiten des ersten akusto-optischen Modulators (AOM) 12a und die längeren Seiten des zweiten akusto-optischen Modulators (AOM) 12b liegen parallel zueinander. Es ist zu beachten, dass der optische Pfad OP4 um θB (Braggscher Winkel) im Uhrzeigersinn in Bezug auf die kürzeren Seiten des ersten akusto-optischen Modulators (AOM) 12a geneigt ist. Eine der längeren Seiten des ersten akusto-optischen Modulators (AOM) 12a empfängt die ersten Pulse P1, während eine der längeren Seiten des zweiten akusto-optischen Modulators (AOM) 12b die Ausgabe des ersten akusto-optischen Modulators 12a empfängt.
Der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a ist so angeordnet, dass er die ersten Pulse P1 empfängt und einen Pfad von mehreren optischen Pfaden OP1, OP4 für jeden der ersten Pulse P1 zur Ausgabe bestimmt. In der fünften Ausführungsform ist der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a so angeordnet, dass er jeden Puls der ersten Pulse P1 zur Ausgabe beugt (optischer Pfad OP1) oder direkt weiterleitet (optischer Pfad OP4).
Der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b ist so angeordnet, dass er die Ausgabe des ersten akusto-optischen Modulators 12a empfängt und einen Pfad von einem oder mehreren optischen Pfaden OP1, OP2, OP3, OP4 für jeden der Pulse der Ausgabe des ersten akusto-optischen Modulators 12a zur Ausgabe bestimmt. In der fünften Ausführungsform ist der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b so angeordnet, dass er jeden der Pulse der Ausgabe des ersten akusto-optischen Modulators (AOM) 12a zur Ausgabe beugt (optischer Pfad OP2, OP3) oder direkt weiterleitet (optischer Pfad OP1, OP4). Im Detail ist der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b so angeordnet, dass er die direkt weitergeleiteten Pulse (optischer Pfad OP4) der ersten Pulse zur Ausgabe empfängt und beugt (optischer Pfad OP2) oder direkt weiterleitet (optischer Pfad OP4), während er die gebeugten Pulse (optischer Pfad OP1) der ersten Pulse zur Ausgabe empfängt und beugt (optischer Pfad OP3) oder direkt weiterleitet (optischer Pfad OP1).
Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades (1+4N)-nummerierte (1., 5., 9. ...) Pulse (wobei N eine ganze Zahl gleich oder größer als o darstellt) der ersten Pulse P1 empfängt, wird eine akustische Welle an den ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a bereitgestellt, während dem zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b keine akustische Welle zugeführt wird. Die (1+4N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den optischen Pfad OP1 (siehe 11).
Zu dem Zeitpunkt, an dem der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades (2+4N)-nummerierte (2., 6., 10....) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, wird dem ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a keine akustische Welle zugeführt, während dem zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b eine akustische Welle zugeführt wird. Die (2+4N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den optischen Pfad OP2 (siehe 11).
Zu dem Zeitpunkt, an dem der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades (3+4N)-nummerierte (3., 7., 11. ...) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, wird eine akustische Welle an den ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a und eine akustische Welle an den zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b bereitgestellt. Die (3+4N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den optischen Pfad OP3 (siehe 11).
Zu dem Zeitpunkt, an dem der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades (4+4N)-nummerierte (4., 8., 12....) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, wird dem ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a und dem zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b keine akustische Welle zugeführt. Die (4+4N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den optischen Pfad OP4 (siehe 11).
Dies führt dazu, dass der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfads auf den mehreren optischen Pfaden OP1, OP2, OP3, OP4 jeweils zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) ausgibt, die eine Frequenz (1/2 kHz) aufweisen, die durch Division der vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) durch die Anzahl (vier) der mehreren optischen Pfade erhalten wird und die jeweils um 90-Grad-unterschiedliche Phasen aufweisen.
Das rhomboide Prisma 13c ist so angeordnet, dass es Pulse der zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) empfängt, die den optischen Pfad OP1 durchlaufen, und den optischen Pfad parallel vom optischen Pfad OP1 weg verändert. Das rhomboide Prisma 13e ist so angeordnet, dass es Pulse der zweiten Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) empfängt, die durch den optischen Pfad OP2 hindurchlaufen, und den optischen Pfad parallel vom optischen Pfad OP2 weg verändert. Das rhomboide Prisma 13f ist so angeordnet, dass es Pulse der zweiten Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) empfängt, die den optischen Pfad OP3 durchlaufen, und den optischen Pfad parallel vom optischen Pfad OP3 weg verändert. Das rhomboide Prisma 13d ist so angeordnet, dass es Pulse der zweiten Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) empfängt, die den optischen Pfad OP4 durchlaufen, und den optischen Pfad parallel vom optischen Pfad OP4 weg verändert.
Der optische Dämpfer (ATT) 11d ist so angeordnet, dass er die durch den optischen Pfad OP4 (Ausgabe des rhomboiden Prismas 13d) hindurchtretenden Lichtstrahlen abschwächt und sie dem Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14d zuführt.
Der Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14d ist so angeordnet, dass er vom rhomboiden Prisma 13d Pulse der zweiten Pulse P2a (Wellenlänge Wi [nm]), die den optischen Pfad OP4 durchlaufen, empfängt und sie in zweite Pulse P2b (Wellenlänge W5 [nm]) umwandelt. Die Anordnung des Wellenlängenänderungsabschnitts 14d entspricht den im vorbestimmten Abstand D2 angeordneten Polarisationsumkehrabschnitten 144 (wobei der vorbestimmte Abstand D2 als D4 gelesen werden sollte, der sich von D1, D2 und D3 unterscheidet) und dem LN-Kristallsubstrat 142, in dem die Polarisationsumkehrabschnitte 144 gebildet werden, wie in 2 oder 4 dargestellt.
Es wird festgestellt, dass das LN-Kristallsubstrat, das der Wellenlängenänderungsabschnitt 14a aufweist, das LN-Kristallsubstrat, das der Wellenlängenänderungsabschnitt 14b aufweist, das LN-Kristallsubstrat, das der Wellenlängenänderungsabschnitt 14c aufweist, und das LN-Kristallsubstrat, das der Wellenlängenänderungsabschnitt 14d aufweist, nicht identisch sind. Das heißt, das LN-Kristallsubstrat, das der Wellenlängenänderungsabschnitt 14a aufweist, das LN-Kristallsubstrat, das der Wellenlängenänderungsabschnitt 14b aufweist, das LN-Kristallsubstrat, das der Wellenlängenänderungsabschnitt 14c aufweist, und das LN-Kristallsubstrat, das der Wellenlängenänderungsabschnitt 14d aufweist, sind jeweils für die Lichtstrahlen (die den optischen Pfad OP1, den optischen Pfad OP2, den optischen Pfad OP3 und den optischen Pfad OP4 durchlaufen) vorgesehen.
Als nächstes wird ein Betrieb gemäß der fünften Ausführungsform beschrieben.
Der Pumplaser 10 gibt zunächst einen Laserstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge W1 [nm] als erste Pulse P1 mit einer vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) aus. Die ersten Pulse P1 werden dem ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a des Abschnitts zur Bestimmung des optischen Pfads zugeführt. Die Zeitsteuerschaltung 19 steuert den Zeitablauf der Ausgabe des Abschnitts zur Bestimmung des optischen Pfads.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades (1+4N)-nummerierte (1., 5., 9. ...) Pulse (wobei N eine ganze Zahl gleich oder größer als o darstellt) der ersten Pulse P1 empfängt, wird eine akustische Welle an den ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a bereitgestellt, während dem zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b keine akustische Welle zugeführt wird. Die (1+4N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den optischen Pfad OP1 (siehe 11). Dadurch werden die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP1 durchlaufen, zu zweiten Pulsen P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Frequenz (1/2 kHz), die man durch Division der vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) durch die Anzahl (vier) der mehreren optischen Pfade erhält.
Zu dem Zeitpunkt, an dem der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfads (2+4N)-nummerierte (2., 6., 10. ...) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, wird dem ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a keine akustische Welle zugeführt, während dem zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b eine akustische Welle zugeführt wird. Die (2+4N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den optischen Pfad OP2 (siehe 11). Dadurch werden die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP2 durchlaufen, zu zweiten Pulsen P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Frequenz (1/2 kHz), die man durch Division der vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) durch die Anzahl (vier) der mehreren optischen Pfade erhält.
Zu dem Zeitpunkt, an dem der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfads (3+4N) -nummerierte (3., 7., 11. ...) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, wird eine akustische Welle an den ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a und eine akustische Welle an den zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b bereitgestellt. Die (3+4N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den optischen Pfad OP3 (siehe 11). Dadurch werden die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP3 durchlaufen, zu zweiten Pulsen P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Frequenz (1/2 kHz), die man durch Division der vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) durch die Anzahl (vier) der mehreren optischen Pfade erhält.
Zu dem Zeitpunkt, an dem der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades (4+4N)-nummerierte (4., 8., 12. ...) Pulse der ersten Pulse P1 empfängt, wird keine akustische Welle an den ersten akusto-optischen Modulator (AOM) 12a und keine akustische Welle an den zweiten akusto-optischen Modulator (AOM) 12b bereitgestellt. Die (4+4N)-nummerierten Pulse der ersten Pulse P1 durchlaufen dann den optischen Pfad OP4 (siehe 11). Dadurch werden die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP4 durchlaufen, zu zweiten Pulsen P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Frequenz (1/2 kHz), die man durch Division der vorbestimmten Frequenz (z.B. 2 kHz) durch die Anzahl (vier) der mehreren optischen Pfade erhält.
Darüber hinaus unterscheiden sich die Phase der Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP1 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) durchlaufen, die Phase der Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP2 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) durchlaufen, die Phase der Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP3 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) durchlaufen, und die Phase der Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP4 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung)) durchlaufen, um 90 Grad voneinander.
Die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP1 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Wellenlänge W1 [nm]) durchlaufen, erfahren eine Änderung des optischen Pfades durch das rhomboide Prisma 130, um durch den optischen Dämpfer (ATT) 11a abgeschwächt und dem Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14a zugeführt zu werden. Ferner breiten sich die dem Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14a zugeführten Lichtstrahlen durch die Polarisationsumkehrabschnitte 144 aus, die im vorbestimmten Abstand D1 im Wellenlängenänderungsabschnitt 14a angeordnet sind, um eine Wellenlängenumwandlung in W2 [nm] zu zweiten Pulsen P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) zu erfahren, und werden dann durch den Filter (F) 172 einer Entfernung des Pumpstrahls und des Leerlaufstrahls unterzogen, um dem dichroitischen Spiegel 164 zugeführt zu werden.
Die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP2 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Wellenlänge W1 [nm]) durchlaufen, erfahren eine Änderung des optischen Pfades durch das rhomboide Prisma 13e, um durch den optischen Dämpfer (ATT) 11b abgeschwächt und dem Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14b zugeführt zu werden. Ferner breiten sich die dem Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14b zugeführten Lichtstrahlen durch die Polarisationsumkehrabschnitte 144 aus, die im vorbestimmten Abstand D2 im Wellenlängenänderungsabschnitt 14b angeordnet sind, um eine Wellenlängenumwandlung in W3 [nm] zu zweiten Pulsen P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) zu erfahren, und werden dann durch den Filter (F) 174 einer Entfernung des Pumpstrahls und des Leerlaufstrahls unterzogen, um von dem dichroitischen Spiegel 162 reflektiert und dem dichroitischen Spiegel 164 zugeführt zu werden.
Die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP3 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Wellenlänge W1 [nm]) durchlaufen, erfahren eine Änderung im optischen Pfad durch das rhomboide Prisma 13f, um durch den optischen Dämpfer (ATT) 11c abgeschwächt und dem Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14c zugeführt zu werden. Ferner breiten sich die dem Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14c zugeführten Lichtstrahlen durch die Polarisationsumkehrabschnitte 144 aus, die im vorbestimmten Abstand D3 im Wellenlängenänderungsabschnitt 14c angeordnet sind, um eine Wellenlängenumwandlung in W4 [nm] zu zweiten Pulsen P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) zu erfahren, und werden dann durch den Filter (F) 176 einer Entfernung des Pumpstrahls und des Leerlaufstrahls unterzogen, um durch den dichroitischen Spiegel 161 reflektiert und über den dichroitischen Spiegel 162 dem dichroitischen Spiegel 164 zugeführt zu werden.
Die Lichtstrahlen, die den optischen Pfad OP4 (zweite Pulse P2a (vor der Wellenlängenumwandlung) mit einer Wellenlänge W1 [nm]) durchlaufen, erfahren eine Änderung des optischen Pfades durch das rhomboide Prisma 13d, um durch den optischen Dämpfer (ATT) 11d abgeschwächt und dem Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14d zugeführt zu werden. Ferner breiten sich die dem Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN) 14d zugeführten Lichtstrahlen durch die Polarisationsumkehrabschnitte 144 aus, die im vorbestimmten Abstand D4 im Wellenlängenänderungsabschnitt 14d angeordnet sind, um eine Wellenlängenumwandlung in W5 [nm] zu zweiten Pulsen P2b (nach der Wellenlängenumwandlung) zu erfahren, und werden dann durch den Filter (F) 178 einer Entfernung des Pumpstrahls und des Leerlaufstrahls unterzogen, um vom Spiegel 154 reflektiert und über den dichroitischen Spiegel 161, 162 dem dichroitischen Spiegel 164 zugeführt zu werden.
Pulse der zweiten Pulse P2b (nach der Wellenlängenumwandlung), die von den Wellenlängenänderungsabschnitten 14a, 14b, 14c, 14d ausgegeben werden und die die Wellenlänge W2 [nm], die Wellenlänge W3 [nm], die Wellenlänge W4 [nm] und die Wellenlänge W5 [nm] haben, werden durch den dichroitischen Spiegel 164 als dritte Pulse P3 mit einer vorbestimmten Frequenz (2 kHz) gemultiplext.
Die dritten Pulse P3 gehen durch die Linse (L) 192 und werden der optischen Faser (MMF) 18 zugeführt.
Gemäß der fünften Ausführungsform ermöglicht die Verwendung der beiden akusto-optischen Modulatoren (der erste akusto-optische Modulator (AOM) 12a und der zweite akusto-optische Modulator (AOM) 12b), wie es in der vierten Ausführungsform der Fall ist, die Bestrahlung mit gepulstem Licht von vier Wellenlängen, wobei die Anzahl größer ist, als in der vierten Ausführungsform.
Auch in der fünften Ausführungsform, wie in der dritten Ausführungsform, gibt es nur ein LN-Kristallsubstrat 142. Alle Polarisationsumkehrabschnitte 144 können in dem einzigen LN-Kristallsubstrat 142 gebildet werden.
Sechste Ausführungsform
Die sechste Ausführungsform betrifft eine Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen 100 mit einer der Laserstrahl-Ausgabevorrichtungen 1 gemäß der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Ausführungsform (einschließlich ihrer Variationen).
13 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen 100 gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen 100 gemäß der sechsten Ausführungsform ist für die Messung eines zu messenden Objekts 200 (einschließlich, aber nicht beschränkt, auf ein Blutgefäß eines Neugeborenen in der Nähe eines Basalzellkarzinoms bis zu einer Tiefe von etwa 3 mm im menschlichen Körper) vorgesehen und umfasst eine Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 und einen Messabschnitt 4.
Die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 ist identisch mit einer der Laserstrahl-Ausgabevorrichtungen 1 gemäß der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Ausführungsform (einschließlich ihrer Variationen). Beachte jedoch, dass ein Laserstrahl PL, der von der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 ausgegeben wird, ein Ergebnis der dritten Pulse P3b (nach der Filterung) ist, die die optische Faser 18 in der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Ausführungsform (einschließlich ihrer Variationen) durchlaufen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 so angeordnet ist, dass sie dem Messabschnitt 4 ein Triggersignal synchron mit dem Zeitpunkt, zu dem die Pulse des Laserstrahls PL ausgegeben werden, zur Verfügung stellt.
Der Messabschnitt 4 ist so angeordnet, dass das zu messende Objekt 200 auf der Grundlage einer photoakustischen Welle AW gemessen wird, die am zu messenden Objekt 200 durch den Laserstrahl PL erzeugt wird. Es ist zu beachten, dass der Messabschnitt 4 so angeordnet ist, dass er Messungen synchron mit dem Triggersignal aus der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 durchführt.
Als nächstes wird ein Betrieb gemäß der sechsten Ausführungsform beschrieben.
Die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gibt einen Laserstrahl-PL aus. Der Laserstrahl PL ist ähnlich zu den dritten Pulsen P3b (nach der Filterung).
Der Laserstrahl PL wird dem zu messenden Objekt 200 zugeführt. Da der Laserstrahl PL somit dem zu messenden Objekt 200 zugeführt wird, wird eine photoakustische Welle AW erzeugt.
Der Messabschnitt 4 misst das zu messende Objekt 200 auf der Basis der photoakustischen Welle AW.
Gemäß der sechsten Ausführungsform kann das zu messende Objekt 200 mit dem Laserstrahl PL für photoakustische Messungen beaufschlagt werden. Zusätzlich kann das zu messende Objekt 200 mit gepulstem Licht einer Wellenlänge bestrahlt werden und unmittelbar danach mit gepulstem Licht einer anderen Wellenlänge, wie in der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Ausführungsform.
Siebte Ausführungsform
Die siebte Ausführungsform betrifft eine Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen 100 mit einer der Laserstrahl-Ausgabevorrichtungen 1 gemäß der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Ausführungsform (einschließlich ihrer Variationen) und einem Ultraschallpuls-Ausgabeabschnitt 2.
14 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen 100 gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen 100 gemäß der siebten Ausführungsform ist zur Messung eines zu messenden Objekts 200 (einschließlich, aber nicht beschränkt auf ein Blutgefäß eines Neugeborenen in der Nähe eines Basalzellkarzinoms bis zu einer Tiefe von etwa 3 mm im menschlichen Körper) bestimmt und umfasst eine Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1, einen Ultraschallpuls-Ausgabeabschnitt 2 und einen Messabschnitt 4.
Die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 ist identisch mit einer der Laserstrahl-Ausgabevorrichtungen 1 gemäß der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Ausführungsform (einschließlich ihrer Variationen). Beachte jedoch, dass ein Laserstrahl PL, der von der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 ausgegeben wird, ein Ergebnis der dritten Pulse P3b (nach der Filterung) ist, die die optische Faser 18 in der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Ausführungsform (einschließlich ihrer Variationen) durchlaufen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 so angeordnet ist, dass sie dem Messabschnitt 4 ein Triggersignal synchron mit dem Zeitpunkt, zu dem die Pulse des Laserstrahls PL ausgegeben werden, zur Verfügung stellt.
Der Ultraschallpuls-Ausgabeabschnitt 2 gibt einen Ultraschallpuls PU aus. Es ist zu beachten, dass der Ultraschallpuls-Ausgabeabschnitt 2 so angeordnet ist, dass er dem Messabschnitt 4 ein Triggersignal synchron mit dem Zeitpunkt der Ausgabe der Pulse des Ultraschallpulses PU bereitstellt.
Die Messabschnitt 4 ist so angeordnet, dass das zu messende Objekt 200 auf der Grundlage einer reflektierten Welle US als Ergebnis der Reflektion des Ultraschallpulses PU am zu messenden Objekt 200 und einer am zu messenden Objekt 200 durch den Laserstrahl PL erzeugten photoakustischen Welle AW gemessen wird. Es ist zu beachten, dass der Messabschnitt 4 so angeordnet ist, dass er Messungen synchron mit den Triggersignalen aus der Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 und dem Ultraschallpuls-Ausgabeabschnitt 2 durchführt.
Als nächstes wird ein Betrieb gemäß der siebten Ausführungsform beschrieben.
Die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung 1 gibt einen Laserstrahl-PL aus. Der Laserstrahl PL ist ähnlich zu den dritten Pulsen P3b (nach der Filterung). Der Ultraschallpuls-Ausgabeabschnitt 2 gibt einen Ultraschallpuls PU aus.
Der Laserstrahl PL und der Ultraschallpuls PU werden dem zu messenden Objekt 200 zugeführt. Da der Laserstrahl PL somit dem zu messenden Objekt 200 zugeführt wird, wird eine photoakustische Welle AW erzeugt. Der Ultraschallpuls PU wird dem zu messenden Objekt 200 zugeführt und von diesem reflektiert. Diese Reflektion führt zu einer reflektierten Welle US.
Der Messabschnitt 4 misst das zu messende Objekt 200 auf der Basis der reflektierten Welle US und der photoakustischen Welle AW.
Gemäß der siebten Ausführungsform kann das zu messende Objekt 200 mit dem Laserstrahl PL und dem Ultraschallpuls PU für Photoultraschallmessungen beaufschlagt werden. Zusätzlich kann das zu messende Objekt 200 mit gepulstem Licht einer Wellenlänge bestrahlt werden und unmittelbar danach mit gepulstem Licht einer anderen Wellenlänge, wie in der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Ausführungsform.
Bezugszeichenliste

P1: erste Pulse
P2a: zweite Pulse (vor der Wellenlängenumwandlung)
P2b: zweite Pulse (nach der Wellenlängenumwandlung)
P3a: dritte Pulse (vor der Filterung)
P3b: dritte Pulse (nach der Filterung)
OP1, OP2, OP3, OP4: optische Pfade
1: Laserstrahl-Ausgabevorrichtung
10: Pumplaser (Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers)
11: optischer Dämpfer (ATT)
12: akusto-optischer Modulator (Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades) (AOM)
120: akusto-optischer Deflektor (AOD) (Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades)
13: rhomboide Prismen
14, 14a, 14b: Wellenlängenänderungsabschnitt (PPLN)
142: LN-Kristallsubstrat
144: Polarisationsumkehrabschnitte
15,154: Spiegel
16,162,164: dichroitischer Spiegel (Multiplexer) (DCM)
17: Filter (F)
18: optische Faser (MMF)
2: Ultraschallpuls-Ausgabeabschnitt
4: Messabschnitt
100: Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen
200: zu messendes Objekt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2011107094 [0003]
WO 2017/138619 [0003]
JP 2016101393 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen, aufweisend: eine Laserstrahl-Ausgabevorrichtung, die einen Laserstrahl ausgibt; und einen Messabschnitt, der ein zu messendes Objekt auf der Grundlage einer photoakustischen Welle misst, die an dem zu messenden Objekt durch den Laserstrahl erzeugt wird, wobei die Laserstrahl-Ausgabevorrichtung aufweist: einen Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers, der einen Laserstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge als erste Pulse ausgibt; einen Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades, der die ersten Pulse empfängt und einen Pfad aus einer Vielzahl von optischen Pfaden für jeden der ersten Pulse zur Ausgabe bestimmt; einen Wellenlängenänderungsabschnitt, der Lichtstrahlen empfängt, die jeweils die Vielzahl der optischen Pfade durchlaufen, und der die Lichtstrahlen so verändert, dass sie ihre jeweils unterschiedlichen Wellenlängen zur Ausgabe aufweisen; und einen Multiplexer, der die Ausgaben des Wellenlängenänderungsabschnitts multiplext.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend einen Ultraschallpuls-Ausgabeabschnitt, der einen Ultraschallpuls ausgibt, wobei der Messabschnitt weiterhin eine reflektierte Welle als Ergebnis der Reflektion des Ultraschallpulses am zu messenden Objekt misst.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten Pulse eine vorbestimmte Frequenz aufweisen, und wobei der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfads jeweils auf den mehreren optischen Pfaden zweite Pulse ausgibt, die eine Frequenz aufweisen, die durch Teilen der vorbestimmten Frequenz durch die Anzahl der mehreren optischen Pfade erhalten wird, und die ihre jeweils unterschiedlichen Phasen aufweisen.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß Anspruch 3, wobei der Multiplexer dritte Pulse mit der vorbestimmten Frequenz ausgibt.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ausgabeabschnitt eines gepulsten Lasers ein Pumplaser ist.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades ein akusto-optischer Modulator oder ein akusto-optischer Deflektor ist.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wellenlängenänderungsabschnitt Polarisationsumkehrabschnitte aufweist, die mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen angeordnet sind, durch die sich die hindurchlaufenden Lichtstrahlen ausbreiten, und wobei der vorbestimmte Abstand für jeden der hindurchlaufenden Lichtstrahlen unterschiedlich ist.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß Anspruch 7, wobei der Wellenlängenänderungsabschnitt ein nichtlineares optisches Kristallsubstrat mit den darin ausgebildeten Polarisationsumkehrabschnitten aufweist, und wobei die grafischen Zentren der Polarisationsumkehrabschnitte auf einer geraden Linie parallel zu einer X-Achse des nichtlinearen optischen Kristallsubstrats angeordnet sind.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß Anspruch 7, wobei die grafischen Zentren der Polarisationsumkehrabschnitte auf einer geraden Linie parallel zur Ausbreitungsrichtung der Lichtstrahlen angeordnet sind.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß Anspruch 7, wobei der Wellenlängenänderungsabschnitt ein nichtlineares optisches Kristallsubstrat mit allen darin ausgebildeten Polarisationsumkehrabschnitten aufweist.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß Anspruch 7, wobei der Wellenlängenänderungsabschnitt ein nichtlineares optisches Kristallsubstrat mit den darin ausgebildeten Polarisationsumkehrabschnitten aufweist, und wobei das nichtlineare optische Kristallsubstrat für jeden der hindurchlaufenden Lichtstrahlen vorgesehen ist, die sich dort hindurch ausbreiten.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wellenlängenänderungsabschnitt einen nichtlinearen optischen Kristall aufweist, durch den sich die hindurchlaufenden Lichtstrahlen ausbreiten.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 weiterhin aufweisend eine optische Faser, deren eines Ende eine Ausgabe vom Multiplexer zur Ausgabe an deren anderem Ende empfängt.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 weiterhin aufweisend einen Abschnitt zur Zeitsteuerung, der eine Ausgangabe des Abschnitts zur Bestimmung des optischen Pfads mit einer Ausgabe der ersten Pulse zeitsteuert.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Abschnitt zur Bestimmung des optischen Pfades aufweist: einen ersten akusto-optischen Modulator, der die ersten Pulse empfängt und einen Pfad aus einer Vielzahl von optischen Pfaden für jeden Puls der ersten Pulse zur Ausgabe bestimmt; und einen zweiten akusto-optischen Modulator, der eine Ausgabe vom ersten akusto-optischen Modulator empfängt und für jeden Puls der Ausgabe des ersten akusto-optischen Modulators einen Pfad von einem oder mehreren optischen Pfaden zur Ausgabe bestimmt.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß Anspruch 15, wobei der erste akusto-optische Modulator jeden Puls der ersten Pulse zur Ausgabe beugt oder direkt weiterleitet, und wobei der zweite akusto-optische Modulator die direkt weitergeleiteten Pulse der ersten Pulse zur Ausgabe empfängt und beugt oder direkt weiterleitet, während er die gebeugten Pulse der ersten Pulse zur Ausgabe empfängt und direkt weiterleitet.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß Anspruch 15, wobei der erste akusto-optische Modulator jeden Puls der ersten Pulse zur Ausgabe beugt oder direkt weiterleitet, und wobei der zweite akusto-optische Modulator die gebeugten Pulse der ersten Pulse zur Ausgabe empfängt und beugt oder direkt weiterleitet, während er die direkt weitergeleiteten Pulse der ersten Pulse empfängt und zur Ausgabe direkt weiterleitet.
Vorrichtung zur Messung photoakustischer Wellen gemäß Anspruch 15, wobei der erste akusto-optische Modulator jeden Puls der ersten Pulse zur Ausgabe beugt oder direkt weiterleitet, und wobei der zweite akusto-optische Modulator jeden Puls der Ausgabe des ersten akusto-optischen Modulators zur Ausgabe beugt oder direkt weiterleitet.