【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、赤外光レーザー照射装置等に用いられて、レーザーの照射位置を可視化する赤外光レーザー光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療用のレーザーメスや低出力のレーザー加工機に用いられるレーザー照射装置では、赤外光用光ファイバを導波路として、この導波路から出射された赤外光レーザーを、コンデンサーレンズで集光してエネルギー密度を高めて、人体や加工物等の所定位置に照射し、治療や加工を行っている。しかし、赤外光レーザーは不可視であり、レーザーの照射位置を確認できないため危険である。このため、赤外光レーザーの照射位置を明示することが安全上求められる。
【０００３】
図２に、可視光をガイド光とする赤外光レーザー光源の一例の概略構成図を示す。図中符号８は赤外光レーザーを発する光源であり、発振波長１．０６μｍであるネオジム添加ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザー等が使用される。また、図中符号９は可視光レーザーを発する光源である。赤外光光源８から発せられる赤外光レーザー１０と、可視光光源９から発せられる可視光レーザー１１は、合波器１２により合波されて、同一の光路の赤外光レーザーと可視光レーザーの混合光１３となる。こうして、混合光１３中の可視光レーザーの照射位置により、不可視である赤外光レーザー１０の照射位置を確認できる。
【０００４】
このような赤外光レーザー１０と可視光レーザー１１の合波では、合波器１２や可視光レーザー光源９、及びこれらを駆動するための電子回路や電源が必要となり、装置は複雑化し価格は上昇する。
【０００５】
また、可視光をガイド光とする赤外光レーザー光源の他の例を図３に示す。赤外光用光ファイバ１４と赤外光用光ファイバ１４の周囲に配置された複数の可視光用光ファイバ１５，１５から出射される赤外光レーザー１８及び可視光１９は、コンデンサーレンズ２０で集光される。赤外光用光ファイバ１４と可視光用光ファイバー１５，１５の出射端面とコンデンサーレンズ２０との間に、赤外光レーザー１８は透過するが可視光１９は透過しない赤外線選択透過板１６が設置されている。この赤外線選択透過板１６には、可視光１９が通過する開口部１７が設けられている。コンデンサーレンズ２０を通過した赤外光レーザー１８と可視光１９は、集光スポット２１に集められる。
【０００６】
この赤外光レーザー光源では、可視光専用の光ファイバが必要となり、装置は煩雑な構成となる。また、可視光を単独で発光するための別の光源及びこれの電源が必要となる。
【０００７】
赤外光レーザーの照射位置を可視化する方法に関する先行技術文献としては、例えば以下に示すものがある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−１３３１４５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明の課題は、簡便な方法により不可視である赤外光レーザーの照射位置を可視化することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、赤外光と同時に可視光の蛍光を発する希土類元素添加光ファイバを発光媒質としたことを特徴とする光ファイバレーザー光源である。
請求項２に記載した発明は、希土類元素が、エルビウム、ホロミウム及びネオジムのうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバレーザー光源である。
請求項３に記載の発明は、可視光を透過する共振器用のミラーを有することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバレーザー光源である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の可視光をガイド光とする赤外光レーザー光源の一例を示すものである。図中符号１は励起光レーザーダイオード（以下、ＬＤと略す。）であり、発光媒質の光ファイバ５の組成と光ファイバ５に添加された希土類元素の種類によって決定される波長のレーザーを発光する。このレーザーは、コリメーターレンズ２で平行光線とされ、励起光側共振器用ミラー３を通過した後に、コンデンサーレンズ４で集光され、光ファイバ５に励起光として入射される。
【００１２】
光ファイバ５は、ＺｒＦ４を主成分とするＺｒＦ４−ＢａＦ２−ＬａＦ３−ＡｌＦ３−ＮａＦ系フッ化物ガラス（以下、ＺＢＬＡＮガラスと略す。）製であり、この光ファイバ５のコアには、エルビウム、ホロミウム、ネオジム等の希土類元素を添加量１００〜５００００ｐｐｍ（重量比）で添加している。石英ガラス製の光ファイバは、赤外光の波長が長くなると、光損失が大きく不適である。
励起光を高出力にするために、励起光ＬＤ１を複数個使うことがある。この時には、赤外光レーザーの発光媒体の光ファイバ５に、ダブルクラッド光ファイバを使う場合がある。ダブルクラッド光ファイバでは、第１クラッドに入射された光は、第１クラッドを伝搬するうちにコアに入り込み、コアを伝搬する。光を入射させる部分がコアと第１クラッドであるため、光の入射が容易である。
【００１３】
励起光ＬＤ１の赤外光レーザーは、目的とする赤外光レーザーよりも短波長で、かつ光ファイバ５に添加される希土類元素により決定される励起エネルギーに対応した波長の必要がある。前記の条件を満足したとき、光ファイバ５内では、可視光の蛍光が発生する。こうして、光ファイバ５からは赤外光レーザーと可視光の蛍光が出射され、コリメーターレンズ６にて平行光線として、光出力側共振器用ミラー７を通過させる。
【００１４】
光ファイバ５の励起光側に設置された共振器用ミラー３は、励起光を１００％透過し、かつ光ファイバ５が発する赤外光レーザー及び可視光を１００％反射する。一方、出力光側に設置された共振器用ミラー７は、光ファイバ５が発する赤外光レーザーの一部を反射させ、残りを出力光として透過する。２つの共振器用ミラー３及び７の間を、光ファイバ５が発する赤外光レーザーが往復するうちに増幅を受け、高エネルギーのレーザーとして出力する。
【００１５】
さらに、出力光側の共振器用ミラー７は、光ファイバ５が発する可視光を透過する。こうして得られた赤外光レーザーと可視光は同一の光路を持つので、赤外光レーザーと同時に照射される可視光は、赤外光レーザーの照射位置を明示する。
【００１６】
【作用】
希土類元素を添加した光ファイバに、添加した希土類元素に応じた波長の光を励起光として入射して、励起準位吸収を発生させる。この現象は、光ファイバ中の希土類イオンが、励起光レーザーのエネルギーを更に高いエネルギー準位に励起し、高位のエネルギー準位にある希土類イオンが、低位のエネルギー準位に遷移する時に、光ファイバ内では可視光の蛍光と励起光レーザーより長波長のレーザーが発生する。これらの２種類の光は、同一の発光媒質で生じるため、同一の光路を持ち、可視光は不可視であるレーザーの照射位置を示す。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。
発光媒質としての光ファイバは、コア及び第１クラッドにエルビウムを重量比で５０００ｐｐｍ添加したＺＢＬＡＮガラス製であり、コア径が１０μｍ、第１クラッドの径が１００μｍ、第２クラッド径が３００μｍのフッ化物ダブルクラッド光ファイバである。これは、励起光として、複数の発光部を有する高出力の半導体レーザーを使用したためである。ダブルクラッド光ファイバは、高効率の励起光吸収が可能である。ただし、本発明は発光媒質をダブルクラッド光ファイバに限定するものではない。
このコア及び第１クラッドにエルビウム添加したダブルクラッド光ファイバの条長は１０ｍである。
【００１８】
励起光には、光強度が４０Ｗ、発光波長が０．９８μｍの高出力半導体レーザーを使用した。この励起光を上記のエルビウム添加ダブルクラッド光ファイバのコア及び第１クラッドに入射した。また、赤外光レーザー光源における出力側の共振器用ミラーは、波長０．５μｍの可視光での反射率を２０％、透過率を８０％とした。この時得られた赤外光レーザーは、波長２．８μｍであり、同時に得られた可視光は、波長０．５μｍであった。
こうして、赤外光レーザーの照射位置を視認可能とする可視光を得た。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の赤外光レーザー光源によれば、同一の光ファイバ内で発光して出力する赤外光レーザーと可視光は、同一の光路を持つことより、照射される赤外光レーザーの照射位置を可視光により確認できる。
また、発光媒質を光ファイバとすることで、可視光を発光するための電源は不要であり、レーザー光源は簡易な構造である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の赤外光レーザー光源の一例を示す概略構成図である。
【図２】従来の赤外光レーザー光源の一例を示す概略構成図である。
【図３】従来の赤外光レーザー光源の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・・励起光ＬＤ，２・・・・コリメーターレンズ，３・・・・励起光入力側共振器用ミラー，４・・・・コンデンサーレンズ，５・・・・希土類元素添加光ファイバ，６・・・・コリメーターレンズ，７・・・・光出力側共振器用ミラー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an infrared laser light source used in an infrared laser irradiation device or the like to visualize a laser irradiation position.
[0002]
[Prior art]
In laser irradiation equipment used for medical laser scalpels and low-power laser processing machines, an infrared optical fiber is used as a waveguide, and the infrared laser emitted from this waveguide is focused by a condenser lens. The treatment and processing are performed by irradiating a predetermined position of a human body or a processed object with an increased energy density. However, infrared lasers are invisible because they are invisible and the laser irradiation position cannot be confirmed. Therefore, it is required for safety to clearly indicate the irradiation position of the infrared laser.
[0003]
FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of an example of an infrared laser light source using visible light as guide light. Reference numeral 8 in the figure denotes a light source that emits an infrared laser, and a neodymium-doped YAG (yttrium aluminum garnet) laser having an oscillation wavelength of 1.06 μm is used. Reference numeral 9 in the drawing denotes a light source that emits a visible light laser. An infrared laser 10 emitted from an infrared light source 8 and a visible laser 11 emitted from a visible light source 9 are multiplexed by a multiplexer 12 to form an infrared laser and a visible laser having the same optical path. Becomes the mixed light 13. Thus, the irradiation position of the invisible infrared laser 10 can be confirmed by the irradiation position of the visible light laser in the mixed light 13.
[0004]
Such a multiplexing of the infrared laser 10 and the visible laser 11 requires a multiplexer 12, a visible laser light source 9, and an electronic circuit and a power supply for driving these, and the apparatus becomes complicated and the price becomes low. To rise.
[0005]
FIG. 3 shows another example of an infrared laser light source using visible light as guide light. The infrared light laser 14 and the visible light 19 emitted from the infrared light optical fiber 14 and the plurality of visible light optical fibers 15 disposed around the infrared light optical fiber 14 are passed through a condenser lens 20. It is collected. An infrared selective transmission plate 16 that transmits the infrared laser 18 but does not transmit the visible light 19 is provided between the infrared light optical fiber 14, the emission end faces of the visible light optical fibers 15, 15 and the condenser lens 20. ing. The infrared selective transmission plate 16 has an opening 17 through which visible light 19 passes. The infrared light laser 18 and the visible light 19 that have passed through the condenser lens 20 are collected on a condensing spot 21.
[0006]
In this infrared laser light source, an optical fiber dedicated to visible light is required, and the device has a complicated configuration. Further, another light source for emitting visible light alone and a power source for the light source are required.
[0007]
Prior art documents relating to a method of visualizing the irradiation position of an infrared laser are, for example, the following.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 10-133145 A
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to visualize the irradiation position of an invisible infrared laser by a simple method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the invention described in claim 1 is an optical fiber laser light source characterized in that a rare earth element-doped optical fiber that emits visible light simultaneously with infrared light is used as a light emitting medium.
The invention according to claim 2 is the optical fiber laser light source according to claim 1, wherein the rare earth element is at least one of erbium, holmium, and neodymium.
According to a third aspect of the present invention, there is provided the optical fiber laser light source according to the first aspect, further comprising a resonator mirror that transmits visible light.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
FIG. 1 shows an example of an infrared laser light source using visible light as guide light according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes an excitation light laser diode (hereinafter abbreviated as LD), which emits a laser having a wavelength determined by the composition of the optical fiber 5 as a light emitting medium and the type of rare earth element added to the optical fiber 5. . This laser is collimated by the collimator lens 2, passes through the excitation light-side resonator mirror 3, is condensed by the condenser lens 4, and is incident on the optical fiber 5 as excitation light.
[0012]
The optical fiber 5 is made of ZrF 4 —BaF 2 —LaF 3 —AlF 3 —NaF-based fluoride glass (hereinafter abbreviated as ZBLAN glass) containing ZrF 4 as a main component. , Erbium, holmium, neodymium and the like are added in an amount of 100 to 50,000 ppm (weight ratio). An optical fiber made of quartz glass is unsuitable due to a large light loss when the wavelength of infrared light is long.
In order to increase the output of the pump light, a plurality of pump lights LD1 may be used. At this time, a double clad optical fiber may be used as the optical fiber 5 of the light emitting medium of the infrared laser. In the double clad optical fiber, light incident on the first clad enters the core while propagating through the first clad, and propagates through the core. Since the portion where the light is incident is the core and the first clad, the light can be easily incident.
[0013]
The infrared laser of the excitation light LD1 needs to have a shorter wavelength than the target infrared laser and a wavelength corresponding to the excitation energy determined by the rare earth element added to the optical fiber 5. When the above condition is satisfied, visible light fluorescence is generated in the optical fiber 5. In this way, the infrared laser and the fluorescent light of the visible light are emitted from the optical fiber 5, and are passed through the optical output side resonator mirror 7 as parallel rays by the collimator lens 6.
[0014]
The resonator mirror 3 provided on the excitation light side of the optical fiber 5 transmits the excitation light by 100% and reflects the infrared laser and visible light emitted from the optical fiber 5 by 100%. On the other hand, the resonator mirror 7 provided on the output light side reflects a part of the infrared laser emitted from the optical fiber 5 and transmits the rest as output light. The infrared laser emitted from the optical fiber 5 is amplified between the two resonator mirrors 3 and 7 while reciprocating, and is amplified and output as a high energy laser.
[0015]
Further, the resonator mirror 7 on the output light side transmits visible light emitted from the optical fiber 5. Since the infrared laser and the visible light thus obtained have the same optical path, the visible light irradiated simultaneously with the infrared laser clearly indicates the irradiation position of the infrared laser.
[0016]
[Action]
Light having a wavelength corresponding to the added rare earth element is incident on the optical fiber doped with the rare earth element as excitation light to generate excitation level absorption. This phenomenon occurs when the rare-earth ions in the optical fiber excite the excitation light laser energy to a higher energy level, and the rare-earth ions at the higher energy level transition to the lower energy level. Inside, a laser having a longer wavelength than the fluorescence of the visible light and the laser of the excitation light is generated. Since these two types of light are generated in the same light-emitting medium, they have the same optical path, and visible light indicates a laser irradiation position that is invisible.
[0017]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.
The optical fiber as the light emitting medium is made of ZBLAN glass in which erbium is added to the core and the first clad at a weight ratio of 5000 ppm, and has a core diameter of 10 μm, a first clad diameter of 100 μm, and a second clad diameter of 300 μm. It is a double clad optical fiber. This is because a high-output semiconductor laser having a plurality of light emitting units was used as the excitation light. The double clad optical fiber is capable of absorbing pump light with high efficiency. However, the present invention does not limit the light emitting medium to a double clad optical fiber.
The length of the double-clad optical fiber obtained by adding erbium to the core and the first clad is 10 m.
[0018]
As the excitation light, a high-output semiconductor laser having a light intensity of 40 W and an emission wavelength of 0.98 μm was used. This excitation light was incident on the core and the first clad of the erbium-doped double clad optical fiber. The output side mirror of the infrared laser light source had a reflectance of 20% and a transmittance of 80% for visible light having a wavelength of 0.5 μm. The infrared laser obtained at this time had a wavelength of 2.8 μm, and the visible light obtained at the same time had a wavelength of 0.5 μm.
In this manner, visible light was obtained which made the irradiation position of the infrared laser visible.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, according to the infrared laser light source of the present invention, the infrared laser and visible light emitted and output in the same optical fiber have the same optical path, so that the irradiated red laser is irradiated. The irradiation position of the external light laser can be confirmed by visible light.
In addition, by using an optical fiber as the light emitting medium, a power source for emitting visible light is not required, and the laser light source has a simple structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an infrared laser light source of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional infrared laser light source.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a conventional infrared laser light source.
[Explanation of symbols]
1 ... excitation light LD, 2 ... collimator lens, 3 ... excitation light input side resonator mirror, 4 ... condenser lens, 5 ... 6 ... collimator lens, 7 ... mirror for optical output side resonator
