JP2006295015A - 固体レーザ装置 - Google Patents
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【課題】高速にモード波長を制御する。
【解決手段】制御回路１２は、例えば外乱が加わった場合はエタロン５に印加する電圧を調整して高速にモード波長を制御すると共に、その後はエタロン５に印加する電圧による制御のマージンが大きくなるようにエタロン５の温度を調整し、電圧を再調整する。
【効果】高速にモード波長を制御できる。繰り返し外乱が起こった場合にも好適に対応できる。
【選択図】図１
【解決手段】制御回路１２は、例えば外乱が加わった場合はエタロン５に印加する電圧を調整して高速にモード波長を制御すると共に、その後はエタロン５に印加する電圧による制御のマージンが大きくなるようにエタロン５の温度を調整し、電圧を再調整する。
【効果】高速にモード波長を制御できる。繰り返し外乱が起こった場合にも好適に対応できる。
【選択図】図１
Description
本発明は、固体レーザ装置に関し、さらに詳しくは、高速にモード波長を制御することが出来ると共に大きな電力を消費しない固体レーザ装置に関する。
従来、励起レーザ光を出射する半導体レーザと、励起レーザ光により励起され基本波レーザ光を誘導放出するレーザ媒質と、縦モードをシングル化するためのエタロンと、光共振器の一端を構成すると共に出力レーザ光を透過させる出力ミラーと、エタロンを加熱するヒータの温度を変化させることにより高周波ノイズが最も少なくなるようにする温度チューニング手段とを具備した固体レーザ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１５８３１８号公報
上記従来の固体レーザ装置において、エタロンを加熱するヒータの温度を変化させることによりエタロンの光学的厚みを変化させて、モード波長を制御することが可能であった。
しかし、温度による制御は応答が遅いため、例えば外乱に応じて高速にモード波長を制御することが出来ない問題点がある。また、ヒータは大きな電力を消費する問題点がある。
そこで、本発明の目的は、高速にモード波長を制御することが出来ると共に大きな電力を消費しない固体レーザ装置を提供することにある。
しかし、温度による制御は応答が遅いため、例えば外乱に応じて高速にモード波長を制御することが出来ない問題点がある。また、ヒータは大きな電力を消費する問題点がある。
そこで、本発明の目的は、高速にモード波長を制御することが出来ると共に大きな電力を消費しない固体レーザ装置を提供することにある。
第１の観点では、本発明は、励起レーザ光を出射する半導体レーザと、前記励起レーザ光により励起され基本波レーザ光を誘導放出するレーザ媒質と、縦モードをシングル化するためのエタロンと、光共振器の一端を構成すると共に出力レーザ光を透過させる出力ミラーと、前記エタロンに所定の電圧を印加して前記エタロンの屈折率を調整することによりモード波長を制御するモード波長制御手段とを具備したことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
上記第１の観点による固体レーザ装置では、エタロンに電圧を印加し、その電圧を変化させて、電気光学効果により、エタロンの屈折率を変化させ、これによりモード波長を制御する。この電気光学効果の応答は速いため、例えば外乱に応じて高速にモード波長を制御することが出来る。また、電流はほとんど流れないため、大きな電力を消費することがなくなる。
上記第１の観点による固体レーザ装置では、エタロンに電圧を印加し、その電圧を変化させて、電気光学効果により、エタロンの屈折率を変化させ、これによりモード波長を制御する。この電気光学効果の応答は速いため、例えば外乱に応じて高速にモード波長を制御することが出来る。また、電流はほとんど流れないため、大きな電力を消費することがなくなる。
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による固体レーザ装置において、前記エタロンが、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムからなることを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
上記第２の観点による固体レーザ装置では、電気光学効果の大きな材料でエタロンを構成するため、制御効率を向上できる。
上記第２の観点による固体レーザ装置では、電気光学効果の大きな材料でエタロンを構成するため、制御効率を向上できる。
第３の観点では、本発明は、前記第１または前記第２の観点による固体レーザ装置において、前記エタロンの温度を調整するためのエタロン温調手段を具備すると共に、前記モード波長制御手段は、前記エタロンに印加する電圧および前記エタロンの温度の両方を併用してモード波長を制御することを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
上記第３の観点による固体レーザ装置では、例えば外乱が加わった場合はエタロンに印加する電圧を調整して高速にモード波長を制御すると共に、その後はエタロンに印加する電圧による制御のマージンが大きくなるようにエタロンの温度を調整し、電圧を再調整する。これにより、繰り返し外乱が起こった場合にも好適に対応できる。
上記第３の観点による固体レーザ装置では、例えば外乱が加わった場合はエタロンに印加する電圧を調整して高速にモード波長を制御すると共に、その後はエタロンに印加する電圧による制御のマージンが大きくなるようにエタロンの温度を調整し、電圧を再調整する。これにより、繰り返し外乱が起こった場合にも好適に対応できる。
本発明の固体レーザ装置によれば、応答が速い電気光学効果を利用するため、高速にモード波長を制御することが出来る。また、電流がほとんど流れないため、大きな電力を消費することがなくなる。
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
図１は、実施例１に係る固体レーザ装置１００を示す構成説明図である。
この固体レーザ装置１００は、励起レーザ光Ｌｅを出射する半導体レーザ１と、励起レーザ光ＬｅをＮｄ：ＹＡＧレーザ媒質３に集光する集光レンズ２と、励起レーザ光Ｌｅで励起され基本波レーザ光を誘導放出するＮｄ：ＹＡＧレーザ媒質３と、基本波レーザ光を高調波レーザ光に変換する非線形光学素子４と、縦モードをシングル化するためのエタロン５と、光共振器７の一端を構成すると共に出力レーザ光Ｌｏを透過させる出力ミラー６と、出力レーザ光Ｌｏの一部を取り出すビームスプリッタ８と、半導体レーザ１を駆動する半導体レーザ駆動回路９とを具備している。
この固体レーザ装置１００は、励起レーザ光Ｌｅを出射する半導体レーザ１と、励起レーザ光ＬｅをＮｄ：ＹＡＧレーザ媒質３に集光する集光レンズ２と、励起レーザ光Ｌｅで励起され基本波レーザ光を誘導放出するＮｄ：ＹＡＧレーザ媒質３と、基本波レーザ光を高調波レーザ光に変換する非線形光学素子４と、縦モードをシングル化するためのエタロン５と、光共振器７の一端を構成すると共に出力レーザ光Ｌｏを透過させる出力ミラー６と、出力レーザ光Ｌｏの一部を取り出すビームスプリッタ８と、半導体レーザ１を駆動する半導体レーザ駆動回路９とを具備している。
また、固体レーザ装置１００は、ビームスプリッタ８で取り出したレーザ光を受光する受光素子１１と、受光素子１１における受光強度が一定になるように半導体レーザ駆動回路９を介して半導体レーザ１を制御する制御装置１２と、光共振器７の全体を加熱または冷却するための光共振器温調器２１と、エタロン５を加熱または冷却するためのエタロン温調器２２と、制御装置１２の制御下で光共振器温調器２１を駆動する第１温調器駆動回路２３と、制御装置１２の制御下でエタロン温調器２２を駆動する第２温調器駆動回路２４と、制御装置１２の制御下でエタロン５に電極３１，３２を介して直流電圧Ｖを印加するための直流電源回路３０とを具備している。
エタロン５は、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムなど、電気光学効果の大きな材料からなる。
図２に示すように、電極３１，３２の間隔をｄとし、エタロン５の厚さをＬとし、ｘ方向に進んでエタロン５に入射するｚ方向に偏光した光に対する屈折率をｎeとし、ポッケルス定数をｒ33とし、電極３１，３２間に電圧Ｖを印加するとき、電気光学効果による屈折率変化の大きさ｜Δｎ｜は、
｜Δｎ｜＝０.５・ｎe 3・ｒ33・｜Ｖ｜／ｄ （１）
である（宮澤信太郎「光学結晶」培風館、７４頁）。
｜Δｎ｜＝０.５・ｎe 3・ｒ33・｜Ｖ｜／ｄ （１）
である（宮澤信太郎「光学結晶」培風館、７４頁）。
他方、エタロン５のＭ次のモード波長λMは、
λM＝２・ｎe・Ｌ／Ｍ （２）
であるから、屈折率変化の大きさが｜Δｎ｜のときの波長変化の大きさ｜Δλ｜は、
｜Δλ｜＝２・｜Δｎ｜・Ｌ／Ｍ （２’）
λM＝２・ｎe・Ｌ／Ｍ （２）
であるから、屈折率変化の大きさが｜Δｎ｜のときの波長変化の大きさ｜Δλ｜は、
｜Δλ｜＝２・｜Δｎ｜・Ｌ／Ｍ （２’）
（１）（２）により（２’）式を変形すると、
｜Δλ｜＝２・｜Δｎ｜・Ｌ／Ｍ
＝２・｜Δｎ｜・Ｌ／（２・ｎe・Ｌ／λM）
＝λM・｜Δｎ｜／ｎe
＝０.５・λM・ｎe 2・ｒ33・｜Ｖ｜／ｄ （３）
となる。
｜Δλ｜＝２・｜Δｎ｜・Ｌ／Ｍ
＝２・｜Δｎ｜・Ｌ／（２・ｎe・Ｌ／λM）
＝λM・｜Δｎ｜／ｎe
＝０.５・λM・ｎe 2・ｒ33・｜Ｖ｜／ｄ （３）
となる。
数値例として、λM＝１.０[μｍ]、ｎe＝２.２、ｒ33＝３６×１０-12[ｍ／Ｖ]、Ｖ＝１００[Ｖ]、ｄ＝０.４[ｍｍ]とすれば、
｜Δλ｜＝２２[ｐｍ]
となる。
｜Δλ｜＝２２[ｐｍ]
となる。
２２[ｐｍ]という値は、共振器長２３[ｍｍ]、波長１.０[μｍ]のレーザの発振波長付近での縦モード間隔である（ただし、共振器を中空として計算している）。従って、光共振器７の共振器長が２３[ｍｍ]以上で、レーザの波長１.０[μｍ]なら、１００[Ｖ]程度の電圧Ｖを印加することで発振縦モードをホップさせることが可能である。
最初に、制御装置１２は、電圧Ｖの調整範囲がＶｏ±Ｖｈとするとき、直流電源回路３０の出力電圧Ｖ＝Ｖｏとし、それで出力が安定になるように第２温調器駆動回路２４でエタロン５の温度を調整し、運転する。
運転中に出力が不安定になると、直流電源回路３０の出力電圧Ｖを調整して高速応答で出力を安定化させる。その後、直流電源回路３０の出力電圧Ｖが一定になると、出力電圧ＶがＶｏに近づく方向に第２温調器駆動回路２４でエタロン５の温度を調整する。これにより、電圧Ｖの調整範囲を最大マージンの±Ｖｈに戻すことが出来る。
運転中に出力が不安定になると、直流電源回路３０の出力電圧Ｖを調整して高速応答で出力を安定化させる。その後、直流電源回路３０の出力電圧Ｖが一定になると、出力電圧ＶがＶｏに近づく方向に第２温調器駆動回路２４でエタロン５の温度を調整する。これにより、電圧Ｖの調整範囲を最大マージンの±Ｖｈに戻すことが出来る。
実施例１の固体レーザ装置１００によれば、エタロン５に電圧Ｖを印加し、その電圧Ｖを変化させて、電気光学効果により、エタロン５の屈折率を変化させ、これによりモード波長を制御する。この電気光学効果の応答は速いため、例えば外乱に応じて高速にモード波長を制御することが出来る。また、電流はほとんど流れないため、大きな電力を消費することがなくなる。また、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムなどの電気光学効果の大きな材料でエタロンを構成するため、制御効率を向上できる。さらに、エタロン５に印加する電圧Ｖおよびエタロン５の温度の両方を併用してモード波長を制御するため、エタロン５に印加する電圧Ｖによる制御のマージンを大きくすることが出来る。
本発明の固体レーザ装置は、バイオエンジニアリング分野や計測分野で利用できる。
１ 半導体レーザ
２ 集光レンズ
３ Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質
４ 非線形光学素子
５ エタロン
６ 出力ミラー
７ 光共振器
８ ビームスプリッタ
９ 半導体レーザ駆動回路
１００ 固体レーザ装置
２ 集光レンズ
３ Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質
４ 非線形光学素子
５ エタロン
６ 出力ミラー
７ 光共振器
８ ビームスプリッタ
９ 半導体レーザ駆動回路
１００ 固体レーザ装置
Claims (3)
- 励起レーザ光を出射する半導体レーザと、前記励起レーザ光により励起され基本波レーザ光を誘導放出するレーザ媒質と、縦モードをシングル化するためのエタロンと、光共振器の一端を構成すると共に出力レーザ光を透過させる出力ミラーと、前記エタロンに所定の電圧を印加して前記エタロンの屈折率を調整することによりモード波長を制御するモード波長制御手段とを具備したことを特徴とする固体レーザ装置。
- 請求項１に記載の固体レーザ装置において、前記エタロンが、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムからなることを特徴とする固体レーザ装置。
- 請求項１または請求項２に記載の固体レーザ装置において、前記エタロンの温度を調整するためのエタロン温調手段を具備すると共に、前記モード波長制御手段は、前記エタロンに印加する電圧および前記エタロンの温度の両方を併用してモード波長を制御することを特徴とする固体レーザ装置。
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|---|---|---|---|---|
| JP2009016396A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-22 | Optical Comb Inc | 波長走査型ファイバレーザ光源 |
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