JP2007052082A

JP2007052082A - 非線形光学結晶の温度制御装置、波長変換光学系、及びレーザ光源

Info

Publication number: JP2007052082A
Application number: JP2005235594A
Authority: JP
Inventors: Naoto Inaba; 直人稲葉; Masaya Nagasawa; 昌弥長沢
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-08-16
Filing date: 2005-08-16
Publication date: 2007-03-01

Abstract

【課題】入射する光のパルスの周波数にも応答し、高周波の温度変動を抑えることが可能な非線形光学結晶の温度制御装置を提供する。
【解決手段】半導体レーザ光源１を駆動するパルス駆動回路２から、駆動パルスに同期した信号を取り出し、付加的な温度補償手段１２により、半導体レーザ光源１からパルスレーザが放出されていないときに非線形光学結晶４を加熱し、パルスレーザが放出されているときに加熱を止めるようにしている。このようなフィードフォワード制御により、非線形光学結晶４が、半導体レーザ光源１からのレーザ光で加熱されるタイミングでは温度補償手段１２からの加熱を受けず、半導体レーザ光源１からのレーザ光で加熱されないタイミングでは温度補償手段１２からの加熱を受けるので、非線形光学結晶４の温度を、応答性よく、ほぼ一定に保つことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、非線形光学結晶の温度制御装置、波長変換光学系、及びレーザ光源に関するものである。

半導体レーザ光源から放出されるパルスレーザ光を、光ファイバ増幅器を用いて増幅し、さらに非線形光学結晶からなる波長変換光学系を使用して波長変換した上、加工用、医療用レーザ光源として用いる方法が、例えばＷＯ２００４／０８６１２１Ａ１（特許文献１）に記載されている。この際、非線形光学結晶は、入力される光の周波数の２倍の周波数の光を発生させたり、入力される２つの光の各々の周波数の和の周波数を有する光を発生させたりする。

ＷＯ２００４／０８６１２１Ａ１

前記の周波数変換に使用される非線形光学結晶の波長変換特性は、周囲環境温度を含めた非線形光学結晶の温度に依って大きく変化することが一般に知られている。従って、通常使用する場合には、ペルチエ素子等の温度制御素子上にマウントし、温度センサにて温度検出した上で、ペルチエ素子等を制御し、それにより温度を一定状態にして使用するのが通例である。しかしながら、非線形光学結晶自体、半導体レーザ光源からの光が透過する際に、内部で光を吸収するため、局所的に発熱し、位相整合がずれるので、波長変換効率が低下するという問題点があった。一般に、前述のようなフィードバック系では、系全体の応答速度が、半導体レーザ光源からの光による温度変化に対して２桁以上遅いため、上記の様に、高速に温度変化する系での使用は、平均的な光出力及び周囲環境温度の変動に追随するのが精一杯であった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、入射する光のパルスの周波数にも応答し、高周波の温度変動を抑えることが可能な非線形光学結晶の温度制御装置、及びそれを使用した波長変換光学系、レーザ光源を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、非線形光学結晶の温度を、フィードバック制御により制御する第１の温度制御系と、前記非線形光学結晶にレーザ光が入射するタイミングに同期して、フィードフォワード制御する第２の温度制御系とを有することを特徴とする非線形光学結晶の温度制御装置である。

非線形光学結晶にレーザ光が入射するタイミングに同期してフィードフォワード制御する第２の温度制御系は、応答の速いものとすることができるので、入射する光のパルスの周波数にも応答し、高周波の温度変動を抑えることができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記非線形光学結晶にレーザ光が入射するタイミングは、前記レーザ光が発振するタイミングであることを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第３の手段は、非線形光学結晶を使用した波長変換光学系であって、前記第１の手段又は第２の手段である非線形光学結晶の温度制御装置が、少なくとも１つの非線形光学結晶に設けられていることを特徴とする波長変換光学系である。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記レーザ光を発振するパルスレーザ発振器と、前記レーザ光を増幅する光増幅器と、波長変換光学系を有し、前記波長変換光学系が、前記第３の手段である波長変換光学系であることを特徴とするレーザ光源である。

本発明によれば、入射する光のパルスの周波数にも応答し、高周波の温度変動を抑えることが可能な非線形光学結晶の温度制御装置、及びそれを使用した波長変換光学系、レーザ光源を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態である非線形光学結晶の温度制御装置を、一つの基本波からその２倍波を発生する波長変換光学系に応用した例を示す図である。

半導体レーザ光源１は、周波数ωのパルスレーザ光を発振する。このレーザ光は、光ファイバー増幅器３で光増幅され、非線形光学結晶４を透過した後に周波数が２ωの２倍波に変換される。非線形光学結晶４の波長変換特性は温度によって変化するので、長時間の経時変化や周囲環境の温度変化に対応するために、非線形光学結晶の保持部材５を介して温度制御素子（ペルチエ素子等）１１を設け、保持部材５に取り付けた温度検出素子６によって温度を検出し、検出された温度が一定となるように、フィードバック制御により温度制御し、長時間の経時変化や周囲環境の温度変化に対応させている。

すなわち、温度検出素子６からの出力を温度制御回路７の内部のローパスフィルタ８を介して、誤差検出器９に入力し設定温度と比較する。そして、検出された温度が設定温度となるように、増幅器１０の出力を操作して温度制御素子にかける電圧を制御している。以上のフィードバック制御は、従来より行われている。

本手段においては、半導体レーザ光源１を駆動するパルス駆動回路２から、駆動パルスに同期した信号を取り出し、付加的な温度補償手段１２により、半導体レーザ光源１からパルスレーザが発振されていないときに非線形光学結晶４を加熱し、パルスレーザが発振されているときに加熱を止めるようにしている。

半導体レーザ光源１から発振するレーザ光は超高速で非線形光学結晶４まで到達するので、半導体レーザ光源１からレーザ光が発振するタイミングと、非線形光学結晶４にレーザ光が入射するタイミングとはほぼ同一とみなせるとして、温度補償手段１２は半導体レーザ光源１のパルス駆動回路２から取り出した駆動パルスにより制御している。極めて精度よく、レーザ光が非線形光学結晶４に入射するタイミングに同期して温度補償手段１２を制御するには、例えぱ、半導体レーザ光源１から非線形光学結晶４に到達するのに必要な時問分だけタイミングをずらして温度補償手段１２を制御するようにすればよいが、これに限定されない。

温度補償手段１２としては、半導体レーザ光源１が放出するレーザ光と異なる波長のレーザを用いてもよいし、他の高速応答可能な加熱手段を用いてもよい。このようなフィードフォワード制御により、非線形光学結晶４が、半導体レーザ光源１からのレーザ光で加熱されるタイミングでは温度補償手段１２からの加熱を受けず、半導体レーザ光源１からのレーザ光で加熱されないタイミングでは温度補償手段１２からの加熱を受けるので、非線形光学結晶４の温度を、応答性よく、ほぼ一定に保つことができる。

この様子を図２に示す。図２において（ａ）は半導体レーザ光源１の発光パワーを示すものであり、（ｂ）は、フィードフォワード制御を行わないときの、それに対応する非線形光学結晶４の温度変化を示すものである。半導体レーザ光源１の発振にほぼ応じて非線形光学結晶４の温度が変化している。

これに対して、（ｃ）は、温度補償手段１２の出力を示している。前述のように、温度補償手段１２の出力タイミングは、半導体レーザ光源１の発振タイミングとほぼ逆特性になっている。（ｄ）は、前述のフィードフォワード制御をかけたときの非線形光学結晶４の温度変化を示すもので、フィードフォワード制御の効果により、ほぼ一定の温度に保たれている。

特許文献１に示される波長変換光学系には、いくつもの非線形光学結晶を応用した波長変換素子が使用されているが、このような温度制御装置は、どの波長変換素子に用いてもよい。又、本発明の実施の形態であるレーザ光源は、特許文献１に示されるレーザ光源の波長変換光学系の、波長変換素子の一つ以上に本発明の実施の形態で示した温度制御装置を取り付けたものであるので、特許文献１を引用して、その説明を省略する。

本発明の実施の形態である非線形光学結晶の温度制御装置を、一つの基本波からその２倍波を発生する波長変換光学系に応用した例を示す図である。本発明の実施の形態の作用を説明するための図である。

符号の説明

１…半導体レーザ光源、２…パルス駆動回路、３…光ファイバー増幅器、４…非線形光学結晶、５…保持部材、６…温度検出素子、７…温度制御回路、８…ローパスフィルタ、９…誤差検出器、１０…増幅器、１１…温度制御素子、１２…温度補償手段

Claims

非線形光学結晶の温度を、フィードバック制御により制御する第１の温度制御系と、前記非線形光学結晶にレーザ光が入射するタイミングに同期して、フィードフォワード制御する第２の温度制御系とを有することを特徴とする非線形光学結晶の温度制御装置。
前記非線形光学結晶にレーザ光が入射するタイミングは、前記レーザ光が発振するタイミングであることを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
非線形光学結晶を使用した波長変換光学系であって、請求項１又は請求項２に記載の非線形光学結晶の温度制御装置が、少なくとも１つの非線形光学結晶に設けられていることを特徴とする波長変換光学系。
前記レーザ光を発振するパルスレーザ発振器と、前記レーザ光を増幅する光増幅器と、波長変換光学系を有し、前記波長変換光学系が、請求項３に記載の波長変換光学系であることを特徴とするレーザ光源。