JP2007052083A - 波長変換光学系及びレーザ光源 - Google Patents

Abstract

【課題】 光路長や、非線形光学結晶の屈折率が設計値とずれたり変化したりしたような場合でも、出力光の低下を防止できる波長変換光学系を提供する。
【解決手段】 クロックパルス発生器２１からの信号は、レーザ駆動装置２２、２３に送られ、通常の状態では、レーザ駆動装置２２、２３は、共にクロックパルス発生器から出力されるパルスと同タイミングで、それぞれ第１レーザ２４、第２レーザ２５を駆動している。第１レーザ２４の出力が第１のＥＤＦＡ１に入力され、第２レーザ２５の出力が第２のＥＤＦＡ２に入力される。タイミング制御装置２８は、出力光モニタ装置２７からの入力が最大となるように、レーザ駆動装置２３の出力パルスのタイミングを、クロックパルス発生器２１からのパルスに対して早めたり遅めたりする。これにより、８倍波形成光学素子１２から放出される出力光が最大となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は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素子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ＷＯ２００４／０８６１２１ Ａ１（特許文献１）に記載されている。この際、波長変換結晶は、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。

ＷＯ２００４／０８６１２１ Ａ１

上記の様な半導体レーザ光源は、通常、パルス駆動にて使用され、各非線形光学結晶にて重ね合わせを行う場合、パルス幅が１００ｐｓｅｃオーダである。そのため、光路長の違いや非線形光学結晶の屈折率の相違により、微妙に時間的なタイミングがずれる現象が発生する。２つの入力光の入射タイミングがずれると、その分だけ出力光の強度が低下するという問題がある。しかしながら、光路長や、非線形光学結晶の屈折率の相違は、物理的な配置や物質の組成に関する問題であるから、その調整は困難である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、光路長や、非線形光学結晶の屈折率が設計値とずれたり変化したりしたような場合でも、出力光の低下を防止できる波長変換光学系、及びそれを使用したレーザ光源を提供することを課題とする。

前記課題を達成するための第１の手段は、波長変換素子に２つ以上のレーザ発振器から放出される光を入力させ、前記２つ以上の入力光とは異なった波長の光に変換して出力する波長変換光学系であって、クロックパルス発生装置と、前記クロックパルス発生装置からのパルスを受けて、これに同期したレーザ駆動信号を作り出し、それぞれを前記レーザ発振器に与える２つ以上のレーザ駆動回路と、前記波長変換後の出力光の強度をモニタする出力光モニタ装置と、前記出力光モニタ装置で検出された前記出力光の強度が最大になるように、少なくとも１つの前記レーザ駆動回路から前記レーザ発振器への前記レーザ駆動信号の出力タイミングをずらす制御装置とを有することを特徴とする波長変換光学系である。

本手段においては、波長変換後の出力光をモニタし、これが最大となるように、１つ以上ののレーザ駆動回路からレーザ発振器へのパルス出力タイミングをずらす制御を行う。このような制御は、通常、パルス出力タイミングをずらすことにより、結果的に２つ以上ののレーザ発振器から放出されるレーザ光のタイミングが、波長変換素子において一致するように行われる。よって、光路長や、非線形光学結晶の屈折率が設計値とずれたり変化したりしたような場合でも、最大の出力光を得ることができる。なお、波長変換後の出力光をモニタする場所は、制御の対象となる波長変換素子の直後であっても良く、その後に他の光学系を通った後でもよい。特に、最終の出力光をモニタすれば、最終的な出力光を最大にすることが可能である。又、波長変換素子に入力されるレーザ光は、レーザから直接放出されたものであってもよいし、他の光学素子を介したものであってもよい。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記レーザからのレーザ光を増幅する光増幅器と、前記第１の手段である波長変換光学系とを有することを特徴とするレーザ光源である。

本手段によれば、波長変換光学系内での光路長や、非線形光学結晶の屈折率が設計値とずれたり変化したりしたような場合でも、最大の出力光を得ることができる。

本発明によれば、光路長や、非線形光学結晶の屈折率が設計値とずれたり変化したりしたような場合でも、出力光の低下を防止できる波長変換光学系、及びそれを使用した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の１例である波長変換光学系、及びそれを使用したレーザ光源を示す図である。これは、周波数ωの基本波を発振する第１のレーザと、周波数２ωの２倍波を発振する第２のレーザとを使用した例である。図１においては、楕円形で示されるのはコリメータレンズや集光レンズであり、その説明を省略する。又、Ｐ偏光を矢印で、Ｓ偏光を○中に点のある印で示し、基本波をω、ｎ倍波をｎωで示す。

この実施の形態においては、図示しない第１レーザ２４（ＤＦＢ固体レーザ）から放出される基本波（波長1547nm）を、第１のＥＤＦＡ１で、第２レーザ２５（ＤＦＢレーザ）から放出される２倍波（波長774nm）を第２のＥＤＦＡ２で増幅しているところに特徴を有する。

図１に示すように、第１のＥＤＦＡ１で増幅されたＰ偏光の基本波は、第１の２倍波発生光学素子（ＰＰＬＮ結晶）３に入射し、第１の２倍波形成光学素子３からは、基本波と共にＰ偏光の２倍波が発生する。この基本波と２倍波を、３倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）３に入射させる。３倍波形成光学素子４からは、基本波と２倍波と共に、Ｓ偏光の３倍波が発生する。

これらの光を、２波長波長板５を通すことにより、２倍波だけをＳ偏光に変換する。そして、共にＳ偏光となった２倍波と３倍波を、５倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）６に入射させる。５倍波形成光学素子６からは、２倍波と３倍波と共にＰ偏光の５倍波が発生する。なお、Ｐ偏光の基本波はそのまま５倍波形成光学素子６を透過する。

５倍波形成光学素子６から発生する５倍波は、ウォークオフのため、断面が楕円形の形状をしており、そのままでは集光性が悪くて、次の波長変換には使用できない。よって、シリンドリカルレンズ７、８により、この楕円形の断面形状を円形に整形する。なお、５倍波形成光学素子６としては、ＢＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶を用いることもできる。

一方、第２のＥＤＦＡ２で増幅されたＳ偏光の基本波は、ミラーＭを介して（ミラーＭは必ずしも必要ない）第２の２倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）９に入射し、第２の２倍波形成光学素子９からは、基本波と共にＰ偏光の２倍波が発生する。なお、ＬＢＯ結晶の代わりにｏｏｅ変換のＰＰＬＮ結晶を使用してもよい。この基本波と２倍波を、前述のＰ偏光の５倍波と、ダイクロイックミラー１０により合成する。この例では、ダイクロイックミラー１０は、基本波と２倍波を反射し、５倍波を透過できるようなものとなっている。

合成されたＳ偏光の基本波、Ｐ偏光の２倍波、Ｐ偏光の５倍波は、７倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１１に入射し、７倍波形成光学素子１１からは、これらの光と共に、Ｓ偏光の７倍波が発生する。これらの光は、８倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１２に入射し、ここでＳ偏光の基本波とＳ偏光の７倍波が合成されてＰ偏光の８倍波が発生する。この８倍波がレーザ光源の最終的な出力となる。

本実施の形態においては、この８倍波の一部をハーフミラー２６（透過率が大きく反射率が極小さいもの）で取り出し、出力光モニタ装置２７で電気信号に変えてタイミング制御装置２８に送っている。

一方、クロックパルス発生器２１からの信号は、レーザ駆動装置２２、２３に送られ、通常の状態では、レーザ駆動装置２２、２３は、共にクロックパルス発生器から出力されるパルスと同タイミングで、それぞれ第１レーザ２４、第２レーザ２５を駆動している。第１レーザ２４の出力が第１のＥＤＦＡ１に入力され、第２レーザ２５の出力が第２のＥＤＦＡ２に入力される。

制御装置２８は、出力光モニタ装置２７からの入力が最大となるように、レーザ駆動装置２３の出力パルスのタイミングを、クロックパルス発生器２１からのパルスに対して早めたり遅めたりする。これにより、８倍波形成光学素子１２から放出される出力光が最大となる。

制御装置２８の制御方法としては、例えば次のようなものが考えられる。すなわち、レーザ駆動装置２３の出力パルスの出力タイミングを微少量だけ振動させ、その結果、出力光モニタ装置２７からの出力が大きくなる方向に、タイミングを順次シフトしていく。これにより、出力光モニタ装置２７からの出力が最大となる点を中心として、レーザ駆動装置２３の出力パルスの出力タイミングが微少量だけ振動する状況が続くようになり、８倍波形成光学素子１２から放出される出力光を最大とすることができる。

以上の例においては、８倍波の出力をモニタするようにしているが、光学系の構成によっては、７倍波の出力をモニタして、これが最大となるように制御を行ってもよい。

本発明の実施の形態の１例である波長変換光学系、及びそれを使用したレーザ光源を示す図である。

符号の説明

１…第１のＥＤＦＡ、２…第２のＥＤＦＡ、３…第１の２倍波発生光学素子、４…３倍波形成光学素子、５…２波長波長板、６…５倍波形成光学素子、７…シリンドリカルレンズ、８…シリンドリカルレンズ、９…第２の２倍波形成光学素子、１０…ダイクロイックミラー、１１…７倍波形成光学素子、１２…８倍波形成光学素子、２１…クロックパルス発生器、２２…レーザ駆動装置、２３…レーザ駆動装置、２４…第１レーザ、２５…第２レーザ、２６…ハーフミラー、２７…出力光モニタ装置、２８…タイミング制御装置

Claims (2)

1. 波長変換素子に２つ以上のレーザ発振器から放出される光を入力させ、前記２つ以上の入力光とは異なった波長の光に変換して出力する波長変換光学系であって、クロックパルス発生装置と、前記クロックパルス発生装置からのパルスを受けて、これに同期したレーザ駆動信号を作り出し、それぞれを前記レーザ発振器に与える２つ以上のレーザ駆動回路と、前記波長変換後の出力光の強度をモニタする出力光モニタ装置と、前記出力光モニタ装置で検出された前記出力光の強度が最大になるように、少なくとも１つの前記レーザ駆動回路から前記レーザ発振器への前記レーザ駆動信号の出力タイミングをずらす制御装置とを有することを特徴とする波長変換光学系。
2. 前記レーザ発振器と、前記レーザ発振器からのレーザ光を増幅する光増幅器と、請求項１に記載の波長変換光学系とを有することを特徴とするレーザ光源。
   
   

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