JP2010286672A - 波長変換レーザ光源 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のレーザ光を利用して波長変換を行い出力される複数のレーザ光の出力光強度を各々調整することができる波長変換レーザ光源を提供することを目的とする。
【解決手段】波長変換レーザ光源３０１は、互いに異なる波長の励起光を出力するレーザ（１１−１、２）と、レーザ（１１−１、２）からの励起光（Ｌ１、Ｌ２）を合波して複数の合波光Ｌ３を出力する光合分波器１２と、光合分波器１２から出力される合波光Ｌ３毎に波長を変換する波長変換素子を含む波長変換部（１４−１、２）と、光合分波器１２と波長変換部（１４−１、２）との間で光合分波器１２が出力する合波光Ｌ３の光強度を減衰する可変光アッテネータ（１３−１、２）と、波長変換部（１４−１、２）から出力される出力光Ｌｏの光強度を一定に保つように可変光アッテネータ（１３−１、２）の減衰量を調整する減衰制御回路（１７−１、２）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、単一もしくは複数の励起レーザ光を波長変換素子で波長変換して出力する波長変換レーザ光源に関する。

波長変換レーザ光源は、バイオサイエンス研究開発向け光源、共焦点レーザ顕微鏡、フローサイトメータ等に広く利用されている（例えば、非特許文献１を参照。）。通常の波長変換レーザ光源は、１つの箇体から１本のレーザ光が出力されるため、複数の波長のレーザ光が必要な場合には、複数の波長変換レーザ光源をビームコンバイナに配置して、光学的に結合して出力する。この場合には、所望とされる波長個数分の波長変換レーザ光源が必要となる。

一方、励起光発生用の半導体レーザを共用して、同時に２本のレーザ光を出力する波長変換レーザ光源も知られている（例えば、特許文献１を参照。）。その構成について、図７を用いて説明する。レーザ１１−１は、波長１３１０ｎｍの励起光Ｌ１を出力する。レーザ１１−２は、波長９７６ｎｍの励起光Ｌ２を出力する。励起光Ｌ２は光分波器７２−２により２方向に分波され、その中の一方は光合波器７２−１で励起光Ｌ１と合波されて波長変換素子を含む波長変換部１４−１に入力され、他方は波長変換素子を含む波長変換部１４−２に入力される。波長変換部１４−１では、励起光Ｌ１と励起光Ｌ２の和周波に相当する波長５５９ｎｍの出力光Ｌｏを発生する。また、波長変換部１４−２では、励起光Ｌ２の第２次高調波に相当する波長４８８ｎｍの出力光Ｌｏを発生する。

このような２つのレーザと波長変換素子を利用する波長変換レーザ光源は、半導体レーザや波長変換素子等の動作条件の変動に伴い、出力光の強度が変動する。このため、従来の波長変換レーザ光源は、出力光の変動を抑制するため、出力光の一部をフォトダイオードでモニタし、その出力が一定となるように半導体レーザの駆動電流を帰還制御していた（例えば、特許文献２を参照。）。

特開２００６−２２７２１６号公報 特開２００７−２６４１４９号公報

波長変換レーザーカタログ（販売元：株式会社日本レーザー、製造元：ＮＴＴエレクトロニクス株式会社、２００８年７月発行）

しかし、従来の波長変換レーザ光源の構成では、レーザ１１−２の励起光Ｌ２の光強度が、双方の出力光Ｌｏの光強度に影響する。例えば、波長変換部１４−２の出力光Ｌｏの光強度によりレーザ１１−２の駆動電流を帰還制御すると波長変換部１４−１の出力光Ｌｏの光強度も変動することになる。すなわち、従来の波長変換レーザ光源には、同時に２つの出力光の光強度を適正に調整することが困難という課題があった。

そこで、本発明は、複数のレーザの励起光を利用して波長変換を行い出力される複数の出力光の光強度をそれぞれ容易に調整することができる波長変換レーザ光源を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る波長変換レーザ光源は、波長変換素子に結合する単波長光又は合波光の光強度を調整する可変光アッテネータを備えることとした。

具体的には、本発明に係る波長変換レーザ光源は、互いに異なる波長の励起光を出力する複数のレーザと、前記レーザからの励起光を合波して複数の合波光を出力する光合分波器と、前記光合分波器から出力される前記合波光毎に波長を変換する波長変換素子を含む波長変換部と、前記光合分波器と前記波長変換部との間で前記光合分波器が出力する前記合波光のうち少なくとも１つの光強度を減衰する可変光アッテネータと、前記可変光アッテネータを介して前記合波光が結合される前記波長変換部から出力される出力光の光強度を一定に保つように前記可変光アッテネータの減衰量を調整する減衰制御回路と、を備える。

可変光アッテネータは、波長変換素子から出力される出力光の光強度をモニタしており、レーザ出力の変動があっても一定の光強度になるように当該波長変換部に結合する単波長光又は合波光の光強度を調整することができる。つまり、可変光アッテネータは、波長変換部の出力光毎に光強度を調整することができる。

従って、本発明は、複数のレーザの励起光を利用して波長変換を行い出力される複数の出力光の光強度をそれぞれ一定に制御することができる波長変換レーザ光源を提供することができる。

本発明に係る波長変換レーザ光源は、前記光合分波器からの前記合波光が直接結合される前記波長変換部のうち少なくとも１つの出力光の光強度を一定に保つように少なくとも１つの前記レーザの出力を調整する調光制御回路をさらに備えてもよい。本波長変換レーザ光源は、可変光アッテネータが配置されていない光路の光出力も光強度を調整することができる。

本発明に係る波長変換レーザ光源は、互いに異なる波長の励起光を出力し、第１グループ及び第２グループに分類される複数のレーザと、前記第１グループに含まれる前記レーザのうち少なくとも１つからの励起光と前記第２グループに含まれる前記レーザのうち少なくとも１つからの励起光を合波して少なくとも１つの第１端子から合波光を出力し、前記第２グループに含まれる前記レーザからの励起光を単波長光として前記第２グループに含まれる前記レーザに対応する第２端子から出力する光合分波器と、前記光合分波器の第１端子から出力される前記合波光毎に波長を変換する波長変換素子を含む第１波長変換部と、前記光合分波器の第２端子から出力される前記単波長光毎に光強度を減衰する可変光アッテネータと、前記可変光アッテネータで光強度を調整された前記単波長光毎に波長を変換する波長変換素子を含む第２波長変換部と、前記第１波長変換部から出力されるそれぞれの出力光の強度を一定に保つように前記第１グループに含まれる前記レーザ毎に出力を調整する調光制御回路と、前記第２波長変換部から出力されるそれぞれの出力光の強度を一定に保つように前記可変光アッテネータ毎に減衰量を調整する減衰制御回路と、を備えるとしてもよい。

光合分波器は、第２グループのレーザからの光を分岐し、一方を短波長光としてそのまま出力し、他方を第１グループのレーザからの光と合波し、合波光として出力する。可変光アッテネータは短波長光の光強度を調整する。可変光アッテネータで第２グループのレーザの出力を変動させずに第２波長変換部からの出力光の光強度を調整できるため、第１波長変換部からの出力光は光強度が維持される。一方、調光制御回路は第１グループのレーザの励起光の光強度を単独で調整して第１波長変換部からの出力光の光強度を調整する。この際に、第２グループのレーザの出力を変えないため、第２波長変換部からの出力光は光強度が維持される。つまり、本発明に係る波長変換レーザ光源は、波長変換部の出力光毎に光強度を一定に制御することができる。

従って、本発明は、複数のレーザの励起光を利用して波長変換を行い出力される複数の出力光の光強度をそれぞれ一定に制御することができる波長変換レーザ光源を提供することができる。

本発明に係る波長変換レーザ光源の前記第１グループは、出力光の波長が１３０７ｎｍ以上１３１０ｎｍ以下のレーザが含まれており、前記第２グループは、出力光の波長が９７６ｎｍのレーザが含まれており、出力光の波長が１３０７ｎｍ以上１３１０ｎｍ以下のレーザからの光と出力光の波長が９７６ｎｍのレーザからの光との前記合波光が結合される前記第１波長変換部は、波長が５５９ｎｍの光を出力し、出力光の波長が９７６ｎｍのレーザからの短波長光が結合される前記第２波長変換部は、波長が４８８ｎｍの光を出力することを特徴とする。本波長変換レーザ光源は、バイオサイエンス研究開発における細胞観察用の蛍光色素を最も効率よく発光させる励起波長を出力することができる。

本発明に係る波長変換レーザ光源は、少なくとも１つの前記レーザからの励起光を変調する変調回路をさらに備える。

変調回路は、レーザの出力光を、矩形波状、もしくは正弦波状に強度変調することが可能である。

本発明に係る波長変換レーザ光源の前記レーザは、ファブリィペロー型レーザダイオードとファイバブラッググレーティングとが接続されている構造、又は分布帰還型レーザダイオードであることを特徴とする。

本発明に係る波長変換レーザ光源の前記光合分波器は、２入力２出力の偏波保持型ファイバカプラを含むことを特徴とする。

本発明に係る波長変換レーザ光源の前記可変光アッテネータは、マイクロマシン型可変光滅衰器であることを特徴とする。

本発明に係る波長変換レーザ光源の前記波長変換素子は、ＬｉＮｂＯ_３、もしくはＬｉＴａＯ_３で形成される周期的分極反転構造を有するリッジ導波路であることを特徴とする。

本発明は、複数のレーザの励起光を利用して波長変換を行い出力される複数の出力光の光強度をそれぞれ一定に制御することができる波長変換レーザ光源を提供することができる。

本発明に係る波長変換レーザ光源を説明するブロック図である。 本発明に係る波長変換レーザ光源を説明するブロック図である。 本発明に係る波長変換レーザ光源を説明するブロック図である。 本発明に係る波長変換レーザ光源を説明するブロック図である。 本発明に係る波長変換レーザ光源を説明するブロック図である。 本発明に係る波長変換レーザ光源の実施例を説明する概略図である。 従来の波長変換レーザ光源を説明するブロック図である。

以下、具体的に実施形態を示して本発明を詳細に説明するが、本願の発明は以下の記載に限定して解釈されない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の波長変換レーザ光源３０１を説明するブロック図である。波長変換レーザ光源３０１は、互いに異なる波長の励起光を出力するレーザ（１１−１、１１−２）と、レーザ（１１−１、１１−２）からの励起光（Ｌ１、Ｌ２）を合波して複数の合波光Ｌ３を出力する光合分波器１２と、光合分波器１２から出力される合波光Ｌ３毎に波長を変換する波長変換素子を含む波長変換部（１４−１、１４−２）と、光合分波器１２と波長変換部（１４−１、１４−２）との間で光合分波器１２が出力する合波光Ｌ３の光強度を減衰する可変光アッテネータ（１３−１、１３−２）と、波長変換部（１４−１、１４−２）から出力される出力光Ｌｏの光強度を一定に保つように可変光アッテネータ（１３−１、１３−２）の減衰量を調整する減衰制御回路（１７−１、１７−２）と、を備える。以下、可変光アッテネータをＶＯＡと略記する。

レーザ１１−１は、波長λ１の励起光Ｌ１を発生する。レーザ１１−２は、波長λ２の励起光Ｌ２を発生する。本実施例では、レーザ（１１−１、１１−２）は、半導体レーザ（ＬＤ）を用いることができる。具体的には、レーザ（１１−１、１１−２）は、ファブリィペロー型レーザダイオード（ＦＰ−ＬＤ）にファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を結合した狭帯域型の半導体レーザモジュールや、分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢレーザダイオード）を用いることができる。また、レーザ（１１−１、１１−２）は、半導体レーザだけでなく、ファイバアンプや固体レーザでもよい。

波長変換レーザ光源３０１は、２つのレーザ（１１−１、１１−２）を備えるが、さらに多くのレーザを備えていてもよい。この場合、レーザの数と波長変換部の数、すなわち出力光Ｌｏの数とが一致していなくてもよい。

光合分波器１２は、例えば２入力２出力の偏波保持型ファイバカプラを用いることができる。光合分波器１２は、入力側の各々別ポートに入力された励起光（Ｌ１、Ｌ２）を合波して出力側の２つの端子（ＯＰ−１、ＯＰ−２）から合波光Ｌ３を出力する。

光合分波器１２の端子ＯＰ−１が出力する合波光Ｌ３は、ＶＯＡ１３−１を介して、波長変換部１４−１に入力される。また、光合分波器１２の端子ＯＰ−２が出力する合波光Ｌ３は、ＶＯＡ１３−２を介して、波長変換部１４−２に入力される。ここで、ＶＯＡ（１３−１、１３−２）は、例えばマイクロマシン型可変光減衰器を用いることができる。

波長変換部（１４−１、１４−２）は、波長変換素子を含んでいる。波長変換素子は、例えば、ＬｉＮｂＯ_３、もしくはＬｉＴａＯ_３で形成される周期的分極反転構造を有するリッジ導波路である。ＬｉＮｂＯ_３の波長変換素子はＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ）導波路と呼ばれている。波長変換素子は、合波光Ｌ３から励起光（Ｌ１、Ｌ２）の和周波（ＳＦＧ：Ｓｕｍ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）、励起光（Ｌ１、Ｌ２）の差周波（ＤＦＧ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）、あるいは励起光Ｌ１又は励起光Ｌ２の第２高調波（ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）に相当する波長の波長変換光を生成する。生成光としてＳＦＧ、ＤＦＧ、ＳＨＧのいずれかを選択し、その生成光の生成に適した分極反転周期を作成することにより、所望の波長の波長変換光を生成できる。従って、波長変換部（１４−１、１４−２）は、出力光Ｌｏとして励起光（Ｌ１、Ｌ２）のＳＦＧ、励起光（Ｌ１、Ｌ２）のＤＦＧ、励起光Ｌ１のＳＨＧ、又は励起光Ｌ２のＳＨＧを出力する。

また、波長変換素子は、ＰＰＬＮ導波路の分極反転構造における和周波、差周波、第２高調波発生を用いているが、これに限るものではなく、パラメトリック光増幅など、他の波長変換原理も適用できる。

波長変換レーザ光源３０１の減衰制御回路１７−１は、フォトダイオード（ＰＤ）１５−１及びＶＯＡ制御回路１６−１を含み、減衰制御回路１７−２は、フォトダイオード（ＰＤ）１５−２及びＶＯＡ制御回路１６−２を含む。減衰制御回路１７−１について動作を説明する。ＰＤ１５−１は、波長変換部１４−１からの出力光Ｌｏの一部を受光し、電気信号をＶＯＡ制御回路１６−１に帰還する。ＶＯＡ制御回路１６−１は、ＰＤ１５−１の出力が所定値になるように、すなわち、出力光Ｌｏが所定の光強度になるようにＶＯＡ１３−１の光減衰量を制御する。減衰制御回路１７−２の動作も同様である。

従って、波長変換レーザ光源３０１は、波長変換部１４−１からの出力光Ｌｏの光強度と、波長変換部１４−２からの出力光Ｌｏの光強度とを、独立して調整することができる。

本実施形態では、全ての波長変換部の前段にＶＯＡを配置しているが、全ての波長変換部の前段にＶＯＡを配置しなくてもよい。例えば、図１のＶＯＡ１３−１が無くてもよい。この場合、それぞれの出力光Ｌｏの光強度を独立して調整できるように、波長変換レーザ光源は、光合分波器からの合波光が直接結合される波長変換部のうち少なくとも１つの出力光の光強度を一定に保つように少なくとも１つのレーザの出力を調整する調光制御回路をさらに備えることが望ましい。具体的には、この波長変換レーザ光源は、ＶＯＡを介さずに波長変換部に結合される合波光に含まれる励起光を出力するレーザの少なくとも１つについて調光制御回路で出力を調整することが望ましい。

（第２実施形態）
図２は、本実施形態の波長変換レーザ光源３０２を説明するブロック図である。波長変換レーザ光源３０２は図１の波長変換レーザ光源３０１で説明した動作と同様に動作するが、以下の点で波長変換レーザ光源３０１と相違する。図１の波長変換レーザ光源３０１との相違点は、レーザ（１１−１、１１−２）に、励起光を変調する変調回路（２１−１、２１−２）が接続されていることである。

変調回路（２１−１、２１−２）は、励起光Ｌ１や励起光Ｌ２を矩形波状又は正弦波状に強度変調することができる。波長変換レーザ光源３０２は、次のように出力光Ｌｏの光強度を制御する。変調回路（２１−１、２１−２）の変調周期が減衰制御回路（１７−１、１７−２）の帰還ループの応答時間に比べて十分長い場合には、波長変換レーザ光源３０２は変調された出力光Ｌｏの各点の光強度を所定値とすることができる。例えば、波長変換レーザ光源３０２は変調周期中の出力光Ｌｏのピーク光強度を検出し、ピーク光強度が所定値となるように制御することができる。一方、変調回路（２１−１、２１−２）の変調周期が減衰制御回路（１７−１、１７−２）の帰還ループの応答時間に比べて十分短い場合には、波長変換レーザ光源３０２は変調された出力光Ｌｏの光強度の平均が所定値となるように制御することができる。

波長変換レーザ光源３０２は、図１の波長変換レーザ光源３０１と同様に波長変換部１４−１からの出力光Ｌｏの光強度と、波長変換部１４−２からの出力光Ｌｏの光強度とを、独立して調整することができる。

（第３実施形態）
図３は、本実施形態の波長変換レーザ光源３０３を説明するブロック図である。図１の波長変換レーザ光源３０１との相違点は、光合分波器１２’を光合分波器１２の代替としていること、波長変換部１４−１の前段にＶＯＡ１３−１が配置されていないこと、ならびに波長変換部１４−１からの出力光Ｌｏの光強度をレーザ１１−１の出力で調整していることである。

波長変換レーザ光源３０３は、互いに異なる波長の励起光を出力し、第１グループ及び第２グループに分類される複数のレーザ（１１−１、１１−２）と、第１グループに含まれるレーザ１１−１からの励起光と第２グループに含まれるレーザ１１−２からの励起光を合波して端子ＯＰ−１から合波光Ｌ３を出力し、第２グループに含まれるレーザ１１−２からの励起光を単波長光としてレーザ１１−２に対応する端子ＯＰ−２から出力する光合分波器１２’と、光合分波器１２’の端子ＯＰ−１から出力される合波光Ｌ３の波長を変換する波長変換素子を含む波長変換部１４−１と、光合分波器１２’の端子ＯＰ−２から出力される単波長光である励起光Ｌ２の光強度を減衰するＶＯＡ１３−２と、ＶＯＡ１３−２で光強度を調整された励起光Ｌ２の波長を変換する波長変換素子を含む波長変換部１４−２と、波長変換部１４−１から出力される出力光Ｌｏの強度を一定に保つようにレーザ１１−１の出力を調整する調光制御回路３１−１と、波長変換部１４−２から出力される出力光Ｌｏの強度を一定に保つようにＶＯＡ１３−２の減衰量を調整する減衰制御回路１７−２と、を備える。

波長変換レーザ光源３０３は、２つのレーザ（１１−１、１１−２）を備えるが、さらに多くのレーザを備えていてもよい。この場合、レーザ１１−１のように励起光が他のレーザからの励起光と合波され、出力が調光制御回路で制御されるレーザのグループを第１グループと呼び、レーザ１１−２のように励起光がＶＯＡで減衰され、単独で波長変換部に結合されるレーザのグループを第２グループと呼ぶことがある。

光合分波器１２’は、励起光Ｌ１に励起光Ｌ２を合波して端子ＯＰ−１から合波光Ｌ３を出力し、単波長光として励起光Ｌ２を単独で端子ＯＰ−２から出力する。このため、波長変換部１４−１には合波光Ｌ３が結合されるが、波長変換部１４−２は、励起光Ｌ２のみが結合される。従って、波長変換部１４−１は、出力光Ｌｏとして励起光（Ｌ１、Ｌ２）のＳＦＧ、励起光（Ｌ１、Ｌ２）のＤＦＧ、励起光Ｌ１のＳＨＧ、又は励起光Ｌ２のＳＨＧを出力する。一方、波長変換部１４−２は、出力光Ｌｏとして励起光Ｌ２のＳＨＧを出力する。

図１の波長変換レーザ光源３０１と同様に、ＶＯＡ１３−２は、波長変換部１４−２の前段に配置され、減衰制御回路１７−２で減衰量が制御される。波長変換部１４−２からの出力光Ｌｏの光強度は、図１の波長変換レーザ光源３０１と同様に、ＶＯＡ１３−２で制御される。

一方、波長変換部１４−１の前段にはＶＯＡは配置されない。図１のＶＯＡ１３−１及び減衰制御回路１７−１の代替として、レーザ１１−１に調光制御回路３１−１が接続されている。ＰＤ１５−１は、波長変換部１４−１からの出力光Ｌｏの一部を受光し、電気信号を調光制御回路３１−１に帰還する。調光制御回路３１−１は、ＰＤ１５−１の出力が所定値になるように、すなわち、出力光Ｌｏが所定の光強度になるようにレーザ１１−１の出力を制御する。

波長変換部１４−１の出力光Ｌｏの光強度による帰還制御は、レーザ１１−１の励起光Ｌ１の光強度のみを調整し、波長変換部１４−２の出力光Ｌｏの光強度を調整しない。一方、波長変換部１４−２の出力光Ｌｏの光強度による帰還制御は、レーザ１１−１の励起光Ｌ１の光強度及びレーザ１１−２の励起光Ｌ２の光強度を調整しない。このため、波長変換レーザ光源３０３は、波長変換部１４−２の出力光Ｌｏの光強度を調整しても波長変換部１４−１の出力光Ｌｏの光強度に影響を及ぼさない。さらに、波長変換レーザ光源３０３は、波長変換部１４−１の出力光Ｌｏの光強度を調整しても波長変換部１４−２の出力光Ｌｏの光強度に影響を及ぼさない。

従って、波長変換レーザ光源３０３は、波長変換部１４−１からの出力光Ｌｏの光強度と、波長変換部１４−２からの出力光Ｌｏの光強度とを、独立して調整することができる。

図５は、図３で説明した波長変換レーザ光源３０３の具体的な動作を説明するブロック図である。レーザ１１−１の励起光Ｌ１の波長λ１は１３１０ｎｍ、レーザ１１−２の励起光Ｌ２の波長λ２は９７６ｎｍである。波長変換部１４−１は、波長λ１（１３１０ｎｍ）と波長λ２（９７６ｎｍ）の和周波に相当する波長λ３（５５９ｎｍ）の出力光Ｌｏを出力する。波長変換部１４−２は、波長λ２（９７６ｎｍ）のＳＨＧに相当する波長λ４（４８８ｎｍ）の出力光Ｌｏを出力する。

（第４実施形態）
図４は、本実施形態の波長変換レーザ光源３０４を説明するブロック図である。波長変換レーザ光源３０４は図３の波長変換レーザ光源３０３で説明した動作と同様に動作するが、以下の点で波長変換レーザ光源３０３と相違する。図３の波長変換レーザ光源３０３との相違点は、レーザ（１１−１、１１−２）に、励起光を変調する変調回路（２１−１、２１−２）が接続されていることである。

図２で説明したように、変調回路（２１−１、２１−２）は、励起光Ｌ１や励起光Ｌ２を矩形波状又は正弦波状に強度変調することができる。さらに、変調回路（２１−１、２１−２）の変調周期と調光制御回路３１−１及び減衰制御回路１７−２の帰還ループの応答時間との関係により、波長変換レーザ光源３０４は変調された出力光Ｌｏの各点の光強度を所定値にする、あるいは出力光Ｌｏの光強度の平均が所定値となるようにすることができる。

波長変換レーザ光源３０４は、図３の波長変換レーザ光源３０３と同様に波長変換部１４−１からの出力光Ｌｏの光強度と、波長変換部１４−２からの出力光Ｌｏの光強度を、同時に所定値となるように制御することができる。

（第５実施形態）
図６は、図３で説明した波長変換レーザ光源３０３の具体的な実施例を説明する概略図である。電源３１３は、波長変換レーザ光源３０３に電力を供給する。レーザ１１−１は、波長１３１０ｎｍのＦＰ−ＬＤモジュールに波長１３０７ｎｍのＦＢＧが接続された構造であり、波長λ１（１３０７ｎｍ）の励起光Ｌ１を出力する。レーザ１１−２は、波長９８０ｎｍのＦＰ−ＬＤモジュールに波長９７６ｎｍのＦＢＧが接続された構造であり、波長λ２（９７６ｎｍ）の励起光Ｌ２を出力する。

光合分波器１２’は２×２偏波保持型ファイバカプラである。レーザ１１−１は２×２偏波保持型ファイバカプラの入力側ファイバの一方に接続されている。レーザ１１−２は２×２偏波保持型ファイバカプラの入力側ファイバの他方に接続されている。

２×２偏波保持型ファイバカプラの出力側ファイバの一方は、５５９ｎｍ和周波光発生用のＰＰＬＮ導波路チップを含む波長変換部１４−１に接続される。２×２偏波保持型ファイバカプラの出力側ファイバの他方は、ＭＥＭＳ型ＶＯＡ１３−２に接続され、励起光Ｌ２を減衰する。ＶＯＡ１３−２は波長変換部１４−２に接続される。波長変換部１４−２は、１３０７ｎｍの励起光Ｌ２を遮断し９７６ｎｍの励起光Ｌ１のみを透過させるフィルタと４８８ｎｍのＳＨＧ用のＰＰＬＮ導波路チップを含む。

波長変換部（１４−１、１４−２）の出力側に、ビームスプリッタと、ＰＤ（１５−１、１５−２）が設置されている。ＰＤ（１５−１、１５−２）は出力光Ｌｏの一部を受光し、その強度をモニタする。ＰＤ１５−１の出力は１３１０ｎｍのＦＰ−ＬＤの駆動電流制御回路（不図示）に接続される。この１３１０ｎｍのＦＰ−ＬＤの駆動電流制御回路が図３の調光制御回路３１−１に相当する。一方、ＰＤ１５−２の出力はＶＯＡ１３−２の駆動電流制御回路（不図示）に接続される。このＶＯＡ１３−２の駆動電流制御回路が図３の減衰制御回路１７−２に相当する。なお、９８０ｎｍのＦＰ−ＬＤは定電流制御（不図示）で駆動される。

図６の波長変換レーザ光源３０３において、９７６ｎｍＦＢＧから出力される励起光Ｌ２の出力が３００ｍＷになるように９８０ｎｍＦＰ−ＬＤの駆動電流を設定した。また１３０７ｎｍＦＢＧから出力される励起光Ｌ１の出力が１００ｍＷになるように１３１０ｎｍＦＰ−ＬＤの駆動電流を設定した。２×２偏波保持型ファイバカプラの９７６ｎｍ及び１３０７ｎｍカプラ損失は共に０．４ｄＢ、４８８ｎｍ側分岐比は０．６６、５５９ｎｍ側分岐比は０．３４であった。ＶＯＡ１３−２の波長９７６ｎｍにおける挿入損失は０．４ｄＢであった。波長変換部１４−２ヘの９７６ｎｍ励起光Ｌ２の入力強度は１６５ｍＷであった。また波長変換部１４−１ヘの９７６ｎｍ励起光Ｌ２の入力強度は９３ｍＷであり、１３０７ｎｍ励起光Ｌ１の入力強度は９１ｍＷであった。波長変換部１４−２では、ＰＰＬＮ導波路チップのＳＨＧ効率８８８％／Ｗ、結合効率０．５、モジュールとしてのＳＨＧ変換効率は２２２％／Ｗであった。また、波長変換部１４−１では、ＰＰＬＮ導波路チップのＳＦＧ効率２５００％／Ｗ、結合効率０．５３、モジュールとしてのＳＦＧ変換効率は７０２％／Ｗであった。以上のような構成で、４８８ｎｍの出力光Ｌｏ、及び５５９ｎｍの出力光Ｌｏの強度はともに６０ｍＷであった。図６の波長変換レーザ光源３０３は、１３１０ｎｍのＦＰ−ＬＤの駆動電流制御回路及びＶＯＡ１３−２の駆動電流制御回路を備えることで、１０℃から４０℃まで環境温度が変化しても、両出力光Ｌｏについての光強度の変動率は５％以内であった。

（第６実施形態）
本実施形態は、図６の波長変換レーザ光源３０３において、レーザ１１−１の励起光Ｌ１の波長λ１を１３１９ｎｍに、レーザ１１−２の励起光Ｌ２の波長λ２を１０６４ｎｍに変えたものである。波長変換部１４−１は、波長λ１（１３１９ｎｍ）と波長λ２（１０６４ｎｍ）の和周波に相当する波長λ３（５８９ｎｍ）の出力光Ｌｏを出力する。波長変換部１４−２は、波長λ２（１０６４ｎｍ）のＳＨＧに相当する波長λ４（５３２ｎｍ）の出力光Ｌｏを出力する。波長λ３（５８９ｎｍ）の出力光Ｌｏ、及び波長λ４（５３２ｎｍ）の出力光Ｌｏの光強度はともに５０ｍＷであった。なお、本実施形態の構成は、図６において、ＦＰ−ＬＤの波長、ＦＢＧの波長、ＰＰＬＮ導波路チップの変換波長の変更以外は同様である。

図６の説明のように、本波長変換レーザ光源は、波長変換部１４−１の出力光Ｌｏの光強度をレーザ１１−１のＦＰ−ＬＤの駆動電流に帰還するとともに、波長変換部１４−２の出力光Ｌｏの光強度をＶＯＡ１３−２の光減衰量に帰還している。本波長変換レーザ光源は、レーザ１１−１のＦＰ−ＬＤの駆動電流制御回路及びＶＯＡ１３−２の駆動電流制御回路を備えることで、１０℃から４０℃まで環境温度が変化しても、両出力光Ｌｏについての光強度の変動率は５％以内であった。

（第７実施形態）
本実施形態は、図６の波長変換レーザ光源３０３において、レーザ１１−１の励起光Ｌ１の波長λ１を１３０８ｎｍに、レーザ１１−２の励起光Ｌ２の波長λ２を９４０ｎｍに変えたものである。波長変換部１４−１は、波長λ１（１３０８ｎｍ）と波長λ２（９４０ｎｍ）の和周波に相当する波長λ３（５４７ｎｍ）の出力光Ｌｏを出力する。波長変換部１４−２は、波長λ２（９４０ｎｍ）のＳＨＧに相当する波長λ４（４７０ｎｍ）の出力光Ｌｏを出力する。波長λ３（５４７ｎｍ）の出力光Ｌｏ、及び波長λ４（４７０ｎｍ）の出力光Ｌｏの光強度はともに５０ｍＷであった。なお、本実施形態の構成は、図６において、ＦＰ−ＬＤの波長、ＦＢＧの波長、ＰＰＬＮ導波路チップの変換波長の変更以外は同様である。

図６の説明のように、本波長変換レーザ光源は、波長変換部１４−１の出力光Ｌｏの光強度をレーザ１１−１のＦＰ−ＬＤの駆動電流に帰還するとともに、波長変換部１４−２の出力光Ｌｏの光強度をＶＯＡ１３−２の光減衰量に帰還している。本波長変換レーザ光源は、レーザ１１−１のＦＰ−ＬＤの駆動電流制御回路及びＶＯＡ１３−２の駆動電流制御回路を備えることで、１０℃から４０℃まで環境温度が変化しても、両出力光Ｌｏについての光強度の変動率は５％以内であった。

上記の実施形態では、２個のレーザを励起光源として共用し、２本の波長変換光を発生させ、その出力強度を定出力制御するものであるが、本発明の原理を適用すれば、さらに複数個のレーザを励起光源として共用し、複数の波長変換光を発生させる構成においても、それらの変換光強度を定出力制御することができる。従来、複数本の安定したレーザ光を得るには、各々、個別に出力安定化制御されたレーザ光源をレーザーコンバイナに設置する必要があり、装置的に大きくかつ複雑になり、製造工程も煩雑で、相応の経済的費用が必要であった。しかしながら、本発明により、複数本の安定したレーザ光を必要とする需要に対して、装置的に小さくかつ単純な構成になり、製造工程数も減少し、経済的費用を軽減できる。この効果は、波長変換レーザ光源を組み込む共焦点レーザ顕微鏡やフローサイトメータ等を高性能化、低価格化、小型化、及び長寿命化することができる。

１１−１、１１−２：レーザ
１２、１２’：光合分波器
１３−１、１３−２：可変アッテネータ（ＶＯＡ）
１４−１、１４−２：波長変換部
１５−１、１５−２：フォトダイオード（ＰＤ）
１６−１、１６−２：ＶＯＡ制御回路
１７−１、１７−２：減衰制御回路
２１−１、２１−２：変調回路
３１−１、３１−２：調光制御回路
７２−１：光合波器
７２−２：光分波器
Ｌ１、Ｌ２：励起光
Ｌ３：合波光
Ｌｏ：出力光
ＯＰ−１、ＯＰ−２：端子
３０１〜３０７：波長変換レーザ光源

Claims (9)

1. 互いに異なる波長の励起光を出力する複数のレーザと、
   前記レーザからの励起光を合波して複数の合波光を出力する光合分波器と、
   前記光合分波器から出力される前記合波光毎に波長を変換する波長変換素子を含む波長変換部と、
   前記光合分波器と前記波長変換部との間で前記光合分波器が出力する前記合波光のうち少なくとも１つの光強度を減衰する可変光アッテネータと、
   前記可変光アッテネータを介して前記合波光が結合される前記波長変換部から出力される出力光の光強度を一定に保つように前記可変光アッテネータの減衰量を調整する減衰制御回路と、
   を備える波長変換レーザ光源。
2. 前記光合分波器からの前記合波光が直接結合される前記波長変換部のうち少なくとも１つの出力光の光強度を一定に保つように少なくとも１つの前記レーザの出力を調整する調光制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の波長変換レーザ光源。
3. 互いに異なる波長の励起光を出力し、第１グループ及び第２グループに分類される複数のレーザと、
   前記第１グループに含まれる前記レーザのうち少なくとも１つからの励起光と前記第２グループに含まれる前記レーザのうち少なくとも１つからの励起光を合波して少なくとも１つの第１端子から合波光を出力し、前記第２グループに含まれる前記レーザからの励起光を単波長光として前記第２グループに含まれる前記レーザに対応する第２端子から出力する光合分波器と、
   前記光合分波器の第１端子から出力される前記合波光毎に波長を変換する波長変換素子を含む第１波長変換部と、
   前記光合分波器の第２端子から出力される前記単波長光毎に光強度を減衰する可変光アッテネータと、
   前記可変光アッテネータで光強度を調整された前記単波長光毎に波長を変換する波長変換素子を含む第２波長変換部と、
   前記第１波長変換部から出力されるそれぞれの出力光の強度を一定に保つように前記第１グループに含まれる前記レーザ毎に出力を調整する調光制御回路と、
   前記第２波長変換部から出力されるそれぞれの出力光の強度を一定に保つように前記可変光アッテネータ毎に減衰量を調整する減衰制御回路と、
   を備える波長変換レーザ光源。
4. 前記第１グループは、出力光の波長が１３０７ｎｍ以上１３１０ｎｍ以下のレーザが含まれており、
   前記第２グループは、出力光の波長が９７６ｎｍのレーザが含まれており、
   出力光の波長が１３０７ｎｍ以上１３１０ｎｍ以下のレーザからの光と出力光の波長が９７６ｎｍのレーザからの光との前記合波光が結合される前記第１波長変換部は、波長が５５９ｎｍの光を出力し、
   出力光の波長が９７６ｎｍのレーザからの短波長光が結合される前記第２波長変換部は、波長が４８８ｎｍの光を出力することを特徴とする請求項３に記載の波長変換レーザ光源。
5. 少なくとも１つの前記レーザからの励起光を変調する変調回路をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の波長変換レーザ光源。
6. 前記レーザは、ファブリィペロー型レーザダイオードとファイバブラッググレーティングとが接続されている構造、又は分布帰還型レーザダイオードであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の波長変換レーザ光源。
7. 前記光合分波器は、２入力２出力の偏波保持型ファイバカプラを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の波長変換レーザ光源。
8. 前記可変光アッテネータは、マイクロマシン型可変光滅衰器であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の波長変換レーザ光源。
9. 前記波長変換素子は、ＬｉＮｂＯ_３、もしくはＬｉＴａＯ_３で形成される周期的分極反転構造を有するリッジ導波路であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の波長変換レーザ光源。

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