JP2014095842A

JP2014095842A - 波長変換レーザ装置

Info

Publication number: JP2014095842A
Application number: JP2012248007A
Authority: JP
Inventors: Akiyuki Kadoya; 章之門谷; Ichiro Fukushi; 一郎福士
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2014-05-22

Abstract

【課題】光学素子のクラック発生や破損を防止でき、波長変換素子の波長変換効率の劣化を抑制して長期的に信頼性の高い波長変換レーザ装置。
【解決手段】基本波を発生するレーザ１と、レーザ１からの基本波の波長を変換する波長変換素子３と、波長変換素子３を保持する金属ホルダ４と、波長変換素子３の内の、金属ホルダ４と接する面と反対側の面に配置された平板５と、平板上に配置された波型形状の板バネ６と、板バネ６に対して波長変換素子３を金属ホルダ４に押さえ付ける方向に力を加える金属押え部７と、金属押え部７を金属ホルダ４に固定する溶接部８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザで発生した基本波を導波路型波長変換素子により波長変換する波長変換レーザ装置に関し、特に、導波路型波長変換素子の固定方法による導波路型波長変換素子の応力緩和及び生産性向上に関する。

光学装置に用いられるレーザ媒質、波長変換素子、導波路型波長変換素子等の各光学素子は、光学素子を調整した後に変位せず、光学素子を破壊しない固定方法が必要である。一般的には光学素子は接着剤や止めネジ等で固定される。しかし、高エネルギー密度、サブミクロンオーダーでの調整や固定及び気密性が必要となる導波路型波長変換素子では、板バネを用いた固定方法も各種報告されている。

特許文献１には半導体レーザ素子と導波路型波長変換素子とを接着剤により固定することが記載されている。特許文献２，３には板バネのバネ力により基板に対して波長変換素子を固定することが記載されている。

特開２００１−１９６６８４号公報特開２００８−１５９８５０号公報特開平６−１８８２６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるように、導波路型波長変換素子を接着剤を用いて固定すると、例えば環境温度湿度の変化や組立工程中に高温にさらされてしまうことで接着剤が劣化したり、アウトガスの問題が発生する。

特許文献２，３に記載されたＶ型に加工された板バネや止めネジによる弾性力により導波路型波長変換素子を固定すると、応力が局所的に集中する。このため、光学素子にクラックや破損が発生したり、屈折率が変化し、位相整合条件の変化による波長変換効率の劣化を発生するおそれがある。

また、組立工程中に導波路型波長変換素子を交換する必要がある場合、接着剤や止めネジ、板バネによる固定では、導波路型波長変換素子を取り出すのに手間がかかる。また、導波路型波長変換素子に傷や汚れが付いたり、破損したり、解析や部材の再利用ができなくなる。

本発明の課題は、光学素子のクラック発生や破損を防止でき、波長変換素子の波長変換効率の劣化を抑制して長期的に信頼性の高い波長変換レーザ装置を提供する。

本発明に係る波長変換レーザ装置は、上記課題を解決するために、基本波を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザからの基本波の波長を変換する波長変換素子と、前記波長変換素子を保持する保持部と、前記波長変換素子の内の、前記保持部と接する面と反対側の面に配置された平板と、前記平板上に配置された板バネと、前記板バネに対して前記波長変換素子を前記保持部に押さえ付ける方向に力を加える波長変換素子押え部と、前記波長変換素子押え部を前記保持部に固定する固定部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、波長変換素子と板バネとの間に平板を挿入したので、波長変換素子押え部による板バネの弾性力は全て平板に加えられて平均化される。このため、波長変換素子を固定する際に発生する局所的な応力の集中を抑制できる。従って、光学素子のクラック発生や破損を防止でき、波長変換素子の波長変換効率の劣化を抑制して長期的に信頼性の高い波長変換レーザ装置を提供することができ、また平板の挿入により解析や再利用時の波長変換素子の取り出しを損傷無く容易にすることができる。

実施例１の波長変換レーザ装置の構成図である。実施例１の波長変換レーザ装置に設けられた波長変換素子固定部の構成を示す図である。実施例１の波長変換素子固定部の側面図である。実施例２の波長変換レーザ装置に設けられた波長変換素子固定部の構成を示す図である。

以下、本発明の波長変換レーザ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、実施例１の波長変換レーザ装置の構成図である。図２は、実施例１の波長変換レーザ装置に設けられた波長変換素子固定部の構成を示す図である。図３は、実施例１の波長変換素子固定部の側面図である。

図１に示す波長変換素子固定部１０は、図３のＸ−Ｘ´断面から見た図である。図２に示す波長変換素子固定部１０は、図３のＹ−Ｙ´断面から見た図である。

図１に示す波長変換レーザ装置は、レーザ１、レンズ２、波長変換素子固定部１０で構成されている。レーザ１は、半導体レーザからなり、基本波を発生する。レンズ２は、レーザ１からの基本波を集光して集光された基本波を波長変換素子固定部１０内の波長変換素子２に導く。

波長変換素子固定部１０は、波長変換素子３を固定するもので、波長変換素子３、金属ホルダ４、平板５、板バネ６、金属押え部７、溶接部８とで構成されている。波長変換素子３は、光導波路を有する導波路型波長変換素子からなり、レンズ２で集光されたレーザ１からの基本波の波長を別の波長に変換する。金属ホルダ（保持部）４と金属押さえ部７を溶接して波長変換素子３を保持する。

平板５は、波長変換素子３の内の、金属ホルダ４と波長変換素子３との接する面と反対側の面に配置されている。この平板５上には弾性力を有する波型形状の板バネ６が配置されている。金属押え部（波長変換素子押え部）７は、板バネ６に対して波長変換素子４を金属ホルダ４に押さえ付ける方向（光軸垂直方向）に弾性力を加える。

溶接部８（固定部）は、スポット溶接等により、金属押え部７を金属ホルダ４に溶接して固定する。

このように実施例１の波長変換レーザ装置によれば、波長変換素子３と板バネ６との間に平板５を挿入したので、金属押え部７による板バネ６の弾性力は全て平板５に加えられ、波長変換素子３に伝わる弾性力は、面接触となり、平均化される。このため、波長変換素子３を固定する際に発生する局所的な応力の集中を抑制できる。

従って、点或いは線接触の応力集中時に発生する、光学素子のクラック発生や破損を防止でき、屈折率変化により発生する波長変換素子３の波長変換効率の劣化を抑制することでき、長期的に高い信頼性を得ることができる。

また、板バネ６、平板５の大きさは、使用する波長変換素子３の大きさにより変化するが、平板５と板バネ６との光軸方向の全長を、金属押え部７の全長より長くすることにより、組み立て工程中に波長変換素子３の交換が必要となった場合に、波長変換素子３に直接的に関係しない板バネ６を容易に引っ張り出すことでき、また、波長変換素子３を破損させずしかも傷を付けることなく、容易に取り出すことができる。

また、板バネ６を波型形状としたので、取り出し時に板バネ６を掴みやすく、板バネ６は光軸方向に徐々に延びて弾性力が開放される。

さらに、板バネ６は、温度が変態点以上になったときに、波長変換素子３に働く弾性力を開放する形状に戻るＴｉ−Ｎｉ、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｚｒ−Ｎｂ等の形状記憶合金で製作しても良い。形状記憶合金は、温度が変態点未満では波長変換素子３に所定の弾性力が働く形状になる。

この形状記憶合金を用いることで、温度が変態点以上になったときには、波長変換素子３を容易に取り出すことができる。

なお、形状記憶合金で板バネ６を製作した場合には、板バネ６は波型形状でなくても良く、板バネ６の材質に合わせた形状、例えば、Ｖ字型の板バネ６を用いても良い。

図４は、実施例２の波長変換レーザ装置に設けられた波長変換素子固定部の構成を示す図である。図１に示す実施例１では、金属押え部４を金属ホルダ７に固定するために溶接部８を用いたが、図４に示す実施例２では、金属押え部４ａを金属ホルダ７ａに固定するためにネジ９（固定部）を用いたことを特徴とする。

図４において、金属押え部４ａは、金属ホルダ７ａを覆うように形成され、金属押え部４ａと金属ホルダ７ａとは、ネジ９によりネジ止めされている。

このようなネジ９によっても、金属押え部４ａを金属ホルダ７ａに固定することができる。

なお、本発明は、実施例１及び実施例２の波長変換レーザ装置に限定されるものではない。実施例１では、金属押え部７を金属ホルダ４に固定するために溶接部８を用い、実施例２では、ネジ９を用いたが、例えば、金属押え部７に爪部（又は切欠部）を設け、金属ホルダ４に切欠部（又は爪部）を設け、爪部と切欠部とを嵌合させることにより金属押え部を金属ホルダに固定しても良い。

本発明は、導波路型波長変換素子を有する光学装置に利用可能である。

１‥レーザ、２‥レンズ、３‥波長変換素子、４，４ａ‥金属ホルダ、５‥平板、６‥板バネ、７，７ａ‥金属押え部、８‥溶接部、９‥ネジ、１０‥波長変換素子固定部。

Claims

基本波を発生する半導体レーザと、
前記半導体レーザからの基本波の波長を変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子を保持する保持部と、
前記波長変換素子の内の、前記保持部と接する面と反対側の面に配置された平板と、
前記平板上に配置された板バネと、
前記板バネに対して前記波長変換素子を前記保持部に押さえ付ける方向に力を加える波長変換素子押え部と、
前記波長変換素子押え部を前記保持部に固定する固定部と、
を備えることを特徴とする波長変換レーザ装置。
前記板バネは、波型形状であることを特徴とする請求項１記載の波長変換レーザ装置。
前記板バネは、温度が変態点以上になったときに、前記波長変換素子に働く弾性力を開放する形状に戻る形状記憶合金からなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の波長変換レーザ装置。
前記波長変換素子は、導波路型波長変換素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の波長変換レーザ装置。
前記平板と前記板バネとの各々の光軸方向の全長が、前記波長変換素子押え部の全長よりも長いことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の波長変換レーザ装置。
前記固定部は、前記波長変換素子押え部を前記保持部に溶接して固定する溶接部からなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の波長変換レーザ装置。
前記固定部は、前記波長変換素子押え部を前記保持部に固定するネジからなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の波長変換レーザ装置。