JP2015087729A - 波長変換レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】一つのレーザ光源で波長の異なる、複数の独立したビームを、対象物の同じ場所に、所望のビーム径、及び同一光軸で照射することができる、波長変換レーザ装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る波長変換レーザ装置は、レーザ光の基本波、及び該基本波から変換された第ｎの変換波（ｎは２以上の整数）からなる複数の波長のビームが、単一軸上に出射されるように構成された光源と、前記光源から出射されたビームが、各波長毎に進行するように光路上に配置され、各波長毎に対応する分岐素子と合波素子からなるユニットと、前記ユニットを経た各々のビームを合波することにより、単一軸上を進行するビームを形成する誘導手段と、を少なくとも備えた波長変換レーザ装置であって、前記分岐素子と前記合波素子との間に配置される光調整手段を有するとともに、前記合波素子の１つが前記誘導手段を兼ねる。
【選択図】図１
【解決手段】本発明に係る波長変換レーザ装置は、レーザ光の基本波、及び該基本波から変換された第ｎの変換波（ｎは２以上の整数）からなる複数の波長のビームが、単一軸上に出射されるように構成された光源と、前記光源から出射されたビームが、各波長毎に進行するように光路上に配置され、各波長毎に対応する分岐素子と合波素子からなるユニットと、前記ユニットを経た各々のビームを合波することにより、単一軸上を進行するビームを形成する誘導手段と、を少なくとも備えた波長変換レーザ装置であって、前記分岐素子と前記合波素子との間に配置される光調整手段を有するとともに、前記合波素子の１つが前記誘導手段を兼ねる。
【選択図】図１
Description
本発明は、波長変換素子が搭載されたレーザヘッドを有する波長変換レーザ装置に関する。
従来、多くの波長変換レーザ装置が開発されてきている。主には、共振器方式による波長変換レーザ装置と、シングルパス方式による波長変換レーザ装置がある。シングルパス方式による波長変換レーザ装置の一例としては、特許文献１に記載の波長変換レーザ装置が一例として挙げられる。
この波長変換レーザ装置は、入射波長λ１のレーザ光を発生させるレーザ光源部と、レーザ光源部で発生した波長λ１のレーザ光を波長λ２の波長変換レーザ光を発生させる波長変換素子と、レーザヘッドとを有する。ここで、波長変換素子としては、非特許文献１に例示されるものが挙げられる。また、レーザ光源部としては、たとえばファイバーレーザーが好適に用いられる（非特許文献２）。レーザヘッドが、前記波長λ１と前記波長λ２が入射され、成分Ｌ１及びＬ２の二つの成分に分岐する光分岐と、少なくとも前記波長変換素子と前記光分岐を含み、レーザ光成分Ｌ１及びＬ２を外部に取り出す機構を有する。
この装置では、波長変換された利用光以外の不要光処理のために、レーザヘッドからファイバーに不要光を結合して、熱がヘッドに残らないように処理をしている。
この装置では、波長変換された利用光以外の不要光処理のために、レーザヘッドからファイバーに不要光を結合して、熱がヘッドに残らないように処理をしている。
佐久間純、「波長変換による短波長光発生技術」、月刊ディスプレイ、２０００年１０月号、ｐ３０−３５
オプティペディア、「ゼロから学ぶファイバーレーザー」、［online］、［平成２５年１０月２１日検索］、インターネット＜URL：http://optipedia.info/fiberlaser/＞
しかしながら、従来の波長変換レーザ装置では、波長変換された変換光のみを利用光としており、利用光以外の光が、レーザとして利用されることはなかった。多波長光源として、各々の波長のレーザビームを切り替えて利用できる手段がないため、不要光として処理されていた。
また、波長変換された利用光も、同一光軸では出射されなかった。そのため、対象物の波長依存性を測定する場合に、対象物の全く同じ場所に、波長の異なる光ビーム（以下、「ビーム」とも呼ぶ）を照射することが難しかった。
ところが、最近、対象物の波長依存性を測定する分野において、対象物の同じ場所に、波長の異なるビームを照射したいというニーズが高まり、これに対応可能な波長変換レーザ装置の開発が期待されている。
また、波長変換された利用光も、同一光軸では出射されなかった。そのため、対象物の波長依存性を測定する場合に、対象物の全く同じ場所に、波長の異なる光ビーム（以下、「ビーム」とも呼ぶ）を照射することが難しかった。
ところが、最近、対象物の波長依存性を測定する分野において、対象物の同じ場所に、波長の異なるビームを照射したいというニーズが高まり、これに対応可能な波長変換レーザ装置の開発が期待されている。
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、一つのレーザ光源で波長の異なる、複数の独立したビームを、対象物の同じ場所に、所望のビーム径、及び同一光軸で照射することができる、波長変換レーザ装置を提供することを目的とする。
本発明による第一の形態は、請求項１に記載のように、レーザ光の基本波、及び（波長変換素子により）該基本波から変換された第ｎの変換波（ｎは２以上の整数）からなる複数の波長のビームが、単一軸上に出射されるように構成された光源と、前記光源から出射されたビームが、各波長毎に進行するように光路上に配置され、各波長毎に対応する分岐素子と合波素子からなるユニットと、前記ユニットを経た各々のビームを合波することにより、単一軸上を進行するビームを形成する誘導手段と、を少なくとも備えた波長変換レーザ装置であって、前記分岐素子と前記合波素子との間に配置される（１つ以上の）光調整手段を有するとともに、前記合波素子の１つが前記誘導手段を兼ねることを特徴とする波長変換レーザ装置を構成したものである。
本発明による第二の形態は、請求項２に記載のように、請求項１に記載の波長変換レーザ装置において前記光調整手段が、前記ユニットを経た各々のビームのうち、選択した波長のビームのみ合波することを特徴とする波長変換レーザ装置を構成したものである。
本発明による第三の形態は、請求項３に記載のように、請求項１又は２に記載の波長変換レーザ装置において、前記光調整手段が、ビーム変換器（レンズ、レンズ群）、光変換器（ＡＯ変換器、ＥＯ変換器）、光減衰器、光路変換器（ミラー、プリズム、光偏向器）から選択される１又は２以上の光学部品であることを特徴とする波長変換レーザ装置を構成したものである。
本発明による第四の形態は、請求項４に記載のように、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波長変換レーザ装置において、前記光調整手段が、前記分岐素子と前記合波素子との間の光路に対して、遮断する位置と解放する位置に移動可能とされていることを特徴とする波長変換レーザ装置を構成したものである。
本発明による第五の形態は、請求項５に記載のように、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波長変換レーザ装置において、レーザ光のビーム放射強度がピーク値の１／ｅ２（１３．５％）になるビーム径をビームの直径と定義するとき、前記ビームの照射される対象物の表面において、前記誘導手段により形成されたビームを構成する各波長ごとのビームの直径により規定される円形領域どうしが、重なる（交わる）領域を有することを特徴とする波長変換レーザ装置を構成したものである。
本発明の第一から第五の形態のいずれにおいても、一つのレーザ光源で複数の波長を利用できるため、各波長個々の光源を用意するのに比べて光源のコストが安<なるので、本発明は、安価な波長変換レーザ装置の提供に寄与する。
また、従来では複数の光源で構成されていた光学系システムを、一つの光源で構成することができるため、装置を簡略化することができる。すなわち、コストダウンや小型化、低消費電力化などを図ることができる。
さらに、波長を切り替えることが可能なため、波長毎に非測定物の特性を容易に測定可能となる。
そして特に本発明の波長変換レーザ装置では、一つのレーザ光源で波長の異なる、複数の独立したビームを、対象物の同じ場所に、所望のビーム径、及び同一光軸で照射することができる。このような波長変換レーザ装置を用いることにより、対象物の波長依存性を同一光学系で測定可能となる。すなわち、対象物の全く同じ場所の波長依存性を容易に測定可能となる。
ただし、「対象物の全く同じ場所の波長依存性を容易に測定可能となる」効果のみ達成すればよい場合、すなわち、上述した効果のうち、コストや小型化が無視できる場合には、一つのレーザ光源で複数の波長を利用できる光学系システムに代えて、複数のレーザ光源で構成された光学系システムを利用しても構わない。
また、従来では複数の光源で構成されていた光学系システムを、一つの光源で構成することができるため、装置を簡略化することができる。すなわち、コストダウンや小型化、低消費電力化などを図ることができる。
さらに、波長を切り替えることが可能なため、波長毎に非測定物の特性を容易に測定可能となる。
そして特に本発明の波長変換レーザ装置では、一つのレーザ光源で波長の異なる、複数の独立したビームを、対象物の同じ場所に、所望のビーム径、及び同一光軸で照射することができる。このような波長変換レーザ装置を用いることにより、対象物の波長依存性を同一光学系で測定可能となる。すなわち、対象物の全く同じ場所の波長依存性を容易に測定可能となる。
ただし、「対象物の全く同じ場所の波長依存性を容易に測定可能となる」効果のみ達成すればよい場合、すなわち、上述した効果のうち、コストや小型化が無視できる場合には、一つのレーザ光源で複数の波長を利用できる光学系システムに代えて、複数のレーザ光源で構成された光学系システムを利用しても構わない。
以下では、本発明に係る波長変換レーザ装置の実施形態について、図１〜図１７に基づいて説明する。図１〜図１７のいずれかによって説明した符号と同一符号で示す部分は同一機能を持つ部分である。
なお、以下の説明においてば、具体的な波長の数値を挙げて説明しているが、本発明は、これらの値に限定されるものではなく、他の波長を有する光（レーザ）を用いる場合についても適用可能である。
なお、以下の説明においてば、具体的な波長の数値を挙げて説明しているが、本発明は、これらの値に限定されるものではなく、他の波長を有する光（レーザ）を用いる場合についても適用可能である。
（実施例１）
図１は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図である。
波長変換レーザ装置は、レーザ光の基本波、及び（波長変換素子により）該基本波から変換された第ｎの変換波（ｎは２以上の整数）からなる複数の波長のビームが、単一軸上に出射されるように構成された光源と、光源から出射されたビームが、各波長毎に進行するように光路上に配置され、各波長毎に対応する分岐素子と合波素子からなるユニットと、ユニットを経た各々のビームを合波することにより、単一軸上を進行するビームを形成する誘導手段と、を少なくとも備える。
図１は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図である。
波長変換レーザ装置は、レーザ光の基本波、及び（波長変換素子により）該基本波から変換された第ｎの変換波（ｎは２以上の整数）からなる複数の波長のビームが、単一軸上に出射されるように構成された光源と、光源から出射されたビームが、各波長毎に進行するように光路上に配置され、各波長毎に対応する分岐素子と合波素子からなるユニットと、ユニットを経た各々のビームを合波することにより、単一軸上を進行するビームを形成する誘導手段と、を少なくとも備える。
そして本実施形態の波長変換レーザ装置では、分岐素子と合波素子との間に配置される（１つ以上の）光調整手段を有するとともに、合波素子の１つが誘導手段を兼ねる。
光源１０から出射された、１０６４ｎｍ波長の基本波ビームＬ１が、第一の波長変換素子２１に入力される。
第一の波長変換素子２１は、基本波ビームＬ１を、５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２に波長変換する。変換された５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２と、１０６４ｎｍ波長の非変換波（基本波）ビームＬ１とは、第二の波長変換素子２２に入力される。
第一の波長変換素子２１は、基本波ビームＬ１を、５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２に波長変換する。変換された５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２と、１０６４ｎｍ波長の非変換波（基本波）ビームＬ１とは、第二の波長変換素子２２に入力される。
第二の波長変換素子２２は、５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２を、さらに波長３５５ｎｍの第二の変換波ビームＬ３に変換する。第二の波長変換素子２２から出射した１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍ波長の３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、ユニット３０Ａ（３０）に入射する。
ユニット３０Ａ（３０）は、第一の分岐素子４１及び第二の分岐素子４２と、第一の合波素子５１及び第二の合波素子５２と、光調整手段とを備える。
光調整手段は、例えば図２に示すように、ビーム変換器（レンズ、レンズ群）、光変調器（ＡＯ変調器９１、ＥＯ変調器９２）、光減衰器９３、光路変換器（ミラー９４、プリズム、光偏向器９５）から選択される１又は２以上の光学部品である。
ビーム変換器（Beam converter）としては、例えば、レンズやレンズ群が挙げられる。レンズとは、光を屈折させて発散または集束させるための光学素子である。通常は、両側面を球面と球面または球面と平面とした透明体である。用途によっては、片面または両面を球面としない非球面レンズも利用される。レンズ群とは、レンズが単体であろうと複数であろうと関係なく「一塊になっているもの」を指す言葉であり、例えば、「１２群１５枚」といえば、１５枚のレンズから構成されており、それらが１２のグループに分かれていることを意味する。
図２（ａ）に示すＡＯ変調器（Acousto optic modulator：音響光学変調器）９１は、音響光学素子に超音波の周波数を加えると、周期的な屈折率の変化が生じる性質（音響光学効果）を回折格子として利用し、１次回折光を出力としたものである。この回折光は、超音波の周波数分シフトしている。可視近赤域の音響光学素子の材質としては、例えば、石英結晶(Crystal quartz)、溶融石英(Fused silica)、二酸化テルル(Tellurium dioxide)が挙げられる。ＡＯ変調器９１は、例えば、入力光を変調して、ロックインアンプで信号を増幅し、ＯＮ／ＯＦＦ変調光を出力する場合に用いられる。
図２（ｂ）に示すＥＯ変調器（Electro optic modulator：電気光学変調器）９２は、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、KTN結晶等の強誘電体に電界を加えると屈折率が変化する性質（電気光学効果）を利用したものであり、屈折率の変化による位相のズレを利用して位相変調を行う、光学部品である。ＥＯ変調器９２は、例えば、入力光の位相を変調して、位相変調光を出力する場合に用いられる。
図２（ｃ）に示す光減衰器（Optical attenuator：光アッテネータ）９３は、信号を適切な信号レベルに減衰させるものである。例えば、光伝送の送受信間距離の差から発生する光パワーの差や光の反射は伝送装置に対して悪影響を及ぼす可能性があり、光パワーレベルを調整する必要がある場合、すなわち、入力光の一部を吸収することにより、光量が減衰された光を出力する場合に用いられる。
図２（ｄ）に示す光路変換器（Optical-path converter）としては、例えば、ミラー９４、プリズム、光偏向器９５が挙げられる。
ミラー９４は、入力光を反射することにより、光路を変換する場合に用いられる光学デバイスであり、一般的には、高い反射特性を有する金属膜、あるいは誘電体多層膜（増反射膜とも呼ぶ）を基板（ガラスや金属）の表面に設けた表面鏡（First surface mirror）を意味する。
ミラー９４は、入力光を反射することにより、光路を変換する場合に用いられる光学デバイスであり、一般的には、高い反射特性を有する金属膜、あるいは誘電体多層膜（増反射膜とも呼ぶ）を基板（ガラスや金属）の表面に設けた表面鏡（First surface mirror）を意味する。
プリズム（prism）とは、光を分散・屈折・全反射・複屈折させるための、周囲の空間とは屈折率の異なるガラス・水晶などの透明な媒質からなる多面体の光学デバイスである。材質の屈折率は、光の波長によって異なるため、プリズムを出る光の方向は波長によって変わる。この現象を分散という。この現象を利用することにより、プリズムは、光を分散させることによって、スペクトルを得ることができる。
図２（ｅ）に示す光偏向器（optical deflector）９５は、例えば、光ビームを一定の順序で走査させたり，任意の位置にランダムアクセス偏向させる装置であり、回転多面（ポリゴン）鏡によるもの、ガルバノメータなどで駆動する機械的な偏向器、音響光学偏向器や電気光学偏向器など非機械的なものが挙げられる。光偏向器９５は、超音波を用いて高周波掃引することにより、例えばビームを微小に動かして、平行ビームに正確に調製する場合に利用される。
本実施例のユニット３０Ａ（３０）では、光調整手段として、光減衰器６３（透過光量減衰手段）と、ミラー６１，６２、６４，６５（光路切り替え手段）とを備える。
この波長変換レーザ装置では、光調整手段が、ユニットを経た各々のビームのうち、選択した波長のビームのみ合波する。
この波長変換レーザ装置では、光調整手段が、ユニットを経た各々のビームのうち、選択した波長のビームのみ合波する。
また、これらの光調整手段のうち、光減衰器６３及びミラー６４，６５が、分岐素子と合波素子との間の光路に対して、遮断する位置と解放する位置に移動可能とされている。図１に示す例では、光減衰器６３及びミラー６４，６５は、いずれも光路を解放する位置とされている。光調整手段を適宜移動することにより、所望とするビームを取り出すことができる。
第一の分岐素子４１は、３５５ｎｍ波長のビームＬ３を透過させ、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２を反射させることにより、３５５ｎｍ波長の１ビームＬ３と、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長の２ビームＬ１，Ｌ２とに分岐する。
第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、第二の合波素子５２に入射する。１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２は、第二の分岐素子４２に入射する。
第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、第二の合波素子５２に入射する。１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２は、第二の分岐素子４２に入射する。
第二の分岐素子４２は、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を透過させ、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１を反射させることにより、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とに分岐する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、第一の合波素子５１に入射する。５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、ミラー６１，６２によって光路を順次切り替えられて、第一の合波素子５１に入射する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、第一の合波素子５１に入射する。５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、ミラー６１，６２によって光路を順次切り替えられて、第一の合波素子５１に入射する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とは、第一の合波素子５１で合波される。合波されたビームＬ１，Ｌ２は、第二の合波素子５２に入射する。
第二の合波素子５２は、この合波されたビームＬ１，Ｌ２と、第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３が合波されたビームが出射される。
第二の合波素子５２は、この合波されたビームＬ１，Ｌ２と、第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３が合波されたビームが出射される。
このようにして出射されたビームは、対象物の表面で、各波長ごとのビームの円形領域が、重なる領域を有する。すなわち、レーザ光のビーム放射強度がピーク値の１／ｅ２（１３．５％）になるビーム径をビームの直径と定義するとき、ビームの照射される対象物の表面において、誘導手段により形成されたビームを構成する各波長ごとのビームの直径により規定される円形領域どうしが、重なる（交わる）領域を有する。
このように、本発明の波長変換レーザ装置では、一つのレーザ光源で波長の異なる、複数の独立したビームを、対象物の同じ場所に、所望のビーム径、及び同一光軸で照射することができる。このような波長変換レーザ装置を用いることにより、対象物の波長依存性を同一光学系で測定可能となる。すなわち、対象物の全く同じ場所の波長依存性を容易に測定可能となる。
（実施例２）
図３は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図であり、ユニット３０Ｂ（３０）部分のみを示す。
本実施例では、ミラー６４，６５（光路切り替え手段）を、光路に対して遮断する位置に移動させることにより、１０６４ｎｍ，５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２を光路切り替えし、３３５ｎｍ波長のビームＬ３を取り出している。
図３は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図であり、ユニット３０Ｂ（３０）部分のみを示す。
本実施例では、ミラー６４，６５（光路切り替え手段）を、光路に対して遮断する位置に移動させることにより、１０６４ｎｍ，５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２を光路切り替えし、３３５ｎｍ波長のビームＬ３を取り出している。
ユニット３０Ｂ（３０）の第一の分岐素子４１に入射した３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３のうち、第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、第二の合波素子５２に入射する。１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２は、第二の分岐素子４２に入射する。
第二の分岐素子４２は、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を透過させ、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１を反射させることにより、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とに分岐する。
第二の分岐素子４２は、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を透過させ、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１を反射させることにより、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とに分岐する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、ミラー６４によって光路を切り替えられる。第二の分岐素子４２で分岐された５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、ミラー６１，６５によって光路を順次切り替えられる。
第二の合波素子５２に入射した３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、そのまま透過光量の減衰なしで出射される。
第二の合波素子５２に入射した３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、そのまま透過光量の減衰なしで出射される。
（実施例３）
図４は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図であり、ユニット３０Ｃ（３０）部分のみを示す。
本実施例では、光減衰器６３（光量調節手段）及びミラー６５（光路切り替え手段）を、光路に対して遮断する位置に移動させることにより、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を光路切り替えし、３５５ｎｍ波長のビームＬ３を減衰することにより、１０６４ｎｍの波長のビームＬ１のみを取り出している。
図４は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図であり、ユニット３０Ｃ（３０）部分のみを示す。
本実施例では、光減衰器６３（光量調節手段）及びミラー６５（光路切り替え手段）を、光路に対して遮断する位置に移動させることにより、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を光路切り替えし、３５５ｎｍ波長のビームＬ３を減衰することにより、１０６４ｎｍの波長のビームＬ１のみを取り出している。
ユニット３０Ｃ（３０）の第一の分岐素子４１に入射した３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３のうち、第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、光減衰器６３によって光量減衰される。
第一の分岐素子４１で分岐された１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２は、第二の分岐素子４２に入射する。
第一の分岐素子４１で分岐された１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２は、第二の分岐素子４２に入射する。
第二の分岐素子４２は、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を透過させ、１０６４ｎｍ長のビームを反射させることにより、１０６４ｎｍ波長のビームと、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とに分岐する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、第一の合波素子５１に入射する。５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、ミラー６１，６５によって光路を順次切り替えられる。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、第一の合波素子５１及び第二の合波素子５２を介して出射される。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、第一の合波素子５１に入射する。５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、ミラー６１，６５によって光路を順次切り替えられる。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、第一の合波素子５１及び第二の合波素子５２を介して出射される。
（実施例４）
図５は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図であり、ユニット３０Ｄ（３０）部分のみを示す。
本実施例では、光減衰器６３（光量調節手段）を、光路に対して遮断する位置に移動させることにより、３５５ｎｍ波長のビームＬ３を減衰させ、１０６４ｎｍの波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とを取り出している。
図５は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図であり、ユニット３０Ｄ（３０）部分のみを示す。
本実施例では、光減衰器６３（光量調節手段）を、光路に対して遮断する位置に移動させることにより、３５５ｎｍ波長のビームＬ３を減衰させ、１０６４ｎｍの波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とを取り出している。
ユニット３０Ｄ（３０）の第一の分岐素子４１に入射した３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３のうち、第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、光減衰器６３によって光量減衰される。
第一の分岐素子４１で分岐された１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、第二の合波素子５２に入射する。
第一の分岐素子４１で分岐された１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、第二の合波素子５２に入射する。
第二の分岐素子４２は、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を透過させ、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１を反射させることにより、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とに分岐する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、第一の合波素子５１に入射する。５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、ミラー６１，６２によって光路を順次切り替えられて、第一の合波素子５１に入射する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とは、第一の合波素子５１で合波される。合波されたビームＬ１，Ｌ２は、第二の合波素子５２を介して出射される。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とは、第一の合波素子５１で合波される。合波されたビームＬ１，Ｌ２は、第二の合波素子５２を介して出射される。
（実施例５）
図６は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図であり、ユニット３０Ｅ（３０）部分のみを示す。
本実施例では、第一の合波素子５１及びミラー６２が、光切り替えの向きを変更可能なように、移動可能とされている。本実施例では、第一の合波素子５１及びミラー６２は、図中上側に向けて光を反射（光路切り替え）する向きとされている。
図６は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図であり、ユニット３０Ｅ（３０）部分のみを示す。
本実施例では、第一の合波素子５１及びミラー６２が、光切り替えの向きを変更可能なように、移動可能とされている。本実施例では、第一の合波素子５１及びミラー６２は、図中上側に向けて光を反射（光路切り替え）する向きとされている。
ユニット３０Ｅ（３０）の第一の分岐素子４１に入射した３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３のうち、第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、第二の合波素子５２に入射する。１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、第二の分岐素子４２に入射する。
第二の分岐素子４２は、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を透過させ、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１を反射させることにより、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とに分岐する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、第一の合波素子５１に入射する。５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、ミラー４１，４２よって光路を順次切り替えられて、第一の合波素子５１に入射する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とは、第一の合波素子５１で合波される。合波されたビームＬ１，Ｌ２は、第二の合波素子５２に入射する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とは、第一の合波素子５１で合波される。合波されたビームＬ１，Ｌ２は、第二の合波素子５２に入射する。
第二の合波素子５２は、この合波されたビームＬ１，Ｌ２と、第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３が合波されたビームが出射される。
（実施例６）
図７は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図であり、ユニット３０Ｆ（３０）部分のみを示す。
本実施例では、第一の合波素子５１及びミラー６２が、光切り替えの向きを変更可能なように、移動可能とされている。本実施例では、第一の合波素子５１及びミラー６２は、図中下側に向けて光を反射（光路切り替え）する向きとされている。
図７は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図であり、ユニット３０Ｆ（３０）部分のみを示す。
本実施例では、第一の合波素子５１及びミラー６２が、光切り替えの向きを変更可能なように、移動可能とされている。本実施例では、第一の合波素子５１及びミラー６２は、図中下側に向けて光を反射（光路切り替え）する向きとされている。
ユニット３０Ｆ（３０）の第一の分岐素子４１に入射した３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３のうち、第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、第二の合波素子５２に入射する。１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、第二の分岐素子４２に入射する。
第二の分岐素子４２は、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を透過させ、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１を反射させることにより、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とに分岐する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、第一の合波素子５１によって図中下向きに光路を切り替えられる。
第二の分岐素子４２で分岐された５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、ミラー６２によって図中下向きに光路を切り替えられる。
第二の合波素子５２に入射した３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、そのまま透過光量の減衰なしで出射される。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、第一の合波素子５１によって図中下向きに光路を切り替えられる。
第二の分岐素子４２で分岐された５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、ミラー６２によって図中下向きに光路を切り替えられる。
第二の合波素子５２に入射した３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、そのまま透過光量の減衰なしで出射される。
なお、図８に示すように、波長変換レーザ装置は、さらに、レーザダンパー７１を備えていてもよい。
基本波である、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１の出力は、数Ｗ〜数百Ｗ程度である。そのため、光路切り替え後の１０６４ｎｍと５３２ｎｍのビームＬ２，Ｌ３の出力は、数ワット(Ｗ)以上ある。このように、レーザは高エネルギーを有しているため、不要レーザが照射された部分が消失してしまう虞がある。
基本波である、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１の出力は、数Ｗ〜数百Ｗ程度である。そのため、光路切り替え後の１０６４ｎｍと５３２ｎｍのビームＬ２，Ｌ３の出力は、数ワット(Ｗ)以上ある。このように、レーザは高エネルギーを有しているため、不要レーザが照射された部分が消失してしまう虞がある。
そこで、レーザダンパー７１を用いて、不用レーザのエネルギーを熱に変換する。レーザビームが入力される直径ｌｍｍ〜５ｍｍぐらいの、穴の開いた金属ブロックに不要光を入力し、エネルギーを光から熱に変換して熱処理を行う。
レーザダンパー７１の金属ブロック全体の発熱が大きい場合は、さらに放熱フィン７２を密着させて、熱を空気中に逃がしてもよい。更に温度が上昇する場合は、ファンでフィンを空冷するか、あるいは、チラーで水冷しても良い。
レーザダンパー７１の金属ブロック全体の発熱が大きい場合は、さらに放熱フィン７２を密着させて、熱を空気中に逃がしてもよい。更に温度が上昇する場合は、ファンでフィンを空冷するか、あるいは、チラーで水冷しても良い。
（実施例７）
図９は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図であり、ユニット３０Ｇ（３０）部分のみを示す。
本実施例では、第一の合波素子５１及びミラー６２が、光切り替えの向きを変更可能なように、移動可能とされている。本実施例では、第一の合波素子５１は、図中上側に向けて光を反射（光路切り替え）する向きとされている。ミラー６２は、図中下側に向けて光を反射（光路切り替え）する向きとされている。また、光減衰器６３（透過光量減衰手段）を、光路に対して遮断する位置に移動させている。
図９は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図であり、ユニット３０Ｇ（３０）部分のみを示す。
本実施例では、第一の合波素子５１及びミラー６２が、光切り替えの向きを変更可能なように、移動可能とされている。本実施例では、第一の合波素子５１は、図中上側に向けて光を反射（光路切り替え）する向きとされている。ミラー６２は、図中下側に向けて光を反射（光路切り替え）する向きとされている。また、光減衰器６３（透過光量減衰手段）を、光路に対して遮断する位置に移動させている。
本実施例では、ミラー６２により５３２ｎｍ波長のビームＬ２を光路切り替えし、３５５ｎｍ波長のビームＬ３を減衰することにより、１０６４ｎｍの波長のビームＬ１のみを取り出している。
ユニット３０Ｇ（３０）の第一の分岐素子４１に入射した３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３のうち、第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、光減衰器６３によって光量減衰される。
第一の分岐素子４１で分岐された１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２は、第二の分岐素子４２に入射する。
第一の分岐素子４１で分岐された１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２は、第二の分岐素子４２に入射する。
第二の分岐素子４２は、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を透過させ、１０６４ｎｍ長のビームを反射させることにより、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とに分岐される。
第二の分岐素子４２で分岐された５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、ミラー６１によって光路を切り替えられ、さらにミラー６２によって光路を図中下向きに切り替えられる。
第二の分岐素子４２で分岐された５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、ミラー６１によって光路を切り替えられ、さらにミラー６２によって光路を図中下向きに切り替えられる。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、第一の合波素子５１及び第二の合波素子５２を介して出射される。
（実施例８）
図１０は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図であり、ユニット３０Ｈ（３０）部分のみを示す。
本実施例では、第一の合波素子５１は、光路に対して開放する位置に移動させている。ミラー６２は、図中上側に向けて光を反射（光路切り替え）する向きとされている。また、光減衰器６３（透過光量減衰手段）を、光路に対して遮断する位置に移動させている。
図１０は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図であり、ユニット３０Ｈ（３０）部分のみを示す。
本実施例では、第一の合波素子５１は、光路に対して開放する位置に移動させている。ミラー６２は、図中上側に向けて光を反射（光路切り替え）する向きとされている。また、光減衰器６３（透過光量減衰手段）を、光路に対して遮断する位置に移動させている。
本実施例では、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１を光路切り替えし、３５５ｎｍ波長のビームＬ３を減衰することにより、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を取り出している。
ユニット３０Ｈ（３０）の第一の分岐素子４１に入射した３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３のうち、第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、光減衰器６３によって光量減衰される。
第一の分岐素子４１で分岐された１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、第二の分岐素子４２に入射する。
第一の分岐素子４１で分岐された１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、第二の分岐素子４２に入射する。
第二の分岐素子４２は、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を透過させ、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１を反射させることにより、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とに分岐する。
第二の分岐素子４２で分岐された５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、ミラー６１，６５によって光路を順次切り替えられ、さらに第二の合波素子５２を介して出射される。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、その光切り替え光を、利用光として取り出してもよい。
第二の分岐素子４２で分岐された５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、ミラー６１，６５によって光路を順次切り替えられ、さらに第二の合波素子５２を介して出射される。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、その光切り替え光を、利用光として取り出してもよい。
（実施例９）
図１１は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図である。
上述した実施例では、光路切り替え手段として、２枚以上のミラーを用いていたが、本実施例では、光路切り替え手段として、ミラー６１の１枚のみを用いている。光減衰器６３及び、ミラー６４が、光路に対して解放する位置とされている。
図１１は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図である。
上述した実施例では、光路切り替え手段として、２枚以上のミラーを用いていたが、本実施例では、光路切り替え手段として、ミラー６１の１枚のみを用いている。光減衰器６３及び、ミラー６４が、光路に対して解放する位置とされている。
波長変換素素子は、第二高調波である。光源１０から出射された１０６４ｎｍの基本波ビームＬ１は、第一の波長変換素子２１で５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２に波長変換される。変換された５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２と、１０６４ｎｍ波長の非変換波ビームＬ１とは、ユニット３０Ｉ（３０）の第一の分岐素子４１に入射する。
第一の分岐素子４１は、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を透過させ、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１を反射させることにより、５３２ｎｍ波長のビームＬ２と、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１とに分岐する。
第一の分岐素子４１で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、ミラー６１によって光路を切り替えられて、第一の合波素子５１に入射する。
第一の分岐素子４１で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、ミラー６１によって光路を切り替えられて、第一の合波素子５１に入射する。
第一の分岐素子４１を透過した５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、第一の合波素子５１に入射する。
第二の合波素子５２は、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と５３２ｎｍ波長のビームＬ２とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、２ビームＬ１，Ｌ２が合波されたビームが出射される。
第二の合波素子５２は、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と５３２ｎｍ波長のビームＬ２とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、２ビームＬ１，Ｌ２が合波されたビームが出射される。
（実施例１０）
図１２は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図である。
図１２に示す例では、分岐素子と合波素子とが、別の場所に配されている。また、光減衰器６３及び、ミラー６４が、光路に対して解放する位置とされている。
図１２は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図である。
図１２に示す例では、分岐素子と合波素子とが、別の場所に配されている。また、光減衰器６３及び、ミラー６４が、光路に対して解放する位置とされている。
波長変換素素子は、第二高調波である。光源から出射された１０６４ｎｍの基本波ビームＬ１は、第一の波長変換素子２１で５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２に波長変換される。変換された５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ１と、１０６４ｎｍ波長の非変換波ビームＬ２とは、ユニット３０Ｊ（３０）の第一の分岐素子４１に入射する。
第一の分岐素子４１は、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を透過させ、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１を反射させることにより、５３２ｎｍ波長のビームＬ２と、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１とに分岐する。
第一の分岐素子４１で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、ミラー６１によって光路を切り替えられて、第一の合波素子５１に入射する。
第一の分岐素子４１で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、ミラー６１によって光路を切り替えられて、第一の合波素子５１に入射する。
第一の分岐素子４１を透過した５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、ミラー６２によって光路を切り替えられて、第一の合波素子５１に入射する。
第一の合波素子５１は、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と５３２ｎｍ波長のビームＬ２とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、２ビームＬ１，Ｌ２が合波されたビームが、図中下向きに出射される。
第一の合波素子５１は、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と５３２ｎｍ波長のビームＬ２とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、２ビームＬ１，Ｌ２が合波されたビームが、図中下向きに出射される。
（実施例１１）
図１３は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図である。
図１３に示す例では、分岐素子と合波素子とが、別の場所に配されている。また、光減衰器６３及び、ミラー６４，６５が、光路に対して解放する位置とされている。
ユニット３０Ｋ（３０）の第一の分岐素子４１に入射した３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３のうち、第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、第二の合波素子５２に入射する。
第一の分岐素子４１で分岐された１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２は、ミラー６７によって光路切り替えされ、第二の分岐素子４２に入射する。
図１３は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図である。
図１３に示す例では、分岐素子と合波素子とが、別の場所に配されている。また、光減衰器６３及び、ミラー６４，６５が、光路に対して解放する位置とされている。
ユニット３０Ｋ（３０）の第一の分岐素子４１に入射した３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３のうち、第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、第二の合波素子５２に入射する。
第一の分岐素子４１で分岐された１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２は、ミラー６７によって光路切り替えされ、第二の分岐素子４２に入射する。
第二の分岐素子４２は、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を透過させ、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１を反射させることにより、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とに分岐する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、ミラー６１，６５によって光路を順次切り替えられ、第一の合波素子５１に入射する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、ミラー６１，６５によって光路を順次切り替えられ、第一の合波素子５１に入射する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とは、第一の合波素子５１で合波される。合波されたビームＬ１，Ｌ２は、ミラー６８によって光路を順次切り替えられ第二の合波素子５２に入射する。
第二の合波素子５２は、この合波されたビームＬ１，Ｌ２と、第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３が合波されたビームが出射される。
第二の合波素子５２は、この合波されたビームＬ１，Ｌ２と、第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３が合波されたビームが出射される。
（実施例１２）
図１４は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図であり、ユニット３０Ｌ（３０）部分のみを示す。
光路中にビーム径変換手段が配されていてもよい。ビーム径変換手段を配することにより、３色のビーム径を調整あるいは一致させることができる。ビーム径変換手段は、例えばレンズ８１〜８４である。
光減衰器６３及び、ミラー６３，６４，６５が、光路に対して解放する位置とされている。
図１４は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図であり、ユニット３０Ｌ（３０）部分のみを示す。
光路中にビーム径変換手段が配されていてもよい。ビーム径変換手段を配することにより、３色のビーム径を調整あるいは一致させることができる。ビーム径変換手段は、例えばレンズ８１〜８４である。
光減衰器６３及び、ミラー６３，６４，６５が、光路に対して解放する位置とされている。
ユニット３０Ｌ（３０）の第一の分岐素子４１に入射した３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３のうち、第一の分岐素子４１は、３５５ｎｍ波長のビームＬ３を透過させ、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を反射させることにより、３５５ｎｍ波長のビームＬ３と、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２とに分岐する。
第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、第二の合波素子５２に入射する。１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２は、レンズ８１によってビーム径を調整された後、第二の分岐素子４２に入射する。
第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３は、第二の合波素子５２に入射する。１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２は、レンズ８１によってビーム径を調整された後、第二の分岐素子４２に入射する。
第二の分岐素子４２は、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を透過させ、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１を反射させることにより、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とに分岐する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、第一の合波素子５１に入射する。５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、レンズ８２によってビーム径を調整された後、ミラー６１によって光路を切り替えられる。さらにレンズ８３によってビーム径を調整されて、ミラー６２によって光路を切り替えられ、レンズ８４によってビーム径を調整されて、第一の合波素子５１に入射する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とは、第一の合波素子５１で合波される。合波されたビームＬ１，Ｌ２は、第二の合波素子５２に入射する。
第二の合波素子５２は、この合波されたビームＬ１，Ｌ２と、第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３が合波されたビームが出射される。このとき、ビームＬ２，Ｌ３は、レンズによってビーム径が調整されたものとなる。
第二の合波素子５２は、この合波されたビームＬ１，Ｌ２と、第一の分岐素子４１で分岐された３５５ｎｍ波長のビームＬ３とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ３が合波されたビームが出射される。このとき、ビームＬ２，Ｌ３は、レンズによってビーム径が調整されたものとなる。
（実施例１３）
図１５は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図である。
光減衰器６３及び、ミラー６４が、光路に対して解放する位置とされている。
波長変換素素子は、第二高調波である。光源から出射された１０６４ｎｍの基本波ビームＬ１は、第一の波長変換素子２１で５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２に波長変換される。変換された５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２と、１０６４ｎｍ波長の非変換波ビームＬ１とは、ユニット３０Ｍ（３０）の第一の分岐素子４１に入射する。
図１５は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図である。
光減衰器６３及び、ミラー６４が、光路に対して解放する位置とされている。
波長変換素素子は、第二高調波である。光源から出射された１０６４ｎｍの基本波ビームＬ１は、第一の波長変換素子２１で５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２に波長変換される。変換された５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２と、１０６４ｎｍ波長の非変換波ビームＬ１とは、ユニット３０Ｍ（３０）の第一の分岐素子４１に入射する。
第一の分岐素子４１は、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を透過させ、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１を反射させることにより、５３２ｎｍ波長のビームＬ２と、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１とに分岐する。
第一の分岐素子４１で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、ミラー６１，６２によって光路を順次切り替えられて、第一の合波素子５１に入射する。
第一の分岐素子４１で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、ミラー６１，６２によって光路を順次切り替えられて、第一の合波素子５１に入射する。
第一の分岐素子４１を透過した５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、第一の合波素子５１に入射する。
第二の合波素子５２は、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と５３２ｎｍ波長のビームＬ２とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、２ビームＬ１，Ｌ２が合波されたビームが得られる。
第二の合波素子５２は、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と５３２ｎｍ波長のビームＬ２とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、２ビームＬ１，Ｌ２が合波されたビームが得られる。
（実施例１４）
図１６は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図である。
第一波長変換素子及び第二波長変換素子として、第二高調波を用いた例である。
本実施例では、光減衰器６３及びミラー６４，６５は、いずれも光路を解放する位置とされている。
図１６は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図である。
第一波長変換素子及び第二波長変換素子として、第二高調波を用いた例である。
本実施例では、光減衰器６３及びミラー６４，６５は、いずれも光路を解放する位置とされている。
光源１０から出射された、１０６４ｎｍ波長の基本波ビームＬ１が、第一の波長変換素子２１に入力される。
第一の波長変換素子２１は、基本波ビームＬ１を、５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２に波長変換する。変換された５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２と、１０６４ｎｍ波長の非変換波（基本波）ビームＬ１とは、第二の波長変換素子２２に入力される。
第一の波長変換素子２１は、基本波ビームＬ１を、５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２に波長変換する。変換された５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２と、１０６４ｎｍ波長の非変換波（基本波）ビームＬ１とは、第二の波長変換素子２２に入力される。
第二の波長変換素子２２は、５３２ｎｍ波長の第一の変換波を、さらに波長２６６ｎｍの第二の変換波ビームＬ４に変換する。第二の波長変換素子２２から出射した１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、２６６ｎｍ波長の３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ４は、ユニット３０Ｎ（３０）に入射する。
第一の分岐素子４１は、２６５ｎｍ波長のビームＬ４を透過させ、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２を反射させることにより、２６５ｎｍ波長の１ビームＬ４と、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長の２ビームＬ１，Ｌ２とに分岐する。
第一の分岐素子４１で分岐された２６５ｎｍ波長のビームＬ４は、第二の合波素子５２に入射する。１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２は、第二の分岐素子４２に入射する。
第一の分岐素子４１で分岐された２６５ｎｍ波長のビームＬ４は、第二の合波素子５２に入射する。１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ波長のビームＬ１，Ｌ２は、第二の分岐素子４２に入射する。
第二の分岐素子４２は、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を透過させ、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１を反射させることにより、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とに分岐する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、第一の合波素子５１に入射する。５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、ミラー６１，６２によって光路を順次切り替えられて、第一の合波素子５１に入射する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、第一の合波素子５１に入射する。５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、ミラー６１，６２によって光路を順次切り替えられて、第一の合波素子５１に入射する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ波長のビームＬ２とは、第一の合波素子５１で合波される。合波されたビームＬ１，Ｌ２は、第二の合波素子５２に入射する。
第二の合波素子５２は、この合波されたビームＬ１，Ｌ２と、第一の分岐素子４１で分岐された２６５ｎｍ波長のビームＬ４とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ４が合波されたビームが出射される。
第二の合波素子５２は、この合波されたビームＬ１，Ｌ２と、第一の分岐素子４１で分岐された２６５ｎｍ波長のビームＬ４とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、３ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ４が合波されたビームが出射される。
（実施例１５）
図１７は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図である。
本実施例では、基本波を４種類の波長のビームに変換している。第一〜第三長変換素子として、第二高調波を用いる。
図１７は、本実施例の波長変換レーザ装置の一例を示す模式図である。
本実施例では、基本波を４種類の波長のビームに変換している。第一〜第三長変換素子として、第二高調波を用いる。
光源１０から出射された、１０６４ｎｍ波長の基本波ビームＬ１が、第一の波長変換素子２１に入力される。
第一の波長変換素子２１は、基本波ビームＬ１を、５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２に波長変換する。変換された５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２と、１０６４ｎｍ波長の非変換波（基本波）ビームＬ１とは、第二の波長変換素子２２に入力される。
第一の波長変換素子２１は、基本波ビームＬ１を、５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２に波長変換する。変換された５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２と、１０６４ｎｍ波長の非変換波（基本波）ビームＬ１とは、第二の波長変換素子２２に入力される。
第二の波長変換素子２２は、５３２ｎｍ波長の第一の変換波ビームＬ２を、さらに波長２６６ｎｍの第二の変換波ビームＬ４に変換する。
第三の波長変換素子２３は、２６６ｎｍ波長の第二の変換波ビームＬ４を、１３３ｎｍ波長の第三の変換波ビームＬ５に波長変換する。
第二の波長変換素子２２から出射した１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、２６６ｎｍ、１３３ｎｍ波長の４ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ４、Ｌ５は、ユニット３０Ｏ（３０）に入射する。
第三の波長変換素子２３は、２６６ｎｍ波長の第二の変換波ビームＬ４を、１３３ｎｍ波長の第三の変換波ビームＬ５に波長変換する。
第二の波長変換素子２２から出射した１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、２６６ｎｍ、１３３ｎｍ波長の４ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ４、Ｌ５は、ユニット３０Ｏ（３０）に入射する。
ユニット３０Ｏ（３０）において、光減衰器６３及び、ミラー６４〜６６が、光路に対して、遮断する位置と解放する位置に移動可能とされている。図１７に示す例では、光路に対して、解放する位置とされている。
ユニット３０Ｏ（３０）の第一の分岐素子４１は、１３３ｎｍ波長のビームＬ５を透過させ、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、２６６ｎｍ波長のビームＬ１、Ｌ２，Ｌ４を反射させることにより、２６６ｎｍ波長のビームＬ５と、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、２６６ｎｍ波長のビームＬ１、Ｌ２，Ｌ４とに分岐する。
第一の分岐素子４１で分岐された１３３ｎｍ波長のビームＬ５は、第三の合波素子５３に入射する。１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、２６６ｎｍ波長のビームＬ１、Ｌ２，Ｌ４は、第二の分岐素子４２に入射する。
ユニット３０Ｏ（３０）の第一の分岐素子４１は、１３３ｎｍ波長のビームＬ５を透過させ、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、２６６ｎｍ波長のビームＬ１、Ｌ２，Ｌ４を反射させることにより、２６６ｎｍ波長のビームＬ５と、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、２６６ｎｍ波長のビームＬ１、Ｌ２，Ｌ４とに分岐する。
第一の分岐素子４１で分岐された１３３ｎｍ波長のビームＬ５は、第三の合波素子５３に入射する。１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、２６６ｎｍ波長のビームＬ１、Ｌ２，Ｌ４は、第二の分岐素子４２に入射する。
第二の分岐素子４２は、５３２ｎｍ、２６６ｎｍ波長のビームＬ２，Ｌ４を透過させ、１０６４ｎｍ長のビームＬ１を反射させることにより、１０６４ｎｍ波長のビームＬ１と、５３２ｎｍ、２６６ｎｍ波長のビームＬ２，Ｌ４とに分岐する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、第二の合波素子５２に入射する。５３２ｎｍ、２６６ｎｍ波長のビームＬ２，Ｌ４は、第三の分岐素子４３に入射する。
第三の分岐素子４３は、２６６ｎｍ波長のビームＬ４を透過させ、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を反射させることにより、５３２ｎｍ波長のビームＬ２と、２６６ｎｍ波長のビームＬ４に分岐する。
第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１は、第二の合波素子５２に入射する。５３２ｎｍ、２６６ｎｍ波長のビームＬ２，Ｌ４は、第三の分岐素子４３に入射する。
第三の分岐素子４３は、２６６ｎｍ波長のビームＬ４を透過させ、５３２ｎｍ波長のビームＬ２を反射させることにより、５３２ｎｍ波長のビームＬ２と、２６６ｎｍ波長のビームＬ４に分岐する。
第三の分岐素子４３で分岐された５３２ｎｍ波長のビームＬ２は、第一の合波素子５１に入射する。２６６ｎｍ波長のビームＬ４は、ミラー６１，６２によって光路を順次切り替えられて、第一の合波素子５１に入射する。
第二の分岐素子４２で分岐された５３２ｎｍ波長のビームＬ２と、２６６ｎｍ波長のビームＬ４とは、第一の合波素子５１でに合波される。合波されたビームＬ２，Ｌ４は、第二の合波素子５２に入射する。
第二の分岐素子４２で分岐された５３２ｎｍ波長のビームＬ２と、２６６ｎｍ波長のビームＬ４とは、第一の合波素子５１でに合波される。合波されたビームＬ２，Ｌ４は、第二の合波素子５２に入射する。
第二の合波素子５２は、この合波されたビームＬ２，Ｌ４と、第二の分岐素子４２で分岐された１０６４ｎｍ波長のビームＬ１とを合波する。合波されたビームＬ１，Ｌ２，Ｌ４は、第三の合波素子５３に入射する。
第三の合波素子５３は、この合波されたビームＬ１，Ｌ２，Ｌ４と、第一の分岐素子４１で分岐された１３３ｎｍ波長のビームＬ５とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、４ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ４、Ｌ５が合波されたビームが得られる。
第三の合波素子５３は、この合波されたビームＬ１，Ｌ２，Ｌ４と、第一の分岐素子４１で分岐された１３３ｎｍ波長のビームＬ５とを合波する。これにより、透過光量の減衰なしで、４ビームＬ１，Ｌ２，Ｌ４、Ｌ５が合波されたビームが得られる。
上述した各実施例のいずれにおいても、一つのレーザ光源で複数の波長を利用できるため、各波長個々の光源を用意するのに比べて光源のコストを安く抑えることができる。
また、従来では複数の光源で構成されていた光学系システムを、一つの光源で構成することができるため、装置を簡略化することができる。すなわち、コストダウン及び小型化を図ることができる。
また、従来では複数の光源で構成されていた光学系システムを、一つの光源で構成することができるため、装置を簡略化することができる。すなわち、コストダウン及び小型化を図ることができる。
そして特に本発明の波長変換レーザ装置では、一つのレーザ光源で波長の異なる、複数の独立したビームを、対象物の同じ場所に、所望のビーム径、及び同一光軸で照射することができる。このような波長変換レーザ装置を用いることにより、対象物の波長依存性を同一光学系で測定可能となる。すなわち、対象物の全く同じ場所の波長依存性を容易に測定可能となる。
そして特に本発明の波長変換レーザ装置では、一つのレーザ光源で波長の異なる、複数の独立したビームを、対象物の同じ場所に、所望のビーム径、及び同一光軸で照射することができる。このような波長変換レーザ装置を用いることにより、対象物の波長依存性を同一光学系で測定可能となる。すなわち、対象物の全く同じ場所の波長依存性を容易に測定可能となる。
本発明の波長変換レーザ装置は、基本波のレーザ光源としてファイバーレーザを、波長変換素子として周期反転構造の非線形素子を用いた構成が好ましい。この構成によれば、波長変換の自由度を増やすことができる。
以下では、上記構成について、図１８及び図１９を用いて詳細に説明する。
以下では、上記構成について、図１８及び図１９を用いて詳細に説明する。
図１８は、本発明に係る波長変換レーザ装置で用いるファイバーレーザを説明する模式図である。ファイバーレーザは、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating：ファイバーブラックグレーティング）の間にドープファイバーを配してなる。励起ＬＤ（Laser diode：レーザーダイオード）によりドープファイバーを励起し、発光された光は、２つのＦＢＧからなる共振構造により共振が発生する。共振器内のパワーが増大すると、レーザ発振が起こり、出力側のＦＢＧからレーザ光が出力される。出力側のＦＢＧは、透過率がたとえば１０％で設計される。ドープファイバーは、イッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）がドープされ、励起ＬＤのエネルギーを高効率に吸収し、９５０−１１００ｎｍの波長の光が発光される。
ＦＢＧは、ファイバー内に周期構造の屈折率グレーティングが形成されている。このグレーティングの周期は、干渉露光の条件を変えることにより任意のものが形成可能である。周期はファイバーレーザのブラッグ反射波長と関連するため、周期の値で発振波長が決定される。たとえば、１０６４ｎｍの波長でブラッグ反射を起こす周期とすることで、１０６４ｎｍのレーザ発振を起こすことが可能である。
ファイバーレーザを構成するファイバーとしては、偏光保存ファイバーが好適に用いられる。ファイバーレーザの偏波が保持されていないと、波長変換素子の変換効率が偏波方向により変化し、出力が安定しない光源となってしまい、工業的には扱いにくいものとなる。
一方、周期反転分極型ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３では、分極反転周期を変えることで、任意の波長への波長変換が可能である。本発明における波長変換は、ファイバーレーザを基本波とし、その基本波のＦＢＧのピッチと分極反転周期を適切に選ぶことにより、様々な波長への波長変換が可能となる。ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５：リチウム・トリボレート）やＢＢＯ（ＢａＢ２Ｏ４：バリウム・ボライト）といった様々な結晶を用いることなく、３５０ｎｍの紫外から赤外に亘る波長域を、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３の結晶でカバーすることが可能となる。勿論、３５０ｎｍ以下の紫外では、波長の透過に優れたＬＢＯやＢＢＯといった結晶を用いることも可能である。
図１９は、本発明に係る波長変換レーザ装置で用いる１パス方式の波長変換を説明する模式図。である。図１９における「ＦＬ」はファイバーレーザ（Fiber Laserの略称）であり、図１８に説明した構成のファイバーレーザが好適に用いられる。ＰＰＳＬＴは、周期分極反転タンタル酸リチウム（periodically poled stoichiometric LiTaO3）のバルクである。ＳＨＧ光は、第二高調波発生（second harmonic generation）光を意味する。
本発明の波長変換レーザ装置は、たとえば１０Ｗ以上で数１００Ｗの出力のファイバーレーザーを用いることができるので、バルクの１パスの波長変換でも高効率の波長変換が可能となり、ひいては高出力の波長変換波が得られる。また、１パスの波長変換では、非変換光を容易に取り出せることから、本発明の構成にある波長変換レーザ装置においては、変換光と非変換光の各波長を容易に取り出し、分岐、合波、および光調整を実施することが可能となる。ＤＰＳＳ（Diode Pumped Solid State：半導体励起固体）レーザのような共振器構造の場合には、基本波が共振器内に閉じ込められてしまい、外部に取り出せない。ゆえに、本発明のような構成を仮に採用したとしても、基本波の出力が弱くなり、波長毎に極端に光量バランスの悪い光源となってしまうので、芳しくない。
以上、本発明の波長変換レーザ装置について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
本発明は、波長変換レーザ装置に広く適用可能である。
１０ 光源、２１ 第一の波長変換素子、２２ 第二の波長変換素子、２３ 第三の波長変換素子、３０Ａ〜３０Ｏ（３０） ユニット、４１ 第一の分岐素子、４２ 第二の分岐素子、４３ 第三の分岐素子、５１ 第二の合波素子、５２ 第二の合波素子、５３ 第三の合波素子、６１，６２，６４，６５，６６ ミラー（光路切り替え手段）、６３ 光減衰器（光量減衰手段）、７１ レーザダンパー、７２ 放熱フィン、８１〜８４ レンズ。
Claims (5)
- レーザ光の基本波、及び該基本波から変換された第ｎの変換波（ｎは２以上の整数）からなる複数の波長のビームが、単一軸上に出射されるように構成された光源と、
前記光源から出射されたビームが、各波長毎に進行するように光路上に配置され、各波長毎に対応する分岐素子と合波素子からなるユニットと、
前記ユニットを経た各々のビームを合波することにより、単一軸上を進行するビームを形成する誘導手段と、を少なくとも備えた波長変換レーザ装置であって、
前記分岐素子と前記合波素子との間に配置される光調整手段を有するとともに、前記合波素子の１つが前記誘導手段を兼ねることを特徴とする波長変換レーザ装置。 - 前記光調整手段が、前記ユニットを経た各々のビームのうち、選択した波長のビームのみ合波することを特徴とする請求項１に記載の波長変換レーザ装置。
- 前記光調整手段が、ビーム変換器、光変調器、光減衰器、光路変換器から選択される１又は２以上の光学部品であることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長変換レーザ装置。
- 前記光調整手段が、前記分岐素子と前記合波素子との間の光路に対して、遮断する位置と解放する位置に移動可能とされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波長変換レーザ装置。
- レーザ光のビーム放射強度がピーク値の１／ｅ２ になるビーム径をビームの直径と定義するとき、
前記ビームの照射される対象物の表面において、前記誘導手段により形成されたビームを構成する各波長ごとのビームの直径により規定される円形領域どうしが、重なる領域を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波長変換レーザ装置。
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|---|---|---|---|
| JP2013228748A JP2015087729A (ja) | 2013-11-01 | 2013-11-01 | 波長変換レーザ装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017204421A1 (de) | 2016-03-16 | 2017-09-21 | Hamamatsu Photonics K.K. | Optisches Modul |
| CN115173213A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-10-11 | 国神光电科技（上海）有限公司 | 一种提高激光变频时开关光功率快速响应的激光装置 |
-
2013
- 2013-11-01 JP JP2013228748A patent/JP2015087729A/ja active Pending
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| US10488680B2 (en) | 2016-03-16 | 2019-11-26 | Hamamatsu Photonics K.K. | Optical module |
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