JP2015119012A - Solid state laser device and nonlinear measuring device using the same - Google Patents

Solid state laser device and nonlinear measuring device using the same Download PDF

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Hideo Iwase
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that the excitation efficiency cannot be enhanced sufficiently, because the beam waists of excitation light beams cross at an angle θ(0<θ) in the condensing position, in a solid-state laser device configured to excite a gain medium with a plurality of excitation light sources.SOLUTION: In a nonlinear measuring device where a solid-state laser device includes: a light source for emitting the output light including first light and second light having a wavelength different from that of the first light and modulated for the first light; a condensing optical system for condensing the output light and irradiating a subject therewith; and a detector for detecting the first light passed through the subject, the light source includes a solid state laser device described in any one of claims 1-8.

Description

本発明は、結晶利得媒体と複数の励起光源を備える固体レーザ装置、およびそれを用いた非線形計測装置に関する。   The present invention relates to a solid-state laser apparatus including a crystal gain medium and a plurality of excitation light sources, and a nonlinear measurement apparatus using the solid-state laser apparatus.

近年、照射光によって被検体に生じる、誘導ラマン散乱、2光子吸収による蛍光、アンチストークスラマン散乱などの非線形効果を利用して物質を同定あるいは観察する非線形計測装置が注目されている。非線形効果は、照射光のピークパワーが高いほど強く現れるため、非線形計測装置の光源には高い出力が求められている。   In recent years, attention has been focused on nonlinear measuring apparatuses that identify or observe substances using nonlinear effects such as stimulated Raman scattering, fluorescence due to two-photon absorption, anti-Stokes Raman scattering, and the like that occur in an object by irradiation light. Since the nonlinear effect becomes stronger as the peak power of the irradiation light is higher, a higher output is required for the light source of the nonlinear measuring apparatus.

出力の高い光源の1つとして、固体レーザ装置が知られている。固体レーザ装置は、共振器内に配置された利得媒体に励起光ビームを照射し、誘導放出および発振させることにより生じたレーザビームを出力する。   A solid-state laser device is known as one of high-output light sources. The solid-state laser device outputs a laser beam generated by irradiating a gain medium disposed in a resonator with an excitation light beam, stimulated emission and oscillation.

非特許文献1には、励起光源を複数用いた固体レーザ装置(モードロックレーザ)が開示されている。図9(a)は、非特許文献1に記載された固体レーザ装置の構成を表す模式図である。図9(a)の固体レーザ装置は、複数の高反射ミラー901で構成された共振器内に、チタンサファイア結晶904が配置されており、チタンサファイア結晶904を励起するための2個の励起光源(青色レーザダイオード)905と906とを備えている。各励起光源から発せられた励起光ビーム911、912は、それぞれコリメートレンズ907にてコリメートされ、ミラー910により集光レンズ909へと導かれる。図9(b)に、集光レンズに入射する際の励起光ビーム911、912の、集光レンズの光軸に垂直な面における分布を示す。   Non-Patent Document 1 discloses a solid-state laser device (mode-locked laser) using a plurality of excitation light sources. FIG. 9A is a schematic diagram illustrating the configuration of the solid-state laser device described in Non-Patent Document 1. FIG. In the solid-state laser device of FIG. 9A, a titanium sapphire crystal 904 is disposed in a resonator composed of a plurality of high reflection mirrors 901, and two excitation light sources for exciting the titanium sapphire crystal 904 are provided. (Blue laser diode) 905 and 906 are provided. Excitation light beams 911 and 912 emitted from each excitation light source are collimated by a collimator lens 907 and guided to a condenser lens 909 by a mirror 910. FIG. 9B shows the distribution of the excitation light beams 911 and 912 on the plane perpendicular to the optical axis of the condenser lens when entering the condenser lens.

集光レンズ909を通過した励起光ビーム911、912は、集光レンズ909の集光位置でそれぞれビームウエストを形成する。図9(c)は、励起光ビーム911、912それぞれのビームウエスト1002、1003を表している。集光位置において、励起光ビーム911のビームウエスト1002と励起光ビーム912のビームウエスト1003とが交差して重なる図の斜線部1005では、励起強度が高くなる。斜線部1005が照射されるように利得媒体904を配置すると、高い励起強度で励起され、高い出力を得ることができる。利得媒体904で生じた光は、複数の高反射ミラー901で構成された共振器内で発振し、その一部が出力として部分反射ミラー902から出射する。   The excitation light beams 911 and 912 that have passed through the condenser lens 909 form beam waists at the condensing position of the condenser lens 909, respectively. FIG. 9C shows beam waists 1002 and 1003 of the excitation light beams 911 and 912, respectively. At the condensing position, the excitation intensity is high in the hatched portion 1005 in the figure where the beam waist 1002 of the excitation light beam 911 and the beam waist 1003 of the excitation light beam 912 intersect and overlap each other. When the gain medium 904 is arranged so that the hatched portion 1005 is irradiated, excitation is performed with high excitation intensity and high output can be obtained. The light generated in the gain medium 904 oscillates in a resonator composed of a plurality of high reflection mirrors 901, and part of the light is emitted from the partial reflection mirror 902 as an output.

Charles G.Durfee 「Direct diode−pumped Kerr−lens mode−locked Ti:sapphjre laser」 OPTICS EXPRESS 18 June 2012/Vol.20,No.13 13677−13683Charles G. Durfee “Direct diode-pumped Kerr-lens mode-locked Ti: sapphjre laser” OPTICS EXPRESS 18 June 2012 / Vol. 20, no. 13 13677-13683

ところが、非特許文献1に記載されているように、励起光ビーム911と励起光ビーム912とが集光位置において角度θ(0°<θ)で交差する場合、各励起光ビームのビームウエストの重なりが狭いため、励起効率を充分に高めることができない。   However, as described in Non-Patent Document 1, when the excitation light beam 911 and the excitation light beam 912 intersect at an angle θ (0 ° <θ) at the condensing position, the beam waist of each excitation light beam Since the overlap is narrow, the excitation efficiency cannot be sufficiently increased.

この課題を、図9(c)を用いて説明する。励起ビーム911と励起ビーム912とは別体の励起光源から出力されたものであるため、両者間には干渉性はなく、それぞれ独立にビームウエスト1002および1003を形成する。図10の点線1006、1007はそれぞれ、励起光ビーム911、912の進行方向のビームウエストの中心軸(以下、単に中心軸と称する)を表している。点線1006と点線1007とは、角度θ(0°<θ)で交差している。よって、各励起光ビームのビームウエストの重なりは図の斜線部1005に限られてしまう。   This problem will be described with reference to FIG. Since the excitation beam 911 and the excitation beam 912 are output from separate excitation light sources, there is no interference between them, and beam waists 1002 and 1003 are formed independently of each other. Dotted lines 1006 and 1007 in FIG. 10 represent central axes (hereinafter simply referred to as central axes) of beam waists in the traveling direction of the excitation light beams 911 and 912, respectively. The dotted line 1006 and the dotted line 1007 intersect at an angle θ (0 ° <θ). Therefore, the overlap of the beam waists of the excitation light beams is limited to the hatched portion 1005 in the drawing.

チタンサファイア結晶内での励起ビームの吸収係数は数cm−1程度であるから、励起ビームが結晶内を伝搬することのできる距離は、数mm程度である。例えば、励起ビームのビームウエストの直径が30μm、励起光ビームが交差する角度θが30°である場合、その重なりの長さΔSは約115μmと見積もることができる。ΔSは、励起ビームが結晶内を伝搬することのできる距離の数十分の一と短いため、その励起ビームのエネルギーの多くは図9(b)の斜線部1005の外で吸収される。 Since the absorption coefficient of the excitation beam in the titanium sapphire crystal is about several cm −1 , the distance that the excitation beam can propagate in the crystal is about several mm. For example, when the diameter of the beam waist of the excitation beam is 30 μm and the angle θ at which the excitation light beams intersect is 30 °, the overlap length ΔS can be estimated to be about 115 μm. Since ΔS is as short as several tenths of the distance that the excitation beam can propagate in the crystal, much of the energy of the excitation beam is absorbed outside the hatched portion 1005 in FIG. 9B.

図9(b)の点線1004は、発振したレーザビームを示している。点線1004で表されるビームの外側で吸収される励起光ビームは、レーザビームの発振には寄与しない。そのため、図9の固体レーザ装置は、2個のレーザダイオードを使用しているにも関わらず、励起効率を充分に高めることができない。   A dotted line 1004 in FIG. 9B indicates the oscillated laser beam. The excitation light beam absorbed outside the beam represented by the dotted line 1004 does not contribute to the oscillation of the laser beam. For this reason, the solid-state laser device of FIG. 9 cannot sufficiently increase the pumping efficiency even though it uses two laser diodes.

上記課題を鑑み、本発明による固体レーザ装置は、励起光ビームを出射する複数の励起光源と、共振器を構成する複数のミラーと、前記共振器内に配置された利得媒体と、前記複数の励起光源から出射された複数の励起光ビームを集光して前記利得媒体に照射する集光レンズと、を備える固体レーザ装置であって、
前記複数の光源から出射された励起光ビームのそれぞれは、前記集光レンズの光軸に対して回転対象に前記集光レンズに入射することを特徴とする。
In view of the above problems, a solid-state laser device according to the present invention includes a plurality of excitation light sources that emit an excitation light beam, a plurality of mirrors that form a resonator, a gain medium disposed in the resonator, and the plurality of the plurality of excitation light sources. A condensing lens that condenses a plurality of excitation light beams emitted from an excitation light source and irradiates the gain medium,
Each of the excitation light beams emitted from the plurality of light sources is incident on the condenser lens to be rotated with respect to the optical axis of the condenser lens.

また、本発明にかかる非線形計測装置は、第1の光と、前記第1の光とは異なる波長を有し、前記第1の光に対して変調された第2の光と、を含む出力光を出射する光源部と、前記出力光を集光して被検体に照射する集光光学系と、前記被検体を通過した前記第1の光を検出する検出部と、を備える非線形計測装置であって、前記固体レーザ装置を備えることを特徴とする。   In addition, the nonlinear measurement apparatus according to the present invention includes an output including first light and second light having a wavelength different from that of the first light and modulated with respect to the first light. A non-linear measurement apparatus comprising: a light source unit that emits light; a condensing optical system that collects the output light and irradiates the subject; and a detection unit that detects the first light that has passed through the subject. The solid-state laser device is provided.

本発明によれば、複数の励起光源を備える固体レーザ装置において、複数の励起光ビームのビームウエストの中心軸が互いに一致することにより、利得媒体内の広い範囲に渡って励起強度を高くことができる。その結果、利得媒体の励起効率を高めることが可能となる。   According to the present invention, in a solid-state laser device including a plurality of pumping light sources, the central axes of the beam waists of the plurality of pumping light beams coincide with each other, so that the pumping intensity can be increased over a wide range in the gain medium. it can. As a result, it is possible to increase the excitation efficiency of the gain medium.

本発明に係る固体レーザ装置を説明する概略図。1 is a schematic diagram illustrating a solid-state laser device according to the present invention. 第1の実施形態に係る固体レーザ装置を説明する概略図。Schematic explaining the solid-state laser apparatus which concerns on 1st Embodiment. マルチモードの端面発光レーザダイオードの集光特性を説明するための図。The figure for demonstrating the condensing characteristic of a multi mode edge-emitting laser diode. 集光レンズに入射する際の励起光ビームの集光レンズの光軸に垂直な面における分布と、集光位置におけるスロー軸方向の強度分布との関係を表す図。The figure showing the relationship between the distribution in the surface perpendicular | vertical to the optical axis of the condensing lens of the excitation light beam at the time of injecting into a condensing lens, and the intensity distribution of the slow axis direction in a condensing position. 第2の実施形態に係る固体レーザ装置を説明する概略図。Schematic explaining the solid-state laser apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 集光レンズに入射する励起光ビームの離間距離と、集光位置におけるスロー軸方向の強度分布との関係を表す図。The figure showing the relationship between the separation distance of the excitation light beam which injects into a condensing lens, and the intensity distribution of the slow axis direction in a condensing position. 第3の実施形態に例示した集光レンズに入射する際の励起光ビームの集光レンズの光軸に垂直な面における分布図。The distribution diagram in the surface perpendicular | vertical to the optical axis of the condensing lens of the excitation light beam at the time of injecting into the condensing lens illustrated in 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る固体レーザ装置を説明する概略図。Schematic explaining the solid-state laser apparatus which concerns on 4th Embodiment. 従来の固体レーザ装置を説明する概略図。Schematic explaining the conventional solid-state laser apparatus. ビーム分割部材の構成例を説明する概略図。Schematic explaining the structural example of a beam splitting member. 本発明に係る固体レーザ装置を用いた非線形計測装置の概略図。1 is a schematic diagram of a non-linear measurement device using a solid-state laser device according to the present invention.

以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照して説明する。各図面において、互いに同一あるいは対応する部材には同じ符号を付している。また、特に説明がなされていない点は、説明が重複する場合か、公知技術を採用することができる場合である。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals. Moreover, the point which is not demonstrated in particular is a case where description overlaps or a well-known technique is employable.

図1は、本発明に係る固体レーザ装置を説明する図である。図1(a)は、固体レーザ装置の構成の概要を示している。本実施形態にかかる固体レーザ装置は、複数の励起光源105および106と、高反射ミラー101と部分反射ミラー102とポンプミラー103とで構成された共振器とを備えている。共振器内には、利得媒体104が配置されている。この時、利得媒体に用いる結晶材料によっては、共振器で発振するレーザビームのビーム径を数10μm程度にまで絞ることで、利得媒体104に照射される光強度が高められてカーレンズ効果が生じ、モードロック発振をさせることができる。   FIG. 1 is a diagram for explaining a solid-state laser device according to the present invention. FIG. 1A shows an outline of the configuration of the solid-state laser device. The solid-state laser device according to the present embodiment includes a plurality of excitation light sources 105 and 106, and a resonator including a high reflection mirror 101, a partial reflection mirror 102, and a pump mirror 103. A gain medium 104 is disposed in the resonator. At this time, depending on the crystal material used for the gain medium, the beam diameter of the laser beam oscillated by the resonator is reduced to about several tens of μm, so that the light intensity irradiated to the gain medium 104 is increased and the Kerr lens effect is produced. Mode-lock oscillation can be performed.

固体レーザ装置は、励起光源毎に、励起光源から出射された光をコリメートして励起光ビームとするコリメートレンズ107を備えている。さらに、一方の励起光源から出射された励起光ビーム111を分割するビーム分割部材108と、他方の励起光源から出射された励起光ビーム112を折り返す高反射ミラー110とを備えている。   The solid-state laser device includes a collimating lens 107 for each excitation light source, which collimates light emitted from the excitation light source to generate an excitation light beam. Furthermore, a beam splitting member 108 that splits the excitation light beam 111 emitted from one excitation light source and a high reflection mirror 110 that folds the excitation light beam 112 emitted from the other excitation light source are provided.

ビーム分割部材108は、例えば2個のプリズムで構成されており、光源105から出射された励起光ビーム111を、111Aと111Bの2本のビームに分割する。ビーム分割部材108は、分割された励起光ビーム111A、111Bが、集光レンズ109の光軸に対して互いに2回対称に、集光レンズ109に入射するように配置されている。
ここでは、励起光ビームを2分割した場合を示しているが、これに限定されるものではない。励起光ビームをN本に分割し、分割された励起光ビームが集光レンズの光軸に対してN回対称となるように、集光レンズに入射するようにビーム分割部材を配置してもよい。ただし、励起光ビームを3本以上に分割するためには、ビーム分割部材の構造が複雑になってしまうため、2本のビームに分割するのが最も好ましい形態である。
The beam splitting member 108 is composed of, for example, two prisms, and splits the excitation light beam 111 emitted from the light source 105 into two beams 111A and 111B. The beam splitting member 108 is arranged so that the split excitation light beams 111 </ b> A and 111 </ b> B are incident on the condensing lens 109 in two-fold symmetry with respect to the optical axis of the condensing lens 109.
Here, a case where the excitation light beam is divided into two is shown, but the present invention is not limited to this. The beam splitting member may be arranged so as to be incident on the condensing lens so that the pumping light beam is divided into N beams and the divided pumping light beam is N times symmetrical with respect to the optical axis of the condensing lens. Good. However, in order to divide the excitation light beam into three or more, the structure of the beam splitting member becomes complicated, so that the splitting into two beams is the most preferable mode.

励起光源106から出射された励起光ビーム112は、ミラー110で折り返されたのち、ビームの中心が集光レンズ109の光軸に一致するように、集光レンズ109に入射する。図1(b)に、集光レンズ109に入射する際の、励起光ビーム111A、111Bおよび112の集光レンズに垂直な面における分布を示す。   The excitation light beam 112 emitted from the excitation light source 106 is reflected by the mirror 110 and then enters the condenser lens 109 so that the center of the beam coincides with the optical axis of the condenser lens 109. FIG. 1B shows the distribution of the excitation light beams 111A, 111B, and 112 in a plane perpendicular to the condenser lens when entering the condenser lens 109. FIG.

ここで、「光軸に対して回転対称」あるいは「光軸と一致」という表現は、多少のずれを許容するものである。ずれの許容範囲は、本発明の効果が得られる範囲であればよく、固体レーザ装置の構成や求められる特性に応じて決めることができる。以下においても同様である。   Here, the expressions “rotationally symmetric with respect to the optical axis” or “coincident with the optical axis” allow a slight deviation. The allowable range of deviation may be a range in which the effect of the present invention can be obtained, and can be determined according to the configuration of the solid-state laser device and required characteristics. The same applies to the following.

図1(c)に、この時の集光位置における励起光ビームのビームウエストを表す。   FIG. 1C shows the beam waist of the excitation light beam at the condensing position at this time.

励起光ビーム111Aと111Bは、同一の励起光源から出射された光であるため、互いに干渉し合い、1つのビームウエスを形成する。また、励起光ビーム111Aと111Bは集光レンズの光軸121に対して互いに2回対称であるから、得られるビームウエスト(即ち励起光ビーム111のビームウエスト)122の中心軸は、集光レンズの光軸121と一致する。図1(c)の点線124は発振するレーザビームを表している。レーザビーム124の中心軸は、励起光ビーム111および励起光ビーム112の中心軸と一致する。   Since the excitation light beams 111A and 111B are light emitted from the same excitation light source, they interfere with each other to form one beam waste. Further, since the excitation light beams 111A and 111B are two-fold symmetrical with respect to the optical axis 121 of the condenser lens, the central axis of the obtained beam waist (that is, the beam waist of the excitation light beam 111) is the condenser lens. Coincides with the optical axis 121. A dotted line 124 in FIG. 1C represents an oscillating laser beam. The central axis of the laser beam 124 coincides with the central axes of the excitation light beam 111 and the excitation light beam 112.

従って、図1の2つの励起光源105および106から出射される励起光ビームのビームウエストは互いに中心軸が一致した状態で重なり、さらに発振するレーザビームの中心軸とも重なる。従って、励起光ビーム111と112のビームウエストが重なる励起強度の高い領域において、利得媒体104に吸収される励起光ビームのほとんどがレーザビームの発振に寄与することができ、従来よりも励起効率を高めることが可能となる。   Accordingly, the beam waists of the excitation light beams emitted from the two excitation light sources 105 and 106 in FIG. 1 overlap with each other in a state where the central axes coincide with each other, and also overlap with the central axis of the oscillating laser beam. Therefore, in the high excitation intensity region where the beam waists of the excitation light beams 111 and 112 overlap, most of the excitation light beam absorbed by the gain medium 104 can contribute to the oscillation of the laser beam, and the excitation efficiency can be improved more than before. It becomes possible to raise.

本発明の励起光源には、レーザダイオード、半導体励起固体(DPSS)レーザ、ファイバレーザなど、公知の光源から適宜選択して用いることができるが、利得媒体を効率良く発振することのできる波長のスペクトル強度が高い光源を用いるのが好ましい。また、非線形計測装置には小型の光源が望まれるため、励起光源の小型化という点でレーザダイオードを用いるのが特に好ましい。   The excitation light source of the present invention can be appropriately selected from known light sources such as a laser diode, a semiconductor excitation solid (DPSS) laser, and a fiber laser, but has a wavelength spectrum that can oscillate the gain medium efficiently. It is preferable to use a light source with high intensity. In addition, since a non-linear measuring apparatus requires a small light source, it is particularly preferable to use a laser diode in terms of downsizing the excitation light source.

利得媒体としては、チタンサファイア結晶の他に、Nd:YAG結晶、アレキサンドライト結晶、ガラスなどを用いることができる。中でも、チタンサファイア結晶を利得媒体に用いたチタンサファイア・モードロックレーザは、ナノ秒以下のパルス幅とメガワットに達する高いピークパワーとを有するパルスレーザ光の実現が可能である。   As the gain medium, Nd: YAG crystal, alexandrite crystal, glass and the like can be used in addition to the titanium sapphire crystal. Among these, a titanium sapphire mode-locked laser using a titanium sapphire crystal as a gain medium can realize pulsed laser light having a pulse width of nanoseconds or less and a high peak power reaching megawatts.

非線形計測装置には、数ナノ秒程度のパルス幅のパルスレーザ光が必要とされるため、チタンサファイア結晶を利得媒体に用いた固体レーザ装置は、非線形計測装置の光源として特に好ましい。   Since the nonlinear measuring device requires pulse laser light having a pulse width of about several nanoseconds, a solid-state laser device using a titanium sapphire crystal as a gain medium is particularly preferable as a light source of the nonlinear measuring device.

図1では、ビーム分割部材108として、2個のプリズムを組み合わせた部材を用いているが、ハーフミラー130、高反射ミラー131および132、プリズム133を組み合わせた図10の部材など、他の部材を用いることもできる。   In FIG. 1, a member combining two prisms is used as the beam splitting member 108, but other members such as the member of FIG. 10 combining the half mirror 130, the high reflection mirrors 131 and 132, and the prism 133 are used. It can also be used.

また、図1では、複数の励起光源のうち一方からのビーム光を分割して集光レンズに入射させているが、これに限定されるものではない。図5のように、複数の励起光源の両方から出射されるビーム光をそれぞれ分割して集光レンズに入射させる構成も好ましい。   In FIG. 1, the light beam from one of the plurality of excitation light sources is divided and incident on the condenser lens. However, the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 5, a configuration in which the beam lights emitted from both of the plurality of excitation light sources are respectively divided and incident on the condenser lens is also preferable.

また、図8のように励起光源を3つ以上備えていてもよい。この場合、装置の小型化の利点が低減してしまうが、より強い励起強度で利得媒体を励起することができる。   Further, three or more excitation light sources may be provided as shown in FIG. In this case, the advantage of downsizing the apparatus is reduced, but the gain medium can be excited with a stronger excitation intensity.

複数の光源からの励起光ビームは、必ずしも図1のように利得媒体に対して一方向から照射する必要はなく、図8のように複数の方向から照射する構成を採用することもできる。   The excitation light beams from a plurality of light sources do not necessarily have to be irradiated from one direction to the gain medium as shown in FIG. 1, and a configuration of irradiation from a plurality of directions as shown in FIG. 8 can be adopted.

利得媒体の吸収率が偏光依存性または利得媒体の光学面の反射率の偏光依存性に合わせて、励起光源と集光レンズとの間に偏光方向を制御するλ/2波長板を挿入してもよい。   A λ / 2 wavelength plate for controlling the polarization direction is inserted between the excitation light source and the condenser lens so that the absorptivity of the gain medium depends on the polarization dependency or the polarization dependency of the optical surface of the gain medium. Also good.

以上、説明した固体レーザ装置を非線形計測装置に用いると、励起効率が高いため、従来よりも低い電力で同等以上のピークパワーを有する出力を得ることができる。その結果、省電力化もしくは高精度の観察が可能となる。   As described above, when the solid-state laser device described above is used in a non-linear measurement device, since the excitation efficiency is high, an output having a peak power equal to or higher than that of a conventional power can be obtained. As a result, power saving or high-precision observation becomes possible.

(第1の実施形態)
図2は、第1の実施形態に係る固体レーザ装置の構成図で、励起光源105および106にレーザダイオードを用いている。以下、レーザダイオードが、高出力が得られるマルチモードの端面発光レーザダイオードである場合を例にとって説明する。
(First embodiment)
FIG. 2 is a configuration diagram of the solid-state laser device according to the first embodiment, and laser diodes are used for the excitation light sources 105 and 106. Hereinafter, a case where the laser diode is a multimode edge-emitting laser diode capable of obtaining a high output will be described as an example.

図3(a)は、マルチモードの端面発光レーザダイオードの集光特性を説明するために、図2(a)の構成の一部を抜き出して表したものである。図3(b)はダイオード基板403の拡大図である。   FIG. 3A shows a part of the configuration of FIG. 2A extracted in order to explain the condensing characteristics of the multimode edge-emitting laser diode. FIG. 3B is an enlarged view of the diode substrate 403.

マルチモードの端面発光レーザダイオードのレーザビームは、広がり角が小さいスロー軸と、広がり角が大きいファスト軸とを有している。ここで用いる端面発光レーザダイオードは、スロー軸に平行なスロー軸方向にマルチモード、ファスト軸に平行なファスト軸方向にシングルモードで発振するものとする。   The laser beam of the multimode edge-emitting laser diode has a slow axis with a small divergence angle and a fast axis with a large divergence angle. The edge-emitting laser diode used here oscillates in multimode in the slow axis direction parallel to the slow axis and in single mode in the fast axis direction parallel to the fast axis.

一般に、ダイオード基板403の活性層410に平行な軸がスロー軸となり、活性層410に直交する軸がファスト軸となる。従って、レーザダイオードから出射されたビームがコリメートレンズ404によりコリメートされたビームのコリメートレンズの光軸に垂直な面における分布405は、図3(a)のように、ファスト軸方向402に長い楕円となる。   In general, an axis parallel to the active layer 410 of the diode substrate 403 is a slow axis, and an axis orthogonal to the active layer 410 is a fast axis. Therefore, the distribution 405 of the beam collimated by the collimator lens 404 in the plane perpendicular to the optical axis of the collimator lens is a long ellipse in the fast axis direction 402 as shown in FIG. Become.

コリメートされたビームは、スロー軸方向401とファスト軸方向402で倍率の異なるビーム調整部材406を通過することにより、円形の分布407に調整される。ビーム調整部材406は、ビームの進行方向に垂直な断面における分布を調整する部材で、テレスコープや、アナモルフィックプリズムペアなどの公知の光学部材を用いることができる。   The collimated beam is adjusted to a circular distribution 407 by passing through a beam adjusting member 406 having different magnifications in the slow axis direction 401 and the fast axis direction 402. The beam adjusting member 406 is a member that adjusts the distribution in a cross section perpendicular to the traveling direction of the beam, and a known optical member such as a telescope or an anamorphic prism pair can be used.

進行方向に垂直な断面での分布407が円形となったビームは、集光レンズ408へと入射する。集光レンズ408によって集光されたビームの集光位置における進行方向に垂直な断面での分布(ビームウエストの断面分布)409のスロー軸方向401のビームウエスト径dsとファスト軸方向のビームウエスト径dfは、それぞれ(1)式のように表される。   The beam having a circular distribution 407 in the cross section perpendicular to the traveling direction is incident on the condenser lens 408. The beam waist diameter ds in the slow axis direction 401 and the beam waist diameter in the fast axis direction of the distribution (cross section distribution of the beam waist) 409 in the cross section perpendicular to the traveling direction at the condensing position of the beam condensed by the condenser lens 408. Each df is expressed as in equation (1).

ここで、dgs、dgfは、それぞれガウシアンビームの集光点におけるビームウエストのスロー軸方向の径とファスト軸方向の径である。dgs、dgfは、それぞれ波長λ、集光レンズ408に入射するビームのスロー軸方向401の径Ds、ファスト軸方向402の径Df、および集光レンズの焦点距離fを用いて式(2)で表される。   Here, dgs and dgf are the diameter in the slow axis direction and the diameter in the fast axis direction of the beam waist at the condensing point of the Gaussian beam, respectively. dgs and dgf are expressed by Equation (2) using the wavelength λ, the diameter Ds of the beam incident on the condenser lens 408 in the slow axis direction 401, the diameter Df in the fast axis direction 402, and the focal length f of the condenser lens, respectively. expressed.

MsおよびMfは、エムスクエアと呼ばれるレーザダイオードの集光特性を表すパラメータである。エムスクエアは、理想的なガウシアンビームの場合を1として、ビーム断面分布の強度分布がガウス分布からずれるほど値が大きくなる。 Ms 2 and Mf 2 are parameters representing the condensing characteristic of the laser diode called Msquare. The value of Msquare is 1 when the ideal Gaussian beam is 1, and the value increases as the intensity distribution of the beam cross-section distribution deviates from the Gaussian distribution.

ファスト軸方向ではシングルモードとして発振するため、一般にMf〜1である。よって、そのビームウエスト径dfはdgfとほぼ一致する。一方、マルチモードとして発振するスロー軸方向ではMsは一般に3以上の値となる。励起光源に、スロー軸方向で高次のマルチモード発振をする高出力の端面発光レーザダイオードを用いると、Msの値が10以上の大きな値となる場合もある。 Since it oscillates as a single mode in the fast axis direction, it is generally Mf 2 to 1. Therefore, the beam waist diameter df substantially coincides with dgf. On the other hand, Ms 2 generally has a value of 3 or more in the slow axis direction that oscillates as a multimode. If a high-power edge-emitting laser diode that performs high-order multimode oscillation in the slow axis direction is used as the excitation light source, the value of Ms 2 may be a large value of 10 or more.

ビーム調整部材406にて断面分布を円形に調整したビームを集光レンズで集光した場合のds、dfを(1)(2)式を用いて算出すると、図3(a)に示したように集光位置でのビームの断面はスロー軸方向に長い楕円となる。   When ds and df when the beam whose cross-sectional distribution is adjusted to be circular by the beam adjusting member 406 are condensed by the condensing lens are calculated using the equations (1) and (2), as shown in FIG. In addition, the cross section of the beam at the condensing position becomes an ellipse that is long in the slow axis direction.

固体レーザ装置で発振するレーザビームの断面は、励起光ビームの断面形状によらず、共振器の構成や利得媒体の形状等によって決まる。一般的には、発振するレーザビームの断面分布は、ほぼ円形となるように設計される。従って、励起光ビームのビームウエストにおける断面分布が楕円形であると、発振するレーザビームの円形の断面分布と重ならない領域ができてしまい、励起効率が下がってしまう。   The cross section of the laser beam oscillated in the solid-state laser device is determined by the configuration of the resonator, the shape of the gain medium, etc., regardless of the cross sectional shape of the excitation light beam. In general, the cross-sectional distribution of an oscillating laser beam is designed to be substantially circular. Therefore, if the cross-sectional distribution at the beam waist of the excitation light beam is elliptical, a region that does not overlap with the circular cross-sectional distribution of the oscillating laser beam is generated, and the excitation efficiency is lowered.

図4は、集光レンズに入射するビームの断面分布と、集光位置におけるスロー軸方向の強度分布とを表す図である。集光位置におけるスロー軸方向の強度分布を表す図において、スロー軸方向のビーム径を矢印で示しておく。図4(a)はスロー軸方向のビーム径Dsとファスト軸方向のビーム径Dfが等しいビームを入射させた場合である。図4(b)は、1つの光源から出射された励起光ビームをスロー軸方向に分割させることにより、スロー軸方向のビーム径Dsがファスト軸方向のビーム径Dfより長いビームを入射させた場合である。図4(c)はスロー軸方向のビーム径Dsがファスト軸方向のビーム径Dfより長い楕円状のビームを入射させた場合である。それぞれの場合を比較すると、図4(b)および(c)の集光位置におけるスロー軸方向のビーム径は、図4(a)のビームウエストにおけるスロー軸方向のビーム径に比べて小さくなっていることがわかる。   FIG. 4 is a diagram illustrating the cross-sectional distribution of the beam incident on the condensing lens and the intensity distribution in the slow axis direction at the condensing position. In the diagram showing the intensity distribution in the slow axis direction at the condensing position, the beam diameter in the slow axis direction is indicated by an arrow. FIG. 4A shows a case where a beam having the same beam diameter Ds in the slow axis direction and the beam diameter Df in the fast axis direction is incident. FIG. 4B shows a case where a beam having a beam diameter Ds in the slow axis direction longer than a beam diameter Df in the fast axis direction is incident by dividing the excitation light beam emitted from one light source in the slow axis direction. It is. FIG. 4C shows a case where an elliptical beam having a beam diameter Ds in the slow axis direction longer than a beam diameter Df in the fast axis direction is incident. Comparing the respective cases, the beam diameter in the slow axis direction at the condensing position in FIGS. 4B and 4C is smaller than the beam diameter in the slow axis direction at the beam waist in FIG. I understand that.

つまり、図4(b)や(c)のように、集光レンズに入射するビームのスロー軸方向のビーム径Dsがファスト軸方向のビーム径Dfよりも長い場合、スロー軸方向の集光特性が改善される。その結果、集光位置においてビームのスロー軸方向とファスト軸方向のビーム径の差が小さくなり、ビームウエストの断面分布は円形に近づく。励起光ビームのビームウエストが円形に近づくと、発振するレーザビームの円形の断面分布との重なりが増え、固体レーザ装置の励起効率は改善することができる。   That is, as shown in FIGS. 4B and 4C, when the beam diameter Ds in the slow axis direction of the beam incident on the condenser lens is longer than the beam diameter Df in the fast axis direction, the condensing characteristic in the slow axis direction. Is improved. As a result, the difference in beam diameter between the slow axis direction and the fast axis direction of the beam at the condensing position becomes small, and the cross-sectional distribution of the beam waist approaches a circle. When the beam waist of the excitation light beam approaches a circle, the overlap with the circular cross-sectional distribution of the oscillating laser beam increases, and the excitation efficiency of the solid-state laser device can be improved.

以上のことから、本実施形態では、光源105から出射された励起光ビーム111を、スロー軸方向401−1に2本に分割して、集光レンズ109に入射させる。この時、分割された励起光ビーム111A、111Bが、集光レンズ109の光軸に対して互いに2回対称になるように、集光レンズに入射させる。   From the above, in this embodiment, the excitation light beam 111 emitted from the light source 105 is split into two in the slow axis direction 401-1 and is incident on the condenser lens 109. At this time, the split excitation light beams 111 </ b> A and 111 </ b> B are incident on the condensing lens so as to be symmetrical with respect to the optical axis of the condensing lens 109.

励起光源106から出射された励起光ビーム112は、スロー軸401−2の方向のビーム径がファスト軸方向のビーム径よりも大きくなるように、光路上に置かれたビーム径調整部材114によりビーム径を調整する。そして、ビームの中心軸と集光レンズ109の光軸とが一致するように入射させる。図2の(b)に、集光レンズ109の表面における励起光ビーム111および励起光ビーム112の断面分布を表しておく。   The excitation light beam 112 emitted from the excitation light source 106 is beamed by the beam diameter adjusting member 114 placed on the optical path so that the beam diameter in the direction of the slow axis 401-2 is larger than the beam diameter in the fast axis direction. Adjust the diameter. Then, the light is incident so that the center axis of the beam and the optical axis of the condenser lens 109 coincide with each other. FIG. 2B shows cross-sectional distributions of the excitation light beam 111 and the excitation light beam 112 on the surface of the condensing lens 109.

集光位置でのビームウエストの断面分布をほぼ円形とするには、式(1)(2)から、スロー軸方向のビーム径Dsおよびファスト軸方向のビーム径DfがDs/Df=Ms/Mfを満たせばよいことが導き出せる。励起光ビームを分割する場合は、図4(b)で定義するように、分割した励起光ビームを含む長さに対してビーム径Dsを定義すればよい。 In order to make the cross-sectional distribution of the beam waist at the condensing position almost circular, the beam diameter Ds in the slow axis direction and the beam diameter Df in the fast axis direction are expressed as Ds / Df = Ms 2 / It can be derived that Mf 2 should be satisfied. When the excitation light beam is divided, the beam diameter Ds may be defined for the length including the divided excitation light beam, as defined in FIG.

上記検討結果に基づいて、図2では、励起光ビーム111をスロー軸方向に分割して集光レンズに入射させ、励起光ビーム112をスロー軸方向に長い楕円の断面分布に調整して集光レンズ109に入射させている。集光位置でのビームウエストの断面分布をほぼ円形の場合に、最も固体レーザ装置の励起効率が高くなるため、Ds/Df=Ms/Mfを満たすようにビーム形状を調整するのが好ましい。 Based on the above examination results, in FIG. 2, the excitation light beam 111 is divided in the slow axis direction and incident on the condenser lens, and the excitation light beam 112 is adjusted to have an elliptical cross-sectional distribution that is long in the slow axis direction. The light is incident on the lens 109. When the cross-sectional distribution of the beam waist at the condensing position is almost circular, the excitation efficiency of the solid-state laser device is the highest, so it is preferable to adjust the beam shape so that Ds / Df = Ms 2 / Mf 2 is satisfied. .

ここでは、スロー軸方向にマルチモード、ファスト軸方向にシングルモードで発振する端面発光レーザダイオードについて説明した。しかしこれに限定されるものではなく、スロー軸方向にシングルモード、ファスト軸方向にマルチモードで発振する場合は、前述の内容におけるスロー軸をファスト軸に置き換えると、同様の効果を得ることができる。   Here, the edge-emitting laser diode that oscillates in the multimode in the slow axis direction and in the single mode in the fast axis direction has been described. However, the present invention is not limited to this, and when oscillating in the single mode in the slow axis direction and in the multi mode in the fast axis direction, the same effect can be obtained by replacing the slow axis in the above-described contents with the fast axis. .

(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態を説明するための模式図である。本実施形態は、励起光ビーム111だけでなく、励起光ビーム112もスロー軸の方向に2本に分割し、集光レンズ109の光軸に対して互いに2回対称となるように集光レンズ109に入射させている点で、第1の実施形態とは異なる。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the second embodiment. In the present embodiment, not only the excitation light beam 111 but also the excitation light beam 112 is divided into two in the direction of the slow axis, and is a two-fold symmetry with respect to the optical axis of the condenser lens 109. 109 is different from the first embodiment in that it is made incident on 109.

図6には、分割された励起光ビーム間の離間距離Lを変えたときの、集光位置におけるビームのスロー軸方向の強度分布を示している。図6のように励起光ビーム間の離間距離Lが短くなるほどサイド強度ピーク701が小さくなっている。一般にサイド強度ピーク701の光は、本発明において考慮するレーザビームのビーム径の外側にあるため、レーザビームの発振にはほとんど寄与しない。従って、サイド強度ピーク701が小さいほどエネルギーの無駄を低減することができる。   FIG. 6 shows the intensity distribution in the slow axis direction of the beam at the condensing position when the separation distance L between the divided excitation light beams is changed. As shown in FIG. 6, the side intensity peak 701 decreases as the separation distance L between the excitation light beams decreases. In general, the light having the side intensity peak 701 is outside the beam diameter of the laser beam considered in the present invention, and therefore hardly contributes to the oscillation of the laser beam. Therefore, the smaller the side intensity peak 701 is, the less energy is wasted.

図5では、励起光ビーム111を111Aと111B、励起光ビーム112を112Aと112Bにそれぞれ分割し、集光レンズの光軸に対して互いに2回対称に入射させている。励起光ビームの分割は、第1の実施形態と同様に行えばよい。   In FIG. 5, the excitation light beam 111 is divided into 111A and 111B, and the excitation light beam 112 is divided into 112A and 112B, respectively, and are incident twice symmetrically with respect to the optical axis of the condenser lens. The division of the excitation light beam may be performed in the same manner as in the first embodiment.

図5(b)と図2(b)を比較すれば分かるように、励起光ビーム111だけでなく、励起光ビーム112を分割したことで、励起光ビーム111Aと111Bとの間の離間距離Lを第1の実施形態に比べて短くすることができる。その結果、サイドピークの影響を小さくして励起効率を高めることができる。   As can be seen from a comparison between FIG. 5B and FIG. 2B, the separation distance L between the excitation light beams 111A and 111B is obtained by dividing not only the excitation light beam 111 but also the excitation light beam 112. Can be shortened compared to the first embodiment. As a result, the influence of the side peak can be reduced and the excitation efficiency can be increased.

(第3の実施形態)
本実施例では、Msが大きな値をもつ端面発光レーザダイオードから発せられた励起光ビームの断面分布を調整して、スロー軸方向の集光特性を改善する例について説明する。
(Third embodiment)
In the present embodiment, an example will be described in which the cross-sectional distribution of an excitation light beam emitted from an edge emitting laser diode having a large value of Ms 2 is adjusted to improve the condensing characteristic in the slow axis direction.

前述したように集光位置におけるビームウエストのスロー軸方向およびフアスト軸方向の径は、それぞれ励起光ビームのスロー軸方向の径Dsおよびフアスト軸方向の径Dfによって制御することができる。従って、Msが大きな値をもつ端面発光レーザダイオードを使用する場合、分割した励起光ビーム111の径をスロー軸方向に伸ばすことにより、スロー軸方向の集光特性をさらに改善することができる。 As described above, the diameter of the beam waist in the slow axis direction and the fast axis direction at the condensing position can be controlled by the diameter Ds in the slow axis direction and the diameter Df in the fast axis direction of the excitation light beam, respectively. Therefore, when an edge-emitting laser diode having a large value of Ms 2 is used, the condensing characteristic in the slow axis direction can be further improved by extending the diameter of the divided excitation light beam 111 in the slow axis direction.

例えば、図2においては、励起光ビーム111A、Bのビーム断面分布を、図7(a)のように、スロー軸方向に長い楕円形状に調整して、集光レンズに入射させるとより好ましい。図5においては、図7(b)のように、励起光ビーム111AおよびB、112AおよびBのビーム断面分布を、それぞれスロー軸方向に長い楕円形状に調整して、集光レンズに入射させるとより好ましい。   For example, in FIG. 2, it is more preferable to adjust the beam cross-sectional distribution of the excitation light beams 111A and 111B to an elliptical shape that is long in the slow axis direction as shown in FIG. In FIG. 5, when the beam cross-sectional distributions of the excitation light beams 111 </ b> A and B, 112 </ b> A and B are adjusted to elliptical shapes that are long in the slow axis direction and are incident on the condenser lens, as shown in FIG. 7B. More preferred.

励起光ビームの断面分布は、ビーム径調整部材114のスロー軸方向とファスト軸方向の倍率を調整して所望の形状とすることができる。   The cross-sectional distribution of the excitation light beam can be formed into a desired shape by adjusting the magnification of the beam diameter adjusting member 114 in the slow axis direction and the fast axis direction.

(第4の実施形態)
本実施形態では、二方向から利得媒体に励起光ビームを照射する構成を説明する。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, a configuration in which the gain medium is irradiated with the excitation light beam from two directions will be described.

図8(a)は、本実施形態にかかる固体レーザ装置の構成の概要、図8(b)は集光レンズ109に入射する際のビームの断面分布を示している。   FIG. 8A shows an outline of the configuration of the solid-state laser device according to the present embodiment, and FIG. 8B shows a cross-sectional distribution of the beam when entering the condenser lens 109.

図8(a)の固体レーザ装置は、4つの励起光源105、106、205、206を有しており、2つの集光レンズ109−1、109−2が、互いの光軸および集光位置が一致するように、利得媒体104を挟んで配置されている。   The solid-state laser apparatus of FIG. 8A has four excitation light sources 105, 106, 205, and 206, and the two condensing lenses 109-1 and 109-2 have their optical axes and condensing positions. Are arranged so that the gain medium 104 is sandwiched therebetween.

励起光源105から出射された励起光ビーム111と励起光源106から出射された励起光源112は、第1の実施形態と同様にして利得媒体104に照射する。即ち、励起光源105から出射され、スロー軸方向に分割された励起光ビーム111A、111Bは、集光レンズ109−1の光軸に対して互いに2回対称に集光レンズに入射させる。励起光源106から出射された励起光ビーム112は、スロー軸方向のビーム径がファスト軸方向のビーム径よりも大きくなるよう調整され、ビームの中心軸が集光レンズ109−1の光軸に一致するように集光レンズ109−1に入射させる。励起光源205、206から出射する励起光ビームは、それぞれ励起光源105、106から出射される励起光ビームが利得媒体に入射する面とは反対側から、同様の手法で入射させる。即ち、励起光源205から出射され、スロー軸401−1の方向に2本に分割された励起光ビーム211A、211Bは、集光レンズ109−2の光軸に対して互いに2回対称に集光レンズに入射させる。励起光源206から出射された励起光ビーム212は、スロー軸401−2の方向のビーム径がファスト軸方向のビーム径よりも大きくなるよう調整され、集光レンズ109−1の光軸に一致するように入射させる。このような構成を採用することにより、各励起光源からの励起光ビームのビームウエストの中心軸が、集光レンズの光軸と一致すると共に、発振するレーザビームの中心軸とも一致する。従って、各励起光ビームの重なる励起強度の高い領域において、利得媒体104に吸収される励起光ビームの多くがレーザビームの発振に寄与することができ、従来よりも励起効率を高めることが可能となる。   The excitation light beam 111 emitted from the excitation light source 105 and the excitation light source 112 emitted from the excitation light source 106 irradiate the gain medium 104 in the same manner as in the first embodiment. That is, the excitation light beams 111A and 111B emitted from the excitation light source 105 and divided in the slow axis direction are incident on the condenser lens two times symmetrically with respect to the optical axis of the condenser lens 109-1. The excitation light beam 112 emitted from the excitation light source 106 is adjusted so that the beam diameter in the slow axis direction is larger than the beam diameter in the fast axis direction, and the center axis of the beam coincides with the optical axis of the condenser lens 109-1. The light is incident on the condenser lens 109-1. The excitation light beams emitted from the excitation light sources 205 and 206 are incident in the same manner from the side opposite to the surface on which the excitation light beams emitted from the excitation light sources 105 and 106 are incident on the gain medium. In other words, the excitation light beams 211A and 211B emitted from the excitation light source 205 and divided into two in the direction of the slow axis 401-1 are condensed symmetrically twice with respect to the optical axis of the condenser lens 109-2. Make it incident on the lens. The excitation light beam 212 emitted from the excitation light source 206 is adjusted so that the beam diameter in the direction of the slow axis 401-2 is larger than the beam diameter in the fast axis direction, and coincides with the optical axis of the condenser lens 109-1. So that it is incident. By adopting such a configuration, the central axis of the beam waist of the excitation light beam from each excitation light source coincides with the optical axis of the condenser lens and also coincides with the central axis of the oscillating laser beam. Therefore, in the region where the excitation light beams overlap each other and the excitation intensity is high, most of the excitation light beams absorbed by the gain medium 104 can contribute to the oscillation of the laser beam, and the excitation efficiency can be increased as compared with the conventional case. Become.

また、本実施例では、4つの励起光源を用いているため、固体レーザ装置からの出力をより高くすることも可能である。   In this embodiment, since four excitation light sources are used, the output from the solid-state laser device can be further increased.

(第5の実施形態)
本発明に係る固体レーザ装置を、光源として用いた非線形計測装置について説明する。図12は、非線形計測装置の一例である誘導ラマン散乱顕微鏡の概要図である。
(Fifth embodiment)
A nonlinear measuring apparatus using the solid-state laser device according to the present invention as a light source will be described. FIG. 12 is a schematic diagram of a stimulated Raman scattering microscope which is an example of a nonlinear measurement apparatus.

光源部150は、周波数が互いに同じである光源151−1と151−2を備えており、光源151−1および151−2として、本発明にかかるモードロック固体レーザ装置を用いた。ここでは、光源部151−1から出射される波長λの出力光を励起光として用い、光源151−2から出力され、波長λとは異なる波長λの出力光を、変調器152で変調してストークス光として用いる。 The light source unit 150 includes light sources 151-1 and 151-2 having the same frequency, and the mode-locked solid-state laser device according to the present invention was used as the light sources 151-1 and 151-2. Here, output light having a wavelength λ p emitted from the light source unit 151-1 is used as excitation light, and output light having a wavelength λ s output from the light source 151-2 and different from the wavelength λ p is output by the modulator 152. Modulated and used as Stokes light.

光源151−1、151−2それぞれから出射された出力光は、不図示のパルス調整部にて、互いのパルスのタイミングが揃えられ、ダイクロイミックミラー153にて合波され、光源部150から出射される。パルス調整部には、光路長を調整する構成であってもよいし、光源151−1、151−2を同期させる同期回路などを採用することができる。   The output light emitted from each of the light sources 151-1 and 151-2 is aligned by the dichroic mirror 153 by the pulse adjusting unit (not shown), and is combined from the light source unit 150. Emitted. The pulse adjustment unit may be configured to adjust the optical path length, or a synchronization circuit that synchronizes the light sources 151-1 and 151-2 may be employed.

光源部150から出射された出力光は、集光光学系154で集光されて被検体155に照射される。出力光の集光点では励起光とストークス光によって分子の分子振動に基づく誘導ラマン散乱が生じる。被検体で生じた誘導ラマン散乱により強度変化を受けた励起光は、光集光光学系156と励起光の波長域を透過させるバンドパスフィルタ157とを通過後、検出部(受光素子)158にて検出される。検出部158で検出された光は、情報取得部519により画像信号として取得され、必要に応じて表示部160に表示される。   The output light emitted from the light source unit 150 is condensed by the condensing optical system 154 and irradiated on the subject 155. At the condensing point of the output light, stimulated Raman scattering based on molecular vibrations of the molecules occurs due to the excitation light and Stokes light. Excitation light that has received an intensity change due to stimulated Raman scattering generated in the subject passes through the light condensing optical system 156 and a bandpass filter 157 that transmits the wavelength region of the excitation light, and then passes to the detection unit (light receiving element) 158. Detected. The light detected by the detection unit 158 is acquired as an image signal by the information acquisition unit 519 and displayed on the display unit 160 as necessary.

図では示していないが、光源部150からの出力光を、走査手段によって、集光点を被検体156内で二次元に走査し、被検体の二次元情報あるいは三次元情報を取得することができる。   Although not shown in the figure, the light output from the light source unit 150 can be scanned two-dimensionally within the subject 156 by the scanning means to obtain two-dimensional information or three-dimensional information of the subject. it can.

本実施形態では、光源部に含まれる固体レーザ装置の励起効率が高いため、非線形計測装置全体としての消費電力を低減することができる。また、同じ電力を加えた場合は、従来よりもピークパワーの高い出力光を照射することができるため、強い信号光を得ることができ、被検体について精度の高い情報を取得することが可能となる。   In this embodiment, since the excitation efficiency of the solid-state laser device included in the light source unit is high, it is possible to reduce the power consumption of the entire nonlinear measurement device. In addition, when the same power is applied, it is possible to irradiate output light with higher peak power than before, so that strong signal light can be obtained, and it is possible to acquire highly accurate information about the subject. Become.

101、110 高反射ミラー
102 部分反射ミラー
103 ポンプミラー
104 利得媒体
105、106、205、206 励起光源
107 コリメートレンズ
108 レーザ分割部材
109 集光レンズ
111、112、211、212 励起光ビーム
114 ビーム調整部材
401 スロー軸方向
402 ファスト軸方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101,110 High reflection mirror 102 Partial reflection mirror 103 Pump mirror 104 Gain medium 105,106,205,206 Excitation light source 107 Collimating lens 108 Laser split member 109 Condensing lens 111,112, 211,212 Excitation light beam 114 Beam adjustment member 401 Slow axis direction 402 Fast axis direction

Claims (14)

励起光ビームを出射する複数の励起光源と、共振器を構成する複数のミラーと、前記共振器内に配置された利得媒体と、前記複数の励起光源から出射された複数の励起光ビームを集光して前記利得媒体に照射する集光レンズと、を備える固体レーザ装置であって、
前記複数の励起光源の少なくとも1つから出射される励起光ビームが前記集光レンズに至るまでの光路上に、前記励起光ビームを分割するビーム分割部材が配置されており、
前記分割手段でN(N≧2)本に分割された励起光ビームは、前記集光レンズの光軸に対して互いにN回対称に前記集光レンズに入射することを特徴とする固体レーザ装置。
A plurality of pumping light sources that emit pumping light beams, a plurality of mirrors that form a resonator, a gain medium disposed in the resonator, and a plurality of pumping light beams that are emitted from the pumping light sources are collected. A solid-state laser device comprising a condensing lens that irradiates and irradiates the gain medium,
A beam splitting member for splitting the excitation light beam is disposed on an optical path from the excitation light beam emitted from at least one of the plurality of excitation light sources to the condenser lens;
The solid-state laser device characterized in that the excitation light beams divided into N (N ≧ 2) by the dividing means are incident on the condenser lens N times symmetrically with respect to the optical axis of the condenser lens. .
前記複数の励起光源には、前記ビーム分割部材によって分割されない励起光ビームを出射する励起光源が含まれており、前記分割されない励起光ビームは、その中心軸が前記集光レンズの光軸に一致して前記集光レンズに入射することを特徴とする請求項1に記載の固体レーザ装置。   The plurality of excitation light sources include an excitation light source that emits an excitation light beam that is not split by the beam splitting member. The excitation light beam that is not split is centered on the optical axis of the condenser lens. The solid-state laser device according to claim 1, wherein the light enters the condenser lens. N=2であることを特徴とする請求項1または2に記載の固体レーザ装置。   3. The solid-state laser device according to claim 1, wherein N = 2. 前記励起光源が端面発光レーザダイオードであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。   The solid-state laser device according to any one of claims 1 to 3, wherein the excitation light source is an edge-emitting laser diode. 前記端面発光レーザダイオードが、ファスト軸およびスロー軸のいずれか一方の軸方向にマルチモードで発光する端面発光レーザダイオードであることを特徴とする請求項4に記載の固体レーザ装置。   5. The solid-state laser device according to claim 4, wherein the edge-emitting laser diode is an edge-emitting laser diode that emits light in a multimode in either the fast axis direction or the slow axis direction. 前記励起光ビームが、前記ビーム分割部材によってマルチモードの発光をする軸方向に分割されていることを特徴とする請求項5に記載の固体レーザ装置。   The solid-state laser device according to claim 5, wherein the excitation light beam is split in an axial direction in which multi-mode light emission is performed by the beam splitting member. 前記集光レンズに入射する際の前記集光レンズの光軸に垂直な面における前記励起光ビームの分布は、マルチモードで発光する軸方向のビーム径が、他方の軸方向のビーム径よりも大きいことを特徴とする請求項5または6に記載の固体レーザ装置。   The distribution of the excitation light beam in the plane perpendicular to the optical axis of the condenser lens when entering the condenser lens is such that the beam diameter in the axial direction for emitting light in multimode is larger than the beam diameter in the other axial direction. The solid-state laser device according to claim 5, wherein the solid-state laser device is large. 前記マルチモードで発光する軸方向のビーム径と前記他方の軸方向のビーム径との比が、前記端面発光レーザダイオードのマルチモードで発光する軸方向のエムスクエアと他方の軸方向のエムスクエアとの比に等しいことを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。   The ratio of the axial beam diameter emitted in the multimode to the other axial beam diameter is such that the axial M square emitting in the multimode of the edge-emitting laser diode and the other square M square. The solid-state laser device according to claim 5, wherein the ratio is equal to the ratio of 前記ビーム分割部材が、プリズムペアであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。   9. The solid-state laser device according to claim 1, wherein the beam splitting member is a prism pair. 前記利得媒体が、チタンサファイア結晶であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。   The solid-state laser device according to claim 1, wherein the gain medium is a titanium sapphire crystal. 前記固体レーザ装置が、モードロック発振することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。   The solid-state laser apparatus according to claim 1, wherein the solid-state laser apparatus performs mode-lock oscillation. 第1の光と、前記第1の光とは異なる波長を有し、前記第1の光に対して変調された第2の光と、を含む出力光を出射する光源部と、前記出力光を集光して被検体に照射する集光光学系と、前記被検体を通過した前記第1の光を検出する検出部と、を備える非線形計測装置であって、
前記光源部が、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の固体レーザ装置を備えることを特徴とする非線形計測装置。
A light source unit that emits output light including first light and second light having a wavelength different from that of the first light and modulated with respect to the first light; and the output light A non-linear measurement apparatus comprising: a condensing optical system that collects and irradiates a subject; and a detection unit that detects the first light that has passed through the subject,
The non-linear measuring device, wherein the light source unit includes the solid-state laser device according to claim 1.
前記非線形計測装置が、前記検出部により前記被検体で生じる誘導ラマン散乱を検出する誘導ラマン散乱顕微鏡であることを特徴とする請求項11に記載の非線形計測装置。   The nonlinear measuring apparatus according to claim 11, wherein the nonlinear measuring apparatus is a stimulated Raman scattering microscope that detects stimulated Raman scattering generated in the subject by the detection unit. 前記光源部が、チタンサファイア結晶からなる利得媒体を備えることを特徴とする請求項12または13に記載の非線形計測装置。   The nonlinear measurement apparatus according to claim 12, wherein the light source unit includes a gain medium made of a titanium sapphire crystal.
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