JP2016134484A - レーザー共振装置、及びそれを備えたレーザー装置、並びに、可変型バンドパスフィルタ装置 - Google Patents

レーザー共振装置、及びそれを備えたレーザー装置、並びに、可変型バンドパスフィルタ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】簡易な構成で、選択する波長を可変し得るレーザー共振装置を提供する。
【解決手段】レーザー共振装置１は、光学系２と、光導波路３と、第１共振要素４と、駆動装置５とを備える。光学系２は、光軸Ａ上に光を集光する。光導波路３は、利得媒質を含む。利得媒質は、単一波長よりも広い波長範囲の光を発光する。光導波路３は、利得媒質が発光した光を光学系２に入射する。第１共振要素４は、光学系２によって集光された光の一部を反射する入射面４ａを有する。駆動装置５は、第１共振要素４の入射面４ａの位置を光軸Ａに沿って変化させる。第１共振要素４の入射面４ａの位置に応じた波長を有する光が、第１共振要素４から光学系２を介して光導波路３へ戻る。これにより、レーザー光６が発振する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー共振装置、及びそれを備えたレーザー装置、並びに、可変型バンドパスフィルタ装置に関する。
従来、医療・創薬・光計測等の各分野において、レーザー光の波長（発振波長）を可変し得る波長可変レーザーが用いられている。波長可変レーザーは、レーザー光の特徴であるコヒーレンスを保ちつつ、レーザー光の波長を変化させることができる。
一般的な波長可変レーザーは、広帯域な発光波長特性（広帯域な利得）を有するレーザー媒質（利得媒質）と、分光器とを備える。一般的な波長可変レーザーは次のように動作する。即ち、まず、レーザー媒質から広い波長範囲の光（自然放出光）が発光する。レーザー媒質から発光した光は、回折格子又はプリズムのような分光器によって、波長ごとに、空間的に広がって分散される。空間的に分散した光から所望の波長を有する光が選択されて、レーザー媒質に戻される。その結果、所望の波長を有するレーザー光が発振する。
光を選択する機構には、スリット（狹空間幅の透過窓）、角度調節機構等が用いられる。具体的には、スリットは、回折格子又はプリズムの手前に配置される。回折格子又はプリズムには、スリットを通過した光が入射される。角度調節機構は、回折格子又はプリズムの角度を調節する。あるいは、角度調節機構は、レーザー媒質へ光を戻す出力ミラーの角度を調節する。角度の調節により、空間的に分散した光のうちから所望の波長を有する光のみがレーザー媒質に戻される。
例えば特許文献１には、プリズムの角度を調節してレーザー光の波長を変化させる波長可変レーザーが開示されている。詳しくは、特許文献１には、励起光源として青色半導体レーザーを使用し、Ｐｒ3+（プラセオジウム）添加フッ化物ガラスファイバーから広い波長範囲の光を発光させることが開示されている。また、プリズムを使用して、Ｐｒ3+添加フッ化物ガラスファイバーから発光した光を波長ごとに、空間的に広げて分散させることが開示されている。また、プリズムを回転させて、つまりプリズムの角度を調節して、所望の波長を有する光のみをＰｒ3+添加フッ化物ガラスファイバーに戻すことが開示されている。
また、他の波長可変レーザーとして、エタロンを使用する波長可変レーザーが知られている。エタロンは、平行に配置された２枚のミラーを含む。２枚のミラー間の距離と同等の波長を有する光が共鳴して、レーザー光が発振する。エタロンを使用する場合、２枚のミラー間の距離を調節することにより、レーザー光の波長を変化させることができる。
国際公開第２０１０／００４８８２号
しかしながら、回折格子又はプリズムを用いた波長可変レーザーは、光を空間的に分散させる必要がある。このため、レーザー共振器の小型化を図ることが困難であった。また、回折格子又はプリズム等の各光学要素の位置の校正に、複雑な作業が必要であった。更に、適切に波長を選択するためには、角度の調節にフィードバック制御が必要であった。このため、構成が複雑であった。
一方、エタロンを使用する波長可変レーザーは、光を空間的に分散させる必要がないため、レーザー共振器の小型化を図ることができる。しかしながら、２枚のミラー間の距離が所望の波長と同等となるように、２枚のミラー間の距離を調節する必要がある。このため、ナノメートル（ｎｍ）オーダーで２枚のミラー間の距離を調節する必要があった。更に、２枚のミラー間の距離の調節にフィードバック制御を要し、構成が複雑であった。
本発明の目的は、簡易な構成で、選択する波長を可変し得るレーザー共振装置、及びそれを備えたレーザー装置、並びに可変型バンドパスフィルタ装置を提供することである。
本発明によるレーザー共振装置は、光学系と、光導波路と、第１共振要素と、駆動装置とを備える。前記光学系は、光軸上に光を集光する。前記光導波路は、単一波長よりも広い波長範囲の光を発光する利得媒質を含み、前記利得媒質が発光した光を前記光学系に入射する。前記第１共振要素は、前記光学系によって集光された光の一部を反射する入射面を有する。前記駆動装置は、前記入射面の位置を前記光軸に沿って変化させる。又は、前記駆動装置は、前記光学系を構成する光学要素の位置を前記光軸に沿って変化させる。前記入射面の位置、又は前記光学要素の位置に応じた波長を有する光が、前記第１共振要素から前記光学系を介して前記光導波路へ戻る。これにより、レーザー光が発振する。
ある実施形態において、前記光学系は、前記光学要素として２枚の集光レンズを備える。前記駆動装置は、前記入射面の位置を変化させる。又は、前記駆動装置は、前記２枚の集光レンズのうち前記第１共振要素に近い方の前記集光レンズの位置を変化させる。
ある実施形態において、前記光学系は、前記光学要素として１枚の屈折率分布型レンズを備える。前記駆動装置は、前記入射面の位置を変化させる。又は、前記駆動装置は、前記屈折率分布型レンズの位置を変化させる。
ある実施形態において、前記第１共振要素は、可飽和吸特性を有する。
ある実施形態において、レーザー共振装置は、励起光を透過し且つ前記利得媒質が発光した光を反射する第２共振要素を更に備える。また、前記光導波路は、光ファイバーであり、前記光ファイバーは、前記励起光が入射する入射端を含む。前記第２共振要素は、前記入射端に設けられ、前記利得媒質は、前記光ファイバーのコア部に含有される。
ある実施形態において、前記利得媒質は、イオン化された希土類元素、イオン化された遷移元素、又はビスマスを含む。
ある実施形態において、前記希土類元素は、セリウム、プラセオジウム、ネオジウム、サマリウム、ユーロピウム、イッテルビウム、エルビウム、又はツリウムである。また、前記遷移元素は、銅又は錫である。
ある実施形態において、前記光ファイバーは、フッ化物ガラスを含む。この場合、前記利得媒質は、イオン化されたプラセオジウムを含み得る。
ある実施形態において、前記光ファイバーのコア部は、イオン化された希土類元素、イオン化された遷移元素、又はビスマスがゼオライトを用いて添加された石英ガラスを含む。この場合、前記利得媒質は、イオン化されたネオジウム又はイッテルビウムを含み得る。また、前記光ファイバーの長さは、１ｍｍ以上であり得る。
ある実施形態において、前記光導波路は、半導体レーザーである。
本発明によるレーザー装置は、レーザー共振装置と、励起光源とを備える。前記励起光源は、前記光導波路に入射する励起光を発生させる。
本発明による可変型バンドパスフィルタ装置は、光学系と、第１光導波路と、駆動装置とを備える。前記光学系は、光軸上に光を集光する。前記第１光導波路は、前記光学系によって集光された光が照射される入射端を有する。前記駆動装置は、前記第１光導波路の入射端の位置、又は前記光学系を構成する光学要素の位置を、前記光軸に沿って変化させる。前記第１光導波路の入射端の位置、又は前記光学要素の位置に応じた波長を有する光が、前記第１光導波路の入射端から、前記第１光導波路の内部へ入射する。
ある実施形態において、可変型バンドパスフィルタ装置は、第２光導波路を更に備える。前記第２光導波路は、前記光学系へ向けて光を出射する。この場合、前記第１光導波路及び前記第２光導波路の少なくも一方が、利得媒質を含み得る。
本発明によれば、簡易な構成で、選択する波長を変化させることができる。
（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るレーザー共振装置の構成を示す図である。（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る光ファイバーの断面図である。 本発明の第１実施形態に係る出力ミラー及び駆動装置を示す正面図である。 （ａ）は、本発明の第１実施形態に係る集光レンズの軸上色収差を示す図である。（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る出力ミラーの位置とレーザー光の発振波長との関係を示す図である。（ｃ）は、本発明の第１実施形態に係る出力ミラーの位置とレーザー光の発振波長との他の関係を示す図である。 図１（ａ）に示すレーザー共振装置を用いて構成されるレーザー装置の構成例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザー共振装置の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る屈折率分布型レンズの焦点位置の波長依存特性を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係るレーザー共振装置の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る集光レンズ及び駆動装置を示す正面図である。 （ａ）は、本発明の第３実施形態に係る集光レンズの位置とレーザー光の発振波長との関係を示す図である。（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係る集光レンズの位置とレーザー光の発振波長との他の関係を示す図である。 本発明の第４実施形態に係るレーザー共振装置の構成を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る可変型バンドパスフィルタ装置の構成を示す図である。 本発明の実施例に係る測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例に係る測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例に係る測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例に係る測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例に係る測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例に係る測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例に係る測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例に係る測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例に係る測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例に係る測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例に係る測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例に係る測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例に係る測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例に係る測定結果を示すグラフである。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し、図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示している。また、以下の各実施形態で示す材質や形状、寸法等は、一例であって特に限定されるものではない。
［第１実施形態］
まず図１（ａ）を参照して、第１実施形態に係るレーザー共振装置１の構成について説明する。図１（ａ）は、第１実施形態に係るレーザー共振装置１の構成を示す図である。図１（ａ）に示すように、レーザー共振装置１は、光学系２と、光ファイバー３（光導波路の一例）と、出力ミラー４（第１共振要素の一例）と、駆動装置５とを備える。なお、以下の説明において、光学系２を第１光学系２と記載する場合がある。
第１光学系２は、光軸Ａ上に光を集光する。光ファイバー３は、単一波長よりも広い波長範囲の光を発光する利得媒質を含み、その利得媒質が発光した光を光学系２に入射する。出力ミラー４は、第１光学系２によって集光された光の一部を反射する入射面４ａを有する。駆動装置５は、出力ミラー４の入射面４ａの位置を光軸Ａに沿って変化させる。出力ミラー４の入射面４ａの位置に応じた波長を有する光が、出力ミラー４から第１光学系２を介して光ファイバー３へ戻る。これにより、光ファイバー３へ戻された光の波長を有するレーザー光６が発振する。
以上のように、駆動装置５が出力ミラー４の入射面４ａの位置を光軸Ａに沿って変化させるという簡易な構成で、光ファイバー３へ戻す光の波長を変化させることが可能となる。即ち、レーザー光６の波長を変化させることが可能となる。以下、第１実施形態に係るレーザー共振装置１について詳細に説明する。
第１実施形態に係るレーザー共振装置１は、誘電体多層膜８（第２共振要素の一例）を更に備える。誘電体多層膜８は、光ファイバー３の入射端に設けられている。第１実施形態に係るレーザー共振装置１は、励起光７が光ファイバー３の入射端に誘電体多層膜８を介して入射すると、レーザー光６を発振する。レーザー光６は、連続波（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）である。レーザー光６の出力は、励起光７の出力に依存する。レーザー光６の出力は、数ミリＷ〜数十ミリＷ程度となり得る。
光ファイバー３は、コア部３ａとクラッド部３ｂとを含む。コア部３ａは、レーザー媒質（利得媒質）を含有する。本実施形態のレーザー媒質は、広帯域な発光波長特性（広帯域な利得）を有する。つまり、本実施形態のレーザー媒質は、励起光７が照射されると単一波長よりも広い波長範囲の光（自然放出光）を発光する。コア部３ａの屈折率は、クラッド部３ｂよりも大きい。クラッド部３ｂは、コア部３ａの周囲に設けられている。
光ファイバー３の一方端（図１では左端）は、励起光７が入射する入射端である。光ファイバー３の入射端は直角に研磨され得る。光ファイバー３の入射端から、コア部３ａ及びクラッド部３ｂの各々の一方の端面が露出する。
光ファイバー３の入射端には、誘電体多層膜８が密着して形成されている。誘電体多層膜８は、励起光７を透過させ、コア部３ａで発光した光を反射する。誘電体多層膜８は、レーザー出力効率を向上させるために、コア部３ａで発光する光に対して１００％の反射率を有することが好ましい。具体的には、レーザー光６の波長（発振波長）の可変範囲に合わせて、その可変範囲内の波長の光に対して１００％の反射率を有するように、誘電体多層膜８を設計することが好ましい。
誘電体多層膜８を介してコア部３ａに励起光７が入射すると、コア部３ａが発光する。コア部３ａで発光した光（自然放出光）は、光ファイバー３の他方端（図１では右端）から出射する。したがって、光ファイバー３の他方端は、コア部３ａで発光した光が出射する出射端である。光ファイバー３の出射端は直角に研磨され得る。光ファイバー３の出射端から、コア部３ａ及びクラッド部３ｂの各々の他方の端面が露出する。
光ファイバー３の出射端の前方には、光ファイバー３の出射端から出射される光の光軸Ａに沿って、第１光学系２と出力ミラー４とがこの順に並んでいる。第１実施形態において、第１光学系２は一対の集光レンズ２ａ、２ｂ（光学要素の一例）を含む。したがって、光ファイバー３の出射端と、第１光学系２を構成する一対の集光レンズ２ａ、２ｂと、出力ミラー４とが、光軸Ａに沿って並んでいる。以下、集光レンズ２ａを第１集光レンズ２ａと記載し、集光レンズ２ｂを第２集光レンズ２ｂと記載する場合がある。
光ファイバー３の出射端から出射された光は、第１集光レンズ２ａに照射されて平行光となる。平行光は第２集光レンズ２ｂに照射され、第２集光レンズ２ｂの焦点位置へ向けて集光される。第２集光レンズ２ｂの焦点位置は、光軸Ａ上に存在する。したがって平行光は、第２集光レンズ２ｂにより光軸Ａ上に集光される。出力ミラー４は、第２集光レンズ２ｂによって集光された光の一部を反射し、残りの光を透過する。出力ミラー４は、誘電体ミラーであり得る。出力ミラー４によって反射された光は、第１光学系２（一対の集光レンズ２ａ、２ｂ）を介して光ファイバー３に戻る。
駆動装置５は、光軸Ａに沿って出力ミラー４の位置を変化させることができる。駆動装置５が出力ミラー４の位置の変化させることで、出力ミラー４の入射面４ａ（第２集光レンズ２ｂ側の面）の位置が、光軸Ａに沿って変化する。第１実施形態では、光ファイバー３へ戻る光のうち、出力ミラー４の入射面４ａの位置に応じた波長（色）の光のみがコア部３ａに入射する。つまり、出力ミラー４の入射面４ａの位置に応じた波長の光のみが、第１集光レンズ２ａによってコア部３ａの端面（光ファイバー３の出射端側の面）に集光する。この結果、出力ミラー４の入射面４ａの位置に応じた波長の光のみが、誘電体多層膜８と出力ミラー４との間を往復する。したがって、出力ミラー４の入射面４ａの位置に応じた波長（発振波長）を有するレーザー光６が発振し、発振したレーザー光６の一部が出力ミラー４を透過する。このようにレーザー共振装置１は、光軸Ａに沿った出力ミラー４の直線移動のみで、レーザー光６の波長を可変し得る。よって、簡易な構成で、レーザー光６の波長を変化させることができる。また、レーザー光６の波長の選択が可能となる。
光ファイバー３の出射端から出力ミラー４の入射面４ａまでの距離Ｌ１（以下、光学系長さＬ１と記載する。）は主として、駆動装置５による出力ミラー４の最大移動距離、並びに、一対の集光レンズ２ａ、２ｂの各々の厚み及び焦点距離ｆによって決まる。出力ミラー４の最大移動距離は、例えば１００μｍ〜１３０μｍ程度である。また本実施形態では、誘電体多層膜８と出力ミラー４とによってレーザー共振器が構成される。本実施形態において、誘電体多層膜８から出力ミラー４までの距離Ｌ２（以下、共振器長さＬ２と記載する。）は主として、光学系長さＬ１と、光ファイバー３の長さＬ３（以下、ファイバー長さＬ３と記載する。）とによって決まる。
図１（ｂ）は、光ファイバー３の断面図である。コア部３ａの直径Ｄ１は、２μｍ以上１００μｍ以下であり得る。クラッド部３ｂの直径Ｄ２（光ファイバー３の直径）は、５０μｍ以上２０００μｍ以下であり得る。コア部３ａの直径Ｄ１を２μｍ以上１００μｍ以下とすることにより、レーザー発振させる光の波長の選択が可能となる。本実施形態の光ファイバー３は、シングルモードファイバーである。但し、光ファイバー３はシングルモードファイバーに限定されるものではない。光ファイバー３は、マルチモードファイバー又はダブルクラッドファイバー等であってもよい。コア部３ａ及びクラッド部３ｂの材質には、石英ガラスやフッ化物ガラス等のガラス素材を使用し得る。あるいは、コア部３ａ及びクラッド部３ｂの材質に樹脂が使用されてもよい。
コア部３ａは、レーザー媒質として、イオン化された希土類元素、イオン化された遷移元素、又はビスマス（Ｂｉ）を含有する。イオン化された希土類元素として、例えば、セリウム（Ｃｅ3+）、プラセオジウム（Ｐｒ3+）、ネオジウム（Ｎｄ3+）、サマリウム（Ｓｍ3+）、ユーロピウム（Ｅｒ3+）、イッテルビウム（Ｙｂ3+）、エルビウム（Ｅｒ3+）、又はツリウム（Ｔｍ3+）がコア部３ａにドープされる。また、イオン化された遷移元素として、銅（Ｃｕ+）、又は錫（Ｓｎ2+）がコア部３ａにドープされる。レーザー媒質として、セリウム（Ｃｅ3+）、プラセオジウム（Ｐｒ3+）、サマリウム（Ｓｍ3+）、ユーロピウム（Ｅｒ3+）、銅（Ｃｕ+）、又は錫（Ｓｎ2+）を使用することにより、可視光の範囲内での波長の変化（選択）が可能となる。また、ネオジウム（Ｎｄ3+）、イッテルビウム（Ｙｂ3+）、エルビウム（Ｅｒ3+）、ツリウム（Ｔｍ3+）、又はビスマス（Ｂｉ）を使用することにより、近赤外の範囲内での波長の変化（選択）が可能となる。また、エルビウム（Ｅｒ3+）は、中赤外の範囲内での波長の変化（選択）も可能にする。
図２は、出力ミラー４及び駆動装置５を示す正面図である。図２に示すように、出力ミラー４は第１ミラーホルダー９によって支持されている。したがって、図１（ａ）を参照して説明したレーザー共振装置１は、第１ミラーホルダー９を更に備える。
第１ミラーホルダー９は、駆動装置５に固定されている。駆動装置５には、マイクロメートル（μｍ）オーダーで位置制御が可能なステージを使用し得る。例えば、駆動装置５は、スライド式の１軸ステージである。
続いて図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照して、第１実施形態におけるレーザー光６の波長可変メカニズムについて説明する。なお、ここでは、第２集光レンズ２ｂが平凸レンズである場合を例に説明するが、第２集光レンズ２ｂは平凸レンズに限定されるものではない。
本実施形態では、レンズが一般的に有する軸上色収差を利用して、レーザー光６の発振波長を変化させる。軸上色収差は、光軸上における光の焦点位置（結像位置）が光の波長（色）ごとに異なるというレンズの性質を示す。
図３（ａ）は、第２集光レンズ２ｂの軸上色収差を示す図である。図３（ａ）に示すように、波長Ｗ１を有する光Ｓ１が第２集光レンズ２ｂに入射すると、光Ｓ１は光軸Ａ上の位置Ｐ１に集光する。また、波長Ｗ２を有する光Ｓ２が第２集光レンズ２ｂに入射すると、光Ｓ２は光軸Ａ上の位置Ｐ２に集光する。位置Ｐ２は、位置Ｐ１とは異なる位置である。一般的には、波長が短い程、屈折率が高くなる。したがって、第２集光レンズ２ｂに一般的なレンズが使用された場合、位置Ｐ１に集光する光Ｓ１の波長Ｗ１は、位置Ｐ２に集光する光Ｓ２の波長Ｗ２よりも短い。
図３（ｂ）は、出力ミラー４の位置とレーザー光６の発振波長との関係を示す図である。具体的には、図３（ｂ）は、波長Ｗ１を有するレーザー光６を発振するための出力ミラー４の位置を示している。図３（ｂ）に示すように、出力ミラー４の入射面４ａの位置を位置Ｐ１に位置決めすると、波長Ｗ１を有する光Ｓ１のみが、図１を参照して説明したコア部３ａの端面に戻る。即ち、波長Ｗ１を有する光Ｓ１のみが、コア部３ａの内部に入射する（戻る）。その結果、波長Ｗ１を有するレーザー光６が発振する。なお、出力ミラー４の入射面４ａの位置が位置Ｐ１に位置決めされると、光Ｓ２（波長Ｗ２）はコア部３ａの端面に結像しない。換言すれば、出力ミラー４によって反射された光Ｓ２は、光ファイバー３の出射端において、ぼやけた像となる。
図３（ｃ）は、出力ミラー４の位置とレーザー光６の発振波長との他の関係を示す図である。具体的には、図３（ｃ）は、波長Ｗ２を有するレーザー光６を発振するための出力ミラー４の位置を示している。図３（ｃ）に示すように、波長Ｗ２を有するレーザー光６を発振させる際には、出力ミラー４を光軸Ａに沿って移動させて、出力ミラー４の入射面４ａの位置を位置Ｐ２に位置決めする。このとき、μｍオーダーで出力ミラー４を移動させることにより、出力ミラー４の入射面４ａの位置を位置Ｐ２に位置決めすることができる。
出力ミラー４の入射面４ａの位置が位置Ｐ２に位置決めされると、波長Ｗ２を有する光Ｓ２のみが、図１を参照して説明したコア部３ａの端面に戻る。即ち、波長Ｗ２を有する光Ｓ２のみが、コア部３ａの内部に入射する（戻る）。したがって、波長Ｗ２を有するレーザー光６が発振する。なお、出力ミラー４の入射面４ａの位置が位置Ｐ２に位置決めされると、光Ｓ１（波長Ｗ１）はコア部３ａの端面に結像しない。換言すれば、出力ミラー４によって反射された光Ｓ１は、光ファイバー３の出射端において、ぼやけた像となる。
続いて図４を参照して、図１（ａ）に示すレーザー共振装置１を用いて構成され得るレーザー装置１０の一例について説明する。図４は、レーザー装置１０の構成例を示す図である。図４に示すように、レーザー装置１０は、レーザー共振装置１を備える。レーザー装置１０は更に、励起光源１１と、第２光学系１２と、フェルール１３とを備える。
励起光源１１は、図１（ａ）を参照して説明した励起光７を発生させて、出射する。励起光源１１は、光ファイバー３のコア部３ａに含有されるレーザー媒質の種類に応じて選択される。具体的には、レーザー媒質がプラセオジウム（Ｐｒ3+）の場合には、波長４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下のレーザー光（励起光７）を出射する青色半導体レーザーが励起光源１１として使用される。レーザー媒質がネオジウム（Ｎｄ3+）の場合には、波長８００ｎｍのレーザー光（励起光７）を出射する近赤外半導体レーザーが励起光源１１として使用される。レーザー媒質がイッテルビウム（Ｙｂ3+）又はエルビウム（Ｅｒ3+）の場合には、波長９７５ｎｍのレーザー光（励起光７）を出射する近赤外半導体レーザーが励起光源１１として使用される。レーザー媒質がツリウム（Ｔｍ3+）の場合には、波長７８０ｎｍのレーザー光（励起光７）を出射する近赤外半導体レーザーが励起光源１１として使用される。
励起光源１１から出射された励起光７は、第２光学系１２を介してフェルール１３の一方端に入射する。光ファイバー３は、フェルール１３内に固定されている。フェルール１３に入射した励起光７は、誘電体多層膜８に照射され、コア部３ａを励起する。この結果、コア部３ａが発光する。本実施形態において、第２光学系１２は光ファイバーである。但し、第２光学系１２は光ファイバーに限定されるものではない。第２光学系１２は、１つ又は複数の光学要素（例えば、レンズやミラー）から構成されてもよい。この場合、フェルール１３は省略し得る。
以上説明したように第１実施形態によれば、出力ミラー４を光軸Ａに沿って移動させることにより、レーザー光６の波長を変化させることができる。また、レーザー光６の波長の選択が可能となる。したがって、光ファイバー３から出射された光（レーザー媒質が発光した自然放出光）を空間的に分散させる必要がないため、レーザー共振器の小型化を図ることができる。更に、光学系長さＬ１の短縮化を図ることができるため、共振器長さＬ２の短縮化を図ることができる。
また、回折格子又はプリズムを用いて光を分散させる一般的な波長可変レーザーにおいては、回折格子又はプリズム等の各光学要素の位置の校正に、複雑な作業が必要となる。これに対して、第１実施形態によれば、光ファイバー３の出射端、第１光学系２を構成する光学要素（集光レンズ２ａ、２ｂ）、及び出力ミラー４を、光軸Ａに沿って配置すればよい。したがって、各光学要素の位置の校正が容易となる。具体的には、各集光レンズ２ａ、２ｂの発散角内、及び光ファイバー３の開口数（ＮＡ）内に、出力ミラー４からの反射光が閉じ込められるように、光ファイバー３の出射端等の位置を校正するのみでよい。
また、回折格子又はプリズムを用いる一般的な波長可変レーザー、及び、エタロンを用いる一般的な波長可変レーザーにおいては、フィードバック制御が必要となり、構成が複雑となる。これに対して、第１実施形態によれば、出力ミラー４を光軸Ａに沿ってμｍオーダーで移動させればよく（位置決めすればよく）、簡易な構成で、レーザー光６の波長を変化させることができる。
また、エタロンを用いる一般的な波長可変レーザーにおいては、ｎｍオーダーで２枚のミラー間の距離を調節する必要がある。これに対して、第１実施形態によれば、出力ミラー４を光軸Ａに沿ってμｍオーダーで移動させればよく（位置決めすればよく）、精度の高い位置決めを必要としない。
以上のように、第１実施形態によれば、簡易な構成で、レーザー光６の波長を変化させることが可能となる。したがって、部品点数の削減を図ることができる。また、レーザー共振器の小型化が可能となる。更に、メンテナンスが容易となる。よって、小型堅牢で、低コストの波長可変レーザーを提供することができる。
また第１実施形態のレーザー共振装置１及びレーザー装置１０は、レーザー媒質の適切な選択により、医療分野やレーザー測定分野、レーザー計測分野、光通信分野等の様々な分野への応用が可能となる。
また第１実施形態によれば、駆動装置５が出力ミラー４の位置を連続的に変化させることにより、波長自動掃引が可能となる。波長自動掃引機能は、医療分野やレーザー計測分野等の各分野において、有用な機能である。
更に第１実施形態によれば、ファイバー長さＬ３の短い光ファイバー３を使用することで、共振器長さＬ２の更なる短縮化を図ることが可能となる。
例えば、プラセオジウム（Ｐｒ3+）を添加した耐候性フッ化アルミ酸ガラスファイバー（ＷＰＦＧＦ：Ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ Ｆｌｕｏｒｏ−ａｌｕｍｉｎａｔｅ Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ）を光ファイバー３として使用することにより、ファイバー長さＬ３の短縮化を図ることができる。以下、Ｐｒ3+を添加した耐候性フッ化アルミ酸ガラスファイバーを、Ｐｒ：ＷＰＦＧＦと記載する。フッ化アルミ酸ガラスは、フッ化物ガラスの一種である。
具体的には、Ｐｒ：ＷＰＦＧＦのファイバー長さＬ３は、４０ｍｍとすることができる。したがって、ファイバー長さＬ３が４０ｍｍのＰｒ：ＷＰＦＧＦを光ファイバー３として使用することにより、共振器長さＬ２の更なる短縮化を図ることができる。
なお、Ｐｒ：ＷＰＦＧＦのコア部３ａには、Ｐｒ3+が例えば３０００ｐｐｍ添加される。また、Ｐｒ：ＷＰＦＧＦのコア部３ａの直径Ｄ１は８μｍであり得る。Ｐｒ：ＷＰＦＧＦの直径（クラッド部３ｂの直径Ｄ２）は３００μｍであり得る。Ｐｒ：ＷＰＦＧＦに対する励起光７には、例えば、窒化ガリウム半導体レーザーから出射される青色レーザー光（準連続波）が使用される。Ｐｒ：ＷＰＦＧＦは、青緑色、緑色、及び赤色のレーザー光６を発振することができる。したがって、Ｐｒ：ＷＰＦＧＦを使用することにより、可視光の帯域での波長可変が可能となる。
また、ネオジウム（Ｎｄ3+）を添加した石英ガラスファイバー（Ｎｄ−ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｆｉｂｅｒ）を光ファイバー３として使用することにより、ファイバー長さＬ３の更なる短縮化を図ることができる。以下、Ｎｄ3+を添加した石英ガラスファイバーを、Ｎｄ3+添加石英ガラスファイバーと記載する。
具体的には、Ｎｄ3+添加石英ガラスファイバーのファイバー長さＬ３は、１ｍｍまで短縮化することができる。したがって、Ｎｄ3+添加石英ガラスファイバーを光ファイバー３として使用することにより、共振器長さＬ２の更なる短縮化を図ることができる。
Ｎｄ3+添加石英ガラスファイバーのコア部３ａの素材となるＮｄ3+添加石英ガラス（以下、Ｎｄ3+コアガラスと記載する。）は、ゼオライト（ｚｅｏｌｉｔｅ）法で製造することができる。ゼオライト法は、例えば、文献１“Ｙ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏ、Ｍ．Ｎａｋａｔｓｕｋａ、「Ａ ｎｏｖｅｌ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｕｎｉｆｏｒｍ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｉｏｎｓ ｉｎ ＳｉＯ2 ｇｌａｓｓ ｕｓｉｎｇ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｘ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｓｉｄｓ、１９９７年、第２１５巻、１８２−１９１頁”に記載されている。また、ファイバー長さＬ３が４ｍｍのＮｄ3+添加石英ガラスファイバーが、文献２：“Ｍｏｔｏｉｃｈｉｒｏ Ｍｕｒａｋａｍｉ 他４名、「Ｓｈｏｒｔ−ｌｅｎｇｔｈ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｉｎ ４−ｍｍ Ｎｄ−ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａ ｆｉｂｅｒ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｚｅｏｌｉｔｅ ｍｅｔｈｏｄ」、Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２０１４年、第３２８巻、１２１−１２３頁”に記載されている。
Ｎｄ3+添加石英ガラスファイバーに対する励起光源１１には、波長８１０ｎｍのレーザー光を出射する半導体レーザーを使用し得る。Ｎｄ3+添加石英ガラスファイバーから発振するレーザー光６は、近赤外レーザーである。したがって、Ｎｄ3+添加石英ガラスファイバーを使用することにより、近赤外の帯域での波長可変が可能となる。
Ｎｄ3+コアガラスは、以下の方法（ゼオライト法）によって製造することができる。即ち、まず、Ｘ型ゼオライトのナトリウム（Ｎａ）イオンを、イオン交換法によってネオジウムイオンに置換する。次に、置換後のＸ型ゼオライトと、コロイド化された石英とを混合する。そして、水を加えて、スラリーを形成する。その後、スラリーをかき混ぜて、乾燥させる。これにより、乾燥した粉体を得ることができる。最後に、乾燥した粉体を１８００℃で焼結することにより、Ｎｄ3+コアガラスを得ることができる。Ｎｄ3+コアガラスの組成は、例えば、酸価ネオジウム（Ｎｄ2Ｏ3）が１．２５ｗｔ％、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）が２．７２ｗｔ％、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）が９６．０３ｗｔ％となる。Ｎｄ3+コアガラスの組成は、Ｘ線発光分析法によって測定することができる。
Ｎｄ3+添加石英ガラスファイバーは、ロッドインチューブ法で製造することができる。即ち、まず、Ｎｄ3+コアガラスを棒形状に成形する。棒形状に成形されたＮｄ3+コアガラスの直径は、例えば１ｍｍである。次に、棒形状に成形されたＮｄ3+コアガラスを石英ガラスチューブに挿入して、母材を形成する。例えば、石英ガラスチューブの内径は１ｍｍ、外径は１２ｍｍである。その後、母材を線引きすることにより、Ｎｄ3+添加石英ガラスファイバーを得ることができる。Ｎｄ3+添加石英ガラスファイバーのコア部３ａの直径Ｄ１は、１２μｍであり得る。Ｎｄ3+添加石英ガラスファイバーの直径（クラッド部３ｂの直径Ｄ２）は、１４４μｍであり得る。Ｎｄ3+添加石英ガラスファイバーのクラッド部３ｂの屈折率は、例えば１．４５４５であり、Ｎｄ3+添加石英ガラスファイバーのコア部３ａの屈折率は、例えば１．４４９９である。Ｎｄ3+添加石英ガラスファイバーのコア部３ａ及びクラッド部３ｂの屈折率は、分光エリプソメーターによって測定することができる。
なお、ネオジウム（Ｎｄ3+）に替えて、イッテルビウム（Ｙｂ3+）が使用されてもよい。イッテルビウム（Ｙｂ3+）を使用しても、ファイバー長さＬ３を１ｍｍまで短縮化できる石英ガラスファイバーを作製することができる。
［第２実施形態］
続いて第２実施形態について説明する。但し、第１実施形態と異なる事項を説明し、第１実施形態と同じ事項についての説明は割愛する。第２実施形態に係るレーザー共振装置１及びレーザー装置１０は、第１実施形態と比べて、第１光学系２が異なる。
図５は、第２実施形態に係るレーザー共振装置１の構成を示す図である。図５に示すように、第２実施形態に係るレーザー共振装置１は、第１光学系２が、光学要素として１枚の屈折率分布型（ＧＲＩＮ：ｇｒａｄｉｅｎｔ ｉｎｄｅｘ）レンズ２ｃを備える。
図６は、屈折率分布型レンズ２ｃの焦点位置の波長依存特性を示すグラフである。図６において、横軸は、屈折率分布型レンズ２ｃに入射する光の波長［ｎｍ］を示し、縦軸は光軸Ａに沿った焦点位置のシフト量［μｍ］を示す。具体的には、図６は、光学解析ソフトウエア（ＣＯＤＥ Ｖ）による計算値を示す。
図６に示すように、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲において、焦点位置は光軸Ａに沿って略線形に約１３０μｍシフトする。したがって、第１実施形態と同様に、それぞれの波長における焦点位置に出力ミラー４の入射面４ａを位置決めすることにより、レーザー光６の波長（発振波長）を変化させることができる。具体的には、出力ミラー４を１．３μｍ移動（シフト）させると、レーザー光６の波長が１ｎｍ変化する。
第２実施形態によれば、屈折率分布型レンズ２ｃを使用することにより、第１光学系２を１枚のレンズで構成することが可能となる。また、屈折率分布型レンズ２ｃは、直径が２ｍｍ〜３ｍｍ程度であり、長さが５ｍｍ〜６ｍｍ程度ある。したがって、光学系長さＬ１の短縮化、ひいては共振器長さＬ２の短縮化を図ることができる。例えば、光ファイバー３として、ファイバー長さＬ３が４０ｍｍのＰｒ：ＷＰＦＧＦを使用することにより、共振器長さＬ２を５ｃｍ〜６ｃｍ程度にすることができる。また、光ファイバー３として、ファイバー長さＬ３が４ｍｍのＮｄ3+添加石英ガラスファイバーを使用することにより、共振器長さＬ２を１ｃｍ〜２ｃｍ程度にすることができる。
また、屈折率分布型レンズ２ｃを使用することにより、レーザー光６の出力を数十ミリＷにすることができる。
［第３実施形態］
続いて第３実施形態について説明する。但し、第１実施形態と異なる事項を説明し、第１実施形態と同じ事項についての説明は割愛する。第３実施形態に係るレーザー共振装置１及びレーザー装置１０は、第１実施形態と比べて、波長可変のために第２集光レンズ２ｂを移動（シフト）させる点が異なる。
図７は、第３実施形態に係るレーザー共振装置１の構成を示す図である。図７に示すように、第３実施形態に係るレーザー共振装置１では、駆動装置５が、２枚の集光レンズ２ａ、２ｂのうち出力ミラー４に近い方の集光レンズ２ｂの位置を光軸Ａに沿って変化させる。
図８は、第３実施形態に係る第２集光レンズ２ｂ及び駆動装置５を示す正面図である。図８に示すように、第２集光レンズ２ｂは第２ミラーホルダー２１によって支持されている。したがって、図７に示すレーザー共振装置１は、第２ミラーホルダー２１を更に備える。第２ミラーホルダー２１は、駆動装置５に固定されている。
続いて図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して、第３実施形態におけるレーザー光６の波長可変メカニズムについて説明する。第３実施形態においても第１実施形態と同様に、レンズが一般的に有する軸上色収差を利用して、レーザー光６の波長（発振波長）を変化させる。なお、ここでは、第２集光レンズ２ｂが平凸レンズである場合を例に説明するが、第２集光レンズ２ｂは平凸レンズに限定されるものではない。
図９（ａ）は、第２集光レンズ２ｂの位置とレーザー光６の発振波長との関係を示す図である。具体的には、図９（ａ）は、波長Ｗ１１を有するレーザー光６を発振するための第２集光レンズ２ｂの位置を示している。図９（ａ）に示すように、波長Ｗ１１を有する光Ｓ１１が第２集光レンズ２ｂによって出力ミラー４の入射面４ａに集光すると、波長Ｗ１１を有する光Ｓ１１のみが、図７に示すコア部３ａの端面（光ファイバー３の出射端側の面）に戻る。即ち、波長Ｗ１１を有する光Ｓ１１のみが、コア部３ａの内部に入射する（戻る）。その結果、波長Ｗ１１を有するレーザー光６が発振する。なお、このとき、光Ｓ１１とは異なる波長Ｗ１２を有する光Ｓ１２は、コア部３ａの端面に結像しない。換言すれば、出力ミラー４によって反射された光Ｓ１２は、光ファイバー３の出射端において、ぼやけた像となる。
図９（ｂ）は、第２集光レンズ２ｂの位置とレーザー光６の発振波長との他の関係を示す図である。具体的には、図９（ｂ）は、波長Ｗ１２を有するレーザー光６を発振するための第２集光レンズ２ｂの位置を示している。図９（ｂ）に示すように、波長Ｗ１２を有するレーザー光６を発振させる際には、第２集光レンズ２ｂを光軸Ａに沿って移動させて、波長Ｗ１２を有する光Ｓ１２が出力ミラー４の入射面４ａに集光するようにする。これにより、波長Ｗ１２を有する光Ｓ１２のみが、図７に示すコア部３ａの端面に戻る。即ち、波長Ｗ１２を有する光Ｓ１２のみが、コア部３ａの内部に入射する（戻る）。その結果、波長Ｗ１２を有するレーザー光６が発振する。なお、このとき、光Ｓ１１はコア部３ａの端面に結像しない。換言すれば、出力ミラー４によって反射された光Ｓ１１は、光ファイバー３の出射端において、ぼやけた像となる。
なお、第３実施形態では、第１光学系２が２枚の集光レンズ２ａ、２ｂを備える形態について説明しているが、第１光学系２の構成はこの形態に限定されない。第１光学系２は、第２実施形態で説明したように、１枚の屈折率分布型レンズ２ｃによって構成されてもよい。この場合、駆動装置５は、屈折率分布型レンズ２ｃの位置を光軸Ａに沿って変化させる。
［第４実施形態］
続いて第４実施形態について説明する。但し、第１実施形態と異なる事項を説明し、第１実施形態と同じ事項についての説明は割愛する。第４実施形態に係るレーザー共振装置１及びレーザー装置１０は、出力ミラー４が可飽和吸特性を有する点で、第１実施形態と異なる。
図１０は、第４実施形態に係るレーザー共振装置１の構成を示す図である。図１０に示すように、第４実施形態に係るレーザー共振装置１では、出力ミラー４の入射面４ａに、可飽和吸収体（ＳＡ：ｓａｔｕｒａｂｌｅ ａｂｓｏｒｂｅｒ）２２が設置されている。これにより、出力ミラー４に可飽和吸特性を付与することができる。可飽和吸収体２２には、カーボンナノチューブやグラフェン等を使用し得る。出力ミラー４が可飽和吸特性を有することにより、Ｑスイッチ又はモードロックによるパルスレーザーを構成することができる。
なお、第４実施形態では、出力ミラー４の入射面４ａに可飽和吸収体２２を設置する形態について説明しているが、出力ミラー４自身が可飽和吸収特性を有してもよい。例えば、出力ミラー４として半導体可飽和吸収ミラー（ＳＥＳＡＭ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓａｔｕｒａｂｌｅ ｍｉｒｒｏｒ）を使用することにより、出力ミラー４自身が可飽和吸特性を有することができる。
以上、図面を参照しながら本発明によるレーザー共振装置、及びレーザー装置の実施形態について説明した。但し、本発明によるレーザー共振装置は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。
例えば本発明によるレーザー共振装置、及びレーザー装置の実施形態では、利得媒質を含む光導波路として光ファイバー３が使用される形態について説明したが、利得媒質を含む光導波路は光ファイバー３に限定されない。利得媒質を含む光導波路は、例えば半導体レーザーであり得る。利得媒質を含む光導波路として半導体レーザーを使用することにより、波長を変化させることが可能な外部共振型半導体レーザーを構成することができる。外部共振型半導体レーザーを構成する場合、単一波長よりも広い波長範囲のレーザー光を出射する半導体レーザーを使用し、出力ミラー４からの反射光を半導体レーザーの内部共振器内に帰還させる。また、この場合、第２共振要素（誘電体多層膜８）は省略できる。
また本発明によるレーザー共振装置、及びレーザー装置の実施形態では、第２共振要素として誘電体多層膜８が使用される形態について説明したが、第２共振要素は誘電体多層膜８に限定されない。第２共振要素は、誘電体ミラーであってもよい。誘電体ミラーは、誘電体多層膜が形成されたミラーである。誘電体ミラーは、光ファイバー３の入射端からの光の漏れを防ぐために、光ファイバー３の入射端に密着させることが好ましい。
［第５実施形態］
続いて、本発明による可変型バンドパスフィルタ装置の実施形態について説明する。図１１は、本実施形態に係る可変型バンドパスフィルタ装置３０の構成を示す図である。可変型バンドパスフィルタ装置３０は、レンズが一般的に有する軸上色収差を利用して、第１光ファイバー３１（第１光導波路の一例）内を伝送する光の波長を変化させることができる。
図１１に示すように、可変型バンドパスフィルタ装置３０は、光学系２と、駆動装置５と、第１光ファイバー３１と、第１光ファイバー３１の一方の端部（入射端側の端部）を支持する支持部材３２とを備える。
本実施形態では、第２光ファイバー３３の出射端（図１１では右端）から出射される光３４の光軸Ａに沿って、光学系２と第１光ファイバー３１の入射端とがこの順に並んでいる。第２光ファイバー３３は、コア部３３ａとクラッド部３３ｂとを含む。第２光ファイバー３３の入射端（図１１では左端）には、単一波長よりも広い波長範囲の光３４が入射される。第２光ファイバー３３は、光３４を伝送して、出射端から光学系２（第１集光レンズ２ａ）へ向けて光３４を出射する。
第１光ファイバー３１は、コア部３１ａとクラッド部３１ｂとを含む。第１光ファイバー３１の入射端には、光学系２（第２集光レンズ２ｂ）によって集光された光３４が照射される。
支持部材３２は、駆動装置５に固定されている。駆動装置５は、支持部材３２の位置を光軸Ａに沿って変化させることにより、第１光ファイバー３１の入射端の位置を光軸Ａに沿って変化させる。
本実施形態によれば、第１光ファイバー３１の入射端の位置を光軸Ａに沿って変化させることにより、第１光ファイバー３１内を伝送する光の波長を変化させることができる。
即ち、第１実施形態で説明したように、軸上色収差に起因して、第２集光レンズ２ｂによって光が集光される位置（焦点位置）は、光の波長ごとに異なる。したがって、それぞれの波長における焦点位置に第１光ファイバー３１の入射端の位置を位置決めすることにより、第１光ファイバー３１内を伝送する光の波長を変化させることができる。つまり、第１光ファイバー３１の入射端の位置に応じた波長の光のみが、第１集光レンズ２ａによって第１光ファイバー３１のコア部３１ａに集光する。よって、第１光ファイバー３１の入射端の位置が、ある波長を有する光の焦点位置と一致すると、その光のみが第１光ファイバー３１のコア部３１ａに入射して、第１光ファイバー３１内を伝送する。
なお、第１光ファイバー３１のコア部３１ａは利得媒質を含んでもよい。よって、第１光ファイバー３１は、第１実施形態で説明した光ファイバー３であり得る。また、可変型バンドパスフィルタ装置３０は、第２光ファイバー３３（第２光導波路の一例）を含んでもよい。この場合、第２光ファイバー３３のコア部３３ａは利得媒質を含んでもよい。よって、第２光ファイバー３３は、第１実施形態で説明した光ファイバー３であり得る。また、可変型バンドパスフィルタ装置３０は、第２光導波路として、単一波長よりも広い波長範囲のレーザー光を出射する半導体レーザーを含んでもよい。
以上、図面を参照しながら本発明による可変型バンドパスフィルタ装置の実施形態について説明した。但し、本発明による可変型バンドパスフィルタ装置は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。
例えば本発明による可変型バンドパスフィルタ装置の実施形態では、第１光導波路が光ファイバー（光ファイバー３１）である形態について説明したが、第１光導波路は光ファイバーに限定されない。第１光導波路は、例えば半導体光導波路であり得る。同様に、利得媒質を含まない第２光導波路が光ファイバー（利得媒質を含まない光ファイバー３３）である形態について説明したが、利得媒質を含まない第２光導波路は光ファイバーに限定されない。利得媒質を含まない第２光導波路は、例えば半導体光導波路であり得る。
以上、本発明によるレーザー共振装置、レーザー装置、及び可変型バンドパスフィルタ装置の実施形態について説明したが、本発明の実施形態で説明された各事項は適宜組み合わせることが可能である。
例えば、図１０を参照して説明した第４実施形態のレーザー共振装置１では、第１光学系２が光学要素として２枚の集光レンズ２ａ、２ｂを備えたが、本発明はこれに限定されない。第４実施形態のレーザー共振装置１において、第１光学系２は、第２実施形態で説明したように、１枚の屈折率分布型レンズ２ｃを備えてもよい。
また例えば、図１１を参照して説明した第５実施形態の可変型バンドパスフィルタ装置３０では、駆動装置５が第１光ファイバー３１の入射端の位置を変化させたが、本発明はこれに限定されない。第５実施形態の可変型バンドパスフィルタ装置３０において、駆動装置５は、第３実施形態で説明したように、２枚の集光レンズ２ａ、２ｂのうち第１光ファイバー３１の入射端に近い方の集光レンズ２ｂの位置を光軸Ａに沿って変化させてもよい。
以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
本実施例では、図４に示すレーザー装置１０を構成して使用した。励起光源１１には、窒化ガリウム半導体レーザー（日亜化学工業社製、製品名：ＮＤＢ７８７５Ｅ、製造番号：ＢＡ２８９８）を使用し、窒化ガリウム半導体レーザーから、励起光７として、準連続波（ＱＣＷ：Ｑｕａｓｉ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）を出射させた。励起光７（青色）の波長は４４２ｎｍ、出力は１．６Ｗであった。また、第２光学系１２として、住田光学ガラス社製の光ファイバーを使用した。
光ファイバー３には、ファイバー長さＬ３が４０ｍｍのＰｒ：ＷＰＦＧＦを使用した。コア部３ａの直径Ｄ１は８μｍ、光ファイバー３（クラッド部３ｂ）の直径Ｄ２は３００μｍとした。プラセオジウム（Ｐｒ3+）は３０００ｐｐｍ添加した。誘電体多層膜８は、波長５５０μｍ以上６５０μｍ以下に対する反射率が９９％以上９９．５％以下、波長４００μｍ以上４８０μｍ以下に対する透過率が９０％以上９５％以下であった。
各集光レンズ２ａ、２ｂには非球面レンズ（エドモンド オプティクス社製、製造番号：＃４９１０４、ＮＡ：０．３３、焦点距離ｆ：３７．５ｍｍ）を使用した。光ファイバー３の出射端から第１集光レンズ２ａまでの距離を３７．５ｍｍに設定し、一対の集光レンズ２ａ、２ｂ間の距離を７６ｍｍに設定し、第２集光レンズ２ｂから出力ミラー４の初期設定位置までの距離を３７．５ｍｍに設定した。
出力ミラー４には、エドモンド オプティクス社製の「ショートパスフィルタ（製造番号：♯６４６０３）」を使用した。出力ミラー４は、波長５５０μｍ以上６５０μｍ以下に対する反射率が９０％以上９９．５％以下、波長５５０μｍ以上６５０μｍ以下に対する透過率が０．５％以上１０％以下であった。
出力ミラー４を、初期設定位置から１０μｍずつ第２集光レンズ２ｂから遠ざかる向きに光軸Ａに沿ってシフトさせて、出力ミラー４を透過したレーザー光６の波長（発振スペクトル）を光スペクトラムアナライザ（オーシャン オプティクス社製、製品名：ＨＲ２０００）により測定した。測定結果を図１２〜図２５に示す。
図１２〜図２５はそれぞれ、出力ミラー４を初期設定位置（第２集光レンズ２ｂから３７．５ｍｍ離れた箇所）から１０μｍずつシフトさせて測定した発振スペクトルを示す。図１２〜図２５において、横軸は、レーザー光６の波長（発振スペクトル）を示す。縦軸は、レーザー光６の強度を示す。本実施例において、レーザー光６は、連続波である。
図１２は、出力ミラー４が初期設定位置に位置する際に得られた発振スペクトルを示す。図１２に示すように、出力ミラー４が初期設定位置に位置する場合、ピーク波長は約６０３．５ｎｍとなった。
図１３は、出力ミラー４を初期設定位置から１０μｍシフトさせた際に得られた発振スペクトルを示す。図１３に示すように、出力ミラー４を初期設定位置から１０μｍシフトさせると、ピーク波長が約６０３．７ｎｍとなった。
図１４は、出力ミラー４を初期設定位置から２０μｍシフトさせた際に得られた発振スペクトルを示す。図１４に示すように、出力ミラー４を初期設定位置から２０μｍシフトさせると、ピーク波長が約６０４．８ｎｍとなった。
図１５は、出力ミラー４を初期設定位置から３０μｍシフトさせた際に得られた発振スペクトルを示す。図１５に示すように、出力ミラー４を初期設定位置から３０μｍシフトさせると、２つのピーク波長が観察された。具体的には、約６０５．５ｎｍのピーク波長と、約６０６．３ｎｍのピーク波長とが観察された。これは、約６０５．５ｎｍの波長の光と、約６０６．３ｎｍの波長の光とに対する第２集光レンズ２ｂの軸上色収差に起因する焦点位置のズレ幅が小さく、約６０５．５ｎｍの波長の光と、約６０６．３ｎｍの波長の光とのいずれもが、光ファイバー３のコア部３ａに戻ったためであると考えられる。
図１６は、出力ミラー４を初期設定位置から４０μｍシフトさせた際に得られた発振スペクトルを示す。図１６に示すように、出力ミラー４を初期設定位置から４０μｍシフトさせると、ピーク波長が約６０７．６ｎｍとなった。
図１７は、出力ミラー４を初期設定位置から５０μｍシフトさせた際に得られた発振スペクトルを示す。図１７に示すように、出力ミラー４を初期設定位置から５０μｍシフトさせると、ピーク波長が約６０９．３ｎｍとなった。
図１８は、出力ミラー４を初期設定位置から６０μｍシフトさせた際に得られた発振スペクトルを示す。図１８に示すように、出力ミラー４を初期設定位置から６０μｍシフトさせると、２つのピーク波長が観察された。具体的には、約６１０．７ｎｍのピーク波長と、約６１１．９ｎｍのピーク波長とが観察された。これは、約６１０．７ｎｍの波長の光と、約６１１．９ｎｍの波長の光とに対する第２集光レンズ２ｂの軸上色収差に起因する焦点位置のズレ幅が小さく、約６１０．７ｎｍの波長の光と、約６１１．９ｎｍの波長の光とのいずれもが、光ファイバー３のコア部３ａに戻ったためであると考えられる。
図１９は、出力ミラー４を初期設定位置から７０μｍシフトさせた際に得られた発振スペクトルを示す。図１９に示すように、出力ミラー４を初期設定位置から７０μｍシフトさせると、ピーク波長が約６１３．１ｎｍとなった。
図２０は、出力ミラー４を初期設定位置から８０μｍシフトさせた際に得られた発振スペクトルを示す。図２０に示すように、出力ミラー４を初期設定位置から８０μｍシフトさせると、ピーク波長が約６１４．４ｎｍとなった。
図２１は、出力ミラー４を初期設定位置から９０μｍシフトさせた際に得られた発振スペクトルを示す。図２１に示すように、出力ミラー４を初期設定位置から９０μｍシフトさせると、ピーク波長が約６１６．８ｎｍとなった。
図２２は、出力ミラー４を初期設定位置から１００μｍシフトさせた際に得られた発振スペクトルを示す。図２２に示すように、出力ミラー４を初期設定位置から１００μｍシフトさせると、ピーク波長が約６１９．１ｎｍとなった。
図２３は、出力ミラー４を初期設定位置から１１０μｍシフトさせた際に得られた発振スペクトルを示す。図２３に示すように、出力ミラー４を初期設定位置から１１０μｍシフトさせると、ピーク波長が約６２０．２ｎｍとなった。
図２４は、出力ミラー４を初期設定位置から１２０μｍシフトさせた際に得られた発振スペクトルを示す。図２４に示すように、出力ミラー４を初期設定位置から１２０μｍシフトさせると、ピーク波長が約６２２．１ｎｍとなった。
図２５は、出力ミラー４を初期設定位置から１３０μｍシフトさせた際に得られた発振スペクトルを示す。図２５に示すように、出力ミラー４を初期設定位置から１３０μｍシフトさせると、ピーク波長が約６２４．７ｎｍとなった。
したがって、図１２〜図２５に示すように、出力ミラー４の移動範囲（最大移動距離）を１３０μｍに設定することにより、２０ｎｍ以上の波長可変特性を得ることができた。
本発明のレーザー共振装置及びレーザー装置は、医療用レーザーに適用できる。具体的には、レーザーメスの光源、光線力学療法の光源、及びＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）の光源等に利用できる。また、本発明のレーザー共振装置及びレーザー装置は、計測用レーザーに適用できる。具体的には、ＬＩＤＡＲ（Ｌａｓｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）の光源、及び大気リモートセンサーの光源等に利用できる。また、本発明のレーザー共振装置及びレーザー装置は、微粒子測定用レーザーに適用できる。具体的には、ラマン分光の光源、及びフローサイトメトリーの光源等に利用できる。また、本発明のレーザー共振装置及びレーザー装置は、太陽電池等の物性計測用の光源に利用できる。また、本発明のレーザー共振装置及びレーザー装置は、光通信の光源に利用できる。
１ レーザー共振装置
２ 第１光学系
２ａ 集光レンズ
２ｂ 集光レンズ
２ｃ 屈折率分布型レンズ
３ 光ファイバー
３ａ コア部
３ｂ クラッド部
４ 出力ミラー
４ａ 入射面
５ 駆動装置
６ レーザー光
７ 励起光
８ 誘電体多層膜
１０ レーザー装置
３０ 可変型バンドパスフィルタ装置
Ａ 光軸

Claims (15)

  1. 光軸上に光を集光する光学系と、
    単一波長よりも広い波長範囲の光を発光する利得媒質を含み、前記利得媒質が発光した光を前記光学系に入射する光導波路と、
    前記光学系によって集光された光の一部を反射する入射面を有する第１共振要素と、
    前記入射面の位置、又は前記光学系を構成する光学要素の位置を、前記光軸に沿って変化させる駆動装置と
    を備え、
    前記入射面の位置、又は前記光学要素の位置に応じた波長を有する光が、前記第１共振要素から前記光学系を介して前記光導波路へ戻ることにより、レーザー光が発振する、レーザー共振装置。
  2. 前記光学系は、前記光学要素として２枚の集光レンズを備え、
    前記駆動装置が、前記入射面の位置、又は、前記２枚の集光レンズのうち前記第１共振要素に近い方の前記集光レンズの位置を変化させる、請求項１に記載のレーザー共振装置。
  3. 前記光学系は、前記光学要素として１枚の屈折率分布型レンズを備え、
    前記駆動装置が、前記入射面の位置、又は前記屈折率分布型レンズの位置を変化させる、請求項１に記載のレーザー共振装置。
  4. 前記第１共振要素が、可飽和吸特性を有する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のレーザー共振装置。
  5. 励起光を透過し且つ前記利得媒質が発光した光を反射する第２共振要素を更に備え、
    前記光導波路が、光ファイバーであり、
    前記光ファイバーは、前記励起光が入射する入射端を含み、
    前記第２共振要素は、前記入射端に設けられ、
    前記利得媒質は、前記光ファイバーのコア部に含有される、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のレーザー共振装置。
  6. 前記利得媒質が、イオン化された希土類元素、イオン化された遷移元素、又はビスマスを含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のレーザー共振装置。
  7. 前記希土類元素が、セリウム、プラセオジウム、ネオジウム、サマリウム、ユーロピウム、イッテルビウム、エルビウム、又はツリウムであり、
    前記遷移元素が、銅又は錫である、請求項６に記載のレーザー共振装置。
  8. 前記光ファイバーが、フッ化物ガラスを含む、請求項５に記載のレーザー共振装置。
  9. 前記利得媒質が、イオン化されたプラセオジウムを含む、請求項８に記載のレーザー共振装置。
  10. 前記コア部が、イオン化された希土類元素、イオン化された遷移元素、又はビスマスがゼオライトを用いて添加された石英ガラスを含む、請求項５に記載のレーザー共振装置。
  11. 前記利得媒質が、イオン化されたネオジウム又はイッテルビウムを含み、
    前記光ファイバーの長さが１ｍｍ以上である、請求項１０に記載のレーザー共振装置。
  12. 前記光導波路が、半導体レーザーである、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のレーザー共振装置。
  13. 請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のレーザー共振装置と、
    前記光導波路に入射する励起光を発生させる励起光源と
    を備えたレーザー装置。
  14. 光軸上に光を集光する光学系と、
    前記光学系によって集光された光が照射される入射端を有する第１光導波路と、
    前記第１光導波路の入射端の位置、又は前記光学系を構成する光学要素の位置を、前記光軸に沿って変化させる駆動装置と
    を備え、
    前記第１光導波路の入射端の位置、又は前記光学要素の位置に応じた波長を有する光が、前記第１光導波路の入射端から、前記第１光導波路の内部へ入射する、可変型バンドパスフィルタ装置。
  15. 前記光学系へ向けて光を出射する第２光導波路を更に備え、
    前記第１光導波路及び前記第２光導波路の少なくとも一方が利得媒質を含む、請求項１４に記載の可変型バンドパスフィルタ装置。
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