JP3250609B2 - レーザ発振装置、レーザメス - Google Patents
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Description
媒質として複数の波長のレーザビームを出射するレーザ
発振装置と、このレーザ発振装置を利用したレーザメス
とに関する。
振装置が各種機器に利用されており、例えば、レーザ発
振装置としてガスレーザ管を具備したレーザメスなども
実用化されている。レーザ発振装置としては、ガスレー
ザ管の他に半導体レーザなども普及しているが、一般的
なレーザ発振装置は出射するレーザビームの波長が一つ
である。
種用途により複数の波長のレーザビームを出射できるこ
とが要望されており、これを実現したレーザ発振装置と
してはファイバレーザがある。このファイバレーザは、
レーザイオンをドープした光ファイバを利得媒質とする
もので、カスケード発振により複数の波長のレーザビー
ムを出射することができる。
ァイバレーザを図5を参照して以下に説明する。なお、
同図はファイバレーザの全体構造を示す模式図である。
ここで例示するファイバレーザ1は、利得媒質である光
ファイバ2の両端に反射手段である反射素子3,4が一
個ずつ位置しており、一方の反射素子3の外側には、励
起発光手段として発光素子5が対向されている。
り、そのコアには所定のレーザイオンがドープされてい
る。発光素子5は、例えば、LD(Laser Diode)からな
り、その発光により光ファイバ2のレーザイオンを励起
させて複数の波長成分を内包した一つのレーザビームを
発生させる。
素子3は、例えば、ダイクロイックミラーからなり、発
光素子5が発生する励起波長の光線は高効率に透過する
が、光ファイバ2で共振される発振波長の光線は高効率
に反射する。他方の反射素子4は、例えば、ハーフミラ
ーからなり、光ファイバ2で励起されたレーザビームを
強度に対応して反射および透過する。
素子5の発光が反射素子3を介して光ファイバ2に導入
されると、この光ファイバ2レーザイオンが励起されて
複数の波長のレーザビームが発生する。このレーザビー
ムは一対の反射素子3,4間で共振され、所定強度で反
射素子4から外部に出射される。
の波長の成分からなるので、この特性が必要とされる各
種機器に利用される。しかし、複数の波長の強度の比率
が所望の状態にないことがあり、このような場合には特
定の波長成分の強度を低下させる必要がある。
対して特定の透過率を発生する光学フィルタ6を利用す
れば、レーザビームの複数の波長の強度の比率を所望の
状態に補正することが可能である。さらに、各種特性の
光学フィルタ6を交換すれば、レーザビームの複数の波
長の強度の比率を自在に変化させることも可能である。
のように、回折格子やプリズムなどの波長分散素子12
によりレーザビームを複数の波長ごとに相違する方向に
反射してから、その各々の強度を複数の光学フィルタ1
3,14で個々に変調することも可能である。
レーザ1,11は、波長が複数のレーザビームを出射す
ることができ、その複数の波長の強度の比率を所望の状
態とすることも可能である。しかし、第一のファイバレ
ーザ1の場合、レーザビームの波長が三つ以上であると
強度の比率を所望の状態とすることが困難であり、特定
の波長成分の強度を連続的に動的に変化させることも困
難である。
レーザビームの波長が三つ以上でも強度の比率を所望の
状態とすることは可能であるが、やはり特定の波長成分
の強度を連続的に動的に変化させることも困難である。
さらに、波長ごとに分離した複数のレーザビームを一つ
に合成することが困難なので、これが要求される機器に
は不適である。
の両方とも、光ファイバ2で発生したレーザビームを両
端の反射素子3,4で反射させて共振させるが、このレ
ーザ共振では複数の波長ごとに最適な反射率などが相違
している。しかし、上述のファイバレーザ1,11で
は、一つのレーザビームの複数の波長成分を光ファイバ
2の両端ごとに一個の反射素子3,4で一律に反射する
ため、そのレーザ共振の動作条件を最適とすることがで
きない。
たものであり、波長が複数の一つのレーザビームを最適
な動作条件で発生させることができ、その複数の波長の
強度を個々に変調することもできるレーザ発振装置と、
このレーザ発振装置を利用したレーザメスとを提供する
ことを目的とする。
振装置は、レーザイオンがドープされた光ファイバの両
端にレーザビームを反射する反射手段を位置させ、前記
光ファイバのレーザイオンを励起発光手段の発光により
励起させて複数の波長成分を内包した一つのレーザビー
ムを発生させるレーザ発振装置において、 前記光ファイ
バの少なくとも一端にレーザビームを複数の波長ごとに
分離する分離光学手段を位置させ、該分離光学手段によ
り分離された複数の波長のレーザビームを複数の前記反
射手段で個々に反射させ、前記分離光学手段により分離
されて複数の前記反射手段を個々に透過した複数の波長
のレーザビームを複数の変調光学手段で個々に変調さ
せ、複数の前記変調光学手段により個々に変調された複
数の波長のレーザビームを結合光学手段で一つに結合さ
せるようにした。
発振方法では、複数の波長成分を内包した一つのレーザ
ビームが光ファイバの少なくとも一端から出射され、そ
のレーザビームが分離光学手段により複数の波長ごとに
分離される。この分離された複数の波長のレーザビーム
が複数の反射手段で個々に反射されるので、共振される
レーザビームが複数の波長成分ごとに相違する反射率で
反射される。さらに、複数の波長のレーザビームが複数
の変調光学手段により個々に変調されるので、例えば、
複数の波長のレーザビームの強度の比率が所望の状態と
される。しかも、個々に変調された複数の波長のレーザ
ビームが結合光学手段により一つに結合されるので、内
包する複数の波長成分が個々に変調された一つのレーザ
ビームが出射される。なお、本発明で言う複数の光線の
結合とは、単純に複数の光線を重複させて一つとするこ
とを意味しており、一つとなる複数の光線が相互に何ら
かの作用を及ぼし合う必要はない。
イオンがドープされた光ファイバと、該光ファイバのレ
ーザイオンを発光により励起させて複数の波長成分を内
包した一つのレーザビームを発生させる励起発光手段
と、前記光ファイバの一端に位置して複数の波長のレー
ザビームを一律に反射する全体反射手段と、前記光ファ
イバの他端に位置してレーザビームを複数の波長ごとに
分離する分離光学手段と、該分離光学手段により分離さ
れた複数の波長のレーザビームを個々に反射する複数の
部分反射手段と、前記分離光学手段により分離されて複
数の前記部分反射手段を個々に透過した複数の波長のレ
ーザビームを個々に変調する複数の変調光学手段と、複
数の前記変調光学手段により個々に変調された複数の波
長のレーザビームを一つに結合させる結合光学手段と、
を具備している。
発振方法では、光ファイバにドープされたレーザイオン
が励起発光手段の発光により励起され、複数の波長成分
を内包した一つのレーザビームが発生する。このレーザ
ビームは光ファイバの一端では全体反射手段により波長
に関係なく一律に反射されるが、光ファイバの他端では
分離光学手段により複数の波長ごとに分離されてから複
数の部分反射手段により個々に反射されるので、共振さ
れるレーザビームが複数の波長成分ごとに相違する反射
率で反射される。さらに、複数の波長のレーザビームが
複数の変調光学手段により個々に変調されるので、例え
ば、複数の波長のレーザビームの強度の比率が所望の状
態とされる。しかも、個々に変調された複数の波長のレ
ーザビームが結合光学手段により一つに結合されるの
で、内包する複数の波長成分が個々に変調された一つの
レーザビームが出射される。
イオンがドープされた光ファイバと、該光ファイバのレ
ーザイオンを発光により励起させて複数の波長成分を内
包した一つのレーザビームを発生させる励起発光手段
と、前記光ファイバの両端に個々に位置してレーザビー
ムを複数の波長ごとに分離する一対の分離光学手段と、
該分離光学手段により分離された複数の波長のレーザビ
ームを個々に反射する複数の部分反射手段と、前記分離
光学手段により分離されて複数の前記部分反射手段を個
々に透過した複数の波長のレーザビームを個々に変調す
る複数の変調光学手段と、複数の前記変調光学手段によ
り個々に変調された複数の波長のレーザビームを一つに
結合させる結合光学手段と、を具備している。
発振方法では、光ファイバにドープされたレーザイオン
が励起発光手段の発光により励起され、複数の波長成分
を内包した一つのレーザビームが発生する。このレーザ
ビームは光ファイバの両端で分離光学手段により複数の
波長ごとに分離されてから、複数の部分反射手段により
個々に反射されるので、共振されるレーザビームが複数
の波長成分ごとに相違する反射率で反射される。さら
に、複数の波長のレーザビームが複数の変調光学手段に
より個々に変調されるので、例えば、複数の波長のレー
ザビームの強度の比率が所望の状態とされる。しかも、
個々に変調された複数の波長のレーザビームが結合光学
手段により一つに結合されるので、内包する複数の波長
成分が個々に変調された一つのレーザビームが出射され
る。
記全体反射手段は、前記励起発光手段が発生する励起波
長の光線は高効率に透過して前記光ファイバで共振され
る発振波長の光線は高効率に反射し、前記励起発光手段
は、前記全体反射手段を介して前記光ファイバの端面に
対向されていることも可能である。
長の光線は、全体反射手段により高効率に透過されて光
ファイバに導入され、この光ファイバで発生する発振波
長の光線は、全体反射手段により高効率に反射されて共
振されるので、レーザビームが良好に励起されて共振さ
れる。
記励起発光手段は、前記光ファイバの軸部に発光を導入
することも可能である。この場合、励起発光手段の発光
が光ファイバの軸部に導入されるので、励起発光手段の
発光を光ファイバの一端に導入する必要がない。なお、
本発明で言う光ファイバの軸部とは、光ファイバを極細
の円筒形と認識した場合の両側の端面以外の部分に相当
する。
記分離光学手段が導波路型の光カプラからなることも可
能である。この場合、分離光学手段を形成する導波路型
の光カプラは、一般的に光ファイバの高次伝送モードに
対する光損失が多大であるが、低次伝送モードに対する
光損失は微少なので、波長が複数でも一つのレーザビー
ムが良好な効率で伝送される。
記分離光学手段の光カプラが特性的に3(μm)と2(μm)
との波長を吸収しない物質で形成されていることも可能
である。この場合、分離光学手段である光カプラが特性
的に3(μm)と2(μm)との波長を吸収しないので、光カ
プラの一般的な材料である石英ガラスでは吸収される3
(μm)や2(μm)の波長の光線も良好に導波される。な
お、上述のように3(μm)と2(μm)との波長を特性的に
吸収せず光カプラを形成できる物質としては、例えば、
ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、チタン酸バリ
ウム、等を許容する。
記光ファイバと前記分離光学手段とのモードフィールド
径を整合させるモード整合手段も具備していることも可
能である。この場合、モード整合手段により光ファイバ
と分離光学手段とのモードフィールド径が整合されるの
で、光ファイバから分離光学手段にレーザビームが良好
に伝送される。
記変調光学手段が、外部から印加される電圧により電気
光学効果で透過率が変化する導波路型の光カプラからな
ることも可能である。この場合、導波路型の光カプラが
外部から印加される電圧により電気光学効果で透過率が
変化するので、変調光学手段によるレーザビームの変調
の度合が電圧により制御される。
記変調光学手段が、外部から供給される電力により熱光
学効果で透過率が変化する導波路型の光カプラからなる
ことも可能である。この場合、導波路型の光カプラが外
部から供給される電力により熱光学効果で透過率が変化
するので、変調光学手段によるレーザビームの変調の度
合が電力により制御される。
記変調光学手段の光カプラが特性的に3(μm)と2(μm)
との波長を吸収しない物質で形成されていることも可能
である。この場合、変調光学手段である光カプラが特性
的に3(μm)と2(μm)との波長を吸収しないので、光カ
プラの一般的な材料である石英ガラスでは吸収される3
(μm)や2(μm)の波長の光線も良好に導波される。
数の前記変調光学手段により個々に変調された複数の波
長のレーザビームの強度を個々に検出する複数の強度検
出手段と、複数の前記強度検出手段の検出結果に対応し
て複数の前記変調光学手段の変調動作をフィードバック
制御する強度制御手段と、も具備していることも可能で
ある。
に変調された複数の波長のレーザビームの強度が複数の
強度検出手段により個々に検出され、これら複数の強度
検出手段の検出結果に対応して強度制御手段により複数
の変調光学手段の変調動作がフィードバック制御される
ので、例えば、特定の波長のレーザビームの強度が所望
の状態に維持される。
記光ファイバにドープされたレーザイオンが希土類イオ
ンからなることも可能である。この場合、光ファイバに
レーザイオンとして希土類イオンがドープされているの
で、例えば、レーザメスに好適な特定の複数の波長成分
を内包したレーザビームを発生する。
記光ファイバにドープされたレーザイオンがホルミウム
イオンからなることも可能である。この場合、光ファイ
バにレーザイオンとしてホルミウムイオンがドープされ
ているので、例えば、レーザメスに好適な特定の複数の
波長成分を内包したレーザビームを発生する。
記励起発光手段が約890(nm)か約1.1(μm)の波長で発光
することも可能である。この場合、ホルミウムイオンが
ドープされている光ファイバに、励起発光手段の約890
(nm)か約1.1(μm)の波長の発光が導入されるので、約3
(μm)と約2(μm)との波長成分を内包したレーザビーム
が発生する。
記結合光学手段の光カプラが特性的に3(μm)と2(μm)
との波長を吸収しない物質で形成されていることも可能
である。この場合、結合光学手段である光カプラが特性
的に3(μm)と2(μm)との波長を吸収しないので、光カ
プラの一般的な材料である石英ガラスでは吸収される3
(μm)や2(μm)の波長の光線も良好に導波される。
振装置と、該レーザ発振装置から出射されるレーザビー
ムを移動自在な先端部まで誘導するレーザ誘導手段と、
該レーザ誘導手段の先端部に位置して透過するレーザビ
ームを集光する結像光学手段と、を具備している。
る複数の波長成分が個々に変調された一つのレーザビー
ムがレーザ発振装置から出射され、このレーザビームが
レーザ誘導手段により移動自在な先端部まで誘導されて
結像光学手段により集光される。このように集光される
一つのレーザビームには複数の波長成分が内包されてお
り、その複数の波長の各々の強度が個々に変調されてい
る。
を実現するように形成されていれば良く、例えば、専用
のハードウェア、適正な機能がプログラムにより付与さ
れたコンピュータ、適正なプログラムによりコンピュー
タの内部に実現された機能、これらの組み合わせ、等を
許容する。
立した部品である必要もなく、ある手段が他の手段の一
部であるようなことも許容する。例えば、光ファイバの
端部でレーザビームを反射する反射手段は、専用の反射
素子として光ファイバの端面に接合することも可能であ
るが、光ファイバの端面を反射手段として利用すること
も不可能ではない。
照して以下に説明する。なお、図1は本実施の形態のレ
ーザ発振装置を示す模式図、図2は本実施の形態のレー
ザメスを示す模式図、図3は一変形例のレーザ発振装置
を示す模式図、図4は変調光学手段である光カプラに印
加する電圧とレーザビームの複数の波長ごとの強度との
関係を示す特性図、である。
1に示すように、前述したレーザ発振装置1,11と同
様に、利得媒質としてコア直径10(μm)で全長2(m)の
光ファイバ22を具備している。この光ファイバ22
は、弗化ジルコニウムを主成分とする弗化物ガラスから
なり、そのコアにはレーザイオンとして希土類イオンで
あるホルミウムイオンが“濃度0.25重量%”程度にドー
プされている。
である一個の全体反射素子23が接合されており、この
全体反射素子23を介して励起発光手段であるレーザダ
イオード24が対向されている。このレーザダイオード
24は、約1.1(μm)の波長で発光するので、この発光に
より光ファイバ22のホルミウムイオンを励起させて3
(μm)と2(μm)との波長成分を内包した一つのレーザビ
ームをカスケード発振で発生させる。
ックミラーからなり、レーザダイオード24が発生する
約1.1(μm)の励起波長の光線は高効率に透過するが、光
ファイバ22で共振される3(μm)と2(μm)との発振波
長の光線は高効率に一律に反射する。
基本構造および基本原理は、本願の発明者および出願人
による先願である特願平09−146735号に詳述されてい
る。ただし、この先願および従来例とは相違して、本実
施の形態のレーザ発振装置21では、光ファイバ22の
他端にモード整合素子25を介して分離光学手段である
分離光学素子26の一端が接合されており、この分離光
学素子26の二つの他端の各々には、複数の部分反射手
段である二個の部分反射素子27,28が個々に接合さ
れている。
のサファイア製のマイクロレンズからなり、光ファイバ
22と分離光学素子26とのモードフィールド径を整合
させる。分離光学素子26は、ニオブ酸リチウム製の平
面導波路型の光カプラからなり、上述のように一端は一
つであるが他端は二つの二股構造に形成されている。
バ22から入射される一つのレーザビームを3(μm)と
2(μm)との波長ごとに分離して二個の部分反射素子2
7,28の各々に入射させ、これらの部分反射素子2
7,28で個々に反射された3(μm)と2(μm)との波長
の二つのレーザビームを一つに合成して光ファイバ22
に帰還させる。
26の端面に成膜された誘電体多層膜からなり、上述の
ように分離光学素子26により分離された3(μm)の波
長のレーザビームを反射し、このレーザビームを強度に
対応して透過する。第二の部分反射素子28も、分離光
学素子26の端面に成膜された誘電体多層膜からなり、
2(μm)の波長のレーザビームを反射し、このレーザビ
ームを強度に対応して透過する。
上述の全体反射素子23から部分反射素子27,28ま
で連続する部分が、いわゆるレーザ共振器に相当する。
ただし、このレーザ共振器でレーザビームが共振される
とき、上述のように二個の部分反射素子27,28では
反射するレーザビームの波長が相違している。
28は、二つの波長のレーザビームの個々の共振動作が
最適となる反射率に各々形成されており、具体的には第
一の部分反射素子27の3(μm)の波長成分に対する反
射率は4%で、第二の部分反射素子28の2(μm)の波
長成分に対する反射率は2%である。
1では、上述の二個の部分反射素子27,28の各々の
外面に二個の変調光学手段である変調光学素子29,3
0の一端が個々に接合されており、これら二個の変調光
学素子29,30の他端に一個の結合光学手段である結
合光学素子31の二つの一端が個々に接合されている。
は、複数の強度検出手段である二個の強度検出素子3
2,33も個々に接合されており、これら二個の強度検
出素子32,33には、複数の強度制御回路34,35
である二個の強度制御回路34,35が個々に結線され
ている。
学効果としてポッケルス効果を発生するニオブ酸リチウ
ム製の複屈折性の結晶導波路型の光カプラからなり、そ
の給電端子には二個の強度制御回路34,35が個々に
フィードバック接続されている。
は、二個の強度制御回路34,35から印加される電圧
により電気光学効果で透過率が個々に変化するので、分
離光学素子26により分離されて二個の部分反射素子2
7,28を個々に透過した3(μm)と2(μm)との波長の
レーザビームの強度を個々に変調する。
ば、フォトダイオードからなり、二個の変調光学素子2
9,30で個々に変調された二つのレーザビームの各々
の強度を個々に検出して信号出力する。二個の強度制御
回路34,35は、例えば、マイクロコンピュータが接
続された電源回路からなり、強度検出素子32,33の
検出結果と所定の制御条件とに対応して変調光学素子2
9,30に印加する電圧を個々に制御する。
の平面導波路型の二股構造の光カプラからなり、二個の
変調光学素子29,30により個々に変調された3(μ
m)と2(μm)との波長の二つのレーザビームを一つに結
合させて一つの端面から外部出力する。
レーザ発振装置21は、図2に示すように、レーザメス
41の一部として利用されている。本実施の形態のレー
ザメス41は、装置本体42の内部にレーザ発振装置2
1が固定されており、このレーザ発振装置21の出射光
軸にコリメート光学系43が配置されている。このコリ
メート光学系43の透過光路にはレーザ誘導手段である
多関節アーム44が設けられており、この多関節アーム
44の先端部に結像光学手段である結像光学系45が装
着されている。
り、レーザ発振装置21が出射するレーザビームを平行
光束に変換する。多関節アーム44は、複数の中空アー
ムを関節機構で可動自在に順次連結した構造からなり、
関節機構の位置に偏向ミラーが内蔵されている。
像光学系45を移動自在に支持しており、レーザ発振装
置21から出射されてコリメート光学系43で平行光束
化されたレーザビームを結像光学系45の位置まで誘導
する。この結像光学系45も各種レンズからなり、平行
光束化されたレーザビームを所定位置に集光する。
ード24および強度制御回路34,35には動作制御回
路46が結線されており、この動作制御回路46には、
操作パネル47が結線されている。動作制御回路46
は、操作パネル47の手動操作に対応してレーザ発振装
置21のレーザダイオード24および強度制御回路3
4,35の動作を制御する。
のレーザ発振装置21によるレーザ発振方法を以下に説
明する。まず、レーザダイオード24が発光すると、こ
の発光が全体反射素子23を介して光ファイバ22に導
入される。これで光ファイバ22にドープされたホルミ
ウムイオンが励起されるので、3(μm)と2(μm)との波
長成分を内包した一つのレーザビームが発生する。
では全体反射素子23により波長に関係なく一律に反射
されるが、光ファイバ22の他端では分離光学素子26
により3(μm)と2(μm)との波長ごとに分離されてから
二個の部分反射素子27,28により個々に反射され
る。
れ、その3(μm)と2(μm)との波長成分が二個の部分反
射素子27,28から二個の変調光学素子29,30に
個々に導入される。これらの変調光学素子29,30に
より3(μm)と2(μm)との波長のレーザビームの強度が
個々に変調され、この強度が変調された二つのレーザビ
ームが結像光学素子31により一つに結合されてから出
射される。
るレーザビームは、レーザメス41のコリメート光学系
43により平行光束化されてから多関節アーム44の内
部を先端部まで誘導され、その先端部の結像光学系45
により所定位置に集光される。多関節アーム44の先端
部はユーザの手動操作により任意の位置に移動自在なの
で、本実施の形態のレーザメス41では、患者の身体の
切開などの作業をレーザビームで実行することができ
る。
の操作パネル47を手動操作すれば、レーザ発振装置2
1のレーザダイオード24を動作制御してレーザビーム
の出射をオン/オフすることができる。また、二個の変
調光学素子29,30を個々に動作制御して一つのレー
ザビームの3(μm)と2(μm)との波長成分の強度を個々
に変調することもできる。
述のように光ファイバ22にレーザイオンとして希土類
イオンであるホルミウムイオンがドープされており、こ
の光ファイバ22にレーザダイオード24の約1.1(μm)
の波長の発光が導入される。
特定の3(μm)と2(μm)との波長成分を内包したレーザ
ビームを発生することができ、本実施の形態のレーザメ
ス41は、適正な波長成分を内包したレーザビームによ
り各種作業を良好に実行することができる。
述のように3(μm)と2(μm)との波長成分を内包した一
つのレーザビームを出射することができるが、このレー
ザビームを共振させるとき、一つのレーザビームを分離
光学素子26により二つの波長ごとに分割してから二個
の部分反射素子27,28で個々に反射させる。
前述のように3(μm)と2(μm)との波長成分ごとに共振
動作が最適となる反射率に形成されているので、本実施
の形態のレーザ発振装置21は、3(μm)と2(μm)との
波長のレーザビームを個々に最適に共振させることがで
きる。
素子29,30により個々に変調された3(μm)と2(μ
m)との波長のレーザビームを結合光学素子31により一
つに結合してから出射するので、内包する3(μm)と2
(μm)との波長成分が個々に変調された一つのレーザビ
ームを出射することができ、このようなレーザビームが
必要であるレーザメス41のレーザビーム源として有効
に機能することができる。
1では、上述のように波長ごとに二つに分割したレーザ
ビームを二個の変調光学素子29,30で個々に変調す
るので、一つのレーザビームに内包される二つの波長成
分の強度を所望により個々に変調することができる。
り個々に変調された3(μm)と2(μm)との波長のレーザ
ビームの強度を二個の強度検出素子32,33により個
々に検出し、これら二個の強度検出素子32,33の検
出結果に対応して強度制御回路34,35により二個の
変調光学素子29,30の変調動作をフィードバック制
御するので、個々に変調する二つの波長のレーザビーム
の強度を所望の状態に正確に維持することができる。
学効果により透過率が変化するので、二つの波長のレー
ザビームの強度を強度制御回路34,35の出力電圧に
より簡単に制御することができる。しかも、本実施の形
態のレーザメス41では、操作パネル47の手動操作に
よりレーザ発振装置21の強度制御回路34,35を動
作制御することもできる。
21は、レーザメス41のレーザビーム源として有効に
機能することができ、本実施の形態のレーザメス41
は、一つのレーザビームに内包される二つの波長成分の
強度を所望の状態に個々に正確に制御できるので、各種
作業を良好に実行することができる。
では、分離光学素子26が導波路型の光カプラで形成さ
れているので、光ファイバ22の高次伝送モードに対す
る光損失が多大であるが、低次伝送モードに対する光損
失は微少であり、波長が複数でも一つのレーザビームを
良好な効率で伝送することができる。
6とのモードフィールド径をモード整合素子25により
整合させているので、光ファイバ22から分離光学素子
26にレーザビームを良好に伝送させることができる。
しかも、導波路型の光カプラからなる各種素子26,2
9,30,31の各々がニオブ酸リチウムにより形成さ
れているので、石英ガラスとは相違して3(μm)と2(μ
m)との波長のレーザビームを吸収することがない。同様
に、光ファイバ22が弗化物ガラスからなるので、これ
も3(μm)と2(μm)との波長のレーザビームを吸収する
ことがない。
では、光ファイバ22の一端に全体反射素子23を介し
てレーザダイオード24が配置されているが、レーザダ
イオード24が発生する励起波長の光線は、全体反射素
子23により高効率に透過されて光ファイバ22に導入
され、この光ファイバ22で発生する発振波長の光線
は、全体反射素子23により高効率に反射されて共振さ
れるので、簡単な構造でレーザビームを良好に励起させ
て共振させることができる。
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許
容する。例えば、上記形態ではレーザ発振装置21をレ
ーザメス41の部品に利用することを例示したが、本発
明のレーザ発振装置21は各種機器に利用することが可
能である。
レーザ発振装置21が出射するレーザビームを移動自在
な所望の位置に誘導するレーザ誘導手段を多関節アーム
44で形成することを例示したが、これを弗化物ガラス
からなる光ファイバなどで形成することも可能である。
レーザメス41での利用を考慮して3(μm)と2(μm)と
の二つの波長成分を内包した一つのレーザビームを出射
することを例示したが、レーザビームに内包される波長
や、その個数は用途により任意に設定することが可能で
ある。
は、光ファイバ22の一端に全体反射素子23を介して
レーザダイオード24を配置することを例示したが、図
3に例示するレーザ発振装置51のように、レーザダイ
オード24の発光を専用の光カプラ52により光ファイ
バ22の軸部に導入することも可能である。
オード24の発光が光ファイバ22の軸部に導入される
ので、レーザダイオード24の発光を光ファイバ22の
一端に導入する必要がない。このため、上述の構造を応
用して光ファイバ22の両端に分離光学素子26および
部分反射素子27,28を配置することも可能となり、
この場合、共振させるレーザビームの二つの波長成分を
両端で最適に反射できるので、より良好な動作条件でレ
ーザ共振を実行することができる。
0として電気光学効果で透過率が変化する光カプラを利
用してレーザビームの強度を変調することを例示した
が、このような変調光学素子として熱光学効果で透過率
が変化する光カプラを利用することも可能である。
の波長のレーザビームを発生させるため、光ファイバ2
2にレーザイオンとして希土類イオンであるホルミウム
イオンをドープすることを例示したが、これをツリウム
イオンやエルビウムイオンとすることも可能である。
波長のレーザビームを発生させるため、レーザダイオー
ド24に約1.1(μm)の波長の励起発光を発生させること
を例示したが、その波長を約890(nm)とすることも可能
であり、このような波長で発光するならば各種の光源が
利用可能である。
の波長のレーザビームの吸収を防止するため、導波路型
の光カプラからなる各種素子26,29,30,31の
各々をニオブ酸リチウムで形成することを例示したが、
これをタンタル酸リチウムやチタン酸バリウムで形成す
ることも可能である。
光学素子26のモードフィールド径をマイクロレンズか
らなるモード整合素子25で整合させることを例示した
が、例えば、光ファイバ22の端面を球状に形成してモ
ード整合手段とすることも可能である。
たところ、各種素子26,29,30,31の光カプラ
をニオブ酸リチウムで形成すると、3(μm)と2(μm)と
の波長のレーザビームを99%以上の透過率で透過できる
ことが確認された。また、光ファイバ22の端面を球状
に形成して分離光学素子26の光カプラに当接させたと
ころ、95%以上の結合効率を実現できることが確認され
た。
力が4(W)のとき、3(μm)の波長成分のレーザ出力は
1.5(W)で2(μm)の波長成分のレーザ出力は2(W)とな
ることが確認された。そして、上述のような変調光学素
子29,30の印加電圧を制御すると、図4に示すよう
に、一つのレーザビームの3(μm)と2(μm)との波長成
分の出力を個々に自在に可変できることが確認された。
いるので、以下に記載するような効果を奏する。
振方法では、複数の波長成分を内包した一つのレーザビ
ームが光ファイバの少なくとも一端から出射され、その
レーザビームが分離光学手段により複数の波長ごとに分
離され、この分離された複数の波長のレーザビームが複
数の反射手段で個々に反射され、分離された複数の波長
のレーザビームが複数の変調光学手段で個々に変調さ
れ、個々に変調された複数の波長のレーザビームが結合
光学手段により一つに結合されることにより、共振され
るレーザビームを複数の波長成分ごとに相違する反射率
で反射させることができるので、レーザビームの共振の
動作条件を複数の波長成分ごとに最適化することがで
き、複数の波長のレーザビームの強度の比率を所望の状
態とすることができ、内包する複数の波長成分が個々に
変調された一つのレーザビームを出射することができ
る。
振方法では、光ファイバにドープされたレーザイオンを
励起発光手段の発光により励起させ、複数の波長成分を
内包した一つのレーザビームを発生させ、このレーザビ
ームを光ファイバの一端では全体反射手段により波長に
関係なく一律に反射させるが、光ファイバの他端では分
離光学手段により複数の波長ごとに分離させてから複数
の部分反射手段により個々に反射させ、分離された複数
の波長のレーザビームを複数の変調光学手段で個々に変
調させ、個々に変調された複数の波長のレーザビームを
結合光学手段により一つに結合させることにより、共振
させるレーザビームを複数の波長成分ごとに相違する反
射率で反射させることができるので、レーザビームの共
振の動作条件を複数の波長成分ごとに最適化することが
でき、複数の波長のレーザビームの強度の比率を所望の
状態とすることができ、内包する複数の波長成分が個々
に変調された一つのレーザビームを出射することができ
る。
振方法では、光ファイバにドープされたレーザイオンを
励起発光手段の発光により励起させ、複数の波長成分を
内包した一つのレーザビームを発生させ、このレーザビ
ームを光ファイバの両端で分離光学手段により複数の波
長ごとに分離させてから複数の部分反射手段により個々
に反射させ、分離された複数の波長のレーザビームを複
数の変調光学手段で個々に変調させ、個々に変調された
複数の波長のレーザビームを結合光学手段により一つに
結合させることにより、 共振させるレーザビームを複数
の波長成分ごとに相違する反射率で反射させることがで
きるので、レーザビームの共振の動作条件を複数の波長
成分ごとに最適化することができ、複数の波長のレーザ
ビームの強度の比率を所望の状態とすることができ、内
包する複数の波長成分が個々に変調された一つのレーザ
ビームを出射することができる。
て、励起発光手段が発生する励起波長の光線は、全体反
射手段により高効率に透過されて光ファイバに導入さ
れ、この光ファイバで発生する発振波長の光線は、全体
反射手段により高効率に反射されて共振されることによ
り、 レーザビームを良好に励起させて共振させることが
できるので、簡単な構造でレーザビームを良好に発生さ
せることができる。
軸部に導入させることにより、励起発光手段の発光を光
ファイバの一端に導入する必要がないので、部品レイア
ウトの自由度を向上させることができる。
からなることにより、低次伝送モードに対する光損失は
微少とすることができるので、波長が複数でも一つのレ
ーザビームを良好な効率で伝送することができる。
的に3(μm)と2(μm)との波長を吸収しないことによ
り、石英ガラスでは吸収される3(μm)や2(μm)の波長
の光線を良好に導波させることができ、例えば、レーザ
メスに利用されるレーザビームを良好な効率で出射する
ことができる。
光学手段とのモードフィールド径を整合させることによ
り、光ファイバから分離光学手段にレーザビームを良好
に伝送することができる。
される電圧により電気光学効果で透過率が変化すること
により、変調光学手段によるレーザビームの変調の度合
を電圧により簡単かつ確実に制御することができる。
される電力により熱光学効果で透過率が変化することに
より、変調光学手段によるレーザビームの変調の度合を
電力により簡単かつ確実に制御することができる。
的に3(μm)と2(μm)との波長を吸収しないことによ
り、石英ガラスでは吸収される3(μm)や2(μm)の波長
の光線を良好に導波させることができ、例えば、レーザ
メスに利用されるレーザビームを良好な効率で出射する
ことができる。
調された複数の波長のレーザビームの強度を複数の強度
検出手段により個々に検出し、これら複数の強度検出手
段の検出結果に対応して強度制御手段により複数の変調
光学手段の変調動作をフィードバック制御することによ
り、特定の波長のレーザビームの強度を所望の状態に維
持するようなことができる。
土類イオンがドープされていることにより、レーザメス
に好適な特定の複数の波長成分を内包したレーザビーム
を発生させるようなことができる。
ルミウムイオンがドープされていることにより、レーザ
メスに好適な特定の複数の波長成分を内包したレーザビ
ームを発生させるようなことができる。
る光ファイバに、励起発光手段の約890(nm)か約1.1(μ
m)の波長の発光を導入させることにより、約3(μm)と
約2(μm)との波長成分を内包したレーザビームを発生
させることができる。
的に3(μm)と2(μm)との波長を吸収しないことによ
り、石英ガラスでは吸収される3(μm)や2(μm)の波長
の光線を良好に導波させることができ、例えば、レーザ
メスに利用されるレーザビームを良好な効率で出射する
ことができる。
波長成分が個々に変調された一つのレーザビームがレー
ザ発振装置から出射され、このレーザビームがレーザ誘
導手段により移動自在な先端部まで誘導されて結像光学
手段により集光されることにより、このように集光され
る一つのレーザビームには複数の波長成分が内包されて
おり、その複数の波長の各々の強度が個々に変調されて
いるので、レーザメスとして良好に機能することができ
る。
模式図である。
る。
る。
レーザビームの複数の波長ごとの強度との関係を示す特
性図である。
ある。
ある。
Claims (17)
- 【請求項1】 レーザイオンがドープされた光ファイバ
の両端にレーザビームを反射する反射手段を位置させ、
前記光ファイバのレーザイオンを励起発光手段の発光に
より励起させて複数の波長成分を内包した一つのレーザ
ビームを発生させるレーザ発振装置において、 前記光ファイバの少なくとも一端にレーザビームを複数
の波長ごとに分離する分離光学手段を位置させ、 該分離光学手段により分離された複数の波長のレーザビ
ームを複数の前記反射手段で個々に反射させ、 前記分離光学手段により分離されて複数の前記反射手段
を個々に透過した複数の波長のレーザビームを複数の変
調光学手段で個々に変調させ、 複数の前記変調光学手段により個々に変調された複数の
波長のレーザビームを結合光学手段で一つに結合させる
ようにしたレーザ発振装置。 - 【請求項2】 レーザイオンがドープされた光ファイバ
と、 該光ファイバのレーザイオンを発光により励起させて複
数の波長成分を内包した一つのレーザビームを発生させ
る励起発光手段と、 前記光ファイバの一端に位置して複数の波長のレーザビ
ームを一律に反射する全体反射手段と、 前記光ファイバの他端に位置してレーザビームを複数の
波長ごとに分離する分離光学手段と、 該分離光学手段により分離された複数の波長のレーザビ
ームを個々に反射する複数の部分反射手段と、 前記分離光学手段により分離されて複数の前記部分反射
手段を個々に透過した複数の波長のレーザビームを個々
に変調する複数の変調光学手段と、 複数の前記変調光学手段により個々に変調された複数の
波長のレーザビームを一つに結合させる結合光学手段
と、 を具備しているレーザ発振装置。 - 【請求項3】 レーザイオンがドープされた光ファイバ
と、 該光ファイバのレーザイオンを発光により励起させて複
数の波長成分を内包した一つのレーザビームを発生させ
る励起発光手段と、 前記光ファイバの両端に個々に位置してレーザビームを
複数の波長ごとに分離する一対の分離光学手段と、 該分離光学手段により分離された複数の波長のレーザビ
ームを個々に反射する複数の部分反射手段と、 前記分離光学手段により分離されて複数の前記部分反射
手段を個々に透過した複数の波長のレーザビームを個々
に変調する複数の変調光学手段と、 複数の前記変調光学手段により個々に変調された複数の
波長のレーザビームを一つに結合させる結合光学手段
と、 を具備しているレーザ発振装置。 - 【請求項4】 前記全体反射手段は、前記励起発光手段
が発生する励起波長の光線は高効率に透過して前記光フ
ァイバで共振される発振波長の光線は高効率に反射し、 前記励起発光手段は、前記全体反射手段を介して前記光
ファイバの端面に対向されている請求項2記載のレーザ
発振装置。 - 【請求項5】 前記励起発光手段は、前記光ファイバの
軸部に発光を導入する請求項1ないし3の何れか一記載
のレーザ発振装置。 - 【請求項6】 前記分離光学手段が導波路型の光カプラ
からなる請求項1ないし5の何れか一記載のレーザ発振
装置。 - 【請求項7】 前記分離光学手段の光カプラが特性的に
3(μm)と2(μm)との波長を吸収しない物質で形成され
ている請求項6記載のレーザ発振装置。 - 【請求項8】 前記光ファイバと前記分離光学手段との
モードフィールド径を整合させるモード整合手段も具備
している請求項1ないし7の何れか一記載のレーザ発振
装置。 - 【請求項9】 前記変調光学手段が、外部から印加され
る電圧により電気光学効果で透過率が変化する導波路型
の光カプラからなる請求項1ないし8の何れか一記載の
レーザ発振装置。 - 【請求項10】 前記変調光学手段が、外部から供給さ
れる電力により熱光学効果で透過率が変化する導波路型
の光カプラからなる請求項1ないし8の何れか一記載の
レーザ発振装置。 - 【請求項11】 前記変調光学手段の光カプラが特性的
に3(μm)と2(μm)との波長を吸収しない物質で形成さ
れている請求項9または10記載のレーザ発振装置。 - 【請求項12】 複数の前記変調光学手段により個々に
変調された複数の波長のレーザビームの強度を個々に検
出する複数の強度検出手段と、 複数の前記強度検出手段の検出結果に対応して複数の前
記変調光学手段の変調動作をフィードバック制御する強
度制御手段と、 も具備している請求項1ないし11の何れか一記載のレ
ーザ発振装置。 - 【請求項13】 前記光ファイバにドープされたレーザ
イオンが希土類イオンからなる請求項1ないし12の何
れか一記載のレーザ発振装置。 - 【請求項14】 前記光ファイバにドープされたレーザ
イオンがホルミウムイオンからなる請求項13記載のレ
ーザ発振装置。 - 【請求項15】 前記励起発光手段が約890(nm)か約1.1
(μm)の波長で発光する請求項14記載のレーザ発振装
置。 - 【請求項16】 前記結合光学手段の光カプラが特性的
に3(μm)と2(μm)との波長を吸収しない物質で形成さ
れている請求項1ないし15の何れか一記載のレーザ発
振装置。 - 【請求項17】 請求項1ないし16の何れか一記載の
レーザ発振装置と、 該レーザ発振装置から出射されるレーザビームを移動自
在な先端部まで誘導するレーザ誘導手段と、 該レーザ誘導手段の先端部に位置して透過するレーザビ
ームを集光する結像光学手段と、 を具備しているレーザメス。
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