JP3845687B2 - ラマン・レーザー発振装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラマン・レーザー発振装置に関し、さらに詳細には、ラマン媒質に励起光を入射してラマン媒質を励起し、ラマン変換により励起光の波長に応じたストークス光ならびに反ストークス光を出射するラマン・レーザー発振装置に関する。
【０００２】
【発明の背景および発明が解決しようとする課題】
一般に、所定の透過性を有する出射ミラーと全反射ミラーとにより共振器を構成し、この共振器内にラマン媒質を配設し、励起光を共振器内に入射してラマン媒質を励起し、励起光の波長に応じたストークス光ならびに反ストークス光を出射するようにしたラマン・レーザー発振装置が知られている。
【０００３】
こうしたラマン・レーザー発振装置においては、励起光の波長を変化させることにより、所望の波長のストークス光ならびに反ストークス光を得るようにしている。
【０００４】
そして、任意の波長の励起光を発生するための励起光源として、一般には波長可変レーザーが用いられており、波長可変レーザーとしては、レーザー媒質としてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3（チタンサファイア）などの結晶を用いる固体レーザーと、レーザー媒質として色素溶液などを用いる液体レーザーとが広く用いられている。従来、こうした波長可変レーザーを所望な波長でレーザー発振させるための波長選択の手法としては、例えば、波長可変レーザー媒質を収容したレーザー共振器内に回折格子や複屈折板などを配設し、こうした回折格子や複屈折板などを機械的に回転することにより、波長可変レーザーから出射される出射光の中から所望の波長の出射光のみを取り出し、取り出した出射光を波長可変レーザーに対して反射させて増幅してレーザー発振を生ぜしめ、レーザー共振器から所望の波長のレーザー光のみを出射させるようにしていた。
【０００５】
しかしながら、上記したような従来の波長選択の手法を用いた場合においては、回析格子や複屈折板などを機械的に回転させるため、励起光として出射されるレーザー光の波長可変速度を速くすることが困難であり、その結果、ストークス光ならびに反ストークス光の波長を高速で可変することができないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、励起光の波長可変速度を高速化し、ストークス光ならびに反ストークス光の波長を高速で可変することができるようにしたラマン・レーザー発振装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるラマン・レーザー発振装置は、波長可変レーザー発振装置から出射された出射レーザー光を励起光としてラマン媒質に入射して上記ラマン媒質を励起し、ラマン変換により上記励起光の波長に応じたストークス光ならびに反ストークス光を出射するラマン・レーザー発振装置において、上記波長可変レーザー発振装置は、対向する所定の反射率を有するミラーにより構成されるレーザー共振器と、上記レーザー共振器内に配設された所定範囲の波長域においてレーザー発振可能な波長可変レーザー結晶と、上記レーザー共振器内に配設され、上記波長可変レーザー結晶からの出射光が入射される複屈折性の光音響光学結晶と、上記光音響光学結晶に装着され、上記光音響光学結晶に進行波である音響波を入力するための音響波入力手段と、上記レーザー共振器内に配設され、上記光音響光学結晶から出射される光であって、上記光音響光学結晶に入射された光のなかで上記音響波の周波数に応じた特定波長の光が、偏光面が直交するとともに所定の方向に回折された回折光として出射されるものの回折角度の分散を補正し、上記波長可変レーザー発振装置から出射される出射レーザー光の方向性を一定にする光学素子とを有し、上記光学素子により上記光音響光学結晶から出射される所定の方向に回折された回折光のみが、上記レーザー共振器を構成する上記ミラーによって反射されて上記レーザー共振器内を往復してレーザー発振し、上記光音響光学結晶に入力する音響波の周波数の制御によりレーザー発振波長を可変制御するようにしたものである。
【０００９】
また、本発明によるラマン・レーザー発振装置は、上記波長可変レーザー発振装置を構成する上記レーザー共振器内に配設され、上記光音響光学結晶に入射される上記波長可変レーザー結晶からの出射光のビーム径を拡大する拡大手段を有するようにしてもよい。
【００１０】
従って、本発明によるラマン・レーザー発振装置においては、レーザー発振装置から出射される励起光たる出射レーザー光の波長選択は、光音響光学結晶へ音響波入力手段により音響波を入力することで実現できるので、レーザー発振の際の波長同調を高速に行うことができるようになって、出射レーザー光たる励起光の高速かつランダムな波長選択が可能となり、結果として、出射レーザー光たる励起光の波長可変速度を高速化することができるようになる。そして、励起光の波長可変速度の高速化に応じて、ストークス光ならびに反ストークス光の波長を高速で可変することができるようになる。
【００１１】
ここで、レーザー発振装置から出射される励起光たる出射レーザー光の波長選択作用を詳しく説明するが、当該波長選択は、ＴｅＯ2結晶などの複屈折性をもつ光音響光学結晶中に音響波を発生させると、当該結晶に入射された光の中で当該音響波の周波数に応じた特定波長の回折光の偏光面は、非回折光の偏光面と直交するようになるばかりでなく、当該回折光の出射角度が非回折光の出射角度と大きく異なるように偏角する点に着目してなされたものである。
【００１２】
図１は、音響波による特定波長の光の偏光作用を用いた波長選択作用を示す概念図であるが、複屈折の性質を有する光音響光学結晶１００中に、波長λｉ、角周波数ωｉの入射光１０２を入射するものとする。さらに、光音響光学結晶１００中に、周波数ωａの音響波１０４を与えると、回折光１０６が得られることになる。
【００１３】
上記の光音響光学結晶１００で回折される光線成分たる回折光１０６に対して、全反射ミラー１１０と所定の透過性を有する出射側ミラー１１２とを配置すると、全反射ミラー１１０と出射側ミラー１１２とにより両者の間を回折光１０６が往復するレーザー共振器が構成されることになる。
【００１４】
ここで、回折光１０６の波長は、光音響光学結晶１００中に発生される音響波１０４の周波数によって決定されるので、例えば、光音響光学結晶１００に対してＲＦ電源により駆動される圧電素子を添着し、ＲＦ電源により圧電素子を駆動させて当該圧電素子に歪みを生じさせることにより、当該歪みに応じた周波数の音響波１０４を光音響光学結晶１００に入力する場合には、ＲＦ電源の周波数の制御によりレーザー波長の可変制御が可能となる。
【００１５】
また、回折光１０６への回折効率は音響波強度により決定されるので、ＲＦ電源の入力強度の制御よりレーザー共振器の損失を制御し、ひいてはレーザー出力の可変制御が可能となる。
【００１６】
しかしながら、回折角α１０９は、回折光１０６の波長に対して完全に一定ではないので、回折光１０６に対する全反射ミラー１１０の垂直反射により、レーザー共振器を構成できる波長範囲は狭く、広い波長領域でレーザー発振させるためには全反射ミラー１１０の配置角度を少しづつ調整しなければならないので、実用上その調整作業が煩雑になる恐れがある。このため、全反射ミラー１１０の配置角度を変えることなく可変波長範囲を広げるためには、何らかの手段により回折角α１０９のぶれを補正する必要がある。
【００１７】
この回折角α１０９のぶれを補正する手段としては、例えば、三角プリズムなどの光の波長を分散させる光学素子を用いて、波長λ１、λ２のぶれ角Δαをもつ光線が三角プリズム通過後にほぼ平行に進行するように設定することができる。これにより、回折光１０６を全反射ミラー１１０に常時垂直に入射させることができるようになり、広波長域用のレーザー共振器を構成できる。
【００１８】
また、レーザーの出力強度が上がり、レーザー共振器内の光音響光学結晶１００が光損傷を受けるおそれがある時には（例えば、光音響光学結晶１００としてＴｅＯ2結晶を用いた場合には、ＴｅＯ2結晶の結晶損傷しきい値は、レーザー結晶や光学部品の損傷しきい値に比べて小さいので損傷を受けやすい。）、レーザー共振器内に、光音響光学結晶１００に入射される光のビーム径を拡大するためのテレスコープのようなビーム拡大鏡などの拡大手段を配置して、光音響光学結晶１００の損傷の可能性を低減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明によるラマン・レーザー発振装置の実施の形態を詳細に説明するものとする。
【００２０】
図２には、本発明によるラマン・レーザー発振装置の実施の形態の概略構成説明図が示されている。
【００２１】
このラマン・レーザー発振装置においては、所定の透過性を有する出射側ミラー１０と全反射ミラー１２とにより共振器が構成されており、この共振器内にはラマン媒質として、例えば、Ｂａ（ＮＯ3）2結晶１４が配設されている。
【００２２】
符号１６は励起光源としての電気的に波長選択が可能なレーザー発振装置であり、このレーザー発振装置１６から出射されたレーザー光である励起光Ａは、全反射ミラー１８、２０により反射されて集光レンズ２２に入射され、集光レンズ２２によって集光された後に共振器内に入射されることになる。
【００２３】
図３には、レーザー発振装置１６の構成が示されており、このレーザー発振装置においては、所定の透過性を有する出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２とによりレーザー共振器が構成されている。
【００２４】
レーザー共振器内には、波長可変レーザーとしてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４と、波長選択用の結晶として複屈折性の光音響光学結晶２０６とが、出射側ミラー２００側から全反射ミラー２０２側へ向けて順次配設されている。
【００２５】
そして、光音響光学結晶２０６には、音響波入力手段としてＲＦ電源２０８により駆動される圧電素子２１０が添着されている。従って、ＲＦ電源２０８により圧電素子２１０を駆動させて、圧電素子２１０に歪みを生じさせると、この圧電素子２１０の歪みに基づいて、当該歪みに応じた周波数の音響波が光音響光学結晶２０６に入力されることになる。
【００２６】
また、全反射ミラー２０２は、光音響光学結晶２０６によって所定の方向に回折された回折光Ｂのみを反射するように構成されている。
【００２７】
圧電素子２１０は、出射側ミラー２００から励起光Ａとして出射させたい出射レーザー光の波長を備えた光のみを回折させるように、光音響光学結晶２０６に音響波を入力するように構成されている。
【００２８】
なお、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４には、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起するための励起レーザー光Ｃが入射されるように構成されている。以上の構成において、レーザー発振装置１６から出射された励起光ＡによりＢａ（ＮＯ3）2結晶１４を励起すると、Ｂａ（ＮＯ3）2結晶１４から励起光Ａの波長に応じた波長の１次ストークス光（１次反ストークス光）が出射される。
【００２９】
これら１次ストークス光（１次反ストークス光）は、出射側ミラー１０と全反射ミラー１２とにより構成された共振器内を往復することにより増幅されて発振を生ぜしめ、出射側ミラー１０から出射１次ストークス光（出射１次反ストークス光）として出射される。
【００３０】
このとき、共振器内を往復する１次ストークス光（１次反ストークス光）に付随して、励起光Ａの波長に応じた波長の２次ストークス光（２次反ストークス光）が発生し、出射側ミラー１０から出射２次ストークス光（出射２次反ストークス光）として出射することができる。
出射される。
【００３１】
この際に、励起光Ａの波長を変化させることにより、所望の波長の出射１次ストークス光（出射１次反ストークス光）ならびに出射２次ストークス光（出射２次反ストークス光）のみを出射させることができる。
【００３２】
ここで、レーザー発振装置１６からの励起光Ａの出射に関して説明すると、まず、励起レーザー光ＣとしてＮｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波を用いてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起する。また、上記した原理に基づいて、出射側ミラー２００から励起光Ａとして出射させたい出射レーザー光の波長に応じてＲＦ電源２０８の周波数を制御し、圧電素子２１０を駆動する。
【００３３】
上記のようにすると、光音響光学結晶２０６に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から出射された広範囲の波長帯域の出射光の中で、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の出射光に関しては、所定の方向に回折されて回折光Ｂとして光音響光学結晶２０６から出射されることになる。こうして、光音響光学結晶２０６から出射された所定の方向に回折された回折光Ｂのみが、全反射ミラー２０２によって反射され、レーザー共振器内を往復することになる。
【００３４】
従って、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レーザー共振器から当該波長の出射レーザー光のみを励起光Ａとして出射させることができる。
【００３５】
このように、レーザー発振装置１６からの出射レーザー光たる励起光Ａの波長選択は、ＲＦ電源２０８の周波数を選択して、ＲＦ電源２０８により圧電素子２１０を振動させることで実現できるので、レーザー発振の際の波長同調を高速に行うことができるようになって、出射レーザー光たる励起光Ａの高速かつランダムな波長選択が可能となり、結果として、出射レーザー光たる励起光Ａの波長可変速度を高速化することができるようになる。そして、励起光の波長可変速度の高速化に応じて、出射ストークス光ならびに出射反ストークス光の波長を高速で可変することができるようになる。
【００３６】
次に、図２および図３に示すラマン・レーザー発振装置を用いて、以下の実験条件により実験した結果について説明する。
【００３７】
（実験条件）
励起光Ａ：波長９００ｎｍ〜１０００ｎｍ、最大エネルギー３ｍＪ／パルス、 パルス幅３０ｎｓ〜５０ｎｓのパルス・レーザー光
出射側ミラー１０：１次ストークス光の波長において９０％反射
全反射ミラー１２：１次ストークス光の波長において９９．９％反射
図４および図５は、励起光Ａの波長を変化させたときの出射１次ストークス光と出射２次ストークス光との出力と波長との関係を示すグラフである。
【００３８】
これら図４および図５に示されるように、図２および図３に示すラマン・レーザー発振装置を用いると、励起光Ａの波長を９００ｎｍ〜１０００ｎｍに可変させると、出射１次ストークス光の波長は１０００ｎｍ〜１１１７ｎｍとなり、出射２次ストークス光の波長は１１００ｎｍ〜１２６５ｎｍとなる。
【００３９】
また、励起光Ａの波長を７００ｎｍ〜８００ｎｍに可変させると、出射１次反ストークス光の波長は６５２ｎｍ〜７００ｎｍとなり、出射２次反ストークス光の波長は６１０ｎｍ〜６５５ｎｍとなる。
【００４０】
また、本発明によるラマン・レーザー装置においては、ラマン媒質としては、上記したＢａ（ＮＯ3）2結晶１４の他に、水素ガスのような気体など任意のラマン媒質を用いることができ、レーザー発振装置１６に用いる波長可変レーザー媒質としては、上記したＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４の他に、液体レーザーなど任意の波長可変レーザー媒質を用いることができる。
【００４１】
さらに、水素ガスなどの気体をラマン媒質として用いた場合には、出射側ミラー１０と全反射ミラー１２とにより構成される共振器を用いる代わりに、励起光Ａが入射されるラマン媒質たる気体を封入したマルチ・パス・セルを用いるようにしてもよい。
【００４２】
また、レーザー発振装置１６の構成は、図３に示した構成に限られることなしに、以下に示す各構成を適宜選択して用いることができる。
【００４３】
（レーザー発振装置１６の第２の構成）
図６には、レーザー発振装置１６の第２の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために、同一の符号を付して示すものとする。
【００４４】
このレーザー発振装置１６の第２の構成においても、図３に示す構成と同様に、所定の透過性を有する出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２とによりレーザー共振器が構成されている。
【００４５】
レーザー共振器内には、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４と、光音響光学結晶２０６と、回折光Ｂの分散を補正するための分散補正用プリズム２１２とが出射側ミラー２００側から全反射ミラー２０２側へ向けて順次配設されており、全反射ミラー２０２は、分散補正用プリズム２１２から出射した光を反射するようになされている。
【００４６】
この分散補正用プリズム２１２は、光音響光学結晶２０６から出射された回折光Ｂの分散を補正することにより、励起光Ａたる出射レーザー光の方向性を一定にすることができる。
【００４７】
さらに、図３に示す構成と同様に、圧電素子２１０は、励起光Ａとして出射側ミラー２００から出射させたい出射レーザー光の波長を備えた出射光のみを所定の方向に回折するように、光音響光学結晶２０６に音響波を入力するように構成されている。
【００４８】
以上の構成において、励起レーザー光ＣとしてＮｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波を用いてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起する。また、上記した原理に基づいて、出射側ミラー２００から励起光Ａとして出射させたい出射レーザー光の波長に応じてＲＦ電源２０８の周波数を制御し、圧電素子２１０を駆動する。
【００４９】
上記のようにすると、光音響光学結晶２０６に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から出射された広範囲の波長帯域の出射光の中で、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の出射光に関しては、所定の方向に回折されて回折光Ｂとして光音響光学結晶２０６から出射されることになる。さらに、光音響光学結晶２０６から所定の方向に回折されて出射された回折光Ｂは、分散補正用プリズム２１２に入射され、一定の方向に出射される。そして、分散補正用プリズム２１２から出射された光は、全反射ミラー２０２によって反射され、レーザー共振器内を往復することになる。
【００５０】
従って、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レーザー共振器から当該波長の出射レーザー光のみを励起光Ａとして出射させることができる。
【００５１】
（レーザー発振装置１６の第３の構成）
図７には、レーザー発振装置１６の第３の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３ならびに図６に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために、同一の符号を付して示すものとする。
【００５２】
このレーザー発振装置１６の第３の構成においても、図３に示す構成と同様に、所定の透過性を有する出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２とによりレーザー共振器が構成されている。
【００５３】
レーザー共振器内には、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４と、ビーム径調節用のテレスコープ２１４と、光音響光学結晶２０６と、分散補正用プリズム２１２とが出射側ミラー２００側から全反射ミラー２０２側へ向けて順次配設されており、全反射ミラー２０２は、分散補正用プリズム２１２から出射した光を反射するようになされている。
【００５４】
ここで、テレスコープ２１４は、光音響光学結晶２０６に入射される光のビーム径を所望の大きさに拡大することができるように構成されている。
【００５５】
また、分散補正用プリズム２１２は、図６に示すレーザー発振装置１６の第２の構成と同様に、光音響光学結晶２０６から出射された回折光Ｂの分散を補正することにより、励起光Ａたる出射レーザー光の方向性を一定にすることができる。
【００５６】
さらに、図３に示す構成と同様に、圧電素子２１０は、励起光Ａとして出射側ミラー２００から出射させたい出射レーザー光の波長を備えた出射光のみを所定の方向に回折するように、光音響光学結晶２０６に音響波を入力するように構成されている。
【００５７】
以上の構成において、励起レーザー光ＣとしてＮｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波を用いてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起する。また、上記した原理に基づいて、出射ミラー２００から出射させたい出射レーザー光の波長に応じてＲＦ電源２０８の周波数を制御し、圧電素子２１０を駆動する。
【００５８】
上記のようにすると、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から出射された広範囲の波長帯域の出射光は、そのビーム径がテレスコープ２１４により所望の大きさに拡大されて、光音響光学結晶２０６に入射されることになる。
【００５９】
従って、レーザーの出力強度が上がった際においても、テレスコープ２１４により光音響光学結晶２０６に入射される光のビーム径が拡大されるので、光音響光学結晶２０６に入射される光の光音響光学結晶２０６の単位面積あたりの出力強度が低下するため、光音響光学結晶２０６の損傷を抑止することができる。
【００６０】
そして、テレスコープ２１４を介して光音響光学結晶２０６に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から出射された広範囲の波長帯域の出射光の中で、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の出射光に関しては、所定の方向に回折されて回折光Ｂとして光音響光学結晶２０６から出射されることになる。さらに、光音響光学結晶２０６から所定の方向に回折されて出射された回折光Ｂは、分散補正用プリズム２１２に入射され、一定の方向に出射される。そして、分散補正用プリズム２１２から出射された光は、全反射ミラー２０２によって反射され、レーザー共振器内を往復することになる。
【００６１】
従って、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レーザー共振器から励起光Ａとして当該波長の出射レーザー光のみを出射させることができる。
【００６２】
（レーザー発振装置１６の第４の構成）
図８には、レーザー発振装置１６の第４の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３、図６ならびに図７に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために、同一の符号を付して示すものとする。
【００６３】
このレーザー発振装置１６の第４の構成は、レーザー共振器内を往復する光の光路がアルファベットの「Ｚ」字形状になる、所謂、Ｚホールド型のレーザー共振器を用いており、このＺホールド型のレーザー共振器は、所定の透過性を有する出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２とを有して構成されている。
【００６４】
さらに、Ｚホールド型のレーザー共振器は、励起レーザー光Ａを入射するとともに出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２との間を往復する光を反射する第１中間ミラー２１６と、出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２との間を往復する光を反射する第２中間ミラー２１８とを備えて構成されており、レーザー共振器内を往復する光Ｂの光路がアルファベットの「Ｚ」字形状になるように配置されている。
【００６５】
レーザー共振器の光路上の第１中間ミラー２１６と第２中間ミラー２１８との間には、波長可変レーザー媒質として入射光の入射端面がブルースターカットされたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４が、その入射端面が入射光の反射が０となるブルースターアングルにより配置されており、励起レーザー光Ｃにより縦方向同軸励起によりレーザー発振が生じるように構成されている。
【００６６】
また、レーザー共振器の光路上の第２中間ミラー２１８と全反射ミラー２０２との間には、波長選択用の結晶としての複屈折の性質を有する光音響光学結晶２０６が配設されている。
【００６７】
そして、光音響光学結晶２０６には、音響波入力手段として、パーソナル・コンピューター２２０により周波数を制御されたＲＦ電源２０８により駆動される圧電素子２１０が添着されている。従って、パーソナル・コンピューター２２０の制御により任意の周波数に設定されたＲＦ電源２０８により圧電素子２１０を駆動して、圧電素子２１０に歪みを生じさせると、この圧電素子２１０の歪みに基づいて、当該歪みに応じた周波数の音響波が光音響光学結晶２０６に入力されることになる。そして、光音響光学結晶２０６は入力された音響波に応じた光のみを回折することになる。
【００６８】
従って、圧電素子２１０は、出射側ミラー２００から励起光Ａとして出射させたい出射レーザー光の波長を備えた光のみを、光音響光学結晶２０６が所定の方向に回折した回折光Ｂとして出射し、レーザー発振することができるように、パーソナル・コンピューター２２０により光音響光学結晶２０６への音響波の入力が制御されることになる。
【００６９】
さらに、光音響光学結晶２０６と全反射ミラー２０２との間には、回折光Ｂの分散を補正するための分散補正用プリズム２１２が配設されている。この分散補正用プリズム２１２を用いることにより、励起光Ａたる出射レーザー光の方向性を一定にすることができる。
【００７０】
そして、このレーザー発振装置１６の第４の構成においては、レーザー共振器内へ励起レーザー光Ｃを入射するためのレーザーとして、パルス励起レーザー２２２を用いている。パルス励起レーザー２２２としては、小型の高繰り返しレーザーダイオード（ＬＤ）励起固体レーザーなどがあり、具体的には、ＣＷ−ＱスイッチパルスＹＡＧレーザーや、ＣＷ−ＱスイッチパルスＮｄ：ＹＬＦレーザーなどを用いることができる。
【００７１】
パルス励起レーザー２２２によって発生された励起レーザー光Ｃは全反射ミラー２２４により全反射集光ミラー２２６に反射され、全反射集光ミラー２２６により集光されて第１中間ミラー２１６を介してＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を縦方向同軸励起するように入射される。
【００７２】
以上の構成において、励起光Ａたる出射レーザー光を得るには、パルス励起レーザー２２２により入射された励起レーザ光Ｃを用いてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起する。また、上記した原理に基づいて、出射側ミラー２００から励起光Ａとして出射させたい出射レーザー光の波長に応じて、ＲＦ電源２０８の周波数をパーソナル・コンピューター２２０により制御し、圧電素子２１０を振動する。
【００７３】
上記のようにすると、光音響光学結晶２０６に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から出射された広範囲の波長帯域の出射光の中で、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の出射光に関しては、所定の方向に回折されて回折光Ｂとして光音響光学結晶２０６から出射されることになる。さらに、光音響光学結晶２０６から所定の方向に回折されて出射された回折光Ｂは、分散補正用プリズム２１２を介して全反射ミラー２０２に入射され、この全反射ミラー２０２によって反射されて、「Ｚ」字形状の光路によりレーザー共振器内を往復することになる。
【００７４】
従って、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レーザー共振器から励起光Ａとして当該波長の出射レーザー光のみを出射させることができる。
【００７５】
このように、励起光Ａたる出射レーザー光の波長選択は、パーソナル・コンピューター２２０の制御によりＲＦ電源２０８の周波数を選択して、ＲＦ電源２０８により圧電素子２１０を振動させることで実現できるので、励起光Ａたる出射レーザー光の高速かつランダムな波長選択が可能であり、結果として、励起光Ａたる出射レーザー光の波長可変速度を高速化することができる。
【００７６】
また、分散補正用プリズム２１２が設けられているため、回折光Ｂの回折角度の分散が補正されることになる。回折光Ｂがの回折角度の分散があるとレーザー共振器内で光の光路が変わることになり、波長可変域に制限を受けることになるが、分散補正用プリズム２１２を設けることにより、こうした問題点を解消することができる。
【００７７】
さらに、レーザー共振器の構成をＺホールド型に構成して、励起レーザー光Ｃを全反射集光ミラー２２６により集光してＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４へ入射するようにしたので、励起入力強度が低いパルス励起レーザー２２２による励起レーザー光Ｃによっても、十分にレーザー発振を生じさせることができる。
（レーザー発振装置１６の第５の構成）
図９には、レーザー発振装置１６の第５の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３、図６、図７ならびに図８に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００７８】
このレーザー発振装置１６の第５の構成は、レーザー共振器の構成が、所謂、Ｘホールド型とされている点についてのみ、図８に示すレーザー発振装置１６の第４の構成と相違する。
【００７９】
このレーザー発振装置１６の第４の構成に用いたＸホールド型のレーザー共振器においても、励起レーザー光Ｃは、全反射集光ミラー２２６により集光されてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶１８へ入射されるので、励起入力強度が低いパルス励起レーザー２２２による励起レーザー光Ｃによっても、十分にレーザー発振を生じさせることができる。
【００８０】
しかも、このＸホールド型のレーザー共振器によれば、Ｚホールド型のレーザー共振器に比べて、レーザー共振器の構成をコンパクトにすることができる。
【００８１】
（レーザー発振装置１６の第６の構成）
図１０には、レーザー発振装置１６の第６の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３、図６、図７、図８ならびに図９に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００８２】
このレーザー発振装置１６の第６の構成においては、図８における全反射ミラー２０２を出射側ミラー２００により置換するとともに、図８における出射側ミラー２００および第１中間ミラー２１６を排除し、その代わりに励起レーザー光Ｃが入射される側のＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４の端面に、励起レーザー光Ｃを入射するとともにＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から出射される光を反射する鏡面コーティング２２８を施した点についてのみ、図８に示すレーザー発振装置１６の第４の構成と相違する。
【００８３】
従って、レーザー発振装置１６の第６の構成においては、鏡面コーティング２２８と出射側ミラー２００とによりレーザー共振器が構成されることになる。
【００８４】
このため、レーザー発振装置１６の第６の構成によれば、図８に示すレーザー発振装置１６の第４の構成ならびに図９に示すレーザー発振装置１６の第５の構成よりも構成部品点数を削減することができ、装置全体を小型化することができるとともに、コスト低減を図ることができる。
【００８５】
（レーザー発振装置１６の第７の構成）
図１１には、レーザー発振装置１６の第７の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３、図６、図７、図８、図９ならびに図１０に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００８６】
このレーザー発振装置１６の第７の構成においては、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４の入射端面をブルースターカットしてブルースターアングルで配置するのではなく、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を垂直入射カットするとともに無反射コーティング２３０を施し、励起レーザー光Ｃが垂直に入射されるように配置した点において、図８に示すレーザー発振装置１６の第４の構成と相違する。
【００８７】
このように、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起レーザー光Ｃが垂直に入射されるように配置する場合には、ブルースターアングルに配置する場合に比べてセッティングが容易であり、角度の分散も小さく広い波長領域を得ることができる。
【００８８】
（レーザー発振装置１６の第８の構成）
図１２には、レーザー発振装置１６の第８の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３、図６、図７、図８、図９、図１０ならびに図１１に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために、同一の符号を付して示すものとする。
【００８９】
このレーザー発振装置１６の第８の構成は、レーザー共振器内を往復する光の光路がアルファベットの「Ｚ」字形状になる、所謂、Ｚホールド型のレーザー共振器を用いており、このＺホールド型のレーザー共振器は、所定の透過性（例えば、入射された光の９８％反射し、２％透過する。）を有する出射側ミラー２００と入射された光を全反射（１００％反射）する全反射ミラー２０２とを有して構成されている。
【００９０】
さらに、Ｚホールド型のレーザー共振器は、励起レーザー光Ｃを入射するとともに出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２との間を往復する光を全反射する第１中間ミラー２１６と、出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２との間を往復する光を全反射する第２中間ミラー２１８とを備えて構成されており、レーザー共振器内を往復する光の光路がアルファベットの「Ｚ」字形状になるように配置されている。
【００９１】
レーザー共振器の光路上の第１中間ミラー２１６と第２中間ミラー２１８との間には、波長可変レーザー媒質としてブルースターカットされたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４が、入射光の反射が０であるブルースターアングルにより配置されており、励起レーザー光Ｃにより縦方向同軸励起によりレーザー発振が生じるように構成されている。
【００９２】
また、レーザー共振器の光路上の第２中間ミラー２１８と全反射ミラー２０２との間には、波長選択用の結晶としての複屈折の性質を有する光音響光学結晶２０６が配設されている。
【００９３】
そして、光音響光学結晶２０６には、音響波入力手段として、パーソナル・コンピューター２２０により周波数を制御されたＲＦ電源２０８により駆動される圧電素子２１０が添着されている。従って、パーソナル・コンピューター２２０の制御により任意の周波数に設定されたＲＦ電源２０８により圧電素子２１０を駆動して、圧電素子２１０に歪みを生じさせると、この圧電素子２１０の歪みに基づいて、当該歪みに応じた周波数の音響波が光音響光学結晶２０６に入力されることになる。そして、光音響光学結晶２０６は入力された音響波に応じた光のみを回折することになる。
【００９４】
従って、圧電素子２１０は、出射側ミラー２００から励起光Ａとして出射させたい出射レーザー光の波長を備えた光のみを、光音響光学結晶２０６が所定の方向に回折した回折光Ｂとして出射し、レーザー発振することができるように、パーソナル・コンピューター２２０により光音響光学結晶２０への音響波の入力が制御されることになる。
【００９５】
さらに、光音響光学結晶２０６と全反射ミラー２０２との間には、回折光Ｂの分散を補正するための分散補正用プリズム２１２が配設されている。この分散補正用プリズム２１２を用いることにより、励起光Ａたる出射レーザー光の方向性を一定にすることができる。
【００９６】
そして、このレーザー発振装置１６の第８の構成においては、レーザー共振器内へ励起レーザー光Ｃを入射するためのレーザーとして、連続発振レーザー（ＣＷ−レーザー）２３２を用いている。ＣＷ−レーザー２３２としては、具体的には、連続発振Ａｒイオン・レーザー（ＣＷ−Ａｒイオン・レーザー）などを用いることができる。
【００９７】
また、波長可変レーザー媒質としてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４の代わりに、ＬｉＳＡＦレーザー結晶、ＬｉＣＡＦレーザー結晶などを用いた場合には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、Ｎｄ：ＹＬＦレーザー、Ｎｄ：ＹＵＯ4などの固体レーザーの第２高調波をＣＷ−レーザー２３２として用いることができる。
【００９８】
ＣＷ−レーザー２３２によって発生された励起レーザー光Ｃは全反射ミラー２２４により全反射集光ミラー２２６に反射され、全反射集光ミラー２２６により集光されて第１中間ミラー２１６を介してＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を縦方向同軸励起するように入射される。
【００９９】
ここで、励起レーザー光Ｃとしてレーザー共振器内に入射される、ＣＷ−レーザー２３２のパワーの低い連続発振レーザー光によってレーザー発振を生じさせるために、光音響光学結晶２０６から出射される回折光Ｂの回折効率のできるだけ高い光音響光学結晶２０６を用いる必要がある。
【０１００】
以上の構成において、励起光Ａたる出射レーザー光を得るには、ＣＷ−レーザー２３２により入射された励起レーザ光Ｃを用いてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起する。また、上記した原理に基づいて、出射側ミラー２００から出射させたい励起光Ａたる出射レーザー光の波長に応じて、ＲＦ電源２０８の周波数をパーソナル・コンピューター２２０により制御し、圧電素子２１０を振動する。
【０１０１】
上記のようにすると、光音響光学結晶２０６に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から出射された広範囲の波長帯域の出射光の中で、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の出射光に関しては、所定の方向に回折されて回折光Ｂとして光音響光学結晶２０６から出射されることになる。さらに、光音響光学結晶２０６から所定の方向に回折されて出射された回折光Ｂは、分散補正用プリズム２１２を介して全反射ミラー２０２に入射され、この全反射ミラー２０２によって反射されて、「Ｚ」字形状の光路によりレーザー共振器内を往復することになる。
【０１０２】
従って、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レーザー共振器から励起光Ａとして当該波長の出射レーザー光のみを出射させることができる。
【０１０３】
このように、励起光Ａたる出射レーザー光の波長選択は、パーソナル・コンピューター２２０の制御によりＲＦ電源２０８の周波数を選択して、ＲＦ電源２０８により圧電素子２１０を振動させることで実現できるので、レーザー発振の際の波長同調を高速に行うことができるようになって、励起光Ａたる出射レーザー光の高速かつランダムな波長選択が可能となり、結果として、励起光Ａたる出射レーザー光の波長可変速度を高速化することができる。
【０１０４】
また、分散補正用プリズム２１２が設けられているため、回折光Ｂの分散が補正されることになる。回折光Ｂが分散されるとレーザー共振器内で光の光路が変わることになり、波長可変域に制限を受けることになるが、分散補正用プリズム２１２を設けることにより、こうした問題点を解消することができる。さらに、それと同時に、波長同調時に起きる励起光Ａたる出射レーザー光の出射方向の変動も補正することができる。
【０１０５】
さらに、レーザー共振器の構成をＺホールド型に構成して、励起レーザー光Ｃを全反射集光ミラー２２６により集光してＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４へ入射するようにしたので、パワーの低いＣＷ−レーザー２３２による励起レーザー光Ｃによっても、十分にレーザー発振を生じさせることができる。
【０１０６】
（レーザー発振装置１６の第９の構成）
図１３には、レーザー発振装置１６の第９の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１ならびに図１２に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【０１０７】
このレーザー発振装置１６の第９の構成は、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４をブルースターカットしてブルースターアングルで配置するのではなく、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を垂直入射カットするとともに無反射コーティング２３０を施し、励起レーザー光Ｃが垂直に入射されるように配置した点において、図１２に示すレーザー発振装置１６の第８の構成と相違する。
【０１０８】
このように、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起レーザー光Ｃが垂直に入射されるように配置する場合には、ブルースターアングルに配置する場合に比べてセッティングが容易であり、角度の分散も小さく広い波長領域を得ることができる。
【０１０９】
（レーザー発振装置１６の第１０の構成）
図１４には、レーザー発振装置１６の第１０の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２ならびに図１３に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【０１１０】
このレーザー発振装置１６の第１０の構成は、図１２における出射側ミラー２００を１００％反射の全反射ミラー２３４により置換し、非回折光Ｄを励起光Ａたる出射レーザー光として出射するようにした点について、図１２に示すレーザー発振装置１６の第８の構成と相違する。
【０１１１】
このレーザー発振装置１６の第１０の構成によれば、透過性の出射側ミラー２００を用いることがないでので、図１２に示すレーザー発振装置１６の第８の構成と比べて、レーザー共振器による光の損失を低減させることができ、光音響光学結晶２０６から出射される回折光Ｂと非回折光Ｄとの割合は、例えば、回折光Ｂが９８％であり、非回折光Ｄが２％であるように設定することができるようになり、回折光Ｂの割合を小さくすることができる。従って、図１２に示すレーザー発振装置１６の第８の構成よりも、光音響光学結晶２０６や分散補正用プリズム２１２のセッティング、パーソナル・コンピューター２２０を用いたＲＦ電源２０８による圧電素子２１０の制御などの余裕度を向上することができる。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、励起光の波長可変速度を高速化することができ、その結果、ストークス光ならびに反ストークス光の波長を高速で可変することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】音響波による特定波長の光の回折作用を用いた波長選択作用を示す概念図である。
【図２】本発明によるラマン・レーザー発振装置の実施の形態の概略構成説明図である。
【図３】レーザー発振装置の第１の構成の概略構成説明図である。
【図４】励起光の波長を変化させたときの出射１次ストークス光と出射２次ストークス光との出力と波長との関係を示すグラフである。
【図５】励起光の波長を変化させたときの出射１次反ストークス光と出射２次反ストークス光との出力と波長との関係を示すグラフである。
【図６】レーザー発振装置の第２の構成の概略構成説明図である。
【図７】レーザー発振装置の第３の構成の概略構成説明図である。
【図８】レーザー発振装置の第４の構成の概略構成説明図である。
【図９】レーザー発振装置の第５の構成の概略構成説明図である。
【図１０】レーザー発振装置の第６の構成の概略構成説明図である。
【図１１】レーザー発振装置の第７の構成の概略構成説明図である。
【図１２】レーザー発振装置の第８の構成の概略構成説明図である。
【図１３】レーザー発振装置の第９の構成の概略構成説明図である。
【図１４】レーザー発振装置の第１０の構成の概略構成説明図である。
【符号の説明】
１０ 出射側ミラー
１２ 全反射ミラー
１４ Ｂａ（ＮＯ3）2結晶
１６ レーザー発振装置
１８ 全反射ミラー
２０ 全反射ミラー
２２ 集光レンズ
１００ 光音響光学結晶
１０２ 入射光
１０４ 音響波
１０６ 回折光
１０８ 非回折光
１０９ 回折角α
１１０ 全反射ミラー
１１２ 出射側ミラー
２００ 出射側ミラー
２０２ 全反射ミラー
２０４ Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶
２０６ 光音響光学結晶
２０８ ＲＦ電源
２１０ 圧電素子
２１２ 分散補正用プリズム
２１４ テレスコープ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラマン・レーザー発振装置に関し、さらに詳細には、ラマン媒質に励起光を入射してラマン媒質を励起し、ラマン変換により励起光の波長に応じたストークス光ならびに反ストークス光を出射するラマン・レーザー発振装置に関する。
【０００２】
【発明の背景および発明が解決しようとする課題】
一般に、所定の透過性を有する出射ミラーと全反射ミラーとにより共振器を構成し、この共振器内にラマン媒質を配設し、励起光を共振器内に入射してラマン媒質を励起し、励起光の波長に応じたストークス光ならびに反ストークス光を出射するようにしたラマン・レーザー発振装置が知られている。
【０００３】
こうしたラマン・レーザー発振装置においては、励起光の波長を変化させることにより、所望の波長のストークス光ならびに反ストークス光を得るようにしている。
【０００４】
そして、任意の波長の励起光を発生するための励起光源として、一般には波長可変レーザーが用いられており、波長可変レーザーとしては、レーザー媒質としてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3（チタンサファイア）などの結晶を用いる固体レーザーと、レーザー媒質として色素溶液などを用いる液体レーザーとが広く用いられている。従来、こうした波長可変レーザーを所望な波長でレーザー発振させるための波長選択の手法としては、例えば、波長可変レーザー媒質を収容したレーザー共振器内に回折格子や複屈折板などを配設し、こうした回折格子や複屈折板などを機械的に回転することにより、波長可変レーザーから出射される出射光の中から所望の波長の出射光のみを取り出し、取り出した出射光を波長可変レーザーに対して反射させて増幅してレーザー発振を生ぜしめ、レーザー共振器から所望の波長のレーザー光のみを出射させるようにしていた。
【０００５】
しかしながら、上記したような従来の波長選択の手法を用いた場合においては、回析格子や複屈折板などを機械的に回転させるため、励起光として出射されるレーザー光の波長可変速度を速くすることが困難であり、その結果、ストークス光ならびに反ストークス光の波長を高速で可変することができないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、励起光の波長可変速度を高速化し、ストークス光ならびに反ストークス光の波長を高速で可変することができるようにしたラマン・レーザー発振装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるラマン・レーザー発振装置は、波長可変レーザー発振装置から出射された出射レーザー光を励起光としてラマン媒質に入射して上記ラマン媒質を励起し、ラマン変換により上記励起光の波長に応じたストークス光ならびに反ストークス光を出射するラマン・レーザー発振装置において、上記波長可変レーザー発振装置は、対向する所定の反射率を有するミラーにより構成されるレーザー共振器と、上記レーザー共振器内に配設された所定範囲の波長域においてレーザー発振可能な波長可変レーザー結晶と、上記レーザー共振器内に配設され、上記波長可変レーザー結晶からの出射光が入射される複屈折性の光音響光学結晶と、上記光音響光学結晶に装着され、上記光音響光学結晶に進行波である音響波を入力するための音響波入力手段と、上記レーザー共振器内に配設され、上記光音響光学結晶から出射される光であって、上記光音響光学結晶に入射された光のなかで上記音響波の周波数に応じた特定波長の光が、偏光面が直交するとともに所定の方向に回折された回折光として出射されるものの回折角度の分散を補正し、上記波長可変レーザー発振装置から出射される出射レーザー光の方向性を一定にする光学素子とを有し、上記光学素子により上記光音響光学結晶から出射される所定の方向に回折された回折光のみが、上記レーザー共振器を構成する上記ミラーによって反射されて上記レーザー共振器内を往復してレーザー発振し、上記光音響光学結晶に入力する音響波の周波数の制御によりレーザー発振波長を可変制御するようにしたものである。
【０００９】
また、本発明によるラマン・レーザー発振装置は、上記波長可変レーザー発振装置を構成する上記レーザー共振器内に配設され、上記光音響光学結晶に入射される上記波長可変レーザー結晶からの出射光のビーム径を拡大する拡大手段を有するようにしてもよい。
【００１０】
従って、本発明によるラマン・レーザー発振装置においては、レーザー発振装置から出射される励起光たる出射レーザー光の波長選択は、光音響光学結晶へ音響波入力手段により音響波を入力することで実現できるので、レーザー発振の際の波長同調を高速に行うことができるようになって、出射レーザー光たる励起光の高速かつランダムな波長選択が可能となり、結果として、出射レーザー光たる励起光の波長可変速度を高速化することができるようになる。そして、励起光の波長可変速度の高速化に応じて、ストークス光ならびに反ストークス光の波長を高速で可変することができるようになる。
【００１１】
ここで、レーザー発振装置から出射される励起光たる出射レーザー光の波長選択作用を詳しく説明するが、当該波長選択は、ＴｅＯ2結晶などの複屈折性をもつ光音響光学結晶中に音響波を発生させると、当該結晶に入射された光の中で当該音響波の周波数に応じた特定波長の回折光の偏光面は、非回折光の偏光面と直交するようになるばかりでなく、当該回折光の出射角度が非回折光の出射角度と大きく異なるように偏角する点に着目してなされたものである。
【００１２】
図１は、音響波による特定波長の光の偏光作用を用いた波長選択作用を示す概念図であるが、複屈折の性質を有する光音響光学結晶１００中に、波長λｉ、角周波数ωｉの入射光１０２を入射するものとする。さらに、光音響光学結晶１００中に、周波数ωａの音響波１０４を与えると、回折光１０６が得られることになる。
【００１３】
上記の光音響光学結晶１００で回折される光線成分たる回折光１０６に対して、全反射ミラー１１０と所定の透過性を有する出射側ミラー１１２とを配置すると、全反射ミラー１１０と出射側ミラー１１２とにより両者の間を回折光１０６が往復するレーザー共振器が構成されることになる。
【００１４】
ここで、回折光１０６の波長は、光音響光学結晶１００中に発生される音響波１０４の周波数によって決定されるので、例えば、光音響光学結晶１００に対してＲＦ電源により駆動される圧電素子を添着し、ＲＦ電源により圧電素子を駆動させて当該圧電素子に歪みを生じさせることにより、当該歪みに応じた周波数の音響波１０４を光音響光学結晶１００に入力する場合には、ＲＦ電源の周波数の制御によりレーザー波長の可変制御が可能となる。
【００１５】
また、回折光１０６への回折効率は音響波強度により決定されるので、ＲＦ電源の入力強度の制御よりレーザー共振器の損失を制御し、ひいてはレーザー出力の可変制御が可能となる。
【００１６】
しかしながら、回折角α１０９は、回折光１０６の波長に対して完全に一定ではないので、回折光１０６に対する全反射ミラー１１０の垂直反射により、レーザー共振器を構成できる波長範囲は狭く、広い波長領域でレーザー発振させるためには全反射ミラー１１０の配置角度を少しづつ調整しなければならないので、実用上その調整作業が煩雑になる恐れがある。このため、全反射ミラー１１０の配置角度を変えることなく可変波長範囲を広げるためには、何らかの手段により回折角α１０９のぶれを補正する必要がある。
【００１７】
この回折角α１０９のぶれを補正する手段としては、例えば、三角プリズムなどの光の波長を分散させる光学素子を用いて、波長λ１、λ２のぶれ角Δαをもつ光線が三角プリズム通過後にほぼ平行に進行するように設定することができる。これにより、回折光１０６を全反射ミラー１１０に常時垂直に入射させることができるようになり、広波長域用のレーザー共振器を構成できる。
【００１８】
また、レーザーの出力強度が上がり、レーザー共振器内の光音響光学結晶１００が光損傷を受けるおそれがある時には（例えば、光音響光学結晶１００としてＴｅＯ2結晶を用いた場合には、ＴｅＯ2結晶の結晶損傷しきい値は、レーザー結晶や光学部品の損傷しきい値に比べて小さいので損傷を受けやすい。）、レーザー共振器内に、光音響光学結晶１００に入射される光のビーム径を拡大するためのテレスコープのようなビーム拡大鏡などの拡大手段を配置して、光音響光学結晶１００の損傷の可能性を低減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明によるラマン・レーザー発振装置の実施の形態を詳細に説明するものとする。
【００２０】
図２には、本発明によるラマン・レーザー発振装置の実施の形態の概略構成説明図が示されている。
【００２１】
このラマン・レーザー発振装置においては、所定の透過性を有する出射側ミラー１０と全反射ミラー１２とにより共振器が構成されており、この共振器内にはラマン媒質として、例えば、Ｂａ（ＮＯ3）2結晶１４が配設されている。
【００２２】
符号１６は励起光源としての電気的に波長選択が可能なレーザー発振装置であり、このレーザー発振装置１６から出射されたレーザー光である励起光Ａは、全反射ミラー１８、２０により反射されて集光レンズ２２に入射され、集光レンズ２２によって集光された後に共振器内に入射されることになる。
【００２３】
図３には、レーザー発振装置１６の構成が示されており、このレーザー発振装置においては、所定の透過性を有する出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２とによりレーザー共振器が構成されている。
【００２４】
レーザー共振器内には、波長可変レーザーとしてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４と、波長選択用の結晶として複屈折性の光音響光学結晶２０６とが、出射側ミラー２００側から全反射ミラー２０２側へ向けて順次配設されている。
【００２５】
そして、光音響光学結晶２０６には、音響波入力手段としてＲＦ電源２０８により駆動される圧電素子２１０が添着されている。従って、ＲＦ電源２０８により圧電素子２１０を駆動させて、圧電素子２１０に歪みを生じさせると、この圧電素子２１０の歪みに基づいて、当該歪みに応じた周波数の音響波が光音響光学結晶２０６に入力されることになる。
【００２６】
また、全反射ミラー２０２は、光音響光学結晶２０６によって所定の方向に回折された回折光Ｂのみを反射するように構成されている。
【００２７】
圧電素子２１０は、出射側ミラー２００から励起光Ａとして出射させたい出射レーザー光の波長を備えた光のみを回折させるように、光音響光学結晶２０６に音響波を入力するように構成されている。
【００２８】
なお、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４には、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起するための励起レーザー光Ｃが入射されるように構成されている。以上の構成において、レーザー発振装置１６から出射された励起光ＡによりＢａ（ＮＯ3）2結晶１４を励起すると、Ｂａ（ＮＯ3）2結晶１４から励起光Ａの波長に応じた波長の１次ストークス光（１次反ストークス光）が出射される。
【００２９】
これら１次ストークス光（１次反ストークス光）は、出射側ミラー１０と全反射ミラー１２とにより構成された共振器内を往復することにより増幅されて発振を生ぜしめ、出射側ミラー１０から出射１次ストークス光（出射１次反ストークス光）として出射される。
【００３０】
このとき、共振器内を往復する１次ストークス光（１次反ストークス光）に付随して、励起光Ａの波長に応じた波長の２次ストークス光（２次反ストークス光）が発生し、出射側ミラー１０から出射２次ストークス光（出射２次反ストークス光）として出射することができる。
出射される。
【００３１】
この際に、励起光Ａの波長を変化させることにより、所望の波長の出射１次ストークス光（出射１次反ストークス光）ならびに出射２次ストークス光（出射２次反ストークス光）のみを出射させることができる。
【００３２】
ここで、レーザー発振装置１６からの励起光Ａの出射に関して説明すると、まず、励起レーザー光ＣとしてＮｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波を用いてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起する。また、上記した原理に基づいて、出射側ミラー２００から励起光Ａとして出射させたい出射レーザー光の波長に応じてＲＦ電源２０８の周波数を制御し、圧電素子２１０を駆動する。
【００３３】
上記のようにすると、光音響光学結晶２０６に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から出射された広範囲の波長帯域の出射光の中で、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の出射光に関しては、所定の方向に回折されて回折光Ｂとして光音響光学結晶２０６から出射されることになる。こうして、光音響光学結晶２０６から出射された所定の方向に回折された回折光Ｂのみが、全反射ミラー２０２によって反射され、レーザー共振器内を往復することになる。
【００３４】
従って、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レーザー共振器から当該波長の出射レーザー光のみを励起光Ａとして出射させることができる。
【００３５】
このように、レーザー発振装置１６からの出射レーザー光たる励起光Ａの波長選択は、ＲＦ電源２０８の周波数を選択して、ＲＦ電源２０８により圧電素子２１０を振動させることで実現できるので、レーザー発振の際の波長同調を高速に行うことができるようになって、出射レーザー光たる励起光Ａの高速かつランダムな波長選択が可能となり、結果として、出射レーザー光たる励起光Ａの波長可変速度を高速化することができるようになる。そして、励起光の波長可変速度の高速化に応じて、出射ストークス光ならびに出射反ストークス光の波長を高速で可変することができるようになる。
【００３６】
次に、図２および図３に示すラマン・レーザー発振装置を用いて、以下の実験条件により実験した結果について説明する。
【００３７】
（実験条件）
励起光Ａ：波長９００ｎｍ〜１０００ｎｍ、最大エネルギー３ｍＪ／パルス、 パルス幅３０ｎｓ〜５０ｎｓのパルス・レーザー光
出射側ミラー１０：１次ストークス光の波長において９０％反射
全反射ミラー１２：１次ストークス光の波長において９９．９％反射
図４および図５は、励起光Ａの波長を変化させたときの出射１次ストークス光と出射２次ストークス光との出力と波長との関係を示すグラフである。
【００３８】
これら図４および図５に示されるように、図２および図３に示すラマン・レーザー発振装置を用いると、励起光Ａの波長を９００ｎｍ〜１０００ｎｍに可変させると、出射１次ストークス光の波長は１０００ｎｍ〜１１１７ｎｍとなり、出射２次ストークス光の波長は１１００ｎｍ〜１２６５ｎｍとなる。
【００３９】
また、励起光Ａの波長を７００ｎｍ〜８００ｎｍに可変させると、出射１次反ストークス光の波長は６５２ｎｍ〜７００ｎｍとなり、出射２次反ストークス光の波長は６１０ｎｍ〜６５５ｎｍとなる。
【００４０】
また、本発明によるラマン・レーザー装置においては、ラマン媒質としては、上記したＢａ（ＮＯ3）2結晶１４の他に、水素ガスのような気体など任意のラマン媒質を用いることができ、レーザー発振装置１６に用いる波長可変レーザー媒質としては、上記したＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４の他に、液体レーザーなど任意の波長可変レーザー媒質を用いることができる。
【００４１】
さらに、水素ガスなどの気体をラマン媒質として用いた場合には、出射側ミラー１０と全反射ミラー１２とにより構成される共振器を用いる代わりに、励起光Ａが入射されるラマン媒質たる気体を封入したマルチ・パス・セルを用いるようにしてもよい。
【００４２】
また、レーザー発振装置１６の構成は、図３に示した構成に限られることなしに、以下に示す各構成を適宜選択して用いることができる。
【００４３】
（レーザー発振装置１６の第２の構成）
図６には、レーザー発振装置１６の第２の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために、同一の符号を付して示すものとする。
【００４４】
このレーザー発振装置１６の第２の構成においても、図３に示す構成と同様に、所定の透過性を有する出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２とによりレーザー共振器が構成されている。
【００４５】
レーザー共振器内には、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４と、光音響光学結晶２０６と、回折光Ｂの分散を補正するための分散補正用プリズム２１２とが出射側ミラー２００側から全反射ミラー２０２側へ向けて順次配設されており、全反射ミラー２０２は、分散補正用プリズム２１２から出射した光を反射するようになされている。
【００４６】
この分散補正用プリズム２１２は、光音響光学結晶２０６から出射された回折光Ｂの分散を補正することにより、励起光Ａたる出射レーザー光の方向性を一定にすることができる。
【００４７】
さらに、図３に示す構成と同様に、圧電素子２１０は、励起光Ａとして出射側ミラー２００から出射させたい出射レーザー光の波長を備えた出射光のみを所定の方向に回折するように、光音響光学結晶２０６に音響波を入力するように構成されている。
【００４８】
以上の構成において、励起レーザー光ＣとしてＮｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波を用いてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起する。また、上記した原理に基づいて、出射側ミラー２００から励起光Ａとして出射させたい出射レーザー光の波長に応じてＲＦ電源２０８の周波数を制御し、圧電素子２１０を駆動する。
【００４９】
上記のようにすると、光音響光学結晶２０６に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から出射された広範囲の波長帯域の出射光の中で、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の出射光に関しては、所定の方向に回折されて回折光Ｂとして光音響光学結晶２０６から出射されることになる。さらに、光音響光学結晶２０６から所定の方向に回折されて出射された回折光Ｂは、分散補正用プリズム２１２に入射され、一定の方向に出射される。そして、分散補正用プリズム２１２から出射された光は、全反射ミラー２０２によって反射され、レーザー共振器内を往復することになる。
【００５０】
従って、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レーザー共振器から当該波長の出射レーザー光のみを励起光Ａとして出射させることができる。
【００５１】
（レーザー発振装置１６の第３の構成）
図７には、レーザー発振装置１６の第３の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３ならびに図６に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために、同一の符号を付して示すものとする。
【００５２】
このレーザー発振装置１６の第３の構成においても、図３に示す構成と同様に、所定の透過性を有する出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２とによりレーザー共振器が構成されている。
【００５３】
レーザー共振器内には、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４と、ビーム径調節用のテレスコープ２１４と、光音響光学結晶２０６と、分散補正用プリズム２１２とが出射側ミラー２００側から全反射ミラー２０２側へ向けて順次配設されており、全反射ミラー２０２は、分散補正用プリズム２１２から出射した光を反射するようになされている。
【００５４】
ここで、テレスコープ２１４は、光音響光学結晶２０６に入射される光のビーム径を所望の大きさに拡大することができるように構成されている。
【００５５】
また、分散補正用プリズム２１２は、図６に示すレーザー発振装置１６の第２の構成と同様に、光音響光学結晶２０６から出射された回折光Ｂの分散を補正することにより、励起光Ａたる出射レーザー光の方向性を一定にすることができる。
【００５６】
さらに、図３に示す構成と同様に、圧電素子２１０は、励起光Ａとして出射側ミラー２００から出射させたい出射レーザー光の波長を備えた出射光のみを所定の方向に回折するように、光音響光学結晶２０６に音響波を入力するように構成されている。
【００５７】
以上の構成において、励起レーザー光ＣとしてＮｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波を用いてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起する。また、上記した原理に基づいて、出射ミラー２００から出射させたい出射レーザー光の波長に応じてＲＦ電源２０８の周波数を制御し、圧電素子２１０を駆動する。
【００５８】
上記のようにすると、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から出射された広範囲の波長帯域の出射光は、そのビーム径がテレスコープ２１４により所望の大きさに拡大されて、光音響光学結晶２０６に入射されることになる。
【００５９】
従って、レーザーの出力強度が上がった際においても、テレスコープ２１４により光音響光学結晶２０６に入射される光のビーム径が拡大されるので、光音響光学結晶２０６に入射される光の光音響光学結晶２０６の単位面積あたりの出力強度が低下するため、光音響光学結晶２０６の損傷を抑止することができる。
【００６０】
そして、テレスコープ２１４を介して光音響光学結晶２０６に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から出射された広範囲の波長帯域の出射光の中で、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の出射光に関しては、所定の方向に回折されて回折光Ｂとして光音響光学結晶２０６から出射されることになる。さらに、光音響光学結晶２０６から所定の方向に回折されて出射された回折光Ｂは、分散補正用プリズム２１２に入射され、一定の方向に出射される。そして、分散補正用プリズム２１２から出射された光は、全反射ミラー２０２によって反射され、レーザー共振器内を往復することになる。
【００６１】
従って、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レーザー共振器から励起光Ａとして当該波長の出射レーザー光のみを出射させることができる。
【００６２】
（レーザー発振装置１６の第４の構成）
図８には、レーザー発振装置１６の第４の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３、図６ならびに図７に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために、同一の符号を付して示すものとする。
【００６３】
このレーザー発振装置１６の第４の構成は、レーザー共振器内を往復する光の光路がアルファベットの「Ｚ」字形状になる、所謂、Ｚホールド型のレーザー共振器を用いており、このＺホールド型のレーザー共振器は、所定の透過性を有する出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２とを有して構成されている。
【００６４】
さらに、Ｚホールド型のレーザー共振器は、励起レーザー光Ａを入射するとともに出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２との間を往復する光を反射する第１中間ミラー２１６と、出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２との間を往復する光を反射する第２中間ミラー２１８とを備えて構成されており、レーザー共振器内を往復する光Ｂの光路がアルファベットの「Ｚ」字形状になるように配置されている。
【００６５】
レーザー共振器の光路上の第１中間ミラー２１６と第２中間ミラー２１８との間には、波長可変レーザー媒質として入射光の入射端面がブルースターカットされたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４が、その入射端面が入射光の反射が０となるブルースターアングルにより配置されており、励起レーザー光Ｃにより縦方向同軸励起によりレーザー発振が生じるように構成されている。
【００６６】
また、レーザー共振器の光路上の第２中間ミラー２１８と全反射ミラー２０２との間には、波長選択用の結晶としての複屈折の性質を有する光音響光学結晶２０６が配設されている。
【００６７】
そして、光音響光学結晶２０６には、音響波入力手段として、パーソナル・コンピューター２２０により周波数を制御されたＲＦ電源２０８により駆動される圧電素子２１０が添着されている。従って、パーソナル・コンピューター２２０の制御により任意の周波数に設定されたＲＦ電源２０８により圧電素子２１０を駆動して、圧電素子２１０に歪みを生じさせると、この圧電素子２１０の歪みに基づいて、当該歪みに応じた周波数の音響波が光音響光学結晶２０６に入力されることになる。そして、光音響光学結晶２０６は入力された音響波に応じた光のみを回折することになる。
【００６８】
従って、圧電素子２１０は、出射側ミラー２００から励起光Ａとして出射させたい出射レーザー光の波長を備えた光のみを、光音響光学結晶２０６が所定の方向に回折した回折光Ｂとして出射し、レーザー発振することができるように、パーソナル・コンピューター２２０により光音響光学結晶２０６への音響波の入力が制御されることになる。
【００６９】
さらに、光音響光学結晶２０６と全反射ミラー２０２との間には、回折光Ｂの分散を補正するための分散補正用プリズム２１２が配設されている。この分散補正用プリズム２１２を用いることにより、励起光Ａたる出射レーザー光の方向性を一定にすることができる。
【００７０】
そして、このレーザー発振装置１６の第４の構成においては、レーザー共振器内へ励起レーザー光Ｃを入射するためのレーザーとして、パルス励起レーザー２２２を用いている。パルス励起レーザー２２２としては、小型の高繰り返しレーザーダイオード（ＬＤ）励起固体レーザーなどがあり、具体的には、ＣＷ−ＱスイッチパルスＹＡＧレーザーや、ＣＷ−ＱスイッチパルスＮｄ：ＹＬＦレーザーなどを用いることができる。
【００７１】
パルス励起レーザー２２２によって発生された励起レーザー光Ｃは全反射ミラー２２４により全反射集光ミラー２２６に反射され、全反射集光ミラー２２６により集光されて第１中間ミラー２１６を介してＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を縦方向同軸励起するように入射される。
【００７２】
以上の構成において、励起光Ａたる出射レーザー光を得るには、パルス励起レーザー２２２により入射された励起レーザ光Ｃを用いてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起する。また、上記した原理に基づいて、出射側ミラー２００から励起光Ａとして出射させたい出射レーザー光の波長に応じて、ＲＦ電源２０８の周波数をパーソナル・コンピューター２２０により制御し、圧電素子２１０を振動する。
【００７３】
上記のようにすると、光音響光学結晶２０６に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から出射された広範囲の波長帯域の出射光の中で、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の出射光に関しては、所定の方向に回折されて回折光Ｂとして光音響光学結晶２０６から出射されることになる。さらに、光音響光学結晶２０６から所定の方向に回折されて出射された回折光Ｂは、分散補正用プリズム２１２を介して全反射ミラー２０２に入射され、この全反射ミラー２０２によって反射されて、「Ｚ」字形状の光路によりレーザー共振器内を往復することになる。
【００７４】
従って、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レーザー共振器から励起光Ａとして当該波長の出射レーザー光のみを出射させることができる。
【００７５】
このように、励起光Ａたる出射レーザー光の波長選択は、パーソナル・コンピューター２２０の制御によりＲＦ電源２０８の周波数を選択して、ＲＦ電源２０８により圧電素子２１０を振動させることで実現できるので、励起光Ａたる出射レーザー光の高速かつランダムな波長選択が可能であり、結果として、励起光Ａたる出射レーザー光の波長可変速度を高速化することができる。
【００７６】
また、分散補正用プリズム２１２が設けられているため、回折光Ｂの回折角度の分散が補正されることになる。回折光Ｂがの回折角度の分散があるとレーザー共振器内で光の光路が変わることになり、波長可変域に制限を受けることになるが、分散補正用プリズム２１２を設けることにより、こうした問題点を解消することができる。
【００７７】
さらに、レーザー共振器の構成をＺホールド型に構成して、励起レーザー光Ｃを全反射集光ミラー２２６により集光してＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４へ入射するようにしたので、励起入力強度が低いパルス励起レーザー２２２による励起レーザー光Ｃによっても、十分にレーザー発振を生じさせることができる。
（レーザー発振装置１６の第５の構成）
図９には、レーザー発振装置１６の第５の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３、図６、図７ならびに図８に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００７８】
このレーザー発振装置１６の第５の構成は、レーザー共振器の構成が、所謂、Ｘホールド型とされている点についてのみ、図８に示すレーザー発振装置１６の第４の構成と相違する。
【００７９】
このレーザー発振装置１６の第４の構成に用いたＸホールド型のレーザー共振器においても、励起レーザー光Ｃは、全反射集光ミラー２２６により集光されてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶１８へ入射されるので、励起入力強度が低いパルス励起レーザー２２２による励起レーザー光Ｃによっても、十分にレーザー発振を生じさせることができる。
【００８０】
しかも、このＸホールド型のレーザー共振器によれば、Ｚホールド型のレーザー共振器に比べて、レーザー共振器の構成をコンパクトにすることができる。
【００８１】
（レーザー発振装置１６の第６の構成）
図１０には、レーザー発振装置１６の第６の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３、図６、図７、図８ならびに図９に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００８２】
このレーザー発振装置１６の第６の構成においては、図８における全反射ミラー２０２を出射側ミラー２００により置換するとともに、図８における出射側ミラー２００および第１中間ミラー２１６を排除し、その代わりに励起レーザー光Ｃが入射される側のＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４の端面に、励起レーザー光Ｃを入射するとともにＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から出射される光を反射する鏡面コーティング２２８を施した点についてのみ、図８に示すレーザー発振装置１６の第４の構成と相違する。
【００８３】
従って、レーザー発振装置１６の第６の構成においては、鏡面コーティング２２８と出射側ミラー２００とによりレーザー共振器が構成されることになる。
【００８４】
このため、レーザー発振装置１６の第６の構成によれば、図８に示すレーザー発振装置１６の第４の構成ならびに図９に示すレーザー発振装置１６の第５の構成よりも構成部品点数を削減することができ、装置全体を小型化することができるとともに、コスト低減を図ることができる。
【００８５】
（レーザー発振装置１６の第７の構成）
図１１には、レーザー発振装置１６の第７の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３、図６、図７、図８、図９ならびに図１０に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００８６】
このレーザー発振装置１６の第７の構成においては、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４の入射端面をブルースターカットしてブルースターアングルで配置するのではなく、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を垂直入射カットするとともに無反射コーティング２３０を施し、励起レーザー光Ｃが垂直に入射されるように配置した点において、図８に示すレーザー発振装置１６の第４の構成と相違する。
【００８７】
このように、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起レーザー光Ｃが垂直に入射されるように配置する場合には、ブルースターアングルに配置する場合に比べてセッティングが容易であり、角度の分散も小さく広い波長領域を得ることができる。
【００８８】
（レーザー発振装置１６の第８の構成）
図１２には、レーザー発振装置１６の第８の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３、図６、図７、図８、図９、図１０ならびに図１１に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために、同一の符号を付して示すものとする。
【００８９】
このレーザー発振装置１６の第８の構成は、レーザー共振器内を往復する光の光路がアルファベットの「Ｚ」字形状になる、所謂、Ｚホールド型のレーザー共振器を用いており、このＺホールド型のレーザー共振器は、所定の透過性（例えば、入射された光の９８％反射し、２％透過する。）を有する出射側ミラー２００と入射された光を全反射（１００％反射）する全反射ミラー２０２とを有して構成されている。
【００９０】
さらに、Ｚホールド型のレーザー共振器は、励起レーザー光Ｃを入射するとともに出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２との間を往復する光を全反射する第１中間ミラー２１６と、出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２との間を往復する光を全反射する第２中間ミラー２１８とを備えて構成されており、レーザー共振器内を往復する光の光路がアルファベットの「Ｚ」字形状になるように配置されている。
【００９１】
レーザー共振器の光路上の第１中間ミラー２１６と第２中間ミラー２１８との間には、波長可変レーザー媒質としてブルースターカットされたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４が、入射光の反射が０であるブルースターアングルにより配置されており、励起レーザー光Ｃにより縦方向同軸励起によりレーザー発振が生じるように構成されている。
【００９２】
また、レーザー共振器の光路上の第２中間ミラー２１８と全反射ミラー２０２との間には、波長選択用の結晶としての複屈折の性質を有する光音響光学結晶２０６が配設されている。
【００９３】
そして、光音響光学結晶２０６には、音響波入力手段として、パーソナル・コンピューター２２０により周波数を制御されたＲＦ電源２０８により駆動される圧電素子２１０が添着されている。従って、パーソナル・コンピューター２２０の制御により任意の周波数に設定されたＲＦ電源２０８により圧電素子２１０を駆動して、圧電素子２１０に歪みを生じさせると、この圧電素子２１０の歪みに基づいて、当該歪みに応じた周波数の音響波が光音響光学結晶２０６に入力されることになる。そして、光音響光学結晶２０６は入力された音響波に応じた光のみを回折することになる。
【００９４】
従って、圧電素子２１０は、出射側ミラー２００から励起光Ａとして出射させたい出射レーザー光の波長を備えた光のみを、光音響光学結晶２０６が所定の方向に回折した回折光Ｂとして出射し、レーザー発振することができるように、パーソナル・コンピューター２２０により光音響光学結晶２０への音響波の入力が制御されることになる。
【００９５】
さらに、光音響光学結晶２０６と全反射ミラー２０２との間には、回折光Ｂの分散を補正するための分散補正用プリズム２１２が配設されている。この分散補正用プリズム２１２を用いることにより、励起光Ａたる出射レーザー光の方向性を一定にすることができる。
【００９６】
そして、このレーザー発振装置１６の第８の構成においては、レーザー共振器内へ励起レーザー光Ｃを入射するためのレーザーとして、連続発振レーザー（ＣＷ−レーザー）２３２を用いている。ＣＷ−レーザー２３２としては、具体的には、連続発振Ａｒイオン・レーザー（ＣＷ−Ａｒイオン・レーザー）などを用いることができる。
【００９７】
また、波長可変レーザー媒質としてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４の代わりに、ＬｉＳＡＦレーザー結晶、ＬｉＣＡＦレーザー結晶などを用いた場合には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、Ｎｄ：ＹＬＦレーザー、Ｎｄ：ＹＵＯ4などの固体レーザーの第２高調波をＣＷ−レーザー２３２として用いることができる。
【００９８】
ＣＷ−レーザー２３２によって発生された励起レーザー光Ｃは全反射ミラー２２４により全反射集光ミラー２２６に反射され、全反射集光ミラー２２６により集光されて第１中間ミラー２１６を介してＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を縦方向同軸励起するように入射される。
【００９９】
ここで、励起レーザー光Ｃとしてレーザー共振器内に入射される、ＣＷ−レーザー２３２のパワーの低い連続発振レーザー光によってレーザー発振を生じさせるために、光音響光学結晶２０６から出射される回折光Ｂの回折効率のできるだけ高い光音響光学結晶２０６を用いる必要がある。
【０１００】
以上の構成において、励起光Ａたる出射レーザー光を得るには、ＣＷ−レーザー２３２により入射された励起レーザ光Ｃを用いてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起する。また、上記した原理に基づいて、出射側ミラー２００から出射させたい励起光Ａたる出射レーザー光の波長に応じて、ＲＦ電源２０８の周波数をパーソナル・コンピューター２２０により制御し、圧電素子２１０を振動する。
【０１０１】
上記のようにすると、光音響光学結晶２０６に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から出射された広範囲の波長帯域の出射光の中で、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の出射光に関しては、所定の方向に回折されて回折光Ｂとして光音響光学結晶２０６から出射されることになる。さらに、光音響光学結晶２０６から所定の方向に回折されて出射された回折光Ｂは、分散補正用プリズム２１２を介して全反射ミラー２０２に入射され、この全反射ミラー２０２によって反射されて、「Ｚ」字形状の光路によりレーザー共振器内を往復することになる。
【０１０２】
従って、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レーザー共振器から励起光Ａとして当該波長の出射レーザー光のみを出射させることができる。
【０１０３】
このように、励起光Ａたる出射レーザー光の波長選択は、パーソナル・コンピューター２２０の制御によりＲＦ電源２０８の周波数を選択して、ＲＦ電源２０８により圧電素子２１０を振動させることで実現できるので、レーザー発振の際の波長同調を高速に行うことができるようになって、励起光Ａたる出射レーザー光の高速かつランダムな波長選択が可能となり、結果として、励起光Ａたる出射レーザー光の波長可変速度を高速化することができる。
【０１０４】
また、分散補正用プリズム２１２が設けられているため、回折光Ｂの分散が補正されることになる。回折光Ｂが分散されるとレーザー共振器内で光の光路が変わることになり、波長可変域に制限を受けることになるが、分散補正用プリズム２１２を設けることにより、こうした問題点を解消することができる。さらに、それと同時に、波長同調時に起きる励起光Ａたる出射レーザー光の出射方向の変動も補正することができる。
【０１０５】
さらに、レーザー共振器の構成をＺホールド型に構成して、励起レーザー光Ｃを全反射集光ミラー２２６により集光してＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４へ入射するようにしたので、パワーの低いＣＷ−レーザー２３２による励起レーザー光Ｃによっても、十分にレーザー発振を生じさせることができる。
【０１０６】
（レーザー発振装置１６の第９の構成）
図１３には、レーザー発振装置１６の第９の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１ならびに図１２に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【０１０７】
このレーザー発振装置１６の第９の構成は、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４をブルースターカットしてブルースターアングルで配置するのではなく、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を垂直入射カットするとともに無反射コーティング２３０を施し、励起レーザー光Ｃが垂直に入射されるように配置した点において、図１２に示すレーザー発振装置１６の第８の構成と相違する。
【０１０８】
このように、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起レーザー光Ｃが垂直に入射されるように配置する場合には、ブルースターアングルに配置する場合に比べてセッティングが容易であり、角度の分散も小さく広い波長領域を得ることができる。
【０１０９】
（レーザー発振装置１６の第１０の構成）
図１４には、レーザー発振装置１６の第１０の構成の概略構成説明図が示されている。なお、図３、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２ならびに図１３に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【０１１０】
このレーザー発振装置１６の第１０の構成は、図１２における出射側ミラー２００を１００％反射の全反射ミラー２３４により置換し、非回折光Ｄを励起光Ａたる出射レーザー光として出射するようにした点について、図１２に示すレーザー発振装置１６の第８の構成と相違する。
【０１１１】
このレーザー発振装置１６の第１０の構成によれば、透過性の出射側ミラー２００を用いることがないでので、図１２に示すレーザー発振装置１６の第８の構成と比べて、レーザー共振器による光の損失を低減させることができ、光音響光学結晶２０６から出射される回折光Ｂと非回折光Ｄとの割合は、例えば、回折光Ｂが９８％であり、非回折光Ｄが２％であるように設定することができるようになり、回折光Ｂの割合を小さくすることができる。従って、図１２に示すレーザー発振装置１６の第８の構成よりも、光音響光学結晶２０６や分散補正用プリズム２１２のセッティング、パーソナル・コンピューター２２０を用いたＲＦ電源２０８による圧電素子２１０の制御などの余裕度を向上することができる。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、励起光の波長可変速度を高速化することができ、その結果、ストークス光ならびに反ストークス光の波長を高速で可変することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】音響波による特定波長の光の回折作用を用いた波長選択作用を示す概念図である。
【図２】本発明によるラマン・レーザー発振装置の実施の形態の概略構成説明図である。
【図３】レーザー発振装置の第１の構成の概略構成説明図である。
【図４】励起光の波長を変化させたときの出射１次ストークス光と出射２次ストークス光との出力と波長との関係を示すグラフである。
【図５】励起光の波長を変化させたときの出射１次反ストークス光と出射２次反ストークス光との出力と波長との関係を示すグラフである。
【図６】レーザー発振装置の第２の構成の概略構成説明図である。
【図７】レーザー発振装置の第３の構成の概略構成説明図である。
【図８】レーザー発振装置の第４の構成の概略構成説明図である。
【図９】レーザー発振装置の第５の構成の概略構成説明図である。
【図１０】レーザー発振装置の第６の構成の概略構成説明図である。
【図１１】レーザー発振装置の第７の構成の概略構成説明図である。
【図１２】レーザー発振装置の第８の構成の概略構成説明図である。
【図１３】レーザー発振装置の第９の構成の概略構成説明図である。
【図１４】レーザー発振装置の第１０の構成の概略構成説明図である。
【符号の説明】
１０ 出射側ミラー
１２ 全反射ミラー
１４ Ｂａ（ＮＯ3）2結晶
１６ レーザー発振装置
１８ 全反射ミラー
２０ 全反射ミラー
２２ 集光レンズ
１００ 光音響光学結晶
１０２ 入射光
１０４ 音響波
１０６ 回折光
１０８ 非回折光
１０９ 回折角α
１１０ 全反射ミラー
１１２ 出射側ミラー
２００ 出射側ミラー
２０２ 全反射ミラー
２０４ Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶
２０６ 光音響光学結晶
２０８ ＲＦ電源
２１０ 圧電素子
２１２ 分散補正用プリズム
２１４ テレスコープ
Claims (2)
- 波長可変レーザー発振装置から出射された出射レーザー光を励起光としてラマン媒質に入射して前記ラマン媒質を励起し、ラマン変換により前記励起光の波長に応じたストークス光ならびに反ストークス光を出射するラマン・レーザー発振装置において、
前記波長可変レーザー発振装置は、
対向する所定の反射率を有するミラーにより構成されるレーザー共振器と、
前記レーザー共振器内に配設された所定範囲の波長域においてレーザー発振可能な波長可変レーザー結晶と、
前記レーザー共振器内に配設され、前記波長可変レーザー結晶からの出射光が入射される複屈折性の光音響光学結晶と、
前記光音響光学結晶に装着され、前記光音響光学結晶に進行波である音響波を入力するための音響波入力手段と、
前記レーザー共振器内に配設され、前記光音響光学結晶から出射される光であって、前記光音響光学結晶に入射された光のなかで前記音響波の周波数に応じた特定波長の光が、偏光面が直交するとともに所定の方向に回折された回折光として出射されるものの回折角度の分散を補正し、前記波長可変レーザー発振装置から出射される出射レーザー光の方向性を一定にする光学素子と
を有し、
前記光学素子により前記光音響光学結晶から出射される所定の方向に回折された回折光のみが、前記レーザー共振器を構成する前記ミラーによって反射されて前記レーザー共振器内を往復してレーザー発振し、
前記光音響光学結晶に入力する音響波の周波数の制御によりレーザー発振波長を可変制御する
ことを特徴とするラマン・レーザー発振装置。 - 請求項１に記載のラマン・レーザー発振装置において、
前記波長可変レーザー発振装置を構成する前記レーザー共振器内に配設され、前記光音響光学結晶に入射される前記波長可変レーザー結晶からの出射光のビーム径を拡大する拡大手段と
を有することを特徴とするラマン・レーザー発振装置。
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- 1996-04-30 JP JP13285496A patent/JP3845687B2/ja not_active Expired - Fee Related
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