JP5141270B2 - 波長変換レーザ装置 - Google Patents
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Description
他方、波長選択素子として反射型ボリュームホログラフィックグレーティング(Volume Holographic Grating)を外部共振器に用いて半導体レーザに光帰還し、発振波長を選択する技術が知られている(特許文献2参照)。
他方、反射型ボリュームホログラフィックグレーティングを波長選択素子として用いた従来技術では、半導体レーザ前面と反射型ボリュームホログラフィックグレーティング間の光路長をコヒーレンス長より十分長くしないと、半導体レーザ自身の共振器モードと波長選択素子による外部共振器モードとが競合するため、半導体レーザの発振波長を反射型ボリュームホログラフィックグレーティングの中心波長に安定して引き込むことが出来ない。しかし、半導体レーザ前面と反射型ボリュームホログラフィックグレーティング間の光路長を空間で稼こうとすると、装置が大型化してしまう問題点がある。
そこで、本発明の目的は、光ファイバの厳密な温度制御が不要であり且つ波長選択素子による安定した波長引き込みを小型な装置で実現できる波長変換レーザ装置を提供することにある。
上記構成において、バルク形状の波長選択素子とは、例えばファイバーグレーティングのような線形状ではなく、例えば反射型ボリュームホログラフィックグレーティングや反射型回折格子やバンドパスフィルタのようなバルク状の波長選択素子をいう。
上記第1の観点による波長変換レーザ装置では、光ファイバを用いるが、波長選択素子として用いるのではないため、光ファイバの厳密な温度制御は不要になる。また、光ファイバにより半導体レーザ前面とバルク形状の波長選択素子間の光路長(外部共振器長)をコヒーレンス長より十分長くとることが出来るため、半導体レーザ自身の共振器モードと外部共振器モードとが競合せず、半導体レーザの発振波長の変動を抑制できる。また、波長選択素子がバルク形状であることにより厳密な温度制御が容易となるため、環境温度の変化などによる波長選択素子の中心波長の変動を抑制できる。従って、波長選択素子による安定した波長引き込みが可能になる。さらに、光ファイバはコンパクトに収納することが可能なので、装置全体を小型化することが出来る。
上記第2の観点による波長変換レーザ装置では、バルク形状の光学素子にグレーティングが形成された回折光学素子である反射型ボリュームホログラフィックグレーティングを用いるため、温度制御が容易になる。
上記第3の観点による波長変換レーザ装置では、NA=0.07以上の収束ビームをそのビームウエスト位置(最もビーム径が細くなる位置)が波長選択素子の内部に位置するように波長選択素子に入射させるので、平行ビームを入射させる場合に比べて、波長選択素子の姿勢調整が容易になる(調整精度が粗くて済む)。
上記第4の観点による波長変換レーザ装置では、半導体レーザの温度と波長変換素子の温度と波長選択素子の温度を独立に制御し、各素子における波長を整合させることが出来る。
この波長変換レーザ装置100は、基本波(例えば赤外光)を発振する半導体レーザ1と、半導体レーザ1の出射面で光結合された光ファイバ2と、光ファイバ終端部3から出射される光を収束ビームBにするレンズ4aと、収束ビームBのビームウエスト位置wが内部に位置するように設置されたバルク形状の波長選択素子5と、波長選択素子5から出射された光を集光するレンズ4bと、レンズ4bで集光された光を入射光とし波長変換光(例えば可視光)を出射する波長変換素子6と、半導体レーザ1の温度制御を行うためのサーモモジュール7aと、波長選択素子5の温度制御を行うためのサーモモジュール7bと、波長変換素子6の温度制御を行うためのサーモモジュール7cとを具備している。
半導体レーザ1の出射面から波長選択素子5までの光路長をコヒーレンス長より十分長くするためには、光ファイバ2の長さを1m以上とすることが好ましい。
波長選択素子5は、例えば反射型ボリュームホログラフィックグレーティングである。
サーモモジュール7bは、例えばペルチェ素子であり、波長選択素子5を例えば25℃に温度制御する。
サーモモジュール7cは、例えばペルチェ素子であり、波長選択素子5によって選択された波長の光を最も効率よく波長変換する温度に波長変換素子6を温度制御する。
外部共振器長がコヒーレンス長より十分長いため、安定して波長選択が行われている。なお、半導体レーザ1は縦マルチモードで発振している。
14℃〜32℃で温度変化しても、半導体レーザ1の発振中心波長は安定している。
半導体レーザ1の共振器モードと波長選択素子5による外部共振器モードが競合している。なお、半導体レーザ1は縦マルチモードで発振している。
温度変化に応じて半導体レーザ1の発振中心波長が変化してしまう。
(1)光ファイバ2を用いるが、波長選択素子として用いるのではないため、光ファイバ2の厳密な温度制御は不要になる。
(2)光ファイバ2はコンパクトにコイル化できるため、小さいスペースでも外部共振器長をコヒーレンス長より十分長くとることが可能となり、半導体レーザ1自身の共振器モードと外部共振器モードとが競合せず、波長選択素子5による安定した波長引き込みが小型な装置で実現できる。
(3)バルク形状の波長選択素子5を使用するため、波長選択素子5の温度制御を容易2つ確実に行うことができ、環境温度に対する基本波波長の変動を抑制できる。
(4)波長選択素子5を収束ビームBのビームウエストw近傍に配置するので、光帰還のための波長選択素子5の角度調整が容易になる。
2 光ファイバ
3 光ファイバ終端部
4a,4b レンズ
5 波長選択素子
6 波長変換素子
7a,7b,7c サーモモジュール
100 波長変換レーザ装置
Claims (3)
- 基本波を発振する半導体レーザと前記基本波の波長を変換して光出力する波長変換素子とを備えた波長変換レーザ装置において、前記半導体レーザの出射側で光結合された光ファイバと、前記光ファイバの出射後に配置されたバルク形状の波長選択素子とを備えるとともに、前記光ファイバの長さが前記基本波のコヒーレンス長よりも長く、前記波長選択素子が反射型ボリュームホログラフィックグレーティングであり、前記光ファイバからの出射光はレンズにより収束ビームとされ、そのビームウエスト位置が前記波長選択素子の内部に配置されることを特徴とする波長変換レーザ装置。
- 請求項1に記載の波長変換レーザ装置において、前記光ファイバからの出射光は前記レンズによりNA=0.07以上の収束ビームとされることを特徴とする波長変換レーザ装置。
- 請求項1または請求項2のいずれかに記載の波長変換レーザ装置において、前記半導体レーザと前記波長変換素子と前記波長選択素子とがそれぞれ温度制御されていることを特徴とする波長変換レーザ装置。
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