JP5484672B2 - 波長変換装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施の形態による波長変換装置の構成を示す概略図である。図1に示す波長変換装置は、ファイバレーザ20、レンズ26、波長変換素子27、ビームスプリッタ28、受光素子29、出力コントローラ30及び励起用レーザ電流源31を備える。ファイバレーザ20は、ファイバ(光ファイバ)14に励起光を入射するためのレーザ光源21と、ファイバグレーティング22及びファイバグレーティング25が内部に形成されたファイバ14とで構成されている。
図2は、本発明の第2の実施の形態による波長変換装置の構成を示す概略図である。上記に説明したファイバレーザ20は、図1に示すように一組のファイバグレーティング22とファイバグレーティング25とをファイバ14の内部に形成したものを用いた。一方、本実施の形態では、図2に示すように、その一部にファイバグレーティング22を形成したファイバ(光ファイバ)15と、その一部にファイバグレーティング25を形成したファイバ(光ファイバ)24とを接続部16で光学的に接続して一体化構成したものが、ファイバレーザ20aに用いられる。このようにすると、ファイバレーザ20aにおいて、励起光を基本波に効率よく変換するファイバ15と、基本波の波長を選択するファイバグレーティング25を効率よく加熱するファイバ24とをそれぞれ最適な構成で作製することができ、一体化したファイバとして使用することができる。
図3は、本発明の第3の実施の形態による波長変換装置の構成を示す概略図である。本実施の形態では、図3に示すように、その一部にファイバグレーティング22を形成したファイバ(光ファイバ)19と、レーザ活性物質を含んだファイバ(光ファイバ)23と、その一部にファイバグレーティング25を形成したファイバ(光ファイバ)24とを、接続部16と接続部17とで光学的に接続する。このようにして一体化構成したファイバが、ファイバレーザ20bに用いられる。このようにすると、ファイバレーザ20bにおいて、励起光を基本波に効率よく変換するファイバ23と、基本波の波長を選択するファイバグレーティング25を効率よく加熱するファイバ24とをそれぞれ最適な構成で作製することができ、一体化したファイバとして使用することができる。しかも、ファイバ19は、希土類元素がドーピングされていないので、光の吸収によるロスがほとんどないこととなる。
図8は、本発明の第4の実施の形態による波長変換装置に用いられるファイバのファイバグレーティングの近傍を光軸に沿って断面して拡大した概略構造断面図である。図8のファイバ60は、第3の実施の形態で説明した図4のファイバ24を、そのファイバグレーティング25が形成されている領域にあるクラッド部分43の外側で再被覆部分47により覆ったものであり、本実施の形態の他の構成は、第3の実施の形態と同様であるので、詳細な説明を省略して特徴部分を主に説明する。
図10は、本発明の第5の実施の形態による波長変換装置の構成を示す概略図であり、図11は、図10に示す波長変換装置のファイバグレーティング25及び波長変換素子27の近傍を拡大した概略図である。図10に示す第5の実施の形態にかかる波長変換装置は、波長変換素子27と、波長変換素子27の入力となる基本波の出力であるレーザ光を出力するファイバレーザ20cとからなる構造を基本とし、図3の構成に加えて、ファイバレーザ20cで基本波の出力の一部を検出することにより、波長変換後の光出力の強度の制御をより精度よく行い、さらに安定なAPC動作が可能な構成となっている。
図12は、本発明の第6の実施の形態による波長変換装置のファイバグレーティングと波長変換素子とを結合する光学系の構成を主に示す概略図である。本実施の形態の基本的な構成は、図10に示すものと同じである。図10と異なるのは、ファイバレーザ20cの出力光と波長変換素子27とを結合する光学系の部分である。すなわち、図10では、この光学系はレンズ26だけであるが、本実施の形態では、この光学系はレンズ26にシリンドリカルレンズ36を加えた構成とし、波長変換素子27の内部温度の上昇を抑制する。
本発明の第7の実施の形態について図13を参照して説明する。図13は、本発明の第7の実施の形態による波長変換装置の構成を示す概略図である。図13は、図10と略同じ構成であり、ファイバレーザ20dのファイバグレーティング25と波長変換素子27とはどちらも、温度制御手段としてペルチェ素子66、67で温度制御を行うことができる点が異なる。波長変換装置全体としては、ペルチェ素子66、67も含めて出力コントローラ30bで各動作が制御される。
本発明の第8の実施の形態においては、予め記憶されたテーブルのデータに基づき波長変換後のレーザ出力を制御する。第8の実施の形態の波長変換装置全体の構成は、図13に示す構成と同様であるので図示を省略し、図13を用いて制御動作を説明する。
図16は、本発明の第9の実施の形態による波長変換装置の構成を示す概略図である。第9の実施の形態の波長変換装置は、波長変換素子27の保持台に温度センサー68を備え、ファイバグレーティング25をペルチェ素子66等で温度制御を行う。すなわち、本実施の形態では、第7の実施の形態で示した波長変換素子27を制御するペルチェ素子67に代えて、温度センサー68が波長変換素子27の温度を検出している。このような構成にすると、図15に示すように、基本波の出力に対して波長変換素子27の位相整合波長変化量と素子温度上昇幅とを把握できる。これらの量を把握できると、波長変換素子27の位相整合波長に対して、その入射波である基本波の波長を合わせ込むことができる。この基本波の波長は、ファイバグレーティング25の温度を制御するペルチェ素子66により高精度に制御されるので、上記に説明したように、本波長変換装置よりW級の可視光レーザを安定に出力できる。
図17は、本発明の第10の実施の形態による波長変換装置の構成を示す概略図である。図17に示す波長変換装置は、ファイバレーザ20e、レンズ26、波長変換素子27、ビームスプリッタ28、受光素子29、出力コントローラ30c、励起用レーザ電流源31及びペルチェ素子66、67を備える。なお、出力コントローラ30cは、波長変換素子27の温度が一定になるようにペルチェ素子67をも制御するが、波長変換素子27の温度制御を行わない場合、ペルチェ素子67を省略してもよい。
Claims (26)
- レーザ活性物質を含み、2つのファイバグレーティングが形成されたファイバと、前記ファイバに励起光を入射するレーザ光源とを光学的に接続して構成したレーザ共振器と、
前記レーザ共振器から出射されるレーザの基本波を高調波に変換する波長変換素子とを備え、
前記ファイバグレーティングは、前記レーザ光源側の第1のファイバグレーティングと、前記波長変換素子側の第2のファイバグレーティングとを含み、
前記第2のファイバグレーティングの温度は、前記波長変換素子から出力される高調波の出力に応じて調整され、
前記基本波又は前記励起光の出力の一部を吸収して、前記第2のファイバグレーティングを加熱する加熱部をさらに備えることを特徴とする波長変換装置。 - 前記ファイバは、希土類元素を設定した濃度にドーピングして前記基本波又は前記励起光の出力の一部を吸収することを特徴とする請求項1に記載の波長変換装置。
- 前記希土類元素は、Nd、Er、Dy、Pr、Tb及びEuから選択された少なくとも1種であることを特徴とする請求項2に記載の波長変換装置。
- 前記希土類元素は、1000〜3000ppmの濃度でドープされていることを特徴とする請求項3に記載の波長変換装置。
- 前記希土類元素は、Yb、Ce、Tm、Ho、Gd、Y及びLaから選択された少なくとも1種であることを特徴とする請求項2に記載の波長変換装置。
- 前記希土類元素は、20000〜30000ppmの濃度でドープされていることを特徴とする請求項5に記載の波長変換装置。
- 前記希土類元素は、前記ファイバのクラッド部分にドープされていることを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載の波長変換装置。
- 前記希土類元素は、前記ファイバのコア部分にドープされていることを特徴とする請求項2〜7のいずれか1項に記載の波長変換装置。
- 前記ファイバは、前記第1のファイバグレーティングが形成された第1のファイバと、前記第2のファイバグレーティングが形成された第2のファイバとを光学的に接続して構成されていることを特徴とする請求項2〜8のいずれか1項に記載の波長変換装置。
- 前記ファイバは、前記第1のファイバグレーティングが形成された第1のファイバと、第2のファイバと、前記第2のファイバグレーティングが形成された第3のファイバとからなり、前記第2のファイバの両端に前記第1のファイバと前記第3のファイバとが光学的に接続されていることを特徴とする請求項2〜8のいずれか1項に記載の波長変換装置。
- 前記ファイバは、ダブルクラッド構造からなっていることを特徴とする請求項2〜10のいずれか1項に記載の波長変換装置。
- 前記ダブルクラッド構造の少なくとも一方のクラッド部分には、前記希土類元素がドープされていることを特徴とする請求項11に記載の波長変換装置。
- 前記加熱部は、前記第2のファイバグレーティングが形成されている領域に設けられた再被覆層であることを特徴とする請求項1に記載の波長変換装置。
- 前記再被覆層の材料は、難燃材料であることを特徴とする請求項13に記載の波長変換装置。
- 前記再被覆層の材料の屈折率は、1.37〜1.43であることを特徴とする請求項13又は14に記載の波長変換装置。
- 前記加熱部は、前記波長変換素子の温度を制御する温度制御部材と、前記第2のファイバグレーティング及び前記波長変換素子を保持するための保持台とを含み、
前記温度制御部材から発生される熱が前記保持台を介して前記第2のファイバグレーティングに伝導されることにより、前記第2のファイバグレーティングが加熱されることを特徴とする請求項1に記載の波長変換装置。 - 前記加熱部は、前記基本波又は前記励起光の漏れ光を吸収して発熱するとともに、前記ファイバより熱膨張係数の大きな材料からなり、前記第2のファイバグレーティングを保持するための保持部材を含み、
前記保持部材は、自身の発熱による熱膨張により前記第2のファイバグレーティングに引っ張り応力を加えることを特徴とする請求項1に記載の波長変換装置。 - 前記基本波の出力の一部を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出値に基づいて前記波長変換素子から出射される高調波の出力を制御する制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項1〜17のいずれか1項に記載の波長変換装置。 - 前記制御手段は、テーブル形式で予め記憶されているデータに基づき前記ファイバグレーティング及び前記波長変換素子の少なくとも一方の温度制御を行うことを特徴とする請求項18に記載の波長変換装置。
- 前記制御手段は、前記基本波の出力に対する前記波長変換素子の位相整合波長変化量を基に前記ファイバグレーティング及び前記波長変換素子の少なくとも一方の温度制御を行うことを特徴とする請求項19に記載の波長変換装置。
- 前記制御手段は、前記基本波の出力に対する前記ファイバグレーティングの反射波長変化量を基に前記ファイバグレーティング及び前記波長変換素子の少なくとも一方の温度制御を行うことを特徴とする請求項19又は20に記載の波長変換装置。
- 前記検出手段は、前記ファイバから前記基本波の分岐光を受光する受光素子を含むことを特徴とする請求項18〜21のいずれか1項に記載の波長変換装置。
- 前記検出手段は、前記ファイバグレーティングから前記基本波の漏れ光を受光する受光素子を含むことを特徴とする請求項18〜22のいずれか1項に記載の波長変換装置。
- 前記高調波の出力の一部を検出する検出手段と、
前記検出手段による高調波の出力の検出値に基づいて前記高調波の出力が所望の大きさで一定に保たれるよう前記レーザ光源への駆動電流を調整する出力コントローラとをさらに備えることを特徴とする請求項1〜17のいずれか1項に記載の波長変換装置。 - 前記高調波の波長は、510〜550nmであり、前記高調波の出力は、1W以上であることを特徴とする請求項1〜24のいずれか1項に記載の波長変換装置。
- 前記高調波の波長は、440〜490nmであり、前記高調波の出力は、0.1W以上であることを特徴とする請求項1〜24のいずれか1項に記載の波長変換装置。
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