JP6508058B2 - 光源装置及び波長変換方法 - Google Patents
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Description
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
1.第1の実施形態
1.1.光源装置の全体的な構成について
1.2.制御部の構成について
1.3.波長変換方法について
<光源装置の全体的な構成について>
まず、図1を参照して、本開示の第1の実施形態に係る光源装置の全体的な構成について、詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る光源装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。
半導体レーザ10は、後述する制御部50による制御のもとで、励起光として用いられる所定波長の光を射出する装置である。かかる半導体レーザ10は特に限定されるものではなく、公知のものを利用することが可能であるが、半導体パルスレーザを用いることが好ましい。また、十分なピークパワーが実現できるのであれば、半導体を用いたCWレーザを用いることも可能である。
再び図1に戻って、波長変換部の一例である波長変換共振器20について説明する。
波長変換共振器20は、後述する制御部50による制御のもとで、半導体レーザ10から射出された励起光を共振させることで増幅するとともに、所定の非線形結晶を用いて、励起光とは波長の異なる出力光を生成する。この波長変換共振器20は、いわゆるパンプレゾナント(pump resonant)方式の波長変換共振器であり、励起光を増幅させるための第1の光路と、出力光を生成するための第2の光路と、から構成されている。以下、この波長変換共振器20の構成について、詳細に説明する。
次に、本実施形態に係る光源装置1が備える反射光検出部30について説明する。
この反射光検出部30は、半導体レーザ10から射出された励起光を波長変換共振器20へと導光するとともに、波長変換共振器20からの反射光を、反射光の強度を検出するための検出光学系へと分岐させる機能を有している。
次に、補正光学系40について説明する。
補正光学系40は、半導体レーザ10から射出された励起光を補正するために、必要に応じて設けられる光学系である。この補正光学系40は、半導体レーザ10から射出された励起光のビーム形状や収差等を補正して、波長変換共振器20への結合効率を向上させるために設けられる。この補正光学系40の詳細な構成については特に限定されるものではなく、公知の光学系を利用することができる。例えば、かかる補正光学系40として、レンズとアナモルフィックレンズとを組み合わせた光学系を利用しても良いし、シリンドリカルレンズを含む光学系を利用しても良い。なお、半導体レーザ10から射出された励起光が、補正が不要である程の高品質な光である場合には、かかる補正光学系40を設けなくても良いことは言うまでもない。
次に、本実施形態に係る光源装置1が備える制御部50について説明する。
制御部50は、本実施形態に係る光源装置1の動作を統括して制御するとともに、半導体レーザ10、第1サーボ機構213、第2サーボ機構215及び非線形結晶制御機構60の動作を制御する処理部である。この制御部50は、光源装置1に実装された、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等からなる半導体チップや回路基板等のようなものであってもよいし、光源装置1と相互に通信の可能な、CPU、ROM、RAM等を有する各種のコンピュータやサーバ等であってもよい。この制御部50の詳細な構成については、以下で詳述する。
続いて、本実施形態に係る光源装置1が備える非線形結晶制御機構60について説明する。
非線形結晶制御機構60は、波長変換共振器20内に設けられた非線形結晶201の温度を所望の温度に保持する。また、非線形結晶制御機構60は、制御部50による制御のもとで、波長変換共振器20からの出力光の波長を切り替えるために、非線形結晶201の温度を変化させたり、非線形結晶201の設置角度を変化させたりする。
続いて、図3〜図7を参照しながら、本実施形態に係る光源装置1が備える制御部50の構成について、詳細に説明する。図3及び図6は、本実施形態に係る光源装置が備える制御部の構成の一例を示したブロック図である。図4及び図7は、本実施形態に係る制御部で実施されるサーボ制御の一例を説明するための説明図である。図5は、本実施形態に係る光源装置で実施される光路の最適化処理を説明するための説明図である。
記憶部509は、例えば、RAMやストレージ装置等により実現される。記憶部509には、統括制御部501、非線形結晶制御部503、第1光路長制御部505及び第2光路長制御部507が、各種の制御を実施する際に利用される各種のデータベースや、統括制御部501、非線形結晶制御部503、第1光路長制御部505及び第2光路長制御部507が実行する各種の演算処理に用いられるアプリケーションを含む各種のプログラムや、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、又は、各種のデータベース等が、適宜記録されてもよい。
以上説明した制御部50による制御では、第1サーボ機構213を利用して第1の光路の光路長を制御するものであったが、以下で説明するような方法を利用して、第1の光路の光路長を制御することも可能である。以下では、図6及び図7を参照しながら、本実施形態に係る制御部50の第1変形例について、簡単に説明する。
続いて、図8を参照しながら、本実施形態に係る光源装置1で実施される波長変換方法の流れについて、簡単に説明する。図8は、本実施形態に係る波長変換方法の流れの一例を示した流れ図である。
以上説明したように、本開示の実施形態に係る光源装置1及び波長変換方法によれば、ピークパワーが十分ではない半導体レーザを励起光源として用いた場合であっても、波長変換後の出力光の出力を最適にした、安定した波長変換を実現することが可能となる。
(1)
所定波長の励起光を射出する半導体レーザ部と、
前記励起光を共振させることで増幅するとともに、所定の非線形結晶を用いて当該励起光とは波長の異なる出力光を生成するものであり、前記励起光を増幅させるための第1の光路と、前記出力光を生成するための第2の光路と、から構成される波長変換部と、
前記第1の光路の光路長を制御する第1光路長制御機構と、
前記第2の光路の光路長を制御する第2光路長制御機構と、
を備える、光源装置。
(2)
前記波長変換部からの前記励起光の反射光を検出する反射光検出部と、
前記第1光路長制御機構及び前記第2光路長制御機構を、互いに独立に制御する制御部と、
を更に備え、
前記半導体レーザ部では、前記励起光が所定の周波数で変調されており、
前記制御部は、前記反射光検出部で検出される反射光に応じて、前記励起光の変調周波数を制御するとともに、前記第1の光路の光路長を制御するための第1の制御信号を生成する、(1)に記載の光源装置。
(3)
前記第1光路長制御機構は、前記第1の光路を構成する光学素子に装着された第1サーボ機構であり、
前記第2光路長制御機構は、前記第2の光路を構成する光学素子に装着された第2サーボ機構である、(1)又は(2)に記載の光源装置。
(4)
前記制御部は、前記波長変換部の内部における前記出力光の強度に基づいて前記第2の光路の光路長を変化させるための第2の制御信号を生成し、当該第2の制御信号を前記第2サーボ機構へと出力する、(3)に記載の光源装置。
(5)
前記制御部は、前記第1の光路の光路長を最適化した後に、前記第2の光路の光路長を最適化する、(1)〜(4)の何れか1項に記載の光源装置。
(6)
前記制御部は、前記第1の制御信号を前記第1サーボ機構へと出力し、前記第1の光路の光路長を制御する、(3)〜(5)の何れか1項に記載の光源装置。
(7)
前記第2光路長制御機構は、前記第2の光路を構成する光学素子に装着された第2サーボ機構であり、
前記制御部は、前記第1の制御信号を前記半導体レーザ部の動作を制御するレーザ制御部へと出力し、前記励起光の駆動電流を制御することで前記第1の光路の光路長を制御する、(2)、(4)、(5)の何れか1項に記載の光源装置。
(8)
前記第1の光路の光路長及び前記第2の光路の光路長を制御するために設定された制御パラメータを格納する記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記記憶部に格納された前記制御パラメータを利用して、制御信号を生成する、(2)〜(7)の何れか1項に記載の光源装置。
(9)
前記半導体レーザ部は、半導体レーザを外部共振器の形態で動作させたモードロックレーザを利用した半導体パルスレーザを有する、(1)〜(8)の何れか1項に記載の光源装置。
(10)
前記半導体レーザ部は、前記モードロックレーザの出力を増幅させる半導体光増幅器を更に有する、(9)に記載の光源装置。
(11)
前記非線形結晶の温度又は角度を制御する非線形結晶制御機構を更に備え、
前記制御部は、前記非線形結晶の温度又は角度を制御することで、前記出力光の波長を設定する、(2)〜(10)の何れか1項に記載の光源装置。
(12)
半導体レーザ部から射出された所定波長の励起光を、当該励起光を共振させることで増幅するとともに、所定の非線形結晶を用いて前記励起光とは波長の異なる出力光を生成するものであり、前記励起光を増幅させるための第1の光路と、前記出力光を生成するための第2の光路と、から構成される波長変換部へと導光することと、
前記第1の光路の光路長を制御する第1光路長制御機構を制御して、前記第1の光路の光路長を最適化することと、
前記第2の光路の光路長を制御する第2光路長制御機構を制御して、前記第2の光路の光路長を最適化することと、
を含む、波長変換方法。
10 半導体レーザ
20 波長変換共振器
30 反射光検出部
40 補正光学系
50 制御部
60 非線形結晶制御機構
Claims (8)
- 所定波長の励起光を射出する半導体レーザ部と、
前記励起光を共振させることで増幅するとともに、所定の非線形結晶を用いて当該励起光とは波長の異なる出力光を生成するものであり、前記励起光を増幅させるための第1の光路と、前記出力光を生成するための第2の光路と、から構成される波長変換部と、
前記第1の光路の光路長を制御する第1光路長制御機構と、
前記第2の光路の光路長を制御する第2光路長制御機構と、
前記第1光路長制御機構及び前記第2光路長制御機構を、互いに独立に制御する制御部と、
を備え、
前記第1の光路は、前記励起光を共振させる第1の共振器として機能し、
前記第2の光路は、前記出力光を生成する第2の共振器として機能し、
前記第1の共振器及び前記第2の共振器において、それぞれの共振器を構成する光学素子の一方の端部は、前記第1の共振器及び前記第2の共振器で共通であり、かつ、前記第1光路長制御機構として機能する第1サーボ機構が装着された光学素子であり、
前記第1の共振器を構成する光学素子のもう一方は、前記波長変換部において前記励起光が入力される位置に設けられた光学素子であり、
前記第2の共振器を構成する光学素子のもう一方は、前記波長変換部において前記出力光が出力される位置に設けられ、かつ、前記第2光路長制御機構として機能する第2サーボ機構が装着された光学素子であり、
前記制御部は、前記第1の光路の光路長を最適化した後に、前記第2の光路の光路長を最適化する、光源装置。 - 前記波長変換部からの前記励起光の反射光を検出する反射光検出部を更に備え、
前記半導体レーザ部は、半導体レーザを外部共振器の形態で動作させたモードロックレーザを利用した半導体パルスレーザを有し、当該モードロックレーザに対して変調情報が入力されることで、前記励起光が所定の周波数で変調されており、
前記制御部は、前記反射光検出部で検出される反射光に応じて、前記励起光の変調周波数を制御するとともに、前記第1の光路の光路長を制御するための第1の制御信号を生成する、請求項1に記載の光源装置。 - 前記制御部は、前記第1の制御信号を前記第1サーボ機構へと出力し、前記第1の光路の光路長を制御する、請求項2に記載の光源装置。
- 前記制御部は、前記波長変換部の内部における前記出力光の強度に基づいて前記第2の光路の光路長を変化させるための第2の制御信号を生成し、当該第2の制御信号を前記第2サーボ機構へと出力する、請求項1〜3の何れか1項に記載の光源装置。
- 前記第1の光路の光路長及び前記第2の光路の光路長を制御するために設定された制御パラメータを格納する記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記記憶部に格納された前記制御パラメータを利用して、制御信号を生成する、請求項2〜4の何れか1項に記載の光源装置。 - 前記半導体レーザ部は、モードロックレーザの出力を増幅させる半導体光増幅器を更に有する、請求項2〜5の何れか1項に記載の光源装置。
- 前記非線形結晶の温度又は角度を制御する非線形結晶制御機構を更に備え、
前記制御部は、前記非線形結晶の温度又は角度を制御することで、前記出力光の波長を設定する、請求項2〜6の何れか1項に記載の光源装置。 - 半導体レーザ部から射出された所定波長の励起光を、当該励起光を共振させることで増幅するとともに、所定の非線形結晶を用いて前記励起光とは波長の異なる出力光を生成するものであり、前記励起光を増幅させるための第1の光路と、前記出力光を生成するための第2の光路と、から構成される波長変換部へと導光することと、
制御部により、前記第1の光路の光路長を制御する第1光路長制御機構を制御して、前記第1の光路の光路長を最適化することと、
前記制御部により、前記第2の光路の光路長を制御する第2光路長制御機構を制御して、前記第2の光路の光路長を最適化することと、
を含み、
前記第1の光路は、前記励起光を共振させる第1の共振器として機能し、
前記第2の光路は、前記出力光を生成する第2の共振器として機能し、
前記第1の共振器及び前記第2の共振器において、それぞれの共振器を構成する光学素子の一方の端部は、前記第1の共振器及び前記第2の共振器で共通であり、かつ、前記第1光路長制御機構として機能する第1サーボ機構が装着された光学素子であり、
前記第1の共振器を構成する光学素子のもう一方は、前記波長変換部において前記励起光が入力される位置に設けられた光学素子であり、
前記第2の共振器を構成する光学素子のもう一方は、前記波長変換部において前記出力光が出力される位置に設けられ、かつ、前記第2光路長制御機構として機能する第2サーボ機構が装着された光学素子であり、
前記制御部は、前記第1の光路の光路長を最適化した後に、前記第2の光路の光路長を最適化する、波長変換方法。
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