以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
第一の実施形態
図1は、第一の実施形態にかかるレーザ光出力装置1の構成を示す図である。図2は、第一の実施形態にかかる波長変化部14の平面図である。図3は、第一の実施形態にかかる第一パルスP1、第二パルス(波長変換前)P2a、第二パルス(波長変換後)P2b、第三パルス(フィルタリング後)P3bのタイミングチャートである。なお、図3においては、波長に応じて、パルスを示す線の太さおよび線の種類(実線または破線)を変えて図示している。
第一の実施形態にかかるレーザ光出力装置1は、励起レーザ(パルスレーザ出力部)10、光減衰器(ATT)11、音響光学変調器(光路決定部)(AOM)12、波長変化部(PPLN)14、ミラー15、ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)16、フィルタ(F)17、光ファイバ(MMF)18、タイミング制御回路(タイミング制御部)19を備える。
励起レーザ(パルスレーザ出力部)10は、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、所定の周波数(例えば、2kHz)の第一パルスP1(図3参照)として出力する。励起レーザ10は、例えば、Yb:YAGレーザである。
光減衰器(ATT)11は、第一パルスP1を減衰させて、音響光学変調器12に与える。
音響光学変調器(光路決定部)(AOM)12は、第一パルスP1を受け、第一パルスP1の一つずつについて複数の光路OP1、OP2のいずれか一つに光路を決定して出力する。
例えば、図1および図3を参照して、音響光学変調器12が第一パルスP1の奇数番目(1、3、5、…番目)のパルスを受けた時点では、音響光学変調器12に音響波を与えない。すると、第一パルスP1の奇数番目のパルスは、そのまま、まっすぐ音響光学変調器12を透過する(光路OP1)。
また、音響光学変調器12が第一パルスP1の偶数番目(2、4、6、…番目)のパルスを受けた時点では、音響光学変調器12に音響波(角周波数ω2)を与える。すると、第一パルスP1の偶数番目のパルスは、ある程度、回折しながら音響光学変調器12を透過する(光路OP2)。
ただし、音響光学変調器12が第一パルスP1の奇数番目のパルスを受けた時点で、音響光学変調器12に音響波(角周波数ω1)(ただし、ω1はω2と異なる)に与えてもよい。
これにより、音響光学変調器12は、複数の光路OP1、OP2の各々から、所定の周波数(例えば、2kHz)を複数の光路の個数(2個)で割った値の周波数(1kHz)を有し、かつそれぞれ位相が180度異なるパルスである第二パルス(波長変換前)P2aを出力する。
タイミング制御回路(タイミング制御部)19は、音響光学変調器(光路決定部)12の出力を、第一パルスP1の出力のタイミングに合わせる。タイミングを合わせた結果は、図3を参照して上述したとおりである。なお、タイミング制御回路19は、励起レーザ(パルスレーザ出力部)10から、第一パルスP1の出力のタイミングに同期した信号を受け、この信号に基づき、音響光学変調器12の出力タイミングを制御する。
波長変化部(PPLN)14は、複数の光路OP1、OP2の各々を進行した進行光(である第二パルスP2a)を受け、それぞれ異なった波長に変化させて出力する。波長変化部14の出力が、第二パルス(波長変換後)P2bである。
図3を参照して、波長変化部14は、第二パルスP2aのうち光路OP1を進行したもの(波長W1[nm])を受けて、第二パルスP2b(波長W2[nm])に変換する。また、波長変化部14は、第二パルスP2aのうち光路OP2を進行したもの(波長W1[nm])を受けて、第二パルスP2b(波長W3[nm])に変換する。
図2を参照して、波長変化部14は、LN結晶基板142、分極反転部144を有する。なお、図2においては、図示の便宜上、図1とは異なり、LN結晶基板142のx軸方向を紙面の横方向とを平行に図示している。
分極反転部144は、進行光(である第二パルスP2a)が伝播するものである。分極反転部144は、光路OP1を進行する第二パルスP2aが伝播するものと、光路OP2を進行する第二パルスP2aが伝播するものとがある。なお、分極反転部144は、図2おいては、PPLN(周期分極反転ニオブ酸リチウム)であるが、これに限らず、例えば、PPLT(リチウムタンタレート)またはPPKTPでもよい。
光路OP1を進行する第二パルスP2aが伝播する分極反転部144は、所定の間隔D1をあけて配置されている。光路OP2を進行する第二パルスP2aが伝播する分極反転部144は、所定の間隔D2をあけて配置されている。所定の間隔は進行光ごとに異なる。すなわち、所定の間隔D1と、所定の間隔D2とは異なる。
LN結晶基板142には、分極反転部144が形成されている。LN結晶基板142は、ただ一つであり、分極反転部144の全てが形成されている。なお、第一の実施形態においては、LN結晶基板142は、LN結晶基板でなくとも、非線形光学結晶基板であればよい。他の実施形態においても同様に、LN結晶基板にかえて、非線形光学結晶基板を使用できる。
光路OP1を進行する第二パルスP2aが伝播する分極反転部144の図心144cは、LN結晶基板142のx軸に平行な直線上に配置されている。光路OP2を進行する第二パルスP2aが伝播する分極反転部144の図心144cも、LN結晶基板142のx軸に平行な直線上に配置されている。なお、分極反転部144の図心144cは、分極反転部144に均一に重力が作用しているとした場合の重心と一致する。
ミラー15は、第二パルス(波長変換後)P2bのうち、光路OP2を進行したものを受け、ダイクロイックミラー16に向けて反射する。
ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)16は、波長変化部14の出力する第二パルス(波長変換後)P2bのうち、光路OP1を進行したものを、波長変化部14から受ける。ダイクロイックミラー16は、さらに、波長変化部14の出力する第二パルス(波長変換後)P2bのうち、光路OP2を進行したものを、ミラー15から受ける。さらに、ダイクロイックミラー16は、波長変化部14の出力する第二パルス(波長変換後)P2bのうち、光路OP1を進行したものと、光路OP2を進行したものとを合波し、所定の周波数(2kHz)を有する第三パルス(フィルタリング前)P3aを出力する。
ただし、ダイクロイックミラー16の出力には、第三パルス(フィルタリング前)P3aの他にも、励起レーザ10の出力する波長W1[nm]のレーザ光(ポンプ光)と、波長変化部14によって生じる赤外域のアイドラ光とが混入している。なお、レーザ光(ポンプ光)を波長変化部14に与えると、光パラメトリック発生により、シグナル光と上述のアイドラ光とが生じる。シグナル光が、波長変化部14の出力(第二パルス(波長変換後)P2b)である(他の実施形態の波長変化部においても同様)。
フィルタ(F)17は、第三パルス(フィルタリング前)P3aから、ポンプ光およびアイドラ光を除去し、第三パルス(フィルタリング後)P3bを出力する。
光ファイバ(MMF)18は、ダイクロイックミラー16の出力する第三パルスP3aを、フィルタ17を介して、その一端で受け、他端から出力する。
次に、第一の実施形態の動作を説明する。
まず、励起レーザ10が、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、所定の周波数(例えば、2kHz)の第一パルスP1(図3参照)として出力する。第一パルスP1は、光減衰器11により減衰されてから、音響光学変調器12に与えられる。タイミング制御回路19が、音響光学変調器12の出力タイミング(図3参照)を制御する。
音響光学変調器12が、第一パルスP1の奇数番目(1、3、5、…番目)のパルスを受けた時点では、音響光学変調器12に音響波を与えない。これにより、第一パルスP1の奇数番目のパルスは、そのまま、まっすぐ音響光学変調器12を透過する(光路OP1)。よって、光路OP1を進行する進行光は、所定の周波数(例えば、2kHz)を複数の光路の個数(2個)で割った値の周波数(1kHz)を有する第二パルス(波長変換前)P2aとなる。
音響光学変調器12が、第一パルスP1の偶数番目(2、4、6、…番目)のパルスを受けた時点では、音響光学変調器12に音響波(角周波数ω2)を与える。これにより、第二パルスP1の偶数番目のパルスは、ある程度、回折しながら音響光学変調器12を透過する(光路OP2)。よって、光路OP2を進行する進行光は、所定の周波数(例えば、2kHz)を複数の光路の個数(2個)で割った値の周波数(1kHz)を有する第二パルス(波長変換前)P2aとなる。
しかも、光路OP1を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相と、光路OP2を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相とは180度異なる。
光路OP1を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a:波長W1[nm])は、波長変化部14において所定の間隔D1をあけて配置されている分極反転部144を伝播し、波長がW2[nm]に変換され、第二パルス(波長変換後)P2bとなり、ダイクロイックミラー16に与えられる。
光路OP2を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a:波長W1[nm])は、波長変化部14において所定の間隔D2をあけて配置されている分極反転部144を伝播し、波長がW3[nm]に変換され、第二パルス(波長変換後)P2bとなり、ミラー15により反射されてから、ダイクロイックミラー16に与えられる。
波長変化部14の出力する第二パルス(波長変換後)P2bのうち、波長W2[nm]のものと、波長W3[nm]のものとがダイクロイックミラー16により合波され、所定の周波数(2kHz)を有する第三パルス(フィルタリング前)P3aとなる。
第三パルス(フィルタリング前)P3aは、フィルタ17により、ポンプ光およびアイドラ光が除去され、第三パルス(フィルタリング後)P3bとなる。第三パルス(フィルタリング後)P3bは、光ファイバ18の一端に与えられ、他端から出力される。
第一の実施形態によれば、第三パルス(フィルタリング後)P3bを、光ファイバ18から出力することができる。第三パルス(フィルタリング後)P3bは、波長W2[nm]のパルス光が照射されてから、すぐに(例えば、500マイクロ秒)別の波長W3[nm]のパルス光を照射されるものである。すなわち、第一の実施形態によれば、ある波長のパルス光を照射してから、すぐに別の波長のパルス光を照射することができる。
なお、第一の実施形態においては、分極反転部144の図心144cが、LN結晶基板142のx軸に平行な直線上に配置されているが(図2参照)、分極反転部144の図心144cの配置については、以下のような変形例が考えられる。
図4は、第一の実施形態の変形例にかかる波長変化部14の平面図である。なお、図4においては、図示の便宜上、図1とは異なり、図2と同様に、LN結晶基板142のx軸方向を紙面の横方向とを平行に図示している。
図4を参照して、第一の実施形態の変形例にかかる波長変化部14においては、進行光(光路OP1を進行する第二パルスP2a)が伝播する分極反転部144が、所定の間隔D1をあけて配置されおり、その図心144cが進行光(光路OP1を進行する第二パルスP2a)の進行方向に平行な直線上(例えば、進行方向上)に配置されている。また、進行光(光路OP2を進行する第二パルスP2a)が伝播する分極反転部144が、所定の間隔D2をあけて配置されおり、その図心144cが進行光(光路OP2を進行する第二パルスP2a)の進行方向に平行な直線上(例えば、進行方向上)に配置されている。
上記のような第一の実施形態の変形例によれば、分極反転部144の縦の長さ(Y軸方向の長さ)を、第一の実施形態の場合に比べて、短くすることができる。
また、第一の実施形態においては、波長変化部14に分極反転部144を設けることとされているが(図2および図4参照)、分極反転部144を設けないで、進行光が伝播する非線形光学結晶を有する変形例も考えられる。例えば、波長変化部14を、BPM(複屈折位相整合)によるOPO(光パラメトリック発振)、SHG(第2高調波発生)またはTHG(第3高調波発生)などとすることができる。
第二の実施形態
第二の実施形態にかかるレーザ光出力装置1は、LN結晶基板が、伝播する進行光ごとに設けられている点が、LN結晶基板142が一つしかない第一の実施形態にかかるレーザ光出力装置1と異なる。
図5は、第二の実施形態にかかるレーザ光出力装置1の構成を示す図である。第二の実施形態にかかるレーザ光出力装置1は、励起レーザ(パルスレーザ出力部)10、光減衰器(ATT)11、音響光学変調器(光路決定部)(AOM)12、ロンボイドプリズム13、波長変化部(PPLN)14a、14b、ミラー15、ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)16、フィルタ(F)17、光ファイバ(MMF)18、タイミング制御回路(タイミング制御部)19を備える。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の符号を付して説明を省略する。
励起レーザ(パルスレーザ出力部)10、光減衰器(ATT)11、音響光学変調器(光路決定部)(AOM)12、ミラー15、ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)16、フィルタ(F)17、光ファイバ(MMF)18、タイミング制御回路(タイミング制御部)19は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
ロンボイドプリズム13は、第二パルス(波長変換前)P2aのうち、光路OP2を進行したものを受け、光路を平行に、かつ光路OP1から離れるように変更する。
波長変化部(PPLN)14aは、第二パルスP2aのうち光路OP1を進行したもの(波長W1[nm])を音響光学変調器12から受けて、第二パルスP2b(波長W2[nm])に変換する。波長変化部14aの構成は、図2または図4のうち、所定の間隔D1をあけて配置されている分極反転部144と、それが形成されているLN結晶基板142とに相当する。
波長変化部(PPLN)14bは、第二パルスP2aのうち光路OP2を進行したもの(波長W1[nm])をロンボイドプリズム13から受けて、第二パルスP2b(波長W3[nm])に変換する。波長変化部14bの構成は、図2または図4のうち、所定の間隔D2をあけて配置されている分極反転部144と、それが形成されているLN結晶基板142とに相当する。
なお、波長変化部14aの有するLN結晶基板と、波長変化部14bの有するLN結晶基板とは別のものである。すなわち、波長変化部14aの有するLN結晶基板と、波長変化部14bの有するLN結晶基板とは、伝播する進行光(光路OP1を進行したものと、光路OP2を進行したもの)ごとに設けられている。
第二の実施形態の動作は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
第二の実施形態によれば、LN結晶基板が、伝播する進行光(光路OP1を進行したものと、光路OP2を進行したもの)ごとに設けられているので、所定の間隔D1およびD2に応じた分極反転部144の製造条件を設定でき、波長変化部14a、14bの製造が容易となる。
第三の実施形態
第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置1は、音響光学変調器(AOM)(光路決定部)12に変えて、音響光学偏向器(AOD)(光路決定部)120を用いる点が第一の実施形態にかかるレーザ光出力装置1と異なる。
図6は、第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置1の構成を示す図である。図7は、第三の実施形態にかかる第一パルスP1、第二パルス(波長変換前)P2a、第二パルス(波長変換後)P2b、第三パルス(フィルタリング後)P3bのタイミングチャートである。なお、図7においては、波長に応じて、パルスを示す線の太さおよび線の種類(実線、破線または一点鎖線)を変えて図示している。
第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置1は、励起レーザ(パルスレーザ出力部)10、光減衰器(ATT)11、音響光学偏向器(AOD)(光路決定部)120、波長変化部(PPLN)14、ミラー154、ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)162、164、フィルタ(F)17、光ファイバ(MMF)18、タイミング制御回路(タイミング制御部)19を備える。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の符号を付して説明を省略する。
励起レーザ(パルスレーザ出力部)10、光減衰器(ATT)11、フィルタ(F)17、光ファイバ(MMF)18、タイミング制御回路(タイミング制御部)19は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。ただし、タイミング制御回路19は、音響光学偏向器120の出力タイミング(図7参照)を制御する。
音響光学偏向器(AOD)(光路決定部)120は、第一パルスP1を受け、第一パルスP1の一つずつについて複数の光路OP1、OP2、OP3のいずれか一つに光路を決定して出力する。
例えば、図6および図7を参照して、音響光学偏向器120が第一パルスP1の1+3N番目(1、4、7、…番目)(ただし、Nは0以上の整数)のパルスを受けた時点では、音響光学偏向器120に音響波を与えない。すると、第一パルスP1の1+3N番目のパルスは、そのまま、まっすぐ音響光学偏向器120を透過する(光路OP1)。
また、音響光学偏向器120が第一パルスP1の2+3N番目(2、5、8、…番目)のパルスを受けた時点では、音響光学偏向器120に音響波(角周波数ω2)を与える。すると、第一パルスP1の2+3N番目のパルスは、ある程度、回折しながら音響光学偏向器120を透過する(光路OP2)。
また、音響光学偏向器120が第一パルスP1の3+3N番目(3、6、9、…番目)のパルスを受けた時点では、音響光学偏向器120に音響波(角周波数ω3)(ただし、ω3はω2と異なる)を与える。すると、第一パルスP1の3+3N番目のパルスは、ある程度、回折しながら音響光学偏向器120を透過する(光路OP3)。ただし、光路OP3が光路OP1となす角度(ただし、90度未満)が、光路OP2が光路OP1となす角度(ただし、90度未満)よりも大きい。
なお、音響光学偏向器120が第一パルスP1の1+3N番目のパルスを受けた時点で、音響光学偏向器120に音響波(角周波数ω1)(ただし、ω1は、ω2ともω3とも異なる)に与えてもよい。
これにより、音響光学偏向器120は、複数の光路OP1、OP2、OP3の各々から、所定の周波数(例えば、2kHz)を複数の光路の個数(3個)で割った値の周波数(2/3kHz)を有し、かつそれぞれ位相が120度異なるパルスである第二パルス(波長変換前)P2aを出力する。
波長変化部(PPLN)14は、複数の光路OP1、OP2、OP3の各々を進行した進行光(である第二パルスP2a)を受け、それぞれ異なった波長に変化させて出力する。波長変化部14の出力が、第二パルス(波長変換後)P2bである。
図7を参照して、波長変化部14は、第二パルスP2aのうち光路OP1を進行したもの(波長W1[nm])を受けて、第二パルスP2b(波長W2[nm])に変換する。また、波長変化部14は、第二パルスP2aのうち光路OP2を進行したもの(波長W1[nm])を受けて、第二パルスP2b(波長W3[nm])に変換する。さらに、波長変化部14は、第二パルスP2aのうち光路OP3を進行したもの(波長W1[nm])を受けて、第二パルスP2b(波長W4[nm])に変換する。
波長変化部14の構成は、第一の実施形態およびその変形例と同様である(図2および図4参照)。ただし、さらに、第二パルスP2aのうち光路OP3を進行したものが伝播する分極反転部144が、所定の間隔D3をあけて配置される(ただし、D3はD1ともD2とも異なる)。
ミラー154は、第二パルス(波長変換後)P2bのうち、光路OP3を進行したものを受け、ダイクロイックミラー162に向けて反射する。
ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)162は、第二パルス(波長変換後)P2bのうち、光路OP2を進行したものと、ミラー154からの反射光(第二パルス(波長変換後)P2bのうち、光路OP3を進行したもの)とを合波し、ダイクロイックミラー164に向けて反射する。
ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)164は、第二パルス(波長変換後)P2bのうち、光路OP1を進行したものと、ダイクロイックミラー162からの光(第二パルス(波長変換後)P2bのうち、光路OP2を進行したものと、光路OP3を進行したものとを合波したもの)とを合波し、所定の周波数(2kHz)を有する第三パルス(フィルタリング前)P3aを出力する。
次に、第三の実施形態の動作を説明する。
まず、励起レーザ10が、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、所定の周波数(例えば、2kHz)の第一パルスP1(図7参照)として出力する。第一パルスP1は、光減衰器11により減衰されてから、音響光学偏向器120に与えられる。タイミング制御回路19が、音響光学偏向器120の出力タイミング(図7参照)を制御する。
音響光学偏向器120が、第一パルスP1の1+3N番目(1、4、7、…番目)のパルスを受けた時点では、音響光学偏向器120に音響波を与えない。これにより、第一パルスP1の1+3N番目のパルスは、そのまま、まっすぐ音響光学偏向器120を透過する(光路OP1)。よって、光路OP1を進行する進行光は、所定の周波数(例えば、2kHz)を複数の光路の個数(3個)で割った値の周波数(2/3kHz)を有する第二パルス(波長変換前)P2aとなる。
音響光学偏向器120が、第一パルスP1の2+3N番目(2、5、8、…番目)のパルスを受けた時点では、音響光学偏向器120に音響波(角周波数ω2)を与える。これにより、第二パルスP1の2+3N番目のパルスは、ある程度、回折しながら音響光学偏向器120を透過する(光路OP2)。よって、光路OP2を進行する進行光は、所定の周波数(例えば、2kHz)を複数の光路の個数(3個)で割った値の周波数(2/3kHz)を有する第二パルス(波長変換前)P2aとなる。
音響光学偏向器120が、第一パルスP1の3+3N番目(3、6、9、…番目)のパルスを受けた時点では、音響光学偏向器120に音響波(角周波数ω3)を与える。これにより、第二パルスP1の3+3N番目のパルスは、ある程度、回折しながら音響光学偏向器120を透過する(光路OP3)。よって、光路OP3を進行する進行光は、所定の周波数(例えば、2kHz)を複数の光路の個数(3個)で割った値の周波数(2/3kHz)を有する第二パルス(波長変換前)P2aとなる。
しかも、光路OP1を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相と、光路OP2を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相とは120度異なる。光路OP2を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相と、光路OP3を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相とは120度異なる。光路OP1を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相と、光路OP3を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相とは240度異なる。
光路OP1を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a:波長W1[nm])は、波長変化部14において所定の間隔D1をあけて配置されている分極反転部144を伝播し、波長がW2[nm]に変換され、第二パルス(波長変換後)P2bとなり、ダイクロイックミラー164に与えられる。
光路OP2を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a:波長W1[nm])は、波長変化部14において所定の間隔D2をあけて配置されている分極反転部144を伝播し、波長がW3[nm]に変換され、第二パルス(波長変換後)P2bとなり、ダイクロイックミラー162により反射されてから、ダイクロイックミラー164に与えられる。
光路OP3を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a:波長W1[nm])は、波長変化部14において所定の間隔D2をあけて配置されている分極反転部144を伝播し、波長がW4[nm]に変換され、第二パルス(波長変換後)P2bとなり、ミラー154により反射されてから、ダイクロイックミラー162を介して、ダイクロイックミラー164に与えられる。
波長変化部14の出力する第二パルス(波長変換後)P2bのうち、波長W2[nm]のものと、波長W3[nm]のものと、波長W4[nm]のものとがダイクロイックミラー164により合波され、所定の周波数(2kHz)を有する第三パルス(フィルタリング前)P3aとなる。
第三パルス(フィルタリング前)P3aは、フィルタ17により、ポンプ光およびアイドラ光が除去され、第三パルス(フィルタリング後)P3bとなる。第三パルス(フィルタリング後)P3bは、光ファイバ18の一端に与えられ、他端から出力される。
第三の実施形態によれば、音響光学変調器12にかえて、音響光学偏向器120を用いたため、複数の光路を3個(光路OP1、OP2、OP3)に増やすことができる。これにより、第三パルス(フィルタリング後)P3bは、波長W2[nm]のパルス光が照射されてから、すぐに(例えば、500マイクロ秒)別の波長W3[nm]のパルス光を照射される。しかも、波長W3[nm]のパルス光が照射されてから、すぐに(例えば、500マイクロ秒)さらに別の波長W4[nm]のパルス光を照射される。すなわち、第三の実施形態によれば、ある波長のパルス光を照射してから、すぐに別の波長のパルス光を照射し、すぐにさらに別の波長のパルス光を照射することができる。このように、第三の実施形態によれば、3種類の波長のパルス光を照射することが可能となる。
なお、第三の実施形態においては、複数の光路を3個と説明したが、4個以上にしてもかまわない。これにより、4種類以上の波長のパルス光を照射することが可能となる。
また、第三の実施形態においては、第一の実施形態と同じく、LN結晶基板142は、ただ一つであり、分極反転部144の全てが形成されている。しかし、第二の実施形態のように、LN結晶基板を、伝播する進行光(光路OP1を進行したものと、光路OP2を進行したものと、光路OP3を進行したもの)ごとに設けてもよい。
第四の実施形態
第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置1は、ある波長W2[nm]の「複数」のパルス光(所定時間範囲TR1内)を照射してから、すぐにある波長W3[nm]の「複数」のパルス光(所定時間範囲TR2内)を照射する(図9のP3b参照)点が、ある波長W2[nm]の「一つ」のパルス光を照射してから、すぐに別の波長W3[nm]の「一つ」のパルス光を照射する(図3のP3b参照)第一の実施形態と異なる。
また、第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置1は、第一パルスP1の周波数が一定しない点が、第一パルスP1の周波数が一定である(例えば、2kHz)第一の実施形態と異なる。
図8は、第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置1の構成を示す図である。図9は、第四の実施形態にかかる第一パルスP1、第二パルス(波長変換前)P2a、第二パルス(波長変換後)P2b、第三パルス(フィルタリング後)P3bのタイミングチャートである。なお、図9においては、波長に応じて、パルスを示す線の太さおよび線の種類(実線または破線)を変えて図示している。
第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置1は、励起レーザ(パルスレーザ出力部)10、光減衰器(ATT)11、音響光学変調器(光路決定部)(AOM)12、波長変化部(PPLN)14、ミラー15、ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)16、フィルタ(F)17、光ファイバ(MMF)18、タイミング制御回路(タイミング制御部)19を備える。
第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置1は、OTDRにより測定対象の光ファイバである被測定ファイバ4を測定するためのものである。レーザ光出力装置1は、測定装置2を介して、被測定ファイバ4に接続されている。
励起レーザ(パルスレーザ出力部)10は、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、第一パルスP1(図9参照)として出力する。励起レーザ10は、例えば、Yb:YAGレーザである。図9を参照して、第一パルスP1は、所定時間範囲TR1、TR2ごとに出力される疑似ランダム信号(例えば、M系列信号)である。なお、所定時間範囲TR1、TR2の長さは、M系列信号の1周期に相当する。また、第一パルスP1は疑似ランダム信号であるため、第一~第三の実施形態とは異なり、その周波数は一定していない。
光減衰器(ATT)11、ミラー15、ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)16、フィルタ(F)17、光ファイバ(MMF)18およびタイミング制御回路(タイミング制御部)19は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
波長変化部14の構造は、第一の実施形態(図2参照)または第一の実施形態の変形例(図4参照)と同様であり、説明を省略する。
音響光学変調器(光路決定部)(AOM)12は、第一パルスP1を受け、第一パルスP1の一つずつについて複数の光路OP1、OP2のいずれか一つに光路を決定して出力する。
例えば、図8および図9を参照して、音響光学変調器12が、第一パルスP1の所定時間範囲TR1内の複数のパルスを受けた時点では、音響光学変調器12に音響波を与えない。すると、第一パルスP1の所定時間範囲TR1内の複数のパルスは、そのまま、まっすぐ音響光学変調器12を透過する(光路OP1)。
また、音響光学変調器12が、第一パルスP1の所定時間範囲TR2内の複数のパルスを受けた時点では、音響光学変調器12に音響波(角周波数ω2)を与える。すると、第一パルスP1の所定時間範囲TR2内の複数のパルスは、ある程度、回折しながら音響光学変調器12を透過する(光路OP2)。
ただし、音響光学変調器12が、第一パルスP1の所定時間範囲TR1内の複数のパルスを受けた時点で、音響光学変調器12に音響波(角周波数ω1)(ただし、ω1はω2と異なる)に与えてもよい。
これにより、音響光学変調器12は、第一パルスP1の内の所定時間範囲TR1、TR2内にある複数のパルスであり、かつそれぞれ所定時間範囲が異なる(重複しない)パルスである第二パルス(波長変換前)P2aを、複数の光路OP1、OP2の各々から出力する。
すなわち、音響光学変調器12は、光路OP1から、第一パルスP1の内の所定時間範囲TR1内にある複数のパルスを出力する(図9のP2a(OP1)参照)。さらに、音響光学変調器12は、光路OP2から、第一パルスP1の内の所定時間範囲TR2内にある複数のパルスを出力する(図9のP2a(OP2)参照)。第二パルスP2aのうち光路OP1を進行したもの(P2a(OP1))と、第二パルスP2aのうち光路OP2を進行したもの(P2a(OP2))とは、所定時間範囲が異なる(重複しない)。
波長変化部(PPLN)14は、複数の光路OP1、OP2の各々を進行した進行光(である第二パルスP2a)を受け、それぞれ異なった波長に変化させて出力する。波長変化部14の出力が、第二パルス(波長変換後)P2bである。
図9を参照して、波長変化部14は、第二パルスP2aのうち光路OP1を進行したもの(波長W1[nm])を受けて、第二パルスP2b(波長W2[nm])に変換する。また、波長変化部14は、第二パルスP2aのうち光路OP2を進行したもの(波長W1[nm])を受けて、第二パルスP2b(波長W3[nm])に変換する。
測定装置2は、疑似ランダムパルス発生器20、可変遅延回路21、相互相関検出器22、サーキュレータ23、演算器24、表示器25を有する。測定装置2は、被測定ファイバ4をOTDRにより測定するものである。
疑似ランダムパルス発生器20は、疑似ランダムパルスRPを発生する。疑似ランダムパルスRPの出力タイミングは、第一パルスP1の出力タイミングと同じである。疑似ランダムパルスRPの出力タイミングに合わせて、励起レーザ10が第一パルスP1を出力する。疑似ランダムパルス発生器20は疑似ランダムパルスRPを励起レーザ10および可変遅延回路21に与える。
可変遅延回路21は、疑似ランダムパルスRPを受けて、遅延させて(遅延時間は可変)、相互相関検出器22に与える。
相互相関検出器22は、可変遅延回路21から疑似ランダムパルスRPを、サーキュレータ23より被測定ファイバ4からの反射光および散乱光を受け、相互相関を検出する。
サーキュレータ23は、光ファイバ(MMF)18の他端、被測定ファイバ4の入力端および相互相関検出器22に接続される。サーキュレータ23は、光ファイバ18の他端から出力された第三パルスP3bを被測定ファイバ4の入力端に与える。サーキュレータ23は、被測定ファイバ4からの反射光および散乱光を被測定ファイバ4の入力端から受けて、相互相関検出器22に与える。
演算器24は、相互相関検出器22の検出した相互相関から、被測定ファイバ4において反射光および散乱光が発生した部分(例えば、断線箇所)と、被測定ファイバ4の入力端との距離を演算する。
表示器25は、演算器24の演算結果を表示する。
次に、第四の実施形態の動作を説明する。
まず、疑似ランダムパルス発生器20が疑似ランダムパルスRPを励起レーザ10に与える。励起レーザ10が、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、疑似ランダムパルスRPの出力タイミングに合わせて、第一パルスP1(図9参照)として出力する。第一パルスP1は、光減衰器11により減衰されてから、音響光学変調器12に与えられる。タイミング制御回路19が、音響光学変調器12の出力タイミング(図9参照)を制御する。
音響光学変調器12が、第一パルスP1の所定時間範囲TR1内の複数のパルスを受けた時点では、音響光学変調器12に音響波を与えない。これにより、第一パルスP1の所定時間範囲TR1内の複数のパルスは、そのまま、まっすぐ音響光学変調器12を透過する(光路OP1)。
音響光学変調器12が、第一パルスP1の所定時間範囲TR2内の複数のパルスを受けた時点では、音響光学変調器12に音響波(角周波数ω2)を与える。これにより、第二パルスP1の所定時間範囲TR2内の複数のパルスは、ある程度、回折しながら音響光学変調器12を透過する(光路OP2)。
しかも、光路OP1を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)は所定時間範囲TR1内の第一パルスP1である一方、光路OP2を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)所定時間範囲TR2内の第一パルスP1である(それぞれ、所定時間範囲が異なる)。
光路OP1を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a:波長W1[nm])は、波長変化部14において所定の間隔D1をあけて配置されている分極反転部144を伝播し、波長がW2[nm]に変換され、第二パルス(波長変換後)P2bとなり、ダイクロイックミラー16に与えられる。
光路OP2を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a:波長W1[nm])は、波長変化部14において所定の間隔D2をあけて配置されている分極反転部144を伝播し、波長がW3[nm]に変換され、第二パルス(波長変換後)P2bとなり、ミラー15により反射されてから、ダイクロイックミラー16に与えられる。
波長変化部14の出力する第二パルス(波長変換後)P2bのうち、波長W2[nm]のものと、波長W3[nm]のものとがダイクロイックミラー16により合波され、所定の周波数(2kHz)を有する第三パルス(フィルタリング前)P3aとなる。
第三パルス(フィルタリング前)P3aは、フィルタ17により、ポンプ光およびアイドラ光が除去され、第三パルス(フィルタリング後)P3bとなる。第三パルス(フィルタリング後)P3bは、光ファイバ18の一端に与えられ、他端から出力される。
光ファイバ18の他端から出力された第三パルスP3bは、サーキュレータ23を介して、被測定ファイバ4の入力端に与えられる。被測定ファイバ4からの散乱光および反射光が、サーキュレータ23を介して、相互相関検出器22に与えられ、疑似ランダムパルスRPとの相互相関がとられる。この相互相関から、演算器24により、被測定ファイバ4において反射光および散乱光が発生した部分(例えば、断線箇所)と、被測定ファイバ4の入力端との距離が演算され、表示器25により表示される。
第四の実施形態によれば、第三パルス(フィルタリング後)P3bを、光ファイバ18から出力することができる。第三パルス(フィルタリング後)P3bは、波長W2[nm]の複数のパルス光が照射されてから、すぐに別の波長W3[nm]の複数のパルス光を照射されるものである。すなわち、第四の実施形態によれば、ある波長のパルス光を照射してから、すぐに別の波長のパルス光を照射することができる。
第五の実施形態
第五の実施形態は、測定対象(例えば、エアロゾル)をLIDARにより測定する点が、被測定ファイバ4をOTDRにより測定する第四の実施形態と異なる。
図10は、第五の実施形態にかかるレーザ光出力装置1の構成を示す図である。なお、第五の実施形態にかかる第一パルスP1、第二パルス(波長変換前)P2a、第二パルス(波長変換後)P2b、第三パルス(フィルタリング後)P3bのタイミングチャートは、第四の実施形態と同一なので説明を省略する(図9参照)。
第五の実施形態にかかるレーザ光出力装置1は、LIDARにより測定対象(例えば、エアロゾル)を測定するためのものである。レーザ光出力装置1は、測定装置2を介して、送受信望遠鏡6に接続されている。
第五の実施形態にかかるレーザ光出力装置1は、励起レーザ(パルスレーザ出力部)10、光減衰器(ATT)11、音響光学変調器(光路決定部)(AOM)12、波長変化部(PPLN)14、ミラー15、ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)16、フィルタ(F)17、光ファイバ(MMF)18、タイミング制御回路(タイミング制御部)19を備える。これらは、第四の実施形態と同じものなので説明を省略する。
測定装置2は、疑似ランダムパルス発生器20、可変遅延回路21、相互相関検出器22、サーキュレータ23、演算器24、表示器25を有する。疑似ランダムパルス発生器20、可変遅延回路21、相互相関検出器22、演算器24および表示器25は、第四の実施形態と同じものなので説明を省略する。
サーキュレータ23は、光ファイバ(MMF)18の他端、送受信望遠鏡6および相互相関検出器22に接続される。サーキュレータ23は、光ファイバ18の他端から出力された第三パルスP3bを送受信望遠鏡6に与える。サーキュレータ23は、送受信望遠鏡6より測定対象からの散乱光を受けて、相互相関検出器22に与える。
送受信望遠鏡6は、光ファイバ18の他端から出力された第三パルスP3bを、サーキュレータ23を介して受け、測定対象に与える。さらに、送受信望遠鏡6は、測定対象からの散乱光を受け、サーキュレータ23を介して、相互相関検出器22に与える。
次に、第五の実施形態の動作を説明する。
第三パルスP3bが光ファイバ18の他端から出力されるまでの動作は、第四の実施形態と同じものなので説明を省略する。
光ファイバ18の他端から出力された第三パルスP3bは、サーキュレータ23を介して、送受信望遠鏡6に与えられる。送受信望遠鏡6から第三パルスP3bが測定対象(例えば、エアロゾル)に与えられると、測定対象からの散乱光が、送受信望遠鏡6に与えられる。散乱光は、サーキュレータ23を介して、相互相関検出器22に与えられ、疑似ランダムパルスRPとの相互相関がとられる。この相互相関から、演算器24により、送受信望遠鏡6から散乱光が発生した箇所までの距離が演算され、表示器25により表示される。なお、演算器24により演算された距離を用いて差分吸収法によるエアロゾルの種類を特定することも可能である。
第五の実施形態によれば、第四の実施形態と同様な効果を奏する。
第六の実施形態
第六の実施形態にかかるレーザ光出力装置1は、音響光学偏向器(AOD)(光路決定部)120に替えて、光路決定部(第一音響光学変調器(AOM)12aおよび第二音響光学変調器(AOM)12b)を用いる点が第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置1と主に異なる。
図11は、第六の実施形態にかかるレーザ光出力装置1の構成を示す図である。図12は、第六の実施形態にかかるレーザ光出力装置1における光路決定部(第一音響光学変調器(AOM)12aおよび第二音響光学変調器(AOM)12b)の近傍の拡大図である。
第六の実施形態にかかるレーザ光出力装置1は、励起レーザ(パルスレーザ出力部)10、光減衰器(ATT)11a、11b、11c、第一音響光学変調器(AOM)12a、第二音響光学変調器(AOM)12b、ロンボイドプリズム13a、13b、波長変化部(PPLN)14a、14b、14c、ミラー154、ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)162、164、フィルタ(F)172、174、176、光ファイバ(MMF)18、タイミング制御回路(タイミング制御部)19、レンズ(L)192を備える。以下、第三の実施形態と同様な部分は同一の符号を付して説明を省略する。
励起レーザ(パルスレーザ出力部)10、ミラー154、ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)162、164、光ファイバ(MMF)18、タイミング制御回路(タイミング制御部)19は、第三の実施形態と同様であり、説明を省略する。ただし、光ファイバ(MMF)18は、ダイクロイックミラー164の出力する第三パルスP3を、レンズ(L)192を介して、その一端で受け、他端から出力する。また、タイミング制御回路19は、光路決定部(第一音響光学変調器(AOM)12aおよび第二音響光学変調器(AOM)12b)の出力タイミング(図7のP2aを参照)を制御する。
光路決定部は、第一音響光学変調器(AOM)12aおよび第二音響光学変調器(AOM)12bを有する。第一音響光学変調器(AOM)12aおよび第二音響光学変調器(AOM)12bの平面形状は、双方ともに、長方形である。
第一音響光学変調器(AOM)12aの長い方の辺は、第一パルスP1を受ける。第一音響光学変調器(AOM)12aの短い方の辺は、光路OP2に対し、左回りにθB(ブラッグ角)だけ傾いている。
第二音響光学変調器(AOM)12bの長い方の辺は、第一音響光学変調器12aの出力を受ける。第二音響光学変調器(AOM)12bの短い方の辺は、光路OP2に対し、右回りにθB(ブラッグ角)だけ傾いている。
第一音響光学変調器(AOM)12aは、第一パルスP1を受け、第一パルスP1の一つずつについて複数の光路OP1、OP2のいずれか一つに光路を決定して出力する。第六の実施形態においては、第一音響光学変調器(AOM)12aは、第一パルスP1の一つずつを、回折(光路OP1)または直進(光路OP2)させて出力する。
第二音響光学変調器(AOM)12bは、第一音響光学変調器12aの出力を受け、第一音響光学変調器12aの出力のパルス一つずつについて一つ以上の光路OP1、OP2、OP3のいずれか一つに光路を決定して出力する。第六の実施形態においては、第二音響光学変調器(AOM)12bは、第一パルスが直進(光路OP2)したものを受けて回折(光路OP3)または直進(光路OP2)させて出力し、第一パルスが回折(光路OP1)したものを受けて直進(光路OP1)させて出力する。
なお、第六の実施形態にかかる第一パルスP1、第二パルス(波長変換前)P2a、第二パルス(波長変換後)P2b、第三パルスP3(光ファイバ(MMF)18への入力)のタイミングチャートは、図7と同様である(ただし、図7のP3bはP3に読み替えるものとする)。
例えば、図12および図7を参照して、光路決定部が第一パルスP1の1+3N番目(1、4、7、…番目)(ただし、Nは0以上の整数)のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器(AOM)12aに音響波を与え、第二音響光学変調器(AOM)12bには音響波を与えない。すると、第一パルスP1の1+3N番目のパルスは、光路OP1(図12参照)を進行する。
また、光路決定部が第一パルスP1の2+3N番目(2、5、8、…番目)のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器(AOM)12aにも、第二音響光学変調器(AOM)12bにも音響波を与えない。すると、第一パルスP1の2+3N番目のパルスは、光路OP2(図12参照)を進行する。
また、光路決定部が第一パルスP1の3+3N番目(3、6、9、…番目)のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器(AOM)12aには音響波を与えず、第二音響光学変調器(AOM)12bには音響波を与える。すると、第一パルスP1の3+3N番目のパルスは、光路OP3(図12参照)を進行する。
これにより、光路決定部は、複数の光路OP1、OP2、OP3の各々から、所定の周波数(例えば、2kHz)を複数の光路の個数(3個)で割った値の周波数(2/3kHz)を有し、かつそれぞれ位相が120度異なるパルスである第二パルス(波長変換前)P2aを出力する。
ロンボイドプリズム13aは、第二パルス(波長変換前)P2aのうち、光路OP1を進行したものを受け、光路を平行に、かつ光路OP1から離れるように変更する。ロンボイドプリズム13bは、第二パルス(波長変換前)P2aのうち、光路OP3を進行したものを受け、光路を平行に、かつ光路OP3から離れるように変更する。
光減衰器(ATT)11a、11b、11cは、光路OP1を進行した光(ロンボイドプリズム13aの出力)、光路OP2を進行した光、光路OP3を進行した光(ロンボイドプリズム13bの出力)を減衰させて、波長変化部(PPLN)14a、14b、14cに与える。
波長変化部(PPLN)14a、14bは、第二の実施形態と同様であり、説明を省略する。波長変化部(PPLN)14cは、第二パルスP2aのうち光路OP3を進行したもの(波長W1[nm])をロンボイドプリズム13bから受けて、第二パルスP2b(波長W4[nm])に変換する。波長変化部14bの構成は、図2または図4のうち、所定の間隔D2(ただし、所定の間隔D2をD3に変更する)をあけて配置されている分極反転部144と、それが形成されているLN結晶基板142とに相当する。
なお、波長変化部14aの有するLN結晶基板と、波長変化部14bの有するLN結晶基板と、波長変化部14cの有するLN結晶基板とは別のものである。すなわち、波長変化部14aの有するLN結晶基板と、波長変化部14bの有するLN結晶基板と、波長変化部14cの有するLN結晶基板とは、伝播する進行光(光路OP1を進行したものと、光路OP2を進行したものと、光路OP3を進行したもの)ごとに設けられている。
フィルタ(F)172、174、176は、波長変化部(PPLN)14a、14b、14cの出力から、ポンプ光およびアイドラ光を除去して、ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)164、162、ミラー154に出力する。
レンズ(L)192は、ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)164の出力を受け、光ファイバ(MMF)18に与える。
次に、第六の実施形態の動作を説明する。
まず、励起レーザ10が、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、所定の周波数(例えば、2kHz)の第一パルスP1(図7参照)として出力する。第一パルスP1は、光路決定部の第一音響光学変調器(AOM)12aに与えられる。タイミング制御回路19が、光路決定部の出力タイミング(図7のP2a参照)を制御する。
光路決定部が第一パルスP1の1+3N番目(1、4、7、…番目)(ただし、Nは0以上の整数)のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器(AOM)12aに音響波を与え、第二音響光学変調器(AOM)12bには音響波を与えない。すると、第一パルスP1の1+3N番目のパルスは、光路OP1(図12参照)を進行する。よって、光路OP1を進行する進行光は、所定の周波数(例えば、2kHz)を複数の光路の個数(3個)で割った値の周波数(2/3kHz)を有する第二パルス(波長変換前)P2aとなる(図7参照)。
光路決定部が第一パルスP1の2+3N番目(2、5、8、…番目)のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器(AOM)12aにも、第二音響光学変調器(AOM)12bにも音響波を与えない。すると、第一パルスP1の2+3N番目のパルスは、光路OP2(図12参照)を進行する。よって、光路OP2を進行する進行光は、所定の周波数(例えば、2kHz)を複数の光路の個数(3個)で割った値の周波数(2/3kHz)を有する第二パルス(波長変換前)P2aとなる(図7参照)。
光路決定部が第一パルスP1の3+3N番目(3、6、9、…番目)のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器(AOM)12aには音響波を与えず、第二音響光学変調器(AOM)12bには音響波を与える。すると、第一パルスP1の3+3N番目のパルスは、光路OP3(図12参照)を進行する。よって、光路OP3を進行する進行光は、所定の周波数(例えば、2kHz)を複数の光路の個数(3個)で割った値の周波数(2/3kHz)を有する第二パルス(波長変換前)P2aとなる(図7参照)。
しかも、光路OP1を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相と、光路OP2を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相とは120度異なる。光路OP2を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相と、光路OP3を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相とは120度異なる。光路OP1を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相と、光路OP3を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相とは240度異なる。
光路OP1を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a:波長W1[nm])は、ロンボイドプリズム13aにより光路が変化させられ、光減衰器(ATT)11aにより減衰されて、波長変化部(PPLN)14aに与えられる。さらに、波長変化部(PPLN)14aに与えられた光は、波長変化部14aにおいて所定の間隔D1をあけて配置されている分極反転部144を伝播し、波長がW2[nm]に変換され、第二パルス(波長変換後)P2bとなり、フィルタ(F)172によりポンプ光およびアイドラ光が除去されてから、ダイクロイックミラー164に与えられる。
光路OP2を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a:波長W1[nm])は、光減衰器(ATT)11bにより減衰されて、波長変化部(PPLN)14bに与えられる。さらに、波長変化部(PPLN)14bに与えられた光は、波長変化部14bにおいて所定の間隔D2をあけて配置されている分極反転部144を伝播し、波長がW3[nm]に変換され、第二パルス(波長変換後)P2bとなり、フィルタ(F)174によりポンプ光およびアイドラ光が除去され、ダイクロイックミラー162により反射されてから、ダイクロイックミラー164に与えられる。
光路OP3を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a:波長W1[nm])は、ロンボイドプリズム13bにより光路が変化させられ、光減衰器(ATT)11cにより減衰されて、波長変化部(PPLN)14cに与えられる。さらに、波長変化部(PPLN)14cに与えられた光は、波長変化部14aにおいて所定の間隔D3をあけて配置されている分極反転部144を伝播し、波長がW4[nm]に変換され、第二パルス(波長変換後)P2bとなり、フィルタ(F)176によりポンプ光およびアイドラ光が除去され、ミラー154により反射されてから、ダイクロイックミラー162を介して、ダイクロイックミラー164に与えられる。
波長変化部14a、14b、14cの出力する第二パルス(波長変換後)P2bのうち、波長W2[nm]のものと、波長W3[nm]のものと、波長W4[nm]のものとがダイクロイックミラー164により合波され、所定の周波数(2kHz)を有する第三パルスP3となる。
第三パルスP3は、レンズ(L)192を透過して、光ファイバ(MMF)18に与えられる。
第六の実施形態によれば、第三の実施形態における音響光学偏向器120にかえて、音響光学変調器を2個(第一音響光学変調器(AOM)12aおよび第二音響光学変調器(AOM)12b)用いることで、第三の実施形態と同様に3種類の波長のパルス光を照射することが可能となる。なお、音響光学偏向器よりも音響光学変調器(2個)の方が、レーザ光出力装置1への実装が容易で、低コストといった利点がある。
また、第六の実施形態においては、第三の実施形態と同じく、LN結晶基板142は、ただ一つであり、分極反転部144の全てが形成されているようにしてもよい。
なお、第六の実施形態においては、光路決定部(第一音響光学変調器(AOM)12aおよび第二音響光学変調器(AOM)12b)の動作について、以下のような変形例が考えられる。
図15は、第六の実施形態の変形例にかかるレーザ光出力装置1における光路決定部(第一音響光学変調器(AOM)12aおよび第二音響光学変調器(AOM)12b)の近傍の拡大図である。
第一音響光学変調器(AOM)12aは、第一パルスP1を受け、第一パルスP1の一つずつについて複数の光路OP1、OP2のいずれか一つに光路を決定して出力する。例えば、第一音響光学変調器(AOM)12aは、第一パルスP1の一つずつを、回折(光路OP1)または直進(光路OP2)させて出力する。ここまでは、第六の実施形態と同じである。
ここで、第二音響光学変調器(AOM)12bは、第一音響光学変調器12aの出力を受け、第一音響光学変調器12aの出力のパルス一つずつについて一つ以上の光路OP1、OP2、OP3のいずれか一つに光路を決定して出力する。第六の実施形態の変形例においては、第二音響光学変調器(AOM)12bは、第一パルスが直進(光路OP2)したものを受けて直進させ(光路OP2)(回折させない点が第六の実施形態と異なる)、第一パルスが回折(光路OP1)したものを受けて回折(光路OP3)または直進(光路OP1)させて(回折させることがある点が第六の実施形態と異なる)出力する。
なお、第二音響光学変調器(AOM)12bの短い方の辺は、光路OP1に対し、左回りにθB(ブラッグ角)だけ傾いている。
第七の実施形態
第七の実施形態にかかるレーザ光出力装置1は、第六の実施形態と同じく2個の音響光学変調器(第一音響光学変調器(AOM)12aおよび第二音響光学変調器(AOM)12b)を用いながら、4種類の波長のパルス光を照射する点が第六の実施形態にかかるレーザ光出力装置1と主に異なる。
図13は、第七の実施形態にかかるレーザ光出力装置1の構成を示す図である。図14は、第七の実施形態にかかるレーザ光出力装置1における光路決定部(第一音響光学変調器(AOM)12aおよび第二音響光学変調器(AOM)12b)の近傍の拡大図である。
第七の実施形態にかかるレーザ光出力装置1は、励起レーザ(パルスレーザ出力部)10、光減衰器(ATT)11a、11b、11c、11d、第一音響光学変調器(AOM)12a、第二音響光学変調器(AOM)12b、ロンボイドプリズム13c、13d、13e、13f、波長変化部(PPLN)14a、14b、14c、14d、ミラー154、ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)161、162、164、フィルタ(F)172、174、176、178、光ファイバ(MMF)18、タイミング制御回路(タイミング制御部)19、レンズ(L)192を備える。以下、第六の実施形態と同様な部分は同一の符号を付して説明を省略する。
励起レーザ(パルスレーザ出力部)10、光減衰器(ATT)11a、11b、11c、波長変化部(PPLN)14a、14b、14c、ミラー154、ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)162、164、フィルタ(F)172、174、176、光ファイバ(MMF)18、タイミング制御回路(タイミング制御部)19、レンズ(L)192は、第六の実施形態と同様であり、説明を省略する。
ただし、ミラー154は、第二パルス(波長変換後)P2bのうち、光路OP4を進行したものを受け、ダイクロイックミラー161に向けて反射する。ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)162は、第二パルス(波長変換後)P2bのうち、光路OP2を進行したものと、ダイクロイックミラー161からの反射光とを合波し、ダイクロイックミラー164に向けて反射する。フィルタ(F)176は、波長変化部(PPLN)14cの出力から、ポンプ光およびアイドラ光を除去して、ダイクロイックミラー(合波器)(DCM)161に出力する。
フィルタ(F)178は、波長変化部(PPLN)14dの出力から、ポンプ光およびアイドラ光を除去して、ミラー154に出力する。
光路決定部は、第一音響光学変調器(AOM)12aおよび第二音響光学変調器(AOM)12bを有する。第一音響光学変調器(AOM)12aおよび第二音響光学変調器(AOM)12bの平面形状は、双方ともに、長方形である。
第一音響光学変調器(AOM)12aの長い方の辺と、第二音響光学変調器(AOM)12bの長い方の辺とは、互いに平行である。なお、光路OP4は、第一音響光学変調器(AOM)12aの短い方の辺に対し、右回りにθB(ブラッグ角)だけ傾いている。第一音響光学変調器(AOM)12aの長い方の辺は第一パルスP1を受け、第二音響光学変調器(AOM)12bの長い方の辺は第一音響光学変調器12aの出力を受ける。
第一音響光学変調器(AOM)12aは、第一パルスP1を受け、第一パルスP1の一つずつについて複数の光路OP1、OP4のいずれか一つに光路を決定して出力する。第七の実施形態においては、第一音響光学変調器(AOM)12aは、第一パルスP1の一つずつを、回折(光路OP1)または直進(光路OP4)させて出力する。
第二音響光学変調器(AOM)12bは、第一音響光学変調器12aの出力を受け、第一音響光学変調器12aの出力のパルス一つずつについて一つ以上の光路OP1、OP2、OP3、OP4のいずれか一つに光路を決定して出力する。第七の実施形態においては、第二音響光学変調器(AOM)12bが、第一音響光学変調器(AOM)12aの出力のパルス一つずつを、回折(光路OP2、OP3)または直進(光路OP1、OP4)させて出力する。より詳細には、第二音響光学変調器(AOM)12bは、第一パルスが直進(光路OP4)したものを受けて回折(光路OP2)または直進(光路OP4)させて出力し、第一パルスが回折(光路OP1)したものを受けて回折(光路OP3)または直進(光路OP1)させて出力する。
光路決定部が第一パルスP1の1+4N番目(1、5、9、…番目)(ただし、Nは0以上の整数)のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器(AOM)12aに音響波を与え、第二音響光学変調器(AOM)12bには音響波を与えない。すると、第一パルスP1の1+4N番目のパルスは、光路OP1(図14参照)を進行する。
また、光路決定部が第一パルスP1の2+4N番目(2、6、10、…番目)のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器(AOM)12aに音響波を与えず、第二音響光学変調器(AOM)12bには音響波を与える。すると、第一パルスP1の2+4N番目のパルスは、光路OP2(図14参照)を進行する。
また、光路決定部が第一パルスP1の3+4N番目(3、7、11、…番目)のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器(AOM)12aに音響波を与え、第二音響光学変調器(AOM)12bにも音響波を与える。すると、第一パルスP1の3+4N番目のパルスは、光路OP3(図14参照)を進行する。
また、光路決定部が第一パルスP1の4+4N番目(4、8、12、…番目)のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器(AOM)12aには音響波を与えず、第二音響光学変調器(AOM)12bにも音響波を与えない。すると、第一パルスP1の4+4N番目のパルスは、光路OP4(図14参照)を進行する。
これにより、光路決定部は、複数の光路OP1、OP2、OP3、OP4の各々から、所定の周波数(例えば、2kHz)を複数の光路の個数(4個)で割った値の周波数(1/2kHz)を有し、かつそれぞれ位相が90度異なるパルスである第二パルス(波長変換前)P2aを出力する。
ロンボイドプリズム13cは、第二パルス(波長変換前)P2aのうち、光路OP1を進行したものを受け、光路を平行に、かつ光路OP1から離れるように変更する。ロンボイドプリズム13eは、第二パルス(波長変換前)P2aのうち、光路OP2を進行したものを受け、光路を平行に、かつ光路OP2から離れるように変更する。ロンボイドプリズム13fは、第二パルス(波長変換前)P2aのうち、光路OP3を進行したものを受け、光路を平行に、かつ光路OP3から離れるように変更する。ロンボイドプリズム13dは、第二パルス(波長変換前)P2aのうち、光路OP4を進行したものを受け、光路を平行に、かつ光路OP4から離れるように変更する。
光減衰器(ATT)11dは、光路OP4を進行した光(ロンボイドプリズム13dの出力)を減衰させて、波長変化部(PPLN)14dに与える。
波長変化部(PPLN)14dは、第二パルスP2aのうち光路OP4を進行したもの(波長W1[nm])をロンボイドプリズム13dから受けて、第二パルスP2b(波長W5[nm])に変換する。波長変化部14bの構成は、図2または図4のうち、所定の間隔D2(ただし、所定の間隔D2を、D1、D2およびD3のいずれとも異なるD4に変更する)をあけて配置されている分極反転部144と、それが形成されているLN結晶基板142とに相当する。
なお、波長変化部14aの有するLN結晶基板と、波長変化部14bの有するLN結晶基板と、波長変化部14cの有するLN結晶基板と、波長変化部14dの有するLN結晶基板とは別のものである。すなわち、波長変化部14aの有するLN結晶基板と、波長変化部14bの有するLN結晶基板と、波長変化部14cの有するLN結晶基板と、波長変化部14dの有するLN結晶基板とは、伝播する進行光(光路OP1を進行したものと、光路OP2を進行したものと、光路OP3を進行したものと、光路OP4を進行したもの)ごとに設けられている。
次に、第七の実施形態の動作を説明する。
まず、励起レーザ10が、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、所定の周波数(例えば、2kHz)の第一パルスP1として出力する。第一パルスP1は、光路決定部の第一音響光学変調器(AOM)12aに与えられる。タイミング制御回路19が、光路決定部の出力タイミングを制御する。
光路決定部が第一パルスP1の1+4N番目(1、5、9、…番目)(ただし、Nは0以上の整数)のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器(AOM)12aに音響波を与え、第二音響光学変調器(AOM)12bには音響波を与えない。すると、第一パルスP1の1+4N番目のパルスは、光路OP1(図14参照)を進行する。よって、光路OP1を進行する進行光は、所定の周波数(例えば、2kHz)を複数の光路の個数(4個)で割った値の周波数(1/2kHz)を有する第二パルス(波長変換前)P2aとなる。
光路決定部が第一パルスP1の2+4N番目(2、6、10、…番目)のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器(AOM)12aに音響波を与えず、第二音響光学変調器(AOM)12bには音響波を与える。すると、第一パルスP1の2+4N番目のパルスは、光路OP2(図14参照)を進行する。よって、光路OP2を進行する進行光は、所定の周波数(例えば、2kHz)を複数の光路の個数(4個)で割った値の周波数(1/2kHz)を有する第二パルス(波長変換前)P2aとなる。
光路決定部が第一パルスP1の3+4N番目(3、7、11、…番目)のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器(AOM)12aに音響波を与え、第二音響光学変調器(AOM)12bにも音響波を与える。すると、第一パルスP1の3+4N番目のパルスは、光路OP3(図14参照)を進行する。よって、光路OP3を進行する進行光は、所定の周波数(例えば、2kHz)を複数の光路の個数(4個)で割った値の周波数(1/2kHz)を有する第二パルス(波長変換前)P2aとなる。
光路決定部が第一パルスP1の4+4N番目(4、8、12、…番目)のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器(AOM)12aには音響波を与えず、第二音響光学変調器(AOM)12bにも音響波を与えない。すると、第一パルスP1の4+4N番目のパルスは、光路OP4(図14参照)を進行する。よって、光路OP4を進行する進行光は、所定の周波数(例えば、2kHz)を複数の光路の個数(4個)で割った値の周波数(1/2kHz)を有する第二パルス(波長変換前)P2aとなる。
しかも、光路OP1を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相と、光路OP2を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相と、光路OP3を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相と、光路OP4を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a)の位相とは90度ずつ異なる。
光路OP1を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a:波長W1[nm])は、ロンボイドプリズム13cにより光路が変化させられ、光減衰器(ATT)11aにより減衰されて、波長変化部(PPLN)14aに与えられる。さらに、波長変化部(PPLN)14aに与えられた光は、波長変化部14aにおいて所定の間隔D1をあけて配置されている分極反転部144を伝播し、波長がW2[nm]に変換され、第二パルス(波長変換後)P2bとなり、フィルタ(F)172によりポンプ光およびアイドラ光が除去されてから、ダイクロイックミラー164に与えられる。
光路OP2を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a:波長W1[nm])は、ロンボイドプリズム13eにより光路が変化させられ、光減衰器(ATT)11bにより減衰されて、波長変化部(PPLN)14bに与えられる。さらに、波長変化部(PPLN)14bに与えられた光は、波長変化部14bにおいて所定の間隔D2をあけて配置されている分極反転部144を伝播し、波長がW3[nm]に変換され、第二パルス(波長変換後)P2bとなり、フィルタ(F)174によりポンプ光およびアイドラ光が除去され、ダイクロイックミラー162により反射されてから、ダイクロイックミラー164に与えられる。
光路OP3を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a:波長W1[nm])は、ロンボイドプリズム13fにより光路が変化させられ、光減衰器(ATT)11cにより減衰されて、波長変化部(PPLN)14cに与えられる。さらに、波長変化部(PPLN)14cに与えられた光は、波長変化部14cにおいて所定の間隔D3をあけて配置されている分極反転部144を伝播し、波長がW4[nm]に変換され、第二パルス(波長変換後)P2bとなり、フィルタ(F)176によりポンプ光およびアイドラ光が除去され、ダイクロイックミラー161により反射されてから、ダイクロイックミラー162を介して、ダイクロイックミラー164に与えられる。
光路OP4を進行する進行光(第二パルス(波長変換前)P2a:波長W1[nm])は、ロンボイドプリズム13dにより光路が変化させられ、光減衰器(ATT)11dにより減衰されて、波長変化部(PPLN)14dに与えられる。さらに、波長変化部(PPLN)14dに与えられた光は、波長変化部14dにおいて所定の間隔D4をあけて配置されている分極反転部144を伝播し、波長がW5[nm]に変換され、第二パルス(波長変換後)P2bとなり、フィルタ(F)178によりポンプ光およびアイドラ光が除去され、ミラー154により反射されてから、ダイクロイックミラー161、162を介して、ダイクロイックミラー164に与えられる。
波長変化部14a、14b、14c、14dの出力する第二パルス(波長変換後)P2bのうち、波長W2[nm]のものと、波長W3[nm]のものと、波長W4[nm]のものと、波長W5[nm]のものとがダイクロイックミラー164により合波され、所定の周波数(2kHz)を有する第三パルスP3となる。
第三パルスP3は、レンズ(L)192を透過して、光ファイバ(MMF)18に与えられる。
第七の実施形態によれば、第六の実施形態と同じく、2個の音響光学変調器(第一音響光学変調器(AOM)12aおよび第二音響光学変調器(AOM)12b)を用いながら、第六の実施形態よりも多い4種類の波長のパルス光を照射することが可能となる。
また、第七の実施形態においては、第三の実施形態と同じく、LN結晶基板142は、ただ一つであり、分極反転部144の全てが形成されているようにしてもよい。