JPH025586A - 可視領域および近赤外領域レーザ発振器並びに該レーザ発振器を用いた分光光度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、可視領域および近赤外領域において連続的に
波長を変化せしめることのできるコヒーｌノントなし・
−ザ光を得るためのレーザ発振器および、二のレーザ発
振器を用いた分光光度計１、こ関するものである、 ［従来の技術］ 従来より、可視領域のレーザ光を得る光源としては下記
のように多種多様なものが提案されている。

第１は、Ｈｅ−Ｃｄ”白色レーザ発振器で６３６０ｎｗ
（赤色）、　５３３．７ｎｍ（緑色）、４４１．６ｎｍ
（青色）の３原色の波長のレーザ光を発振せしめ、これ
らの合成によって目的の色を出す方法がある。第２は、
Ｔｉ′３”：ＡＱ、０３１ノ−ザ発振器で７００−１０
００ｎ＋１のレーザ光を発生せしめ、これを第２高調波
発生器によって３５０〜５００ｎｍの！／−ザ光とする
方法がある。さらに、第３図は、数種類の色素レーザを
組み合わせて可視領域全域をカバーするものもあった、
また、近赤外領域のレーザ光を得る光源としては前記Ｔ
ｉ”：ＡＱ　２０．レーザやＮｄ”：ＹＡＧレーザなど
があった。

［発明が解決しようとする課題］ 前記第１のＨｓ−Ｃｄ”白色レーザ発振器は予め決めら
れた３原色のみの波長全発振するものであるから、これ
らの３原色に基づく色゛再現領域は色度図の３点を結ぶ
３角形の範囲内に限定され、３角形の範囲外の中間波長
を必要とする場合は使用できなかった。

また、第２のＴｉ”：ＡＱ、０３レーザの第２高調波は
３５０ｎｍ〜５００ｎｍの連続的な波長領域を持ってい
るが、短波長領域のみであり、可視領域全域に亘るもの
ではなく、近赤外光源としても７００ｎｍ〜１１０００
ｎのせまい範囲でしかなかった。

さらに第３の色素レーザを組み合わせたものは可視領域
全域に亘る連続的な波長領域を有しているが、１色素で
発振できる波長幅はせいぜい１００ｎｌであるので、可
視領域全域に亘る波長を得るには少なくとも４種類の色
素が必要であり、また色素は寿令が短く、頻繁に交換し
なければならないので、保守に手数がかかるばかりでな
く、相当に高価なものになるなどの問題点があった。

さらにＮｄ”：ＹＡＧレーザは１０６４ｎ＋ｍの単一波
長だけしか発振できないという問題点があった。

本発明は可視領域または近赤外領域の１７−ザ光源、す
なわち単一の光源によって可視領域全域または近赤外領
域に亘る連続的な波長領域を得ることのできるレーザ光
源を得ることを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は１以上のような課題を解決するためになされた
もので、励起手段と、フォルステライ１−（Ｍｇｚ　ｓ
　ｉｏ、）に発光イオンとして前記励起手段により励起
される３価のクロムイオン（ｒ−ｒ３＋）をドープし波
長が近赤外領域の８００ｎｍ〜１３００ｎｍの１７−ザ
光を出力するフォルステライ１−レーザ発振器とを用い
たもので、このフォルステライ１−レーザ発振器を光源
として、受光器との間に被測定物粉介在し、この被測定
物における透過光または反射光の光量により特性を測定
するようにしたものである７また、さらに前記フォルス
テライトレーザ発振器から出力されるレーザ光を第２高
調波に変換する非線形光学結晶を設は可視領域レーザ発
振器としたものである。

［作用］ 励起手段によって発光イオンとしてのクロムイオンを励
起するど、フォルステライトレーザ発振器からは、近赤
外領域の８００ｎｍ〜１３０ｎｉｍのレーザ光が出力し
、被測定物に入射して、この被測定物を反射または透過
したレーザ光が受光器荷入射し。

反射率または透過率を測定する。また、前記フォルステ
ライトレーザ発振器に非線形光学結晶３Ｈけると、出力
されるレーザ光は波長８００ｎｍ〜１３００ｎｍの第２
高調波である波長４００ｎｍ〜６５０ｎｍの１／−ザ光
、すなわち可視領域のほぼ全域に亘るレーザ光となる。

［実施例］ 本発明の第１実施例を第１図ないし第２図ｔ、こ基づい
て説明する。

第１図において、（１）はフォルステライト（ＭｇａＳ
　ｉ　Ｏ４）に発光イオンとして３価のクロムイオン（
Ｃｒ”）をドープしたフォルステライトレーザ発振器（
Ｃｒ”：Ｍｇ、５ｉｎ４）であり、このフォルステライ
トレーザ発振器（１）は第１０図に示すように８００ｎ
ｍ〜１３００止の波長領域を有するレーザ光を発振する
、発振器（１）の両端にはミラー（２）（３）が蒸着な
どにより形成されており、励起光の入射面側のミラー（
２）は波長５３！ｎｍの光を透過し７０（ｌｎｍ＋−１
３０ｎｉｍの光を反射する。また、射出面側のミラー（
３）は７００ｎｍ＝１３００ｎｕの光を数対透過する。

発振器（１）の出力側にはＫ　ＮｂＯ，結晶からなる第
２高調波発生用の非線形光学結晶（４）が設けられ、こ
の結晶（４）は第２図に示すように２本の光学軸ａおよ
びＣを含む面に対して入射レーザ光（５）の振動方向が
直角になるように、かつ入射方向と光学ｌ１ｉｌｌＩＣ
との角度θが可変に設置されている。

前記発振器（１）の励起光入射側には励起レーザ発生Ｗ
（６）が設けらｉｌ、この発生器（６）は１１０６４ｎ
のレーザ光を発振するＮｄ’ζＹＡ（３！ノ一ザ発振器
（７）ト１０６４ｎ＊の１７−ザ光を第２高調波すなわ
ち５３２ｎｍのレーザ光に変換する非線形光学結晶（８
）とで構成されている。この非線形光学結晶（８）は前
記納品（４）と同じ＜ＫＮｂＯ３が用いらｊ′】７てお
り、第２図に示すように２本の光学軸ａおよびＣを含む
面に対して１０６４　ｎ　ｍのレーザ光の振動方向が直
角になるように、かつ入射方向と光学軸Ｃとの角度がθ
が１０６４ｎｎのレーザ光に対して２次の非線形光学効
果が最大となる角度で固定されている。

以上の構成においてＮｄ”：　Ｙ　Ａ　Ｇ　！ノーザ発
振器（７）を励起すると１１０６４ｎの１７−ザ光が発
振器（７）から発振して非線形光学結晶（８）に入射し
、第２高調波である５３２ｎｉのレーザ光となって出力
する。

この５３２ｎｍのレーザ光はフォルステライ１−レーザ
発振器（１）へミラー（２）側から人力してＣｒ”、す
なわち発振器（１）を励起して発振器（１）からは８０
０ｎｍ〜１３００ｎｍの波長が混在したレーザ光となっ
てミラー（３）から出力される。さらに、この８００ｎ
ｍ〜１３００ｎ国のレーザ光は非線形光学結晶（４）に
入射して第２高調波となって出力される。ここで、非線
形光学結晶（４）の光学軸ＣとＩノーザ光（５）の入射
角θによって波長に対する光学効果が異なるため、前記
入射角θによって特定の波長成分のみが第２高調波に変
換されて出力される。

以上の実施例において非線形光学結晶（４）（８）はＫ
ＮｂＯ３結晶を用いたが、８００−１３０ｎｉｍの基本
波（、二対して第２高調波を発生するものであればよく
。

例えばβ−ＢａＢ２０．でもよい。

つぎに第３図はＲ，Ｇ、Ｈの３つの光源を得るための本
発明の第２実施例を示すもので、フォルステライトレー
ザ発振器（１）および励起レーザ発生器（６）の構成は
第】実施例と同じである。フォルステライトレーザ発振
器（１）の出力側には３個の第２高調波発生用非線形光
学結晶（９）　（１０）　（１１）が直列に設けられ、
このうち第１の結晶（９）は９００ｎａのレーザ光を第
２高調波に、第２の結晶（１０）は１１０８０ｎのレー
ザ光を第２高調波に、さらに第３の結晶（１１）は１２
７０ｎｍのレーザ光を第２高調波に変換するものである
。これらの結晶（９）　（１０）　（１１）は第１実施
例同様ＫＮｂＯ３結晶を用いているが、それぞれの光学
軸Ｃに対してそれぞれの位相整合角０にセットされてい
る。そして第３の結晶（１１）の後には赤外線除去フィ
ルタ（１２）が設けられている。

以上の構成において、Ｎｄ”：ＹＡＧレーザ発振器（７
）を発振させると、１０６４ｎａ＋のレーザ光が発振し
非線形光学結晶（８）に入射され第２高調波、すなわち
５３２ｎｌ！ｌのレーザ光となってフォルステライ１−
レーザ発振器（１）に励起光として人種する。フォルス
テライトレーザ発振器（１）からは８００ｎｍ４３０Ｑ
ｎ＋ａの波長を含むレーザ光が出力し、にのうち９００
ｎｍのレーザ光は第１の結晶（９）により４５０ｎｍの
第２高調波に変換され１１０８０ｎのレーザ光は第２の
結晶（１０）により５４０ｎｍの第２高調波に変換され
、１２７０ｎ鵬のレーザ光は第３の結晶（１１）により
６３５ｎ＋１１の第２高調波に変換され、赤外線除去フ
ィルタ（１２）を通して３原色レーザとして出力される
。変換されなかった他の波長のレーザ光は赤外領域にあ
るので眞記赤外線除去フィルタ（１２）により除去さＪ
−＋、る、つぎに第４図は本発明の第３実施例を示すも
ので、　（１３）は発光イオンとして３価のクロムイオ
ン（Ｃｒ”）をドープしたフォルステライト（Ｍｇ、５
ｉ０４）結晶であり、このフォルステライ１−結晶（１
３）の表面などの一部には結晶よりも屈折率のやや高い
導波路層（１４）が形成されている。この導波路層（１
４）は結晶（１３）中のＭｇとイオン価数が同じで。

かつイメ゛ν半径が近い金属、例えばＭｎや１゛ｊなど
の金属を結晶（１３）の一部に一様に蒸着させ、酸素雰
囲気中において９００〜１１００℃で結晶（１３）中に
熱拡散させて形成され、る８このフォルステライト結晶
（１３）の両面にはミ、ラー（１５）　（１６）が形成
されており。

励起光入射面側のミラー（１５）は励起光を１００％透
過し、８００ｎｍ〜１３０Ｏｎ＋ｎの光を１００％反射
する。また他方の１７一ザ光出射面側のミラー（１６）
は励起光を１００％反射し、　８００ｎｍ〜１３００ｎ
ｍの光を数％反射する。このフォルステライト結晶（１
３）の励起光入射面側には、コリメーティング１ノンズ
（１７）と励起レーザ発生器（６）が設けられ、この励
起レーザ発生器（６）は、１１０６４ｎのレーザ光を発
振するＮｄ”：ＹＡＧレーザ発振器（７）と１０６４ｎ
ｎｉのレーザ光を第２高調波すなわち５３２ｎｕ＋のレ
ーザ光に変換する非線形光学結晶（８）とで構成されて
いる。

以上の第３実施例において励起１ノ一ザ発生器（（５）
から発生した励起レーザ光はコリメーティング１ノンズ
（１７）を介して導波路層（１４）の励起光入射面側の
ミラー（１５）に集中されて入射する。すると、導波路
層（１４）（！屈折率が高いので励起光はこの導波路Ｍ
　（１４）に沿って進みクロムイオン（ｃ　ｒ３　＊　
）を励起して導波路Ｎ　（１４）の出射面側からは８０
０ｎ−１３００１の波長を含んだレーザ光が射出される
。

以」二の第３実施例では金属イオン拡散法により導波路
層（１４）を形成したが、これに限られるものではなく
１例えば金ｍ酸化物拡散法によることもできる。

つぎに第４実施例として第１実施例および第３実施例の
レーザ光源を用いた分光光度計について説明する。

第５図において、（１８）は光源で、この光源（１８）
は第１実施例または第３実施例によるフォルステライ］
・発振器そのものである。　（１９）は受光器で、この
受光器（１９）と前記光源（１８）との間には被測定物
（２０）がｄかれている。この被測定物（２０）は例え
ば第５図では偏光子や検光子に用いられる偏光フィルム
の例であり、第５図（ａ）に矢印で示されるレーザ光の
振動方向に平行に置かれた場合にはレーザ光は全て透過
し、第５図（ｂ）のように直角に置かれた場合には全て
透過せず、徐々に第５図（、ｉ）から（ｂ）の状態に回
転ずれば第６図のような特性曲線が得られる。

第７図（ａ）（ｂ）は被測定物としてビームスプリッタ
（２１）の透過および反射の特性を１ｉｌｌｌ定する場
合の実施例を示すもので、第７図（ａ）のように、フォ
ルステライト発振器（１８）から矢印のように紙面と同
一面内で振動するレーザ光をビームスプリッタ（２１）
に入射すると、受光器（１９）で受光される透過特性（
Ｔｐ）が波長によって第８図のＴＰのように変化する。

このとき、フォルステライト発振器（１８）は波長を連
続的に変化させることができるという特徴があることに
より、連続的に変化する特性Ｔｐが得られるものである
。同様に、第７図（ｂ）のように、フォルステライト発
振器（１８）から紙面と直交方向に振動するレーザ光を
ビームスプリッタ（２１）に入射すると、受光器（１９
）で受光される透過特性（Ｔｓ）が波長によって第８図
のＴ９のように変化する。この場合も、フォルステライ
ト発振器（１８）は波長を連続的に変化させることがで
きるという特徴があることにより、連続的に変化する特
性ＴＳが得ら九る９この結果、被測定物であるビームス
プリッタ（２１）は第８図の特性ＴｐとＴｓとの波長間
で有効なビームスプリッタであることが理解される。

第９図は被測定物（２０）の屈折率を測定する場合の実
施例で、被測定物（２０）の面に対してレーザ光（５）
を４５＠の角度で入射させるようにしたもので。

第９図（ｂ）のように被測定物（２０）の入射面に対し
てレーザ光（５）の振動方向が平行となるように入射し
た波長−反射率特性と、第９図（ａ）のようにこれと直
角となるように入射した波長−反射率特性を測定する。

レーザ光（５）が入射面に対して平行に振動する場合に
は反射率は最大となり次式にあられされる。

Ｐｍａｘ＝Ｐ、（（１−ｓｉｎ２ｒ）／（１＋５ｉｎ２
ｒ））　　　　　・＝（１）これと直角の場合には反射
率は最小となり、Ｐｍ１ｎ＝Ｐｏ（（１＋ｓｉｒ＋２ｒ
）／（１−ｓｉｎ２ｒ））　　　　　−−−ｃｚ）ここ
でＰｏは入射光量、「は屈折角である。これら（１）　
（２）式をスネルの法則で結合するとｆ　＝　（Ｐ　ｍ
ａｘ−Ｐ　ｍ、ｉ、ｎ）／　（Ｐ　ｍａｘ＜Ｆ耐ｎ）と
して屈折率ｎは次式で表わされ、る、（３）式に波長別
の値を代入してゆけば、連続的に波長−屈折率特性が得
られる。

［発明の効果］ 本発明は以上のように構成したので、 請求項（１）において可視領域全域に亘る連続的に可変
なレーザ光を単一の光源１．二よって実現できる。

また、請求項（２）において６３６ｒｉｍ＋、　５３４
０鵬、４４２ｎｍの３つの波長のレーザ光のみを取り出
ぜば従来のＨｅ−Ｃｄゝ白色レーザ発振器と同様の３原
色レーザ発振源にも用いることができる。

請求項（３）において導波路層を形成することによりフ
ォルステライト結晶を細く切り出すことなく、細いレー
ザ発振器とすることができ、エネルギーの集中したレー
ザ光を発振１゛きる。

請求項（４）および（５）においては、従来単一の光源
では実現できなかった偏光方向別の各種波長特性が測定
できる などの効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に示すもので、第１図は可視領域
し・−ザ発振器の第１実施例を示すブロック図、第２図
は非線形光学結晶の説明図、第３図は可視領域レーザ発
振器の第２実施例を示すブロック図、第４図は導波路層
を形成した赤外領域レーザ発振器の斜視図、第５図（ａ
）　（ｂ）は偏光フィルムの特性測定の説明図、第６図
は偏光フィルムの特性図、第７図（ａ）　（ｂ）はビー
ムスプリッタの特性・・・フォルステライ１−結晶、０
４）・・・導波路層、（１７）・・・コリメーティング
レンズ、（１８）・・・光源（フォルステライトレーザ
発振器）、（１９）・・・受光器、（２ｏ）・・・被測
定物、（２１）・・・ビームスプリッタ。 出願人　　浜松ホトニクス株式会社 １０図はフォルステライトレーザ発振器の発振特性図で
ある。 （１）・・・フォルステライトレーザ発振器、（４）・
・・非線形光学結晶、（５）・・・レーザ光、（６）・
・・励起１ノ一ザ発生器、（９）　（１０）　（１１）
・・・第１１．第２および第３の非線形光学結晶、（１
２）・・・赤外線除去フィルタ、（１３）第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）励起手段と、フォルステライト（Ｍｇ＿２ＳｉＯ
   ＿４）に発光イオンとして前記励起手段により励起され
   る３価のクロムイオン（Ｃｒ＾３＾＋）をドープし波長
   ８００ｎｍ〜１３００ｎｍのレーザ光を出力するフォル
   ステライトレーザ発振器と、このフォルステライトレー
   ザ発振器から出力されるレーザ光を第２高調波に変換す
   る非線形光学結晶とからなる可視領域レーザ発振器。
2. （２）励起手段と、この励起手段により励起され、フォ
   ルステライト（Ｍｇ＿２ＳｉＯ＿４）に発光イオンとし
   て３価のクロムイオン（Ｃｒ＾３＾＋）をドープし少く
   とも波長９００ｎｍ〜１２７０ｎｍのレーザ光を出力す
   るフォルステライトレーザ発振器と、このフォルステラ
   イトレーザ発振器から出力されるレーザ光を第２高調波
   に変換する３段の非線形光学結晶と、この３段の非線形
   光学結晶の出力側の赤外線除去手段とを具備し、前記３
   段の非線形光学結晶のうちの１段にはレーザ光を第２高
   調波のブルー波長に変換する非線形光学結晶を、他の１
   段にはレーザ光を第２高調波のグリーン波長に変換する
   非線形光学結晶を、さらに他の１段にはレーザ光を第２
   高調波のレッド波長に変換する非線形光学結晶を配置し
   たことを特徴とする可視領域レーザ発振器。
3. （３）フォルステライト（Ｍｇ＿２ＳｉＯ＿４）に発光
   イオンとして３価のクロムイオン（Ｃｒ＾３＾＋）をド
   ープしたフォルステライト結晶の一部に、周囲よりも屈
   折率の高い導波路層を形成し、この導波路層の両端にミ
   ラーを形成したことを特徴とする近赤外領域レーザ発振
   器。
4. （４）ミラーは励起光の入力側に、励起光透過率略１０
   ０％、８００ｎｍ〜１３００ｎｍのレーザ光反射率略１
   ００％のミラーを用い、出力側に、励起光反射率略１０
   ０％、８００ｎｍ〜１３００ｎｍのレーザ光反射率数％
   のミラーを用いてなる請求項（３）記載の近赤外領域レ
   ーザ発振器。
5. （５）請求項（３）記載の近赤外領域レーザ発振器を光
   源として用いたことを特徴とする分光光度計。
6. （６）光源と受光器との間に被測定物を介在し、この被
   測定物における透過光または反射光の光量により特性を
   測定するようにしたものにおいて、前記光源は、フォル
   ステライト（Ｍｇ＿２ＳｉＯ＿４）に発光イオンとして
   ３価のクロムイオン（Ｃｒ＾３＾＋）をドープし、波長
   ８００ｎｍ〜１３００ｎｍのレーザ光を発振するものか
   らなる分光光度計。
7. （７）被測定物として偏光フィルタからなる請求項（６
   ）記載の分光光度計。
8. （８）被測定物として偏光ビームスプリッタからなる請
   求項（６）記載の分光光度計。
9. （９）被測定物は屈折率を測定するための光学結晶から
   なる請求項（６）記載の分光光度計。