JPH09129949A - 光ファイバケーブルおよび固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】非線形光学素子で波長変換された紫外レーザ光
を光ファイバ先端で高効率で供給することのできる光フ
ァイバケーブルおよび固体レーザ装置を提供する。 【解決手段】光ファイバケーブル先端部４に非線形光学
素子１５と共に波長５００ｎｍ帯域が発振可能な固体レ
ーザ媒質１３を内蔵させ、光ファイバを伝搬することが
容易な波長領域のレーザ光を伝搬させて、光ファイバケ
ーブル先端部４にて固体レーザ媒質１３を発振させると
共に、非線形光学素子１５により波長を半分にすること
で、従来石英光ファイバ導光が困難であった波長２００
ｎｍ帯域の紫外レーザ光１６を光ファイバで任意の位置
まで導くことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用および医療
用等に用いる光ファイバケーブルおよび固体レーザ装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の光ファイバケーブルとしては、石
英ガラスファイバもしくはプラスチックファイバを保護
被覆で覆ったものが一般的であり、また特殊機能を付加
した光ファイバとしては石英ガラスにＥｒ（エルビウ
ム）等をドープしたものが光ファイバレーザ用として使
用されている。これら従来の光ファイバケーブルでは、
波長３００ｎｍ帯域以下の紫外領域のレーザ光を伝搬も
しくは発振させるのは困難であり、レーザ伝送は一般的
に行われていない。これは、紫外領域の波長に対する石
英ファイバの損失が大きいことによるもので、これに対
し、特開平１−１６７８１２号公報に記載されているよ
うに、光ファイバの先端部に非線形光学結晶を装着し、
先端部にて紫外光を発生させる機能を有するものが提案
されている。

【０００３】図６は、前記従来の提案による紫外光が発
生可能な光ファイバケーブルの先端部構成を示したもの
で、１００は第一のレーザ光を導く石英ガラスよりなる
光ファイバ、１０１は光ファイバ１００の先端部１００
ａより出射される第一のレーザ光、１０２は非線形光学
素子としてβ−ＢＢＯ（ベータバリウムボレイト）であ
り、波長４００ｎｍ帯域から６００ｎｍ帯域の何れかの
波長のレーザ光を入射して前記入射波長を２分の１に変
換できるように結晶方位を定めて設置されている。１０
３は波長変換されたレーザ光、１０４はレーザ光１０３
を集光するとともにレーザ光１０１の内、前記した波長
変換に寄与することなく非線形光学素子を通過してくる
成分をカットするためのフィルタが表面に形成されてい
る。１０５は出力レーザ光、１０６は前記非線形光学素
子１０２を固定し、光ファイバ１００と連結するための
マウント、１０７は光ファイバの保護チューブである。

【０００４】以上のように構成された従来の光ファイバ
ケーブルの動作を説明する。第一のレーザ光として例え
ば波長４８８ｎｍのアルゴンレーザ光を用いれば、光フ
ァイバ１００を伝搬した前記第一のレーザ光は光ファイ
バ先端部に形成されたレンズ１００ａにより集光され、
非線形光学素子１０２に入射し、波長を２４４ｎｍに変
換される。次いで波長２４４ｎｍのレーザ光１０３は集
光レンズ１０９で集光され、保護チューブ１０７の先端
より出射される。この時、光ファイバ１００を伝搬させ
るのは、波長４８８ｎｍのレーザ光であるため、光ファ
イバ１００を損失なく伝送することができ、その結果波
長２４４ｎｍのレーザ光１０５が、光ファイバケーブル
１０７の先端部より出力として得られる。前記した構成
を用いることで、光ファイバを波長２４４ｎｍのレーザ
光を伝搬させるのと同様の効果を得ることができる。

【０００５】図７は、従来例による前記した紫外光を発
生する固体レーザ装置の構成を示したもので、２００は
波長５３２ｎｍのレーザ光を発生させる固体レーザ光源
であり、２０３は半導体レーザ、２０４は半導体レーザ
２０３より出射される波長８０９ｎｍのレーザ光、２０
５はコリメートレンズ、２０６はフォーカスレンズ、２
０７は固体レーザ媒質としてＮｄ：ＹＡＧ（ネオジウム
ドープヤグ）であり、端面２０７ａには波長８０９ｎｍ
に対しては透過率９５％以上、波長１.０６４μｍに対
しては反射率９９％以上のコーティングが、端面２０７
ｂには波長１.０６４μｍに対しては透過率９９％以上
のコーティングが施されている。２０９は非線形光学素
子としてＫＴＰ（ケーティーピー）であり、端面２０９
ａには波長１.０６４μｍに対して透過率９９％以上の
コーティングが、端面２０９ｂには波長１.０６４μｍ
に対しては反射率９９％以上、波長５３２ｎｍに対して
は透過率９５％以上のコーティングが施されている。２
１０は波長５３２ｎｍのレーザ光、２１１は集光レン
ズ、２０１は前記した従来例における光ファイバケーブ
ルであり、先端部２０２は図６で示した構成となってい
る。２１２は波長２６６ｎｍの出力レーザ光を示す。

【０００６】以上のように構成された従来の固体レーザ
装置の動作を説明する。半導体レーザ２０３より出射さ
れた波長８０９ｎｍのレーザ光２０４は、コリメートレ
ンズ２０５を通り、フォーカスレンズ２０６により固体
レーザ媒質２０７の端面に集光され、固体レーザ媒質２
０７を励起する。固体レーザ媒質２０７にて発生した光
は、端面２０７ａと非線形光学素子２０９の端面２０９
ｂの間を往復することによりレーザ発振が起こり、波長
１.０６４μｍのレーザ光２０８が生成されるが、この
時、非線形光学素子２０９を通過するため前記した波長
１.０６４μｍのレーザ光２０８の一部分は波長を半分
に変換され、端面２０９ｂより波長５３２ｎｍのレーザ
光２１０として出力される。レーザ光２１０は、レンズ
２１１により光ファイバケーブル２０１の端面２０１ａ
に結合され、光ファイバケーブル２０１を伝搬した後、
先端部２０２において、図６にて示した従来例における
光ファイバケーブル先端部の機能により、波長を半分に
変換され、波長２６６ｎｍのレーザ光２１２として光フ
ァイバケーブル２０１より出射される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら本発明者
らの検討によれば、上記のような従来例における構成の
光ファイバケーブルもしくは固体レーザ装置において、
石英光ファイバ先端に装着した非線形光学素子を用いて
波長変換を行う際、入射レーザ光として直線偏光が必要
で、偏波面を特定方向に向けて前記非線形光学素子に入
射することが不可欠となっていたが、偏波保持機能を有
する非常に特殊な光ファイバを除き、通常の石英ファイ
バを通った光は、出射端にて特定方向の偏光を得ること
が困難であるため、結果として、前記した波長変換に寄
与できる成分が十分得られず、変換効率が低く抑えられ
るという著しい制約が生じていた。

【０００８】本発明は、非線形光学素子で波長変換され
た紫外レーザ光を光ファイバ先端で高効率で供給するこ
とのできる光ファイバケーブルおよび固体レーザ装置を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の解決すべき課題
は第一のレーザ光を伝搬させる光ファイバと、前記光フ
ァイバの先端に位置し、前記光ファイバを伝搬した第一
のレーザ光で励起されることによ第二のレーザ光を発生
するところのＥｒをドーパントとした固体レーザ媒質
と、前記固体レーザ媒質から出力される第二のレーザ光
の波長を変換する非線形光学素子とを備え、前記固体レ
ーザ媒質および前記非線形光学素子は前記光ファイバと
一体構造を成し、前記非線形光学素子の先端より第三の
レーザ光を出射することを特徴とする光ファイバケーブ
ルによって達成される。

【００１０】本発明の解決すべき課題は第一のレーザ光
を発生するレーザ光源と前記第一のレーザ光を伝搬させ
る光ファイバと、前記光ファイバの先端に位置し、前記
光ファイバを伝搬した第一のレーザ光で励起されること
により第二のレーザ光を発生するところのＥｒをドーパ
ントとした固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質から
出力される第二のレーザ光に変換する非線形光学素子と
を備え、前記固体レーザ媒質および前記非線形光学素子
は前記光ファイバと一体構造を成し、前記非線形光学素
子の先端より第三のレーザ光を発生することを特徴とす
る固体レーザ装置によって達成される。

【００１１】また、前記第二のレーザ光は波長５００ｎ
ｍ帯域のレーザ光であり、前記第三のレーザ光は波長２
００ｎｍ帯域のレーザ光であることが好ましい。

【００１２】また、前記非線形光学素子は前記第二のレ
ーザ光の波長を２分の１に変換するものであることが好
ましい。

【００１３】本発明は前記した手段により、石英等の汎
用の光ファイバを伝搬することが容易な波長域のレーザ
光を光ファイバで伝搬させて、前記光ファイバケーブル
先端部に組み入れた波長５００ｎｍ帯域が発生可能な固
体レーザ媒質を励起光として用いることで、前記光ファ
イバを伝搬する光の偏光特性に依存することなく、同じ
く前記光ファイバケーブル先端部に組み入れた非線形光
学素子で波長変換を行わせ、波長２００ｎｍ帯域のレー
ザ光を光ファイバ先端部より発生させることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の固体レーザ装置を
添付図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。

【００１５】図１、図２は、本発明の一実施例における
光ファイバケーブルの外観および先端部の構成を示した
もので、１は光ファイバケーブル入射端、２はケーブル
コネクタ部、３は導光部、４は先端レーザ出射部を示
し、また、１０は本光ファイバケーブルに内蔵された石
英光ファイバ、１１は石英光ファイバ１０より出射され
るレーザ光であり、１２はレーザ光１１を集光するため
のレンズ、１３は固体レーザ媒質として例えばＥｒ（エ
ルビウム）を１％ドープしたＹＬＦ（イルフ）であり、
端面１３ａには光軸上に中心を有する半径２００ｍｍの
曲面加工とレーザ光１１の波長に対しては透過率９５％
以上、波長５５１ｎｍに対して反射率９９％以上のコー
ティングが施され、別の端面１３ｂには波長５５１ｎｍ
に対して透過率９９％以上のコーティングが施されてい
る。１４は波長５５１ｎｍのレーザ光、１５は非線形光
学素子としてβ−ＢＢＯであり、端面１５ａには波長５
５１ｎｍに対して透過率９９％以上、波長２７５.５ｎ
ｍに対しては反射率９０％以上のコーティングが施さ
れ、別の端面１５ｂには波長５５１ｎｍに対して反射率
９９％以上、波長２７５.５ｎｍに対しては透過率９０
％以上のコーティングが施されている。１６は波長２７
５.５ｎｍの出力レーザ光、１７は石英光ファイバ１０
およびレンズ１２および固体レーザ媒質１３および非線
形光学素子１５を同一光軸上に固定するためのスリーブ
であり、１８はファイバケーブル全体を覆っている保護
チューブである。

【００１６】なお、Ｅｒは固体レーザ媒質に対し、好ま
しくは０．５〜１０％の範囲でドーピングすることがよ
い。

【００１７】以上のように構成された光ファイバケーブ
ルの動作を図１および図２を用いて説明する。

【００１８】まず、固体レーザ媒質１３を励起可能な波
長を有するレーザ光を光ファイバケーブル入射端１より
入射し、光ファイバケーブル３を伝搬させる。光ファイ
バケーブル先端部４まで伝搬した前記励起用レーザ光
は、石英光ファイバ１０の端面１０ａより出射し、レン
ズ１２により集光されて固体レーザ媒質１３に入射し、
これを励起する。固体レーザ媒質１３内にて励起された
光は、端面１３ａと非線形光学素子１５の端面１５ｂで
構成されたレーザ共振器内を往復することによりレーザ
発振が起こり、波長５５１ｎｍのレーザ光１４が生成さ
れるが、この時、非線形光学素子１５を通過するため、
前記した波長５５１ｎｍのレーザ光１４の一部分は波長
を半分に変換され、端面１５ｂより波長２７５.５ｎｍ
のレーザ光１６として出力される。

【００１９】図３は、本発明一実施例における固体レー
ザ装置の構成を示したもので、２０は励起用レーザ光源
として半導体レーザ装置、２１は前記した図１に示すと
ころの光ファイバケーブル、２２は光ファイバケーブル
先端部、２３は波長２７５.５ｎｍの出射レーザ光を示
す。図４は、図３に示した半導体レーザ装置２０の構成
例を示したもので、３０は半導体レーザ、３１は半導体
レーザ３０より出射された波長９７０ｎｍのレーザ光、
３２はコリメートレンズ、３３はフォーカスレンズ、３
４は半導体レーザ３０を駆動する電源を示す。また図５
は、図３に示した半導体レーザ装置２０の別の構成例を
示したもので、４０（４０ａ〜４０ｎ）は半導体レー
ザ、４１（４１ａ〜４１ｎ）は石英光ファイバ、４２は
石英光ファイバ４１の出射端であり、石英光ファイバ４
１を束ねて該円形状のレーザ出射パターンが得られるよ
うに固められている。４３は、波長９７０ｎｍのレーザ
光、４４はコリメートレンズ、４５はフォーカスレン
ズ、４６は半導体レーザ４０の駆動電源である。

【００２０】以上のように構成された固体レ−ザ装置の
動作は、装置の構成要素である光ファイバケーブルの動
作については、前記したところの本発明の請求項１の実
施例で述べた光ファイバケーブルの動作と同様であるた
め省略し、励起用レーザ光源の動作についてのみ図３、
図４および図５を用いて説明する。図４に示した実施例
においては、電源３４により駆動された半導体レーザ３
０より出射した波長９７０ｎｍのレーザ光３１は、コリ
メートレンズ３２にて平行光線にされた後、フォーカス
レンズ３３により集光され、光ファイバケーブル２１に
入射され、先端部２２まで導光した後、先端部２２内に
てレーザ励起および波長変換の過程を経て、波長２７
５.５ｎｍのレーザ光２３が出力される。

【００２１】また、図５に示した実施例においては、電
源４６により駆動されたｎ個の半導体レーザ４０（４０
ａ〜４０ｎ）から出力された波長９７０ｎｍ前後のレー
ザ光は、半導体レーザ４０（４０ａ〜４０ｎ）にそれぞ
れに予め接続されている光ファイバ４１（４１ａ〜４１
ｎ）を導光して先端部４２まで到達し、レーザ光４３と
して半導体レーザ４０（４０ａ〜４０ｎ）の出力の総和
が該円形の放射ビームとして出射される。

【００２２】次いで、レーザ光４３は、フォーカスレン
ズ４４により平行光線にされた後、フォーカスレンズ４
５により集光されて光ファイバケーブル２１に入射す
る。

【００２３】なお、半導体レーザ３０および４０は、発
振波長９７０ｎｍのものを用いたが、この波長は固体レ
ーザ媒質１３を励起できる波長であればよく、波長６０
０ｎｍ帯域もしくは波長８００ｎｍ帯域を発振する半導
体レーザを用いてもよい。

【００２４】このような方法をとることにより、石英光
ファイバには低損失にて伝搬可能で偏光制御の不要な、
固体レーザ媒質の励起用レーザ光を伝搬させ、光ファイ
バケーブル３の先端部４もしくは固体レーザ装置の光フ
ァイバケーブル２１の先端部２２にて、紫外領域である
波長２７５.５ｎｍのレーザ光を出力することができ、
従来困難であった波長２００ｎｍ帯域のレーザ光を光フ
ァイバ導光させることと同等の効果を発揮することがで
きる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の構成によれ
ば、非線形光学素子を内蔵した光ファイバケーブルおよ
びレーザ光源を組み合わせた固体レーザ装置において、
光ファイバケーブル先端部分に波長５００ｎｍ帯域のレ
ーザ光を発振可能な固体レーザ媒質を前記非線形光学素
子と共に組み込み、一体化させることで、前記光ファイ
バケーブルには前記固体レーザ媒質の励起光を伝搬させ
ればよいことになり、伝搬光の偏光特性を制御すること
なく、波長３００ｎｍ以下の石英光ファイバを導光し難
い波長帯域のレーザ光であっても、前記光ファイバケー
ブルを用いて任意の位置で前記した波長のレーザ光を高
効率で出射することができ、その実用的効果は大きく向
上することになり、光ファイバケーブル並びに固体レー
ザ装置の用途拡大に大きく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における光ファイバケーブルの
構成図である。

【図２】本発明の実施例におけるの光ファイバケーブル
の要部断面図である。

【図３】本発明の実施例における固体レーザ装置の構成
図である。

【図４】本発明の実施例における固体レーザ装置の部分
構成図である。

【図５】本発明の実施例における固体レーザ装置の部分
構成図である。

【図６】従来の第一の例における光ファイバケーブルの
構成図である。

【図７】従来の第一の例における固体レーザ装置の構成
図である。

【符号の説明】

１ 光ファイバ入射端 ２ 光ファイバコネクタ ３ 光ファイバケーブル ４ 光ファイバケーブル先端部 １０ 石英光ファイバ １２ レンズ １３ 固体レーザ媒質 １５ 非線形光学素子 １６ 出射レーザ光 １８ 保護チューブ ２０ 半導体レーザ装置 ２１ 光ファイバケーブル ２３ 出射レーザ光 ３０ 半導体レーザ ３２ コリメートレンズ ３３ フォーカスレンズ ４０ 半導体レーザ ４１ 光ファイバ ４４ コリメートレンズ ４５ フォーカスレンズ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一のレーザ光を伝搬させる光ファイバ
   と、前記光ファイバの先端に位置し、前記光ファイバを
   伝搬した第一のレーザ光で励起されることにより第二の
   レーザ光を発生するところのＥｒをドーパントとした固
   体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質から出力される第
   二のレーザ光の波長を変換する非線形光学素子とを備
   え、前記固体レーザ媒質および前記非線形光学素子は前
   記光ファイバと一体構造を成し、前記非線形光学素子の
   先端より第三のレーザ光を出射することを特徴とする光
   ファイバケーブル。
2. 【請求項２】 第一のレーザ光を発生するレーザ光源と
   前記第一のレーザ光を伝搬させる光ファイバと、前記光
   ファイバの先端に位置し、前記光ファイバを伝搬した第
   一のレーザ光で励起されることにより第二のレーザ光を
   発生するところのＥｒをドーパントとした固体レーザ媒
   質と、前記固体レーザ媒質から出力される第二のレーザ
   光に変換する非線形光学素子とを備え、前記固体レーザ
   媒質および前記非線形光学素子は前記光ファイバと一体
   構造を成し、前記非線形光学素子の先端より第三のレー
   ザ光を発生することを特徴とする固体レーザ装置。
3. 【請求項３】前記第二のレーザ光は波長５００ｎｍ帯域
   のレーザ光であり、前記第三のレーザ光は波長２００ｎ
   ｍ帯域のレーザ光であることを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載の光ファイバケーブルおよび固体レーザ
   装置。
4. 【請求項４】前記非線形光学素子は前記第二のレーザ光
   の波長を２分の１に変換することを特徴とする請求項１
   また請求項２記載の光ファイバケーブルおよび固体レー
   ザ装置。