JPS61144086A - 色素レ−ザ - Google Patents

色素レ−ザ

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JPS61144086A
JPS61144086A JP26591484A JP26591484A JPS61144086A JP S61144086 A JPS61144086 A JP S61144086A JP 26591484 A JP26591484 A JP 26591484A JP 26591484 A JP26591484 A JP 26591484A JP S61144086 A JPS61144086 A JP S61144086A
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voltage
diffraction grating
optical
wavelength
dye laser
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JP26591484A
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Koichi Kajiyama
康一 梶山
Yasuo Itakura
板倉　康夫
Kazuaki Sajiki
桟敷　一明
Norio Moro
茂呂　則夫
Kaoru Saito
斉藤　馨
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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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】 （発明の技術分野） 本発明は、ブロードな発振スペクトルを得るための色素
レーザに関する。
（従来の技術） ブロードバンドモードで発振させる従来の色素レーザは
、第１３図に示す如く、全反射ミラー１と出力ミラー２
との間に色素セルを配設した構造の共振器、または第１
４図に示す如く上記ミラーＩＫ代えて回折格子４を使用
した構造の共振器を使用している。
（発明が解決しようとする問題点） 上記のような構造の共振器を有する従来のブロードバン
ド色素レーザは、第１５図にその発振スペクトルを示す
ように、レーザ強度が発振波長巾内で大きく変化すると
いう欠点、つまりレーザ強度が波長に依存するという欠
点があった。また個々のレーボパルスについての発振ス
ペクトルにバラツキを生じるという問題点、つまりスペ
クトル波形の時間安定性が良好でないという問題点も有
していた。
（問題点を解決するための手段） 本発明では、出力ミラーの光軸上に位置される態様で回
折格子を傾斜配置しかつ該回折格子に対向する態様で全
反射ミラーを配設してなる共振器を使用し、この共振器
にその発振波長を変化させる波長掃引手段を設けるよう
にしている。また本発明では、上記共振器より取出され
た光の強度を一定化する手段を設けている。
（作用） 本発明によれば、上記発振器の発振波長が掃引され、こ
れによって発振スペクトルがブロードとなる。また、共
振器の出力光の強度が一定化される。
（実施例） 以下、図面を参照に本発明の詳細な説明する。
第１図は、本発明に係る色素レーザの一実施例を示して
いる。
この実施例は、出カミ２−１０と、該ミラー１０の光軸
上に傾斜配置された回折格子２０と、この１解 猥 いま、出力ミラー１０と回折格子２０間に配設された色
素セル４０内の溶媒が励起光によって励起されると、出
カミ２−１Ｏとチェーユングミラー３０間において光発
振が行なわれ、その発振光の一部が出力ミラー１０から
取出される。上記回折格子２０とチューニングミラー１
０を有する斜め入射形のこの実施例の発振器は、第２図
にその発振スペクトルな例示するように、波長巾の狭い
発振を行なう。
ところでこの実施例では、上記発振器の発振波長を掃引
するため、つまり該発振波長を時間的に変化させるため
、上記回折格子２０と色素セル４０間に光偏向器５０を
介在させてあり、第３図はこの光偏向器の一例を示す。
同図に示す光偏向器５０Ａは、電気光学効果をもつＫＤ
Ｐ（重リン酸カリウム）等の結晶で形成された複数のプ
リズム５１を光学軸が交互に反転する態様で配列させた
構成をもち、以下のように作用する。
すなわち、上記各プリズム５１の厚みｄ方向に一様な電
界が印加されると、第４図に示す如く屈折率（ｎＯ＋δ
）のプリズムが屈折率（ｎｏ−δ）の媒質中におかれた
状態となり、この結果、一端より入射された光が他端に
おいて角度Δθだけ偏向される。
前記回折格子２０に入射する光が上記光偏向器５０Ａに
よって偏向されると、発振器の発振波長が変化される。
第３図に示したように、上記光偏向器５０Ａには上記プ
リズム５１に高周波の電界を作用させる高電圧発生回路
６０Ａが接続されている。したがって上記光測器５０Ａ
は第５図に示す如く上記発振波長を時間的に変化させ、
つまり該発振波長を△λだけアナログ的に掃引し、しか
もこの掃引作用を上記高電圧発生回路６０Ａの電°圧発
生周期で繰り返す。この結果、この実施例によればΔλ
なる波長巾を有するブロードな波形の発振スペクトルを
得ることができる。
なお、第５図において点線はある偏向角での発振スペク
トルを示している。
上記掃引中Δλは、光偏向器５０Ａの構成や該偏向器の
形状等により決定される。すなわち、上記偏向器の縦方
向長をｈ＝５ｍｍ、厚みをｄ　＝　５ｍｍ。
前後方同長をＬ＝１００ｍｍ、この偏向器５に対する最
大印加電圧をｌ０ＫＶとし、前記回折格子２０としＣ１
８０００７ｍｍのものを使用した場合、Δλα１０　ｃ
ｍ　　程度の掃引中が得られる。
第６図に示すような光偏向器５０Ｂを使用しても上記と
同様な波長の掃引を行なうことができる。
この光偏向器５０Ｂは、４重積電極形電気光学偏向器と
呼ばれているものであり、Ｘあるいはｙ方向についての
電界強度を直線的に変化させることにより、入射光をＸ
あるいはｙ方向に偏向させることができる。したがって
共通接続された電極５３畠、５３ｃと電極５３ｂ、５３
ｄ間に高電圧発生回路６０Ｂを接続して高周波の電圧を
印加することにより、第５図に示したような態様で波長
の掃引が繰り返し行なわれる。
なお、この光偏向器は、その材料としてＬｉＴａ０１を
使用し、その端面の辺長をＤ＝４ｍｍ、長手方向長をＬ
＝５０ｍｍとした場合、印加電圧がｌ０ＫＶのときに２
Ｘ１０−”ｒａｄの偏向を行なう。したがって、回折格
子２０に１８００　Ｇ／ｍｍのものを使用した場合、Δ
λ＝５０　Ｃ，ｍ−”程度の掃引中が得られる。
第１図に示した光偏向器５として、第７図に示す音響光
学偏向器ＳＯＣを・使用することも可能である。この光
偏向器ＳＯＣにおいて、圧電薄膜等よりから超音波振動
子５４が超音波発振器６０Ｃによりて励振されると、七
すプデン酸塩結晶等からなる音響媒質５５中を矢視する
方向に超音波が伝搬する。そこで上記媒質５５に光を入
射させると、この入射光は上記超音波によって形成され
る屈折率の疎密により偏向され、その偏向角は上記発振
器６０Ｃの発振周波数に比例する。
上記発振器６０Ｃは、発振周波数が周期的に変化するよ
うに構成されており、したがって上記光偏向器５０Ｃは
前記各偏向器と同様に波長の掃引を繰りかえして行なう
。
第３図、第６図および第７図に示した光偏向器５０Ａ、
５０Ｂおよび５０Ｃは、各々アナログ式の電気光学偏向
器であるが、第８図に示すようなデジタル式の光偏向器
５０Ｄを適用することも可能である。
この光偏向器５０Ｄにおいて、ポーラライザ５６はＸ方
向の偏光特性をもつ光を通過させる作用を、また電気光
学素子５７ｍ、５７ｂは電圧非印加時に入射光をそのま
ま通過させ、電圧印加時に入射光の偏光方向を９０°回
転させる作用を、さらに複屈折物質５８ｍ、５８ｂは入
射光の偏光方向がＸ方向である場合に該入射光を直進さ
せ、入射光の偏光方向がｙ方向である場合に該入射光を
偏向させる作用を各々なす。
いま、前記発振器の発振ノ（ルス巾かたとえヲｆ〜１０
ｍ５であるとすると、この）（ルス巾の期間中において
２ｎ＠おきに上記素子５７　ｍ、　　５７　ｂに対する
電圧印加の組合せを適宜変えると、２ｎｓおきに（＆Ｌ
　（ｂＬ　（ｅ）ｅ　（ｄ）の光路を通りて順次光力１
放出される。すなわち、素子５７ｍ、５７ｂの双方に電
圧を印加しない場合には光路（−）を通して、素子５７
ｂのみに電圧を印加した場合には光路（ｂ）を通しズ、
素子５７ｍのみに電圧を印加した場合に＆１光路（Ｃ）
を通して、また素子５７ｍ、５７ｂの双方に電圧を印加
した場合には光路（ｄ）を通して光か放出される。
なお、この偏向器５０Ｄでは、終段に設けた電気光学素
子５７ｃにより・、上記各光路（ａ）〜（ｄ）を通る光
の偏光方向を前記回折格子２０の偏光特性に合致させる
ようにしている。
制御回路６０Ｄは、上記各光路（ａ）〜（ｄ）を経て所
定の偏光方向なもつ光が順次放出されるよ５Ｋ、上記各
電気光学素子５７ｍ、５７ｂおよび５７ｃを選択駆動す
る作用をなす。もちろんかかる作用は繰りかえして行な
われる。
上記各光路（、）〜（ｄ）を通って順次放出される光は
互いに偏向角が相違することから、この光偏向器５０Ｄ
を使用した場合でも発振波長が掃引されることになる。
上記光路の数は、電気光学素子および複屈折物質の数を
増加することにより増やすことができる。
・たとえば４個の電気光学素子と３個の複屈折物質を組
合わせた場合、偏向角の異なる８本の光が順次放出され
る光偏向器が構成され、第９図はかかる光偏向器を使用
した場合の発振器の発振スペクトルを例示している。
なお、同図に示す掃引波長巾△λとして５０ｃｍ　”を
得る場合、１８０００７ｍｍの回折格子２０を用いると
すると約１１、フの偏向角を必要とする。したがって上
記８個の光路をもつ偏向器を構成した場合、個々の光路
間のなす角度が０．１２５°程度に設定され、また発振
器の発振波長巾が約６ｃｍ−”となるように該発振器が
構成される。
第３図に示したアナログ式光偏向器５０Ａと、第８図に
示したデジタル式光偏向器５０Ｄとを組合わせた光偏向
器を適用することも可能である。
すなわち、８個の光路なもつ光偏向器５０Ｄによって偏
向された８本の光を順次光偏向器５０Ａに入射させれば
、それらの光が該光偏向器５０Ａでアナログ偏向される
ことになる。したがってかかる組合せ光偏向器を使用す
れば、第１０図に示す如く上記８個の光について発振波
長が各々時間的に変化され、その結果アナログ光偏向器
５０Ａによる掃引波長巾を５　ａｍ−１とした場合、こ
の組合せ光偏向器の掃引波長巾Δλは４０〜５０　Ｃｍ
−”程度となる。
上記実施例では、回折格子２０に対する光入射角を光偏
向器で変化させることにより発振波長を時間変化させて
いるが、光偏向器を用いないで発振波長の掃引を行なう
ことも可能である。
すなわち、第１１図に示す如く三角柱状の圧電素子７０
の側面に薄膜ミラー７１を接着し、この圧電素子７０に
発振回路７２より出力される高周波電圧を印加すると、
上記圧電素子が周期的に変位してミラー７１が同周期が
角度変化する。それ故、ミラー７１を第１図に示したチ
ェーニングミラー３０に代用して角度変化させれば、発
振波長を掃引することができる。
また、圧電素子にルールドあるいはホログラフィックに
よる刻線を付した第１２図に示すような回折格子８０に
対し、発振回路８１より出力される高周波電圧を印加す
ると、とΩ電圧の周期変化により回折格子８０が伸縮し
て図示していない上記刻線の数が時間的に変化する。し
たがりて、この回折格子８０を第１図に示した回折格子
２０に代用してその刻線を周期変化させれば、やはり発
振波長の掃引を行なうことができる。
ところで、第５図および第９図に示す如く上記波長の掃
引によって得られるスペクトルはブロードな波形をもつ
が、出力ミラー１０より出射される色素レーザパルスの
強度が岡谷図に示す如く掃引波長巾内で若干変動してい
る。
また同各図は、あるレーザパルスについてのスペクトル
を示しているが、前記色素セル４０に入射する励起光の
ゆらぎによりて各レーザパルスについてのスペクトル強
度にバラツキを生じる虞れもある。
そこで、第１図に示した実施例では、出力ミラー１０の
右方に該ミラーより出射されるレーザ光の強度を安定化
する強度安定装［１００を設けている。
この強度安定装置Ｚｏｏにおいては、増幅用色素セル９
０を通過した色素レーザ光が電気光学素子１０１とボー
９２イザとからなる光減衰器１０３に入射される。なお
上記レーザ光は、回折格子２０で決定されたある偏光特
性を有している。電気光学素子１０１は１７２波長電圧
を印加された状態において入射光の偏光面を・９０°回
転させる作用をなし、また上記ポーラライザ１０２は上
記電圧を印加してない状態における該電気光学素子１０
１の出射光の偏光面、つまり上記レーザ光の偏光面に合
致する態様で配置されている。したがって、電気光学素
子１０１に対する印加電圧を変化させて該素子１０１よ
り出射されるレーザ光の偏光状態を変化させると、ポー
ラライザ１０２より出射される光の強度が減衰される。
上記光減衰器１０３、ビームスプリッタ１０４、フォト
ディテクタ１０５、制御回路１０６および高電圧発生回
路１０７は、安定化された色素レーザ光を得るためのフ
ィードバック系を構成している。
すなわち、ビームスプリッタ１０４は、ポー２ライザ１
０４を通過したレーザ光の一部をフォトディテクタ１０
５に入射させる。−万、制御回路１０６はフォトディテ
クタ１０５の出力、つまりポーラライザ１０．２から出
射されているレーザ光制御信号を高電圧発生回路１０７
に加える。これにより高電圧発生回路１０７は、上記両
電圧の差が無くなるよ５に電気光学素子１０１に対する
印加電圧を変化させる。
それ故、第１３図に示す所定レベルＬｒａｆ色素レーザ
光がビームスプリンタ１０４を通過しているときの７オ
トデイテクタ１０５の出力電圧を上記基準電圧として設
定しておけば、同図に示す如く光強度につい【の時間安
定性のよいブロードな色素レーザ光を得ることができる
。
なお、強度安定装置１０は上記の構成に限定されず、発
振器より出射されたレーザ光のレベルを平担化しうるも
のであれば種々の手段を適用しうる。
（発明の効果） 本発明によれば、レーザ強度が発振波長に依存せず、し
かも時間安定性の良いブロード°バンドの色素レーザ光
を得ることができる。したがって、たとえばＣＡＲＤ（
コヒーレント・アンチストークス・ラマン分光）によ・
る濃度の定量測定や時間変化のある過渡的な現象の測定
に適用した場合、高い精度の測定結果を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る色素レーザの一実施例を示した概
念図、第２図は第１図に示す発振器の波長非掃引時０発
振“６クト７＆例示した特性図・第３図は光偏向器の一
例を示した斜視図、第４図は第３図に示した光偏光器の
作用を示す図、第５図は第４図に示した光偏向器を用い
た場合の波長掃引の態様を示した特性図、第６図、第７
図および第８図は各々光偏向器の他の例を示した概念図
、第９図は第８図に示す光偏向器を使用した場合の波長
掃引の態様を例示した特性図、第１０図は、第６図に示
した光偏向器を第８図に示した光偏向器とを組合せた場
合の波長掃引の態様を例示した特性図、第１１図はミラ
ーの角度を電気的に変化させる手段の一例を概念的に示
した斜視図、第１２図は刻線数を電気的に変化させるこ
とができる回折格子の一例を概念的に示した斜視図、第
１３図および第１４図は°各々従来のブローバンバ色素
レーザの構成を例示した概念図、第１５白は第１３図お
よび第１４図に示した色素レーザの発振スペクトルを示
した特性図である。 １０・・・出力ミラー、２０．８０・・・回折格子、３
０・・・チューニングミラー、４０，９０・・・色素セ
ル１、う：Ｊ ５０、−５０Ａ〜５０Ｄ・・・光偏向器、６０Ａ、６０
Ｂ・・・高電圧発生回路、６０Ｃ・・・発振器、６０Ｄ
・・・制御回路、７０・・・圧電素子、７１・・・薄膜
ミラー、１００・・・強度安定装置、１０１・・・電気
光学素子、１０２・・・ポーラライザ、１０３・・・光
減衰器、１０４・・・ビームスプリッタ、１０５・・・
フォトディテクタ、１０６・・・制御回路、１０７・・
・高電圧発生回路。 第２図 ・　　　Ｓｆｆ炎 第３図 コ１ 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 漬是入 第１３図 第１４図 第１５図 □　人（沢長）

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）出力ミラーの光軸上に位置される態様で回折格子
    を傾斜配置しかつ該回折格子に対向する態様で全反射ミ
    ラーを配設してなる発振器と、この発振器の発振波長を
    時間的に変化させる波長掃引手段とを備えてなる色素レ
    ーザ。
  2. （２）上記波長掃引手段は、上記回折格子と出力ミラー
    間に介在された光偏向器と、該光偏向器を介して上記回
    折格子に入射される光が周期的に一定角度偏向されるよ
    うに上記光偏向器を駆動する手段とからなる特許請求の
    範囲第（１）項記載の色素レーザ。
  3. （３）上記波長掃引手段は、薄膜ミラーを備えた圧電素
    子と、上記薄膜ミラーが周期的に角度変化されるように
    上記圧電素子を駆動する手段とを有してなり、上記薄膜
    ミラーを上記全反射ミラーとして機能させるようにした
    特許請求の範囲第（１）項記載の色素レーザ。
  4. （４）上記波長掃引手段は、表面に回折用の刻線が形成
    された圧電素子と、上記刻線の数が周期的に所定本数変
    化されるように上記圧電素子を駆動する手段とを有して
    なり、上記圧電素子を上記回折格子として機能させるよ
    うにした特許請求の範囲第（１）項記載の色素レーザ。
  5. （５）出力ミラーの光軸上に位置される態様で回折格子
    を傾斜配置しかつ該回折格子に対向する態様で全反射ミ
    ラーを配設してなる発振器と、この発振器の発振波長を
    時間的に変化させる波長掃引手段と、上記発振器より取
    出されたレーザ光の強度を安定化する手段とを備えてな
    る色素レーザ。
  6. （６）上記強度を安定化する手段は、上記共振器より取
    出されたレーザ光の光路中に介在させた光減衰手段と、
    該光減衰手段を通過した上記レーザ光の強度が基準強度
    となるように上記光減衰手段の減衰量を制御する制御手
    段とを備えてなる特許請求の範囲第（５）項記載の色素
    レーザ。
  7. （７）上記光減衰器は、偏光器と、この偏光器によって
    偏光された光を通過させるポーラライザとからなる特許
    請求の範囲第（６）項記載の色素レーザ。
JP26591484A 1984-12-17 1984-12-17 色素レ−ザ Pending JPS61144086A (ja)

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