JPS63161435A - 波長可変レ−ザ装置 - 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】 ｒ産業上の利用分野」 本発明は光パラメトリック発振部と光高調波発生部とを
具備する波長可変レーザ装置において、前記光パラメト
リック発振部の非線形光学結晶の回転によって光軸ずれ
が生じ、高調波用結晶への光軸が外れたとき、この光軸
ずれに対応して光高調波発生部を移動可能にしたもので
ある。

「従来の技術」 一般に、波長可変レーザ方式には、色素レーザ方式、温
度同調方式、光パラメトリック発振方式。

アレキサンドライトレーザ方式などがある。このうち、
光パラメトリック発振方式を用いた波長可変レーザ装置
は、例えば第３図に示すように、光パラメトリック発振
部（１）と第２高調波発生部（２）÷構成されている。

前記光パラメトリック発振部（１）はコリメータレンズ
（３）と２枚の反射ミラー（４）（５）と、これらの反
射ミラー（４）（５）間の非線形光学結晶（６）とから
なる、第２高調波発生部（２）はＳＨＧ結晶と呼ばれる
光学結晶（７）が２枚のレンズ（８）（９）に挟まれた
構造になっている。

このような構成において、波長連続可変のレーザ光を出
すためには、励起光として３５０ｎ■近辺の波長をもっ
たパルスレーザが必要である。このため、Ｎｄ−ＹＡＧ
レーザ装置（１０）が用いられる。このＮｄ−ＹＡＧレ
ーザ装置（１０）は１０６０ｎ−の赤外線パルスを発生
するが、実際には第２高調波発生モジュール（ＳＨＧ）
（１１）で５３２ｎｍ、第３高調波発生モジュール（Ｔ
ＨＧ）（１２）で３５５ｎ論のレーザ光が得られる。こ
の例では、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ光のうちからプリズム（
１３）で３５５ｎ朧の光だけを取り出し、光パラメトリ
ック発振部（１）に入射させる。

光パラメトリック発振部（１）に内蔵されている非線形
光学結晶（６）は、光が入射すると元の波長と異なる波
長の光が発生し、結晶（６）面への入射角が変化すると
出てくる光の波長も変化するという性質をもっている。

具体的には第４図（ａ）に示すように３５５ｎ鵬の光を
結晶（６）面に対し垂直に入射させるとｊｏｉｎｔ（青
緑）と１２３０ｎｓ（赤外線）の２つの光が発生し、第
５図（ｂ）に示すように入射光に角度をつけていくと、
この２つの発生光の波長が接近していく、これらの光は
微弱なものであるが、２枚の反射ミラー（４）　（５）
によって共−握させてレーザ光を発する構造になってい
るため、実用的な強度のレーザ光が得られる。

これにより、光パラメトリック発振部（１）で５００〜
１２００ｎ＋ｓのコヒーレント光が得られるが、これに
さらに第２高調波発生部（２）が組み合わせされている
ため、得られた光の波長を半分にすることができ、した
がって２５０ｎ＋ｍ〜１２００ｎｍの範囲で発振光の波
長を変えることができる。

なお、第２高調波発生部（２）に内蔵されたＳＨＧ用結
晶（７）は、入射するパルスレーザの波長に適した入射
角度をもったとき、半分の波長の光を出力する。このた
め、入射するレーザの波長に合わせて、つまり光パラメ
トリック発振結晶（６）の回転角度に対応してＳＨＧ用
結晶（７）も回転させる。

ｒ発明が解決しようとする゛１問題点」しかるに、第２
高調波発生部（２）において、ＳＨＧ結晶（７）の回転
だけでは第３図の点線のようにＳＨＧ結晶（７）の前後
のレンズ（８）（９）の光軸と入射レーザ光の光軸が大
きくずれてしまいレンズの収差等によるレーザ光形状の
変化でＳＨＧ結晶（７）中でのレーザ光パワー密度が減
少してしまい。

安定した出力光が得られない、もつと極端な場合には、
ＳＨＧ結晶（７）の入射面から光軸が外れてしまうこと
があり、目的の高調波のレーザ光が得られない、ＳＨＧ
結晶（７）とレンズ（８）　（９）をそれぞれ移動すれ
ばよいが、その移動を手動で行う場合励起光のレーザは
高パワー（５０ａＪパルス以上）を必要とするので１人
間がそばに居る状態は好ましくない、また塵埃、はこり
等がミラーやレンズ等につき、それがレーザで焼きつき
結晶、ミラー、レンズ等への損傷となることがある。ま
た波長を変化する度に手動にて移動させなければならな
いため連続スキャンができない、最も問題なのは何より
も人手を煩わし、面倒であることである。

光パラメトリック発振部（１）の後に、光軸補正用の透
明誘電体結晶を設置し、この結晶を回転させて光軸ずれ
を補正するようなことも考えられるが、この光軸補正用
結晶中で光パワーのロスが生じるなどの問題があった。

ｒ問題点を解決するための手段」 本発明は上述のような問題点を解決するためになされた
もので、非線形光学結晶の方位回転により位相整合を行
う光パラメトリック発振部と、この光パラメトリック発
振部のレーザ出力をｎ次高調波用結晶に入力してさらに
ｎ次高調波レーザ光を得るためのｎ次高調波発生部とを
具備してなるものにおいて、前記光パラメトリック発振
部の結晶とｎ次高調波発生部の結晶との回転角を制御す
る回転角制御部と、前記光パラメトリック発振部の結晶
の回転に基づく光軸ずれによりｎ次高調波用結晶への光
軸の外れの補正のため前記ｎ次高調波発生部を移動せし
める光軸補正用移動装置とを具備してなるものである。

「作用」 光パラメトリック発振部の結晶は所定波長範囲内のレー
ザ光を出力させるため、尿素結晶の場合、通常±３０度
の回転をさせる。この結晶の回転により回転角に対応し
た光軸ずれが生じる。この光軸ずれはＣ０Ｄ（固体撮像
素子）などのフォトセンサにて検出し、その検出信号を
移動装置へ送る。すると予め設定されたデータと比較し
て光軸ずれ量に対応したパルスが移動装置へ送られてリ
ニアパルスモータが駆動され、ｎ次高調波発生部が光軸
と交差する方向に移動して光軸を補正する。

「実施例」 以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図において、（１）は光パラメトリック発振部、（
３）はコリメータレンズ、　（４）（５）は反射ミラー
、（６）は非線形光学結晶、（２）は第２高調波発生部
、（８）　（９）はレンズ、（７）は第２高調波発生用
結晶（以下ＳＨＧ用結晶という）、（１４）は結晶の回
転角制御部で、これらについては第４図と同一であり、
同符号とする。また、前記結晶（６）として尿素結晶を
用いると、この尿素結晶（６）は、潮解性をもつので、
アルミニウムなどのケース（１５）にマツチングオイル
（１６）とともに封入され、ケース（１５）の両端には
入、出射窓（１７）　（１８）が設けられる。

本発明では、前記光パラメトリック発振部（１）と第２
高調波発生部（２）との間に、光軸ずれ検出装置（１９
）が設けられ、また、第２高調波発生部（２）には光軸
補正用移動装置（２０）が設けられている。

前記光軸ずれ検出装置（１９）は、光パラメトリック発
振部（１）と第２高調波発生部（２）との間に設けられ
たハーフミラ−（２１）と、このハーフミラ−（２１）
で取出された出力の一部から光軸ずれを検出するＣ０Ｄ
（固体撮像素子）、フォトダイオード、ＰＳＤなどから
なるフォトセンサ（２２）と、このフォトセンサ（２２
）の出力と予めメモリ（２３）に記憶されたずれのない
信号とを比較してずれ量りを出力する比較回路（２４）
と、この比較回路（２４）の出力からパルス数に対応し
た出力をする演算部（２４ａ）と、この演算部（２４ａ
）の出力に基づいてパルス信号を出力するパルス発生部
（２５）とからなり、このパルス発生部（２５）からの
出力は移動装置（２０）へ送られる。

前記第２高調波発生部（２）は、具体的には第２図に示
すように、器体（２６）内に設けられた移動装置（２０
）のテーブル（２７）上に、前記２個のレンズ（８）（
９）が所定間隔で固定的に取付けられるとともに、前記
ＳＨＧ用結晶（７）の回転盤（２８）が回転自在に設け
られ、この回転盤（２８）は前記回転角制御部（１４）
からの信号で制御されるリニアパルスモータ（２９）に
て回転角が制御される。また、前記テーブル（ｚ７）は
光軸と直交する２本のガイドレール（３０）　（３１）
上に設置されるとともに、リニアパルスモータ（３２）
に連結されている。このリニアパルスモータ（３２）は
、前記第１図に示すように、モータ駆動用パルス発生部
（２５）に結合されている。

以上のような構成における作用を説明する。

非線形光学結晶（６）として尿素結晶を用いた場合にお
いて、波長を５００〜１２３０ｎａ＋間で変化させるに
は、この結晶（６）を±３０度回転させる必要がある。

例えば結晶（６）の大きさを幅１５ａ＊、高さＬｏｗ、
長さくレーザ入射方向）２０ｍとし、さらに、入、出射
窓（１７）　（１８）までの距離を考慮すると、長さが
４０１となる。屈折率１．５とすると、入射と出射とで
は最大８ｍ程度の光軸ずれが生ずる。また、ＳＨＧ用結
晶（７）としてＫＮｂＯ，、β−Ｂ　ａ　Ｂ　２０４な
どを考えると、結晶サイズは通常５Ｘ５Ｘ５ｍｍ程度で
、しかも、ＳＨＧ用結晶（７）の入射光のパワー密度を
大きくするため、ＳＨＧ用結晶（７）の入、出射位置に
それぞれレンズ（８）（９）が設置されているので。

これらのレンズ（８）（９）の光軸もずれることなく充
分にガイドされた状態で光を送らなければならない。

ここで、光パラメトリック発振部（１）からの出力はハ
ーフミラ−（２１）によって一部がフォトセンサ（２２
）へ送られ、光軸の位置が検出され、検出値が比較回路
（２４）へ送られる。この比較回路（２４）にはメモリ
（２３）から光軸ずれのないときのデータが送られて結
晶（６）の回転に伴う光軸ずれの出力と比較し、ずれ量
りに対応した信号を出力する。このずれ量りに対応する
パルス数が演算部（２４ａ）から出力し、さらにパルス
発生部（２５）を経て移動装置（２０）のリニアパルス
モータ（３２）へ送る。すると、このリニアパルスモー
タ（３２）によってガイドレール（ａｏ）　（３１）上
をテーブル（２７）が移動して光軸を正常状態に制御す
る。

前記実施例では、光パラメトリック発振部（１）の射出
光軸のずれ量りをハーフミラ−（２１）とフォトセンサ
（２２）からなる光軸ずれ検出装置（１９）で検出した
が、このずれ量りは予め測定または計算で求めることが
できる。すなわち、測定の場合は、結晶（６）の回転角
によって変化するずれ量りを予め測定しておき、回転角
制御部（１４）からの回転制御信号に対応して比較回路
（２４）へずれ量りのデータを入力する。また、計算に
よる場合は、入射光の波長、結晶（６）の材質、結晶（
６）の長さ、結晶（６）の回転角によってずれ量りが定
まるから、回転角制御部（１４）からの回転制御信号に
対応してずれ量りを演算し比較回路（２４）に入力する
。このようにすれば前記光軸ずれ検出装置（１９）を省
略することができる。

前記実施例では、光パラメトリック発振部（１）で生じ
たずれを検出してそのずれ量りだけ第２高調波発生部（
２）を移動して光軸がＳＨＧ結晶（７）の中心を通るよ
うにした。しかし、光軸がＳＨＧ結晶（７）を通過する
位置まで移動させればよく中心を通る必要はない、また
、両側のレンズ（８）　（９）の収差が少ない場合には
、レンズ（８）（９）は移動させずにＳＨＧ結晶（７）
だけを移動させるようにしてもよい。

前記実施例では、比較回路（２４）の出力を演算部（２
４ａ）にてパルス数に演算しパルス発生部（２５）から
パルス信号をリニアパルスモータ（３２）へ出力して駆
動するようにした。しかし、移動装置（２０）の駆動部
分に、ロータリモータとウオームギアを組合せれば、ロ
ータリモータの回転角で制御することもできる。また、
駆動部からのリニアパルスモータ（３２）の代りに、パ
ルスモータとウオームギアを組合せたリニアアクチュエ
ータを用いるとりニアパルスモータよりコンパクトで分
解能のすぐれたものが得られる。

前記実施例では、第２高調波発生部（２）の場合を示し
たが、ｎ次高調波の発生する場合であってもよい。

「発明の効果」 本発明は上述のように構成したので、光パラメトリック
発振部において結晶回転による光軸ずれが生じても、ｎ
次高調波発生部での光軸を補正するようにしたので、取
扱いが至便で、また連続スキャニングができ、パワー密
度の減少も防止でき安定した出力光を得ることができる
。　　。

また、自動的に補正されるので、装置全体を確実にほこ
りや塵埃から保護でき、ミラー、レンズ結晶等への焼き
つき、損傷、発振効率の減少等が防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による波長可変レーザ装置の一実施例を
示す説明図、第２図はｎ次高調波発生部の器体内の正面
図、第３図は従来の装置の説明図、第４図は非線形光学
結晶の光波長変換の説明図である。 （１）・・・光パラメトリック発振部、（２）・・・ｎ
次高調波発生部、（３）・・・コリメータレンズ、（４
）　（５）・・・反射ミラー、（６）・・・非線形光学
結晶、（７）・・・ＳＨＧ用結晶、（８）　（９）・・
・レンズ、（１０）・・・Ｎｄ−ＹＡＧレーザ装置、（
１４）・・・回転角制御部、（１５）・・・ケース、（
１７）　（１８）・・・入、出射窓、（１９）・・・光
軸ずれ検出装置、（２０）・・・光軸補正用移動装置、
（２１）・・・ハーフミラ−、（２２）・・・フォトセ
ンサ、（２３）・・・メモリ、（２４）・・・比較回路
、（２４ａ）・・・演算部、　（２５）・・・パルス発
生部、（２６）・・・器体、（２７）・・・テーブル、
（２８）・・・回転盤、（２９）・・・リニアパルスモ
ータ、（３０）　（３１）・・・ガイドレール、（３２
）・・・リニアパルスモータ。 出願人　　浜松ホトニクス株式会社 ｆ　　□　Ｖ　□ （・・ニー・一つ 第　　１　　図 ｊ、？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
Ｊ（Ｊ　　　　　、？’／　　　　　　　　Ｊｌ′Ｑ　
　４　　　図 手続補正書輸発） 昭和６２年０６月０９日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）非線形光学結晶の方位回転により位相整合を行う
   光パラメトリック発振部と、この光パラメトリック発振
   部のレーザ出力をｎ次高調波用結晶に入力してさらにｎ
   次高調波レーザ光を得るためのｎ次高調波発生部とを具
   備してなるものにおいて、前記光パラメトリック発振部
   の結晶とｎ次高調波発生部の結晶との回転角を制御する
   回転角制御部と、前記光パラメトリック発振部の結晶の
   回転に基づく光軸ずれによりｎ次高調波用結晶への光軸
   の外れの補正のため前記ｎ次高調波発生部を移動せしめ
   る光軸補正用移動装置とを具備してなることを特徴とす
   る波長可変レーザ装置。
2. （２）光軸補正用移動装置は光パラメトリック発振部の
   結晶の回転に基づく光軸ずれを、光軸ずれ検出装置で検
   出した信号で制御するようにした特許請求の範囲第１項
   記載の波長可変レーザ装置。
3. （３）光軸ずれ検出装置は光軸上から一部のレーザ光を
   取出すハーフミラーと、このハーフミラーからの光軸の
   ずれ位置を検出するフォトセンサと、このフォトセンサ
   の出力と予め設定された設定値と比較してずれ量を出力
   する比較回路と、この比較回路の出力をパルス数に演算
   する演算部と、光軸補正用移動装置へパルスを出力する
   パルス発生部とからなる特許請求の範囲第２項記載の波
   長可変レーザ装置。
4. （４）光軸補正用移動装置はｎ次高調波発生部のレンズ
   と結晶回転盤とを同一テーブル上に設置し、このテーブ
   ルをガイドレール上に移動自在に設けるとともにリニア
   アクチュエータにて駆動するようにした特許請求の範囲
   第１項記載の波長可変レーザ装置。