JPWO2017060967A1 - 波長変換装置 - Google Patents

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Abstract

波長変換装置は、励起源１、光共振器を構成する入力ミラー５ａ及び出力ミラー５ｂ間に配置され且つ前記励起源からの励起光により励起させてレーザ光を放出するレーザ媒質３、前記入力ミラー及び出力ミラー間に配置され且つ前記レーザ媒質からのレーザ光の吸収に伴って透過率が増加する可飽和吸収体４、前記出力ミラーからのレーザ光である基本波を高調波に変換する波長変換素子、前記波長変換素子からの出力とレーザ出力設定値とに基づき前記基本波と前記高調波との位相整合を調整するための位相整合信号を生成し、前記位相整合信号を前記波長変換素子に出力することによりレーザ出力を制御する制御部を備える。

Description

本発明は、分光学、レーザ加工装置、レーザ照明装置などに用いられる受動Ｑスイッチレーザを利用した波長変換装置に関する。
図３は、従来の受動Ｑスイッチレーザを用いた波長変換装置の構成を示す図である。この波長変換装置は、受動Ｑスイッチレーザ１０と、波長変換部２０とを有する。
受動Ｑスイッチレーザ１０は、励起（ポンプ）用のレーザダイオード、レンズ、レーザ媒質、可飽和吸収体、レーザ媒質及び可飽和吸収体を挟むように配置された２つのミラーを用いることにより、レーザ発振させて出力パルスからなるレーザ光を発生させる。波長変換部２０は、受動Ｑスイッチレーザ１０からのレーザ光の基本波を高調波に変換する。
一方、Ｑスイッチレーザ（能動Ｑスイッチレーザ）の出力パルスエネルギーは、レーザダイオードの励起（ポンプ）パワーにより制御される。
これに対して、受動Ｑスイッチレーザ１０の場合、ポンプパワーを変えると、出力パルスエネルギーは、ほぼ一定値であり、繰り返し周波数が変化する。従って、受動Ｑスイッチレーザを用いた波長変換装置のレーザ出力は、光を均等に吸収するＮＤ（Neutral Density）フィルタ又は連続式可変型ＮＤフィルタホイール（Density Wheel）３０を用いて制御される。
なお、従来の技術として、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。
特開２００７−２９４４９８号公報
しかしながら、レーザ出力を制御するために、ＮＤフィルタ又は連続式可変型ＮＤフィルタホイール３０を用いると、以下のような課題がある。
即ち、連続式可変型ＮＤフィルタホイール３０を手動で移動しながら、レーザ出力を測定して、連続式可変型ＮＤフィルタホイール３０の位置を決定する必要があった。
また、高いピークパワーを持つレーザの場合、短期間にＮＤフィルタ又は連続式可変型ＮＤフィルタホイール３０が損傷する。透過型ＮＤフィルタよりも反射型ＮＤフィルタの損傷閾値が大きいが、数百ｋＷピークパワーのレーザの場合、反射型ＮＤフィルタも損傷する。
また、反射型ＮＤフィルタ又は連続式可変型ＮＤフィルタホイール３０の場合、反射されたレーザは、他の物体に照射されることがあるため、十分に減衰させる必要がある。
本発明の課題は、レーザ出力を自動的に制御し、レーザを吸収又は反射することなくレーザ出力を制御することができる波長変換装置を提供する。
上記の課題を解決するために、本発明に係る波長変換装置は、繰り返し周波数で励起して励起光を出力する励起源と、光共振器を構成する入力ミラー及び出力ミラー間に配置され且つ前記励起源からの励起光により励起させてレーザ光を放出するレーザ媒質と、前記入力ミラー及び出力ミラー間に配置され且つ前記レーザ媒質からのレーザ光の吸収に伴って透過率が増加する可飽和吸収体と、前記出力ミラーからのレーザ光である基本波を高調波に変換する波長変換素子と、前記波長変換素子からの出力とレーザ出力設定値とに基づき前記基本波と前記高調波との位相整合を調整するための位相整合信号を生成し、前記位相整合信号を前記波長変換素子に出力することによりレーザ出力を制御する制御部とを備える。
本発明によれば、制御部が、波長変換素子からの出力とレーザ出力設定値とに基づき基本波と高調波との位相整合を調整するための位相整合信号を生成し、位相整合信号を波長変換素子に出力することによりレーザ出力を制御する。
従って、レーザ出力を自動的に制御でき、レーザを吸収又は反射することなくレーザ出力を制御することができるので、物体が損傷せず、反射光の危険性がなくなる。
図１は本発明の実施例１の波長変換装置の構成図である。 図２は本発明の実施例２の波長変換装置の構成図である。 図３は従来の波長変換装置の構成図である。
以下、本発明の実施形態に係る受動Ｑスイッチレーザを用いた波長変換装置を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施例１の波長変換装置の構成図である。
波長変換装置は、受動Ｑスイッチレーザ６と、波長変換部７と、レーザ出力設定部８と、コントローラ９とから構成されている。
受動Ｑスイッチレーザ６は、励起源１、レンズ２ａ，２ｂ、入力ミラー５ａ、レーザ媒質３、可飽和吸収体４、出力ミラー５ｂを備えている。入力ミラー５ａ、レーザ媒質３、可飽和吸収体４、出力ミラー５ｂは、光共振器を構成する。
励起源１は、励起（ポンプ）用のレーザダイオードを有し、レーザダイオードで励起する光をレンズ２ａに出力する。レンズ２ａ，２ｂは、励起源１からの励起光を集光してレーザ媒質３に出力する。
レーザ媒質３は、例えば、希土類ドープＹＡＧ、ＹＶＯ４、又はＧｄＶＯ４からなり、入力ミラー５ａと出力ミラー５ｂとの間に配置される。レーザ媒質３の一端には、入力ミラー５ａが取り付けられ、入力ミラー５ａは、励起光を透過しレーザ光を高反射率で反射する。出力ミラー５ｂは、レーザ光の一部を透過するとともに、残りを反射させる。
可飽和吸収体４は、入力ミラー５ａと出力ミラー５ｂとの間に配置され、レーザ媒質３からのレーザ光の吸収に伴って透過率が増加する。可飽和吸収体４は、励起準位の電子密度が飽和すると、透明化し、光共振器のＱ値が急激に高まりレーザ発振が発生してパルス光が発生する。可飽和吸収体４は、例えば、Ｃｒ：ＹＡＧからなる。
波長変換部７は、本発明の波長変換素子に対応し、出力ミラー５ｂからのレーザ光の基本波を高調波に変換して出力する。
レーザ出力設定部８は、キーボード、マウス、タッチパル等からなり、レーザ出力設定値を設定する。コントローラ９は、マイクロコンピュータからなり、レーザ出力設定部８で設定されたレーザ出力設定値を入力する。
コントローラ９は、本発明の制御部に対応し、波長変換部７からのレーザ出力とレーザ出力設定値とを比較し、基本波と高調波との位相整合を調整するための位相整合信号を生成し、位相整合信号を波長変換部に出力することによりレーザ出力を制御する。
このように実施例１の受動Ｑスイッチレーザによれば、受動Ｑスイッチレーザ６は、励起源１、レンズ２ａ，２ｂ、レーザ媒質３、可飽和吸収体４、２つのミラー５ａ，５ｂを用いることにより、レーザ発振させて出力パルスからなるレーザ光を発生させる。
波長変換部７は、受動Ｑスイッチレーザ６からのレーザ光の基本波を高調波に変換する。コントローラ９は、波長変換部７からのレーザ出力とレーザ出力設定値とを比較し、基本波と高調波との位相整合を調整するための位相整合信号を生成し、位相整合信号を波長変換部に出力することによりレーザ出力を制御する。
このため、波長変換を行うために必要となる位相整合を微細に制御することができる。位相整合が良くなると、波長変換の効率が良くなり、レーザ出力が上昇する。一方、位相整合が悪くなると、波長変換の効率が低下し、レーザ出力が低下する。
従って、レーザ出力を自動的に制御でき、レーザを吸収又は反射することなくレーザ出力を制御することができるので、物体が損傷せず、反射光の危険性がなくなる。
図２は本発明の実施例２の波長変換装置の構成図である。実施例２の波長変換装置は、図１に示す実施例１の波長変換装置に対して、波長変換部７ａの構成が異なる。
波長変換部７ａは、第１温度調整素子７１、第２温度調整素子７２、第１波長変換素子７３、第２波長変換素子７４から構成されている。第１波長変換素子７３は、ＳＨＧ用ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶からなり、可飽和吸収体４からのレーザ光である基本波を第２高調波に変換する。第２波長変換素子７４は、ＴＨＧ用ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶からなり、第１波長変換素子７からの第２高調波と残りの基本波を第３高調波に変換する。
第１温度調整素子７１は、ペルチェ素子からなり、第１波長変換素子７３に取り付けられ又は近傍に配置され、コントローラ９からの温度制御信号により第１波長変換素子７３の温度を所定の温度に調整する。
第２温度調整素子７２は、ペルチェ素子からなり、第２波長変換素子７４に取り付けられ又は近傍に配置され、コントローラ９からの温度制御信号により第２波長変換素子７４の温度を所定の温度に調整する。
このように実施例２の受動Ｑスイッチレーザによれば、第１波長変換素子７３は、可飽和吸収体４からのレーザ光である基本波を第２高調波に変換する。第２波長変換素子７４は、第１波長変換素子７３からの第２高調波と残りの基本波を第３高調波に変換する。
出力ミラー５ｂから出力されるレーザ出力の基本波は、１０６４ｎｍであるので、第２波長変換素子７４から出力されるレーザ出力の第３高調波は、３５５ｎｍとなる。
コントローラ９は、第２波長変換素子７４からのレーザ出力とレーザ出力設定値とを比較し、位相整合を調整するための温度制御信号を生成し、温度制御信号を第１温度調整素子７１および第２温度調整素子７２に出力することにより第１波長変換素子７３および第２波長変換素子７４の温度を制御して、レーザ出力を制御する。
即ち、第１波長変換素子７３および第２波長変換素子７４の温度を制御すると、温度によって第１波長変換素子７３および第２波長変換素子７４の屈折率が変化して位相が変化する。
このため、波長変換を行うために必要となる位相整合を微細に制御することができる。位相整合が良くなると、波長変換の効率が良くなり、レーザ出力が上昇する。一方、位相整合が悪くなると、波長変換の効率が低下し、レーザ出力が低下する。
従って、レーザ出力を自動的に制御でき、レーザを吸収又は反射することなくレーザ出力を制御することができるので、物体が損傷せず、反射光の危険性がなくなる。
なお、実施例２では、第２波長変換素子７４が第１波長変換素子７３からの第２高調波を第３高調波に変換したが、例えば、第２波長変換素子が第１波長変換素子からの第２高調波を第４高調波に変換するようにしても良い。この場合、第１波長変換素子は、ＬＢＯ結晶からなり、第２波長変換素子は、ＢＢＯ結晶からなる。
本発明は、分光学装置、レーザ加工装置、医療装置、レーザ照明装置等の受動Ｑスイッチレーザに適用可能である。

Claims (8)

  1. 繰り返し周波数で励起して励起光を出力する励起源と、
    光共振器を構成する入力ミラー及び出力ミラー間に配置され且つ前記励起源からの励起光により励起させてレーザ光を放出するレーザ媒質と、
    前記入力ミラー及び出力ミラー間に配置され且つ前記レーザ媒質からのレーザ光の吸収に伴って透過率が増加する可飽和吸収体と、
    前記出力ミラーからのレーザ光である基本波を高調波に変換する波長変換素子と、
    前記波長変換素子からの出力とレーザ出力設定値とに基づき前記基本波と前記高調波との位相整合を調整するための位相整合信号を生成し、前記位相整合信号を前記波長変換素子に出力することによりレーザ出力を制御する制御部と、
    を備える波長変換装置。
  2. 前記波長変換素子は、前記出力ミラーからのレーザ光である基本波を第２高調波に変換する第１波長変換素子と、
    前記第１波長変換素子からの第２高調波と残りの基本波を第３高調波に変換する第２波長変換素子とを有する請求項１記載の波長変換装置。
  3. 前記波長変換素子は、前記出力ミラーからのレーザ光である基本波を第２高調波に変換する第１波長変換素子と、
    前記第１波長変換素子からの第２高調波を第４高調波に変換する第２波長変換素子とを有する請求項１記載の波長変換装置。
  4. 前記第１波長変換素子及び前記第２波長変換素子には温度を調整する温度調整素子が取り付けられ、前記制御部は、前記温度調整素子に対して温度を制御するための温度制御信号を前記位相整合信号として出力して前記第１波長変換素子及び前記２波長変換素子の前記位相整合を調整する請求項２記載の波長変換装置。
  5. 前記レーザ媒質は、希土類ドープＹＡＧ、ＹＶＯ４、又はＧｄＶＯ４からなる請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の波長変換装置。
  6. 前記可飽和吸収体は、Ｃｒ：ＹＡＧからなる請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の波長変換装置。
  7. 前記波長変換素子は、ＬＢＯ結晶からなる請求項１、請求項２、請求項４乃至請求項６のいずれか１項記載の波長変換装置。
  8. 前記第１波長変換素子は、ＬＢＯ結晶からなり、前記第２波長変換素子は、ＢＢＯ結晶からなる請求項３記載の波長変換装置。
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