WO2020251054A1

WO2020251054A1 - 波長変換部材、それを用いた波長変換装置およびレーザー照射装置、ならびに、波長変換部材の製造方法

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Publication number: WO2020251054A1
Application number: PCT/JP2020/023400
Authority: WO
Inventors: 孝蔵玉置; 京樹中島
Original assignee: Ｓｄｎｉコスモ株式会社
Priority date: 2019-06-14
Filing date: 2020-06-15
Publication date: 2020-12-17
Also published as: JP2022153671A

Abstract

低出力のレーザー照射装置であっても、容易に、そのレーザー照射装置から出力されるレーザー光の波長とは異なる波長に波長変換し増幅うる波長変換部材を提供する。　本発明の波長変換部材（３０）は、レーザー光を導波するためのコア部（３６）と、コア部の周囲に配置されるクラッド（３７）とを含むレーザー導光体（３２）を備える。レーザー導光体（３２）の一方端側におけるコア部（３６）に対して、液体シリカと波長変換物質との混合物がドープ添加されることで、波長変換物質が拡散して配置されるとともに、拡散して配置された波長変換物質の一部が液体シリカ中のＳｉと結合して配置されたラマン波長変換部（３４）を有する。レーザー光がラマン波長変換部（３４）に入射したとき、ラマン波長変換部（３４）において、波長変換物質に基づくラマン効果が生ずることで、レーザー光の波長とは異なる波長に波長変換されたラマン散乱光によるレーザー光が出力される。

Description

波長変換部材、それを用いた波長変換装置およびレーザー照射装置、ならびに、波長変換部材の製造方法

　本発明は、波長変換部材、それを用いた波長変換装置およびレーザー照射装置、ならびに、波長変換部材の製造方法に関する。

　従来より、医療分野等において、レーザーが利用されている。レーザーは、その種類によって固体レーザー、気体レーザー、液体レーザー、半導体レーザーに大別される。そのうち、特に、歯科医療用分野で主に用いられているレーザーは、炭酸ガスレーザー、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、半導体レーザー、Ｅｒ：ＹＡＧレーザーである。これらのレーザー光は、射出されると各種光ファイバーを用いて口腔内に伝送され、口腔内の狭い局所にファイバー先端を挿入し、先端から射出されるレーザー光を患部に照射して治療が行われる。

　ここで、医療用レーザーとして、半導体レーザーは、その波長は４００ｎｍ～１０６００ｎｍの波長範囲で用いられ、概ね組織透過型であり、赤血球への熱吸収性が高く、低出力下では、細胞の活性化が期待できる軟組織用のレーザーとして利用される。
　Ｅｒ：ＹＡＧレーザーは、中心波長が２９４０ｎｍであり、水を使用する軟組織硬組織両用のレーザーである。また、Ｅｒ：ＹＡＧレーザーは、水分子を励起して水蒸気爆発させる力が強く、その能力を用いて、歯や歯肉、骨などを削るレーザーとして利用される。

　このようなレーザー照射装置を用いた歯科治療として、半導体レーザーを用いた歯科用治療装置が開示されている（特許文献１を参照）。この歯科用治療装置は、波長範囲４００ｎｍ～４１０ｎｍに含まれる中心波長を有する第１の光を出力する第１の光源と、第１の光源から出力された第１の光を入射端に入力して導波し、導波された第１の光を出射端から出力し、出力された第１の光を被治療領域に照射する光導波体と、受光部により受光された光を解析する解析手段と、解析手段により解析された解析結果を表示する表示手段と、を備えている。

　また、医療処置用および歯科処置用として、固体レーザーとして、Ｅｒ：ＹＡＧレーザーによる照射装置を開示している（特許文献２を参照）。この照射装置は、その細長い本体部が２本以上の光ファイバーを包含して出力源から標的表面に向けて電磁エネルギーを伝達するように構成される。照射装置の遠位端は単体構造体として例示され、近位端は多数の近位端部材を備えるように例示される。照射装置は、エネルギーを遠位端に向けて伝達する２本以上の光ファイバーと、装置の遠位端から近位端に向けてエネルギーを伝達する少なくとも１本の光ファイバーとを備えている。

特開２００９－１７２０５１号公報特表２００７－５３７７７６号公報

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　しかしながら、特許文献１に記載の歯科用治療装置では、所定の波長範囲に中心波長を有する波長に対応した治療しか行うことができず、その治療の用途が限られていた。

　また、２９４０ｎｍの波長域のＥｒ：ＹＡＧレーザーや、高出力の半導体レーザーを用いようとすれば、装置の構成が大型化するため、在宅治療を望むような高齢者や肢体不自由の人たちに対して、レーザー照射装置による治療は困難であった。また、Ｅｒ：ＹＡＧレーザーは、そのレーザーの性質上、水分が必ず必要であった。

　それゆえに、この発明の主たる目的は、低出力のレーザー照射装置であっても、容易に、そのレーザー照射装置から出力されるレーザー光の波長とは異なる波長に波長変換し増幅うる波長変換部材を提供することである。

　この発明にかかる波長変換部材は、レーザー光を導波するためのコア部と、コア部の周囲に配置されるクラッドとを含むレーザー導光体を備え、レーザー導光体の一方端側におけるコア部に対して、液体シリカと波長変換物質との混合物がドープ添加されることで、波長変換物質が拡散して配置されるとともに、拡散して配置された波長変換物質の一部が液体シリカ中のＳｉと結合して配置されたラマン波長変換部を有し、レーザー導光体の他方端側からレーザー光がコア部を介してラマン波長変換部に入射したとき、ラマン波長変換部において、波長変換物質に基づくラマン効果が生ずることで、レーザー光の波長とは異なる波長に波長変換されたラマン散乱光によるレーザー光が出力されることを特徴とする、波長変換部材である。
　また、この発明にかかる波長変換部材は、レーザー光を導波するためのコア部と、コア部の周囲に配置されるクラッドとを含むレーザー導光体と、Ｓｉを含む基材と、基材にドープ添加される波長変換物質とにより構成されるラマン波長変換部と、を備え、ラマン波長変換部は、レーザー導光体の一方端側におけるコア部に融合され、かつ、波長変換物質が拡散して配置されるとともに、拡散して配置された波長変換物質の一部がＳｉと結合して配置され、レーザー導光体の他方端側からレーザー光がコア部を介してラマン波長変換部に入射したとき、ラマン波長変換部において、波長変換物質に基づくラマン効果が生ずることで、レーザー光の波長とは異なる波長に波長変換されたラマン散乱光によるレーザー光が出力されることを特徴とする、波長変換部材である。
　さらに、この波長変換部材は、レーザー光が導波するためのＳｉを含む基材と、基材にドープ添加される波長変換物質とを含み、基材にラマン効果を生ずるための波長変換物質が予めドープ添加されることで、波長変換物質が拡散して配置されるとともに、拡散して配置された波長変換物質の一部がＳｉと結合して配置されたラマン波長変換部と、ラマン波長変換部の周囲に配置されるクラッドと、を備え、ラマン波長変換部の他方端側からレーザー光がラマン波長変換部に入射したとき、ラマン波長変換部において、波長変換物質に基づくラマン効果が生ずることで、レーザー光の波長とは異なる波長に波長変換されたラマン散乱光によるレーザー光が出力されることを特徴とする、波長変換部材である。
　この波長変換部材は、波長変換物質の平均粒径が、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。
　また、この波長変換部材は、波長変換物質のドープ率が、０．１％以上３０％以下であることが好ましい。
　さらに、この波長変換部材は、ラマン散乱光により出力されたレーザー光の波長が、３０００ｎｍ以上であることが好ましい。
　また、この波長変換部材は、コア部の材料は石英であることが好ましい。
　さらに、この波長変換部材は、ドープ添加される波長変換物質が、チタン酸化物であることが好ましい。
　さらにまた、この波長変換部材は、チタン酸化物は、酸化チタン（ＴｉＯ₂）であることが好ましい。
　また、この波長変換部材は、酸化チタンは、アナターゼ型であることが好ましい。

　この発明にかかる波長変換装置は、本発明にかかる波長変換部材と、レーザー導光体の他方端側に配置され、ラマン効果により生ずるレーザー光の波長とは異なる波長に波長変換された波長のレーザー光を反射する機能を有するハーフミラー部と、を備える波長変換装置である。

　この発明にかかるレーザー照射装置は、本発明にかかる波長変換装置と、波長変換部材にレーザー光を射出する半導体レーザーと、半導体レーザーを制御することにより、ラマン波長変換部における温度を制御するための制御部と、を備える、レーザー照射装置である。

　この発明にかかる波長変換部材の製造方法は、液体シリカと波長変換物質との混合物を準備する工程と、準備された混合物に、レーザー光を導波するためのコア部が露出されたレーザー導光体の一方端側を浸漬して、レーザー導光体の露出されたコア部に混合物を塗布する工程と、混合物を塗布した部分にレーザー光を照射して、レーザー導光体の一方端側において露出されたコア部の表面に塗布された混合物を溶融したうえで、混合物内で波長変換物質を拡散させる工程と、さらに、混合物を塗布した部分にレーザー光を照射して、波長変換物質の溶融温度より小さい温度により混合物を塗布した部分を加熱することで、波長変換物質が拡散された状態で固定して、ラマン波長変換部を形成する工程と、を含む、波長変換部材の製造方法である。
　このとき、液体シリカと波長変換物質との混合物を準備する工程において、この混合物に対して、さらに、炭素が添加されることが好ましい。
　また、この発明にかかる波長変換部材の製造方法は、波長変換物質がＳｉを含む基材に予めドープ添加されたラマン波長変換部を準備する工程と、ラマン波長変換部を、レーザー光を導波するためのコア部を含むレーザー導光体の一方端側に接合する工程と、レーザー光を照射して、ラマン波長変換部とレーザー導光体との接合部を溶融して、ラマン波長変換部に含まれる波長変換物質をレーザー導光体のコア部に拡散させる工程と、を含む、波長変換部材の製造方法である。
　さらに、この発明にかかる波長変換部材の製造方法は、Ｓｉを含む石英（ＳｉＯ₂）などの高い屈折率を有する材料により形成された紐状の基材を準備する工程と、基材に対して波長変換物質をドープ添加してラマン波長変換部を形成する工程と、形成されたラマン波長変換部の周囲に配置されるクラッドを形成する工程と、を含む、波長変換部材の製造方法である。

　この発明によれば、低出力のレーザー照射装置であっても、容易に、そのレーザー照射装置から出力されるレーザー光の波長とは異なる波長に波長変換し増幅うる波長変換部材を提供することができる。また、この波長変換部材を備えた波長変換装置を提供することができる。さらに、この波長変換装置を備えたレーザー照射装置を提供することができる。さらにまた、上記の波長変換部材を製造することができる、波長変換部材の製造方法を提供することができる。

　この発明の上述の目的、その他の目的、特徴及び利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。

この発明の第１の実施の形態にかかるレーザー照射装置の外観図である。この発明の第１の実施の形態にかかるレーザー照射装置の構成を示した図解図である。この発明の第１の実施の形態にかかる波長変換部材の拡大断面図である。この発明の第１の実施の形態の変形例にかかる波長変換部材の拡大断面図である。この発明の第１の実施の形態にかかる波長変換部材の製造方法を説明するためのフロー図である。この発明の第１の実施の形態の変形例にかかる波長変換部材の製造方法を説明するためのフロー図である。この発明の第２の実施の形態にかかるレーザー照射装置の構成を示した図解図である。この発明の第２の実施の形態にかかる波長変換部材の製造方法を説明するためのフロー図である。この発明の第３の実施の形態にかかる波長変換部材の拡大断面図である。この発明の第３の実施の形態の変形例にかかる波長変換部材の拡大断面図である。

Ａ．第１の実施の形態
　本発明の第１の実施の形態に係る波長変換部材３０を用いた波長変換装置２０を有するレーザー照射装置１０を、図面を参照しながら説明する。

　図１は、この発明の第１の実施の形態にかかるレーザー照射装置の外観図である。図２は、この発明の第１の実施の形態にかかるレーザー照射装置の構成を示した図解図である。図３は、この発明の第１の実施の形態にかかる波長変換部材の拡大断面図である。

　第１の実施の形態にかかるレーザー照射装置１０は、図１または図２に示すように、波長変換装置２０と本体部５０とを含む。そして、波長変換装置２０は、図１または図２に示すように、波長変換部材３０とハーフミラー部４０と、を含む。

１．波長変換部材
　第１の実施の形態にかかる波長変換部材３０は、レーザー導光体３２を含む。レーザー導光体３２は、レーザー光を導波するためのコア部３６と、コア部３６の周囲に配置されるクラッド３７と、クラッド３７の周囲に配置される被覆層３８とを備える。コア部３６、クラッド３７、および、被覆層３８は、同心状に配置される。

　コア部３６は、たとえば、Ｓｉを含む石英（ＳｉＯ₂）などの高い屈折率を有する材料で形成されている。クラッド３７は、石英または樹脂などの材料により形成され、コア部３６よりも０．２％以上１％以下程度低い屈折率を有する。被覆層３８は、フッ素樹脂などの樹脂材料により形成され、コア部３６およびクラッド３７を保護する。本実施の形態では、コア部３６が石英（ＳｉＯ₂）から形成されており、クラッド３７が硬質の樹脂材で形成され、被覆層３８がフッ素を含む樹脂材料により形成されている。なお、本実施の形態にかかるコア部３６は、中空に形成されていてもよい。中空に形成される実施の形態の詳細は、後述される。また、本実施の形態のコア部３６は、石英（ＳｉＯ₂）により形成されているが、これに限ることはなく、たとえば、ジルコニアあるいはサファイアが用いられてもよい。

　また、図３に示すように、レーザー導光体３２の一方端側においてコア部３６は露出しており、その部分には、ラマン波長変換部３４がコア部３６を覆うように配置される。ラマン波長変換部３４には、液体シリカと波長変換物質との混合物がドープ添加されることで、波長変換物質が拡散して配置されている。すなわち、ラマン波長変換部３２は、シリカ系ガラスにより形成され、その内部に、波長変換物質が拡散されて配置されている。また、拡散して配置された波長変換物質の一部が、液体シリカ中のＳｉ結晶の構造として結合して配置される。そして、ラマン波長変換部３２は、その先端部分が略半球状に形成される。なお、ラマン波長変換部３２は、その先端部分がレンズ状に形成されてもよい。
　なお、液体シリカと波長変換物質との混合物に炭素（あるいは、炭素化合物）が添加された混合物がドープされた場合には、ラマン波長変換部３２には、シリカ系ガラスにより形成され、その内部に、波長変換物質および炭素が拡散されて配置される。

　レーザー導光体３２の他方端側からレーザー光がコア部３６を介してラマン波長変換部３４に入射したとき、ラマン波長変換部３４において、波長変換物質に基づくラマン効果が生ずることで、レーザー光の波長とは異なる波長に波長変換されたラマン散乱光によるレーザー光（ストークス光）が出力される。なお、レイリー散乱により、より短周波数の紫外線域に生じる範囲は、混合物に用いられる液体シリカ側に青色の光吸収性の材料を混合して、有害波長を減衰除去するようにしてもよい。これにより、出力されるレーザー光の安全性を確保することができる。
　ここで、たとえば、近赤外線域に波長を広げるためには、エレクトロンのストーク現象を他の原子と影響することで励起レベルまで拡大することが理論として知られている。すなわち、ストーク現象は、２原子間の電子の相互作用により起こる現象であることから、関連原子間において、電子価と軌道上の電子数の安定までの不足数の関連により、ラマンシフトやレイリーシフトの相互影響がフォトンの共鳴現象から、ストーク現象の大きさに反映できると推定される（なお、より詳細な理論的な内容は、非特許文献１ないし非特許文献６を参照のこと。）。
　また、波長変換物質は、液体シリカ中に含まれるＳｉ結晶の構造として結合することで、ストーク現象が励起ストーク域まで拡大されるかが、波長域の拡大に影響を与える。

　波長変換物質は、たとえば、チタン酸化物やＥｒ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｂｉ、Ｐｒ等の希土類レーザー媒質などを使用することができる。使用される波長変換物質によって、ラマン効果により生ずる各物質特有の波長に変換されたラマン散乱光によるレーザー光（ストークス光）としての出力を選択することができる。波長変化物質の粒径は、ラマン効果を効率的に生じさせるための表面積を確保するためにナノレベルとし、小さければ小さいほど好ましい。特に、この波長変換部材３０を歯科治療に使用する場合は、水の吸収波長を考慮して、波長変換物質が選択される。

　なお、チタン酸化物としては、酸化チタン（ＴｉＯ₂）が好ましい。波長変換物質としての酸化チタンの平均粒径は、ナノレベルとした、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、ラマン効果を効率的に生じさせるための表面積を確保することができる。波長変換物質としてのチタン酸化物のドープ率は、０．１％以上３０％以下であることが好ましい。これにより、さらに、ラマン効果を効率的に生じさせることができる。たとえば、波長変換物質として酸化チタン（ＴｉＯ₂）を用いた場合、ラマン散乱光により出力されたレーザー光の波長は、３０００ｎｍ以上とすることができる。このように、特に、酸化チタンにより赤外域へ波長がシフトすることは、非特許文献７や非特許文献８において、その理論が開示されている。

　また、酸化チタン（ＴｉＯ₂）としては、ルチル型やアナターゼ型の結晶構造の酸化チタンを用いることができる。なお、波長変換物質としては、アナターゼ型の結晶構造の酸化チタンを用いることが好ましい。酸化チタンがアナターゼ型であると、付随する原子構造が９００℃以上でルチル型に修飾される際にストーク現象を起す周囲の原子として有意である可能性を有する。また、アナターゼ型にはさらに、Ｈｏｍｏ、Ｒｕｍｏの２種類あるが、効率的にストーク現象を起すには、Ｒｕｍｏ型が好ましい。

　本実施の形態のレーザー導光体３２は、コア部３６の直径が約２００μｍ以上３２０μｍ以下、クラッド３７の外径が約２５０μｍ以上３７０μｍ以下、レーザー導光体３２に配置されるラマン波長変換部３４の部分の直径は、約２２０μｍ以上３４０μｍ以下、レーザー導光体３２の軸方向に沿った長さは約２００μｍ程度である。

　図３に示す波長変換部材３０は、レーザー導光体３２の一方端側においてコア部３６は露出しており、その部分には、ラマン波長変換部３４がコア部３６を覆うように配置され、ラマン波長変換部３４には、液体シリカと波長変換物質との混合物がドープ添加されることで、波長変換物質が拡散して配置されている。すなわち、ラマン波長変換部３２は、シリカ系ガラスにより形成され、その内部に、波長変換物質が拡散されて配置されている。また、拡散して配置された波長変換物質の一部が、液体シリカ中のＳｉ結晶の構造として結合して配置される。これにより、低出力のレーザー照射装置であっても、容易に、そのレーザー照射装置から出力されるレーザー光の波長とは異なる波長に波長変換し増幅うる波長変換部材を提供することができる。

　また、図３に示す波長変換部材３０は、波長変換物質としての酸化チタンの平均粒径が、ナノレベルとした、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であると、ラマン効果を効率的に生じさせるために必要な表面積を確保することができる。

　さらに、図３に示す波長変換部材３０は、波長変換物質としてのチタン酸化物のドープ率が、０．１％以上３０％以下であると、さらに、ラマン効果を効率的に生じさせることができる。

　また、図３に示す波長変換部材３０は、ラマン散乱光により出力されたレーザー光の波長が３０００ｎｍ以上であると、水の吸収波長であることから、歯科治療に対して好適に使用することができる。

　さらにまた、図３に示す波長変換部材３０は、コア部３６は、たとえば、Ｓｉを含む石英（ＳｉＯ₂）などの高い屈折率を有する材料で形成されていると、効率よく、波長変換部材３０に対してレーザー光を導波させることができる。

　また、図３に示す波長変換部材３０は、波長変換物質としてチタン酸化物を使用し、さらに酸化チタン（ＴｉＯ₂）を使用すると、歯科治療に必要な波長域のラマン効果により生ずるラマン散乱光によるレーザー光（ストークス光）を得ることができる。
　さらに、この酸化チタンがアナターゼ型であると、付随する原子構造が、９００℃以上でルチル型に修飾される際にストーク現象を起す周囲の原子として有意であるので、より好適に使用することができる。

　次に、第１の本実施の形態の変形例にかかる波長変換部材１３０について説明する。
　図４は、この発明の第１の実施の形態の変形例にかかる波長変換部材の拡大断面図である。なお、図４に示す波長変換部材１３０において、図３に示した波長変換部材３０と同一の部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

　変形例にかかる波長変換部材１３０は、レーザー導光体１３２と、ラマン波長変換部１３４とを含む。レーザー導光体１３２は、レーザー光を導波するためのコア部３６と、そのコア部３６の周囲に配置されるクラッド３７とを含む。

　ラマン波長変換部１３４は、レーザー導光体１３２の一方端側において露出されるコア部３６に融合されて接合される。ラマン波長変換部１３４は、基材１３４ａと、その基材１３４ａにドープ添加するための波長変換物質とを含む。基材１３４ａには、Ｓｉが含まれる。好ましくは、基材１３４ａは石英により形成される。基材１３４ａに波長変換物質がドープ添加されることで、基材１３４ａの内部に波長変換物質が拡散して配置されるとともに、拡散して配置された波長変換物質の一部が基材１３４ａに含まれるＳｉと結合して配置される。
　ここで、ラマン波長変換部１３４で使用される波長変換物質は、ラマン波長変換部３４と同様の物質を使用することができる。

　レーザー導光体１３２の他方端側からレーザー光がコア部３６を介してラマン波長変換部１３４に入射したとき、ラマン波長変換部１３４において、波長変換物質に基づくラマン効果が生ずることで、レーザー光の波長とは異なる波長に波長変換されたラマン散乱光によるレーザー光（ストークス光）が出力される。

　図４に示す波長変換部材１３０は、図３に示す波長変換部材３０と同様の効果を奏するとともに、次の効果も奏する。
　すなわち、別途、ラマン波長変換部１３４を製造したうえで、レーザー導光体１３２に接合する構造であるので、ラマン波長変換部１３４を量産することで、容易に波長変換部材１３０を得ることができることから、波長変換部材１３０の量産に好適な構造である。

２．波長変換装置
　波長変換装置２０は、図１および図２に示すように、波長変換部材３０と、ハーフミラー部４０とを備える。

　第１の実施の形態にかかるハーフミラー部４０は、波長変換部材３０の他方端側に配置され、ラマン効果により生ずるレーザー光の波長とは異なる波長に波長変換された波長のレーザー光を反射する機能を有する。すなわち、たとえば、波長変換物質が酸化チタンである場合、ラマン効果により生ずる波長を３０００ｎｍとしたとき、３０００ｎｍの波長を反射するためのハーフミラー部４０が配置される。

　なお、波長変換装置２０は、波長変換部材１３０と、ハーフミラー部４０とにより構成することもできる。

　図１または図２に示す波長変換装置２０では、ラマン効果により生ずるレーザー光の波長とは異なる波長に波長変換された波長のレーザー光を反射する機能を有するハーフミラー部４０を備えるので、波長変換部材３０において、ラマン効果が生ずることで、レーザー光の波長とは異なる波長に波長変換さえたラマン散乱光によるレーザー光（ストークス光）をより効率的に増幅させることができる。

３．レーザー照射装置
　第１の実施の形態にかかるレーザー照射装置１０は、波長変換装置２０と、本体部５０とを含む。

　本体部５０は、図２に示すように、波長変換部材３０にレーザー光を射出するレーザー発生部５２と、レーザー発生部５２を制御することにより、波長変換部材３０、１３０のラマン波長変換部３４における温度を制御するための制御部５４とを備える。また、必要に応じて、レーザー照射装置１０の本体部５０は、制御部５４を介してレーザー照射装置１０を操作するための操作部５６と、レーザー照射装置１０の制御の状態を表示するための表示部５８を備える。なお、波長変換部材３０としては、波長変換部材１３０を使用することができる。

　レーザー光発生部５２は、制御部５４の制御によりレーザー光を射出し、そのレーザー光を波長変換装置２０に出力する。

　レーザー光発生部５２としては、半導体レーザー、固体レーザー装置、ファイバーレーザー装置などを採用することができる。本実施の形態にかかるレーザー光発生部５２は、半導体レーザーにより構成される。この半導体レーザーは、電源回路（図示せず）から入力された電流に応じて所定の波長のレーザー光を出力する。また、レーザー光発生部５２は、連続的にレーザー光を出すＣＷモードや、一定の設定時間、一定の出力強度でレーザー発振（オンタイム）と発振停止（オフタイム）を間欠的に繰り返すリピートモードなど、各種レーザー出力モードを備えていてもよい。上記リピートモードは、例えば半導体レーザーへ所定電流値の駆動電流を間欠的に入力することで、実現することができる。

　本実施の形態では、レーザー光発生部５２は、波長９８０ｎｍ、出力４Ｗ以上３０Ｗ以下程度、ＣＷモード、リピートモードでの出力が可能である。レーザー光発生部５２は、リピートモードで、オンタイム１ｍｓ以上１０００ｍｓ以下、オフタイム１ｍｓ以上１０００ｍｓ以下の間で調整可能にレーザーを出力することができる。

　制御部５４は、レーザー照射装置１０の各構成要素を統括的に制御する。また、制御部５４は、記憶部（図示せず）に記憶したプログラムを実行することにより、レーザー照射装置１０に本実施の形態にかかる機能を実現する。

　また、制御部５４は、レーザー光発生部５２からレーザー光を射出させる処理を行うように制御する処理を行う。

　操作部５６は、操作ボタンなどを備え、ユーザの操作に応じた信号を制御部５４に出力する。制御部５４は、操作部５６の操作に応じて、レーザー光発生部５２から射出するレーザー光の出力の大きさ、オンタイム、オフタイムなどを制御する処理を行う。

　表示部５８は、制御部５４の制御により、本発明に係る動作に応じた表示を行う。
　記憶部（図示せず）は、ＲＡＭやＲＯＭなどの半導体記憶装置、ハードディスクドライブなどの磁気ディスク記憶装置等を有し、本発明に係る機能を実現させるためのプログラム、データなどを記憶する。また、記憶部は、制御部５４によるプログラム実行の作業エリアとしても用いられる。

　なお、ラマン波長変換部１３４が、ハーフミラー部４０とレーザー光発生部５２との間に配置されてもよい。そうすると、レーザー光発生部５２より出力されたレーザー光が、ハーフミラー部４０に入る前に、予め、レーザー光の波長とは異なる波長に変換されたラマン散乱光によるレーザー光（ストークス光）を出力させることができる。
　また、ハーフミラー部４０とレーザー光発生部５２との間には、プリズム構造体を配置してもよい。このとき、このプリズム構造体は、波長変換物質がドープ添加されていることが好ましい。プリズム構造体は、レーザー光発生部５２からのレーザー光を波長に応じて分散する機能を有する。

　次に、本発明の実施の形態にかかるレーザー照射装置１０の動作を説明する。

　操作部５６が操作された場合、制御部５４は、レーザー光発生部５２からレーザー光を射出する処理を行う。レーザー光が波長変換部材３０、１３０の他方端部側に入射すると、そのレーザー導光体３２におけるコア部３６を伝搬し、波長変換部材３０、１３０のラマン波長変換部３４に拡散された波長変換物質に作用することによりラマン効果が生ずることで、入射されたレーザー光の波長とは異なる波長に波長変換されたラマン散乱光によるレーザー光（ストークス光）が出力される。

　このとき、レーザー光はパルス状に射出され、ラマン波長変換部３４における温度が高温となるが、波長変換部材３０、１３０が融解しないように、制御部５４により制御される。

　図１および図２に示すレーザー照射装置１０では、本発明にかかる波長変換装置２０を備えるので、低出力のレーザー照射装置であっても、容易に、そのレーザー発生部５２から出力されるレーザー光の波長とは異なる波長に波長変換し増幅うるレーザー照射装置１０を提供することができる。

４．波長変換部材の製造方法
　次に、第１の実施の形態にかかる波長変換部材３０の製造方法について説明する。
　図５は、第１の実施の形態にかかる波長変換部材の製造方法のフロー図である。

　まず、ステップＳ１００において、レーザー導光体３２が準備される。レーザー導光体３２は、レーザー光を導波するためのコア部３６と、コア部３６の周囲に配置されるクラッド３７と、クラッド３７の周囲に配置される被覆層３８とを備える。

　次に、レーザー導光体３２の先端から数センチ程度のクラッド３７および被覆層３８が、治具などで除去され、コア部３６が露出される。

　続いて、ステップＳ１０２において、液体ガラスと波長変換物質との混合物が準備され、混合物がその露出されたコア部３６にドープ添加される。なお、ここで、液体ガラスと波長変換物質との混合物に対して、さらに、炭素（あるいは、炭素化合物）を添加した混合物を準備してもよい。ここで添加される炭素は、ナノレベルの粒径を備える粒子（ナノ粒子、ナノパーティクル）とした炭素ナノ粒子であることが好ましい。これにより、次のステップＳ１０４におけるドープ添加を促進させることができる。また、炭素粒子の平均粒径は、小さければ小さいほど効果があり、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。

　液体ガラスと波長変換物質との混合割合は、たとえば、質量％でそれぞれ５０質量％とされる。波長変換物質は、たとえば、チタン酸化物やＥｒ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｂｉ、Ｐｒ等の希土類レーザー媒質などを使用することができる。すなわち、波長変換物質は、ラマン効果により生ずる物質特有の波長に変換されたラマン散乱光によるレーザー光（ストークス光）としての出力を選択することができる。波長変化物質の粒径は、ラマン効果を効率的に生じさせるための表面積を確保するためにナノレベルとし、小さければ小さいほど好ましい。特に、この波長変換部材を歯科治療に使用する場合は、水の吸収波長を考慮して、波長変換物質が選択される。
　なお、チタン酸化物としては、酸化チタン（ＴｉＯ₂）が好ましい。酸化チタンの平均粒径は、ナノレベルとした、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、ラマン効果を効率的に生じさせるための表面積を確保することができる。

　そして、ステップＳ１０４において、準備された混合物に、レーザー光を導波するためのコア部３６が露出されたレーザー導光体３２の一方端側を浸漬して、レーザー導光体３２の露出されたコア部３６に混合物が塗布される。

　次に、ステップＳ１０６において、混合物を塗布した部分にレーザー光を照射して、レーザー導光体３２の一方端側において露出されたコア部３６の表面に塗布された混合物を溶融したうえで、混合物内で波長変換物質が拡散される。このとき、レーザー発生部５２より照射される出力は、コア部３６の直径や液体シリカの品質（不純物等の有無）に応じて調整される。たとえば、レーザー発生部５２として半導体レーザーを使用し、レーザー光の波長９８０ｎｍ、２５Ｗの出力とした場合、コア部３６の直径が２００μｍに対しては２５０ｍｓで照射され、コア部３６の直径が３２０μｍに対しては４５０ｍｓで照射され、コア部３６の直径が４００μｍに対しては６００ｍｓ以上９５０ｍｓ以下で照射される。

　たとえば、波長変換物質の溶融温度によりリミッターが設定される。波長変換物質が酸化チタンの場合、溶融温度手前の１７００℃に制限される。レーザー導光体３２が、クオーツファイバーあるいはガラスファイバーの場合は、１４４０℃前後で溶融する。
　コア部３６の直径が大きいほど、溶融するのに時間がかかるため長く調整される。また、時間の調整は、波長変換物質のドープ率により変化する。波長変換物質としてのチタン酸化物のドープ率は、０．１％以上３０％以下であることが好ましい。

　よって、この工程における波長変換物質の拡散に要する温度は、波長変換物質の溶融温度よりも略低い温度で、短時間にコア部３６の粘度を下げ、表面張力にてレンズ状あるいは略半球体に近い状態に形成されることで、波長変換物質は、混合物を塗布した部分において拡散される。そして、これにより、励起フォトンの拡散に影響され、増幅される。この増幅は、総合フォトン量が、入射されるレーザーフォトン量を上回る現象である。また、出力されるレーザー光（ストークス光）は、そのレーザー光の出力される先端部分の加工形態がレンズ状あるいは略半球体とすることで、レーザー出力の方向性と拡散とをコントロールすることができる。

　一方、溶融時間が長いと、波長変換物質、たとえば、酸化チタンにルチル結晶が集積し、ストーク現象を起す条件を下げてしまう。
　酸化チタン（ＴｉＯ₂）がアナターゼ型であると、付随する原子構造が９００℃以上でルチル型に修飾される際にストーク現象を起す周囲の原子として有意である可能性を有する。なお、アナターゼ型にはさらにＨｏｍｏ、Ｒｕｍｏの２種類あるが、効率的にストーク現象を起すには、Ｒｕｍｏ型が好ましい。

　そして、ステップＳ１０８において、さらに、混合物を塗布した部分にレーザー光を照射して、波長変換物質の溶融温度により小さい温度で、混合物を塗布した部分を加熱することで、波長変換物質が拡散された状態で固定することにより、ラマン波長変換部３４が形成される。このときも、レーザー発生部５２より照射される出力は、コア部３６の直径や液体シリカの品質（不純物等の有無）に応じて調整される。そして、たとえば、レーザー発生部５２として半導体レーザーを使用し、レーザー光の波長９８０ｎｍ、２５Ｗの出力とした場合、１ｓ以上３ｓ以下で照射される。

　このようにして、ステップＳ１１０において、図３に示す波長変換部材３０が製造される。

　第１の実施の形態にかかる波長変換部材の製造方法によれば、液体シリカと波長変換物質との混合物を準備する工程と、準備された混合物に、レーザー光を導波するためのコア部３６が露出されたレーザー導光体３２の一方端側を浸漬して、レーザー導光体３２の露出されたコア部３６に混合物を塗布する工程と、混合物を塗布した部分にレーザー光を照射して、レーザー導光体３２の一方端側において露出されたコア部３６の表面に塗布された混合物を溶融したうえで、混合物内で波長変換物質を拡散させる工程と、さらに、混合物を塗布した部分にレーザー光を照射して、波長変換物質の溶融温度より小さい温度により混合物を塗布した部分を加熱することで、波長変換物質が拡散された状態で固定して、ラマン波長変換部３４を形成する工程と、を含むことにより、図３に示す波長変換部材３０の製造方法を提供することができる。

　続いて、第１の実施の形態の変形例にかかる波長変換部材１３０の製造方法について、説明する。
　図６は、第１の実施の形態の変形例にかかる波長変換部材１３０の製造方法のフロー図である。

　まず、ステップＳ２００において、所定の長さのレーザー導光体１３２が準備される。たとえば、レーザー導光体１３２の長さは、１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下、あるいは１ｍ以上２ｍ以下程度の長さで準備される。レーザー導光体１３２は、レーザー光を導波するためのコア部３６と、コア部３６の周囲に配置されるクラッド３７と、クラッド３７の周囲に配置される被覆層３８とを備える。レーザー導光体１３２の一方端側において、先端から数センチ程度のクラッド３７および被覆層３８が、治具などで除去され、コア部３６が露出される。

　そして、ステップＳ２０２において、波長変換物質が予めドープ添加されたラマン波長変換部１３４が準備される。ここで準備されるラマン波長変換部１３４は、直径が２００μｍ以上４００μｍ以下であり、長さが１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、あるいは、１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下程度の小片として準備される。このようなラマン波長変換部１３４の小片は、既知の方法により基材１３４ａに対して波長変換物質をドープ添加することにより、量産することができる。ここで、たとえば、基材１３４ａに対する波長変換物質のドープ方法としては、ＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ａｘｉａｌ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＭＣＶＤ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることができる。

　次に、ステップＳ２０４において、準備されたラマン波長変換部１３４を、レーザー光を導波するためのコア部３６を含むレーザー導光体１３２の一方端側に接合される。この接合は、たとえば、接合面を加熱したうえで、溶着することにより行われる。

　続いて、ステップＳ２０６において、ラマン波長変換部１３４が溶着されたレーザー導光体１３２の他方端側からレーザー光がコア部３６を介してラマン波長変換部１３４に入射されて、レーザー導光体１３２とラマン波長変換部１３４との接合部が溶融される。そうすると、ラマン波長変換部１３４に含まれる波長変換物質が、レーザー導光体１３２のコア部３６に拡散されることで、レーザー導光体１３２とラマン波長変換部１３４とがより強固に接合される。

　このようにして、ステップＳ２０８において、図４に示す波長変換部材１３０が製造される。

　第１の実施の形態の変形例にかかる波長変換部材の製造方法によれば、波長変換物質がＳｉを含む基材１３４ａに予めドープ添加されたラマン波長変換部１３４を準備する工程と、ラマン波長変換部１３４を、レーザー光を導波するためのコア部３６を含むレーザー導光体３２の一方端側に接合する工程と、レーザー光を照射して、ラマン波長変換部１３４とレーザー導光体３２との接合部を溶融して、ラマン波長変換部１３４に含まれる波長変換物質をレーザー導光体３２のコア部３６に拡散させる工程と、を含むので、図４に示す波長変換部材１３０の製造方法を提供することができる。

Ｂ．第２の実施の形態
　続いて、本発明の第２の実施の形態に係る波長変換部材を用いた波長変換装置５２０を有するレーザー照射装置５１０を、図面を参照しながら説明する。

　図７は、この発明の第２の実施の形態にかかるレーザー照射装置の構成を示した図解図である。

　第２の実施の形態にかかるレーザー照射装置５１０は、図７に示すように、波長変換装置５２０と本体部５５０とを含む。そして、波長変化装置５２０は、図７に示すように、波長変換部材５３０とハーフミラー部５４０と、を含む。また、波長変換部材５３０により導光されたレーザー光を治療部位に照射するために術者が保持するハンドピース５６０を含む。

１．波長変換部材
　第２の実施の形態にかかる波長変換部材５３０は、ラマン効果を生ずるための波長変換物質が予めドープ添加されたラマン波長変換部５３４と、ラマン波長変換部５３４の周囲に配置されるクラッド５３７と、クラッド５３７の周囲に配置される被覆層５３８とを備える。ラマン波長変換部５３４、クラッド５３７、および、被覆層５３８は、同心状に配置される。

　ラマン波長変換部５３４は、Ｓｉを含む石英（ＳｉＯ₂）などの高い屈折率を有する材料により形成された紐状の基材５３４ａと、基材５３４ａにドープ添加されるラマン効果を生ずるための波長変換物質とを含む。したがって、ラマン波長変換部５３４の基材５３４ａには、波長変換物質が拡散して配置されるとともに、拡散して配置された波長変換物質の一部がＳｉと結合して配置される。基材５３４ａに対する波長変換物質のドープ率は、０．１％以上３％以下である。クラッド５３７は、石英または樹脂などの材料により形成され、基材５３４ａよりも０．２％以上１％以下程度低い屈折率を有する。被覆層５３８は、フッ素樹脂などの樹脂材料により形成され、ラマン波長変換部５３４およびクラッド５３７を保護する。本実施の形態では、ラマン波長変換部５３４が石英（ＳｉＯ₂）に対して波長変換物質がドープ添加されたものから形成されており、クラッド５３７が硬質の樹脂材で形成され、被覆層５３８がフッ素を含む樹脂材料により形成されている。なお、基材５３４ａは、石英（ＳｉＯ₂）により形成されているが、これに限ることはなく、たとえば、ジルコニアあるいはサファイアが用いられてもよい。また、クラッド５３７に対して、ラマン効果を生ずるための波長変換物質が予めドープ添加されていてもよい。

　レーザー照射装置５１０は、本体部５５０とハンドピース５６０とが遠隔に配置されているため、レーザー照射装置５１０に使用される波長変換部材５３４は比較的、長いものが使用される。この波長変換部材の５３４の長さは、たとえば、ハンドピース５６０による治療に支障をきたさない長さが確保されており、たとえば、１ｍ以上である。

　レーザー光がラマン波長変換部５３４の他方端側から入射したとき、ラマン波長変換部５３４において、波長変換物質に基づくラマン効果が生ずることで、レーザー光の波長とは異なる波長に波長変換されたラマン散乱光によるレーザー光（ストークス光）が出力される。

　波長変換物質は、たとえば、チタン酸化物やＥｒ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｂｉ、Ｐｒ等の希土類レーザー媒質などを使用することができる。すなわち、波長変換物質は、ラマン効果により生ずる各物質特有の波長に変換されたラマン散乱光によるレーザー光（ストークス光）としての出力を選択することができる。波長変化物質の粒径は、ラマン効果を効率的に生じさせるための表面積を確保するためにナノレベルとし、小さければ小さいほど好ましい。特に、この波長変換部材を歯科治療に使用する場合は、水の吸収波長を考慮して、波長変換物質が選択される。

　なお、チタン酸化物としては、酸化チタン（ＴｉＯ₂）が好ましい。波長変換物質としての酸化チタンの平均粒径は、ナノレベルとした、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、ラマン効果を効率的に生じさせるための表面積を確保することができる。波長変換物質としてのチタン酸化物のドープ率は、０．１％以上３％以下であることが好ましい。これにより、さらに、ラマン効果を効率的に生じさせることができる。波長変換物質として酸化チタン（ＴｉＯ₂）を用いた場合、図４に示すように、ラマン散乱光により出力されたレーザー光の波長は、３０００ｎｍ以上である。

　図７に示す波長変換部材５３０は、ラマン波長変換部５３４は、Ｓｉを含む石英（ＳｉＯ₂）などの高い屈折率を有する材料により形成された紐状の基材５３４ａと、基材５３４ａにドープ添加されるラマン効果を生ずるための波長変換物質とを含む。したがって、ラマン波長変換部５３４の基材５３４ａには、波長変換物質が拡散して配置されるとともに、拡散して配置された波長変換物質の一部がＳｉと結合して配置される。これにより、低出力のレーザー照射装置であっても、容易に、そのレーザー照射装置から出力されるレーザー光の波長とは異なる波長に波長変換し増幅うる波長変換部材を提供することができる。

　図７に示す波長変換部材５３０は、図３に示す波長変換部材３０と同様の効果を奏する。

２．波長変換装置
　波長変換装置５２０は、図７に示すように、波長変換部材５３０と、ハーフミラー部５４０とを備える。

　第２の実施の形態にかかるハーフミラー部５４０、たとえば、波長変換部材５３０の他方端側であって、かつ、本体部５５０の内部に配置され、ラマン効果により生ずるレーザー光の波長とは異なる波長に波長変換された波長のレーザー光を反射する機能を有する。すなわち、たとえば、波長変換物質が酸化チタンである場合、ラマン効果により生ずる波長は、３０００ｎｍであるので、３０００ｎｍの波長を反射するためのハーフミラー部５４０が配置される。

３．レーザー照射装置
　第２の実施の形態にかかるレーザー照射装置５１０は、波長変換装置５２０と、本体部５５０とを含む。

　本体部５５０は、図７に示すように、波長変換部材５３０にレーザー光を射出するレーザー発生部５５２と、レーザー発生部５５２を制御することにより、波長変換部材５３０のラマン波長変換部５３４における温度を制御するための制御部５５４とを備える。また、必要に応じて、レーザー照射装置５１０の本体部５５０は、制御部５５４を介してレーザー照射装置５１０を操作するための操作部５５６と、レーザー照射装置５１０の制御の状態を表示するための表示部５５８を備える。

　レーザー光発生部５５２は、制御部５５４の制御によりレーザー光を射出し、そのレーザー光を波長変換装置５２０に出力する。

　レーザー光発生部５５２としては、半導体レーザー、固体レーザー装置、ファイバーレーザー装置などを採用することができる。本実施の形態にかかるレーザー光発生部５５２は、半導体レーザーにより構成される。この半導体レーザーは、電源回路（図示せず）から入力された電流に応じて所定の波長のレーザー光を出力する。また、レーザー光発生部５５２は、連続的にレーザー光を出すＣＷモードや、一定の設定時間、一定の出力強度でレーザー発振（オンタイム）と発振停止（オフタイム）を間欠的に繰り返すリピートモードなど、各種レーザー出力モードを備えていてもよい。上記リピートモードは、例えば半導体レーザーへ所定電流値の駆動電流を間欠的に入力することで、実現することができる。

　本実施の形態では、レーザー光発生部５５２は、波長９８０ｎｍ、出力４Ｗ以上３０Ｗ以下程度、ＣＷモード、リピートモードでの出力が可能である。レーザー光発生部５５２は、リピートモードで、オンタイム１ｍｓ以上１０００ｍｓ以下、オフタイム１ｍｓ以上１０００ｍｓ以下の間で調整可能にレーザーを出力することができる。

　制御部５５４は、レーザー照射装置５１０の各構成要素を統括的に制御する。また、制御部５５４は、記憶部（図示せず）に記憶したプログラムを実行することにより、レーザー照射装置５１０に本実施の形態にかかる機能を実現する。

　また、制御部５５４は、レーザー光発生部５５２からレーザー光を射出させる処理を行うように制御する処理を行う。

　操作部５５６は、フットスイッチ、操作ボタンなどを備え、ユーザの操作に応じた信号を制御部５５４に出力する。制御部５５４は、操作部５５６の操作に応じて、レーザー光発生部５５２から射出するレーザー光の出力の大きさ、オンタイム、オフタイムなどを制御する処理を行う。

　表示部５５８は、制御部５４の制御により、本発明に係る動作に応じた表示を行う。
　記憶部（図示せず）は、ＲＡＭやＲＯＭなどの半導体記憶装置、ハードディスクドライブなどの磁気ディスク記憶装置等を有し、本発明に係る機能を実現させるためのプログラム、データなどを記憶する。また、記憶部は、制御部５５４によるプログラム実行の作業エリアとしても用いられる。

　なお、ラマン波長変換部１３４が、ハーフミラー部５４０とレーザー光発生部５５２との間に配置されてもよい。そうすると、レーザー光発生部５５２より出力されたレーザー光が、ハーフミラー部５４０に入る前に、予め、レーザー光の波長とは異なる波長に変換されたラマン散乱光によるレーザー光（ストークス光）を出力させることができる。
　また、ハーフミラー部５４０とレーザー光発生部５５２との間には、プリズム構造体を配置してもよい。このとき、このプリズム構造体は、波長変換物質がドープ添加されていることが好ましい。プリズム構造体は、レーザー光発生部５５２からのレーザー光を波長に応じて分散する機能を有する。

４．波長変換部材の製造方法
　次に、第２の実施の形態にかかる波長変換部材の製造方法について、説明する。
　図８は、この発明の第２の実施の形態にかかる波長変換部材の製造方法を説明するためのフロー図である。

　まず、ステップＳ３００において、Ｓｉを含む石英（ＳｉＯ₂）などの高い屈折率を有する材料により形成された紐状の基材５３４ａが準備される。

　次に、ステップＳ３０２において、基材５３４ａに対して波長変換物質をドープ添加して、紐状のラマン波長変換部５３４が形成される。ここで、基材５３４ａに対する波長変換物質のドープ方法としては、ロッドインチューブ法等を用いることができる。

　続いて、ステップＳ３０４において、形成されたラマン波長変換部５３４の周囲に配置されるクラッド５３７が形成され、続いて、ステップ３０６において、クラッド５３７の周囲に被覆層５３８が形成される。

　このようにして、ステップＳ３０８において、図７に示す波長変換部材５３０が製造される。

　本実施の形態にかかる波長変換部材の製造方法によれば、Ｓｉを含む石英（ＳｉＯ₂）などの高い屈折率を有する材料により形成された紐状の基材５３４ａを準備する工程と、基材に対して波長変換物質をドープ添加してラマン波長変換部５３４を形成する工程と、形成されたラマン波長変換部５３４の周囲に配置されるクラッド５３７を形成する工程と、を含むので、図７に示す波長変換部材５３０の製造方法を提供することができる。

Ｃ．第３の実施の形態
　続いて、本発明の第３の実施の形態に係る波長変換部材６３０について説明する。
　図９は、この発明の第３の実施の形態にかかる波長変換部材の拡大断面図である。

　第３の実施の形態にかかる波長変換部材６３０は、円筒状の中空なコア６３０ａを備えた中空導光体６３２を備える。中空導光体６３２は、内部が中空のパイプ状に形成したラマン波長変換部６３４と、ラマン波長変換部６３４の外周側に形成された金属層６３７と、金属層６３７の外周側に形成された被覆層６３８とにより構成されている。

　ラマン波長変換部６３４は中空のパイプ状に形成され、その内部に円筒状の中空なコア６３０ａを形成する。ラマン波長変換部６３４は、基材６３４ａと、その基材６３４ａにドープ添加するための波長変換物質とを含む。基材６３４ａには、Ｓｉが含まれる。好ましくは、基材６３４ａは石英により形成される。基材６３４ａに波長変換物質がドープ添加されることで、基材６３４ａの内部に波長変換物質が拡散して配置されるとともに、拡散して配置された波長変換物質の一部が基材６３４ａに含まれるＳｉと結合して配置される。
　ここで、ラマン波長変換部６３４で使用される波長変換物質は、ラマン波長変換部３４と同様の物質を使用することができる。

　また、金属層６３７の材料はＡｇやＡｌを用いることができる。材料の選択は、伝送する光の波長に応じて、適宜行うことができる。
　さらに、金属層６３７を被覆する被覆層は、ガラス層などを適宜に用いることができる。

　なお、第３の実施の形態にかかる波長変換部材６３０は、図７に示すレーザー照射装置５１０における波長変換部材５３０に代替して使用することができる。
　この場合、レーザー照射装置は、レーザー照射装置が備えるレーザー光発生部から出力された励起光を反射するとともに波長変換部材６３０への励起光の照射に基づいて波長変換部材６３０から放射される信号光を透過する光学フィルターを備えていてもよい。

　図９に示す波長変換部材６３０は、図３に示す波長変換部材３０と同様の効果を奏する。

　次に、第３の本実施の形態の変形例にかかる波長変換部材７３０について説明する。
　図１０は、この発明の第３の実施の形態の変形例にかかる波長変換部材の拡大断面図である。なお、図１０に示す波長変換部材７３０において、図９に示した波長変換部材６３０と同一の部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

　変形例にかかる波長変換部材７３０は、円筒状の中空なコア７３０ａを備えた中空導光体７３２を備える。内部が中空のパイプ状に形成した金属層６３７と、金属層６３７の外周側に形成された被覆層６３８と、中空導光体７３２の一方端側に配置されるラマン波長変換部７３４とを含む。なお、金属層６３７の内面にラマン波長変換部６３４が形成されていてもよい。

　ラマン波長変換部７３４はレンズ状に形成される。ラマン波長変換部７３４は、中空導光体７３２の一方端側における部分に融合されて接合されるように配置される。ラマン波長変換部７３４は、基材７３４ａと、その基材７３４ａにドープ添加するための波長変換物質とを含む。基材７３４ａには、Ｓｉが含まれる。好ましくは、基材７３４ａは石英により形成される。基材７３４ａに波長変換物質がドープ添加されることで、基材７３４ａの内部に波長変換物質が拡散して配置されるとともに、拡散して配置された波長変換物質の一部が基材７３４ａに含まれるＳｉと結合して配置される。
　ここで、ラマン波長変換部７３４で使用される波長変換物質は、ラマン波長変換部３４と同様の物質を使用することができる。

　図１０に示す波長変換部材６３０は、図９に示す波長変換部材６３０と同様の効果を奏する。

　以上のように、本発明の実施の形態は、前記記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。
　すなわち、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上説明した実施の形態に対し、機序、形状、材質、数量、位置又は配置等に関して、様々の変更を加えることができるものであり、それらは、本発明に含まれるものである。

　この発明に係る波長変換部材、それを用いた波長変換装置およびレーザー照射装置、ならびに、波長変換部材の製造方法は、たとえば、歯科治療に用いられるレーザー照射装置として好適に使用することができる。

　１０、５１０　レーザー照射装置
　２０、５２０　波長変換装置
　３０、１３０、５３０、６３０、７３０　波長変換部材
　６３０ａ、７３０ａ　中空なコア
　３２、１３２　レーザー導光体
　６３２、７３２　中空導光体
　３４、１３４、５３４、６３４、７３４　ラマン波長変換部
　１３４ａ、５３４ａ、６３４ａ、７３４ａ　基材
　３６　コア部
　３７、５３７　クラッド
　６３７　金属層
　３８、５３８、６３８　被覆層
　４０、５４０　ハーフミラー部
　５０、５５０　本体部
　５２、５５２　レーザー発生部（半導体レーザー）
　５４、５５４　制御部
　５６、５５６　操作部
　５８、５５８　表示部

Claims

　レーザー光を導波するためのコア部と、
　前記コア部の周囲に配置されるクラッドとを含むレーザー導光体を備え、
　前記レーザー導光体の一方端側における前記コア部に対して、液体シリカと波長変換物質との混合物がドープ添加されることで、前記波長変換物質が拡散して配置されるとともに、前記拡散して配置された前記波長変換物質の一部が前記液体シリカ中のＳｉと結合して配置されたラマン波長変換部を有し、
　前記レーザー導光体の他方端側から前記レーザー光が前記コア部を介して前記ラマン波長変換部に入射したとき、前記ラマン波長変換部において、前記波長変換物質に基づくラマン効果が生ずることで、前記レーザー光の波長とは異なる波長に波長変換されたラマン散乱光によるレーザー光が出力されることを特徴とする、波長変換部材。
　レーザー光を導波するためのコア部と、前記コア部の周囲に配置されるクラッドとを含むレーザー導光体と、
　Ｓｉを含む基材と、前記基材にドープ添加される波長変換物質とにより構成されるラマン波長変換部と、
を備え、
　前記ラマン波長変換部は、前記レーザー導光体の一方端側における前記コア部に融合され、かつ、前記波長変換物質が拡散して配置されるとともに、前記拡散して配置された前記波長変換物質の一部が前記Ｓｉと結合して配置され、
　前記レーザー導光体の他方端側から前記レーザー光が前記コア部を介して前記ラマン波長変換部に入射したとき、前記ラマン波長変換部において、前記波長変換物質に基づくラマン効果が生ずることで、前記レーザー光の波長とは異なる波長に波長変換されたラマン散乱光によるレーザー光が出力されることを特徴とする、波長変換部材。
　レーザー光が導波するためのＳｉを含む基材と、前記基材にドープ添加される波長変換物質とを含み、前記基材にラマン効果を生ずるための波長変換物質が予めドープ添加されることで、前記波長変換物質が拡散して配置されるとともに、前記拡散して配置された前記波長変換物質の一部が前記Ｓｉと結合して配置されたラマン波長変換部と、
　前記ラマン波長変換部の周囲に配置されるクラッドと、
を備え、
　前記ラマン波長変換部の他方端側から前記レーザー光が前記ラマン波長変換部に入射したとき、前記ラマン波長変換部において、前記波長変換物質に基づくラマン効果が生ずることで、前記レーザー光の波長とは異なる波長に波長変換されたラマン散乱光によるレーザー光が出力されることを特徴とする、波長変換部材。
　前記波長変換物質の平均粒径は、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の波長変換部材。
　前記波長変換物質のドープ率は、０．１％以上３０％以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の波長変換部材。
　前記ラマン散乱光により出力されたレーザー光の波長は、３０００ｎｍ以上であることを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の波長変換部材。
　前記コア部の材料は石英を含む、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の波長変換部材。
　前記ドープ添加される波長変換物質は、チタン酸化物であることを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の波長変換部材。
　チタン酸化物は、酸化チタン（ＴｉＯ₂）であることを特徴とする、請求項８のいずれかに記載の波長変換部材。
　前記酸化チタンは、アナターゼ型であることを特徴とする、請求項９に記載の波長変換部材。
　請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の波長変換部材と、
　前記レーザー導光体の他方端側に配置され、ラマン効果により生ずる前記レーザー光の波長とは異なる波長に波長変換された波長のレーザー光を反射する機能を有するハーフミラー部と、
を備える波長変換装置。
　請求項１１に記載の波長変換装置と、
　前記波長変換部材にレーザー光を射出する半導体レーザーと、
　前記半導体レーザーを制御することにより、前記ラマン波長変換部における温度を制御するための制御部と、
を備える、レーザー照射装置。
　液体シリカと波長変換物質との混合物を準備する工程と、
　前記準備された混合物に、レーザー光を導波するためのコア部が露出されたレーザー導光体の一方端側を浸漬して、前記レーザー導光体の露出された前記コア部に前記混合物を塗布する工程と、
　前記混合物を塗布した部分にレーザー光を照射して、前記レーザー導光体の一方端側において露出された前記コア部の表面に塗布された前記混合物を溶融したうえで、前記混合物内で前記波長変換物質を拡散させる工程と、
　さらに、前記混合物を塗布した部分にレーザー光を照射して、前記波長変換物質の溶融温度より小さい温度により前記混合物を塗布した部分を加熱することで、前記波長変換物質が拡散された状態で固定して、ラマン波長変換部を形成する工程と、
を含む、波長変換部材の製造方法。
　前記液体シリカと波長変換物質との混合物を準備する工程において、
　前記混合物に対して、さらに、炭素が添加されることを特徴とする、請求項１３に記載の波長変換部材の製造方法。
　波長変換物質がＳｉを含む基材に予めドープ添加されたラマン波長変換部を準備する工程と、
　前記ラマン波長変換部を、レーザー光を導波するためのコア部を含むレーザー導光体の一方端側に接合する工程と、
　レーザー光を照射して、前記ラマン波長変換部と前記レーザー導光体との接合部を溶融して、前記ラマン波長変換部に含まれる前記波長変換物質を前記レーザー導光体の前記コア部に拡散させる工程と、
を含む、波長変換部材の製造方法。
　Ｓｉを含む石英（ＳｉＯ₂）などの高い屈折率を有する材料により形成された紐状の基材を準備する工程と、
　前記基材に対して波長変換物質をドープ添加してラマン波長変換部を形成する工程と、
　前記形成されたラマン波長変換部の周囲に配置されるクラッドを形成する工程と、
を含む、波長変換部材の製造方法。