JP2004281598A - レーザ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構成で熱複屈折効果を低減し、複数の異なる波長のレーザ光の出力を安定させ、効率良く出射できるレーザ装置を提供すること。
【解決手段】複数のピーク波長を放出可能な固体レーザ媒質を持ち、該固体レーザ媒質より放出される少なくとも２つのピーク波長をそれぞれ波長変換して異なる波長のレーザ光を出力する共振光学系を備え、波長変換される前記複数のピーク波長に対応して一様な位相差特性を有する広帯域の１／４波長板を前記共振光学系に備える。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の波長のレーザ光を発振可能なレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
複数の異なる波長のレーザ光を出射可能なレーザ装置としては、レーザ光の波長が可変なアルゴン・ダイレーザやマルチウェイブレングスのクリプトンレーザなどが知られている。また、その他、固体レーザによるレーザ装置で複数の異なる波長のレーザ光を出射する方法として、ミラー等の光学部材を共振光路内に挿脱させることによって共振光路を切り替え、切り替えられた光路に配置された波長変換素子により異なる波長のレーザ光に変換して、波長選択を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、固体レーザによるレーザ装置では、レーザ結晶自身の発熱から起こる熱複屈折効果が起きてしまう。熱複屈折効果により、共振器内で損失が発生し、出力が低下するため、共振器内の固体レーザ媒質と反射ミラーの間に１／４波長板を配置し、熱複屈折効果の低減を図る方法がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１５１７７４号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００１−２５７３９８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の異なる波長のレーザ光を出力するレーザ装置を構成しようとした場合、各波長に対応した専用の１／４波長板を用意すると共に、これらの波長板を使用波長毎に精度良く入れ替える機構が必要であった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を鑑み、簡単な構成で熱複屈折効果を低減し、複数の異なる波長のレーザ光の出力を安定させ、効率良く出射できるレーザ装置を提供することを技術課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
【０００９】
（１） 複数のピーク波長を放出可能な固体レーザ媒質を持ち、該固体レーザ媒質より放出される少なくとも２つのピーク波長をそれぞれ波長変換して異なる波長のレーザ光を出力する共振光学系を備え、波長変換される前記複数のピーク波長に対応して一様な位相差特性を有する広帯域の１／４波長板を前記共振光学系に設けたことを特徴とする。
【００１０】
（２） （１）の共振光学系は、前記固体レーザ媒質より放出されるピーク波長の内の第１ピーク波長を共振させると共に，その第１ピーク波長の第二高調波を第１レーザ光として出力するための第１波長変換素子を持つ第１共振光学系と、該前第１共振光学系の固体レーザ媒質を含む一部の光路を共用して固体レーザ媒質より放出される前記第１ピーク波長とは異なる第２ピーク波長を共振させると共に，その第２ピーク波長の第二高調波を第２レーザ光として出力するための第２波長変換素子を持つ第２共振光学系と、前記第１共振光学系に対して第２共振光学系の専用光学系を切替える手段とを備え、前記１／４波長板を前記第１及び第２共振光学系の共用光路に設けたことを特徴とする。
【００１１】
（３） （１）の１／４波長板は、水晶板とフッ化マグネシウム板の組合せで構成されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。以下、３波長のレーザ光を選択的に発振する装置について説明する。図１はスリットランプを使用する眼科用レーザ光凝固装置の外観図である。図２は装置の光学系及び制御系概略図である。
【００１３】
１はレーザ装置本体であり、後述するレーザ発振器１０、レーザ光を患者眼の患部に導光して照射するための導光光学系の一部、制御部２０等が収納されている。２は装置のコントロール部であり、レーザ光の波長を選択する波長選択スイッチ２ａやレーザ照射条件を設定入力するための各種スイッチが設けられている。３はレーザ照射のトリガ信号を発信するためのフットスイッチである。
【００１４】
４はスリットランプであり、患者眼を観察するための観察光学系と導光光学系の一部とが備えられている。５は本体１からのレーザ光をスリットランプ４に導光するためのファイバである。６はスリットランプ４を上下動するための架台である。
【００１５】
図２において、１０はレーザ発振器であり、内部にはレーザ発振源としての固体レーザ媒質であるＮｄ：ＹＡＧ結晶（以下、単にロッドともいう）１１、励起光源である半導体レーザ（以下、単にＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）ともいう）１２、波長変換器である非線形結晶（以下、単にＮＬＣ（ＮｏｎＬｉｎｅａｒ Ｃｒｙｓｔａｌ）ともいう）１３ａ，１３ｂ、１３ｃ、広帯域１／４波長板１６、全反射ミラー（以下、単にＨＲ（Ｈｉｇｈ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）ともいう）１４ａ〜１４ｆ、出力ミラー１５が備えられている。
【００１６】
Ｎｄ：ＹＡＧ結晶は励起光源からの励起光により、近赤外域の複数の発振線（ピーク波長）を持つ光を放出する。そこで、本実施形態の装置では、複数の発振線の内で出力が高い、約１０６４ｎｍ、約１１２３ｎｍ、約１３１９ｎｍの３つの発振線における第二高調波を、非線形結晶を利用して発生させることにより、約５３２ｎｍ（緑）、約５６１ｎｍ（黄）及び約６５９ｎｍ（赤）の３色のレーザ光を出射させる。なお、非線形結晶としては、ＫＴＰ結晶、ＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶等が使用可能であり、本実施形態では約５３２ｎｍ（緑）に対してＫＴＰ結晶、約５６１ｎｍ（黄）及び約６５９ｎｍ（赤）に対してＬＢＯ結晶を使用している。
【００１７】
ロッド１１が配置される光軸Ｌ１の光路の一端にはＨＲ１４ａが設けられ、他端には出力ミラー１５が所定角度だけ傾けて設けられている。ＨＲ１４ａは１０６４ｎｍ、１１２３ｎｍ及び１３１９ｎｍの波長に対して全反射の特性を持つものであるが、これに限るものではなく、１０６４ｎｍ、１１２３ｎｍ及び１３１９ｎｍの波長を含んだ赤外域の波長を広く反射するような特性を持つものであってもかまわない。出力ミラー１５は１０６４ｎｍ、１１２３ｎｍ及び１３１９ｎｍの波長を全反射するとともに、５３２ｎｍ、５６１ｎｍ及び６５９ｎｍを透過する特性を持つ。出力ミラー１５の反射方向の光軸Ｌ２上には、ＮＬＣ１３ａとＨＲ１４ｂが固定されて設けられている。ＮＬＣ１３ａは１３１９ｎｍの波長に対して、その第二高調波である６５９ｎｍの波長を発生させるように配置されている。ＨＲ１４ｂは１３１９ｎｍ及び６５９ｎｍに対して全反射の特性を持つ。
【００１８】
このような光学配置により、ロッド１１を挟んで光軸Ｌ１のＨＲ１４ａと光軸Ｌ２上のＨＲ１４ｂが対向する一対の共振器構造を持つ第１の共振光学系が構成され、ＮＬＣ１３ａによって発生される第二高調波（６５９ｎｍ）をロッド１１にて阻害されることなく、出力ミラー１５より出射することが可能である。なお、光軸Ｌ１と光軸Ｌ２とがなす角度（反射角度）は収差の影響を考慮するとできるだけ狭い方が好ましい。
【００１９】
また、光軸Ｌ２上の出力ミラー１５とＮＬＣ１３ａとの間には、平面ミラーであるＨＲ１４ｃ、１４ｅが挿脱可能に配置される。ＨＲ１４ｃは１０６４ｎｍ及び５３２ｎｍに対して全反射の特性を持つ。ＨＲ１４ｅは１１２３ｎｍ及び５６１ｎｍに対して全反射の特性を持つ。
【００２０】
ＨＲ１４ｃの反射方向の光軸Ｌ３上には、ＮＬＣ１３ｂとＨＲ１４ｄが固定的に設けられている。ＮＬＣ１３ｂは１０６４ｎｍの波長に対して、その第二高調波である５３２ｎｍの波長を発生させるように配置されている。ＨＲ１４ｄはＨＲ１４ｃと同じく１０６４ｎｍ及び５３２ｎｍに対して全反射の特性を持つ。
【００２１】
ＨＲ１４ｅの反射方向の光軸Ｌ４上には、ＮＬＣ１３ｃ、波長選択素子６０、ＨＲ１４ｆが固定的に設けられている。ＮＬＣ１３ｃは１１２３ｎｍの波長に対して、その第二高調波である５６１ｎｍの波長を発生させるように配置されている。ＨＲ１４ｆはＨＲ１４ｅと同じく１１２３ｎｍ及び５６１ｎｍに対して全反射の特性を持つ。
【００２２】
このような光学配置により、ＨＲ１４ｃが光軸Ｌ２上に挿入された時には、第１の共振光学系のＨＲ１４ａ、ロッド１１、出力ミラー１５を共用し、ＨＲ１４ａとＨＲ１４ｄとがロッド１１を挟んで一対の共振器となる第２の共振光学系が構成される。また、ＨＲ１４ｅが光軸Ｌ２上に挿入された時には、第１の共振光学系のＨＲ１４ａ、ロッド１１、出力ミラー１５を共用し、ＨＲ１４ａとＨＲ１４ｆとがロッド１１を挟んで一対の共振器となり、第３の共振光学系が形成される。
【００２３】
ＨＲ１４ｃ、ＨＲ１４ｅの光軸Ｌ２上への挿脱は、挿脱装置３０によって行われる。図３は挿脱装置３０の構成を示した概略図である。
【００２４】
３１は駆動手段であり、本実施例ではステッピングモータを使用する。また、駆動手段３１はステッピングモータに限らず、回転角度の制御ができるような物であればよい。駆動手段３１には接合部材３３を介して軸部３２が接合されており、駆動手段３１の駆動により軸部３２が回転するようになっている。ミラーホルダ３４とミラーホルダ３５とは軸部３２の回転軸に対して異なる軸角度にて、軸部３２上の異なる位置に各々取り付けられている。さらにＨＲ１４ｃ、ＨＲ１４ｅは、その反射面の平面が軸部３２の回転軸に対して直角となるようにミラーホルダ３４、３５に取り付けられている。このような構成を備える挿脱手段３０によって、ＨＲ１４ｃ、ＨＲ１４ｅは回転動作にてその平面方向に移動され、光軸Ｌ２上に挿脱されることとなる。
【００２５】
また、このような回転動作により、ＨＲ１４ｃが図３に示す実線の位置にあるときは第２の共振光学系を形成し、図３に示す点線の位置にあるときは（すなわち、ＨＲ１４ｅが光軸Ｌ２に位置するときは）第３の共振光学系を形成することとなる。
【００２６】
また、広帯域１／４波長板１６は、熱複屈折効果の低減を図るために、光軸Ｌ１上のロッド１１とＨＲ１４ａの間の共振光路に配置されている。広帯域１／４波長板１６はロッド１１から出射される複数の発振線（ピーク波長：約１０６４ｎｍ、約１１２３ｎｍ、約１３１９ｎｍ）を含む広い波長範囲のレーザ光を偏光させる広帯域の１／４波長板である。
【００２７】
ここで、熱複屈折効果低減の必要性について述べる。共振光路内に偏光を制限する素子を入れずに基本波をランダム偏光とした場合、レーザ光がロッド１１で励起される際に、熱複屈折効果により偏光比（Ｐ／Ｓ）の変動が起こることが知られている。この変動は、ＮＬＣ１３ａ，１３ｂ、１３ｃによる波長変換効率に直接影響されるため、第二高調波出力の不安定性の大きな要因となる。広帯域１／４波長板１６は、第二高調波出力の不安定性の要因を解消するために、共振光路内に配置されている。
【００２８】
広帯域１／４波長板１６は、水晶板とフッ化マグネシウム板の組合せで構成されており、広い波長域でフラットな位相差特性を持つ波長板である。ここでは波長変換される３波長（約１０６４ｎｍ、約１１２３ｎｍ、約１３１９ｎｍ）に対応して一様（許容される幅を含む）な位相差特性を有するものを使用している。両者（水晶板とフッ化マグネシウム板）の接着には、耐久性向上のため、オプチカルコンタクトを使用する。広帯域１／４波長板１の両面（光軸Ｌ１が通る面）には、３波長（約１０６４ｎｍ、約１１２３ｎｍ、約１３１９ｎｍ）に対して透過性を高めるようにＡＲ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）コーティングがされている。
【００２９】
広帯域１／４波長板１６は、ロッド１１とＨＲ１４ａの間の共振光路上に配置されればよいが、耐久性を考慮すると、最もビーム径が大きい、つまり、最もパワー密度の小さい位置であるロッド１１の近くに配置されることが望ましい。
【００３０】
なお、上記における第１，第２及び第３の共振光学系の切替えは、光軸Ｌ２の光路における第１共振光学系のＮＬＣ１３ａとＨＲ１４ｂの専用光学系に対して、第２共振光学系が持つＮＬＣ１３ｂとＨＲ１４ｄの専用光学系、第３共振光学系が持つＮＬＣ１３ｃとＨＲ１４ｆ（波長選択素子６０を含む）の専用光学系に、回転駆動やスライド移動により選択的に切替える構成としても良い。
【００３１】
以上のような構成を備えるレーザ光凝固装置において３色のレーザ光（約５３２ｎｍ（緑）、約５６１ｎｍ（黄）及び約６５９ｎｍ（赤））を選択的に発振、出射させる動作を説明する。
【００３２】
＜６５９ｎｍのレーザ光の出射方法＞
術者は波長選択スイッチ２ａにより、手術に使用するレーザ光の色（波長）を赤色（６５９ｎｍ）とする。赤色の選択時には、ＨＲ１４ｃ、ＨＲ１４ｅは光軸Ｌ２の外に置かれる。レーザ光の出射制御はフットスイッチ３を使用して、制御部２０に出射のトリガ信号を与えることによって行われる。
【００３３】
トリガ信号を受けると制御部２０は、ＬＤ１２に電流を印可し、ＬＤ１２によってロッド１１を励起する。なお、ロッド１１であるＮｄ：ＹＡＧ結晶の両端面には、１０６４ｎｍ、１１２３ｎｍ、１３１９ｎｍに対して透過性を高めるようにＡＲ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）コーティングが施されている。
【００３４】
ロッド１１が励起されると、ＨＲ１４ａとＨＲ１４ｂとの間では１３１９ｎｍの光が共振され、さらに光軸Ｌ２上に配置されたＮＬＣ１３ａによって第２高調波である６５９ｎｍの光に波長変換される。得られた６５９ｎｍのレーザ光は、出力ミラー１５を透過し、ファイバ５へ導光される。そして、スリットランプ４の照射口から患者眼に向けて照射される。
【００３５】
＜５３２ｎｍのレーザ光の出射方法＞
術者は波長選択スイッチ２ａにより、手術に使用するレーザ光の色（波長）を緑色（５３２ｎｍ）とする。制御部２０は挿脱装置３０を駆動させ、ＨＲ１４ｃを光軸Ｌ２上に位置させる（図３の実線位置）。また、制御部２０はフットスイッチ３からのトリガ信号によってＬＤ１２に電流を印可させ、ロッド１１を励起させる。
【００３６】
ロッド１１が励起されると、ＨＲ１４ａとＨＲ１４ｄとの間では１０６４ｎｍの光が共振され、さらに光軸Ｌ３上に配置されたＮＬＣ１３ｂによって第２高調波である５３２ｎｍの光に波長変換される。得られた５３２ｎｍのレーザ光は、出力ミラー１５を透過し、ファイバ５へ導光される。そして、スリットランプ４の照射口から患者眼に向けて照射される。
【００３７】
＜５６１ｎｍのレーザ光の出射方法＞
術者は波長選択スイッチ２ａにより、手術に使用するレーザ光の色（波長）を黄色（５６１ｎｍ）とする。制御部２０は挿脱装置３０を駆動させ、ＨＲ１４ｅを光軸Ｌ２上に位置させる（図３の破線位置）。また、制御部２０はフットスイッチ３からのトリガ信号によってＬＤ１２に電流を印可させ、ロッド１１を励起させる。
【００３８】
ロッド１１が励起されると、ＨＲ１４ａとＨＲ１４ｆとの間では、波長選択素子６０を通ることにより１１２３ｎｍの光が共振され、さらに光軸Ｌ４上に配置されたＮＬＣ１３ｃによって第２高調波である５６１ｎｍの光に波長変換される。得られた５６１ｎｍのレーザ光は、出力ミラー１５を透過し、ファイバ５へ導光される。そして、スリットランプ４の照射口から患者眼に向けて照射される。
【００３９】
以上の３色のレーザ光（約５３２ｎｍ、約５６１ｎｍ、約６５９ｎｍ）をそれぞれ出射させる場合において、広帯域１／４波長板１６がロッド１１とＨＲ１４ａの間に配置されているため、ロッド１１から放出される３波長（約１０６４ｎｍ、約１１２３ｎｍ、約１３１９ｎｍ）のレーザ光が広帯域１／４波長板１６を通過し、ＨＲ１４ａで反射し、再度広帯域１／４波長板１６を通過することで、偏光方向が９０度回転されロッド１１に戻る。偏光方向が９０度回転されロッド１１に戻ることにより、熱複屈折効果の補償がなされる。熱複屈折効果による偏光比（Ｐ／Ｓ）の変動が小さくなるため、ＮＬＣ１３ａ，１３ｂ、１３ｃによる第二高調波の波長変換効率に影響が少ない。
【００４０】
図４に広帯域１／４波長板１６を共振光路に挿入しない場合と、挿入した場合の各波長（約５３２ｎｍ、約５６１ｎｍ、約６５９ｎｍ）のレーザの出力及び出力の安定性について示す。出力については共に一割以上向上し、出力の変動は周波数帯域を０〜１ＫＨｚに限定して測定すると±８％以内となった。この結果からわかるように、広帯域１／４波長板１６を共振光路に配置することにより、３色のレーザ光（約５３２ｎｍ、約５６１ｎｍ、約６５９ｎｍ）を安定させて出射することができる。
【００４１】
また、熱複屈折効果の低減を図るために、各波長毎の波長板を備えて、これらの波長板を使用波長毎に入れ替え、波長板のアライメント調整を行う必要がないため、装置及びその制御を複雑にすることなく、簡単な構成で熱複屈折効果を低減することができる。
【００４２】
以上の実施例では、３波長を選択、出射するものとしているが、これに限るものではなく、４波長等のさらに複数の波長を選択し、出力を安定させて出射することができる。
【００４３】
また、本実施の形態では眼科に使用するレーザ光凝固装置を例に挙げ説明したが、これに限るものではなく、多波長の切り替えを行うレーザ装置であれば本発明を適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で熱複屈折効果を低減し、複数の異なる波長のレーザ光の出力を安定させ、効率良く出射できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ装置の外観を示した図である。
【図２】光学系及び制御系を示した図である。
【図３】ミラーの挿脱装置の構成を示した図である。
【図４】波長板によるレーザ出力及び出力の安定性の効果を示した表である。
【符号の説明】
１ レーザ装置本体
１０ レーザ発振器
１１ Ｎｄ：ＹＡＧ結晶
１２ 半導体レーザ
１３ａ〜ｃ 非線型結晶
１４ａ〜１４ｆ 全反射ミラー
１５ 出力ミラー
１６ 広帯域１／４波長板
３０ 挿脱装置
６０ 波長選択素子

Claims (3)

  1. 複数のピーク波長を放出可能な固体レーザ媒質を持ち、該固体レーザ媒質より放出される少なくとも２つのピーク波長をそれぞれ波長変換して異なる波長のレーザ光を出力する共振光学系を備え、波長変換される前記複数のピーク波長に対応して一様な位相差特性を有する広帯域の１／４波長板を前記共振光学系に設けたことを特徴とするレーザ装置。
  2. 請求項１の共振光学系は、前記固体レーザ媒質より放出されるピーク波長の内の第１ピーク波長を共振させると共に，その第１ピーク波長の第二高調波を第１レーザ光として出力するための第１波長変換素子を持つ第１共振光学系と、該前第１共振光学系の固体レーザ媒質を含む一部の光路を共用して固体レーザ媒質より放出される前記第１ピーク波長とは異なる第２ピーク波長を共振させると共に，その第２ピーク波長の第二高調波を第２レーザ光として出力するための第２波長変換素子を持つ第２共振光学系と、前記第１共振光学系に対して第２共振光学系の専用光学系を切替える手段とを備え、前記１／４波長板を前記第１及び第２共振光学系の共用光路に設けたことを特徴とするレーザ装置。
  3. 請求項１の１／４波長板は、水晶板とフッ化マグネシウム板の組合せで構成されていることを特徴とするレーザ装置。
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