JP2006156887A - Wavelength conversion laser equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波長変換レーザ装置に関し、さらに詳しくは、信頼性および寿命を向上することができる波長変換レーザ装置に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion laser device, and more particularly to a wavelength conversion laser device capable of improving reliability and lifetime.
従来、半導体発光素子と、内部に回折格子を形成した光ファイバとを組み合わせた半導体レーザモジュールが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
また、非線形物質からなる基板に形成した周期状分極反転層により波長変換するレーザ光源が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
Also known is a laser light source that converts the wavelength by a periodically poled layer formed on a substrate made of a non-linear material (see, for example, Patent Document 2).
本願発明者は、半導体光増幅素子と、グレーティング部を内部に形成した偏波保持型光ファイバと、半導体光増幅素子と偏波保持型光ファイバとで構成される光共振器から出射した光を波長変換する波長変換素子とを具備する波長変換レーザ装置を開発してきた。
しかし、この波長変換レーザ装置では、半導体光増幅素子が壊れることがあり、信頼性および寿命に問題点があった。
そこで、本発明の目的は、半導体光増幅素子が壊れることを防止でき、信頼性および寿命を向上することができる波長変換レーザ装置を提供することにある。
The inventor of the present application transmits light emitted from an optical resonator composed of a semiconductor optical amplifier, a polarization maintaining optical fiber having a grating portion formed therein, and a semiconductor optical amplifier and a polarization maintaining optical fiber. A wavelength conversion laser device having a wavelength conversion element for wavelength conversion has been developed.
However, in this wavelength conversion laser device, the semiconductor optical amplification element may be broken, and there are problems in reliability and life.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a wavelength conversion laser device that can prevent a semiconductor optical amplifier from being broken and can improve reliability and life.
第1の観点では、本発明は、半導体光増幅素子と、グレーティング部を内部に形成した偏波保持型光ファイバと、前記半導体光増幅素子と前記偏波保持型光ファイバとで構成される光共振器から出射した光を波長変換する波長変換素子と、前記波長変換素子で発生した波長変換光が前記半導体光増幅素子に逆行するのを防止または抑制するための光学素子とを具備することを特徴とする波長変換レーザ装置を提供する。
本発明の発明者が鋭意研究したところ、次のことが判明した。すなわち、波長変換素子で発生した波長変換光は、基本的には光共振器からの光の進行方向と同じ方向にしか発生しないが、波長変換素子の内部や出射側端面での反射や波長変換素子以降の光学素子での反射により、ごくわずかではあるが、半導体光増幅素子へと逆行する。この逆行する波長変換光は、半導体光増幅素子から出射する光とは逆の経路をたどって半導体光増幅素子の出射側端面に集光される。波長変換光の光子エネルギーは半導体のバンドギャップよりも大きいため、半導体光増幅素子の出射側端面に集光された波長変換光は、半導体光増幅素子に吸収される。このとき、波長変換光のパワーがごくわずかではあっても、半導体光増幅素子の出射側端面の極めて小さな領域に集光されるため、半導体光増幅素子を破壊するのに十分なパワー密度になることがある。
そこで、上記第1の観点による波長変換レーザ装置では、波長変換素子で発生した波長変換光が半導体光増幅素子に逆行するのを防止または抑制するための光学素子を設ける。これにより、逆行する波長変換光が半導体光増幅素子の出射側端面に集光されなくなるか又は集光されても半導体光増幅素子を破壊しうる程のパワー密度にならなくなるため、半導体光増幅素子が壊れることを防止でき、信頼性および寿命を向上することが出来る。
In a first aspect, the present invention relates to a light comprising a semiconductor optical amplifying element, a polarization maintaining optical fiber having a grating portion formed therein, and the semiconductor optical amplifying element and the polarization maintaining optical fiber. A wavelength conversion element that converts the wavelength of light emitted from the resonator; and an optical element that prevents or suppresses the wavelength conversion light generated by the wavelength conversion element from going back to the semiconductor optical amplification element. A wavelength conversion laser device is provided.
The inventor of the present invention diligently studied and found the following. That is, the wavelength-converted light generated by the wavelength conversion element is basically generated only in the same direction as the light traveling direction from the optical resonator, but is reflected inside the wavelength conversion element and at the emission side end face or wavelength conversion. Due to the reflection at the optical element after the element, it goes back to the semiconductor optical amplifying element, though only slightly. This backward wavelength-converted light follows the path opposite to that emitted from the semiconductor optical amplifying element, and is condensed on the emission side end face of the semiconductor optical amplifying element. Since the photon energy of the wavelength-converted light is larger than the band gap of the semiconductor, the wavelength-converted light collected on the output side end face of the semiconductor optical amplifier is absorbed by the semiconductor optical amplifier. At this time, even if the power of the wavelength-converted light is very small, the light is condensed in an extremely small area on the output side end face of the semiconductor optical amplifier, so that the power density is sufficient to destroy the semiconductor optical amplifier. Sometimes.
Therefore, the wavelength conversion laser device according to the first aspect is provided with an optical element for preventing or suppressing the wavelength conversion light generated by the wavelength conversion element from going back to the semiconductor optical amplification element. As a result, the reverse wavelength-converted light is not collected on the output side end face of the semiconductor optical amplifying element, or even if it is collected, the power density is not high enough to destroy the semiconductor optical amplifying element. Can be prevented, and reliability and life can be improved.
第2の観点では、本発明は、上記構成載の波長変換レーザ装置において、前記光学素子は、前記波長変換素子で発生し前記半導体光増幅素子へ逆行しようとする波長変換光を反射または吸収するフィルタであることを特徴とする波長変換レーザ装置を提供する。
上記第2の観点による波長変換レーザ装置では、半導体光増幅素子へ逆行しようとする波長変換光をフィルタで反射または吸収するため、逆行する波長変換光が半導体光増幅素子の出射側端面に集光されなくなるか又は集光されても半導体光増幅素子を破壊しうる程のパワー密度にならない。よって、半導体光増幅素子が壊れることを防止でき、信頼性および寿命を向上することが出来る。
In a second aspect, the present invention provides the wavelength conversion laser device having the above-described configuration, wherein the optical element reflects or absorbs the wavelength-converted light generated by the wavelength conversion element and going backward to the semiconductor optical amplification element. A wavelength conversion laser device characterized by being a filter is provided.
In the wavelength conversion laser device according to the second aspect, the wavelength-converted light that is going to go back to the semiconductor optical amplifying element is reflected or absorbed by the filter, so that the reverse wavelength-converted light is condensed on the end face of the semiconductor optical amplifying element. Even if it is lost or condensed, the power density is not high enough to destroy the semiconductor optical amplifier. Therefore, it is possible to prevent the semiconductor optical amplifying element from being broken, and to improve the reliability and life.
本発明の波長変換レーザ装置によれば、半導体光増幅素子が壊れることを防止でき、信頼性および寿命を向上することが出来る。 According to the wavelength conversion laser device of the present invention, the semiconductor optical amplification element can be prevented from being broken, and the reliability and life can be improved.
以下、図に示す実施形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments shown in the drawings. Note that the present invention is not limited thereby.
図1は、実施例1に係る波長変換レーザ装置100を示す構成説明図である。
この波長変換レーザ装置100は、光反射面1aと光出射面1bとで挟まれた領域に電流を注入することにより光を発生し増幅する半導体光増幅素子1と、内部にグレーティング部3を形成した偏波保持型光ファイバ2と、偏波保持型光ファイバ2から出射した光を集光するレンズ4と、レンズ4を透過して入射された光の第2高調波光を出力する波長変換素子5と、波長変換素子5で発生した第2高調波光が半導体光増幅素子1に逆行するのを抑制または防止するための光学素子6と、波長変換素子5から出力された第2高調波光をコリメートするレンズ7と、レンズ7から出射した第2高調波光の一部を分岐するビームスプリッタ8と、分岐した第2高調波光を受光する受光素子9と、受光素子9で受光した第2高調波光の強度を検出すると共に検出強度が一定になるように半導体光増幅素子1に注入する電流を制御する半導体光増幅素子駆動回路21と、グレーティング部3のグレーティング周期を調整するための光ファイバ伸張機構10と、偏波保持型光ファイバ2の温度を調整するための温調素子32と、偏波保持型光ファイバ2の温度を検出するための感温素子31と、感温素子31で検出した温度に基づいて温調素子32を駆動する温度制御回路22とを具備している。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a wavelength
This wavelength
半導体光増幅素子1は、例えば波長が900[nm]〜1100[nm]の範囲の光を発生し増幅する。光反射面1aにはこの波長に対して高反射率となるコーティングが施され、光出射面1bにはこの波長に対して低反射率となるコーティングが施されている。
The semiconductor optical amplifying
偏波保持型光ファイバ2の入射側の端面2aは、半導体光増幅素子1から出射した光がより多く入射するように、テーパ状またはくさび状に加工されている。
The incident-side end face 2a of the polarization maintaining
偏波保持型光ファイバ2のグレーティング部3は、ある波長帯域の光のみ反射する。例えば、900[nm]〜1100[nm]の間に中心波長λiを持ち、約0.6[nm]の帯域幅を持つ光のみを反射する。帯域幅は、グレーティング部3の長さで決まり、中心波長λiは、屈折率が変動する周期を光ファイバ伸張機構10により後述のように調整できる。
グレーティング部3は、偏波保持型光ファイバ2の一部に屈折率が周期的に変動するような加工を施して形成されている。例えば、エキシマレーザ等の紫外レーザをビームスプリッタで2光束に分け、異なる光路を通した後、光ファイバ上に重ね合わせて照射し、干渉縞を発生させ、紫外線強度に応じて生じる光ファイバのフォトリフラクティブ効果により、干渉縞と同じ間隔で周期的に屈折率を変動させることにより形成されている。グレーティング部3の周期,長さを適宜設定することにより、帯域幅や中心波長および反射率を自由に設定できる。
The
The
半導体光増幅素子1とグレーティング部3とで光共振器が構成される。すなわち、半導体光増幅素子1を出射した光は、偏波保持型光ファイバ2の入射側端面2aに入射される。偏波保持型光ファイバ2に入射した光は、グレーティング部3で決定される波長帯域の光が反射され、半導体光増幅素子1へ戻り、半導体光増幅素子1で増幅され、再び半導体光増幅素子1を出射し、偏波保持型光ファイバ2に入射する。これが繰り返されることにより、グレーティング部3の周期で決定される波長帯域の光が偏波保持型光ファイバ2の出射側端面2bから出射される。また、端面2bは、反射防止膜を施すことが好ましい。
The semiconductor optical amplifying
偏波保持型光ファイバ2の出射側端面2bから出射された光は、レンズ4で波長変換素子5の端面5aに集光される。レンズ4には、反射防止膜が施されている。
The light emitted from the emission-side end face 2 b of the polarization maintaining
波長変換素子5は、例えば、LiNbO3,LiTaO3,MgO:LiNbO3,MgO:LiTaO3,KNbO3,KTiOPO4、あるいはこれらに分極反転処理を施したものに、光導波路を形成したものである。波長変換素子5は、例えば中心波長が900[nm]〜1100[nm]の光が入射することにより、その第2高調波である中心波長が450[nm]〜550[nm]の光を発生する。
波長変換素子5の入射側端面5aおよび出射側端面5bは、反射防止膜が施されていることが好ましい。
The
The incident side end face 5a and the emission side end face 5b of the
図2は、光学素子6の第1構成例である。
この光学素子6は、基本波光(偏波保持型光ファイバ2の出射側端面2bから出射された光)は透過し、第2高調波光は反射する誘電体多層膜4bを持つガラス製フィルタである。
FIG. 2 is a first configuration example of the
The
図3は、光学素子6の第2構成例である。
この光学素子6は、基本波光(偏波保持型光ファイバ2の出射側端面2bから出射された光)は透過し、第2高調波光は吸収し減衰させる性質を持つガラス製フィルタである。
FIG. 3 shows a second configuration example of the
This
ビームスプリッタ8は、例えばハーフミラーまたは貼り合わせプリズムであり、レンズ7から出射した光の一部を分岐して受光素子9へ導き、残りの光を波長変換レーザ装置100外へ透過させる。
The
受光素子9は、入射した光の強度によって起電力や抵抗値などの電気的特性が定まる素子であり、例えば、GaAsP系のフォトダイオードである。
The light receiving
感温素子31は、例えばサーミスタ,バレッタ,熱電対であり、温度によって抵抗や起電力などの電気的特性値が定まる素子である。 The temperature sensing element 31 is, for example, a thermistor, a barrette, or a thermocouple, and is an element whose electrical characteristic values such as resistance and electromotive force are determined by temperature.
温調素子32は、例えばペルチエ素子やヒータであり、光ファイバ伸張機構10を冷却または加熱しうる。
The
図4は、光ファイバ伸張機構10の外観を示す斜視図である。
光ファイバ伸張機構10は、ベース11と、ベース11の上面に形成された基部13と、ベース11の上面でスライドして基部13に対する距離を変えうる可動部16と、基部13に対する可動部16の距離を変えるためのネジ棒17と、ネジ棒17を手動または工具を用いて回転させうる操作部18とを具備している。
FIG. 4 is a perspective view showing the appearance of the optical
The optical
基部13,可動部16およびベース11は、例えばインバーまたはスーパーインバーなどの熱膨張係数の極めて小さい材料製である。
The base 13, the
偏波保持型光ファイバ2は、基部13,可動部16およびベース11に巻き付けられ、基部13の側面に設けられた第1固定部14及び第2固定部15でグレーティング部3を挟む部分が固定されている。
The polarization maintaining
また、感温素子31はベース11に埋め込まれ、温調素子32はベース11の下面に取り付けられている。
The temperature sensing element 31 is embedded in the base 11, and the
操作部18を回して基部13と可動部16の距離を変えると、光ファイバ伸張機構10の第1固定部14から可動部16を経て第2固定部15に至る外周の長さが変わり、第1固定部14と第2固定部15とで挟まれたグレーティング部3を挟む部分が伸縮し、グレーティング部3のグレーティング周期を調節することが出来る。これにより、偏波保持型光ファイバ2から波長変換素子5へと出射する光の波長を、波長変換素子5の波長変換可能帯域に合わせることが出来る。
When the distance between the base portion 13 and the
温度制御回路22の温度制御動作は次のように行われる。
(1)半導体光増幅素子駆動回路21で制御し、一定強度の波長変換光を出力する。
(2)例えば30℃〜50℃の間で連続的もしくは段階的に温度掃引を行い、温度tと電流iの関係を調べ、最小電流iminを与える温度toを記憶する。
(3)以後、記憶した温度toになるように温調素子32を駆動する。
The temperature control operation of the
(1) Controlled by the semiconductor optical amplifying
(2) For example, temperature sweep is performed continuously or stepwise between 30 ° C. and 50 ° C., the relationship between the temperature t and the current i is examined, and the temperature to which gives the minimum current imin is stored.
(3) Thereafter, the
なお、温度掃引を行って最小電流iminを与える温度toを記憶する動作は、例えば電源投入時に1回だけ行ってもよいし、運転中に定期的に行ってもよい。 Note that the operation for storing the temperature to which the minimum current imin is performed by performing the temperature sweep may be performed only once when the power is turned on, or may be periodically performed during the operation.
実施例1の波長変換レーザ装置100によれば、波長変換素子5の内部の光導波路や出射側端面5bでの反射や波長変換素子5以降のレンズ7などでの反射により半導体光増幅素子1へと逆行する第2高調波光が、光学素子6で反射または吸収され、半導体光増幅素子1の出射側端面に集光されなくなるか又は集光されても半導体光増幅素子1を破壊しうる程のパワー密度にならなくなるため、半導体光増幅素子1が壊れることを防止でき、信頼性および寿命を向上することが出来る。
According to the wavelength
本発明の波長変換レーザ装置は、バイオエンジニアリング分野や計測分野などで利用できる。 The wavelength conversion laser device of the present invention can be used in the bioengineering field, the measurement field, and the like.
1 半導体光増幅素子
1a 光反射面
1b 光出射面
2 光ファイバ
2a 入射側端面
2b 出射側端面
3 グレーティング部
4,7 レンズ
5 波長変換素子
5a 入射側端面
5b 出射側端面
6 光学素子
8 ビームスプリッタ
9 受光素子
10 光ファイバ伸張機構
11 ベース
13 基部
14 第1固定部
15 第2固定部
16 可動部
17 ネジ棒
18 操作部
21 半導体光増幅素子駆動回路
22 温度制御回路
31 感温素子
32 温調素子
100 波長変換レーザ装置
DESCRIPTION OF
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004348661A JP2006156887A (en) | 2004-12-01 | 2004-12-01 | Wavelength conversion laser equipment |
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Cited By (2)
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JP2011138056A (en) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Shimadzu Corp | Wavelength conversion laser device |
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-
2004
- 2004-12-01 JP JP2004348661A patent/JP2006156887A/en active Pending
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