JP2006352053A - レーザ発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 簡単な構成にして必要な方向の直線偏光波状態の出力光を確実に得ることができるレーザ発光装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、光ファイバ15に対して直交する方向から所定の加圧力を調整可能に付与する加圧力調整部25を備えたり、光ファイバ15の少なくとも一部や半導体レーザ素子を軸回り方向に調整可能に回転させる回転操作部12,16,17を備えることにより、偏光角度や偏光消光比を調整してレーザ光を必要な方向の直線偏光状態で出力させることができるようになる。
【選択図】 図3
【解決手段】 本発明は、光ファイバ15に対して直交する方向から所定の加圧力を調整可能に付与する加圧力調整部25を備えたり、光ファイバ15の少なくとも一部や半導体レーザ素子を軸回り方向に調整可能に回転させる回転操作部12,16,17を備えることにより、偏光角度や偏光消光比を調整してレーザ光を必要な方向の直線偏光状態で出力させることができるようになる。
【選択図】 図3
Description
本発明は、半導体レーザ素子(semiconductor Laser Diode:LD)と、該LDの出力光を一方から入射して他方から出射する光ファイバとを備え、該光ファイバからの出射光が偏光依存性を有するものに入射されるレーザ発光装置に関する。
近年、デジタルカメラで撮像した画像データやスキャナで読み込んだ画像データを用い、感光材料上に画像を形成する写真処理装置が実用化されている。この種の写真処理装置では、R(赤色)、G(緑色)及びB(青色)のそれぞれレーザ光の強度を画像データを用いて変調し、各レーザ光をポリゴンミラーやfθレンズを用いて感光材料上でその搬送方向(副走査方向)と直交する方向(主走査方向)に走査することにより、感光材料上に画像を形成するようになっている。具体的には、ポリゴンミラーの回転に同期してレーザ光がパルス状に照射され、ポリゴンミラーの反射面によりレーザ光が所定方向に反射され、感光材料の表面上を一定速度でレーザ光が走査される。
赤色のレーザ光(例えば、波長680nm)を出射するLDは、比較的安価であり、装置の光源としてそのまま用いることができる。一方、緑色や青色のレーザ光を出力するLDは高価である等の理由から、近赤外帯域のレーザ光(例えば、波長1060nm)を出力するLDを用い、該LDの出力光を光ファイバを介して波長変換素子の光導波路に入射させ、その入射光の約1/2波長の第2高調波(例えば、緑色であれば530nm、青色であれば470nm)を生成するようにしている(特許文献1,2)。
これら緑色用や青色用のレーザ発光装置は、図11(イ)に基づき簡単に説明すると、LD部100と、波長変換部105とから構成され、両者がガラスファイバやプラスチックファイバといった光ファイバ104にて光学的に接続されている。LD部100は、LD102と、該LD102を温度調整するための第1温調手段(主としてペルチェ素子とサーミスタを組み合わせたペルチェモジュールの形態を採る)103とを備える。一方、波長変換部105は、波長変換素子106と、該波長変換素子106を温度調整するための第2温調手段(同じくペルチェモジュールの形態を採る)107とを備える。
波長変換素子としては、光導波路型、主としてQPM(Quasi-Phase Matching:疑似位相整合)−SHG(Second-Harmonic Generation)素子が用いられる。このQPM−SHG素子は、周期分極反転ニオブ酸リチウム結晶(Periodically Poled LiNbO3:PPLN)やマグネシウム添加周期分極反転ニオブ酸リチウム結晶(Periodically Poled MgO-doped LiNbO3:PPMgLN)といった非線形光学結晶で構成され、LDから出力されたレーザ光を疑似位相整合させて第2高調波を生成する。疑似位相整合とは、結晶中での屈折率の違いにより、赤外光と可視光とが干渉して消滅するのを防止すべく、結晶に電界をかけて光の位相を反転させることをいい、これにより、QPM−SHG素子内部での第2高調波同士の打ち消し合いが防止されて変換効率が高まる結果、SHG素子からハイパワーのレーザ光が出力される。
各部100,105にそれぞれ温調手段を設け、LD102及びSHG素子106をそれぞれ独立して温度調整できるようにしたのは、各素子の最適温度が異なるからである。また、両部100,105を光ファイバ104で接続するようにしたのは、両部100,105間の結合強度を維持しつつ、両部100,105間の相対的な位置関係の自由度を高めることができるからであり、また、LD102と第2温調手段107との間の熱的な干渉及びSHG素子106と第1温調手段103との間の熱的な干渉が小さくなるからである。これにより、LD102から出力されるレーザ光のパワーが安定化され、最終段階としてSHG素子106から出力されるレーザ光のパワーも安定化される。
しかしながら、LD102とSHG素子106とを光ファイバ104で接続すると、SHG素子106端面からの反射光が光ファイバ104を介してLD102に入射されてしまい、この反射光には複数の波長成分が含まれているため、LD102の波長特性は不安定となり、その結果、実際のところは、SHG素子106から出力されるレーザ光のパワーが安定しにくいという現象が起こり得る。
そこで、光ファイバ104に回折格子としてのファイバブラッググレーチング(Fiber Bragg Grating :FBG)を設ける技術が提供されている(特許文献2,3)。これにより、LD102には縦モードのレーザ光のみが入射され、FBGが外部共振器的に作用して縦モードのレーザ光のみが増幅され、SHG素子106へと導かれる。そのため、縦モードのレーザ光が他のモードに比して大きく増幅され、LD102の波長特性が安定する結果、SHG素子106から高安定なレーザ光が出力されるようになる。
尚、特許文献2,3においては、FBGはLD部の中あるいはLD部の近傍でフレーム等へ固定して配置される。FBGを固定しておくのは、FBGが非常に細く、少しの曲げや衝撃により折れるおそれがあるからであるが、コヒーレント長を考慮すれば、LDからFBGまでの距離は少なくとも30cm以上であるのが好ましい。そうなると、図11(ロ)に示す如く、光ファイバ104を長くし、該光ファイバ104の途中にFBG(符号104aが形成領域部)を設ける必要が生じてくる。
ところで、SHG素子といった波長変換素子は、光の垂直成分しか通さないフィルタとしての役目を持っている。即ち、光の水平成分に対する垂直成分の割合(縦横比)を大きくしないと、波長変換素子の変換効率は悪くなり、波長変換素子から出力されるレーザ光のパワーは上がらない。
この問題の原因は、光ファイバの製品としてのバラツキ(例えば、コア部の不均一さ)や、製品保管態様のバラツキ(例えば、保管用リールに光ファイバを巻き付ける際の張力の不均一さ)によって、直線偏光であるLDの出力光が光ファイバを通ると楕円偏光となってしまうという点にある。入射した光の偏光状態を保持する特殊な光ファイバ(偏波保持ファイバ)を使用して、楕円偏光の発生を抑制する方法もあるが、この光ファイバは一般の光ファイバに比べて高価である。
このように、LDの出力光が光ファイバを通った後、その出射光の偏光状態によって波長変換素子から出力される出射光のパワーが異なるため、レーザ発光装置からの出力光のパワーも異なってくる。
また、波長変換素子を備えることなく、または波長変換素子と共に、光変調素子である音響光学変調素子(AcoustoーOptic Modulator:AOM)を備えたレーザ発光装置の場合、AOMは、音響光学媒体の超音波光学効果の作用によって入射レーザ光に対して回折を生じさせることで出力強度を変更可能にするものであり、上記波長偏光素子と同様に、AOMへの入射光の偏光状態が出力光強度に影響をおよぼすという問題が生じる。
以上のことから、一般に、光ファイバを通過したLDの出力光を利用する際には、その出射光の偏光状態によって影響が出てくる場合がある。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成にして必要な偏光状態の出力光を確実に得ることができるレーザ発光装置を提供することを第1の課題とする。また、波長変換素子を内部に備えたレーザ発光装置においては、簡単な構成にしてハイパワーの出力光を確実に得ることができるレーザ発光装置を提供することを第2の課題とし、光変調素子であるAOMを外部に備えたレーザ発光装置においては、簡単な構成にして安定した出力光を確実に得ることができるレーザ発光装置を提供することを第3の課題とする。
本第1発明は、半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子の出力光を一方から入射して他方から出射する光ファイバとを備え、該光ファイバからの出射光が偏光依存性を有するものに入射されるレーザ発光装置において、光ファイバに対して直交する方向から所定の加圧力を調整可能に付与する加圧力調整部を備えることを特徴とする。
また、本第2発明は、半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子の出力光を一方から入射して他方から出射する光ファイバとを備え、該光ファイバからの出射光が偏光依存性を有するものに入射されるレーザ発光装置において、光ファイバの少なくとも一部を光軸回り方向に調整可能に回転させる回転操作部を備えることを特徴とする。
かかる両発明によれば、加圧力調整部による光ファイバに対する加圧力や回転操作部による光ファイバの角度位置を変更することにより、光ファイバのコア部内の応力状態が変化して光ファイバ内の複屈折量が変化するようになる。より詳しくは、加圧力調整部による光ファイバに対する加圧力を変更することにより、光ファイバのコア部内の応力状態が直接的に変化して光ファイバ内の複屈折量が変化するようになり、一方、回転操作部による光ファイバの角度位置を変更することにより、ねじりモーメントが発生して光ファイバのコア部内の応力状態が間接的に変化して光ファイバ内の複屈折量が変化するようになる。そのため、加圧力調整部によって光ファイバに対する加圧力を調整したり、回転操作部によって光ファイバの角度位置を調整すれば、偏光依存性を有するものに入射される光ファイバからの出射光の偏光角度と偏光消光比とが適正に調整される。
尚、「偏光角度」とは、垂直方向を0度とした場合のレーザ光の長軸の交差角度をいい、「偏光消光比」とは、レーザ光の長軸方向の幅と短軸方向の幅の比をいう。
また、本第3発明は、半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子の出力光を一方から入射して他方から出射する光ファイバとを備え、該光ファイバからの出射光が偏光依存性を有するものに入射されるレーザ発光装置において、半導体レーザ素子を光軸回り方向に調整可能に回転させる回転操作部を備えることを特徴とする。
かかる発明によれば、回転操作部によって半導体レーザ素子の光軸回りの角度位置を調整すれば、偏光依存性を有するものに入射される光ファイバからの出射光の偏光角度が適正に調整される。
但し、本第1発明及び本第2発明は、偏光消光比の調整に大きく作用し、本第3発明は、偏光角度の調整に大きく作用するものである。従って、発明を合わせて実施するのがより好ましい。例えば、本第1発明を実施することにより、コア部内の応力状態を変化させて偏光消光比を調整すると共に、本第3発明を実施することにより、半導体レーザ素子の角度位置を変化させて偏光角度を調整する。
本第1発明乃至本第3発明においては、前記偏光依存性を有するものは、前記光ファイバの出射光から高調波を生成する波長変換素子である構成を採用することができる。
かかる構成によれば、光ファイバの出射光における偏光角度と偏光消光比とが適正に調整され、半導体レーザ素子からレーザ光を直線偏光状態で波長変換素子に入力することができるようになる。その結果、簡単な構成にしてハイパワーの高調波からなる出力光を確実に得ることができるようになる。
また、本第1発明乃至本第3発明においては、前記偏光依存性を有するものは、前記光ファイバの出射光を変調する光変調素子である構成を採用することができる。
かかる構成によれば、光ファイバの出射光における偏光角度と偏光消光比とが適正に調整され、半導体レーザ素子からのレーザ光を一定の偏光状態で光変調素子に入力することができるようになる。光変調素子によって変調された出力光は、入射光の偏光角度と偏光消光比との影響を受けるため、これらを一定にすることによって光変調素子からの出力光を安定させることができるようになる。
さらに、本第1発明乃至本第3発明においては、前記光変調素子は、前記光ファイバの出射光から高調波を生成する波長変換素子より生成された高調波を変調するものである構成を採用することができる。
かかる構成によれば、光ファイバの出射光における偏光角度と偏光消光比とが適正に調整され、半導体レーザ素子からレーザ光を直線偏光状態で波長変換素子に入力することができるようになり、波長変換素子からはハイパワーの高調波が出力される。従って、光変調素子への入射光がハイパワーとなるため、該光変調素子からもハイパワーの出力光を得ることができるようになる。
本第1発明においては、前記加圧力調整部は、光ファイバを拘束状態で保持する第1部材と、該第1部材に対して相対的に接離する第2部材と、該第2部材を第1部材側へ付勢する付勢手段と、該付勢手段の付勢力を調整する調整手段とを備える構成を採用することができる。
かかる構成によれば、光ファイバは、第1部材と第2部材とで挟持され、加圧力が付与される。そして、調整手段により付勢手段の付勢力を調整することにより、第2部材の第1部材に対する付勢力が変更され、光ファイバに対する加圧力が調整される。
この場合、前記第1部材の前記第2部材との対向面及び第2部材の第1部材との対向面の何れか一方に凸部が形成され、何れか他方に凹部が形成され、該凹部に凸部が係入することにより、第1部材は、第2部材に対して傾動可能であり、しかも、前記調整手段は、第2部材を貫通して第1部材に螺入される調整ビスであると共に、前記付勢手段は、一端が第2部材に係止され、他端が調整ビスに係止される弾性部材である構成を採用することができる。
かかる構成によれば、第1部材と第2部材とを組み合わせた状態で調整ビスを第1部材に螺入させると、第2部材は、弾性部材の弾発力により第1部材側に付勢され、これにより、凸部(凹部)を支点とし、第1部材側へ傾動し、光ファイバに対して加圧力が付与される。そして、調整ビスの螺入量を多くすれば、弾性部材の弾発力が大きくなり、光ファイバに対する加圧力が増大する一方、調整ビスを緩めて螺入量を少なくすれば、弾性部材の弾発力は小さくなり、光ファイバに対する加圧力が減少するため、調整ビスの螺入量を調整することにより、光ファイバに対する加圧力が調整される。
本第2発明及び本第3発明においては、前記回転操作部は、半導体レーザ素子と光ファイバの光入射端とを結合してハウジング化したピグテール構造体と、該ピグテール構造体を回転可能に支持するブラケットとを備える構成を採用することができる。
かかる構成によれば、ピグテール構造体を回転することにより、ブラケットに対するピグテール構造体の角度位置が変更され、光ファイバや半導体レーザ素子の角度位置を調整することができる。光ファイバの角度位置が調整されると、コア部内の応力状態の変化によって偏光消光比が調整され、半導体レーザ素子の角度位置が調整されると、偏光角度が調整される。
以上の如く、本発明は、加圧力調整部によって光ファイバに対する加圧力を調整したり、回転操作部によって光ファイバや半導体レーザ素子の角度位置を調整することにより、偏光角度と偏光消光比とが適正に調整されて、必要な方向の直線偏光波状態の出力光を確実に得ることができる。
本発明の第一実施形態に係るレーザ発光装置は、LD及び第1温調手段を備えたLD部と、光導波路型SHG素子及び第2温調手段を備えた波長変換部と、両部を光学的に接続し且つ途中に回折格子としてのFBGを備えた光ファイバとを基本構成とする点で、図11(ロ)の構成と同様である。以下に説明する本実施形態に係るレーザ発光装置は、該装置の外観を上面側から見た図1及び下面側から見た図2に示す如く、これら基本構成をベース1とカバー2とで形成される内部空間に収容するアッセンブリの形態を採る。
ベース1は、方形状の板部材からなり、四隅位置にボルト3を挿通するための孔が形成されている。これらボルト3,…は、アッセンブリの形態を採るレーザ発光装置を写真処理装置の内部に固定するためのものである。尚、写真処理装置(現像処理機能が無いものもあるので、その場合は画像形成装置(プリンタ装置))の構成は、特許文献1や特許文献2にもあるように周知であるので、詳細な説明は割愛する。
一方、カバー2は、直方形状からなって内部が中空で、一面(下面)が方形状に開口された部材からなり、該開口にベース1が取り付けられる。即ち、カバー2の四隅位置に形成された孔に挿通されたビス4,…をベース1の四隅位置に形成された雌ねじに螺入して締め付けることにより、カバー2がベース1に固定されて内部空間が形成される。
内部空間に収容されない構成要素としては、カバー2(の上面)に取り付けられる主基板5と、ベース1(の下面)に取り付けられ、複数の端子7,…を備える中継基板6と、カバー2の側面に位置するようにベース1(の上面)に取り付けられる支持ブラケット8と、該支持ブラケット8に支持されるレンズホルダー9とが挙げられる。
主基板5は、互いに間隔を有した二段構造からなり、後述するLD用基板、第1温調手段用基板、第2温調手段用基板及びフォトダイオード(Photo diode :PD)用基板といった前記内部空間に収容される各副基板と接続され、LD、第1及び第2温調手段の制御並びに出力一定制御であるAPC(Auto Power Control)制御を統括的に行う。
但し、主基板5と各副基板とは直接的に接続されるのではなく、中継基板6を介して間接的に接続される。即ち、主基板5が中継基板6の端子7,…とケーブル(図示しない)を介して電気的に接続され、また、中継基板6の各端子7が対応する副基板とケーブル(図示しない)を介して電気的に接続される。そのため、中継基板6は、各端子7の一端側が主基板5と接続可能なように外部に位置する一方、各端子7の他端側は各副基板と接続可能なように内部に位置する配置となっている。
中継基板6は、ベース1の下面に形成された凹部に取り付けられる。そして、端子7と中継基板6との間の微細な隙間等を埋めるべく、ベース1の凹部内にモールド剤を流し込み、中継基板6の全面をモールド剤で覆うようにしている。
図3は、カバー2を取り外したベース1を示す。尚、図3では、レンズホルダー9を支持する支持ブラケット8は表現されておらず、レンズホルダー9が宙に浮いた形となっている。ここで、ベース1の上面のうちの外周領域には、カバー2を取り付けた際の密閉性を実現すべくシール部材(Oリング)10が配置される。Oリング10は、ベース1に形成された周回溝に装着されるが、この周回溝の内側領域に、上述したLD部(符号11で示される)、光ファイバ(符号15で示される)、波長変換部(符号31で示される)が設けられ、さらに、後述する出力測定部38が設けられる。
LD部11は、LD(図示しない)が保持部材としてのベース部材13に取り付けられたステム(図示しない)で支持され、一方、光ファイバ15の端(光入射端)がベース部材13に取り付けられたファイバフォルダ14で支持されており、光ファイバ15がLDと結合されて、いわゆるピグテール構造をなす(以下、LDと光ファイバ15との結合体を「LDピグテール12」という)。
LDピグテール12は、円盤状の操作部材16の中心部を貫通して固着されており、しかも、ベース1に取り付けられた支持ブラケット17に挿通され、且つ該支持ブラケット17に回転可能に支持されている。より詳しくは、支持ブラケット17には、LDピグテール12が挿通可能な回転中心孔と、該回転中心孔を中心とした孔回りの円弧溝とが形成されており、支持ブラケット17の外面側からLDピグテール12を回転中心孔に挿通すると共に、支持ブラケット17の内面側から円弧溝に挿通されたビス18を操作部材16に形成された雌ねじに螺入した状態とした上で、操作部材16を回転操作することにより、ビス18が円弧溝に倣いつつLDピグテール12を回転させることができ、しかも、ビス18を締め付ければ、LDピグテール12をその角度位置で固定することができる。
支持ブラケット17は、ベース1の上面と平行な基部及びベース1の上面と直交する起立部とを一体化して側面視略L字状に形成され、起立部にLDピグテール12が取り付けられるが、基部はベース1の上面と間隔を有して取り付けられる。より詳しくは、基部に形成された孔に挿通されたビス19をスペーサ20を挿通させた状態でベース1に形成された雌ねじに螺入して締め付けることにより、支持ブラケット17は、ベース1と間隔を有して取り付けられる。
前記第1温調手段(符号21で示される)は、この支持ブラケット17とベース1との間の空間に配置される。第1温調手段21は、上述の如く、ペルチェ素子とサーミスタを組み合わせたペルチェモジュールであり、LDの駆動に伴う温度上昇を防止することを目的とする。図示はしないが、ペルチェモジュールは、前記第1温調手段用基板を備え、該基板は、中継基板6の対応する端子7の他端側とケーブルを介して電気的に接続される。
一方、前記操作部材16には、前記LD用基板(符号22で示される)が取り付けられている。図示はしないが、該基板22は、中継基板6の対応する端子7の他端側とケーブルを介して電気的に接続される。
次に、光ファイバ15は、そのコア部の一部の屈折率を周期的に変化させたFBGを組み込んでおり、LDから出力された光の縦モードをシングルにし、且つ特定波長に固定させた状態でその光を反射する機能をもつ。これにより、LD自身の発振波長の中心波長λcが基本波としての940nmや1060nmから多少離れた波長であっても、FBGで作成した設計波長(特定波長)に引き込み、安定させることができる。尚、光ファイバ15にFBGを組み込むことには、紫外線等によって非接触で干渉縞を作成することのほか、機械的に組み込むものも含まれる。
また、光ファイバ15は、例えばコア径5〜10μmのシングルモードファイバとされ、約1m程度の長さのものが用いられており、これをベース1の上面であって周回溝(即ち、シール部材10)の内側に沿って複数回巻回させた状態にしてから波長変換部31に接続するようにしている。
光ファイバ15の途中位置には、加圧力調整部25が設けられている。該加圧力調整部25は、光ファイバ15の一部に対して直交する方向から所定の加圧力を付与するもので、光ファイバ15を保持する第1部材26と、該第1部材26に対して相対的に接離する第2部材27を備える。
また、加圧力調整部25は、第1部材26に形成された孔に挿通されたビス28をベース1に形成された雌ねじに螺入して締め付けることにより、ベース1に取り付けられる。ガイドブラケット23は、LDピグテール12から延びる光ファイバ15をその方向を変えてLDピグテール12と直交する加圧力調整部25へ導くための曲面を有し、形成された孔に挿通されたビス34をベース1に形成された雌ねじに螺入して締め付けることにより、ベース1に取り付けられる。
図4に示す如く、第1部材26は、上面に光ファイバ15の一部を保持する保持突起26a,…を備える。該保持突起26a,…は、光ファイバ15と直交する方向に間隔を有して対峙する一対の保持突起26a,26aが光ファイバ15と平行する方向に間隔を有して二対設けられる。これら保持突起26a,…は、第1部材26のうち、光ファイバ15と直交方向に張り出す張出部26bの上面に設けられる。対峙する保持突起26a,26aの間隔は、光ファイバ15の径に相当し、上流側及び下流側のそれぞれ対峙する保持突起26a,26a間に光ファイバ15が配置される。
また、第1部材26は、その上面であって保持突起26a,…から離れた位置に(すり鉢状の)凹部26cを備える。該凹部26cは、光ファイバ15に沿って一対設けられ、一方の凹部26cは、円状であるが、他方の凹部26cは、平面視にて光ファイバ15の方向を長軸とする長円状に形成されている。そして、保持突起26a,…と凹部26c,26cとの間には、調整手段としての調整ビス29を受け入れるための雌ねじ26dが形成されている。
一方、第2部材27は、上流側の保持突起26a,26aと下流側の保持突起26a,26aとの間隔に相当する幅を有して光ファイバ15と直交方向に張り出す張出部27aを備える。また、第2部材27は、その下面であって、凹部26cに対応する位置に(半球状の)凸部27bを備える。該凸部27bは、凹部26cよりも若干小さく形成されているため、凹部26cに凸部27bが係入した状態で、第2部材27は、凸部27b(凹部26c)を支点とし、開閉方向(即ち、光ファイバ15と直交する方向)に傾動可能である。
また、第2部材27は、張出部27aと凸部27bとの間に、前記調整ビス29を受け入れる通孔27cを備える。該通孔27cは、基端側が大径となる二段孔であり、大径部に付勢手段としてのスプリング(弾性部材)30が介装されるようになっている。
このような構成からなる加圧力調整部25は、第1部材26と第2部材27とを組み合わせた状態で調整ビス29を雌ねじ26dに螺入して締め付けると、第2部材27は、スプリング30の弾発力により第1部材26側に付勢され、これにより、凸部27b(凹部26c)を支点とし、第1部材26側へ傾動する。このとき、保持突起26a,26a間に配置される光ファイバ15は、第2部材27の下面(より正確には、上流側の保持突起26a,26aと下流側の保持突起26a,26aとの間に入り込む張出部27aの下面)による付勢を受け、加圧力が付与される。
光ファイバ15に対する加圧力は、調整ビス29の螺入量を調整することにより調整可能である。即ち、調整ビス28の螺入量を多くすれば、スプリング30の弾発力が大きくなり、光ファイバ15に対する加圧力は増大する一方、調整ビス29を緩めて螺入量を少なくすれば、スプリング30の弾発力は小さくなり、光ファイバ15に対する加圧力は減少する。尚、調整ビス29のピッチが小さいほど、加圧力の微調整が可能となる。
光ファイバ15のFBGは、該光ファイバ15の一部に屈折率が周期的に変化するような加工を施して形成される。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15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15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化させることにより形成される。
このように形成された光ファイバ15のFBGは、加圧力調整部25よりも下流側に設けられ、図5に示す如く、LDピグテール12を支持する支持ブラケット17に支持されている。より詳しくは、支持ブラケット17の起立部に溝17aが形成され、該溝17a内に光ファイバ15のFBG形成領域部が配置されている。溝17aは、起立部の背面(即ち、前記操作部材16が配置される側の面)に形成されるが、該溝17aから光ケーブル15が脱離しないよう、例えば熱伝導性を有する接着剤を溝17a内に流し込んで光ケーブル15を溝17a内に固定する。また、溝17a内の光ケーブル15が接着剤で覆われることで、曲げや圧力等といった光の反射率や波長を変動させる外部要因からFBGは保護される。
また、FBGを光ファイバ15の途中位置に形成したのは、これによって光ファイバ15から安定したレーザ光を射出できるようになるからである。より詳しくは、FBGはある特定の波長(ブラッグ波長)のレーザ光を反射する機能を有する。この機能を利用して、LDから出力される種々の波長のレーザ光のうち、ある特定の波長(ブラッグ波長)のレーザ光をFBGによって反射する。この反射された波長のレーザ光がLD内の光反射面(図示せず)とFBGとの間で反復増幅されて所望の波長(ブラッグ波長)のレーザ光が取り出される。この反復増幅時に生じるレーザ光の光路差がコヒーレント長以下の場合、干渉して射出されるレーザ光は不安定なものとなる。従って、前記光路差をコヒーレント長以上とすべくFBGをLDから離れた位置に形成する。一般的なLDと光ファイバ15を使用した場合、LDとFBGとの距離は少なくとも30cm以上であるのが好ましく、本実施形態においては1mの位置に形成される。
このFBGは、支持ブラケット17に固定されることにより、該支持ブラケット17の下面に配置した第1温調手段21による温度調整作用を受ける。従って、第1温調手段21によって、LDの温度調整のみならず、FBGの温度調整も可能となる。FBGを温度調整するのは、FBGの反射波長(中心波長)が変化することを防止するためであるが、第1温調手段21で二つを温度調整する構成により、FBGのために別個の温調手段を設けることなく、部品点数削減による省スペース化、小型化及び省コスト化を図ることができる。
ところで、FBGを支持するための溝17aは、熱伝達経路の距離が等しくなるよう、即ち、第1温調手段21から支持ブラケット17を介して溝17aに至るまでの熱伝達距離と、第1温調手段21から支持ブラケット17を介してLDピグテール12内のLDに至るまでの熱伝達距離とが等しくなるよう、支持ブラケット17における最適位置が設定される。この結果、LDとFBGは基本的に同じ温度で温度調整される。
図3に戻り、前記波長変換部31は、光ファイバ15の端部を支持したファイバフォルダ32を支持する支持ブラケット33と、光導波路型SHG素子35を支持する支持ブラケット34とを備え、光ファイバ15の端(光出射端)をSHG素子35に近接させ、両者を接着するようにしている。
支持ブラケット34は、ベース1の上面と平行な基部及びベース1の上面と直交する起立部とを一体化して側面視略L字状に形成され、SHG素子35は起立部の上面に取り付けられるが、基部はベース1の上面と間隔を有して取り付けられる。より詳しくは、基部に形成された孔に挿通されたビス36をスペーサ37を挿通させた状態でベース1に形成された雌ねじに螺入して締め付けることにより、支持ブラケット34は、ベース1と間隔を有して取り付けられる。
前記第2温調手段は、この支持ブラケット34とベース1との間の空間に配置される。第2温調手段は、上述の如く、ペルチェ素子とサーミスタを組み合わせたペルチェモジュールであり、SHG素子35の駆動に伴う温度上昇を防止することを目的とする。図示はしないが、ペルチェモジュールは、前記第2温調手段用基板を備え、該基板は、中継基板6の対応する端子7の他端側とケーブルを介して電気的に接続される。
前記出力測定部38は、波長変換部31から出力された光の強度を測定する部分である。赤外光(IR)カットフィルタ(図示しない)及びビームスプリッタ40が通常の形態に従って支持ブラケット39に支持され、該支持ブラケット39は、形成された孔に挿通されたビス41をベース1に形成された雌ねじに螺入して締め付けることにより、SHG素子35を支持する支持ブラケット34に近接してベース1に取り付けられる。
出力測定部38では、波長変換部31から出力された光は、赤外光カットフィルタで赤外光(基本波)がカットされ、該カットフィルタを透過した可視光がビームスプリッタ40にて2方向に分離され、一つは出力光として用いられ、残りは前記APC制御を行うための出力光モニタとして用いられる。即ち、出力光は、カバー2の枠外に配置されるレンズホルダー9の集光レンズを通って外部に出力される一方、モニタ用の光は、APC制御のために前記PD(図示しない)に入射される。
尚、PDは、前記PD用基板(符号42で示される)に取り付けられている。図示はしないが、該基板42は、中継基板6の対応する端子7の他端側とケーブルを介して電気的に接続される。
本実施形態に係るレーザ発光装置は以上の構成からなり、次に、光ファイバ15の調整方法について説明する。光ファイバ15の製品としてのバラツキ(例えば、コア部の不均一さ)、製品保管態様のバラツキ(例えば、保管用リールに光ファイバを巻き付ける際の張力の不均一さ)によって、直線偏光であるLDの出力光が光ファイバ15を通ると楕円偏光となってしまうことがある。具体的に説明すると、図6(イ)に示す如く、LDピグテール12からの出力光は、(a)に示すように、直線偏光であるにも関わらず、光ファイバ15からの出射光は、(b)に示すように、垂直方向に対して傾き(角度α)、且つ短軸方向に膨れた(幅β)ものとなって楕円偏光になってしまうことがある。
このとき、LDピグテール12の角度位置調整と、加圧力調整部25による加圧力調整とを行う。順番はどちらが先であってもよいが、LDピグテール12の角度位置調整は、偏光角度の調整に大きく作用し、加圧力調整部25による光ファイバ15に対する加圧力調整は、偏光消光比の調整に大きく作用する。但し、LDピグテール12の角度位置を変更すれば、光ファイバ15にねじりモーメントが作用して光ファイバ15のコア部内に応力が発生するわけであるから、偏光消光比を調整できることもある。一方、加圧力調整部25によって光ファイバ15に対する加圧力を変更すれば、コア部内に発生する応力の関係によっては、偏光角度を調整できることもある。従って、LDピグテール12の角度位置調整と加圧力調整部25による加圧力調整とを相互に行うのが精度の高い調整の条件となる。尚、調整は、実際の出力光の強度を測定しながら行う(図6(ロ)参照)。
図7は、LDピグテール12の角度位置及び加圧力調整部25による光ファイバ15に対する加圧力を変化させたときの偏光状態のモニタ結果を示す。詳しくは、図7(イ)は、横軸にLDの回転角、縦軸に偏光角度としてモニタ結果をプロットしたもの(凡例は調整ビス29の回転角)であり、図7(ロ)は、横軸にLDの回転角、縦軸に偏光消光比としてモニタ結果をプロットしたもの(凡例は調整ビス29の回転角)である。因みに、LDの回転角及び調整ビス29の回転角は、測定時の初期位置を0度とする相対値である。
この図より、偏光角度はLD回転角に対して200〜220度の周期を持っていることがわかり、偏光消光比はLD回転角に対して100〜110度の周期を持っていることがわかる。また、光ファイバ15に対する加圧力を変えることで、これらの位相が変化することがわかる。そこで、この結果を利用すれば、調整結果としての直線偏光を迅速且つ確実に得ることができる。尚、厳密には直線偏光とは偏光消光比が∞であるが、実用的には20dBであれば、直線偏光と見なすことができる。
以上、本実施形態に係るレーザ発光装置によれば、LDピグテール12の角度位置調整や加圧力調整部25による光ファイバ15に対する加圧力調整を行うことにより、LDからレーザ光を直線偏光状態でSHG素子35に入力することができ、簡単な構成にしてハイパワーの出力光を確実に得ることができる。
次に、LDとFBGとを一つの温調手段21で温度調整することの効果検証を行った。図8は、横軸にLDの駆動電流、縦軸にレーザ光の出力強度としてモニタ結果をプロットしたもの(凡例は本実施形態に係るレーザ発光装置が取り付けられる写真処理装置の内部温度(=雰囲気温度))である。
波長−電流特性はFBGの温度に依存してFBGの温度1℃あたり15mAシフトすることがわかっているが、FBGが雰囲気温度によって温度変化を起こすことなく安定していることは図8から理解できる。即ち、図8において雰囲気温度毎の線間に大きなシフトが見られないことから、LDは第1温調手段により、また、SHG素子は第2温調手段により、それぞれ好適に温度調整されることは明らかであるとして、FBGも第1温調手段により好適に温度調整されていることがわかる。
以上、本実施形態に係るレーザ発光装置によれば、FBGのための温調手段を別個設けずとも、SHG素子35から出力されるレーザ光のパワーを雰囲気温度に関わらずに安定化させることができ、その分、部品点数削減による省スペース化、小型化及び省コスト化を図ることができる。尚、図8からわかるように、本実施形態によれば、モードホップも雰囲気温度に関わらず一致する傾向にあるが、基本的にはこの領域を避けてLDを駆動するのが好ましい。
ところで、本実施形態に係るレーザ発光装置は、上述した光ファイバ15の調整が終われば、ベース1にカバー2を組み付け、最終製品とされるが、組み付けは、乾燥空気雰囲気中あるいは窒素雰囲気中といった乾燥気体中で行うようにしてもよい。これにより、装置の内部空間に乾燥気体が充満されることとなる。しかも、ベース1とカバー2の接合部にシール部材10が介在すると共に、中継基板6はモールド剤で覆われているため、内部空間は完全に気密状態が維持されており、乾燥気体が漏れ出ることはない。
従って、内部温度と外部の雰囲気温度(本実施形態に係るレーザ発光装置が取り付けられる写真処理装置の内部温度)との差が大きくなってもレーザ発光装置内に結露が生じることはない。尚、内部空間の気密性を維持するためには、カバー2にはレーザ光を出射させる部分に透明なガラス板(図示しない)が取り付けられ、ガラス板とカバー本体とは気密にシールされている。
次に、第二実施形態について説明する。第一実施形態に係るレーザ発光装置と構成上の相違点は、図9に示すように、レーザ発光装置の外部(レーザ光が導波される下流側)に光変調素子であるAOM50(偏光依存性を有するもの)が設けられている点である。その他は、基本的には第一実施形態と同じである。従って、相違点のみを説明し、それ以外の部分は、第一実施形態と同じであるため説明を省略する。また、構成の説明において、相違点以外は第一実施形態と同じ番号を使用して説明する。
AOM50は、図10に示すように、直方体形状を有する音響光学媒体51と、音響光学媒体51の一端面に固定された超音波振動を発生する超音波振動子52とを備える。超音波振動子52には、駆動信号源であるAOMドライバ53が励振用の駆動信号を供給可能に接続されている。音響光学媒体51は、AOMドライバ53からの駆動信号により超音波振動子52を介して駆動されると、超音波光学効果が作用してブラッグ回折が生じ、AOM50の中心軸Oに対し角度+θBの方向から入射したレーザ光を角度+θBの0次回折光(直接光)及び角度−θBの1次回折光として出力する。これらの回折光のうち、0次回折光は、遮光板等で遮光される一方、1次回折光は出力されるようになっている。また、音響光学媒体51は、駆動信号の振幅により1次回折光の出力強度が変化するようになっている。
このようなAOM50を備えることによって、レーザ発光装置の出力光における強度が調整可能となる。尚、波長変換部31を備えていないレーザ発光装置にAOM50を設け、出力光の強度調整を行うようにしてもよい。
以上、レーザ発光装置の第一及び第二実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、上記第一及び第二実施形態においては、加圧力調整部25は、第1部材26に対して第2部材27が傾動することにより、第2部材27が第1部材26に対して相対的に接離する構成となっているが、これ以外に、第2部材が第1部材に対して平行移動する機構や、第1部材及び第2部材がヒンジ構造にて連結される機構であってもよい。
また、上記第一及び第二実施形態においては、第1部材26及び第2部材27の一方に凹部26cが形成され、他方に凸部27bが形成されて、支点構造により相対的な接離が実現されるが、凸部や凹部の形状は特に限定されず、例えば、凸部が光ファイバに沿って平行な連続凸部であり、凹部が光ファイバに沿って平行なV字状あるいはU字状の溝であってもよい。
また、上記第一及び第二実施形態においては、加圧力調整部25を一箇所だけ設けているが、該加圧力調整部と直交配置される第2の加圧力調整を設けるようにしてもよい。これにより、光ファイバに対して直交二方向から加圧力を調整可能に付与するため、偏光消光比を的確に調整することができるようになる。
また、上記第一及び第二実施形態においては、光ファイバ15を第1部材26及び第2部材27で挟み込み、両部材26,27を相対変位させることにより加圧力を調整可能に付与しているが、加圧力調整部としては、例えば、光ファイバに対して曲げ作用を生じさせることにより加圧力を付与すると共に、光ファイバの曲げ角度を調整することにより加圧力を調整する機構を採用することもできる。
また、上記第一及び第二実施形態においては、LDピグテール12を回転させることにより、光ファイバ15の光入射端の角度位置を調整するようにしているが、光ファイバの途中位置にそのような機構を設け、該部分の角度位置を調整することによっても同様の目的を達成することができる。光ファイバの光出射端においても同様である。
1…ベース、2…カバー、5…主基板、6…中継基板、7…端子、10…シール部材、11…LD部、12…LDピグテール、15…光ファイバ、16…操作部材、17…支持ブラケット、21…第1温調手段、25…加圧力調整部、26…第1部材、26a…保持突起、26b…張出部、26c…凹部、26d…雌ねじ、27…第2部材、27a…張出部、27b…凸部、27c…通孔、29…調整ビス(調整手段)、30…スプリング(付勢手段、弾性部材)、31…波長変換部、35…光導波路型SHG素子、50…AOM(音響光学変調素子)
Claims (11)
- 半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子の出力光を一方から入射して他方から出射する光ファイバとを備え、該光ファイバからの出射光が偏光依存性を有するものに入射されるレーザ発光装置において、光ファイバに対して直交する方向から所定の加圧力を調整可能に付与する加圧力調整部を備えることを特徴とするレーザ発光装置。
- 半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子の出力光を一方から入射して他方から出射する光ファイバとを備え、該光ファイバからの出射光が偏光依存性を有するものに入射されるレーザ発光装置において、光ファイバの少なくとも一部を光軸回り方向に調整可能に回転させる回転操作部を備えることを特徴とするレーザ発光装置。
- 半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子の出力光を一方から入射して他方から出射する光ファイバとを備え、該光ファイバからの出射光が偏光依存性を有するものに入射されるレーザ発光装置において、半導体レーザ素子を光軸回り方向に調整可能に回転させる回転操作部を備えることを特徴とするレーザ発光装置。
- 前記偏光依存性を有するものは、前記光ファイバの出射光から高調波を生成する波長変換素子である請求項1乃至3の何れか一項に記載のレーザ発光装置。
- 前記偏光依存性を有するものは、前記光ファイバの出射光を変調する光変調素子である請求項1乃至3の何れか一項に記載のレーザ発光装置。
- 前記光変調素子は、前記光ファイバの出射光から高調波を生成する波長変換素子より生成された高調波を変調するものである請求項5に記載のレーザ発光装置。
- 光ファイバの少なくとも一部を光軸回り方向に調整可能に回転させる回転操作部を備える請求項1に記載のレーザ発光装置。
- 半導体レーザ素子を光軸回り方向に調整可能に回転させる回転操作部を備える請求項1に記載のレーザ発光装置。
- 前記加圧力調整部は、光ファイバを拘束状態で保持する第1部材と、該第1部材に対して相対的に接離する第2部材と、該第2部材を第1部材側へ付勢する付勢手段と、該付勢手段の付勢力を調整する調整手段とを備える請求項1,7,8の何れか一項に記載のレーザ発光装置。
- 前記第1部材の前記第2部材との対向面及び第2部材の第1部材との対向面の何れか一方に凸部が形成され、何れか他方に凹部が形成され、該凹部に凸部が係入することにより、第1部材は、第2部材に対して傾動可能であり、しかも、前記調整手段は、第2部材を貫通して第1部材に螺入される調整ビスであると共に、前記付勢手段は、一端が第2部材に係止され、他端が調整ビスに係止される弾性部材である請求項9に記載のレーザ発光装置。
- 前記回転操作部は、半導体レーザ素子と光ファイバの光入射端とを結合してハウジング化したピグテール構造体と、該ピグテール構造体を回転可能に支持するブラケットとを備える請求項2又は3に記載のレーザ発光装置。
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