JP2009162805A

JP2009162805A - Laser light source device

Info

Publication number: JP2009162805A
Application number: JP2007339183A
Authority: JP
Inventors: Akifumi Aono; 暁史青野; Masaru Nakakita; 勝中北
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2009-07-23

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser light source device using a secondary high frequency generating element to effectively prevent reduction of output due to the pollutant generated in the device. <P>SOLUTION: This laser light source device includes a laser light source module having a laser oscillating element to emit the light having first wavelength, a wavelength conversion element module arranged on an optical path for the light having the first wavelength to convert from the light having the first wavelength to the light having second wavelength, a wavelength selection element arranged on an optical path for the light having the second wavelength and emitted simultaneously with the light having the first wavelength and passing through the wavelength conversion element module, a reflection mirror arranged on the optical path for the light having the first wavelength being different from the optical path for the light having the second wavelength by the wavelength selection element, and a pollutant decomposing element formed by an optical catalyst material activated by the light having the first wavelength reflected by the reflection mirror and having another optical path to promote the decomposition of the pollutant. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、波長変換素子を利用したレーザ光源装置に関し、特に装置内で発生する汚染物質を低減する技術に関するものである。 The present invention relates to a laser light source device using a wavelength conversion element, and more particularly to a technique for reducing contaminants generated in the device.

従来、グリーンレーザ光源には、半導体体レーザ素子光源での実現が難しく、ＡｒガスレーザやＫｒガスレーザ等のガスレーザ光源が使用されてきた。しかし、ガスレーザ光源では、エネルギー変換効率が０．１％と低く、また冷却機構が必要なため、装置の小型化が難しかった。そのため近年では、高効率で高出力が可能なＳＨＧ波長変換素子を用いたレーザダイオード励起ＳＨＧグリーンレーザ光源の開発が行われてきている。 Conventionally, a green laser light source is difficult to realize with a semiconductor laser element light source, and a gas laser light source such as an Ar gas laser or a Kr gas laser has been used. However, in the gas laser light source, the energy conversion efficiency is as low as 0.1% and a cooling mechanism is required, so that it is difficult to reduce the size of the apparatus. Therefore, in recent years, a laser diode pumped SHG green laser light source using an SHG wavelength conversion element capable of high efficiency and high output has been developed.

図７および図８に代表的なＳＨＧ波長変換素子を用いたレーザダイオード励起ＳＨＧレーザ光源として、ファイバーレーザ方式とＤＰＳＳ（Diode-pumped solid-state）レーザ方式の概要図を示す。 7 and 8 show schematic diagrams of a fiber laser system and a DPSS (Diode-pumped solid-state) laser system as laser diode-pumped SHG laser light sources using typical SHG wavelength conversion elements.

図７にファイバーレーザ方式を示す。密閉筐体１１２内に主にファイバーレーザ部１００とＳＨＧ波長変換部１０１から構成されている。ファイバーレーザ部１００は、レーザダイオード１０２から出射されたレーザ光がＹｂ添加ダブルクラッドファイバー１０３によって、１０００ｎｍおよび１１００ｎｍの間の範囲の波長、例えば１０６４ｎｍに励起され、Ｙｂ添加ダブルクラッドファイバー両端に配置された第１及び第２のブラッグ回折格子１０４、１０５によって共振器構造を形成することで、１０６４ｎｍのレーザ光がＳＨＧ波長変換部１０１に出射される。ＳＨＧ波長変換部１０１では、この出射した基本波レーザ光をコリメートレンズ１０６によって平行光にし、集光レンズ１０７によって、ＳＨＧ波長変換素子１０８内部に集光され、５３２ｎｍのレーザ光へ変換される。その後、この５３２ｎｍのレーザ光、および変換されなかった１０６４ｎｍのレーザ光成分がダイクロイックミラー１０９によって分離する。そして、分離された５３２ｎｍのレーザ光は光出射窓１１０を通過して、密閉筐体１１２の外部へ出力される。ここで分離されて不要光となった１０６４ｎｍのレーザ光成分はＩＲブロック１１０によって処理される（例えば、特許文献１参照。）。 FIG. 7 shows a fiber laser system. The hermetic casing 112 mainly includes a fiber laser unit 100 and an SHG wavelength conversion unit 101. In the fiber laser unit 100, the laser light emitted from the laser diode 102 is excited by the Yb-doped double clad fiber 103 to a wavelength in the range between 1000 nm and 1100 nm, for example, 1064 nm, and is disposed at both ends of the Yb-doped double clad fiber. By forming a resonator structure with the first and second Bragg diffraction gratings 104 and 105, a 1064 nm laser beam is emitted to the SHG wavelength converter 101. In the SHG wavelength conversion unit 101, the emitted fundamental wave laser light is converted into parallel light by the collimator lens 106, condensed by the condenser lens 107 inside the SHG wavelength conversion element 108, and converted into 532 nm laser light. Thereafter, the 532 nm laser beam and the unconverted 1064 nm laser beam component are separated by the dichroic mirror 109. The separated 532 nm laser light passes through the light exit window 110 and is output to the outside of the sealed casing 112. The 1064 nm laser light component that has been separated and becomes unnecessary light is processed by the IR block 110 (see, for example, Patent Document 1).

次に、図８にＤＰＳＳレーザ方式を示す。密閉筐体内２０９に主にレーザダイオード部２００と共振器部２０１から構成されている。レーザダイオード部２００は、レーザダイオード２０２からのレーザ光、例えば８０８ｎｍのレーザ光を集光レンズ２０３によって、共振器部２０１に出射される。共振器部２０１は、Ｎｄをドープした固体レーザ媒体であるＹＡＧ結晶２０４（以下、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶と表記）と、このＮｄ：ＹＡＧ結晶２０４の前方側および後方側に配置された第一および第二の共振器ミラー２０５，２０６と、ＳＨＧ波長変換素子２０７とで形成されている。レーザダイオード部２００から出射された光はＮｄ：ＹＡＧ結晶２０４と第一および第二の共振ミラー２０５，２０６によって９４５ｎｍのレーザ光として発振が行われ、この９４５ｎｍのレーザ光はＳＨＧ波長変換素子２０７によって、半分の４７３ｎｍに変換される。そして、この４７３ｎｍのレーザ光のみが、光出射窓２０８を通過して、密閉筐体２０９の外部へ出力される（例えば、特許文献２参照。）。 Next, FIG. 8 shows a DPSS laser system. The sealed casing 209 is mainly composed of a laser diode part 200 and a resonator part 201. The laser diode unit 200 emits laser light from the laser diode 202, for example, 808 nm laser light, to the resonator unit 201 by the condenser lens 203. The resonator unit 201 includes a YAG crystal 204 (hereinafter referred to as Nd: YAG crystal) which is a solid laser medium doped with Nd, and first and first Nd: YAG crystals 204 disposed on the front side and the rear side. The second resonator mirrors 205 and 206 and the SHG wavelength conversion element 207 are formed. The light emitted from the laser diode unit 200 is oscillated as 945 nm laser light by the Nd: YAG crystal 204 and the first and second resonant mirrors 205 and 206, and this 945 nm laser light is oscillated by the SHG wavelength conversion element 207. , Converted to half of 473 nm. Then, only the 473 nm laser light passes through the light exit window 208 and is output to the outside of the sealed casing 209 (see, for example, Patent Document 2).

これらのＳＨＧ波長変換素子を用いたレーザダイオード励起ＳＨＧレーザ光源は、一般にクラス４のレーザダイオードを使用するため、レーザ光源の筐体内は密閉構造を有していなければならない。そして、使用される集光レンズなどの各種レンズや共振器ミラーやＳＨＧ波長変換素子等の光学素子はこの密閉筐体内に接着剤（例えば、シリコン系やエポキシ系やＵＶ系等）で固定されている。集光レンズなどは一度レンズホルダーに接着剤で固定した後に、そのレンズホルダーを密閉筐体内にネジなどで固定している。高温下でこのレーザダイオード励起ＳＨＧレーザ光源を使用する場合には、これらの接着剤等から密閉筐体内に発生するガス状の汚染物質（以下、単に汚染物質と言う）が光学素子等に固着し、出力低下を招いていた。そのため、共振器部内に光触媒効果を有する機能膜２１０を共振ミラー２０６の両端に設けることで、汚染物質を化学的に分解する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００１−１４４３５４号公報特開２００２−１６４６１６号公報特開２００１−７０７８７号公報 Since laser diode pumped SHG laser light sources using these SHG wavelength conversion elements generally use class 4 laser diodes, the housing of the laser light source must have a sealed structure. Various lenses such as a condensing lens and optical elements such as a resonator mirror and an SHG wavelength conversion element are fixed in the sealed casing with an adhesive (for example, silicon-based, epoxy-based, UV-based, etc.). Yes. A condenser lens or the like is once fixed to a lens holder with an adhesive, and then the lens holder is fixed in a sealed casing with screws or the like. When this laser diode-pumped SHG laser light source is used at high temperatures, gaseous contaminants (hereinafter simply referred to as contaminants) generated in the sealed casing from these adhesives and the like adhere to the optical element and the like. The output was reduced. For this reason, a technique is disclosed in which contaminants are chemically decomposed by providing functional films 210 having a photocatalytic effect at both ends of the resonance mirror 206 in the resonator section (see, for example, Patent Document 3).
JP 2001-144354 A JP 2002-164616 A JP 2001-70787 A

しかしながら、前記従来の構成では、出力レーザ光の光路上に光触媒効果を有する機能膜を設けているため、この機能膜自体により出力ロスが生じるという課題を有していた。 However, in the conventional configuration, since a functional film having a photocatalytic effect is provided on the optical path of the output laser light, there is a problem that output loss occurs due to the functional film itself.

本発明は、前記課題を解決するものであり、レーザ光源を有する密閉された筐体内部で発生する汚染物質を低減して出力ロスの少ないレーザ光源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a laser light source device with reduced output loss by reducing contaminants generated inside a sealed housing having a laser light source.

前記従来の課題を解決するために、本発明のレーザ光源装置は、第一の波長のレーザ光を放出するためのレーザ光源モジュールと、前記レーザ光源モジュールの出射光路上に配置され前記第一の波長のレーザ光を第二の波長のレーザ光に変換するための分極反転型デバイスモジュールと、前記分極反転型デバイスモジュールに配置された光触媒材料からなる汚染物質分解素子と、前記分極反転型デバイスモジュールの出射光路上に配置された前記第二の波長のレーザ光を透過し前記第一の波長のレーザ光を反射するための波長選択素子と、前記波長選択素子とからの反射光を受けて前記染物質分解素子に前記第一の波長のレーザ光を反射するように設けられた反射ミラーとを備えたを特徴としたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a laser light source device of the present invention includes a laser light source module for emitting laser light having a first wavelength, and the first light source device disposed on an emission optical path of the laser light source module. A domain-inverted device module for converting a laser beam having a wavelength into a laser beam having a second wavelength, a pollutant decomposing element made of a photocatalytic material disposed in the domain-inverted device module, and the domain-inverted device module A wavelength selecting element for transmitting the laser light of the second wavelength and reflecting the laser light of the first wavelength disposed on the emission optical path, and receiving the reflected light from the wavelength selecting element, The dyeing substance decomposing element includes a reflection mirror provided to reflect the laser beam having the first wavelength.

本発明のレーザ装置によれば、出力光の光路上に光触媒効果を有する機能膜を設けず、別の光路上に光触媒材料を設けてレーザ装置内で発生する汚染物質を防止するので、出力ロスの少ないレーザ光源装置を実現できる。 According to the laser device of the present invention, no functional film having a photocatalytic effect is provided on the optical path of output light, and a photocatalyst material is provided on another optical path to prevent contaminants generated in the laser device. Can be realized.

以下に、本発明のレーザ光源装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本実施例のレーザ光源装置は、レーザダイオード１と、ファイバーレーザ部２と、コリメートレンズ３と集光レンズ４と、周期的な分極反転領域が形成された分極反転型デバイス５を有する分極反転型デバイスモジュール６と、波長選択フィルタ７と、全反射ミラー８と、光触媒材料からなる汚染物質分解素子９で構成されている。
レーザダイオード１から励起された波長の励起光（ここでは、９１５ｎｍ）がファイバーレーザ部２に入射され、ファイバーレーザ部２で１０００ｎｍおよび１１００ｎｍの間の波長の光（ここでは、１０６４ｎｍ）である第一の波長の光が生成される。具体的な発生原理について説明する。ファイバーレーザ部２としては、Ｙｂ添加ダブルクラッドファイバー１０の両端に第１および第２のブラッグ回折格子１１、１２がライディングされることでファブリーペロー共振器が形成されている。ここでレーザダイオード１からの９１５ｎｍの波長の励起光は、Ｙｂ添加ダブルクラッドファイバー１０内のＹｂイオンによって励起され、１０６４ｎｍで第一の波長の光が生成される。なお、本実施例ではファイバーレーザ方式を用いて、波長１０６４ｎｍの第一の波長の励起光の発振を行っているが、同様の構成でブラッグ回折格子の特性を変化させることにより、他の波長の励起光の発振をさせたり、ＹＡＧレーザや半導体レーザといった他のレーザ媒体を用いても良い。 Embodiments of the laser light source device of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a laser light source device of this embodiment comprising a laser diode 1, a fiber laser unit 2, a collimating lens 3, a condensing lens 4, and a domain-inverted device 5 in which periodic domain-inverted regions are formed. The polarization inversion type device module 6, the wavelength selection filter 7, the total reflection mirror 8, and the contaminant decomposition element 9 made of a photocatalytic material are included.
Excitation light having a wavelength pumped from the laser diode 1 (here, 915 nm) is incident on the fiber laser unit 2, and is first light that has a wavelength between 1000 nm and 1100 nm (here, 1064 nm). Is generated. A specific generation principle will be described. As the fiber laser unit 2, the Fabry-Perot resonator is formed by riding the first and second Bragg diffraction gratings 11 and 12 on both ends of the Yb-doped double clad fiber 10. Here, the excitation light having a wavelength of 915 nm from the laser diode 1 is excited by Yb ions in the Yb-doped double clad fiber 10, and light having a first wavelength is generated at 1064 nm. In this embodiment, the fiber laser system is used to oscillate the excitation light having the first wavelength of 1064 nm. However, by changing the characteristics of the Bragg diffraction grating with the same configuration, Excitation light may be oscillated, or another laser medium such as a YAG laser or a semiconductor laser may be used.

ファイバーレーザ部２から出射された１０６４ｎｍのレーザ光はコリメートレンズ３によって平行光にされ、集光レンズ４によって分極反転型デバイス５の端面を通り分極反転領域内に集光される。分極反転領域を伝播して、１０６４nmのレーザ光の成分が高調波（ここでは、第二の波長である５３２ｎｍの波長の光）に変換され、この第二の波長の光および変換されなかった第一の波長の光が分極反転型デバイス５の出射端面より出射される。その後、変換されなかった第一の波長の光は波長選択フィルタ７によって取り除かれ、第二の波長の光である二次高調波のみが外部へと出射される。従来は、この変換されなかった第一の波長の光はその後不要光として赤外吸収ブロック等で処理されていた。本実施例では、この変換されなかった第一の波長の光は全反射ミラー８によって分極反転型デバイスモジュール６内に構成された光触媒材料からなる汚染物質分解素子９に照射される構成をしている。この光触媒材料からなる汚染物質分解素子９の詳細については図２を使って説明をする。 The 1064 nm laser light emitted from the fiber laser unit 2 is collimated by the collimator lens 3 and is condensed by the condenser lens 4 through the end face of the domain-inverted device 5 into the domain-inverted region. Propagating through the domain-inverted region, the component of the 1064 nm laser light is converted into a harmonic (here, the light having the second wavelength of 532 nm), and the second wavelength light and the unconverted first light Light having one wavelength is emitted from the emission end face of the polarization inversion type device 5. Thereafter, the light of the first wavelength that has not been converted is removed by the wavelength selection filter 7, and only the second harmonic, which is the light of the second wavelength, is emitted to the outside. Conventionally, the light of the first wavelength that has not been converted has been processed as unnecessary light by an infrared absorption block or the like. In the present embodiment, the light having the first wavelength which has not been converted is irradiated to the pollutant decomposing element 9 made of the photocatalytic material formed in the polarization inversion device module 6 by the total reflection mirror 8. Yes. Details of the pollutant decomposition element 9 made of the photocatalytic material will be described with reference to FIG.

図２は分極反転型デバイスモジュール６の模式図を示した図である。分極反転型デバイス５としては、例えばＭｇＯ添加ＬｉＮｂＯ₃などの強誘電体基板の表面に櫛形電極、裏面には平面電極を形成し、電極に電圧を印加することで周期状の分極反転領域を形成している。分極反転型デバイス５は、ベースプレート１３に上面に導電性銀ペースト１４で固着され、ベースプレート１３下面には電子的に温度を可変することのできる温度可変手段１５（ここでは、ペルチェ素子）が熱伝導接着シート１６で固着され、そのペルチェ素子１５の反対面には廃熱用のフィン１７と熱伝導接着シート１８で固着されている。また、ベースプレート１３下面のペルチェ素子１５が固着されていない領域に光触媒材料からなる汚染物質分解素子９が構成されている。 FIG. 2 is a diagram showing a schematic diagram of the polarization inversion type device module 6. As the polarization inversion type device 5, for example, a comb electrode is formed on the surface of a ferroelectric substrate such as MgN-added LiNbO ₃ , a planar electrode is formed on the back surface, and a periodic polarization inversion region is formed by applying a voltage to the electrode. is doing. The polarization inversion type device 5 is fixed to the base plate 13 with a conductive silver paste 14 on the upper surface, and a temperature variable means 15 (here, a Peltier element) capable of electronically changing the temperature is thermally conductive on the lower surface of the base plate 13. It is fixed by an adhesive sheet 16, and is fixed to the opposite surface of the Peltier element 15 by a waste heat fin 17 and a heat conductive adhesive sheet 18. Further, a pollutant decomposition element 9 made of a photocatalytic material is formed in a region where the Peltier element 15 on the lower surface of the base plate 13 is not fixed.

ここで、本実施例のレーザ光源装置を高温状況下で使用した場合には、導電性銀ペースト１４に使用されている希釈液や熱伝導接着シートの接着層に使われている接着剤等から炭化水素等のアウトガスが発生してしまい、分極反転型デバイス５等の光学素子に固着してしまう恐れがある。特に、分極反転型デバイス５の端面にアウトガスの固着が起きてしまうと極端に出力低下が起きてしまうために、本実施例ではこの分極反転型デバイス５の近傍に配置している。そして、図1、及び図２に示すように分極反転型デバイス５で変換されなかった第一の波長の光を全反射ミラー８によって光触媒材料からなる汚染物質分解素子９に照射させ、その第一の波長の光の活性化によって、光触媒材料は光触媒効果を示す。この光触媒材料からなる汚染物質分解素子９は、揮発性有機化合物などの汚染物質の酸化分解を促進するものを言い、一般的に光触媒材料としては、Ｔｉ（チタン）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｆｅ（鉄）、Ｗ（タングステン）などの金属酸化膜が使用されている。本実施例では、第一の波長（１０６４ｎｍ）で触媒活性効果を示すＰｄ／ＴｉＯ₂、もしくはＰｄ／ＲｕＯ２／ＴｉＯ₂を使用している。 Here, when the laser light source device of the present embodiment is used under a high temperature condition, from the diluted solution used for the conductive silver paste 14, the adhesive used for the adhesive layer of the heat conductive adhesive sheet, or the like. There is a possibility that outgas such as hydrocarbons is generated and sticks to an optical element such as the domain-inverted device 5. In particular, if outgas is stuck to the end face of the domain-inverted device 5, the output is extremely lowered. Therefore, in the present embodiment, the device is arranged near the domain-inverted device 5. Then, as shown in FIGS. 1 and 2, the pollutant decomposition element 9 made of the photocatalytic material is irradiated by the total reflection mirror 8 with the light having the first wavelength that has not been converted by the polarization inversion type device 5, and the first The photocatalytic material exhibits a photocatalytic effect by activation of light having a wavelength of. The pollutant decomposing element 9 made of this photocatalytic material means an element that promotes oxidative decomposition of pollutants such as volatile organic compounds. Generally, photocatalytic materials include Ti (titanium), Zn (zinc), Fe ( Metal oxide films such as iron and W (tungsten) are used. In this embodiment, using a first Pd / TiO ₂ shows the catalytic activity effect at a wavelength (1064 nm) or Pd / RuO2 / TiO _2,.

ここで、分極反転型デバイスモジュール６は、例えば図３に示す工程で製造することができる。図３（ａ）に示すようにベースプレート１３下面に金属マスクを使ったスパッタ成膜によって光触媒材料からなる汚染物質分解素子９を形成する。そして、光触媒材料からなる汚染物質分解素子が形成されていない領域に熱伝導性接着シートを貼り、その上に図３（ｂ）に示すようにペルチェ素子１６を配置させる。次に図３（ｃ）のようにペルチェ素子１６の反対面に熱伝導接着シート１８を貼り、廃熱用のフィン１７を取り付ける。そして、図３（ｄ）のようにベースプレート１３の上面に導電性銀ペースト１４を塗り、分極反転型デバイス５をその上に配置し、分極反転型モジュールが完成する。 Here, the polarization inversion type device module 6 can be manufactured, for example, by the process shown in FIG. As shown in FIG. 3A, a pollutant decomposition element 9 made of a photocatalytic material is formed on the lower surface of the base plate 13 by sputtering film formation using a metal mask. And a heat conductive adhesive sheet is affixed on the area | region in which the contaminant decomposition element which consists of photocatalyst materials is not formed, and the Peltier element 16 is arrange | positioned on it as shown in FIG.3 (b). Next, as shown in FIG. 3C, a heat conductive adhesive sheet 18 is attached to the opposite surface of the Peltier element 16, and fins 17 for waste heat are attached. Then, as shown in FIG. 3D, a conductive silver paste 14 is applied to the upper surface of the base plate 13, and the domain-inverted device 5 is disposed thereon, whereby the domain-inverted module is completed.

図４は、レーザ光源装置の高温通電耐久試験の結果で、試験条件としては、ＬＤ入力電流８．５Ａ、環境温度５０度、ペルチェ設定温度３０度、試験時間１００時間で行った。ここで、図４（ａ）は、図1に示す本発明の構成を有するレーザ光源の出力特性、図４（ｂ）は、従来のレーザ光源装置の出力特性である。横軸は時間、縦軸は時間ｔ＝０の第二の波長（５３２ｎｍ）の光出力で規格化した数値を示す。上記２種類のレーザ光源装置においては、光触媒モジュールを除いては同様の構成を有している。図４（ａ）および（ｂ）から、筐体内に光触媒モジュールを配置したことで、出力の低下が発生していないことがわかる。図４（ｂ）の出力低下の原因として、レーザ光源装置の不良解析をした結果、分極反転型デバイスの端面に炭化水素の固着物が析出された。この結果からも、光触媒モジュールを用いることで、筐体内で発生する汚染物質量が減少したことが分かる。 FIG. 4 shows the results of a high-temperature energization endurance test of the laser light source device. The test conditions were an LD input current of 8.5 A, an environmental temperature of 50 degrees, a Peltier set temperature of 30 degrees, and a test time of 100 hours. 4A shows the output characteristics of the laser light source having the configuration of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. 4B shows the output characteristics of the conventional laser light source apparatus. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents a numerical value normalized by the optical output of the second wavelength (532 nm) at time t = 0. The two types of laser light source devices have the same configuration except for the photocatalytic module. 4 (a) and 4 (b), it can be seen that the output is not reduced by arranging the photocatalyst module in the housing. As a cause of the decrease in the output in FIG. 4B, as a result of the failure analysis of the laser light source device, a fixed hydrocarbon was deposited on the end face of the domain-inverted device. This result also shows that the amount of pollutants generated in the housing is reduced by using the photocatalyst module.

このように、変化されずに不要光となった第一の波長の光の出射先に光触媒を配置することで、光触媒を活性化して、レーザ光源内の汚染物質を分解することができる。汚染物質がこのように揮発性有機化合物である場合には、光触媒等に接触することで効率よく酸化分解され、水蒸気と二酸化炭素に転嫁することになる。これらは少量ではレーザ光源装置にとっては無害であり、光触媒自体は消耗せず、性能低下をきたさないという利点もある。従って、使用する部品・部材にある程度の汚染を許容することが可能となり、製造コストを低減できる。また、部品・部材の洗浄度を厳しく管理するのであれば、レーザ装置の寿命を増大することができる。このように本発明を用いることにより、本来不必要であった第一の波長の光を使用し、光触媒を活性化することにより、レーザ装置内の汚染物質を除去することができる。また、レーザ光源が今後更なる高出力になった際にも、不要光を用い、出力光である変換された第二の波長とは別光路上に構成されているので、高エネルギーによる劣化等の心配はなく、光触媒材料からなる汚染物質分解素子に照射させるための光学系を最適化すれば良く、直接出力光に影響は与えない。 In this way, by disposing the photocatalyst at the emission destination of the light having the first wavelength that has become unnecessary light without being changed, the photocatalyst can be activated and the contaminants in the laser light source can be decomposed. When the pollutant is thus a volatile organic compound, it is efficiently oxidized and decomposed by contact with a photocatalyst and the like, and is transferred to water vapor and carbon dioxide. These are harmless to the laser light source device in a small amount, and there is an advantage that the photocatalyst itself is not consumed and the performance is not deteriorated. Therefore, it is possible to allow a certain amount of contamination to the parts and members to be used, and the manufacturing cost can be reduced. Further, if the cleaning degree of parts / members is strictly controlled, the life of the laser device can be increased. By using the present invention in this way, contaminants in the laser device can be removed by using light of the first wavelength that was originally unnecessary and activating the photocatalyst. In addition, even when the laser light source becomes even higher in the future, it is configured on a separate optical path from the converted second wavelength that is the output light using unnecessary light. The optical system for irradiating the pollutant decomposing element made of the photocatalytic material may be optimized, and the output light is not directly affected.

（実施の形態２）
本発明の他の実施例について図５を用いて説明する。図５に本実施例におけるレーザ光源装置を示す。本実施例におけるレーザ光源装置は、全反射ミラー８と光触媒材料からなる汚染物質分解素子９の光路の間に波長変換素子１９を配置し、分極反転型デバイス５で変換されなかった第一の波長の光を全反射ミラー８と波長変換素子１９によって、第一の波長より短い波長の光に変換し、その変換された光を分極反転型デバイスモジュール６内に構成した光触媒材料からなる汚染物質分解素子９に照射する構成をしている。その他の構成は実施の形態１と同様であるので詳細な説明は省略する。 (Embodiment 2)
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a laser light source device in this embodiment. In the laser light source device of the present embodiment, the wavelength conversion element 19 is disposed between the total reflection mirror 8 and the optical path of the pollutant decomposition element 9 made of a photocatalytic material, and the first wavelength that has not been converted by the polarization inversion type device 5. Is converted into light having a wavelength shorter than the first wavelength by the total reflection mirror 8 and the wavelength conversion element 19, and the converted light is decomposed into a pollutant composed of a photocatalytic material configured in the polarization inversion type device module 6. The element 9 is irradiated. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

波長変換素子１９としては、本実施例ではアップコンバージョン蛍光ガラスで構成している。アップコンバージョン蛍光ガラスは、１０６４ｎｍの波長の光より波長の短い光（ここでは、５５０ｎｍと６６０ｎｍの光）を発生するものでＹb３＋−Ｅｒ３＋系の材料から構成している。本実施例では、アップコンバージョン蛍光ガラスを用いて波長変換させているが、その他の手法で行っても問題ない。 In this embodiment, the wavelength conversion element 19 is composed of up-conversion fluorescent glass. The up-conversion fluorescent glass generates light having a shorter wavelength than light having a wavelength of 1064 nm (here, light having a wavelength of 550 nm and 660 nm), and is made of a Yb3 + -Er3 + series material. In this embodiment, the wavelength conversion is performed using the up-conversion fluorescent glass, but there is no problem even if it is performed by other methods.

本実施例では、前記光触媒材料からなる汚染物質分解素子９の通常環境下での使用において、酸、アルカリ、水、有機溶剤に溶解せず、フッ化水素、塩素、硫化水素など反応性の強いガスとも反応しない、きわめて安定な物質であるＴｉＯ₂を使用している。また、ＴｉＯ₂は、光触媒として耐久性、耐摩耗性に優れており、経済性、安全性、実用性などで他の光触媒材料に比べて多くの利点を有している。 In this embodiment, when the pollutant decomposing element 9 made of the photocatalyst material is used in a normal environment, it does not dissolve in acid, alkali, water, organic solvent, and has strong reactivity such as hydrogen fluoride, chlorine, hydrogen sulfide. TiO ₂ , which is a very stable substance that does not react with gas, is used. TiO ₂ is excellent in durability and wear resistance as a photocatalyst, and has many advantages over other photocatalytic materials in terms of economy, safety, practicality, and the like.

本実施例では、波長変換素子１９によって、５５０ｎｍ、および６６０ｎｍの波長の光に変換しているが、光触媒材料が最も効率的に活性化させるためには一般的に紫外光に変換することが望ましい。例えば、光触媒であるＴｉＯ₂を活性化させるためには、ＴｉＯ₂にバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を照射する必要があるためである。ＴｉＯ₂には、ルチル型、アナターゼ型、ブルッカイト型の３種類の結晶構造がある。これらのバンドギャップの値はルチル型で３．０ｅＶ、アナターゼ型とブルッカイト型で３．２ｅＶであるため、それ以上のエネルギーを持った光が必要となる。ここで、アナターゼ型とブルッカイト型のバンドギャップエネルギーを波長に換算すると３８８ｎｍ以下、ルチル型では４１３ｎｍ以下の短波長の光となる。光触媒としては、アナターゼ型のほうがルチル型より高い光触媒活性を示すことが知られており、より効果的に汚染物質を除去するためにはアナターゼ型を使用することが好ましい。このように、熱触媒材料を最も効率的に活性化させるためには、波長変換素子１９によって、紫外光の波長の光に変換することがより望ましい。 In this embodiment, the light is converted into light having a wavelength of 550 nm and 660 nm by the wavelength conversion element 19. However, in order to activate the photocatalyst material most efficiently, it is generally preferable to convert it into ultraviolet light. . For example, in order to activate TiO ₂ that is a photocatalyst, it is necessary to irradiate the TiO ₂ with light having energy higher than the band gap. TiO ₂ has three types of crystal structures: rutile type, anatase type, and brookite type. Since these band gap values are 3.0 eV for the rutile type and 3.2 eV for the anatase type and brookite type, light with more energy is required. Here, when the band gap energy of the anatase type and the brookite type is converted into the wavelength, the light has a short wavelength of 388 nm or less and the rutile type has a wavelength of 413 nm or less. As the photocatalyst, the anatase type is known to exhibit higher photocatalytic activity than the rutile type, and it is preferable to use the anatase type in order to more effectively remove contaminants. Thus, in order to activate the thermocatalyst material most efficiently, it is more preferable that the wavelength conversion element 19 converts it into light having a wavelength of ultraviolet light.

本実施例のようなレーザ光源装置は、本来不必要であった第一の波長の光を利用し、光触媒を活性化することによって、レーザ光源装置内の汚染物質を除去することができる。また、出力光である変換された第二の波長とは別光路上に光触媒モジュールを構成しているので、出力光の劣化も起こらない。
（実施の形態３）
本発明の他の実施例について図６を用いて説明する。図６に本実施例におけるレーザ光源装置を示す。本実施例におけるレーザ光源装置は、波長選択フィルタ７と光触媒材料からなる汚染物質分解素子９の光路の間に砲弾型のリフレクター２０を配置し、分極反転型デバイス５で変換されずに不要光となった第一の波長の光をこのリフレクター２０によって、分極反転型デバイスモジュール６内に構成した光触媒材料からなる汚染物質分解素子９全面に照射する構成をしている。ここで、砲弾型のリフレクター２０を用いたが、光触媒材料からなる汚染物質分解素子９に反射光を効率的に照射するできる機能を持つであれば、砲弾型のリフレクター以外のものでも良い。 The laser light source device as in this embodiment can remove contaminants in the laser light source device by using light of the first wavelength that was originally unnecessary and activating the photocatalyst. Moreover, since the photocatalyst module is configured on a different optical path from the converted second wavelength that is the output light, the output light does not deteriorate.
(Embodiment 3)
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a laser light source device in this embodiment. In the laser light source apparatus in this embodiment, a bullet-type reflector 20 is arranged between the wavelength selection filter 7 and the optical path of the pollutant decomposition element 9 made of a photocatalyst material, and is converted into unnecessary light without being converted by the polarization inversion type device 5. The reflector 20 is configured to irradiate the entire surface of the pollutant decomposing element 9 made of a photocatalytic material formed in the polarization inversion type device module 6 by the reflector 20. Here, the bullet-type reflector 20 is used, but other than the bullet-type reflector may be used as long as it has a function capable of efficiently irradiating reflected light to the pollutant decomposition element 9 made of a photocatalytic material.

本発明にかかるレーザ装置は、装置内で発生する汚染物質による出力低下を効果的に防止することができ、安定な信頼性で使用可能とする技術として有用である。また本発明にかかるレーザ光源装置は、安定した出力を必要とするレーザ光源に広く適用できる。 The laser apparatus according to the present invention can effectively prevent a decrease in output due to contaminants generated in the apparatus, and is useful as a technique that can be used with stable reliability. The laser light source device according to the present invention can be widely applied to laser light sources that require stable output.

本発明の実施の形態１におけるレーザ光源装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the laser light source apparatus in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１における分極反転型デバイスモジュールの模式図を示す図The figure which shows the schematic diagram of the polarization inversion type device module in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態１における分極反転型デバイスモジュールの作製方法を示す図The figure which shows the preparation methods of the polarization inversion type device module in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態１における高温通電試験結果を示す図The figure which shows the high temperature electricity supply test result in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態２におけるレーザ光源装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the laser light source apparatus in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３におけるレーザ光源装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the laser light source apparatus in Embodiment 3 of this invention. 従来のレーザ光源装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the conventional laser light source device 従来のレーザ光源装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the conventional laser light source device

符号の説明Explanation of symbols

１、１０２、２０２レーザダイオード
２ファイバーレーザ部
３コリメートレンズ
４、２０３集光レンズ
５分極反転型デバイス
６分極反転型デバイスモジュール
７波長選択フィルタ
８全反射ミラー
９光触媒材料からなる汚染物質分解素子
１０、１０３Ｙｂ添加ダブルクラッドファイバー
１１、１２、１０４、１０５ブラッグ回折格子
１３ベースプレート
１４導電性銀ペースト
１６、１８熱伝導接着シート
１５温度可変手段
１７廃熱用のフィン
１９波長変換素子
２０リフレクター
１００ファイバーレーザ部
１０１ＳＨＧ波長変換部
１０８、２０７ＳＨＧ波長変換素子
１０９ダイクロイックミラー
１１０、２０８光出射窓
１１１ＩＲブロック
１１２、２０９密閉筐体
２００レーザダイオード部
２０１共振器部
２０４ＹＡＧ結晶
２０５、２０６共振器ミラー
２１０機能膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,102,202 Laser diode 2 Fiber laser part 3 Collimating lens 4,203 Condensing lens 5 Polarization inversion type device 6 Polarization inversion type device module 7 Wavelength selection filter 8 Total reflection mirror 9 Pollutant decomposition element 10 made of photocatalytic material, 103 Yb-doped double clad fiber 11, 12, 104, 105 Bragg diffraction grating 13 Base plate 14 Conductive silver paste 16, 18 Thermal conductive adhesive sheet 15 Temperature variable means 17 Waste heat fin 19 Wavelength conversion element 20 Reflector 100 Fiber laser part DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 SHG wavelength conversion part 108,207 SHG wavelength conversion element 109 Dichroic mirror 110,208 Light emission window 111 IR block 112,209 Sealed housing 200 Laser diode part 201 Resonator part 04 YAG crystal 205 and 206 the resonator mirror 210 function film

Claims

第一の波長のレーザ光を放出するためのレーザ光源モジュールと、
前記レーザ光源モジュールの出射光路上に配置され前記第一の波長のレーザ光を第二の波長のレーザ光に変換するための分極反転型デバイスモジュールと、
前記分極反転型デバイスモジュールに配置された光触媒材料からなる汚染物質分解素子と、
前記分極反転型デバイスモジュールの出射光路上に配置された前記第二の波長のレーザ光を透過し前記第一の波長のレーザ光を反射するための波長選択素子と、
前記波長選択素子とからの反射光を受けて前記染物質分解素子に前記第一の波長のレーザ光を反射するように設けられた反射ミラーとを備えたレーザ光源装置。 A laser light source module for emitting laser light of a first wavelength;
A polarization inversion type device module disposed on an output optical path of the laser light source module for converting the laser light of the first wavelength into laser light of the second wavelength;
A pollutant decomposing element comprising a photocatalytic material disposed in the domain-inverted device module;
A wavelength selection element configured to transmit the laser light of the second wavelength and reflect the laser light of the first wavelength, which is disposed on the output optical path of the polarization inverting device module;
A laser light source device comprising: a reflection mirror provided to receive reflected light from the wavelength selection element and to reflect the laser light of the first wavelength to the dye material decomposition element.

前記レーザ光源モジュールは、レーザダイオード励起型ファイバーレーザである請求項１に記載のレーザ光源装置。 The laser light source device according to claim 1, wherein the laser light source module is a laser diode pumped fiber laser.

前記分極反転型デバイスモジュールは、周期分極反転層を有した二次高調波発生素子からなる請求項１記載のレーザ光源装置 2. The laser light source device according to claim 1, wherein the polarization inversion type device module comprises a second harmonic generation element having a periodic polarization inversion layer.

前記光触媒材料は、金属酸化物でなる材料からなる請求項１に記載のレーザ光源装置。 The laser light source device according to claim 1, wherein the photocatalytic material is made of a metal oxide material.

前記光触媒材料は、ＴｉＯ２を含む材料からなることを特徴とする請求項４記載のレーザ光源装置。 The laser light source device according to claim 4, wherein the photocatalytic material is made of a material containing TiO 2.

前記反射ミラーは、前記第一の波長のレーザ光から紫外光までの光を全反射する請求項１に記載のレーザ光源装置。 The laser light source device according to claim 1, wherein the reflection mirror totally reflects light from the laser light having the first wavelength to ultraviolet light.

前記反射ミラーの形状は、前記波長選択素子とからの反射光を前記汚染物質分解素子に集中して照射出来るような砲弾型をしている請求項１に記載のレーザ光源装置。 2. The laser light source device according to claim 1, wherein a shape of the reflection mirror is a bullet shape so that reflected light from the wavelength selection element can be concentratedly irradiated onto the contaminant decomposition element.

前記波長選択素子と前記反射ミラーとの光軸上に前記第一の波長のレーザ光を短い波長に変換するための波長変換素子を備えた請求項１に記載のレーザ光源装置。 2. The laser light source device according to claim 1, further comprising: a wavelength conversion element for converting the laser light of the first wavelength into a short wavelength on an optical axis of the wavelength selection element and the reflection mirror.

前記波長変換素子は、アップコンバージョン材料または非線形光学材料からなる請求項８記載のレーザ光源装置。 The laser light source device according to claim 8, wherein the wavelength conversion element is made of an up-conversion material or a nonlinear optical material.