JP2009500859A - ダイオード励起レーザ - Google Patents

Abstract

切換機構（６）及び，１つのダイオードレーザ励起源（２）に，２つ以上の共振レーザキャビティ（１１ａ，１１ｎ）のうちの１つに対して選択的に導かれる切換機構（６）を含むダイオード励起レーザシステム（１）。切換機構（６）は，ダイオードレーザ（２）の出力を第１の経路（８ａ）に沿って導く第１の位置と，レーザダイオードの出力を第２の経路（８ｎ）に沿って導く第２の位置との間で移動可能な光学素子を含む。

Description

発明の詳細な説明

本発明はレーザ装置に関する。特に，本発明はレーザダイオード励起固体レーザ装置に関する。

レーザデバイスは，多くの異なる環境において利用されている。レーザダイオードは，通信及び娯楽において一般的に用いられる。固体レーザ（Ｎｄ：ＹＡＧ，Ｅｒ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＬＦ等）及びガスレーザ（エキシマー，アルゴンイオン等）は，切削及び材料加工の様々な産業用途に用いられる。レーザ用途の最も急成長している分野の１つに，外科及び眼科を含む医療がある。

レーザ波長は，各用途において重要な検討事項である。従来，特定の所望の波長を生成するレーザを設計することにより様々な波長を得てきたが，網膜のレーザ治療など広範な適用分野で，治療効果を最も効果的にする波長を選択できることが便利であることが多くなってきた。例えば，緑色のレーザ波長は血液により強く吸収されるため，網膜の漏出血管を凝固するのに好ましい場合が多いが，一方，赤色の波長は，網膜下層を治療するのにレーザが血液を通る必要がある場合に好ましい。しかし，様々な単波長レーザシステムの利用性は，コスト及び空間の双方の制約による制限を受ける。

このコスト及び空間の制約に対処するには，それぞれが１つの波長を発生させる多くの個別のレーザシステムではなく，複数の波長の提供が可能な，共通の構成要素を有する１つのレーザシステムが有用である。

１つのデバイスに多数の出力波長を提供するシステムが，ルメニス社(Lumenis Inc.)により出願された国際公開第ＷＯ２００４／０３６７０５号において記載されている。ルメニス社のシステムは，共通の出力経路に導かれる３つの出力波長のいずれか１つを提供するために，別々に作動できる３つの個別のレーザデバイスを用いる。この構成により，共通の電源，ユーザーインターフェイス，安全システム及び制御システムの使用が可能となるが，各レーザ部品が３つ必要であるため，システムの大きさとコストが大幅に増えてしまう。

多くのレーザは，電気エネルギーを，共振キャビティを励起して，所望の波長のレーザ光を誘導放出させるのに用いることができる光に変換するために励起源を用いる。励起源は，ほとんどのレーザシステムの大きさ及びコストの双方に対して大きな影響を与えるため，上述したルメニス社のシステムのように各出力波長を生成するのに個別の励起源を用いるのではなく，可能であれば，複数の出力波長を選択できる１つの励起源を用いることが望ましい。

１つの励起源を用いて複数の出力波長を発生させることは，過去にも数多くの方法により実現されている。アルゴンイオンレーザなどのガス管レーザは，１つの励起源を用いて，所望の波長が選択できる数多くの出力波長を生成する。このような種類のレーザでは，１つの所望の波長以外の生成レーザエネルギーの全てが無駄になり，その結果，レーザシステムが比較的大きくなりコストが高くなってしまうなど，多くの非効率性の問題がある。

非常にコンパクトで効率のよい励起源設計を実現した固体ダイオードレーザを用いるなど，多くの共振レーザキャビティの励起方法を用いることができる。しかし，それでも，システムの大きさ及びコストを低減するために，１つのダイオードレーザ励起源を用いて多数の波長出力を得ることが望ましい。この問題に対する１つの可能な解決法が，ニデック社（Nidek）に譲渡された米国特許第６６３６５３７号に記載されており，ここには，１つの固体ダイオードレーザ励起源を用いて，構成可能な共振キャビティ内で１つのレーザロッドを励起させることが記載されている。この方法では，電気機械手段により，共振子内のビーム路の方向及び長さを，非線形結晶による周波数変換と共に変えることができ，異なるレーザ波長出力を発生させることができる。

この方法の大きな欠点は，実現できる出力波長が，１つのレーザロッドから得ることのできる波長と，その後の非線形結晶による周波数変換により限定されてしまうことである。Ｎｄ：ＹＡＧなどのレーザロッド材料は，数多くの波長を発生させることができるものの，ほとんどが，基本波長１０６４ｎｍと比較して非常に低い効率で発生されるため，高出力の励起源が必要となり，その結果，システムの大きさ及びコストが増してしまう。

発明の目的
本発明の目的は，１つのダイオードレーザ励起源に多数のレーザキャビティを励起させる切換機構を用いたダイオードレーザ励起レーザシステムを提供することである。

本発明のさらなる目的は，１つのダイオードレーザに多数のレーザキャビティを励起させる切換機構を提供することである。

他のさらなる目的は，以下の記載から明らかになるであろう。

発明の開示
一実施形態によると，これが唯一又は最も広範な形態である必要はないが，本発明は，
ダイオードレーザ励起源と，
２つ以上の共振レーザキャビティと，
切換機構であって，
前記ダイオードレーザ励起源から光放射を受ける少なくとも１つの入力口と，
それぞれが前記２つ以上の共振レーザキャビティの１つに対して前記光放射を導く２つ以上の出力口と，
前記少なくとも１つの入力口から前記２つ以上の出力口から選択された１つに前記光放射を導く少なくとも１つの切換素子とを有する切換機構と
を含むダイオードレーザ励起レーザシステムに関する。

前記切換素子は，前記少なくとも１つの入力口から前記２つ以上の出力口のうちの１つまでの選択された光路に沿って前記光放射を導くよう，第１の位置と少なくとも第２の位置との間を移動可能な１つ以上の光学素子を含むことが好適である。

前記切換素子は，その切換素子に関連したアクチュエータにより制御され，前記アクチュエータは，電気制御信号を受けると，前記切換素子を前記第１の位置と少なくとも前記第２の位置との間で移動させることが好ましい。

前記切換素子は菱形プリズムであり，前記アクチュエータは直線平行移動ステージであることが好ましい。あるいは，前記切換素子は，１つ以上のミラー又はビーム変位／偏向プリズムであってもよい。

前記光放射は，光ファイバーを介して前記入力口へ送られることが好適である。

本発明は，前記切換素子に適切な電気信号をかけることにより，１つの励起レーザ源を多数の共振レーザキャビティに切り換えることができる。共振レーザキャビティはそれぞれ，最大効率で所望の波長を発生するように最適化することができ，それぞれが，１つのダイオードレーザ励起波長を受けるよう設計される。

１つの励起源と，最大効率で機能する共振キャビティとを用いることにより，先行技術と比較して，全体的なレーザシステムの大きさ及びコストを最小限にする。

別の実施形態によると，本発明は，
２つ以上の光路が通る筐体と，
前記２つ以上の光路の共通部に沿って導かれる光放射を受ける少なくとも１つの入力口と，
前記各光路のための２つ以上の出力口と，
前記筐体内に配される少なくとも１つの切換素子であって，前記少なくとも１つの入力口から前記２つ以上の出力口のうちの１つまでの２つ以上の光路から選択された１つに沿って前記光放射を導くよう，第１の位置と少なくとも第２の位置との間を移動可能である切換素子と，
前記切換素子に関連しており，前記切換素子を前記第１の位置と少なくとも前記第２の位置との間で移動させるアクチュエータと
を含むダイオードレーザ励起レーザシステム用切換機構に関する。

ここで，本発明の理解を助けるために，以下の図面を参照して，好ましい実施形態について説明する。

図面の詳細な説明
本発明の異なる実施形態を説明する際，同様の特徴を説明する場合には共通の参照符号を用いる。

図１を参照すると，１で全体的に示されるレーザダイオード励起固体レーザ装置が図示されている。１つのレーザダイオード励起源２は，電力入力３により電力供給され，レーザビーム４を発生する。レーザビーム４は，多数の出力口７ａ〜７ｎを有する切換機構６の入力口５に導かれる。切換機構６は，制御信号入力１０からの制御信号９により作動し，入力口５と出力口７ａ〜７ｎとの間の多数の光路から選択する。切換機構６からの各出力ビーム８ａ〜８ｎは，特定の波長のレーザビーム１２ａ〜１２ｎを生成する共振レーザキャビティ１１ａ〜１１ｎに関連している。

図１に示すデバイスは，１つのレーザダイオード励起源から多数の選択可能な波長レーザビームを生成するため，多数のレーザダイオード励起源を用いた公知のシステムと比較して，大きな経済的利益を提供する。本発明の利点を示すため，３つの異なるレーザ出力を発生させる構成の一例を図２に示す。切換機構６は，３つの異なる共振レーザキャビティ１１ａ，１１ｂ，１１ｃに導かれる３つの出力８ａ，８ｂ，８ｃから選択するよう制御される。各共振キャビティ１１は，レーザダイオード励起部の波長で強い吸光度を有する固体レーザ媒体１３ａ，１３ｂ，１３ｃと，３つの異なる波長レーザビーム１２ａ，１２ｂ，１２ｃのいずれかを発生させる非線形結晶１４ａ，１４ｂ，１４ｃとを有する。

本発明の別の実施形態を切換機構の詳細と共に図３に示す。図３を参照すると，２つの光路間で励起放射を切り換える切換機構３０が示されている。ダイオードレーザ励起源３１からの出力は，光ファイバー３２により切換機構３０へ送られる。レーザ励起源３１は，コヒーレント社(Coherent Inc.)製のファイバー付レーザダイオードアレイであることが好適である。レーザ励起源はまた，Ｎｄ：ＹＡＧなどの固体レーザや，その他好適なレーザ励起装置であってもよい。

レーザ励起源３１からの出力を，光ファイバー３２につなぐと便利である。レーザ励起源３１は，図１に示すように，切換機構３０に直接つなぐことも可能であるが，光ファイバーの接続を用いると汎用性の点で特に有利である。従来の光ファイバー結合器３３は，レーザ励起源３１の出力を光ファイバー３２につなぐのに用いられる。同様の結合器３４は，光ファイバー３２を切換機構３０につなぐのに用いられる。

切換機構３０は，光ファイバー３２からの出力を異なる光路４０，５０間で切り換える。第１の光路４０（図３）は，光ファイバー３２の出力を第１のレーザキャビティ４１へ導き，第２の光路５０（図４参照）は，光ファイバー３２からの出力を第２のレーザキャビティ５１へ導く。

切換機構３０は，光ファイバー３２からの出力を平行移動するコリメータレンズ３５を含む数多くの光学素子を含む。好ましい実施形態では，主要な切換素子６０は，適切な大きさを有し，レーザビーム３６を水平方向に平行移動させるため傾斜した表面を有する菱形プリズムである。切換素子６０は，第１の位置（図３に図示）と第２の位置（図４に図示）との間で移動可能である。第１の位置では，切換素子６０は，平行出力３６を直接出力レンズ４２から窓４３を通過させ，光路４０に沿ってレーザキャビティ４１に入射させる。第２の位置では，切換素子６０は，平行出力３６を水平方向に平行移動させて出力レンズ５２及び窓５３を通過させ，光路５０に沿ってレーザキャビティ５１に入射させる。

切換素子６０は，光学素子を精密に位置決めするのに適した直線平行移動ステージ３７により第１と第２の位置の間を移動する。直線平行移動ステージは，ケーブル３９を介してモータに送られる制御信号を受け，切換素子６０を，ビーム路３６の内部又は外部に，固定及び反復可能な距離で移動させるのに適したモータ３８により駆動される。直線平行移動ステージとモータは，切換素子を位置間で移動させる低コストかつ効果的な手段である。他の手段も好適であるかもしれないが，これほどは経済的でないと考えられる。切換素子６０，平行移動ステージ３７，モータ３８及び制御ケーブル３９から成る集合体を繰り返し配してさらに出力口を追加できることが理解できる。

好ましい実施形態では，切換素子６０は菱形プリズムとして示されるが，本発明はこの特定の構成に限定されるものではないことが理解できる。十分に安定した実装であれば，一対のミラーでも同様のビーム偏向を実現できる。本発明者らは，菱形プリズムは他の光学素子よりもズレに対する感度が低いため，特別な利点を有することを見出した。

切換機構３０の別の実施形態の拡大図を図５に示す。この場合，切換素子は，固定ミラー６２と協働して，平行出力３６を第２の光路５０へ偏向させる可動ミラー６１である。可動ミラー６１は，上述したような制御部に制御されたリニアアクチュエータ６３により移動される。図５に図示した構成は，平行出力３６を実質的に平行な経路に沿って窓４３又は窓５３を通るよう導く。固定ミラー６２を省略して，経路５０に対して実質的に直行する，レンズ７２と窓７３とを通る経路を設けることができることが理解できる。

ミラー６２も移動可能であれば，平行出力３６を窓４３，窓５３又は窓７３への３つの経路のいずれかに沿って導くよう，ミラー６１とミラー６２とを配置できることは当業者により理解される。このようにして，１つのレーザダイオード励起源を３つの異なるレーザキャビティに用いることができる。

ダイオード励起レーザシステムは，各レーザキャビティごとに１つのレーザ励起源を用いる公知のシステムと比較し，経済的利点を提供する。精密切換機構は，多出力のレーザシステムに要求されるレーザ励起源の数を減らすことができ，これにより大幅なコスト削減を可能にする。

本明細書においては，本発明を代替的な特徴の特定の組み合わせに限定することなく本発明を説明することを目的としている。

１つのダイオードレーザ励起部と２つ以上の選択可能なレーザ出力とを含むダイオードレーザ励起固体レーザシステムの概略ブロック図である。 共振キャビティ光学素子を示す，１つのダイオードレーザ励起部と３つの選択可能なレーザ出力とを含むダイオードレーザ励起固体レーザシステムの概略ブロック図である。 切換機構の一実施形態の詳細を示す。 切換機構が第２の位置にある場合の図３の構成の概略ブロック図である。 切換機構の別の実施形態の詳細を示す。

Claims (15)

1. ダイオードレーザ励起源と，
   ２つ以上の共振レーザキャビティと，
   切換機構であって，
   前記ダイオードレーザ励起源から光放射を受ける少なくとも１つの入力口と，
   それぞれが前記２つ以上の共振レーザキャビティの１つに対して前記光放射を導く２つ以上の出力口と，
   前記少なくとも１つの入力口から，前記２つ以上の出力口から選択された１つに前記光放射を導く少なくとも１つの切換素子とを有する切換機構と
   を含むダイオードレーザ励起レーザシステム。
2. 前記切換素子は，第１の位置と少なくとも第２の位置との間を移動可能な１つ以上の光学素子を含む請求項１記載のレーザシステム。
3. 前記切換素子は，前記少なくとも１つの入力口から前記２つ以上の出力口のうちの１つまでの選択された光路に沿って前記光放射を導くよう移動可能である請求項１記載のレーザシステム。
4. 前記切換素子は，その切換素子に関連したアクチュエータにより制御され，前記アクチュエータは，電気制御信号を受けると，前記切換素子を前記第１の位置と少なくとも前記第２の位置との間で移動させる請求項１記載のレーザシステム。
5. 前記切換素子は，ビーム変位プリズムである請求項１記載のレーザシステム。
6. 前記切換素子は，菱形プリズムである請求項１記載のレーザシステム。
7. 前記切換素子は，少なくとも１つのミラーである請求項１記載のレーザシステム。
8. 前記アクチュエータは，直線平行移動ステージである請求項４記載のレーザシステム。
9. 前記ダイオードレーザ励起源から前記少なくとも１つの入力口に前記光放射を送る光ファイバーをさらに含む請求項１記載のレーザシステム。
10. ２つ以上の光路が通る筐体と，
    前記２つ以上の光路の共通部に沿って導かれる光放射を受ける少なくとも１つの入力口と，
    前記各光路のための２つ以上の出力口と，
    前記少なくとも１つの入力口から，前記２つ以上の出力口から選択された１つに前記光放射を導く，前記筐体内に配される少なくとも１つの切換素子と，
    前記切換素子に関連しており，前記切換素子を第１の位置と少なくとも第２の位置との間で移動させるアクチュエータと
    を含むダイオードレーザ励起レーザシステム用切換機構。
11. 前記切換素子は，前記第１の位置と少なくとも前記第２の位置との間を移動可能な１つ以上の光学素子を含む請求項１０記載の切換機構。
12. 前記切換素子は，前記少なくとも１つの入力口から前記２つ以上の出力口のうちの１つまでの２つ以上の光路から選択された１つに沿って前記光放射を導くよう移動可能である請求項１０記載の切換機構。
13. 前記切換素子は，ビーム変位プリズム，１つ以上のミラー，又は菱形プリズムの１つから選択される請求項１０記載の切換機構。
14. 前記アクチュエータは，直線平行移動ステージである請求項１０記載の切換機構。
15. ２つ以上の光路が通る筐体と，
    前記２つ以上の光路の共通部に沿って導かれる光放射を受ける少なくとも１つの入力口と，
    各光路のための２つ以上の出力口と，
    前記筐体内に配される少なくとも１つの切換素子であって，前記少なくとも１つの入力口から前記２つ以上の出力口のうちの１つまでの２つ以上の光路から選択された１つに沿って前記光放射を導くよう，第１の位置と少なくとも第２の位置との間を移動可能である切換素子と，
    前記切換素子に関連しており，前記切換素子を前記第１の位置と少なくとも前記第２の位置との間で移動させるアクチュエータと
    を含むダイオードレーザ励起レーザシステム用切換機構。

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