JP2016161598A - Optical deflector, optical deflection device, and optical deflection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光の伝播方向を偏向する光偏向器、光偏向装置、及び光偏向方法に関する。 The present invention relates to an optical deflector, an optical deflection apparatus, and an optical deflection method that deflect the propagation direction of laser light.
レーザ共振器を構成するミラーやレーザ光を折り返して伝播させるためのミラーを備えたレーザ光源では、筐体に歪が生じた場合にミラーに微小に角度変化して、レーザ光源内部を伝播するレーザ光に光軸ずれが生じ、その結果、レーザ出力が低下したりビーム品質が劣化したりする虞がある。 In a laser light source equipped with a mirror that constitutes a laser resonator and a mirror for folding and propagating the laser beam, the laser propagates inside the laser light source by changing the angle of the mirror slightly when distortion occurs in the housing. There is a risk that the optical axis shifts in the light, and as a result, the laser output decreases or the beam quality deteriorates.
このような光軸のずれは、レーザ光源自体の発熱によって筐体温度が変化したり、環境温度が変化したり、所定のレーザパワーを維持するための励起源に供給するエネルギーが増加してレーザ光源自体の発熱量が変化する等、レーザ光源自体の問題によって生じることがある。 Such an optical axis shift is caused by a change in the temperature of the housing due to heat generation of the laser light source itself, a change in the environmental temperature, or an increase in energy supplied to the excitation source for maintaining a predetermined laser power. This may be caused by problems with the laser light source itself, such as changes in the amount of heat generated by the light source itself.
同様にレーザ光源から出射されたレーザ光を増幅する固体増幅器では、励起用光源から供給される励起エネルギーによって固体増幅器が温度変動し、熱レンズ効果の影響によってレーザ光に光軸ずれが生じる場合もあった。 Similarly, in a solid-state amplifier that amplifies laser light emitted from a laser light source, the temperature of the solid-state amplifier varies due to the excitation energy supplied from the excitation light source, and the optical axis shift may occur in the laser light due to the influence of the thermal lens effect. there were.
従来、ミラーをアクチュエータ等で物理的に駆動する構成を採用した光偏向器や、光学媒質の屈折率分布を利用した光偏向器が知られている。前者には、アクチュエータに電動モータや超音波モータを用いた構成や、ピエゾ素子を用いた構成が知られている。 Conventionally, an optical deflector that employs a configuration in which a mirror is physically driven by an actuator or the like, and an optical deflector that utilizes a refractive index distribution of an optical medium are known. In the former, a configuration using an electric motor or an ultrasonic motor as an actuator or a configuration using a piezo element is known.
アクチュエータに電動モータを用いると再現性が比較的高く応答性もよいが、分解能が１００μｒａｄ程度と不十分であり、分解能を向上させるために装置サイズが大きくなるという問題があった。アクチュエータに超音波モータを用いると分解能が高いが、再現性が低く、再現性の向上を図るために装置サイズが大きくなるという問題があった。さらに、アクチュエータにピエゾ素子を用いると分解能と応答性に優れ、サイズも小型になるが、再現性が低いという問題があった。 When an electric motor is used as the actuator, the reproducibility is relatively high and the response is good, but the resolution is insufficient, such as about 100 μrad, and there is a problem that the apparatus size is increased to improve the resolution. When an ultrasonic motor is used for the actuator, the resolution is high, but the reproducibility is low, and there is a problem that the apparatus size becomes large in order to improve the reproducibility. Further, when a piezo element is used for the actuator, the resolution and response are excellent and the size is small, but there is a problem that the reproducibility is low.
後者には、電気光学効果を利用した光偏向器や、温度分布を利用した光偏向器が知られている。電気光学効果を利用した光偏向器では、分解能、再現性、応答性に優れ、サイズも小型化が可能であるが、十分な電界印加のために数ｋＶの高圧電源が必要となり、媒質の温度を一定に保つ制御機構も必要なため、装置構成が複雑になるという問題があった。 As the latter, an optical deflector using an electro-optic effect and an optical deflector using a temperature distribution are known. An optical deflector using the electro-optic effect is excellent in resolution, reproducibility, and responsiveness, and can be reduced in size. However, a high voltage power supply of several kV is required for sufficient electric field application, and the temperature of the medium Therefore, there is a problem that the device configuration becomes complicated.
特許文献１には、温度分布を利用した光偏向器が開示されている。
レーザ光源の光軸補正に使用する光偏向器を、可動部、高電圧や高周波電力を必要としない手段で実現することを目的として、レーザの伝搬方向を偏向させる光偏向器であって、互いに離間するように配置された第１金属片および第２金属片と、第１金属片と第２金属片との間に並列に配置され、それぞれ第１金属片及び第２金属片に接する透明媒質及び電子冷却素子とを有し、電子冷却素子が第１金属片及び第２金属片に温度差を与えることによって透明媒質の屈折率を変化させることを特徴とする光偏向器が開示されている。
Patent Document 1 discloses an optical deflector using a temperature distribution.
An optical deflector for deflecting the propagation direction of a laser for the purpose of realizing an optical deflector used for optical axis correction of a laser light source by means that does not require a movable part, high voltage or high frequency power, The first metal piece and the second metal piece arranged so as to be separated from each other, and the transparent medium arranged in parallel between the first metal piece and the second metal piece and in contact with the first metal piece and the second metal piece, respectively. And an electronic cooling element, and the optical cooling element changes the refractive index of the transparent medium by giving a temperature difference to the first metal piece and the second metal piece. .
上述した特許文献１に開示された光偏向器では、透明媒質中の温度勾配により生じる屈折率差を利用して光偏向するのであるが、様々な光学素子が収容されたケーシング内で光偏向器に所望の温度勾配を再現するのは非常に困難であるという問題があった。 In the optical deflector disclosed in Patent Document 1 described above, optical deflection is performed using a difference in refractive index caused by a temperature gradient in a transparent medium. However, the optical deflector is in a casing in which various optical elements are accommodated. However, it is very difficult to reproduce a desired temperature gradient.
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、精度よく所望の偏向角度に偏向でき、しかも再現性の高い光偏向器、光偏向装置、及び光偏向方法を提供する点にある。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide an optical deflector, an optical deflection apparatus, and an optical deflection method that can be deflected to a desired deflection angle with high accuracy and have high reproducibility.
上述の目的を達成するため、本発明による光偏向器の第一特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、レーザ光の伝播方向を偏向する光偏向器であって、光軸に対する入射面と出射面の角度が異なる光透過媒質と、前記光透過媒質の温度を変化させて屈折率を変調し、前記入射面に入射し前記出射面から出射するレーザ光の出射角度を変化させる温度調整部と、を備えている点にある。 In order to achieve the above object, a first characteristic configuration of an optical deflector according to the present invention is an optical deflector for deflecting the propagation direction of laser light as described in claim 1 of the claims. , A light transmission medium having different angles of the incident surface and the output surface with respect to the optical axis, and the refractive index is modulated by changing the temperature of the light transmission medium, and the laser beam emitted from the incident surface is emitted from the incident surface. And a temperature adjustment unit that changes the angle.
温度調整部により光透過媒質の温度が可変に調整されると、その調整温度に対して光透過媒質の屈折率が変化する。光透過媒質の屈折率の温度係数（ｄｎ／ｄＴ）と、入出射面がなす角度を選択することで、所望の分解能で光軸と調整量でレーザ光の伝播方向を偏向できるようになる。つまり、光透過媒質全体を所望の偏向角に対応した目標温度に調整するだけでよいので、精度及び再現性の高い光偏向器が実現できる。 When the temperature of the light transmission medium is variably adjusted by the temperature adjustment unit, the refractive index of the light transmission medium changes with respect to the adjusted temperature. By selecting the temperature coefficient (dn / dT) of the refractive index of the light transmission medium and the angle formed by the entrance and exit surfaces, the propagation direction of the laser beam can be deflected with the optical axis and the adjustment amount with a desired resolution. That is, since it is only necessary to adjust the entire light transmission medium to a target temperature corresponding to a desired deflection angle, an optical deflector with high accuracy and reproducibility can be realized.
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記入射面または出射面の何れか一方が光軸に対して直交し、他方が光軸に対して傾斜するように配置されている点にある。 In the second feature configuration, as described in claim 2, in addition to the first feature configuration described above, either the incident surface or the exit surface is orthogonal to the optical axis, and the other is light. It exists in the point arrange | positioned so that it may incline with respect to an axis | shaft.
入射面及び出射面の双方を光軸に対して傾斜姿勢に設置すると、入射面での偏向と出射面での偏向の双方が同時に発生することになり、所望の偏向角度を得るために双方の偏向の程度を加味して温度を調整し、或いは設置姿勢を調整する必要がある。 If both the entrance surface and the exit surface are installed in an inclined posture with respect to the optical axis, both the deflection on the entrance surface and the deflection on the exit surface will occur at the same time. It is necessary to adjust the temperature or adjust the installation posture in consideration of the degree of deflection.
しかし、入射面または出射面の何れか一方を光軸に対して直交するように配置すれば、出射面または反射面での偏向のみ考慮すればよいので、所望の偏向角度を得るための温度設定や設置姿勢の調整作業等が容易になり、手間をかけずに精度の高い偏向調整が可能になる。また、仮に入射面及び反射面が光軸と直交する面に対して互いに異なる方向に傾斜している場合には、出射面での偏向方向が入射面に対する偏向方向と交差する場合も生じ、偏向方向の調整が複雑になる。つまり、入射面または出射面の何れか一方を光軸に対して直交するように設定すれば、他方の面の傾斜角度のみで独立して偏向方向を調整できるようになる。 However, if either the entrance surface or the exit surface is arranged so as to be orthogonal to the optical axis, only the deflection at the exit surface or the reflection surface needs to be taken into consideration, so the temperature setting for obtaining the desired deflection angle In addition, adjustment work of the installation posture and the like become easy, and highly accurate deflection adjustment can be performed without taking time and effort. In addition, if the incident surface and the reflecting surface are inclined in different directions with respect to the surface orthogonal to the optical axis, the deflection direction at the exit surface may intersect the deflection direction with respect to the incident surface. The direction adjustment becomes complicated. In other words, if either the incident surface or the exit surface is set to be orthogonal to the optical axis, the deflection direction can be adjusted independently only by the inclination angle of the other surface.
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記温度調整部は、前記光透過媒質を加熱または冷却する熱源と、前記光透過媒質の温度を検知する温度センサと、前記温度センサによる検知温度に基づいて前記熱源の発熱量または吸熱量を制御して前記光透過媒質の温度を目標温度に調整する温度制御部とを備えている点にある。 In the third feature configuration, as described in claim 3, in addition to the first or second feature configuration described above, the temperature adjustment unit includes a heat source for heating or cooling the light transmission medium, A temperature sensor that detects the temperature of the light transmission medium, and a temperature control unit that controls the amount of heat generated or absorbed by the heat source based on the temperature detected by the temperature sensor to adjust the temperature of the light transmission medium to a target temperature. It is in the point to have.
温度制御部によって、温度センサによる検知温度に基づいて熱源が制御されることにより、光透過媒質の温度が目標温度に調整され、光透過媒質が所望の屈折率に調整される。 The temperature control unit controls the heat source based on the temperature detected by the temperature sensor, thereby adjusting the temperature of the light transmission medium to the target temperature and adjusting the light transmission medium to a desired refractive index.
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、レーザ光の光軸のずれを検知する光軸ずれセンサを備え、前記温度制御部は前記光軸ずれセンサにより検知された光軸ずれの程度に基づいて前記目標温度を設定するように構成されている点にある。 As described in claim 4, the fourth feature configuration includes an optical axis deviation sensor that detects a deviation of the optical axis of the laser beam in addition to the third feature configuration described above, and the temperature control unit includes: The target temperature is set based on the degree of optical axis deviation detected by the optical axis deviation sensor.
光軸ずれセンサによって検知されるレーザ光の光軸のずれを補正するために必要な偏向の程度が求まり、その程度に応じた偏向が可能になるような目標温度が求められ、設定される。 The degree of deflection necessary for correcting the deviation of the optical axis of the laser beam detected by the optical axis deviation sensor is obtained, and a target temperature is obtained and set so that the deflection according to the degree is possible.
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第四の特徴構成に加えて、光源から出力されたレーザ光を増幅する増幅部と前記増幅部で増幅されたレーザ光を波長変換する波長変換部との間に配置され、前記光軸ずれセンサが前記波長変換部から出力された波長変換光のパワーを検知するパワーセンサで構成され、前記パワーセンサで検知された波長変換光のパワーに基づいて前記目標温度を設定するように構成されている点にある。 In the fifth feature configuration, in addition to the fourth feature configuration described above, an amplification unit that amplifies a laser beam output from a light source and a laser beam amplified by the amplification unit, as described in claim 5 The optical axis shift sensor is configured with a power sensor that detects the power of the wavelength-converted light output from the wavelength conversion unit, and the wavelength detected by the power sensor. The target temperature is set based on the power of the converted light.
波長変換部に入射するレーザ光の光軸がずれると、波長変換光のパワーが低下する。そのパワーの低下度合いに基づいて光軸ずれ量が把握できるので、光軸のずれを補正するために必要な偏向の程度が求まり、その程度に応じた偏向が可能になるような目標温度が求められる。 When the optical axis of the laser light incident on the wavelength conversion unit is shifted, the power of the wavelength converted light is reduced. Since the amount of optical axis deviation can be grasped based on the degree of power reduction, the degree of deflection necessary to correct the optical axis deviation is obtained, and a target temperature that enables deflection according to the degree is obtained. It is done.
第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記光透過媒質を所定姿勢に保持する保持部を備え、前記保持部は線膨張係数が１０×１０-６／Ｋより小さな部材で構成されている点にある。 In addition to any of the first to fifth feature configurations described above, the sixth feature configuration includes a holding unit that holds the light transmission medium in a predetermined posture, and the holding parts are in terms of linear expansion coefficient is constituted by a small member than 10 × 10- 6 / K.
光透過媒質の温度を調整する際にその保持部が熱の影響を受けて収縮または膨張すると、光透過媒質の姿勢が変動して目標通りの偏向性能を得ることが困難になる。しかし、線膨張係数が１０×１０-６／Ｋより小さな部材で保持部を構成すると、その影響を殆ど無視することができるようになる。 When the temperature of the light transmission medium is adjusted, if the holding portion contracts or expands due to the influence of heat, the posture of the light transmission medium changes, making it difficult to obtain the desired deflection performance. However, when the linear expansion coefficient of a holding portion with a small member than 10 × 10- 6 / K, it is possible to almost disregard the influence.
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記光透過媒質は、光学ガラスまたは光学結晶で構成されている点にある。 In the seventh feature configuration, in addition to any of the first to sixth feature configurations described above, the light transmission medium is configured by optical glass or an optical crystal. In the point.
屈折率が媒質温度により変動するような材料であれば本発明を適用可能な光透過媒質として利用でき、一般的な光学ガラスまたは光学結晶を用いることができる。 Any material whose refractive index varies depending on the medium temperature can be used as a light transmission medium to which the present invention is applicable, and general optical glass or optical crystal can be used.
本発明による光偏向装置の第一の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、レーザ光の伝播方向を偏向する光偏向装置であって、上述した第一から第七の何れかの特徴構成を備えた光偏向器を一対備え、前記入射面または出射面のうち光軸に対して傾斜する傾斜面の傾斜姿勢が相対的に９０度回転するようにレーザ光の伝播方向に沿って縦続配置されている点にある。 A first characteristic configuration of the optical deflecting device according to the present invention is an optical deflecting device that deflects the propagation direction of the laser beam as described in claim 8, and is one of the first to seventh features described above. A pair of optical deflectors having a structure is provided, and the inclined surface inclined with respect to the optical axis of the incident surface or the output surface is cascaded along the propagation direction of the laser light so that the inclined posture is relatively rotated by 90 degrees. It is in the point where it is arranged.
光軸に直交する平面上で任意の方向に偏向させることができるようになる。 The light can be deflected in an arbitrary direction on a plane orthogonal to the optical axis.
同第二の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記光偏向装置の入射光のビーム中心と出射光のビーム中心の光軸に対するオフセットが打ち消されるように、各光偏向器が光軸に対して傾斜配置されている点にある。 In the second feature configuration, as described in claim 9, in addition to the first feature configuration described above, the offset of the beam center of the incident light and the beam center of the emitted light with respect to the optical axis of the optical deflecting device is offset. Each optical deflector is inclined with respect to the optical axis so as to be canceled out.
光偏向装置を通過したレーザ光の光軸からのオフセットを解消することができるようになる。 The offset from the optical axis of the laser beam that has passed through the optical deflecting device can be eliminated.
同第三の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記一対の光偏向器は、相互に熱の授受が生じないように断熱部材を介して縦続配置されている点にある。 In the third feature configuration, as described in claim 10, in addition to the first or second feature configuration described above, the pair of optical deflectors are insulated so that heat is not exchanged between them. It is in the point arranged in cascade via the member.
一対の光偏向器はそれぞれの偏向角度に対応した温度に調整される必要があり、両者に熱の授受があると目標の偏向方向に正確に調整することが困難になる。しかし、それぞれが断熱部材を介して配置されていることにより、互いの熱の影響を受けずに偏向することができるようになる。 The pair of optical deflectors needs to be adjusted to a temperature corresponding to each deflection angle. If heat is transferred between the two deflectors, it is difficult to accurately adjust the target deflecting direction. However, since each is arranged via a heat insulating member, it becomes possible to deflect without being affected by the mutual heat.
本発明による光偏向方法の第一の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、レーザ光の伝播方向を偏向する光偏向方法であって、光軸に対する入射面と出射面の角度が異なる光透過媒質を温度変化させることにより屈折率を変調し、前記入射面に入射し前記出射面から出射するレーザ光の出射角度を変化させる点にある。 The first characteristic configuration of the optical deflection method according to the present invention is the optical deflection method for deflecting the propagation direction of the laser beam as described in claim 11, wherein the angles of the incident surface and the outgoing surface with respect to the optical axis are different. The refractive index is modulated by changing the temperature of the light transmission medium, and the emission angle of the laser light incident on the incident surface and emitted from the output surface is changed.
光透過媒質の温度が可変に調整されると、その調整温度に対して光透過媒質の屈折率が変化する。光透過媒質の屈折率の温度係数（ｄｎ／ｄＴ）と、入出射面がなす角度を選択することで、所望の分解能で光軸と調整量でレーザ光の伝播方向を偏向できるようになる。つまり、光透過媒質全体を所望の偏向角に対応した目標温度に調整するだけでよいので、精度及び再現性の高い光偏向が可能になる。 When the temperature of the light transmission medium is variably adjusted, the refractive index of the light transmission medium changes with respect to the adjusted temperature. By selecting the temperature coefficient (dn / dT) of the refractive index of the light transmission medium and the angle formed by the entrance and exit surfaces, the propagation direction of the laser beam can be deflected with the optical axis and the adjustment amount with a desired resolution. That is, since it is only necessary to adjust the entire light transmission medium to the target temperature corresponding to the desired deflection angle, light deflection with high accuracy and reproducibility becomes possible.
同第二の特徴構成は、同請求項１２に記載した通り、光軸に対する入射面と出射面の角度が異なる一対の光透過媒質を、入射面または出射面のうち光軸に対して傾斜する傾斜面の傾斜姿勢が相対的に９０度回転するようにレーザ光の伝播方向に沿って縦続配置し、個別に温度変化させることにより屈折率を変調し、前記入射面に入射し前記出射面から出射するレーザ光の出射角度を光軸視で２次元的に変化させる点にある。 In the second characteristic configuration, as described in claim 12, the pair of light transmission media having different angles of the incident surface and the exit surface with respect to the optical axis are inclined with respect to the optical axis of the entrance surface or the exit surface. Cascaded along the propagation direction of the laser beam so that the inclined posture of the inclined surface is relatively rotated by 90 degrees, the refractive index is modulated by changing the temperature individually, and enters the incident surface and enters from the output surface. This is because the emission angle of the emitted laser light is changed two-dimensionally in the optical axis view.
光軸に直交する平面上で任意の方向に偏向させることができるようになる。具体的に光軸をｚとした場合に、ｘ−ｙ平面上でｘ軸方向及びｙ軸方向の双方に独立して偏向させることができるようになる。 The light can be deflected in an arbitrary direction on a plane orthogonal to the optical axis. Specifically, when the optical axis is z, it is possible to deflect independently in both the x-axis direction and the y-axis direction on the xy plane.
以上説明した通り、本発明によれば、精度よく所望の偏向角度に偏向でき、しかも再現性の高い光偏向器、光偏向装置、及び光偏向方法を提供することができるようになった。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical deflector, an optical deflection apparatus, and an optical deflection method that can be deflected to a desired deflection angle with high accuracy and that have high reproducibility.
以下、本発明による光偏向器、光偏向装置、及び光偏向方法の実施形態を説明する。
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）には、本発明による光偏向器２の一例が示されている。光偏向器２は、光透過媒質３と、光透過媒質３を所定姿勢で保持する保持部４と、保持部４の近傍に設置された温度調整部５とを備えている。
Embodiments of an optical deflector, an optical deflection apparatus, and an optical deflection method according to the present invention will be described below.
1A, 1B, and 1C show an example of an optical deflector 2 according to the present invention. The optical deflector 2 includes a light transmission medium 3, a holding unit 4 that holds the light transmission medium 3 in a predetermined posture, and a temperature adjustment unit 5 that is installed in the vicinity of the holding unit 4.
光透過媒質３は光学ガラスまたは光学結晶で構成され、例えば、合成石英ガラスＳｉＯ２やフッ化カルシウムＣａＦ２、さらにはＬＢＯ，ＢＢＯ等の非線形光学素子を用いることができる。本実施形態ではフッ化カルシウムが用いられている。 The light transmission medium 3 is composed of optical glass or optical crystal, and for example, synthetic quartz glass SiO 2 , calcium fluoride CaF 2 , and nonlinear optical elements such as LBO and BBO can be used. In this embodiment, calcium fluoride is used.
光透過媒質３は略直方体または立方体形状に形成され、光軸に対する入射面と出射面の角度が異なる角度にカットされている。具体的に、六面のうち対抗する２面の一方が他方に対して所定の傾斜角で傾斜するようにカットされている。 The light transmission medium 3 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape or a cubic shape, and is cut so that the angles of the incident surface and the emitting surface with respect to the optical axis are different. Specifically, one of two opposing faces among the six faces is cut so as to be inclined at a predetermined inclination angle with respect to the other.
光透過媒質３は保持部４の水平壁４ａと鉛直壁４ｂとに位置決め配置され、さらに上方から押え部材４ｃで挟み込まれるように固定されている。押え部材４ｃには、光透過媒質３にレーザ光が入射し、光透過媒質３からレーザ光が出射するように矩形の開口部４ｄが形成されている。光透過媒質３は周囲の四面と直交する面が光軸と直交する入射面となり、光軸に対して所定角度傾斜した面が出射面となるように配置されている。 The light transmission medium 3 is positioned and arranged on the horizontal wall 4a and the vertical wall 4b of the holding part 4, and is further fixed so as to be sandwiched by the pressing member 4c from above. In the pressing member 4 c, a rectangular opening 4 d is formed so that laser light is incident on the light transmission medium 3 and laser light is emitted from the light transmission medium 3. The light transmission medium 3 is disposed such that a surface orthogonal to the surrounding four surfaces is an incident surface orthogonal to the optical axis, and a surface inclined by a predetermined angle with respect to the optical axis is an output surface.
尚、光透過媒質３は周囲の四面と直交する面が光軸と直交する出射面となり、光軸に対して所定角度傾斜した面が入射面となるように配置されていてもよい。さらに、光透過媒質３は対向する一対の面が周囲の四面と何れも直交することなく、且つ互いに異なる角度に形成されていてもよい。 The light transmission medium 3 may be arranged such that a surface orthogonal to the four surrounding surfaces is an emission surface orthogonal to the optical axis, and a surface inclined by a predetermined angle with respect to the optical axis is an incident surface. Further, the light transmission medium 3 may be formed such that a pair of opposed surfaces are not orthogonal to the surrounding four surfaces and at different angles.
温度調整部５は光透過媒質３の温度を変化させて屈折率を変調し、入射面に入射し出射面から出射するレーザ光の出射角度を変化させる機能ブロックであり、光透過媒質３を加熱または冷却する熱源５ａと、光透過媒質３の温度を検知する温度センサ５ｂと、温度センサ５ｂによる検知温度に基づいて熱源５ａの発熱量または吸熱量を制御して光透過媒質３の温度を目標温度に調整する温度制御部５ｃとを備えている。熱源５ａとして公知のヒータを用いることができ、他にペルチェ素子等を用いることも可能である。 The temperature adjustment unit 5 is a functional block that changes the refractive index by changing the temperature of the light transmission medium 3 and changes the emission angle of the laser light incident on the incident surface and emitted from the emission surface, and heats the light transmission medium 3. Alternatively, the heat source 5a for cooling, the temperature sensor 5b for detecting the temperature of the light transmission medium 3, and the amount of heat generated or absorbed by the heat source 5a are controlled based on the temperature detected by the temperature sensor 5b to target the temperature of the light transmission medium 3 And a temperature controller 5c for adjusting the temperature. A known heater can be used as the heat source 5a, and a Peltier element or the like can also be used.
温度制御部５ｃによって、温度センサ５ｂによる検知温度に基づいて熱源５ａが制御されることにより、光透過媒質３の温度が目標温度Ｔｏに調整され、光透過媒質３が所望の屈折率ｎに調整される。 The temperature control unit 5c controls the heat source 5a based on the temperature detected by the temperature sensor 5b, thereby adjusting the temperature of the light transmission medium 3 to the target temperature To and adjusting the light transmission medium 3 to a desired refractive index n. Is done.
さらに温度調整部５を覆うように保持部４の上方から断熱材６で被覆されている。保持部４は線膨張係数が１０×１０-６／Ｋより小さな部材で構成されていることが好ましい。光透過媒質３の温度を調整する際にその保持部４が熱の影響を受けて収縮または膨張すると、光透過媒質３の姿勢が変動して目標通りの偏向性能を得ることが困難になる。しかし、線膨張係数が１０×１０-６／Ｋより小さな部材で保持部を構成すると、その影響を殆ど無視することができるようになる。 Furthermore, it covers with the heat insulating material 6 from the upper part of the holding | maintenance part 4 so that the temperature control part 5 may be covered. Holder 4 is preferably linear expansion coefficient is constituted by a small member than 10 × 10- 6 / K. When the temperature of the light transmission medium 3 is adjusted and the holding unit 4 contracts or expands due to the influence of heat, the posture of the light transmission medium 3 varies, making it difficult to obtain the desired deflection performance. However, when the linear expansion coefficient of a holding portion with a small member than 10 × 10- 6 / K, it is possible to almost disregard the influence.
光透過媒質３内で温度分布を生じさせないため、保持部４には熱伝導率が２．０(Ｗ／ｍ・Ｋ)以下の断熱素材で構成されることが好ましい。 In order not to cause a temperature distribution in the light transmission medium 3, it is preferable that the holding unit 4 is made of a heat insulating material having a thermal conductivity of 2.0 (W / m · K) or less.
図２（ａ）には、光軸Ｌに対して入射面が直交し、出射面が所定角度θｃｕｔでカットされた屈折率ｎ１の媒質からｎ２の光透過媒質３に入射するレーザ光の軌跡が示されている。入射面での入射角θ１、出射角θ２、出射面での入射角θ３、出射角θ４とすると、出射角θ４は、以下の数式〔数１〕で求まる。
図２（ｂ）には、光軸Ｌに対して出射面が直交し、入射面が所定角度ＢＡでカットされた屈折率ｎ１の媒質からｎ２の光透過媒質３に入射するレーザ光の軌跡が示されている。入射面での入射角θ１、出射角θ２、出射面での入射角θ３、出射角θ４とすると、出射角θ４は、以下の数式〔数２〕で求まる。
つまり、出射角θ４は光透過媒質３のカット角度であるθｃｕｔまたはＢＡによって規定されることになる。さらに、光透過媒質３の屈折率ｎの温度係数（ｄｎ／ｄＴ）、ここでは屈折率ｎ２の温度係数によって出射角θ４が変化するので、光透過媒質３のカット角度及び温度によって出射角θ４を調整することができるようになる。 That is, the emission angle θ4 is defined by θcut or BA, which is the cut angle of the light transmission medium 3. Furthermore, since the emission angle θ4 varies depending on the temperature coefficient (dn / dT) of the refractive index n of the light transmission medium 3, here the temperature coefficient of the refractive index n2, the emission angle θ4 is changed depending on the cut angle and temperature of the light transmission medium 3. Will be able to adjust.
図３（ａ）には平面視の光透過媒質３が示されている。出射面が平面視で傾斜するようにカットされている。光軸Ｌに沿って垂直な入射面に入射したレーザ光は屈折率ｎ２の光透過媒質３によってｘ−ｙ平面上で屈折し、その屈折角は光透過媒質３の温度によって調整される。 FIG. 3A shows the light transmission medium 3 in plan view. The exit surface is cut so as to be inclined in plan view. The laser light incident on the vertical incident surface along the optical axis L is refracted on the xy plane by the light transmission medium 3 having a refractive index n2, and the refraction angle is adjusted by the temperature of the light transmission medium 3.
図３（ｂ）には側面視の光透過媒質３が示されている。出射面が側面視で傾斜するようにカットされている。光軸Ｌに沿って垂直な入射面に入射したレーザ光は屈折率ｎ２の光透過媒質３によってｚ−ｙ平面上で屈折し、その屈折角は光透過媒質３の温度によって調整される。 FIG. 3B shows the light transmission medium 3 in a side view. The exit surface is cut so as to be inclined in a side view. The laser light incident on the vertical incident surface along the optical axis L is refracted on the zy plane by the light transmission medium 3 having a refractive index n2, and the refraction angle is adjusted by the temperature of the light transmission medium 3.
図４（ａ）には、直方体または立方体で構成されたフッ化カルシウムの出射面を所定の傾斜角度θでカットした光透過媒質３の温度に対する角度変化量を上述の〔数１〕の演算式で算出した特性が示されている。屈折率ｎ１は空気の値、屈折率ｎ２はフッ化カルシウムの温度係数（ｄｎ／ｄＴ）に従い算出した。 In FIG. 4A, the amount of change in angle with respect to the temperature of the light transmission medium 3 obtained by cutting the emission surface of calcium fluoride formed of a rectangular parallelepiped or a cube with a predetermined inclination angle θ is expressed by the above equation (1). The characteristic calculated in is shown. The refractive index n1 was calculated according to the value of air, and the refractive index n2 was calculated according to the temperature coefficient (dn / dT) of calcium fluoride.
図４（ｂ）には、実際の実験値が示されている。シミュレーションと実験の結果がほぼ一致することが判り、光透過媒質３の温度を室温から百数十度に調整することにより百数十マイクロラジアンの角度調整ができ、温度を１℃変化させることで数マイクロラジアンの角度調整が可能になることが判明した。実際には、０．１℃の分解能で温度調整が可能であり、極めて高い分解能でレーザ光を偏向することができる。 FIG. 4B shows actual experimental values. It turns out that the results of the simulation and the experiment are almost the same. By adjusting the temperature of the light transmission medium 3 from room temperature to hundreds of degrees, the angle can be adjusted by hundreds of microradians. By changing the temperature by 1 ° C. It has been found that an angle adjustment of several microradians becomes possible. Actually, the temperature can be adjusted with a resolution of 0.1 ° C., and the laser beam can be deflected with a very high resolution.
図５には、フッ化カルシウムの出射面を複数の傾斜角度θでカットした場合の特性が示されている。つまり、光透過媒質３の傾斜角度θと調整温度範囲を組み合わせることにより、レーザ光を所望の角度範囲で偏向できるようになる。つまり、光学ガラスまたは光学結晶を用いて光軸に対する入射面と出射面の角度が異なるようにカットした光透過媒質を用いることにより、精度の高い光偏向器を構成することができる。 FIG. 5 shows the characteristics when the emission surface of calcium fluoride is cut at a plurality of inclination angles θ. That is, the laser beam can be deflected in a desired angle range by combining the tilt angle θ of the light transmission medium 3 and the adjustment temperature range. That is, a highly accurate optical deflector can be configured by using a light transmission medium that is cut using an optical glass or an optical crystal so that the angles of the incident surface and the outgoing surface with respect to the optical axis are different.
図６には、平面視で上述の光偏向器２を入射面または出射面のうち光軸Ｌに対して傾斜する傾斜面の傾斜姿勢が相対的に９０度回転するようにレーザ光の伝播方向に沿って縦続配置された光偏向装置８０が示されている。 FIG. 6 shows the propagation direction of the laser beam so that the tilting posture of the inclined surface inclined with respect to the optical axis L of the incident surface or the emitting surface of the optical deflector 2 in the plan view is relatively rotated by 90 degrees. A light deflecting device 80 is shown in cascade.
光軸Ｌに沿って入射するレーザ光は、第１の光透過媒質３ａによってｘ−ｙ平面上で偏向され、第２の光透過媒質３ｂによってｚ−ｙ平面上で偏向される。真円に形成されたビーム断面ＢＦ１のレーザ光が第１の光透過媒質３ａを通過するとビーム断面ＢＦ２が一方向に歪んで楕円形状になり、第２の光透過媒質３ｂを通過するとビーム断面ＢＦ３が一方向とは直交する方向に歪む。その結果、歪方向が直交するので結果としてビーム断面が真円に戻る。 The laser light incident along the optical axis L is deflected on the xy plane by the first light transmission medium 3a, and is deflected on the zy plane by the second light transmission medium 3b. When the laser beam of the beam cross section BF1 formed in a perfect circle passes through the first light transmission medium 3a, the beam cross section BF2 is distorted in one direction to become an elliptical shape, and when passing through the second light transmission medium 3b, the beam cross section BF3. Is distorted in a direction perpendicular to one direction. As a result, since the strain directions are orthogonal, the beam cross section returns to a perfect circle as a result.
つまり、ビームの真円形状を崩すことなく、光軸に直交する面上で任意の方向に偏向させることができるようになる。 That is, the beam can be deflected in an arbitrary direction on the plane orthogonal to the optical axis without breaking the perfect circular shape of the beam.
図７（ａ）は、平面視で光軸Ｌに沿って入射するレーザ光が第１及び第２の光透過媒質３ａ，３ｂで偏向される様子が示されている。また、図７（ｂ）は側面視で光軸Ｌに沿って入射するレーザ光が第１及び第２の光透過媒質３ａ，３ｂで偏向される様子が示されている。 FIG. 7A shows a state in which laser light incident along the optical axis L in a plan view is deflected by the first and second light transmission media 3a and 3b. FIG. 7B shows a state in which the laser light incident along the optical axis L is deflected by the first and second light transmission media 3a and 3b in a side view.
光偏向装置８０を通過したレーザ光は光軸Ｌに対して平面視で角度φ１のオフセット、側面視で角度φ２のオフセットが生じる。 The laser beam that has passed through the optical deflecting device 80 is offset from the optical axis L by an angle φ1 in plan view and by an angle φ2 in side view.
図８（ａ），（ｂ）に示すように、光偏向装置８０の入射光のビーム中心と出射光のビーム中心の光軸Ｌに対するオフセットが打ち消されるように、各光偏向器３ａ，３ｂが光軸Ｌに対して傾斜配置されることにより、図７（ａ），（ｂ）に示すようなオフセットが解消されるようになる。 As shown in FIGS. 8A and 8B, the optical deflectors 3a and 3b are arranged so that the offsets of the beam center of the incident light and the beam center of the emitted light with respect to the optical axis L of the optical deflector 80 are canceled out. By being inclined with respect to the optical axis L, the offset as shown in FIGS. 7A and 7B is eliminated.
実際の光偏向装置８０は、一対の光偏向器２が隣接配置され、相互に熱の授受が生じないように断熱部材を介して縦続配置されている。一対の光偏向器２はそれぞれの偏向角度に対応した温度に調整される必要があり、両者に熱の授受があると目標の偏向方向に正確に調整することが困難になる。そのため、それぞれが断熱部材を介して配置され、互いの熱の影響を受けずに偏向することができるように構成されているのである。 In the actual optical deflecting device 80, a pair of optical deflectors 2 are arranged adjacent to each other, and are arranged in cascade via heat insulating members so that heat is not exchanged between them. The pair of optical deflectors 2 needs to be adjusted to a temperature corresponding to each deflection angle. If heat is transferred to both of them, it is difficult to accurately adjust the target deflection direction. Therefore, each is arrange | positioned via a heat insulation member, and it is comprised so that it can deflect, without receiving the influence of a mutual heat.
光偏向器２に備えた温度制御部５は、レーザ光の光軸のずれを検知する光軸ずれセンサから入力される光軸ずれの程度に基づいて目標温度を設定するように構成されている。光軸ずれセンサによって検知されるレーザ光の光軸のずれを補正するために必要な偏向の程度が求まり、その程度に応じた偏向が可能になるような目標温度が求められ、設定されるのである。 The temperature control unit 5 provided in the optical deflector 2 is configured to set the target temperature based on the degree of optical axis deviation input from an optical axis deviation sensor that detects the optical axis deviation of the laser light. . Since the degree of deflection necessary to correct the deviation of the optical axis of the laser beam detected by the optical axis deviation sensor is obtained, and a target temperature is determined and set so as to enable deflection according to the degree. is there.
光軸ずれセンサとして特別のセンサを用いる必要はなく、光軸に沿って伝播するレーザ光をビームサンプラー等でＰＳＤ等の位置検知素子に導いてずれを検知したり、イメージセンサに導いてずれを検知したりすることができる。 There is no need to use a special sensor as the optical axis deviation sensor. The laser beam propagating along the optical axis is guided to a position detection element such as a PSD by a beam sampler or the like, or the deviation is detected by introducing it to an image sensor. Can be detected.
光偏向器２または光偏向装置８０が、光源から出力されたレーザ光を増幅する増幅部と増幅部で増幅されたレーザ光を波長変換する波長変換部との間に配置される場合には、波長変換部から出力された波長変換光のパワーを検知するパワーセンサで光軸ずれセンサを構成することができる。波長変換部に入射するレーザ光の光軸がずれると、波長変換光のパワーが低下するという特性を利用するのである。 When the optical deflector 2 or the optical deflecting device 80 is disposed between the amplification unit that amplifies the laser light output from the light source and the wavelength conversion unit that converts the wavelength of the laser light amplified by the amplification unit, An optical axis deviation sensor can be configured by a power sensor that detects the power of wavelength-converted light output from the wavelength conversion unit. The characteristic is that the power of the wavelength-converted light is reduced when the optical axis of the laser light incident on the wavelength converter is shifted.
以下、本発明による光偏向装置８０が組み込まれたレーザ光源装置１について説明する。
図９に示すように、レーザ光源装置１は、光源部１Ａと、ファイバ増幅部１Ｂと、固体増幅部１Ｃと、波長変換部１Ｄとが光軸Ｌに沿って配置され、さらに光源部１Ａ等を制御する制御部１００を備えて構成されている。
Hereinafter, the laser light source device 1 in which the light deflection device 80 according to the present invention is incorporated will be described.
As shown in FIG. 9, in the laser light source device 1, a light source unit 1A, a fiber amplification unit 1B, a solid amplification unit 1C, and a wavelength conversion unit 1D are arranged along the optical axis L, and the light source unit 1A and the like. The control part 100 which controls is comprised.
光源部１Ａには、種光源１０と、種光源用のドライバＤ１と、光アイソレータＩＳＬ１等を備えている。ファイバ増幅部１Ｂには、それぞれレーザダイオードで構成される励起用光源２１，３１及び合波器２２，３２を備えた二段のファイバ増幅器２０，３０と、光アイソレータＩＳＬ２，ＩＳＬ３と、光スイッチ素子４０等を備えている。 The light source unit 1A includes a seed light source 10, a seed light source driver D1, an optical isolator ISL1, and the like. The fiber amplifying unit 1B includes two-stage fiber amplifiers 20 and 30 each having excitation light sources 21 and 31 and multiplexers 22 and 32 each composed of a laser diode, optical isolators ISL2 and ISL3, and an optical switch element. 40 etc.
固体増幅部１Ｃには、固体増幅器５０と、反射ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３と、レンズＬ１，コリメータＣＬ２等を備えている。波長変換部１Ｄは、第１波長変換部１Ｅ及び第２波長変換部１Ｆで構成され、それぞれに非線形光学素子６０，７０を備えている。 The solid-state amplifier 1C includes a solid-state amplifier 50, reflection mirrors M1, M2, and M3, a lens L1, a collimator CL2, and the like. The wavelength conversion unit 1D includes a first wavelength conversion unit 1E and a second wavelength conversion unit 1F, and includes nonlinear optical elements 60 and 70, respectively.
種光源１０から出力された波長１０６４ｎｍのレーザパルス光（以下、単に「パルス光」とも記す。）が二段のファイバ増幅器２０，３０で増幅され、さらに一段の固体増幅器５０で所望のレベルまで増幅される。固体増幅器５０で増幅されたパルス光は非線形光学素子６０で波長５３２ｎｍに波長変換され、さらに非線形光学素子７０で波長２６６ｎｍに波長変換されて出力される。 Laser pulse light with a wavelength of 1064 nm output from the seed light source 10 (hereinafter also simply referred to as “pulse light”) is amplified by the two-stage fiber amplifiers 20 and 30 and further amplified to a desired level by the one-stage solid-state amplifier 50. Is done. The pulsed light amplified by the solid-state amplifier 50 is wavelength-converted to a wavelength of 532 nm by the nonlinear optical element 60 and further wavelength-converted to a wavelength of 266 nm by the nonlinear optical element 70 and output.
種光源１０として単一縦モードのレーザ光を出力する分布帰還型レーザダイオード（以下、「ＤＦＢレーザ」と記す。）が用いられ、ゲインスイッチング法を適用する制御部１００から出力される制御信号によって、ＤＦＢレーザから単発または数メガヘルツ以下の所望の周波数で、数百ピコ秒以下の所望のパルス幅のパルス光が出力される。 A distributed feedback laser diode (hereinafter referred to as “DFB laser”) that outputs a single longitudinal mode laser beam is used as the seed light source 10, and is controlled by a control signal output from the control unit 100 to which the gain switching method is applied. From the DFB laser, pulse light having a desired pulse width of several hundred picoseconds or less is output at a desired frequency of one shot or several megahertz or less.
種光源１０から出力された数ピコジュールから数百ピコジュールのパルスエネルギーのパルス光が、ファイバ増幅器２０，３０及び固体増幅器５０によって最終的に数十マイクロジュールから数十ミリジュールのパルスエネルギーのパルス光に増幅された後に、二段の非線形光学素子６０，７０に入力されることによって波長２６６ｎｍの深紫外線に波長変換される。 Pulse light having a pulse energy of several picojoules to several hundred picojoules output from the seed light source 10 is finally pulsed by the fiber amplifiers 20 and 30 and the solid-state amplifier 50 with a pulse energy of several tens of microjoules to several tens of millijoules. After being amplified to light, it is converted into deep ultraviolet rays having a wavelength of 266 nm by being input to the two-stage nonlinear optical elements 60 and 70.
種光源１０から出力されたパルス光は、光アイソレータＩＳＬ１を介して、初段のファイバ増幅器２０で増幅される。ファイバ増幅器２０，３０として、所定波長（例えば９７５ｎｍ）の励起用光源２１で励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）添加ファイバ増幅器等の希土類添加光ファイバが用いられる。このようなファイバ増幅器２０の反転分布の寿命はミリ秒の位数であるため、励起用光源２１で励起されたエネルギーは１キロヘルツ以上の周波数のパルス光に効率的に転移されるようになる。 The pulsed light output from the seed light source 10 is amplified by the first-stage fiber amplifier 20 via the optical isolator ISL1. As the fiber amplifiers 20 and 30, rare earth-doped optical fibers such as ytterbium (Yb) -doped fiber amplifiers pumped by a pumping light source 21 having a predetermined wavelength (for example, 975 nm) are used. Since the lifetime of the inversion distribution of the fiber amplifier 20 is in the order of milliseconds, the energy excited by the excitation light source 21 is efficiently transferred to pulsed light having a frequency of 1 kilohertz or more.
初段のファイバ増幅器２０で約３０デシベル増幅されたパルス光は、光アイソレータＩＳＬ２を介して後段のファイバ増幅器３０に入力されて約２５デシベル増幅される。後段のファイバ増幅器３０で増幅されたパルス光は、コリメータＣＬ１によってビーム成形され、光アイソレータＩＳＬ３，ＩＳＬ４を通過した後に固体増幅器５０に導かれて約２５デシベル増幅される。 The pulse light amplified by about 30 dB by the first-stage fiber amplifier 20 is input to the subsequent-stage fiber amplifier 30 via the optical isolator ISL2 and amplified by about 25 dB. The pulsed light amplified by the subsequent fiber amplifier 30 is beam-shaped by the collimator CL1, passes through the optical isolators ISL3 and ISL4, and is then guided to the solid-state amplifier 50 to be amplified by about 25 decibels.
コリメータＣＬ１と固体増幅器５０との間には、音響光学素子が組み込まれ光スイッチ素子４０として機能する音響光学変調器ＡＯＭ（Acousto-Optic Modulator）、一対の反射ミラーＭ１，Ｍ２が配置され、反射ミラーＭ１，Ｍ２間には固体増幅器５０で増幅されたパルス光を非線形光学素子６０に導く光アイソレータＩＳＬ４が配置されている。 Between the collimator CL1 and the solid-state amplifier 50, an acousto-optic modulator AOM (Acousto-Optic Modulator) that incorporates an acousto-optic element and functions as the optical switch element 40, and a pair of reflecting mirrors M1 and M2 are disposed. An optical isolator ISL4 that guides the pulsed light amplified by the solid-state amplifier 50 to the nonlinear optical element 60 is disposed between M1 and M2.
尚、上述の光アイソレータＩＳＬ１〜ＩＳＬ４は、何れも磁気光学効果を利用して順方向と逆方向で偏光面を逆方向に回転させることで戻り光を遮断する偏光依存型の光アイソレータであり、光軸に沿って上流側に配置された各光学素子が、高強度の戻り光によって熱破壊されることを回避する等のために設けられている。 The optical isolators ISL1 to ISL4 described above are polarization-dependent optical isolators that block the return light by rotating the polarization plane in the reverse direction and the reverse direction using the magneto-optic effect, Each optical element disposed on the upstream side along the optical axis is provided for avoiding thermal destruction by high-intensity return light.
固体増幅器５０としてＮｄ：ＹＶＯ４結晶やＮｄ：ＹＡＧ結晶等の固体レーザ媒体が好適に用いられる。発光波長８０８ｎｍまたは８８８ｎｍのレーザダイオードで構成される励起用光源５１から出力され、コリメータＣＬ２によってビーム成形された励起光によって固体レーザ媒体が励起されるように構成されている。 As the solid-state amplifier 50, a solid-state laser medium such as Nd: YVO4 crystal or Nd: YAG crystal is preferably used. The solid-state laser medium is configured to be excited by the excitation light output from the excitation light source 51 including a laser diode having an emission wavelength of 808 nm or 888 nm and beam-formed by the collimator CL2.
光スイッチ素子４０を通過したパルス光は、反射ミラーＭ１，Ｍ２を経由して固体増幅器５０に入射して増幅された後に、さらに反射ミラーＭ３で反射されて固体増幅器５０に再入射して再度増幅される。つまり、固体増幅器５０の往路及び復路でそれぞれ増幅されるように構成されている。尚、レンズＬ１はビーム整形用である。 The pulsed light that has passed through the optical switch element 40 is incident on the solid-state amplifier 50 through the reflection mirrors M1 and M2 and amplified, and then reflected by the reflection mirror M3 and re-enters the solid-state amplifier 50 to be amplified again. Is done. That is, it is configured to be amplified on the forward path and the return path of the solid-state amplifier 50, respectively. The lens L1 is for beam shaping.
固体増幅器５０で増幅されたパルス光は反射ミラーＭ２、光アイソレータＩＳＬ４で反射されて波長変換部１Ｄの非線形光学素子６０，７０に入射して所望の波長に変換された後に出力される。 The pulsed light amplified by the solid-state amplifier 50 is reflected by the reflection mirror M2 and the optical isolator ISL4, is incident on the nonlinear optical elements 60 and 70 of the wavelength conversion unit 1D, is converted to a desired wavelength, and is output.
第１波長変換部１Ｅには非線形光学素子６０であるＬＢＯ結晶（ＬｉＢ３Ｏ５）が組み込まれ、第２波長変換部１Ｆには非線形光学素子７０であるＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）が組み込まれている。種光源１０から出力された波長１０６４ｎｍのパルス光が非線形光学素子６０で波長５３２ｎｍに波長変換され、さらに非線形光学素子７０で波長２６６ｎｍに波長変換される。 The first wavelength conversion unit 1E incorporates an LBO crystal (LiB 3 O 5 ) that is a nonlinear optical element 60, and the second wavelength conversion unit 1F incorporates a CLBO crystal (CsLiB 6 O 10 ) that is a nonlinear optical element 70. It is. The pulse light having a wavelength of 1064 nm output from the seed light source 10 is wavelength-converted to a wavelength of 532 nm by the nonlinear optical element 60, and further wavelength-converted to a wavelength of 266 nm by the nonlinear optical element 70.
反射ミラーＭ４，Ｍ８は非線形光学素子６０から出力される波長１０６４ｎｍのパルス光を分離するためのフィルタとして機能し、反射ミラーＭ６は非線形光学素子７０から出力される波長５３２ｎｍのパルス光を分離するためのフィルタとして機能し、分離されたパルス光はそれぞれ光ダンパで減衰される。 The reflection mirrors M4 and M8 function as a filter for separating pulsed light with a wavelength of 1064 nm output from the nonlinear optical element 60, and the reflection mirror M6 is for separating pulsed light with a wavelength of 532 nm output from the nonlinear optical element 70. Each of the separated pulse lights is attenuated by an optical damper.
第２波長変換部１ＦにはＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）を光軸と直交する面内で移動させる走査機構であるステージ７１が設けられている。紫外線が長時間同一箇所に照射されるとＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）に光学損傷が生じて強度分布の劣化と波長変換出力の低下を招くため、所定時期にＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）へのパルス光の照射位置をシフトするためである。 The second wavelength conversion unit 1F is provided with a stage 71 that is a scanning mechanism that moves a CLBO crystal (CsLiB 6 O 10 ) in a plane orthogonal to the optical axis. When UV rays are irradiated to the same place for a long time, optical damage occurs in the CLBO crystal (CsLiB 6 O 10 ), resulting in deterioration of intensity distribution and decrease in wavelength conversion output. Therefore, the CLBO crystal (CsLiB 6 O 10 ) is used at a predetermined time. This is to shift the irradiation position of the pulsed light on the.
制御部１００はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）及び周辺回路等を備えた回路ブロックで構成され、予めＦＰＧＡ内のメモリに記憶したプログラムに基づいて複数の論理素子を駆動することにより、レーザ光源装置１を構成する各ブロックが例えばシーケンシャルに制御される。尚、制御部１００はＦＰＧＡで構成される以外に、マイクロコンピュータとメモリ及びＩＯ等の周辺回路で構成されていてもよいし、プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）等で構成されていてもよい。 The control unit 100 is configured by a circuit block including an FPGA (Field Programmable Gate Array) and peripheral circuits, and drives a plurality of logic elements based on a program stored in advance in a memory in the FPGA. For example, the blocks constituting the block are sequentially controlled. In addition to the FPGA, the control unit 100 may be configured with a microcomputer, a peripheral circuit such as a memory and an IO, or may be configured with a programmable logic controller (PLC) or the like.
具体的に、制御部１００はゲインスイッチング法を用いて種光源１０を発光させるべく、種光源１０であるＤＦＢレーザのドライバＤ１に所定パルス幅のトリガ信号を出力する。当該駆動回路からＤＦＢレーザにトリガ信号に応じたパルス電流が印加されると緩和振動が発生し、緩和振動による発光開始直後の最も発光強度が大きな第１波のみからなり第２波以降のサブパルスを含まないパルス状のレーザ光が出力される。ゲインスイッチング法とは、このような緩和振動を利用した短いパルス幅でピークパワーが大きいパルス光を発生させる方法をいう。 Specifically, the control unit 100 outputs a trigger signal having a predetermined pulse width to the driver D1 of the DFB laser that is the seed light source 10 in order to cause the seed light source 10 to emit light using the gain switching method. When a pulse current corresponding to the trigger signal is applied from the drive circuit to the DFB laser, relaxation oscillation occurs, and only the first wave having the highest emission intensity immediately after the start of light emission due to relaxation oscillation consists of the second and subsequent sub-pulses. A pulsed laser beam not included is output. The gain switching method refers to a method of generating pulsed light having a short pulse width and high peak power using such relaxation oscillation.
また、制御部１００は光スイッチ素子４０である音響光学変調器ＡＯＭを駆動するＲＦドライバＤ２にゲート信号を出力する。ＲＦドライバＤ２から高周波信号が印加されたトランスジューサ（ピエゾ変換素子）によって音響光学素子を構成する結晶に回折格子が生成され、音響光学素子に入射するパルス光の回折光が反射ミラーＭＲ１に入射する。ＲＦドライバＤ２が停止すると音響光学素子に入射したパルス光は回折せずにそのまま通過し、反射ミラーＭＲ１に入射することはない。尚、ＲＦドライバＤ２の停止時に音響光学素子を通過した光は光ダンパによって減衰されるように構成されている。 Further, the control unit 100 outputs a gate signal to the RF driver D2 that drives the acousto-optic modulator AOM that is the optical switch element 40. A diffraction grating is generated in a crystal constituting the acoustooptic device by a transducer (piezo conversion device) to which a high frequency signal is applied from the RF driver D2, and diffracted light of pulsed light incident on the acoustooptic device is incident on the reflection mirror MR1. When the RF driver D2 is stopped, the pulsed light incident on the acoustooptic device passes through without being diffracted and does not enter the reflection mirror MR1. The light that has passed through the acoustooptic device when the RF driver D2 is stopped is attenuated by an optical damper.
ゲート信号によって光スイッチ素子４０がオンすると回折された光がファイバ増幅器３０から固体増幅器５０へ伝播し、ゲート信号によって光スイッチ素子４０がオフするとファイバ増幅器３０から固体増幅器５０へ光の伝播が阻止される。 When the optical switch element 40 is turned on by the gate signal, the diffracted light propagates from the fiber amplifier 30 to the solid-state amplifier 50. When the optical switch element 40 is turned off by the gate signal, light propagation is blocked from the fiber amplifier 30 to the solid-state amplifier 50. The
制御部１００は、種光源１０からのパルス光の出力期間に光の伝播を許容し、種光源１０からのパルス光の出力期間と異なる期間に光の伝播を阻止するように光スイッチ素子４０を制御することにより、非線形光学素子６０，７０からパルス光の出力を許容する出力許容状態を生成するように構成されている。 The control unit 100 allows the optical switch element 40 to allow light propagation during the output period of the pulsed light from the seed light source 10 and to prevent light propagation during a period different from the output period of the pulsed light from the seed light source 10. By controlling, it is configured to generate an output permission state that allows the output of pulsed light from the nonlinear optical elements 60 and 70.
さらに、制御部１００は、種光源１０からのパルス光の出力期間に光の伝播を阻止し、種光源１０からのパルス光の出力期間と異なる期間に光の伝播を許容するように光スイッチ素子４０を制御することにより、非線形光学素子６０，７０からのパルス光の出力を停止する出力停止状態を生成するように構成されている。 Further, the control unit 100 prevents the light from propagating during the output period of the pulsed light from the seed light source 10 and allows the light to propagate during a period different from the output period of the pulsed light from the seed light source 10. 40 is configured to generate an output stop state in which the output of the pulsed light from the nonlinear optical elements 60 and 70 is stopped.
出力許容状態で、制御部１００によって種光源１０からのパルス光の出力期間と異なる期間に光スイッチ素子４０がオフされると、その間は、後段の固体増幅器５０へのＡＳＥノイズ(amplified spontaneous emission noise)の伝播が阻止されるようになり、固体増幅器５０の活性領域のエネルギーが無駄に消費されることが回避されるようになる。尚、ＡＳＥノイズは、前段のファイバ増幅器３０，４０で生じた自然放出光ノイズであり、後段の固体増幅器５０に伝播すると、励起用の光源によって励起状態にある固体増幅器５０の活性領域のエネルギーが放出されるようになる。 When the optical switch element 40 is turned off in a period different from the output period of the pulsed light from the seed light source 10 by the control unit 100 in the output permissible state, the ASE noise (amplified spontaneous emission noise) to the solid-state amplifier 50 in the subsequent stage is turned off. ) Is prevented from being propagated, and waste of energy in the active region of the solid-state amplifier 50 is avoided. The ASE noise is spontaneous emission light noise generated in the fiber amplifiers 30 and 40 in the previous stage. When propagated to the solid amplifier 50 in the subsequent stage, the energy in the active region of the solid amplifier 50 in the excited state by the excitation light source is obtained. To be released.
出力停止状態では種光源１０からのパルス光が固体増幅器５０に伝播しないため、固体増幅器５０の活性領域のエネルギー状態が出力許容状態とは異なり、温度変動を来して、出力許容状態に移行した後に固体増幅器５０の熱レンズ効果の影響によってパルス光が微妙に偏向される場合がある。 Since the pulsed light from the seed light source 10 does not propagate to the solid-state amplifier 50 in the output stop state, the energy state of the active region of the solid-state amplifier 50 is different from the output permissible state, resulting in temperature fluctuations and shifting to the output permissible state. Later, the pulsed light may be slightly deflected due to the influence of the thermal lens effect of the solid-state amplifier 50.
そのような場合に備えて、固体増幅器５０と波長変換部１Ｄとの間に光偏向装置８０が配置されている。波長変換部１Ｄから出力された波長変換光の一部をビームサンプラーで反射させて検知するパワーセンサが設けられ、そのパワーに基づいて光軸ずれを検知し、ずれの程度が光偏向装置８０を構成する各光偏向器２の温度調整部５に入力されるように構成されている。 In preparation for such a case, an optical deflecting device 80 is disposed between the solid-state amplifier 50 and the wavelength converter 1D. A power sensor is provided for detecting a part of the wavelength-converted light output from the wavelength conversion unit 1D by reflecting it with a beam sampler. The optical sensor detects an optical axis deviation based on the power, and the degree of deviation determines the degree of the optical deflection device 80. It is configured to be input to the temperature adjustment unit 5 of each optical deflector 2 to be configured.
以上説明した通り、本発明による光偏向方法は、光軸に対する入射面と出射面の角度が異なる光透過媒質を温度変化させることにより屈折率を変調し、前記入射面に入射し前記出射面から出射するレーザ光の出射角度を変化させるように構成されている。 As described above, the light deflection method according to the present invention modulates the refractive index by changing the temperature of a light transmission medium having different angles of the entrance surface and the exit surface with respect to the optical axis, enters the entrance surface, and enters the exit surface. The emission angle of the emitted laser beam is changed.
また、光軸に対する入射面と出射面の角度が異なる一対の光透過媒質を、入射面または出射面のうち光軸に対して傾斜する傾斜面の傾斜姿勢が相対的に９０度回転するようにレーザ光の伝播方向に沿って縦続配置し、個別に温度変化させることにより屈折率を変調し、前記入射面に入射し前記出射面から出射するレーザ光の出射角度を光軸視で２次元的に変化させるように構成されている。 In addition, in a pair of light transmission media having different angles of the incident surface and the exit surface with respect to the optical axis, the inclined posture of the inclined surface inclined with respect to the optical axis of the incident surface or the exit surface is rotated by 90 degrees relatively. Cascaded along the propagation direction of the laser beam, and the refractive index is modulated by changing the temperature individually, and the emission angle of the laser beam incident on the incident surface and emitted from the emission surface is two-dimensionally viewed from the optical axis. It is configured to change.
上述した説明は本発明の一実施態様に過ぎず、該記載により本発明の範囲が限定されるものではない。また、各部の具体的な構成は、本発明の作用効果が奏される範囲で適宜選択し、或いは変更設計可能であることはいうまでもない。 The above description is only one embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the description. Needless to say, the specific configuration of each part can be appropriately selected or modified within a range in which the effects of the present invention can be achieved.
２：光偏向器
３：光透過媒質
４：保持部
５：温度調整部
８０：光偏向装置
2: Optical deflector 3: Light transmission medium 4: Holding unit 5: Temperature adjusting unit 80: Optical deflecting device
Claims (12)
光軸に対する入射面と出射面の角度が異なる光透過媒質と、
前記光透過媒質の温度を変化させて屈折率を変調し、前記入射面に入射し前記出射面から出射するレーザ光の出射角度を変化させる温度調整部と、
を備えている光偏向器。 An optical deflector that deflects the propagation direction of laser light,
A light transmission medium having different angles of the incident surface and the emitting surface with respect to the optical axis;
A temperature adjusting unit that changes a temperature of the light transmission medium to modulate a refractive index, and changes an emission angle of laser light that is incident on the incident surface and is emitted from the emission surface;
Equipped with an optical deflector.
請求項１から７の何れかに記載の光偏向器を一対備え、
前記入射面または出射面のうち光軸に対して傾斜する傾斜面の傾斜姿勢が相対的に９０度回転するようにレーザ光の伝播方向に沿って縦続配置されている光偏向装置。 An optical deflecting device that deflects the propagation direction of laser light,
A pair of optical deflectors according to any one of claims 1 to 7,
An optical deflecting device arranged in cascade along the propagation direction of the laser beam so that the inclined posture of the inclined surface that is inclined with respect to the optical axis of the incident surface or the outgoing surface rotates relatively by 90 degrees.
光軸に対する入射面と出射面の角度が異なる光透過媒質を温度変化させることにより屈折率を変調し、前記入射面に入射し前記出射面から出射するレーザ光の出射角度を変化させる光偏向方法。 An optical deflection method for deflecting the propagation direction of laser light,
An optical deflection method for modulating a refractive index by changing a temperature of a light transmission medium having different angles of an incident surface and an exit surface with respect to an optical axis, and changing an exit angle of laser light incident on the exit surface and exiting from the exit surface .
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3599500A1 (en) * | 2018-07-23 | 2020-01-29 | Sick Ag | Beam tracking device, optical assembly and analysis device |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10221719A (en) * | 1997-02-10 | 1998-08-21 | Fujitsu Ltd | Light deflection element |
| JP2001067007A (en) * | 1999-08-30 | 2001-03-16 | Sony Corp | Display device |
| JP2003046173A (en) * | 2001-07-30 | 2003-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Laser, wavelength changing element, laser oscillator, wavelength changing device, and method for laser beam machining |
| US20050129072A1 (en) * | 2003-02-25 | 2005-06-16 | Parviz Tayebati | Optical beam steering for tunable laser applications |
| JP2011216552A (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Japan Synchrotron Radiation Research Inst | Automatic optimization system of multistage amplification laser system with each step formed in module |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10221719A (en) * | 1997-02-10 | 1998-08-21 | Fujitsu Ltd | Light deflection element |
| JP2001067007A (en) * | 1999-08-30 | 2001-03-16 | Sony Corp | Display device |
| JP2003046173A (en) * | 2001-07-30 | 2003-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Laser, wavelength changing element, laser oscillator, wavelength changing device, and method for laser beam machining |
| US20050129072A1 (en) * | 2003-02-25 | 2005-06-16 | Parviz Tayebati | Optical beam steering for tunable laser applications |
| JP2011216552A (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Japan Synchrotron Radiation Research Inst | Automatic optimization system of multistage amplification laser system with each step formed in module |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3599500A1 (en) * | 2018-07-23 | 2020-01-29 | Sick Ag | Beam tracking device, optical assembly and analysis device |
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