JP5018848B2 - 波長変換レーザ装置 - Google Patents
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Description
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る波長変換レーザ装置は、基本波を発振する半導体レーザ1と、半導体レーザ1の出射光Φ0から第1選択波長λ1、この第1選択波長λ1より短波長の第2選択波長λ2、及び第1選択波長λ1より長波長の第3選択波長λ3を選択し、第1選択波長λ1の光Φ1を半導体レーザ1に帰還する波長選択素子5aと、波長選択素子5aを透過した光Φ0を波長変換する波長変換素子6と、波長選択素子5aで選択された第2選択波長λ2の光Φ2及び第3選択波長λ3の光Φ3を、それぞれ第1及び第2の電気信号に変換する第1の光センサ28及び第2の光センサ29と、第1及び第2の電気信号のうちいずれか大きな電気信号の強度が最小になるように半導体レーザ1の波長を制御する波長制御機構(第1制御器)10とを備える。波長変換素子6としては、例えば、ニオブ酸カリウム(KNbO3)結晶やニオブ酸リチウム(LiNbO3)結晶などの非線形光学結晶が採用可能で、非線形光学結晶を波長変換結晶として用いることにより2逓倍の高調波等の半導体レーザ1の出射光Φ0の波長よりも短波長の光Φtに、半導体レーザ1の出射光Φ0を波長変換することができる。
ηλ=ηB sinc2 ((λB−λ)/Δλ) …(1)
で表される。ただし、図3においてλ1B,η1Bは基本波光Φ1の反射中心波長及びその回折効率、λ2B,η2B はλ1Bの短波長側に存在する光Φ2の反射中心波長及びその回折効率、λ3B,η3Bはλ1Bの長波長側に存在する光Φ3の反射中心波長及びその回折効率である。
図6に示すように、本発明の第2の実施形態に係る波長変換レーザ装置は、第1の実施の形態に係る波長変換レーザ装置と同様に、半導体レーザ1と、半導体レーザ1の出射光Φ0から第1選択波長λ1、第1選択波長λ1より短波長の第2選択波長λ2、第1選択波長λ1より長波長の第3選択波長λ3を選択し、第1選択波長λ1の光Φ1を半導体レーザ1に帰還する波長選択素子5aと、波長選択素子5aを透過した光Φ0を波長変換する波長変換素子6と、波長選択素子5aで選択された第2選択波長λ2の光Φ2及び第3選択波長λ3の光Φ3を、それぞれ第1及び第2の電気信号に変換する第1の光センサ28及び第2の光センサ29と、第1及び第2の電気信号の強度の和が最小になるように半導体レーザ1の波長を制御する波長制御機構(第1制御器)10とを備えるが、更に、半導体レーザ1と波長選択素子5aとの間に光ファイバ2、光ファイバ終端部3及び第1のレンズ41を備えてより安定なフィードバックを実現している。第1の実施の形態に係る波長変換レーザ装置と同様に、波長選択素子5aと波長変換素子6との間に第2のレンズ42を備える。
図7に示すように、本発明の第3の実施の形態に係る波長変換レーザ装置は、第2の実施の形態に係る波長変換レーザ装置と同様に、半導体レーザ1と、出射面となる半導体レーザ1の前面に入力端を近接させ半導体レーザ1の出射光Φ0を入射させる光ファイバ2と、光ファイバ2の出射端に近接させた光ファイバ終端部3と、光ファイバ終端部3に隣接し、光ファイバ2を透過した半導体レーザ1の出射光Φ0を集光する第1のレンズ41と、第1のレンズ41に隣接して配置され、半導体レーザ1の出射光Φ0から第1選択波長λ1、第1選択波長λ1より短波長の第2選択波長λ2、第1選択波長λ1より長波長の第3選択波長λ3を選択し、第1選択波長λ1の光Φ1を半導体レーザ1に帰還する波長選択素子5aと、波長選択素子5aを透過した光Φ0を第2高調波等の短波長の光Φtに波長変換する波長変換素子6と、波長選択素子5aで選択された第2選択波長λ2の光Φ2及び第3選択波長λ3の光Φ3を、それぞれ第1及び第2の電気信号に変換する第1の光センサ28及び第2の光センサ29と、第1及び第2の電気信号の強度の和が最小になるように半導体レーザ1の波長を制御する波長制御機構10とを備える。
図8に示すように、本発明の第4の実施形態に係る波長変換レーザ装置は、半導体レーザ1と、半導体レーザ1に隣接し、半導体レーザ1の出射光Φ0を集光する第1のレンズ41と、半導体レーザ1の出射光Φ0から第1選択波長λ1、この第1選択波長λ1より短波長の第2選択波長λ2、及び第1選択波長λ1より長波長の第3選択波長λ3を選択し、第1選択波長λ1の光Φ1を第1のレンズ41を介して半導体レーザ1に帰還する波長選択素子5aと、波長選択素子5aに隣接し、波長選択素子5aを透過した光Φ0を集光する第2のレンズ42と、第2のレンズ42を介して波長選択素子5aを透過した光Φ0を第2高調波等の短波長の光Φtに波長変換する波長変換素子6と、波長選択素子5aで選択された第2選択波長λ2の光Φ2及び第3選択波長λ3の光Φ3を、それぞれ第1及び第2の電気信号に変換する第1の光センサ28及び第2の光センサ29と、半導体レーザ1の近傍に配置された第1のサーモモジュール71と、第1のサーモモジュール71を介して、第1及び第2の電気信号の強度の和が最小になるように半導体レーザ1の波長を制御する波長制御機構(第1制御器)10と、波長選択素子5aの近傍に配置された第2のサーモモジュール72と、波長変換素子6の近傍に配置された第3のサーモモジュール73と、第2のサーモモジュール72及び第3のサーモモジュール73の出力をそれぞれ個別に制御する温度制御機構(第2制御器)11を備える点で、第1の実施の形態に係る波長変換レーザ装置と同様であるが、更に、波長変換素子6の出力光Φtを分岐するビームスプリッタ等の波長分岐素子43と、分岐された光Φtの一部を第3の電気信号に変換する第3の光センサ27と、第3の電気信号を用いて半導体レーザ1の注入電流値を制御する、出力制御機構(第3制御器)13を備える点で、第1の実施の形態に係る波長変換レーザ装置とは異なる。
上記のように、本発明は第1〜第4の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
2…光ファイバ
3…光ファイバ終端部
5a,5b…波長選択素子
6…波長変換素子
10…波長制御機構(第1制御器)
11…温度制御機構(第2制御器)
13…出力制御機構(第3制御器)
27…第3の光センサ
28…第1の光センサ
29…第2の光センサ
41…第1のレンズ
42…第2のレンズ
43…波長分岐素子
51…第1の光学媒体
52…第2の光学媒体
53…第3の光学媒体
71,74…第1のサーモモジュール
72…第2のサーモモジュール
73…第3のサーモモジュール
75…第4のサーモモジュール
g1…第1の回折格子
g2…第2の回折格子
g3…第3の回折格子
Claims (8)
- 基本波を発振する半導体レーザと、
前記半導体レーザの出射光から第1選択波長、該第1選択波長より短波長の第2選択波長、及び該第1選択波長より長波長の第3選択波長を選択し、該第1選択波長の光を前記半導体レーザに帰還する波長選択素子と、
前記波長選択素子を透過した光を波長変換する波長変換素子と、
前記波長選択素子で選択された第2選択波長及び第3選択波長の光を、それぞれ第1及び第2の電気信号に変換する第1及び第2の光センサと、
前記第1及び第2の電気信号の強度の和が最小になるように前記半導体レーザの波長を制御する波長制御機構
とを備えることを特徴とする波長変換レーザ装置。 - 前記波長選択素子が、
前記第1選択波長を反射中心波長とする第1の回折格子と、
前記第1の回折格子とはグレーティングベクトルが異なり、前記第2選択波長を反射中心波長とする第2の回折格子と、
前記第1及び第2の回折格子とはグレーティングベクトルが異なり、前記第3選択波長を反射中心波長とする第3の回折格子
とを同一光学媒体中に設けたボリュームホログラフィックグレーティングであることを特徴とする請求項1に記載の波長変換レーザ装置。 - 前記波長変換素子で波長変換された光を分岐する波長分岐素子と、
該波長分岐素子分岐された光の一部を第3の電気信号に変換する第3の光センサと、
前記第3の電気信号を用いて、前記半導体レーザの注入電流値を制御し、前記波長変換された光の強度を一定する出力制御機構
とを更に備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の波長変換レーザ装置。 - 前記半導体レーザの近傍に配置され、前記半導体レーザの温度を変更する第1のサーモモジュールを更に備え、
前記波長制御機構は、前記第1のサーモモジュールを介して前記半導体レーザの温度を制御することにより前記半導体レーザの波長を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の波長変換レーザ装置。 - 前記半導体レーザの出射側に光結合された光ファイバを更に備え、該光ファイバを通して、前記半導体レーザの出射光が、前記波長選択素子に入射することを特徴とする請求項1に記載の波長変換レーザ装置。
- 前記半導体レーザと前記光ファイバを含む領域の近傍に配置され、前記半導体レーザと前記光ファイバの温度を変更する第1のサーモモジュールを更に備え、
前記波長制御機構は、前記第1のサーモモジュールを介して前記半導体レーザと前記光ファイバの温度を制御し、これにより前記半導体レーザの波長を制御することを特徴とする請求項5に記載の波長変換レーザ装置。 - 前記波長選択素子の近傍に配置され、前記波長選択素子の温度を変更する第2のサーモモジュールと、
前記波長変換素子の近傍に配置され、前記波長変換素子の温度を変更する第3のサーモモジュールと、
前記第2及び第3のサーモモジュールの出力を制御する温度制御機構
とを更に備えることを特徴とする請求項4又は6に記載の波長変換レーザ装置。 - 前記波長選択素子の近傍に配置され、前記波長選択素子の温度を変更する第2のサーモモジュールと、
前記波長変換素子の近傍に配置され、前記波長変換素子の温度を変更する第3のサーモモジュールと、
前記光ファイバの近傍に配置され、前記光ファイバの温度を変更する第4のサーモモジュールと、
前記第2、第3及び第4のサーモモジュールの出力を制御する温度制御機構
とを更に備えることを特徴とする請求項4に記載の波長変換レーザ装置。
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