JPH11125800A - Optical element temperature distribution controller - Google Patents
Optical element temperature distribution controllerInfo
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- JPH11125800A JPH11125800A JP29095097A JP29095097A JPH11125800A JP H11125800 A JPH11125800 A JP H11125800A JP 29095097 A JP29095097 A JP 29095097A JP 29095097 A JP29095097 A JP 29095097A JP H11125800 A JPH11125800 A JP H11125800A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、あらゆる光学素子
の温度分布を制御して素子特性を向上させる光学素子温
度分布制御装置に関するものである。主な適用装置とし
ては、光波長変換装置、光変調装置、光偏向装置などで
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element temperature distribution control device for controlling the temperature distribution of all optical elements and improving the element characteristics. The main application devices are a light wavelength conversion device, a light modulation device, a light deflection device, and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図24は、例えば文献（「Solid-State La
ser Engineering」, (Springer-Verlag), 第３巻, p.54
2）に示された、従来の共振器内部波長変換型レーザ装
置を示す構成図である。図において、７は波長変換結
晶、38はレーザ媒質、９はＡＯスイッチ、39, 40は全反
射ミラー、41は第二高調波透過ダイクロイックミラー、
42〜44はレーザ光である。またレーザ光のうち、42は基
本波レーザ光、43は基本波と第二高調波の混合レーザ
光、44は出力された第二高調波レーザ光を表わしてい
る。2. Description of the Related Art FIG. 24 shows, for example, a document (“Solid-State La
ser Engineering ", (Springer-Verlag), Volume 3, p.54
FIG. 2 is a configuration diagram showing a conventional wavelength conversion type laser device with a cavity inside shown in 2). In the figure, 7 is a wavelength conversion crystal, 38 is a laser medium, 9 is an AO switch, 39 and 40 are total reflection mirrors, 41 is a second harmonic transmission dichroic mirror,
42 to 44 are laser beams. In the laser light, reference numeral 42 denotes a fundamental laser light, 43 denotes a mixed laser light of a fundamental wave and a second harmonic, and 44 denotes an output second harmonic laser light.
【０００３】次に動作について説明する。全反射ミラー
39, 40により光共振器を構成し、レーザ媒質38を励起す
ることにより、全反射ミラー39, 40間に基本波のレーザ
発振が起こる。基本波が波長変換結晶７を通過するたび
に、基本波の一部が波長変換され第二高調波が発生す
る。発生した第二高調波は、ダイクロイックミラー41に
より基本波と分離され、共振器外部に取り出される。Next, the operation will be described. Total reflection mirror
When an optical resonator is formed by 39 and 40 and the laser medium 38 is excited, laser oscillation of a fundamental wave occurs between the total reflection mirrors 39 and 40. Each time the fundamental wave passes through the wavelength conversion crystal 7, a part of the fundamental wave is wavelength-converted to generate a second harmonic. The generated second harmonic is separated from the fundamental wave by the dichroic mirror 41 and extracted outside the resonator.
【０００４】ここで、光波長変換の原理について説明す
る。非線形光学結晶(波長変換結晶)に入射する光(基本
波)があると、結晶中に非線形分極が誘起され、入射光
の２倍の振動数を持つ光が放出される。この放出光を、
基本波に対して第二高調波と呼ぶ。いま基本波と第二高
調波がｚ方向に進むとして、基本波の強度をＩω, 第二
高調波の強度をＩ2ωとすると、その関係は次式で表わ
される。Here, the principle of light wavelength conversion will be described. When there is light (fundamental wave) incident on the nonlinear optical crystal (wavelength conversion crystal), nonlinear polarization is induced in the crystal, and light having a frequency twice as high as that of the incident light is emitted. This emitted light is
It is called the second harmonic with respect to the fundamental wave. As the fundamental wave and second harmonic progresses in the z direction now, the intensity of the fundamental wave I omega, if the intensity of the second harmonic wave and I 2 [omega, that relationship is expressed by the following equation.
【０００５】[0005]
【数１】 (Equation 1)
【０００６】ここで、ｋω,ｋ2ωをそれぞれ基本波, 第
二高調波の波数ベクトルとして、 Δｋ＝２ｋω−ｋ2ω …（２） である。(1)式より、Δｋ≠０のときは基本波と第二高
調波の位相速度が異なるため、結晶中の各部で発生した
高調波どうしで干渉が起こり、図25に示すように第二高
調波出力は短い周期で変動する。[0006] Here, k ω, the fundamental wave k 2ω, respectively, as the wave vector of the second harmonic, is Δk = 2k ω -k 2ω ... ( 2). From equation (1), when Δk ≠ 0, since the phase velocities of the fundamental wave and the second harmonic are different, interference occurs between the harmonics generated in each part in the crystal, and as shown in FIG. The wave output fluctuates in a short period.
【０００７】しかし、Δｋ＝０のときは第二高調波出力
の周期は十分に長くなり、物質中の各位置で発生した高
調波は位相をそろえて強めあうことになり、変換効率は
大幅に向上する。このときを、位相整合がとれている状
態という。この条件は(2)式より、２ｋω＝ｋ2ω、つま
り、屈折率をｎとしてｎ(ω)＝ｎ(2ω) となる。しか
し、一般に屈折率は波長分散があり、波長が短いほど大
きくなる傾向がある。ＫＴｉＯＰＯ4の屈折率の波長分
散曲線を図26に示すように、基本波と第二高調波の屈折
率が等しくなる条件は見つからない。However, when Δk = 0, the period of the output of the second harmonic becomes sufficiently long, and the harmonics generated at each position in the substance are strengthened in the same phase, and the conversion efficiency is greatly reduced. improves. This time is referred to as a state in which phase matching is achieved. This condition equation (2), 2k ω = k 2ω, that is, the n (ω) = n (2ω ) a refractive index as n. However, the refractive index generally has wavelength dispersion, and tends to increase as the wavelength becomes shorter. As shown in the wavelength dispersion curve of the refractive index of KTiOPO 4 in FIG. 26, no condition is found in which the refractive indices of the fundamental wave and the second harmonic are equal.
【０００８】ところが、異方性の結晶においては偏光方
向によって異なる屈折率が存在する複屈折性がある。図
27には、基本波常光及び第二高調波異常光における屈折
率楕円体を示す。このように光の進行方向が結晶軸から
ある角度θmで入射した場合、位相整合条件が満足され
る。このような位相整合の取り方を、type I の位相整
合という。この他にも、基本波に二つの偏光が寄与する
type II の位相整合も可能である。また、このように結
晶に入射する基本波の角度による位相整合を、角度位相
整合という。However, anisotropic crystals have birefringence in which different refractive indexes exist depending on the polarization direction. Figure
27 shows a refractive index ellipsoid in the fundamental ordinary light and the second harmonic extraordinary light. Thus if the traveling direction of the light is incident at an angle theta m from the crystal axis, the phase matching condition is satisfied. This type of phase matching is called type I phase matching. In addition, two polarizations contribute to the fundamental wave
Type II phase matching is also possible. Further, such phase matching based on the angle of the fundamental wave incident on the crystal is called angular phase matching.
【０００９】また、屈折率は物質の温度にも依存する。
結晶温度の制御により位相整合条件を得ることを、温度
位相整合という。[0009] The refractive index also depends on the temperature of the substance.
Obtaining the phase matching condition by controlling the crystal temperature is called temperature phase matching.
【００１０】次にＡＯスイッチ９の動作について説明す
る。ＡＯスイッチとは、音響光学素子(Acoust-Optical
element)を用いたＱスイッチのことである。ＡＯ素子
(例えば溶融石英)に超音波を印加し結晶中に疎密波を発
生させる。図28に示すようにレーザ光がこの疎密波の形
成する回折格子にブラッグ条件 sinθ＝λ／２Λ …（３） を満たす角度で入射すると、回折散乱される。ここでθ
はブラッグ角、λは光波長、Λは超音波の波長を表わ
す。Next, the operation of the AO switch 9 will be described. An AO switch is an acousto-optical element (Acoust-Optical
element). AO element
Ultrasonic waves are applied to (for example, fused quartz) to generate compression waves in the crystal. As shown in FIG. 28, when a laser beam is incident on the diffraction grating formed by the compressional wave at an angle satisfying the Bragg condition sin θ = λ / 2 （(3), it is diffracted and scattered. Where θ
Is the Bragg angle, λ is the light wavelength, and Λ is the wavelength of the ultrasonic wave.
【００１１】共振器中にこのＡＯスイッチを挿入する
と、超音波をかけたときだけ通過するレーザ光路が曲げ
られ、共振器のＱ値が低下してレーザ発振が停止する。
この間にレーザ媒質内にポンピングエネルギーを反転分
布として蓄積し、超音波を止めると急激にＱ値が上昇
し、ジャイアントパルスが得られる。When the AO switch is inserted into the resonator, the laser light path that passes only when an ultrasonic wave is applied is bent, the Q value of the resonator is reduced, and laser oscillation stops.
During this time, the pumping energy is accumulated as a population inversion in the laser medium, and when the ultrasonic wave is stopped, the Q value sharply increases, and a giant pulse is obtained.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】従来、レーザ光を制御
する光学素子を備える光学装置においては、光学素子中
をレーザ光が通過することにより素子中に温度分布が形
成され、光学素子の特性を悪化させる要因となることが
あった。Conventionally, in an optical device having an optical element for controlling laser light, a temperature distribution is formed in the element by passing the laser light through the optical element, and the characteristics of the optical element are reduced. It could be a factor that made things worse.
【００１３】例えば、図24に示したような波長変換レー
ザ装置においては、波長変換結晶７がレーザ光を吸収す
ることにより、結晶の光進行方向に垂直な断面内に光路
を中心とした同心円状の温度分布が形成される。前述し
たように屈折率は温度にも依存するため、この温度分布
により屈折率の分布が形成される。このため、位相整合
条件が結晶全体で満たされなくなり、波長変換効率が低
下するという問題点があった。For example, in a wavelength conversion laser device as shown in FIG. 24, a wavelength conversion crystal 7 absorbs a laser beam, so that a concentric circle centered on an optical path is formed in a cross section perpendicular to the light traveling direction of the crystal. Is formed. As described above, since the refractive index also depends on the temperature, a distribution of the refractive index is formed by this temperature distribution. For this reason, there is a problem that the phase matching condition is not satisfied in the whole crystal, and the wavelength conversion efficiency is reduced.
【００１４】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、光学素子中のレーザ光吸収によ
る熱発生があっても、例えば波長変換結晶であれば波長
変換効率を保持できるような光学素子の温度分布制御装
置を得ることを目的としている。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. Even if heat is generated by absorption of laser light in an optical element, for example, a wavelength conversion crystal can maintain wavelength conversion efficiency. It is an object to obtain a temperature distribution control device for such an optical element.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成に係
る光学素子温度分布制御装置は、レーザ光を制御する光
学素子を備える光学装置において、前記光学素子の面の
うちレーザ光の通過しない面にレーザ光の光軸と平行な
方向に線状に加熱する手段を設け、前記加熱手段の線幅
をレーザ光のビーム直径より小さくするものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical element temperature distribution control device, comprising: an optical device having an optical element for controlling a laser beam; A means for linearly heating the surface not to be irradiated in a direction parallel to the optical axis of the laser light is provided, and the line width of the heating means is made smaller than the beam diameter of the laser light.
【００１６】本発明の第２の構成に係る光学素子温度分
布制御装置は、前記第１の構成に加えて、前記光学素子
のレーザ光の通過しない面のうち、加熱手段を設けてい
ない面に、冷却手段を設けるものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical element temperature distribution control apparatus according to the first aspect, further comprising, on the surface of the optical element through which laser light does not pass, a surface on which no heating means is provided. And cooling means.
【００１７】本発明の第３の構成に係る光学素子温度分
布制御装置は、前記第１または第２の構成に加えて、前
記光学素子が波長変換結晶であるものである。In the optical element temperature distribution control device according to a third configuration of the present invention, in addition to the first or second configuration, the optical element is a wavelength conversion crystal.
【００１８】本発明の第４の構成に係る光学素子温度分
布制御装置は、前記第１または第２の構成に加えて、前
記光学素子が電気光学素子または音響光学素子であるも
のである。An optical element temperature distribution control device according to a fourth configuration of the present invention is such that, in addition to the first or second configuration, the optical element is an electro-optical element or an acousto-optical element.
【００１９】本発明の第５の構成に係る光学素子温度分
布制御装置は、前記第１または第２の構成に加えて、前
記光学素子加熱手段として、くさび型のヒータを用いた
ものである。An optical element temperature distribution control device according to a fifth configuration of the present invention uses a wedge-shaped heater as the optical element heating means in addition to the first or second configuration.
【００２０】本発明の第６の構成に係る光学素子温度分
布制御装置は、前記第１または第２の構成に加えて、前
記光学素子加熱手段として、光学素子に密着させた電熱
線を用いたものである。In the optical element temperature distribution control device according to the sixth aspect of the present invention, in addition to the first or second aspect, a heating wire closely attached to the optical element is used as the optical element heating means. Things.
【００２１】本発明の第７の構成に係る光学素子温度分
布制御装置は、前記第６の構成に加えて、前記光学素子
の外部に、光学素子加熱手段として用いる電熱線または
前記電熱線と電熱線を接続する接続線を固定する電熱配
線固定ホルダを設けるものである。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an optical element temperature distribution control apparatus according to the sixth aspect, further comprising a heating wire or an electric heating wire used as an optical element heating means, which is provided outside the optical element. An electric heating wire fixing holder for fixing a connection wire for connecting a heating wire is provided.
【００２２】本発明の第８の構成に係る光学素子温度分
布制御装置は、前記第１の構成に加えて、前記光学素子
加熱手段の単位長さあたりの発熱量を、光学素子のレー
ザ光入射面近傍に比べてレーザ光出射面近傍で小さくす
るものである。An optical element temperature distribution control device according to an eighth aspect of the present invention, in addition to the first aspect, further comprises the step of determining the amount of heat generated per unit length of the optical element heating means by changing the amount of heat generated per unit length of the optical element by laser beam incidence. It is to be smaller near the laser light emitting surface than near the surface.
【００２３】本発明の第９の構成に係る光学素子温度分
布制御装置は、前記第６の構成に加えて、前記光学素子
加熱手段として用いる電熱線と光学素子を伝熱材料を介
して接触させ、前記電熱線と光学素子を断熱材料を用い
て固定するものである。An optical element temperature distribution control device according to a ninth configuration of the present invention is arranged such that, in addition to the sixth configuration, the heating element used as the optical element heating means is brought into contact with the optical element via a heat transfer material. The heating wire and the optical element are fixed using a heat insulating material.
【００２４】本発明の第１０の構成に係る光学素子温度
分布制御装置は、前記第１または第２の構成に加えて、
前記光学素子のレーザ光伝播方向に垂直な断面の形状が
長方形であり、前記長方形の長い方の辺に対応する一対
の２面に光学素子加熱手段を設けるものである。An optical element temperature distribution control device according to a tenth structure of the present invention is characterized in that, in addition to the first or second structure,
The optical element has a rectangular cross section perpendicular to the laser light propagation direction, and optical element heating means is provided on a pair of two surfaces corresponding to the longer sides of the rectangle.
【００２５】[0025]
実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１による光学
素子温度分布制御装置を示す斜視図である。図におい
て、１は光学素子、４は光学素子１に入射するレーザ光
を表わす。また、２(2a,2b)は線接触のヒータ、５はヒ
ータの電源、６はヒータと電源５を結ぶ電気配線を示
す。本実施の形態では線接触ヒータとしてくさび型のヒ
ータを用いている。Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a perspective view showing an optical element temperature distribution control device according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, 1 indicates an optical element, and 4 indicates a laser beam incident on the optical element 1. Reference numeral 2 (2a, 2b) denotes a line contact heater, 5 denotes a heater power supply, and 6 denotes an electric wiring connecting the heater and the power supply 5. In this embodiment, a wedge-shaped heater is used as the line contact heater.
【００２６】くさび型ヒータ２は、光学素子１において
レーザ光入射面1a及び出射面1b以外の４面1c, 1d, 1e,
1fのうち相対する２面1c, 1dに、レーザ光４の光軸と平
行な方向すなわち入射面1aから出射面1bに向けた方向に
線状に接触させる。接触させる線の幅は、レーザ光のビ
ーム直径より小さくする。The wedge-shaped heater 2 has four surfaces 1c, 1d, 1e, and 4 in the optical element 1 other than the laser light incidence surface 1a and the emission surface 1b.
The two surfaces 1c and 1d of 1f are brought into linear contact with each other in a direction parallel to the optical axis of the laser beam 4, that is, in a direction from the incident surface 1a to the emission surface 1b. The width of the contact line is smaller than the beam diameter of the laser light.
【００２７】次に動作について説明する。ヒータ電源５
を入れ、一対の相対したくさび型ヒータ2a, 2bにより、
光学素子１の２面1c, 1dを線状に加熱する。Next, the operation will be described. Heater power supply 5
And a pair of opposed wedge heaters 2a and 2b
The two surfaces 1c and 1d of the optical element 1 are linearly heated.
【００２８】これにより、光学素子１の光伝播方向に垂
直な断面において、レーザ光４の吸収による同心円状の
温度分布と、一対のくさび型ヒータからの加熱により形
成される温度分布の和として、対向する線状加熱位置を
結ぶ方向の温度勾配が抑制される。Thus, in the section perpendicular to the light propagation direction of the optical element 1, the concentric temperature distribution due to the absorption of the laser beam 4 and the temperature distribution formed by heating from the pair of wedge heaters are expressed as The temperature gradient in the direction connecting the opposed linear heating positions is suppressed.
【００２９】実施の形態２．図２は本発明の実施の形態
２による光学素子温度分布制御装置を示す斜視図であ
る。図において３(3a, 3b)は光学素子を冷却する冷却手
段であり、図１の実施の形態１にて光学素子１の加熱し
ていない相対する一対の２面1e, 1fに設けている。本実
施の形態では冷却手段としてペルチェ素子３を用いてい
る。Embodiment 2 FIG. 2 is a perspective view showing an optical element temperature distribution control device according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, reference numeral 3 (3a, 3b) denotes cooling means for cooling the optical element, which is provided on a pair of two unheated surfaces 1e, 1f of the optical element 1 in the first embodiment of FIG. In the present embodiment, a Peltier element 3 is used as a cooling unit.
【００３０】くさび型ヒータ２とペルチェ素子３による
冷却を併用することにより、ヒータの加熱及びレーザ光
吸収による熱発生による素子の温度上昇を抑制し、最適
な素子温度に保持できる温度制御機能が備わる。また、
光学素子１の光伝播方向に垂直な断面において、対向す
るペルチェ素子３を結ぶ方向に素子内部の熱が逃げてい
くことから、結果的にくさび型ヒータ２を結ぶ方向の温
度勾配を抑制する効果がある。By using the wedge-shaped heater 2 and the cooling by the Peltier element 3 together, a temperature control function capable of suppressing the temperature rise of the element due to the heating of the heater and the generation of heat due to the absorption of laser light and maintaining the optimum element temperature is provided. . Also,
In a cross section perpendicular to the light propagation direction of the optical element 1, heat inside the element escapes in a direction connecting the opposing Peltier elements 3, and as a result, an effect of suppressing a temperature gradient in a direction connecting the wedge type heater 2 is obtained. There is.
【００３１】実施の形態３．図３は本発明の実施の形態
３による光学素子温度分布制御装置を示す斜視図であ
る。図１の光学素子１として波長変換結晶７を適用した
ものである。図において、７は波長変換結晶としてのＫ
ＴＰ（ＫＴｉＰＯ4）であり、４は波長変換結晶７に入
射するレーザ光を表わす。また、２(2a,2b)は線接触の
ヒータ、５はヒータの電源、６はヒータと電源５を結ぶ
電気配線を示す。本実施の形態では線接触ヒータ２とし
てくさび型のヒータを用いている。Embodiment 3 FIG. 3 is a perspective view showing an optical element temperature distribution control device according to Embodiment 3 of the present invention. A wavelength conversion crystal 7 is applied as the optical element 1 in FIG. In the figure, 7 is K as a wavelength conversion crystal.
TP (KTiPO 4 ), and 4 represents a laser beam incident on the wavelength conversion crystal 7. Reference numeral 2 (2a, 2b) denotes a line contact heater, 5 denotes a heater power supply, and 6 denotes an electric wiring connecting the heater and the power supply 5. In the present embodiment, a wedge-shaped heater is used as the line contact heater 2.
【００３２】くさび型ヒータ２は、波長変換結晶７にお
いてレーザ光入射面7a及び出射面7b以外の４面のうち相
対する２面7c, 7dに、レーザ光４の光軸と平行な方向す
なわち入射面7aから出射面7bに向けた方向に線状に接触
させる。接触させる線の幅は、レーザ光４のビーム直径
より小さくする。The wedge-shaped heater 2 is directed parallel to the optical axis of the laser light 4, that is, incident on two opposing surfaces 7 c and 7 d of the wavelength conversion crystal 7 other than the laser light incident surface 7 a and the emission surface 7 b. A linear contact is made in the direction from the surface 7a to the emission surface 7b. The width of the line to be contacted is smaller than the beam diameter of the laser beam 4.
【００３３】次に動作について説明する。ヒータ電源５
を入れ、一対の相対したくさび型ヒータ2a, 2bにより、
波長変換結晶７の２面7c, 7dを線状に加熱する。Next, the operation will be described. Heater power supply 5
And a pair of opposed wedge heaters 2a and 2b
The two surfaces 7c and 7d of the wavelength conversion crystal 7 are linearly heated.
【００３４】これにより、波長変換結晶７の光伝播方向
に垂直な断面において、レーザ光４の吸収による同心円
状の温度分布と、一対のくさび型ヒータ２からの加熱に
より形成される温度分布の和として、対向する線状加熱
位置を結ぶ方向の温度勾配が抑制される。計算により求
めた、波長変換結晶７の光進行方向に垂直な断面7gの温
度分布を図４に示す。図４(a)はレーザ光を波長変換結
晶に入射させ、ヒータ電源５オフの状態での温度分布
を、図４(b)はレーザ光を波長変換結晶に入射させ、ヒ
ータ電源５オンにして、線状に加熱した場合の温度分布
を表わす。ヒータ２による加熱を行なわない場合は、図
４(a)に見られるように、レーザ光が透過する位置で大
きな温度勾配が生じる。これに対し、一対のくさび型ヒ
ータ２による加熱を行なうと、図４(b)に見られるよう
に、レーザ光が透過する結晶中央部における温度勾配が
解消される。Thus, in the section perpendicular to the light propagation direction of the wavelength conversion crystal 7, the sum of the concentric temperature distribution due to the absorption of the laser beam 4 and the temperature distribution formed by heating from the pair of wedge heaters 2. As a result, the temperature gradient in the direction connecting the opposed linear heating positions is suppressed. FIG. 4 shows the temperature distribution of the cross section 7g perpendicular to the light traveling direction of the wavelength conversion crystal 7 obtained by calculation. FIG. 4A shows a temperature distribution in a state where the laser light is incident on the wavelength conversion crystal and the heater power supply 5 is turned off, and FIG. 4B shows a case where the laser light is incident on the wavelength conversion crystal and the heater power supply 5 is turned on. , Represents the temperature distribution when heated linearly. When the heating by the heater 2 is not performed, as shown in FIG. 4A, a large temperature gradient occurs at a position where the laser light is transmitted. On the other hand, when heating is performed by the pair of wedge-shaped heaters 2, as shown in FIG. 4B, the temperature gradient at the center of the crystal through which the laser beam passes is eliminated.
【００３５】このように一方向に温度分布を解消するこ
とが可能となることにより、この方向の位相整合条件は
一様に最適な状態に保持できるようになり、波長変換効
率の低下が抑制できる。As described above, the temperature distribution can be eliminated in one direction, so that the phase matching condition in this direction can be uniformly maintained in an optimal state, and a decrease in the wavelength conversion efficiency can be suppressed. .
【００３６】また、図５に波長変換結晶７の、光進行方
向に垂直な面1gにおける断面を示す。４はレーザ光のビ
ームウエストの通過する範囲、８(8a,8b)は線状ヒータ
に接触する範囲を示す。図６は、縦軸にレーザ光の中心
が通過する図５中の点Ｙの位置の温度とウエスト部分の
点Ｘの位置の温度との差ΔＴをとり、横軸には線状ヒー
タとの接触幅ａとビームウエスト直径ｄとの比の値ａ／
ｄをとっている。光進行方向単位長さ当たりの線状加熱
ヒータから結晶に与えるエネルギー量は、ヒータ一つ当
たり結晶のレーザ光から吸収するエネルギーと等しくし
ている。FIG. 5 shows a cross section of the wavelength conversion crystal 7 taken along a plane 1g perpendicular to the light traveling direction. Reference numeral 4 denotes a range through which the beam waist of the laser beam passes, and 8 (8a, 8b) denotes a range in contact with the linear heater. FIG. 6 shows the difference ΔT between the temperature at the position of point Y in FIG. 5 where the center of the laser beam passes and the temperature at the position of point X in the waist on the vertical axis, and the horizontal axis shows the difference between the linear heater The value a / of the ratio of the contact width a to the beam waist diameter d
d is taken. The amount of energy given to the crystal from the linear heater per unit length in the light traveling direction is equal to the energy absorbed from the laser light of the crystal per heater.
【００３７】図６の縦軸の大きさは、対向するヒータを
結ぶ方向における温度勾配の抑制効果を表わしており、
この値が０に近づけば温度勾配はほぼなくなったと見る
ことができる。この結果が示すように、加熱線幅はビー
ムウエストに対して狭いほどその効果が大きいことがわ
かる。例えばこの実施の形態の場合、くさび型ヒータと
の接触幅ａをビームウエスト直径ｄの0.7倍以下に構成
すれば、ΔＴを0.2度以下に抑制することができる。こ
の場合、温度勾配発生による波長変換効率の低下を10％
以下に低減できると見積もられる。The magnitude of the vertical axis in FIG. 6 represents the effect of suppressing the temperature gradient in the direction connecting the opposed heaters.
When this value approaches 0, it can be seen that the temperature gradient has almost disappeared. As can be seen from the results, the effect is greater as the heating line width is smaller than the beam waist. For example, in the case of this embodiment, if the contact width a with the wedge type heater is configured to be 0.7 times or less the beam waist diameter d, ΔT can be suppressed to 0.2 degrees or less. In this case, decrease in wavelength conversion efficiency due to temperature gradient generation is 10%
It is estimated that it can be reduced below.
【００３８】またＫＴＰのくさび型ヒータとの接触面7
c, 7dを選択する際、ＫＴＰの光伝播方向に垂直な断面
においてＫＴＰの温度許容幅の狭い方向を線状加熱面を
結ぶ方向に選択することによって、その方向における温
度勾配抑制による波長変換効率の改善度はより大きくな
る。The contact surface 7 of the KTP with the wedge-shaped heater
When selecting c and 7d, the wavelength conversion efficiency by suppressing the temperature gradient in that direction by selecting the direction in which the allowable temperature width of KTP is narrow in the cross section perpendicular to the light propagation direction of KTP to the direction connecting the linear heating surfaces. Is more improved.
【００３９】本実施の形態では波長変換結晶７としてＫ
ＴＰを用いる場合について述べたが、波長変換結晶７
は、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5），ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ
10），ＡＤＰ（ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4），ＫＤＰ（ＫＨ2Ｐ
Ｏ4），ＢＢＯ（ＢａＢ2Ｏ4）など何でもよく、同様の
効果を奏する。In this embodiment, the wavelength conversion crystal 7 is K
The case where TP is used has been described.
Are LBO (LiB 3 O 5 ) and CLBO (CsLiB 6 O
10 ), ADP (NH 4 H 2 PO 4 ), KDP (KH 2 P
O 4 ) and BBO (BaB 2 O 4 ) can be used, and the same effects can be obtained.
【００４０】実施の形態４．図７は本発明の実施の形態
４による光学素子温度分布制御装置を示す斜視図であ
る。図２の光学素子１として波長変換結晶７を適用した
ものである。図において、３(3a, 3b)は波長変換結晶を
冷却する冷却手段であり、図１の実施の形態１にて加熱
していない相対する一対の２面1e, 1fに設けている。本
実施の形態では冷却手段としてペルチェ素子３を用いて
いる。Embodiment 4 FIG. FIG. 7 is a perspective view showing an optical element temperature distribution control device according to Embodiment 4 of the present invention. A wavelength conversion crystal 7 is applied as the optical element 1 in FIG. In the figure, reference numeral 3 (3a, 3b) denotes a cooling means for cooling the wavelength conversion crystal, which is provided on a pair of two opposite surfaces 1e, 1f which are not heated in the first embodiment of FIG. In the present embodiment, a Peltier element 3 is used as a cooling unit.
【００４１】くさび型ヒータ２とペルチェ素子３による
冷却を併用することにより、ヒータの加熱及びレーザ光
吸収による熱発生による結晶の温度上昇を抑制し、最適
な結晶温度に保持できる温度制御機能が備わる。また、
波長変換結晶７の光伝播方向に垂直な断面において、対
向するペルチェ素子3a, 3bを結ぶ方向に結晶内部の熱が
逃げていくことから、結果的にくさび型ヒータ2a, 2bを
結ぶ方向の温度勾配を抑制する効果がある。図４(c)
は、レーザ光を結晶７に照射し、ヒータの電源５は切っ
た状態でペルチェ素子３による冷却のみを行なった場合
の、光進行方向に垂直な結晶断面の温度分布の計算結果
である。図４(a)の冷却が無いときに比べて、ヒータ２
を結ぶ方向に熱が流れていくことがわかる。By using the wedge type heater 2 and the cooling by the Peltier element 3 together, a temperature control function capable of suppressing the temperature rise of the crystal due to the heating of the heater and the heat generation due to the absorption of the laser beam and maintaining the crystal at the optimum temperature is provided. . Also,
In the cross section perpendicular to the light propagation direction of the wavelength conversion crystal 7, heat inside the crystal escapes in the direction connecting the opposing Peltier elements 3a, 3b, and as a result, the temperature in the direction connecting the wedge heaters 2a, 2b This has the effect of suppressing the gradient. Fig. 4 (c)
Is a calculation result of the temperature distribution of the crystal cross section perpendicular to the light traveling direction when the crystal 7 is irradiated with laser light and only the cooling by the Peltier element 3 is performed with the power supply 5 of the heater turned off. Compared to the case where there is no cooling in FIG.
It can be seen that heat flows in the direction connecting.
【００４２】本実施の形態においても実施の形態３と同
様に、波長変換結晶はＫＴＰ以外のものでも同様の効果
を奏する。また、冷却手段はペルチェ素子３以外にも水
冷などにおいても同様の効果が得られる。In this embodiment, as in Embodiment 3, even if the wavelength conversion crystal is other than KTP, the same effect can be obtained. The same effect can be obtained by using a cooling means other than the Peltier device 3 such as water cooling.
【００４３】実施の形態５．図８は本発明の実施の形態
５による光学素子温度分布制御装置を示す構成図であ
る。図において、９は音響光学素子、10はダンパ、11は
トランスデユーサ、12および13はトランスデユーサ電
極、14は音響光学素子ドライバ、15a, 15bは音響光学素
子ドライバ14とトランスデユーサ電極12,13を接続する
電気配線、16は音響光学素子９中を伝搬する弾性波であ
る。また、17は音響光学素子内部の密度変化、18a, 18b
は音響光学素子の外部に設けた加熱ヒータとしての電熱
線、19a,19bは音響光学素子９と電熱線18a,18bの間に設
けた伝熱材、20a,20bは断熱材である。Embodiment 5 FIG. FIG. 8 is a configuration diagram showing an optical element temperature distribution control device according to Embodiment 5 of the present invention. In the figure, 9 is an acousto-optical element, 10 is a damper, 11 is a transducer, 12 and 13 are transducer electrodes, 14 is an acousto-optical element driver, 15a and 15b are acousto-optical element driver 14 and transducer electrode 12 , 13 are connected to each other, and 16 is an elastic wave propagating in the acousto-optic element 9. 17 is the density change inside the acousto-optic element, 18a, 18b
Is a heating wire as a heater provided outside the acousto-optic element, 19a and 19b are heat transfer materials provided between the acousto-optic element 9 and the heating wires 18a and 18b, and 20a and 20b are heat insulating materials.
【００４４】上記実施の形態３、４では、レーザ光を波
長変換結晶７に透過させる場合に波長変換素子内で生じ
る温度勾配を抑制する方法を示した。これらの手段はレ
ーザ光を電気光学素子、音響光学素子のような光学素子
を透過させる場合にも同様の効果を発揮する。以下、レ
ーザ光を音響光学素子中を透過させる場合を例に実施の
形態を記す。In the third and fourth embodiments, the method of suppressing the temperature gradient generated in the wavelength conversion element when transmitting the laser light through the wavelength conversion crystal 7 has been described. These means exhibit the same effect when transmitting laser light through an optical element such as an electro-optical element or an acousto-optical element. Hereinafter, embodiments will be described by taking, as an example, a case where laser light is transmitted through an acousto-optic element.
【００４５】図９は、例えば刊行物（「光エレクトロニ
クスの基礎」(A.N.Yariv著)）に示されている音響光学
偏向器の動作を表わす図である。図９において、21は入
射レーザ光、22は音響光学素子を透過する０次光、16は
音響光学素子９中を伝搬する弾性波、23は音響素子９に
より回折される１次回折光である。FIG. 9 is a diagram showing the operation of an acousto-optic deflector shown in, for example, a publication (“Basics of Optoelectronics” (by ANYariv)). In FIG. 9, reference numeral 21 denotes incident laser light, 22 denotes zero-order light passing through the acousto-optic element, 16 denotes an elastic wave propagating in the acousto-optic element 9, and 23 denotes first-order diffracted light diffracted by the acousto-optic element 9.
【００４６】次に音響光学偏向器の動作について説明す
る。図９に示すように音響光学偏向器は音響光学素子９
にトランスデユーサ11を取り付けた構造を有している。
音響光学素子ドライバ14により高周波電圧をトランスデ
ユーサ11に印加する。するとトランスデユーサ11は印加
された高周波電圧にしたがって振動を発生する。この振
動が音響光学素子９に伝わり、音響光学素子９中を密度
疎密波16として伝搬する。音響光学素子９としては、例
えばＴｅＯ2，ＬｉＮｂＯ3，ＳｉＯ2，ＰｂＭｏＯ4，溶
融石英，鉛ガラス等が用いられる。Next, the operation of the acousto-optic deflector will be described. As shown in FIG. 9, the acousto-optic deflector is an acousto-optic element 9.
It has a structure in which a transducer 11 is attached to the device.
An acousto-optic element driver 14 applies a high-frequency voltage to the transducer 11. Then, the transducer 11 generates vibration according to the applied high-frequency voltage. This vibration is transmitted to the acousto-optic element 9 and propagates through the acousto-optic element 9 as a density compression wave 16. As the acousto-optic element 9, for example, TeO 2 , LiNbO 3 , SiO 2 , PbMoO 4 , fused quartz, lead glass, or the like is used.
【００４７】密度疎密波16により音響光学素子９中に
は、疎密波16に応じた屈折率変化が発生し、これが位相
格子として作用して光が回折される。このため密度疎密
波16が発生している状態でレーザ光21を音響光学素子９
に入射すると、光は回折され回折１次光23を生じる。こ
のとき回折０次光22と回折１次光23との偏向角をθ1と
すると θ1＝ｋ・λ・ｆ／Ｖ …（４） の関係がある。ここでｋは定数、λは入射光21の波長、
ｆは音響光学素子ドライバ14で発生する高周波電圧の周
波数、Ｖは音響光学素子の音速である。偏向角θ1は音
響光学素子ドライバ14で発生する高周波電圧の周期ｆに
比例するので、周期fをｆ＝ｆ1からｆ＝ｆ2まで変化さ
せると偏向角θは図11に示すようにθ＝θ1からθ＝θ1
＋Δθまで変化する。このように音響光学素子ドライバ
14で発生する高周波電圧の周波数ｆをｆ＝ｆ1からｆ＝
ｆ2まで変化させた時の偏向角Δθは Δθ＝ｋ・λ・（ｆ2−ｆ1）／Ｖ …（５） と表わされる。The density compression wave 16 causes a change in the refractive index in the acousto-optic element 9 in accordance with the compression wave 16, which acts as a phase grating to diffract light. Therefore, the laser beam 21 is applied to the acousto-optic element 9 while the density compression wave 16 is generated.
, The light is diffracted to produce a first-order diffracted light 23. At this time, assuming that the deflection angle between the zero-order diffracted light 22 and the first-order diffracted light 23 is θ1, there is a relation of θ1 = kｋλλf / V (4). Where k is a constant, λ is the wavelength of the incident light 21,
f is the frequency of the high-frequency voltage generated by the acousto-optic element driver 14, and V is the sound speed of the acousto-optic element. Since the deflection angle θ1 is proportional to the period f of the high-frequency voltage generated by the acousto-optic element driver 14, when the period f is changed from f = f1 to f = f2, the deflection angle θ is changed from θ = θ1 as shown in FIG. θ = θ1
+ Δθ. Thus, the acousto-optic device driver
The frequency f of the high-frequency voltage generated at 14 is changed from f = f1 to f =
The deflection angle Δθ when changed to f2 is expressed as follows: Δθ = k · λ · (f2−f1) / V (5)
【００４８】図10は音響光学偏向器を用いて構成したレ
ーザ光走査装置の例である。図10において、25は音響光
学式偏向器、26はレーザ発振器、27は投影スクリーンで
ある。図10では、音響光学素子９、ダンパ10、トランス
デユーサ11、トランスデユーサ電極12、13をまとめて音
響光学式偏向器25として表わしている。FIG. 10 shows an example of a laser beam scanning device constituted by using an acousto-optic deflector. In FIG. 10, 25 is an acousto-optic deflector, 26 is a laser oscillator, and 27 is a projection screen. In FIG. 10, the acousto-optic deflector 25 includes the acousto-optic element 9, the damper 10, the transducer 11, and the transducer electrodes 12 and 13.
【００４９】図10において、レーザ発振器26から発せら
れたレーザ光21を音響光学偏向器25に入射させる。一方
音響光学偏向器25には音響光学偏向器ドライバ14から周
波数ｆ＝ｆ1〜ｆ2の範囲で周波数が変化する高周波電圧
が印加される。これにより音響光学偏向器25内に疎密波
が生じ、光の回折現象により音響光学偏向器25を出射す
る光は23-1, 23-2のように走査され、スクリーン27上に
レーザ光は線状に投影される。図10では一次元走査を行
う例を示したが、一次元走査装置を２組用いることによ
り２次元走査を行うことが出来る。さらに画像信号によ
り強度変調した光を２次元走査することにより、スクリ
ーン27上に画像を投影することもできる。In FIG. 10, a laser beam 21 emitted from a laser oscillator 26 is made incident on an acousto-optic deflector 25. On the other hand, to the acousto-optic deflector 25, a high-frequency voltage whose frequency changes within the range of f = f1 to f2 is applied from the acousto-optic deflector driver 14. As a result, compression waves are generated in the acousto-optic deflector 25, and the light emitted from the acousto-optic deflector 25 is scanned as shown by 23-1, 23-2 due to the light diffraction phenomenon. Projected into a shape. FIG. 10 shows an example in which one-dimensional scanning is performed, but two-dimensional scanning can be performed by using two sets of one-dimensional scanning devices. Further, an image can be projected on the screen 27 by two-dimensionally scanning the light intensity-modulated by the image signal.
【００５０】また音響光学素子は光変調器として用いる
ことができる。音響光学素子の一次回折光強度Ｉ1は Ｉ1∝sin2（Ａ・（Ｍｅ・Ｐaco）1/2／λ） …（６） で表わされる。ただしＭｅは音響光学素子の物性で決ま
る値、Ｐacoは超音波パワー、λはレーザ光波長、Ａは
定数である。光強度Ｉ1は音響光学素子に入力する超音
波パワーと上記の関係にあるので、超音波パワーを変化
させることにより一次回折光強度Ｉ1を変調することが
できる。この場合、入射する超音波周波数を一定に保つ
ことにより、回折角を一定にすることができる。また、
音響光学素子に入力する超音波パワーをデジタル変化さ
せることにより光スイッチとして動作させることもでき
る。The acousto-optic device can be used as an optical modulator. The first-order diffracted light intensity I1 of the acousto-optic element is represented by I1∝sin 2 (A · (Me · Paco ) 1/2 / λ) (6) Here, Me is a value determined by the physical properties of the acousto-optic element, Paco is the ultrasonic power, λ is the wavelength of the laser beam, and A is a constant. Since the light intensity I1 has the above relationship with the ultrasonic power input to the acousto-optic element, the first-order diffracted light intensity I1 can be modulated by changing the ultrasonic power. In this case, the diffraction angle can be made constant by keeping the incident ultrasonic frequency constant. Also,
It is also possible to operate as an optical switch by digitally changing the ultrasonic power input to the acousto-optic element.
【００５１】図11は音響光学素子を光変調器として用い
る例を表わす図である。図11にて入射レーザ光21は音響
光学素子中に生じている弾性波16により回折され、一次
回折光23が０次光22に対して回折角θ1の方向に出射さ
れる。ここで回折角θ1は θ1＝λ・ｆ／Ｖ …（７） ただし、λはレーザ波長、ｆは超音波の駆動周波数、Ｖ
は音響光学素子中の音速にて表わされる。FIG. 11 is a diagram showing an example in which an acousto-optic device is used as an optical modulator. In FIG. 11, the incident laser light 21 is diffracted by the elastic wave 16 generated in the acousto-optic element, and the first-order diffracted light 23 is emitted in the direction of the diffraction angle θ1 with respect to the zero-order light 22. Here, the diffraction angle θ1 is θ1 = λ · f / V (7) where λ is a laser wavelength, f is an ultrasonic drive frequency, and V
Is represented by the speed of sound in the acousto-optic element.
【００５２】ここでレーザ光が音響光学素子に入射する
と、レーザ光の一部が音響光学素子に吸収されて発熱が
生じる。この発熱により音響光学素子内に密度分布が発
生する。この様子を図12に示す。図12は音響光学素子を
レーザ光入射方向から見た図である。音響光学素子９の
中には、レーザ入射部を中心にレーザ光吸収による密度
変化17を生じている。音響光学素子を用いて光変調、ま
たは光操作を行う場合、トランスデューサ11により発生
した弾性波16によりレーザ光が回折されるが、図12の場
合レーザ光透過部では前記弾性波16による密度変化に発
熱による密度変化17が加わる。このためレーザ光透過部
分における音響光学素子の密度分布は、弾性波進行方向
に垂直な成分以外に様々な角度成分を持つ。このため音
響光学素子内の弾性波により形成する回折格子が乱れ、
回折効率が低下する問題が生じる。Here, when the laser beam is incident on the acousto-optic device, a part of the laser beam is absorbed by the acousto-optic device and generates heat. This heat generates a density distribution in the acousto-optic element. This is shown in FIG. FIG. 12 is a view of the acousto-optic element as viewed from the laser beam incident direction. In the acousto-optic element 9, a density change 17 occurs due to laser light absorption around the laser incident portion. When light modulation or light manipulation is performed using an acousto-optic element, laser light is diffracted by an elastic wave 16 generated by a transducer 11, but in FIG. A density change 17 due to heat generation is added. For this reason, the density distribution of the acousto-optic element in the laser beam transmitting portion has various angle components other than the component perpendicular to the traveling direction of the elastic wave. For this reason, the diffraction grating formed by the elastic wave in the acousto-optic element is disturbed,
There is a problem that the diffraction efficiency is reduced.
【００５３】図８は前記問題点を解決するための本実施
の形態を示す図である。図８は音響光学素子をレーザ光
入射方向から見た図である。本実施の形態では音響光学
素子９の側面に温度制御用ヒータ18を設けた。ヒータ18
と音響光学素子９は伝熱材19を介して接合し、断熱材20
によりヒータ18と音響光学素子９を固定している。前記
ヒータ18は音響光学素子９においてレーザ入出射面と異
なる側面に、ビーム照射部に対して対称な位置に２箇所
設けている。この構成により実施の形態１と同様の効果
が生じ、音響光学素子内に発熱に起因して生じてた温度
分布を一方向に抑制することができる。これにより音響
光学素子内で発生した密度変化17の方向はトランスデュ
ーサ11により発生した弾性波の疎密分布方向に近づく。
以上の動作により、レーザ透過部の発熱により生じた密
度分布の乱れによる回折効率の低下を抑制することがで
きる。FIG. 8 is a diagram showing the present embodiment for solving the above problem. FIG. 8 is a diagram of the acousto-optic element as viewed from the laser light incident direction. In the present embodiment, a temperature control heater 18 is provided on the side surface of the acousto-optic element 9. Heater 18
And the acousto-optic element 9 are joined via a heat transfer material 19,
This fixes the heater 18 and the acousto-optic element 9. The heaters 18 are provided at two positions on the side surface of the acousto-optic element 9 different from the laser input / output surface and at positions symmetrical with respect to the beam irradiation unit. With this configuration, the same effect as in the first embodiment is produced, and the temperature distribution generated in the acousto-optic element due to heat generation can be suppressed in one direction. Thus, the direction of the density change 17 generated in the acousto-optic element approaches the direction of the density distribution of the elastic wave generated by the transducer 11.
With the above operation, it is possible to suppress a decrease in diffraction efficiency due to disturbance of the density distribution caused by heat generation of the laser transmitting portion.
【００５４】上記実施の形態では冷却による温度制御を
用いていないが、実施の形態２に記したように冷却を併
用するとより効果を増すことができる。In the above embodiment, the temperature control by cooling is not used, but the effect can be further enhanced by using cooling as described in the second embodiment.
【００５５】上記実施の形態では加熱ヒータに後に実施
の形態７にも述べる電熱線タイプの物を用いたが、後に
実施の形態６に述べるくさび形のものを用いてもよく、
線状に加熱する手段であればどのようなヒータであって
も同様の効果を奏する。In the above embodiment, a heating wire type heater described later in the seventh embodiment is used for the heater, but a wedge-shaped heater described later in the sixth embodiment may be used.
The same effect can be obtained with any heater as long as it is a means for linear heating.
【００５６】上記実施の形態では変調または偏向動作用
音響光学素子の温度制御を行う場合について述べたがＱ
スイッチレーザに用いる音響光学素子の場合に用いても
よく、同様の効果を奏する。また上記実施の形態では音
響光学素子の温度制御を行う場合について述べたが、電
気光学素子を用いる場合でもよく、同様の効果を奏す
る。In the above embodiment, the case where the temperature of the acousto-optic element for the modulation or deflection operation is controlled has been described.
It may be used in the case of an acousto-optic device used for a switch laser, and has the same effect. In the above embodiment, the case where the temperature of the acousto-optical element is controlled has been described. However, the same effect can be obtained by using an electro-optical element.
【００５７】実施の形態６．図13は本発明の実施の形態
６に係わる光学素子加熱装置の構成を示す図である。図
において2a,2bはくさび型のヒータ、29a,29bは電熱線、
28はヒータ保持具である。本実施の形態は、図１及び図
２における光学素子の対向する２面を線状に加熱する手
段として、くさび型のヒータ2a,2bを用いたものであ
る。Embodiment 6 FIG. FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an optical element heating device according to Embodiment 6 of the present invention. In the figure, 2a and 2b are wedge-shaped heaters, 29a and 29b are heating wires,
28 is a heater holder. In the present embodiment, wedge-shaped heaters 2a and 2b are used as means for linearly heating two opposing surfaces of the optical element in FIGS. 1 and 2.
【００５８】本実施の形態ではくさび型のヒータ材料を
電熱線で加熱する方式をとっている。ヒータ2a,2bの材
料としては、例えば銅, アルミニウム, 真鍮などの金属
またはセラミックを使用する。電熱線29a,29bは、一対
のくさび型ヒータを概略等しく加熱するため、各ヒータ
材においてほぼ同じ長さの電熱線が配線６によって直列
に電源５に接続されている。くさびの先端である光学素
子との接触部においては、ヒータ材はその熱伝達をよく
するため精度よく平らに加工されている。また、各ヒー
タ材はヒータ保持具28に固定されており、対向するくさ
びの先端の間隔が精度よく調整できるようになってい
る。これにより、ヒータが素子を挟む圧力が可変とな
り、熱伝達の大きさが制御できる。In the present embodiment, a method is employed in which a wedge-shaped heater material is heated by a heating wire. As a material of the heaters 2a and 2b, for example, metal such as copper, aluminum, and brass or ceramic is used. The heating wires 29a and 29b heat the pair of wedge-type heaters substantially equally, so that heating wires of substantially the same length in each heater material are connected to the power supply 5 in series by the wiring 6. At the contact portion with the optical element, which is the tip of the wedge, the heater material is precisely flattened to improve the heat transfer. In addition, each heater member is fixed to the heater holder 28 so that the distance between the tips of the opposed wedges can be adjusted with high accuracy. As a result, the pressure at which the heater sandwiches the element becomes variable, and the magnitude of heat transfer can be controlled.
【００５９】実施の形態７．図14は本発明の実施の形態
７による光学素子温度分布制御装置を示す斜視図であ
る。図において18a,18bは線接触ヒータとしての電熱線
である。本実施の形態は、図１及び図２において光学素
子の対向する２面を線状に加熱する手段として、電熱線
18を光学素子１に接着し、線状加熱ヒータとして用いた
ものである。Embodiment 7 FIG. FIG. 14 is a perspective view showing an optical element temperature distribution control device according to Embodiment 7 of the present invention. In the figure, 18a and 18b are heating wires as wire contact heaters. This embodiment uses a heating wire as a means for heating two opposing surfaces of the optical element in FIGS.
18 is bonded to the optical element 1 and used as a linear heater.
【００６０】本実施の形態においては電熱線18の素子１
への接着は、熱伝導率の高い接着剤等で行なう。線状加
熱の加熱幅は電熱線18の太さによって決まる。対向する
加熱部分は等しい熱量の供給が必要であるため、配線に
よりここでは直列に電源５に接続する。本実施の形態の
構成はヒータ部の構成が単純であり、場所をとらずコン
パクトなものとなる。また、ヒータの部材は電熱線18の
みであり、安価な装置が実現できる。In the present embodiment, element 1 of heating wire 18
Adhesion to the substrate is performed using an adhesive or the like having a high thermal conductivity. The heating width of the linear heating is determined by the thickness of the heating wire 18. Since the opposite heating portions need to be supplied with the same amount of heat, they are connected to the power supply 5 in series here by wiring. In the configuration of the present embodiment, the configuration of the heater unit is simple, and it is compact without taking up space. Further, the heater member is only the heating wire 18, and an inexpensive device can be realized.
【００６１】実施の形態８．図15は本発明の実施の形態
８による光学素子温度分布制御装置を示す構成図であ
る。図において、30は光学素子の外部に設けた、光学素
子加熱用電熱配線固定ホルダである。Embodiment 8 FIG. FIG. 15 is a configuration diagram showing an optical element temperature distribution control device according to Embodiment 8 of the present invention. In the figure, reference numeral 30 denotes an optical element heating electric wire fixing holder provided outside the optical element.
【００６２】光学素子の加熱を電熱線18を用いて行う
際、光学素子近傍に電気配線を行う必要がある。この場
合、ヒータ配線とレーザビーム伝搬経路の位置関係に配
慮しなければならない。例えば光学素子の一対の面1c,1
dを加熱する電熱線18a,18bを直列接続して用いる場合、
素子端部にて一つの面1cを加熱する電熱線18aともう一
つの面1dを加熱する電熱線18bを接続線31にて最短経路
で接続すると、図16に示すように接続線31がレーザ入射
部32を横切る可能性がある。このような状態で光学素子
温度分布制御装置を使用すると、接続線31がレーザ光の
一部を遮るため得られる効果が低下する、レーザ光照射
による発熱により接続線31が断線する、などの問題が生
じる。When heating the optical element using the heating wire 18, it is necessary to provide electric wiring near the optical element. In this case, consideration must be given to the positional relationship between the heater wiring and the laser beam propagation path. For example, a pair of surfaces 1c, 1 of an optical element
When heating wires 18a and 18b for heating d are used in series,
When the heating wire 18a for heating one surface 1c and the heating wire 18b for heating the other surface 1d at the end of the element are connected in the shortest path by the connection wire 31, the connection wire 31 is connected to the laser as shown in FIG. It may cross the entrance 32. When the optical element temperature distribution control device is used in such a state, the effect obtained because the connection line 31 blocks a part of the laser beam is reduced, and the connection line 31 is disconnected due to heat generated by laser beam irradiation. Occurs.
【００６３】図17は、光学素子のレーザビーム入射部に
おいてレーザ入射部32を迂回するように接続線31を配設
した例である。この場合、接続線31にレーザ光が照射さ
れないので所望の効果が低下したり、接続線31が断線す
るといった問題が生じるのを避けることが出来る。ただ
し、図17に示す状態では接続線31が固定されていないた
め、使用時間の経過とともに接続線31の位置にずれが生
じ、接続線31の一部がレーザ入射部32にかかる可能性が
ある。FIG. 17 shows an example in which a connection line 31 is provided so as to bypass the laser incident part 32 at the laser beam incident part of the optical element. In this case, since the connection line 31 is not irradiated with the laser beam, it is possible to avoid a problem that a desired effect is reduced or the connection line 31 is disconnected. However, in the state shown in FIG. 17, since the connection line 31 is not fixed, the position of the connection line 31 shifts with the elapse of use time, and a part of the connection line 31 may be applied to the laser incident part 32. .
【００６４】そこで本実施の形態では図15に示すよう
に、光学素子の外部に、光学素子を加熱するヒータとし
て用いる電熱線18a,18bまたは電熱線18aと電熱線18bを
接続する接続線31を固定する電熱配線固定ホルダ30を設
ける構成とした。図15において、光学素子１の面１cを
加熱する電熱線18aと面１dを加熱する電熱線18bを接続
線31で接続している。さらに光学素子下側ホルダ33の一
部に電熱配線固定ホルダ30を設けている。電熱配線固定
ホルダ30は断熱性の絶縁物を用いて作成し、接続線31の
熱が光学素子下側ホルダ33に伝搬するのを防いでいる。
接続線31は電熱配線固定ホルダ30に固定されている。こ
の部分の固定は、耐熱性接着剤を用いてもよいし、電熱
配線固定ホルダ30に設けた鍵状突起部に接続線31を掛け
てもよいし、ネジ等で固定してもよい。Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 15, heating wires 18a, 18b used as heaters for heating the optical element or connection wires 31 connecting the heating wires 18a and 18b are provided outside the optical element. The configuration is such that an electric wiring fixing holder 30 for fixing is provided. In FIG. 15, a heating wire 18a for heating the surface 1c of the optical element 1 and a heating wire 18b for heating the surface 1d are connected by a connection line 31. Further, an electrothermal wiring fixing holder 30 is provided on a part of the optical element lower holder 33. The electric wiring fixing holder 30 is made of a heat insulating material to prevent the heat of the connection line 31 from being transmitted to the optical element lower holder 33.
The connection wire 31 is fixed to the electric heating wire fixing holder 30. For fixing of this portion, a heat-resistant adhesive may be used, the connection wire 31 may be hung on a key-like projection provided on the electrothermal wiring fixing holder 30, or a screw or the like may be used for fixing.
【００６５】本実施の形態では上記構成を用いているの
で、接続線31がレーザ入射部32にかかることを防ぐこと
ができる。これにより、接続線31がレーザ光の一部を遮
る場合に生じる、所望の効果の低下や、レーザ光照射に
よる発熱による接続線31の断線、などの問題発生を防ぐ
ことができる。接続線31には電熱線18a、18bと別の接続
用電気ケーブルを用いてもよいし、電熱線18a、18bと同
じ電熱線を用いてもよい。別の接続用電気ケーブルを用
いる場合は、接続部での無用な発熱を防ぐことができ
る。また18a〜18bを1本の電熱線で構成する場合は、電
熱線18a、18bと接続線31の接続点をなくすことができ、
作業工程の低減、接続点での接触抵抗発生防止、等の効
果がある。In the present embodiment, since the above configuration is used, it is possible to prevent the connection line 31 from being applied to the laser incidence section 32. Accordingly, it is possible to prevent problems such as a reduction in desired effect and a disconnection of the connection line 31 due to heat generated by laser beam irradiation, which occur when the connection line 31 blocks a part of the laser light. The connection wires 31 may be different from the heating wires 18a and 18b, or may be the same heating wires as the heating wires 18a and 18b. When another connection electric cable is used, unnecessary heat generation at the connection portion can be prevented. In the case where the heating wires 18a to 18b are constituted by one heating wire, the connection points between the heating wires 18a and 18b and the connection wire 31 can be eliminated,
This has the effect of reducing the number of work steps, preventing the occurrence of contact resistance at connection points, and the like.
【００６６】上記実施の形態では、光学素子下側ホルダ
33の一部に断熱性絶縁物からなる電熱配線固定ホルダを
設ける例について述べたが、図18に示すように光学素子
下側ホルダ33に直接接続線31を、固定ホルダ34a、34bを
用いて固定してもよい。固定ホルダ34a、34bは、耐熱性
接着剤を用いてもよいし、光学素子下側ホルダ33に設け
た鍵状突起部としてもよい。またネジ等で固定する方式
を用いてもよい。In the above embodiment, the optical element lower holder
Although an example in which an electrothermal wiring fixing holder made of a heat insulating insulator is provided in part of 33, the direct connection line 31 to the optical element lower holder 33 as shown in FIG. 18, using the fixing holders 34a and 34b It may be fixed. The fixing holders 34a and 34b may use a heat-resistant adhesive, or may be key-shaped protrusions provided on the optical element lower holder 33. Alternatively, a method of fixing with screws or the like may be used.
【００６７】図19は本実施の形態の別の例を示す図であ
る。図15では、光学素子１の面１cを加熱する電熱線18a
と面１dを加熱する電熱線18bを直列接続する例について
示した。これに対して、図19は光学素子１の面１cを加
熱する電熱線18aと面１dを加熱する電熱線18bを並列接
続する例について示している。この場合電熱配線は電源
５から配線35間は面１c加熱用ケーブル、面１d加熱用ケ
ーブルの双方を束ねて配線している。配線35から光学素
子寄りの部分では、電熱線18a、電熱線18bそれぞれの高
電位側、アース電位側に接続するケーブル36a、36bに分
岐し、光学素子近傍でそれぞれ面１cを加熱する電熱線1
8aと面１dを加熱する電熱線18bに接続している。ここで
光学素子下側ホルダ33には電熱配線固定ホルダ30を配設
しており、電熱線18a、18bへの電気配線がレーザ入射部
32にかかることを防いでいる。これにより、接続線31が
レーザ光の一部を遮る場合に生じる、所望の効果の低下
および、レーザ光照射による発熱による接続線31の断
線、などの問題発生を防ぐことができる。図15に示すよ
うに電熱線18a、18bを直列接続する場合は、簡素な構成
の配線にすることができ、図19に示すように電熱線18
a、18bを並列接続する場合は、他方の電熱線の抵抗値と
独立に電熱線に流れる電流値を定めることができる。FIG. 19 is a diagram showing another example of the present embodiment. In FIG. 15, a heating wire 18a for heating the surface 1c of the optical element 1 is shown.
And an example in which the heating wire 18b for heating the surface 1d is connected in series. On the other hand, FIG. 19 shows an example in which a heating wire 18a for heating the surface 1c of the optical element 1 and a heating wire 18b for heating the surface 1d are connected in parallel. In this case, the electric heating wiring is formed by bundling both the surface 1c heating cable and the surface 1d heating cable between the power supply 5 and the wiring 35. At the portion near the optical element from the wiring 35, the heating wire 18a and the heating wire 18b are branched into cables 36a and 36b connected to the high potential side and the ground potential side of the heating wire 18b, respectively.
8a and the surface 1d are connected to a heating wire 18b for heating. Here, a heating wire fixing holder 30 is provided on the optical element lower holder 33, and the electric wires to the heating wires 18a and 18b are connected to the laser incident portion.
Prevents the cost of 32. Accordingly, it is possible to prevent problems such as a reduction in a desired effect and a disconnection of the connection line 31 due to heat generated by laser beam irradiation, which occur when the connection line 31 blocks a part of the laser light. When the heating wires 18a and 18b are connected in series as shown in FIG. 15, it is possible to use a simple configuration of wiring, and as shown in FIG.
When a and 18b are connected in parallel, the current value flowing through the heating wire can be determined independently of the resistance value of the other heating wire.
【００６８】実施の形態９．図20は本発明の実施の形態
９による光学素子温度分布制御装置を示す構成図であ
る。図において、37は光学素子１の外部に設けた抵抗変
化型電熱ヒータである。Embodiment 9 FIG. 20 is a configuration diagram showing an optical element temperature distribution control device according to Embodiment 9 of the present invention. In the figure, reference numeral 37 denotes a resistance change type electric heater provided outside the optical element 1.
【００６９】光学素子１中における発熱は、素子中での
レーザ光吸収により生じる。このためレーザ光強度は、
光学素子１内を光が通過するのに伴って減衰し、レーザ
光出射面1b近傍ではレーザ光入射面1a近傍に比べ、生じ
た光吸収分だけレーザ光強度が弱くなる。これに伴い光
学素子１内の発熱も、レーザ光入射面1b近傍に比べてレ
ーザ光出射面近傍では小さくなる。特に光学素子１内の
吸収が大きい場合にはこの差が大きくなる。この場合、
光学素子１の加熱がレーザ光軸方向について一様である
と光学素子１の光軸上で温度分布補正が適切に行える位
置は光軸上にてレーザ光強度が温度制御設計値に近い一
部のみとなり、その他の位置ではレーザ光強度が設計値
と異なるため適切な温度制御が出来なくなってしまう。Heat generation in the optical element 1 is caused by laser light absorption in the element. Therefore, the laser light intensity
The light is attenuated as the light passes through the optical element 1, and the intensity of the laser light becomes weaker in the vicinity of the laser light emitting surface 1b by the generated light absorption than in the vicinity of the laser light incident surface 1a. Accordingly, heat generation in the optical element 1 is also smaller near the laser light emitting surface than near the laser light incident surface 1b. Particularly, when the absorption in the optical element 1 is large, the difference becomes large. in this case,
If the heating of the optical element 1 is uniform in the laser optical axis direction, the position where the temperature distribution correction can be appropriately performed on the optical axis of the optical element 1 is a part where the laser light intensity on the optical axis is close to the temperature control design value. In other positions, the laser light intensity differs from the design value at other positions, so that appropriate temperature control cannot be performed.
【００７０】そこで本実施の形態では光学素子温度制御
用ヒータとして抵抗変化型電熱ヒータ37を用いた。抵抗
変化型電熱ヒータ37は単位長さあたりの抵抗値が位置に
より変化するように構成されており、この例では光学素
子１にてレーザ光入射面1a近傍に比べてレーザ光出射面
1b近傍の抵抗値が低くなるようにしている。抵抗変化型
電熱ヒータ37は異なる抵抗値の電熱線を直列接続した構
成であるので、各位置において電流値は一定で発熱量は
抵抗値に比例して変化する。この構成により、光学素子
１におけるレーザ光入射面1a近傍の加熱をレーザ光出射
面1b近傍に比べて大きくすることが出来る。これにより
光軸方向におけるレーザ光吸収により生じる発熱分布と
温度制御用ヒータの発熱分布の差を縮めることができ、
光軸方向の広い範囲にわたって適切な温度制御を行うこ
とができる。Therefore, in this embodiment, a resistance change type electric heater 37 is used as a heater for controlling the temperature of the optical element. The resistance change type electric heater 37 is configured so that the resistance value per unit length changes depending on the position. In this example, the optical element 1 has a laser light emitting surface as compared with the vicinity of the laser light incident surface 1a.
The resistance value near 1b is set to be low. Since the resistance change type electric heater 37 has a configuration in which heating wires having different resistance values are connected in series, the current value is constant at each position, and the calorific value changes in proportion to the resistance value. With this configuration, the heating of the optical element 1 in the vicinity of the laser light incident surface 1a can be made larger than in the vicinity of the laser light emitting surface 1b. This can reduce the difference between the heat generation distribution caused by laser light absorption in the optical axis direction and the heat generation distribution of the temperature control heater,
Appropriate temperature control can be performed over a wide range in the optical axis direction.
【００７１】抵抗変化型電熱線ヒータ37の抵抗を、光学
素子１内でのレーザ光強度変化に忠実に変化させると、
光軸方向におけるレーザ光吸収により生じる発熱分布と
温度制御用ヒータの発熱分布の差をより縮めることがで
き、光軸方向のより広い範囲にわたって適切な温度制御
を行うことができる。例えば光学素子１内に吸収率αの
物質が一様に分布している場合、レーザ光強度Ｐは式
（８）のように変化する。 Ｐ＝Ｐ0・exp（−α・l） …（８） ただし、Ｐ0は光学素子入射部でのレーザ光強度、lはレ
ーザ光伝搬距離である。レーザ光吸収により光学素子内
で生じる発熱はレーザ光強度に比例するので、抵抗変化
型電熱線ヒータ37の単位長さあたりの抵抗値Ｒを、 Ｒ＝Ｒ0・exp（−α・l） …（９） ただし、Ｒ0を光学素子入射部での抵抗変化型電熱線ヒ
ータ37の単位長さあたりの抵抗値とすることにより、光
軸方向におけるレーザ光吸収により生じる発熱分布と温
度制御用ヒータの発熱分布の差を小さくすることがで
き、効果的な温度制御を行うことができる。When the resistance of the resistance change type heating wire heater 37 is faithfully changed according to the laser light intensity change in the optical element 1,
The difference between the distribution of heat generated by laser light absorption in the optical axis direction and the distribution of heat generated by the temperature control heater can be further reduced, and appropriate temperature control can be performed over a wider range in the optical axis direction. For example, when the substance having the absorption rate α is uniformly distributed in the optical element 1, the laser light intensity P changes as in Expression (8). P = P0.exp (-. Alpha..l) (8) where P0 is the intensity of the laser beam at the optical element entrance and l is the laser beam propagation distance. Since the heat generated in the optical element due to the absorption of the laser light is proportional to the intensity of the laser light, the resistance value R per unit length of the resistance variable heating wire heater 37 is represented by the following formula: R = R0.exp (-. Alpha..l) 9) However, by setting R0 to the resistance value per unit length of the resistance variable heating wire heater 37 at the optical element incident portion, the heat generation distribution caused by laser light absorption in the optical axis direction and the heat generation of the temperature control heater The difference in distribution can be reduced, and effective temperature control can be performed.
【００７２】線形状導体の抵抗Ｒは、 Ｒ＝l ／（Ｓ・σ） …（10） で表わされる。ただし、lは長さ、Ｓは断面積、σは導
電率である。抵抗変化型電熱線ヒータ37の単位長さあた
りの抵抗を位置ごとに変化させるには、導電率σを変化
させてもよいし、断面積Ｓを変化させてもよい。例えば
導電率σの異なる導体を直列接続することにより抵抗変
化型電熱線ヒータ37を構成することができる。また電熱
線の断面積が光学素子１にてレーザ光入射面1a近傍では
小さく、レーザ光出射面1b近傍では大きくなる構成にし
てもよい。電熱線断面が半径ｒの円の場合、電熱線の抵
抗Ｒは、 Ｒ＝ｌ／（π・ｒ2・σ） …（11） であるので、半径ｒを ｒ∝ｅｘｐ（（α／２）・ｌ） …（12） となるように加工した電熱線を用いることにより、光軸
方向におけるレーザ光吸収により生じる発熱分布と温度
制御用ヒータの発熱分布の差を小さくすることができ、
効果的な温度制御を行うことができる。The resistance R of the linear conductor is expressed as follows: R = l / (S · σ) (10) Here, l is the length, S is the cross-sectional area, and σ is the conductivity. In order to change the resistance per unit length of the variable resistance heating wire heater 37 for each position, the conductivity σ may be changed or the cross-sectional area S may be changed. For example, the resistance change type heating wire heater 37 can be configured by connecting conductors having different conductivity σ in series. Further, the cross-sectional area of the heating wire in the optical element 1 may be small near the laser light incident surface 1a and large near the laser light emitting surface 1b. When the heating wire cross section is a circle having a radius r, the resistance R of the heating wire is R = l / (π · r 2 · σ) (11) Therefore, the radius r is given by r∝exp ((α / 2)・ L) By using the heating wire processed so as to become (12), it is possible to reduce the difference between the heat generation distribution caused by laser light absorption in the optical axis direction and the heat distribution of the temperature control heater.
Effective temperature control can be performed.
【００７３】実施の形態１０．図21は本発明の実施の形
態１０による光学素子温度分布制御装置の要部の構成を
示す断面図である。図において、20は電熱線18を光学素
子１に固定するために用いる断熱材、19は電熱線18と光
学素子１との間に設けた伝熱材である。Embodiment 10 FIG. FIG. 21 is a sectional view showing a configuration of a main part of an optical element temperature distribution control device according to a tenth embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 20 denotes a heat insulating material used to fix the heating wire 18 to the optical element 1, and 19 denotes a heat transfer material provided between the heating wire 18 and the optical element 1.
【００７４】光学素子１外部に設ける温度制御用熱源の
熱を光学素子１に効率良く伝達させるには、熱源と光学
素子１の間に銀ペーストのように伝熱特性のよい伝熱材
を用いるとよい。ところが実施の形態３にて詳しく記し
たように、光学素子１内に生じる温度勾配を抑制するた
めには、光学素子１外部に設ける温度制御用熱源が光学
素子１に比べて十分小さいことが必要となる。In order to efficiently transfer the heat of the temperature control heat source provided outside the optical element 1 to the optical element 1, a heat transfer material having good heat transfer characteristics such as silver paste is used between the heat source and the optical element 1. Good. However, as described in detail in the third embodiment, in order to suppress the temperature gradient generated in the optical element 1, the temperature control heat source provided outside the optical element 1 needs to be sufficiently smaller than the optical element 1. Becomes
【００７５】図22は熱源として用いる電熱線18を伝熱材
19を用いて光学素子１に固定した参考例を示す断面図で
ある。光学素子１にて光軸と垂直な面で切断した断面を
示している。図22において光学素子１の側面に断面の直
径がbである電熱線18を伝熱材19により固定している。
伝熱材19と光学素子１は長さaに渡って接している。こ
の場合、電熱線18の固定を伝熱材19を用いて行っている
ので、電熱線18で発生した熱は効率良く伝熱材19を介し
て光学素子１に伝達する。しかしながら、光学素子１と
接するaの領域全体から光学素子１に熱が供給されるの
で、実質的に光学素子１の側面に電熱線の直径bに比べ
て大きな直径aに相当する熱源を設けた場合と同様の効
果となる。このため実施の形態１に記したような、光学
素子１に比べて十分小さい熱源を光学素子１外部に設け
ることによる素子内部の温度勾配抑制効果が十分に得ら
れない問題が生じていた。FIG. 22 shows a heating wire 18 used as a heat source as a heat transfer material.
It is sectional drawing which shows the reference example fixed to the optical element 1 using 19. 2 shows a cross section of the optical element 1 cut along a plane perpendicular to the optical axis. In FIG. 22, a heating wire 18 having a cross-sectional diameter b is fixed to a side surface of the optical element 1 by a heat transfer material 19.
The heat transfer material 19 and the optical element 1 are in contact with each other over a length a. In this case, since the heating wire 18 is fixed using the heat transfer material 19, the heat generated by the heating wire 18 is efficiently transmitted to the optical element 1 via the heat transfer material 19. However, since heat is supplied to the optical element 1 from the entire area a in contact with the optical element 1, a heat source corresponding to a diameter a larger than the diameter b of the heating wire is provided on substantially the side surface of the optical element 1. The effect is the same as in the case. For this reason, as described in the first embodiment, there is a problem that the effect of suppressing the temperature gradient inside the element by providing a heat source sufficiently smaller than the optical element 1 outside the optical element 1 cannot be obtained.
【００７６】そこで本実施の形態では図21に示すよう
に、光学素子１を加熱するヒータとして用いる電熱線18
と前記光学素子１を伝熱材19を介して接触させ、前記電
熱線18と光学素子１を断熱材19を用いて固定する構成と
した。図21において光学素子１の側面に断面の直径がb
である電熱線18を配置し、電熱線の熱が効率良く素子に
伝達するように前記電熱線18と光学素子１の間伝熱材19
を光軸と垂直な断面にて長さCに渡って設けている。前
記長さCは電熱線18の直径bと同程度の大きさにしてい
る。電熱線18と光学素子１の固定には断熱材20を用いて
行っている。断熱材20は、光軸と垂直な断面にて長さa
に渡って設けた。断熱材20には熱伝導率の小さな泡ガラ
ス等ガラス系材料を用いてもよいし、耐熱樹脂を用いて
もよい。In this embodiment, as shown in FIG. 21, a heating wire 18 used as a heater for heating the optical element 1 is used.
And the optical element 1 are brought into contact with each other via a heat transfer material 19, and the heating wire 18 and the optical element 1 are fixed using a heat insulating material 19. In FIG. 21, the cross-sectional diameter is b
And a heat transfer material 19 between the heating wire 18 and the optical element 1 so that the heat of the heating wire is efficiently transmitted to the element.
Is provided over a length C in a cross section perpendicular to the optical axis. The length C is approximately equal to the diameter b of the heating wire 18. The heating wire 18 and the optical element 1 are fixed using a heat insulating material 20. The heat insulating material 20 has a length a in a cross section perpendicular to the optical axis.
Provided over. The heat insulating material 20 may be made of a glass material such as foam glass having a small thermal conductivity, or may be made of a heat-resistant resin.
【００７７】本実施の形態では、図21に示す構成とした
ので電熱線18で発生した熱が伝熱材19を通じて効率良く
光学素子１に伝達する。さらに前記電熱線18と伝熱材19
を断熱材20が覆っているので、電熱線18で生じた熱の多
くが領域Cを通じて光学素子１に供給される。以上の動
作により、光学素子１に光学素子１に比べて小さなサイ
ズの熱源から熱を供給でき、効果的に光学素子１内に生
じる温度勾配を抑制することができる。In the present embodiment, the structure shown in FIG. 21 is employed, so that the heat generated by the heating wire 18 is efficiently transmitted to the optical element 1 through the heat transfer material 19. Further, the heating wire 18 and the heat transfer material 19
Is covered by the heat insulating material 20, so that much of the heat generated by the heating wire 18 is supplied to the optical element 1 through the region C. With the above operation, heat can be supplied to the optical element 1 from a heat source having a smaller size than that of the optical element 1, and a temperature gradient generated in the optical element 1 can be effectively suppressed.
【００７８】実施の形態１１．図23は本発明の実施の形
態１１による光学素子温度分布制御装置を示す断面図で
ある。図において、1gは光伝播方向に垂直な光学素子断
面を示す。このように前記断面が長方形である場合、長
いほうの辺に対応する一対の２面に線状加熱ヒータ2a、2
bを設けている。装置動作は実施の形態２に準じる。Embodiment 11 FIG. FIG. 23 is a sectional view showing an optical element temperature distribution control device according to Embodiment 11 of the present invention. In the figure, 1g indicates an optical element cross section perpendicular to the light propagation direction. When the cross section is rectangular, the linear heaters 2a and 2a are provided on a pair of two surfaces corresponding to the longer side.
b is provided. The operation of the apparatus is in accordance with the second embodiment.
【００７９】図23のように長いほうの辺に加熱手段を配
置することによって、伝播レーザ光路の中心により近い
箇所を加熱することができるため、対向するヒータ2a,2
bを結ぶ方向の温度勾配抑制がより効果的に実現でき
る。評価実施の形態としてレーザ光ビームウエスト直径
dを１として、前記素子断面の長方形の短辺の長さを２,
長辺の長さを３とした場合、同じヒータ印加電流におい
て図６に示したΔＴの値は、短辺を加熱した場合が長辺
の場合と比べ約1/3となる。つまり長辺を加熱した方
が、効率的に温度勾配抑制の効果が現れる。By arranging the heating means on the longer side as shown in FIG. 23, it is possible to heat a portion closer to the center of the propagating laser beam path.
The temperature gradient in the direction connecting b can be more effectively suppressed. Laser light beam waist diameter as evaluation embodiment
Assuming that d is 1, the length of the short side of the rectangle of the element cross section is 2,
When the length of the long side is 3, the value of ΔT shown in FIG. 6 at the same heater applied current is about 3 when the short side is heated as compared with the long side. In other words, the effect of suppressing the temperature gradient appears more efficiently when the long side is heated.
【００８０】[0080]
【発明の効果】本発明の第１の構成に係る光学素子温度
分布制御装置によれば、レーザ光を制御する光学素子を
備える光学装置において、前記光学素子の面のうちレー
ザ光の通過しない面にレーザ光の光軸と平行な方向に線
状に加熱する手段を設け、前記加熱手段の線幅をレーザ
光のビーム直径より小さくするので、加熱手段により誘
起される温度分布により光吸収による温度分布の温度勾
配が抑制される。これによって、光学素子内部の温度勾
配発生による、素子の機能低下を抑制することができ
る。According to the optical element temperature distribution control device according to the first aspect of the present invention, in an optical apparatus having an optical element for controlling laser light, a surface of the optical element on which laser light does not pass. A means for linearly heating the laser light in a direction parallel to the optical axis of the laser light, and the line width of the heating means is made smaller than the beam diameter of the laser light. The temperature gradient of the distribution is suppressed. Thus, it is possible to suppress a decrease in the function of the element due to the occurrence of a temperature gradient inside the optical element.
【００８１】本発明の第２の構成に係る光学素子温度分
布制御装置によれば、前記第１の構成に加えて、前記光
学素子のレーザ光の通過しない面のうち、加熱手段を設
けていない面に、冷却手段を設けるので、素子の温度上
昇を抑えて温度制御を行なうことができると共に、前記
温度勾配を抑制する効果がある。According to the optical element temperature distribution control device of the second configuration of the present invention, in addition to the first configuration, no heating means is provided on the surface of the optical element through which laser light does not pass. Since the cooling means is provided on the surface, it is possible to control the temperature while suppressing the temperature rise of the element and to suppress the temperature gradient.
【００８２】本発明の第３の構成に係る光学素子温度分
布制御装置によれば、前記第１または第２の構成に加え
て、前記光学素子が波長変換結晶であるので、波長変換
結晶内の屈折率分布を一方向に緩和することができ、波
長変換効率が向上する。According to the optical element temperature distribution control device according to the third configuration of the present invention, in addition to the first or second configuration, the optical element is a wavelength conversion crystal. The refractive index distribution can be relaxed in one direction, and the wavelength conversion efficiency is improved.
【００８３】本発明の第４の構成に係る光学素子温度分
布制御装置によれば、前記第１または第２の構成に加え
て、前記光学素子が電気光学素子または音響光学素子で
あるので、電気光学素子または音響光学素子内に発生す
る密度変化を抑制することができ、回折効率が向上す
る。According to the optical element temperature distribution control device of the fourth configuration of the present invention, in addition to the first or second configuration, the optical element is an electro-optical element or an acousto-optical element. The change in density occurring in the optical element or the acousto-optical element can be suppressed, and the diffraction efficiency is improved.
【００８４】本発明の第５の構成に係る光学素子温度分
布制御装置によれば、前記第１または第２の構成に加え
て、前記光学素子加熱手段として、くさび型のヒータを
用いたので、くさび型ヒータと光学素子との接触部分の
形状の制御が容易となる。また、一対のくさび型ヒータ
を光学素子を挟むように一体的に構成した場合には、光
学素子との接触部分の圧力を自由に設定できる。According to the optical element temperature distribution control device of the fifth configuration of the present invention, a wedge-shaped heater is used as the optical element heating means in addition to the first or second configuration. It is easy to control the shape of the contact portion between the wedge-shaped heater and the optical element. Further, when a pair of wedge-shaped heaters are integrally formed so as to sandwich the optical element, the pressure at the contact portion with the optical element can be set freely.
【００８５】本発明の第６の構成に係る光学素子温度分
布制御装置によれば、前記第１または第２の構成に加え
て、前記光学素子加熱手段として、光学素子に密着させ
た電熱線を用いたので、安価で場所をとらないコンパク
トな装置構成が実現できる。According to the optical element temperature distribution control device of the sixth configuration of the present invention, in addition to the first or second configuration, a heating wire closely attached to the optical element is used as the optical element heating means. Since it is used, a compact device configuration that is inexpensive and takes up little space can be realized.
【００８６】本発明の第７の構成に係る光学素子温度分
布制御装置によれば、前記第６の構成に加えて、前記光
学素子の外部に、光学素子加熱手段として用いる電熱線
または前記電熱線と電熱線を接続する接続線を固定する
電熱配線固定ホルダを設けるので、接続線がレーザ光に
照射されることによる発熱や断線などの危険を回避でき
る。According to the optical element temperature distribution control device according to the seventh aspect of the present invention, in addition to the sixth aspect, a heating wire or an electric heating wire used as optical element heating means is provided outside the optical element. Since the heating wire fixing holder for fixing the connection wire connecting the heating wire and the heating wire is provided, danger such as heat generation and disconnection due to the irradiation of the connection wire with the laser beam can be avoided.
【００８７】本発明の第８の構成に係る光学素子温度分
布制御装置によれば、前記第１の構成に加えて、前記光
学素子加熱手段の単位長さあたりの発熱量を、光学素子
のレーザ光入射面近傍に比べてレーザ光出射面近傍で小
さくするので、光学素子内で光軸方向に素子中の光吸収
による発熱分布が生じた場合でも、その分布にあわせて
素子の光軸方向長さ全体で適切な温度制御が行なえる。According to the optical element temperature distribution control device of the eighth configuration of the present invention, in addition to the first configuration, the heat generation amount per unit length of the optical element heating means can be reduced by the laser of the optical element. Since it is smaller in the vicinity of the laser beam emission surface than in the vicinity of the light incident surface, even if a heat generation distribution due to light absorption in the element occurs in the optical axis direction in the optical element, the length of the element in the optical axis direction is adjusted according to the distribution. Appropriate temperature control can be performed throughout.
【００８８】本発明の第９の構成に係る光学素子温度分
布制御装置によれば、第６の構成に加えて、前記光学素
子加熱手段として用いる電熱線と光学素子を伝熱材料を
介して接触させ、前記電熱線と光学素子を断熱材料を用
いて固定するので、電熱線の発生熱が効率よく光学素子
に供給される。According to the optical element temperature distribution control device of the ninth structure of the present invention, in addition to the sixth structure, the heating element used as the optical element heating means and the optical element are brought into contact with each other via a heat transfer material. Then, since the heating wire and the optical element are fixed using a heat insulating material, the heat generated by the heating wire is efficiently supplied to the optical element.
【００８９】本発明の第１０の構成に係る光学素子温度
分布制御装置によれば、前記第１または第２の構成に加
えて、前記光学素子のレーザ光伝播方向に垂直な断面の
形状が長方形であり、前記長方形の長い方の辺に対応す
る一対の２面に光学素子加熱手段を設けるので、よりレ
ーザ光伝播路に近い部位を加熱できることになり、加熱
手段を結ぶ方向の温度勾配抑制がより少ない加熱で達成
できる。According to the optical element temperature distribution control device of the tenth configuration of the present invention, in addition to the first or second configuration, the optical element has a rectangular cross section perpendicular to the laser light propagation direction. Since the optical element heating means is provided on a pair of two surfaces corresponding to the longer side of the rectangle, a portion closer to the laser light propagation path can be heated, and the temperature gradient in the direction connecting the heating means can be suppressed. Can be achieved with less heating.
【図１】 本発明の実施の形態１による光学素子温度分
布制御装置の構成を説明する斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of an optical element temperature distribution control device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 本発明の実施の形態２による光学素子温度分
布制御装置の構成を説明する斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating a configuration of an optical element temperature distribution control device according to a second embodiment of the present invention.
【図３】 本発明の実施の形態３による光波長変換装置
の構成を説明する斜視図である。FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of an optical wavelength conversion device according to a third embodiment of the present invention.
【図４】 本発明の実施の形態３および４に係わり波長
変換結晶断面の温度分布のシミュレーション結果を示す
図である。FIG. 4 is a diagram showing a simulation result of a temperature distribution in a cross section of a wavelength conversion crystal according to the third and fourth embodiments of the present invention.
【図５】 本発明の実施の形態３に係わりヒータによる
結晶の加熱部位を説明する波長変換結晶の断面図であ
る。FIG. 5 is a cross-sectional view of a wavelength conversion crystal illustrating a portion where the crystal is heated by a heater according to the third embodiment of the present invention.
【図６】 本発明の実施の形態３に係わり波長変換結晶
内における通過レーザ光中心での温度上昇のヒータ接触
範囲依存性の計算結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a calculation result of a heater contact range dependence of a temperature rise at a center of a passing laser beam in a wavelength conversion crystal according to the third embodiment of the present invention.
【図７】 本発明の実施の形態４による波長変換装置の
構成を説明する斜視図である。FIG. 7 is a perspective view illustrating a configuration of a wavelength conversion device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図８】 本発明の実施の形態５による光学素子温度分
布制御装置を説明する構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram illustrating an optical element temperature distribution control device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図９】 本発明の実施の形態５に係わり音響光学素子
の動作説明図である。FIG. 9 is an operation explanatory view of an acousto-optic device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図１０】 本発明の実施の形態５による音響光学素子
を用いたレーザ光走査装置の例を示す構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram showing an example of a laser beam scanning device using an acousto-optic device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図１１】 本発明の実施の形態５による音響光学素子
を用いたレーザ光変調器の例を示す構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram showing an example of a laser light modulator using an acousto-optic device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図１２】 本発明の実施の形態５に係わり音響光学素
子内の密度分布を説明する図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a density distribution in an acousto-optic device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図１３】 本発明の実施の形態６に係わる光学素子加
熱装置の構成を説明する斜視図である。FIG. 13 is a perspective view illustrating a configuration of an optical element heating device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図１４】 本発明の実施の形態７による光学素子温度
分布制御装置の構成を説明する斜視図である。FIG. 14 is a perspective view illustrating a configuration of an optical element temperature distribution control device according to a seventh embodiment of the present invention.
【図１５】 本発明の実施の形態８による光学素子温度
分布制御装置の一構成を説明する斜視図である。FIG. 15 is a perspective view illustrating one configuration of an optical element temperature distribution control device according to an eighth embodiment of the present invention.
【図１６】 本発明の実施の形態８の参考例として、接
続線がレーザ光入射部を遮る場合を説明する光学素子温
度分布制御装置の斜視図である。FIG. 16 is a perspective view of an optical element temperature distribution control device for explaining a case where a connection line blocks a laser beam incident portion as a reference example of the eighth embodiment of the present invention.
【図１７】 本発明の実施の形態８による光学素子温度
分布制御装置の別の構成を説明する斜視図である。FIG. 17 is a perspective view illustrating another configuration of the optical element temperature distribution control device according to the eighth embodiment of the present invention.
【図１８】 本発明の実施の形態８による光学素子温度
分布制御装置のさらに別の構成を説明する斜視図であ
る。FIG. 18 is a perspective view illustrating still another configuration of the optical element temperature distribution control device according to the eighth embodiment of the present invention.
【図１９】 本発明の実施の形態８による光学素子温度
分布制御装置のさらに別の構成を説明する斜視図であ
る。FIG. 19 is a perspective view illustrating still another configuration of the optical element temperature distribution control device according to the eighth embodiment of the present invention.
【図２０】 本発明の実施の形態９による光学素子温度
分布制御装置の構成を説明する斜視図である。FIG. 20 is a perspective view illustrating a configuration of an optical element temperature distribution control device according to a ninth embodiment of the present invention.
【図２１】 本発明の実施の形態１０による光学素子温
度分布制御装置の要部である光学素子加熱部分の断面図
である。FIG. 21 is a sectional view of an optical element heating part which is a main part of the optical element temperature distribution control device according to the tenth embodiment of the present invention.
【図２２】 本発明の実施の形態１０の参考例として、
断熱材を用いないときの光学素子加熱部分の断面図であ
る。FIG. 22 shows a reference example of the tenth embodiment of the present invention.
It is sectional drawing of the optical element heating part at the time of using no heat insulating material.
【図２３】 本発明の実施の形態１１による光学素子温
度分布制御装置の構成を説明する断面図である。FIG. 23 is a sectional view illustrating a configuration of an optical element temperature distribution control device according to an eleventh embodiment of the present invention.
【図２４】 従来の共振器内部波長変換型レーザ装置の
構成図である。FIG. 24 is a configuration diagram of a conventional wavelength conversion type laser device having a cavity inside a resonator.
【図２５】 波長変換結晶における第二高調波出力の空
間的変化を示すグラフである。FIG. 25 is a graph showing a spatial change of a second harmonic output in the wavelength conversion crystal.
【図２６】 波長変換結晶の屈折率の波長分散曲線を示
すグラフである。FIG. 26 is a graph showing a wavelength dispersion curve of a refractive index of a wavelength conversion crystal.
【図２７】 波長変換結晶における光進行方向による屈
折率変化と位相整合条件を説明する図である。FIG. 27 is a diagram illustrating a change in refractive index and a phase matching condition in a wavelength conversion crystal according to a light traveling direction.
【図２８】 音響光学素子中の疎密波による回折の説明
図である。FIG. 28 is an explanatory diagram of diffraction by compression waves in an acousto-optic element.
１ 光学素子、 ２ 線接触ヒータ、 ３ ペルチェ素
子、 ４ 入射レーザ光、 ５ ヒータ電源、 ６ 電
気配線、 ７ ＫＴＰ結晶(波長変換結晶)、９ 音響光
学素子、 10 ダンパ、 11 トランスデューサ、 1
2, 13 トランスデューサ電極、 14 音響光学素子ド
ライバ、 15 電気配線、 16 弾性波、 17 密度変
化、 18 電熱線、 19 伝熱材、 20 断熱材、 28
ヒータ保持具、 29 電熱線、 30 電熱線固定ホル
ダ、 31 接続線、 32 レーザ入射部、 33 光学素
子下側ホルダ、 34 電気配線固定ホルダ、 35 電気
配線、 36 ケーブル、 37 抵抗変化型電熱ヒータ。Reference Signs List 1 optical element, 2 wire contact heater, 3 Peltier element, 4 incident laser light, 5 heater power supply, 6 electrical wiring, 7 KTP crystal (wavelength conversion crystal), 9 acousto-optical element, 10 damper, 11 transducer, 1
2, 13 Transducer electrode, 14 Acousto-optic element driver, 15 Electrical wiring, 16 Elastic wave, 17 Density change, 18 Heating wire, 19 Heat transfer material, 20 Insulation material, 28
Heater holder, 29 heating wire, 30 heating wire fixing holder, 31 connection wire, 32 laser incidence part, 33 optical element lower holder, 34 electrical wiring fixing holder, 35 electrical wiring, 36 cable, 37 resistance change type electric heater.
Claims (10)
学装置において、前記光学素子の面のうちレーザ光の通
過しない面にレーザ光の光軸と平行な方向に線状に加熱
する手段を設け、前記加熱手段の線幅をレーザ光のビー
ム直径より小さくすることを特徴とする光学素子温度分
布制御装置。1. An optical device having an optical element for controlling laser light, wherein a means for heating the surface of the optical element, through which laser light does not pass, in a direction parallel to the optical axis of the laser light is provided. An optical element temperature distribution control device, wherein the line width of the heating means is smaller than the beam diameter of the laser beam.
のうち、加熱手段を設けていない面に、冷却手段を設け
ることを特徴とする請求項１記載の光学素子温度分布制
御装置。2. The optical element temperature distribution control device according to claim 1, wherein a cooling unit is provided on a surface of the optical element through which laser light does not pass, on which no heating unit is provided.
項１または２記載の光学素子温度分布制御装置。3. The optical element temperature distribution control device according to claim 1, wherein the optical element is a wavelength conversion crystal.
光学素子である請求項１または２記載の光学素子温度分
布制御装置。4. The optical element temperature distribution control device according to claim 1, wherein the optical element is an electro-optical element or an acousto-optical element.
のヒータを用いたことを特徴とする請求項１または２記
載の光学素子温度分布制御装置。5. The optical element temperature distribution control device according to claim 1, wherein a wedge-shaped heater is used as said optical element heating means.
に密着させた電熱線を用いたことを特徴とする請求項１
または２記載の光学素子温度分布制御装置。6. The heating device according to claim 1, wherein a heating wire closely attached to the optical element is used as the optical element heating means.
Or the optical element temperature distribution control device according to 2.
段として用いる電熱線または前記電熱線と電熱線を接続
する接続線を固定する電熱配線固定ホルダを設けること
を特徴とする請求項６記載の光学素子温度分布制御装
置。7. An electric heating wire fixing holder for fixing an electric heating wire used as an optical element heating means or a connecting wire connecting the heating wire and the heating wire outside the optical element. Optical element temperature distribution control device.
の発熱量を、光学素子のレーザ光入射面近傍に比べてレ
ーザ光出射面近傍で小さくすることを特徴とする請求項
１記載の光学素子温度分布制御装置。8. The optical device according to claim 1, wherein the amount of heat generated per unit length of the optical element heating means is smaller in the vicinity of the laser light emitting surface of the optical element than in the vicinity of the laser light incident surface. Element temperature distribution control device.
線と光学素子を伝熱材料を介して接触させ、前記電熱線
と光学素子を断熱材料を用いて固定することを特徴とす
る請求項６記載の光学素子温度分布制御装置。9. The heating element used as the optical element heating means and the optical element are brought into contact with each other via a heat transfer material, and the heating element and the optical element are fixed using a heat insulating material. Optical element temperature distribution control device.
直な断面の形状が長方形であり、前記長方形の長い方の
辺に対応する一対の２面に光学素子加熱手段を設けるこ
とを特徴とする請求項１または２記載の光学素子温度分
布制御装置。10. The optical element has a rectangular cross section perpendicular to the laser light propagation direction, and a pair of two surfaces corresponding to longer sides of the rectangle are provided with optical element heating means. The optical element temperature distribution control device according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29095097A JPH11125800A (en) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | Optical element temperature distribution controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29095097A JPH11125800A (en) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | Optical element temperature distribution controller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11125800A true JPH11125800A (en) | 1999-05-11 |
Family
ID=17762589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29095097A Pending JPH11125800A (en) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | Optical element temperature distribution controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11125800A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7999998B2 (en) | 2006-10-27 | 2011-08-16 | Panasonic Corporation | Short wavelength light source and laser image forming apparatus |
| JP2013165143A (en) * | 2012-02-10 | 2013-08-22 | Shimadzu Corp | Solid-state laser device |
| CN112710404A (en) * | 2020-12-17 | 2021-04-27 | 电子科技大学 | Optical device surface temperature distribution detection method based on compressed sensing |
| WO2024106274A1 (en) * | 2022-11-17 | 2024-05-23 | 学校法人同志社 | Ultrasonic light deflector, endoscope device, and ultrasonic light deflection method |
-
1997
- 1997-10-23 JP JP29095097A patent/JPH11125800A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7999998B2 (en) | 2006-10-27 | 2011-08-16 | Panasonic Corporation | Short wavelength light source and laser image forming apparatus |
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| CN112710404B (en) * | 2020-12-17 | 2022-04-08 | 电子科技大学 | Optical device surface temperature distribution detection method based on compressed sensing |
| WO2024106274A1 (en) * | 2022-11-17 | 2024-05-23 | 学校法人同志社 | Ultrasonic light deflector, endoscope device, and ultrasonic light deflection method |
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