(57)【要約】【課題】簡単な構造で外部変調でき、低コストを実現ことができる外部変調レーザ装置を提供する。【解決手段】レーザ光を発振するレーザ発振器１，３ａと、焦電性結晶からなり、互いに対向する２つの面に電極を備えたエタロン６を有する外部変調器と、エタロンの電極に電圧を印加する電圧印加回路１４とを備え、外部変調器は、電圧印加回路の電圧がエタロンの電極に印加されることにより、エタロンの透過率曲線を変化させることによりレーザ光を外部変調する。【選択図】図１
2020030365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発振するレーザ発振器と、
焦電性結晶からなり、互いに対向する２つの面に電極を備えたエタロンを有する外部変調器と、
前記エタロンの前記電極に電圧を印加する電圧印加部と、
を備え、
前記外部変調器は、前記電圧印加部の電圧が前記エタロンの電極に印加されることにより、前記エタロンの透過率曲線を変化させることにより前記レーザ光を外部変調することを特徴とする外部変調レーザ装置。
【請求項２】
前記電圧印加部は、前記エタロンの波長が前記レーザ光の波長に一致するように初期電圧を決定し、前記初期電圧に対して電圧を変化させることにより前記エタロンの透過率曲線を変化させて、前記レーザ光の出力を制御することを特徴とする請求項１記載の外部変調レーザ装置。
【請求項３】
前記エタロンの温度を所定の温度に調整する温調部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の外部変調レーザ装置。
【請求項４】
前記エタロンは、ＭｇＳＬＴからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の外部変調レーザ装置。
【請求項５】
前記レーザ発振器と前記エタロンとの間に、前記エタロンからの反射光が前記レーザ発振器に戻らないようにするための光アイソレータを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の外部変調レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザ、半導体レーザモジュールに用いられる外部変調レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体レーザ又は半導体レーザを直接変調した場合には、変調により、レーザ光の波長が変化してしまうという問題があった。この問題を回避するために、レーザ発振器が連続駆動し、レーザ発振器から出射されるレーザ光を外部変調する外部変調器が用いられている。
【０００３】
外部変調器には、音響光学素子を用いた変調器、偏光方向を回転させる偏光面回転光スイッチを用いた変調器、マッハツェンダ変調器がある。
【０００４】
音響光学素子は、音響光学媒体に接着した圧電素子により音波を発生させて、音響光学媒体内に屈折率の周期的分布を生成する。音響光学素子によれば、超音波の変調により１次の回折光のパワーを変調することができる。
【０００５】
偏光面回転光スイッチは、焦電性結晶に電圧を印加することにより内部を伝搬する光の偏光の向きを回転させることができる。結晶の前後に偏光板を配置することにより、通過光のパワーを印加電圧に応じて調整することができる。
【０００６】
マッハツェンダ変調器は、焦電性結晶で作製され、途中で２つに分岐し再度１つになる導波路であり、分岐した部分に電圧を印加可能となっている。電圧を調整するとこにより、分岐した各々の光の間の位相差を調整することができ、再度、光が合成される際のパワーを位相差がもたらす干渉により調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−２８３６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、音響光学素子にあっては、圧電素子を結晶に貼り付ける必要があり、構造が複雑になる。偏光面回転光スイッチにあっては、偏光板が２枚必要であり、構造が複雑になる。マッハツェンダ変調器にあっては、導波路への加工が必要であり、また、導波路への光結合が必要である。
【０００９】
本発明の課題は、簡単な構造で外部変調でき、低コストを実現ことができる外部変調レーザ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る外部変調レーザ装置は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、焦電性結晶からなり、互いに対向する２つの面に電極を備えたエタロンを有する外部変調器と、前記エタロンの前記電極に電圧を印加する電圧印加部と、
を備え、前記外部変調器は、前記電圧印加部の電圧が前記エタロンの電極に印加されることにより、前記エタロンの透過率曲線を変化させることにより前記レーザ光を外部変調することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、焦電性結晶からなり、互いに対向する２つの面に電極を備えたエタロンを外部変調器として用いて、外部変調器は、電圧印加部の電圧がエタロンの電極に印加されることにより、エタロンの透過率曲線を変化させることによりレーザ光を外部変調する。
【００１２】
即ち、電極に電界を印加することにより、エタロンのモード波長が移動するため、レーザの反射率又は透過率が変化して光強度が変調できる。従って、簡単な構造で外部変調でき、低コストを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１の外部変調レーザ装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施例１の外部変調レーザ装置に設けられたエタロンを示す構成図である。
【図３】図２に示すエタロンの波長と透過率との関係を示し且つエタロンに電圧を印加し印加電圧を変化させたときの透過率ピークの波長変化を示す図である。
【図４】図２に示すエタロンの波長と透過率との関係及びエタロンに印加される電圧を変化させたときの透過率ピーク波長の変化を示す図である。
【図５】透過率ピーク波長とエタロンに印加される印加電圧との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例２の外部変調レーザ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の外部変調レーザ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１の外部変調レーザ装置を示す構成図である。図１に示す外部変調レーザ装置は、半導体レーザ１、集光レンズ２、レーザ結晶３、波長変換結晶４、コリメートレンズ５、エタロン６、ビームスプリッタ７、受光器８、制御回路１０、半導体レーザ駆動回路１１、第１温調部駆動回路１２、第２温調部駆動回路１３、電圧印加回路１４、第１温調部１５、第２温調部１６を備えている。
【００１６】
半導体レーザ１、集光レンズ２、レーザ結晶３、波長変換結晶４、コリメートレンズ５、エタロン６、ビームスプリッタ７は、光軸上に配置されている。
【００１７】
半導体レーザ１、レーザ結晶３及び波長変換結晶４は、本発明のレーザ光を発振するレーザ発振器を構成する。
【００１８】
半導体レーザ１は、約８０９ｎｍの波長を持つレーザ光を出射する。集光レンズ２は、半導体レーザ１からのレーザ光をレーザ結晶３に集光させる。
【００１９】
レーザ結晶３は、例えば、Ｎｄ：ｙＶＯ４からなり、半導体レーザ１からの約８０９ｎｍの波長を持つレーザ光により励起されて１０６４ｎｍの光を出射する。波長変換結晶４は、例えば、ＰＰＭｇＳＬＴからなる。レーザ結晶３と波長変換結晶４とがオプティカルコンタクトで接合されてマイクロレーザチップ３ａを構成し、１０６４ｎｍの光に対する共振器となる。
【００２０】
コリメートレンズ５は、波長変換結晶４からの５３２ｎｍの光をコリメートして、エタロン６に導光する。
【００２１】
エタロン６は、本発明の外部変調器に対応し、焦電性結晶で作製されている。焦電性結晶は、温度変化によって誘電体の分極が変化して表面の電荷量が変化する。
【００２２】
エタロン６は、図２に示すようにＭｇＳＬＴからなり、入射端面６ａ及び出射端面６ｂの反射率が９９％であり、二つの対向する反射面２０ａ，２０ｂの多重干渉を利用した波長フィルタである。エタロン６は、図３（ａ）に示すように、透過率ピークを有し、半値幅の狭い鋭い透過波形を有する。エタロン６は、光学端面（反射面２０ａ，２０ｂ）ではない互いに対向する２つの面に電極２１，２２が形成されている。
【００２３】
エタロン６は、電圧印加回路１４の電圧が電極２１，２２に印加されることにより、エタロン６の透過率曲線を変化させることによりコリメートレンズ５からのレーザ光を外部変調する。
【００２４】
ビームスプリッタ７は、エタロン６からの光を２分岐して２分岐された一方の光を受光器８に出力する。受光器８は、例えば、フォトダイオードからなり、ビームスプリッタ７からの一方の光を受光する。制御回路１０は、受光器８からの光に基づき半導体レーザ駆動回路１１、第１温調部駆動回路１２、第２温調部駆動回路１３、電圧印加回路１４を制御する。
【００２５】
半導体レーザ駆動回路１１は、制御回路１０からの制御信号に基づき半導体レーザ１を駆動する。第１温調部駆動回路１２は、制御回路１０からの制御信号に基づき第１温調部１５を駆動する。第２温調部駆動回路１３は、制御回路１０からの制御信号に基づき第２温調部１６を駆動する。
【００２６】
電圧印加回路１４は、本発明の電圧印加部に対応し、制御回路１０からの制御信号に基づきエタロン６に形成された電極２１，２２間に電圧を印加する。また、電圧印加回路１４は、エタロン６のモード波長がレーザ光の波長に一致するように初期電圧を決定し、初期電圧に対して電圧を変化させることによりエタロン６の透過率曲線を変化させて、レーザ光の出力を制御する。
【００２７】
第１温調部１５は、半導体レーザ１、集光レンズ２、レーザ結晶３、波長変換結晶４及びコリメートレンズ５の下部に配置され、半導体レーザ１、集光レンズ２、レーザ結晶３、波長変換結晶４及びコリメートレンズ５の温度を第１の所定の温度に調整する。
【００２８】
第２温調部１６は、本発明の温調部に対応し、エタロン６の温度を第２の所定の温度に調整する。
【００２９】
次に、このように構成された実施例１の外部変調レーザ装置の動作を説明する。まず、半導体レーザ１から出射されたレーザ光は、集光レンズ２によりレーザ結晶３に集光される。
【００３０】
レーザ結晶３は、例えば、Ｎｄ：ｙＶＯ４からなり、半導体レーザ１からの約８０９ｎｍの波長を持つレーザ光により励起されて１０６４ｎｍの光を出射する。波長変換結晶４は、例えば、ＰＰＭｇＳＬＴからなる。レーザ結晶３と波長変換結晶４とがオプティカルコンタクトで接合されてマイクロレーザチップ３ａを構成し、１０６４ｎｍの光に対する共振器となり、コリメートレンズ５を介してエタロン６に導光する。
【００３１】
エタロン６は、電圧印加回路１４の電圧が電極２１，２２に印加されることにより、エタロン６の透過率曲線を変化させることによりコリメートレンズ５からのレーザ光を外部変調する。
【００３２】
ｔはエタロン６の厚みとし、ｒは係数とすると、ｎは屈折率とするとき、屈折率の変化量Δｎは、式（１）のようになる。
Δｎ＝−ｒ３３ｎ３Ｖ／ｔ        …（１）
即ち、屈折率の変化量Δｎは、電圧Ｖによって変化する。このとき、エタロンの一つのモード（透過率ピーク）に注目すると、図３、図４、図５に示すように、電圧によってピーク波長が移動する。
【００３３】
図３（ａ）は、印加電界が０Ｖ／ｍにおける波長に対する透過率を示す。図３（ｂ）は、印加電界が１０００Ｖ／ｍにおける波長に対する透過率を示す。図３（ｃ）は、印加電界が２０００Ｖ／ｍにおける波長に対する透過率を示す。図３（ｄ）は、印加電界が３０００Ｖ／ｍにおける波長に対する透過率を示す。
【００３４】
図４（ａ）は、印加電界が４０００Ｖ／ｍにおける波長に対する透過率を示す。図４（ｂ）は、印加電界が５０００Ｖ／ｍにおける波長に対する透過率を示す。図４（ｃ）は、印加電界が６０００Ｖ／ｍにおける波長に対する透過率を示す。
【００３５】
図５は、透過率ピーク波長とエタロン６に印加される印加電圧との関係を示す図である。図５から、印加電圧の変化値に応じて、透過率ピーク波長が直線的に変化していることがわかる。
【００３６】
つまり、ある電圧Ｖで、例えば０Ｖでエタロン６の縦モードの波長とレーザ光の波長とが一致するようにしておけば、その零電圧から電圧を変化させることで、レーザ出力、即ち、エタロン６を透過するレーザ光のパワーを制御することができる。
【００３７】
図３、図４、図５では、エタロン６の波長が５３２ｎｍ付近のある１つの透過率ピークを追跡したが、実際には、レーザ発振器から出射されるレーザ光（エタロン６に入射する光）の波長に、エタロン６の一つの透過率ピーク波長をある電圧例えば０Ｖで合わせるように予めエタロン６の角度、温度を調整しておく必要がある。
【００３８】
さらに、エタロン６の波長がレーザ光の波長に一致するように初期電圧やエタロン６の長さＬを決定し、初期電圧に対して電圧を変化させることによりエタロン６の透過率曲線を変化させて、レーザ光の出力を制御することができる。
【００３９】
また、エタロン６からの反射光がレーザ発振器に戻らないようにエタロン６を傾けておくことにより、戻り光による半導体レーザ１の不安定発振をなくすことができる。
【００４０】
このように実施例１の外部変調レーザ装置によれば、焦電性結晶からなり、互いに対向する２つの面に電極を備えたエタロン６を外部変調器として用いて、外部変調器は、電圧印加部の電圧がエタロン６の電極２１，２２に印加されることにより、エタロン６の透過率曲線を変化させることによりレーザ光を外部変調する。
【００４１】
即ち、電極２１，２２に電界を印加することにより、エタロン６のモード波長が移動するため、レーザの反射率又は透過率が変化して光強度が変調できる。従って、簡単な構造で外部変調でき、低コストとなる。
【実施例２】
【００４２】
図６は、本発明の実施例２の外部変調レーザ装置を示す構成図である。図６に示す実施例２の外部変調レーザ装置は、レーザ発振器を構成する波長変換結晶４とエタロン６との間に、エタロン６からの反射光がレーザ発振器を構成する波長変換結晶４に戻らないようにするための光アイソレータ２３を備える。
【００４３】
実施例２の外部変調レーザ装置によれば、光アイソレータ２３を設けることにより、戻り光による半導体レーザ１の不安定発振をなくすことができる。
【００４４】
なお、本発明は、実施例１及び実施例２の外部変調レーザ装置に限定されるものではない。実施例１及び実施例２の外部変調レーザ装置では、エタロン６の透過光をレーザ出力として用いていたが、例えば、エタロン６からの反射光をレーザ出力として用いても良い。
【００４５】
また、レーザ発振器は、図１に示すようなマイクロレーザチップ３ａを用いる構成でなくてもよく、マイクロレーザチップ３ａを用いないレーザ励起固体レーザや、ガスレーザ、半導体レーザ等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、レーザ医療、レーザイメージングに利用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  半導体レーザ
２  集光レンズ
３  レーザ結晶
３ａ  マイクロレーザチップ
４  波長変換結晶
５  コリメートレンズ
６  エタロン
６ａ  入射端面
６ｂ  出射端面
７  ビームスプリッタ
８  受光器
１０  制御回路
１１  半導体レーザ駆動回路
１２  第１温調部駆動回路
１３  第２温調部駆動回路
１４  電圧印加回路
１５  第１温調部
１６  第２温調部
２１，２２  電極
２３  光アイソレータ
【図１】
2020030365.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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