(57)【要約】      （修正有）【課題】直線状キャビティを備える高仕事率多波長可視光のラマンレーザーを提供する。【解決手段】直線状キャビティ１１０は、第一方向及びそれと反対の第二方向を有する。直線状キャビティは、第一光学素子１３０と利得及びラマン媒質１２０と和周波結晶１４０と第一周波数倍増結晶１６０と第二光学素子１５０とを第一方向に沿って配置する。第一光学素子は、ポンプ光を第一方向に通過させる。利得及びラマン媒質は、ポンプ光を受光し第一波長を有する第一赤外ベースレーザー光及び第二波長を有する第二赤外ベースレーザー光を生成する。和周波結晶は、第一及び第二赤外ベースレーザー光を受光し第三波長を有する第一可視レーザー光を生成する。第一周波数倍増結晶は、第一赤外ベースレーザー光を受光し第四波長を有する第二可視レーザー光を生成する。第二光学素子は、第一可視レーザー光及び第二可視レーザー光を第一方向に沿って投射させる。【選択図】図２Ａ
2020188250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一方向及び第一方向と反対の第二方向を有する直線状キャビティを備える多波長レーザー装置であって、
前記直線状キャビティは、
前記第一方向に沿って入射するポンプ光を受光する第一光学素子と、
前記第一光学素子からの前記ポンプ光を受光し、第一波長を有する第一赤外ベースレーザー光及び第二波長を有する第二赤外ベースレーザー光を生成する利得及びラマン媒質と、
前記利得及びラマン媒質からの前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を受光し、第三波長を有する第一可視レーザー光を生成する和周波結晶と、
前記和周波結晶を通過する前記第一赤外ベースレーザー光を受光し、第四波長を有する第二可視レーザー光を生成する第一周波数倍増結晶と、
前記第一可視レーザー光及び前記第二可視レーザー光を前記第一方向に沿って投射させる第二光学素子と、を前記第一方向に沿って配置し、
前記第一光学素子は、前記第二方向において、前記第一波長及び前記第二波長を含む第一波帯に対して第一高反射率を有し、前記第三波長及び前記第四波長を含む第二波帯に対して第二高反射率を有し、
前記利得及びラマン媒質は、前記第二方向において、前記第一波帯に対して第一高透過率を有し、前記第二波帯に対して第三高反射率を有し、
前記第二光学素子は、前記第一方向において、前記第二波帯に対して第二高透過率を有し、前記第一波帯に対して第四高反射率を有することを特徴とする多波長レーザー装置。
【請求項２】
前記利得及びラマン媒質は、ネオジムドープバナジン酸塩を含み、前記第二赤外ベースレーザー光は、自己誘導ラマン散乱（Self-Stimulated Raman Scattering）によって生成されることを特徴とする請求項１に記載の多波長レーザー装置。
【請求項３】
前記和周波結晶及び前記第一周波数倍増結晶は、異なる切断角度の三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）結晶から形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の多波長レーザー装置。
【請求項４】
前記直線状キャビティは、前記利得及びラマン媒質と前記和周波結晶との間に配置される第二周波数倍増結晶を更に含み、
前記第二周波数倍増結晶は、前記第二赤外ベースレーザー光を受光し、第五波長を有する第三可視レーザー光を生成し、前記第二波帯は、第五波長を含むことを特徴とする請求項１に記載の多波長レーザー装置。
【請求項５】
高仕事率可視レーザー光を生成するための直線状キャビティであって、
前記直線状キャビティは、第一方向に沿って、前記第一方向に沿って入射するポンプ光を受光する第一光学素子と、
前記第一光学素子からの前記ポンプ光を受光し、第一波長を有する第一赤外ベースレーザー光及び第二波長を有する第二赤外ベースレーザー光を生成する利得及びラマン媒質と、
前記利得及びラマン媒質からの前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を受光し、第三波長を有する第一可視レーザー光を生成する第一三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）結晶と、
前記第一可視レーザー光を前記第一方向に沿って放出させる第二光学素子と、を含み、
前記第一方向と反対の第二方向に、前記第一光学素子は、前記第一波長及び前記第二波長を含む第一波帯に対して第一高反射率を有し、前記第三波長を含む第二波帯に対して第二高反射率を有し、
前記第二方向に、前記利得及びラマン媒質は、前記第一波帯に対して第一高透過率を有し、前記第二波帯に対して第三高反射率を有し、
前記第一方向に、前記第二光学素子は、前記第二波帯に対して第二高透過率を有し、前記第一波帯に対して第四高反射率を有することを特徴とする高仕事率可視レーザー光を生成するための直線状キャビティ。
【請求項６】
前記利得及びラマン媒質は、ネオジムドープバナジン酸塩を含み、前記第二赤外ベースレーザー光は、自己誘導ラマン散乱によって生成され、
前記直線状キャビティは、前記第一ＬＢＯ結晶と前記第二光学素子との間に配置される第二ＬＢＯ結晶を更に含み、
前記第二ＬＢＯ結晶は、前記第一ＬＢＯ結晶を通過する前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を受光し、第四波長を有する第二可視レーザー光を生成し、前記第二波帯は、第四波長を含むことを特徴とする請求項５に記載の高仕事率可視レーザー光を生成するための直線状キャビティ。
【請求項７】
前記第一波長は、前記第三波長の二倍である場合、前記第一ＬＢＯ結晶は、和周波結晶であり、前記第二ＬＢＯ結晶は、周波数倍増結晶であり、
前記第二波長は、前記第三波長の二倍である場合、前記第一ＬＢＯ結晶は、周波数倍増結晶であり、前記第二ＬＢＯ結晶は、和周波結晶であることを特徴とする請求項６に記載の高仕事率可視レーザー光を生成するための直線状キャビティ。
【請求項８】
前記直線状キャビティは、前記利得及びラマン媒質と前記第一ＬＢＯ結晶との間に配置される第三ＬＢＯ結晶を更に含み、
前記第三ＬＢＯ結晶は、前記第一ＬＢＯ結晶及び前記第二ＬＢＯ結晶を通過する前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を受光し、第五波長を有する第三可視レーザー光を生成し、前記第二波帯は、前記第五波長を含むことを特徴とする請求項５に記載の高仕事率可視レーザー光を生成するための直線状キャビティ。
【請求項９】
多波長可視レーザー光を生成するための方法であって、
前記多波長可視レーザー光は、第一波長を有する第一可視レーザー光及び第二波長を有する第二可視レーザー光を含み、
前記多波長可視レーザー光を生成するための方法は、
ポンプ光を通過させ、第一方向に沿って入射させる第一光学素子を提供する工程と、
第二光学素子を提供し、利得及びラマン媒質、第一三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）結晶及び第二ＬＢＯ結晶を、前記第一方向に沿って前記第一光学素子と前記第二光学素子との間に順次に配置する工程と、
前記利得及びラマン媒質によって前記ポンプ光を使用して、第三波長を有する第一赤外ベースレーザー光及び第四波長を有する第二赤外ベースレーザー光を生成する工程と、
前記第一ＬＢＯ結晶によって第一可視レーザー光を生成する工程と、
前記第二ＬＢＯ結晶によって第二可視レーザー光を生成する工程と、
前記第二光学素子を使用して、前記第一可視レーザー光及び前記第二可視レーザー光を前記第一方向に沿って放出させ、前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を前記第一方向と反対の第二方向に沿って反射させる工程と、
前記第一光学素子によって、前記第一可視レーザー光及び前記第二可視レーザー光並びに前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を反射させる工程と、
前記第二方向における前記利得及びラマン媒質の表面によって前記第一可視レーザー光及び前記第二可視レーザー光を反射させ、前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を容易に透過させる工程、を含む多波長可視レーザー光を生成するための方法。
【請求項１０】
前記第二赤外ベースレーザー光は、自己誘導ラマン散乱によって生成され、
前記第一ＬＢＯ結晶及び前記第二ＬＢＯ結晶の少なくとも一つは周波数倍増結晶であり、
前記多波長可視レーザー光を生成するための方法は、前記第一可視レーザー光及び前記第二可視レーザー光の仕事率を作動温度を制御することによって調整する工程、を更に含み、
前記作動温度は、１４〜２８℃の間であることを特徴とする請求項９に記載の多波長可視レーザー光を生成するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願と優先権主張の相互参照
本出願は、台湾経済部智慧財産局での２０１９年５月１６日に出願された特許出願第１０８１１６９６７号に基づく利益を主張し、その内容は参照することにより本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
本発明は、ラマンレーザー装置に関し、特に高仕事率及び多波長の可視光を生成するためのラマンレーザー装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
可視波長（約３９０〜７００ナノメートル）のレーザー光は実用的な価値が高く、現在、工業加工及び医療技術応用にも続々応用されている。可視波長のレーザー光を生成するための従来のレーザー装置１０を図１に示す。波長が８０８ナノメートルであるポンプ光Ｌｐｕｍｐは、図の最も左側のダイオードレーザー源1によって提供され、第一レンズ３を通過し、第一レンズ３と第二レンズ５によって形成される直線状キャビティに入る。前記キャビティには利得媒質７及び周波数倍増結晶９が順次配置される。利得媒質７中の物質は、入射ポンプ光Ｌｐｕｍｐを吸収し、エネルギーレベル変換によって波長が約１０６４ナノメートルの赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅを放出する。第一レンズ３及び第二レンズ５は、赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅに対して高反射性を有するため、第一レンズ３及び第二レンズ５によって形成される直線状キャビティ内で往復して反射される。例えば、右に向く第二レンズ５の表面に入射すると、第二レンズ５で反射されて反対方向を向く赤外ベースレーザー光Ｌ'ｂａｓｅとなり、周波数倍増結晶９及び利得媒質７を連続的に透過し、左に向く第一レンズ３の表面に入射すると、第一レンズ３によって反射され、右を向く赤外ベースレーザー光Ｌ''ｂａｓｅとなる。ポンプ光Ｌｐｕｍｐによって連続的に提供される光エネルギーの下で、利得媒質７は、赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅを連続的に生成し、直線状キャビティ内を往復し続けることができる。
【０００４】
周波数倍増結晶９は、約１０６４ナノメートルの波長を有する赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅを受光した後、周波数倍増によって５３２ナノメートルの波長を有する可視レーザー光Ｌ１を形成でき、可視レーザー光Ｌ１も直線状キャビティ内を往復することができる。しかし、第二レンズ５は、５３２ナノメートルの波長を有する可視レーザー光Ｌ１に対してより良好な透過性を有し、可視レーザー光Ｌ１の一部を通過させて放出させることができる。５３２ナノメートルの波長は、一般的に使用される可視光波長領域に属するため、高い応用価値がある。
【０００５】
しかし、上記の素子配置は、しばしば仕事率不足の問題を引き起こす。周波数倍増後の可視レーザー光Ｌ'１も左に向く利得媒質７に入射するため、利得媒質７の材料の一部が入射する可視レーザー光Ｌ'１を吸収し、入射するポンプ光Ｌｐｕｍｐを吸収し続けることはできなく、赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅを放出することはできない。即ち、左に向く入射する周波数倍増後の可視レーザー光Ｌ'１は、利得媒質７の機能を減衰させ、最終的にレーザー装置１０の仕事率が不足になり、ワットレベル出力を達成するのが困難になる。図１に示すレーザー装置１０は、出力仕事率を増加させるために、使用中に入射ポンプ光Ｌｐｕｍｐの仕事率を連続的に増加させる必要がある。そのような装置は効率が悪く、深刻なエネルギー損失を引き起こす。
【０００６】
また、周波数倍増後のレーザー光Ｌ'１によって引き起こされる利得媒質７の機能減衰を避けるために、キャビティの構造を変更しようと試みる人もいる。例えば、直線状キャビティを折線のような複雑な形状に変更する。しかし、光学素子を追加した後の光学損失は、当然避けるのが困難である。
【０００７】
医療手術などのいくつかの応用では、タイムリーなスイッチングを提供するために、二つ以上の波長の可視光レーザーが同時に必要とされることが多い。従来の方法は、異なるレーザー装置を選択して使用し、異なる波長のレーザー光を提供することであるため、レーザー装置の購入とスペースの要求は明らかに克服すべきコスト問題である。
【０００８】
従って、上記の装置の欠点をどのように避けるかは、解決すべき技術的な問題である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
二つ以上の可視光レーザーを同時に提供し、仕事率損失とコストを大幅に減少させることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、直線状キャビティを備える高仕事率多波長可視光のラマンレーザーを提案し、従来技術の欠点を効果的に克服でき、二つ以上の可視レーザーを同時に提供することができ、仕事率損失とコストを大幅に減少させることができる。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、直線状キャビティを備える多波長レーザー装置を提案する。前記直線状キャビティは、第一方向及び第一方向と反対の第二方向を有する。前記直線状キャビティは、第一光学素子と、利得及びラマン媒質と、和周波結晶と、第一周波数倍増結晶と、第二光学素子と、を前記第一方向に沿って配置する。前記第一光学素子は、ポンプ光を通過させ、第一方向に沿って入射させる。前記利得及びラマン媒質は、前記ポンプ光を受光し、第一波長を有する第一赤外ベースレーザー光及び第二波長を有する第二赤外ベースレーザー光を生成する。前記和周波結晶は、前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を受光し、第三波長を有する第一可視レーザー光を生成する。前記第一周波数倍増結晶は、前記第一赤外ベースレーザー光を受光し、第四波長を有する第二可視レーザー光を生成する。前記第二光学素子は、前記第一可視レーザー光及び前記第二可視レーザー光を前記第一方向に沿って投射させる。前記第一光学素子は、前記第二方向において、前記第一波長及び前記第二波長を含む第一波帯に対して第一高反射率を有し、前記第三波長及び前記第四波長を含む第二波帯に対して第二高反射率を有する。前記利得及びラマン媒質は、前記第二方向において、前記第一波帯に対して第一高透過率を有し、前記第二波帯に対して第三高反射率を有する。前記第二光学素子は、前記第一方向において、前記第二波帯に対して第二高透過率を有し、前記第一波帯に対して第四高反射率を有する。
【００１２】
本発明の別の実施形態によれば、高仕事率可視レーザー光を生成するための直線状キャビティを提案する。前記直線状キャビティは、第一方向に沿って、第一光学素子と、利得及びラマン媒質と、第一三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）結晶と、第二光学素子と、を含む。前記第一光学素子は、ポンプ光を通過させ、第一方向に沿って入射させる。前記利得及びラマン媒質は、前記ポンプ光を受光し、第一波長を有する第一赤外ベースレーザー光及び第二波長を有する第二赤外ベースレーザー光を生成する。前記第一ＬＢＯ結晶は、前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を受光し、第三波長を有する第一可視レーザー光を生成する。前記第二光学素子は、前記第一可視レーザー光を前記第一方向に沿って放出させる。前記第一方向と反対の第二方向に、前記第一光学素子は、前記第一波長及び前記第二波長を含む第一波帯に対して第一高反射率を有し、前記第三波長を含む第二波帯に対して第二高反射率を有する。前記第二方向に、前記利得及びラマン媒質は、前記第一波帯に対して第一高透過率を有し、前記第二波帯に対して第三高反射率を有する。前記第一方向に、前記第二光学素子は、前記第二波帯に対して第二高透過率を有し、前記第一波帯に対して第四高反射率を有する。
【００１３】
本発明の別の実施形態によれば、多波長可視レーザー光を生成するための方法を提案する。前記多波長可視レーザー光は、第一波長を有する第一可視レーザー光及び第二波長を有する第二可視レーザー光を含む。前記多波長可視レーザー光を生成するための方法は、（a）ポンプ光を通過させ、第一方向に沿って入射させる第一光学素子を提供する工程と、（b）第二光学素子を提供し、利得及びラマン媒質、第一ＬＢＯ結晶及び第二ＬＢＯ結晶を、前記第一方向に沿って前記第一光学素子と前記第二光学素子との間に順次に配置する工程と、（c）前記利得及びラマン媒質によって前記ポンプ光を使用して、第三波長を有する第一赤外ベースレーザー光及び第四波長を有する第二赤外ベースレーザー光を生成する工程と、（d）前記第一ＬＢＯ結晶によって第一可視レーザー光を生成する工程と、（e）前記第二ＬＢＯ結晶によって第二可視レーザー光を生成する工程と、（f）前記第二光学素子を使用して、前記第一可視レーザー光及び前記第二可視レーザー光を前記第一方向に沿って放出させ、前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を前記第一方向と反対の第二方向に沿って反射させる工程と、（g）前記第一光学素子によって、前記第一可視レーザー光及び前記第二可視レーザー光並びに前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を反射させる工程と、（h）前記第二方向における前記利得及びラマン媒質の表面によって前記第一可視レーザー光及び前記第二可視レーザー光を反射させ、前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を容易に透過させる工程と、を含む。
【００１４】
本発明により提案される高仕事率多波長可視光のラマンレーザーは、医療手術又は工業生産での使用に適しており、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
当業者にとって、以下の詳細な説明と添付の図面を参照した後には、本発明の目的及び利点がより容易に明らかとなる。
【図１】可視波長レーザー光を生成するための従来のレーザー装置の概略図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係る高仕事率多波長可視光のラマンレーザーの概略図である。
【図２Ｂ−２Ｅ】本発明の別の実施形態に係る高仕事率多波長可視光のラマンレーザーの概略図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係る高仕事率多波長可視光のラマンレーザーの概略図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係る高仕事率多波長可視光のラマンレーザーの概略図である
【図５】本発明の更に別の実施形態に係る高仕事率多波長可視光のラマンレーザーの概略図である。
【図６】本発明の実施形態に係るレーザー装置が異なる作動温度による出力仕事率を示す概略図である。
【図７】本発明の実施形態に係るレーザー装置の入力及び出力仕事率を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明を実施例に基づいて詳述するが、あくまでも例示であって、本発明の範囲はこれらの実施形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載されており、さらに特許請求の範囲の記載と均等な意味及び範囲内での全ての変更を含んでいる。
【００１７】
図２Ａは、本発明の実施形態に係る高仕事率多波長可視光のラマンレーザーを示す概略図である。本発明は、ラマン効果により生成し、直線状キャビティ内を往復する別の波長の赤外ベースレーザー光を利用して、異なる波長の可視レーザー光を発生させる。図２Ａ〜図２Ｄ及び図３〜図５の実施形態において、二つの異なる波長の赤外ベースレーザー光が、利得媒質の自己誘導ラマン現象によって共振キャビティ内で同時に生成される。図２Ｅの実施形態において、二つの異なる波長の赤外ベースレーザー光が、それぞれ利得媒質及びラマン媒質によって生成される。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、必要に応じて適切な素子配置を選択することができる。
【００１８】
図２Ａに示すように、本発明の高仕事率多波長可視光のラマンレーザー１００は、第一方向及び第一方向と反対の第二方向を有する直線状キャビティ１１０を含む。直線状キャビティ１１０は、第一光学素子１３０と、利得及びラマン媒質１２０と、和周波結晶１４０と、第一周波数倍増結晶１６０と、第二光学素子１５０と、を前記第一方向に沿って配置する。
【００１９】
一実施形態によれば、第一光学素子１３０は、レンズ１３３上に光学フィルム１３１を配置する組み合わせであってもよい。第一光学素子１３０は、前記第一方向において、ダイオードレーザー源1から前記第一方向に沿って入射するポンプ光Ｌｐｕｍｐ（波長は８０８ナノメートル）に対して高透過率（反射率は０．２％未満）を有し、ポンプ光を通過させ、第一方向に沿って入射させるのに適する。利得及びラマン媒質１２０は、第一光学素子１３０からのポンプ光Ｌｐｕｍｐを受光し、第一波長を有する第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１及び第二波長を有する第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２を生成する。例えば、ダイオードレーザー源は、波長が８０８ナノメートルの入射するポンプ光Ｌｐｕｍｐを提供する。利得及びラマン媒質１２０は、ネオジムドープバナジン酸塩（例えば、ネオジムをドープしたバナジン酸イットリウムＮｄ：ＹＶＯ４）を含む。ドープされた物質を介してポンプ光Ｌｐｕｍｐエネルギーを吸収し、約１０６４ナノメートルの波長を有する第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１に変換できることに加えて、直線状キャビティ１１０の第一光学素子１３０及び第二光学素子１５０は、第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１に対して反射率が９９．８％以上に達する場合、即ち、第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１が直線状キャビティ１１０内に効果的にロックされて定在波を形成できる場合、利得及びラマン媒質１２０はまた、自己誘導ラマン散乱（Self-Stimulated Raman Scattering）によって約１１７６の波長を有する第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２を生成することができる。直線状キャビティ１１０内に存在する二つのベースレーザー光は、異なる可視波長のレーザー光を形成するための工具として使用できる。別の観点から、第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１及び第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２は直線状キャビティ１１０内で往復して反射されること及び第一光学素子１３０と第二光学素子１５０との間の距離により、これら二つのベースレーザー光は、定在波を形成し、一定の仕事率を維持する。
【００２０】
図２Ａに示すように、和周波結晶１４０は、特別な切断角度の三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）結晶から形成されてもよく、利得及びラマン媒質１２０からの第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１及び第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２を受光し、第三波長を有する第一可視レーザー光Ｌ１を生成する。前の段落で説明した実施形態を例にとると、第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１及び第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２の波長がそれぞれ１０６４及び１１７６ｎｍである場合、和周波後に和周波結晶１４０によって生成される第一可視レーザー光Ｌ１は約５５９ｎｍの波長を有する。
【００２１】
第一周波数倍増結晶１６０は、和周波結晶１４０とは異なる特別な切断角度で形成された三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）結晶であり、和周波結晶１４０を通過する第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１を受光し、第四波長を有する第二可視レーザー光Ｌ２を生成する。上記の例をとると、第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１の波長が約１０６４ｎｍである場合、第一周波数倍増結晶１６０による周波数倍増後に生成される第二可視レーザー光Ｌ２は約５３２ｎｍの波長を有する。本発明の一実施形態によれば、第二光学素子１５０はレンズであり、第一方向に面する表面上に光学フィルムを有し、第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１及び第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２の波長範囲（例えば、１０８０〜１１８０ｎｍ）に対して最大９９.８％の高反射率に達するだけでなく、同時に、第一可視レーザー光Ｌ１及び第二可視レーザー光Ｌ２の波長範囲（例えば、５３０〜５９０ｎｍ）に対して０．３％未満の低反射率又は高透過率を有するため、第一可視レーザー光Ｌ１及び第二可視レーザー光Ｌ２は第一方向に沿って放出させる。５３２及び５５９ナノメートルの波長のレーザー光は、可視範囲の異なる色光であり、医療用途（例えば、網膜光凝固手術）で重要な価値がある。本発明の高仕事率レーザーキャビティ１１０は、二つ以上の可視レーザー光を同時に提供することができ、これは重要なブレークスルーである。
【００２２】
図２Ａに示す実施形態によれば、本発明は、第一可視レーザー光Ｌ１及び第二可視レーザー光Ｌ２が前記第二方向から利得及びラマン媒質１２０に入るのを防ぐために、前記第二方向に向く利得及びラマン媒質１２０の表面に光学フィルム１２１が配置され、利得及びラマン媒質１２０は、前記第二方向において、第一可視レーザー光Ｌ１及び第二可視レーザー光Ｌ２の波長をカバーする波帯（例えば、５３０〜５９０ｎｍ）に対して高反射率（例えば、９５％以上の反射率）を有させる。同時に、利得及びラマン媒質は、前記第二方向において、第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１及び第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２の波長をカバーする波帯（例えば、１０６０〜１１８０ｎｍ）に対して高透過率（例えば、０.３％以下の反射率）を有させる。このように、第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１は、利得及びラマン媒質１２０を介して自己誘導ラマン散乱を引き起こし続け、約１１７６の波長を有する第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２を生成することができ、第一可視レーザー光Ｌ１及び第二可視レーザー光Ｌ２は反射され、前記第一方向に伝送する。本発明の配置によれば、利得及びラマン媒質１２０は、第一可視レーザー光Ｌ１及び第二可視レーザー光Ｌ２の影響を受けないため、キャビティ１１０の仕事率をより良好な状態に維持することができる。
【００２３】
図２Ｂ〜２Ｅは、図２Ａと類似の本発明の異なる実施形態に係る高仕事率多波長可視光のラマンレーザーを示す概略図である。ラマンレーザー１００は、第一方向及び第一方向と反対の第二方向を有する直線状キャビティ１１０を含む。直線状キャビティ１１０は、第一光学素子１３０と、利得及びラマン媒質１２０と、和周波結晶１４０と、第一周波数倍増結晶１６０と、第二光学素子１５０と、を前記第一方向に沿って配置する。違いは、第一光学素子１３０と利得及びラマン媒質１２０が、わずかに変更されるさまざまな素子配置で実現されることである。
【００２４】
図２Ｂに示される実施形態において、第一光学素子１３０は、前記第一方向に面する利得及びラマン媒質１２０の表面上に光学フィルムの形態で配置されるため、図２Ａのレンズ１３３を省略することができる。素子の数量を減らす結果として、直線状キャビティ１１０内の光路損失を更に減らすことができる。
【００２５】
図２Ｃに示す実施形態において、第一光学素子１３０の配置は、図２Ａに示す第一光学素子１３０の配置と同じである。前記第二方向から利得及びラマン媒質１２０に入る光線をフィルタリングするための光学フィルム１２１は、光学フィルムなしの利得及びラマン媒質１２５及び和周波結晶１４０の間に位置するレンズ１２３上に配置される。図の素子１２１、１２３、及び１２５の組み合わせは、利得及びラマン媒質１２０に成る。このような素子配置において、各光学フィルム１３１/１２１/１５１は単独のレンズに配置されるため、光学フィルムは必要に応じていつでも更換でき、直線状キャビティ１１０の素子配置に高い柔軟性を有させる。
【００２６】
図２Ｄに示す実施形態において、第一光学素子１３０は、前記第一方向に面する利得及びラマン媒質１２０の表面上に光学フィルムの形態で配置される。
【００２７】
図２Ｅに示す実施形態において、利得及びラマン媒質１２０の機能は、利得媒質１２９、ラマンマン媒質１２７、及び光学フィルム１２１の組み合わせによって実現され得る。利得媒質１２９は、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）結晶であってもよく、波長が８０８ナノメートルのポンプ光Ｌｐｕｍｐを、波長が約１０６４ナノメートルの第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１に変換できる。ラマンマン媒質１２７は、ネオジムドープバナジン酸塩（例えば、ネオジムをドープしたバナジン酸イットリウムＮｄ：ＹＶＯ４）を含み、波長が約１０６４ナノメートルの第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１によって励起され、ラマン散乱を生成し、約１１７６の波長を有する第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２を生成する。
【００２８】
図３は、本発明の別の実施形態に係る高仕事率多波長可視光のラマンレーザーを示す概略図である。図３に示すように、本発明の高仕事率多波長可視光のラマンレーザー２００は、第一方向及び第一方向と反対の第二方向を有する直線状キャビティ２１０を含む。直線状キャビティ２１０は、第一光学素子１３０と、利得及びラマン媒質１２０と、第二周波数倍増結晶１８０と、和周波結晶１４０と、第二光学素子１５０と、を前記第一方向に沿って配置する。
【００２９】
第二周波数倍増結晶１８０は、和周波結晶１４０及び第一周波数倍増結晶１６０とは異なる特別な切断角度で形成された三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）結晶であり、利得及びラマン媒質１２０からの第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２を受光し、周波数倍増により第五波長を有する第三可視レーザー光Ｌ３を生成する。上記の例をとると、第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２の波長が約１１７６ｎｍである場合、第三可視レーザー光Ｌ３の波長は約５８８ｎｍであり、第一可視レーザー光Ｌ１及び第二可視レーザー光Ｌ２の波長をカバーする波帯範囲（例えば、５３０〜５９０ｎｍ）内にある。和周波結晶１４０の特性及び機能は、前の実施形態で説明した内容と同じであり、ここでは繰り返し説明しない。
【００３０】
ラマン散乱によって生成される第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２の強度は、第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１の強度よりもはるかに低いため、生成される二つ以上の可視レーザー光に類似の仕事率を持たせて応用のニーズを満たすために、本発明の直線状キャビティは、二つの基本レーザー光の強度を考慮し、異なる三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）結晶に対して前記第一方向に沿って適切な前後位置を選択する必要がある。図２Ａ〜２Ｅの実施形態において、和周波結晶１４０は、比較的弱い第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２が和周波結晶１４０に直接入り、和周波後に第一可視レーザー光Ｌ１を生成できるように、第一周波数倍増結晶１６０の前に配置する必要がある。和周波結晶１４０を通過する第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１は部分的に吸収されるが、残りのレーザー光強度は、第一周波数倍増結晶１６０が十分な仕事率を有する第二可視レーザー光Ｌ２を生成することができる。対照的に、図３の実施形態では、比較的弱い第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２が第二周波数倍増結晶１８０に直接入射できるように、第二周波数倍増結晶１８０の後に和周波結晶１４０を配置する必要がある。
【００３１】
図４は、本発明の別の実施形態に係る高仕事率多波長可視光のラマンレーザー３００の概略図である。同じ概念に従って、当業者は、第四波長を有する第二可視レーザー光Ｌ２及び第五波長を有する第三可視レーザー光Ｌ３が必要な場合、直線状キャビティ３１０において、第二周波数倍増結晶１８０は、第一周波数倍増結晶１６０の前に配置してもよいことを理解できる。
【００３２】
図５は、本発明の別の実施形態に係る高仕事率多波長可視光のラマンレーザー４００の概略図である。図５に示すように、本発明の高仕事率多波長可視光のラマンレーザー４００は、第一方向及び第一方向と反対の第二方向を有する直線状キャビティ４１０を含む。直線状キャビティ４１０は、第一光学素子１３０と、利得及びラマン媒質１２０と、第二周波数倍増結晶１８０と、和周波結晶１４０と、第一周波数倍増結晶１６０と、第二光学素子１５０と、を前記第一方向に沿って配置する。各素子の技術的特徴は、前の段落で説明したものと同じであり、ここでは繰り返し説明しない。三つの異なる波長の可視レーザー光Ｌ１/Ｌ２/Ｌ３を同時に得るために、三つの周波数変調結晶、即ち第二周波数倍増結晶１８０、和周波結晶１４０、及び第一周波数倍増結晶１６０を直線状キャビティ内に順次に配置してもよい。利得及びラマン媒質１２０によって生成される第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１及び第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２が第一光学素子１３０と第二光学素子１５０との間で連続的に往復する状態では、それぞれ周波数倍増又は和周波の機能によって第一/第二/第三可視レーザー光Ｌ１/Ｌ２/Ｌ３を生成する。
【００３３】
上述したように、本発明の別の観点によれば、高仕事率レーザーを生成するための直線状キャビティを提案する。前記直線状キャビティは、第一方向に沿って、ポンプ光Ｌｐｕｍｐを通過させ、第一方向に沿って入射させる第一光学素子１３０と、前記第一光学素子から１３０のポンプ光Ｌｐｕｍｐを受光し、第一波長を有する第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１及び第二波長を有する第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２を生成する利得及びラマン媒質１２０と、第一赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ１及び前記第二赤外ベースレーザー光Ｌｂａｓｅ２を受光し、第三波長を有する第一可視レーザー光Ｌ１を生成する第一ＬＢＯ結晶と、第一可視レーザー光Ｌ１を前記第一方向に沿って放出させる第二光学素子１５０と、を含む。前記第一方向と反対の第二方向に、第一光学素子１３０は、前記第一波長及び前記第二波長を含む第一波帯に対して第一高反射率を有し、前記第三波長を含む第二波帯に対して第二高反射率を有し、前記第二方向に、利得及びラマン媒質１２０は、前記第一波帯に対して第一高透過率を有し、前記第二波帯に対して第三高反射率を有し、前記第一方向に、第二光学素子１５０は、前記第二波帯に対して第二高透過率を有し、前記第一波帯に対して第四高反射率を有する。本発明の直線状キャビティは、高仕事率レーザー光を生成することができ、上記の第一可視レーザー光Ｌ１は一例であり、和周波結晶１４０として前述の実施形態のＬＢＯ結晶を用いるため、和周波後の第一可視レーザー光Ｌ１を得ることができる。ユーザーは、必要に応じて、異なるＬＢＯ結晶を周波数倍増結晶として個別に配置して、異なる波長の可視レーザー光を得り、または、複数のＬＢＯ結晶が利得及びラマン媒質１２０と第二光学素子１５０との間に直線状キャビティの前記第一方向に沿って同時に配置され、異なる波長の複数の可視レーザー光を同時に得る。
【００３４】
図６は、図２Ａの実施形態に係るレーザー装置が異なる作動温度による出力仕事率の概略図を示す。図６に示すデータから、室温が摂氏１４〜２８度の範囲にある場合、レーザー装置によって生成される二つの異なる波長の可視レーザー光強度は、ワット（Ｗａｔｔ）レベルの仕事率に維持され、産業のニーズを完全に満たすことができる。作動温度が摂氏約２０度の場合、波長が５３２ナノメートルの可視レーザー光は最高出力仕事率に達し、波長が５５９ナノメートルの可視レーザー光は最低出力仕事率になる。作動温度が摂氏約１６及び２３度の場合、二つの異なる波長の可視レーザー光の出力仕事率は約４ワットである。特に、図６に示すテストデータは、３１.６ワットのレーザー光がポンプ光Ｌｐｕｍｐとして使用される。
【００３５】
前記データによると、本発明により提案されるレーザー装置は、約３０ワットのポンプ光の入力で同時に数ワットの出力仕事率の多波長可視レーザー光を提供できることを示す。異なるＬＢＯ結晶によって生成される可視レーザー仕事率は異なる温度で変化するため、本発明の一実施形態によれば、作動温度を制御することにより、第一可視レーザー光及び第二可視レーザー光の出力仕事率を調整することができる。例えば、二つの仕事率を近づける必要がある場合、作動温度は摂氏１６又は２３度前後に制御する。波長が５３２ナノメートルのレーザー光の仕事率を波長が５５９ナノメートルのレーザー光の仕事率よりも高くする必要がある場合、動作温度を摂氏１６又は２３度、好ましくは約摂氏２０度に制御してもよい。
【００３６】
図７は、室温が摂氏２３度の時の図２Ａの実施形態に係るレーザー装置の入力及び出力仕事率の概略図である。入射ポンプ光の出力が１０ワットを超えると、合計出力仕事率がワットのレベルに達す。入射ポンプ光の仕事率が３２ワットに近づくと、波長が５３２ナノメートルの可視レーザー光と波長が５５９ナノメートルの可視レーザー光の出力仕事率は両方とも４ワットに達し、合計出力仕事率は８ワットに達す。
【００３７】
上記の実施形態により、本発明により提案される高仕事率多波長可視光のラマンレーザーは、同じ配置で直線状共振キャビティを使用し、必要に応じて異なる配置を用意し、異なる波長の高仕事率可視レーザー光を得ることができ、大きな技術革新であると言える。
【００３８】
実施例
１、第一方向及び第一方向と反対の第二方向を有する直線状キャビティを備える多波長レーザー装置であって、
前記直線状キャビティは、
前記第一方向に沿って入射するポンプ光を受光する第一光学素子と、
前記第一光学素子からの前記ポンプ光を受光し、第一波長を有する第一赤外ベースレーザー光及び第二波長を有する第二赤外ベースレーザー光を生成する利得及びラマン媒質と、
前記利得及びラマン媒質からの前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を受光し、第三波長を有する第一可視レーザー光を生成する和周波結晶と、
前記和周波結晶を通過する前記第一赤外ベースレーザー光を受光し、第四波長を有する第二可視レーザー光を生成する第一周波数倍増結晶と、
前記第一可視レーザー光及び前記第二可視レーザー光を前記第一方向に沿って投射させる第二光学素子と、を前記第一方向に沿って配置し、
前記第一光学素子は、前記第二方向において、前記第一波長及び前記第二波長を含む第一波帯に対して第一高反射率を有し、前記第三波長及び前記第四波長を含む第二波帯に対して第二高反射率を有し、
前記利得及びラマン媒質は、前記第二方向において、前記第一波帯に対して第一高透過率を有し、前記第二波帯に対して第三高反射率を有し、
前記第二光学素子は、前記第一方向において、前記第二波帯に対して第二高透過率を有し、前記第一波帯に対して第四高反射率を有することを特徴とする多波長レーザー装置。
２、実施例１に記載の多波長レーザー装置において、前記利得及びラマン媒質は、ネオジムドープバナジン酸塩を含み、前記第二赤外ベースレーザー光は、自己誘導ラマン散乱（Self-Stimulated Raman Scattering）によって生成されることを特徴とする。
３、実施例１〜２に記載の多波長レーザー装置において、前記和周波結晶及び前記第一周波数倍増結晶は、異なる切断角度の三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）結晶から形成されることを特徴とする。
４、実施例１〜３に記載の多波長レーザー装置において、前記直線状キャビティは、前記利得及びラマン媒質と前記和周波結晶との間に配置される第二周波数倍増結晶を更に含み、
前記第二周波数倍増結晶は、前記第二赤外ベースレーザー光を受光し、第五波長を有する第三可視レーザー光を生成し、前記第二波帯は、第五波長を含むことを特徴とする。
５、高仕事率可視レーザー光を生成するための直線状キャビティであって、
前記直線状キャビティは、第一方向に沿って、前記第一方向に沿って入射するポンプ光を受光する第一光学素子と、
前記第一光学素子からの前記ポンプ光を受光し、第一波長を有する第一赤外ベースレーザー光及び第二波長を有する第二赤外ベースレーザー光を生成する利得及びラマン媒質と、
前記利得及びラマン媒質からの前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を受光し、第三波長を有する第一可視レーザー光を生成する第一三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）結晶と、
前記第一可視レーザー光を前記第一方向に沿って放出させる第二光学素子と、を含み、
前記第一方向と反対の第二方向に、前記第一光学素子は、前記第一波長及び前記第二波長を含む第一波帯に対して第一高反射率を有し、前記第三波長を含む第二波帯に対して第二高反射率を有し、
前記第二方向に、前記利得及びラマン媒質は、前記第一波帯に対して第一高透過率を有し、前記第二波帯に対して第三高反射率を有し、
前記第一方向に、前記第二光学素子は、前記第二波帯に対して第二高透過率を有し、前記第一波帯に対して第四高反射率を有することを特徴とする高仕事率可視レーザー光を生成するための直線状キャビティ。
６、実施例５に記載の高仕事率可視レーザー光を生成するための直線状キャビティにおいて、前記利得及びラマン媒質は、ネオジムドープバナジン酸塩を含み、前記第二赤外ベースレーザー光は、自己誘導ラマン散乱によって生成され、
前記直線状キャビティは、前記第一ＬＢＯ結晶と前記第二光学素子との間に配置される第二ＬＢＯ結晶を更に含み、
前記第二ＬＢＯ結晶は、前記第一ＬＢＯ結晶を通過する前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を受光し、第四波長を有する第二可視レーザー光を生成し、前記第二波帯は、第四波長を含むことを特徴とする。
７、実施例５〜６に記載の高仕事率可視レーザー光を生成するための直線状キャビティにおいて、前記第一波長は、前記第三波長の二倍である場合、前記第一ＬＢＯ結晶は、和周波結晶であり、前記第二ＬＢＯ結晶は、周波数倍増結晶であり、
前記第二波長は、前記第三波長の二倍である場合、前記第一ＬＢＯ結晶は、周波数倍増結晶であり、前記第二ＬＢＯ結晶は、和周波結晶であることを特徴とする。
８、実施例５〜７に記載の高仕事率可視レーザー光を生成するための直線状キャビティにおいて、前記直線状キャビティは、前記利得及びラマン媒質と前記第一ＬＢＯ結晶との間に配置される第三ＬＢＯ結晶を更に含み、
前記第三ＬＢＯ結晶は、前記第一ＬＢＯ結晶及び前記第二ＬＢＯ結晶を通過する前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を受光し、第五波長を有する第三可視レーザー光を生成し、前記第二波帯は、前記第五波長を含むことを特徴とする。
９、多波長可視レーザー光を生成するための方法であって、
前記多波長可視レーザー光は、第一波長を有する第一可視レーザー光及び第二波長を有する第二可視レーザー光を含み、
前記多波長可視レーザー光を生成するための方法は、
ポンプ光を通過させ、第一方向に沿って入射させる第一光学素子を提供する工程と、
第二光学素子を提供し、利得及びラマン媒質、第一三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）結晶及び第二ＬＢＯ結晶を、前記第一方向に沿って前記第一光学素子と前記第二光学素子との間に順次に配置する工程と、
前記利得及びラマン媒質によって前記ポンプ光を使用して、第三波長を有する第一赤外ベースレーザー光及び第四波長を有する第二赤外ベースレーザー光を生成する工程と、
前記第一ＬＢＯ結晶によって第一可視レーザー光を生成する工程と、
前記第二ＬＢＯ結晶によって第二可視レーザー光を生成する工程と、
前記第二光学素子を使用して、前記第一可視レーザー光及び前記第二可視レーザー光を前記第一方向に沿って放出させ、前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を前記第一方向と反対の第二方向に沿って反射させる工程と、
前記第一光学素子によって、前記第一可視レーザー光及び前記第二可視レーザー光並びに前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を反射させる工程と、
前記第二方向における前記利得及びラマン媒質の表面によって前記第一可視レーザー光及び前記第二可視レーザー光を反射させ、前記第一赤外ベースレーザー光及び前記第二赤外ベースレーザー光を容易に透過させる工程と、を含む多波長可視レーザー光を生成するための方法。
１０、実施例９に記載の多波長可視レーザー光を生成するための方法において、前記第二赤外ベースレーザー光は、自己誘導ラマン散乱によって生成され、
前記第一ＬＢＯ結晶及び前記第二ＬＢＯ結晶の少なくとも一つは周波数倍増結晶であり、
前記多波長可視レーザー光を生成するための方法は、前記第一可視レーザー光及び前記第二可視レーザー光の仕事率を作動温度を制御することによって調整する工程と、を更に含み、
前記作動温度は、１４〜２８℃の間であることを特徴とする。
【符号の説明】
【００３９】
１  ダイオードレーザー源
３  第一レンズ
５  第二レンズ
７  利得媒質
９  周波数倍増結晶
１０  レーザー装置
１００/２００/３００/４００  ラマンレーザー
１１０/２１０/３１０/４１０  キャビティ
１２０  利得及びラマン媒質
１２１/１３１/１５１  光学フィルム
１２３/１３３  レンズ
１２５  光学フィルムなしの利得及びラマン媒質
１２７  ラマンマン媒質
１２９  利得媒質
１３０  第一光学素子
１４０  和周波結晶
１５０  第二光学素子
１６０  第一周波数倍増結晶
１８０  第二周波数倍増結晶
Ｌ１/Ｌ'１/Ｌ２/Ｌ３  可視レーザー光
Ｌｂａｓｅ/Ｌ'ｂａｓｅ/Ｌ''ｂａｓｅ/Ｌｂａｓｅ１/Ｌｂａｓｅ２  赤外ベースレーザー光
Ｌｐｕｍｐ  ポンプ光
【図１】
2020188250.tif 000003
【図２Ａ】
2020188250.tif 000004
【図２Ｂ】
2020188250.tif 000005
【図２Ｃ】
2020188250.tif 000006
【図２Ｄ】
2020188250.tif 000007
【図２Ｅ】
2020188250.tif 000008
【図３】
2020188250.tif 000009
【図４】
2020188250.tif 000010
【図５】
2020188250.tif 000011
【図６】
2020188250.tif 000012
【図７】
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