(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射手段と、
出力手段と、
前記反射手段と前記出力手段の間の光路に配置された利得部材と、
前記光路上に配置され、前記利得部材が発する光束を波長に応じて分散させる波長分散機構と、
前記光路に対して移動可能な、前記利得部材が発する光束の進行方向を変化させるウェッジプリズムを備え、前記ウェッジプリズムの位置に応じて、前記利得部材が発する光束のうち前記出力手段から出力される光束の波長を選択する波長選択機構と、
を有し、
前記ウェッジプリズムが前記光路外の位置にあるときに出力される光束のスペクトル中心となる波長をλ１、前記ウェッジプリズムが前記光路上の位置にあるときに出力される光束のスペクトル中心となる波長をλ２、前記波長分散機構による波長λ１と波長λ２の分離角をδθ、前記ウェッジプリズムの屈折率をｎとするとき、前記ウェッジプリズムのウェッジ角θｗは、ｓｉｎ(δθ＋θｗ)＝ｎ×ｓｉｎ(θｗ)の関係を満たし、
前記ウェッジプリズムは、前記ウェッジプリズムと前記光路とが垂直になるように、前記光路上の位置に移動されるものであり、
前記波長λ１と前記波長λ２は、７００ｎｍないし８００ｎｍから選択された異なる２つの波長であり、
前記ウェッジプリズムのウェッジ角θｗは、０°＜θｗ≦２．８８°の関係を満たす
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
反射手段と、
出力手段と、
前記反射手段と前記出力手段の間の光路に配置された利得部材と、
前記光路上に配置され、前記利得部材が発する光束を波長に応じて分散させる波長分散機構と、
前記光路に対して移動可能な、前記利得部材が発する光束の進行方向を変化させるウェッジプリズムを備え、前記ウェッジプリズムの位置に応じて、前記利得部材が発する光束のうち前記出力手段から出力される光束の波長を選択する波長選択機構と、
を有し、
前記ウェッジプリズムが前記光路外の位置にあるときに出力される光束のスペクトル中心となる波長をλ１、前記ウェッジプリズムが前記光路上の位置にあるときに出力される光束のスペクトル中心となる波長をλ２、前記波長分散機構による波長λ１と波長λ２の分離角をδθ、前記ウェッジプリズムの屈折率をｎ、前記ウェッジプリズムのブリュースタ角をθｂとするとき、前記ウェッジプリズムのウェッジ角θｗは、ｓｉｎ(δθ＋θｗ＋θｂ)＝ｎ×ｓｉｎ(ａｒｃｓｉｎ(ｓｉｎ(θｂ)／ｎ)＋θｗ)の関係を満たし、
前記ウェッジプリズムは、前記ウェッジプリズムと前記光路との角度がθｂとなるように、前記光路上の位置に移動されるものであり、
前記波長λ１と前記波長λ２は、７００ｎｍないし８００ｎｍから選択された異なる２つの波長であり、
前記ウェッジプリズムのウェッジ角θｗは、０°＜θｗ≦１．２０°の関係を満たす
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項３】
前記波長選択機構は、前記ウェッジプリズムを前記光路外の位置と前記光路上の位置との間で移動させる
ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記波長選択機構は、前記ウェッジプリズムを前記光路外の位置と、前記光路上の位置でかつ前記波長分散機構と前記反射手段との間の位置と、で移動させる
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記ウェッジプリズムの片面が、円筒の一部で構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記波長分散機構による屈折角の波長分散をｄθ／ｄλとするとき、前記光束の断面内でのウェッジ角の分布Δθｗは、Δθｗ／（ｄθ／ｄλ）≦５ｎｍの関係を満たす
ことを特徴とする請求項５に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記ウェッジプリズムの片面を構成する円筒の半径をＲ、前記光束が通過する前記円筒表面の円弧の長さをｄとするとき、Ｒは、［１８０°／π×ｄ／Ｒ］／（ｄθ／ｄλ）≦５ｎｍの関係を満たす
ことを特徴とする請求項５に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記ウェッジプリズムは、複数の扇型のウェッジプリズムを含むホイール型ウェッジプリズムであり、
前記扇型のウェッジプリズムは、前記ホイール型ウェッジプリズムの動径方向にウェッジ角を有し、
前記波長選択機構は、前記ホイール型ウェッジプリズムを回転させて光束が通過する扇型のウェッジプリズムを選択する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記波長分散機構は、プリズムであり、
前記光束は、前記プリズムに略ブリュースタ角で入射する
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記波長分散機構は、グレーティングである
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記利得部材は、チタン・サファイア結晶またはアレキサンドライト結晶である
ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザなどの光源から出力される光を生体に照射し、その入射光と生体組織との作用により発せされる信号を画像化する光イメージング技術が、医療分野で積極的に研究されている。この光イメージング技術の一つとして、光音響トモグラフィ（Ｐｈｏｔｏ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＡＴ）がある。ＰＡＴでは、光源が出力するパルス光を生体に照射し、このパルス光を吸収した生体組織が発生する音響波を検出する。このような光音響効果によって発生する音響波は、光音響波とも呼ばれる。
【０００３】
腫瘍などの被検部位は吸収率が高いことが多く、その周辺組織よりも多くの光エネルギーを吸収して瞬時に膨張する。この膨張の際に発生する光音響波を音響波検出器で検出し、その信号を解析することにより、光音響効果により発生した生体組織内の光音響波の音圧分布を画像化できる。以下、このように得られた画像を光音響画像と呼ぶ。
【０００４】
光音響画像は、生体内の光学特性分布、特に吸収係数分布に変換することができる。これらの情報は、被検体内の物質、例えば血液中に含まれるグルコースやヘモグロビンなどの定量的計測に利用できる。近年、ＰＡＴを使用して得られた血管像を、イメージングおよび乳がんなどの診断に応用することを目的とした光音響画像装置の研究が積極的に進められている。
【０００５】
グルコースやヘモグロビン等の生体内物質は、入射する光の波長によりその吸収率が異なる。したがって、波長の異なる光を照射し、吸収係数分布の差分を解析することにより、生体内の物質の分布をより正確に測定することができる。一般に、照射光には５００ｎｍないし１２００ｎｍの波長を持つ光が使用される。特に、メラニンや水の吸収を避ける必要がある場合は、照射光として７００ｎｍないし９００ｎｍの近赤外光が用いられる。
【０００６】
上記の波長域で複数の波長の光を出力できる光源として、チタン・サファイア結晶またはアレキサンドライト結晶を利得材料として用いる波長可変レーザ装置が知られている。これら波長可変レーザ装置では、チタン・サファイア結晶またはアレキサンドライト結晶を光学共振器（キャビティ）の内部に置き、キャビティの共振波長を切り替えることにより、異なる波長の光を出力することができる。
【０００７】
非特許文献１には、キャビティを構成するプリズムとミラーとの成す角を変えることによって異なる波長の光を出力するレーザ装置が記載されている。図７は、非特許文献１の波長可変レーザ装置の波長切り替え機構を表わす概略図である。
【０００８】
図７では、プリズム７００１を透過した光は、波長に応じた角度で屈折する。すなわち、プリズム７００１を透過した異なる波長を持つ光は、プリズムの屈折角の波長分散（ｄθ／ｄλ）により、それぞれ異なる角度で屈折する。
【０００９】
異なる角度で屈折した光のうち、ミラー７００４に垂直に入射する光束７００７のみが、ミラー７００４より反射されてキャビティ内部に戻される。キャビティ内部に戻された光束７００７は、キャビティ内部を往復し、利得部材７００２より利得を得て発振する。
【００１０】
図７において、ミラー７００４はミラー回転機構７００６に取り付けられている。ミラ
ー回転機構７００６は、波長分散した光を含む平面（すなわち図７の紙面と平行な平面）と、ミラー７００４とを直交させながら、ミラー７００４を回転させる。このようにミラー７００４が回転すると、その回転角度に応じて異なる波長の光がミラー７００４に垂直に入射して、キャビティの内部に戻される。このように、ミラー７００４の回転角を変えることにより、異なる波長の光を発振させることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】“Ｆｌａｓｈｔｕｂｅ−ｐｕｍｐｅｄ  Ｄｙｅ  ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｐｒｉｓｍ  Ｔｕｎｉｎｇ，”Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ／Ｖｏｌ.１０，  Ｎｏ.６，  Ｐ．１３４８／Ｊｕｎｅ（１９７１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、非特許文献１に記載の波長切り替えの機構では、ミラーを繰り返し回転させるとミラーの角度誤差が発生し、レーザ装置より出力される光の波長がずれてしまうという欠点があった。この出力されるレーザの波長のずれは、生体内物質、例えばグルコースやヘモグロビン等を定量的に測定する際の誤差を生じさせる。
【００１３】
以下、図７を参照して、この課題を説明する。図７では、頂角がθVである二等辺プリ
ズム７００１が用いられている。ここで、θBはプリズムに用いられる硝材のブリュース
タ角を表わす。このとき、θVは１８０°−２×θBとなる。光はブリュースタ角θBでプ
リズム７００１に入射する。そして、プリズムに入射してその内部を透過した光のうちの一部が、ミラー７００４によりキャビティ内に戻される。
【００１４】
上記の構成において、波長λに対する屈折角θの変化量（屈折角の波長分散：ｄθ／ｄλ）と、屈折率の波長分散（ｄｎ／ｄλ）とは、おおよそ下記の式（１）で関連づけられる。
ｄθ／ｄλ〜２×（ｄｎ／ｄλ）      …（１）
【００１５】
例えば、一般的な硝材である合成石英を使用する場合、５００ないし１０００ｎｍにおける屈折角の波長分散はおおよそ０．００２（°／ｎｍ）である。生体内物質の測定に使用する光の波長λ１およびλ２が、それぞれ８００（ｎｍ）および７５０（ｎｍ）であるとき、波長の切り替えに必要なミラーの回転角φは（λ１−λ２）×ｄθ／ｄλ〜０．１°である。
【００１６】
生体内物質を定量的に測定するためには、上記のように見積もったφよりも高い精度でミラーの回転角を制御する必要がある。一般に病院等の医療機関では光音響測定装置をメンテナンス・フリーで長時間使用することが求められている。そのような医療現場では、長時間の使用によりミラーの回転角に誤差が生じると、生体内物質の測定精度が低下する問題が生じていた。
【００１７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、波長可変レーザ装置において、メンテナンスを容易にしつつ、波長を安定して切り替えるための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は以下の構成を採用する。すなわち、反射手段と、出力手段と、前記反射手段と前記出力手段の間の光路に配置された利得部材と、前記光路を上に配置され、前記利得部材が発する光束を波長に応じて分散させる波長分散機構と、前記光路に対して移動可能な、前記利得部材が発する光束の進行方向を変化させるウェッジプリズムを備え、前記ウェッジプリズムの位置に応じて、前記利得部材が発する光束のうち前記出力手段から出力される光束の波長を選択する波長選択機構と、を有し、前記ウェッジプリズムが前記光路外の位置にあるときに出力される光束のスペクトル中心となる波長をλ１、前記ウェッジプリズムが前記光路上の位置にあるときに出力される光束のスペクトル中心となる波長をλ２、前記波長分散機構による波長λ１と波長λ２の分離角をδθ、前記ウェッジプリズムの屈折率をｎとするとき、前記ウェッジプリズムのウェッジ角θｗは、ｓｉｎ(δθ＋θｗ)＝ｎ×ｓｉｎ(θｗ)の関係を満たし、前記ウェッジプリズムは、前記ウェッジプリズムと前記光路とが垂直になるように、前記光路上の位置に移動されるものであり、前記波長λ１と前記波長λ２は、７００ｎｍないし８００ｎｍから選択された異なる２つの波長であり、前記ウェッジプリズムのウェッジ角θｗは、０°＜θｗ≦２．８８°の関係を満たすことを特徴とするレーザ装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、反射手段と、出力手段と、前記反射手段と前記出力手段の間の光路に配置された利得部材と、前記光路上に配置され、前記利得部材が発する光束を波長に応じて分散させる波長分散機構と、前記光路に対して移動可能な、前記利得部材が発する光束の進行方向を変化させるウェッジプリズムを備え、前記ウェッジプリズムの位置に応じて、前記利得部材が発する光束のうち前記出力手段から出力される光束の波長を選択する波長選択機構と、を有し、前記ウェッジプリズムが前記光路外の位置にあるときに出力される光束のスペクトル中心となる波長をλ１、前記ウェッジプリズムが前記光路上の位置にあるときに出力される光束のスペクトル中心となる波長をλ２、前記波長分散機構による波長λ１と波長λ２の分離角をδθ、前記ウェッジプリズムの屈折率をｎ、前記ウェッジプリズムのブリュースタ角をθｂとするとき、前記ウェッジプリズムのウェッジ角θｗは、ｓｉｎ(δθ＋θｗ＋θｂ)＝ｎ×ｓｉｎ(ａｒｃｓｉｎ(ｓｉｎ(θｂ)／ｎ)＋θｗ)の関係を満たし、前記ウェッジプリズムは、前記ウェッジプリズムと前記光路との角度がθｂとなるように、前記光路上の位置に移動されるものであり、前記波長λ１と前記波長λ２は、７００ｎｍないし８００ｎｍから選択された異なる２つの波長であり、前記ウェッジプリズムのウェッジ角θｗは、０°＜θｗ≦１．２０°の関係を満たす
ことを特徴とするレーザ装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、波長可変レーザ装置において、メンテナンスを容易にしつつ、波長を安定して切り替えるための技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１におけるレーザ装置を表す概略図。
【図２】実施形態２におけるレーザ装置を表す概略図。
【図３】実施形態３におけるレーザ装置を表す概略図。
【図４】実施形態４におけるレーザ装置を表す概略図。
【図５】実施形態５におけるレーザ装置を表す概略図。
【図６】グレーティングミラーを使用した場合のレーザ装置を表す概略図。
【図７】従来の波長切り替え機構を備えた波長可変レーザ装置を表す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。
【００２２】
＜実施形態１＞
以下、本発明に係るレーザ装置について説明する。
図１は、本発明に係る実施形態１のレーザ装置を表わす概略図である。レーザ装置は、誘導放出を生じる利得部材１００２と、キャビティを構成するミラー１００４およびアウトプット・カプラー１００３とを備えている。本発明において、ミラーは反射手段に、アウトレット・カプラーは出力手段に相当する。レーザ装置はまた、異なる波長の光をそれぞれ異なる角度で屈折させて屈折角の波長分散を生じさせる波長分散機構１００１と、発振波長を選択する波長選択機構とを備えている。
【００２３】
生体内物質の測定に用いられるレーザ装置では、媒質となる利得部材１００２の材料として、例えば、チタン・サファイア結晶またはアレキサンドライト結晶を選択することができる。アウトプット・カプラー１００３の反射率はミラー１００４の反射率よりも低く、そこを透過する光はレーザ装置の出力となる。本実施形態において、波長分散機構１００１は二等辺プリズムで構成されている。レーザ装置の１つの発振波長をλ１とし、λ１に対するプリズムの硝材のブリュースタ角をθB（°）とするとき、この二等辺プリズム
の頂角θVは１８０°−２×θBとなっている。
【００２４】
波長選択機構は、光の進行方向を変化させるウェッジプリズム１００５と、運動機構１００６とからなる。ウェッジプリズム１００５は、運動機構１００６により移動可能である。運動機構１００６は、ウェッジプリズム１００５をキャビティの光路上に挿入するように、または、光路外に出すようにウェッジプリズム１００５を移動させる。ウェッジプリズム１００５はウェッジ角θｗを有している。図１（ａ）および図１（ｂ）は、ウェッジプリズム１００５をキャビティの光路外に配置したときのレーザ装置、およびウェッジプリズム１００５をキャビティの光路上に挿入したときのレーザ装置をそれぞれ表わしている。
以下、図１（ａ）および図１（ｂ）で示された状態でのレーザ装置の動作を説明する。
【００２５】
（ウェッジプリズムをキャビティの光路上から外して配置した場合）
図１（ａ）は、ウェッジプリズム１００５がキャビティの光路上にない状態でのレーザ装置を表わしている。ここでの波長分散機構１００１は、プリズムである。プリズム１００１は、ミラー１００４およびアウトプット・カプラー１００３で反射された波長λ１の光が入射角θBで入射するようにキャビティ内に配置されている。
【００２６】
波長λ１をスペクトル中心にもつ光束１００８（以下、波長λ１の光束と呼ぶ）は、利得部材１００２およびプリズム１００１を透過した後、ミラー１００４に到達する。ミラー１００４は、波長λ１の光束１００８をキャビティの内部に戻す。キャビティの内部に戻された波長λ１の光束１００８は、プリズム１００１および利得部材１００２を通過した後アウトプット・カプラー１００３に到達し、アプトプット・カプラー１００３でその一部がキャビティの内部に戻される。このように、波長λ１の光束１００８はキャビティの内部を往復し、その間に利得部材１００２により増幅されて発振する。
【００２７】
また、波長λ１と異なる波長の光束１００７は、光束１００８と異なる入射角でミラーに入射するため、利得部材１００２より発振に十分な利得を得る前にキャビティの外部に反射される。したがって、光束１００７は、キャビティ内部を往復して十分な利得を利得部材より得ることはできず、発振しない。
【００２８】
（ウェッジプリズムをキャビティの光路上に配置した場合）
図１（ｂ）では、運動機構１００６によってウェッジプリズム１００５がキャビティの光路上に挿入されている。この場合、波長λ１の光束１００８はウェッジプリズムを透過する際に進行方向が変化し、図１（ａ）とは異なる角度でミラー１００４に入射する。
【００２９】
図１（ａ）と異なる角度でミラーに入射する波長λ１の光束１００８は、利得部材１００２より発振に十分な利得を得る前にキャビティの外部に反射される。よって、波長λ１の光束１００８は、キャビティ内部を往復して十分な利得を利得部材より得ることはできず、発振しない。
【００３０】
一方、波長λ２の光束１００９は、ウェッジプリズム１００５を透過する際に屈折し、ミラー１００４に垂直に入射する。よって、光束１００９は、ミラー１００４で反射されてキャビティの内部に戻ることができる。このような波長λ２の光束１００９は、キャビティの内部を往復し、利得部材により十分な利得を得て発振する。
【００３１】
以上、図１を参照して説明したように、本実施形態のレーザ装置は、光路上へのウェッジプリズム挿入の有無によって、異なる波長λ１およびλ２の光束を選択的に発振させることができる。
【００３２】
＜具体例＞
以下、より具体的な数値を用いて、本実施形態を説明する。
図１では、プリズム１００１およびウェッジプリズム１００５の硝材として合成石英を用い、ミラー１００４は曲率を持たない平面ミラーとすることができる。波長λ１およびλ２をそれぞれ８００ｎｍおよび７５０ｎｍとすると、プリズムのブリュースタ角θBお
よび頂角はそれぞれ、約５５°および約７０°となる。このような波長域で利得を与える利得部材１００２として、例えば、アレキサンドライト結晶が挙げられる。波長８００ｎｍと７５０ｎｍの光束がプリズム１００１を透過するとき、それらの屈折角の差δθ（以下、δθを分離角と呼ぶ）は約０．０９−０．１０°である。
【００３３】
ミラー１００４の角度は、図１（ａ）に示すようにウェッジプリズムが挿入されていない状態で、波長８００ｎｍの光束１００８が垂直に入射するように調整されている。この
とき、波長８００ｎｍの光束１００８は、キャビティの内部で反射されて、ミラー１００４とアウトプット・カプラー１００３との間を往復し、アレキサンドライト結晶からなる利得部材１００２より利得を得て発振する。
【００３４】
一方、図１（ｂ）では、ウェッジ角θｗ〜０．１８°を有するウェッジプリズム１００５が、光路と直角にキャビティ内に挿入されている。このような状態では波長７５０ｎｍの光束１００９がミラーに垂直に入射する。よって、波長７５０ｎｍの光束１００９はミラー１００４とアウトプット・カプラーと１００３との間を往復し、利得部材１００２より利得を得て発振する。
【００３５】
本実施形態のレーザ装置の構成では、発振する２波長の分離角δθ、ウェッジプリズムのウェッジ角θｗ、およびウェッジプリズムの屈折率ｎが以下の式（２）を満たすようにウェッジ角θｗを選べばよい。
ｓｉｎ(δθ＋θｗ)＝ｎ×ｓｉｎ(θｗ)      …（２）
【００３６】
本実施形態では、ウェッジプリズム１００５の傾き誤差に対する発振波長のずれは非常に小さくなる。例えば、図７に表わす従来の波長可変レーザ装置では、ミラーの傾きに０．０１°の誤差があると、約５ｎｍの発振波長のずれが生じていた。一方、図１に表わす本発明によるレーザ装置では、挿入したウェッジプリズムの傾き誤差が０．０１°である場合、発振波長のずれは０．３ｎｍ以下である。
【００３７】
また、アレキサンドライト結晶は、波長７５０ｎｍを中心に約１００ｎｍ幅の利得スペクトルを持つ。波長７００ｎｍと８００ｎｍとの間の分離角δθは、約０．２°である。よって、上記構成のアレキサンドライト結晶を用いたレーザ装置において、ウェッジプリズム１００５のウェッジ角θｗを０°＜θｗ≦０．３６°とすることにより、７００ｎｍと８００ｎｍの間の任意の２波長を選択的に発振させることができる。
【００３８】
また、より屈折角の波長分散が大きくなる硝材、例えば、スコット社製の硝材Ｆ２を用いてプリズム１００１を製作した場合、屈折角の波長分散は合成石英プリズムの約２倍となる。このとき、ウェッジプリズムのウェッジ角θｗを０°＜θｗ≦０．７２°とすると、７００ｎｍと８００ｎｍの間の任意の２波長を切り替えて発振させることが可能となる。このような屈折角の波長分散が大きい硝材をプリズムに用いると、発振波長のずれはより小さくなる。
【００３９】
また、本実施形態において、ウェッジプリズム１００５の光学面に反射防止膜を成膜してもよい。この場合、ウェッジプリズム表面による反射損失が減るため、発振の閾値が下がり、より高い出力が得られる。
【００４０】
また、ミラー１００４は、熱レンズ効果等を考慮して、光学面に曲率を有する凹面または凸面ミラーとしてもよい。この場合、利得部材を通過する光束の径を変えて光束に与えられる利得を増やすことができるため、発振の閾値が下がり、より高い出力を得ることが可能となる。
【００４１】
＜実施形態２＞
図２は、本発明に係る実施形態２のレーザ装置を表わす概略図である。図２において、ウェッジプリズム２００５は、波長分散機構であるプリズム２００１の片面とほぼ平行するように挿入されている。そのため、発振波長の光束２００９が略ブリュースタ角でウェッジプリズム２００５に入射している。
【００４２】
図中の白抜き矢印２０１０は、ウェッジプリズム２００５およびプリズム２００１に入
射するｐ偏光の電場の向きを表わしている。プリズム２００１およびウェッジプリズム２００５にブリュースタ角で入射するｐ偏光は、表面での反射が略ゼロとなる。よって、図２の構成を持つレーザ装置は、低い閾値で発振させることができる。
【００４３】
本実施形態のレーザ装置において、発振波長λ１とλ２との分離角をδθ、ウェッジプリズム２００５のブリュースタ角をθｂ、その屈折率をｎとすると、ウェッジプリズム２００５のウェッジ角θｗは次式（３）を満たすように選ぶことができる。
ｓｉｎ(δθ＋θｗ＋θｂ)
＝  ｎ×ｓｉｎ(ａｒｃｓｉｎ(ｓｉｎ(θｂ)／ｎ)＋θｗ)      …（３）
【００４４】
例えば、プリズムの硝材として合成石英を、ウェッジプリズムとして屈折率が約１．５の硝材を選択し、波長８００ｎｍと７５０ｎｍとの間で発振波長の切り替えを行う場合、δθ〜０．１°、θｂ〜５５°である。このとき、式（３）を満たすウェッジ角θｗは約０．０７５°となる。
【００４５】
なお、利得部材２００２、アウトプット・カプラー２００３、ミラー２００４、運動機構２００６については上記の実施形態と同様の構成を取ることができる。また、光束２００８はウェッジプリズムの挿入時に発振されない光束である。
【００４６】
本実施形態によるレーザ装置では、必ずしもレーザ光によるダメージを受けやすい反射防止膜をウェッジプリズムの光学面に成膜する必要がない。よって、レーザ装置の高出力化により適している。
【００４７】
＜実施形態３＞
本発明によるレーザ装置では、波長分散機構は２つ以上のプリズムによって構成されてもよい。図３は、波長分散機構を４つのプリズム３００１で構成した実施形態を表わす概略図である。
【００４８】
これら４つのプリズム３００１は、光路上にブリュースタ角で配置されている。すなわち、光束３００９は、これら４つのプリズムに実質的にブリュースタ角で入射している。よって、プリズムの表面反射による損失を減らすことができる。
【００４９】
また、各プリズムに同じ角度で光束が入射するため、屈折角の波長分散（ｄθ／ｄλ）は、プリズムを１つ使用した場合の約４倍となる。より大きな屈折角の波長分散を得るためには、プリズムを例えばスコット社製の硝材Ｆ２で製作すると、屈折角の波長分散を合成石英プリズムの約２倍とすることができる。
【００５０】
このとき、アレキサンドライト結晶を利得部材として用い、７００ｎｍと８００ｎｍの間の任意の２波長を選択的に発振させる場合、光路と垂直に挿入されるウェッジプリズム３００６のウェッジ角は０°＜θｗ≦２．８８°であればよい。また、ウェッジプリズムが光路とブリュースタ角を成すように挿入される場合、ｎ〜１．６７、δθ〜１．６°、およびθｂ〜５９°であり、ウェッジ角は０°＜θｗ≦１．２０°であればよい。本実施形態の構成を持つレーザ装置では、ウェッジプリズム３００５の傾き誤差による発振波長のずれはさらに小さくなる。
【００５１】
なお、ミラー３００４、運動機構３００６は、上記の各実施形態と同様の構成を取ることができる。
【００５２】
＜実施形態４＞
図４は、本発明に係る実施形態４のレーザ装置を表わす概略図である。図４において、
ウェッジプリズム４００５の片面は湾曲しており、円筒の一部で形作られている。図中、ウェッジプリズムの面を形作る円筒の中心軸は紙面と直行している。
【００５３】
図４（ａ）は、ウェッジプリズム４００５が光路上に挿入された状態を表わしている。このとき、光束４００９はウェッジプリズム４００５の湾曲した面を通過しながらキャビティ内部を往復し、発振する。
【００５４】
図４（ｂ）の実線および破線は、挿入位置が異なるウェッジプリズム４０１２および４０１３、ならびにそれらを透過する光束の光路４０１０および４０１１を表わしている。ウェッジプリズムの片面が湾曲しているため、入射した光は、ウェッジプリズムの挿入位置に依存して異なる角度で屈折する。本実施形態の構成によれば、プリズム、ミラー、アウトプット・カプラー等の取り付け誤差により生じる波長ずれを、ウェッジプリズムの挿入位置を変えることにより微調整できる。
【００５５】
図４（ｃ）は、ウェッジプリズム４０１２の面を形作る円筒４０１５の半径Ｒ、光束４０１４が通過する円筒表面の円弧の長さｄ、およびウェッジ角θｗの関係を表わしている。ウェッジプリズムの片面は湾曲しているため、この光束が通過する断面内でウェッジ角θｗはΔθｗ〜１８０／π×ｄ／Ｒ（°）だけ変化し、分布している。このようなウェッジ角の分布Δθｗは、発振する光束にスペクトル幅Δλを与える。
【００５６】
波長分散機構による屈折角の波長分散をｄθ／ｄλとすると、光束の断面内でのウェッジ角の分布Δθｗとスペクトル幅Δλとの間には、以下の式（４）の関係がある。
Δλ＝Δθｗ／（ｄθ／ｄλ）
〜［１８０°／π×ｄ／Ｒ］／（ｄθ／ｄλ）      …（４）
音響測定装置に用いられるレーザ装置では、このスペクトル幅Δλは５ｎｍ以下であることが望ましい。すなわち、Δθｗ／（ｄθ／ｄλ）＜＝５ｎｍの関係を満たすことが望ましい。
【００５７】
図４では、ウェッジプリズムの片面のみが湾曲しているが、ウェッジプリズムの両面が湾曲していても同様に本実施形態の効果を得ることができる。このとき、式（４）におけるΔθｗは、湾曲したウェッジプリズムの両面によって生じるウェッジ角の分布となる。
【００５８】
なお、波長分散機構であるプリズム４００１、利得部材４００２、アウトプット・カプラー４００３、ミラー４００４、運動機構４００６については、上記の各実施形態と同様の構成を取ることができる。また、光束４００８はウェッジプリズムの挿入時に発振されない光束である。
【００５９】
＜実施形態５＞
図５は、本発明に係る実施形態５のレーザ装置を表わす概略図である。図５において、光路に挿入するウェッジプリズムはホイール形状をしたホイール型ウェッジプリズム５００５である。このホイール型ウェッジプリズムは、異なるウェッジ角を有する複数の扇型のウェッジプリズムにより構成されている。
【００６０】
図５（ｂ）では、ホイール型ウェッジプリズムが、たとえば、θｗ＝０°、０．０８°、および０．１６°のウェッジ角を有する３つの扇型のウェッジプリズム５０１７により構成されている。それら扇型のウェッジプリズムの頂点はホイール型ウェッジプリズムの中心と一致するように配置されている。
図５（ｃ）は、図５（ｂ）のホイール型ウェッジプリズムの断面を表している。図５（ｃ）に示すように、各扇型のウェッジプリズムは、ホイール型ウェッジプリズムの動径方向にウェッジ角θｗを有している。
【００６１】
図５（ａ）に示すように、このようなホイール型ウェッジプリズム５００５は回転機構５００６に取り付けられており、回転することより異なるウェッジ角をもつ扇型のウェッジプリズムが光路上に挿入される。扇形のウェッジプリズムは、回転機構により、扇型の頂点を中心とする円周方向に移動可能である。このとき、それぞれの扇型のウェッジプリズムは互いに異なる角度で光束を屈折させる。光束が異なる屈折角で屈折することにより、異なる波長の光束５００９がミラー５００４によってキャビティの内部に戻されて発振する。
【００６２】
本実施形態のホイール型ウェッジプリズムは、図５（ｄ）に示すように、異なるウェッジ角を有する２つの半円型のウェッジプリズム５０１６で構成されてもよい。ホイール型ウェッジプリズムを用いた本実施形態では、その回転角に誤差が生じても挿入されるウェッジプリズムのウェッジ角θｗには影響がない。よって、より発振波長のばらつきの少ないレーザ装置が可能となる。
【００６３】
なお、波長分散機構であるプリズム５００１、利得部材５００２、アウトプット・カプラー５００３については、上記の各実施形態と同様の構成を取ることができる。
【００６４】
以上、実施形態１から５において、ウェッジプリズムを挿入することにより異なる波長の光束を発振可能であることを説明した。厳密には、光束がウェッジプリズムを透過するとき、ウェッジプリズムに用いられる硝材の屈折率の波長分散（ｄｎ／ｄλ）によって、屈折角の波長分散（ｄθ／ｄλ）が生じる場合がある。しかし、例えば、波長分散機構としてプリズムを用いた場合、ウェッジプリズムのウェッジ角はプリズムの頂角よりも十分に小さく、ウェッジプリズムによる屈折角の波長分散（ｄθ／ｄλ）は無視することができる。したがって、光路に挿入されるウェッジプリズムは、波長分散機構による屈折角の波長分散（ｄθ／ｄλ）を実質的に乱すことはない。よって、ウェッジプリズムの光路への挿入は、その傾き誤差による発振波長のずれを抑えつつ、所望の波長を選択的に発振させることを可能となる。
【００６５】
上記の各実施形態では、波長分散機構として、光路上にブリュースタ角で挿入されたプリズムを用いている。しかし、本発明における構成は、プリズムで構成される波長分散機構に限定されるものではない。
【００６６】
図６はグレーティングミラー６００１による波長分散機構を表わす一例である。グレーティングミラーで反射された光は、光の波長に応じてその反射角度が異なる。したがって、このグレーティングミラー６００１とミラー６００４との間にウェッジプリズム６００５を挿入したり抜いたりすることによって、異なる波長の光束６００７、６００８を発振させることができる。なお、運動機構６００６は、上記の各実施形態と同様の構成を取ることができる。
【００６７】
上記の実施形態では、一つのウェッジプリズムを用いての発振波長の選択方法を説明したが、本発明によるレーザ装置は２つ以上のウェッジプリズムおよびそれを動かす運動機構を備えてもよい。異なる複数のウェッジプリズムを備えることにより、３つ以上の異なる波長の光束を選択的に発振させることが可能となる。
【符号の説明】
【００６８】
１００１：波長分散機構（波長分散機構），１００２：利得部材，１００３：アウトプット・カプラー（出力手段），１００４：ミラー（反射手段），１００５：ウェッジプリズム
【図１】
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【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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【図７】
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