(57)【要約】【課題】  小型化が可能な波長変換装置を提供する。【解決手段】  第1基本波長光レーザＬ１を出射する光源２と、前記光源２から出射された前記第1基本波長光レーザＬ１を入射して波長変換して第２及び第３波長光レーザＬ２、Ｌ３を出射し、且つ前記第２波長光レーザＬ２を第２基本波長光レーザとして入射して波長変換して第４及び第５波長光レーザＬ４、Ｌ５を出射する単一の波長変換素子４と、前記第1基本波長光レーザＬ１の入射側に配置され、前記第1基本波長光レーザＬ１を透過させ、且つ前記第２基本波長光レーザＬ２、前記第３、第４及び第５波長光レーザＬ３、Ｌ４、Ｌ５を反射させる第１部分反射部３と、前記波長変換素子４で変換された波長光レーザの出射側に配置され、前記第１及び第２基本波長光レーザＬ１、Ｌ２を反射させ、且つ前記第３、第４及び第５波長光レーザＬ３、Ｌ４、Ｌ５をそれぞれ透過させる第２部分反射部５とを備えることを特徴とする。【選択図】  図１
2011145403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1基本波長光レーザを出射する光源と、
前記光源から出射された前記第1基本波長光レーザを入射して波長変換し、少なくとも第２及び第３波長光レーザを出射し、且つ前記第２波長光レーザを第２基本波長光レーザとして入射して波長変換し、少なくとも第４及び第５波長光レーザを出射する単一の波長変換素子と、
前記第1基本波長光レーザの入射側に配置され、前記第1基本波長光レーザを透過させ、且つ少なくとも前記第２基本波長光レーザ、前記第３、第４及び第５波長光レーザを反射させる第１部分反射部と、
前記波長変換素子で変換された波長光レーザの出射側に配置され、前記第１及び第２基本波長光レーザを反射させ、且つ少なくとも前記第３、第４及び第５波長光レーザをそれぞれ透過させる第２部分反射部と、
を備えることを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】
前記波長変換素子は、擬似位相整合素子であることを特徴とする請求項１記載の波長変換装置。
【請求項３】
前記第１基本波長レーザを約１．０６μｍとした場合、前記第２波長光レーザとして約１．５４μｍの波長光レーザ、前記第３波長光レーザとして３．３０〜４．００μｍの波長光レーザ、前記第４波長光レーザとして２．００〜２．４０μｍの波長光レーザ、及び前記第５波長光レーザとして４．４０〜４．８０μｍの波長光レーザをそれぞれ発生させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の波長変換装置。
【請求項４】
前記波長変換素子の結晶周期は、３０．１６〜３０．５６μｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の波長変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、擬似位相整合波長変換素子を用いた波長変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の波長変換装置として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された波長変換装置１０１では、図４に示すように、光源１０２から第1基本波長光レーザＬ１０１を出射し、第１波長変換機構Ｋ１０１に入射する。
【０００３】
第１波長変換機構Ｋ１０１では、まず第１レンズ１０３により集光した第１基本波長光レーザＬ１０１を、第１擬似位相整合（ＱＰＭ）波長変換素子（以下、単に「波長変換素子」と称する）１０４に入射して波長変換し、第２波長光レーザＬ１０２と第３波長光レーザＬ１０３の２つの波長の光レーザを発生させる。そして、波長変換された２つの波長光レーザＬ１０２、Ｌ１０３は、第２レンズ１０５により透過して出射する。
【０００４】
そして、第１波長変換機構Ｋ１０１から出射された２つの波長光レーザL１０２、１０３は、第１部分反射ミラー１０６に入射する。そこで、第１部分反射ミラー１０６は、第２波長光レーザＬ１０２を透過し、第２波長変換機構Ｋ１０２に入射させ、第３波長光レーザＬ１０３は偏向され、第２部分反射ミラー１０７に入射される。
【０００５】
第２波長変換機構Ｋ１０２では、まず第３レンズ１０８により集光した第２波長光レーザＬ１０２は、第２波長変換素子１０９により波長変換され、第４波長光レーザＬ１０４と第５波長光レーザＬ１０５の２つの波長の光レーザを発生される。そして、波長変換された２つの波長光レーザＬ１０４、Ｌ１０５は、第４レンズ１１０を透過して外部に出射する。
【０００６】
そして、第２部分反射ミラー１０７に入射した第３波長光レーザＬ１０３は、偏向されて外部に取り出される。これにより、３つの波長の光レーザＬ１０３、Ｌ１０４，Ｌ１０５が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２００６／０９０７２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の波長変換装置１０１では、３つ以上の波長を取り出すために波長変換素子を２つ以上利用する必要がある。そのため、波長変換装置が大型化するという課題が発生する。
【０００９】
本発明では、小型化が可能な波長変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、第1基本波長光レーザを出射する光源と、前記光源から出射された前記第1基本波長光レーザを入射して波長変換し、少なくとも第２及び第３波長光レーザを出射し、且つ前記第２波長光レーザを第２基本波長光レーザとして入射して波長変換し、少なくとも第４及び第５波長光レーザを出射する単一の波長変換素子と、前記第1基本波長光レーザの入射側に配置され、前記第1基本波長光レーザを透過させ、且つ少なくとも前記第２基本波長光レーザ、前記第３、第４及び第５波長光レーザを反射させる第１部分反射部と、前記波長変換素子で変換された波長光レーザの出射側に配置され、前記第１及び第２基本波長光レーザを反射させ、且つ少なくとも前記第３、第４及び第５波長光レーザをそれぞれ透過させる第２部分反射部とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、小型化が可能な波長変換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る波長変換装置の概略構成を示す模式図。
【図２】本発明の実施形態に係る基本波１．０６μｍのときのＰＰＬＮ周期と発生する２つの波長の関係を示す図。
【図３】本発明の実施形態に係る基本波１．５４μｍのときのＰＰＬＮ周期と発生する２つの波長の関係を示す図。
【図４】従来の波長変換装置の概略構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る波長変換装置を、図１乃至図３を使用して詳細に説明する。
【００１４】
本発明の実施形態に係る波長変換装置１は、基本波光を出射する光源２と、光源２からの基本波光レーザを入射して波長変換し、３つ以上の波長光レーザを出射する単一の波長変換機構Ｋとを備えている。
【００１５】
光源２は、第１基本波長光レーザを出射するもので、例えば励起光としてＮｄ：ＹＡＧレーザやＹｂファイバレーザ等を用いている。なお、本実施形態では、第１基本波長光レーザＬ１として、１．０６μｍの波長のものを使用するため、１．０６μｍの波長を出射するものであればどのような光源であってもよい。
【００１６】
波長変換機構Ｋは、第１部分反射部３と単一の波長変換素子４、そして第２部分反射部５から構成されている。
【００１７】
第１部分反射部３は、特定の波長を透過及び反射させるためのもので、例えば第１基本波長光レーザＬ１を透過させる反射防止膜（図示せず）と、後述する波長変換素子４で波長変換された第２波長光レーザ（シグナル波長）Ｌ２、第３波長光レーザＬ３（アイドラー波長）、第４波長光レーザＬ４、及び第５波長光レーザＬ５を反射させる反射膜（図示せず）とが設けられた部分反射ミラーや部分反射プリズム等からなる。
【００１８】
また、第２部分反射部５も第１部分反射部３と同様に特定の波長を透過及び反射させるためのもので、例えば第３波長光レーザＬ３、第４波長光レーザＬ４、第５波長光レーザＬ５を透過させる反射防止膜（図示せず）と第１基本波長光レーザＬ１と第２波長光レーザＬ２を反射させる反射膜（図示せず）とが設けられた部分反射ミラーや部分反射プリズム等からなる。
【００１９】
波長変換素子４はＱＰＭ素子であり、例えばＰＰＬＮ（周期分極反転ＬＮ：Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＬＮ）やＰＰＫＴＰ（周期分極反転ＫＴＰ：Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＫＴＰ）等の、波長変換する際に光軸ずれが起きない物質から形成された結晶を使用する。
【００２０】
また波長変換素子４は、ＰＰＬＮの周期を所定範囲に設定することにより、光源２から出射された第１基本波長光レーザを所望の複数の波長光レーザに変換することができる。更に、変換された複数の波長光レーザのうち、１つの波長光レーザを第２基本波長光レーザとして複数の波長光レーザに変換することができる。例えば、第１基本波長光レーザを波長変換して第２及び第３波長光レーザを発生し、その波長変換した第２波長光レーザを第２基本波長光レーザとして波長変換し、第４及び第５波長光レーザを発生させることができる。
【００２１】
具体的には、この実施形態の波長変換素子４では、第２波長光レーザＬ２として約１．５４μｍの波長光レーザ、第３波長光レーザＬ３として約３．３０〜４．００μｍの波長光レーザ、第４波長光レーザＬ４として約２．００〜２．４０μｍの波長光レーザ、及び第５波長光レーザＬ５として約４．４０〜４．８０μｍの波長光レーザをそれぞれ発生させる。
【００２２】
次に、上記した波長光レーザを発生させる場合のＰＰＬＮの周期について図２及び図３を使用して説明する。
【００２３】
図２は、第１基本波長光レーザが約１．０６μｍの波長時のＰＰＬＮ周期と発生する２つの波長光レーザ（第２波長光のシグナル波、第３波長光のアイドラー波）の関係を温度別に示したものである。
【００２４】
図２から明らかなように、第２波長光レーザＬ２が約１．５４μｍの波長を発生するとき、波長変換素子４の温度が３００Ｋの場合では、ＰＰＬＮ周期は約３０．５６μｍであり、温度が３５０Ｋの場合では、約３０．３６μｍ、温度が４００Ｋの場合では、約３０．１６μｍであることが分かる。また、約１．５４μｍの第２波長レーザが発生するＰＰＬＮ周期では、約３．４４μｍの第３波長レーザが発生することが分かる。
【００２５】
このことから、ＰＰＬＮ周期が約３０．１６〜３０．５６μｍであれば、３００Ｋ〜４００Ｋの温度条件下で所望の約１．５４μｍの第２波長光レーザＬ２と、約３．３０〜４．００の範囲の第３波長光レーザＬ３に波長変換できることが分かる。
【００２６】
図３は、約１．５４μｍの第２波長光レーザを第２基本波長波レーザとした時の、ＰＰＬＮ周期と発生する２つの波長光レーザの関係を温度別に示したものである。なお、ＰＰＬＮ周期は、約３０．１６〜３０．５６μｍの範囲としたものである。
【００２７】
図３から明らかなように、波長変換素子４の温度が３００Ｋの場合には、発生する第４波長光レーザＬ４の波長範囲は約２．３００〜２．３２５μｍで、第５波長光レーザＬ５の波長範囲は約４．５３〜４．６３μｍとなり、温度が３５０Ｋの場合には、発生する第４波長光レーザＬ４の波長範囲は約２．３０５〜２．３２９μｍで、第５波長光レーザＬ５の波長範囲は約４．５５〜４．６４μｍとなる。また、温度が４００Ｋの場合には、発生する第４波長光レーザＬ４の波長範囲は約２．３０８〜２．３３４μｍで、第５波長光レーザＬ５の波長範囲は約４．５７〜４．６６μｍであることが分かる。
【００２８】
つまり、３００〜４００Ｋの温度条件下で、ＰＰＬＮの周期が約３０．１６〜３０．５６μｍの範囲の場合には、発生する第４波長光レーザＬ４の波長範囲が約２．３００〜２．３３２μｍであり、第５波長光レーザＬ５が約４．５３〜４．６６μｍの範囲である。従って、所望の約２．００〜２．４０μｍの範囲の第４波長光レーザＬ４と、約４．４０〜４．８０μｍの範囲の第５波長光レーザＬ５に波長変換できることが分かる。
【００２９】
以上から、所望の３つの波長光レーザ、すなわち第３波長光レーザＬ３、第４波長光レーザＬ４、及び第５波長光レーザＬ５を発生させるためには、波長変換素子４の周期は、約３０．１６〜３０．５６μｍの範囲に設定すれば良いことが分かる。なお、本実施形態では、ＰＰＬＮの周期が約３０．２μｍのものを使用している。
【００３０】
このように構成された波長変換装置１によれば、次のようにして第１波長光レーザＬ１から第３波長光レーザＬ３、第４波長光レーザＬ４、第５波長光レーザＬ５に波長変換する。
【００３１】
すなわち、まず光源２から出射された約１．０６μｍの第１基本波長光レーザＬ１は、第１部分反射部３を透過して波長変換素子４であるＰＰＬＮ結晶（ＰＰＬＮ周期が約３０．２μｍ）に入射すると、約１．５４μｍの第２波長光レーザＬ２と約３．４４μｍの第３波長光レーザＬ３に波長変換される。なお、ＰＰＬＮ結晶は約３５０Ｋに制御されている。
【００３２】
そして、波長変換素子４で波長変換された第２波長光レーザＬ２と第３波長光レーザＬ３は、第２部分反射部５に入射し、第２波長光レーザＬ２は第２部分反射部５で反射されて第２基本波長光レーザとして波長変換素子４に再び入射し、第３波長光レーザＬ３は第２部分反射部５を透過し外部に出射する。なお、波長変換素子４により波長変換されなかった第１基本波長光レーザＬ１は、第２部分反射部５により反射されて、波長変換素子４に再び入射される。
【００３３】
波長変換素子４に入射した第２基本波長光の第２波長光レーザＬ２は、約２．３０９μｍの第４波長光レーザＬ４と約４．６３μｍの第５波長光レーザＬ５に波長変換されて出射し、第１部分反射部３に入射する。そして、第１部分反射部３に入射した第４波長光レーザＬ４と第５波長光レーザＬ５は第１部分反射部３で反射され、再び波長変換素子４に入射し、波長変換されずに第２部分反射部５に入射し、第２部分反射部５を透過して外部に出射される。
【００３４】
なお、第１基本波長光レーザＬ１が第２部分反射部５により反射され、波長変換素子４に再度入射する時、第２波長光レーザＬ２と第３波長光レーザＬ３に波長変換し、第１部分反射部３により第２波長光レーザＬ２と第３波長光レーザＬ３は反射され、再び波長変換素子４に入射する。この時、第１基本波長光レーザＬ１が波長変換されなかった場合は、第１部分反射部３に到達すると第１部分反射部３を透過して外部に出射される。
【００３５】
再び波長変換素子４に入射した第２波長光レーザＬ２は、第４波長光レーザＬ４と第５波長光レーザ５に波長変換されて出射し、第３波長光レーザＬ３は波長変換されずに出射される。この時、波長変換されなかった第２波長光レーザＬ２は、再び第２部分反射部５で反射されて、波長変換素子４に入射される。これにより、３つの所望の波長光レーザを取り出すことができる。
【００３６】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、１つの波長変換素子４において、第１基本波長光レーザＬ１を波長変換して第２及び第３波長光レーザＬ２、Ｌ３を発生させ、更にその波長変換した２つの波長光レーザＬ２、Ｌ３のうち、例えば第２波長光レーザＬ２を第２基本波長光レーザとして波長変換して第４波長光レーザＬ４及び第５波長光レーザＬ５を発生させ、３つの第３乃至第５波長光レーザＬ３、Ｌ４、Ｌ５を取り出す。そのため、波長変換装置は、１個の波長変換素子と１対の部分反射部とで構成でき、小型化することができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々、変更して実施しても良いことは勿論である。
【００３８】
例えば、４つ以上の波長光を得る場合には、波長変換素子を所定の周期、所定の温度に設定して、第４及び第５波長光レーザのうちの１つ、例えば第４波長光を第３基本波長光レーザとして波長変換素子で波長変換させて第６及び第７波長光レーザを発生させる。そして、第１部分反射部において、第１基本波長光レーザを透過させ、第２波長乃至第７波長光レーザを反射させる。また、第２部分反射部５では、第３、第５、第６、及び第７波長レーザをそれぞれ透過させて外部に出射させ、第１基本波長光レーザ、第２基本波長光レーザ（第２波長光レーザ）、及び第３基本波長光レーザ（第４波長光レーザ）をそれぞれ反射させるようにすれば良い。
【符号の説明】
【００３９】
１，１０１…波長変換装置
２，１０２…光源
３…第１部分反射部
４…波長変換素子
５…第２部分反射部
１０３…第１レンズ
１０４…第１波長変換素子
１０５…第２レンズ
１０６…第１部分反射ミラー
１０７…第２部分反射ミラー
１０８…第３レンズ
１０９…第２波長変換素子
１１０…第４レンズ
Ｌ１，Ｌ１０１…第1基本波長光レーザ
Ｌ２，Ｌ１０２…第２波長光レーザ
Ｌ３，Ｌ１０３…第３波長光レーザ
Ｌ４…第４波長光レーザ
Ｌ５…第５波長レーザ
Ｋ…波長変換機構
Ｋ１０１…第１波長変換機構
Ｋ１０２…第２波長変換機構
【図１】
2011145403.tif 000003
【図２】
2011145403.tif 000004
【図３】
2011145403.tif 000005
【図４】
2011145403.tif 000006