(57)【要約】【課題】波長変換素子の温度変化に関わらず出力を安定に維持する。【解決手段】温度変動により感温伸縮部材１１が光ファイバ３のグレーティング部６を長さ方向に伸縮させ、半導体増幅素子１と光ファイバ３とで構成される光共振器から出射する光の波長を変化させて、波長変換素子５の温度変化により波長変換素子５で変換可能な入射光の中心波長が変動したのに追従させる。【効果】波長変換素子の温度変化により波長変換素子で変換可能な入射光の中心波長が変動しても、それに追従して光共振器から出射する光の波長が変化するため、波長変換素子の温度変化に関わらず出力を安定に維持することが出来る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、グレーティング部を内部に形成した光ファイバと、前記半導体発光素子と前記光ファイバとで構成される光共振器から出射した光を入射光としその入射光の高調波光を出力する波長変換素子と、前記波長変換素子からの高調波光の出力を前記波長変換素子の温度変化に関わらず一定に又は略一定に維持するように前記光共振器から出射する光の波長を温度に応じて変化させる共振波長調整手段とを具備したことを特徴とする波長変換レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の波長変換レーザ装置において、前記共振波長調整手段は、前記グレーティング部を長さ方向に伸縮させるグレーティング部伸縮手段であることを特徴とする波長変換レーザ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の波長変換レーザ装置において、前記グレーティング部伸縮手段は、バー状の感温伸縮部材であり、その感温伸縮部材の間隔を空けた２カ所で前記グレーティング部を挟むように前記光ファイバを保持することを特徴とする波長変換レーザ装置。
【請求項４】
請求項２に記載の波長変換レーザ装置において、前記グレーティング部伸縮手段は、リング状またはディスク状の感温伸縮部材であり、その感温伸縮部材の外周面に前記グレーティング部を含む部分を巻き付けることを特徴とする波長変換レーザ装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の波長変換レーザ装置において、前記感温伸縮部材の線膨張係数が、５×１０−５［Ｋ−１］〜６×１０−５［Ｋ−１］であることを特徴とする波長変換レーザ装置。
【請求項６】
請求項３から請求項５のいずれかに記載の波長変換レーザ装置において、前記感温伸縮部材は、プラスチック材料製であることを特徴とする波長変換レーザ装置。
【請求項７】
請求項３から請求項５のいずれかに記載の波長変換レーザ装置において、前記感温伸縮部材は、２種類以上の異なる線膨張係数をもつ材料を張り合わせた構造であることを特徴とする波長変換レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長変換レーザ装置に関し、さらに詳しくは、波長変換素子の温度変化に関わらず出力を安定に維持することが出来る波長変換レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体発光素子とグレーティング部を内部に形成した光ファイバとで光共振器を構成したレーザモジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、感温伸縮部材の間隔を空けた２カ所でグレーティング部を挟むように光ファイバを保持し、温度によるグレーティング部の屈折率の変化を打ち消すように感温伸縮部材でグレーティング部を伸縮させて、グレーティング部で反射する光の波長を温度変化に関わらず一定に又は略一定に保つ技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
さらに、入射光の高調波光を出力する波長変換素子が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１２０８２８号公報
【非特許文献１】
太田育生その他著「ＷＤＭシステム用光ファイバグレーティングの開発」古河電工時報，平成１１年７月，第１０４号，第６３頁〜第６８頁
【特許文献２】
特許第３２２３６４８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載のレーザモジュールと、特許文献２に記載の波長変換素子とを組み合わせた波長変換レーザ装置が考えられる。
また、このような波長変換レーザ装置に、非特許文献１に記載の技術を適用し、波長変換素子への入射光の波長を温度変化に関わらず一定に維持することが考えられる。
【０００５】
しかし、波長変換素子で変換可能な入射光の中心波長は波長変換素子の温度変化で変動し、しかも波長変換素子で変換可能な入射光の波長帯域は例えば約０．１［ｎｍ］と狭いため、波長変換素子に温度変化があった時に入射光の波長を一定に維持していると、波長変換素子から安定した出力が得られなくなる問題点がある。
そこで、本発明の目的は、波長変換素子の温度変化に関わらず出力を安定に維持することが出来る波長変換レーザ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、半導体発光素子と、グレーティング部を内部に形成した光ファイバと、前記半導体発光素子と前記光ファイバとで構成される光共振器から出射した光を入射光としその入射光の高調波光を出力する波長変換素子と、前記波長変換素子からの高調波光の出力を前記波長変換素子の温度変化に関わらず一定に又は略一定に維持するように前記光共振器から出射する光の波長を温度に応じて変化させる共振波長調整手段とを具備したことを特徴とする波長変換レーザ装置を提供する。
上記第１の観点による波長変換レーザ装置では、波長変換素子の温度変化により波長変換素子で変換可能な入射光の中心波長が変動しても、それに追従させて光共振器から出射する光の波長を変化させるため、波長変換素子の温度変化に関わらず出力を安定に維持することが出来る。
【０００７】
第２の観点では、本発明は、上記構成の波長変換レーザ装置において、前記共振波長調整手段は、前記グレーティング部を長さ方向に伸縮させるグレーティング部伸縮手段であることを特徴とする波長変換レーザ装置を提供する。
上記第２の観点による波長変換レーザ装置では、波長変換素子の温度変化に応じてグレーティング部を長さ方向に伸縮させることにより、波長変換素子で変換可能な入射光の中心波長の変動に追従させて光共振器から出射する光の波長を変化させることが出来る。
【０００８】
第３の観点では、本発明は、上記構成の波長変換レーザ装置において、前記グレーティング部伸縮手段は、バー状の感温伸縮部材であり、その感温伸縮部材の間隔を空けた２カ所で前記グレーティング部を挟むように前記光ファイバを保持することを特徴とする波長変換レーザ装置を提供する。
上記第３の観点による波長変換レーザ装置では、グレーティング部伸縮手段を小型に構成できる。
【０００９】
第４の観点では、本発明は、上記構成の波長変換レーザ装置において、前記グレーティング部伸縮手段は、リング状またはディスク状の感温伸縮部材であり、その感温伸縮部材の外周面に前記グレーティング部を含む部分を巻き付けることを特徴とする波長変換レーザ装置を提供する。
上記第４の観点による波長変換レーザ装置では、光ファイバに局所的な応力が加わるのを避けることが出来る。
【００１０】
第５の観点では、本発明は、上記構成の波長変換レーザ装置において、前記感温伸縮部材の線膨張係数が、５×１０−５［Ｋ−１］〜６×１０−５［Ｋ−１］であることを特徴とする波長変換レーザ装置を提供する。
光共振器からの９００〜１１００ｎｍの間の波長帯域の入射光を、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムまたはこれらにＭｇＯをドープした非線形光学結晶に光導波路を形成した波長変換素子により波長変換する場合、波長変換素子で変換可能な入射光の波長の温度変化率は、約０．０６［ｎｍ／Ｋ］である。従って、光共振器から出射する光の波長の温度変化率も約０．０６［ｎｍ／Ｋ］にすればよい。
ここで、グレーティング部で反射される波長λ［ｍ］は、グレーティング部の実効屈折率をｎとし、グレーティングの周期をΛ［ｍ］とするとき、
λ＝２・ｎ・Λ                                    ・・・・・・（１）
である。この（１）式から、グレーティング部で反射される波長λの温度変化率∂λ／∂Ｔは、
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となる。ここで、グレーティング部の線膨張係数をａとすると、
ａ＝（１／Λ）（∂Λ／∂Ｔ）                      ・・・・・・（３）
である。（１）（２）（３）式より、
∂λ／∂Ｔ＝λ・｛（１／ｎ）・（∂ｎ／∂Ｔ）＋ａ｝・・・・・・（４）
となる。
（４）式において、波長λの温度変化率∂λ／∂Ｔ＝０．０６［ｎｍ／Ｋ］にすると共に波長λ＝１０００［ｎｍ］，実効屈折率ｎ＝１．５，実効屈折率ｎの温度係数∂ｎ／∂Ｔ＝９×１０−６［Ｋ−１］を代入して線膨張係数ａを求めると、
ａ＝５４×１０−６［Ｋ−１］
となる。
上記第５の観点による波長変換レーザ装置では、感温伸縮部材の線膨張係数を５×１０−５［Ｋ−１］〜６×１０−５［Ｋ−１］とするが、感温伸縮部材と共に伸縮するグレーティング部の線膨張係数は感温伸縮部材の線膨張係数と同じになるので、グレーティング部の線膨張係数が上記線膨張係数ａを略満たすことになる。よって、波長変換素子で変換可能な入射光の波長の温度変化率と、光共振器から出射する光の波長の温度変化率とを合わせることが出来る。
【００１１】
第６の観点では、本発明は、上記構成の波長変換レーザ装置において、前記感温伸縮部材は、プラスチック材料製であることを特徴とする波長変換レーザ装置を提供する。
上記第６の観点による波長変換レーザ装置では、ＡＢＳ樹脂，ＰＰＳ樹脂，ＰＢＴ樹脂，液晶ポリマー，エポキシ樹脂などのプラスチック材料のいずれか又はこれに添加物を添加して、所望の線膨張係数を得ることが出来る。
【００１２】
第７の観点では、本発明は、上記構成の波長変換レーザ装置において、前記感温伸縮部材は、２種類以上の異なる線膨張係数をもつ材料を張り合わせた構造であることを特徴とする波長変換レーザ装置を提供する。
上記第７の観点による波長変換レーザ装置では、ステンレスと銅のような２種類以上の異なる線膨張係数をもつ材料を組み合わせて、所望の線膨張係数を得ることが出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１４】
−第１の実施形態−
波長変換レーザ装置１００は、光反射面と光出射面とこれらの面で挟まれた領域に電流を注入することにより光を発生し増幅する機能を有する半導体光増幅素子１と、半導体光増幅素子１で発生した光を集光するレンズ２と、内部にグレーティング部６を形成した光ファイバ３と、光ファイバ３から出射した光を集光するレンズ４と、入射光の第２高調波光を出力する波長変換素子５と、グレーティング部６を挟む２カ所で光ファイバ３を保持する第１固定部１４および第２固定部１５を有するバー状の感温伸縮部材１１とを備えて構成されている。なお、波長変換素子５および感温伸縮部材１１は同じ温度となるように設置されている。
【００１５】
第１固定部１４および第２固定部１５は、接着剤または半田付けなどにより、光ファイバ３を固定的に保持している。
【００１６】
半導体増幅素子１と光ファイバ３とで光共振器が構成される。すなわち、半導体光増幅素子１を出射した光は、レンズ２で集光され、光ファイバ３の入射側端面のコア部に入射される。光ファイバ３のコア部に入射した光は、グレーティング部６で決定される波長の光が反射され、半導体光増幅素子１へ戻り、半導体光増幅素子１で増幅され、再び半導体光増幅素子１を出射し、光ファイバ３のコア部に入射する。これが繰り返されることにより、グレーティング部６で決定される波長の光が光ファイバ３の出射側端面のコア部から出射される。
光ファイバ３の出射側端面のコア部から出射された光は、レンズ４で集光され、波長変換素子５の光導波路端面へ入射され、第２高調波光に変換され、光導波路の他方の端面から出力される。
【００１７】
光共振器から９００〜１１００ｎｍの間のある波長帯域の光を出射し、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムまたはこれらにＭｇＯをドープした非線形光学結晶に、光が伝播する方向に所定の周期で分極反転を施して９００〜１１００ｎｍの間の所定の波長帯域で擬似位相整合を行えるような加工を施し、さらに光がシングルモードで伝播できるような光導波路を形成した波長変換素子５により波長変換する場合、５×１０−５〜６×１０−５［Ｋ−１］の線膨張係数を持つ感温伸縮部材１１を用いる。具体的には、例えばＡＢＳ樹脂，ＰＰＳ樹脂，ＰＢＴ樹脂，液晶ポリマー，エポキシ樹脂など又はこれに添加物を添加して所望の線膨張係数に調整したプラスチック材料製の感温伸縮部材１１を用いる。
【００１８】
これにより、波長変換素子５で変換可能な入射光の波長の温度変化率と、光共振器から出射する光の波長の温度変化率とを合わせることが出来る。
すなわち、波長変換素子５の温度変化により波長変換素子５で変換可能な入射光の中心波長が変動しても、それに追従してグレーティング部６を長さ方向に伸縮させることによって光共振器から出射する光の波長が変化するため、波長変換素子５の温度変化に関わらず出力を安定に維持することが出来る。
【００１９】
−第２の実施形態−
図２に示す波長変換レーザ装置２００は、第１の実施形態に係る波長変換レーザ装置１００における感温伸縮部材１１の代わりに、２種類の異なる線膨張係数をもつ材料１６，１７を張り合わせて所望の線膨張係数（光ファイバ３から見た線膨張係数）になるように調整した構造の感温伸縮部材１２を用いた構成である。
【００２０】
感温伸縮部材１２では、光ファイバ３に近い材料１６の線膨張係数よりも光ファイバ３から遠い材料１７の線膨張係数が小さいように材料を選ぶ。たとえば、材料１６に銅、材料１７にステンレス鋼を用いたバイメタル構造とする。または、材料１６にアルミニウム、材料１７にステンレス鋼を用いたバイメタル構造とする。
【００２１】
−第３の実施形態−
図３に示す波長変換レーザ装置３００は、第１の実施形態に係る波長変換レーザ装置１００におけるバー状の感温伸縮部材１１の代わりに、ディスク状の感温伸縮部材１３を用い、その感温伸縮部材１３の外周面に光ファイバ３のグレーティング部６を含む部分を巻き付けた構成である。なお、感温伸縮部材１３をリング状としてもよい。
【００２２】
感温伸縮部材１３には、第１の実施形態で示したプラスチック材料を用いることが出来る。
【００２３】
温度により感温伸縮部材１３の外周長が伸縮すると、光ファイバ３のグレーティング部６を含む部分も伸縮する。これにより、波長変換素子５で変換可能な入射光の波長の温度変化率と、光共振器から出射する光の波長の温度変化率とを合わせることが出来る。
【００２４】
−第４の実施形態−
図４に示す波長変換レーザ装置４００は、第１の実施形態に係る波長変換レーザ装置１００におけるバー状の感温伸縮部材１１の代わりに、感温・手動調整機構２０を用いた構成である。
【００２５】
感温・手動調整機構２０は、ベース２１と、そのベース２１上をスライドしうる移動ナット２２と、その移動ナット２２に螺合している感温伸縮ネジ棒２３と、その感温伸縮ネジ棒２３を手動または工具を用いて回転させうる操作部２４とを具備している。そして、第１固定部１４はベース２１に設けてあり、第２固定部１５は移動ナット２２に設けてある。
感温伸縮ネジ棒２３は、所望の線膨張係数を持つもので、第１の実施形態で示したプラスチック材料を用いることが出来る。
なお、波長変換素子５および感温伸縮ネジ棒２３は同じ温度となるように設置されている。
【００２６】
操作部２４を回して感温伸縮ネジ棒２３を回すと、移動ナット２２がベース２１上をスライドし、第１固定部１４と第２固定部１５の間隔が変わる。これにより、グレーティング部６が伸縮し、グレーティング部６で反射される光の波長すなわち光共振器から出射する光の波長が変わる。
そこで、最初に、光共振器から出射する光の波長が波長変換素子５で変換可能な入射光の波長になるように、操作部２４を回して調整しておく。
その後、波長変換素子５が温度変化すると、感温伸縮ネジ棒２３も同じ温度変化により伸縮して第１固定部１４と第２固定部１５の間隔を変えるため、波長変換素子５で変換可能な入射光の波長の温度変化率と、光共振器から出射する光の波長の温度変化率とを合わせることが出来る。
【００２７】
波長変換レーザ装置４００は、グレーティング部６での反射波長を手動で調整できるため、より取り扱い易くなる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の波長変換レーザ装置によれば、波長変換素子の温度変化により波長変換素子で変換可能な入射光の中心波長が変動しても、それに追従させて光共振器から出射する光の波長を変化させるため、波長変換素子の温度変化に関わらず出力を安定に維持することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る波長変換レーザ装置を示す構成図である。
【図２】第２の実施形態に係る波長変換レーザ装置を示す構成図である。
【図３】第３の実施形態に係る波長変換レーザ装置を示す構成図である。
【図４】第４の実施形態に係る波長変換レーザ装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１                    半導体光増幅素子
２，４                レンズ
３                    光ファイバ
５                    波長変換素子
６                    グレーティング部
１１，１２，１３      感温伸縮部材
２０                  感温・手動調整機構
２３                  感温伸縮ネジ棒
１００〜４００        波長変換レーザ装置
【図１】
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【図２】
2004165389.tif 000005
【図３】
2004165389.tif 000006
【図４】
2004165389.tif 000007