(57)【要約】【課題】  複雑な調整を必要とする素子を用いず、波長変換素子を長寿命で使用することができるレーザ装置を提供すること。【解決手段】  レーザ光源から出力される基本波レーザ光をその第２高調波の第１レーザ光に変換する第１波長変換素子と、該第１波長変換素子により波長変換された前記第１レーザ光と波長変換されなかった基本波レーザ光とを波長的に分割する波長分割光学部材と、該波長分割光学部材により分割された前記基本波レーザ光をさらにその第２高調波の第２レーザ光に変換する第２波長変換素子と、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを合成する合成部材と、該合成部材で合成されたレーザ光を対象物に導光する導光光学系と、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源から出力される基本波レーザ光をその第２高調波の第１レーザ光に変換する第１波長変換素子と、該第１波長変換素子により波長変換された前記第１レーザ光と波長変換されなかった基本波レーザ光とを波長的に分割する波長分割光学部材と、該波長分割光学部材により分割された前記基本波レーザ光をさらにその第２高調波の第２レーザ光に変換する第２波長変換素子と、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを合成する合成部材と、該合成部材で合成されたレーザ光を対象物に導光する導光光学系と、を備えることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
請求項１のレーザ装置において、前記レーザ光源は直線偏光の基本波レーザ光を出力可能なレーザ光源であり、前記第１レーザ光又は第２レーザ光が前記合成部材に至る光路の一方にはレーザ光の直線偏光をこれと直交する直線偏光に回転する偏光回転部材が配置されており、前記合成部材は前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを反射と透過により合成する偏光合成部材であることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３】
請求項１のレーザ装置は医療用レーザ装置であり、前記レーザ光源は、赤外レーザ光を発する励起用レーザ発振器からのレーザ光を誘導ラマン散乱によって異なる波長にシフトするラマンファイバレーザ光源であり、前記第１波長変換素及び第２波長変換素子によりオレンジ色又は赤色のレーザ光を得るための基本波レーザ光を出力することを特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基本波レーザ光を波長変換して対象物に照射するレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体レーザ媒質からの発振される波長の光をKTP結晶、LBO結晶、BBO結晶等の非線形結晶を用いて可視光に変換し、このレーザ光を治療等に用いる技術は良く知られている。その方法としては、基本波長1064ｎｍを発するＮｄ：ＹＡＧレーザ結晶と非線形結晶とをレーザ光源内（共振光学系内）に配置し、約532ｎｍ（緑色）、約561ｎｍ（黄色）、又は約659ｎｍ（赤色）の第２高調波のレーザ光を得る方法（例えば、特許文献１参照）と、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（レーザ光源）から出射した基本波長1064ｎｍのレーザ光を、レーザ光源外の光路に配置した非線形結晶により、第２高調波である532ｎｍ等を得る方法（例えば、特許文献２参照）と、がある。
【特許文献１】特開２００２−１５１７７４号公報
【特許文献２】特開平５−８４３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の特許文献２のように、レーザ光源から出射したレーザ光を非線形結晶により波長変換する方法は、前者の第１特許文献の方法に比べて、レーザ光源の外で波長変換光学系を構成することができるので、光学構成の自由度とし易さとがある反面、この方法は非線形結晶による変換効率が低い。
【０００４】
この対応として、波長変換素子にPPLN結晶等の擬似位相整合結晶を用いると共に、図４に示すように、レーザ光源９０から出射されたレーザ光の光路中に２つの擬似位相整合結晶９１，９２を直列に配置する方法が考えられる。しかし、この方法では、PPLN結晶９１及び９２で変換される両者の第２高調波の位相をミラー９４，９５により整合させると同時に、両者で変換される第２高調波ビームのモードを一致させて重ね合わせる調整が煩雑になるという問題がある。PPLN結晶は変換された第２高調波の出力の大きさに応じて結晶にダメージを受ける。図４に示すPPLN結晶９２はPPLN結晶９１により変換された第２高調波とPPLN結晶９２により変換された第２高調波の両方の影響を受けるため、使用しているうちに次第に結晶にダメージをうけて劣化し、出力の低下を招くという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を鑑み、レーザ光源外（レーザ共振器外）に波長変換素子を配置した構成であっても、複雑な調整を必要とする素子を用いず、波長変換素子を長寿命で使用することができるレーザ装置を提供することを技術課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
【０００７】
（１）  レーザ光源から出力される基本波レーザ光をその第２高調波の第１レーザ光に変換する第１波長変換素子と、該第１波長変換素子により波長変換された前記第１レーザ光と波長変換されなかった基本波レーザ光とを波長的に分割する波長分割光学部材と、該波長分割光学部材により分割された前記基本波レーザ光をさらにその第２高調波の第２レーザ光に変換する第２波長変換素子と、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを合成する合成部材と、該合成部材で合成されたレーザ光を対象物に導光する導光光学系と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
（２）  （１）のレーザ装置において、前記レーザ光源は直線偏光の基本波レーザ光を出力可能なレーザ光源であり、前記第１レーザ光又は第２レーザ光が前記合成部材に至る光路の一方にはレーザ光の直線偏光をこれと直交する直線偏光に回転する偏光回転部材が配置されており、前記合成部材は前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを反射と透過により合成する偏光合成部材であることを特徴とする。
【０００９】
（３）  （１）のレーザ装置は医療用レーザ装置であり、前記レーザ光源は、赤外レーザ光を発する励起用レーザ発振器からのレーザ光を誘導ラマン散乱によって異なる波長にシフトするラマンファイバレーザ光源であり、前記第１波長変換素及び第２波長変換素子によりオレンジ色又は赤色のレーザ光を得るための基本波レーザ光を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複雑な調整を必要とする素子を用いず、波長変換素子を長寿命で使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る眼科医療用のレーザ装置の構成を示す図である。
【００１２】
図１において、１はレーザ光を出射するレーザ光源ユニットである。レーザ光源ユニット１は制御ユニット４７に接続されおり、制御ユニット４７はレーザ出力や凝固時間等の治療条件を設定するコントロールパネル４８に接続されている。
【００１３】
レーザ光源ユニット１は、ファイバレーザ光源が好適である。レーザ光源ユニット１の内部には、図２に示す様に、赤外レーザ光を発する励起用レーザ発振器２５が配置されている。レーザ発振器２５は、例えばレーザダイオードポンプのＮｄ：ＹＡＧレーザからなり、波長λ１＝1064nmの赤外光を発する。波長λ１のレーザ光の進む光路Ｌ１上には集光レンズ２３、ラマンファイバ波長シフト器２０が配置されている。ラマンファイバ波長シフト器２０は、シリカ（SiO2）をベースとしてコア部分に酸化チタン（TiO2）がドープされた光ファイバ（非線形用光ファイバ）２１からなる。光ファイバ２１のコア径は６μｍで、長さが５００ｍ以上である。光ファイバ２１には誘導ラマン散乱により発生する波長λ２（＝1180nm）の第１次ストークス光を反射させる一対のファイバ・ブラッグ・グレーティング（以下、ＦＢＧ）２２ａ，２２ｂが形成されている。また、出射端側には波長λ１の光を反射し、波長λ２の光を透過するＦＢＧ２４が形成されている。なお、光ファイバ２１は通過するレーザ光の直線偏光を保持する偏光ファイバ（Polarization Maintaining Fiber）である。また、光ファイバ２１を偏光ファイバにする代わりに、光路Ｌ１上のレーザ光源ユニット１を出射した部位にレーザ光を直線偏光に偏光する偏光素子を設けても良い。但しこの場合、レーザ発振器は偏光度が９９％以上の直線偏光のレーザ光を出力するレーザ発振器が好ましい。
【００１４】
ここで、SiO2をベースにTiO2がドープされた光ファイバの誘導ラマン散乱特性を図３に示す。図３に示すように、SiO2にTiO2がドープされた光ファイバでは、約925cm-1付近と約400cm-1付近で誘導ラマン散乱のピークが現われている。従って、波長λ１（＝1064nm）の励起光によって925cm-1のラマンシフトＰ１に対応する1180nmにピークを持った誘導ラマン散乱が得られる。この1180nmの光について、高反射率（９９％以上の反射）のＦＢＧ２２ａと一部透過（反射率８５％程）の出力用ＦＢＧ２２ｂで共振器を規定することにより、1180nmのレーザ光が取り出される。なお、ＦＢＧ２４により波長λ１の励起光は光ファイバ２１を折り返し伝搬し、光ファイバ２１の誘導ラマン散乱をより活性化させる。
【００１５】
このラマンファイバ波長シフト器２０を使用して得られる波長λ２＝1180nmを、その第二高調波に波長変換することにより、医療用として好適な（特に眼科治療の光凝固に好適な）オレンジ色のレーザ光が得られる。また、ラマンファイバ波長シフト器２０としては、図３の約400cm-1付近における誘導ラマン散乱のピークを利用し、1180nmの１次ストークス光によって約400cm-1のラマンシフトＰ２に対応する約1240nmにピークを持った誘導ラマン散乱が得られるように一対のＦＢＧを追加し、1240nmのレーザ光を得るように構成しても良い。この場合、1240nmのレーザ光をその第二高調波に波長変換することにより、620nmの赤色レーザ光を得ることができる。
【００１６】
レーザ光源ユニット１を出射した基本波（波長λ２＝1180nm）のレーザ光の偏光方向は、第１波長変換素子６の後述するMgO:PPLN結晶の分極方向（Z-Axis）と平行（Ｓ偏光）である。レーザ光は光路Ｌ１上の集光レンズ５を経て第１波長変換素子６に入射する。第１波長変換素子６により、その第二高調波である波長λ３＝590nmのオレンジ色レーザ光（第１レーザ光）に波長変換される。
【００１７】
第１波長変換素子６の後方の光路Ｌ１上には、コリメーティングレンズ１６、波長分割光学部材であるダイクロイックミラー７、集光レンズ１０、第２波長変換素子１１、コリメーティングレンズ１７、ダイクロイックミラー１２、ダンパ１３が配置されている。ダイクロイックミラー７、１２は、レーザ光源ユニット１を出射した基本波（波長λ２＝1180nm）のレーザ光を透過し、その第二高調波である波長λ３＝590nmのレーザ光を反射する特性を有している。ダンパ１３はダイクロイックミラー１２を透過した波長λ２（＝1180nm）のレーザ光を吸収する役目をしている。
【００１８】
先の第１波長変換素子６により波長変換されなかった基本波（波長λ２＝1180nm）のレーザ光は、ダイクロイックミラー７を透過し、集光レンズ１０を経て第２波長変換素子１１に入射する。この第２波長変換素子１１により、第１波長変換素子６と同様に、その第二高調波である波長λ３＝590nmのレーザ光（第２レーザ光）に波長変換される。そして、波長変換された波長λ３＝590nmののレーザ光は、ダイクロイックミラー１２により後述する偏光ビームコンバイナ１４側に反射される。なお、第１波長変換素子６及び第２波長変換素子１１としては、好ましくはMgO:PPLN結晶等の非線形結晶（擬似位相整合結晶）を用いる。その結晶の長さは、基本波である波長λ２＝1180nm及び基本波のバンド幅等に基づいて、基本波を効率良くその第二高調波に変換できるように決定されている。
【００１９】
一方、ダイクロイックミラー７により反射されたＳ偏光の波長λ３のレーザ光（第１レーザ光）は、偏光回転素子としての１／２波長板８により、その偏光方向が９０度回転され、Ｐ偏光の直線偏光に変えられる。尚、１／２波長板８の変わりに、偏光方向を９０度回転させる偏光回転素子として水晶等の結晶を利用した偏光ローテーターを用いても良い。Ｐ偏光の波長λ３のレーザ光は、ミラー９で反射され、光軸Ｌ２上を進む。光軸Ｌ２上には直交するＰ偏光及びＳ偏光のレーザ光を合成する合成光学部材である偏光ビームコンバイナ１４が配置されている。偏光ビームコンバイナ１４は、ダイクロイックミラー１２で反射されたＳ偏光の波長λ３のレーザ光を反射し、ミラー９で反射されてくるＰ偏光の波長λ３のレーザ光を透過することにより、両者を合成する。合成されたＳ偏光とＰ偏光の波長λ３のレーザ光は、光軸Ｌ２上を進み、集光レンズ１５により光ファイバ５０に入射する。なお、１／２波長板８は第２波長変換素子１１から偏光ビームコンバイナ１４に至る光路に配置しても良い。この場合、集光レンズ１５及び光ファイバ５０も、第２波長変換素子１１により波長変換された第２レーザ光が偏光ビームコンバイナ１４を透過する方向に配置する。
【００２０】
このように２つの波長変換素子を配置することで、１つの波長変換素子だけを配置した場合に比べて、約２倍弱の効率で波長λ３のレーザ光を取り出すことができる。例えば、レーザ光源ユニット１からのレーザ光の出力が１５Ｗ、バンド幅が１.５ｎｍ、第１波長変換素子６、第２波長変換素子１１の長さが２０ｍｍの場合、第１波長変換素子６により波長変換される波長λ３のレーザ光は、レーザ光源ユニット１からの出力に対し約４.５％程度の変換効率で得られる。そして、第１波長変換素子６によって波長変換されなかった残りの基本波のレーザ光は、さらに第２波長変換素子１１によってもレーザ光源ユニット１からの出力に対しほぼ同じ約４．２％の変換効率で得られる。したがって、両者が合成されることにより得られる波長λ３のレーザ光は、レーザ光源ユニット１からの出力に対して約８.７％程度となり、１つの波長変換素子で波長変換する場合に比べて、その約２倍弱の効率で取り出すことができる。
【００２１】
現在では、ダイオードレーザによって高出力なレーザ光は得られないが、上記の実施の形態のように高出力で出射可能なＮｄ：ＹＡＧレーザからのレーザ光を光源として用いることにより、オレンジ色等の高出力のレーザ光を得ることができる。
【００２２】
また、この構成では、図４に示した波長変換素子の配置構成に対して、２つの波長変換素子により変換される第二高調波の位相の調整や、ビームのモードを一致させる調整が不要であるので、各素子の配置構成が単純であり、装置構成が容易である。また、図４に示した波長変換素子の配置構成では、PPLN結晶９２はPPLN結晶９１により変換された第２高調波とPPLN結晶９２により変換された第２高調波の両方のダメージの影響を受けるが、これに対してこの構成では、第１波長変換素子６や第２波長変換素子１１の自ら変換された第２高調波の影響しか受けないので、波長変換素子を長寿命で使用することができる。
【００２３】
光ファイバ５０の出力端は、患者眼Ｅにレーザ光を導光するためのデリバリ光学系５２に接続されている。デリバリ光学系５２は、リレーレンズ５３、レーザ光のスポットサイズを変更するためのズームレンズ５４、対物レンズ５５、レーザ光を患者眼Ｅに向けて反射するミラー５６を備える。デリバリ光学系５２はスリットランプ６０が持つ双眼の顕微鏡部６１に取り付けられている。また、患者眼Ｅはスリットランプ６０が備える照明部６２により照明される。光凝固治療では、デリバリ光学系５２から出射したレーザ光は、コンタクトレンズ６５を介して患者眼Ｅの眼底に照射される。
【００２４】
以上の実施形態では、ファイバレーザ光源であるレーザ光源ユニット１からの出力を一度各個々の光学素子で波長変換して可視光を得るものとしたが、光導波路タイプの光学系で、一部又はすべてをファイバ系で構成すると、装置構成がコンパクトになり、アライメントの問題も軽減されるので、さらに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】レーザ装置の構成を示す図である。
【図２】レーザ光源ユニットの内部の構造を示す図である。
【図３】本発明で使用するラマンファイバの誘導ラマン散乱特性を示す図である。
【図４】従来より考案されている二つの非線形結晶による第２高調波への変換方法を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  レーザ光源ユニット
６  第１波長変換素子
７  ダイクロイックミラー
８  １／２λ波長板
１１  第２波長変換素子
１４  偏光ビームコンバイナ
５０  光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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