(57)【要約】  自然放出光から所望の特定波長である基本波を設定することが出来、また１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯にある基本波の波長を１ｎｍ単位で設定可能な光源を提供するため、光源１００は、半導体レーザ１と、第１の光導波路２と、第１の光導波路２から出射される励起光を吸収して励起光よりも長波長の自然放出光を出射する第２の光導波路３と、第３の光導波路４と、第２の光導波路３と第３の光導波路４の間に設けられた１つの波長選択素子６とを備え、波長選択素子６よりも半導体レーザ１側と外部への出射側との間で共振器ｋが形成されており、また第２の光導波路３の光ファイバの長さが制御され、発振させたレーザ光の波長を１ｎｍ単位で設定し、出射するようにしている。
2007116563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと、半導体レーザから出力される励起光を導光するための第１の光導波路と、第１の光導波路から出射される励起光を吸収して励起光よりも長波長の自然放出光を出射する第２の光導波路と、第２の光導波路から出射される光を外部に導光するための第３の光導波路と、第２の光導波路と第３の光導波路の間に設けられた少なくとも１つ以上からなる波長選択素子とを備え、波長選択素子よりも半導体レーザ側と外部への出射側との間で共振器が形成されており、前記自然放出光を共振器によって発振させたレーザ光を出射する光源であって、
前記第２の光導波路の長さが制御され、前記発振させたレーザ光の波長が設定されていることを特徴とする光源。
【請求項２】
半導体レーザと、半導体レーザから出力される励起光を導光するための第１の光導波路と、第１の光導波路から出射される励起光を吸収して励起光よりも長波長の自然放出光を出射する第２の光導波路と、第２の光導波路から出射される光を外部に導光するための第３の光導波路と、第２の光導波路と第３の光導波路の間に設けられた少なくとも１つ以上からなる波長選択素子とを備え、波長選択素子よりも半導体レーザ側と外部への出射側との間で共振器が形成されており、前記自然放出光を共振器によって発振させたレーザ光を出射する光源であって、
前記第２の光導波路の温度が制御され、前記発振させたレーザ光の波長が設定されていることを特徴とする光源。
【請求項３】
半導体レーザと、半導体レーザから出力される励起光を導光するための第１の光導波路と、第１の光導波路から出射される励起光を吸収して励起光よりも長波長の自然放出光を出射する第２の光導波路と、第２の光導波路から出射される光を外部に導光するための第３の光導波路と、第２の光導波路と第３の光導波路の間に設けられた少なくとも１つ以上からなる波長選択素子とを備え、波長選択素子よりも半導体レーザ側と外部への出射側との間で共振器が形成されており、前記自然放出光を共振器によって発振させたレーザ光を出射する光源であって、
前記第２の光導波路に含まれる希土類元素の濃度が制御され、前記発振させたレーザ光の波長が設定されていることを特徴とする光源。
【請求項４】
半導体レーザと、半導体レーザから出力される励起光を導光するための第１の光導波路と、第１の光導波路から出射される励起光を吸収して励起光よりも長波長の自然放出光を出射する第２の光導波路と、第２の光導波路から出射される光を外部に導光するための第３の光導波路と、第２の光導波路と第３の光導波路の間に設けられた少なくとも１つ以上からなる波長選択素子とを備え、波長選択素子よりも半導体レーザ側と外部への出射側との間で共振器が形成されており、前記自然放出光を共振器によって発振させたレーザ光を出射する光源であって、
前記第２の光導波路の長さ、温度、希土類元素濃度、および前記共振器の両端に位置する反射鏡の反射率が、前記波長選択素子の透過率が最大となる波長において、前記発振させたレーザ光の出力を最大とする所定の値であることを特徴とする光源。
【請求項５】
半導体レーザと、半導体レーザから出力される励起光を導光するための第１の光導波路と、第１の光導波路から出射される励起光を吸収して励起光よりも長波長の自然放出光を出射する第２の光導波路と、第２の光導波路から出射される光を外部に導光するための第３の光導波路と、第２の光導波路と第３の光導波路の間に設けられた少なくとも１つ以上からなる波長選択素子とを備え、波長選択素子よりも半導体レーザ側と外部への出射側との間で共振器が形成されており、前記自然放出光を共振器によって発振させたレーザ光を出射する光源であって、
前記共振器の端面の反射率が制御され、前記発振させたレーザ光の波長が設定されていることを特徴とする光源。
【請求項６】
前記波長選択素子が、エタロンフィルタであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の光源。
【請求項７】
前記第２の光導波路は、コア層と、その外側に設けられた２層以上のクラッド層を有し、また少なくともコア層に希土類元素が添加された光ファイバであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光源。
【請求項８】
前記波長選択素子は、偏光子の機能を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を出射する光源に関し、更に詳しくは、レーザ顕微鏡、バイオ医療用の分析装置、精密測定装置等に使用される光源装置の元となる光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光源において得られる波長は、半導体レーザの発振波長及びそのＳＨＧ（第二高調波）、ＴＨＧ（第三高調波）等があり、これら特定の波長が使用されている。例えば、レーザ顕微鏡、バイオ医療用の分析装置である蛍光分析装置や生体分析装置、精密測定装置等の光源装置に使用される５３０ｎｍ〜６００ｎｍ帯の波長は、１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯から所望の特定波長である基本波を生成し、ＳＨＧにより生成される。このような基本波を生成する光源として、光ファイバを利得媒体として用いたものがある。これは、例えば、励起光源と、光ファイバと、共振器を少なくとも備え、励起光源から出射された励起光を光ファイバに入射して自然放出光を生成し、更に所望の波長である基本波を発振させて、外部へ出射するように構成される。なお、下記特許文献１には、光ファイバを用いた光ファイバレーザが開示されている。【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような光源において、所望の波長の基本波を安定して発生させる具体的方法は知られておらず、所望の特性を得るために、構成する部品の特性を変えながら微調整をする必要があった。また、部品の特性の違いによって発生される基本波の波長や出力が変わりやすく、所望の波長で安定に出力する条件を得るのが非常に難しいという問題があった。そのため、基本波の波長を精密に設定することが非常に難しく、例えば、上記の１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯の基本波をＳＨＧにより５３０ｎｍ〜６００ｎｍ帯に変換するような、高い波長精度が必要な用途への適用が困難であるという問題があった。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、自然放出光から所望の特定波長である基本波を設定することが出来、また１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯にある基本波の波長を１ｎｍ単位で設定可能な光源を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の観点として本発明は、半導体レーザと、半導体レーザから出力される励起光を導光するための第１の光導波路と、第１の光導波路から出射される励起光を吸収して励起光よりも長波長の自然放出光を出射する第２の光導波路と、第２の光導波路から出射される光を外部に導光するための第３の光導波路と、第２の光導波路と第３の光導波路の間に設けられた少なくとも１つ以上からなる波長選択素子とを備え、波長選択素子よりも半導体レーザ側と外部への出射側との間で共振器が形成されており、前記自然放出光を共振器によって発振させたレーザ光を出射する光源であって、前記第２の光導波路の長さが制御され、前記発振させたレーザ光の波長が設定されていることを特徴とする光源にある。【０００７】
第２の観点として本発明は、半導体レーザと、半導体レーザから出力される励起光を導光するための第１の光導波路と、第１の光導波路から出射される励起光を吸収して励起光よりも長波長の自然放出光を出射する第２の光導波路と、第２の光導波路から出射される光を外部に導光するための第３の光導波路と、第２の光導波路と第３の光導波路の間に設けられた少なくとも１つ以上からなる波長選択素子とを備え、波長選択素子よりも半導体レーザ側と外部への出射側との間で共振器が形成されており、前記自然放出光を共振器によって発振させたレーザ光を出射する光源であって、前記第２の光導波路の温度が制御され、前記発振させたレーザ光の波長が設定されていることを特徴とする光源にある。【０００８】
第３の観点として本発明は、半導体レーザと、半導体レーザから出力される励起光を導光するための第１の光導波路と、第１の光導波路から出射される励起光を吸収して励起光よりも長波長の自然放出光を出射する第２の光導波路と、第２の光導波路から出射される光を外部に導光するための第３の光導波路と、第２の光導波路と第３の光導波路の間に設けられた少なくとも１つ以上からなる波長選択素子とを備え、波長選択素子よりも半導体レーザ側と外部への出射側との間で共振器が形成されており、前記自然放出光を共振器によって発振させたレーザ光を出射する光源であって、前記第２の光導波路に含まれる希土類元素の濃度が制御され、前記発振させたレーザ光の波長が設定されていることを特徴とする光源にある。【０００９】
第４の観点として本発明は、半導体レーザと、半導体レーザから出力される励起光を導光するための第１の光導波路と、第１の光導波路から出射される励起光を吸収して励起光よりも長波長の自然放出光を出射する第２の光導波路と、第２の光導波路から出射される光を外部に導光するための第３の光導波路と、第２の光導波路と第３の光導波路の間に設けられた少なくとも１つ以上からなる波長選択素子とを備え、波長選択素子よりも半導体レーザ側と外部への出射側との間で共振器が形成されており、前記自然放出光を共振器によって発振させたレーザ光を出射する光源であって、前記第２の光導波路の長さ、温度、希土類元素濃度、および前記共振器の両端に位置する反射鏡の反射率が、前記波長選択素子の透過率が最大となる波長において、前記発振させたレーザ光の出力を最大とする所定の値であることを特徴とする光源にある。【００１０】
第５の観点として本発明は、半導体レーザと、半導体レーザから出力される励起光を導光するための第１の光導波路と、第１の光導波路から出射される励起光を吸収して励起光よりも長波長の自然放出光を出射する第２の光導波路と、第２の光導波路から出射される光を外部に導光するための第３の光導波路と、第２の光導波路と第３の光導波路の間に設けられた少なくとも１つ以上からなる波長選択素子とを備え、波長選択素子よりも半導体レーザ側と外部への出射側との間で共振器が形成されており、前記自然放出光を共振器によって発振させたレーザ光を出射する光源であって、前記共振器の端面の反射率が制御され、前記発振させたレーザ光の波長が設定されていることを特徴とする光源にある。【００１１】
第６の観点として本発明は、波長選択素子としてはエタロンフィルタであることを特徴とする光源にある。【００１２】
第７の観点として本発明は、前記第２の光導波路は、コア層と、その外側に設けられた２層以上のクラッド層を有し、また少なくともコア層に希土類元素が添加された光ファイバにある。なお、前記希土類としては、例えばＥｒ（エルビウム）、Ｙｂ（イットリビウム）、またはＥｒとＹｂを同時に含んだものである。【００１３】
第８の観点として本発明は、前記波長選択素子は、偏光子の機能を有することを特徴とする光源になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光源によれば、前記第２の光導波路の長さ、温度又は第２の光導波路に含まれる希土類元素の濃度を制御する、または第２の光導波路の長さ、温度、希土類元素濃度の内の何れか２つまたは全部の組み合わせを最適化する、または共振器の端面の反射率を制御することにより、自然放出光から所望の特定波長である基本波を設定することが可能となる。また半導体レーザから出力された、例えば波長９１５ｎｍの励起光を用いて第１，第２，第３の光導波路、および共振器により、１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯にある基本波を生成するとともに、この基本波の波長や出力を安定させることができる。また基本波の波長を１ｎｍ単位で設定することが可能となる。従って、本発明の光源は、レーザ顕微鏡、蛍光分析装置等、高い光出力安定性や波長精度が必要とされる５３０ｎｍ〜６００ｎｍ帯の波長を生成するための基本波として使用することが可能となり、結果として、従来分析が難しい種々のたんぱく質等の蛍光分析が出来るようになる。従って、本発明は産業上に寄与する効果が極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の光源の実施例１の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示した光源の共振器近傍の詳細構成を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の光源の実施例２の構成を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の光源の実施例３の構成を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の光源の実施例４の構成を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の光源の実施例５の共振器近傍の詳細構成を示す模式図である。
【図７】図７は、本発明の光源の実施例６の共振器近傍の詳細構成を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明の光源の実施例７の共振器近傍の詳細構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００１６】
１    半導体レーザ
２    第１の光導波路（マルチモード光ファイバ）
２ｂ    共振器反射面（誘電体多層膜、第１の光導波路の出射端面）
３，１３    第２の光導波路（希土類添加ダブルクラッドファイバ（ダブルクラッドファイバ））
４    第３の光導波路（偏波保持光ファイバ）
４ａ    共振器反射面（誘電体多層膜（光学薄膜）、第３の光導波路の入射端面）
５ａ    レンズユニット（斜めカットレンズ）
５ｂ    レンズユニット（斜めカットレンズ）
６    波長選択素子（誘電体多層膜フィルタ又はエタロン）
７，１７    偏光子
２１    第１の光導波路（マルチモード光ファイバ）のコア
２２    第１の光導波路（マルチモード光ファイバ）のクラッド層
３１    第２の光導波路（ダブルクラッドファイバ）のコア
３２    第２の光導波路（ダブルクラッドファイバ）の第１のクラッド層
３３    第２の光導波路（ダブルクラッドファイバ）の第２のクラッド層
４１    第３の光導波路（偏波保持光ファイバ）のコア
４２    第３の光導波路（偏波保持光ファイバ）のクラッド層
１００，２００，３００，４００    光源
ｃ    温度調節器（サーミスタ温度調節器）
ｈ    ヒータ（面状ヒータ）
ｋ    共振器
ｙ    誘電体多層膜
ｙ１〜ｙ４  光学薄膜
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の光源の形態例１としては、前記第１観点に記載した光源であり、その構成について詳しく説明する。【００１８】
前記半導体レーザは、励起用のレーザ光を出力するもので、希土類の発振波長に依存する波長（例えばＹｂは９００ｎｍ〜１０００ｎｍ）を出力する。例えば、波長９１５ｎｍで数百ｍＷ〜５Ｗ程度のレーザ光を出力するものが好ましい。【００１９】
また前記第１の光導波路は、半導体レーザから出力された励起光を、効率良く第２の光導波路に導光するために用いられる。なお光導波路としては光ファイバ、平面光導波回路等が用いられる。光ファイバの場合はモードフィールド径が大きいものが好ましく、例えばコア径が５０μｍ以上４００μｍ以下のマルチモード光ファイバを用いることにより励起用のレーザ光を効率良く第２の光導波路に導光することができる。前記マルチモード光ファイバの構造は例えばコア径１００μｍ、クラッド径１２５μｍである。【００２０】
また前記第２の光導波路は、第１の光導波路から出射される励起光を吸収して励起光よりも長波長の自然放出光を生成し、特定波長に変換するために用いられる光導波路であり、例えば希土類添加ファイバが挙げられる。この第２の光導波路は、例えば波長９１５ｎｍの励起光を吸収して、光エネルギー準位の変換により、１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯の自然放出光を生成する。【００２１】
また前記第３の光導波路は、第２の光導波路から出射される特定波長を入射し、外部に導光するために用いられる光導波路である。なお、この光導波路は特定波長の偏波面を保持したまま伝送できることが好ましく、例えば偏波保持光ファイバが用いられる。該偏波保持光ファイバを用いることにより、例えば１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯にある基本波の偏波面を保持し、外部、例えば次段の非線形光学結晶に導光することができる。前記偏波保持光ファイバとしては、クラッド層に応力付与部を設けたもの、クラッド層の長手方向に孔を設けたもの、コアを楕円形に成形したものなどが挙げられる。【００２２】
また前記波長選択素子は、誘電体多層膜フィルタまたはエタロンフィルタの少なくとも一方で構成されていることが好ましい。前記誘電体多層膜フィルタとしては、バンドパスフィルタが挙げられる。また前記波長選択素子は、例えば波長１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯の中から特定の波長を選定し、共振波長を設定するものであり、結果として、半値幅の狭いシャープな波長を生成することができる。なお波長選択素子は１枚でも良いが、所望の特性を得るために複数枚であっても良い。【００２３】
また前記共振器は、波長選択素子よりも半導体レーザ側と外部への出射側との間で形成される。具体的には、前記共振器の入射端面は、例えば第１の光導波路の出射端面または第２の光導波路の入射端面の少なくとも一方に施されたフィルターデバイスからなり、レーザ発振させるための一方の共振器ミラーとして使用される。また前記共振器の出射端面は、例えば第３の光導波路の入射端面または出射端面の少なくとも一方に施されたフィルターデバイスからなり、レーザ発振させるためのもう一方の共振器ミラーとして使用される。この共振器により励起光よりも長波長の自然放出光を発振させ、例えば波長１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯にある基本波を生成して、外部へ出射することができる。また前記フィルターデバイスとしては、例えば誘電体多層膜が挙げられる。【００２４】
上記形態例１の光源では、前記第２の光導波路の長さを制御することにより、自然放出光から所望の特定波長である基本波を設定する（以下、自然放出光から基本波を設定すると略記する）事が出来る。また基本波の波長を１ｎｍ単位で設定することが可能となる。また例えば半導体レーザから出力された波長９１５ｎｍの励起光を第１，第２，第３の光導波路、および共振器により１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯にある基本波を生成することができる。また波長選択素子のバンドパス（波長選択）機能により、任意の半値幅の狭いシャープな波長域のレーザ光を生成することができる。【００２５】
また前記第２の光導波路の長さを制御し、自然放出光から基本波を設定する方法としては、第２の光導波路の長さを例えば８ｍから３０ｍに変えると、長波長側へ２５ｎｍの変動が可能であるので、所望の波長のレーザ光となるように第２の光導波路の長さを計算して設定すればよい。そして、前記レーザ光を波長変換素子（例えばＰＰＬＮ）に導光させ、ＳＨＧ光を発生させることができる。また第２の光導波路の長さを制御し、共振光の縦モード割れ（複数の波長にエネルギーが分散）を回避することにより、共振波長を安定化させ、結果として共振光パワーを増大させることができる。また長さを制御することにより縦モード割れしたスペクトルを1波長へ集約し、基本波のパワーを効率良くできる。【００２６】
また本発明の光源の形態例２としては、前記第２観点に記載した光源である。
前記第２の光導波路の温度の制御は、ペルチェ素子またはヒータと温度調節器を用いて第２の光導波路の温度を設定し、且つ一定温度に保つことにより自然放出光から基本波を設定することができる。例えば１０℃の温度上昇で、長波長側へ１ｎｍの変動が可能であるので、所望の波長のレーザ光となるように第２の光導波路の温度を計算して設定すればよい。【００２７】
上記形態例２の光源では、上記形態例１の光源と同様の作用・効果を奏する。なお、温度制御により、光ファイバの長さ制御よりも更に微妙な設定が可能である。【００２８】
また本発明の光源の形態例３としては、前記第３観点に記載した光源である。
前記第２の光導波路の希土類元素の濃度制御は、希土類元素の濃度が高くなると、第２の光導波路が長くなったのと同じ効果（長波長へシフトする）があり、また希土類元素の濃度が低くなると、第２の光導波路が短くなったのと同じ効果（短波長へシフトする）があるので、濃度を制御することにより自然放出光から基本波を設定することができる。上記形態例３の光源では、上記形態例１の光源と同様の作用・効果を奏する。【００２９】
また本発明の光源の形態例４としては、前記第４観点に記載した光源である。
光源において、自然放出光から基本波を設定する時、第２の光導波路の長さ、温度、希土類元素濃度、および前記共振器の両端に位置する反射鏡の反射率が、前記波長選択素子の透過率が最大となる波長において、前記発振させたレーザ光の出力を最大とする所定の値をもつレーザ光を設定することができる。例えば、第２の光導波路の長さ調整をして１０ｎｍ規模の波長変動を行い、また、温度コントロールにより数ｎｍの微調整を行い所望の波長のレーザ光とする。また、設定波長にマッチする波長選択素子を光路に挿入し、設定波長で最大のパワーが生じる様、光ファイバの温度と長さを調整すると、より好ましい。上記形態例４の光源では、上記形態例１〜３の光源と同様の作用・効果を奏する。【００３０】
また本発明の光源の形態例５としては、前記第５観点に記載した光源である。
光源において、前記共振器の端面である入射端面および出射端面の反射率の制御を行うことにより自然放出光から基本波を設定することができる。例えば、出射側の反射率を高くすると共振波長は長波長側へシフトするので、所望の波長のレーザ光となるように反射率を設定すればよい。上記形態例５の光源では、上記形態例１の光源と同様の作用・効果を奏する。【００３１】
また本発明の光源の形態例６としては、前記第６観点に記載した光源である。すなわち、前記波長選択素子として、エタロンフィルタを用いている。【００３２】
また本発明の光源の形態例７としては、前記第６観点に記載した光源である。
前記第２の光導波路としては、例えば希土類添加ダブルクラッドファイバ（以下、ダブルクラッドファイバと略記する）を好ましく用いることができる。そして、例えば波長９１５ｎｍの励起光を吸収して、光エネルギー準位の変換により、効率良く１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯の自然放出光を生成することができる。このダブルクラッドファイバの構造は、例えばコア径６μｍ、第１クラッド径１２５μｍ、第２クラッド径２５０μｍである。【００３３】
また、本発明の光源の形態例８としては、第７観点に記載した光源である。
前記波長選択素子としては、たとえばエタロンであり、このエタロンが偏光子としての機能を持たせるようにし、あるいは偏光子がエタロンとしての機能を持たせるようにし、これによって光学系を小型化することができる。【００３４】
以下、本発明の内容を、図に示す実施の形態により更に詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。【００３５】
図１は、本発明の光源の実施例１の構成を示す模式図である。図２は、図１に示した光源の共振器近傍の詳細構成を示す模式図である。図３は、本発明の光源の実施例２の構成を示す模式図である。図４は、本発明の光源の実施例３の構成を示す模式図である。図５は、本発明の光源の実施例４の構成を示す模式図である。図６は、本発明の光源の実施例５の共振器近傍の詳細構成を示す模式図である。図７は、本発明の光源の実施例６の共振器近傍の詳細構成を示す模式図である。図８は、本発明の光源の実施例７の共振器近傍の詳細構成を示す模式図である。これらの図において、１は半導体レーザ、２は第１の光導波路（マルチモード光ファイバ）、２ｂは共振器反射面（誘電体多層膜ｙ、第１の光導波路の出射端面）、３，１３は第２の光導波路（希土類添加ダブルクラッドファイバ（ダブルクラッドファイバ））、４は第３の光導波路（偏波保持光ファイバ）、５ａ，５ｂはレンズユニット（斜めカットレンズ）、４ａは共振器反射面（誘電体多層膜ｙ（光学薄膜ｙ１〜ｙ４）、第３の光導波路の入射端面）、６は波長選択素子(誘電体多層膜フィルタ又はエタロン)、７，１７は偏光子、２１は第１の光導波路（マルチモード光ファイバ）のコア、２２は第１の光導波路（マルチモード光ファイバ）のクラッド層、３１は第２の光導波路（ダブルクラッドファイバ）のコア、３２は第２の光導波路（ダブルクラッドファイバ）の第１のクラッド層、３３は第２の光導波路（ダブルクラッドファイバ）の第２のクラッド層、４１は第３の光導波路（偏波保持光ファイバ）のコア、４２は第３の光導波路（偏波保持光ファイバ）のクラッド層、１００，２００，３００，４００は光源、ｃは温度調節器（サーミスタ温度調節器）、ｈはヒータ（面状ヒータ）、ｋは共振器、またｙは誘電体多層膜である。
【実施例１】
【００３６】
本発明の光源の実施例１について図１および図２を参照して説明する。この実施例１の光源１００は、半導体レーザ１と、半導体レーザ１から出力される励起光を導光するための第１の光導波路２と、第１の光導波路２から出射される励起光を吸収して励起光よりも長波長の自然放出光を出射する第２の光導波路３と、第２の光導波路３から出射される光を外部に導光するための第３の光導波路４と、第２の光導波路３と第３の光導波路４の間に設けられた１つの波長選択素子６とを備え、波長選択素子６よりも半導体レーザ１側と外部への出射側との間で共振器ｋが形成されており、自然放出光を共振器ｋによって発振させたレーザ光を出射する。また、第２の光導波路３の光ファイバの長さが制御され、自然放出光から基本波が設定される。【００３７】
なお、共振器ｋは、具体的には、第１の光導波路２の出射端面２ｂに設けた誘電体多層膜ｙを一方の共振器反射面とし、また第３の光導波路３の入射端面４ａに設けた誘電体多層膜ｙをもう一方の共振器反射面として形成されている。また第２の光導波路３と第３の光導波路４の間には、第２の光導波路３及び第３の光導波路４を光学的に結合するためのレンズユニット５ａ，５ｂが設けられ、また波長選択素子６とレンズユニット５ｂの間には偏光子７が設けられている。【００３８】
半導体レーザ１としては、波長９１５ｎｍで１０００ｍＷの励起光を出力する半導体レーザを用いた。また第１の光導波路２としては、コア２１径が１００μｍ、クラッド層２２径が１２５μｍとコア径が大口径のマルチモード光ファイバを用いた。なおマルチモード光ファイバとしては、コア径が５０μｍ以上４００μｍ以下のものを用いることができる。【００３９】
また、第２の光導波路３としては、コア３１径が６μｍ、その外側に設けられた第１のクラッド層３２径が１２５μｍ、また第２のクラッド層３３径が２５０μｍで、コア層に希土類のＹｂが添加されたダブルクラッドファイバを用いた。なお、ダブルクラッドファイバとしては、コア材料が希土類（Ｙｂ又はＥｒ）添加の石英、コア径が５μｍ以上１００μｍ以下、第１クラッド材料が石英、第１クラッド層径がコア径以上１０００μｍ以下、第２クラッド材料が石英もしくは樹脂、第２クラッド層径が第１クラッド層径以上、２０００μｍ以下のものを用いることができる。そして、第１の光導波路２から出射される励起光、例えば波長９１５ｎｍの励起光を吸収して、光エネルギー準位の変換により、効率良く１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯の自然放出光を生成する。【００４０】
また、偏波保持光ファイバとしては、コア材料が石英（屈折率はコア＞クラッド）、コア径が５μｍ以上１００μｍ以下、クラッド材料が石英（屈折率はコア＞クラッド）、クラッド層径がコア径以上２５０μｍ以下、クラッド層にパンダ型の応力付与部を設けたものである。そして、第３の光導波路４として、この偏波保持光ファイバを用いることにより、１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯の波長の偏波面を保持し、図示しない外部、例えば次段の非線形光学結晶に導光することができた。なお非線形光学結晶は、例えば入力される１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯の波長をその二倍周期である５３０ｎｍ〜６００ｎｍ帯にして出力することができるものである。【００４１】
また、第３の光導波路４としては、コア４１径が６μｍ、その外側に設けられたクラッド層４２径が１２５μｍで、クラッド層４２に応力付与部（図示せず）を設けたパンダファイバを用いた。【００４２】
また、波長選択素子６としては、ガラス基板上に適宜な透過反射率の反射透過膜を設けた１枚の誘電体多層膜フィルタで構成し、透過帯域の半値幅が３ｎｍ以下で、かつ中心波長の透過率が８０％以上のバンドパスフィルタを用いた。そして、波長選択素子６により、波長１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯の中から特定の波長を選定し、共振波長を設定することができた。結果として、半値幅の狭いシャープな波長を生成することができた。【００４３】
また、共振器ｋとしては、第１の光導波路２の出射端面２ｂの誘電体多層膜ｙと第３の光導波路４の入射端面４ａの誘電体多層膜ｙとの間に形成した共振器ｋの他に、第１の光導波路２の出射端面の誘電体多層膜と第３の光導波路４の出射端面の誘電体多層膜との間、第２の光導波路３の入射端面の誘電体多層膜と第３の光導波路４の入射端面の誘電体多層膜との間、または第２の光導波路３の入射端面の誘電体多層膜と第３の光導波路４の出射端面の誘電体多層膜との間に形成した共振器でも良い。【００４４】
また、レンズユニット５ａ，５ｂとしては、斜めカットレンズを用いた。この他、平凸レンズ、分布屈折率レンズ、ＧＩＦ、または非球面レンズを用いることができる。またレンズ材質は石英または硝子（ＢＫ７、ホウ珪酸硝子等）である。そして、レンズユニット５ａ，５ｂにより第２，第３の光導波路３，４、波長選択素子６及び偏光子７は、光学的に接続された。また、異径光ファイバの光学的接続を可能にした。【００４５】
また、偏光子７としては、ガラス偏光子を用いた。なお、偏光子７の替わりに波長板を用いてもよい。なお、偏光子７を用い、第２，第３の光導波路３，４の偏波面を合わせることにより出力光の消光比特性を向上させることができる。【００４６】
また、第２の光導波路３の長さの制御としては、ダブルクラッドファイバの光ファイバ長がＡ（ｍ）のときの波長をＸ（ｎｍ）、光ファイバ長がＢ（ｍ）のときの波長をＹ（ｎｍ）とすると（但しＡ＞Ｂ、Ｘ＞Ｙ）、所望の波長のレーザ光がＨ（ｎｍ）の場合、必要とする光ファイバ長さＬ（ｍ）は次の数式により求めた。
Ｌ＝Ｂ＋（Ａ−Ｂ）÷（Ｘ−Ｙ）×（Ｈ−Ｙ）【００４７】
具体例としては、光ファイバ長Ｂが４ｍのときの波長Ｙが１０８０ｎｍで、また光ファイバ長Ａが５０ｍのときの波長Ｘが１１２０ｎｍであり、所望の波長のレーザ光Ｈを１１１０ｎｍとした場合、必要とする光ファイバ長さＬは上記式から計算して３８．５ｍであった。【００４８】
その結果、実施例１の光源１００では、第２の光導波路３の長さを制御することにより、自然放出光から基本波を設定することが可能となった。また、基本波の波長を１ｎｍ単位で正確に設定する事が出来た。また、例えば半導体レーザ１から出力された波長９１５ｎｍの励起光を第１，第２，第３の光導波路２，３，４、および共振器ｋにより、例えば１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯にある基本波を生成し、出射する光源とすることができた。また、波長選択素子６のバンドパス機能により、任意の半値幅の狭いシャープな波長域の光を生成することができるようになった。
【実施例２】
【００４９】
本発明の光源の実施例２について図３を参照して説明する。実施例２の光源２００は、実施例１の光源１００の構成と要部は同じであるが、これにヒータｈおよび温度調節器ｃを用いて、第２の光導波路３のダブルクラッドファイバの温度を設定し、且つ一定温度に保つことにより、自然放出光から基本波を設定することが出来るものである。例えば１０℃の温度上昇で、１ｎｍ長波長側へシフトするので、所望の波長のレーザ光となるように計算してダブルクラッドファイバの温度を設定した。ヒータｈとしては、面状ヒータを用い、また温度調節器ｃとしては、サーミスタ温度調節器を用いた。なお、ヒータｈの替わりにペルチェ素子を用いても良い。【００５０】
この結果、実施例２の光源２００では、実施例１の光源１００と同様の作用・効果が得られた。また、光ファイバの温度制御により、光ファイバ長さの制御よりも更に微妙な設定が可能になった。
【実施例３】
【００５１】
本発明の光源の実施例３について図４を参照して説明する。実施例３の光源３００は、実施例１の光源１００の構成と要部は同じであるが、第２の光導波路３のダブルクラッドファイバに含まれる希土類元素のＹｂの濃度が制御された第２の光導波路１３を使用し、発振させたレーザ光の波長を設定した。【００５２】
この結果、実施例３の光源３００では、実施例１の光源１００と同様の作用・効果が得られた。
【実施例４】
【００５３】
本発明の光源の実施例４について図５を参照して説明する。実施例４の光源４００は、実施例２の光源２００の構成と要部は同じであるが、第２の光導波路３のダブルクラッドファイバの長さ、温度、希土類元素濃度の内の何れか２つ、または全部の組み合わせを最適化し、発振させたレーザ光の波長を設定した。【００５４】
ダブルクラッドファイバの長さと温度の組み合わせを最適化した具体例としては、所望波長が１０８０ｎｍであるとき、ダブルクラッドファイバの長さを４ｍにしたらレーザ発振の波長が１０８１ｎｍとなったので、光ファイバを室温から１０℃程度冷却して、レーザ光の中心波長を１０８０ｎｍに微調整した。【００５５】
この結果、実施例４の光源４００では、実施例１の光源１００と同様の作用・効果が得られた。
【実施例５】
【００５６】
本発明の光源の実施例５について図６を参照して説明する。実施例５の光源は、実施例１の光源１００の構成と要部は同じであるが、共振器ｋの端面の反射率が制御され、発振させたレーザ光の波長が設定されているものである。より詳しくは、第１の光導波路２の出射端面２ｂに設けた誘電体多層膜を一方の共振器反射面とし、また第３の光導波路４の入射端面４ａに設けた誘電体多層膜をもう一方の共振器反射面として共振器ｋを形成しており、出射端面２ｂと入射端面４ａの反射率が制御されている。【００５７】
反射率制御の具体例としては、第１の光導波路２の出射端面２ｂには励起光に対しては１００％透過し、また半導体レーザ側へ戻るレーザ光に対しては１００％反射する光学薄膜ｙ１の蒸着を行い、また第３の光導波路４の入射端面４ａには反射率１０％〜３０％の光学薄膜ｙ２を蒸着した。なお、入射端面４ａの反射率を１０％から３０％に上げることによって、レーザ光の中心波長が５ｎｍ程長波長側へシフトしたので、所望の波長のレーザ光となるように反射率を計算して設定した。【００５８】
この結果、実施例５の光源では、実施例１の光源１００と同様の作用・効果が得られた。
【実施例６】
【００５９】
本発明の光源の実施例６は、図７に示されるように、基本構成を実施例５と一にする。本実施例６では、第１の光導波路２である光ファイバの出射端面２ｂには実施例５と同様、励起光に対しては１００％透過し、また半導体レーザ側へ戻るレーザ光に対しては１００％反射する光学薄膜ｙ１を蒸着している。【００６０】
なお、本実施例６では、波長１１１０ｎｍで最大の透過率を得る波長選択素子６として、約５０％〜６０％の反射率を有する光学薄膜ｙ３が蒸着された厚さ１９μｍのエタロンフィルタを略垂直にレーザ光が入射するように配置した。【００６１】
この場合、第３の光導波路４である光ファイバの入射端面４ａには、反射率５０％の光学薄膜を蒸着し、第２の光導波路３である光ファイバの長さを約２０ｍとすることで、室温において波長１１１０ｎｍの基本波を安定して得ることができた。【００６２】
このように１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯の基本波を得る場合、希土類が添加された第２の光導波路３（光ファイバ）の長さを１０ｍ〜３０ｍとすることで室温でも非常に安定した波長および光出力を得ることができる。また、さらに第２の光導波路３の温度を調節することによって、より微妙な波長調整を行ってもよい。【００６３】
また、設定波長に関し、レーザ共振器を構成する反射鏡の反射率は第２の光導波路３の長さと密接な関係があるため、第３の光導波路３の入射端面の光学薄膜の反射率は、第２の光導波路３の長さとあわせて設定される。その際、第３の光導波路４の入射端面の反射率は１０％〜７０％とされるのが望ましく、より好ましくは４０％〜７０％の範囲とされる。第２の光導波路３の長さと第３の光導波路４の入射端面の反射率は、上記の範囲内において、波長選択素子６の透過率が最大となる波長における基本波の出力が最大になるように設定される。【００６４】
なお、波長選択素子６としてエタロンフィルタを用いる場合、エタロンフィルタは、略垂直に入射したときに基本波の設定波長での透過率が最大となるように、厚さを１５μｍ〜１００μｍの範囲とされ、レーザ光がフィルタ面に略垂直に入射するように配置される。このとき、エタロンフィルタは、複数の透過率ピークがそれぞれ最大に近い透過率を有するので、そのうちの一つが基本波の設定波長と略一致すればよい。さらに、その他の透過率ピークを有する波長で発振する基本波の縦モードのパワーが、前記設定波長で発振する基本波の縦モードのパワーに比して十分抑圧されるように、本発明の各実施例によるパラメータを決めることによって、設定波長において非常に安定した基本波を得ることができる。エタロンフィルタは、波長−透過率曲線上の前記複数の各透過率ピーク近傍において不要なリップルがなく、フィルタの厚さによって隣り合う透過率ピークの間隔を調節することができる。そのため、エタロンフィルタを前記厚さとすることで隣り合う透過率ピーク同士の間隔を十分広くでき、前記設定波長以外で発振する基本波の縦モードの影響を抑制することができる。また、波長選択素子６には、基本波の設定波長での透過率が最大となるようなバンドパスフィルタなどの光学フィルタを用いてもよい。
【実施例７】
【００６５】
本発明の光源の実施例７は、基本構成を実施例５と同じにしているが、図８に示すように、波長選択素子６と偏光子７とが１つの偏光子１７によって実現されている点が実施例５と異なる。【００６６】
この波長選択素子６の機能を有する偏光子１７は、通常使われる０．２ｍｍ程度の厚さをもつ偏光子を研磨などによってその厚さを薄くし、エタロン（波長選択素子６）の厚さと同程度の厚さにすることで、エタロンとしての機能を兼ね備えるようにしている。【００６７】
なお、偏光子１７の偏光子機能は、一方向の直線偏波のみ透過し、その他の偏波成分を吸収する吸収型と、その他の偏波成分を反射する反射型とがあるが、偏光子１７は、吸収型であってもよいし、反射型であってもよい。反射型としては、たとえば、厚さ２０〜３０μｍ程度の厚さの平行平板の表面に誘電体多層膜をコーティングしたものや、石英基板に微小溝を形成し、多層膜を積層したフォトニック結晶構造を持たせたものがある。なお、この実施例７では、偏光子が波長選択素子としての機能を持たせるようにしたが、波長選択素子が偏光子としての機能を持たせるようにしてもよい。要は、波長選択機能と偏光子機能とを兼ね備えた１つの光学素子であればよい。【００６８】
この実施例７では、波長選択素子と偏光子との機能を有した１つの偏光子１７を用いるようにしているので、小型化を一層促進することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の光源は、例えば１０６０ｎｍ〜１２００ｎｍ帯にある基本波を生成し、基本波の波長を１ｎｍ単位で正確に設定して出射することが可能となり、レーザ顕微鏡、バイオ医療用の分析装置、精密測定装置等に使用される５３０ｎｍ〜６００ｎｍ帯の波長を生成する基本波として利用可能である。
【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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【図８】
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【国際調査報告】
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