(57)【要約】【課題】光強度を向上したレーザ装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】第１のレーザと、第２のレーザと、外部共振器と、制御部と、を備えたレーザ装置が提供される。前記第１のレーザは、第１のレーザ光を出射する。前記第２のレーザは、第２のレーザ光を出射する。前記外部共振器は、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とが入射される。前記制御部は、前記外部共振器の共振波長を制御して前記第１のレーザ光に共振させ、前記第２のレーザを制御して前記第２のレーザ光を前記外部共振器に共振させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレーザ光を出射する第１のレーザと、
第２のレーザ光を出射する第２のレーザと、
前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とが入射される外部共振器と、
前記外部共振器の共振波長を制御して前記第１のレーザ光に共振させ、前記第２のレーザを制御して前記第２のレーザ光を前記外部共振器に共振させる制御部と、
を備えたレーザ装置。
【請求項２】
前記外部共振器は、
一対のミラーと、
前記一対のミラーの少なくともいずれかに設けられた圧電素子と、
を有し、
前記制御部は、前記圧電素子を制御する請求項１記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２のレーザに供給する電流及び前記第２のレーザの温度の少なくともいずれかを制御する請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とは、互いに直交した直線偏光である請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーザ装置。
【請求項５】
第１のレーザと第２のレーザと外部共振器とを有するレーザ装置の制御方法であって、
前記外部共振器を制御して、前記第１のレーザから出射されるレーザ光に前記外部共振器を共振させ、
前記第２のレーザを制御して、前記外部共振器に第２のレーザから出射される第２のレーザ光を共振させるレーザ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、レーザ装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光は、単色性・干渉性に優れているため、センサ用の検査光として用いられる。また、レーザ光は、指向性・収束性に優れ狭い領域に光エネルギーを集中させることができ、材料の加工や物質を化学反応あるいは分解させる光源として用いられる。
例えば、中赤外領域のレーザ光は、例えばサブバンド遷移を用いた量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）により出射することができる。しかし、ＱＣＬは、発振出力が小さいため、検査光や化学反応用の光源として用いた場合、光強度が十分でない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１２２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、光強度を向上したレーザ装置及びその制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、第１のレーザと、第２のレーザと、外部共振器と、制御部と、を備えたレーザ装置が提供される。前記第１のレーザは、第１のレーザ光を出射する。前記第２のレーザは、第２のレーザ光を出射する。前記外部共振器は、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とが入射される。前記制御部は、前記外部共振器の共振周波数を制御して前記第１のレーザ光に共振させ、前記第２のレーザを制御して前記第２のレーザ光を前記外部共振器に共振させる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係るレーザ装置を例示する模式図である。
【図２】第２の実施形態に係るレーザ装置を例示する模式図である。
【図３】第３の実施形態に係るレーザ装置を例示する模式図である。
【図４】第４の実施形態に係るレーザ装置の制御方法を例示するフローチャートである。
【図５】第５の実施形態に係るレーザ装置の制御方法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の形状や縦横の寸法の関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
まず、第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係るレーザ装置を例示する模式図である。
レーザ装置１は、第１のレーザ光ＩＬ１を出射する第１のレーザ２と、第２のレーザ光ＩＬ２を出射する第２のレーザ３と、第１及び第２のレーザ光ＩＬ１、ＩＬ２が入射される外部共振器４と、第２レーザ３と外部共振器４とを制御する制御部５と、を備える。また、レーザ装置１は、第１のレーザ光ＩＬ１と第２のレーザ光ＩＬ２とを外部共振器４に入射させるミラー６、偏光プリズム７を備える。図１に例示したレーザ装置１は、外部共振器型のレーザ装置である。
【０００９】
第１のレーザ２は、例えばＱＣＬであり、例えば波長１０μｍの中赤外領域の第１のレーザ光を出射する。第１のレーザ光は、直線偏光であり、ミラーＭ１を介して偏光ビームスプリッター７に対してＰ偏光となるように照射される。第１のレーザ光ＩＬ１は、偏光ビームスプリッターＰＢＳ１を透過し、外部共振器４に入射する。
【００１０】
第２のレーザ３は、例えばＱＣＬであり、例えば波長１０μｍの中赤外領域の第２のレーザ光を出射する。第２のレーザ光は、直線偏光であり、偏光ビームスプリッター７に対してＳ偏光となるように照射される。第２のレーザ光は、偏光ビームスプリッター７で反射され、外部共振器４に入射する。このように、第１のレーザ光と第２のレーザ光とは、互いに直交する方向に直線偏光している。また、第１のレーザ光の波長と第２のレーザ光の波長とは、ほぼ同一である。
【００１１】
外部共振器４は、一対のミラー８、９と、ミラー９に設けられた圧電素子１０と、を有する。一対のミラー８、９は、例えば、それぞれ反射率９９％以上の凹面鏡で構成される。また、出力側のミラー９は、圧電素子１０に供給する電圧Ｖ１０を制御することにより、入力側のミラー８に対して移動させることができる。このように、外部共振器４は、圧電素子１０に供給する電圧Ｖ１０を制御することにより、共振波長を変化させることができる。
【００１２】
制御部５は、偏光ビームスプリッター１１と、第１の光検出器１２と、第２の光変出器１３と、第１の制御器１４と、第２の制御器１５と、を有している。
偏光ビームスプリッター１１は、外部共振器４を透過した第１のレーザ光ＩＬ１と第２のレーザ光ＩＬ２とを入射する。偏光ビームスプリッター１１に対してＰ偏光で照射された第１のレーザ光ＩＬ１は、偏光ビームスプリッター１１を透過し、第１の光検出器１２に透過光ＯＬ１として入射される。また、偏光ビームスプリッター１１に対してＳ偏光で照射された第２のレーザ光ＩＬ２は、偏光ビームスプリッター１１で反射され、第２の光検出器１３に反射光ＯＬ２として入射される。
【００１３】
第１の光検出器１２及び第２の光検出器１３は、例えば、入射される光ＯＬ１、ＯＬ２に応じて電気抵抗が変化する光伝導体を用いた光検出器であり、あるいは、例えばフォトダイオードである。第１の光検出器１２は、偏光ビームスプリッター１１を透過した透過光ＯＬ１を電気信号Ｖ１に変換する。第２の光検出器１３は、偏光ビームスプリッター１１で反射した反射光ＯＬ２を電気信号Ｖ２に変換する。
【００１４】
第１の制御器１４は、例えばＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御器であり、外部共振器４の共振波長を制御する。第１の制御器１４は、第１の光検出器１２から出力される電気信号Ｖ１を入力し、外部共振器４の圧電素子１０に供給する電圧Ｖ１０を制御して、外部共振器４を第１のレーザ光ＩＬ１に共振させる。外部共振器４を透過した透過光ＯＬ１の強度は、外部共振器４が、第１のレーザ光に共振したとき最大になる。したがって、第１の光検出器１２から出力される電気信号が最大となるように外部共振器４を制御することにより、外部共振器４を第１のレーザ光に共振させることができる。
【００１５】
第２の制御器１５は、例えばＰＩＤ制御器であり、第２のレーザ３の発振波長を制御する。第２の制御器１５は、第２の光検出器１３から出力される電気信号Ｖ２を入力し、第２のレーザ３に供給する電流及び第２のレーザ３の温度の少なくともいずれかを制御して、第２のレーザ光ＩＬ２の波長を外部共振器４に共振させる。第２の制御器１５は、上記の第１の制御器１４と同様に、第２の光検出器１３から出力される電気信号Ｖ２が最大となるように第２のレーザＩＬ２を制御する。その結果、第１のレーザ光ＩＬ１の波長と第２のレーザ光ＩＬ２の波長とは、ほぼ等しくなる。
【００１６】
なお、第１のレーザ光ＩＬ１及び第２のレーザ光ＩＬ２の波長と比較して、外部共振器４におけるミラー８、９の機械的間隔は非常に長い。したがって、外部共振器４のミラー８、９間の光学的距離は、透過光ＯＬ１のｎ倍に、反射光ＯＬ２のｍ倍になっている。ここで、ｎ、ｍは、十分に大きい整数であり、必ずしもｍ＝ｎとならない。その結果、第１のレーザ光ＩＬ１の波長と第２のレーザ光ＩＬ２の波長とは、わずかに異なる可能性がある。しかし、波長差は、第１及び第２のレーザ光ＩＬ１、ＩＬ２の波長に対してわずかであり、第１のレーザ光ＩＬ１と第２のレーザ光ＩＬ２とは、ほぼ同一の波長となる。
【００１７】
また、第１の制御器１４と第２の制御器１５とは、独立に動作することができ、例えば、同時に動作することができる。また、例えば、第１の制御器１４を先に動作させ、第２の制御器１５を後に動作させることもできる。さらにまた、例えば、第１の制御器１４のゲインを第２の制御器１５のゲインよりも大きく設定して、同時に動作させてもよい。
【００１８】
本実施形態においては、外部共振器４に波長のほぼ等しい第１のレーザ光と第２のレーザ光とが入射されるため、第１のレーザ光または第２のレーザ光が入射される場合と比較して、外部共振器４内の実効的な光強度を増加させることができる。
【００１９】
例えば、外部共振器４の内部に導入される被照射体１６が、レーザ光の照射により反応または分解するガスの場合、被照射体１６に、より強い光を照射することができ、被照射体１６の反応や分解を従来よりも促進することができる。
また、被照射体１６が、検査の対象となる物質の場合、照射するレーザ光の光強度を高くすることにより、従来よりも、より高感度の検査をすることができる。具体的には、例えば、被照射体１６が中赤外領域の光に対して吸収ピークを有するガスである場合、従来よりも高い検出感度で被照射体１６の検査を行うことができる。
被照射体１６は、外部共振器４の内部に流入させ通過させてもよく、または外部共振器４のなかに閉じこめてもよい。
【００２０】
図２は、第２の実施形態に係るレーザ装置を例示する模式図である。
図２に表したように、レーザ装置１ａは、第１の実施形態に係るレーザ装置１と比較して、計測器１７が追加されている点が異なっている。これ以外の構成は、図１に表した構成と同様である。
【００２１】
計測器１７は、例えばオシロスコープであり、例えば電圧計である。計測器１７は、第１の光検出器１２から出力される電気信号Ｖ１及び第２の光検出器１３から出力される電気信号Ｖ２の少なくともいずれかを計測する。
【００２２】
例えば、外部共振器４の内部に、検査対象物としての被照射体１６が導入された場合、計測器１７は、被照射体１６の第１及び第２のレーザ光ＩＬ１、ＩＬ２の波長における光吸収を測定することができる。その結果、被照射体１６の組成や分子構造など高い感度で特定することができる。なお、この場合における被照射体１６は、例えば、中赤外領域に吸収スペクトルのピークを有するガスである。
【００２３】
また、本実施形態においても、外部共振器４に波長のほぼ等しい第１のレーザ光と第２のレーザ光とが入射されるため、第１のレーザ光または第２のレーザ光が入射される場合と比較して、外部共振器４内の実効的な光強度を増加させることができる。
【００２４】
図３は、第３の実施形態に係るレーザ装置を例示する模式図である。
図３に表したように、レーザ装置１ｂは、第２の実施形態に係るレーザ装置１ａと比較して、制御部５の構成が異なっている。すなわち、本実施形態においては、第２の実施形態における制御部５の替わりに、制御部５ａが設けられている。本実施形態に係るレーザ装置の制御部以外の構成は、図２に表した構成と同様である。
【００２５】
制御部５ａは、第１及び第２の実施形態における制御部５と比較して、波長制御部１８が追加されている点が異なる。
波長制御部１８は、第１のレーザ２に供給する電流及び第１のレーザ２の温度の少なくともいずれかを制御することにより第１のレーザ２の発振波長を制御して、一定の範囲で第１のレーザ光ＩＬ１の波長を連続的または断続的に変化させる。
【００２６】
波長制御部１８は、例えば、三角波を生成して、第１のレーザ２に供給する電流を連続的に増加させることができる。また、波長制御部１８は、例えばコンピュータであり、格納されたプログラムにしたがって、第１のレーザ２の発振波長を所定値に制御してもよい。また、波長制御部１８は、第１の制御器１４、第２の制御器１５、及び計測器１７を制御することもできる。この場合、波長制御部１８は、第１の制御器１４及び第２の制御器１５を制御し、さらに第１のレーザ２の発振波長を連続的に変化させて、被照射体１６の吸収スペクトルを計測することができる。
【００２７】
また、本実施形態においても、外部共振器４に波長のほぼ等しい第１のレーザ光と第２のレーザ光とが入射されるため、第１のレーザ光または第２のレーザ光が入射される場合と比較して、外部共振器４内の実効的な光強度を増加させることができる。
【００２８】
次に第４の実施形態について説明する。
図４は、第４の実施形態に係るレーザ装置の制御方法を例示するフローチャートである。
図４においては、第１のレーザ２が目標とする波長の第１のレーザ光ＩＬ１を出射している場合に、外部共振器４と第２のレーザ３とを制御して、外部共振器４を第１及び第２のレーザ光ＩＬ１、ＩＬ２に共振させる制御方法を表している。
【００２９】
図４に表したように、外部共振器４を第１のレーザ光ＩＬ１に共振させる（ステップＳ１１）。
例えば、第１のレーザ光ＩＬ１を外部共振器４に入射させ、外部共振器４の透過光ＯＬ１の強度が最大になるように、外部共振器４の共振波長を制御する。例えば、圧電素子１０に供給する電圧Ｖ１０を制御して、外部共振器４のミラー８、９間の機械的距離を調整することにより、外部共振器４の共振波長が制御される。
【００３０】
また、第２のレーザ光ＩＬ２を外部共振器４に共振させる（ステップＳ１２）。
例えば、第２のレーザ光ＩＬ２を外部共振器４に入射させ、外部共振器４の反射光ＯＬ２の強度が最大になるように、第２のレーザ３に供給する電流及び第２のレーザ３の温度の少なくともいずれかを制御する。
【００３１】
なお、外部共振器４を第１のレーザ光ＩＬ１に共振させる工程（ステップＳ１）と、第２のレーザ光ＩＬ２を外部共振器４に共振させる工程（ステップＳ２）とは、独立であり、同時に実行してもよい。また、先に外部共振器４を第１のレーザ光ＩＬ１に共振させ、次に第２のレーザ光ＩＬ２を外部共振器４に共振させてもよい。
【００３２】
本実施形態においては、外部共振器４に入射される第１のレーザ光と第２のレーザ光とがほぼ等しい波長に制御されるため、第１のレーザ光または第２のレーザ光が入射される場合と比較して、外部共振器４内の実効的な光強度を増加させることができる。
【００３３】
図５は、第５の実施形態に係るレーザ装置の制御方法を例示するフローチャートである。
図５においては、外部共振器４を第１及び第２のレーザ光ＩＬ１、ＩＬ２に共振させながら第１のレーザ光ＩＬ１及び第２のレーザ光ＩＬ２の波長を一定範囲で連続的に変化させるレーザ装置の制御方法を表している。
【００３４】
図５に表したように、まず、第１のレーザ光ＩＬ１の波長を初期値に設定する（ステップＳ１０）。
例えば、第１のレーザ２に供給する電流及び第１のレーザ２の温度を初期値に制御する。
次に、外部共振器４を第１のレーザ光ＩＬ１に共振させる（ステップＳ１１）。また、第２のレーザ光ＩＬ２を外部共振器４に共振させる（ステップＳ１２）。
ステップＳ１１、Ｓ１２は、それぞれ図４に表したステップＳ１１、Ｓ１２と同じであり、詳細な説明は省略する。
【００３５】
次に、制御された第１及び第２のレーザ光ＩＬ１、ＩＬ２の波長において、計測値を記録する（ステップＳ１３）。例えば、計測器１７を介して、第１及び第２の光検出器１２、１３から出力される電気信号Ｖ１、Ｖ２の少なくともいずれかを測定された計測値を、波長制御部１８に記憶する。
【００３６】
次に、計測が終了したか判定する（ステップＳ１４）。例えば、第１のレーザ光ＩＬ１の波長が、最終値に達したかを判定する。
計測が終了したと判定された場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、終了する。
計測が終了していない判定された場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、第１のレーザ光ＩＬ１の波長を増分値だけ長くし（ステップＳ１５）、ステップＳ１１に戻る。
【００３７】
本実施形態においても、外部共振器４に入射される第１のレーザ光と第２のレーザ光とがほぼ等しい波長に制御されるため、第１のレーザ光または第２のレーザ光が入射される場合と比較して、外部共振器４内の実効的な光強度を増加させることができる。
【００３８】
また、本実施形態においては、第１のレーザ２の発振波長を連続的に変化させるため、被照射体１６の吸収スペクトルを計測することができる。
【００３９】
なお、第４及び第５の実施形態に係る制御方法は、制御部としてハード化することができ、また、コンピュータプログラムとしてソフト化することもできる。また、制御方法をコンピュータプログラムとして、コンピュータ読み取り可能な媒体に記録することもできる。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１、１ａ、１ｂ…レーザ装置、  ２…第１のレーザ、  ３…第２のレーザ、  ４…外部共振器、  ５、５ａ…制御部、  ６…ミラー、  ７、１１…偏光ビームスプリッター、  ８、９…ミラー、  １０…圧電素子、  １２…第１の光検出器、  １３…第２の光検出器、  １４…第１の制御器、  １５…第２の制御器、  １６…被照射体、  １７…計測器、  １８…波長制御部
【図１】
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【図２】
2013069931.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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