(57)【要約】      （修正有）【課題】波長変換素子を搭載するレーザヘッドに光吸収部および放熱部を持たないことにより、本来の波長変換器としての機能を主とし、小型化の実現を図ったレーザヘッドを有する波長変換レーザ装置を提供する。【解決手段】シングルパス方式による波長変換を行うレーザヘッド１に、光吸収部および放熱部を持たないようにする。そのために、波長変換を行った後に設けた光分岐２３により分けられた２つのレーザ光成分Ｌ１およびＬ２をいずれもレーザヘッド１に設けた開口部２９または光ファイバへ結合することによりレーザヘッド外部に放出し、レーザヘッド外部に設けた光吸収部４１に吸収させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射波長λ１のレーザ光を発生させるレーザ光源部と、レーザ光源部で発生した波長λ１のレーザ光を波長λ２の波長変換レーザ光を発生させる波長変換素子と、レーザヘッドとを有する波長変換レーザ装置において、前記波長λ１と前記波長λ２が入射され、成分Ｌ１およびＬ2の二つの成分に分岐する光分岐と、少なくとも前記波長変換素子と前記光分岐を含み、レーザ光成分L1およびL2を外部に取り出す機構を有するレーザヘッドからなることを特徴とする波長変換レーザ装置。  
【請求項２】
前記請求項１に記載の波長変換レーザ装置において、前記光分岐による二つに分けられるレーザ光成分Ｌ１およびＬ２について、Ｌ１の波長はλ１であって、Ｌ２の波長はλ２であることを特徴とする前記請求項１に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項３】
前記請求項１に記載の波長変換レーザ装置において、前記光分岐による二つに分けられるレーザ光成分Ｌ１およびＬ２について、Ｌ１の波長はλ１およびλ２であって、Ｌ２の波長はλ２であることを特徴とする前記請求項１に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項４】
入射波長λ１のレーザ光を発生させるレーザ光源部と、レーザ光源部で発生した波長λ１のレーザ光を波長λ２の波長変換レーザ光を発生させる第1の波長変換素子と、前記波長λ1と前記波長λ2のレーザ光を波長λ3の波長変換レーザ光を発生させる第２の波長変換素子と、レーザヘッドとを有する波長変換レーザ装置において、前記波長λ１、波長λ２および波長λ３が入射され、成分Ｌ１およびＬ2の二つの成分に分岐する光分岐と、少なくとも前記第１の波長変換素子、第２の波長変換素子と前記光分岐を含み、レーザ光成分L1およびL2を外部に取り出す機構を有するレーザヘッドからなることを特徴とする波長変換レーザ装置。
【請求項５】
前記請求項４に記載の波長変換レーザ装置において、前記光分岐による二つに分けられるレーザ光成分Ｌ１およびＬ２について、Ｌ１の波長はλ１およびλ２であって、Ｌ２の波長はλ３であることを特徴とする前記請求項４に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項６】
前記請求項４に記載の波長変換レーザ装置において、前記光分岐による二つに分けられるレーザ光成分Ｌ１およびＬ２について、Ｌ１の波長はλ１、λ２、およびλ３であって、Ｌ２の波長はλ３であることを特徴とする前記請求項４に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項７】
前記請求項１から６に記載の波長変換レーザ装置において、前記入射波長λ１のレーザ光を発生させるレーザ光源部から出た光をレーザ光ファイバに伝播させて、レーザヘッド部に導出することを特徴とする請求項１から６に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項８】
前記請求項１から７に記載の波長変換レーザ装置において、前記光分岐により分けられた前記レーザ光成分Ｌ１外部に出射する開口部を有し、前記レーザ光成分L2を外部に出射する開口部または光ファイバに結合してレーザヘッド外部に導出する機構を有するレーザヘッドであることを特徴とする請求項１から７に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項９】
前記請求項８に記載の波長変換レーザ装置において、レーザ光成分Ｌ１をレーザヘッド部開口部から外部に取り出し、レーザヘッドの外部に設けられた光吸収部により吸収させ熱に変換する事を特徴とする請求項８に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項１０】
前記請求項１から７に記載の波長変換レーザ装置において、前記光分岐により分けられた前記レーザ光成分Ｌ１を光ファイバに結合してレーザヘッドから外部に導出し、前記レーザ光成分L2を外部に出射する開口部または光ファイバに結合してレーザヘッド外部に導出する機構を有する事を特徴とする請求項１から７に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項１１】
前記請求項１０に記載の波長変換レーザ装置において、前記レーザ光成分Ｌ１を光ファイバに結合して前記レーザヘッド部から外部に導出し、前記レーザ光源部の内部において前記レーザ光成分Ｌ１を放出し、レーザ光源部に設けられた光吸収部により吸収させ熱に変換する事を特徴とする請求項１０に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項１２】
前記請求項１１に記載の波長変換レーザ装置において、前記レーザ光成分Ｌ１を光ファイバに結合して前記レーザヘッドから外部に導出し、前記レーザ光源部の内部において前記レーザ光成分Ｌ１を放出し、レーザ光成分Ｌ１の１つ以上光分岐により分岐し、分岐した光の第１成分はレーザ光源部に設けられた光吸収部により吸熱させ熱に変換し、第２の成分は受光素子に入射して光の強度をモニタし、モニタした信号により、前記レーザヘッド内の光分岐で分岐したレーザ光成分Ｌ２の強度が安定化するように制御する事を特徴とする請求項１１に記載の波長変換レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換素子が搭載されたレーザヘッドを有する波長変換レーザ装置に関し、当該レーザヘッド内に設けられた光分岐に分けられたレーザ光成分をいずれもレーザヘッドの外部に導出するレーザヘッド部を有する波長変換レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多くの波長変換レーザ装置が開発されてきている。主には、共振器方式による波長変換レーザ装置と、シングルパス方式による波長変換レーザ装置がある。
【０００３】
共振器方式の波長変換レーザ装置の一例としては、特許文献１にあげられる内部共振器方式があげられる。（図８）レーザヘッド１の中に、ダイオードレーザ２６、レーザ発光素子２７が存在し、ダイオードレーザ２６から出た光１４をレーザ発光素子２７に集光することにより、レーザ光１５が発生し、このレーザ光１５を共振器ミラー２５内で往復させ、その共振器ミラーの内部に波長変換素子２２を配置し、波長変換レーザ光１３を開口部２９を通してレーザヘッド外部に取り出す構成をとる。通常、ダイオードレーザ２６などレーザ発生を行う部品は、電気−光変換効率が５０％程度であり、注入した電力の５０％は熱に変換される。そのため、安定した動作を行うためには、ダイオードレーザ２６で発生する熱を熱吸収部４３を介して放熱部４２にて十分に冷却する必要がある。放熱部４２の例としてはヒートシンク、冷却ファン、循環水方式などがあげられ、そのサイズはレーザダイオード２６のサイズよりも十分大きく、発生するレーザ出力が大きい場合には、レーザヘッド１と同程度またはそれ以上必要な場合もあり、小型化が困難であった。さらに、十分に冷却されていない状態でレーザヘッド１を装置に組み込んだ場合、レーザヘッド１から発生した熱が、レーザヘッド１の外部に構成された光学系へ伝播してしまい、組み込まれた装置の安定性へも悪影響が出る。
【０００４】
また、共振器方式の波長変換レーザは、共振器のミラー２５の間隔を高精度に常に調整する必要があり、そのためのサーボ回路やサーボ機構を持たせるためのパワーモニタが必要であり、非常に複雑な構造をとる。そのため、レーザとして安定に動作させるためには、共振器自体を高精度に安定化させる必要がある。
【０００５】
次に、もうひとつの波長変換レーザの方式である、シングルパス方式による波長変換レーザ装置について説明する。一例としては
【特許文献２】があげられる。
【０００６】
この方式は、前述の共振器方式と比較すると、共振器のミラーの間隔を高精度に常に調整する必要もなく、サーボ回路は必要なく、非常に簡単な構成で、外乱に対する安定性もよい。この方式による従来の波長変換レーザ装置の一例の模式図を図９に示す。
【０００７】
波長λ１を発生するレーザ光源部２で発生したレーザ光１１をレーザヘッド１に入射し、レーザヘッド１の内部において、波長λ１のレーザ光１１を第１波長変換素子２２により入射することにより波長λ２の波長変換レーザ光１３が発生し、第１の波長変換素子２２の後に設けられた光分岐２３によりレーザ光成分Ｌ１とＬ２に分岐され、レーザ光成分Ｌ２を有するレーザ光１７はミラー２４により折り返され、開口部２９を通してレーザヘッド１の外部に出力される。ここでレーザ光成分Ｌ２の波長は主にλ２である。一方光分岐２３により分岐されたレーザ光成分Ｌ１を有するレーザ光１６は、ミラー２４により折り返されは光吸収部４１により、吸収されて熱に変換される。この熱を放熱するために、レーザヘッド部に放熱部４２としてヒートシンクやさらにファン等が設置されている。ここでレーザ光成分Ｌ１の波長成分は主にλ１である。波長λ１のレーザ光１１の強度が大きく、第１の波長変換素子２２における波長変換効率が小さい場合には、放熱部の体積は大きくなり、場合によってはレーザヘッド１の主たる機能である波長変換を行う機構と比べて、倍以上のサイズになる突起部となる場合もある。そのため、従来の波長変換レーザ装置のレーザヘッド部は、大型となっていた。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２８１４９９
【特許文献２】特開２００７−１２８０１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、波長変換レーザ装置において、波長変換素子を搭載するレーザヘッドに光吸収部および放熱部を持たないことで、本来の波長変換器としての機能を主とし、レーザヘッド部の小型化の実現を図ることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために種々研究の結果、複数の構成にたどり着いた。はじめに、本発明による第１の形態は、請求項１に記載のように、入射波長λ１のレーザ光を発生させるレーザ光源部と、レーザ光源部で発生した波長λ１のレーザ光を波長λ２の波長変換レーザ光を発生させる波長変換素子と、レーザヘッドとを有する波長変換レーザ装置において、前記波長λ１と前記波長λ２が入射され、成分Ｌ１およびＬ2の二つの成分に分岐する光分岐と、少なくとも前記波長変換素子と前記光分岐を含み、レーザ光成分L1およびL2を外部に取り出す機構を有するレーザヘッドからなることを特徴とする波長変換レーザ装置を構成したものである。
【００１１】
本発明による第２の形態は、請求項２に記載のように、前記請求項１に記載の波長変換レーザ装置において、前記光分岐による二つに分けられるレーザ光成分Ｌ１およびＬ２について、Ｌ１の波長はλ１であって、Ｌ２の波長はλ２であることを特徴とする前記請求項１に記載の波長変換レーザ装置を構成したものである。
【００１２】
本発明による第３の形態は、請求項３に記載のように、前記請求項１に記載の波長変換レーザ装置において、前記光分岐による二つに分けられるレーザ光成分Ｌ１およびＬ２について、Ｌ１の波長はλ１およびλ２であって、Ｌ２の波長はλ２であることを特徴とする前記請求項１に記載の波長変換レーザ装置を構成したものである。
【００１３】
本発明による第４の形態は、請求項４に記載のように、入射波長λ１のレーザ光を発生させるレーザ光源部と、レーザ光源部で発生した波長λ１のレーザ光を波長λ２の波長変換レーザ光を発生させる第1の波長変換素子と、前記波長λ1と前記波長λ2のレーザ光を波長λ3の波長変換レーザ光を発生させる第２の波長変換素子と、レーザヘッドとを有する波長変換レーザ装置において、前記波長λ１、波長λ２および波長λ３が入射され、成分Ｌ１およびＬ2の二つの成分に分岐する光分岐と、少なくとも前記第１の波長変換素子、第２の波長変換素子と前記光分岐を含み、レーザ光成分L1およびL2を外部に取り出す機構を有するレーザヘッドからなることを特徴とする波長変換レーザ装置を構成したものである。
【００１４】
本発明による第５の形態は、請求項５に記載のように、前記請求項４に記載の波長変換レーザ装置において、前記光分岐による二つに分けられるレーザ光成分Ｌ１およびＬ２について、Ｌ１の波長はλ１およびλ２であって、Ｌ２の波長はλ３であることを特徴とする前記請求項４に記載の波長変換レーザ装置を構成したものである。
【００１５】
本発明による第６の形態は、請求項６に記載のように、前記請求項４に記載の波長変換レーザ装置において、前記光分岐による二つに分けられるレーザ光成分Ｌ１およびＬ２について、Ｌ１の波長はλ１、λ２、およびλ３であって、Ｌ２の波長はλ３であることを特徴とする前記請求項４に記載の波長変換レーザ装置を構成したものである。
【００１６】
本発明による第７の形態は、請求項７に記載のように、前記請求項１から６に記載の波長変換レーザ装置において、前記入射波長λ１のレーザ光を発生させるレーザ光源部から出た光をレーザ光ファイバに伝播させて、レーザヘッド部に導出することを特徴とする請求項１から６に記載の波長変換レーザ装置を構成したものである。
【００１７】
本発明による第８の形態は、請求項８に記載のように、前記請求項１から７に記載の波長変換レーザ装置において、前記光分岐により分けられた前記レーザ光成分Ｌ１外部に出射する開口部を有し、前記レーザ光成分L2を外部に出射する開口部または光ファイバに結合してレーザヘッド外部に導出する機構を有するレーザヘッドであることを特徴とする請求項１から７に記載の波長変換レーザ装置を構成したものである。
【００１８】
本発明による第９の形態は、請求項９に記載のように、前記請求項８に記載の波長変換レーザ装置において、レーザ光成分Ｌ１をレーザヘッド部開口部から外部に取り出し、レーザヘッドの外部に設けられた光吸収部により吸収させ熱に変換する事を特徴とする請求項８に記載の波長変換レーザ装置を構成したものである。
【００１９】
本発明による第１０の形態は、請求項１０に記載のように、前記請求項１から７に記載の波長変換レーザ装置において、前記光分岐により分けられた前記レーザ光成分Ｌ１を光ファイバに結合してレーザヘッドから外部に導出し、前記レーザ光成分L2を外部に出射する開口部または光ファイバに結合してレーザヘッド外部に導出する機構を有する事を特徴とする請求項１から７に記載の波長変換レーザ装置を構成したものである。
【００２０】
本発明による第１１の形態は、請求項１１に記載のように、前記請求項１０に記載の波長変換レーザ装置において、前記レーザ光成分Ｌ１を光ファイバに結合して前記レーザヘッド部から外部に導出し、前記レーザ光源部の内部において前記レーザ光成分Ｌ１を放出し、レーザ光源部に設けられた光吸収部により吸収させ熱に変換する事を特徴とする請求項１０に記載の波長変換レーザ装置を構成したものである。
【００２１】
本発明による第１２の形態は、請求項１２に記載のように、前記請求項１１に記載の波長変換レーザ装置において、前記レーザ光成分Ｌ１を光ファイバに結合して前記レーザヘッドから外部に導出し、前記レーザ光源部の内部において前記レーザ光成分Ｌ１を放出し、レーザ光成分Ｌ１の１つ以上光分岐により分岐し、分岐した光の第１成分はレーザ光源部に設けられた光吸収部により吸熱させ熱に変換し、第２の成分は受光素子に入射して光の強度をモニタし、モニタした信号により、前記レーザヘッド内の光分岐で分岐したレーザ光成分Ｌ２の強度が安定化するように制御する事を特徴とする請求項１１に記載の波長変換レーザ装置を構成したものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の第１から第１２の構成のいずれにおいても、シングルパス方式による波長変換素子を搭載するレーザヘッドを有する波長変換レーザ装置において、レーザヘッド部に光吸収部および吸収された熱を放熱する放熱部を持たないことで、本来の波長変換器としての機能を主とすることができ、かつレーザヘッド部の小型化を図ることが実現できる。
【００２３】
さらに、本発明の第１から第１２の構成のいずれにおいても、レーザヘッド部に光吸収部および放熱部を持たないことで、結果として、レーザヘッドの熱源の大きさを小さくすることができる。それにより、レーザヘッドの熱的な安定性を向上させることができる。安定性の具体的な例として、所望の波長変換レーザ光のビームのポインティング、および出力強度の安定性が上げられる。さらに、レーザヘッドの熱源が小さいことから、レーザヘッドのまわりに構成された光学系の安定性も向上する。すなわち、レーザヘッドから出射された波長変換レーザ光は、レーザヘッドのまわりに構成された光学系を通した後においても、たとえばビームのポインティングや、出力強度の点で、安定性が向上する。
【００２４】
さらに、本発明の第１１から第１２の構成においては、前記レーザヘッドの熱的な安定性向上の効果のほかに、レーザヘッド内部に設けられた光分岐により分けられたレーザ光成分Ｌ１を、光ファイバに結合してレーザヘッド部から外部に導出し、当該レーザ光成分Ｌ１をレーザ光源部で放出しレーザ光源部に設けられた光吸収部により吸収させ熱に変換する。これにより、レーザ光発生部により発生する熱の熱吸収部と、レーザ光成分Ｌ１を吸収することにより熱が生じる光吸収部を共通化することができ、それにより、熱吸収および放熱に要する部品の点数が低減でき、コストダウンにつながる。
【００２５】
さらに、第１２の構成においては、前記レーザヘッド内部に設けられたレーザ光成分Ｌ１を光ファイバに結合してレーザヘッドから外部に導出し、レーザ光源部の内部において前記レーザ光成分Ｌ１を放出し、レーザ光成分Ｌ１の１つ以上光分岐により分岐し、分岐した光の第１成分はレーザ光源部に設けられた光り吸収部により吸熱させ熱に変換し、第２の成分は受光素子に入射して光の強度をモニタし、モニタした信号により、前記レーザヘッド内の光分岐で分岐したレーザ光成分Ｌ２の強度が安定化するように制御する事をように構成することにより、受光素子やその増幅回路をレーザヘッド内に設置する必要がなくなり、レーザヘッドの小型化に寄与する。さらに、受光素子により強度をモニタするためにレーザヘッドとレーザ光源との間に長い電気ケーブルを設ける必要がないことから、強度をモニタする際に電気ケーブル部で発生するノイズを低減でき、強度モニタの測定精度が向上する効果がある。さらに、レーザ光源部に存在する電気回路と、当該強度モニタ用の受光素子およびその増幅回路を共通の基板に形成することにより、省スペース化、低コスト化に効果がある。さらに、前記レーザヘッド内に設けられた光分岐により分けられたレーザ光成分Ｌ２の強度安定化を行う自動制御機能を搭載する際に、強度モニタ部と制御部の電気回路が近接していることにより、電気的なノイズの発生を低減でき、制御機能がより安定になる効果がある。
【００２６】
また、前記第１０から１２の構成におけるレーザ光成分Ｌ１をカップルする光ファイバについて、当該ファイバの種類は問わないが、カップリング効率を向上させるために、マルチモードファイバが望ましく、そのコア径は、カップリング効率が満足にとれ、かつファイバ外形が太くなりすぎない５０ｕｍから1００umが望ましい。
【００２７】
また、前記第１から第１２のいずれの構成においても、レーザヘッド部に存在する第１の波長変換素子、第２波長変換素子の機能は、高調波発生、和周波発生、差周波発生、パラメトリック発生、パラメトリック増幅のいずれの機能でもよい。
【００２８】
また、前記第１から第１２のいずれの構成においても、入射レーザ光として複数の波長が存在してもよい。また、波長変換レーザ光も複数の波長が存在してもよい。
【００２９】
また、前記第１から第１２のいずれの構成においても、波長変換レーザ光で必要な波長の光は１つまたは2つ以上であってもよい。
【００３０】
また、前記第１から第１２のいずれの構成においても、レーザ光成分Ｌ１は、１つまたは2つ以上の波長であってもよい。
【００３１】
前記第１から第１２のいずれの構成においても、レーザヘッド部に設けられた光分岐は、分岐機能を有すればいずれでもよく、たとえば、誘電体多層膜により構成した波長分離ミラー、ウォークオフを利用した偏光分離素子、ウォラストンプリズムやグラントムソンプリズムによる偏光分離素子、プリズムでもよい。また、光分岐される二つのレーザ光成分Ｌ１およびＬ２は、光分岐に対してＬ１が透過でＬ２が反射、Ｌ１が反射でＬ２が透過、Ｌ１、Ｌ２ともに透過、Ｌ１、Ｌ２ともに反射のいずれでもよい。たとえば、光分岐として４５度入射の誘電体多層膜による波長分離ミラーを用いた場合には、光分岐に対してＬ１が透過でＬ２が反射、Ｌ１が反射でＬ２が透過のいずれの構成を用いてもよい。
【００３２】
また、前記第１２の構成において、レーザ光成分Ｌ２の強度をモニタする波長成分は１つまたは2つ以上の波長の成分であってもよい。
【００３３】
前記第１から第１２の構成による波長変換レーザ装置において、レーザ光源には、ダイオードレーザなどレーザが発生する機能、およびそれらを制御する電気回路部が含まれ、それらはひとつの筐体内に収まっていてもよいし、複数の筐体に分かれていてもよい。
【００３４】
前記第１から第１２の構成による波長変換レーザ装置において、レーザヘッドにおける波長変換機能を安定化させるためには、入射レーザ光を光ファイバを介してレーザヘッドに入射することが望ましい。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
この発明の実施の形態を図１〜図７により説明する。図１〜７において図８〜９と同一の略号で示す部分は、図８〜９で説明した同一略号の部分と同一の機能を持つ部分である。また、図１〜図７のいずれかによって説明した符号と同一符号で示す部分は同一機能を持つ部分である。
【実施例】
【００３６】
（実施例１）
図１に示す実施例を説明する。図１は本実施例に用いたシングルパス方式による波長変換素子２２を有するレーザヘッド１およびレーザ光源２の模式図である。波長変換素子２２を搭載したレーザヘッド１においては、レーザ光源２で発生した波長λ１の入射レーザ光１１を波長変換素子２２に入射することにより波長λ２の波長変換レーザ光１２に変換され、光分岐２３により反射される光成分Ｌ２のレーザ光1７は、ミラー２４により折り返され開口部２９を通してレーザヘッド１の外部に出力される。一方前記光分岐２３を透過した光成分Ｌ１のレーザ光１６は、ミラー２４により折り返し、開口部２９を通してレーザヘッド１から放出され、レーザヘッド１の外部に設けられた光吸収部４１で熱に変換され、光吸収部４１に隣接して設置されている放熱部４２から放熱される。レーザヘッド１のサイズは約１００ｃｃと従来と比べて１／４程度のサイズに小型化した。波長変換素子２２としては、周期分極反転構造を有するＭｇを添加したＬｉＴａＯ３による第二次高調波発生素子を用いた。素子の長さは３０ｍｍのものを用いた。波長λ１の入射レーザ光１１としては、１０６４ｎｍの１０Ｗの連続波光を用いた。波長λ２の波長変換レーザ光１２は、波長５３２ｎｍであって、その強度は２Ｗがえられた。光分岐２３には、レーザ光成分Ｌ１およびＬ２について、Ｌ１の波長はλ１であって、Ｌ２の波長はλ２となる誘電体多層膜をガラス上にコーティングしたものと、Ｌ１およびＬ２について、Ｌ１の波長はλ１およびλ２であって、Ｌ２の波長はλ２となる誘電体多層膜をガラス上にコーティングしたものの２種類を試した。いずれの光分岐２３を用いた場合においてもの場合においても、前記光成分Ｌ１のレーザ光１６強度は、８Ｗから８．１Ｗの範囲となった。光成分Ｌ１のレーザ光１６はレーザヘッド１の外部に放出し、レーザヘッド１から約５ｃｍ離れた位置においた真鍮製の光吸収部４１により熱に変換され、アルミ製のヒートシンクでできた放熱部４２を介して放熱された。動作中にレーザヘッド１の天板、およびレーザヘッド１の底部における温度をモニタした。その結果、各部位の温度の変化は０．５℃以下であった。また、波長λ２の光成分Ｌ２を有するレーザ光１７のパワーおよびポインティングをモニタした。その結果、パワー変動は、入射レーザ光１１の変動と同レベルであり、ポインティングの安定性も１０マイクロラジアン以下で安定した。
【００３７】
（実施例２）
図２に示す実施例を説明する。図２は本実施例に用いたシングルパス方式による波長変換素子２２を有するレーザヘッド１およびレーザ光源２の模式図である。光成分Ｌ１のレーザ光１６を外部に放出する方法として、光ファイバ３２にカップリングした点以外は、実施例１と条件は同じである。光ファイバ３２としてコア径６５ｕｍのマルチモードファイバを用いた。光ファイバ３２への光成分Ｌ１のレーザ光１６のカップリング効率は９５％以上であり、そのカップリング効率は動作中変化しなかった。光成分Ｌ１のレーザ光１６の約８Ｗの光は光ファイバ３２の出射端より放出され、出射端直後に設置された真鍮製の光吸収部４１により熱に変換され、アルミ製ヒートシンクの放熱部４２を介して放熱された。動作中にレーザヘッド１の天板、およびレーザヘッド１の底部における温度をモニタした。その結果、各部位の温度の変化は０．５℃以下であった。また、波長λ２の光成分Ｌ２を有するレーザ光１７のパワーおよびポインティングをモニタした。その結果、パワー変動は、入射レーザ光１１の変動と同レベルであり、ポインティングの安定性も１０マイクロラジアン以下で安定した。
【００３８】
（実施例３）
図３に示す実施例を説明する。図３は、本実施例に用いたシングルパス方式の波長変換素子２２を有するレーザヘッド１とレーザ光源２とを光ファイバ３１を介して接続した波長変換レーザ装置である。レーザヘッド１の構成は、入射レーザ１１をレーザ光源２より光ファイバ３１を介してレーザヘッド１に入射した点以外は、実施例１と構成および条件は同じである。レーザ光源２として、Ｙｂドープのファイバレーザを用いた。動作中にレーザヘッド１の天板、およびレーザヘッド１の底部における温度をモニタした。その結果、各部位の温度の変化は０．５℃以下であった。また、波長λ２の光成分Ｌ２を有するレーザ光１７のパワーおよびポインティングをモニタした。その結果、パワー変動は、入射レーザ光１１の変動と同レベルであり、ポインティングの安定性も１０マイクロラジアン以下で安定した。
【００３９】
（実施例４）
図４に示す実施例を説明する。図４は、本実施例に用いたシングルパス方式の波長変換素子２２を有するレーザヘッド１とレーザ光源２とを光ファイバ３１を介して接続した波長変換レーザ装置である。レーザヘッド１の構成は、入射レーザ１１をレーザ光源２より光ファイバ３１を介してレーザヘッド１に入射した点以外は、実施例２と構成および条件は同じである。レーザ光源２として、Ｙｂドープのファイバレーザを用いた。動作中にレーザヘッド１の天板、およびレーザヘッド１の底部における温度をモニタした。その結果、各部位の温度の変化は０．５℃以下であった。また、波長λ２の光成分Ｌ２を有するレーザ光１７のパワーおよびポインティングをモニタした。その結果、パワー変動は、入射レーザ光１１の変動と同レベルであり、ポインティングの安定性も１０マイクロラジアン以下で安定した。
【００４０】
（実施例５）
図５に示す実施例を説明する。図５は、本実施例に用いたシングルパス方式の波長変換素子２２を有するレーザヘッド１とレーザ光源２とを光ファイバ３１を介して接続した波長変換レーザ装置である。波長変換レーザ装置の構成は、光成分Ｌ１のレーザ光１６をカップリングした光ファイバ３２の光を、レーザ光源２の光吸収部４１に照射して放出した点以外は、実施例４と条件は同じである。レーザ光源２として、Ｙｂドープのファイバレーザを用いた。動作中にレーザヘッド１の天板、およびレーザヘッド１の底部における温度をモニタした。その結果、各部位の温度の変化は０．５℃以下であった。また、波長λ２の光成分Ｌ２を有するレーザ光１７のパワーおよびポインティングをモニタした。その結果、パワー変動は、入射レーザ光１１の変動と同レベルであり、ポインティングの安定性も１０マイクロラジアン以下で安定した。また、レーザ光源２の光吸収部４１と直接接している放熱部４２は、レーザ光源２のその他の熱源を吸収する熱吸収部とも接続されており、部品を共通化することにより、装置の部品点数を減らして構成を簡単にすることができた。
【００４１】
（実施例６）
図６（ａ）に示す実施例を説明する。図６（ａ）は、本実施例に用いたシングルパス方式の波長変換素子２２を有するレーザヘッド１とレーザ光源２とを光ファイバ３１を介して接続した波長変換レーザ装置である。波長変換レーザ装置の構成は、以下の点を除き実施例５と条件は同じである。光成分Ｌ１のレーザ光１６をカップリングした光ファイバ３２の光を、レーザ光源２で放出し、放出後にレンズ２１で光成分Ｌ１のレーザ光１６をコリメート後、光分岐２３であるタップフィルタを用いて、光成分Ｌ１のレーザ光１６の一部を反射させ、フォトダイオード４４で受光し、増幅回路４５によりフォトダイオード４４で得られた信号を増幅する。光分岐２３を透過した光成分Ｌ１のレーザ光１６を光吸収部４１で吸収され、放熱部４２で放熱させる。フォトダイオード４４として、シリコン製のものを用いた。動作中にレーザヘッド１の天板、およびレーザヘッド１の底部における温度をモニタした。その結果、各部位の温度の変化は０．５℃以下であった。また、波長λ２の光成分Ｌ２を有するレーザ光１７のパワーおよびポインティングをモニタした。その結果、パワー変動は、入射レーザ光１１の変動と同レベルであり、ポインティングの安定性も１０マイクロラジアン以下で安定した。さらに、フォトダイオード４４でモニタした信号をもとに、波長λ２の光成分Ｌ２を有するレーザ光１７の出力が一定になるように入射レーザ光１１の強度を調整した。その結果、波長変換レーザ光の安定性が向上した。また、レーザ光源２の光吸収部４１と直接接している放熱部４２は、レーザ光源２のその他の熱源を吸収する熱吸収部とも接続されており、部品を共通化することにより、装置の部品点数を減らして構成を簡単にすることができた。さらに、フォトダイオード４４および増幅回路４５を介して、光成分Ｌ１のレーザ光１６に含まれる波長λ１の成分のパワーをモニタすることができた。さらに、増幅回路をレーザ光源２のレーザ発生用の回路基板の一部に形成することにより、省スペース化、低コスト化、安定化を実現できた。
【００４２】
（実施例７）
図６（ｂ）に示す実施例を説明する。図６（ｂ）は、本実施例に用いたシングルパス方式の波長変換素子２２を有するレーザヘッド１とレーザ光源２とを光ファイバ３１を介して接続した波長変換レーザ装置である。波長変換レーザ装置の構成は、以下の点を除き実施例６と条件は同じである。なお、本実施例においては、前期レーザヘッド１内に配置された光分岐２３には、光成分Ｌ１に波長λ１およびλ２を含むように設計された誘電体多層膜コーティングをほどこしたガラスを用いた。レーザヘッド１内部において、光分岐２３を透過した光成分Ｌ１のレーザ光１６をレンズ２１を介して光ファイバ３２にカップリングする。カップリングした光ファイバ３２の光を、レーザ光源２で放出し、放出後にレンズ２１でコリメートする。その後、レーザ光源２内に設けられた光分岐２３により、微弱な波長成分λ２を有する光を反射させ、フォトダイオード４４で受光し、増幅回路４５によりフォトダイオード４４で得られた信号を増幅する。前記光分岐を透過した光成分Ｌ１のレーザ光１６は、再び前記とは別に設けられた光分岐２８を用いて、波長成分λ１の一部を反射させ、フォトダイオード４４で受光し、増幅回路４５によりフォトダイオード４４で得られた信号を増幅する。光分岐２３を透過した光成分Ｌ１のレーザ光１６を光吸収部４１で吸収され、放熱部４２で放熱させる。フォトダイオード４４として、シリコン製のものを用いた。動作中にレーザヘッド１の天板、およびレーザヘッド１の底部における温度をモニタした。その結果、各部位の温度の変化は０．５℃以下であった。また、波長λ２の光成分Ｌ２を有するレーザ光１７のパワーおよびポインティングをモニタした。その結果、パワー変動は、入射レーザ光１１の変動と同レベルであり、ポインティングの安定性も１０マイクロラジアン以下で安定した。さらに、フォトダイオード４４でモニタした信号をもとに、波長λ２の光成分Ｌ２を有するレーザ光１７の出力が一定になるように入射レーザ光１１の強度を調整した。その結果、波長変換レーザ光の安定性が向上した。また、レーザ光源２の光吸収部４１と直接接している放熱部４２は、レーザ光源２のその他の熱源を吸収する熱吸収部とも接続されており、部品を共通化することにより、装置の部品点数を減らして構成を簡単にすることができた。さらに、フォトダイオード４４および増幅回路４５を介して、波長成分ら１および波長成分λ２のパワーをモニタすることができた。さらに、増幅回路をレーザ光源２のレーザ発生用の回路基板の一部に形成することにより、省スペース化、低コスト化、安定化を実現できた。
【００４３】
（実施例８）
図６（ｃ）に示す実施例を説明する。図６（ｃ）は本実施例に用いたシングルパス方式による第１の波長変換素子２２および第２の波長変換素子２を有するレーザヘッド１と、レーザヘッド１とレーザ光源２とを光ファイバ３１を介して接続した波長変換レーザ装置である。レーザ光源２として、Ｙｂドープのファイバレーザを用いた。光ファイバ３１には、シングルモード伝搬する偏波保持ファイバを用いた。レーザヘッド１においては、光ファイバ３１から放出された波長λ１の入射レーザ光１１をはじめに第１の波長変換素子２２に入射することにより波長λ２の波長変換レーザ光１２に変換され、次に波長λ１およびλ２のレーザ光１１および１２を第２の波長変換素子２２ｂに入射することにより波長λ３の波長変換レーザ光１３に変換され、光分岐２３により反射される光成分Ｌ２のレーザ光1７は、ミラー２４により折り返され開口部２９を通してレーザヘッド１の外部に出力される。一方前記光分岐２３を透過した光成分Ｌ１のレーザ光１６は、ミラー２４により折り返され、光ファイバ３２によりレーザヘッド１から排出される。レーザヘッド１のサイズは約１００ｃｃと従来と比べて１／４程度のサイズに小型化した。第１の波長変換素子２２としては、周期分極反転構造を有するＭｇを添加したＬｉＴａＯ３による第二次高調波発生素子を用いた。素子の長さは３０ｍｍのものを用いた。第２の波長変換素子２２としては、周期分極反転構造を有するＭｇを添加したＬｉＴａＯ３による第二次高調波発生素子を用いた。素子の長さは１０ｍｍのものを用いた。波長λ１の入射レーザ光１１としては、１０６４ｎｍの１０Ｗの連続波光を用いた。波長λ２の波長変換レーザ光１２は、波長５３２ｎｍであって、その強度は２Ｗがえられた。波長λ３の波長変換レーザ光１３は、波長３５５ｎｍであって、その強度は１００ｍＷがえられた。光分岐２３には、レーザ光成分Ｌ１およびＬ２について、Ｌ１の波長はλ１、λ２、およびλ３であって、Ｌ２の波長はλ３となる誘電体多層膜をガラス上にコーティングしたものとした。ただし、前記光分岐は、Ｌ１およびＬ２について、Ｌ１の波長はλ１およびλ２であって、Ｌ２の波長はλ３となる誘電体多層膜をガラス上にコーティングしたものも利用することは可能であった。光成分Ｌ１のレーザ光１６をカップリングする光ファイバ３２としては、コア径５０ミクロンのマルチモードファイバを用いた。光ファイバ３２を伝搬したレーザ光は、レーザ光源２の光吸収部４１に照射して放出され、放出後にレンズ２１でコリメートする。その後、レーザ光源２内に設けられた光分岐２３により、微弱な波長成分λ２を有する光を反射させ、フォトダイオード４４で受光し、増幅回路４５によりフォトダイオード４４で得られた信号を増幅する。前記光分岐を透過した光成分Ｌ１のレーザ光１６は、再び前記とは別に設けられた光分岐２８を用いて、波長成分λ１の一部を反射させ、フォトダイオード４４で受光し、増幅回路４５によりフォトダイオード４４で得られた信号を増幅する。光分岐２３を透過した光成分Ｌ１のレーザ光１６を光吸収部４１で吸収され、放熱部４２で放熱させる。フォトダイオード４４として、シリコン製のものを用いた。動作中にレーザヘッド１の���板、およびレーザヘッド１の底部における温度をモニタした。その結果、各部位の温度の変化は０．５℃以下であった。また、波長λ３の光成分Ｌ２を有するレーザ光１７のパワーおよびポインティングをモニタした。その結果、パワー変動は、入射レーザ光１１の変動と同レベルであり、ポインティングの安定性も１０マイクロラジアン以下で安定した。さらに、フォトダイオード４４でモニタした信号をもとに、波長λ３の光成分Ｌ２を有するレーザ光１７の出力が一定になるように入射レーザ光１１の強度を調整した。その結果、波長変換レーザ光の安定性が向上した。また、レーザ光源２の光吸収部４１と直接接している放熱部４２は、レーザ光源２のその他の熱源を吸収する熱吸収部とも接続されており、部品を共通化することにより、装置の部品点数を減らして構成を簡単にすることができた。さらに、フォトダイオード４４および増幅回路４５を介して、波長成分ら１および波長成分λ２のパワーをモニタすることができた。さらに、増幅回路をレーザ光源２のレーザ発生用の回路基板の一部に形成することにより、省スペース化、低コスト化、安定化を実現できた。
【００４４】
前記実施例１から７においては、入射レーザ光１１が1種類、波長変換レーザ光１２が１種類の例を述べたが、本発明に基づく構成可能な実施形態は、複数存在する。図７にその他の例を示す。なお、以下の図７では、レーザヘッド１の内部の構成のみを変更して示しているが、入射レーザ光１１をレーザヘッド１へ入射する方法は、実施例1や２に示した空間から入射する方法や、実施例３から７に示される光ファイバを介して入射する方法のいずれでも良い。また、残留レーザ光１２をレーザヘッド１の外部へ取り出す方法は、実施例１および３に示すように空気中を介して光吸収部４１および放熱部４２で処理しても良いし、実施例２および４から７に示されるように光ファイバ３２に結合させても処理しても良い。図７（ａ）は、二つの入射レーザ光１１ａ、１１ｂを設け、波長変換素子２２により和周波発生、または差周波発生による波長変換を行い、波長変換レーザ光１３を得た場合の一例を示した図である。図７（ｂ）（ｃ）は、入射レーザ光１１を一つとし、２つの波長変換素子２２ａと２２ｂとを設け、第一の波長変換素子２２ａで発生した波長変換レーザ光１３ａと第２の波長変換素子２２ｂで発生した波長変換レーザ光１３ｂとを発生させた場合の一例である。図７（ｂ）は、所望の波長変換レーザ光１３ｂのみであり、残留レーザ光１２と波長変換素子２２ｂで変換されなかった波長変換レーザ光１３ａの二つの光は、実施例１から６で示した残留レーザ光１２と同じように処理される場合を示した図である。図７（ｃ）は、最終的に所望の光は波長変換レーザ光１３ｂと波長変換素子２２ｂで変換されなかった波長変換レーザ光１３ａの両方で、残留レーザ光１２は一つのみの場合の例を示した図である。図７（ｄ）は、実施例１から７と同じく入射レーザ光１１および波長変換素子２２がそれぞれ一つで構成されているレーザヘッド部において、波長変換素子２２においてパラメトリック発生などにより二つの異なる波長変換レーザ光１３ａ、１３ｂが発生する場合の例である。この場合も、図７（ｂ）、図７（ｃ）のように、発生した二つの波長変換レーザ光１３ａ、１３ｂの片方または両方を所望の光として取り扱ってもよい。以上の図７に示すように、本発明は、レーザヘッド内部における入射光１１の数、残留レーザ光１２の数、所望の波長変換レーザ光１３の数、波長変換素子２２の数は、それぞれ１つに限られてはおらず、複数存在してもよい。
【００４５】
以上説明したいずれの実施例でも、波長変換光の波長λ２、またはλ３を主に有する光成分Ｌ２のレーザ光１７はレーザヘッドの開口部を通して、空間光で取り出す構成を示しているが、外部への導出形態は、ファイバを通して外部に取り出すよう形態にしても良い。このような構成にすることで、利用光である波長変換光を光学系の任意の場所に持っていくことができるため、より狭い場所での利用ができ、本波長変換レーザ装置の適用範囲を広げることが出来る。
【００４６】
以上説明したいずれの実施例でも、レーザヘッド１内に設けられた光分岐２３において分けられる二つ成分Ｌ１およびＬ２のレーザ光１６、１７ついて、光成分Ｌ１のレーザ光１６が光分岐２３を透過し、光成分Ｌ２のレーザ光１７が光分岐２３を反射する構成について説明したが、光分岐２３として、光成分Ｌ１のレーザ光１６が光分岐２３で反射し、光成分Ｌ２のレーザ光１７が光分岐２３を透過する構成で構築することも出来る。
【００４７】
（比較例１）
図９に示す比較例を説明する。図９は本比較例に用いた従来のシングルパス方式による波長変換素子２２を有するレーザヘッド１の模式図である。波長変換素子２２を搭載したレーザヘッド１においては、入射レーザ光１１は波長変換素子２２により波長変換レーザ光１３に変換され、波長変換レーザ光１３はフィルタ２３により反射され、ミラー２４により折り返され出力される。波長変換素子２２により変換されなかった入射レーザ光１１は残留レーザ光１２となり、ミラー２４により折り返し、光吸収部４１で吸収され、放熱部４２で放熱される。光吸収部４１および放熱部４２を除くレーザヘッド１のサイズは約１００ｃｃとした。光吸収部４１には真鍮を用いた。放熱部４２はアルミ製のヒートシンクを用いた。波長変換素子２２としては、周期分極反転構造を有するＭｇを添加したＬｉＴａＯ３による第二次高調波発生素子を用いた。素子の長さは３０ｍｍのものを用いた。入射レーザ光１１としては、１０６４ｎｍの１０Ｗの連続波光を用いた。波長変換レーザ光１３としては、波長５３２ｎｍの光２Ｗがえられ、残留レーザ光１２のパワーはおよそ８Ｗであった。放熱部４２のサイズを５ｃｃ以下、５０ｃｃ、１００ｃｃの３種類を用いた。動作中にレーザヘッド１の天板、およびレーザヘッド１の底部における温度をモニタした。その結果、放熱部４２のサイズ５ｃｃ以下、５０ｃｃ、１００ｃｃの時の温度変化は、天板部でそれぞれ約４０℃、３０℃、２０℃、レーザヘッド底部で１０℃、５℃、２℃であった。また、波長変換レーザ光１３のパワーおよびポインティングをモニタした。その結果、放熱部４２のサイズ5ｃｃ以下、５０ｃｃ、１００ｃｃの時のパワー変動は、入射レーザ光１１の変動と約１．５倍、１．２倍、１．１倍であり、ポインティングの安定性はそれぞれ、５０マイクロラジアン以下、３０マイクロラジアン以下２０マイクロラジアン以下であった。従来の放熱部４２を有するレーザヘッド１の場合、レーザヘッド１と同じ大きさ、またはそれ以上の大きさがなければ、安定な動作は難しく、あわせて小型化が困難である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施例を示した模式図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示した模式図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示した模式図である。
【図４】本発明の第４の実施例を示した模式図である。
【図５】本発明の第５の実施例を示した模式図である。
【図６】本発明の第６から第８の実施例を示した模式図である。
【図７】本発明に基づく構成可能な実施形態を示した模式図である。
【図８】従来の内部共振器方式によるレーザヘッドの一例を示した模式図である。
【図９】従来のシングルパス方式による波長変換素子を有するレーザヘッドの模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    レーザヘッド
２    レーザ光源
１１  波長λ１の入射レーザ光
１１ｂ  波長λ１´の入射レーザ光
１２  波長λ２の波長変換レーザ光
１３  波長λ３の波長変換レーザ光
１４  レーザダイオードから発生した光
１５  レーザ結晶で発振した光
１６  光分岐により分けられた第１のレーザ光成分Ｌ１
１７  光分岐により分けられた第２のレーザ光成分Ｌ２
２１    レンズ
２２    第１の波長変換素子
２２ｂ    第２波長変換素子
２３    光分岐
２３ｂ  光合波
２４    ミラー
２５    共振器ミラー
２６    レーザダイオード
２７    レーザ結晶
２９    開口部
３１    入射レーザ光１１を導波する光ファイバ
３２    レーザ光成分Ｌ２を導波する光ファイバ
４１    光吸収部
４２    放熱部
４３    熱吸収部
４４    フォトダイオード
４５    増幅回路
【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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【図９】
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