(57)【要約】【課題】入力光の波長がずれていても、入力光を第二次高調波発生器に調芯できる波長変換装置を提供する。【解決手段】所定の変換波長のレーザ光が入力されたときに、変換波長の半波長の第二次高調波を含むレーザ光を生成して出力する第二次高調波発生器６と、レーザ光を第二次高調波発生器６に対して位置決めする調芯手段４，５と、第二次高調波発生器６の出力光の第二次高調波成分の出力を検出する高調波出力検出手段９と、第二次高調波発生器６の出力光の変換波長成分の出力を検出する原波長出力検出手段１１と、高調波出力検出手段９の検出値と、原波長出力検出手段１１の検出値との和に基づいて調芯手段４，５を制御する制御手段１２とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の変換波長のレーザ光が入力されたときに、前記変換波長の半波長の第二次高調波を含むレーザ光を生成して出力する第二次高調波発生器と、
レーザ光を前記第二次高調波発生器に対して位置決めする調芯手段と、
前記第二次高調波発生器の出力光の前記第二次高調波成分の出力を検出する高調波出力検出手段と、
前記第二次高調波発生器の出力光の前記変換波長成分の出力を検出する原波長出力検出手段と、
前記高調波出力検出手段の検出値と、前記原波長出力検出手段の検出値との和に基づいて前記調芯手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】
前記高調波出力検出手段の検出値と、前記原波長出力検出手段の検出値とを異なる増幅率で増幅する、増幅手段を有することを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項３】
前記変換波長は、１０６４ｎｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の波長変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の波長を変換する波長変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に、レーザ発振器などの投光部から発せられたレーザ光をレンズなどの移動可能な光学部材によって、光ファイバのような受光部材に芯合わせして導くレーザ装置が記載されている。特許文献１では、光学部材を一定振幅で微小振動させ、光ファイバにおけるレーザ光の強度の変化を測定して、レーザ光の芯ずれ量を検出し、光学部材をレーザ光の受光強度を最大にする位置に移動させるウォブリング（wobbling）と呼ばれる手法により、レーザ光を光ファイバに対して位置決めしている。
【０００３】
所定の変換波長のレーザ光が入力されたときに半波長の第二次高調波成分を含むレーザ光を出力する第二次高調波発生器では、入力されるレーザ光の波長のずれなどによって、出力光の第二次高調波成分が減少する。よって、温度によって出力波長が変化するレーザダイオードなどをレーザ光源とする場合には、レーザ光源の出力を監視して、入力光の変換波長成分を最大化するように、レーザ光源を調整する必要がある。
【０００４】
第二次高調波発生器の上流において、レーザ光の変換波長成分をモニタ使用とすると、入力光の一部をフォトダイオードなどのセンサに入力することになるため、第二次高調波発生器への入力が小さくなってしまう。
【０００５】
また、第二次高調波発生器の出力光の第二次高調波成分の出力に基づいて、レーザ光源の波長の調整をするには、レーザ光が、第二次高調波発生器に調芯されている必要がある。しかしながら、レーザ光源の調整が不十分であると、レーザ光が第二次高調波発生器に入力されていても第二次高調波成分の出力が小さくなるため、出力を検出できないので調芯を行うことができない。
【特許文献１】特開２００３−３３８７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記問題点に鑑みて、本発明は、入力光の波長がずれていても、入力光を第二次高調波発生器に調芯できる波長変換装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明による波長変換装置は、所定の変換波長のレーザ光が入力されたときに、前記変換波長の半波長の第二次高調波を含むレーザ光を生成して出力する第二次高調波発生器と、レーザ光を前記第二次高調波発生器に対して位置決めする調芯手段と、前記第二次高調波発生器の出力光の前記第二次高調波成分の出力を検出する高調波出力検出手段と、前記第二次高調波発生器の出力光の前記変換波長成分の出力を検出する原波長出力検出手段と、前記高調波出力検出手段の検出値と、前記原波長出力検出手段の検出値との和に基づいて前記調芯手段を制御する制御手段とを有するものとする。
【０００８】
この構成によれば、第二次高調波発生器によって変換された第二次高調波成分の検出値と、第二次高調波に変換できずに第二次高調波発生器からそのまま出力されるレーザ光の検出値とを足し合わせる。通常、第二次高調波発生器の変換波長の許容誤差に比べて、高調波出力検出手段および原波長出力検出手段を構成するセンサの検出帯域の方が広いので、光源の波長がずれている場合、高調波出力検出手段の検出値は低くなるが、原波長出力検出手段の検出値は増加する。このため、両者の和を用いることによって、光源の波長が変換波長からずれていても、レーザ光の位置ずれによって生じる第二次高調波発生器の出力変化を観測でき、ウォブリングなどの公知の制御によって調芯できる。
【０００９】
また、本発明の波長変換装置において、前記高調波出力検出手段の検出値と、前記原波長出力検出手段の検出値とを異なる増幅率で増幅する、増幅手段を有してもよい。
【００１０】
この構成によれば、高調波出力検出手段と原波長出力検出手段との検出感度の違いなどを補正して、光源の波長に対する検出値の和の変化を小さくできる。これにより、制御手段の分解能を最大限に活用して、正確な調芯が可能になる。
【００１１】
また、本発明の波長変換装置において、前記変換波長は、１０６４ｎｍであってもよい。
【００１２】
この構成によれば、半導体レーザ発振器で生成が困難なグリーン光を第二次高調波発生器によって生成する装置において、適切な調芯をして、十分なグリーン光の出力を確保できる。
【発明の効果】
【００１３】
光源の波長のずれによって出力が低下する第二次高調波成分の検出値に、光源の波長のずれによって出力が上昇する変換波長成分の検出値を加算することで、光源の波長が変換波長からずれていても、レーザ光の位置ずれに応じた第二次高調波発生器の出力変化を観測でき、適切に調芯できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の第１実施形態の波長変換装置１の概略構成を示す。波長変換装置１は、所定の変換波長（１０６４ｎｍ）の赤外レーザ光を発生するレーザダイオード２と、固定された投光レンズ３と、駆動装置４によってレーザ光に直交するＸ−Ｙの２方向に移動してレーザ光の光軸を移動させられる移動レンズ（調芯手段）５と、投光レンズ３および移動レンズ５を介して入射した変換波長のレーザ光を基に半波長（５３２ｎｍ）の第二次高調波（グリーン光）を発生させて第二次高調波を含む光線を出力する第二次高調波発生素子（Second Harmonic Generator）６と、第二次高調波発生素子６の出力を射出する射出レンズ７と、第二次高調波発生素子６の出力光の第二次高調波成分を分光するグリーンビームスプリッタ８と、分光した第二次高調波成分の出力レベルを電圧信号（検出出力）に変換する例えばフォトダイオードからなるグリーンパワーモニタ（高調波検出手段）９と、第二次高調波発生素子６の出力光の変換波長成分を分光する赤外ビームスプリッタ１０と、分光した変換波長成分の出力レベルを電圧信号（検出出力）に変換する例えばフォトダイオードからなる赤外パワーモニタ（変換波長検出手段）１１と、グリーンパワーモニタ９の検出出力と、赤外パワーモニタ１１の検出出力とが入力され、駆動装置４を駆動して、２つの検出出力の和が最大になるように、移動レンズ５をＸ−Ｙ方向に移動させて、レーザ光を第二次高調波発生素子６に調芯する制御装置１２とを有している。
【００１５】
第二次高調波発生素子６は、受光部の口径が１〜３μｍ程度である。移動レンズ５は、レーザ光を第二次高調波発生素子６の受光部と同程度の径になるように集光するとともに、第二次高調波発生素子６の受光部の中心にレーザ光の光軸を芯合わせする。
【００１６】
第二次高調波発生素子６は、変換波長（１０６４ｎｍ）のレーザ光を基に半波長（５３２ｎｍ）のレーザ光を発生させるが、変換波長から波長がずれたレーザ光は、そのまま通過させる。レーザダイオード２は、例えば分布反射型（ＤＢＲ）レーザであってもよい。レーザダイオード２は、半導体の構成元素によって発振するレーザ光の波長が決定され、波長の分布が非常にシャープであるが、完全に単波長というわけではない。また、レーザダイオード２の発振波長は、温度上昇によって長くなる特性を有している。第二次高調波発生素子６は、厳密に所定の変換波長（１０６４ｎｍ）に一致するレーザ光を基に、半波長（５３２ｎｍ）の第二次高調波を生成するが、少しでも波長がずれたレーザ光は、そのまま通過させてしまう。
【００１７】
よって、グリーンパワーモニタ９は、第二次高調波発生素子６において変換波長（１０６４ｎｍ）のレーザ光から生成された波長５３２ｎｍの第二次高調波（グリーン光）の出力強度を検出し、赤外パワーモニタ１１は、第二次高調波発生素子６を通過した、波長が変換波長（１０６４ｎｍ）から僅かにずれたレーザ光の強度を検出する。
【００１８】
図２に、移動レンズ５を移動させる駆動装置４の構成を示す。駆動装置４は、筐体１３に固定されたＸ軸アクチュエータ１４と、Ｘ軸アクチュエータ１４によってＸ軸方向に移動させられ、Ｙ軸方向に移動レンズ５を移動させるＹ軸アクチュエータ１５とからなっている。
【００１９】
Ｘ軸アクチュエータ１４は、筐体１３に一端が固定され、電圧が印加されるとＸ軸方向に伸縮するＸ軸圧電素子１６と、Ｘ軸圧電素子１６の伸縮によってＸ軸方向に往復移動するＸ軸駆動軸１７と、Ｘ軸駆動軸１７に摩擦係合するＸ軸摩擦係合部材１８と、Ｘ軸駆動軸１７の先端に設けられたＸ軸ストッパ１９とからなる。Ｙ軸アクチュエータ１５は、Ｘ軸摩擦係合部材１８に一端が固定され、電圧が印加されるとＹ軸方向に伸縮するＹ軸圧電素子２０と、Ｙ軸圧電素子２０の伸縮によってＹ軸方向に往復移動するＹ軸駆動軸２１と、Ｙ軸駆動軸２１に摩擦係合するＹ軸摩擦係合部材２２と、Ｙ軸駆動軸２１の先端に設けられたＹ軸ストッパ２３とからなり、Ｙ軸摩擦係合部材２２が移動レンズ５を保持している。Ｘ軸摩擦係合部材１８は、Ｘ軸圧電素子１６とＸ軸ストッパ１９との間を可動範囲としてすべり移動可能であり、Ｙ軸摩擦係合部材２２は、Ｙ軸圧電素子２０とＹ軸ストッパ２３との間を可動範囲としてすべり移動可能である。
【００２０】
図３に、波長変換装置１の制御の流れを示す。制御装置１２は、グリーンパワーモニタ９の検出出力と、赤外パワーモニタ１１の検出出力とを足し合わせるアナログ加算器２４と、ノイズを除去するためのローパスフィルタ２５と、２つの検出出力の和をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器２６と、２つの検出出力の和を最大とするようにＸ軸アクチュエータ１４またはＹ軸アクチュエータ１５の駆動量を、例えばＰＩＤ制御によって決定するアライメントコントローラ２７と、アライメントコントローラ２７が決定した駆動量に応じた駆動パルスを生成するＸ軸パルス幅変調器２８およびＹ軸パルス幅変調器２９と、Ｘ軸パルス幅変調器２８およびＹ軸パルス幅変調器２９の出力を増幅してＸ軸アクチュエータまた１４およびＹ軸アクチュエータ１５に入力するＸ軸増幅器３０およびＹ軸増幅器３１とからなる。制御装置１２は、Ｘ方向の制御とＹ方向の制御とを切り替えて行うため、アライメントコントローラ２７からは、Ｘ軸パルス幅変調器２８およびＹ軸パルス幅変調器２９のいずれか一方にのみ信号が出力される。
【００２１】
図４に、移動レンズ５の位置と、グリーンパワーモニタ９の検出出力および赤外パワーモニタ１１の検出出力との関係を示す。この関係は、Ｘ方向およびＹ方向のいずれの位置に対しても同様のプロファイルを描く。図中の（Ａ）は、入力光の波長分布のピークが所定の変換波長（１０６４ｎｍ）に一致する場合、（Ｂ）は、入力光の波長分布のピークが所定の変換波長（１０６４ｎｍ）から僅かにずれている場合を示す。
【００２２】
移動レンズ５によってレーザ光の光軸が第二次高調波発生素子６の中心に一致している場合、レーザ光のエネルギーが全て第二次高調波発生素子６に入力されるので、第二次高調波発生素子６が発生する波長５３２ｎｍの第二次高調波光（グリーン光）および波長が変換波長（１０６４ｎｍ）からずれた第二次高調波発生素子６を通過する光線（赤外光）の出力はともに最大になる。第二次高調波発生素子６では、入力光の変換波長成分が第二次高調波光成分に変換されるので、レーザダイオード２の出力の中心波長が変換波長（１０６４ｎｍ）に一致していれば、（Ａ）に示すように、グリーンパワーモニタ９の検出出力が大きくなって、赤外パワーモニタ１１の検出出力が小さくなり、レーザダイオード２の出力の中心波長が変換波長（１０６４ｎｍ）からずれていれば、（Ｂ）に示すように、グリーンパワーモニタ９の検出出力が小さくなって、赤外パワーモニタ１１の検出出力が大きくなる。このため、グリーンパワーモニタ９の検出出力と赤外パワーモニタ１１の検出出力とを足し合わせることで、レーザダイオード２の主力周波数分布に拘わらず移動レンズ５によるレーザ光の調芯にのみ依存して変化する検出出力を得ることができる。
【００２３】
図５に、移動レンズ５の位置に対する、グリーンパワーモニタ９の検出出力と赤外パワーモニタ１１の検出出力との和のプロファイルと、移動レンズ５を所定の微小量順送りしたときと所定の微小量逆送りしたときとの両検出出力の和の変化量である位相検波出力のプロファイルとを示す。レーザ光の光軸中心が第二次高調波発生素子６の中心に一致するとき、位相検波出力は、ゼロになり、レーザ光の光軸中心が第二次高調波発生素子６の中心近傍にあるとき、位相検波出力は、レーザ光の第二次高調波発生素子６に対するずれ量に略比例する。
【００２４】
よって、図６に示すように、ある位置を基準に、移動レンズ５を所定の微小量（例えば２パルス）順送りしたときとの検出出力の和と、移動レンズ５を同じ量（例えば２パルス）逆送りしたときと所定量逆送りしたときの検出出力の和との差分（図中のハッチング領域の面積）は、レーザ光の光軸中心が第二次高調波発生素子６の中心に一致する位置に対する移動レンズ５のずれ量に比例する。よって、制御装置１２は、位相検波出力（検出出力の和の差分）に比例した駆動パルスを駆動装置４に入力することで、レーザ光を第二次高調波発生素子６に調芯できる（ウォブリング制御）。
【００２５】
本実施形態では、レーザダイオード２の出力波長が、所定の変換波長（１０６４ｎｍ）からずれた状態でも、移動レンズ５を走査移動することで、グリーンパワーモニタ９の検出出力と赤外パワーモニタ１１の検出出力との和を観測して、レーザ光を第二次高調波発生素子６に入力できる移動レンズ５の位置を発見し、グリーンパワーモニタ９の検出出力と赤外パワーモニタ１１の検出出力との和に基づいたウォブリング制御や山登り制御によってレーザ光を第二次高調波発生素子６に調芯できる。
【００２６】
尚、山登り制御とは、ある位置を基準に、移動レンズ５を所定量（例えば２パルス）順送りしたときとの検出出力の和と、移動レンズ５を同じ量（例えば２パルス）逆送りしたときの検出出力の和とを比較して、検出出力の和が大きくなる方向に一定量（例えば１０パルス）移動レンズ５を駆動し、一定量駆動した後の検出出力の和が増加していれば、さらに、同じ量だけ同じ方向に移動レンズ５を駆動する操作を繰り返す公知の制御方法である。さらに、この山登り制御では、一定量の駆動後に検出出力の和が減少に転じたとき、制御を終了してもよく、駆動量を減じて反対方向に駆動するようにしてもよい。
【００２７】
図７に、本発明の第２実施形態の波長変換器１の構成を示す。本実施形態では、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。本実施形態の波長変換器１ａは、レーザダイオード２の出力光が、Ｘ軸移動レンズ５ａおよびＹ軸駆動レンズ５ｂを介して、第二次高調波発生素子６に入力される。Ｘ軸駆動レンズ５ａは、Ｘ軸駆動装置４ａによってＸ方向にのみ移動可能であり、Ｙ軸駆動レンズ５ｂは、Ｙ軸駆動装置４ｂによってＹ方向にのみ移動可能である。
【００２８】
また、図８に示すように、本実施形態の波長変換器１の制御装置１２は、グリーンパワーモニタ９の検出出力を増幅するグリーン増幅器３２と、赤外パワーモニタ１１の検出出力を増幅する赤外増幅器３３とを有する。グリーン増幅器３２および赤外増幅器３３のゲイン（増幅率）は、グリーンビームスプリッタ８および赤外ビームスプリッタ１０の光学特性や、グリーンパワーモニタ９および赤外パワーモニタ１１の出力特性に応じて、レーザ光が第二次高調波発生素子６に調芯された状態で、加算機２４の出力（増幅した検出値の和）がＡ／Ｄ変換器２６の上限を超えず、なるべくＡ／Ｄ変換器２６の上限に近い値で、レーザダイオード２の出力波長に拘わらず一定となるように定められる。これにより、アライメントコントローラ２７の演算の分解能を最大限に活用して、正確な位置決めができる。
【００２９】
本発明は、以上の実施形態のように、Ｘ−Ｙの２軸の調芯だけでなく、１軸の調芯や、光軸方向のレンズの移動によるフォーカシングを含めた３軸の調整などにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態の波長変換装置の概略構成図。
【図２】図１の駆動装置の詳細図。
【図３】図１の制御装置の詳細を示すブロック図。
【図４】図１のグリーンおよび赤外の検出出力のプロファイルを示すグラフ。
【図５】図１の検出出力の和および位相検波出力のプロファイルを示すグラフ。
【図６】図１の波長変換装置の調芯のウォブリングによる調芯を説明する図。
【図７】本発明の第２実施形態の波長変換装置の概略構成図。
【図８】図７の駆動装置の詳細図。
【符号の説明】
【００３１】
１…波長変換装置
２…レーザダイオード
４…駆動装置（調芯手段）
５…移動レンズ（調芯手段）
６…第二次高調波発生素子
８…グリーンビームスプリッタ
９…グリーンパワーモニタ（高調波出力検出手段）
１０…赤外ビームスプリッタ
１１…赤外パワーモニタ（原波長出力検出手段）
１２…制御装置
３２…グリーン増幅器
３３…赤外増幅器
【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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