(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＤＳ７６５色素をレーザ媒質とする波長可変色素レーザをＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波によって励起し、その出力波と、前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波を和周波合成してレーザ光を得る波長可変レーザ光の発生方法であって、前記波長可変色素レーザの出力光として異なる第１及び第２の波長のレーザ光を交互に得るようにすると共に、前記第１及び第２の波長のレーザ光と前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波を第１及び第２の和周波結晶に透過させ、前記第１の和周波結晶の位相整合角を前記第１の波長のレーザ光と前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合わせると共に、前記第２の和周波結晶の位相整合角を前記第２の波長のレーザ光と前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合わせることで、前記第１の波長のレーザ光についての和周波出力と前記第２の波長のレーザ光についての和周波出力のいずれについても出力の低下を防止し、かつ、前記第１の和周波結晶と第２の和周波結晶をその位相整合角の符号を逆方向にして配置することで、前記第１の波長のレーザ光についての和周波出力の光軸と前記第２の波長のレーザ光についての和周波出力の光軸とを一致させることを特徴とする波長可変レーザ光の発生方法。
【請求項２】
ＬＤＳ７６５色素をレーザ媒質とする波長可変色素レーザをＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波によって励起し、その出力波と、前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波を和周波合成してレーザ光を得る波長可変レーザ光の発生方法であって、前記波長可変色素レーザの出力光として複数の波長の色素レーザ光を順番に繰り返し得るようにすると共に、前記色素レーザ光と前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波を前記色素レーザ光の波長の数と同じ数だけ直列に配置した和周波結晶に透過させ、前記色素レーザの波長と前記和周波結晶とを１つずつ対応させ、前記和周波結晶の位相整合角を対応する波長の色素レーザ光と前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合わせることで、前記色素レーザ光の各波長についての和周波出力の低下を防止し、かつ、前記和周波結晶を位相整合角の符号を１つずつ逆方向にして配置することで、前記色素レーザ光の各波長についての和周波出力の光軸を一致させることを特徴とする波長可変レーザ光の発生方法。
【請求項３】
前記和周波結晶の位相整合角を互いに独立して調節可能にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の波長可変レーザ光の発生方法。
【請求項４】
ＬＤＳ７６５色素をレーザ媒質とし、異なる第１及び第２の波長のレーザ光を出力する波長可変色素レーザと、第２高調波によって前記波長可変色素レーザを励起するＮｄ：ＹＡＧレーザと、前記波長可変色素レーザの出力波と前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波を和周波合成して波長４３０〜４５０ｎｍの出力波を得る第１及び第２の和周波結晶を備え、前記第１の和周波結晶の位相整合角は前記第１の波長のレーザ光と前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合っており、前記第２の和周波結晶の位相整合角は前記第２の波長のレーザ光と前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合っており、かつ、前記第１の和周波結晶と第２の和周波結晶はその位相整合角の符号を逆方向にして配置されていることを特徴とする波長可変レーザ装置。
【請求項５】
ＬＤＳ７６５色素をレーザ媒質とし、複数の波長の色素レーザ光を出力する波長可変色素レーザと、第２高調波によって前記波長可変色素レーザを励起するＮｄ：ＹＡＧレーザと、前記色素レーザ光の波長の数と同じ数だけ直列に設けられ、前記色素レーザ光と前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波を和周波合成して波長４３０〜４５０ｎｍの出力波を得る和周波結晶を備え、前記和周波結晶の位相整合角はそれぞれ対応する波長の色素レーザ光と前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合っており、かつ、前記和周波結晶は位相整合角の符号を１つずつ逆方向にして配置されていることを特徴とする波長可変レーザ装置。
【請求項６】
前記和周波結晶毎に位相整合角を調節する調節手段を備えることを特徴とする請求項４又は５記載の波長可変レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長可変レーザ光の発生方法及びこれを利用する波長可変レーザ装置に関する。更に詳述すると、本発明は大気環境計測、分光計測および同位体分離等への使用に適した可変波長のレーザ光の発生方法及びこれを利用する波長可変レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、４３０〜４５０ｎｍ付近にて波長可変な青色のパルスレーザ光を得る場合には、図３に示す色素レーザ装置を使用している。この色素レーザ装置は、ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザ１０１の第３高調波を使用して、クマリン色素をレーザ媒質とする色素レーザ１０２を励起するものである。クマリン色素は４３０〜４５０ｎｍ付近の波長帯にて強い発振が得られるため、４３０〜４５０ｎｍ付近の波長のレーザ光を得る場合には色素レーザ１０２の色素としてクマリン色素が使用されている。なお、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１０１の基本波と第２高調波は４３０〜４５０ｎｍ付近の波長のレーザ光の発生には寄与せず、ビームダンパ１０３，１０４によって減衰される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の色素レーザ装置では、クマリン色素をレーザ媒体とする色素レーザ１０２の励起源として、短波長（３５５ｎｍ）で光子のエネルギーが大きなＮｄ：ＹＡＧレーザ１０１の第３高調波を使用しているので、クマリン色素の劣化が著しく、レーザ光の出力エネルギーを長時間安定的に保つことが困難である。この場合、クマリン色素溶液のリザーバタンク１０５を大型化することで使用するクマリン色素の量を増やして溶液全体としての劣化を遅らせることは可能ではあるが、リザーバタンク１０５の大型化には一定の限界があるため、その効果にも限界があり、また、そもそもレーザ光を長時間安定的に得ることの根本的な解決とはならない。
【０００４】
一方、色素レーザ装置の代わりに、ＯＰＯ（光パラメトリック発振）やＴｉ：サファイアレーザ装置を利用することで、４３０〜４５０ｎｍ付近の波長のパルスレーザ光を得ることは可能ではあるが、この場合には、新たにＯＰＯやＴｉ：サファイアレーザ装置が必要となる。つまり、色素レーザ装置は色素の交換で種々の波長のレーザ光を得ることができるため既に広く普及しており、ＯＰＯやＴｉ：サファイアレーザ装置を新たに購入するのではなく、既に所有する色素レーザ装置を使用して４３０〜４５０ｎｍ付近の波長のパルスレーザ光を長時間安定的に得ることができれば合理的であり経済的でもある。
【０００５】
本発明は、大気環境計測、分光計測および同位体分離の分野等で広く普及しており汎用性の高い色素レーザを使用して４３０〜４５０ｎｍ付近の波長の高出力レーザを長時間にわたって安定的に得ることができる波長可変レーザ光の発生方法及びこれを利用する波長可変レーザ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項１記載の波長可変レーザ光の発生方法は、ＬＤＳ７６５色素をレーザ媒質とする波長可変色素レーザの出力波と、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波を和周波合成してレーザ光を得るものである。
【０００７】
ＬＤＳ７６５色素をレーザ媒体とする波長可変色素レーザを励起すると、７４０〜７８０ｎｍ付近にて波長可変なレーザ光が得られる。このレーザ光と、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波である１０６４ｎｍのレーザ光とを和周波合成することで、４３０〜４５０ｎｍ付近にて波長が可変な高出力レーザ光を得ることができる。
【０００８】
また、請求項１記載の波長可変レーザ光の発生方法は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波によって波長可変色素レーザを励起するものである。
【０００９】
Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波は波長可変色素レーザの励起源として使用され、第２高調波に変換されずに残った波長１０６４ｎｍの基本波は波長可変色素レーザの出力波と和周波合成される。波長可変色素レーザのレーザ媒体としてクマリン色素を使用した場合には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波では励起することができず、このため第３高調波を励起源として使用していたが、ＬＤＳ７６５色素は波長７４０〜７８０ｎｍ付近で発振するので、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波を使用して励起することができる。このため、和周波変換に供する入力ビームは全て既存の色素レーザ装置から供給され、新たにレーザ装置を追加する必要がない。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波の波長は５３２ｎｍであり、第３高調波よりも波長が長く、光子のエネルギーが小さい。このため、ＬＤＳ７６５色素に与えるダメージが小さい。
【００１０】
また、請求項１記載の波長可変レーザ光の発生方法は、波長可変色素レーザの出力光として異なる第１及び第２の波長のレーザ光（色素レーザ光）を交互に得るようにすると共に、第１及び第２の波長のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波を第１及び第２の和周波結晶に透過させ、第１の和周波結晶の位相整合角を第１の波長のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合わせると共に、第２の和周波結晶の位相整合角を第２の波長のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合わせることで、第１の波長のレーザ光についての和周波出力と第２の波長のレーザ光についての和周波出力のいずれについても出力の低下を防止し、かつ、第１の和周波結晶と第２の和周波結晶をその位相整合角の符号を逆方向にして配置することで、第１の波長のレーザ光についての和周波出力の光軸と第２の波長のレーザ光についての和周波出力の光軸とを一致させるものである。
【００１１】
例えばＤＩＡＬ計測を行う場合等には、近接する２波長のレーザ光を交互に素早く発生させる必要がある。２波長即ち第１及び第２の波長のレーザ光は、２つの和周波結晶によってＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波と和周波合成される。このとき、第１の和周波結晶の位相整合角は第１の波長のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合っているので、即ち、和周波出力が最大値になるように第１の和周波結晶の位相整合角が設定されているので、第１の波長のレーザ光についての和周波出力として最大値が得られる。また、第２の和周波結晶の位相整合角は第２の波長のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合っているので、即ち、和周波出力が最大値になるように第２の和周波結晶の位相整合角が設定されているので、第２の波長のレーザ光についての和周波出力として最大値が得られる。第１の波長のレーザ光についての和周波出力と第２の波長のレーザ光についての和周波出力とは波長が異なり屈折率が異なるため第１の和周波結晶によって分散されるが、第２の和周波結晶によって収束され、光軸が揃えられる。
【００１２】
また、波長可変色素レーザによって２つの異なる波長のレーザ光（色素レーザ光）を得るようにすると共に、その波長の数に対応させて和周波結晶を２つ使用することに代えて、請求項２記載の波長可変レーザ光の発生方法のように、波長可変色素レーザによって３以上の異なる波長の色素レーザ光を得るようにすると共に、波長の数に対応させて和周波結晶を３以上使用することもできる。即ち、請求項２記載の発明のように、ＬＤＳ７６５色素をレーザ媒質とする波長可変色素レーザをＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波によって励起し、その出力波と、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波を和周波合成してレーザ光を得る波長可変レーザ光の発生方法であって、波長可変色素レーザの出力光として複数の波長の色素レーザ光を順番に繰り返し得るようにすると共に、色素レーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波を色素レーザ光の波長の数と同じ数だけ直列に配置した和周波結晶に透過させ、色素レーザの波長と和周波結晶とを１つずつ対応させ、和周波結晶の位相整合角を対応する波長の色素レーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合わせることで、色素レーザ光の各波長についての和周波出力の低下を防止し、かつ、和周波結晶を位相整合角の符号を１つずつ逆方向にして配置することで、色素レーザ光の各波長についての和周波出力の光軸を一致させることもできる。
また、請求項３記載の波長可変レーザ光の発生方法は、和周波結晶の位相整合角を互いに独立して調節可能にしたものである。したがって、各和周波結晶の位相整合角とを別々に調節することができる。
【００１３】
さらに、請求項４記載の波長可変レーザ装置は、ＬＤＳ７６５色素をレーザ媒質とする波長可変色素レーザと、Ｎｄ：ＹＡＧレーザと、波長可変色素レーザの出力波とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波を和周波合成して波長４３０〜４５０ｎｍの出力波を得る和周波結晶を備えたものである。
【００１４】
ＬＤＳ７６５色素をレーザ媒体とする波長可変色素レーザを励起すると、７４０〜７８０ｎｍ付近にて波長可変なレーザ光が生じる。このレーザ光と、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波である１０６４ｎｍの出力光とを和周波結晶によって和周波合成すると、４３０〜４５０ｎｍ付近にて波長が可変な高出力レーザ光が得られる。
【００１５】
また、請求項４記載の波長可変レーザ装置は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波によって波長可変色素レーザを励起するものである。
【００１６】
Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波は波長可変色素レーザの励起源として使用され、第２高調波に変換されずに残った波長１０６４ｎｍの基本波は波長可変色素レーザの出力ビームと和周波合成される。波長可変色素レーザのレーザ媒体としてクマリン色素を使用した場合には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波では励起することができず、第３高調波を使用して励起していた。これに対し、ＬＤＳ７６５色素は波長７４０〜７８０ｎｍ付近で発振するので、第２高調波の使用による励起が可能である。第２高調波の波長は５３２ｎｍであり、第３高調波よりも波長が長く、光子のエネルギーが小さい。つまり、エネルギーの小さな光子を使用して波長可変色素レーザを励起することができる。
【００１７】
また、請求項４記載の波長可変レーザ装置は、波長可変色素レーザは異なる第１及び第２の波長のレーザ光を出力するものであり、和周波結晶として第１及び第２の和周波結晶を備え、第１の和周波結晶の位相整合角は第１の波長のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合っており、第２の和周波結晶の位相整合角は第２の波長のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合っており、かつ、第１の和周波結晶と第２の和周波結晶はその位相整合角の符号を逆方向にして配置されている。
【００１８】
例えばＤＩＡＬ計測を行う場合等には、近接する２波長即ち第１及び第２の波長のレーザ光を交互に素早く発生させる必要がある。第１及び第２の波長のレーザ光は、和周波結晶によってＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波と和周波合成される。この波長可変レーザ装置は２つの和周波結晶を備えており、第１の和周波結晶の位相整合角は第１の波長のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合っているので、即ち、この和周波合成による出力が最大値になるように第１の和周波結晶の位相整合角が設定されているので、第１の波長のレーザ光についての和周波出力として最大値が得られる。また、第２の和周波結晶の位相整合角は第２の波長のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合っているので、即ち、この和周波合成による出力が最大値になるように第２の和周波結晶の位相整合角が設定されているので、第２の波長のレーザ光についての和周波出力として最大値が得られる。第１の波長のレーザ光についての和周波出力と第２の波長のレーザ光についての和周波出力とは波長が異なり屈折率が異なるため第１の和周波結晶によって分散されるが、第２の和周波結晶によって収束され、光軸が揃えられる。
【００１９】
また、波長可変色素レーザによって２つの異なる波長のレーザ光（色素レーザ光）を得るようにすると共に、その波長の数に対応させて和周波結晶を２つ使用することに代えて、請求項５記載の波長可変レーザ装置のように、波長可変色素レーザによって３以上の異なる波長の色素レーザ光を得るようにすると共に、波長の数に対応させて和周波結晶を３以上使用することもできる。即ち、請求項５記載の波長可変レーザ装置のように、ＬＤＳ７６５色素をレーザ媒質とし、複数の波長の色素レーザ光を出力する波長可変色素レーザと、第２高調波によって波長可変色素レーザを励起するＮｄ：ＹＡＧレーザと、色素レーザ光の波長の数と同じ数だけ直列に設けられ、色素レーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波を和周波合成して波長４３０〜４５０ｎｍの出力波を得る和周波結晶を備え、和周波結晶の位相整合角はそれぞれ対応する波長の色素レーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合っており、かつ、和周波結晶は位相整合角の符号を１つずつ逆方向にして配置することもできる。
また、請求項６記載の波長可変レーザ装置は、第１の和周波結晶の位相整合角を調節する第１の調節手段と、第２の和周波結晶の位相整合角を調節する第２の調節手段を備えるものである。
【００２０】
したがって、第１の調節手段によって第１の和周波結晶の位相整合角を調節し、第２の調節手段によって第２の和周波結晶の位相整合角を調節する。第１及び第２の和周波結晶の位相整合角を別々に独立して調節できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１に、本発明を適用した波長可変レーザ装置の実施形態の一例を示す。波長可変レーザ装置は、７４０〜７８０ｎｍ付近の波長にて発振するＬＤＳ７６５色素をレーザ媒質とする波長可変色素レーザ１と、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２と、波長可変色素レーザ１の出力波とＮｄ：ＹＡＧレーザ２の基本波を和周波合成して波長４３０〜４５０ｎｍ付近の出力波を得る和周波結晶３，４を備えている。
【００２３】
本実施形態では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２の第２高調波によって波長可変色素レーザ１を励起するようにしている。また、波長可変色素レーザ１は異なる第１及び第２の波長λ２，λ’２のレーザ光を出力する仕様になっている。また、和周波結晶として第１及び第２の和周波結晶３，４を備えており、第１の和周波結晶３の位相整合角は第１の波長λ２のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザ２の波長λ１の基本波の和周波合成の位相整合角に合っており、第２の和周波結晶４の位相整合角は第２の波長λ’２のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザ２の波長λ１の基本波の和周波合成の位相整合角に合っており、かつ、第１の和周波結晶３と第２の和周波結晶４はその位相整合角の符号を逆方向にして配置されている。さらに、第１の和周波結晶３の位相整合角を調節する第１の調節手段５と、第２の和周波結晶４の位相整合角を調節する第２の調節手段６を備えている。
【００２４】
また、上述の波長可変レーザ装置を使用して、本発明に係る波長可変レーザ光の発生方法が実施される。即ち、この波長可変レーザ光の発生方法は、波長が７４０〜７８０ｎｍ付近にて発振するＬＤＳ７６５色素をレーザ媒質とする波長可変色素レーザ１の出力波と、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２の基本波を和周波合成して波長が４３０〜４５０ｎｍ付近にて可変なレーザ光を得るものであり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２の第２高調波によって波長可変色素レーザ１を励起するようにしている。また、本実施形態では、波長可変色素レーザ１の出力光として異なる第１及び第２の波長λ２，λ’２のレーザ光を交互に得るようにすると共に、第１及び第２の波長λ２，λ’２のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザ２の波長λ１の基本波を第１及び第２の和周波結晶３，４に透過させ、第１の和周波結晶３の位相整合角を第１の波長λ２のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザ２の波長λ１の基本波の和周波合成の位相整合角に合わせると共に、第２の和周波結晶４の位相整合角を第２の波長λ’２のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザ２の波長λ１の基本波の和周波合成の位相整合角に合わせることで、第１の波長λ２のレーザ光についての和周波出力（波長λ３）と第２の波長λ’２のレーザ光についての和周波出力（波長λ’３）のいずれについても出力エネルギーの低下を防止し、かつ、第１の和周波結晶３と第２の和周波結晶４をその位相整合角の符号を逆方向にして配置することで、第１の波長λ２のレーザ光についての波長λ３の和周波出力の光軸と第２の波長λ’２のレーザ光についての波長λ’３の和周波出力の光軸とを一致させる。さらに、第１及び第２の和周波結晶３，４の位相整合角を互いに独立して調節可能にしている。
【００２５】
Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２は、例えばＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザであり、パルス出力を得ることができる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２の第２高調波は波長可変色素レーザ１の励起に利用される。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２の波長１０６４ｎｍ（＝λ１）の基本波は、遅延光路７及びダイクロイックミラー８を用いて時間的、空間的に波長可変色素レーザ１の出力光と合成される。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２の１０６４ｎｍ基本波と波長可変色素レーザ１の出力波とのパルス遅延時間が７ｎｓ程度の場合には、折り返しミラーによる２ｍの遅延光路７を設けることが好ましい。
【００２６】
ここで、波長可変色素レーザ１の出力ビームの偏光状態は色素セルのブリュースタ角で規定されるものであり、本実施形態では、波長可変色素レーザ１の出力ビームは光学定盤に対して垂直な直線偏光を持つように、即ちＳ偏光になるように設計されている。一方、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２の基本波の偏光状態は楕円偏光である。したがって、ビーム合成用のダイクロイックミラー９は波長可変色素レーザ１の出力光を反射し、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２の１０６４ｎｍの基本波を透過する仕様、つまりＳ偏光反射Ｐ偏光透過仕様となっている。
【００２７】
２つの和周波結晶３，４は、例えばＫＤ＊Ｐ（ケー・ディー・スター・ピー）である。いま、波長可変色素レーザ１のＬＤＳ７６５色素の発振波長を７６０ｎｍとしてタイプＩＩ和周波合成を適用する場合を考える。この場合には、ＫＤ＊Ｐ結晶である和周波結晶３，４の位相整合角はおよそθ＝６０度となるため、θ＝６０度で切り出した結晶を異常屈折方向が光学定盤に対して平行となるように回転ステージ１０，１１上に配置する。
【００２８】
回転ステージ１０，１１は、マイクロメータ１５，１６によって回転操作されるもので、例えば０．１度以下の分解能を有している。したがって、マイクロメータ１５，１６の操作によって回転ステージ１０，１１の回転角を微調整し、回転ステージ１０，１１上の和周波結晶３，４の角度を変化させて位相整合角を調整することができる。即ち、回転ステージ１０，１１とマイクロメータ１５，１６によって第１及び第２の調節手段５，６が構成されている。
【００２９】
なお、和周波結晶３，４に入射するレーザビームの径がφ５〜１０ｍｍの場合には、入射面である結晶端面寸法を例えば１４ｍｍ×１４ｍｍ程度の大きさにすることで、光軸調整に余裕を持たせることができる。
【００３０】
波長可変色素レーザ１のＬＤＳ７６５色素の発振波長が、例えば７６０ｎｍの場合、和周波結晶３，４を通過した出力ビームは、異常屈折方向成分では４４３ｎｍ，５３２ｎｍ，１０６４ｎｍの波長のものが含まれ、常屈折方向成分では７６０ｎｍ，１０６４ｎｍの波長のものが含まれる。本実施形態では、各出力ビームのうち、４４３ｎｍの波長の出力ビームのみ取り出すために２つのダイクロイックミラー９，１２を使用している。
【００３１】
最初のダイクロイックミラー９は、Ｓ偏光反射Ｐ偏光透過仕様となっている。このダイクロイックミラー９によって、出力ビームの常屈折方向成分を取り除かれる。次のダイクロイックミラー１２は、Ｐ偏光仕様となっている。このダイクロイックミラー１２によって５３２ｎｍ以上の成分を除去する。つまり、最初のダイクロイックミラー９を透過したビームは全て同じ偏光成分、即ち光学定盤に対して水平な直線偏光を持つため、Ｐ偏光仕様のダイクロイックミラー１２を用いて５３２ｎｍ以上の成分を効率よく除去できる。
【００３２】
なお、最初のダイクロイックミラー９によって反射されたビームはビームダンパ１３によって減衰され、次のダイクロイックミラー１２を透過したビームはビームダンパ１４によって減衰される。
【００３３】
例えば、ＤＩＡＬ計測に使用される波長可変レーザ装置においては近接する２波長λ３，λ’３を交互に素早く発振させる仕様が要求される。ＤＩＡＬ計測では、２波長λ３，λ’３の波長差は、例えば１ｎｍ程度である。仮に、１つの和周波結晶によって２波長λ２，λ’２について和周波合成を行うことにした場合には、和周波結晶の位相整合角を一方の波長λ２についての位相整合角に合わせると、もう一方の波長λ’２についての位相整合角を満足させることができず、波長λ’３の和周波出力が大きく減少する。
【００３４】
したがって、本波長可変レーザ装置では、図２に示すように同じ仕様、即ち切り出し角度及び結晶寸法が第１の和周波結晶３と同じである第２の和周波結晶４を第１の和周波結晶３の他にもう１つ用意し、位相整合角の符号が逆方向になるように配置する。第１の和周波結晶３の位相整合角を第１の波長λ２についての位相整合角に合わせ、第２の和周波結晶４の位相整合角を第２の波長λ’２についての位相整合角に合わせることで、波長λ３の和周波出力と波長λ’３の和周波出力の出力エネルギーをともに最大にすることができる。また、和周波結晶３中を伝播するビームの波長が異なると、屈折率の違いから各光軸にズレが生じるが、第１の和周波結晶３に対して第２の和周波結晶４を位相整合角の符号を逆にして配置しているので、波長λ３とλ’３の和周波出力の光軸ズレを相殺することができる。
【００３５】
例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２の波長１０６４ｎｍ（λ１）の基本波と、波長可変色素レーザ１の波長７６０ｎｍ（λ２）の出力波を和周波合成すると、波長４４３ｎｍ（λ３）の出力波を得ることができる。また、波長可変色素レーザ１の出力波の波長を７６２ｎｍ（λ’２）に変えると、波長４４４ｎｍ（λ’３）の出力波を得ることができる。
【００３６】
ここで、和周波結晶の位相整合角を、波長１０６４ｎｍの基本波と７６０ｎｍの出力波の和周波合成の位相整合角に合わせた場合を考える。例えば、波長１０６４ｎｍの基本波の出力エネルギーを３５０ｍＪ、７６０ｎｍの出力波の出力エネルギーを５０ｍＪとした場合、４４３ｎｍの和周波出力のエネルギーとして、２０ｍＪ程度を得ることができる。一方、和周波結晶の位相整合角を変えずに波長可変色素レーザ１の出力の波長を７６０ｎｍから７６２ｎｍに変えると、各レーザ１，２の出力エネルギーは同じであるにもかかわらず、波長４４４ｎｍの和周波出力のエネルギーはおよそ１／５に減少する。しかしながら、本発明の波長可変レーザ装置では、２つの和周波結晶３，４を備えているので、両方の波長に合った位相整合角を確保することができ、波長４４３ｎｍの和周波出力でも波長４４４ｎｍの和周波出力でも常に２０ｍＪ程度の出力エネルギーを確保することが可能となる。
【００３７】
この波長可変レーザ装置では、和周波結晶３，４に入力するビームは全て波長可変色素レーザ１とＮｄ：ＹＡＧレーザ２から供給されている。即ち、汎用性が高く広く普及している図３の色素レーザ装置を利用して４３０〜４５０ｎｍ付近にて可変なレーザ光を得ることができる。このため、新たに別のレーザ装置を購入等する必要がなく経済的であり、また、余分な設置場所をとられることがない。
【００３８】
また、図３の色素レーザ装置ではＮｄ：ＹＡＧレーザ１０１の基本波と第２高調波を利用せずに無駄にしていたが、この波長可変レーザ装置ではＮｄ：ＹＡＧレーザ２の基本波と第２高調波を利用しているので、エネルギーの有効利用が可能になる。
【００３９】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の説明では、波長可変色素レーザ１によって第１及び第２の波長λ２，λ’２のレーザ光を得るようにし、これに対応して２つの和周波結晶３，４を使用していたが、必ずしもこれに限るものではなく、波長可変色素レーザ１によって３以上の異なる波長のレーザ光を得るようにすると共に、波長の数に対応させて和周波結晶を３以上使用するようにしても良い。この様にすることで、各和周波結晶の位相整合角を各波長の位相整合角に対応させることができ、各波長の和周波出力のいずれについても大きな出力を得ることができる。なお、偶数個の和周波結晶を使用する場合には、２つずつの和周波結晶の組み合わせで位相整合角の符号が逆になるように配置することで各和周波出力の光軸をそろえることができるが、奇数個の和周波結晶を使用する場合には、例えば石英の補償板を使用して、１つの補償板と奇数個の和周波結晶の合計個数が偶数個になるようにして光軸の補正を行うことが好ましい。
【００４０】
【実施例】
本発明の波長可変レーザ装置の耐久性についての実験を行った。波長可変色素レーザ１から単一の波長のレーザを出力するようにし、これに対応して１つの和周波結晶３を使用して実験を行った。使用した和周波結晶３の長さは３０ｍｍであった。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２の１０６４ｎｍの基本波の出力エネルギーを３５０ｍＪ，波長可変色素レーザ１の７６０ｎｍのレーザビームの出力エネルギーを５０ｍＪとして実験を行った。この結果、エネルギーが約２０ｍＪの４４３ｎｍ和周波出力が得られた。また、波長可変色素レーザの色素溶液リザーバタンク１７として、容量が３００ｍｌのものを用いた場合、２時間以上運転を継続しても約２０ｍＪの出力エネルギーを維持できることが確認できた。従来のクマリン色素を使用する色素レーザ装置では、同じ容量の色素溶液リザーバタンクを使用しても、和周波出力の出力エネルギーがほぼ１時間以内に半減していたことに比べて、本発明の波長可変レーザ装置では、長時間の運転が可能であることを確認できた。この結果、大出力で長寿命の青色パルスレーザ光を得ることができる波長可変レーザ装置を実現できることが確認できた。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の波長可変レーザ光の発生方法では、ＬＤＳ７６５色素をレーザ媒質とする波長可変色素レーザの出力波と、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波を和周波合成してレーザ光を得るようにしているので、波長が４３０〜４５０ｎｍ付近にて可変なレーザ光を得ることができる。また、クマリン色素に比べてより長い波長で発振するＬＤＳ７６５色素を使用しているので、より波長が長くエネルギーの小さな光を使用して波長可変色素レーザを励起することができる。このため、ＬＤＳ７６５色素に与えるダメージを少なくすることができ、高出力レーザを長時間にわたって安定的に維持することができる。
【００４２】
また、請求項１記載の波長可変レーザ光の発生方法では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波によって波長可変色素レーザを励起するので、波長可変色素レーザとＮｄ：ＹＡＧレーザの使用によって４３０〜４５０ｎｍ付近で可変のレーザ光を得ることができる。即ち、汎用性が高く広く普及している色素レーザ装置を利用でき、別に新たなレーザ装置を追加する必要がないため、コンパクトで設置場所をとらず、かつ経済的・合理的である。また、汎用性が高く広く普及している色素レーザ装置に和周波結晶等を追加すれば良いので、現場等において波長可変レーザ装置を容易に実現することができる。
【００４３】
また、請求項１記載の波長可変レーザ光の発生方法では、波長可変色素レーザの出力光として異なる第１及び第２の波長のレーザ光を交互に得るようにすると共に、第１及び第２の波長のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波を第１及び第２の和周波結晶に透過させ、第１の和周波結晶の位相整合角を第１の波長のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合わせると共に、第２の和周波結晶の位相整合角を第２の波長のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合わせることで、第１の波長のレーザ光についての和周波出力と第２の波長のレーザ光についての和周波出力のいずれについても出力の低下を防止し、かつ、第１の和周波結晶と第２の和周波結晶をその位相整合角の符号を逆方向にして配置することで、第１の波長のレーザ光についての和周波出力の光軸と第２の波長のレーザ光についての和周波出力の光軸とを一致させるようにしているので、例えばＤＩＡＬ計測等に使用するレーザ装置のように、近接する２波長を交互に素早く発振させる仕様のレーザ装置にも対応することができる。
また、波長可変色素レーザによって２つの異なる波長のレーザ光（色素レーザ光）を得るようにすると共に、その波長の数に対応させて和周波結晶を２つ使用することに代えて、請求項２記載の波長可変レーザ光の発生方法のように、波長可変色素レーザによって３以上の異なる波長の色素レーザ光を得るようにすると共に、波長の数に対応させて和周波結晶を３以上使用することもできる。この様にすることで、各和周波結晶の位相整合角を各波長の位相整合角に対応させることができ、各波長の和周波出力のいずれについても大きな出力を得ることができる。
【００４４】
また、請求項３記載の波長可変レーザ光の発生方法では、和周波結晶の位相整合角を互いに独立して調節可能にしているので、第１の和周波結晶の位相整合角と第２の和周波結晶の位相整合角とを別々に調節することができる。
【００４５】
さらに、請求項４記載の波長可変レーザ装置では、ＬＤＳ７６５色素をレーザ媒質とする波長可変色素レーザと、Ｎｄ：ＹＡＧレーザと、波長可変色素レーザの出力波とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波を和周波合成して波長４３０〜４５０ｎｍの出力波を得る和周波結晶を備えているので、４３０〜４５０ｎｍ付近の波長の高出力レーザを長時間にわたって安定的に維持することができる。
【００４６】
また、請求項４記載の波長可変レーザ装置では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波によって波長可変色素レーザを励起するので、汎用性が高く広く普及している色素レーザ装置を利用することができる。このため、別に新たなレーザ装置を追加する必要がなく、波長可変レーザ装置をコンパクトなものにすることができ、しかも経済的・合理的に提供することができる。
【００４７】
また、請求項４記載の波長可変レーザ装置では、波長可変色素レーザは異なる第１及び第２の波長のレーザ光を出力するものであり、和周波結晶として第１及び第２の和周波結晶を備え、第１の和周波結晶の位相整合角は第１の波長のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合っており、第２の和周波結晶の位相整合角は第２の波長のレーザ光とＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波の和周波合成の位相整合角に合っており、かつ、第１の和周波結晶と第２の和周波結晶はその位相整合角の符号を逆方向にして配置しているので、例えばＤＩＡＬ計測等に使用するレーザ装置のように、近接する２波長を交互に素早く発振させる仕様のレーザ装置にも対応することができる。
また、波長可変色素レーザによって２つの異なる波長のレーザ光（色素レーザ光）を得るようにすると共に、その波長の数に対応させて和周波結晶を２つ使用することに代えて、請求項５記載の波長可変レーザ光の発生方法のように、波長可変色素レーザによって３以上の異なる波長の色素レーザ光を得るようにすると共に、波長の数に対応させて和周波結晶を３以上使用することもできる。この様にすることで、各和周波結晶の位相整合角を各波長の位相整合角に対応させることができ、各波長の和周波出力のいずれについても大きな出力を得ることができる。
【００４８】
また、請求項６記載の波長可変レーザ装置では、和周波結晶毎に位相整合角を調節する調節手段を備えているので、各和周波結晶の位相整合角を別々に独立して調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した波長可変レーザ装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
【図２】２つの和周波結晶によって２つの波長λ３，λ’３の和周波出力の光軸がそろえられる様子を示し、（Ａ）は波長λ１とλ２のレーザ光の和周波合成を示す概念図であり、（Ｂ）は波長λ１とλ’２のレーザ光の和周波合成を示す概念図である。
【図３】従来の色素レーザ装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１  波長可変色素レーザ
２  Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
３  第１の和周波結晶
４  第２の和周波結晶
５  第１の調節手段
６  第２の調節手段
【図１】
0003797654.tif 000002
【図２】
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【図３】
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