製品技術紹介レポート

高効率 SHG ユニットを用いたワット級 CW 可視域レーザ光源－ファイバ入力の SHG 空間結合ユニットで高品質ビームを出力－㈱オプトクエスト 田中正三
ット級 CW 可視域レーザ光源を市場へ供給している（図１． はじめに可視域レーザは、DVD など情報機器の書込み/読出し用の光ピックアップを筆頭に、多種の半導体レーザが広範囲

２）。そこで当製品、特に SHG ユニットについて易しく述べてみる。

な用途で量産され普及している。波長は可視域 380～

更には、稀なニーズで市販されていない、606nm-CW：780nm 帯にて、疎らではあるが少なくとも R・G・B 各帯1.4W レーザを開発したので紹介する。

域の単独波長は基本色として使われている。

（CW；Continuous Wave 連続光）

また、色素レーザがスペクトル分光など学術用途として古くから使われている。可視域全範囲を連続でカバーして２．SHG ユニットで使われている技術
SHG；Second Harmonic Generation の非線形光学素子おり、波長可変で、半導体レーザよりも高パワーなど、用途として申し分ないが、第 4 章で述べる様に使用上の問題が心臓部品である。

が多々ある。

当社は、国内外で製造販売されている複数タイプの近年、ファイバレーザが注目を浴びている。長距離光通SHG 光学素子の中から、主に（導波路型ではなく）フリ信で普及している光ファイバ増幅の技術がベースであり、ー ス ペ ー ス 型 の PPLN ； Periodically Poled Lithium

工業的には自動車産業などで高出力レーザ加工用に、学術Niobate 結晶を入手した上で、『光ファイバ入⇒PPLN 透

的には「取り扱いに優れた光ファイバの長所」を生かした過 SHG 発生⇒シングルモード空間ビーム出力』の、安定様々な光源を生み出す研究がなされている（図 1）。

したユニットを作製している。ここで言う「安定」とは、

当社は、空間光学系でシングルモード光ファイバ入出力

SHG 光学素子へのミスアライメントや温調不安定等の原による高効率ユニット化を得意としており、ファイバレー

因により出力ビームで発生しがちな、波長不安定性やパワザのメーカーで有名なカナダの MPBC 社とタイアップしー不安定性が極めて低く、安定である（≦±0.1nm、≦±て、SHG ユニットを出力ヘッドとした高品質ビームのワ1%／8H）という事である。

半導体ﾚｰｻﾞ【図１可視域レーザの種類】

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【図 2

SHG ユニットを出力ヘッドとしたファイバレーザ】

これを実現させている、4 つの技術を以下に挙げる。
当社は、光結合損失の保証値≦1.0dB、実力値≦0.3dB
１）空間光学系へのシングルモード光ファイバ入出力光が導波するコア径≦φ10μm の石英ガラス製シングにてユニット作製を行っており、YAG 溶接固定によってその信頼性を確保している。

ルモードファイバに、目的に応じた空間ビームを入出力結合（空間出力はシングルモードコリメート光；図３）２）ビーム整形させる事は容易ではない。十分に設計されて選定した非前述の通り、当社ではフリースペース型の PPLN 結晶球面光学レンズを使い、サブミクロン分解能の光軸調芯を SHG 光学素子として用いているが、フリースペース型装置（Ｘ、Ｙ、θＸ、θＹ、Ｚの 5 軸調整機構など）をは SHG を発生させる光学的異方性の影響を受けてビーム用いて、効率良く低損失の光結合を行いたい。

が変形するので、出力ビーム品質を高めて安定させるためにビーム整形が必要である。当社は十分に設計されて選定した組合せレンズを使い、低楕円率、TEM00、M2＜1.1 のビーム出力をキープしたユニット作製を行っている。また、
PPLN 結晶の波長特性にも依存するが、SHG 変換効率はﾃﾞﾌｫｰｶｽ量 - ﾋﾞｰﾑｳｴｽﾄ半径特性40200
ﾋﾞｰﾑｳｴｽﾄ位置
出射側ﾋﾞｰﾑｳｴｽﾄ半径301602514020120151001080560040020406080100

ﾃﾞﾌｫｰｶｽ量 [μm]【図 3 光ファイバコリメータ】

20%程度で製品化している。

180

ﾋﾞｰﾑｳｴｽﾄ半径 [μm]ﾋﾞｰﾑｳｴｽﾄ位置 [mm]35３）PPLN 結晶の温度調整
市販のペルチェとサーミスタを使うが、PPLN 結晶を指定温度で調整し、SHG 出力のパワーや波長を安定させる事がいかに難しいか。定盤上で SHG 光学系をバラックで120組んで実験されている研究者の方々は、よくご存知であろう。当社は、PPLN 結晶の保持方法をはじめとして温度調-2/5-

【図 4 レーザ用光学薄膜】

整について、長年の経験と独自のノウハウにより、安定夫を要する光ファイバ端面や微小光学部品の蒸着工程前したユニット作製を行っている。

後を高清浄に保ち、耐パワー性の確保にも努めている。

４）レーザ用光学薄膜

３．ワット級 CW 可視域レーザ光源

SHG 出力ビームの品質やパワーの安定に必要な更なる重要技術は、光学薄膜である。

10W クラスのファイバレーザを基本波光源とし、第 2章で述べた高効率・高品質・高信頼性の当社製 SHG ユニ

光ファイバ端面 AR コート、PPLN 結晶端面 AR コーットと組み合わせて、MPBC 社製の可視域レーザ光源をト、基本光をカットし SHG 光のみを通すダイクロイッ

国内で提供している（図 5 参照）。ファイバレーザ、SHG

クミラーコート、出力ビーム窓板 AR コートなどユニット、いずれも出力は単独波長である。空間ビーム出（図 4）。

力のほか、PMF；Polarization Maintaining Fiber 出力でこれらは光学特性（波長－透過率特性）も重要であるも作製できる。

が、当社は得意の洗浄技術を用いて、ハンドリングに工-3/5-

【図 5 ワット級 CW 可視域レーザ光源】

４．606nm_SHG レーザ光源という問題により、色素レーザ以外の代替光源が求め『Yb ドープファイバラマンレーザ＋ファイバラマン増幅器＋高効率 SHG ユニット』の構成で、ワット級 CW の606nm レーザ光源を開発した。

られている。
当社は、606nm ハイパワーレーザ光源の開発に成功した。そして、600nm 帯（593nm～620nm で指定単独波長）の CW ハイパワーレーザ光源も実現できる。

１）背景波長 600nm 帯で高出力 1W 級のレーザ光源は、半導体

２）基本波光源 1212nm の発振レーザや個体レーザや SHG ファイバレーザでは今のとこ

近赤外ファイバレーザで使われる希土類（Yb）ドーろ市販されておらず、これまでは色素レーザしか使われてプファイバは、利得のピークが 1030nm、発振波長の上いなかった（図 1 の【可視域レーザの種類】参照）。

限は 1180nm 程度であり、基本波光源の波長としたい

しかし、1212nm の直接発振は困難である。そこで、当社は Yb①色素は発がん性物質で RoHS 指令対象

ドープファイバレーザとラマン共振器を組み合わせて②使用の度に複雑な光学系の調整が必要で安定化に発振波長の長波長化を図った。具体的には、市販の1144nm-30W ファイバレーザから 1212nm の発振に成何時間も掛かる③毎年のメンテナンス費用が高価でありメーカーは功した。

メンテナンスンテを中止する方向-4/5-ところが、「ラマン共振器の出力を上げるとスペクト

５．まとめ

ル線幅が拡がり、SHG 変換効率が下がる。
」という大き当社の保有技術を挙げると、な課題が浮上した。そこで、当社はラマン増幅器を組み①空間光学系の低損失ファイバモジュール化技術

合わせてシミュレーションと条件出しを繰り返し、②精密光学素子アセンブリ工程の治具作製技術

1212nm のスペクトル拡がりを極力抑えて＜0.2nm と③洗浄技術と併せた光薄膜技術する事ができた。SHG を含めて概略構成は図 6 の通り。

等である。かつて日本が光通信市場バブルであった頃、光ファイバコリメータを使った Telcordia GR-1221 試
験合格品のパッシブ光機能モジュールを量産していた。
現在は公的研究機関や国家プロジェクト向けに、高速大容量光通信分野の最先端研究用の、低損失空間多重【図 6 概略構成】(SDM；Space Division Multiplexing)光実験ツールを

出典：2013 年秋季応用物理学会予稿 20a-C8-2

製品化している。
レーザ光源にファイバレーザが台頭して産業用に普３）606nm レーザ光源の特長及した近年、光ファイバの光学的扱いと多機能化、高性色素レーザに比べて、長寿命、高信頼性、ターンキー操能化の得意な当社は、通信波長帯ではなくても容易に技作のみで安定出力、取り回しが出来て小型軽量なレーザヘ術の進化に仲間入りする事ができた。今後共、半導体製ッド、安価、メンテナンスが極めて容易、という多くの特造分野や加工分野向けのファイバレーザに関わるニー長が挙げられる。CW で最大出力≧1.4W が得られた。
（光ズを探索し、開発・製品化と拡販を図りたいと考えてい源特性は図 7 参照）。

る。

【図 7 606nm レーザ光源】

以上-5/5-