レーザ装置
【課題】外部共振器を備えるレーザ装置における光軸調整作業の簡易化を図る。
【解決手段】レーザ光源1、入力結合素子9を有する外部共振器14、光検出素子6、光軸調整具を備える。光源1側に配置される光軸調整具4a,4bの間の特定位置と、光検出素子6の受光面とを幾何光学的な共役関係に配置する。例えば一対のミラーを光軸調整具としてその間に共役点を設けることにより、光検出素子6上のスポット位置変動量を抑制でき、光検出素子6を移動することなく光軸調整可能となる。
【解決手段】レーザ光源1、入力結合素子9を有する外部共振器14、光検出素子6、光軸調整具を備える。光源1側に配置される光軸調整具4a,4bの間の特定位置と、光検出素子6の受光面とを幾何光学的な共役関係に配置する。例えば一対のミラーを光軸調整具としてその間に共役点を設けることにより、光検出素子6上のスポット位置変動量を抑制でき、光検出素子6を移動することなく光軸調整可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源を有し、外部共振器において波長を変換するレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光源からのレーザ光を外部共振器に結合し、共振させるレーザ装置はよく知られており、主に共振器内部に配置された非線形光学結晶にて波長変換、特に第２高調波発生装置に用いられている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、近年、医療分野において光線力学的治療（ＰＤＴ：photodynamic therapy）が注目されている。この方法は、正常細胞よりがん細胞に吸収され易く、かつ、光吸収により活性酸素を発生しがん細胞を死滅させる作用を有する腫瘍親和性光感受性物質を、静脈注射により患者に投与し、この増感剤に吸収されやすい波長のレーザ光を照射してがん細胞を死滅させるものである。ＰＤＴは、従来のがん治療法との併用あるいは代替により、初期の表在性がん、例えば肺がん、食道がん、胃がん、子宮がんなどに対して治療効果があることが判明しており、以下の特徴がある。
（１）正常細胞の障害を最小限に抑えてがん細胞を破壊できる。
（２）治療後の臓器などの機能保持が可能で、治療後の「生活の質（ＱＯＦ：quality of life）」が保たれる。
（３）必要に応じた再治療が可能である。
（４）体力の衰えた患者にも適用できる。
ＰＤＴに適した光源は波長が６５０ｎｍ付近の連続波レーザである。この波長は、治療に用いられる光感受性物質の吸収波長にあたり、また、連続波はパルス波に比べてピークパワーが小さいため通常細胞に与えるダメージを小さくすることができる点で有利である。
【特許文献１】特開平８−１１６１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、６５０ｎｍ付近の波長の連続波レーザとしては赤色半導体レーザが知られているが、赤色半導体レーザでは出力が小さすぎる。また、赤色半導体レーザから放射される光は発振線幅が広い波長範囲に亘っているため、光感受性物質への吸収効率が低く、光感受性物質に吸収されない光が多い。光感受性物質に吸収されない光のエネルギーは通常細胞にダメージを与えてしまう。そのため、発振線幅の狭いレーザが求められている。
【０００５】
一方、１０００ｎｍ以上の波長帯域では線幅の狭いレーザはよく知られているため、線幅の狭い６５０ｎｍ付近の波長を作り出すには、１３００ｎｍのレーザを外部共振器に導き、共振器内に配置された非線形光学結晶から第２高調波を発生させればよい。しかしながら、外部共振器によりこのような波長帯域の光を波長変換するレーザ装置を製造する際には、以下に説明するような問題がある。
【０００６】
このようなレーザ装置の組立調整作業において、外部共振器の共振を達成するためには、レーザ光源１０１からのレーザ光を光軸調整し、外部共振器にモードマッチングさせる作業が不可欠となる。光軸調整は通常、レーザ光源と外部共振器の間に配置されたミラーによって行われる。光軸は角度と平行移動の２つの成分があるため、これらを任意に設定するための光軸調整具として、最低２つのミラーが必要となる。
【０００７】
調整手順の一例について、外部共振器を有するレーザ装置の一例の概略構成を示す図１２を参照して説明する。図１２に示すように、このレーザ装置は、レーザ光源１０１、位相変調器１０２、レンズ１０３、光軸調整具としての一対の調整用ミラー１０４ａ及び１０４ｂ、外部共振器１１４、コリメータレンズ１０５、光検出素子１０６より構成される。外部共振器１１４は、入力結合鏡１０９、ミラー１１０、共振器ミラー１１１ａ及び１１１ｂより成り、共振器ミラー１１１ａ及び１１１ｂの間に非線形光学結晶１１２が配置される。また、光検出素子１０６からの出力が制御回路１０７及びオシロスコープ１０８に出力される。
【０００８】
このような構成において、レーザ光源１０１から出射されるレーザ光は、レンズ１０３を介して調整用ミラー１０４ａ、１０４ｂで反射され、入力結合鏡１０９を介して外部共振器１１４へ導かれる。外部共振器１１４を構成するミラー１１０をアクチュエータ１１３によって前後に細かく往復することによって共振器長を微小に変化させながら、入力結合鏡１０９からの反射光を光検出素子１０６で受け、その出力信号をオシロスコープ１０８でモニターする。
ここでモードマッチング、すなわち光軸調整が全くなされていない場合は図１３Ａに示すように、一定の信号レベルが検出される。調整用ミラー１０４ａ及び１０４ｂの角度調整によって光軸を調整し、徐々にモードマッチング率を高くしていくと、共振器長が波長の整数倍となったときに共振器へ光が引き込まれることによって図１３Ｂにおいて破線ＳＤで囲んで示すように、電流値が低下するディップと呼ばれる信号が現れる。図１３Ｃに示すようにこのディップが最も深くなったところでモードマッチングの調整が終了する。この作業において、ミラーの角度調整によってビームの光軸が変化すると同時に、入力結合鏡１０９で反射され光検出素子１０６へ向かうビームも向きを変える。
なお、図１２に示すように、レーザ光源１０１とレンズ１０３との間に位相変調器１０２を配置することにより、モードマッチングされた後の使用状態において、モニター用のサイドバンドの光（光源の波長λに対し±Δλの波長を有する光）を生成し、これらの光を利用して外部共振器１１４での波長λの光の変換光率をモニターすることができる。この結果に基づいて例えば外部共振器１１４を構成するミラー１１０に取り付けたＶＣＭ（Voice Coil Motor）等のアクチュエータ１１３を調整することにより、例えば非線形光学結晶１１２による２次高調波の出力のばらつきを抑えることができる。
【０００９】
現状のレーザ装置においては、入力結合鏡１０９と光検出素子１０６の間に配置されたコリメータレンズ１０５の後ろ側焦点位置付近に光検出素子１０６の受光面が位置している。このため調整にともなう光軸の変化によって受光面上におけるレーザ光が光軸と垂直の方向に移動して、受光面内からはずれてしまう。このときの信号の変化の一例を図１４Ａ〜Ｃに模式的に示す。レーザ光が受光面からはずれ、図１４Ａ及び図１４Ｂにおいてそれぞれ実線ｄ１、実線ｄ２で示すように信号レベルが下がるとか、または、図１４Ｃにおいて実線ｄ３で示すように全く信号が得られなくなってしまう。このような場合は、受光位置が光軸からずれた分だけ光検出素子の位置をずらす作業を行う必要が生じる。
【００１０】
一方、光検出素子においては、近赤外線である１３００ｎｍに感度を持つ光検出素子であるＩｎＧａＡｓフォトダイオードの光応答速度が遅いという問題がある。
図１５は、可視光で使用されるシリコンフォトダイオードとＩｎＧａＡｓフォトダイオードとにおける受光部直径に対する遮断周波数の変化を示す図である。なお、遮断周波数が高いほど光応答速度が速い。図１５から分かるように、同じ受光部直径で比べるとＩｎＧａＡｓフォトダイオードがシリコンフォトダイオードに比べてはるかに光応答速度が遅いことがわかる。光検出素子の光応答速度が遅いと、サーボロッキングが不安定となり、ノイズの多いレーザとなってしまう。一例として、上述したようなサイドバンドの光を利用して出力モニターを行う場合は、２０ＭＨｚ以上、望ましくは５０ＭＨｚ程度の応答速度が必要となる。したがって、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードを用いてシリコンフォトダイオードと同等の光応答速度を得るためには、受光部直径が非常に小さいものを使わざるをえない。
このようにＩｎＧａＡｓフォトダイオードを光検出素子として用いる場合において、応答速度を早くするために受光部直径を小さくすると、上述したように、光軸調整中に光検出素子１０６の位置をずらす回数が非常に多くなり、このことが調整作業の困難さの原因となっている。また調整が可能であっても作業に時間がかかり、コストが甚大となるという問題がある。外部共振器１１４に配置する非線形光学結晶１１２が劣化するなどして交換する際にもこのような光軸調整は必要となるので、装置の製造過程のみではなく、メンテナンス、修理作業の際においても、このような調整作業の時間を短縮することが強く望まれている。
また近年、半導体のデザインルールの微細化により、レーザ装置が半導体工場内で使用されることが多くなっている。これらのレーザ装置に組み込まれているレーザ光源は寿命による交換作業が不可欠である。しかし半導体工場では装置の停止時間が半導体装置の製造コストに直結するため、短時間での交換、メンテナンス作業が要求されている。
【００１１】
以上の問題に鑑みて、本発明は、上述したような外部共振器を備えるレーザ装置における光軸調整作業の簡易化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、レーザ光源と、入力結合素子を有する外部共振器と、光検出素子と、この光検出素子により検出される光出力に基づいて外部共振器にレーザ光源からのレーザ光の光軸を合わせるための光軸調整具とを備えて成り、光源側に配置される光軸調整具と外部共振器の入力結合素子との間の特定位置と、光検出素子の受光面とが、幾何光学的な共役関係に配置されて成る構成とする。
また、本発明は、上述のレーザ装置において、光軸調整具を一対のミラーとすることを特徴とする。
更に、本発明は、上述のレーザ装置において、特定位置を、一対のミラーの間に設ける構成とすることを特徴とする。
【００１３】
上述の本発明によれば、外部共振器を有するレーザ装置において、この外部共振器にレーザ光源からのレーザ光の光軸を合わせる光軸調整具と、外部共振器の入力結合素子との間の特定位置を、光検出素子の受光面と幾何光学的な共役関係に配置するものである。
このような構成とすることによって、後述するように、光軸調整具により光軸を偏向又は移動した場合に、光検出素子の受光面上におけるレーザ光のスポット位置の移動量を低減化することができる。したがって、光軸調整作業の簡易化を図ることができる。
特に、光軸調整具として一対のミラーを用い、その間に光検出素子の受光面と共役関係にある特定位置を配置することによって、確実にレーザ光のスポット位置の移動量を低減化することができる。したがって、光スポットが光検出素子の受光領域からずれることを回避でき、光検出素子を移動させることなく光軸を調整することが可能となることから、光軸調整を要する組み立て製造作業、メンテナンス作業の格段な簡易化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、外部共振器を備えるレーザ装置において、光軸調整作業の簡易化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
まず、レーザ装置において２枚のミラーにより光軸調整を行う場合において、２つのミラーの変位量に対して、光検出素子上の光軸位置がどの程度変化するかについて、図１のレーザ装置の概略構成図を参照して説明する。
図１に示すレーザ装置においては、連続波を発振するレーザ光源１０１、光軸調整具としての一対の調整用ミラー１０４ａ及び１０４ｂ、外部共振器１１４、光学レンズ１１５、光検出素子１０６を備える例を示す。外部共振器１１４は、入力結合鏡１０９、ミラー１１０、１１１ａ及び１１１ｂより成り、この例では共振器ミラーとするミラー１１１ａ及び１１１ｂの間に非線形光学結晶１１２が配置される。なお、図１において光軸調整前の光軸を破線Ａ´、光軸調整後の光軸を実線Ａ０で示す。
【００１６】
このような構成において、調整用ミラー１０４ａ及び１０４ｂの角度変位量をそれぞれ（α１，β１）、（α２，β２）とする。ここでαはミラー１０４ａ、１０４ｂの反射面と光軸Ａ０に沿う面内、すなわち図１の紙面内における角度変位、βは調整用ミラー１０４ａ及び１０４ｂの反射面に沿う一点鎖線ｓ１及びｓ２で示す図１の紙面内の方向を回転軸とする角度変位とする。図１において、矢印α１、α２、β１、β２はそれぞれこの角度変位の＋方向を示す。このとき、光検出素子１０６の受光面上における光軸に垂直な面内での移動量は、下記式（１）及び（２）により表される。光軸に垂直な面内で図１の紙面に沿う方向（矢印ｈで示す）の変位をＤｈ、図１の紙面と直交する方向（矢印ｖで示す）をＤｖとして示す。ｆは光学レンズ１１５の焦点距離である。
【００１７】
Ｄｈ＝２ｆ×ｔａｎ（α１＋α２）・・・（１）
Ｄｖ＝２ｆ×ｔａｎ（β１＋β２）・・・（２）
【００１８】
本発明によれば、光軸調整具として用いる例えば調整用ミラーのうち、光源に近いものと外部共振器の入力結合素子との間の任意の地点、特に好ましくは２つの調整用ミラーの間の特定位置と、光検出素子の受光面とが幾何光学的に共役となるように配置する。共役な位置とすることによって、以下に説明するように、調整用ミラーを角度変位させて光軸を調整する際の光検出素子の受光面でのレーザビームの移動量を小さくすることができる。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態例に係るレーザ装置の一例の概略構成図である。この例においては、連続波を発振するレーザ光源１と、入力結合素子９を有する外部共振器１４と、光学レンズ５と、光検出素子６と、この光検出素子６により検出される光出力に基づいて外部共振器１４にレーザ光源１からのレーザ光の光軸を合わせる、いわゆるモードマッチングさせるための光軸調整具、この場合調整用ミラー４ａ及び４ｂを備える構成とした例を示す。そしてこの例においては、光源1側の調整用ミラー４ａと光結合素子９との間の特定位置Ｃ１が、光検出素子６の受光面と幾何光学的な共役の位置となるように配置する。この例においては特定位置Ｃ１を調整用ミラー４ａ及び４ｂの間に配置した例を示す。図２においては、光軸調整前の光軸を破線Ａ１、光軸調整後の光軸を実線Ａとして示す。
【００２０】
ここで、図２に示すように、調整用ミラー４ａ及び４ｂから、光検出素子６の受光面と幾何光学的な共役の位置とする特定位置Ｃ１までの距離をそれぞれＰ１及びＰ２とする。なお、符号は光の進行方向を＋とする。また、共役となる特定位置Ｃ１が光検出素子６の受光面に結像される横倍率をｋ、調整用ミラー４ａ及び４ｂの角度変位量をそれぞれ（α１，β１）、（α２，β２）とした場合（α及びβの符号は図１に示す例と同様とする）、光検出素子６の受光面上でのスポット位置の移動量Ｄは、下記の式（３）及び（４）で表される。この場合も、光軸Ａに垂直な面内で図２の紙面に沿う方向（矢印ｈで示す）の変位をＤｈ、図２の紙面と直交する方向（矢印ｖで示す）をＤｖとして示す。
【００２１】
Ｄｈ＝２ｋ×｛Ｐ１×ｔａｎα１−Ｐ２×ｔａｎ（α２−α１）｝・・・（３）
Ｄｖ＝２ｋ×｛Ｐ１×ｔａｎβ１−Ｐ２×ｔａｎ（β２−β１）｝・・・（４）
【００２２】
このように、２枚の調整用ミラー４ａ及び４ｂを使って光軸を調整する際、それぞれ同じ向きに回転させると光軸の角度の変化を打ち消すことになるため、それぞれ逆の方向に回転させることが多い。もし、調整用ミラー４ａ及び４ｂの間に共役となる点が存在すれば、Ｐ１の符号が正、Ｐ２の符号が負となるために相殺され、移動量Ｄｈ、Ｄｖの絶対値を小さくする効果がある。これに対し、調整用ミラー４ａ及び４ｂの間に共役となる点が存在しなければ、Ｐ１とＰ２が同符号となり、移動量の絶対値は大きくなることが分かる。
【００２３】
したがって、光検出素子６の受光面と幾何光学的に共役となる特定位置は、２つの調整用ミラーを用いる場合はその間とすることが望ましいことが分かる。特に、回転角度α１、α２、β１、β２が略同じである場合は調整用ミラー４ａ及び４ｂの中間点に位置することによって、光スポット位置の変動量Ｄを最小限とすることができる。
なお、特定位置Ｃ１を調整用ミラー４ｂと光結合素子９との間に配置する場合においても、従来と比べて光検出素子６の受光面上でのスポットの移動量を抑制することができるので、光軸調整作業の簡易化を図ることが可能である。
【００２４】
なお、必要とする光軸調整量は、基本的には外部共振器１４の入力結合素子９を配置する際の機械的な精度によって異なってくる。また非線形光学結晶１２の交換の際には個々の非線形光学結晶１２の入出射面の面精度によってもこの光軸調整量は変化する。
したがって、特定位置Ｃ１をどこに配置することが好ましいかは一概にいえないが、一対の調整用ミラー４ａ及び４ｂを用いる場合に、ほぼ同一の形状のミラーを用いるときは、後述するように、これらミラー４ａ及び４ｂの中間点から、ミラー４ａ及び４ｂの間隔の４分の１の範囲とすることが望ましいといえる。
一方、調整用ミラー４ａ及び４ｂの距離や大きさ、また曲率を設ける場合などにおいて、一方の調整用ミラーの光軸調整量が大となる場合においては、この光軸調整量が大とされる調整用ミラーの近傍に特定位置Ｃ１を配置することが望ましいといえる。
【００２５】
次に、光軸調整具として調整用ミラーの代わりに、図３に示すようなウェッジ板２１を用いる例についえ説明する。
図３に示すように、ウェッジ板２１の入射面と出射面の成すウェッジ角をθとし、屈折率をnとすると、このウェッジ板２１を通過する光ビームの偏角δは、
δ＝（ｎ−１）×θ
となる。
ウェッジ板単体では、光軸を中心としてこのウェッジ板を回転させたとき、光ビームは円を描く。一方、同じウェッジ板を２枚向かい合わせにし、それぞれ光軸を中心に適当な角度に回転させて用いると、偏角が最大２×（ｎ−１）×θから０までの３次元の任意の方向に光ビームを偏光させることができ、ミラー２枚と同等の光軸調整作用が得られる。
以下これについて図面を参照して説明する。
図４Ａ及びＢは、光軸と直交する面を有するウェッジ板を２枚用意し、この光軸と直交する面を対向させた一対のウェッジ板ユニット２２ａ及び２２ｂの概略断面構成図である。
図４Ａにおいては、入射光の光軸Ｂがほぼ平行移動した状態、図４Ｂにおいては、ウェッジ板２２ａ及び２２ｂを回転させて入射光の光軸Ｂを下向きに偏向させた場合を示す。
【００２６】
各ウェッジ板を回転させて光軸を種々の角度に偏向、又は平行移動した状態を図５Ａ〜Ｅに示す。図５Ａ〜Ｅにおいては、光軸の移動する様子をｘ軸（水平方向）及びｙ軸（垂直方向）の座標により示したものである。図５Ａにおいては、ウェッジ板２２Ａ及び２２Ｂを通過後に光軸Ｂがｘ−ｙ座標の原点に垂直となるように配置した場合を示す。図５Ｂに示すように、各ウェッジ板２２ａ、２２ｂをそれぞれ矢印ｗａ、ｗｂで示すように、それぞれ光の進行方向に向かって右向き、左向きに９０°回転させると、光軸Ｂはｘ軸方向正側に角度θｘ０偏向する。図５Ｃに示すように、更に各ウェッジ板２２ａ及び２２ｂをそれぞれ矢印ｗａ、ｗｂで示すように更に９０°回転させると、光軸Ｂはｙ軸方向負側にｙ０平行移動する。図５Ｄに示すように、各ウェッジ板２２ａ及び２２ｂを９０°更に回転させると、光軸Ｂはｘ軸方向負側に角度θｘ０偏向する。そして図５Ｅに示すように、各ウェッジ板２２ａ及び２２ｂを更に９０°回転させると、光軸Ｂは図５Ａに示す元の位置に戻る。
また、図５Ｂに示すウェッジ板２２ａ及び２２ｂを同じ向きに９０°回転するとｙ軸方向に角度を偏向させることができ、回転角度を調整することによって、偏向角度を調整することができる。また、図５Ｃに示すウェッジ板２２ａ及び２２ｂを同一方向に回転させるとｘ−ｙ平面内への平行移動が可能である。
【００２７】
図５Ａ〜Ｅにおいて説明した構成では、各ウェッジ板２２ａ及び２２ｂの間隔を調整可能とすることによって、平行移動量を調整することができる。この場合は、ウェッジ板２枚のみで光軸調整具を構成することができる。
一方、同様のウェッジ板２枚を１組とするウェッジ板ユニットを２組設けることによって、角度及び平行移動の調整を各ウェッジ板の回転機構のみによって行うことが可能となる。
【００２８】
図６においては、本発明の実施形態例に係るレーザ装置において、２組のウェッジ板ユニットを光軸調整具として用いる構成の一例の概略構成図を示す。図６において、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例においては、上述の図５Ａ〜Ｅにおいて説明した構成のウェッジ板ユニット２２及び２３を用いるもので、これらウェッジ板ユニット２２及び２３の間の特定位置Ｃ２に、光検出素子６の受光面と幾何光学的に共役となる点を設ける構成とする。この例においては、特定位置Ｃ２をウェッジ板ユニット２２及び２３のほぼ中間位置に配置する例を示す。ウェッジ板ユニット２２及び２３による光軸の偏向及び平行移動による光検出素子６の受光面での光スポットの位置変動量は前述の一対のミラーを用いる場合と同様の式（３）及び（４）が適用可能である。したがって、このような構成とすることによって、図２に示す例と同様に、光検出素子６の受光面上での光スポット位置の移動量Ｄを小さくすることが可能である。
【００２９】
なお、ウェッジ板ユニット２２及び２３が同一の形状のウェッジ板の組み合わせより構成される場合は、ウェッジ板ユニット２２及び２３の略中間位置に共役となる特定位置Ｃ２を配置することが好ましい。
【００３０】
図７は、本発明の他の実施形態例によるレーザ装置の一例の概略構成図である。図７において、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例においては、レーザ光源１から射出される光を、光ファイバー３２を介して、光軸調整具として用いるコリメータレンズ３４に入射する場合を示す。このコリメータレンズ３４は図示しないチルト回転機構及び平行移動機構を有するコリメータレンズユニット３５に配置される。光ファイバー３２の出射端の光結合素子３３はこのコリメータレンズユニット３５の一端に固定される。コリメータレンズユニット３５のチルト回転機構及び平行移動機構により、矢印ｔで示す回転方向、また矢印ｍ１及びｍ２で示す方向にコリメータレンズ３４の出射角度偏向及び光軸平行移動が可能とされる。このように、光源１から出射される光が光ファイバー３２によりコリメータレンズ３４に入射される構成とすることによって、コリメータレンズ３４の回転及び平行移動に対して結合効率を損なうことなく光を入射させることができるという利点を有する。
【００３１】
そしてこの例においては、このチルト回転機構の回転中心Ｃ３を、光検出素子６の受光面と幾何光学的に共役な位置となるように配置する。このような構成とすることによって、上述の図１及び図６に示す例と同様に、光検出素子６の受光面上での光スポット位置の移動量Ｄを小さくすることが可能である。特に、チルト回転調整の回転中心Ｃ３が光検出素子６の受光面と共役となる位置にあるため、チルト調整によっては受光面上での光スポットの移動はない。光軸に垂直な面内での平行移動調整によるずれのみが、スポット移動に関係するので、光軸調整作業を大幅に簡易化することが可能となる。
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、外部共振器へのモードマッチングすなわち光軸調整の際に、光検出素子の位置を殆ど動かす必要がなくなり、調整作業時間を大幅に短縮することができることとなる。また、必ずしも熟練作業者でなくとも調整が可能になる。したがって、組み立て製造時及びメンテナンス時も含めた調整作業にかかる時間及び人員の両方を削減することが可能であり、大幅なコストの低減化が可能となる。
【００３３】
次に、上述の実施形態例におけるレーザ装置について、より具体的な寸法形状を検討した第１〜第５の実施形態例について説明する。
〔１〕第1の実施形態例
図８に本発明の第１の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図を示す。図８において、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例においては、レーザ光源１として、波長１３００ｎｍ、Ｍ２＝１、射出口において直径１ｍｍのビームウェストを持つ連続波レーザを用いる。レーザ光源１の射出光路上に、光学レンズ２が配置される。この光学レンズ２は、レーザ光源１側に凸面を向けた平凸レンズであり、曲率半径１５１．１ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質はＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離は３００ｍｍであり、後述する外部共振器１４にレーザ光源１からのレーザ光をモードマッチングさせる作用を有する。そしてこの例においては、光軸調整具として一対の調整用ミラー４ａ及び４ｂを用いる。外部共振器１４のレーザ光の入射位置には、入力結合素子９例えば半透鏡より成る入力結合鏡が配置される。この入力結合素子９の外部共振器１４側の面には半透過膜が形成される。また、入力結合素子９と光検出素子６との間に配置される光学レンズ５は、入力結合素子９側に凸面を向けた平凸レンズを用いる。この場合、その曲率半径は２３．４ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質はＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離４６．５ｍｍであり、光検出素子６の受光面に集光する作用を有する。光検出素子６としては、ＩｎＧａＡｓより成るＰＩＮ（P-Intrinsic-N）フォトダイオードであり、受光面の大きさは直径０．８ｍｍである。Ｃ４は光学レンズ５によって光検出素子６の受光面と共役となる特定位置を示す。
【００３４】
外部共振器１４は、入力結合素子９と、その他のミラー１０、１１ａ及び１１ｂより構成される。入力結合素子９は両面とも平面であり、材質は合成石英、厚さは３ｍｍである。ミラー１０は平面ミラー、ミラー１１ａ及び１１ｂは曲率半径１２５ｍｍの凹面ミラーである。入力結合素子９及びミラー１０、１１ａ及び１１ｂへの入射角はそれぞれ１０°に設定されている。また、ミラー１１ａ及び１１ｂの間には非線形光学結晶１２として例えば厚さ４ｍｍのＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶が配置される。
ここで、各部の距離及び光路長を以下の通り設定する。
【００３５】
レーザ光源１の射出口からレンズ２までの距離 ａ１＝３００ｍｍ
レンズ２からミラー４ａまでの距離 ａ２＝１８．３ｍｍ
ミラー４ｂから入力結合素子９の共振器側の面までの距離 ａ３＝７４ｍｍ
入力結合素子９の共振器側の面からレンズ５までの距離 ａ４＝１００ｍｍ
レンズ５から光検出素子６の受光面までの距離 ａ５＝５５．７ｍｍ
ミラー４ａからＣ４までの距離 ｐ１＝７０ｍｍ
ミラー４ｂからＣ４までの距離 ｐ２＝−７０ｍｍ
入力結合素子９とミラー１０との間の光路長 ｗ１＝１３２ｍｍ
ミラー１０とミラー１１ａとの間の光路長 ｗ２＝１５０ｍｍ
ミラー１１ａ及び１１ｂの間の光路長 ｗ３＝１５０ｍｍ
ミラー１１ｂと入力結合素子９の間の光路長 ｗ４＝１５０ｍｍ
【００３６】
以上の構成において、特定位置Ｃ４におけるレーザビームの直径は０．４３ｍｍ、位置Ｃ４が光検出素子６の受光面に結像する倍率ｋは−０．２３であるため、光検出素子６の受光面でのレーザビーム直径は０．１ｍｍとなる。
この第１の実施形態例において、調整用ミラー４ａ及び４ｂを用いてモードマッチ調整をしたときの光検出素子６の受光面上でのビームの移動量を計算する。光源１側の調整用ミラー４ａを図８の紙面内で時計回りに０．５°、共振器側の調整用ミラー４ｂを図８の紙面内で反時計回りに０．５°傾けた場合、上記式（３）により、レーザビームの移動量は０．２８ｍｍとなる。調整開始前に光検出素子６の受光面の中心にレーザビームが位置していれば、調整によってもレーザビームがこの受光面内にとどまることが分かる。したがって、この場合は光検出素子６の位置を移動することなく、モードマッチング調整が可能となる。
【００３７】
一方、本発明構成とすることなく、光学レンズ５の後側焦点位置に光検出素子６の受光面を配置する従来構成と同様の配置とする場合は、その移動量を求めると、上記式（１）により０．８ｍｍとなり、レーザビームが光検出素子６の受光面からはずれてしまう。なお、この場合は光学レンズ５と光検出素子６の受光面までの距離は、ａ５＝４４．８ｍｍである。
【００３８】
また、特定位置Ｃ４を調整用ミラー４ａ及び４ｂの中間から共振器１４側の調整用ミラー４ｂ側にずらして配置した場合については以下の通りである。各部の距離を以下の通り設定する。
レンズ５から光検出素子６の受光面までの距離 ａ５＝５７．７ｍｍ
ミラー４ａからＣ４までの距離 ｐ１＝１００ｍｍ
ミラー４ｂからＣ４までの距離 ｐ２＝−４０ｍｍ
以上の設定とし、その他の部品の距離及び光路長は上述の例と同様としたとき、特定位置Ｃ４におけるビーム直径は０．３９ｍｍ、位置Ｃ４が受光面に結像する倍率ｋは−０．２８であるため、光検出素子６の受光面でのビーム直径は０．１１ｍｍとなる。このとき上記の例と同様に、光源１側の調整用ミラー４ａを図８の紙面内で時計回りに０．５°、共振器１４側の調整用ミラー４ｂを図８の紙面内で反時計回りに０．５°傾けた場合、上記式（３）によりレーザビームの移動量は０．１０ｍｍとなり、上述の例すなわち調整用ミラー４ａ及び４ｂの中間に特定位置Ｃ４を配置する場合と同様に、レーザビームが光検出素子６の受光面内にとどまる。
【００３９】
一方、特定位置Ｃ４を他方の調整用ミラー４ａ側に移動した場合について説明する。この例においては、各部の距離を以下の通り設定する。
レンズ５から光検出素子６の受光面までの距離 ａ５＝５４．３ｍｍ
ミラー４ａからＣ４までの距離 ｐ１＝４０ｍｍ
ミラー４ｂからＣ４までの距離 ｐ２＝−１００ｍｍ
以上の設定とし、その他の部品の距離及び光路長は上述の例と同様としたとき、特定位置Ｃ４におけるレーザビームの直径は０．４７ｍｍ、位置Ｃ４が受光面に結像する倍率ｋは−０．２０であるため、光検出素子６の受光面でのレーザビームの直径は０．０９ｍｍとなる。上記の例と同様に、光源１側の調整用ミラー４ａを図８の紙面内で時計回りに０．５°、共振器１４側の調整用ミラー４ｂを紙面内で反時計回りに０．５°傾けた場合、上記式（３）によりレーザビームの移動量は０．５６ｍｍとなり、同様にレーザビームが光検出素子６の受光面内にとどまる。
したがって、これらの結果から、特定位置は調整用ミラー４ａ及び４ｂの中間位置から、これらの間の距離の４分の１程度の範囲に設定することによって、光軸調整の際に光検出素子６の受光面内でのレーザビームの移動を十分に抑制することができて、光検出素子６の位置を移動することなく、モードマッチング調整が可能となる。
【００４０】
〔２〕第２の実施形態例
この例においては、図８に示す構成として、レーザ光源１や光学レンズ２及び５などを以下に示す通り変更した。レーザ光源１として、波長５３２ｎｍ、Ｍ２＝１、射出口において直径１ｍｍのビームウェストを持つ連続波レーザを用いる。光学レンズ２はレーザ光源１側に凸面を向けた平凸レンズであり、曲率半径２４９．３５ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質ＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離４８０ｍｍであり、外部共振器１４にレーザ光源１からのレーザ光をモードマッチングさせる作用を有する。光学レンズ５は入力結合素子９側に凸面を向けた平凸レンズであり、曲率半径３４．１ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質ＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離６５．６ｍｍであり、光検出素子６の受光面にレーザ光を集光する作用を有する。光検出素子６の受光面の大きさは直径２ｍｍである。
なお、その他の構成、特に外部共振器１４を構成するミラー９，１０、１１ａ、１１ｂ及び非線形光学結晶１２の材料、構成、寸法は上述の第１の実施形態例と同様とする。
すなわち、入力結合素子９は両面とも平面であり、材質は合成石英、厚さは３ｍｍである。ミラー１０は平面ミラー、ミラー１１ａ及び１１ｂは曲率半径１２５ｍｍの凹面ミラーである。入力結合素子９及びミラー１０、１１ａ及び１１ｂへの入射角はそれぞれ１０°に設定されている。また、ミラー１１ａ及び１１ｂの間には非線形光学結晶１２として例えば厚さ４ｍｍのＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶が配置される。
ここで、各部の距離及び光路長を以下の通り設定する。
【００４１】
レーザ光源１の射出口からレンズ２までの距離 ａ１＝４８０ｍｍ
レンズ２から調整用ミラー４ａまでの距離 ａ２＝２００ｍｍ
ミラー４ｂから入力結合素子９の共振器側の面までの距離 ａ３＝７４ｍｍ
入力結合素子９の共振器側の面からレンズ５までの距離 ａ４＝１００ｍｍ
レンズ５から光検出素子６の受光面までの距離 ａ５＝８８．２ｍｍ
ミラー４ａからＣ４までの距離 ｐ１＝７０ｍｍ
ミラー４ｂからＣ４までの距離 ｐ２＝−７０ｍｍ
入力結合素子９とミラー１０との間の光路長 ｗ１＝１３２ｍｍ
ミラー１０とミラー１１ａとの間の光路長 ｗ２＝１５０ｍｍ
ミラー１１ａ及び１１ｂの間の光路長 ｗ３＝１５０ｍｍ
ミラー１１ｂと入力結合素子９の間の光路長 ｗ４＝１５０ｍｍ
【００４２】
この場合、特定位置Ｃ４におけるレーザビームの直径は０．５４ｍｍ、Ｃ４が光検出素子６の受光面に結像する倍率ｋは−０．３７であるため、光検出素子６の受光面でのレーザビーム直径は０．２ｍｍとなる。
この第２の実施形態例において、調整用ミラー４ａ及び４ｂを用いてモードマッチ調整をしたときの光検出素子６の受光面上でのレーザビームの移動量を計算する。調整用ミラー４ａを図８の紙面内で時計回りに０．５°、調整用ミラー４ｂを図８の紙面内で反時計回りに０．５°傾けた場合、上記式（３）により、レーザビームの移動量Ｄは０．４５ｍｍとなる。調整開始前に光検出素子６の受光面の中心にレーザビームが位置していれば、調整によってもレーザビームが光検出素子６の受光面内にとどまる。したがって、光検出素子６の位置を変更する必要がなく、簡単に光軸調整を行うことが可能であることが分かる。
【００４３】
なお、本発明構成とすることなく、光学レンズ５の後側焦点位置に光検出素子６の受光面を配置した場合の移動量を求めると、上記式（１）により２．３ｍｍとなり、光検出素子６の受光面からレーザビームの位置がはずれてしまう。このときレンズ５から光検出素子６までの距離はａ５＝６５ｍｍである。
【００４４】
〔３〕第３の実施形態例
図９に本発明の第３の実施形態例に係るレーザ装置の一例の概略構成図を示す。図９において、図８と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例においては、光学レンズ２を調整用ミラー４ｂと外部共振器１４の入力結合素子９との間に配置した例を示す。この例においては、レーザ光源１として、波長５３２ｎｍ、Ｍ２＝１、射出口において直径１ｍｍのビームウェストを持つ連続波レーザである。光学レンズ２は、調整用ミラー４ｂ側に凸面を向けた平凸レンズであり、曲率半径２４９．３５ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質ＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離１１８．５ｍｍであり、外部共振器１４の入力結合素子９と後述する外部共振器１４に光源１からのレーザ光をモードマッチさせる作用を有する。入力結合素子９は、上述の第１及び第２の実施形態例と同様に、外部共振器９側に半透過膜が形成された半透鏡である。光学レンズ５は入力結合素子９側に凸面を向けた平凸レンズであり、曲率半径３４．１ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質ＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離１０８．２ｍｍであり、光検出素子６に集光する作用を有する。光検出素子６は受光面の直径が２ｍｍのフォトダイオードである。ここで、Ｃ５は光学レンズ２、入力結合素子９の半透面による反射、光学レンズ５によって光検出素子６の受光面と共役となる特定位置である。
【００４５】
外部共振器１４のミラー１０、１１ａ及び１１ｂの材料構成、非線形光学結晶１２の材料、寸法は前述の第１及び第２の実施形態例と同様の構成とする。
すなわち、入力結合素子９は両面とも平面であり、材質は合成石英、厚さは３ｍｍである。ミラー１０は平面ミラー、ミラー１１ａ及び１１ｂは曲率半径１２５ｍｍの凹面ミラーである。入力結合素子９及びミラー１０、１１ａ及び１１ｂへの入射角はそれぞれ１０°に設定されている。また、ミラー１１ａ及び１１ｂの間には非線形光学結晶１２として例えば厚さ４ｍｍのＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶が配置される。
ここで、各部の距離及び光路長を以下の通り設定する。
【００４６】
レーザ光源１の射出口からレンズ２までの距離 ｂ１＝３３０ｍｍ
ミラー４ｂから光学レンズ２までの距離 ｂ２＝５０ｍｍ
レンズ２から入力結合素子９の共振器側の面までの距離 ｂ３＝６６．３ｍｍ
入力結合素子９の共振器側の面からレンズ５までの距離 ｂ４＝１４１ｍｍ
レンズ５から光検出素子６の受光面までの距離 ｂ５＝８８．２ｍｍ
ミラー４ａからＣ５までの距離 ｐ１＝６０ｍｍ
ミラー４ｂからＣ５までの距離 ｐ２＝−６０ｍｍ
入力結合素子９とミラー１０との間の光路長 ｗ１＝１５０ｍｍ
ミラー１０とミラー１１ａとの間の光路長 ｗ２＝１５０ｍｍ
ミラー１１ａ及び１１ｂの間の光路長 ｗ３＝１３２ｍｍ
ミラー１１ｂと入力結合素子９の間の光路長 ｗ４＝１５０ｍｍ
【００４７】
なお、入力結合素子９は、光学レンズ２側からミラー１０側に透過する光に対しては焦点距離−２７１．３ｍｍ、光学レンズ２側からの光を光学レンズ５側に反射する光に対しては焦点距離−４２．８ｍｍのレンズとして作用する。
特定位置Ｃ５におけるレーザビームの直径は１．０２ｍｍ、位置Ｃ５が光検出素子６の受光面に結像する倍率ｋは−０．４９であるため、光検出素子６の受光面でのビーム直径は０．５ｍｍとなる。
この第３の実施形態例において、調整用ミラー４ａ及び４ｂを用いてモードマッチング調整をしたときの光検出素子６の受光面上でのレーザビームの移動量を計算する。調整用ミラー４ａを図９の紙面内で時計回りに０．５°、調整用ミラー４ｂを図９の紙面内で反時計回りに０．５°傾けると、上記式（３）によりレーザビームの移動量は０．５１ｍｍとなる。調整開始前に光検出素子９の受光面の中心にビームが位置していれば、調整によってもビームが受光面内にとどまる。
【００４８】
これに対し、本発明構成とすることなく、光学レンズ５の焦点位置に光検出素子６の受光面を配置した場合のレーザビーム移動量を求めると、上記式（１）により３．８ｍｍとなり、光検出素子６の受光面から外れてしまう。このとき、光学レンズ５と光検出素子６の受光面との距離はｂ５＝１０６．２ｍｍである。
【００４９】
〔４〕第４の実施形態例
図１０に本発明の第４の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図を示す。この例においては、光軸調整具として、２枚のウェッジ板より成るウェッジ板ユニットを２組用いる場合を示す。図１０において、図６と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例においては、レーザ光源１として波長５３２ｎｍ、Ｍ２＝１、射出口において直径１ｍｍのビームウェストを持つ連続波レーザを用いる。光源１とウェッジ板ユニット２２との間に配置される光学レンズ２は、レーザ光源１側に凸面を向けた平凸レンズであり、曲率半径２４９．３５ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質ＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離４８０ｍｍであり、外部共振器１４にレーザ光源１からのレーザ光をモードマッチングさせる作用を有する。外部共振器１４の入力結合素子９は、共振器１４側の面に半透過膜が形成される半透鏡より構成される。入力結合素子９と光検出素子６との間に配置される光学レンズ５は、入力結合素子９側に凸面を向けた平凸レンズとする。この光学レンズ５は曲率半径３４．１ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質ＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離６５．６ｍｍであり、光検出素子６にレーザ光を集光する作用を有する。光検出素子６はフォトダイオードであり、受光面の大きさは直径２ｍｍである。Ｃ６は光学レンズ５によって光検出素子６の受光面と共役となる特定位置を示す。
【００５０】
外部共振器１４のミラー１０、１１ａ及び１１ｂの材料構成、非線形光学結晶１２の材料、寸法は前述の第１及び第２の実施形態例と同様の構成とする。
すなわち、入力結合素子９は両面とも平面であり、材質は合成石英、厚さは３ｍｍである。ミラー１０は平面ミラー、ミラー１１ａ及び１１ｂは曲率半径１２５ｍｍの凹面ミラーである。入力結合素子９及びミラー１０、１１ａ及び１１ｂへの入射角はそれぞれ１０°に設定されている。また、ミラー１１ａ及び１１ｂの間には非線形光学結晶１２として例えば厚さ４ｍｍのＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶が配置される。
ここで、各部の距離及び光路長を以下の通り設定する。
【００５１】
レーザ光源１の射出口からレンズ２までの距離 ｃ１＝４８０ｍｍ
レンズ２からウェッジ板ユニット２２までの距離 ｃ２＝２００ｍｍ
ウェッジ板ユニット２３から入力結合素子９の共振器側の面までの距離
ｃ３＝７４ｍｍ
入力結合素子９の共振器側の面からレンズ５までの距離 ｃ４＝１００ｍｍ
レンズ５から光検出素子６の受光面までの距離 ｃ５＝８８．２ｍｍ
ウェッジ板ユニット２２からＣ６までの距離 ｐ３＝７０ｍｍ
ウェッジ板ユニット２３からＣ６までの距離 ｐ４＝−７０ｍｍ
入力結合素子９とミラー１０との間の光路長 ｗ１＝１３２ｍｍ
ミラー１０とミラー１１ａとの間の光路長 ｗ２＝１５０ｍｍ
ミラー１１ａ及び１１ｂの間の光路長 ｗ３＝１５０ｍｍ
ミラー１１ｂと入力結合素子９の間の光路長 ｗ４＝１５０ｍｍ
【００５２】
この場合、特定位置Ｃ６におけるレーザビームの直径は０．５４ｍｍ、位置Ｃ６が光検出素子６の受光面に結像する倍率ｋは−０．３７であるため、光検出素子６の受光面でのレーザビーム直径は０．２ｍｍとなる。
この第４の実施形態例において、ウェッジ板ユニット２２及び２３を用いてモードマッチ調整をしたときの光検出素子６の受光面上でのレーザビームの移動量を計算する。ウェッジ板ユニット２２により図１０の紙面内で光軸が時計回りに１°、ウェッジ板ユニット２３により図１０の紙面内で光軸が反時計回りに１°傾いた場合、レーザビームの移動量は０．４５ｍｍとなる。調整開始前に光検出素子６の受光面の中心にレーザビームが位置していれば、調整によってもレーザビームが光検出素子６の受光面内にとどまる。従って、光軸調整にあたって、光検出素子６の位置を移動する必要がなく、光軸調整作業の簡易化を図ることができる。
【００５３】
これに対し、本発明構成とすることなく、光学レンズ５の後側焦点位置に光検出素子６の受光面を配置した場合の移動量を求めると２．３ｍｍとなり、光検出素子６の受光面からはずれてしまう。このとき光学レンズ５と光検出素子６との距離ｃ５＝６５ｍｍである。
【００５４】
〔５〕第５の実施形態例
図１１に本発明の第５の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図を示す。この例においては、光軸調整具として、コリメータレンズと、このコリメータレンズをチルト回転機構及び平行移動機構により回転調整、位置調整を可能としたコリメータレンズユニットにより構成する例を示す。図１１において、図７と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例においては、光源１として、波長５３２ｎｍの連続波レーザを用いる。そしてコア径３．５μｍのシングルモードの光ファイバー３２によりレーザ光が伝送される構成とする。ファイバー射出端の光結合素子３３はコリメータユニット３５の光入力端に固定される。コリメータレンズ３４はファイバー３３の射出端側に平面、共振器１４側に凸面を向けた平凸レンズであり、曲率半径１．５６ｍｍ、厚さ１ｍｍ、材質ＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離３ｍｍであり、外部共振器１４に光源１からのレーザ光をモードマッチングさせる作用を有する。入力結合素子９は、共振器１４側の面に半透過膜が形成された半透鏡とする。光学レンズ５は入力結合素子９側に凸面を向けた平凸レンズであり、曲率半径３４．１ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質ＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離６５．６ｍｍであり、光検出素子６に集光する作用を有する。光検出素子６はフォトダイオードであり、受光面の大きさは直径２ｍｍである。Ｃ７は光学レンズ５によって光検出素子６の受光面と共役となる特定位置であり、コリメータレンズ３４の凸面の頂点に位置している。コリメータユニット３５は、特定位置Ｃ７を回転中心にした水平方向、垂直方向のチルト回転機構および光軸に垂直な面内での水平、垂直方向の平行移動機構を備える。また、ＣＭ２，ＣＭ３，ＣＭ４は全反射ミラーであり、ＣＭ１とともに光共振器を構成している。
【００５５】
外部共振器１４のミラー１０、１１ａ及び１１ｂの材料構成、非線形光学結晶１２の材料、寸法は前述の第１及び第２の実施形態例と同様の構成とする。
すなわち、入力結合素子９は両面とも平面であり、材質は合成石英、厚さは３ｍｍである。ミラー１０は平面ミラー、ミラー１１ａ及び１１ｂは曲率半径１２５ｍｍの凹面ミラーである。入力結合素子９及びミラー１０、１１ａ及び１１ｂへの入射角はそれぞれ１０°に設定されている。また、ミラー１１ａ及び１１ｂの間には非線形光学結晶１２として例えば厚さ４ｍｍのＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶が配置される。
【００５６】
ここで、各部の距離及び光路長を以下の通り設定する。
ファイバー３２射出端からレンズ３４までの距離 ｄ１＝２．４ｍｍ
レンズ３４から入力結合素子９の共振器側の面までの距離 ｄ２＝１６７ｍｍ
入力結合素子９の共振器側の面からレンズ５までの距離 ｄ３＝７７ｍｍ
レンズ５から光検出素子６の受光面までの距離 ｄ４＝８８．２ｍｍ
入力結合素子９とミラー１０との間の光路長 ｗ１＝１３２ｍｍ
ミラー１０とミラー１１ａとの間の光路長 ｗ２＝１５０ｍｍ
ミラー１１ａ及び１１ｂの間の光路長 ｗ３＝１５０ｍｍ
ミラー１１ｂと入力結合素子９の間の光路長 ｗ４＝１５０ｍｍ
【００５７】
特定位置Ｃ７におけるレーザビームの直径は０．５８ｍｍ、位置Ｃ７が光検出素子６の受光面に結像する倍率ｋは−０．３７であるため、光検出素子６の受光面でのレーザビーム直径は０．２１ｍｍとなる。
この第５の実施形態例において、コリメータユニット３５のチルト調整により外部共振器１４へのモードマッチ調整を行った場合、その回転中心が、光検出素子６の受光面と共役となる点Ｃ７と一致しているため、光検出素子６の受光面上でレーザビームは移動しない。
【００５８】
これに対し、本発明構成とすることなく、光学レンズ５の後側焦点位置に光検出素子６の受光面を配置した場合、コリメータレンズユニット３５のチルト回転機構により０．９°以上レーザビームの偏向を行うと、光検出素子６の受光面からレーザビームがはずれてしまう。このとき、光学レンズ５と光検出素子６との間の距離はｄ４＝６５ｍｍである。
【００５９】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ装置の光軸調整作業の際に光検出素子の位置を変更する必要がなく、極めて簡単な作業で光軸調整を行うことが可能となる。
特に、従来は調整が非常に困難であった波長１３００ｎｍから波長６５０ｎｍへの波長変換を行う外部共振器を有するレーザ装置において、その波長帯域に適用できるＩｎＧａＡｓ等のフォトダイオードを光検出素子として用いる場合に、その受光面の面積が直径１ｍｍ程度と比較的小さくても、上述したようにこの光検出素子の位置を変更することなく光軸調整が可能であり、上述の波長帯域のレーザ装置における光軸調整作業を格段に簡易化することが可能である。
一方、光検出素子の受光面上での光スポットの移動量が小さくなるため、従来のレーザ装置と比較してより受光面積の小さい光検出を使用することが可能となる。フォトダイオードは一般に受光面積が小さいほど安価であるため、より安価な光検出素子を使用することができ、コストダウンに有効である。
また、半導体製造プロセスにおいて使用されるレーザ装置においても本発明構成を採用することによって、その組み立て調整、修理メンテナンス作業の簡易化を図ることができる。このため、半導体工場における製造装置の停止期間の短縮を図ることができ、半導体製造のコストへの悪影響を回避することが可能となる。
【００６０】
なお、本発明は、上述の図1〜図１１に示す例に限定されるものではなく、各光学部品の材料、寸法形状や配置、機能等において、本発明構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。また、パルスレーザ光源を用いるレーザ装置においても、例えばフォトダイオードにパルスレーザ光を受光させる際にミラーを回転させて調整する場合などに本発明を適用することによって、その光軸調整作業の簡易化を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】レーザ装置の光軸調整の説明に供する概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図である。
【図３】ウェッジ板の断面構成図である。
【図４】Ａ及びＢはウェッジ板ユニットによる光軸偏向の説明に供する概略断面構成図である。
【図５】Ａ〜Ｅはウェッジ板ユニットによる光軸偏向の説明に供する概略断面構成図である。
【図６】本発明の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図である。
【図７】本発明の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図である。
【図８】本発明の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図である。
【図９】本発明の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図である。
【図１１】本発明の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図である。
【図１２】従来のレーザ装置の一例の概略構成図である。
【図１３】Ａ〜Ｃはレーザ装置における光軸調整作業時の出力の変化の一例を示す図である。
【図１４】Ａ〜Ｃはレーザ装置における光軸調整作業時の出力の変化の一例を示す図である。
【図１５】シリコンフォトダイオード及びＩｎＧａＡｓフォトダイオードにおける受光面積と遮断周波数との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１．レーザ光源、４．光軸調整具、４ａ，４ｂ．調整用ミラー、５．光学レンズ、６．光検出素子、９．入力結合素子、１０．ミラー、１１ａ，１１ｂ．ミラー、１２．非線形光学結晶、１４．外部共振器、２１．ウェッジ板、２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ．ウェッジ板、２２，２３．ウェッジ板ユニット、３２．光ファイバー、３３．光結合素子、３４．コリメータレンズ、３５．コリメータレンズユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源を有し、外部共振器において波長を変換するレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光源からのレーザ光を外部共振器に結合し、共振させるレーザ装置はよく知られており、主に共振器内部に配置された非線形光学結晶にて波長変換、特に第２高調波発生装置に用いられている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、近年、医療分野において光線力学的治療（ＰＤＴ：photodynamic therapy）が注目されている。この方法は、正常細胞よりがん細胞に吸収され易く、かつ、光吸収により活性酸素を発生しがん細胞を死滅させる作用を有する腫瘍親和性光感受性物質を、静脈注射により患者に投与し、この増感剤に吸収されやすい波長のレーザ光を照射してがん細胞を死滅させるものである。ＰＤＴは、従来のがん治療法との併用あるいは代替により、初期の表在性がん、例えば肺がん、食道がん、胃がん、子宮がんなどに対して治療効果があることが判明しており、以下の特徴がある。
（１）正常細胞の障害を最小限に抑えてがん細胞を破壊できる。
（２）治療後の臓器などの機能保持が可能で、治療後の「生活の質（ＱＯＦ：quality of life）」が保たれる。
（３）必要に応じた再治療が可能である。
（４）体力の衰えた患者にも適用できる。
ＰＤＴに適した光源は波長が６５０ｎｍ付近の連続波レーザである。この波長は、治療に用いられる光感受性物質の吸収波長にあたり、また、連続波はパルス波に比べてピークパワーが小さいため通常細胞に与えるダメージを小さくすることができる点で有利である。
【特許文献１】特開平８−１１６１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、６５０ｎｍ付近の波長の連続波レーザとしては赤色半導体レーザが知られているが、赤色半導体レーザでは出力が小さすぎる。また、赤色半導体レーザから放射される光は発振線幅が広い波長範囲に亘っているため、光感受性物質への吸収効率が低く、光感受性物質に吸収されない光が多い。光感受性物質に吸収されない光のエネルギーは通常細胞にダメージを与えてしまう。そのため、発振線幅の狭いレーザが求められている。
【０００５】
一方、１０００ｎｍ以上の波長帯域では線幅の狭いレーザはよく知られているため、線幅の狭い６５０ｎｍ付近の波長を作り出すには、１３００ｎｍのレーザを外部共振器に導き、共振器内に配置された非線形光学結晶から第２高調波を発生させればよい。しかしながら、外部共振器によりこのような波長帯域の光を波長変換するレーザ装置を製造する際には、以下に説明するような問題がある。
【０００６】
このようなレーザ装置の組立調整作業において、外部共振器の共振を達成するためには、レーザ光源１０１からのレーザ光を光軸調整し、外部共振器にモードマッチングさせる作業が不可欠となる。光軸調整は通常、レーザ光源と外部共振器の間に配置されたミラーによって行われる。光軸は角度と平行移動の２つの成分があるため、これらを任意に設定するための光軸調整具として、最低２つのミラーが必要となる。
【０００７】
調整手順の一例について、外部共振器を有するレーザ装置の一例の概略構成を示す図１２を参照して説明する。図１２に示すように、このレーザ装置は、レーザ光源１０１、位相変調器１０２、レンズ１０３、光軸調整具としての一対の調整用ミラー１０４ａ及び１０４ｂ、外部共振器１１４、コリメータレンズ１０５、光検出素子１０６より構成される。外部共振器１１４は、入力結合鏡１０９、ミラー１１０、共振器ミラー１１１ａ及び１１１ｂより成り、共振器ミラー１１１ａ及び１１１ｂの間に非線形光学結晶１１２が配置される。また、光検出素子１０６からの出力が制御回路１０７及びオシロスコープ１０８に出力される。
【０００８】
このような構成において、レーザ光源１０１から出射されるレーザ光は、レンズ１０３を介して調整用ミラー１０４ａ、１０４ｂで反射され、入力結合鏡１０９を介して外部共振器１１４へ導かれる。外部共振器１１４を構成するミラー１１０をアクチュエータ１１３によって前後に細かく往復することによって共振器長を微小に変化させながら、入力結合鏡１０９からの反射光を光検出素子１０６で受け、その出力信号をオシロスコープ１０８でモニターする。
ここでモードマッチング、すなわち光軸調整が全くなされていない場合は図１３Ａに示すように、一定の信号レベルが検出される。調整用ミラー１０４ａ及び１０４ｂの角度調整によって光軸を調整し、徐々にモードマッチング率を高くしていくと、共振器長が波長の整数倍となったときに共振器へ光が引き込まれることによって図１３Ｂにおいて破線ＳＤで囲んで示すように、電流値が低下するディップと呼ばれる信号が現れる。図１３Ｃに示すようにこのディップが最も深くなったところでモードマッチングの調整が終了する。この作業において、ミラーの角度調整によってビームの光軸が変化すると同時に、入力結合鏡１０９で反射され光検出素子１０６へ向かうビームも向きを変える。
なお、図１２に示すように、レーザ光源１０１とレンズ１０３との間に位相変調器１０２を配置することにより、モードマッチングされた後の使用状態において、モニター用のサイドバンドの光（光源の波長λに対し±Δλの波長を有する光）を生成し、これらの光を利用して外部共振器１１４での波長λの光の変換光率をモニターすることができる。この結果に基づいて例えば外部共振器１１４を構成するミラー１１０に取り付けたＶＣＭ（Voice Coil Motor）等のアクチュエータ１１３を調整することにより、例えば非線形光学結晶１１２による２次高調波の出力のばらつきを抑えることができる。
【０００９】
現状のレーザ装置においては、入力結合鏡１０９と光検出素子１０６の間に配置されたコリメータレンズ１０５の後ろ側焦点位置付近に光検出素子１０６の受光面が位置している。このため調整にともなう光軸の変化によって受光面上におけるレーザ光が光軸と垂直の方向に移動して、受光面内からはずれてしまう。このときの信号の変化の一例を図１４Ａ〜Ｃに模式的に示す。レーザ光が受光面からはずれ、図１４Ａ及び図１４Ｂにおいてそれぞれ実線ｄ１、実線ｄ２で示すように信号レベルが下がるとか、または、図１４Ｃにおいて実線ｄ３で示すように全く信号が得られなくなってしまう。このような場合は、受光位置が光軸からずれた分だけ光検出素子の位置をずらす作業を行う必要が生じる。
【００１０】
一方、光検出素子においては、近赤外線である１３００ｎｍに感度を持つ光検出素子であるＩｎＧａＡｓフォトダイオードの光応答速度が遅いという問題がある。
図１５は、可視光で使用されるシリコンフォトダイオードとＩｎＧａＡｓフォトダイオードとにおける受光部直径に対する遮断周波数の変化を示す図である。なお、遮断周波数が高いほど光応答速度が速い。図１５から分かるように、同じ受光部直径で比べるとＩｎＧａＡｓフォトダイオードがシリコンフォトダイオードに比べてはるかに光応答速度が遅いことがわかる。光検出素子の光応答速度が遅いと、サーボロッキングが不安定となり、ノイズの多いレーザとなってしまう。一例として、上述したようなサイドバンドの光を利用して出力モニターを行う場合は、２０ＭＨｚ以上、望ましくは５０ＭＨｚ程度の応答速度が必要となる。したがって、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードを用いてシリコンフォトダイオードと同等の光応答速度を得るためには、受光部直径が非常に小さいものを使わざるをえない。
このようにＩｎＧａＡｓフォトダイオードを光検出素子として用いる場合において、応答速度を早くするために受光部直径を小さくすると、上述したように、光軸調整中に光検出素子１０６の位置をずらす回数が非常に多くなり、このことが調整作業の困難さの原因となっている。また調整が可能であっても作業に時間がかかり、コストが甚大となるという問題がある。外部共振器１１４に配置する非線形光学結晶１１２が劣化するなどして交換する際にもこのような光軸調整は必要となるので、装置の製造過程のみではなく、メンテナンス、修理作業の際においても、このような調整作業の時間を短縮することが強く望まれている。
また近年、半導体のデザインルールの微細化により、レーザ装置が半導体工場内で使用されることが多くなっている。これらのレーザ装置に組み込まれているレーザ光源は寿命による交換作業が不可欠である。しかし半導体工場では装置の停止時間が半導体装置の製造コストに直結するため、短時間での交換、メンテナンス作業が要求されている。
【００１１】
以上の問題に鑑みて、本発明は、上述したような外部共振器を備えるレーザ装置における光軸調整作業の簡易化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、レーザ光源と、入力結合素子を有する外部共振器と、光検出素子と、この光検出素子により検出される光出力に基づいて外部共振器にレーザ光源からのレーザ光の光軸を合わせるための光軸調整具とを備えて成り、光源側に配置される光軸調整具と外部共振器の入力結合素子との間の特定位置と、光検出素子の受光面とが、幾何光学的な共役関係に配置されて成る構成とする。
また、本発明は、上述のレーザ装置において、光軸調整具を一対のミラーとすることを特徴とする。
更に、本発明は、上述のレーザ装置において、特定位置を、一対のミラーの間に設ける構成とすることを特徴とする。
【００１３】
上述の本発明によれば、外部共振器を有するレーザ装置において、この外部共振器にレーザ光源からのレーザ光の光軸を合わせる光軸調整具と、外部共振器の入力結合素子との間の特定位置を、光検出素子の受光面と幾何光学的な共役関係に配置するものである。
このような構成とすることによって、後述するように、光軸調整具により光軸を偏向又は移動した場合に、光検出素子の受光面上におけるレーザ光のスポット位置の移動量を低減化することができる。したがって、光軸調整作業の簡易化を図ることができる。
特に、光軸調整具として一対のミラーを用い、その間に光検出素子の受光面と共役関係にある特定位置を配置することによって、確実にレーザ光のスポット位置の移動量を低減化することができる。したがって、光スポットが光検出素子の受光領域からずれることを回避でき、光検出素子を移動させることなく光軸を調整することが可能となることから、光軸調整を要する組み立て製造作業、メンテナンス作業の格段な簡易化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、外部共振器を備えるレーザ装置において、光軸調整作業の簡易化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
まず、レーザ装置において２枚のミラーにより光軸調整を行う場合において、２つのミラーの変位量に対して、光検出素子上の光軸位置がどの程度変化するかについて、図１のレーザ装置の概略構成図を参照して説明する。
図１に示すレーザ装置においては、連続波を発振するレーザ光源１０１、光軸調整具としての一対の調整用ミラー１０４ａ及び１０４ｂ、外部共振器１１４、光学レンズ１１５、光検出素子１０６を備える例を示す。外部共振器１１４は、入力結合鏡１０９、ミラー１１０、１１１ａ及び１１１ｂより成り、この例では共振器ミラーとするミラー１１１ａ及び１１１ｂの間に非線形光学結晶１１２が配置される。なお、図１において光軸調整前の光軸を破線Ａ´、光軸調整後の光軸を実線Ａ０で示す。
【００１６】
このような構成において、調整用ミラー１０４ａ及び１０４ｂの角度変位量をそれぞれ（α１，β１）、（α２，β２）とする。ここでαはミラー１０４ａ、１０４ｂの反射面と光軸Ａ０に沿う面内、すなわち図１の紙面内における角度変位、βは調整用ミラー１０４ａ及び１０４ｂの反射面に沿う一点鎖線ｓ１及びｓ２で示す図１の紙面内の方向を回転軸とする角度変位とする。図１において、矢印α１、α２、β１、β２はそれぞれこの角度変位の＋方向を示す。このとき、光検出素子１０６の受光面上における光軸に垂直な面内での移動量は、下記式（１）及び（２）により表される。光軸に垂直な面内で図１の紙面に沿う方向（矢印ｈで示す）の変位をＤｈ、図１の紙面と直交する方向（矢印ｖで示す）をＤｖとして示す。ｆは光学レンズ１１５の焦点距離である。
【００１７】
Ｄｈ＝２ｆ×ｔａｎ（α１＋α２）・・・（１）
Ｄｖ＝２ｆ×ｔａｎ（β１＋β２）・・・（２）
【００１８】
本発明によれば、光軸調整具として用いる例えば調整用ミラーのうち、光源に近いものと外部共振器の入力結合素子との間の任意の地点、特に好ましくは２つの調整用ミラーの間の特定位置と、光検出素子の受光面とが幾何光学的に共役となるように配置する。共役な位置とすることによって、以下に説明するように、調整用ミラーを角度変位させて光軸を調整する際の光検出素子の受光面でのレーザビームの移動量を小さくすることができる。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態例に係るレーザ装置の一例の概略構成図である。この例においては、連続波を発振するレーザ光源１と、入力結合素子９を有する外部共振器１４と、光学レンズ５と、光検出素子６と、この光検出素子６により検出される光出力に基づいて外部共振器１４にレーザ光源１からのレーザ光の光軸を合わせる、いわゆるモードマッチングさせるための光軸調整具、この場合調整用ミラー４ａ及び４ｂを備える構成とした例を示す。そしてこの例においては、光源1側の調整用ミラー４ａと光結合素子９との間の特定位置Ｃ１が、光検出素子６の受光面と幾何光学的な共役の位置となるように配置する。この例においては特定位置Ｃ１を調整用ミラー４ａ及び４ｂの間に配置した例を示す。図２においては、光軸調整前の光軸を破線Ａ１、光軸調整後の光軸を実線Ａとして示す。
【００２０】
ここで、図２に示すように、調整用ミラー４ａ及び４ｂから、光検出素子６の受光面と幾何光学的な共役の位置とする特定位置Ｃ１までの距離をそれぞれＰ１及びＰ２とする。なお、符号は光の進行方向を＋とする。また、共役となる特定位置Ｃ１が光検出素子６の受光面に結像される横倍率をｋ、調整用ミラー４ａ及び４ｂの角度変位量をそれぞれ（α１，β１）、（α２，β２）とした場合（α及びβの符号は図１に示す例と同様とする）、光検出素子６の受光面上でのスポット位置の移動量Ｄは、下記の式（３）及び（４）で表される。この場合も、光軸Ａに垂直な面内で図２の紙面に沿う方向（矢印ｈで示す）の変位をＤｈ、図２の紙面と直交する方向（矢印ｖで示す）をＤｖとして示す。
【００２１】
Ｄｈ＝２ｋ×｛Ｐ１×ｔａｎα１−Ｐ２×ｔａｎ（α２−α１）｝・・・（３）
Ｄｖ＝２ｋ×｛Ｐ１×ｔａｎβ１−Ｐ２×ｔａｎ（β２−β１）｝・・・（４）
【００２２】
このように、２枚の調整用ミラー４ａ及び４ｂを使って光軸を調整する際、それぞれ同じ向きに回転させると光軸の角度の変化を打ち消すことになるため、それぞれ逆の方向に回転させることが多い。もし、調整用ミラー４ａ及び４ｂの間に共役となる点が存在すれば、Ｐ１の符号が正、Ｐ２の符号が負となるために相殺され、移動量Ｄｈ、Ｄｖの絶対値を小さくする効果がある。これに対し、調整用ミラー４ａ及び４ｂの間に共役となる点が存在しなければ、Ｐ１とＰ２が同符号となり、移動量の絶対値は大きくなることが分かる。
【００２３】
したがって、光検出素子６の受光面と幾何光学的に共役となる特定位置は、２つの調整用ミラーを用いる場合はその間とすることが望ましいことが分かる。特に、回転角度α１、α２、β１、β２が略同じである場合は調整用ミラー４ａ及び４ｂの中間点に位置することによって、光スポット位置の変動量Ｄを最小限とすることができる。
なお、特定位置Ｃ１を調整用ミラー４ｂと光結合素子９との間に配置する場合においても、従来と比べて光検出素子６の受光面上でのスポットの移動量を抑制することができるので、光軸調整作業の簡易化を図ることが可能である。
【００２４】
なお、必要とする光軸調整量は、基本的には外部共振器１４の入力結合素子９を配置する際の機械的な精度によって異なってくる。また非線形光学結晶１２の交換の際には個々の非線形光学結晶１２の入出射面の面精度によってもこの光軸調整量は変化する。
したがって、特定位置Ｃ１をどこに配置することが好ましいかは一概にいえないが、一対の調整用ミラー４ａ及び４ｂを用いる場合に、ほぼ同一の形状のミラーを用いるときは、後述するように、これらミラー４ａ及び４ｂの中間点から、ミラー４ａ及び４ｂの間隔の４分の１の範囲とすることが望ましいといえる。
一方、調整用ミラー４ａ及び４ｂの距離や大きさ、また曲率を設ける場合などにおいて、一方の調整用ミラーの光軸調整量が大となる場合においては、この光軸調整量が大とされる調整用ミラーの近傍に特定位置Ｃ１を配置することが望ましいといえる。
【００２５】
次に、光軸調整具として調整用ミラーの代わりに、図３に示すようなウェッジ板２１を用いる例についえ説明する。
図３に示すように、ウェッジ板２１の入射面と出射面の成すウェッジ角をθとし、屈折率をnとすると、このウェッジ板２１を通過する光ビームの偏角δは、
δ＝（ｎ−１）×θ
となる。
ウェッジ板単体では、光軸を中心としてこのウェッジ板を回転させたとき、光ビームは円を描く。一方、同じウェッジ板を２枚向かい合わせにし、それぞれ光軸を中心に適当な角度に回転させて用いると、偏角が最大２×（ｎ−１）×θから０までの３次元の任意の方向に光ビームを偏光させることができ、ミラー２枚と同等の光軸調整作用が得られる。
以下これについて図面を参照して説明する。
図４Ａ及びＢは、光軸と直交する面を有するウェッジ板を２枚用意し、この光軸と直交する面を対向させた一対のウェッジ板ユニット２２ａ及び２２ｂの概略断面構成図である。
図４Ａにおいては、入射光の光軸Ｂがほぼ平行移動した状態、図４Ｂにおいては、ウェッジ板２２ａ及び２２ｂを回転させて入射光の光軸Ｂを下向きに偏向させた場合を示す。
【００２６】
各ウェッジ板を回転させて光軸を種々の角度に偏向、又は平行移動した状態を図５Ａ〜Ｅに示す。図５Ａ〜Ｅにおいては、光軸の移動する様子をｘ軸（水平方向）及びｙ軸（垂直方向）の座標により示したものである。図５Ａにおいては、ウェッジ板２２Ａ及び２２Ｂを通過後に光軸Ｂがｘ−ｙ座標の原点に垂直となるように配置した場合を示す。図５Ｂに示すように、各ウェッジ板２２ａ、２２ｂをそれぞれ矢印ｗａ、ｗｂで示すように、それぞれ光の進行方向に向かって右向き、左向きに９０°回転させると、光軸Ｂはｘ軸方向正側に角度θｘ０偏向する。図５Ｃに示すように、更に各ウェッジ板２２ａ及び２２ｂをそれぞれ矢印ｗａ、ｗｂで示すように更に９０°回転させると、光軸Ｂはｙ軸方向負側にｙ０平行移動する。図５Ｄに示すように、各ウェッジ板２２ａ及び２２ｂを９０°更に回転させると、光軸Ｂはｘ軸方向負側に角度θｘ０偏向する。そして図５Ｅに示すように、各ウェッジ板２２ａ及び２２ｂを更に９０°回転させると、光軸Ｂは図５Ａに示す元の位置に戻る。
また、図５Ｂに示すウェッジ板２２ａ及び２２ｂを同じ向きに９０°回転するとｙ軸方向に角度を偏向させることができ、回転角度を調整することによって、偏向角度を調整することができる。また、図５Ｃに示すウェッジ板２２ａ及び２２ｂを同一方向に回転させるとｘ−ｙ平面内への平行移動が可能である。
【００２７】
図５Ａ〜Ｅにおいて説明した構成では、各ウェッジ板２２ａ及び２２ｂの間隔を調整可能とすることによって、平行移動量を調整することができる。この場合は、ウェッジ板２枚のみで光軸調整具を構成することができる。
一方、同様のウェッジ板２枚を１組とするウェッジ板ユニットを２組設けることによって、角度及び平行移動の調整を各ウェッジ板の回転機構のみによって行うことが可能となる。
【００２８】
図６においては、本発明の実施形態例に係るレーザ装置において、２組のウェッジ板ユニットを光軸調整具として用いる構成の一例の概略構成図を示す。図６において、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例においては、上述の図５Ａ〜Ｅにおいて説明した構成のウェッジ板ユニット２２及び２３を用いるもので、これらウェッジ板ユニット２２及び２３の間の特定位置Ｃ２に、光検出素子６の受光面と幾何光学的に共役となる点を設ける構成とする。この例においては、特定位置Ｃ２をウェッジ板ユニット２２及び２３のほぼ中間位置に配置する例を示す。ウェッジ板ユニット２２及び２３による光軸の偏向及び平行移動による光検出素子６の受光面での光スポットの位置変動量は前述の一対のミラーを用いる場合と同様の式（３）及び（４）が適用可能である。したがって、このような構成とすることによって、図２に示す例と同様に、光検出素子６の受光面上での光スポット位置の移動量Ｄを小さくすることが可能である。
【００２９】
なお、ウェッジ板ユニット２２及び２３が同一の形状のウェッジ板の組み合わせより構成される場合は、ウェッジ板ユニット２２及び２３の略中間位置に共役となる特定位置Ｃ２を配置することが好ましい。
【００３０】
図７は、本発明の他の実施形態例によるレーザ装置の一例の概略構成図である。図７において、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例においては、レーザ光源１から射出される光を、光ファイバー３２を介して、光軸調整具として用いるコリメータレンズ３４に入射する場合を示す。このコリメータレンズ３４は図示しないチルト回転機構及び平行移動機構を有するコリメータレンズユニット３５に配置される。光ファイバー３２の出射端の光結合素子３３はこのコリメータレンズユニット３５の一端に固定される。コリメータレンズユニット３５のチルト回転機構及び平行移動機構により、矢印ｔで示す回転方向、また矢印ｍ１及びｍ２で示す方向にコリメータレンズ３４の出射角度偏向及び光軸平行移動が可能とされる。このように、光源１から出射される光が光ファイバー３２によりコリメータレンズ３４に入射される構成とすることによって、コリメータレンズ３４の回転及び平行移動に対して結合効率を損なうことなく光を入射させることができるという利点を有する。
【００３１】
そしてこの例においては、このチルト回転機構の回転中心Ｃ３を、光検出素子６の受光面と幾何光学的に共役な位置となるように配置する。このような構成とすることによって、上述の図１及び図６に示す例と同様に、光検出素子６の受光面上での光スポット位置の移動量Ｄを小さくすることが可能である。特に、チルト回転調整の回転中心Ｃ３が光検出素子６の受光面と共役となる位置にあるため、チルト調整によっては受光面上での光スポットの移動はない。光軸に垂直な面内での平行移動調整によるずれのみが、スポット移動に関係するので、光軸調整作業を大幅に簡易化することが可能となる。
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、外部共振器へのモードマッチングすなわち光軸調整の際に、光検出素子の位置を殆ど動かす必要がなくなり、調整作業時間を大幅に短縮することができることとなる。また、必ずしも熟練作業者でなくとも調整が可能になる。したがって、組み立て製造時及びメンテナンス時も含めた調整作業にかかる時間及び人員の両方を削減することが可能であり、大幅なコストの低減化が可能となる。
【００３３】
次に、上述の実施形態例におけるレーザ装置について、より具体的な寸法形状を検討した第１〜第５の実施形態例について説明する。
〔１〕第1の実施形態例
図８に本発明の第１の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図を示す。図８において、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例においては、レーザ光源１として、波長１３００ｎｍ、Ｍ２＝１、射出口において直径１ｍｍのビームウェストを持つ連続波レーザを用いる。レーザ光源１の射出光路上に、光学レンズ２が配置される。この光学レンズ２は、レーザ光源１側に凸面を向けた平凸レンズであり、曲率半径１５１．１ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質はＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離は３００ｍｍであり、後述する外部共振器１４にレーザ光源１からのレーザ光をモードマッチングさせる作用を有する。そしてこの例においては、光軸調整具として一対の調整用ミラー４ａ及び４ｂを用いる。外部共振器１４のレーザ光の入射位置には、入力結合素子９例えば半透鏡より成る入力結合鏡が配置される。この入力結合素子９の外部共振器１４側の面には半透過膜が形成される。また、入力結合素子９と光検出素子６との間に配置される光学レンズ５は、入力結合素子９側に凸面を向けた平凸レンズを用いる。この場合、その曲率半径は２３．４ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質はＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離４６．５ｍｍであり、光検出素子６の受光面に集光する作用を有する。光検出素子６としては、ＩｎＧａＡｓより成るＰＩＮ（P-Intrinsic-N）フォトダイオードであり、受光面の大きさは直径０．８ｍｍである。Ｃ４は光学レンズ５によって光検出素子６の受光面と共役となる特定位置を示す。
【００３４】
外部共振器１４は、入力結合素子９と、その他のミラー１０、１１ａ及び１１ｂより構成される。入力結合素子９は両面とも平面であり、材質は合成石英、厚さは３ｍｍである。ミラー１０は平面ミラー、ミラー１１ａ及び１１ｂは曲率半径１２５ｍｍの凹面ミラーである。入力結合素子９及びミラー１０、１１ａ及び１１ｂへの入射角はそれぞれ１０°に設定されている。また、ミラー１１ａ及び１１ｂの間には非線形光学結晶１２として例えば厚さ４ｍｍのＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶が配置される。
ここで、各部の距離及び光路長を以下の通り設定する。
【００３５】
レーザ光源１の射出口からレンズ２までの距離 ａ１＝３００ｍｍ
レンズ２からミラー４ａまでの距離 ａ２＝１８．３ｍｍ
ミラー４ｂから入力結合素子９の共振器側の面までの距離 ａ３＝７４ｍｍ
入力結合素子９の共振器側の面からレンズ５までの距離 ａ４＝１００ｍｍ
レンズ５から光検出素子６の受光面までの距離 ａ５＝５５．７ｍｍ
ミラー４ａからＣ４までの距離 ｐ１＝７０ｍｍ
ミラー４ｂからＣ４までの距離 ｐ２＝−７０ｍｍ
入力結合素子９とミラー１０との間の光路長 ｗ１＝１３２ｍｍ
ミラー１０とミラー１１ａとの間の光路長 ｗ２＝１５０ｍｍ
ミラー１１ａ及び１１ｂの間の光路長 ｗ３＝１５０ｍｍ
ミラー１１ｂと入力結合素子９の間の光路長 ｗ４＝１５０ｍｍ
【００３６】
以上の構成において、特定位置Ｃ４におけるレーザビームの直径は０．４３ｍｍ、位置Ｃ４が光検出素子６の受光面に結像する倍率ｋは−０．２３であるため、光検出素子６の受光面でのレーザビーム直径は０．１ｍｍとなる。
この第１の実施形態例において、調整用ミラー４ａ及び４ｂを用いてモードマッチ調整をしたときの光検出素子６の受光面上でのビームの移動量を計算する。光源１側の調整用ミラー４ａを図８の紙面内で時計回りに０．５°、共振器側の調整用ミラー４ｂを図８の紙面内で反時計回りに０．５°傾けた場合、上記式（３）により、レーザビームの移動量は０．２８ｍｍとなる。調整開始前に光検出素子６の受光面の中心にレーザビームが位置していれば、調整によってもレーザビームがこの受光面内にとどまることが分かる。したがって、この場合は光検出素子６の位置を移動することなく、モードマッチング調整が可能となる。
【００３７】
一方、本発明構成とすることなく、光学レンズ５の後側焦点位置に光検出素子６の受光面を配置する従来構成と同様の配置とする場合は、その移動量を求めると、上記式（１）により０．８ｍｍとなり、レーザビームが光検出素子６の受光面からはずれてしまう。なお、この場合は光学レンズ５と光検出素子６の受光面までの距離は、ａ５＝４４．８ｍｍである。
【００３８】
また、特定位置Ｃ４を調整用ミラー４ａ及び４ｂの中間から共振器１４側の調整用ミラー４ｂ側にずらして配置した場合については以下の通りである。各部の距離を以下の通り設定する。
レンズ５から光検出素子６の受光面までの距離 ａ５＝５７．７ｍｍ
ミラー４ａからＣ４までの距離 ｐ１＝１００ｍｍ
ミラー４ｂからＣ４までの距離 ｐ２＝−４０ｍｍ
以上の設定とし、その他の部品の距離及び光路長は上述の例と同様としたとき、特定位置Ｃ４におけるビーム直径は０．３９ｍｍ、位置Ｃ４が受光面に結像する倍率ｋは−０．２８であるため、光検出素子６の受光面でのビーム直径は０．１１ｍｍとなる。このとき上記の例と同様に、光源１側の調整用ミラー４ａを図８の紙面内で時計回りに０．５°、共振器１４側の調整用ミラー４ｂを図８の紙面内で反時計回りに０．５°傾けた場合、上記式（３）によりレーザビームの移動量は０．１０ｍｍとなり、上述の例すなわち調整用ミラー４ａ及び４ｂの中間に特定位置Ｃ４を配置する場合と同様に、レーザビームが光検出素子６の受光面内にとどまる。
【００３９】
一方、特定位置Ｃ４を他方の調整用ミラー４ａ側に移動した場合について説明する。この例においては、各部の距離を以下の通り設定する。
レンズ５から光検出素子６の受光面までの距離 ａ５＝５４．３ｍｍ
ミラー４ａからＣ４までの距離 ｐ１＝４０ｍｍ
ミラー４ｂからＣ４までの距離 ｐ２＝−１００ｍｍ
以上の設定とし、その他の部品の距離及び光路長は上述の例と同様としたとき、特定位置Ｃ４におけるレーザビームの直径は０．４７ｍｍ、位置Ｃ４が受光面に結像する倍率ｋは−０．２０であるため、光検出素子６の受光面でのレーザビームの直径は０．０９ｍｍとなる。上記の例と同様に、光源１側の調整用ミラー４ａを図８の紙面内で時計回りに０．５°、共振器１４側の調整用ミラー４ｂを紙面内で反時計回りに０．５°傾けた場合、上記式（３）によりレーザビームの移動量は０．５６ｍｍとなり、同様にレーザビームが光検出素子６の受光面内にとどまる。
したがって、これらの結果から、特定位置は調整用ミラー４ａ及び４ｂの中間位置から、これらの間の距離の４分の１程度の範囲に設定することによって、光軸調整の際に光検出素子６の受光面内でのレーザビームの移動を十分に抑制することができて、光検出素子６の位置を移動することなく、モードマッチング調整が可能となる。
【００４０】
〔２〕第２の実施形態例
この例においては、図８に示す構成として、レーザ光源１や光学レンズ２及び５などを以下に示す通り変更した。レーザ光源１として、波長５３２ｎｍ、Ｍ２＝１、射出口において直径１ｍｍのビームウェストを持つ連続波レーザを用いる。光学レンズ２はレーザ光源１側に凸面を向けた平凸レンズであり、曲率半径２４９．３５ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質ＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離４８０ｍｍであり、外部共振器１４にレーザ光源１からのレーザ光をモードマッチングさせる作用を有する。光学レンズ５は入力結合素子９側に凸面を向けた平凸レンズであり、曲率半径３４．１ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質ＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離６５．６ｍｍであり、光検出素子６の受光面にレーザ光を集光する作用を有する。光検出素子６の受光面の大きさは直径２ｍｍである。
なお、その他の構成、特に外部共振器１４を構成するミラー９，１０、１１ａ、１１ｂ及び非線形光学結晶１２の材料、構成、寸法は上述の第１の実施形態例と同様とする。
すなわち、入力結合素子９は両面とも平面であり、材質は合成石英、厚さは３ｍｍである。ミラー１０は平面ミラー、ミラー１１ａ及び１１ｂは曲率半径１２５ｍｍの凹面ミラーである。入力結合素子９及びミラー１０、１１ａ及び１１ｂへの入射角はそれぞれ１０°に設定されている。また、ミラー１１ａ及び１１ｂの間には非線形光学結晶１２として例えば厚さ４ｍｍのＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶が配置される。
ここで、各部の距離及び光路長を以下の通り設定する。
【００４１】
レーザ光源１の射出口からレンズ２までの距離 ａ１＝４８０ｍｍ
レンズ２から調整用ミラー４ａまでの距離 ａ２＝２００ｍｍ
ミラー４ｂから入力結合素子９の共振器側の面までの距離 ａ３＝７４ｍｍ
入力結合素子９の共振器側の面からレンズ５までの距離 ａ４＝１００ｍｍ
レンズ５から光検出素子６の受光面までの距離 ａ５＝８８．２ｍｍ
ミラー４ａからＣ４までの距離 ｐ１＝７０ｍｍ
ミラー４ｂからＣ４までの距離 ｐ２＝−７０ｍｍ
入力結合素子９とミラー１０との間の光路長 ｗ１＝１３２ｍｍ
ミラー１０とミラー１１ａとの間の光路長 ｗ２＝１５０ｍｍ
ミラー１１ａ及び１１ｂの間の光路長 ｗ３＝１５０ｍｍ
ミラー１１ｂと入力結合素子９の間の光路長 ｗ４＝１５０ｍｍ
【００４２】
この場合、特定位置Ｃ４におけるレーザビームの直径は０．５４ｍｍ、Ｃ４が光検出素子６の受光面に結像する倍率ｋは−０．３７であるため、光検出素子６の受光面でのレーザビーム直径は０．２ｍｍとなる。
この第２の実施形態例において、調整用ミラー４ａ及び４ｂを用いてモードマッチ調整をしたときの光検出素子６の受光面上でのレーザビームの移動量を計算する。調整用ミラー４ａを図８の紙面内で時計回りに０．５°、調整用ミラー４ｂを図８の紙面内で反時計回りに０．５°傾けた場合、上記式（３）により、レーザビームの移動量Ｄは０．４５ｍｍとなる。調整開始前に光検出素子６の受光面の中心にレーザビームが位置していれば、調整によってもレーザビームが光検出素子６の受光面内にとどまる。したがって、光検出素子６の位置を変更する必要がなく、簡単に光軸調整を行うことが可能であることが分かる。
【００４３】
なお、本発明構成とすることなく、光学レンズ５の後側焦点位置に光検出素子６の受光面を配置した場合の移動量を求めると、上記式（１）により２．３ｍｍとなり、光検出素子６の受光面からレーザビームの位置がはずれてしまう。このときレンズ５から光検出素子６までの距離はａ５＝６５ｍｍである。
【００４４】
〔３〕第３の実施形態例
図９に本発明の第３の実施形態例に係るレーザ装置の一例の概略構成図を示す。図９において、図８と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例においては、光学レンズ２を調整用ミラー４ｂと外部共振器１４の入力結合素子９との間に配置した例を示す。この例においては、レーザ光源１として、波長５３２ｎｍ、Ｍ２＝１、射出口において直径１ｍｍのビームウェストを持つ連続波レーザである。光学レンズ２は、調整用ミラー４ｂ側に凸面を向けた平凸レンズであり、曲率半径２４９．３５ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質ＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離１１８．５ｍｍであり、外部共振器１４の入力結合素子９と後述する外部共振器１４に光源１からのレーザ光をモードマッチさせる作用を有する。入力結合素子９は、上述の第１及び第２の実施形態例と同様に、外部共振器９側に半透過膜が形成された半透鏡である。光学レンズ５は入力結合素子９側に凸面を向けた平凸レンズであり、曲率半径３４．１ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質ＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離１０８．２ｍｍであり、光検出素子６に集光する作用を有する。光検出素子６は受光面の直径が２ｍｍのフォトダイオードである。ここで、Ｃ５は光学レンズ２、入力結合素子９の半透面による反射、光学レンズ５によって光検出素子６の受光面と共役となる特定位置である。
【００４５】
外部共振器１４のミラー１０、１１ａ及び１１ｂの材料構成、非線形光学結晶１２の材料、寸法は前述の第１及び第２の実施形態例と同様の構成とする。
すなわち、入力結合素子９は両面とも平面であり、材質は合成石英、厚さは３ｍｍである。ミラー１０は平面ミラー、ミラー１１ａ及び１１ｂは曲率半径１２５ｍｍの凹面ミラーである。入力結合素子９及びミラー１０、１１ａ及び１１ｂへの入射角はそれぞれ１０°に設定されている。また、ミラー１１ａ及び１１ｂの間には非線形光学結晶１２として例えば厚さ４ｍｍのＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶が配置される。
ここで、各部の距離及び光路長を以下の通り設定する。
【００４６】
レーザ光源１の射出口からレンズ２までの距離 ｂ１＝３３０ｍｍ
ミラー４ｂから光学レンズ２までの距離 ｂ２＝５０ｍｍ
レンズ２から入力結合素子９の共振器側の面までの距離 ｂ３＝６６．３ｍｍ
入力結合素子９の共振器側の面からレンズ５までの距離 ｂ４＝１４１ｍｍ
レンズ５から光検出素子６の受光面までの距離 ｂ５＝８８．２ｍｍ
ミラー４ａからＣ５までの距離 ｐ１＝６０ｍｍ
ミラー４ｂからＣ５までの距離 ｐ２＝−６０ｍｍ
入力結合素子９とミラー１０との間の光路長 ｗ１＝１５０ｍｍ
ミラー１０とミラー１１ａとの間の光路長 ｗ２＝１５０ｍｍ
ミラー１１ａ及び１１ｂの間の光路長 ｗ３＝１３２ｍｍ
ミラー１１ｂと入力結合素子９の間の光路長 ｗ４＝１５０ｍｍ
【００４７】
なお、入力結合素子９は、光学レンズ２側からミラー１０側に透過する光に対しては焦点距離−２７１．３ｍｍ、光学レンズ２側からの光を光学レンズ５側に反射する光に対しては焦点距離−４２．８ｍｍのレンズとして作用する。
特定位置Ｃ５におけるレーザビームの直径は１．０２ｍｍ、位置Ｃ５が光検出素子６の受光面に結像する倍率ｋは−０．４９であるため、光検出素子６の受光面でのビーム直径は０．５ｍｍとなる。
この第３の実施形態例において、調整用ミラー４ａ及び４ｂを用いてモードマッチング調整をしたときの光検出素子６の受光面上でのレーザビームの移動量を計算する。調整用ミラー４ａを図９の紙面内で時計回りに０．５°、調整用ミラー４ｂを図９の紙面内で反時計回りに０．５°傾けると、上記式（３）によりレーザビームの移動量は０．５１ｍｍとなる。調整開始前に光検出素子９の受光面の中心にビームが位置していれば、調整によってもビームが受光面内にとどまる。
【００４８】
これに対し、本発明構成とすることなく、光学レンズ５の焦点位置に光検出素子６の受光面を配置した場合のレーザビーム移動量を求めると、上記式（１）により３．８ｍｍとなり、光検出素子６の受光面から外れてしまう。このとき、光学レンズ５と光検出素子６の受光面との距離はｂ５＝１０６．２ｍｍである。
【００４９】
〔４〕第４の実施形態例
図１０に本発明の第４の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図を示す。この例においては、光軸調整具として、２枚のウェッジ板より成るウェッジ板ユニットを２組用いる場合を示す。図１０において、図６と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例においては、レーザ光源１として波長５３２ｎｍ、Ｍ２＝１、射出口において直径１ｍｍのビームウェストを持つ連続波レーザを用いる。光源１とウェッジ板ユニット２２との間に配置される光学レンズ２は、レーザ光源１側に凸面を向けた平凸レンズであり、曲率半径２４９．３５ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質ＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離４８０ｍｍであり、外部共振器１４にレーザ光源１からのレーザ光をモードマッチングさせる作用を有する。外部共振器１４の入力結合素子９は、共振器１４側の面に半透過膜が形成される半透鏡より構成される。入力結合素子９と光検出素子６との間に配置される光学レンズ５は、入力結合素子９側に凸面を向けた平凸レンズとする。この光学レンズ５は曲率半径３４．１ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質ＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離６５．６ｍｍであり、光検出素子６にレーザ光を集光する作用を有する。光検出素子６はフォトダイオードであり、受光面の大きさは直径２ｍｍである。Ｃ６は光学レンズ５によって光検出素子６の受光面と共役となる特定位置を示す。
【００５０】
外部共振器１４のミラー１０、１１ａ及び１１ｂの材料構成、非線形光学結晶１２の材料、寸法は前述の第１及び第２の実施形態例と同様の構成とする。
すなわち、入力結合素子９は両面とも平面であり、材質は合成石英、厚さは３ｍｍである。ミラー１０は平面ミラー、ミラー１１ａ及び１１ｂは曲率半径１２５ｍｍの凹面ミラーである。入力結合素子９及びミラー１０、１１ａ及び１１ｂへの入射角はそれぞれ１０°に設定されている。また、ミラー１１ａ及び１１ｂの間には非線形光学結晶１２として例えば厚さ４ｍｍのＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶が配置される。
ここで、各部の距離及び光路長を以下の通り設定する。
【００５１】
レーザ光源１の射出口からレンズ２までの距離 ｃ１＝４８０ｍｍ
レンズ２からウェッジ板ユニット２２までの距離 ｃ２＝２００ｍｍ
ウェッジ板ユニット２３から入力結合素子９の共振器側の面までの距離
ｃ３＝７４ｍｍ
入力結合素子９の共振器側の面からレンズ５までの距離 ｃ４＝１００ｍｍ
レンズ５から光検出素子６の受光面までの距離 ｃ５＝８８．２ｍｍ
ウェッジ板ユニット２２からＣ６までの距離 ｐ３＝７０ｍｍ
ウェッジ板ユニット２３からＣ６までの距離 ｐ４＝−７０ｍｍ
入力結合素子９とミラー１０との間の光路長 ｗ１＝１３２ｍｍ
ミラー１０とミラー１１ａとの間の光路長 ｗ２＝１５０ｍｍ
ミラー１１ａ及び１１ｂの間の光路長 ｗ３＝１５０ｍｍ
ミラー１１ｂと入力結合素子９の間の光路長 ｗ４＝１５０ｍｍ
【００５２】
この場合、特定位置Ｃ６におけるレーザビームの直径は０．５４ｍｍ、位置Ｃ６が光検出素子６の受光面に結像する倍率ｋは−０．３７であるため、光検出素子６の受光面でのレーザビーム直径は０．２ｍｍとなる。
この第４の実施形態例において、ウェッジ板ユニット２２及び２３を用いてモードマッチ調整をしたときの光検出素子６の受光面上でのレーザビームの移動量を計算する。ウェッジ板ユニット２２により図１０の紙面内で光軸が時計回りに１°、ウェッジ板ユニット２３により図１０の紙面内で光軸が反時計回りに１°傾いた場合、レーザビームの移動量は０．４５ｍｍとなる。調整開始前に光検出素子６の受光面の中心にレーザビームが位置していれば、調整によってもレーザビームが光検出素子６の受光面内にとどまる。従って、光軸調整にあたって、光検出素子６の位置を移動する必要がなく、光軸調整作業の簡易化を図ることができる。
【００５３】
これに対し、本発明構成とすることなく、光学レンズ５の後側焦点位置に光検出素子６の受光面を配置した場合の移動量を求めると２．３ｍｍとなり、光検出素子６の受光面からはずれてしまう。このとき光学レンズ５と光検出素子６との距離ｃ５＝６５ｍｍである。
【００５４】
〔５〕第５の実施形態例
図１１に本発明の第５の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図を示す。この例においては、光軸調整具として、コリメータレンズと、このコリメータレンズをチルト回転機構及び平行移動機構により回転調整、位置調整を可能としたコリメータレンズユニットにより構成する例を示す。図１１において、図７と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例においては、光源１として、波長５３２ｎｍの連続波レーザを用いる。そしてコア径３．５μｍのシングルモードの光ファイバー３２によりレーザ光が伝送される構成とする。ファイバー射出端の光結合素子３３はコリメータユニット３５の光入力端に固定される。コリメータレンズ３４はファイバー３３の射出端側に平面、共振器１４側に凸面を向けた平凸レンズであり、曲率半径１．５６ｍｍ、厚さ１ｍｍ、材質ＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離３ｍｍであり、外部共振器１４に光源１からのレーザ光をモードマッチングさせる作用を有する。入力結合素子９は、共振器１４側の面に半透過膜が形成された半透鏡とする。光学レンズ５は入力結合素子９側に凸面を向けた平凸レンズであり、曲率半径３４．１ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ、材質ＢＫ７（Schott （株）社製、商品名）、焦点距離６５．６ｍｍであり、光検出素子６に集光する作用を有する。光検出素子６はフォトダイオードであり、受光面の大きさは直径２ｍｍである。Ｃ７は光学レンズ５によって光検出素子６の受光面と共役となる特定位置であり、コリメータレンズ３４の凸面の頂点に位置している。コリメータユニット３５は、特定位置Ｃ７を回転中心にした水平方向、垂直方向のチルト回転機構および光軸に垂直な面内での水平、垂直方向の平行移動機構を備える。また、ＣＭ２，ＣＭ３，ＣＭ４は全反射ミラーであり、ＣＭ１とともに光共振器を構成している。
【００５５】
外部共振器１４のミラー１０、１１ａ及び１１ｂの材料構成、非線形光学結晶１２の材料、寸法は前述の第１及び第２の実施形態例と同様の構成とする。
すなわち、入力結合素子９は両面とも平面であり、材質は合成石英、厚さは３ｍｍである。ミラー１０は平面ミラー、ミラー１１ａ及び１１ｂは曲率半径１２５ｍｍの凹面ミラーである。入力結合素子９及びミラー１０、１１ａ及び１１ｂへの入射角はそれぞれ１０°に設定されている。また、ミラー１１ａ及び１１ｂの間には非線形光学結晶１２として例えば厚さ４ｍｍのＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）結晶が配置される。
【００５６】
ここで、各部の距離及び光路長を以下の通り設定する。
ファイバー３２射出端からレンズ３４までの距離 ｄ１＝２．４ｍｍ
レンズ３４から入力結合素子９の共振器側の面までの距離 ｄ２＝１６７ｍｍ
入力結合素子９の共振器側の面からレンズ５までの距離 ｄ３＝７７ｍｍ
レンズ５から光検出素子６の受光面までの距離 ｄ４＝８８．２ｍｍ
入力結合素子９とミラー１０との間の光路長 ｗ１＝１３２ｍｍ
ミラー１０とミラー１１ａとの間の光路長 ｗ２＝１５０ｍｍ
ミラー１１ａ及び１１ｂの間の光路長 ｗ３＝１５０ｍｍ
ミラー１１ｂと入力結合素子９の間の光路長 ｗ４＝１５０ｍｍ
【００５７】
特定位置Ｃ７におけるレーザビームの直径は０．５８ｍｍ、位置Ｃ７が光検出素子６の受光面に結像する倍率ｋは−０．３７であるため、光検出素子６の受光面でのレーザビーム直径は０．２１ｍｍとなる。
この第５の実施形態例において、コリメータユニット３５のチルト調整により外部共振器１４へのモードマッチ調整を行った場合、その回転中心が、光検出素子６の受光面と共役となる点Ｃ７と一致しているため、光検出素子６の受光面上でレーザビームは移動しない。
【００５８】
これに対し、本発明構成とすることなく、光学レンズ５の後側焦点位置に光検出素子６の受光面を配置した場合、コリメータレンズユニット３５のチルト回転機構により０．９°以上レーザビームの偏向を行うと、光検出素子６の受光面からレーザビームがはずれてしまう。このとき、光学レンズ５と光検出素子６との間の距離はｄ４＝６５ｍｍである。
【００５９】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ装置の光軸調整作業の際に光検出素子の位置を変更する必要がなく、極めて簡単な作業で光軸調整を行うことが可能となる。
特に、従来は調整が非常に困難であった波長１３００ｎｍから波長６５０ｎｍへの波長変換を行う外部共振器を有するレーザ装置において、その波長帯域に適用できるＩｎＧａＡｓ等のフォトダイオードを光検出素子として用いる場合に、その受光面の面積が直径１ｍｍ程度と比較的小さくても、上述したようにこの光検出素子の位置を変更することなく光軸調整が可能であり、上述の波長帯域のレーザ装置における光軸調整作業を格段に簡易化することが可能である。
一方、光検出素子の受光面上での光スポットの移動量が小さくなるため、従来のレーザ装置と比較してより受光面積の小さい光検出を使用することが可能となる。フォトダイオードは一般に受光面積が小さいほど安価であるため、より安価な光検出素子を使用することができ、コストダウンに有効である。
また、半導体製造プロセスにおいて使用されるレーザ装置においても本発明構成を採用することによって、その組み立て調整、修理メンテナンス作業の簡易化を図ることができる。このため、半導体工場における製造装置の停止期間の短縮を図ることができ、半導体製造のコストへの悪影響を回避することが可能となる。
【００６０】
なお、本発明は、上述の図1〜図１１に示す例に限定されるものではなく、各光学部品の材料、寸法形状や配置、機能等において、本発明構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。また、パルスレーザ光源を用いるレーザ装置においても、例えばフォトダイオードにパルスレーザ光を受光させる際にミラーを回転させて調整する場合などに本発明を適用することによって、その光軸調整作業の簡易化を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】レーザ装置の光軸調整の説明に供する概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図である。
【図３】ウェッジ板の断面構成図である。
【図４】Ａ及びＢはウェッジ板ユニットによる光軸偏向の説明に供する概略断面構成図である。
【図５】Ａ〜Ｅはウェッジ板ユニットによる光軸偏向の説明に供する概略断面構成図である。
【図６】本発明の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図である。
【図７】本発明の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図である。
【図８】本発明の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図である。
【図９】本発明の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図である。
【図１１】本発明の実施形態例に係るレーザ装置の概略構成図である。
【図１２】従来のレーザ装置の一例の概略構成図である。
【図１３】Ａ〜Ｃはレーザ装置における光軸調整作業時の出力の変化の一例を示す図である。
【図１４】Ａ〜Ｃはレーザ装置における光軸調整作業時の出力の変化の一例を示す図である。
【図１５】シリコンフォトダイオード及びＩｎＧａＡｓフォトダイオードにおける受光面積と遮断周波数との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１．レーザ光源、４．光軸調整具、４ａ，４ｂ．調整用ミラー、５．光学レンズ、６．光検出素子、９．入力結合素子、１０．ミラー、１１ａ，１１ｂ．ミラー、１２．非線形光学結晶、１４．外部共振器、２１．ウェッジ板、２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ．ウェッジ板、２２，２３．ウェッジ板ユニット、３２．光ファイバー、３３．光結合素子、３４．コリメータレンズ、３５．コリメータレンズユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、入力結合素子を有する外部共振器と、光検出素子と、該光検出素子により検出される光出力に基づいて前記外部共振器に前記レーザ光源からのレーザ光の光軸を合わせるための光軸調整具とを備えて成り、
前記光源側に配置される前記光軸調整具と前記外部共振器の入力結合素子との間の特定位置と、光検出素子の受光面とが、幾何光学的な共役関係に配置されて成ることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記光軸調整具が一対のミラーであることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記特定位置が、前記一対のミラーの間に設けられることを特徴とする請求項２記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記特定位置が、前記一対のミラーの間の中間位置から前記ミラーの間の距離の４分の１の範囲内に配置されることを特徴とする請求項３記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記光軸調整具として、一対のウェッジ板より成るウェッジ板ユニットが１組以上設けられて成ることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記ウェッジ板ユニットが２組設けられ、
前記特定位置が、前記２組のウェッジ板ユニットの間に設けられることを特徴とする請求項５記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記光軸調整具がコリメータレンズであり、
前記コリメータレンズにチルト回転機構及び平行移動機構が備えられることを特徴とする請求項1記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記特定位置が、前記コリメータレンズの前記チルト回転機構による回転中心とされることを特徴とする請求項７記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記レーザ光源と前記コリメータレンズとの間に光ファイバーが配置されることを特徴とする請求項７記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記外部共振器内に非線形光学結晶が配置されて成ることを特徴とする前記請求項１記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記レーザ光源が、連続波を発振するレーザ光源であることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項１】
レーザ光源と、入力結合素子を有する外部共振器と、光検出素子と、該光検出素子により検出される光出力に基づいて前記外部共振器に前記レーザ光源からのレーザ光の光軸を合わせるための光軸調整具とを備えて成り、
前記光源側に配置される前記光軸調整具と前記外部共振器の入力結合素子との間の特定位置と、光検出素子の受光面とが、幾何光学的な共役関係に配置されて成ることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記光軸調整具が一対のミラーであることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記特定位置が、前記一対のミラーの間に設けられることを特徴とする請求項２記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記特定位置が、前記一対のミラーの間の中間位置から前記ミラーの間の距離の４分の１の範囲内に配置されることを特徴とする請求項３記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記光軸調整具として、一対のウェッジ板より成るウェッジ板ユニットが１組以上設けられて成ることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記ウェッジ板ユニットが２組設けられ、
前記特定位置が、前記２組のウェッジ板ユニットの間に設けられることを特徴とする請求項５記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記光軸調整具がコリメータレンズであり、
前記コリメータレンズにチルト回転機構及び平行移動機構が備えられることを特徴とする請求項1記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記特定位置が、前記コリメータレンズの前記チルト回転機構による回転中心とされることを特徴とする請求項７記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記レーザ光源と前記コリメータレンズとの間に光ファイバーが配置されることを特徴とする請求項７記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記外部共振器内に非線形光学結晶が配置されて成ることを特徴とする前記請求項１記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記レーザ光源が、連続波を発振するレーザ光源であることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−３１７８７１（Ｐ２００７−３１７８７１Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４５６０４（Ｐ２００６−１４５６０４）
【出願日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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