激光光源制造技术

本发明专利技术提供小型激光光源，通过组合高效率的非线性光学晶体和高输出的光通信半导体激光器，可在尚未被半导体激光器实际应用的波长区域中自由地设计波长。在一个实施方式中，包括：第一激光器，产生波长λ↓［１］的激光；第二激光器，产生波长λ↓［２］的激光；非线性光学晶体，输入波长λ↓［１］和波长λ↓［２］的激光，输出相干光，该相干光具有１／λ↓［１］＋１／λ↓［２］＝１／λ↓［３］关系的和频波长λ↓［３］，和频波长λ↓［３］为５８９．３±２ｎｍ，相当于钠Ｄ线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光光源，更具体地说涉及使用激光器和非线性光学晶体高效率地输出钠D线波长或黄色区域波长的相干光的激光光源、使中红外区域的激光在波长2～3μm的范围内可改变的激光光源、以及输出氧吸收线的波长759nm～768nm的激光的激光光源。
技术介绍
现在，在已经实用化的激光器中，已知的有He-Ne激光器和Ar激光器等的气体激光器、Nd:YAG激光器等的固体激光器、染料激光器及半导体激光器。图1表示激光器的波长区域和输出之间的关系。近年来，以可视区域及近红外区域的波段102为中心的小型轻量、低价的半导体激光器较为普及。特别是，在光通信领域中，信号光源用的1.3μm带及1.5μm带半导体激光器和光纤放大激发用的0.98μm带及1.48μm带半导体激光器较为普及。另外，半导体激光器还作为CD用激光器和红色LD使用，在DVD、Blue-ray等的记录媒介的读写所利用的可视区域及紫外区域的波段101中也使用半导体激光器。 但是，半导体激光器在波长为0.5～0.6μm的绿色、黄绿色、黄色区域的波段111和波长2～5μm的中红外区域的波段112尚未实用化，使用着高价且耗电大的气体激光器和固体激光器。 液体、气体等的光学介质的折射率、吸收等光学特性在规定光学仪器的特性方面或者食品、医药品等的精度、纯度等的质量管理方面都是重要的评价项目。在这些光学特性的测量中使用产生钠D线的光源。该钠D线包括在波段111中的黄色区域，其波长为589～590nm。 例如，在液体中的糖度和折射率的关系中，作为Brix值由ICUMSA(International Commission for Uniform Methods of Sugars Analysis国际糖分析统一方法委员会)制定，规定了从测量折射率求出糖度的方法。该方法被应用于水果、酒类的糖度测量，工业上应用很广。 在医药品领域，作为药剂的质量管理的一个方面，溶解药剂的溶液的折射率是由日本药物局规定的。在萨利多胺这样的具有螺旋结构的药品中，“右手螺旋型”是具有药用效果，而“左手螺旋型”可作为有毒物质。这样具有互逆螺旋结构的物质是不可能进行物理化学分离的。但是，已知其具有不同的旋光性，光学上容易识别。因此，萨利多胺这样的药物灾害事故发生后，日本药物局规定了根据钠D线进行旋光度的测量。具有这样的性质的药品除萨利多胺之外，还有很多种，例如薄荷醇、前列腺素、β乳胺类抗生素，喹诺酮类抗菌剂等。 现在，还没有实现产生钠D线的激光光源，而将钠灯或黄色LED作为光源使用。钠灯的光单色性优良，但却是向所有的方向放射的发散光。因此，很难使之成为平行光，其光学特性很难精确测量。另外，因为聚光能量不高，所以需要使用大输出的灯。 另一方面，黄色LED的光谱线宽幅约为20nm。因此，通过使用滤光器切出钠D线附近的光谱，使光谱线宽幅变窄，但是，其程度是有限的。而且，因为没有可干涉性，在提高其测量精度上很有限。 在这样的背景下，在食品、药品的品质管理等产业上的多个领域，需要提高钠D线波长规定的光学评价方法的精度。如果能够实现钠D线激光器，则可以使用光的干涉进行测量。如果使用光的干涉，则以食品、药品为首的各种液体、光学介质的折射率的测量精度能够在现有的程度上提高两位数。另外，低耗电、小型化也成为可能。 下面，对钠原子的结构及其能量迁移而产生的光的特性进行说明(参考非专利文献1)。已知从钠原子发光的波长为589.592nm(D1线)和588.995nm(D2线)。D1线和D2线合起来称为D线，D线的波长取两者的平均值，可为589.3nm。钠原子的能级示于图2。D线是伴随由第一激发态的3P能级向基态的3S能级的迁移而产生。3P具有3P1/2和3P3/2的微细结构，D1线的发光是从3P1/2向3S1/2迁移的结果，D2线的发光是从3P3/2到3S1/2迁移的结果。 3S1/2、3P1/2、3P3/2通过电子的磁力矩和原子核的固有磁力矩的相互作用而具有极微细的结构。3S1/2分离为能量差为7.3μeV的两个能级，3P1/2分离为相差0.78μeV幅度的两个能级，3P3/2分离为相差0.48μeV幅度的四个能级。 为了实现D1线、D2线波长的激光器，有必要形成相应能级间的反转分布。为了实现反转分布，有必要构成三能级体系或四能级体系。但是，在图2所示的能级中，从3P3/2到3P1/2的弛豫是禁止迁移，从3P1/2到3S1/2的弛豫时间是15.9ns(非专利文献2)。例如，与TiAl2O3激光器的弛豫时间3.2μs比较，相差两个数量级以上。所以在3S1/2和3P1/2间很难形成反转分布，还没有实现钠D线波长的激光器振荡。另外，也可考虑使用超微细结构的激光器振荡，但是钠原子中3S1/2、3P1/2、3P3/2的极微细结构的能量差与室温(300K)的能量25.8meV相比小4个数量级。因此，室温的激发几乎均等分布在分离后的极微细结构的两方，不能形成反转分布。因此，目前尚未能实现钠D1线、D2线的激光器。 以往，半导体激光器仅在500nm以下或620nm以上的波长区域可实际应用。在500nm～620nm的波长区域中，虽然通过光纤激光器、Nd-YAG激光器的二次谐波发生法实现了特定波长的固体激光器，但是尚未实现任意波长的固体激光器。 另一方面，作为产生可见光区域的相干光的方法，已知使用非线性晶体的二次谐波发生法(SHG法)。根据该方法，为了产生D1线或D2线的光，需要波长1179.2nm或1178.0nm的光源。遗憾的是，虽然这些波长能够通过半导体激光器振荡，但是很难得到能获得必要输出的激光器。 另外，也能通过使用非线性晶体产生两个激发激光的和频，得到可见光。在该方法中，和频光的能量由两个激发光的能量的和给出。因为可得到所希望的波长的和频，所以也具有可扩大组合两个激发光的波长的自由度的优点。因此是实现任意的波长的激光器的最实用的方法。但是，一般非线性光学现象具有效率低下的问题。为了解决这个问题，重要的是选择可改善非线性光学晶体的特性的同时得到高激发光强度且小型化、低耗电的现有激光器装置。 本专利技术的第一目的在于提供可产生线宽幅窄且平行性好、能量效率高的钠D线波长的相干光的激光光源。 现有技术中，已知有通过共焦点激光束扫描试样来获得光学断层图像的激光显微镜。激光显微镜使用于经荧光标识的物质的组织及细胞内分布的分析。而且，已知有对排成一列的细胞流照射激光束，根据荧光强度分析和分离细胞的流体检查窗测量仪。流体检查窗测量仪是采用流体检查窗测量方法作为光学参数对细胞的性质，例如其大小、DNA含有量等进行定性识别的测量装置。 近年来，使用荧光色素作为荧光标志，但是荧光色素对细胞来说是异物，所以存在对细胞的性质有影响或者使细胞死亡等的问题。因此，采用通过从水母等萃取的绿色荧光蛋白质进行荧光标识的方法。另外，根据绿色荧光蛋白质的突变和基因操作也能够得到显示黄色、红色的发光的荧光蛋白质(例如，参考非专利文献3)，通过使用多色荧光可进行详细的测量和分析。 由于红色荧光蛋白质对560～590nm波长吸收最大(例如，参考非专利文献4)，因此希望有在该波段域内具有振荡波长的激光光源。该波段域中有振荡波长的激光器仅为染料激光器等大型激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光光源，包括：第一激光器，产生波长为λ↓［１］的激光；第二激光器，产生波长为λ↓［２］的激光；非线性光学晶体，其输入所述波长λ↓［１］的激光和所述波长λ↓［２］的激光，输出相干光，该相干光具有满足１／λ↓［１］－１／λ↓［２］＝１／λ↓［３］关系的差频的波长λ↓［３］，其特征在于，所述波长λ↓［１］为０．９～１．０μｍ，所述非线性光学晶体具有单个周期的极化结构，当所述波长λ↓［２］在１．３～１．８μｍ之间变化时，所述差频的波长λ↓［３］在波长３．１～２．０μｍ之间变化。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤本润司，忠永修，遊部雅生，铃木博之，吉野薰，宫泽弘，西田好毅，神原浩久，柳川勉，久保田英志，马渡宏泰，
申请(专利权)人：日本电信电话株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]