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    本發明係一種光源裝置，分析裝置，及光生成方法，其課題為作為呈可以高速進行波長切換及強度變調，且可相互獨立進行控制者。解決手段為波長變換元件(130)係具有高諧波產成部(132)及參數振盪部(134)。高諧波產生部(132)係生成從雷射光源(110)所輸出之雷射光的高諧波。參數振盪部(134)係從高諧波產生部(132)所產生之高諧波，生成訊號光及無效光。電極(131)及第1電壓控制部(133)係控制高諧波產生部(132)所產生之高諧波的強度。第1FBG(120)及第2FBG(140)係使從參數振盪部(134)所輸出之訊號光共振。壓電管(122)及第2電壓控制部(124)係使第1FBG(120)及第2FBG(140)之共振頻率數變化。
    公开号:TW201307812A
    申请号:TW101118509
    申请日:2012-05-24
    公开日:2013-02-16
    发明作者:Masanori Ooto
    申请人:Fuji Electric Co Ltd；
    IPC主号:H01S3-00
    专利说明:
    光源裝置、分析裝置、及光生成方法
    本發明係有關光源裝置，分析裝置，及光生成方法。
    近年，有關雷射光的技術發達。由此，使用雷射光的吸收強度而檢測試料中的特定物質的量之雷射分光計測亦作為高精確度化。另一方面，可視光範圍之中，在490nm~630nm的頻率數帶中，係未有可實用之雷射二極體。因此，例如如專利文獻1及2所記載地，開發有將近紅外線之雷射光，使用波長變換元件而得到490nm~630nm的頻率數帶的光之技術。
    例如對於專利文獻1，係記載有將從雷射共振器射出的光入射至波長變換部，變換成高諧波之光源裝置。在此光源裝置中，雷射共振器係依序具有雷射光源，第1之光纖光柵，光纖，及第2之光纖光柵。並且，第2之光纖光柵係經由加上拉伸應力，反射波長則位移。拉伸應力之動力源係脈衝馬達。
    另外，對於專利文獻2，係記載有將輸出的光的波長相互不同之2個半導體雷射光源，由連結器連結，之後，入射至波長變換模組的光源裝置。在此光源裝置中，在波長變換模組係使來自2個半導體雷射光源的雷射光之差頻波及和頻產生。並且，經由改變輸入至一方的半導體雷射光源之電流的大小，而使波長位移。 〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
    〔專利文獻1〕日本特開2008-28380號公報
    〔專利文獻2〕國際公開第2006/075760號說明書
    氣體之吸收線的寬度係一般為窄。因此，試料為大氣等之氣體，檢測對象物的物質為氣體之情況，對於為了高精確度地進行雷射分光計測，係在將雷射的線寬度作為較吸收線的寬度為窄之後，成為可掃描吸收線程度之波長可變性則成為必要。另外，對於為了提昇測定精確度，係有著以高速進行雷射光的強度變調之必要。
    但在記載於專利文獻1之技術中，對於為了進行雷射光的強度變調，係有控制雷射光源之輸出本身的構成之必要。此情況，以高速進行雷射光的強度變調之情況係為困難。另外，在記載於專利文獻2之技術中，對於為了變化輸出的光之波長，係有改變輸入至半導體雷射光源之電流值的必要之故，無法相互獨立控制雷射光的波長與強度者。
    本發明係有鑑於上述情事所作為之構成，作為其目的時係提供所輸出之雷射光的線寬度為窄，可以高速進行波長切換及強度變調，且可相互獨立控制波長切換及強度變調之光源裝置，分析裝置，及光生成方法。
    有關本發明之光源裝置係具有雷射光源，波長變換元件，強度控制部，共振器，及共振控制部。波長變換元件係具有高諧波生成部及參數振盪部。高諧波生成部係生成從雷射光源所輸出之雷射光的高諧波。參數振盪部係從高諧波生成部所產生之高諧波，生成訊號光及無效光。強度控制部係與雷射光源另外加以設置，控制在高諧波生成部所產生之高諧波的強度。共振器係使從參數振盪部所輸出之訊號光進行共振。並且共振控制部係使共振器的共振頻率數變化。
    如根據此光源裝置，訊號光之中，僅輸出具有在共振器之共振波長的成分。因此，所輸出之雷射光的線寬度為窄。另外，波長切換係經由控制共振器之共振頻率數之時而加以進行，強度變調係經由與雷射光源另外加以設置之強度控制部而加以進行。因此，可以高速進行波長切換及強度變調，且可相互獨立進行控制。
    有關本發明之分析裝置係具有上述之光源裝置，和分析部。分析部係將從光源裝置所輸出的光照射至試料，測定在試料的光之吸收量。
    在有關本發明之光生成方法中，將雷射光入射至波長變換元件，使較雷射光為短波長之訊號光生成，從波長變換元件輸出。波長變換元件係具有高諧波生成部及參數振盪部。高諧波生成部係生成從雷射光源所輸出之雷射光的高諧波。參數振盪部係從高諧波生成部所產生之高諧波，生成訊號光及無效光。並且，經由使高諧波生成部所產生之高諧波的強度變化之時，使所輸出的光之強度變化。另外，設置使訊號光共振之共振器，且經由控制此共振器之共振頻率數之時，使所輸出的光之頻率數變化。
    如根據本發明，在縮窄輸出之雷射的線寬度之後，可以高速進行波長切換及強度變調，且可相互獨立進行控制。
    以下，對於本發明之實施形態，參照圖面加以說明。然而，在所有的圖面，對於同樣的構成要素附上同樣的符號，適宜省略說明。 (第1實施形態)
    圖1係顯示有關第1實施形態之光源裝置100之構成的圖。光源裝置100係具備：一個雷射光源110，波長變換元件130，電極131及第1電壓控制部133(強度控制部)，第1FBG(光纖布拉格光柵)120及第2FBG140(共振器)，以及壓電管122及第2壓電控制部124(共振控制部)。波長變換元件130係具有高諧波產成部132及參數振盪部134。
    高諧波產生部132係生成從雷射光源110所輸出之雷射光(泵浦光束)的高諧波。參數振盪部134係從高諧波產生部132所產生之高諧波，生成訊號光及無效光。電極131及第1電壓控制部133係控制高諧波產生部132所產生之高諧波的強度。即，在本實施形態中，即使未變更對於雷射光源110之輸入，亦可控制高諧波的強度。第1FBG120及第2FBG140係使從參數振盪部134所輸出之訊號光共振。壓電管122及第2電壓控制部124係使第1FBG120及第2FBG140之共振頻率數變化。以下，加以詳細說明。
    雷射光源110係例如為光纖雷射，但亦可為雷射二極體(半導體雷射)，或固體雷射。作為雷射光源110而要使用哪個係依照從光源裝置所輸出的光之波長而加以選擇。
    從雷射光源110所輸出的雷射光係藉由隔離器150而輸入至偏振保持光纖。對於此偏振保持光纖之一部分係設置有第1FBG120。第1FBG120係捲繞於壓電管122，伴隨著壓電管122的伸縮，加上應力至第1FBG120所延伸的方向。輸入至壓電管122之電壓係經由第2電壓控制部124而加以控制。即，壓電管122的伸縮係經由第2電壓控制部124而加以控制。
    從偏振保持光纖所輸出的雷射光係藉由透鏡162而輸入至波長變換元件130之導波路徑136。波長變換元件130係例如為準相位匹配元件。波長變換元件130係於入射雷射光側具有高諧波產生部132，於輸出雷射光側具有參數振盪部134。即，當入射雷射光於波長變換元件130時，高諧波產生部132係生成所入射之雷射光的高諧波。並且，參數振盪部134係生成高諧波產生部132所產生之高諧波之訊號光及無效光。
    對於波長變換元件130之中形成有高諧波產生部132之範圍，係設置有電極131。對於電極131係從第1電壓控制部133施加電壓。經由控制施加於電極131之電壓之時，控制從高諧波產生部132所輸出之高諧波的強度。對於其機構，採用圖2而後述之。
    從波長變換元件130的導波路徑136所輸出之訊號光係藉由透鏡164而輸入至偏振保持光纖之後，從此偏振保持光纖藉由透鏡166而加以輸出。對於此偏振保持光纖之一部分係設置有第2FBG140。並且，經由第1FBG120與第2FBG140，形成訊號光的共振器。然而，在第1FBG120之訊號光的反射率係較在第2FBG140之訊號光的反射率為高則佳。
    訊號光之波長分布係在從波長變換元件130所輸出的狀態中，具有某種程度的寬度。具有如此寬度之訊號光之中，從第2FBG140所輸出者係僅具有與第1FBG120與第2FBG140所成之共振器的共振頻率數相同頻率數之成分。
    在此，第1FBG120係捲繞於壓電管122，伴隨著壓電管122的伸縮，加上應力至第1FBG120所延伸的方向。第1FBG120延伸時，第1FBG120與第2FBG140所成之共振器的共振頻率數係產生變化。因此，第2壓電控制部124則經由控制施加至壓電管122之電壓之時，可控制從光源裝置100所輸出的光之頻率數。例如，第2電壓控制部124則經由連續性地使施加至壓電管122之電壓變化之時，從光源裝置100所輸出的光之頻率數則連續性地產生變化。
    然而，在圖1所示的例中，將各光纖與元件之間的光的輸出入，就由透鏡而進行，但經由沖擊而進行亦可。
    圖2係顯示波長變換元件130之構成的圖。在本圖所示的例中，波長變換元件130係準相位匹配元件，例如經由LiNbO3或LiTaO3等之介電質結晶加以形成。波長變換元件130係周期性地具有極化反轉範圍。高諧波產生部132的極化反轉之周期係較參數振盪部134的分反極化之周期為小。然而，此等之分反極化之周期係經由光源裝置100所欲輸出的光之波長加以訂定。
    另外，對於高諧波產生部132之上面及下面係設置有電極131。當施加電壓於此等電極131之間時，擾亂在高諧波產生部132之準相位匹配條件。當擾亂在高諧波產生部132之準相位匹配條件時，對於此擾亂的程度為比例，在高諧波產生部132所生成之高諧波的強度則變小。即，第1電壓控制部133則經由控制施加至電極131之電壓之時，可控制從光源裝置100所輸出的光的強度。
    然而，波長變換元件130的溫度係例如使用泊耳帖元件加以控制。
    接著，對於本實施形態之作用及效果加以說明。在本實施形態中，從光源裝置100所輸出的光係從波長變換元件130所輸出的訊號光之中，僅具有與第1FBG120與第2FBG140所成之共振器的共振頻率數相同之頻率數的成分。隨之，從光源裝置100所輸出的光的線寬度為窄。另外，第1電壓控制部133則經由控制施加至電極131之電壓之時，控制從光源裝置100所輸出的光的強度。另外，第2電壓控制部124則經由控制施加至第1FBG120之電壓之時，可控制從光源裝置100所輸出的光之頻率數。因此，可以高速進行波長切換及強度變調，且可相互獨立進行控制。 (第2實施形態)
    圖3係顯示有關第2實施形態之光源裝置100之構成的圖。在本實施形態之光源裝置100係除了共振器之構成之外，與有關第1實施形態之光源裝置100同樣的構成。
    在本實施形態中，對於位置於波長變換元件130與透鏡166之間的偏振保持光纖係設置有連結器172，對於雷射光源110與波長變換元件130之間係設置有連結器170。在連結器172中，此偏振保持光纖則分歧於朝向透鏡166之方向，和其另一方向。後者之偏振保持光纖126係藉由隔離器152而連結於連結器170。即，波長變換元件130之輸出側，和波長變換元件130之輸入側係藉由偏振保持光纖126而連結。
    對於偏振保持光纖126係設置有第1FBG120。第1FBG120係捲繞於壓電管122。對於壓電管122係從第2電壓控制部124輸入電壓。
    即在本實施形態中，經由偏振保持光纖126及第1FBG120而形成有環形共振器。此環形共振器之共振頻率數係第2電壓控制部124則經由施加於壓電管122之電壓而加以控制。即，在本實施形態中，第2電壓控制部124則亦經由控制施加至第1FBG120之電壓之時，可控制從光源裝置100所輸出的光之頻率數。因此，如根據本實施形態，FBG即使為一個，亦可得到與第1實施形態同樣的效果。 (第3實施形態)
    圖4係顯示有關第3實施形態之光源裝置100之構成的圖。有關本實施形態之光源裝置100係除了以下的點以外，與有關第1實施形態之光源裝置100同樣的構成。
    首先，對於波長變換元件130之高諧波產生部132係未設置有電極131。因此，對於光源裝置100係亦未設置有第1電壓控制部133。
    並且，位置於雷射光源110與波長變換元件130之間的偏振保持光纖係於位置於第1FBG120與透鏡162之間的部分，具有偏光變調器180。偏光變調器180係變調從雷射光源110所輸出之雷射光的偏光面。經由偏光變調器180之變調係經由角度控制部182加以控制。在波長變換元件130之高諧波產生部132的高諧波的強度係經由輸入至高諧波產生部132之雷射光的偏光面之角度而改變。即，在本實施形態中，經由角度控制部182控制在偏光變調器180之偏光面之角度之時，控制高諧波產生部132所生成之高諧波之強度。
    因此，經由本實施形態，亦可得到與第1實施形態同樣的效果。 (第4實施形態)
    圖5係顯示有關第4實施形態之光源裝置100之構成的圖。在本實施形態中，光源裝置100係取代電極131及第1電壓控制部133，除了具有第3實施形態所示之偏光變調器180及角度控制部182的點以外，與有關第2實施形態之光源裝置同樣的構成。
    經由本實施形態，亦可得到與第2實施形態同樣的效果。 (第5實施形態)
    圖6係顯示關於第5實施形態之分析裝置之構成的圖。此分析裝置係具有光源裝置100及分析部200。光源裝置100係具有第1~第4實施形態任一所示之構成。分析部200係將從光源裝置100所輸出的光照射至試料，測定在此試料的光之吸收量。試料係例如為大氣等之氣體。並且，分析部200係經由測定試料的光的吸收量之時，檢測含於試料之特定成分(例如自由基，或二氧化碳等之氣體)的量。檢測對象之成分為二氧化碳之情況，光源裝置100所輸出的光係在490nm以上630nm之間為可變。此情況，光源裝置100之雷射光源110(於圖1，3，4，5圖示)係輸出近紅外線域的光。
    如上述，光源裝置100係所輸出的雷射光的線寬度為窄，可以高速進行波長切換及強度變調者。另外，光源裝置100係可相互獨立控制波長切換及強度變調者。隨之，如根據圖6所示之分析裝置，可以高速進行試料之吸收光的光譜測定者。 (實施例)
    使用圖6所示之分析裝置，測定Na之蒸氣的吸收光譜。光源裝置100之構成係作為如第1實施形態。對於雷射光源110係使用振盪波長為1.064μm之Yb摻雜光纖雷射。對於波長變換元件130係使用LiNbO3所成之準相位匹配元件。將在高諧波產生部132之分反極化周期作為6.9μm，在參數振盪部134之分反極化周期作為12.5μm。
    在高諧波產生部132中，得到波長為532nm之2次高諧波。另外，在參數振盪部134中，得到峰值為589nm的訊號光，和5500nm的無效光。
    使用此訊號光而測定Na之蒸氣的吸收光譜。對於測定時，係經由連續性地使從第2電壓控制部124施加於壓電管122之電壓變化之時，掃描從光源裝置100所輸出的光之波長。另外，經由使從第1電壓控制部133施加於電極131之電壓變化之時，以高速使從光源裝置100所輸出的光之強度變調，進行變調前後之測定結果的同步檢測。
    將測定結果示於圖7。從圖7了解到良好地進行Na之蒸氣的吸收線的測定者。
    以上，參照圖面，對於本發明之實施形態已敘述過，但此等係本發明之例示，亦可採用上述以外之各種構成者。例如，光源裝置100係作為醫用，生命科學等之計測領域的計測用光源加以使用亦可。另外，加上應力於第1FBG120之方法係不限定於上述實施形態所示的例。另外，高諧波產生部132與參數振盪部134係作為個別的元件而加以設置亦可。
    100‧‧‧光源裝置
    110‧‧‧雷射光源
    120‧‧‧第1FBG
    122‧‧‧壓電管
    124‧‧‧第2電壓控制部
    126‧‧‧偏振保持光纖
    130‧‧‧波長變換元件
    131‧‧‧電極
    132‧‧‧高諧波產生部
    133‧‧‧第1電壓控制部
    134‧‧‧參數振盪部
    136‧‧‧導波路徑
    140‧‧‧第2FBG
    150‧‧‧隔離器
    152‧‧‧隔離器
    162‧‧‧透鏡
    164‧‧‧透鏡
    166‧‧‧透鏡
    170‧‧‧連結器
    172‧‧‧連結器
    180‧‧‧偏光變調器
    182‧‧‧角度控制部
    200‧‧‧分析部
    圖1係顯示有關第1實施形態之光源裝置之構成的圖。
    圖2係顯示波長變換元件之構成的圖。
    圖3係顯示有關第2實施形態之光源裝置之構成的圖。
    圖4係顯示有關第3實施形態之光源裝置之構成的圖。
    圖5係顯示有關第4實施形態之光源裝置之構成的圖。
    圖6係顯示有關第5實施形態之分析裝置之構成的圖。
    圖7係顯示在實施例之測定結果的圖。
    100‧‧‧光源裝置
    110‧‧‧雷射光源
    120‧‧‧第1FBG
    122‧‧‧壓電管
    124‧‧‧第2電壓控制部
    130‧‧‧波長變換元件
    131‧‧‧電極
    132‧‧‧高諧波產生部
    133‧‧‧第1電壓控制部
    134‧‧‧參數振盪部
    136‧‧‧導波路徑
    140‧‧‧第2FBG
    150‧‧‧隔離器
    162‧‧‧透鏡
    164‧‧‧透鏡
    166‧‧‧透鏡
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] 一種光源裝置，其特徵係具備：雷射光源、和生成從前述雷射光源輸出之雷射光之高諧波的高諧波生成部、和從前述高諧波生成部所產生之前述高諧波，具有生成訊號光及無效光的參數振盪部的波長變換元件、和與前述雷射光源另外設置，控制前述高諧波生成部所產生之前述高諧波之強度的強度控制部、和使從前述參數振盪部輸出之前述訊號光共振的共振器、和改變前述共振器之共振頻率的共振控制部。
    [2] 如申請專利範圍第1項記載之光源裝置，其中，前述強度控制部係經由擾亂前述高諧波生成部之前述雷射光之相位整合條件，控制前述高諧波之強度。
    [3] 如申請專利範圍第2項記載之光源裝置，其中，前述強度控制部係具有：設於前述高諧波生成部之電極、和控制施加於前述電極之電壓的第1電壓控制部。
    [4] 如申請專利範圍第1項記載之光源裝置，其中，前述強度控制部係具有：設於前述雷射光源與前述波長變換元件之間，變更前述雷射光之偏光面之角度的偏光調變器、和經由控制前述偏光調變器，控制前述雷射光之偏光面之角度的角度控制部。
    [5] 如申請專利範圍第1項至第4項之任一項記載之光源裝置，其中，前述共振器係具備：設於前述雷射光源與前述波長變換元件之間之第1FBG(光纖布拉格光柵)、和設於前述波長變換元件之輸出側之第2FBG；前述共振控制部係對於前述第1FBG或前述第2FBG而言，於該FBG延伸之方向經由施加應力，改變前述共振器之共振頻率者。
    [6] 如申請專利範圍第5項記載之光源裝置，其中，前述共振控制部係具備：捲繞有前述第1FBG或前述第2FBG的壓電管、和控制施加於前述壓電管之電壓的第2電壓控制部。
    [7] 如申請專利範圍第1項至第4項之任一項記載之光源裝置，其中，前述共振器係具備連接前述波長變換元件之輸入側與輸出側之FBG；前述共振控制部係對於前述FBG而言，於該FBG延伸之方向經由施加應力，改變前述共振器之共振頻率者。
    [8] 如申請專利範圍第7項記載之光源裝置，其中，前述共振控制部係具備：捲繞有前述FBG之壓電管、和控制施加於前述壓電管之電壓的第2電壓控制部。
    [9] 如申請專利範圍第1項至第8項之任一項記載之光源裝置，其中，前述雷射光之波長係近紅外光域、可在從前述光源裝置輸出之光之波長係在490nm以上630nm之間變化者。
    [10] 一種分析裝置，其特徵係具備：輸出光之頻率為可變之光源裝置、和將從前述光源裝置輸出之光線，照射於試料，測定前述試料之前述光線之吸收量的分析部；前述光源裝置係具備：雷射光源、和生成從前述雷射光源輸出之雷射光之高諧波的高諧波生成部、和從前述高諧波生成部所產生之前述高諧波，具有生成訊號光及無效光的參數振盪部的波長變換元件、和與前述雷射光源另外設置，控制前述高諧波生成部所產生之前述高諧波之強度的強度控制部、和使前述訊號光共振的共振器、和改變前述共振器之共振頻率的共振控制部。
    [11] 一種光生成方法，將雷射光入射至波長變換元件，生成較前述雷射光短波長之訊號光，從前述波長變換元件輸出之光生成方法，其特徵係前述波長變換元件係具有：生成前述雷射光之高諧波的高諧波生成部、和從前述高諧波生成部所產生之前述高諧波，生成前述訊號光及無效光的參數振盪部；經由改變前述高諧波生成部所產生之前述高諧波之強度，而改變輸出之光之強度，設置使前述訊號光共振之共振器，且經由控制前述共振器之共振頻率，來改變輸出之光之頻率者。
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    WO2012160746A1|2012-11-29|
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    US8654801B2|2014-02-18|
    JPWO2012160746A1|2014-07-31|
    CA2814356C|2018-03-27|
    TWI526678B|2016-03-21|
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    法律状态:
    2020-12-21| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP2011117380||2011-05-25||
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