JPH086082A - Wavelength converter, wavelength converting method and bbo crystal for wavelength conversion - Google Patents

Wavelength converter, wavelength converting method and bbo crystal for wavelength conversion

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JPH086082A
JPH086082A JP13704694A JP13704694A JPH086082A JP H086082 A JPH086082 A JP H086082A JP 13704694 A JP13704694 A JP 13704694A JP 13704694 A JP13704694 A JP 13704694A JP H086082 A JPH086082 A JP H086082A
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Abstract

PURPOSE: To enable a resonator to be synchronized with a small easy structure without lowering optical output of a changed wavelength. CONSTITUTION: A laser beam emitted from a laser beam machine 12 is made incident on a resonator 16, whose resonance frequency is modulated in the electrical field imparted to the a BBO crystal 14 inside the resonator 16. In the BBO crystal 14, a modulation electrode 32 is arranged, as is a feedback electrode 34, so that the laser beam modulated in the BBO crystal 14 is detected by a photodetector 18. With a signal proportional to the error of the resonance frequency obtained from the photodetector 18, an electrical field is imparted to the BBO crystal 14 through the electrode 32, thereby changing the resonator length, controlling by feeding back negatively against the resonance frequency of the resonator 16 that is determined by the BBO crystal 14 through the imparting of the electrical field, and making synchronization by maintaining the error nearly on a zero level.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、波長変換装置、波長変
換方法及び波長変換用BBO結晶にかかり、特に、非線
型光学効果によって入射光の発振波長から所定の波長に
変換した光を射出光として抽出する波長変換装置、及び
所定波長の光から異なる波長に変換した光を抽出するた
めの波長変換方法及び所定波長の光から異なる波長の光
に変換するときに用いる波長変換用BBO結晶に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength conversion device, a wavelength conversion method, and a BBO crystal for wavelength conversion. In particular, the light converted from the oscillation wavelength of incident light to a predetermined wavelength by the nonlinear optical effect is emitted light. The present invention relates to a wavelength conversion device for extracting as described above, a wavelength conversion method for extracting light having a predetermined wavelength converted to a different wavelength, and a wavelength conversion BBO crystal used when converting light having a predetermined wavelength to light having a different wavelength.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】光学的
異方性(非線型光学効果)を有する1軸結晶等の非線型
光学材料を用いた波長変換により、基本波長である連続
可視レーザー光から変換波長である紫外光を得る波長変
換装置がある。この非線形光学効果は、非線形光学材料
中に誘起された非線形分極を基にして起こる一連の現象
である。このうち2次の非線型光学効果を用いることに
より、レーザー光を波長変換(第2次高調波発生、和周
波、差周波発生など)できる。例えば、βほう酸バリウ
ム結晶(βバリウムボレート:BBO)等の非線型光学
材料を用いて第2高調波発生(Second Harmonic Genera
tion:SHG)のような光の波長変換をすることは一般
的である。すなわち、波長変換のもっとも簡単な例は第
2高調波発生であり、変換された光の周波数は入力光の
2倍、波長は半分になる。以下の説明では、第2高調波
発生の波長変換を例にして簡単に説明するが、入射光が
2つの波長成分から成るときに入射光の2つの波長の和
の波長の光を発生する和周波発生及び入射光の2つの波
長の差の波長の光を発生する差周波発生の場合も同様で
ある。また、第2高調波発生のための非線型光学材料
は、結晶の形を取ることが殆どであるので、以下、結晶
という。
BACKGROUND OF THE INVENTION Continuous visible laser light having a fundamental wavelength by wavelength conversion using a non-linear optical material such as a uniaxial crystal having optical anisotropy (non-linear optical effect). There is a wavelength conversion device that obtains ultraviolet light, which is the conversion wavelength, from the. This non-linear optical effect is a series of phenomena caused by the non-linear polarization induced in the non-linear optical material. By using the second-order nonlinear optical effect, the laser light can be wavelength-converted (second harmonic generation, sum frequency, difference frequency generation, etc.). For example, second harmonic generation (Second Harmonic Genera) using a non-linear optical material such as β barium borate crystal (β barium borate: BBO).
(tion: SHG) is generally used for wavelength conversion of light. That is, the simplest example of wavelength conversion is the second harmonic generation, in which the frequency of the converted light is twice that of the input light and the wavelength is half. In the following description, the wavelength conversion for generating the second harmonic will be briefly described as an example. However, when the incident light is composed of two wavelength components, the sum of light of the sum of the two wavelengths of the incident light is generated. The same applies to frequency generation and difference frequency generation for generating light having a wavelength that is the difference between the two wavelengths of incident light. Further, since most of the non-linear optical materials for generating the second harmonic wave have a crystal form, they are hereinafter referred to as crystals.

【0003】2次の非線形光学効果では誘起された非線
形分極の振幅は入射された光の電場の振幅の2乗に比例
するので、変換された光のパワーは入力された光のパワ
ーの2乗に比例するが、その比例係数はかなり小さくな
る。従って、一般に、小さな変換効率により変換された
光のパワーは小さくなる。このため、レーザー装置の外
部に共振器を配設し、結晶に入射されるレーザー光(以
下、励起光という。)のパワーを増大させて結晶から、
第2高調波である2倍の周波数の光(以下、SHG光と
いう。)を射出させるようにしている。
In the second-order non-linear optical effect, the amplitude of the induced non-linear polarization is proportional to the square of the amplitude of the electric field of the incident light, so the converted light power is the square of the input light power. , But the proportional coefficient is considerably smaller. Therefore, generally, the power of the light converted by the small conversion efficiency is small. Therefore, a resonator is provided outside the laser device to increase the power of laser light (hereinafter referred to as excitation light) incident on the crystal, and
Light having a frequency twice that of the second harmonic (hereinafter referred to as SHG light) is emitted.

【0004】しかしながら、上記のように、共振器を用
いて結晶から効率よくSHG光を発生させるためには、
共振器に入射するレーザー光の周波数に共振器の共振周
波数を同調させなければならない。このためには、共振
器に入射するレーザー光の周波数シフトを抑制等のため
共振周波数の誤差検出をすると共に、共振器の共振器長
を変化させて光の周波数を同調させるフィードバック制
御が必要である。
However, as described above, in order to efficiently generate SHG light from a crystal using a resonator,
The resonant frequency of the resonator must be tuned to the frequency of the laser light incident on the resonator. To this end, it is necessary to detect the resonance frequency error in order to suppress the frequency shift of the laser light that enters the resonator, and to perform feedback control to tune the light frequency by changing the resonator length of the resonator. is there.

【0005】このため、従来の波長変換装置100は、
図13に示すように、レーザー装置102と共振器10
6との間に電気光学効果を有する電気光学変調器(以
下、EO変調器という。)108を配置して構成されて
いる。レーザー装置102から射出されたレーザー光L
0はEO変調器108を通過して共振器106に入射さ
れる。このEO変調器108から射出されたレーザー光
L1の延長光路上には、EO変調器108を駆動するた
め等のサーボ用電気回路110に接続された光検出器1
12が配置されている。サーボ用電気回路110は、E
O変調器108において電気光学効果を発生させるため
に電界を付与するためのものである。
Therefore, the conventional wavelength conversion device 100 is
As shown in FIG. 13, the laser device 102 and the resonator 10
An electro-optical modulator (hereinafter, referred to as an EO modulator) 108 having an electro-optical effect is arranged between the first and second electrodes 6. Laser light L emitted from the laser device 102
0 passes through the EO modulator 108 and is incident on the resonator 106. On the extended optical path of the laser beam L1 emitted from the EO modulator 108, the photodetector 1 connected to the servo electric circuit 110 for driving the EO modulator 108, etc.
12 are arranged. The electric circuit 110 for servo is E
It is for applying an electric field to generate an electro-optical effect in the O modulator 108.

【0006】共振器106は、入射ミラー114、サン
プリングミラー116、第1のミラー122及び第2の
ミラー124から構成されている。この共振器106に
入射されたレーザー光L1は、入射ミラー114を通過
して光路L1aを辿りサンプリングミラー116へ至
る。このサンプリングミラー116は、入射された光の
一部をサンプリングして光検出器112へ照射すると共
に、サンプリングされない他の光を反射し光路L1bへ
案内する。サンプリングミラー116で反射された光
は、第1のミラー122へ至る。第1のミラー122
は、その全部を反射して光路L1cへ案内する。この光
路L1c上には、結晶104が配置されており、第1の
ミラー122で反射された光は結晶104を通過して第
2のミラー124へ至る。従って、結晶104では、入
射光に応じて変換したSHG光を、未変換の光と共に射
出する。第2のミラー124は入射光のうち結晶104
において未変換の光を反射すると共に変換されたSHG
光L2を透過する。この第2のミラー124で反射され
た光は光路L1dへ案内され、入射ミラー114へ至
る。入射ミラー114は、光路L1dと平行な入射光軸
と光路L1aと平行な反射光軸とが調整されており、光
路L1dを辿った光を反射して光路L1aへ案内する。
The resonator 106 is composed of an incident mirror 114, a sampling mirror 116, a first mirror 122 and a second mirror 124. The laser light L1 incident on the resonator 106 passes through the incident mirror 114, follows the optical path L1a, and reaches the sampling mirror 116. The sampling mirror 116 samples a part of the incident light and irradiates it to the photodetector 112, and reflects other light which is not sampled and guides it to the optical path L1b. The light reflected by the sampling mirror 116 reaches the first mirror 122. First mirror 122
Reflects all of it and guides it to the optical path L1c. The crystal 104 is disposed on the optical path L1c, and the light reflected by the first mirror 122 passes through the crystal 104 and reaches the second mirror 124. Therefore, the crystal 104 emits the SHG light converted according to the incident light together with the unconverted light. The second mirror 124 receives the crystal 104 of the incident light.
SHG that reflects and converts unconverted light in
The light L2 is transmitted. The light reflected by the second mirror 124 is guided to the optical path L1d and reaches the incident mirror 114. The incident mirror 114 has an incident optical axis parallel to the optical path L1d and a reflected optical axis parallel to the optical path L1a adjusted, and reflects the light following the optical path L1d and guides it to the optical path L1a.

【0007】このような構成の波長変換装置100で
は、光検出器112の検出値から共振周波数の誤差検出
を行っている。この光検出器112の検出値に基づい
て、EO変調器108を高周波の周波数変調(及び位相
変調)することによってレーザー光L0を変調している
(FMサイドバンド法と呼ばれる。Michio Oka and Shi
geo Kubota;Jpn.J.Appl.Phys.31,p531,1992:R.Drever,
J.Hall,F.Kowalski,J.Hough,G.Ford,A.Munley and H.Wa
rd;Appl.Phys.B31,p97,1983)。
In the wavelength converter 100 having such a configuration, the error of the resonance frequency is detected from the detection value of the photodetector 112. Based on the detection value of the photodetector 112, the EO modulator 108 is frequency-modulated (and phase-modulated) at a high frequency to modulate the laser light L0 (referred to as FM sideband method. Michio Oka and Shi.
geo Kubota; Jpn.J.Appl.Phys.31, p531,1992: R.Drever,
J.Hall, F.Kowalski, J.Hough, G.Ford, A.Munley and H.Wa
rd; Appl.Phys.B31, p97,1983).

【0008】しかしながら、従来の波長変換装置100
における誤差検出では、以下のような問題点が生じてい
た。
However, the conventional wavelength conversion device 100
In the error detection in, there were the following problems.

【0009】EO変調器の表面反射や、内部吸収によ
って、入射パワーの損失がある。これによって入射可視
光のパワーが減少し、最終的なSHG光出力をも低下さ
せる。EO変調器が有する光学収差によって、EO変
調器から射出されるレーザー光の波面に乱れが生じ、共
振器におけるレーザー光の結合効率が低下する。これに
よってSHG光出力をも低下させる。レーザー装置と
共振器との間にEO変調器を配置しなければならないの
で、装置が大型化する。EO変調器の構成を必要とす
るので、コスト高になる。
Incident power is lost due to surface reflection and internal absorption of the EO modulator. This reduces the power of incident visible light and also the final SHG light output. Due to the optical aberration of the EO modulator, the wavefront of the laser light emitted from the EO modulator is disturbed, and the coupling efficiency of the laser light in the resonator is reduced. This also reduces the SHG light output. Since the EO modulator must be arranged between the laser device and the resonator, the device becomes large. The cost is high because the configuration of the EO modulator is required.

【0010】また、従来の波長変換装置100におい
て、周波数を同調させるためのフィードバック制御で
は、共振器106を構成する第1のミラー122をピエ
ゾ素子(圧電素子、電気信号を変位に変換する素子)に
マウントし、第1のミラー122を変位させることによ
って、共振器長を変化させて、共振周波数を変化させて
いた。
In the conventional wavelength converter 100, in the feedback control for tuning the frequency, the first mirror 122 constituting the resonator 106 is a piezo element (piezoelectric element, element for converting an electric signal into a displacement). And the first mirror 122 is displaced to change the resonator length and change the resonance frequency.

【0011】しかしながら、第1のミラー122は慣性
質量を有するので、高周波の応答性が低下し、周波数の
ゆらぎが生じる。また、ピエゾ素子の物性に起因する数
キロHz以上の周波数では入射光の周波数変動への追随
が困難であり、やはり周波数のゆらぎが生じる。これら
の周波数のゆらぎによって出力光であるSHG光の強度
(パワー)が変動する、またはサーボ制御が破綻して、
同調不能になることがあるという、問題点があった。
However, since the first mirror 122 has an inertial mass, the high-frequency response deteriorates and frequency fluctuations occur. Further, it is difficult to follow the frequency fluctuation of incident light at a frequency of several kilohertz or higher due to the physical properties of the piezo element, and frequency fluctuations also occur. Due to fluctuations in these frequencies, the intensity (power) of the SHG light that is the output light fluctuates, or the servo control fails,
There was a problem that it could be out of sync.

【0012】本発明は、上記事実を考慮して、小型かつ
容易な構成で変換波長の光出力を低下させることなく、
効率よく入射された光を変換波長の光に変換することが
できる波長変換装置及び波長変換方法を得ることが目的
である。
In consideration of the above facts, the present invention has a compact and easy structure without lowering the optical output of the converted wavelength.
It is an object of the present invention to obtain a wavelength conversion device and a wavelength conversion method that can efficiently convert incident light into light of a conversion wavelength.

【0013】さらに、入射された光を変換波長の光に変
換するときに用いる共振長変更を容易にするための波長
変換用BBO結晶を得ることが目的である。
Further, it is an object to obtain a BBO crystal for wavelength conversion for facilitating the change of the resonance length used when converting the incident light into the light of the conversion wavelength.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は種々検討を加えた結果、非線形光学結晶
に生じる電気光学効果の現象に着目し、あらゆる検討を
試み、具体的にそれを波長変換装置として確立したもの
である。具体的には、本発明の波長変換装置は、基本波
長の光を射出する光射出手段の射出側に配設され、内部
を通過する光の光路長を共振長として該共振長に応じた
共振周波数を有しかつ内部で該光を反射するための複数
の反射手段を備えた共振手段と、前記共振手段の内部を
通過する光の光路上に配設され、光学的異方性を有しか
つ入射された光と該光とは波長が異なる少なくとも1つ
の変換波長の光とを射出する非線形光学材料と、前記基
本波長の光に前記共振手段の共振周波数が同調するよう
に前記非線形光学材料へ電界を付与する電界付与手段
と、を備えている。
In order to achieve the above object, the present inventor has conducted various investigations, and as a result, paying attention to the phenomenon of electro-optical effect occurring in a nonlinear optical crystal, attempting all investigations, and specifically It was established as a wavelength converter. Specifically, the wavelength conversion device of the present invention is arranged on the emission side of the light emission means for emitting light of the fundamental wavelength, and uses the optical path length of light passing through the inside as a resonance length to cause resonance according to the resonance length. A resonance means having a frequency and having a plurality of reflection means for internally reflecting the light; and a resonance means disposed on the optical path of the light passing through the inside of the resonance means and having optical anisotropy. And a nonlinear optical material that emits incident light and light having at least one conversion wavelength different from that of the light, and the nonlinear optical material such that the resonance frequency of the resonance means is tuned to the light having the fundamental wavelength. An electric field applying means for applying an electric field to the electric field.

【0015】請求項2に記載の発明では、前記電界付与
手段は、前記基本波長の光に前記共振手段の共振周波数
が同調するように前記非線形光学材料へ前記共振長を変
調するための電界を付与することができる。
According to a second aspect of the invention, the electric field applying means applies an electric field for modulating the resonance length to the nonlinear optical material so that the resonance frequency of the resonance means is tuned to the light of the fundamental wavelength. Can be granted.

【0016】請求項3に記載の発明では、前記非線形光
学材料の射出側に配設され入射される光の強度を検出す
る光検出手段を更に備え、前記電界付与手段は、前記共
振周波数を変調するために前記非線形光学材料へ電界を
付与する第1の電界付与手段と前記検出された光の強度
から得られる共振周波数と前記基本波長の光の周波数と
が一致するように前記非線形光学材料へ電界を付与する
第2の電界付与手段とから構成することができる。
According to a third aspect of the invention, there is further provided photodetection means arranged on the exit side of the nonlinear optical material for detecting the intensity of incident light, and the electric field applying means modulates the resonance frequency. To the non-linear optical material, the resonance frequency obtained from the intensity of the detected light and the first electric field applying means for applying an electric field to the non-linear optical material are matched to the non-linear optical material. It can be configured by a second electric field applying means for applying an electric field.

【0017】請求項4に記載の発明では、前記非線形光
学材料としてBBO結晶を用いて構成することができ
る。
In a fourth aspect of the invention, a BBO crystal can be used as the nonlinear optical material.

【0018】請求項5に記載の発明では、前記共振手段
は、前記非線形光学材料の射出側に配設されて光軸を通
過する平面との入射光束の断面形状と異なる光束の断面
形状となるように前記基本波長の光を反射すると共に前
記変換波長の光を透過する反射透過手段と、前記非線形
光学材料と前記光射出手段との間に配設されて前記非線
形光学材料に入射された基本波長の光が通過する基準光
路に略一致する光路を通過すると共に前記基本波長の光
の光束の断面形状と略一致する光束の断面形状となるよ
うに該反射透過手段によって反射された光を反射する反
射手段と、を含むことができる。
According to a fifth aspect of the present invention, the resonance means has a cross-sectional shape of a light beam different from a cross-sectional shape of an incident light beam with respect to a plane disposed on the exit side of the nonlinear optical material and passing through the optical axis. As described above, the reflection / transmission means for reflecting the light of the basic wavelength and transmitting the light of the conversion wavelength, and the basic incident on the nonlinear optical material disposed between the nonlinear optical material and the light emitting means. Reflects the light reflected by the reflection / transmission means so as to have a cross-sectional shape of a light beam that passes through an optical path that substantially matches the reference optical path through which the light of the wavelength passes and that substantially matches the cross-sectional shape of the light beam of the fundamental wavelength. Reflection means for

【0019】請求項6に記載の発明は、請求項5に記載
の波長変換装置において、前記共振手段の反射透過手段
及び反射手段の少なくとも一方は、所定方向から入射さ
れた光を射出すると共に所定方向と異なる方向から入射
された光を反射光として射出する伝達部材と、該伝達部
材から射出された所定方向からの光を反射して該伝達部
材へ導く反射部材とから構成され、該反射部材と該伝達
部材との間に光が集光される集光部位が奇数個位置する
と共に、前記共振手段の内部で集光される集光部位の総
数が偶数個であることを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the wavelength conversion device according to the fifth aspect, at least one of the reflection / transmission means and the reflection means of the resonance means emits light incident from a predetermined direction and at the same time. The reflecting member includes a transmitting member that emits light incident from a direction different from the direction as reflected light, and a reflecting member that reflects the light emitted from the transmitting member from a predetermined direction and guides the light to the transmitting member. It is characterized in that an odd number of light collecting portions for collecting light are located between the transmitting member and the transmitting member, and the total number of light collecting portions for collecting light inside the resonance means is an even number.

【0020】請求項7に記載の発明の波長変換方法は、
光学的異方性を有しかつ入射された光と該光とは波長が
異なる少なくとも1つの変換波長の光とを射出する非線
形光学材料を用いて入射された光を前記変換波長の光に
変換する波長変換方法であって、基本波長の光を前記非
線形光学材料に入射すると共に、該基本波長の光が共振
するように共振長を変調するための電界を前記非線形光
学材料へ付与する。
The wavelength conversion method of the invention described in claim 7 is
The incident light is converted into the converted wavelength light by using a nonlinear optical material which has optical anisotropy and emits the incident light and the light having at least one conversion wavelength different from the wavelength of the incident light. In the wavelength conversion method, a light having a fundamental wavelength is incident on the nonlinear optical material, and an electric field for modulating a resonance length is applied to the nonlinear optical material so that the light having the fundamental wavelength resonates.

【0021】請求項8に記載の発明のBBO結晶は、基
本波長から異なる波長に変換した光を射出する波長変換
装置に、電界が付与されて光路長が変動するように設け
られている。
The BBO crystal according to the eighth aspect of the present invention is provided in a wavelength conversion device that emits light converted from a fundamental wavelength to a different wavelength so that the optical path length is changed by applying an electric field.

【0022】[0022]

【作用】本発明の波長変換装置では、基本波長の光を射
出するレーザー装置等の光射出手段の射出側に共振手段
が配設されされている。共振手段は、内部を通過する光
の光路長を共振長として共振長に応じた共振周波数を有
しかつ内部で該光を反射するための複数の反射手段を備
えている。この共振手段の内部を通過する光の光路上に
は非線形光学材料が配設されている。非線形光学材料は
光学的異方性を有しかつ入射された光と波長が異なる少
なくとも1つの変換波長の光とを射出する。この非線形
光学材料には、電界付与手段によって、基本波長の光に
共振手段の共振周波数が同調するように電界が付与され
る。従って、非線形光学材料に付与した電界のみのよっ
て共振手段を同調でき、新規に電気光学変調器を設ける
ことなく同調が容易な波長変換装置を提供できる。
In the wavelength conversion device of the present invention, the resonance means is arranged on the emission side of the light emission means such as a laser device for emitting light of the fundamental wavelength. The resonance means has a resonance frequency corresponding to the resonance length with an optical path length of light passing through the interior as a resonance length, and includes a plurality of reflection means for internally reflecting the light. A non-linear optical material is arranged on the optical path of the light passing through the inside of the resonance means. The nonlinear optical material has optical anisotropy and emits incident light and light having at least one conversion wavelength different in wavelength. An electric field is applied to this nonlinear optical material by the electric field applying means so that the resonance frequency of the resonance means is tuned to the light of the fundamental wavelength. Therefore, the resonance means can be tuned only by the electric field applied to the nonlinear optical material, and it is possible to provide a wavelength conversion device that can be easily tuned without newly providing an electro-optic modulator.

【0023】また、前記波長変換装置に、請求項2にも
記載したように、電界付与手段は、基本波長の光に共振
手段の共振周波数が同調するように非線形光学材料へ共
振長を変調するための電界を付与するようにしてもよ
い。このように、非線形光学材料へ電界を付与すれば、
非線形光学材料から射出される光を変調することがで
き、これによって共振長を変更することができ、共振手
段の共振周波数を同調することができる。
In the wavelength converter, as described in claim 2, the electric field applying means modulates the resonance length into the nonlinear optical material so that the resonance frequency of the resonance means is tuned to the light of the fundamental wavelength. You may make it provide the electric field for this. In this way, if an electric field is applied to the nonlinear optical material,
The light emitted from the non-linear optical material can be modulated, which can change the resonance length and tune the resonance frequency of the resonance means.

【0024】さらに、前記波長変換装置は、請求項3に
も記載したように、非線形光学材料の射出側に配設され
入射される光の強度を検出する光検出手段を更に備え、
電界付与手段が共振周波数を変調するために非線形光学
材料へ電界を付与する第1の電界付与手段と検出された
光の強度から得られる共振周波数と基本波長の光の周波
数とが一致するように非線形光学材料へ電界を付与する
第2の電界付与手段とから構成してもよい。このように
構成すれば、共振手段の共振周波数を容易に検出するこ
とができる。すなわち、第1の電界付与手段によって付
与された電界により非線形光学材料から射出される光は
変調されている。従って、光検出手段では、この変調に
応じた光の強度が検出される。変調に応じた光の強度か
ら共振周波数の移行を検出でき、検出された光の強度か
ら得られる共振周波数と前記基本波長の光の周波数との
誤差を検出することができる。このため、第2の電界付
与手段によって、この誤差に相当する電界を非線形光学
材料へ付与することによって、基本波長の光に共振手段
の共振周波数を同調させることができる。
Further, as described in claim 3, the wavelength conversion device further comprises a photodetector arranged on the exit side of the non-linear optical material for detecting the intensity of incident light.
The electric field applying means applies the electric field to the nonlinear optical material to modulate the resonance frequency, and the resonance frequency obtained from the intensity of the detected light and the resonance frequency obtained from the intensity of the detected light are matched with each other. It may be configured by a second electric field applying means for applying an electric field to the nonlinear optical material. According to this structure, the resonance frequency of the resonance means can be easily detected. That is, the light emitted from the nonlinear optical material is modulated by the electric field applied by the first electric field applying means. Therefore, the light detecting means detects the intensity of light according to this modulation. The shift of the resonance frequency can be detected from the intensity of the light according to the modulation, and the error between the resonance frequency obtained from the intensity of the detected light and the frequency of the light of the fundamental wavelength can be detected. Therefore, the resonance frequency of the resonance means can be tuned to the light of the fundamental wavelength by applying the electric field corresponding to this error to the nonlinear optical material by the second electric field application means.

【0025】ここで、文献(Chris A.Ebbers;Appl.Phy
s.Lett.52,p1948,1988 )にも示されているが、非線形
光学結晶、特にBBO結晶は電気光学効果が小さいため
に電気光学効果の影響を考慮していなかった。本発明の
波長変換装置では、非線形光学材料に電界付与手段によ
って、基本波長の光に共振手段の共振周波数が同調する
ように電界を付与している。この非線形光学材料は、請
求項4にも記載したように、非線形光学材料としてBB
O結晶を用いて構成してもよい。このように構成するこ
とによって、従来、電気光学効果が小さく、前記のよう
な同調に用いることがなかった非線形光学材料を従来の
電気光学変調器と兼ねて機能するように構成することが
できる。
Here, reference (Chris A. Ebbers; Appl. Phy
s. Lett. 52, p1948, 1988), the influence of the electro-optical effect was not taken into consideration because the nonlinear optical crystal, especially the BBO crystal had a small electro-optical effect. In the wavelength converter of the present invention, the electric field is applied to the nonlinear optical material by the electric field applying means so that the resonance frequency of the resonance means is tuned to the light of the fundamental wavelength. This nonlinear optical material is used as a nonlinear optical material as BB as described in claim 4.
You may comprise using O crystal. With such a configuration, it is possible to configure a non-linear optical material that has a small electro-optical effect and is not used for tuning as described above to function as a conventional electro-optical modulator.

【0026】このように、BBO結晶は、付与された電
界に応じて電気光学効果が変化するが、共振周波数の同
調のためのみに限定されない。すなわち、請求項8にも
記載したように、基本波長から異なる波長に変換した光
を射出する波長変換装置に、電界が付与されて光路長が
変動するようにBBO結晶を設けてもよい。このように
構成することによって、BBO結晶を応答性のよい光路
長変更素子として用いることができる。従って、波長変
換装置において、光路長を変化させる微小かつ高速な制
御への応用が可能である。
As described above, the electro-optical effect of the BBO crystal changes according to the applied electric field, but the BBO crystal is not limited to tuning the resonance frequency. That is, as described in claim 8, a BBO crystal may be provided in a wavelength conversion device that emits light converted from a fundamental wavelength to a different wavelength so that the optical path length is changed by applying an electric field. With such a configuration, the BBO crystal can be used as an optical path length changing element with good responsiveness. Therefore, the wavelength conversion device can be applied to minute and high-speed control for changing the optical path length.

【0027】前記波長変換装置において、請求項5にも
記載したように、反射透過手段と反射手段とを含む共振
手段で構成してもよい。
In the wavelength conversion device, as described in claim 5, the wavelength conversion device may be composed of a resonance means including a reflection / transmission means and a reflection means.

【0028】反射透過手段は、非線形光学材料の射出側
に配設されて、光軸を通過する平面との入射光束の断面
形状と異なる光束の断面形状となるように基本波長の光
を反射すると共に変換波長の光を透過する。従って、光
射出手段から往路として反射透過手段に至る光のうち、
反射透過手段では、基本波長の光のみが反射される。こ
の反射時の反射光束は、入射光束の形状と異なる光束の
断面形状となるので、反射透過手段で反射されて復路と
して非線形光学材料側へ向かう光は、非線形光学材料の
位相整合等の条件に合致しなくなる。このため、復路に
おける、基本波長と異なる少なくとも1つの変換波長の
光の生成は略零になる。
The reflection / transmission means is disposed on the exit side of the nonlinear optical material and reflects the light of the fundamental wavelength so that the cross-sectional shape of the light flux is different from the cross-sectional shape of the incident light flux with respect to the plane passing through the optical axis. At the same time, the light of the converted wavelength is transmitted. Therefore, of the light from the light emitting means to the reflection / transmission means on the outward path,
The reflection / transmission means reflects only the light of the fundamental wavelength. Since the reflected light flux at the time of this reflection has a cross-sectional shape of the light flux different from the shape of the incident light flux, the light reflected by the reflection / transmission means and traveling toward the nonlinear optical material side as a return path is subject to conditions such as phase matching of the nonlinear optical material. No match. Therefore, the generation of light having at least one conversion wavelength different from the fundamental wavelength on the return path becomes substantially zero.

【0029】反射手段は、非線形光学材料の入射側に配
設されて、非線形光学材料に入射される基本波長の光が
通過する基準光路に略一致する光路を通過すると共に基
本波長の光の光束の断面形状と略一致する光束の断面形
状となるように反射透過手段によって反射された光を反
射する。従って、反射透過手段から復路として反射手段
に至る光は、光射出手段から往路として非線形光学材料
側へ向かう光の光束の断面形状となるように反射され
る。このため、反射手段では、反射透過手段からの復路
を進行したのち反射された光と、光射出手段から入射さ
れた光とが合致されて、この合致された光が非線形光学
材料へ向かう。これによって、基本波長の光のうち、往
路を進行するときに変換波長の光に変換されたかった光
は、再び往路を進行するようになり、非線形光学材料で
は、例えば、往路である一方の方向でのみ基本波長と異
なる少なくとも1の変換波長の光を生成することにな
る。
The reflecting means is disposed on the incident side of the non-linear optical material and passes through an optical path which substantially coincides with the reference optical path through which the light of the fundamental wavelength incident on the non-linear optical material passes, and the luminous flux of the fundamental wavelength light. The light reflected by the reflection / transmission means is reflected so that the cross-sectional shape of the light flux is substantially the same as the cross-sectional shape of. Therefore, the light from the reflecting / transmitting means to the reflecting means as the return path is reflected so as to have the cross-sectional shape of the light flux of the light going from the light emitting means to the non-linear optical material side as the going path. Therefore, in the reflecting means, the light reflected after traveling on the return path from the reflecting / transmitting means and the light incident from the light emitting means are matched, and the matched light is directed to the nonlinear optical material. As a result, of the light of the fundamental wavelength, the light that was desired to be converted into the light of the converted wavelength when traveling in the forward path will again travel in the forward path, and in the nonlinear optical material, for example, in one direction of the forward path. Will generate light of at least one conversion wavelength different from the fundamental wavelength.

【0030】この共振手段の反射透過手段及び反射手段
の各々は、球面等の曲面で構成されると共に各々が有す
る焦点距離及び反射光軸が略一致するように構成するこ
とができる。このような構成では、所謂共焦点系の共振
器として共振手段を構成することができ、共振手段の内
部を光が循環して、入射された光を閉じ込めることがで
きる。
Each of the reflection / transmission means and the reflection means of the resonance means can be constituted by a curved surface such as a spherical surface, and the focal length and the reflection optical axis of each can be substantially matched. With such a configuration, the resonance means can be configured as a so-called confocal resonator, and light can circulate inside the resonance means to confine incident light.

【0031】また、この共振手段の反射透過手段及び反
射手段の少なくとも一方は、請求項6にも記載したよう
に、所定方向から入射された光を射出すると共に所定方
向と異なる方向から入射された光を反射光として射出す
る伝達部材と、該伝達部材から射出された所定方向から
の光を反射して該伝達部材へ導く反射部材とから構成さ
れ、該反射部材と該伝達部材との間に光が集光される集
光部位が奇数個位置すると共に、前記共振手段の内部で
集光される集光部位の総数が偶数個であるように構成す
ることができる。この内部に光が集光される集光部位と
は、反射透過手段及び反射手段の少なくとも一方を、所
定方向から入射された光を射出すると共に所定方向と異
なる方向から入射された光を反射光として射出するレン
ズや反射面による伝達部材と、該伝達部材から射出され
た所定方向からの光を反射して該伝達部材へ導く反射面
による反射部材とから構成するときに該反射部材と該伝
達部材との間に光が集光される集光部位をいう。このよ
うな構成では、所謂2重共焦点系の共振器として共振手
段を構成することができ、入射光軸等が僅かにずれた場
合であっても共振手段の内部を光が循環して、入射され
た光を閉じ込めることができる。
At least one of the reflection / transmission means and the reflection means of the resonance means emits the light incident from the predetermined direction and the light from a direction different from the predetermined direction as described in claim 6. A transmitting member that emits light as reflected light, and a reflecting member that reflects the light emitted from the transmitting member from a predetermined direction and guides the light to the transmitting member. Between the reflecting member and the transmitting member. It can be configured such that an odd number of light-collecting portions where light is collected are located and the total number of light-collecting portions where light is collected is even. The condensing portion where the light is condensed inside means that at least one of the reflection / transmission means and the reflection means emits light incident from a predetermined direction and reflects light incident from a direction different from the predetermined direction. And a transmission member formed of a lens and a reflection surface that emits light as a reflection member, and a reflection member having a reflection surface that reflects the light emitted from the transmission member from a predetermined direction and guides the light to the transmission member. It refers to a light condensing portion where light is condensed between the member. With such a configuration, the resonance means can be configured as a so-called double confocal resonator, and light circulates inside the resonance means even when the incident optical axis is slightly deviated, The incident light can be confined.

【0032】このように、共振手段に反射透過手段及び
反射手段を含ませて構成すれば、反射手段及び反射透過
手段によってSHG光等の基本波長と異なる少なくとも
1つの変換波長の光を発生させるための非線形光学材料
を透過した光は反射手段及び反射透過手段を介して位相
整合等の条件に合致することなく再び非線形光学材料に
向けて放射され、変換波長の光が非線型光学材料内を集
中して透過することがないので、単純な構成で調整が容
易であると共に安価な波長変換装置を得ることができ、
該変換波長の光が双方向に発生することなく干渉効果に
よる不安定性が生じることがない。
As described above, when the resonance means includes the reflection / transmission means and the reflection means, the reflection means and the reflection / transmission means generate light of at least one conversion wavelength different from the fundamental wavelength such as SHG light. The light transmitted through the non-linear optical material is radiated toward the non-linear optical material again through the reflection means and the reflection / transmission means without matching the conditions such as phase matching, and the light of the converted wavelength is concentrated in the non-linear optical material. Since it does not pass through, it is possible to obtain an inexpensive wavelength conversion device that is easy to adjust with a simple configuration.
Instability due to the interference effect does not occur because the converted wavelength light is not generated bidirectionally.

【0033】また、請求項7に記載した発明の波長変換
方法では、光学的異方性を有しかつ入射された光と該光
とは波長が異なる少なくとも1つの変換波長の光とを射
出する非線形光学材料を用いて入射された光を変換波長
の光に変換するときに、この基本波長の光を非線形光学
材料に入射すると共に、該基本波長の光が共振するよう
に共振長を変調するための電界を非線形光学材料へ付与
する。従って、入射された光を変換波長の光に変換する
ときに共振長を変調でき、付与された電界に応じて少な
くとも1つの変換波長の光を共振長に応じて変調された
光に変換することができる。
Further, in the wavelength conversion method of the invention described in claim 7, the incident light and the light having at least one conversion wavelength different in wavelength from the incident light are emitted. When the light incident using the nonlinear optical material is converted into the light of the conversion wavelength, the light of the fundamental wavelength is incident on the nonlinear optical material and the resonance length is modulated so that the light of the fundamental wavelength resonates. An electric field for applying to the nonlinear optical material. Therefore, the resonance length can be modulated when the incident light is converted into the light of the conversion wavelength, and the light of at least one conversion wavelength can be converted into the light modulated according to the resonance length according to the applied electric field. You can

【0034】[0034]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。第1実施例は、リング型共振器を含んだ
波長変換装置に本発明を適用したものである。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The first embodiment is one in which the present invention is applied to a wavelength conversion device including a ring resonator.

【0035】図1に示したように、本実施例の波長変換
装置10は、光射出手段としてのレーザー装置12、共
振手段としての共振器16及びサーボ用電気回路20か
ら構成されている。レーザー装置12のレーザー光の射
出側には、共振器16が配設されている。このレーザー
装置12からは、周波数(例えば、約6×1014Hz)
のレーザー光が射出される構成である。
As shown in FIG. 1, the wavelength conversion device 10 of this embodiment comprises a laser device 12 as a light emitting means, a resonator 16 as a resonance means, and a servo electric circuit 20. A resonator 16 is disposed on the laser beam emitting side of the laser device 12. From this laser device 12, the frequency (for example, about 6 × 10 14 Hz)
The laser light is emitted.

【0036】共振器16は、図13に示した共振器10
0と同様の構成であり、入射ミラー22、サンプリング
ミラー24、第1のミラー26及び第2のミラー28か
ら構成されている。レーザー装置12から射出されたレ
ーザー光L0は、共振器16に入射され、入射ミラー2
2を通過して光路L1aを辿りサンプリングミラー24
へ至る。サンプリングミラー24は、入射された光の一
部をサンプリング(透過)すると共に、サンプリングさ
れない他の光を反射し光路L1bへ案内する。光路L1
aの延長上には、光検出手段としての光検出器18が配
設されており、サンプリングミラー24でサンプリング
された光が照射される。サンプリングミラー18で反射
された光は、第1のミラー26へ至る。第1のミラー2
6は、その全部を反射して光路L1cへ案内する。光路
L1c上には、非線形光学材料としてのBBO結晶14
が配置されており、第1のミラー26で反射された光が
BBO結晶14を通過して第2のミラー28へ至る。従
って、BBO結晶14では、入射光に応じて変換したS
HG光を、未変換の光と共に射出する。第2のミラー2
8は入射光のうちBBO結晶14において未変換の光を
反射すると共に変換されたSHG光L2を透過する。こ
の第2のミラー28で反射された光は光路L1dへ案内
され、入射ミラー22へ至る。入射ミラー22は、光路
L1dと平行な入射光軸と光路L1aと平行な反射光軸
とが調整されており、光路L1dを辿った光を反射して
光路L1aへ案内する。
The resonator 16 is the resonator 10 shown in FIG.
The configuration is the same as that of 0, and includes an entrance mirror 22, a sampling mirror 24, a first mirror 26, and a second mirror 28. The laser light L0 emitted from the laser device 12 is incident on the resonator 16 and the incident mirror 2
2 and the optical path L1a, and the sampling mirror 24
To The sampling mirror 24 samples (transmits) a part of the incident light and reflects the other unsampled light to guide it to the optical path L1b. Optical path L1
A photodetector 18 as a photodetector is provided on the extension of a, and the light sampled by the sampling mirror 24 is irradiated. The light reflected by the sampling mirror 18 reaches the first mirror 26. First mirror 2
6 reflects all of them and guides them to the optical path L1c. A BBO crystal 14 as a nonlinear optical material is provided on the optical path L1c.
Is arranged, and the light reflected by the first mirror 26 passes through the BBO crystal 14 and reaches the second mirror 28. Therefore, in the BBO crystal 14, S converted according to the incident light is converted.
HG light is emitted together with unconverted light. Second mirror 2
Reference numeral 8 reflects the unconverted light in the BBO crystal 14 of the incident light and transmits the converted SHG light L2. The light reflected by the second mirror 28 is guided to the optical path L1d and reaches the entrance mirror 22. The incident mirror 22 has an incident optical axis parallel to the optical path L1d and a reflected optical axis parallel to the optical path L1a adjusted, and reflects the light following the optical path L1d to guide it to the optical path L1a.

【0037】共振器16の第1のミラー26は、変位可
能な図示しないマウント装置に取付けられており、この
図示しないマウント装置はピエゾ素子30を介して共振
器16の本体にマウントされている。ピエゾ素子30
は、第1のミラー26を変位させることにより共振器長
を変化させて共振周波数を変化させるためのものであ
り、サーボ用電気回路20に接続されている。共振器1
6のBBO結晶14には、2個の電極32、電極34が
配設されており、これら電極32、34は、サーボ用電
気回路20に接続されている。また、光検出器18もサ
ーボ用電気回路20に接続されている。これら、電極3
2、34及びサーボ用電気回路20によって電界付与手
段を構成している。また、電極32及びサーボ用電気回
路20によって第1の電界付与手段を構成し、電極34
及びサーボ用電気回路20によって第2の電界付与手段
を構成している。
The first mirror 26 of the resonator 16 is attached to a mount device (not shown) which is displaceable, and the mount device (not shown) is mounted on the body of the resonator 16 via a piezo element 30. Piezo element 30
Is for changing the resonator length by displacing the first mirror 26 and changing the resonance frequency, and is connected to the servo electric circuit 20. Resonator 1
The BBO crystal 14 of No. 6 is provided with two electrodes 32 and 34, which are connected to the servo electric circuit 20. The photodetector 18 is also connected to the servo electric circuit 20. These electrodes 3
2, 34 and the electric circuit for servo 20 constitute an electric field applying means. Further, the electrode 32 and the electric circuit for servo 20 constitute a first electric field applying means, and the electrode 34
The servo electric circuit 20 constitutes a second electric field applying means.

【0038】次に、本実施例の波長変換装置10の作動
を説明する。前述のように、共振器16を用いてBBO
結晶14から効率よくSHG光を発生させるためには、
共振器16に入射するレーザー光の周波数に共振器16
の共振周波数を同調させなければならないので、共振器
16の共振周波数の誤差検出をすると共に、共振器16
を同調させるフィードバック制御が必要である。
Next, the operation of the wavelength conversion device 10 of this embodiment will be described. As described above, the resonator 16 is used to
In order to efficiently generate SHG light from the crystal 14,
The frequency of the laser light incident on the resonator 16 is set to the resonator 16
Since the resonance frequency of the resonator 16 must be tuned, the error of the resonance frequency of the resonator 16 is detected and
Feedback control to tune is required.

【0039】先ず、共振器16に入射するレーザー光の
周波数に共振器16の共振周波数を同調させる条件を維
持するために、共振周波数のずれ(誤差信号)を検出す
る。この検出には、前述のFMサイドバンド法を用いて
いる。
First, in order to maintain the condition for tuning the resonance frequency of the resonator 16 to the frequency of the laser light incident on the resonator 16, the deviation of the resonance frequency (error signal) is detected. The FM sideband method described above is used for this detection.

【0040】本実施例では、レーザー装置から射出され
たレーザー光に対して周波数変調することなく、そのま
まレーザー光を共振器16へ入射し、共振器16内部に
配設されたBBO結晶14を直接変調することによって
共振器16の共振周波数を変調している。すなわち、B
BO結晶14は、電界が付与されると電気光学効果によ
って屈折率が変化する。このBBO結晶14の屈折率の
変化によってBBO結晶14の光路長が変化し、共振器
16の光路長、すなわち共振器長が変化し、共振器16
の共振周波数が変化する。BBO結晶14は高周波応答
性が高いので、BBO結晶14に高周波電界をかけるこ
とによって、共振周波数を高周波で変調できる。本実施
例では、BBO結晶14に配設された電極32を変調用
の電極として用い、電極32を介してBBO結晶14に
電界を付与している。このBBO結晶14において高周
波で変調されたレーザー光を光検出器18によって検出
することにより、共振器16の共振周波数の誤差に比例
する信号を得ている。
In the present embodiment, the laser light emitted from the laser device is directly incident on the resonator 16 without being frequency-modulated, and the BBO crystal 14 disposed inside the resonator 16 is directly exposed. By modulating, the resonance frequency of the resonator 16 is modulated. That is, B
The refractive index of the BO crystal 14 changes due to the electro-optic effect when an electric field is applied. The optical path length of the BBO crystal 14 changes due to the change in the refractive index of the BBO crystal 14, and the optical path length of the resonator 16, that is, the resonator length changes.
The resonance frequency of changes. Since the BBO crystal 14 has a high frequency response, the resonance frequency can be modulated with a high frequency by applying a high frequency electric field to the BBO crystal 14. In this embodiment, the electrode 32 provided on the BBO crystal 14 is used as an electrode for modulation, and an electric field is applied to the BBO crystal 14 via the electrode 32. The laser light modulated at high frequency in the BBO crystal 14 is detected by the photodetector 18 to obtain a signal proportional to the error in the resonance frequency of the resonator 16.

【0041】次に、BBO結晶14の電気光学効果を用
いたフィードバック制御を説明する。前述のように、B
BO結晶14には、電界付与による電気光学効果の発生
で屈折率が変化する現象がある。この現象によって、光
学的な共振器長を変化させることができる。従って、光
検出器18から得られる共振周波数の誤差に比例する信
号を、共振器長を変化させる(電極32を介してBBO
結晶14に電界付与)信号として用い、この電界付与に
よるBBO結晶14で決定される共振器16の共振周波
数に対して前記誤差に比例する信号でフィードバック、
すなわち負のフィードバック制御をすることで、誤差を
常にゼロ近傍に維持することができる(サーボ制御)。
Next, the feedback control using the electro-optical effect of the BBO crystal 14 will be described. As mentioned above, B
The BO crystal 14 has a phenomenon in which the refractive index changes due to the generation of an electro-optical effect by applying an electric field. By this phenomenon, the optical resonator length can be changed. Therefore, a signal proportional to the error of the resonance frequency obtained from the photodetector 18 is changed in the cavity length (through the electrode 32, the BBO
A signal proportional to the error with respect to the resonance frequency of the resonator 16 determined by the BBO crystal 14 by applying the electric field.
That is, by performing the negative feedback control, the error can always be maintained near zero (servo control).

【0042】本実施例では、BBO結晶14に設けた2
つの電極32,34のうち、前述のように電極32を変
調用として設定し、別個の電極34をフィードバック用
として設定している。この電極34に信号を供給し、誤
差信号に比例する電界をBBO結晶14に付与してい
る。BBO結晶14の電気光学効果によるフィードバッ
ク制御は、ピエゾ素子30による制御よりも高い周波数
まで効果的に付与することができる。
In this embodiment, 2 provided on the BBO crystal 14 is used.
Of the two electrodes 32 and 34, the electrode 32 is set for modulation and the separate electrode 34 is set for feedback as described above. A signal is supplied to this electrode 34, and an electric field proportional to the error signal is applied to the BBO crystal 14. The feedback control by the electro-optical effect of the BBO crystal 14 can effectively give a higher frequency than the control by the piezo element 30.

【0043】従来、共振器長を制御するため、共振器を
構成する鏡をピエゾ素子上に取り付け、鏡を実際に動か
す方法が用いられて来たが、従来のピエゾ素子によるも
のでは、機械的理由により数キロHzの応答が、高周波
駆動の限界であった。本実施例では、BBO結晶14を
直接制御しているので、レーザー光の周波数のゆらぎが
数キロHz以上の成分をもっていても、良好に制御が可
能になる。
Conventionally, in order to control the resonator length, a method has been used in which a mirror forming a resonator is mounted on a piezo element and the mirror is actually moved. However, in the conventional piezo element, a mechanical method is used. For some reason, the response of several kilohertz was the limit of high frequency driving. In this embodiment, since the BBO crystal 14 is directly controlled, even if the fluctuation of the frequency of the laser light has a component of several kilohertz or more, it can be controlled well.

【0044】なお、共振器長の制御には、BBO結晶1
4の電気光学効果による制御よりも、ピエゾ素子30に
よる制御の方が、共振器長の変化の範囲を大きく設定で
きる。このため、本実施例では、ピエゾ素子30の機械
的制御範囲を考慮して、低周波側ではピエゾ素子30に
よるフィードバック制御を行い、高周波側ではBBO結
晶14の電気光学効果を利用してフィードバック制御を
行うという、最適な周波数域における効率的な制御で最
大限に効果を発揮するように両者を併用して制御してい
る。
The BBO crystal 1 is used to control the resonator length.
The range of change of the resonator length can be set larger in the control by the piezo element 30 than in the control by the electro-optical effect of 4. Therefore, in this embodiment, in consideration of the mechanical control range of the piezo element 30, feedback control is performed by the piezo element 30 on the low frequency side, and feedback control is performed by using the electro-optical effect of the BBO crystal 14 on the high frequency side. In order to maximize the effect of the efficient control in the optimum frequency range, both are controlled together.

【0045】上記の共振器16の構成として、厚さ9m
mでBBO結晶14を形成し、BBO結晶14に付与す
る高周波変調の周波数を2MHz、振幅を15V(peak
-to-peak) と設定して、実験を行った結果、良好な動作
を得ることができる。
The resonator 16 has a thickness of 9 m.
The BBO crystal 14 is formed by m, and the frequency of the high frequency modulation applied to the BBO crystal 14 is 2 MHz and the amplitude is 15 V (peak
As a result of conducting an experiment by setting -to-peak), good operation can be obtained.

【0046】次に、サーボ用電気回路20の具体的な構
成の一例と共に波長変換装置10の作動をさらに説明す
る。
Next, the operation of the wavelength conversion device 10 will be further described along with an example of a specific configuration of the servo electric circuit 20.

【0047】図2に示したサーボ用電気回路20は、高
周波発振器42を含んで構成している。この高周波発振
器42はEO素子ドライバ40を介してBBO結晶14
の電極32に接続されると共に、ダブルバランストミキ
サ(以下、DBMという。)44の一方の入力端に接続
されている。DBM44の他方の入力端は、光検出器1
8からの信号が入力されるように接続されている。DB
M44は、ローパスフィルタ(以下、LPFという。)
46に接続され、LPF46はLPF48及びハイパス
フィルタ(以下、HPFという。)52に接続されてい
る。LPF48は、ピエゾ素子ドライバ50を介してピ
エゾ素子30に接続されている。HPF52は、EO素
子ドライバ54を介してBBO結晶14の電極34に接
続されている。
The servo electric circuit 20 shown in FIG. 2 includes a high frequency oscillator 42. This high-frequency oscillator 42 is connected to the BBO crystal 14 via the EO element driver 40.
Of the double-balanced mixer (hereinafter referred to as DBM) 44. The other input end of the DBM 44 is the photodetector 1
It is connected so that the signal from 8 may be input. DB
M44 is a low-pass filter (hereinafter referred to as LPF).
The LPF 46 is connected to the LPF 48 and a high pass filter (hereinafter referred to as HPF) 52. The LPF 48 is connected to the piezo element 30 via a piezo element driver 50. The HPF 52 is connected to the electrode 34 of the BBO crystal 14 via the EO element driver 54.

【0048】高周波発振器42から出力される所定周波
数(例えば2MHz)の電気信号60(図3参照)は一
つはEO素子ドライバー40を介してBBO結晶14の
電極32に出力されると共に、DBM44の一方の入力
端に出力される。このDBM44は光検出器2において
検出された信号と高周波発振器42から出力される所定
周波数の電気信号60との積に対応する信号を出力す
る。
One of the electric signals 60 (see FIG. 3) of a predetermined frequency (for example, 2 MHz) output from the high frequency oscillator 42 is output to the electrode 32 of the BBO crystal 14 via the EO element driver 40, and at the same time, to the DBM 44. It is output to one input terminal. The DBM 44 outputs a signal corresponding to the product of the signal detected by the photodetector 2 and the electric signal 60 of a predetermined frequency output from the high frequency oscillator 42.

【0049】共振器16内に配設されたEO素子である
BBO結晶14に高周波の電界を付与すると、その電界
の大きさに応じて、共振器16の共振器長が変調され、
その結果、共振器16の中心周波数が基準となる周波数
f0から時間的に変動する。すなわち、入射されたレー
ザー光の周波数と共振器16の共振周波数とが一致する
とき、つまり共振器16の共振器長が入射されたレーザ
ー光の波長の整数倍に一致する条件(以下、共振条件と
いう。)を満たすときには、図4の信号62Bに示すよ
うに、周波数f0を中心として共振器長が中心値より長
いときの光検出器18の信号波形(図4の周波数f0よ
り上方部分)と、短いときの光検出器18の信号波形
(図4の周波数f0より下方部分)との形状が略一致し
た振幅値になる。従って、共振器16の透過周波数特性
分布64は、周波数f0を中心に略対称な波形になる。
このため、高周波出力は電界の強度の積になる。従っ
て、DBM44の出力は、正の部分と負の部分の寄与が
等しくなり、平均値が略0になる(図5の信号66B参
照)。
When a high frequency electric field is applied to the BBO crystal 14 which is an EO element arranged in the resonator 16, the resonator length of the resonator 16 is modulated according to the magnitude of the electric field,
As a result, the center frequency of the resonator 16 temporally fluctuates from the reference frequency f0. That is, when the frequency of the incident laser light and the resonance frequency of the resonator 16 match, that is, the resonator length of the resonator 16 matches an integer multiple of the wavelength of the incident laser light (hereinafter, resonance condition 4), the signal waveform of the photodetector 18 (the portion above the frequency f0 in FIG. 4) when the resonator length is longer than the center value around the frequency f0 as shown by the signal 62B in FIG. The amplitude value has a shape that substantially matches the shape of the signal waveform of the photodetector 18 (the portion below the frequency f0 in FIG. 4) when it is short. Therefore, the transmission frequency characteristic distribution 64 of the resonator 16 has a substantially symmetrical waveform about the frequency f0.
Therefore, the high frequency output is the product of the strengths of the electric fields. Therefore, in the output of the DBM 44, the contributions of the positive portion and the negative portion are equal, and the average value becomes substantially 0 (see the signal 66B in FIG. 5).

【0050】一方、共振器長が共振条件より長い場合に
は、図4の信号62Cに示すように、共振器16の共振
周波数が負側にシフトする。このため、共振器長は負側
にシフトとして光検出器18の信号が大きくなり、DB
M44の出力は平均的に正側にシフトすることになる
(図5の信号66C参照)。また、共振器長が共振条件
より短い場合も同様に、図4の信号62Aに示すよう
に、共振器16の共振周波数が正側にシフトする。この
ため、共振器長は正側にシフトとして光検出器18の信
号が小さくなり、DBMの出力が平均的に負側にシフト
することになる(図5の信号66A参照)。
On the other hand, when the resonator length is longer than the resonance condition, the resonance frequency of the resonator 16 shifts to the negative side as shown by the signal 62C in FIG. Therefore, the resonator length is shifted to the negative side, and the signal of the photodetector 18 becomes large, so that DB
The output of M44 will shift to the positive side on average (see signal 66C in FIG. 5). Similarly, when the resonator length is shorter than the resonance condition, the resonance frequency of the resonator 16 shifts to the positive side as shown by the signal 62A in FIG. Therefore, the resonator length shifts to the positive side, the signal of the photodetector 18 becomes small, and the output of the DBM shifts to the negative side on average (see the signal 66A in FIG. 5).

【0051】従って、DBM44の出力を時間的に平均
化した値を提供するLPF46の出力は、共振器16の
共振条件からの共振器長の長短を示すことになる。従っ
て、この共振器長の長短を示す信号を用いて逆に共振器
16の共振器長を変化させるフィードバック制御をすれ
ば、共振器長をつねに入射されたレーザー光の周波数と
共振するように制御することができる。
Therefore, the output of the LPF 46, which provides a value obtained by averaging the output of the DBM 44 over time, shows the length of the resonator from the resonance condition of the resonator 16. Therefore, if the feedback control for changing the resonator length of the resonator 16 is reversely performed using the signal indicating the length of the resonator, the resonator length is always controlled to resonate with the frequency of the incident laser light. can do.

【0052】なお、DBM44が出力する信号を用いて
共振器長を変化させるには、上記のように、共振器を構
成する第1のミラー26の支持機構としてのマウント装
置が電圧に比例して平行移動するピエゾ素子(電歪素
子、または電磁素子)で構成する他に、共振器16内
に、円周方向に屈折率が低屈折率から高屈折率に分布し
た回転可能なガラス板をおきその回転角を電圧によって
調整するようにすることや、これらの複数の機構を組み
合わせて用いる方法がある。
In order to change the resonator length by using the signal output from the DBM 44, the mount device as the support mechanism for the first mirror 26 constituting the resonator is proportional to the voltage as described above. In addition to being composed of a piezo element (electrostrictive element or electromagnetic element) that moves in parallel, a rotatable glass plate having a refractive index distributed from a low refractive index to a high refractive index in the circumferential direction is placed in the resonator 16. There is a method of adjusting the rotation angle by a voltage, or a method of combining a plurality of these mechanisms.

【0053】本実施例の波長変換装置10では、BBO
結晶14(EO素子)とピエソ素子30との両方を用い
て制御する場合について説明したが、図6に示したよう
に、最も簡単な構成として、ピエゾ素子30を制御する
ことなく、図2の点Fにおける信号を増幅して、BBO
結晶16に配設された電極34に電圧を付与するように
してもよい。
In the wavelength conversion device 10 of this embodiment, the BBO
Although the case where control is performed using both the crystal 14 (EO element) and the piezo element 30 has been described, as shown in FIG. 6, the simplest configuration is as follows without controlling the piezo element 30. Amplify the signal at point F to
A voltage may be applied to the electrode 34 arranged on the crystal 16.

【0054】このように、本実施例の波長変換装置は、
共振器内に配設されたBBO結晶(非線形結晶)に、高
周波変調用と、同調信号(直流及び低周波成分)印加用
の2枚の電極を配設している。これによって、従来の波
長変換装置で必要とされていたEO変調器を配設するこ
となく、所定波長のレーザー光をBBO結晶における非
線形効果でSHG光に変換する波長変換装置を小型かつ
安価に提供することができる。
As described above, the wavelength conversion device of this embodiment is
A BBO crystal (non-linear crystal) arranged in the resonator is provided with two electrodes for high frequency modulation and for applying a tuning signal (DC and low frequency components). As a result, it is possible to provide a compact and inexpensive wavelength conversion device that converts laser light of a predetermined wavelength into SHG light by the non-linear effect in the BBO crystal without disposing the EO modulator required in the conventional wavelength conversion device. can do.

【0055】また、高周波変調用と、同調信号印加用の
2枚の電極によるBBO結晶の電界付与によって、高周
波変調が可能になると共に、同調が容易となり、得られ
るSHG光を高出力化することができる。また、高周波
で変調が可能になることによるサーボ制御の追随性が向
上することによって、出力光の強度を安定させるととも
にサーボ制御の安定性を向上させることができる。
Further, by applying an electric field to the BBO crystal by two electrodes for high frequency modulation and for applying a tuning signal, high frequency modulation becomes possible, tuning becomes easy, and the output of the obtained SHG light is increased. You can Further, since the followability of servo control is improved due to the possibility of modulation at high frequency, the intensity of output light can be stabilized and the stability of servo control can be improved.

【0056】このサーボ制御の安定性が向上すると、同
調幅が小さな共振器でも利用できるようになる。可視光
から紫外光を得るための変換効率の高い波長変換装置用
の共振器は、一般的に同調幅が小さい。従って、本実施
例によれば、可視光から紫外光を得るための変換効率の
高い波長変換装置の実現が容易になる。
When the stability of this servo control is improved, it becomes possible to use even a resonator having a small tuning width. A resonator for a wavelength conversion device having a high conversion efficiency for obtaining ultraviolet light from visible light generally has a small tuning width. Therefore, according to this embodiment, it is easy to realize a wavelength conversion device having a high conversion efficiency for obtaining ultraviolet light from visible light.

【0057】上記の実施例では、リング型共振器に本発
明を適用した場合を説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、以下に説明する共焦点型共振器も本
発明が適用可能な共振器である。なお、以下の共焦点型
共振器を用いれば、上記の実施例の波長変換装置よりも
更に部品点数が少なく、可動部分の少ない、コンパクト
な波長変換装置を構成できる。この共焦点型共振器を用
いた波長変換装置11を、本発明の第2実施例として説
明する。なお、本実施例は、上記の実施例と略同様の構
成のため、同一部分には、同一符号を付し、以下、構成
が異なる共振器のみを説明する。
In the above embodiments, the case where the present invention is applied to the ring type resonator has been described, but the present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable to the confocal type resonator described below. It is an applicable resonator. If the following confocal resonator is used, it is possible to construct a compact wavelength converter having a smaller number of parts and fewer moving parts than the wavelength converter of the above-mentioned embodiment. A wavelength conversion device 11 using this confocal resonator will be described as a second embodiment of the present invention. Since the present embodiment has substantially the same configuration as the above-described embodiments, the same portions are denoted by the same reference numerals, and only resonators having different configurations will be described below.

【0058】図7に示したように、本実施例の波長変換
装置11は、所定波長のレーザー光を射出するレーザー
装置12を備えている。レーザー装置12の射出側には
コリメータレンズ系74が配設されている。このコリメ
ータレンズ系74は、拡散手段としての凹レンズ70及
び集光手段としての凸レンズ72により構成され、凹レ
ンズ70及び凸レンズ72の順に配設されている。レー
ザー装置12から射出されたレーザー光は、凹レンズ7
0により拡散された後に凸レンズ72によって集光され
る。このコリメータレンズ系74は、光の波面及びレー
ザー光のビーム径を調整するためのものであり、コリメ
ータレンズ系74の射出側にレーザー光が集中するビー
ムウエストなる集光部位を形成する。これらレーザー装
置12及びコリメータレンズ系74により光射出手段を
構成している。
As shown in FIG. 7, the wavelength conversion device 11 of this embodiment includes a laser device 12 which emits laser light of a predetermined wavelength. A collimator lens system 74 is arranged on the emission side of the laser device 12. The collimator lens system 74 is composed of a concave lens 70 as a diffusing means and a convex lens 72 as a condensing means, and the concave lens 70 and the convex lens 72 are arranged in this order. The laser light emitted from the laser device 12 is a concave lens 7
After being diffused by 0, it is condensed by the convex lens 72. The collimator lens system 74 is for adjusting the wavefront of light and the beam diameter of the laser light, and forms a condensing portion having a beam waist where the laser light is concentrated on the exit side of the collimator lens system 74. The laser device 12 and the collimator lens system 74 constitute a light emitting means.

【0059】コリメータレンズ系74のレーザー光の射
出側には、共振器76が配設されている。この共振器7
6は、コリメータレンズ系74のレーザー光の射出側か
ら順に配設された第1のミラー78及び第2のミラー7
9から構成されている。第1のミラー78及び第2のミ
ラー79は、同一の曲率半径の曲面の球面鏡で形成され
ている。従って、第1のミラー78及び第2のミラー7
9の焦点距離は一致する。本実施例の共振器76は、第
1のミラー78及び第2のミラー79の各々を焦点位置
が一致するように配置すると共に、各々の曲率中心が同
一の線上に一致するように配置して、所謂、共焦点系共
振器を形成している。この共振器76は、焦点位置付近
に、上記のレーザー光が集中するビームウエストなる集
光部位が位置するように配置される。
A resonator 76 is arranged on the laser light emitting side of the collimator lens system 74. This resonator 7
Reference numeral 6 denotes a first mirror 78 and a second mirror 7 arranged in order from the laser light emission side of the collimator lens system 74.
It is composed of nine. The first mirror 78 and the second mirror 79 are formed by curved spherical mirrors having the same radius of curvature. Therefore, the first mirror 78 and the second mirror 7
The focal lengths of 9 are the same. In the resonator 76 of this embodiment, the first mirror 78 and the second mirror 79 are arranged so that their focal positions coincide with each other, and their centers of curvature coincide with each other on the same line. A so-called confocal resonator is formed. The resonator 76 is arranged so that a light condensing portion, which is a beam waist where the laser light is concentrated, is located near the focal position.

【0060】また、上記の凸レンズ72と共振器76と
の間には、サンプリングミラー68が配設されている。
このサンプリングミラー68の反射側には、光検出器1
8が配設されている。
A sampling mirror 68 is arranged between the convex lens 72 and the resonator 76.
The photodetector 1 is provided on the reflection side of the sampling mirror 68.
8 are provided.

【0061】本実施例では、第1のミラー78及び第2
のミラー79の各々の曲率半径はコリメータレンズ系7
4から射出されるレーザー光の波面の曲率より大きく設
定されている。従って、第1のミラー78及び第2のミ
ラー79の各々のミラーでは、反射時点において、入射
されたときの光の波面の曲率が変更される。
In this embodiment, the first mirror 78 and the second mirror 78
The radius of curvature of each of the mirrors 79 of the collimator lens system 7 is
4 is set to be larger than the curvature of the wavefront of the laser light emitted from the laser beam. Therefore, in each of the first mirror 78 and the second mirror 79, the curvature of the wavefront of the light when incident is changed at the time of reflection.

【0062】上記のビームウエストなる集光部位付近に
は、BBO結晶14が、そのBBO結晶14の内部にビ
ームウエストが位置するように配設されている。BBO
結晶14は、受容角が充分大きくなっており、このBB
O結晶14では大きな受容角に一致したレーザー光が入
射されたときに非線型光学効果により基本波長のレーザ
ー光(励起光)から得られる変換波長のSHG光が効率
よく出力される。また、BBO結晶14には、2個の電
極32、34が配設されており、これら電極32、34
は、サーボ用電気回路20に接続されている。また、光
検出器18もサーボ用電気回路20に接続されている。
次に、本実施例の共振器76の作動を説明する。コリメ
ータレンズ系74から射出されたレーザー光Lは、徐々
にビーム径が減少しながら第1のミラー78を透過し
て、BBO結晶14内に至り、BBO結晶14中にビー
ムウエストが形成される。また、第1のミラー78を通
過したレーザー光Lは、BBO結晶14において変換波
長のSHG光を得るための励起光L1として作用する。
このBBO結晶14では、非線形光学効果によってSH
G光L2が発生する。発生したSHG光L2は第2のミ
ラー79を透過して出力光として用いる(図7の白抜矢
印B方向の光)。SHG光L2に変換されなかった励起
光L1aは第2のミラー79において、反射されると共
に波面の曲率が変更される。この波面の曲率変更時に
は、ビーム径が縮小方向に変更されることなく、拡散方
向に広げられるように変更される。波面の曲率が変更さ
れた励起光L1bは、BBO結晶14を透過して、第1
のミラー78へ至る。この第1のミラー78では、励起
光L1bが、コリメータレンズ系74から射出されたレ
ーザー光L(すなわち、励起光L1)の波面の曲率と一
致するように波面の曲率が変更されて反射される。この
励起光L1、L1aは共にBBO結晶14へ至る。この
ように、励起光は、共振器の中を循環する。
A BBO crystal 14 is arranged in the vicinity of the above-mentioned beam waist where the beam waist is located so that the beam waist is located inside the BBO crystal 14. BBO
Crystal 14 has a sufficiently large acceptance angle.
The O-crystal 14 efficiently outputs the SHG light of the conversion wavelength obtained from the laser light (excitation light) of the fundamental wavelength due to the nonlinear optical effect when the laser light matching the large acceptance angle is incident. Further, the BBO crystal 14 is provided with two electrodes 32 and 34.
Is connected to the servo electric circuit 20. The photodetector 18 is also connected to the servo electric circuit 20.
Next, the operation of the resonator 76 of this embodiment will be described. The laser beam L emitted from the collimator lens system 74 is transmitted through the first mirror 78 while the beam diameter is gradually reduced, reaches the inside of the BBO crystal 14, and a beam waist is formed in the BBO crystal 14. Further, the laser light L that has passed through the first mirror 78 acts as the excitation light L1 for obtaining the SHG light of the conversion wavelength in the BBO crystal 14.
In this BBO crystal 14, due to the nonlinear optical effect, SH
G light L2 is generated. The generated SHG light L2 passes through the second mirror 79 and is used as output light (light in the direction of the white arrow B in FIG. 7). The excitation light L1a that has not been converted into the SHG light L2 is reflected by the second mirror 79 and the curvature of the wavefront is changed. When the curvature of the wavefront is changed, the beam diameter is changed so as to be expanded in the diffusion direction without being changed in the reduction direction. The excitation light L1b having the changed wavefront curvature is transmitted through the BBO crystal 14 and
To the mirror 78. In the first mirror 78, the excitation light L1b is reflected with its curvature changed so that it matches the curvature of the wavefront of the laser light L (that is, the excitation light L1) emitted from the collimator lens system 74. . Both of the excitation lights L1 and L1a reach the BBO crystal 14. In this way, the excitation light circulates in the resonator.

【0063】第1のミラー78及び第2のミラー79で
は、入射されたレーザー光Lの波面の曲率RL が第1の
ミラー78及び第2のミラー79の曲率よりも小さくな
っている(図8参照)。このため、第2のミラー79で
反射された光の波面の曲率R B は、入射されたレーザー
光の波面の曲率RL より大きくなる。従って、上記入射
時のレーザー光のビーム径と共振器の条件下では、往路
(図7及び図8の実線)と復路(図7及び図8の1点鎖
線)とでビームウエストのビーム径が変更される。この
ビームウエストの位置にBBO結晶14を配設しSHG
光を発生させると、往路と復路の各々に対して生じるS
HG光パワーは、結晶の受容角が十分に大きいので、各
々の励起光のビームウエストにおけるビーム径の面積に
逆比例する。すなわち、本実施例のように往路と復路で
のビームウエストのビーム径が異なるように共振器及び
入力するレーザー光を設定すると、小さなビーム径のレ
ーザー光が進行する方向(図7の白抜矢印A方向)の励
起光にのみ、SHG光(高調波出力)を発生させるため
のパワーが集中する。例えば往路と復路とにおけるビー
ム径の大きさの比を1:3(1:5)とすることによ
り、SHG光(高調波出力)は9:1(25:1)とな
って、変換されたパワーの90%(96%)は一方向に
集中する。
With the first mirror 78 and the second mirror 79
Is the curvature R of the wavefront of the incident laser light L.LIs the first
Smaller than the curvature of the mirror 78 and the second mirror 79.
(See FIG. 8). Therefore, with the second mirror 79
Curvature R of the wavefront of the reflected light BThe incident laser
Curvature of light wavefront RLGet bigger. Therefore, the above incident
When the beam diameter of the laser beam and the resonator conditions are
(Solid line in FIGS. 7 and 8) and return path (one-dot chain in FIGS. 7 and 8)
Line) and the beam diameter of the beam waist is changed. this
BBO crystal 14 is placed at the position of the beam waist and SHG
When light is generated, S generated for each of the forward and backward paths
Since the acceptance angle of the crystal is large enough for HG optical power,
The area of the beam diameter at the beam waist of each excitation light
Inversely proportional. That is, as in this example,
So that the beam diameter of the beam waist of
By setting the input laser light, the laser beam with a small beam diameter
Excitation in the direction in which the laser light travels (the direction of the white arrow A in FIG. 7)
In order to generate SHG light (harmonic output) only in the luminous
The power of is concentrated. For example, the bee on the outbound path and the inbound path
By setting the ratio of the size of the um diameter to 1: 3 (1: 5)
SHG light (harmonic output) is 9: 1 (25: 1)
So 90% (96%) of the converted power goes in one direction
concentrate.

【0064】このように、本実施例の波長変換装置によ
れば、共焦点共振器として機能する共振器を波長変換の
ための外部共振器として用いているので、共振器が備え
たミラーによって復路に向けて反射されるレーザー光の
波面の曲率は入射された光及び励起光の波面の曲率と異
なる大きさにすることができ、ビームウエスト近傍に配
設された結晶を通過することによって発生するSHG光
は、往路のみに集中することになる。従って、共焦点系
として機能する1対の曲面を備えた共振器を用いて、そ
の焦点付近に結晶を配置すると共に、当該曲面の曲率半
径と異なる、すなわち当該曲面の曲率半径より小さな曲
率半径となるように入射するレーザー光を調整するのみ
で、複雑な調整を必要とすることなく単純かつ簡単な構
成で高効率に光の波長を変換することができる。
As described above, according to the wavelength conversion device of this embodiment, since the resonator functioning as the confocal resonator is used as the external resonator for wavelength conversion, the return path is changed by the mirror provided in the resonator. The curvature of the wavefront of the laser light reflected toward the beam can be different from the curvature of the wavefront of the incident light and the excitation light, and is generated by passing through the crystal arranged near the beam waist. The SHG light will be concentrated only on the outward path. Therefore, using a resonator provided with a pair of curved surfaces that function as a confocal system, a crystal is arranged near the focal point of the resonator, and a radius of curvature different from that of the curved surface, that is, a radius of curvature smaller than that of the curved surface. The wavelength of the light can be converted with high efficiency by simply adjusting the incident laser light so as to achieve a simple and simple configuration without requiring complicated adjustment.

【0065】実際的な共焦点系の構成の一例としては、
図9に示したように、厚さyの平行平面形状のBBO結
晶14の一方の面から間隔xを隔てて曲率半径RM の第
1のミラー78を配設すると共に、BBO結晶14の他
方の面から間隔zを隔てて曲率半径RM の第2のミラー
79を配設して共振器76を形成する。このとき、BB
O結晶14の屈折率n2 がミラーと結晶までの周辺材料
の媒質n1 と異なる場合には、界面の屈折を考慮し屈折
率n=n2 /n1 として、ミラーの曲率半径R M と間隔
x,zとは(RM =x+y/n+z)の関係にある。
As an example of a practical confocal system configuration,
As shown in FIG. 9, a parallel plane-shaped BBO connection with a thickness y is formed.
Radius of curvature R at a distance x from one surface of crystal 14MThe first
The mirror 78 of No. 1 is arranged,
Radius R at an interval z from one surfaceMSecond mirror of
79 is provided to form the resonator 76. At this time, BB
Refractive index n of O crystal 142Surrounding materials up to the mirror and crystal
Medium n1Refraction considering the interface refraction
Rate n = n2/ N1Is the radius of curvature R of the mirror MAnd spacing
x and z are (RM= X + y / n + z).

【0066】また、上記実施例では、同一の曲率半径を
有するミラー78,24の焦点付近にBBO結晶14を
配設した場合を説明したが、本発明は、ミラーを別体と
して備えた共振器内に結晶を配設することに限定され
ず、BBO結晶14のみを加工して共振器76を形成し
てもよい。すなわち、BBO結晶14のレーザー光の入
射側の端面及び射出側の端面を曲率半径RM となるよう
に研磨・コーティングすることによって、BBO結晶1
4のみによって共振器を形成することもできる。例え
ば、図10のように一つの結晶のレーザー光の入射側の
端面20a及び射出側の端面20bを曲率半径RM とな
ると共に、その曲率中心が対向する端面の中心になるよ
うに研磨すればモノリシック共焦点共振器を形成でき
る。
In the above embodiment, the case where the BBO crystal 14 is disposed near the focal points of the mirrors 78 and 24 having the same radius of curvature has been described, but the present invention is a resonator provided with the mirror as a separate body. It is not limited to disposing the crystal therein, and only the BBO crystal 14 may be processed to form the resonator 76. That is, the BBO crystal 14 is polished and coated so that the end surface on the laser light incident side and the end surface on the emission side of the BBO crystal 14 have a radius of curvature R M.
It is also possible to form the resonator only with four. For example, as shown in FIG. 10, if the end face 20a on the incident side and the end face 20b on the emitting side of one crystal have a radius of curvature R M and are polished so that the center of curvature becomes the center of the opposing end faces. A monolithic confocal resonator can be formed.

【0067】この場合、共振器内部を通過するレーザー
光は、常時、結晶内を伝搬することになるが、当該結晶
は位相整合条件を有しているので、この位相整合条件を
満たすときにのみ、効率的なSHG光を発生することに
なり、このSHG光を発生する結晶の有効部分(距離)
は、図9の厚さyと一致することになる。
In this case, the laser light passing through the inside of the resonator always propagates in the crystal. However, since the crystal has the phase matching condition, only when the phase matching condition is satisfied, , Efficient SHG light is generated, and the effective portion (distance) of the crystal that generates this SHG light
Will match the thickness y in FIG.

【0068】なお、上記のように結晶自体を加工して、
結晶のみで共振器を形成してもよいが、結晶の球面研磨
は容易ではなく、かつ効率的にSHG光が発生する有効
部分(y)以外の結晶は無駄になる。このため、結晶の
みから共振器を構成せずに中央部(y)のみを結晶で形
成し周囲のミラーとなるブロック(x,z)を同様の屈
折率を持ったガラス等の透明媒体で構成することも効果
的である。このガラスは一般的に球面研磨が容易であ
る。このようにすることで、必要とする結晶の容量を少
なくすることができ、結晶を有効に利用できる。また、
結晶は平面研磨でよくかつガラスは容易な球面研磨すれ
ばよい。このため、共振器の製造は容易になる。
The crystal itself is processed as described above,
Although the resonator may be formed by only the crystal, it is not easy to polish the spherical surface of the crystal, and the crystal other than the effective portion (y) where the SHG light is efficiently generated is wasted. Therefore, the resonator is not composed of only the crystal, but only the central portion (y) is formed of the crystal, and the blocks (x, z) serving as the surrounding mirrors are composed of a transparent medium such as glass having the same refractive index. It is also effective to do. This glass is generally easy to be spherically polished. By doing so, the required capacity of the crystal can be reduced and the crystal can be effectively used. Also,
The crystal may be flat-polished, and the glass may be easily spherical-polished. Therefore, the manufacturing of the resonator is facilitated.

【0069】次に、第3実施例を説明する。共焦点系の
応用である2重共焦点共振器に本発明を適用したもので
ある。なお、第3実施例は、上記実施例と略同様の構成
のため、異なる構成の共振器のみを説明する。
Next, a third embodiment will be described. The present invention is applied to a double confocal resonator which is an application of a confocal system. Since the third embodiment has substantially the same structure as the above-mentioned embodiment, only the resonator having a different structure will be described.

【0070】図11に示すように、コリメータレンズ系
74のレーザー光の射出側には、共振器77が配設され
ている。本実施例の共振器77は、第1のミラー78、
第2のミラー79、及び焦点距離dのレンズ80から構
成される。本実施例の共振器77では、第1のミラー7
8及び第2のミラー79の各々を曲率中心の位置が一致
するように配置されると共に、この曲率中心位置にはレ
ンズ80が配置されて、所謂、2重共焦点系共振器を形
成している。また、レンズ80の集光位置近傍には、B
BO結晶14が配置される。
As shown in FIG. 11, a resonator 77 is arranged on the laser beam emitting side of the collimator lens system 74. The resonator 77 of this embodiment includes a first mirror 78,
It is composed of a second mirror 79 and a lens 80 having a focal length d. In the resonator 77 of this embodiment, the first mirror 7
8 and the second mirror 79 are arranged such that the positions of the centers of curvature coincide with each other, and the lens 80 is arranged at the positions of the centers of curvature to form a so-called double confocal resonator. There is. Further, in the vicinity of the condensing position of the lens 80, B
The BO crystal 14 is arranged.

【0071】次に、本実施例の波長変換装置の作動をレ
ーザー光の挙動と共に説明する。コリメータレンズ系7
4から射出されたレーザー光Lは、徐々にビーム径が減
少しながら第1のミラー78を透過して、一旦集光され
た後に拡散してレンズ80へ至る。レンズ80では、入
射されたレーザー光を集光し、徐々にビーム径が減少し
ながらBBO結晶14内に至り、BBO結晶14中にビ
ームウエストが形成される。このBBO結晶14では、
非線形光学効果によってSHG光L2が発生する。発生
したSHG光L2は第2のミラー79を透過する。SH
G光L2に変換されなかった励起光L1aは第2のミラ
ー79において、反射されると共に波面の曲率が変更さ
れる。この波面の曲率変更時には、ビーム径が縮小方向
に変更されることなく、拡散方向に広げられるように変
更される。波面の曲率が変更された励起光L1bは、B
BO結晶14を透過して、レンズ80へ至る。レンズ8
0では、入射されたレーザー光を集光し、第1のミラー
78へ射出する。第1のミラー78では、入射されたレ
ーザー光が反射されると共に波面の曲率が変更される。
すなわち、励起光L1bが、コリメータレンズ系74か
ら射出されたレーザー光L(すなわち、励起光L1)の
波面の曲率と一致するように波面の曲率が変更されて反
射される。この励起光L1、L1aは共にレンズ80に
よって集光されてBBO結晶14へ至る。このように、
励起光は、共振器77の中を循環する。
Next, the operation of the wavelength conversion device of this embodiment will be described together with the behavior of laser light. Collimator lens system 7
The laser beam L emitted from the laser beam 4 passes through the first mirror 78 with the beam diameter gradually decreasing, is once condensed, and then diffuses to reach the lens 80. In the lens 80, the incident laser beam is condensed, and the beam diameter gradually decreases to reach the inside of the BBO crystal 14, and a beam waist is formed in the BBO crystal 14. In this BBO crystal 14,
The SHG light L2 is generated by the nonlinear optical effect. The generated SHG light L2 passes through the second mirror 79. SH
The excitation light L1a that has not been converted into the G light L2 is reflected by the second mirror 79 and the curvature of the wavefront is changed. When the curvature of the wavefront is changed, the beam diameter is changed so as to be expanded in the diffusion direction without being changed in the reduction direction. The excitation light L1b with the wavefront curvature changed is B
The light passes through the BO crystal 14 and reaches the lens 80. Lens 8
At 0, the incident laser light is collected and emitted to the first mirror 78. The first mirror 78 reflects the incident laser light and changes the curvature of the wavefront.
That is, the excitation light L1b is reflected with the curvature of the wavefront thereof changed so as to match the curvature of the wavefront of the laser light L (that is, the excitation light L1) emitted from the collimator lens system 74. Both the excitation lights L1 and L1a are condensed by the lens 80 and reach the BBO crystal 14. in this way,
The excitation light circulates in the resonator 77.

【0072】実際的な2重共焦点系の構成の一例として
は、BBO結晶14のみを加工して共振器76を形成す
ることができる。すなわち、第1実施例と同様に、BB
O結晶14のレーザー光の入射側の端面及び射出側の端
面を曲率半径RM となるように研磨・コーティングする
ことによって、BBO結晶14のみによって共振器を形
成することもできる。例えば、図12に示すように一つ
のBBO結晶14のレーザー光の入射側の端面14a及
び射出側の端面14bを曲率半径RM となると共に、そ
の曲率中心が対向する端面の中心になるように研磨す
る。これは、前述の図10と同様の構成である。図10
の共振器と図12の共振器との違いは位相整合の方向に
ある。
As an example of a practical double confocal system configuration, the resonator 76 can be formed by processing only the BBO crystal 14. That is, as in the first embodiment, BB
It is also possible to form a resonator with only the BBO crystal 14 by polishing and coating the end surface of the O crystal 14 on the laser light incident side and the end surface on the emission side of the O crystal 14 so as to have a curvature radius R M. For example, as shown in FIG. 12, the end surface 14a on the laser light incident side and the end surface 14b on the exit side of one BBO crystal 14 have a radius of curvature R M, and the center of curvature is the center of the opposing end surface. Grind. This has the same configuration as that of FIG. 10 described above. Figure 10
The difference between the resonator of FIG. 12 and the resonator of FIG. 12 lies in the direction of phase matching.

【0073】なお、図12に示したBBO結晶14にお
いても、上記の実施例と同様に、共振器として全体を一
つの結晶で形成せずに、中心部(y)だけを非線形光学
結晶とし、まわりの部分を同じような屈折率を持つガラ
スやそのほかの材料としてもよい。また、上記のように
結晶のみを加工するのではなく、中央部(y)のみを結
晶で形成し周囲のミラーとなるブロック(x,z)を同
様の屈折率を持ったガラスで構成することも効果的であ
る。
In the BBO crystal 14 shown in FIG. 12, as in the above-described embodiment, the whole resonator is not formed of a single crystal, but only the central portion (y) is a nonlinear optical crystal. The surrounding portion may be made of glass or another material having the same refractive index. Further, instead of processing only the crystal as described above, only the central portion (y) is formed of the crystal and the blocks (x, z) serving as the surrounding mirrors are formed of glass having the same refractive index. Is also effective.

【0074】上記実施例では、ビーム径の形状まで言及
しなかったが、本発明は、適用が可能なビーム径の形状
を特定しない。すなわち、共焦点共振器および2重共焦
点共振器では共振器を一往復したレーザー光(ガウスビ
ーム)は入射してきたレーザー光に完全に同じビーム径
と曲率を有することになる。この性質はレーザー光の縦
方向と横方向でビーム径および曲率半径が同じでない場
合、すなわち、楕円ビームについても適用可能である。
従って、結晶内で楕円焦点をつくるような場合もそのま
ま適用できる。このための集光方法は、周知のように、
レーザー装置12とBBO結晶14との途中に、ビーム
径の形状を変更するためのシリンドリカル系を配設し、
ビームウエストのビーム径の形状を所定の形状に設定す
るようにすればよい。
In the above embodiments, the shape of the beam diameter is not mentioned, but the present invention does not specify the applicable shape of the beam diameter. That is, in the confocal resonator and the double confocal resonator, the laser light (Gaussian beam) that makes one round trip through the resonator has exactly the same beam diameter and curvature as the incident laser light. This property can also be applied to the case where the beam diameter and the radius of curvature are not the same in the vertical direction and the horizontal direction of the laser beam, that is, the elliptic beam.
Therefore, it can be applied as it is even when an elliptical focus is formed in the crystal. As is well known, the light collecting method for this purpose is as follows.
A cylindrical system for changing the shape of the beam diameter is provided in the middle of the laser device 12 and the BBO crystal 14,
The shape of the beam diameter of the beam waist may be set to a predetermined shape.

【0075】このように、上記実施例では、簡単な構成
であるファブリー・ペロー型共振器を用いて、ミラーに
おいて入射光及び射出光の波面の曲率を変更することに
よって、単一方向のSHG光を発生することができる。
従って、ファブリー・ペロー型共振器でありながら、共
振器内でSHG光を折り返さないので、往路及び復路の
レーザー光によって生じていた干渉効果による不安定性
がない。また、従来のように高出力を得るために煩雑な
調整を要するリング型共振器を用いた波長変換装置に比
べ、安価かつ調整が容易であり、所望する波長域の光の
周波数変換に用いることができる。さらに、2重共焦点
共振器を用いる装置の場合、入射されたレーザー光が設
定された位置や方向からずれた場合であっても自動的に
共振器として働くので、微妙な調整を行うことがなく、
組み立てが容易になる。さらにまた、共振器を結晶によ
る一体化形成する、すなわち、結晶の周辺の固体1つで
共振器を形成する、モノリシックにして実現することが
できる。
As described above, in the above embodiment, the Fabry-Perot resonator having a simple structure is used to change the curvatures of the wavefronts of the incident light and the emitted light in the mirror to thereby obtain the unidirectional SHG light. Can occur.
Therefore, even though it is a Fabry-Perot type resonator, since the SHG light is not folded back inside the resonator, there is no instability due to the interference effect generated by the laser light in the forward path and the return path. Further, as compared with the conventional wavelength converter using a ring resonator that requires complicated adjustment to obtain high output, it is cheaper and easier to adjust, and used for frequency conversion of light in a desired wavelength range. You can Furthermore, in the case of a device using a double confocal resonator, even if the incident laser beam deviates from the set position or direction, it automatically acts as a resonator, so it is possible to make fine adjustments. Without
Easy to assemble. Furthermore, it can be realized by monolithically forming the resonator integrally with the crystal, that is, forming the resonator by one solid around the crystal.

【0076】従って、ファブリー・ペロー(Fabry-Pero
t )型あるいは往復型の共振器を用いる非線形光学効果
による波長変換装置において、共振器内を往復するレー
ザー光が行き(往路)の方向と帰り(復路)の方向とで
ビームウェストの大きさが異なるように、共振器の光学
系および入射光のビーム径および波面の曲率半径を設定
することにより、得られた新しい波長の光(すなわち、
SHG光)のパワーが主に一方方向に集中するようにし
て、光の波長を変換することができる。
Therefore, Fabry-Pero
In a wavelength conversion device using a non-linear optical effect that uses a t) type or a reciprocating type resonator, the size of the beam waist is different between the laser light traveling back and forth in the resonator in the going (outward) direction and the returning (returning) direction. By differently setting the optical system of the resonator and the beam diameter of the incident light and the radius of curvature of the wavefront, the resulting new wavelength of light (ie,
The wavelength of light can be converted by making the power of (SHG light) mainly concentrated in one direction.

【0077】なお、上記の実施例に用いたBBO結晶1
4以外の非線形光学材料には、KDP,KTP,LiN
bO3 等がある。
The BBO crystal 1 used in the above examples
Non-linear optical materials other than 4 include KDP, KTP, LiN
bO 3 etc.

【0078】上記の共焦点系の共振器は、各種のレーザ
ーの波長変換に応用できる。例えば、赤外ー赤色の半導
体レーザーの周波数逓倍によって青ー近紫外光を得るこ
とができ、緑−青色レーザーの周波数逓倍によって、深
紫外光を得ることができる。従って、これらの光を用い
る、半導体素子の製造、物質加工、表示装置、印刷装
置、3次元ホログラム再生装置、光化学、計測、反応モ
ニター等への適用が可能である。特に、赤外ー赤色の半
導体レーザーの周波数逓倍による青−近紫外光を得るこ
とができ、その出力は高密度光記録に用いることができ
る。また緑−青色光の周波数逓倍によって得られる深紫
外光は、半導体素子の製造、物質加工などに用いるのに
好適である。
The confocal resonator described above can be applied to wavelength conversion of various lasers. For example, blue-near ultraviolet light can be obtained by frequency multiplication of an infrared-red semiconductor laser, and deep ultraviolet light can be obtained by frequency multiplication of a green-blue laser. Therefore, it can be applied to the production of semiconductor elements, material processing, display devices, printing devices, three-dimensional hologram reproducing devices, photochemistry, measurement, reaction monitors, etc. using these lights. In particular, blue-near ultraviolet light can be obtained by frequency multiplication of an infrared-red semiconductor laser, and its output can be used for high-density optical recording. Further, deep ultraviolet light obtained by frequency multiplication of green-blue light is suitable for use in manufacturing semiconductor devices, processing materials, and the like.

【0079】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明の実施例には特許請求の範囲の記載に対応す
る技術的事項以外に、次のような各種の技術事項の実施
態様を有するものである。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention have various technical aspects as described below in addition to the technical matters corresponding to the claims. It is a thing.

【0080】前記共振手段は、前記非線形光学材料の射
出側に配設されて入射光束の形状と異なる光束の形状と
なるように前記基本波長の光を反射すると共に前記変換
波長の光を透過する反射透過手段と、前記非線形光学材
料と前記光射出手段との間に配設されて前記非線形光学
材料に入射された基本波長の光が通過する基準光路に略
一致する光路を通過すると共に前記基本波長の光の光束
の形状と略一致する光束の形状となるように該反射透過
手段によって反射された光を反射する反射手段と、から
構成されたことを特徴としている。
The resonance means is disposed on the exit side of the non-linear optical material, reflects the light of the fundamental wavelength so that the light flux has a shape different from the shape of the incident light flux, and transmits the light of the converted wavelength. Reflection / transmission means, disposed between the non-linear optical material and the light emission means, pass through an optical path substantially coincident with a reference optical path through which light of a fundamental wavelength incident on the non-linear optical material passes, and the basic And a reflection means for reflecting the light reflected by the reflection / transmission means so that the shape of the light flux of the light of the wavelength substantially matches the shape of the light flux.

【0081】このように、共振手段は、反射透過手段と
反射手段とから構成される。反射透過手段は、非線形光
学材料の射出側に配設されて、入射光束の形状と異なる
光束の形状となるように基本波長の光を反射すると共に
変換波長の光を透過する。従って、光射出手段から往路
として反射透過手段に至る光のうち、反射透過手段で
は、基本波長の光のみが反射される。この反射時の反射
光束は、入射光束の形状と異なる光束の形状となるの
で、反射透過手段で反射されて復路として非線形光学材
料側へ向かう光は、非線形光学材料の位相整合等の条件
に合致しなくなる。このため、復路における、基本波長
と異なる少なくとも1つの変換波長の光の生成は略零に
なる。反射手段は、非線形光学材料の入射側に配設され
て、非線形光学材料に入射される基本波長の光が通過す
る基準光路に略一致する光路を通過すると共に基本波長
の光の光束の形状と略一致する光束の形状となるように
反射透過手段によって反射された光を反射する。従っ
て、反射透過手段から復路として反射手段に至る光は、
光射出手段から往路として非線形光学材料側へ向かう光
の光束の形状となるように反射される。このため、反射
手段では、反射透過手段からの復路を進行したのち反射
された光と、光射出手段から入射された光とが合致され
て、この合致された光が非線形光学材料へ向かう。これ
によって、基本波長の光のうち、往路を進行するときに
変換波長の光に変換されたかった光は、再び往路を進行
するようになり、非線形光学材料では、例えば、往路で
ある一方の方向でのみ基本波長と異なる少なくとも1つ
の変換波長の光を生成することになる。
Thus, the resonance means is composed of the reflection / transmission means and the reflection means. The reflection / transmission means is disposed on the exit side of the nonlinear optical material, reflects the light of the fundamental wavelength so that the light flux has a shape different from the shape of the incident light flux, and transmits the light of the converted wavelength. Therefore, of the light that goes from the light emitting means to the reflection / transmission means on the outward path, the reflection / transmission means reflects only the light of the fundamental wavelength. Since the reflected light flux at the time of this reflection has a light flux shape different from that of the incident light flux, the light reflected by the reflection / transmission means and traveling toward the nonlinear optical material side as the return path does not meet the conditions such as phase matching of the nonlinear optical material. I will not do it. Therefore, the generation of light having at least one conversion wavelength different from the fundamental wavelength on the return path becomes substantially zero. The reflecting means is disposed on the incident side of the nonlinear optical material, passes through an optical path that substantially coincides with the reference optical path through which the light of the fundamental wavelength incident on the nonlinear optical material passes, and has the shape of the light flux of the fundamental wavelength. The light reflected by the reflection / transmission means is reflected so that the light fluxes have substantially the same shape. Therefore, the light from the reflection / transmission means to the reflection means as a return path is
It is reflected in the form of a light flux of light traveling from the light emitting means to the non-linear optical material side as an outward path. Therefore, in the reflecting means, the light reflected after traveling on the return path from the reflecting / transmitting means and the light incident from the light emitting means are matched, and the matched light is directed to the nonlinear optical material. As a result, of the light of the fundamental wavelength, the light that was desired to be converted into the light of the converted wavelength when traveling in the forward path will again travel in the forward path, and in the nonlinear optical material, for example, in one direction of the forward path. Will generate at least one converted wavelength of light that is different from the fundamental wavelength.

【0082】また、前記共振手段の反射透過手段及び反
射手段の各々は、例えば、球面等の曲面で構成されると
共に各々略一致する曲率半径でありかつ各曲面が有する
焦点距離及び反射光軸が略一致するように構成すること
ができる。このような構成では、所謂共焦点系の共振器
として共振手段を構成することができ、共振手段の内部
を光が循環して、入射された光を閉じ込めることができ
る。
Further, each of the reflection / transmission means and the reflection means of the resonance means is composed of, for example, a curved surface such as a spherical surface, and has a radius of curvature substantially matching with each other, and a focal length and a reflected optical axis of each curved surface It can be configured to be substantially coincident. With such a configuration, the resonance means can be configured as a so-called confocal resonator, and light can circulate inside the resonance means to confine incident light.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上説明したように本発明の波長変換装
置によれば、基本波長の光に共振手段の共振周波数が同
調するように非線形光学材料へ電界を付与することによ
って共振手段の共振周波数を同調できるので、電気光学
変調器を設けることなく小型かつ安価な波長変換装置を
構成できる、という効果がある。また、基本波長の光に
共振手段の共振周波数が同調するように非線形光学材料
へ電界を付与することによって、非線形光学材料におけ
る高周波の変調が可能となり、得られる変調波長の光の
強度を安定的に供給することができる、という効果があ
る。
As described above, according to the wavelength conversion device of the present invention, the resonance frequency of the resonance means is provided by applying an electric field to the nonlinear optical material so that the resonance frequency of the resonance means is tuned to the light of the fundamental wavelength. Can be tuned, so that there is an effect that a compact and inexpensive wavelength conversion device can be configured without providing an electro-optic modulator. Further, by applying an electric field to the nonlinear optical material so that the resonance frequency of the resonance means is tuned to the light of the fundamental wavelength, high frequency modulation in the nonlinear optical material becomes possible, and the intensity of the obtained modulated wavelength light is stabilized. There is an effect that can be supplied to.

【0084】また、本発明の波長変換方法によれば、基
本波長の光を非線形光学材料に入射すると共に、基本波
長の光が共振するように共振長を変調するための電界を
非線形光学材料へ付与するので、入射された光を変換波
長の光に変換するときに共振長を変調でき、付与された
電界に応じて少なくとも1つの変換波長の光を共振長に
応じて変調された光に変換することができる、という効
果がある。
Further, according to the wavelength conversion method of the present invention, light of the fundamental wavelength is incident on the nonlinear optical material, and an electric field for modulating the resonance length so that the light of the fundamental wavelength resonates is applied to the nonlinear optical material. Since the light is given, the resonance length can be modulated when the incident light is converted into the light having the conversion wavelength, and at least one light having the conversion wavelength is converted into the light modulated according to the resonance length according to the applied electric field. There is an effect that can be done.

【0085】さらに、本発明の波長変換用BBO結晶を
波長変換装置に用いれば、光路長を微小かつ高速に変調
することができる、という効果がある。
Furthermore, when the BBO crystal for wavelength conversion of the present invention is used in a wavelength conversion device, there is an effect that the optical path length can be minutely and rapidly modulated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例にかかる波長変換装置の概
略構成を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a wavelength conversion device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のサーボ用電気回路の概略構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of an electric circuit for servo of FIG.

【図3】サーボ用電気回路の高周波発振器の出力電圧波
形を示す線図である。
FIG. 3 is a diagram showing an output voltage waveform of a high frequency oscillator of an electric circuit for servo.

【図4】共振器の共振周波数の時間的変動を示す特性図
である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a temporal variation of a resonance frequency of a resonator.

【図5】サーボ用電気回路のDBMの出力電圧波形を示
す線図である。
FIG. 5 is a diagram showing an output voltage waveform of a DBM of an electric circuit for servo.

【図6】図1のサーボ用電気回路の他例の概略構成を示
すブロック図である。
6 is a block diagram showing a schematic configuration of another example of the servo electric circuit of FIG. 1. FIG.

【図7】本発明の第2実施例にかかる波長変換装置の概
略構成を示す概念図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a wavelength conversion device according to a second embodiment of the present invention.

【図8】共振器内のレーザー光の波面(等位相面)を示
すイメージ図である。
FIG. 8 is an image diagram showing a wavefront (equal phase surface) of laser light in a resonator.

【図9】共焦点共振器の一例を示すイメージ図である。FIG. 9 is an image diagram showing an example of a confocal resonator.

【図10】結晶とミラーを一体化した共振器を示すイメ
ージ図である。
FIG. 10 is an image diagram showing a resonator in which a crystal and a mirror are integrated.

【図11】第3実施例にかかる2重共焦点共振器の概念
構成を示すイメージ図である。
FIG. 11 is an image diagram showing a conceptual configuration of a double confocal resonator according to a third example.

【図12】結晶のみで構成した2重共焦点共振器を示す
イメージ図である。
FIG. 12 is an image diagram showing a double confocal resonator formed only of crystals.

【図13】従来の波長変換装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。
FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional wavelength conversion device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 波長変換装置 12 レーザー装置(光射出手段) 14 BBO結晶(非線形光学材料) 16 共振器(共振手段) 18 光検出器(光検出手段) 20 サーボ用電気回路 32 電極(第1の電界付与手段) 34 電極(第1の電界付与手段) 10 wavelength conversion device 12 laser device (light emission means) 14 BBO crystal (nonlinear optical material) 16 resonator (resonance means) 18 photodetector (light detection means) 20 servo electric circuit 32 electrode (first electric field applying means) ) 34 electrodes (first electric field applying means)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平 洋一 神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本ア イ・ビー・エム株式会社 東京基礎研究所 内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoichi Taira 1623 Shimotsuruma, Yamato City, Kanagawa Prefecture 14 IBM Japan, Ltd. Tokyo Research Laboratory

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基本波長の光を射出する光射出手段の射
出側に配設され、内部を通過する光の光路長を共振長と
して該共振長に応じた共振周波数を有しかつ内部で該光
を反射するための複数の反射手段を備えた共振手段と、 前記共振手段の内部を通過する光の光路上に配設され、
光学的異方性を有しかつ入射された光と該光とは波長が
異なる少なくとも1つの変換波長の光とを射出する非線
形光学材料と、 前記基本波長の光に前記共振手段の共振周波数が同調す
るように前記非線形光学材料へ電界を付与する電界付与
手段と、 を備えた波長変換装置。
1. A light emitting means for emitting light of a fundamental wavelength is disposed on the light emitting side, and has a resonance frequency corresponding to the resonance length with an optical path length of light passing through the inside as a resonance length, and the inside has the resonance frequency. Resonant means having a plurality of reflecting means for reflecting light, and disposed on the optical path of light passing through the inside of the resonant means,
A nonlinear optical material having optical anisotropy and emitting incident light and light having at least one conversion wavelength different in wavelength from the light; and having a resonance frequency of the resonance means for light having the fundamental wavelength. An electric field applying means for applying an electric field to the nonlinear optical material so as to be tuned, and a wavelength conversion device comprising:
【請求項2】 前記電界付与手段は、前記基本波長の光
に前記共振手段の共振周波数が同調するように前記非線
形光学材料へ前記共振長を変調するための電界を付与す
ることを特徴とする請求項1に記載の波長変換装置。
2. The electric field applying means applies an electric field for modulating the resonance length to the nonlinear optical material so that the resonance frequency of the resonance means is tuned to the light of the fundamental wavelength. The wavelength conversion device according to claim 1.
【請求項3】 前記非線形光学材料の射出側に配設され
入射される光の強度を検出する光検出手段を更に備え、
前記電界付与手段は、前記共振周波数を変調するために
前記非線形光学材料へ電界を付与する第1の電界付与手
段と前記検出された光の強度から得られる共振周波数と
前記基本波長の光の周波数とが一致するように前記非線
形光学材料へ電界を付与する第2の電界付与手段とから
構成されることを特徴とする請求項1に記載の波長変換
装置。
3. A light detecting means is further provided, which is arranged on the exit side of the non-linear optical material and detects the intensity of incident light.
The electric field applying means includes a first electric field applying means for applying an electric field to the nonlinear optical material to modulate the resonance frequency, a resonance frequency obtained from the intensity of the detected light, and a frequency of light having the fundamental wavelength. The wavelength conversion device according to claim 1, further comprising: a second electric field applying unit that applies an electric field to the nonlinear optical material so that
【請求項4】 前記非線形光学材料としてBBO結晶を
用いて構成することを特徴とする請求項1に記載の波長
変換装置。
4. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein a BBO crystal is used as the nonlinear optical material.
【請求項5】 前記共振手段は、前記非線形光学材料の
射出側に配設されて光軸を通過する平面との入射光束の
断面形状と異なる光束の断面形状となるように前記基本
波長の光を反射すると共に前記変換波長の光を透過する
反射透過手段と、前記非線形光学材料と前記光射出手段
との間に配設されて前記非線形光学材料に入射された基
本波長の光が通過する基準光路に略一致する光路を通過
すると共に前記基本波長の光の光束の断面形状と略一致
する光束の断面形状となるように該反射透過手段によっ
て反射された光を反射する反射手段と、を含むことを特
徴とする請求項1に記載の波長変換装置。
5. The light of the fundamental wavelength is arranged such that the resonance means has a cross-sectional shape of a light beam different from a cross-sectional shape of an incident light beam with respect to a plane disposed on the exit side of the nonlinear optical material and passing through the optical axis. A reference for transmitting light of the fundamental wavelength, which is disposed between the non-linear optical material and the light-exiting means, and which is reflected / transmitted by which the light of the converted wavelength is transmitted and which is transmitted through the non-linear optical material. Reflection means for reflecting the light reflected by the reflection / transmission means so as to have a cross-sectional shape of a light flux that passes through an optical path that substantially matches the optical path and that substantially matches the cross-sectional shape of the light flux of the fundamental wavelength. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein
【請求項6】 前記共振手段の反射透過手段及び反射手
段の少なくとも一方は、所定方向から入射された光を射
出すると共に所定方向と異なる方向から入射された光を
反射光として射出する伝達部材と、該伝達部材から射出
された所定方向からの光を反射して該伝達部材へ導く反
射部材とから構成され、該反射部材と該伝達部材との間
に光が集光される集光部位が奇数個位置すると共に、前
記共振手段の内部で集光される集光部位の総数が偶数個
であることを特徴とする請求項5に記載の波長変換装
置。
6. A transmission member, wherein at least one of the reflection / transmission means and the reflection means of the resonance means emits light incident from a predetermined direction and emits light incident from a direction different from the predetermined direction as reflected light. , A reflecting member that reflects the light emitted from the transmitting member in a predetermined direction and guides the light to the transmitting member, and a condensing portion where the light is condensed between the reflecting member and the transmitting member. The wavelength conversion device according to claim 5, wherein an odd number of light-collecting portions are located and the total number of light-collecting portions that are condensed inside the resonance unit is an even number.
【請求項7】 光学的異方性を有しかつ入射された光と
該光とは波長が異なる少なくとも1つの変換波長の光と
を射出する非線形光学材料を用いて入射された光を前記
変換波長の光に変換する波長変換方法であって、 基本波長の光を前記非線形光学材料に入射すると共に、
該基本波長の光が共振するように共振長を変調するため
の電界を前記非線形光学材料へ付与する、 波長変換方法。
7. The incident light is converted by using a non-linear optical material which has optical anisotropy and emits incident light and light having at least one conversion wavelength different from the wavelength of the incident light. A wavelength conversion method for converting light of a wavelength into light of a fundamental wavelength, which is incident on the nonlinear optical material,
A wavelength conversion method, wherein an electric field for modulating a resonance length is applied to the nonlinear optical material so that light having the fundamental wavelength resonates.
【請求項8】 基本波長から異なる波長に変換した光を
射出する波長変換装置に、電界が付与されて光路長が変
動するように設けられた波長変換用BBO結晶。
8. A BBO crystal for wavelength conversion, which is provided in a wavelength conversion device that emits light converted from a fundamental wavelength to a different wavelength so that the optical path length is changed by applying an electric field.
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