JP2004219675A - 遠赤外固体レーザー発振装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】8.0〜8.3μmの波長範囲でコヒーレントな安定した出力の遠赤外線を発生せしめる。
【解決手段】基本励起光源として、1.0795μmの波長でレーザー発振するNd:YAPレーザーでKTA光パラメトリック発振器を励起し該光パラメトリック発振器のアイドラー出力(波長3.50〜3.55μm)で、タイプ−2(第2種)90°位相整合したZGP光パラメトリック発振器を励起。8.0〜8.3μmの波長範囲でコヒーレントな安定した出力の遠赤外線固体レーザー発振装置を提供する。
【選択図】 図1
【解決手段】基本励起光源として、1.0795μmの波長でレーザー発振するNd:YAPレーザーでKTA光パラメトリック発振器を励起し該光パラメトリック発振器のアイドラー出力(波長3.50〜3.55μm)で、タイプ−2(第2種)90°位相整合したZGP光パラメトリック発振器を励起。8.0〜8.3μmの波長範囲でコヒーレントな安定した出力の遠赤外線固体レーザー発振装置を提供する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光パラメトリック発振により、特に8.0〜8.3μmの波長範囲でコヒーレントな遠赤外線を発生する遠赤外固体レーザー発振装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、非線形光学論系に基づいて、非線形光学素子(結晶)にコヒーレントな励起光を入力することにより、異なる波長のコヒーレント光を出力せしめる発振器が知られている。一般に励起光源と非線形光学素子と、その両側に配置された一対の反射鏡から概略構成されており、上記励起光と出力光であるシグナル光とアイドラー光との間には、次式数1、数2に示す関係が成り立っている。
【0003】
【数1】
【0004】
【数2】
但し、λpは励起光の波長、λsはシグナル光の波長、λiはアイドラー光の波長、npは励起光の屈折率、nsはシグナル光の屈折率、niはアイドラー光の屈折率である。
【0005】
かかる構成のレーザー発振装置においては、励起光源には1.064μmの波長でレーザー発振するNd:YAG(Nd3+:Y3Al5O12)レーザーで励起したKTA光パラメトリック発振器のアイドラー光を用い、非線形光学素子としてタイプ―1(第1種)カットのAgGaSe2(AGSE)結晶やZGP結晶を用いて構成されたものが知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の波長8.0〜8.3μmの遠赤外線を発生せしめる従来のレーザー発振装置には以下に述べる問題があった。
【0007】
即ち、Nd:YAGレーザーで励起したKTA光パラメトリック発振器においては、位相整合条件から3.50〜3.55μmのアイドラー光を高効率で得ることは不可能である。しかも非線形光学素子としてタイプ―1カットの結晶を用い8.0〜8.3μmの遠赤外線を発生する場合、クリティカル位相整合(θ≠90°)のため、位相整合許容角Δθ(FWHM、半値幅)がAGSE結晶ではΔθext・L=0.8deg・cm、ZGP結晶ではΔθext・L=1.5deg・cmと小さい。ここで、Δθextは結晶の外部角、Lは結晶の長さである。
【0008】
従ってこの場合、ウォーク・オフの影響を受け、変換効率を上げるため長い結晶を使ったり励起光を結晶中に強く集光できないという欠点があった。
【0009】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高変換効率且つ高出力で、波長8.0〜8.3μmの遠赤外線を安定に出力せしめる遠赤外固体レーザー発振装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく本発明者等は種々の検討を試みた結果、基本励起光源としてNd:YAPレーザーで励起したKTA光パラメトリック発振器のアイドラー光を用い、非線形光学素子としてタイプ―2(第2種)90°位相整合にカットしたZGPを用いることにより、変換効率、出力特性のいずれも向上することを見いだしたものである。
【0011】
即ち、本発明の遠赤外固体レーザー装置は、励起光源として1.0795μmの波長のレーザーを発振するNd:YAPレーザーで励起して最適条件で発振するKTA光パラメトリック発振器のアイドラー光(λi=3.50〜3.55μm)を再度励起光として用い、遠赤外線発生の非線形光学素子としてタイプ―2、90°位相整合にカットしたZGP結晶を用いて成るものである。
【0012】
タイプ―2、θ=90°カットのZGP結晶は有効非線形光学定数がdeff=75pm/Vと最大で、位相整合許容角がΔθext・L1/2=21.6deg・cm1/2と大きく、しかもウォーク・オフ角がゼロとなるので変換効率を上げるため、3.50〜3.55μm光を強く集光し励起密度を上げ、しかも長い結晶が使用可能という利点がある。従って、これを非線形光学素子として用い、KTA光パラメトリック発振器中に配置されたKTA結晶の角度を同調しアイドラー光の波長を適宜設定することにより、高い変換効率で安定した出力の遠赤外線レーザー光が得られる。
【0013】
【実施の形態】以下、図示した実施の形態に基づき本発明を詳細に説明する。図1は本発明の遠赤外線固体レーザー発振装置の実施の形態を示す図である。図中、1は石英のレンズ、2は完全反射鏡(1.0795μmでT≧95%、1.55〜1.56μm及び3.50〜3.55μmでR≧98%)、3は部分反射鏡(1.0795μm及び1.55〜1.56μmでR≧90%、3.50〜3.55μmでT≧95%)、4はビーム・スプリッター(ダイクロイック反射鏡)、5はCaF2製レンズ、6は完全反射鏡(3.50〜3.55μmでT≧90%、6.10〜6.20μmでR≧98%、8.0〜8.3μmでR≧80%)、7は部分反射鏡(3.50〜3.55μm及び6.10〜6.20μmでR≧90%、8.0〜8.3μmでT≧80%)、8はビーム・スプリッター(ダイクロイック反射鏡)、λpは励起光の波長、λsはシグナル光の波長、λiはアイドラー光の波長を示す。図2は本発明にかかわるタイプ―2、90°位相整合にカットしたZGP結晶の形態を示す図である。
【0014】
本発明の遠赤外固体レーザー装置は、図1に示すように波長1.0795μmでレーザー発振するNd:YAPレーザーと励起光源上に配置されたKTA光パラメトリック発振器と、同じく励起光の光軸上に配置されたタイプ―2ZGP光パラメトリック発振器から構成されている。
【0015】
基本光源には波長1.0795μmでレーザー光を出力するNd:YAPレーザーが用いられる。この光源から出射された励起光λpは完全反射鏡2及び部分反射鏡3と2個のKTA結晶で構成されたKTA光パラメトリック発振器を励起。該光パラメトリック発振器から出射されたアイドラー光(λi=3.50〜3.55μm)は励起光λpとして完全反射鏡6及び部分反射鏡7とタイプ―2 90°カットZGP結晶で構成されたZGP光パラメトリック発振器に入射して8.0〜8.3μmの波長のレーザー光を発生する。
【0016】
KTA光パラメトリック発振器中に配置された非線形光学素子はタイプ―2(θ=90°、φ=12.5°、但し、φはx軸からy軸方向へ測定した極座標の角度、θは角度φで引かれたxy面内の線分へのz軸からの極座標の角度である。)で切り出した2個のKTA結晶を使う。かかる構成においてNd:YAPレーザーの1.0795μmで励起した場合KTA結晶をz軸を中心に角度調整すると波長3.50〜3.55μmの範囲でアイドラー光を得ることができる。
【0017】
KTA光パラメトリック発振器から出射した波長3.50〜3.55μmのアイドラー光をCaF2製のレンズ5で完全反射鏡6と部分反射鏡7、および非線形光学素子ZGP結晶で構成されたZGP光パラメトリック発振器を励起すると、タイプ―2ZGP結晶(θ=90°、φ=45°、図2)の角度を調整することなく波長8.0〜8.3μmの遠赤外線が発生する。
【0018】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、励起光源としてNd:YAPレーザーで励起したKTA光パラメトリック発振器のアイドラー出力で再度タイプ―2ZGP光パラメトリック発振器を励起することにより、ZGP結晶の角度を調整することなく波長8.0〜8.3μmで安定な遠赤外線を最大効率で得ることができる。
【0019】
図1に示すような遠赤外線固体レーザー発振装置において基本励起光源として平均出力18WのLD(レーザー・ダイオード)励起Nd:YAPレーザーで励起した平均出力4WのKTA光パラメトリック発振器からのアイドラー出力で、再度θ=90°、φ=45°で切り出した長さ1.5cmのZGP結晶を配置したZGP光パラメトリック発振器を励起することによりZGP結晶の調整なしで平均出力1Wの遠赤外線レーザー光が波長8.0〜8.3μmの範囲で得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の遠赤外固体レーザー発振装置の実施の形態を示す図である。
【図2】タイプ−2、90°位相整合にカットしたZGP結晶の形態を示す図である。
【符号の説明】
1、石英レンズ。2、完全反射鏡(1.0795μmでT≧95%、1.55〜1.56μm及び3.50〜3.55μmでR≧98%)。3、部分反射鏡(1.0795μm及び1.55〜1.56μmでR≧90%、3.50〜3.55μmでT≧95%)。4、ビーム・スプリッター(ダイクロイック反射鏡、1.0795μm及び1.55〜1.56μmでR=100%、3.50〜3.55μmでT≧95%)。5、CaF2レンズ、6、完全反射鏡(3.50〜3.55μmでT≧90%。6.10〜6.20μmでR≧98%、8.0〜8.3μmでR≧80%)。7、部分反射鏡(3.50〜3.55μm及び6.10〜6.20μmでR≧90%、8.0〜8.3μmでT≧80%)。8、ビーム・スプリッター(ダイクロイック反射鏡、8.0〜8.3μmでR≧90%、3.50〜3.55μm及び6.10〜6.20μmでT≧90%)。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光パラメトリック発振により、特に8.0〜8.3μmの波長範囲でコヒーレントな遠赤外線を発生する遠赤外固体レーザー発振装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、非線形光学論系に基づいて、非線形光学素子(結晶)にコヒーレントな励起光を入力することにより、異なる波長のコヒーレント光を出力せしめる発振器が知られている。一般に励起光源と非線形光学素子と、その両側に配置された一対の反射鏡から概略構成されており、上記励起光と出力光であるシグナル光とアイドラー光との間には、次式数1、数2に示す関係が成り立っている。
【0003】
【数1】
【0004】
【数2】
但し、λpは励起光の波長、λsはシグナル光の波長、λiはアイドラー光の波長、npは励起光の屈折率、nsはシグナル光の屈折率、niはアイドラー光の屈折率である。
【0005】
かかる構成のレーザー発振装置においては、励起光源には1.064μmの波長でレーザー発振するNd:YAG(Nd3+:Y3Al5O12)レーザーで励起したKTA光パラメトリック発振器のアイドラー光を用い、非線形光学素子としてタイプ―1(第1種)カットのAgGaSe2(AGSE)結晶やZGP結晶を用いて構成されたものが知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の波長8.0〜8.3μmの遠赤外線を発生せしめる従来のレーザー発振装置には以下に述べる問題があった。
【0007】
即ち、Nd:YAGレーザーで励起したKTA光パラメトリック発振器においては、位相整合条件から3.50〜3.55μmのアイドラー光を高効率で得ることは不可能である。しかも非線形光学素子としてタイプ―1カットの結晶を用い8.0〜8.3μmの遠赤外線を発生する場合、クリティカル位相整合(θ≠90°)のため、位相整合許容角Δθ(FWHM、半値幅)がAGSE結晶ではΔθext・L=0.8deg・cm、ZGP結晶ではΔθext・L=1.5deg・cmと小さい。ここで、Δθextは結晶の外部角、Lは結晶の長さである。
【0008】
従ってこの場合、ウォーク・オフの影響を受け、変換効率を上げるため長い結晶を使ったり励起光を結晶中に強く集光できないという欠点があった。
【0009】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高変換効率且つ高出力で、波長8.0〜8.3μmの遠赤外線を安定に出力せしめる遠赤外固体レーザー発振装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく本発明者等は種々の検討を試みた結果、基本励起光源としてNd:YAPレーザーで励起したKTA光パラメトリック発振器のアイドラー光を用い、非線形光学素子としてタイプ―2(第2種)90°位相整合にカットしたZGPを用いることにより、変換効率、出力特性のいずれも向上することを見いだしたものである。
【0011】
即ち、本発明の遠赤外固体レーザー装置は、励起光源として1.0795μmの波長のレーザーを発振するNd:YAPレーザーで励起して最適条件で発振するKTA光パラメトリック発振器のアイドラー光(λi=3.50〜3.55μm)を再度励起光として用い、遠赤外線発生の非線形光学素子としてタイプ―2、90°位相整合にカットしたZGP結晶を用いて成るものである。
【0012】
タイプ―2、θ=90°カットのZGP結晶は有効非線形光学定数がdeff=75pm/Vと最大で、位相整合許容角がΔθext・L1/2=21.6deg・cm1/2と大きく、しかもウォーク・オフ角がゼロとなるので変換効率を上げるため、3.50〜3.55μm光を強く集光し励起密度を上げ、しかも長い結晶が使用可能という利点がある。従って、これを非線形光学素子として用い、KTA光パラメトリック発振器中に配置されたKTA結晶の角度を同調しアイドラー光の波長を適宜設定することにより、高い変換効率で安定した出力の遠赤外線レーザー光が得られる。
【0013】
【実施の形態】以下、図示した実施の形態に基づき本発明を詳細に説明する。図1は本発明の遠赤外線固体レーザー発振装置の実施の形態を示す図である。図中、1は石英のレンズ、2は完全反射鏡(1.0795μmでT≧95%、1.55〜1.56μm及び3.50〜3.55μmでR≧98%)、3は部分反射鏡(1.0795μm及び1.55〜1.56μmでR≧90%、3.50〜3.55μmでT≧95%)、4はビーム・スプリッター(ダイクロイック反射鏡)、5はCaF2製レンズ、6は完全反射鏡(3.50〜3.55μmでT≧90%、6.10〜6.20μmでR≧98%、8.0〜8.3μmでR≧80%)、7は部分反射鏡(3.50〜3.55μm及び6.10〜6.20μmでR≧90%、8.0〜8.3μmでT≧80%)、8はビーム・スプリッター(ダイクロイック反射鏡)、λpは励起光の波長、λsはシグナル光の波長、λiはアイドラー光の波長を示す。図2は本発明にかかわるタイプ―2、90°位相整合にカットしたZGP結晶の形態を示す図である。
【0014】
本発明の遠赤外固体レーザー装置は、図1に示すように波長1.0795μmでレーザー発振するNd:YAPレーザーと励起光源上に配置されたKTA光パラメトリック発振器と、同じく励起光の光軸上に配置されたタイプ―2ZGP光パラメトリック発振器から構成されている。
【0015】
基本光源には波長1.0795μmでレーザー光を出力するNd:YAPレーザーが用いられる。この光源から出射された励起光λpは完全反射鏡2及び部分反射鏡3と2個のKTA結晶で構成されたKTA光パラメトリック発振器を励起。該光パラメトリック発振器から出射されたアイドラー光(λi=3.50〜3.55μm)は励起光λpとして完全反射鏡6及び部分反射鏡7とタイプ―2 90°カットZGP結晶で構成されたZGP光パラメトリック発振器に入射して8.0〜8.3μmの波長のレーザー光を発生する。
【0016】
KTA光パラメトリック発振器中に配置された非線形光学素子はタイプ―2(θ=90°、φ=12.5°、但し、φはx軸からy軸方向へ測定した極座標の角度、θは角度φで引かれたxy面内の線分へのz軸からの極座標の角度である。)で切り出した2個のKTA結晶を使う。かかる構成においてNd:YAPレーザーの1.0795μmで励起した場合KTA結晶をz軸を中心に角度調整すると波長3.50〜3.55μmの範囲でアイドラー光を得ることができる。
【0017】
KTA光パラメトリック発振器から出射した波長3.50〜3.55μmのアイドラー光をCaF2製のレンズ5で完全反射鏡6と部分反射鏡7、および非線形光学素子ZGP結晶で構成されたZGP光パラメトリック発振器を励起すると、タイプ―2ZGP結晶(θ=90°、φ=45°、図2)の角度を調整することなく波長8.0〜8.3μmの遠赤外線が発生する。
【0018】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、励起光源としてNd:YAPレーザーで励起したKTA光パラメトリック発振器のアイドラー出力で再度タイプ―2ZGP光パラメトリック発振器を励起することにより、ZGP結晶の角度を調整することなく波長8.0〜8.3μmで安定な遠赤外線を最大効率で得ることができる。
【0019】
図1に示すような遠赤外線固体レーザー発振装置において基本励起光源として平均出力18WのLD(レーザー・ダイオード)励起Nd:YAPレーザーで励起した平均出力4WのKTA光パラメトリック発振器からのアイドラー出力で、再度θ=90°、φ=45°で切り出した長さ1.5cmのZGP結晶を配置したZGP光パラメトリック発振器を励起することによりZGP結晶の調整なしで平均出力1Wの遠赤外線レーザー光が波長8.0〜8.3μmの範囲で得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の遠赤外固体レーザー発振装置の実施の形態を示す図である。
【図2】タイプ−2、90°位相整合にカットしたZGP結晶の形態を示す図である。
【符号の説明】
1、石英レンズ。2、完全反射鏡(1.0795μmでT≧95%、1.55〜1.56μm及び3.50〜3.55μmでR≧98%)。3、部分反射鏡(1.0795μm及び1.55〜1.56μmでR≧90%、3.50〜3.55μmでT≧95%)。4、ビーム・スプリッター(ダイクロイック反射鏡、1.0795μm及び1.55〜1.56μmでR=100%、3.50〜3.55μmでT≧95%)。5、CaF2レンズ、6、完全反射鏡(3.50〜3.55μmでT≧90%。6.10〜6.20μmでR≧98%、8.0〜8.3μmでR≧80%)。7、部分反射鏡(3.50〜3.55μm及び6.10〜6.20μmでR≧90%、8.0〜8.3μmでT≧80%)。8、ビーム・スプリッター(ダイクロイック反射鏡、8.0〜8.3μmでR≧90%、3.50〜3.55μm及び6.10〜6.20μmでT≧90%)。
Claims (2)
- 光パラメトリック発振により8.0〜8.3μmの波長でコヒーレント光を発生する遠赤外固体レーザー装置であって、励起光源として1.0795μmの波長でレーザー発振するNd:YAP(Nd3+:YAlO3)レーザーで励起したKTiOAsO4(KTA)光パラメトリック発振器のアイドラー光(波長3.50〜3.55μm)を用い、遠赤外光パラメトリック発振器としてタイプ―2(第2種)90°位相整合(θ=90°、θは結晶のZ軸と光の進行方向との角度)にカットしたZnGeP2(ZGP)結晶を用いたことを特徴とする遠赤外固体レーザー発振装置。
- 請求項1の遠赤外固体レーザー発振装置において、励起光源を波長3.5303μmで発振するCO2レーザーの第3高調波を用いて、直接タイプ―2(第2種)90°位相整合にカットしたZnGeP2遠赤外線発生装置を励起する方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003006475A JP2004219675A (ja) | 2003-01-15 | 2003-01-15 | 遠赤外固体レーザー発振装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003006475A JP2004219675A (ja) | 2003-01-15 | 2003-01-15 | 遠赤外固体レーザー発振装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004219675A true JP2004219675A (ja) | 2004-08-05 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003006475A Pending JP2004219675A (ja) | 2003-01-15 | 2003-01-15 | 遠赤外固体レーザー発振装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004219675A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009237566A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Itt Manufacturing Enterprises Inc | パラメトリック発振器を用いた波長アジャイルレーザ送信器 |
JP2014170004A (ja) * | 2008-05-15 | 2014-09-18 | Lockheed Martin Corp | Co2レーザーおよび高調波生成を使用して超音波を生成するための改良型中赤外レーザー |
CN105428977A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-03-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种高功率9.7μm的光学参量振荡器及包含该光学参量振荡器的激光系统 |
-
2003
- 2003-01-15 JP JP2003006475A patent/JP2004219675A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009237566A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Itt Manufacturing Enterprises Inc | パラメトリック発振器を用いた波長アジャイルレーザ送信器 |
JP2014170004A (ja) * | 2008-05-15 | 2014-09-18 | Lockheed Martin Corp | Co2レーザーおよび高調波生成を使用して超音波を生成するための改良型中赤外レーザー |
CN105428977A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-03-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种高功率9.7μm的光学参量振荡器及包含该光学参量振荡器的激光系统 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060314 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060815 |