JP2007139828A - 固体レーザの波長調整方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 固定波長レーザ発生部1と可変波長レーザ発生部2と非線形光学結晶装置3と制御装置4を備えた波長変換固体レーザ装置において、波長変換固体レーザ光34の出力計5を備え、非線形光学結晶31の傾角を調整する傾角調整機構33を備え、制御装置4の記憶装置42が非線形光学結晶31の傾角と出力光波長の関係を記憶していて、設定された出力光波長に応じて非線形光学結晶の傾角を調整し、出力計5の検出値が極大値になるように可変波長レーザ部2の出力光波長を調整するように構成して、高価な波長計を省略した。
【選択図】 図1
Description
たとえば、波長を調整できる中赤外光の発生装置として、特許文献1にも開示されているNd:YAGレーザとCrフォルステライト(Cr:forsterite)レーザの差周波発生を利用するものがある。特許文献1に開示された波長変換赤外光レーザ装置は、固定周波数ω1のNd:YAGレーザ(たとえば波長1.064μm)をポンプ光とし、可変周波数ω2のCrフォルステライトレーザ(たとえば波長1.15〜1.35μmの範囲で選択できる)をシグナル光とし、ポンプ光とシグナル光を非線形光学結晶に入射して混合し、差周波発生作用を利用して差周波数ω3(ω3=ω1−ω2)の赤外光を発生させる。
なお、Crフォルステライトレーザの波長は、共振器内に設けた分散プリズムで波長によってプリズム出射角に差を生じさせ、共振器端のリアミラーの傾きを調整して目的の波長を持った光のみを元の光路方向に反射して共振させることによって調整することができる。
なお、波長変換固体レーザ装置では、たとえば1対の非線形光学結晶が対称配置されており、出力光の波長に適合する非線形光学結晶の傾角は出力光の波長変化に対して大きく変化する。なお、非線形光学結晶の個数は2個に限られるわけではない。
したがって、本発明の波長調整装置では、出力光の波長設定値に対して精度良く調整値を選択してセットすることができる。
回動軸を上記の位置に配置すると、入射するレーザ光に対して非線形光学結晶を傾けたときにもレーザ光は結晶の中心を通り、レーザ光路は結晶中心に関して点対称になるので、直方体の非線形光学結晶のボリュームを最も活用することができる。
このとき、非線形光学結晶には結晶の傾きを調整する傾斜調整機構を備え、Crフォルステライトレーザの共振器内に分散プリズムを備え、共振器端に回転機構を備えたリアミラーを備え、制御装置が波長計の検出出力に基づいてリアミラー回転機構を自動調整して波長計の検出光周波数を調整した上で、非線形光学結晶からの光出力を極大化するように非線形光学結晶の傾きを調整してもよい。
なお、本発明の波長調整方法で調整する波長変換固体レーザ装置は、固定波長レーザ発生部がNd:YAGレーザ装置であり可変波長レーザ発生部が波長可変のCrフォルステライト(Cr:forsterite)レーザ装置であって、Nd:YAGレーザとCrフォルステライトレーザを非線形光学結晶に入射させて差周波を得るものであってもよい。
図1は本発明の波長変換固体レーザの波長調整装置の1実施例を表す構成図、図2は本実施例の波長変換固体レーザにおけるシグナル光の共振器リアミラーの角度とシグナル光波長および差周波出力光波長の関係を示すグラフ、図3は非線形光学結晶の傾角と差周波出力光の波長の関係を示すグラフ、図4は本実施例に使用する非線形光学結晶の回動軸位置を示す説明図、図5は本発明の波長変換固体レーザの波長調整装置の別の実施例を表す構成図である。
Crフォルステライトレーザ部21に入射したパルスレーザはレンズで構成されたテレスコープにより所定のビーム径を持つように調整された後、ビームスプリッターで分割されてCrフォルステライトレーザ結晶24の両側面に入射して両サイド励起する。
Crフォルステライトレーザは、1.15〜1.35μmの範囲で波長を選択することができ、シグナル光28として差周波発生用非線形光学結晶3に供給される。
差周波発生用非線形光学結晶3から放射される差周波光34は、基本的にポンプ光11の波長変換作用によって発生するもので、差周波光34のエネルギーはポンプ光11のエネルギーに依存する。また、差周波光34の周波数はポンプ光11とシグナル光28の周波数差であるから、シグナル光28の周波数を変化させることにより調整することができる。
図3は、横軸に非線形光学結晶の入射光に対する傾角をとり、縦軸に差周波光の波長をとって、非線形光学結晶の傾きにより差周波光の波長が変化する関係を示したものである。このグラフから、差周波光波長を上記と同じ5.5μmから10.5μmまで変化させるために、非線形光学結晶の傾角を−18度から+10度まで約28度のレンジで調整すればよく、調整レンジが1桁以上大きくなることが分かる。
実際には、制御装置4の中に図3に対応する表(ファイル42)を記憶しておいて、第1の制御器41に出力光(差周波光)34の波長を設定すると、第1制御器41がファイル42を参照して波長に対応する非線形光学結晶31の傾角を算出し、非線形光学結晶31を回動軸回りに回動させる傾角調整機構33を駆動して所定の傾角にする。
このように、波長調整と位相整合をすることにより、波長変換固体レーザの波長が目的の値になる。
なお、制御装置4はパソコンなどの小型電子計算機システムに入出力インターフェースを設けることにより構成してもよい。
差周波発生用非線形光学結晶3における差周波発生は、入射ビームが入射してから出射するまで非線形光学結晶31の中に留まるようにする方が効率が高い。このため、本実施例の非線形光学結晶31の回動軸35は、結晶が回動して出力光の波長レンジ全域に対応するように結晶端面の傾角が変動する場合にも、入射光が常に結晶の中心Cを通過するような位置に選定されている。この位置は、結晶端面からL/2Nの結晶中心軸上にある。ここで、Lは結晶の長さ、Nは結晶の屈折率である。
すなわち、初めに結晶端面が入射光に対して垂直になっていて入射光が屈折率Nの非線形光学結晶31の中心軸上を走行する状態であったとし、結晶がある回動軸の回りを回動して結晶端面が傾き、入射光が結晶中心軸からd離れた位置に入射角θ1で入射すると、入射光は結晶端面で屈折して進入角がθ2になる。
tanθ1=d/X
tanθ2=2d/L
となる。したがって、
X=Ltanθ2/2tanθ1≒Lsinθ2/2sinθ1=L/2N
となる。
2つの非線形光学結晶31は、面対称の位置にある回動軸35の回りを等角に回動して、差周波光が所定の波長になるように結晶端面を傾斜させる。
従来方法に従い、高価な波長計を使用せず、シグナル光の波長調整を先に行った場合、差周波波長設定値6.3μmのときの誤差は62nmとなる。
Crフォルステライトレーザ装置2から出力されるシグナル光28はビームスプリッタ29で分岐され、ビームスプリッタ29で直進する一部の光線を波長計51に入射させて波長を測定する。この波長信号は第2制御器43に供給され、差周波光34の設定波長から算定されるシグナル光の設定波長に対する誤差信号を生成させ、制御演算を施してリアミラー26の回動駆動機構を作動させて、Crフォルステライトレーザであるシグナル光28の波長を調整する。
2個の非線形光学結晶31はそれぞれ結晶端面からL/2Nの結晶中心軸上にある回動軸の回りに回動するようになっていて、傾角調整機構33により回動軸が駆動され結晶端面の傾角が変化するときは、両方が面対称の関係を維持しながら等角に変化する。また、出力光の波長レンジ全域に対応して結晶端面の傾角が変動する場合にも、入射光は常に結晶の中心を通過するようになっている。
なお、ポンプ光の出力を観察する必要があれば、Nd:YAGレーザ発生装置1の出力の一部を分岐しパワーメータ52に導いて観察することができる。
11 ポンプ光
2 Crフォルステライトレーザ装置
21 Crフォルステライトレーザ部
22 励起用Nd:YAGレーザ装置
23 パルス発生装置
24 Crフォルステライトレーザ結晶
25 分光プリズム
26 反射鏡
27 出力鏡
28 シグナル光
29 ビームスプリッタ
3 差周波発生用非線形光学結晶
31 非線形光学結晶
32 Geフィルター
33 傾角調整機構
34 差周波光
35 回動軸
4 制御装置
41 第1制御器
42 ファイル
43 第2制御器
5 出力計
51 波長計
52 パワーメータ
Claims (8)
- 固定波長レーザ発生部と可変波長レーザ発生部と非線形光学結晶と制御装置を備えて固定波長レーザをポンプ光とし可変波長レーザをシグナル光として非線形光学結晶に入力して差周波光をえる波長変換固体レーザ装置において、該差周波光の出力計を備え、該非線形光学結晶の傾角を調整する傾角調整機構を備え、前記制御装置が前記非線形光学結晶の傾角と出力光波長の関係を記憶装置に予め記憶していて、設定された差周波光波長に応じて該非線形光学結晶の傾角を調整し、前記出力計の検出値が極大値になるように前記可変波長レーザ部からのシグナル光の波長を調整する波長変換固体レーザの波長調整装置。
- 前記固定波長レーザ発生部がNd:YAGレーザ装置であり前記可変波長レーザ発生部が波長可変のCrフォルステライト(Cr:forsterite)レーザ装置であることを特徴とする請求項1記載の波長変換固体レーザの波長調整装置。
- 前記Crフォルステライトレーザ装置の共振器内に分散プリズムを備え、共振器端に回転機構を備えたリアミラーを備えて、前記制御装置が、前記出力計の検出出力に基づいて前記回転機構を自動調整して前記シグナル光の波長を調整することを特徴とする請求項2記載の波長変換固体レーザの波長調整装置。
- 前記非線形光学結晶の傾角を調整する傾角調整機構は、結晶長をLとし、屈折率をNとして、結晶の端面からL/2Nの結晶中心軸上に回動軸を設けて該回動軸回りに結晶を回動することにより傾角を調整することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の波長変換固体レーザの波長調整装置。
- 固定波長レーザ発生部と可変波長レーザ発生部と非線形光学結晶を備えた波長変換固体レーザ装置において、該非線形光学結晶の傾角と出力光波長の関係を予め記憶し、該関係を使って出力光波長設定値に対応する前記非線形光学結晶の傾角を求めて、該傾角をその値に調整し、前記出力光の出力が極大値になるように前記可変波長レーザの出力光波長を調整することを特徴とする波長変換固体レーザの波長調整方法。
- 固定波長レーザ発生部と可変波長レーザ発生部と非線形光学結晶を備えた波長変換固体レーザ装置において、該可変波長レーザ発生部の出力位置にビームスプリッタと、該ビームスプリッタを透過した透過光が入射する波長計を備え、前記非線形光学結晶に結晶の傾きを調整する傾斜調整機構を備え、該非線形光学結晶の光出力を測定する出力計を備え、制御装置を備えて、該制御装置が前記波長計の検出出力に基づいて前記可変波長レーザ装置を自動調整して前記波長計の検出光周波数が設定した出力光周波数と前記固定波長レーザの周波数の差に一致するようにし、さらに前記非線形光学結晶からの光出力を極大化するように該非線形光学結晶の傾きを調整することによって、前記波長変換固定レーザ装置から出力される前記固定波長レーザと前記可変波長レーザの差周波光の波長を調整することを特徴とする波長変換固体レーザの波長調整装置。
- 前記固定波長レーザ発生部がNd:YAGレーザ装置であり前記可変波長レーザ発生部が波長可変のCrフォルステライト(Cr:forsterite)レーザ装置であることを特徴とする請求項6記載の波長変換固体レーザの波長調整装置。
- 前記Crフォルステライトレーザ装置の共振器内に分散プリズムを備え、共振器端に回転機構を備えたリアミラーを備えて、前記制御装置が、前記出力計の検出出力に基づいて前記回転機構を自動調整して前記可変波長レーザの波長を調整することを特徴とする請求項7記載の波長変換固体レーザの波長調整装置。
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2005
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