JP2011081075A - Wavelength conversion device - Google Patents

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JP2011081075A JP2009231523A JP2009231523A JP2011081075A JP 2011081075 A JP2011081075 A JP 2011081075A JP 2009231523 A JP2009231523 A JP 2009231523A JP 2009231523 A JP2009231523 A JP 2009231523A JP 2011081075 A JP2011081075 A JP 2011081075A
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弘之 高田
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength conversion device which makes it possible to use an oscillator over a long term even in a situation that a place where the wavelength conversion device is installed is a place where disassembly adjustment work or replacement work can not be performed such as an aircraft. <P>SOLUTION: The wavelength conversion device includes: a pair of mirrors 5 and 6 constituting a resonator which reflects a laser beam having predetermined wavelength; a nonlinear optical crystal 4 provided in the resonator constituted of the pair of mirrors 5 and 6, and converting the laser beam having oscillation wavelength made incident from an incident surface and emitting the laser beam having conversion wavelength from an emitting surface; and an optical path shift mechanism 12 shifting the optical path of the laser beam made incident from one mirror 5 on the incident surface of the nonlinear optical crystal 4 from an optical axis of the laser beam, and emitting the transmitted light emitted from the emitting surface to the other mirror 6. If a damaged portion is caused on the incident surface of the nonlinear optical crystal 4, the optical path shift mechanism 12 makes the laser beam incident on a position kept away from the damaged portion on the incident surface. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は波長変換装置に関する。   The present invention relates to a wavelength converter.

レーザ光の波長変換装置として、非線形光学効果により波長変換したレーザ光を発生させる光パラメトリック発振器(OPO:オプティカル パラメトリック オシレータ)が知られている。   2. Description of the Related Art An optical parametric oscillator (OPO: optical parametric oscillator) that generates laser light having a wavelength converted by a nonlinear optical effect is known as a laser light wavelength converter.

図4は従来の波長変換装置の構成図である。波長変換装置50は励起光56を受光し波長変換を行ってOPO出力光57を出射する光パラメトリック発振器である。波長変換装置50は、波長変換結晶51と、この波長変換結晶51を挟んで共振器を構成する全反射ミラー52及び出力ミラー53と、励起用のレーザ発振器54と、集光用の集光レンズ55とを用いる。   FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional wavelength converter. The wavelength converter 50 is an optical parametric oscillator that receives the excitation light 56, performs wavelength conversion, and emits an OPO output light 57. The wavelength conversion device 50 includes a wavelength conversion crystal 51, a total reflection mirror 52 and an output mirror 53 that constitute a resonator with the wavelength conversion crystal 51 interposed therebetween, a pumping laser oscillator 54, and a condensing lens for condensing light. 55.

全反射ミラー52は励起光56に対して透過量を最大にし、共振器での発振によって発生するOPO光57に対し反射量を最大にさせるミラーである。出力ミラー53は反射率が例えば80%の部分反射ミラーであり、共振器での発振により発生するレーザ光の数十%例えば20%を透過させる。   The total reflection mirror 52 is a mirror that maximizes the amount of transmission with respect to the excitation light 56 and maximizes the amount of reflection with respect to the OPO light 57 generated by oscillation in the resonator. The output mirror 53 is a partial reflection mirror having a reflectance of, for example, 80%, and transmits several tens of percent, for example, 20% of laser light generated by oscillation in the resonator.

励起光56は全反射ミラー52側から集光レンズ55により集光され波長変換結晶51に入射される。光パラメトリック発振を持続させるために、励起光56には高いピークパワーと平均出力とを要する。共振器でのレーザ光の強度は出力されるレーザ光の強度よりも大きい。   The excitation light 56 is collected from the total reflection mirror 52 side by the condenser lens 55 and is incident on the wavelength conversion crystal 51. In order to maintain optical parametric oscillation, the pump light 56 requires high peak power and average output. The intensity of the laser beam at the resonator is greater than the intensity of the output laser beam.

励起光56の強度が何らかの原因で突発的に高くなる、あるいは波長変換結晶51の照射面における光強度の分布が変動し、この照射面上で局所的に光強度が強くなるようなことが起きると、波長変換結晶51の入射面及び出射面のうち、励起光56入力側の入射面は損傷を受け、波長変換装置50は波長変換を行うことが不可能となる。   The intensity of the excitation light 56 suddenly increases for some reason, or the light intensity distribution on the irradiation surface of the wavelength conversion crystal 51 fluctuates, and the light intensity locally increases on the irradiation surface. Of the incident surface and the exit surface of the wavelength conversion crystal 51, the incident surface on the input side of the excitation light 56 is damaged, and the wavelength conversion device 50 cannot perform wavelength conversion.

この場合、損傷部を避けた位置にレーザ光が照射されるように波長変換結晶51を再配置し、あるいは波長変換結晶51自体を交換することになる。波長変換装置50を分解し、波長変換結晶51を正常の結晶と交換し、構成部品を組立てした後、波長変換装置50を調整する作業が必要となる。   In this case, the wavelength conversion crystal 51 is rearranged so that the laser beam is irradiated at a position avoiding the damaged portion, or the wavelength conversion crystal 51 itself is replaced. After disassembling the wavelength conversion device 50, replacing the wavelength conversion crystal 51 with a normal crystal, and assembling components, it is necessary to adjust the wavelength conversion device 50.

光学素子の劣化に対する対策として、従来、光学素子に対する入力レーザ光の照射位置を、この入力レーザ光の照射により劣化しない部分に移動させる移動手段を設けたレーザ装置が知られている(例えば特許文献1参照)。   Conventionally known as a countermeasure against deterioration of the optical element is a laser device provided with a moving means for moving the irradiation position of the input laser light to the optical element to a portion not deteriorated by the irradiation of the input laser light (for example, Patent Documents). 1).

特開2004−228222号公報JP 2004-228222 A

しかしながら、上述した従来技術では、メンテナンスを行えない場所に波長変換装置が設置されている場合、この波長変換装置を分解し、調整することができない。例えば航空機に一旦波長変換装置50が設置されると、波長変換装置50を取外し、波長変換結晶51の位置を調整し直すことは、スケジュール上、及び手続や費用の点で極めて困難かあるいは現実的には行えない。   However, in the above-described prior art, when a wavelength conversion device is installed in a place where maintenance cannot be performed, the wavelength conversion device cannot be disassembled and adjusted. For example, once the wavelength conversion device 50 is installed in an aircraft, it is extremely difficult or practical to remove the wavelength conversion device 50 and readjust the position of the wavelength conversion crystal 51 in terms of schedule, procedure, and cost. Can not do.

そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、波長変換装置が設置される場所が航空機など分解調整や交換を行えない場所である状況においても、発振器を長期間に亘って使用することを可能とする波長変換装置を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, the present invention makes it possible to use the oscillator for a long period of time even in a situation where the wavelength conversion device is installed in a place where it cannot be disassembled and replaced, such as an aircraft. An object of the present invention is to provide a wavelength conversion device that performs the above-described operation.

このような課題を解決するため、本発明の一態様によれば、所定波長のレーザ光を反射する共振器を構成する一対のミラーと、この一対のミラーの前記共振器内に設けられ、入射面から入射された発振波長のレーザ光を変換し変換波長のレーザ光を出射面より出射する非線形光学結晶と、この非線形光学結晶の前記入射面に一方のミラーから入射されるレーザ光の光路をこのレーザ光の光軸からシフトさせ、前記出射面から出射される透過光を他方のミラーへ出射する光路シフト機構と、を備え、この光路シフト機構は、前記非線形光学結晶の入射面上に損傷部位が生じた場合、前記入射面上でこの損傷部位を回避した位置に前記レーザ光を入射させることを特徴とする波長変換装置が提供される。   In order to solve such a problem, according to one aspect of the present invention, a pair of mirrors that constitute a resonator that reflects laser light of a predetermined wavelength, and the pair of mirrors provided in the resonator and incident thereon A nonlinear optical crystal that converts laser light having an oscillation wavelength incident from a surface and emits laser light having a converted wavelength from an emission surface, and an optical path of laser light incident from one mirror on the incident surface of the nonlinear optical crystal An optical path shift mechanism that shifts from the optical axis of the laser light and emits the transmitted light emitted from the exit surface to the other mirror, and this optical path shift mechanism is damaged on the entrance surface of the nonlinear optical crystal. When a site is generated, a wavelength conversion device is provided in which the laser beam is incident on a position where the damaged site is avoided on the incident surface.

本発明によれば、分解調整や交換などの作業を伴わずに、発振器を長期間に亘って使用することが可能になる。   According to the present invention, the oscillator can be used for a long period of time without any work such as disassembly adjustment and replacement.

本発明の一実施形態に係る波長変換装置の構成図である。It is a block diagram of the wavelength converter which concerns on one Embodiment of this invention. 光路がシフトした後の図1の波長変換装置の光路を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical path of the wavelength converter of FIG. 1 after an optical path shifted. 本発明の一実施形態の変形例に係る波長変換装置の構成図である。It is a block diagram of the wavelength converter which concerns on the modification of one Embodiment of this invention. 従来の波長変換装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional wavelength converter.

以下、本発明の実施の形態に係る波長変換装置について、図1乃至図3参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。   Hereinafter, a wavelength converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. In the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

(第1の実施形態)
図1は本発明の一実施形態に係る波長変換装置の構成図である。同図では、2枚の平板部材7、10の各側面が示されている。波長変換装置1は、例えば波長2μmのレーザ光を波長変換して波長4μmのレーザ光を出射する光パラメトリック発振器である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a wavelength converter according to an embodiment of the present invention. In the same figure, each side surface of the two flat plate members 7 and 10 is shown. The wavelength conversion device 1 is an optical parametric oscillator that emits laser light having a wavelength of 4 μm by converting the wavelength of laser light having a wavelength of 2 μm, for example.

波長変換装置1は、入力されたレーザ光2を集光する集光レンズ3と、波長2μmのレーザ光を波長4μmのレーザ光へ波長変換する機能を有する波長変換結晶4(非線形光学結晶)と、この波長変換結晶4を挟んで設けられ互いに対を成して共振器を構成する全反射ミラー5(一方のミラー)及び出力ミラー6(他方のミラー)と、この全反射ミラー5及び波長変換結晶4の間に集光レンズ3からの光ビームの光軸と交叉して設けられた第1の平行平板7(第1の平板状光学素子)と、出力ミラー6及び波長変換結晶4の間にこの光軸と交叉して設けられた第2の平行平板8(第2の平板状光学素子)とを備える。平行平板7、8はともに光透過性の光学素子であり、材質は例えばガラスである。   The wavelength conversion device 1 includes a condenser lens 3 that condenses the input laser light 2, a wavelength conversion crystal 4 (nonlinear optical crystal) having a function of converting the wavelength of laser light having a wavelength of 2 μm into laser light having a wavelength of 4 μm, and The total reflection mirror 5 (one mirror) and the output mirror 6 (the other mirror), which are provided with the wavelength conversion crystal 4 in between and form a pair to form a resonator, the total reflection mirror 5 and the wavelength conversion Between the first parallel flat plate 7 (first flat optical element) provided between the crystals 4 so as to cross the optical axis of the light beam from the condenser lens 3, and between the output mirror 6 and the wavelength conversion crystal 4. And a second parallel flat plate 8 (second flat optical element) provided so as to cross the optical axis. The parallel plates 7 and 8 are both light-transmitting optical elements, and the material is, for example, glass.

更に波長変換装置1は、平行平板7、8が光軸と交叉する各軸芯線を中心としてこれらの平行平板7、8を回転可能に支持する中空の一対の回転ステージ9、10と、これらの回転ステージ9、10を所望する回転位置まで回転させてから停止させるステージ駆動装置11(駆動手段)とを備える。平行平板7、8と、回転ステージ9、10と、ステージ駆動装置11とは光路シフト機構12を構成する。   Further, the wavelength conversion device 1 includes a pair of hollow rotary stages 9 and 10 that rotatably support the parallel flat plates 7 and 8 around the axis of the parallel plates 7 and 8 intersecting the optical axis. A stage driving device 11 (driving means) for rotating the rotating stages 9 and 10 to a desired rotational position and then stopping the rotating stages 9 and 10 is provided. The parallel plates 7 and 8, the rotary stages 9 and 10, and the stage driving device 11 constitute an optical path shift mechanism 12.

集光レンズ3は波長2μmのレーザ光の光ビームを形成する。波長変換結晶4はZGP(ZnGeP)等により形成された非線形光学結晶である。波長変換結晶4は直方体の形状を有する。波長変換結晶4は、6面のうちの一面を光ビームが入射される入射面とし、この一面と対向する他の一面を、結晶内を透過させた変換波長のレーザ光を出射させる出射面として組込まれている。 The condenser lens 3 forms a light beam of laser light having a wavelength of 2 μm. The wavelength conversion crystal 4 is a nonlinear optical crystal formed of ZGP (ZnGeP 2 ) or the like. The wavelength conversion crystal 4 has a rectangular parallelepiped shape. In the wavelength conversion crystal 4, one of the six surfaces is an incident surface on which a light beam is incident, and the other surface opposite to the one surface is an emission surface that emits laser light having a converted wavelength transmitted through the crystal. It is incorporated.

全反射ミラー5は励起光に対し透過量を最大にし、共振器内部での発振により発生するOPO光に対して反射量を最大にさせるミラーである。つまり全反射ミラー5は、波長2μmのレーザ光に対して全透過させ、波長4μmのレーザ光に対して全反射させる。出力ミラー6は反射率が例えば80%の部分反射ミラーであり、共振器内部での発振により発生する波長4μmのレーザ光の例えば20%を透過させる。   The total reflection mirror 5 is a mirror that maximizes the amount of transmission with respect to excitation light and maximizes the amount of reflection with respect to OPO light generated by oscillation inside the resonator. That is, the total reflection mirror 5 totally transmits a laser beam having a wavelength of 2 μm and totally reflects a laser beam having a wavelength of 4 μm. The output mirror 6 is a partial reflection mirror having a reflectance of, for example, 80%, and transmits, for example, 20% of laser light having a wavelength of 4 μm generated by oscillation inside the resonator.

一対の平行平板7、8は互いに波長変換結晶4を挟んで対向配置され、平板状に加工形成された光透過性の光学素子である。平行平板7の6面のうち面積の大きい対向2面がそれぞれレーザ光の入射面及びレーザ光の出射面として用いられている。これらの入射面及び出射面は互いに平行に形成されており、入射面及び出射面には、発振波長の光に対して反射を防止するためのコーティングが施されている。   The pair of parallel flat plates 7 and 8 are light-transmitting optical elements that are arranged to face each other with the wavelength conversion crystal 4 in between and processed into a flat plate shape. Two opposing surfaces having a large area among the six surfaces of the parallel plate 7 are used as a laser light incident surface and a laser light emission surface, respectively. The incident surface and the exit surface are formed in parallel with each other, and the entrance surface and the exit surface are coated to prevent reflection of light having an oscillation wavelength.

平行平板7は、全反射ミラー5からのレーザ光を光軸直交面に対して傾斜した受光角度で受光する入射面と、この入射面から入射したレーザ光を波長変換結晶4の入射面に対して垂直に出射する出射面とを有する。平行平板8は平行平板7から波長変換結晶4内を通って波長変換結晶4の出射面から出射されたレーザ光を平行平板7の受光角度と光軸直交面について対称な受光角度で受光する入射面と、この入射面から入射したレーザ光を出力ミラー6の面に対して垂直に出射する出射面とを有する。これらの平行平板7、8が一対となって、波長変換結晶4の入射面に対して全反射ミラー5からのレーザ光を光軸に傾斜する方向へ出射し、波長変換結晶4の出射面からの出射光をこの光軸と平行に出力ミラー6へと出射するようになっている。   The parallel plate 7 receives the laser beam from the total reflection mirror 5 at a light receiving angle inclined with respect to the plane orthogonal to the optical axis, and the laser beam incident from the incident surface to the incident surface of the wavelength conversion crystal 4. And an exit surface that exits vertically. The parallel plate 8 receives laser light emitted from the output surface of the wavelength conversion crystal 4 through the wavelength conversion crystal 4 from the parallel plate 7 at a light reception angle symmetric with respect to the light reception angle of the parallel plate 7 and the optical axis orthogonal plane. And a light emitting surface for emitting the laser light incident from the light incident surface perpendicularly to the surface of the output mirror 6. These parallel flat plates 7 and 8 are paired to emit laser light from the total reflection mirror 5 to the incident surface of the wavelength conversion crystal 4 in a direction inclined with respect to the optical axis, and from the emission surface of the wavelength conversion crystal 4. Are emitted to the output mirror 6 in parallel with the optical axis.

回転ステージ9、10は、一対の平行平板7、8を、光軸直交面に対して傾斜させた状態で保持する部材である。回転ステージ9、10の面は、全反射ミラー5から透過出力するレーザ光の光軸と直交する。回転ステージ9、10の回転軸は、予めこの光軸とほぼ同軸状にされ、あるいは光軸からややずらされている。これらの回転ステージ9、10は円環状の枠材あるいは筒状の部材であり、いずれもレーザ光を通過させる中空部を有する。   The rotary stages 9 and 10 are members that hold the pair of parallel flat plates 7 and 8 in an inclined state with respect to the optical axis orthogonal plane. The surfaces of the rotary stages 9 and 10 are orthogonal to the optical axis of the laser light transmitted and output from the total reflection mirror 5. The rotational axes of the rotary stages 9 and 10 are made approximately coaxial with the optical axis in advance or are slightly shifted from the optical axis. These rotary stages 9 and 10 are annular frame members or cylindrical members, and each has a hollow portion through which laser light passes.

ステージ駆動装置11は、図示しないステッピングモータ、DCモータ又はアクチュエータと、動力伝達部材と、モータやアクチュエータへ回転方向、回転量の信号を与えるドライバプログラムを記憶するメモリと、このドライバプログラムを実行するプロセッサとを有する。回転ステージ9、10には、動力伝達部材を介してモータ等のシャフトから、光軸周りに回転するための駆動力を与えられるようになっている。この駆動力が回転ステージ9、10に加えられていない間は、回転が停止するようにされている。   The stage driving device 11 includes a stepping motor, a DC motor or an actuator (not shown), a power transmission member, a memory that stores a driver program that gives a signal of a rotation direction and a rotation amount to the motor and the actuator, and a processor that executes the driver program. And have. The rotary stages 9 and 10 are provided with a driving force for rotating around the optical axis from a shaft such as a motor via a power transmission member. While this driving force is not applied to the rotary stages 9, 10, the rotation is stopped.

また、回転ステージ9には、平行平板7の入射面のあおり角を所望する角度に設定する図示しないあおり機構が設けられている。あおり機構は、一例として、一端部を回転ステージ9の周縁部に固定され、他端部を回転ステージ9の中心側に位置させて外側(全反射ミラー5側)及び内側(波長変換結晶4側)に揺動可能にした板状の台座と、この台座の他端部に対して内側へ向かう復元力を付勢するバネと、この他端部をバネ復元力に抗して状態で回転ステージ9上にねじ込まれたスクリューと、台座に平行平板7を固定するツメ状の係止具とを備える。スクリューのねじ込み度合いを調整することにより、台座の傾きを変え、光軸に対する平行平板7のあおり角度を調整するようにしている。回転ステージ10にも、平行平板8の入射面のあおり角を設定するための平行平板7の構成と実質同じ構成のあおり機構が設けられる。   Further, the rotary stage 9 is provided with a tilt mechanism (not shown) for setting the tilt angle of the incident surface of the parallel plate 7 to a desired angle. As an example, the tilt mechanism has one end fixed to the peripheral edge of the rotary stage 9 and the other end positioned on the center side of the rotary stage 9 so that the outer side (total reflection mirror 5 side) and the inner side (wavelength conversion crystal 4 side). ) A plate-shaped pedestal, a spring that urges a restoring force toward the inside with respect to the other end of the pedestal, and a rotating stage with the other end against the spring restoring force. The screw screwed on 9 and the nail | claw-shaped latching tool which fixes the parallel plate 7 to a base are provided. By adjusting the screwing degree of the screw, the inclination of the pedestal is changed, and the tilt angle of the parallel plate 7 with respect to the optical axis is adjusted. The rotary stage 10 is also provided with a tilting mechanism having substantially the same configuration as that of the parallel plate 7 for setting the tilt angle of the incident surface of the parallel plate 8.

ステージ駆動装置11には、通信インターフェースなどを介して操作用の装置が接続可能にされている。この装置にはアプリケーションプログラムが実装されており、このアプリケーションプログラムに対して所望の回転方向、回転量が人を介して指令されることによって、波長変換装置1の外部から回転ステージ9、10の回転角度を調節することが可能になっている。このステージ駆動装置11は、波長変換結晶4の入射面上に損傷部位が生じた場合、回転ステージ9、10を回転させてレーザ光の光路をシフトさせ、入射面においてこの損傷部位を回避した位置にレーザ光を入射させるようになっている。   An operation device can be connected to the stage driving device 11 via a communication interface or the like. An application program is mounted on this apparatus, and a rotation direction and a rotation amount are commanded to the application program via a person, so that the rotation stages 9 and 10 are rotated from the outside of the wavelength conversion apparatus 1. The angle can be adjusted. In the stage driving device 11, when a damaged part is generated on the incident surface of the wavelength conversion crystal 4, the rotation stage 9, 10 is rotated to shift the optical path of the laser light, and the position where the damaged part is avoided on the incident surface. A laser beam is incident on the laser beam.

上述の構成の波長変換装置1は例えば航空機に搭載され波長変換動作を行う。この波長変換装置1に対して集光レンズ3を介して外部から波長2μmのレーザ光が入射されると、全反射ミラー5及び出力ミラー6を共振器ミラーとして共振状態となる。波長変換結晶4の2次の非線形光学効果によって波長の異なる2つの信号波光及び補助波光が発生する。これらの光のうちの一方又は両方は出力ミラー6で反射されて光軸上を戻り、全反射ミラー5との間を往復して共振し増幅される。   The wavelength conversion device 1 having the above-described configuration is mounted on, for example, an aircraft and performs wavelength conversion operation. When laser light having a wavelength of 2 μm is incident on the wavelength conversion device 1 from the outside through the condenser lens 3, the total reflection mirror 5 and the output mirror 6 are used as the resonator mirrors to enter a resonance state. Two signal wave lights and auxiliary wave lights having different wavelengths are generated by the second-order nonlinear optical effect of the wavelength conversion crystal 4. One or both of these lights are reflected by the output mirror 6, return on the optical axis, resonate with the total reflection mirror 5, resonate, and are amplified.

集光レンズ3によって光ビームが入射面に照射されると、面上のスポット位置の電力パワー密度が高くなる。使い続けると、スポット照射される位置に、針で突いたような傷が生じる。傷の検出は、例えば光強度を検知する強度検知手段を波長変換装置1の出力側に設けておくことによって実行される。強度検知手段の強度検知情報を監視する検出制御手段が予め決めた閾値をレーザ光の検知強度が下回ったことを検出すると、ステージ駆動装置11に対して、いずれか同じ方向に所定角だけ回転ステージ9、10を回すように指令する。あるいは一定時間が経過した後、回転ステージ9、10を回す指令を出力するようにする。   When the incident surface is irradiated with the light beam by the condenser lens 3, the power power density at the spot position on the surface increases. If it continues to be used, scratches such as piercing with a needle occur at the spot irradiated position. The detection of the flaw is performed by providing, for example, an intensity detection means for detecting the light intensity on the output side of the wavelength conversion device 1. When the detection control means for monitoring the intensity detection information of the intensity detection means detects that the detection intensity of the laser beam has fallen below a predetermined threshold value, the rotary stage is rotated by a predetermined angle in any one direction with respect to the stage driving device 11. Command 9 and 10 to turn. Alternatively, after a certain time has elapsed, a command to turn the rotary stages 9 and 10 is output.

図2は平行平板7、8が回転した後の波長変換装置1での光路を説明するための図である。同図中、上述した符号と同じ符号を有する要素はそれらと同じ要素を表す。   FIG. 2 is a view for explaining an optical path in the wavelength conversion device 1 after the parallel plates 7 and 8 are rotated. In the figure, elements having the same reference numerals as those described above represent the same elements.

波長変換結晶4の両端側に設置された2枚の平行平板7、8はともに例えば180度程度回転させられる。ステージ駆動装置11は、回転ステージ9、10をともに同じ方向に回転させた後これらの回転を止める。回転後の平行平板7、8の位置では、全反射ミラー5から出射されたレーザ光が平行平板7の受光面にて屈折し、この平行平板7の内部を通った屈折光は平行平板7の他の境界面にて屈折して出射され、出射光は波長変換結晶4の入射面に対して垂直に入射する。透過光は、この波長変換結晶4内を通り、出射面から平行平板8に入射する。受光面が全反射ミラー5からのレーザ光の光軸に直交する光軸直交面に対して傾斜した状態で平行平板8は波長変換結晶4から入射された光を受光する。受光面にて屈折した屈折光は再度平行平板8の他の境界面にて屈折して出射される。このようにしてステージ駆動装置11は光路をシフトさせる。   The two parallel plates 7 and 8 installed on both ends of the wavelength conversion crystal 4 are both rotated by, for example, about 180 degrees. The stage driving device 11 stops the rotations after rotating the rotary stages 9 and 10 in the same direction. At the positions of the parallel plates 7 and 8 after the rotation, the laser light emitted from the total reflection mirror 5 is refracted by the light receiving surface of the parallel plate 7, and the refracted light passing through the parallel plate 7 is reflected on the parallel plate 7. The light is refracted and emitted at the other boundary surface, and the emitted light is incident perpendicular to the incident surface of the wavelength conversion crystal 4. The transmitted light passes through the wavelength conversion crystal 4 and enters the parallel plate 8 from the exit surface. The parallel plate 8 receives the light incident from the wavelength conversion crystal 4 in a state where the light receiving surface is inclined with respect to the optical axis orthogonal surface orthogonal to the optical axis of the laser light from the total reflection mirror 5. The refracted light refracted at the light receiving surface is again refracted at the other boundary surface of the parallel plate 8 and emitted. In this way, the stage driving device 11 shifts the optical path.

一例として、波長変換装置1は航空機の分析装置に組込まれる。この分析装置は、出射光を試料ガスが封入された真空容器内に導いてから分子間の相互作用を起こさせる。相互作用により発生するイオンを質量分析計が質量分析することによって、波長4μm程度のスペクトルを吸収するという特性を持つ気体物質を特定し、あるいは特定の気体の濃度の分析を行える。   As an example, the wavelength converter 1 is incorporated in an aircraft analyzer. In this analyzer, the outgoing light is guided into a vacuum vessel in which a sample gas is sealed, and an interaction between molecules is caused. When the mass spectrometer analyzes the ions generated by the interaction, a gas substance having a characteristic of absorbing a spectrum having a wavelength of about 4 μm can be specified, or the concentration of a specific gas can be analyzed.

航空機の分析装置に波長変換装置1が一旦据え付けられた後、分解し、レーザ光のスポット位置を変えてから組立てることは、航空機のスケジュール上できない。調整作業を行って光パラメトリック発振器の動作を復活させるためには時間を要する。本実施形態に係る波長変換装置1によれば、航空機に搭載した状態で航空機内の機器操作パネルなどから、光路シフト機構12の回転量を指定することができ波長変換結晶4を使い続けることが可能となる。   After the wavelength conversion device 1 is once installed in an aircraft analyzer, it cannot be disassembled and assembled after changing the spot position of the laser beam in terms of the aircraft schedule. It takes time to restore the operation of the optical parametric oscillator by performing the adjustment work. According to the wavelength conversion device 1 according to the present embodiment, the rotation amount of the optical path shift mechanism 12 can be specified from an equipment operation panel or the like in the aircraft while being mounted on the aircraft, and the wavelength conversion crystal 4 can be continuously used. It becomes possible.

また、複数の異なる波長帯の波長をピークとして含む多波長のレーザ光を発振出力することによって、試料ガスに含まれる複数の種類の気体を特定することもできる。この場合、波長変換装置1を複数段設けることによって複数の異なる波長ピークを有する多波長のレーザ光を出力し、分子間の相互作用の結果得られる結果物質を試料分析することによって上記と同様の分析などに使うことができる。   In addition, a plurality of types of gases contained in the sample gas can be specified by oscillating and outputting multi-wavelength laser light including a plurality of wavelengths in different wavelength bands as peaks. In this case, by providing a plurality of stages of the wavelength conversion device 1, a multi-wavelength laser beam having a plurality of different wavelength peaks is output, and the resultant substance obtained as a result of the interaction between molecules is sample-analyzed in the same manner as described above. It can be used for analysis.

このように、本実施形態に係る波長変換装置1では、波長変換結晶4が何らかの原因で損傷を受けた場合、光路シフト機構12が光路をシフトさせ、波長変換結晶4の入射面上で損傷部位を回避した位置にレーザ光を入射させるため、損傷部が避けられ、波長変換装置1を使い続けることができる。OPO結晶が何らかの原因で損傷を受けた場合でも、外部制御によって平板素子を回転することができるため、波長変換結晶4の入射位置を変えることができ、損傷部を回避できるようになる。従って波長変換装置1が設置される場所が航空機など分解調整や交換を行えない場所である状況においても、レーザ発振器を長期間に亘って使用することができるようになる。   As described above, in the wavelength conversion device 1 according to the present embodiment, when the wavelength conversion crystal 4 is damaged for some reason, the optical path shift mechanism 12 shifts the optical path, and the damaged portion on the incident surface of the wavelength conversion crystal 4. Since the laser beam is incident at a position where the wavelength converter 1 is avoided, the damaged portion is avoided and the wavelength conversion device 1 can be used continuously. Even if the OPO crystal is damaged for some reason, the plate element can be rotated by external control. Therefore, the incident position of the wavelength conversion crystal 4 can be changed, and the damaged portion can be avoided. Accordingly, the laser oscillator can be used for a long period even in a situation where the wavelength converter 1 is installed at a place where it cannot be disassembled and replaced, such as an aircraft.

入射面上の傷のついた部分を避けるよう外的制御によって、損傷部の位置をずらすための具体的手法が提供される。   A specific method for shifting the position of the damaged part is provided by external control to avoid the scratched part on the entrance surface.

(変形例)
上記実施形態では、波長変換結晶4の両端に設置した並行平板7、8を使用して励起光の入射位置を変えているが、この代わりに、波長変換結晶4を互いに直交するX方向及びY方向に直動可能なXYステージに設置するよう波長変換装置を構成してもよい。この場合、波長変換装置は、XY平面が光軸と直交するように、XYステージを設置し、このXYステージが波長変換結晶4を移動させるようにする。
(Modification)
In the above embodiment, the incident positions of the excitation light are changed using the parallel plates 7 and 8 installed at both ends of the wavelength conversion crystal 4, but instead, the wavelength conversion crystal 4 is orthogonal to each other in the X direction and the Y direction. You may comprise a wavelength converter so that it may install in the XY stage which can move to a direction linearly. In this case, the wavelength conversion apparatus installs an XY stage so that the XY plane is orthogonal to the optical axis, and this XY stage moves the wavelength conversion crystal 4.

図3は本発明の一実施形態の変形例に係る波長変換装置の構成図である。既出の符号はそれらと同じ要素を表す。光路シフト機構14は、光軸を含む垂直面上で天地方向に往復移動可能な直動ステージ13と、この直動ステージ13を所望する距離だけ移動させてから停止させるステージ駆動装置11とを備えている。直動ステージ13は、一例として、天地方向に延びる図示しない軌道と、この軌道上で進退可能に案内される転動あるいは摺動用部材とからなり、ステージ駆動装置を構成するモータやアクチュエータからの駆動力によって上下動し、駆動力が加えられない間は停止するようにされている。   FIG. 3 is a configuration diagram of a wavelength converter according to a modification of the embodiment of the present invention. The above-mentioned symbols represent the same elements. The optical path shift mechanism 14 includes a linear motion stage 13 capable of reciprocating in the vertical direction on a vertical plane including the optical axis, and a stage driving device 11 that moves the linear motion stage 13 by a desired distance and then stops it. ing. The linear motion stage 13 includes, as an example, a track (not shown) extending in the vertical direction and a rolling or sliding member guided so as to be able to advance and retreat on the track, and is driven by a motor or an actuator constituting the stage driving device. It moves up and down by force and stops while no driving force is applied.

このような構成の波長変換装置1Aに対して集光レンズ3を介して外部からレーザ光が入射されると、全反射ミラー5及び出力ミラー6を共振器ミラーとして共振が起きる。集光レンズ3からの光ビームが波長変換結晶4の入射面に照射され続けた結果、スポット照射される位置に、針で突いたような傷が生じる。傷が検出され、又は一定時間が経過した時点で、上記実施形態の例と同様にステージ駆動装置11に対して距離情報が指令されるようにする。   When laser light is incident on the wavelength conversion device 1A having such a configuration from the outside via the condenser lens 3, resonance occurs with the total reflection mirror 5 and the output mirror 6 as resonator mirrors. As a result of continuing to irradiate the incident surface of the wavelength conversion crystal 4 with the light beam from the condensing lens 3, scratches such as those struck with a needle occur at the spot irradiated position. When a flaw is detected or a certain time has elapsed, distance information is commanded to the stage driving device 11 as in the example of the above embodiment.

図3に示すように、ステージ駆動装置11は、直動ステージ13を指令された距離だけ例えば上方向に動かし移動を止める。この位置では、全反射ミラー5から出射されたレーザ光が直接波長変換結晶4の入射面に対して入射する。この波長変換結晶4内を通って、出射面から透過光が出力ミラー6へ入射し、反射されて全反射ミラー5へレーザ光が戻る。その後、反射が繰返されて所望する波長のレーザ光が増幅出力される。このようにしてステージ駆動装置11は波長変換結晶4をずらしてから光路をシフトさせて、ミラー共振を起こさせる。照射光学系の光軸と、結像光学系の光軸とが相対的にシフトされるようになる。   As shown in FIG. 3, the stage driving device 11 stops the movement by moving the linear motion stage 13 upward, for example, by a commanded distance. At this position, the laser beam emitted from the total reflection mirror 5 is directly incident on the incident surface of the wavelength conversion crystal 4. Through this wavelength conversion crystal 4, transmitted light enters the output mirror 6 from the exit surface, is reflected, and returns to the total reflection mirror 5. Thereafter, the reflection is repeated and a laser beam having a desired wavelength is amplified and output. In this way, the stage driving device 11 shifts the wavelength conversion crystal 4 and then shifts the optical path to cause mirror resonance. The optical axis of the irradiation optical system and the optical axis of the imaging optical system are relatively shifted.

この変形例に係る波長変換装置によれば、平行平板7、8側を固定して波長変換結晶4側を動かすようにしても光路をシフトさせることができる。   According to the wavelength converter according to this modification, the optical path can be shifted even if the parallel plates 7 and 8 are fixed and the wavelength conversion crystal 4 is moved.

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。上記の実施形態では、一対の平板状光学素子としては例えば光透過性のプリズムレンズを用いてもよい。4μmの波長は一例であり、異なる波長のレーザ光を波長変換することもでき、強度の大きい特定波長のレーザ光を出力することによってレーザ溶接に使うことも可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In the above embodiment, for example, a light-transmitting prism lens may be used as the pair of flat optical elements. The wavelength of 4 μm is an example, and laser light having a different wavelength can be wavelength-converted, and can be used for laser welding by outputting laser light having a specific wavelength with high intensity.

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

1,1A…波長変換装置、2…レーザ光、3…集光レンズ、4…波長変換結晶(非線形光学結晶)、5…全反射ミラー(一方のミラー)、6…出力ミラー(他方のミラー)、7,8…平行平板(平板状光学素子)、9,10…回転ステージ、11…ステージ駆動装置(駆動手段)、12,14…光路シフト機構、13…直動ステージ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A ... Wavelength conversion apparatus, 2 ... Laser beam, 3 ... Condensing lens, 4 ... Wavelength conversion crystal (nonlinear optical crystal), 5 ... Total reflection mirror (one mirror), 6 ... Output mirror (the other mirror) , 7, 8... Parallel plate (flat optical element), 9, 10... Rotating stage, 11... Stage driving device (driving means), 12, 14.

Claims (4)

所定波長のレーザ光を反射する共振器を構成する一対のミラーと、
この一対のミラーの前記共振器内に設けられ、入射面から入射された発振波長のレーザ光を変換し変換波長のレーザ光を出射面より出射する非線形光学結晶と、
この非線形光学結晶の前記入射面に一方のミラーから入射されるレーザ光の光路をこのレーザ光の光軸からシフトさせ、前記出射面から出射される透過光を他方のミラーへ出射する光路シフト機構と、を備え、
この光路シフト機構は、前記非線形光学結晶の入射面上に損傷部位が生じた場合、前記入射面上でこの損傷部位を回避した位置に前記レーザ光を入射させることを特徴とする波長変換装置。
A pair of mirrors constituting a resonator that reflects laser light of a predetermined wavelength;
A nonlinear optical crystal that is provided in the resonator of the pair of mirrors, converts laser light having an oscillation wavelength incident from an incident surface, and emits laser light having a converted wavelength from an emission surface;
An optical path shift mechanism that shifts the optical path of the laser light incident on the incident surface of the nonlinear optical crystal from one mirror from the optical axis of the laser light and emits the transmitted light emitted from the exit surface to the other mirror And comprising
This optical path shift mechanism is characterized in that, when a damaged part is generated on the incident surface of the nonlinear optical crystal, the laser beam is incident on a position avoiding the damaged part on the incident surface.
前記光路シフト機構は、
前記非線形光学結晶を挟んでそれぞれ対向配置され、前記入射面に対して前記一方のミラーからのレーザ光を光軸に傾斜する方向へ出射し、前記出射面からの出射光を前記光軸と平行に前記他方のミラーへ出射する光透過性の一対の平板状光学素子と、
この一対の平板状光学素子を、光軸直交面に対して傾斜させた状態で保持し、回転角度を調整可能な一対の回転ステージと、
これらの回転ステージを回転駆動する駆動手段と、を備え、
この駆動手段は、前記一対の回転ステージを所与の角度、回転させてから停止させ、前記光路をシフトさせることを特徴とする請求項1記載の波長変換装置。
The optical path shift mechanism is
The non-linear optical crystals are arranged opposite to each other, the laser beam from the one mirror is emitted in a direction inclined with respect to the incident surface in the direction of the optical axis, and the emitted light from the emission surface is parallel to the optical axis. A pair of optically transparent plate-like optical elements that are emitted to the other mirror,
A pair of rotary stages that hold the pair of flat optical elements in a state inclined with respect to the optical axis orthogonal plane, and that can adjust the rotation angle;
Drive means for rotationally driving these rotary stages,
2. The wavelength conversion apparatus according to claim 1, wherein the drive unit rotates the pair of rotary stages after a predetermined angle and then stops and shifts the optical path.
前記一対の平板状光学素子は、
一方の回転ステージに設けられ、前記一方のミラーからのレーザ光を前記光軸直交面に対して傾斜した受光角度で受光する面、およびこの面から入射したレーザ光を前記非線形光学結晶の前記入射面に対して垂直に出射する面を有する第1の光透過性平板と、
他方の回転ステージに設けられ、この第1の光透過性平板から前記非線形光学結晶内を通ってこの非線形光学結晶の前記出射面から出射されたレーザ光を前記受光角度と前記光軸直交面について対称な受光角度で受光する面、およびこの面から入射したレーザ光を前記他方のミラーの面に対して垂直に出射する面を有する第2の光透過光平板と、を備えたことを特徴とする請求項2記載の波長変換装置。
The pair of flat optical elements includes:
A surface provided on one rotary stage for receiving laser light from the one mirror at a light receiving angle inclined with respect to the plane orthogonal to the optical axis, and the laser light incident from this surface being incident on the nonlinear optical crystal A first light-transmitting flat plate having a surface emitting perpendicular to the surface;
Laser light emitted from the exit surface of the nonlinear optical crystal from the first light-transmitting flat plate provided on the other rotation stage and passing through the nonlinear optical crystal with respect to the light receiving angle and the optical axis orthogonal plane A second light-transmitting light flat plate having a surface that receives light at a symmetric light receiving angle and a surface that emits laser light incident from the surface perpendicular to the surface of the other mirror. The wavelength conversion device according to claim 2.
前記光路シフト機構は、
前記一方のミラーから入射されるレーザ光の光軸を含む面および光軸直交面の双方に直交する面上でこの光軸と直交する方向に往復移動可能な直動ステージと、
この直動ステージを変位駆動する駆動手段と、を備え、
この駆動手段は、前記直動ステージを所与の距離だけ移動させてから停止させ、前記光路をシフトさせることを特徴とする請求項1記載の波長変換装置。
The optical path shift mechanism is
A linear motion stage capable of reciprocating in a direction orthogonal to the optical axis on a plane orthogonal to both the plane including the optical axis of the laser beam incident from the one mirror and the optical axis orthogonal plane;
Driving means for driving the linear motion stage to be displaced,
2. The wavelength conversion apparatus according to claim 1, wherein the driving unit moves the linear motion stage by a given distance, stops the linear movement stage, and shifts the optical path.
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