JP2636066B2 - LiB 3 lower O 5 lower infrared parametric oscillator - Google Patents

LiB 3 lower O 5 lower infrared parametric oscillator

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JP2636066B2
JP2636066B2 JP2179677A JP17967790A JP2636066B2 JP 2636066 B2 JP2636066 B2 JP 2636066B2 JP 2179677 A JP2179677 A JP 2179677A JP 17967790 A JP17967790 A JP 17967790A JP 2636066 B2 JP2636066 B2 JP 2636066B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、光パラメトリック効果により、0.7〜2.2
μmの波長範囲でスペクトル幅が狭く、しかも可変周波
数のコヒーレント光を出力するようにしたLiB3O5赤外光
パラメトリック発振器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial application field) The present invention provides an optical parametric effect of 0.7 to 2.2.
The present invention relates to a LiB 3 O 5 infrared parametric oscillator having a narrow spectrum width in a wavelength range of μm and outputting coherent light of a variable frequency.

(発明の概要) 本発明は、光パラメトリック効果により、赤外光を発
生する赤外光パラメトリック発振器において、励起光源
として、1.047〜1.0796μmでレーザ発振するNd:YLF、N
d:YAG、Nd:GSGG又はNd:YAPのいずれかの固体レーザの第
2高周波を用いるとともに、前記非線形光学素子として
LiB3O5結晶を用いることにより、0.7〜2.2μmの波長範
囲においてスペクトル幅が狭く、しかも可変周波数のコ
ヒーレント光を出力可能としたものである。
(Summary of the Invention) The present invention relates to an infrared light parametric oscillator that generates infrared light by an optical parametric effect. As an excitation light source, Nd: YLF, Nd that oscillates at 1.047 to 1.0796 μm is used.
d: YAG, Nd: GSGG or Nd: using the second high-frequency of the solid-state laser of any of, as the nonlinear optical element
By using the LiB 3 O 5 crystal, a coherent light having a narrow spectrum width and a variable frequency can be output in a wavelength range of 0.7 to 2.2 μm.

(従来の技術) 従来、光パラメトリック効果に基づいて、非線形光学
素子にコヒーレントな励起光を入射することにより、こ
の励起光と波長の異なるコヒーレント光を発振する光パ
ラメトリック発振器が知られている。この発振器は、一
般に励起光源と、この励起光源からの出射光で励起され
る非線形光学素子と、該非線形光学素子の入射側及び出
射側に配置された一対の反射鏡とから概略構成されてい
る。
(Prior Art) Conventionally, an optical parametric oscillator that oscillates coherent light having a wavelength different from that of the excitation light by injecting coherent excitation light into a nonlinear optical element based on the optical parametric effect is known. This oscillator generally includes an excitation light source, a nonlinear optical element that is excited by light emitted from the excitation light source, and a pair of reflectors disposed on the incident side and the emission side of the nonlinear optical element. .

ところで、このような光パラメトリック発振器におい
て、赤外領域で発振するものとしては、非線形光学素子
にMgO:LiNbO3結晶あるいはβ−BaB2O4結晶を用いたもの
が知られている。
By the way, as such an optical parametric oscillator that oscillates in the infrared region, one using an MgO: LiNbO 3 crystal or β-BaB 2 O 4 crystal for a nonlinear optical element is known.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記の赤外領域で発振する光パラメト
リック発振器にあっては以下に述べる不都合がある。
(Problems to be Solved by the Invention) However, the optical parametric oscillator that oscillates in the infrared region has the following disadvantages.

非線形光学素子にMgO:LiNbO3結晶を用いたものにあっ
ては、非線形光学定数(d31)が11.8×10-9esuと大きい
ものの、可視域の励起波長を用いると屈折率が局所的に
変化する光学ダメージにより、不透明となり、出力が時
間とともに低下したり、良質のビームを得ることが不可
能となる。
In the case of using the MgO: LiNbO 3 crystal for the nonlinear optical element, the nonlinear optical constant (d 31 ) is as large as 11.8 × 10 -9 esu, but the refractive index is locally increased when the excitation wavelength in the visible region is used. Due to the changing optical damage, it becomes opaque, the output decreases with time, and it becomes impossible to obtain a good beam.

また、β−BaB2O4結晶を用いたものでは、この光ダメ
ージが無いものの、位相整合許容角(Δθ)がΔθext
・l0.9mrad・cm(但し、extは外部角の略、lは結晶
の長さ)と極端に小さいため、長い結晶を使うことがで
きず、よって高い変換効率を得ることが非常に困難であ
る。
In the case of using a β-BaB 2 O 4 crystal, although there is no optical damage, the phase matching allowable angle (Δθ) is Δθ ext
・ It is extremely small as l0.9mrad ・ cm (where ext is the abbreviation of external angle and l is the length of the crystal), so that a long crystal cannot be used, and it is very difficult to obtain high conversion efficiency. is there.

本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、高効率かつ高出力でしかもスペ
クトル幅が狭い、赤外領域で安定に発振するLiB3O5赤外
光パラメトリック発振器を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a LiB 3 O 5 infrared light that oscillates stably in the infrared region with high efficiency and high output and a narrow spectral width. It is to provide a parametric oscillator.

(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、この発明における請求項
1記載のLiB3O5赤外光パラメトリック発振器では、励起
光源として、1.047〜1.0796μmでレーザ発振するNd:YL
F、Nd:YAG、Nd:GSGG又はNd:YAPのいずれかの固体レーザ
の第2高調波を用い、非線形光学素子として、タイプ−
1(θ=90゜,φ=0〜12゜)又はタイプ−2(θ=φ
=0゜)にカットしたLiB3O5結晶[但し、θ,φはz
(=b),x(=a)軸から測定した極座標の角度部分]
を用いたことを上記課題の解決手段とした。
(Means for Solving the Problems) To achieve the above object, in the LiB 3 O 5 infrared parametric oscillator according to claim 1 of the present invention, Nd which oscillates laser at 1.047 to 1.0796 μm as an excitation light source: YL
Using a second harmonic of a solid-state laser of any of F, Nd: YAG, Nd: GSGG or Nd: YAP, as a nonlinear optical element, a type-
1 (θ = 90 °, φ = 0 to 12 °) or type-2 (θ = φ
= 0 ゜) LiB 3 O 5 crystal [However, θ and φ are z
(= B), angle part of polar coordinates measured from x (= a) axis]
Is used as a means for solving the above problem.

また、請求項2記載のLiB3O5赤外光パラメトリック発
振器では、請求項1記載のLiB3O5赤外光パラメトリック
発振器において、前記非線形光学素子の入射側反射手段
として完全反射鏡を用い、前記非線形光学素子の入射側
と前記完全反射鏡との間に、前記励起光の波長にて高反
射率を有する入射側偏向板を配置し、かつ前記励起光が
前記入射側偏向板に入射しかつ当該入射側偏向板からの
反射光が前記非線形光学素子に入射するよう配置すると
ともに、該入射側偏向板を、共振器の光軸に対してブリ
ュースター角となるよう配置し、前記非線形光学素子の
出射側と出射側反射手段としての部分反射鏡との間に、
前記励起光の波長にて高反射率を有する出射側偏向板を
配置し、かつこの出射側偏向板を、前記非線形光学素子
からの出射光が該出射側偏向板に入射するよう配置する
とともに、該出射側偏向板を前記光軸に対してブリュー
スター角となるよう配置した構成としている。
Further, in the LiB 3 O 5 infrared parametric oscillator according to the second aspect, in the LiB 3 O 5 infrared parametric oscillator according to the first aspect, a perfect reflection mirror is used as an incident side reflection means of the nonlinear optical element, An incident-side deflection plate having a high reflectance at the wavelength of the excitation light is disposed between the incidence side of the nonlinear optical element and the perfect reflection mirror, and the excitation light is incident on the incidence-side deflection plate. And the reflected light from the incident side deflection plate is arranged to be incident on the nonlinear optical element, and the incident side deflection plate is arranged so as to have a Brewster angle with respect to the optical axis of the resonator. Between the emission side of the element and a partial reflector as emission side reflection means,
An emission-side deflection plate having a high reflectance at the wavelength of the excitation light is arranged, and the emission-side deflection plate is arranged so that light emitted from the nonlinear optical element is incident on the emission-side deflection plate, The output side deflection plate is arranged to have a Brewster angle with respect to the optical axis.

請求項3記載のLiB3O5赤外光パラメトリック発振器で
は、請求項2記載のLiB3O5赤外光パラメトリック発振器
において、非線形光学素子の入射側に配置された完全反
射鏡の代わりに、回折格子を用いた構成としている。
The LiB 3 O 5 infrared optical parametric oscillator according to claim 3, in LiB 3 O 5 infrared optical parametric oscillator according to claim 2, instead of a full reflector that is disposed on the incident side of the nonlinear optical element, the diffraction The configuration uses a lattice.

(作用) 本発明のLiB3O5赤外光パラメトリック発振器において
は、非線形光学素子として高性能で位相整合許容角が従
来の非線形光学素子よりも大きなLiB3O5結晶を使用し、
1.047〜1.0796μmでレーザ発振するNd:YLF、Nd:YAG、N
d:GSGG又はNd:YAPのいずれかの固体レーザの第2高周波
で励起することによって、光パラメトリック効果による
発振を行うようにしている。このため、比較的長いLiB3
O5結晶を使用することにより、効率を良好にすることが
でき、しかもスペクトル幅が狭く非常に安定した出力の
赤外コヒーレント光を得ることができる。また、LiB3O5
結晶と励起光との位相整合条件を変化させることにより
連続的に出力光の波長を変えることができる。
(Function) In the LiB 3 O 5 infrared parametric oscillator of the present invention, a LiB 3 O 5 crystal having high performance and a larger phase matching allowable angle than the conventional nonlinear optical element is used as the nonlinear optical element,
Nd: YLF, Nd: YAG, N oscillating at 1.047 to 1.0796 μm
Oscillation by the optical parametric effect is performed by exciting the solid-state laser of either d: GSGG or Nd: YAP at the second high frequency. Therefore, the relatively long LiB 3
By using the O 5 crystal, it is possible to improve the efficiency, and it is possible to obtain infrared coherent light with a very stable output having a narrow spectral width. LiB 3 O 5
By changing the phase matching condition between the crystal and the pump light, the wavelength of the output light can be continuously changed.

(実施例) 以下、本発明に係るLiB3O5赤外光パラメトリック発振
器の実施例を図面に従って説明する。
(Example) Hereinafter, an embodiment of LiB 3 O 5 infrared optical parametric oscillator according to the present invention with reference to the accompanying drawings.

第1図はこの発明における請求項1記載のLiB3O5赤外
光パラメトリック発振器の一実施例を示すもので、第1
図中、符号1はLiB3O5赤外光パラメトリック発振器(以
下、LBO赤外発振器と略称する。)である。このLBO赤外
発振器1は、励起光源2と、この励起光源2の光軸上に
配置された非線形光学素子3と、同じく励起光源2の光
軸上で非線形光学素子3の入射側及び出射側にそれぞれ
配置された完全反射鏡4及び部分反射鏡5と、オーブン
(加熱手段)6と、平面反射鏡7とから概略構成されて
いる。
FIG. 1 shows an embodiment of the LiB 3 O 5 infrared parametric oscillator according to the first aspect of the present invention.
In the figure, reference numeral 1 denotes a LiB 3 O 5 infrared parametric oscillator (hereinafter abbreviated as LBO infrared oscillator). The LBO infrared oscillator 1 includes an excitation light source 2, a nonlinear optical element 3 disposed on the optical axis of the excitation light source 2, and an incident side and an emission side of the nonlinear optical element 3 on the optical axis of the excitation light source 2. , A complete reflecting mirror 4 and a partial reflecting mirror 5, an oven (heating means) 6, and a plane reflecting mirror 7, respectively.

励起光源2には、1.047〜1.0796μmでレーザ発振す
るNd:YLF、Nd:YAG、Nd:GSGG又はNd:YAPのいずれかの固
体レーザの第2高調波が用いられている。
As the excitation light source 2, a second harmonic of a solid-state laser of Nd: YLF, Nd: YAG, Nd: GSGG, or Nd: YAP, which oscillates laser at 1.047 to 1.0796 μm, is used.

またこの励起光源2は、その出射光を非線形光学素子
3の入射側に配置された完全反射鏡4を透過せしめて非
線形光学素子3に励起光として入射するものである。
The excitation light source 2 transmits the emitted light through a perfect reflection mirror 4 disposed on the incident side of the nonlinear optical element 3 and enters the nonlinear optical element 3 as excitation light.

非線形光学素子3にはタイプ−1(θ=90゜,φ=0
〜12゜)又はタイプ−2(θ=φ=0゜)にカットした
LiB3O5結晶[但し、θ,φはz(=b),x(=a)軸か
ら測定した極座標の角度部分]が用いられている。この
LiB3O5結晶は、その非線形光学定数(d31,d32)が、2.3
×10-9及び2.5×10-9esuとMgO:LiNbO3及びβ−BaB2O4
非線形光学定数よりはるかに小さいものの、位相整合許
容角がタイプ−1カットではΔφext・l=6.4mrad・c
m、Δθext・l1/2=3.1゜cm1/2、タイプ−2カットで
はΔθext・l1/2=7.60゜cm1/2、Δφext・l1/2=5.0
0゜cm1/2とMgO:LiNbO3及びβ−BaB2O4結晶の位相整合許
容角よりはるかにゆるやかなものである。しかも、位相
整合スペクトル幅もタイプ−2カットではΔλs・l
30Å・cm(但し、λsは励起レーザ光の波長の2倍より
も短い波長の出力光であるシグナル光の波長)と狭く、
また破壊しきい値も約600MW/cm2と高く、潮解性が無く
反射防止膜のコートも簡単にできる結晶である。
The nonlinear optical element 3 has a type-1 (θ = 90 °, φ = 0
~ 12mm) or type-2 (θ = φ = 0mm)
A LiB 3 O 5 crystal [where θ and φ are the angle portions of polar coordinates measured from the z (= b) and x (= a) axes] is used. this
LiB 3 O 5 crystal has a nonlinear optical constant (d 31 , d 32 ) of 2.3
× 10 -9 and 2.5 × 10 -9 esu and much smaller than the nonlinear optical constants of MgO: LiNbO 3 and β-BaB 2 O 4 , but the phase matching allowable angle is Δφ ext · l = 6.4 mrad in the type-1 cut・ C
m, Δθ ext · l 1/2 = 3.1 ゜ cm 1/2 , Δθ ext · l 1/2 = 7.60 ゜ cm 1/2 for type-2 cut, Δφ ext · l 1/2 = 5.0
This is much smaller than the allowable phase matching angle of the MgO: LiNbO 3 and β-BaB 2 O 4 crystals of 0 ゜ cm 1/2 . Moreover, the phase matching spectrum width is also Δλs · l in the type-2 cut.
30Å · cm (where λs is the wavelength of the signal light, which is the output light having a wavelength shorter than twice the wavelength of the pump laser light),
In addition, the crystal has a high destruction threshold of about 600 MW / cm 2 and has no deliquescence and can be easily coated with an antireflection film.

前記非線形光学素子3の入射側に配置された完全反射
鏡4及び非線形光学素子3の出射側に配置された部分反
射鏡5は、ともに、励起レーザ光の波長で高い透過率を
有し、完全反射鏡4はシグナル光(励起レーザ光の波長
の2倍より短い波長)及びアイドラー光(励起レーザ光
の波長の2倍より長い波長)の両方の波長か、または一
方の波長で高い反射率を有するダイクロイック反射鏡
で、部分反射鏡5はシグナル光またはアイドラー光のど
ちらか一方で50〜98%の反射率を有するダイクロイック
反射鏡からなるものである。
The complete reflecting mirror 4 arranged on the incident side of the nonlinear optical element 3 and the partial reflecting mirror 5 arranged on the emitting side of the nonlinear optical element 3 both have high transmittance at the wavelength of the excitation laser light, and The reflecting mirror 4 has a high reflectance at both the signal light (wavelength shorter than twice the wavelength of the excitation laser light) and the idler light (wavelength longer than twice the wavelength of the excitation laser light), or at one of the wavelengths. The partial reflecting mirror 5 is a dichroic reflecting mirror having a reflectance of 50 to 98% for either signal light or idler light.

このような構成のLBO赤外発振器1によりコヒーレン
ト光を得るには、例えば励起光源2としてNd:YAGレーザ
の第2高調波を用い、これより励起光を出射しながら、
非線形光学素子3を所望する出力光の波長に応じてタイ
プ−1カットの場合には第1図中に示した、紙面に垂直
なz軸を中心に適宜角度同調するか、タイプ−2の場合
にはオープン6の温度を制御すればよい。
In order to obtain coherent light with the LBO infrared oscillator 1 having such a configuration, for example, a second harmonic of an Nd: YAG laser is used as the pumping light source 2 and the pumping light is emitted from the second harmonic.
In the case of the type-1 cut according to the wavelength of the output light desired for the nonlinear optical element 3, the angle is appropriately tuned around the z-axis perpendicular to the paper plane shown in FIG. In this case, the temperature of the open 6 may be controlled.

励起光は、第1図中矢印で示すように完全反射鏡4を
透過して非線形光学素子3に入射し、光パラメトリック
効果により位相整合条件で定まったシグナル光とアイド
ラー光とに変換され、さらに位相整合せず変換されない
一部の励起光とともに部分反射鏡5に至る。そして、シ
グナル光及びアイドラー光のどちらか一方は部分反射鏡
5にて反射し、これにより完全反射鏡4との間で共振状
態に置かれ、ついには部分反射鏡5を透過して発振す
る。そして、励起光の波長だけを反射する平面反射鏡7
により、励起光が除かれ、これによりシグナル光又はア
イドラー光が透過して出力光となる。
The excitation light passes through the perfect reflecting mirror 4 and enters the nonlinear optical element 3 as shown by an arrow in FIG. 1, and is converted into signal light and idler light determined by the phase matching condition by an optical parametric effect. The light reaches the partial reflection mirror 5 together with a part of the excitation light that is not phase-matched and is not converted. One of the signal light and the idler light is reflected by the partial reflecting mirror 5, whereby the signal light and the idler light are placed in a resonance state with the complete reflecting mirror 4, and finally oscillate through the partial reflecting mirror 5. The plane reflecting mirror 7 reflects only the wavelength of the excitation light.
As a result, the excitation light is removed, whereby the signal light or the idler light is transmitted and becomes the output light.

このようなLBO赤外発振器1にあっては、非線形光学
素子3として高性能のLiB3O5結晶を使用しているので、
効率良く、しかも非常に安定した出力の波長可変赤外コ
ヒーレント光を得ることができる。
In such an LBO infrared oscillator 1, since a high-performance LiB 3 O 5 crystal is used as the nonlinear optical element 3,
It is possible to efficiently obtain wavelength-tunable infrared coherent light having a very stable output.

第2図はこの発明の請求項2記載のLiB3O5赤外光パラ
メトリック発振器(LBO赤外発振器)の一実施例を示す
図であって、第2図中符号10はLBO赤外発振器である。
このLBO赤外発振器10は、励起光源11と、この励起光源1
1からの出射光が入射する非線形光学素子12と、該非線
形光学素子12の入射側及び出射側に配置された完全反射
鏡13及び部分反射鏡14と、非線形光学素子12の入射側と
完全反射鏡13との間に配置された入射側偏向板15と、非
線形光学素子12の出射側と部分反射鏡14との間に配置さ
れた出射側偏向板16と、オーブン17とから概略構成され
たものである。
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a LiB 3 O 5 infrared optical parametric oscillator (LBO infrared oscillator) according to claim 2 of the present invention. In FIG. 2, reference numeral 10 denotes an LBO infrared oscillator. is there.
The LBO infrared oscillator 10 includes an excitation light source 11 and the excitation light source 1
A non-linear optical element 12 on which the light emitted from 1 is incident, a perfect reflecting mirror 13 and a partial reflecting mirror 14 arranged on the incident side and the outgoing side of the non-linear optical element 12, An incident-side deflection plate 15 disposed between the mirror 13, an exit-side deflection plate 16 disposed between the exit side of the nonlinear optical element 12 and the partial reflection mirror 14, and an oven 17. Things.

励起光源11及び非線形光学素子12には、第1図に示し
た励起光源2及び非線形光学素子3とそれぞれ同一のも
のが用いられている。ここで励起光源11は、後述するよ
うにその励起光を入射側偏向板15に入射せしめるよう配
置されたものである。
The pump light source 11 and the nonlinear optical element 12 are the same as the pump light source 2 and the nonlinear optical element 3 shown in FIG. 1, respectively. Here, the excitation light source 11 is arranged so that the excitation light is incident on the incident side deflection plate 15 as described later.

非線形光学素子12の入射側に配置された完全反射鏡13
は、非線形光学素子12側の面に誘電体多層膜13aをコー
トした無水合成石英製反射鏡で、0.7〜2.2μmの波長範
囲で95%以上の反射率を有するものが用いられ、この例
では99%の反射率を有する平面鏡あるいは球面鏡が用い
られている。
Perfect reflection mirror 13 arranged on the incident side of nonlinear optical element 12
Is a mirror made of anhydrous synthetic quartz having a dielectric multilayer film 13a coated on the surface on the side of the nonlinear optical element 12 and having a reflectance of 95% or more in a wavelength range of 0.7 to 2.2 μm. A plane mirror or a spherical mirror having a reflectivity of 99% is used.

一方非線形光学素子12の出射側に配置された部分反射
鏡14は、0.7〜1.08あるいは1.08〜2.2μmの波長範囲で
50〜98%の反射率を有する如く非線形光学素子側の面に
誘電体多層膜14aをコートした無水合成石英製の平面鏡
からなるものである。
On the other hand, the partial reflecting mirror 14 arranged on the emission side of the nonlinear optical element 12 has a wavelength range of 0.7 to 1.08 or 1.08 to 2.2 μm.
It is composed of a plane mirror made of anhydrous synthetic quartz having a dielectric multilayer film 14a coated on the surface on the side of the nonlinear optical element so as to have a reflectance of 50 to 98%.

非線形光学素子12の入射側と完全反射鏡13との間には
入射側偏向板15が、また非線形光学素子12の出射側と部
分反射鏡14との間には出射側偏向板16がそれぞれ配置さ
れている。これら入射側偏向板15及び出射側偏向板16
は、共に無水合成石英に誘電体多層膜をコートしたもの
であって、励起光の波長にて95%以上の高い反射率を有
したものが好適とされ、この例では99.9%の反射率を有
するものが用いられている。また入射側偏向板15は、励
起光源11からの励起光を入射してこれを反射し、非線形
光学素子12に反射光を入射せしめるよう配置されたもの
で、LBO赤外発振器10の光軸に対してブリュースター角
θとなるよう配置されたものである。
An incident-side deflecting plate 15 is arranged between the entrance side of the nonlinear optical element 12 and the perfect reflecting mirror 13, and an exit-side deflecting plate 16 is arranged between the exit side of the nonlinear optical element 12 and the partial reflecting mirror 14. Have been. These incident side deflector 15 and exit side deflector 16
Are both made of anhydrous synthetic quartz coated with a dielectric multilayer film and have a high reflectivity of 95% or more at the wavelength of the excitation light. In this example, the reflectivity is 99.9%. Is used. The incident side deflection plate 15 is arranged so that the excitation light from the excitation light source 11 is incident and reflected, and the reflected light is incident on the nonlinear optical element 12, and is arranged on the optical axis of the LBO infrared oscillator 10. in which are arranged so as to be Brewster angle theta B against.

一方、出射側偏向板16は、非線形光学素子12から出射
する位相整合しなかった励起光をLBO赤外発振器10の共
振器外に出射するよう、その光軸に対してブリュースタ
ー角θとなるよう配置したので、非線形光学素子のタ
イプ−1カットではシグナル及びアイドラー光の両方
が、タイプ−2ではシグナル光の反射損失が最小とな
る。なおこの場合、入射側及び出射側偏向板15,16のブ
リュースター角θは、約55゜である。
On the other hand, the output-side deflection plate 16 has a Brewster angle θ B with respect to the optical axis of the LBO infrared oscillator 10 so as to output the out-of-phase-matched excitation light emitted from the nonlinear optical element 12 to the outside of the resonator of the LBO infrared oscillator 10. Therefore, both the signal and the idler light are minimized in the type-1 cut of the nonlinear optical element, and the reflection loss of the signal light is minimized in the type-2 cut of the nonlinear optical element. It should be noted that in this case, Brewster angle theta B of the incident side and the outgoing side deflection plate 15 and 16 is about 55 degrees.

このような構成のLBO赤外発振器10によりコヒーレン
ト光を得るには、例えば励起光源11としてNd:YAGレーザ
の第2高調波を用い、これより励起光を出射しながら、
非線形光学素子12を所望する出力光の波長に応じてタイ
プ−1カットの場合には紙面に垂直なz軸(第1図中に
示した場合と同様)を中心に適宜角度同調する(φを変
化させる)か、タイプ−2の場合にはオーブン17の温度
を制御すればよい。
In order to obtain coherent light with the LBO infrared oscillator 10 having such a configuration, for example, a second harmonic of a Nd: YAG laser is used as the pumping light source 11, and the pumping light is emitted from the second harmonic.
In the case of type-1 cut, the nonlinear optical element 12 is appropriately angle-tuned around the z-axis (similar to the case shown in FIG. 1) perpendicular to the plane of the drawing in accordance with the desired output light wavelength (φ is Or in the case of type-2, the temperature of the oven 17 may be controlled.

励起光は、第2図中矢印で示すように入射側偏向板15
に至り、ここで全反射して非線形光学素子12に入射す
る。そしてこの非線形光学素子12に入射した励起光は、
光パラメトリック効果により位相整合条件で定まったシ
グナル光とアイドラー光とに変換され、さらに位相整合
せず変換されない励起光とともに出射される。非線形光
学素子12から出射した光は出射側偏向板16に至り、ここ
で励起光は反射して系外に出射される。一方、非線形光
学素子のタイプ−1カットの場合にはシグナル光とアイ
ドラーのどちらか一方が、タイプ−2の場合はシグナル
光が完全反射鏡13と部分反射鏡14の間で共振状態に置か
れ、ついには部分反射鏡14を透過して発振する。この場
合、シグナル光とアイドラー光とは、励起光の波長より
かなり長くなっているため、偏向板15,16によって反射
することなく透過するものとなる。
The excitation light is applied to the incident-side deflecting plate 15 as shown by the arrow in FIG.
Then, the light is totally reflected and enters the nonlinear optical element 12. The excitation light incident on the nonlinear optical element 12 is
The light is converted into signal light and idler light determined by the phase matching condition by the optical parametric effect, and is further emitted together with the excitation light that is not phase-matched and is not converted. The light emitted from the nonlinear optical element 12 reaches the emission-side deflection plate 16, where the excitation light is reflected and emitted out of the system. On the other hand, in the case of the type-1 cut of the nonlinear optical element, one of the signal light and the idler is placed, and in the case of the type-2, the signal light is placed in a resonance state between the completely reflecting mirror 13 and the partially reflecting mirror 14. Finally, the light oscillates through the partial reflecting mirror 14. In this case, since the signal light and the idler light are considerably longer than the wavelength of the excitation light, they are transmitted without being reflected by the deflecting plates 15 and 16.

このようなLBO赤外発振器10にあっては、高性能のLiB
3O5結晶を使用しているので、効率良く、しかも非常に
安定した高出力の波長可変コヒーレント光を得ることが
できる。また、偏光板15,16を設けたことにより反射鏡1
3,14に励起光を透過させる必要が無くなり、光共振器と
して、破壊しきい値が低く高価なダイクロイック反射鏡
を使うことなく発振し得ることから、装置全体が安価と
なり、しかもダイクロイック反射鏡が破壊しないよう、
励起入力密度を200MW/cm2以上に高くならないよう制御
する必要がないことから、高い変換効率を得ることがで
きる。
In such an LBO infrared oscillator 10, a high-performance LiB
Since the 3 O 5 crystal is used, efficient and extremely stable high-output tunable coherent light can be obtained. In addition, since the polarizing plates 15 and 16 are provided, the reflecting mirror 1 is provided.
There is no need to transmit the excitation light to 3, 14 and the oscillation can be performed without using an expensive dichroic reflector with a low destruction threshold as an optical resonator. Not to destroy
Since there is no need to control the excitation input density so as not to exceed 200 MW / cm 2 , high conversion efficiency can be obtained.

また、第2図に示したLBO赤外発振器10において、出
力光のスペクトル幅をさらに狭くしたい場合には、本発
明における請求項3に記載したごとく完全反射鏡13に代
え、回折格子を配置すればよい。
Further, in the LBO infrared oscillator 10 shown in FIG. 2, if it is desired to further narrow the spectrum width of the output light, a diffraction grating may be arranged instead of the perfect reflecting mirror 13 as described in claim 3 of the present invention. I just need.

(実験例1) 第2図に示したLBO赤外発振器10を用い、励起光源11
としてNd:YAGレーザの第2高調波を用い、また非線形光
学素子12としてタイプ−1(θ=90゜,φ=9゜)にカ
ットした長さ1.8cmのLiB3O5を用いて発振チューニング
(同調)したところ、20℃でz軸を中心に±3゜非線形
光学素子を回転するだけで0.7〜2.2μmの範囲で連続し
て、またタイプ−2(θ=φ=0゜)にカットした長さ
1.6cmのLiB3O5を用いて20℃から250℃まで温度同調する
だけで、出力光として0.7〜1.006μm及び1.130〜2.2μ
mの範囲の波長可変コヒーレント光が得られた。
(Experimental example 1) Using the LBO infrared oscillator 10 shown in FIG.
Oscillation tuning using a 1.8 cm long LiB 3 O 5 cut as a type-1 (θ = 90 °, φ = 9 °) as the nonlinear optical element 12 using a second harmonic of an Nd: YAG laser (Tuning) Then, at 20 ° C, the nonlinear optical element is continuously rotated in the range of 0.7 to 2.2 µm by simply rotating the nonlinear optical element about the z-axis, and cut into type-2 (θ = φ = 0 °). Length
Simply temperature tuning from 20 ° C. to 250 ° C. using LiB 3 O 5 of 1.6cm, 0.7~1.006μm and 1.130~2.2μ as output light
Variable wavelength coherent light in the range of m was obtained.

(実験例2) 実験例1で使用したLBO赤外発振器を用い、かつ長さ
1.6cmのタイプ−2LiB3O5結晶を用い、パルス幅10nsのN
d:YAGレーザの第2高調波で励起して測定したところ、
発振しきい値はシグナル光の波長1.006μm、アイドラ
ー光の波長1.130μmの点で約180MW/cm2であり、また、
しきい値の2倍の入力で最大エネルギー変換効率15%が
得られた。
(Experimental example 2) Using the LBO infrared oscillator used in Experimental example 1 and length
Using type -2LiB 3 O 5 crystal of 1.6 cm, the pulse width 10 ns N
d: When excited with the second harmonic of the YAG laser and measured,
The oscillation threshold is about 180 MW / cm 2 at the point where the wavelength of the signal light is 1.006 μm and the wavelength of the idler light is 1.130 μm.
A maximum energy conversion efficiency of 15% was obtained with an input twice the threshold.

(実験例3) 実験例1で使用したLBO赤外発振器を用い、かつ長さ
1.6cmのタイプ−2LiB3O5結晶を用いて発振を行い、得ら
れた出力光のスペクトル幅を測定したところ0.679μm
で約4Å、2.052μmで約50Åであった。
(Experimental example 3) Using the LBO infrared oscillator used in Experimental example 1 and length
Perform oscillation with type -2LiB 3 O 5 crystal of 1.6 cm, was measured spectral width of the resulting output light 0.679μm
And about 50 ° at 2.052 μm.

次に完全反射鏡13に代えて2400本/mmの回折格子を配
置して出力光のスペクトル幅を測定したところ0.679μ
mで0.2Å、2.052μmで2Å程度になった。
Next, the spectral width of the output light was measured by arranging a diffraction grating of 2400 lines / mm in place of the perfect reflecting mirror 13.
m was about 0.2 ° and 2.052 μm was about 2 °.

以上の結果より、完全反射鏡13に代えて回折格子を配
置すれば、得られる出力光のスペクトル幅が狭くなるこ
とが確認された。
From the above results, it was confirmed that the spectral width of the obtained output light was reduced by arranging a diffraction grating instead of the perfect reflecting mirror 13.

(発明の効果) 以上説明したように、この発明における請求項1記載
のLiB3O5赤外光パラメトリック発振器は、非線形光学素
子として高性能のタイプ−1(θ=90゜,φ=0〜12
゜)又はタイプ−2(θ=φ=0゜)にカットしたLiB3
O5結晶[但し、θ,φはz(=b),x(=a)軸から測
定した極座標の角度部分]を用いたものであるから、効
率良く、しかも非常に安定した高出力の波長可変赤外コ
ヒーレント光を得ることができる。
(Effects of the Invention) As described above, the LiB 3 O 5 infrared optical parametric oscillator according to claim 1 of the present invention is a high performance type-1 (θ = 90 °, φ = 0 to 0) as a nonlinear optical element. 12
゜) or LiB 3 cut to type-2 (θ = φ = 0 ゜)
Since the O 5 crystal [where θ and φ are angles of polar coordinates measured from the z (= b) and x (= a) axes] is used, an efficient and very stable high-output wavelength is used. Variable infrared coherent light can be obtained.

また請求項2記載のLiB3O5赤外光パラメトリック発振
器は、非線形光学素子の入射側及び出射側に偏向板を配
置し、入射側の偏向板を介して励起光を非線形光学素子
へ入射するようにしたものであるから、光共振器として
例えば破壊しきい値の低いダイクロイック反射鏡などを
用いる必要がなくなり、よってダメージの殆ど無い新し
い共振器を用いることができ、したがって効率良く、し
かも0.7〜2.2μmという広い波長範囲で非常に安定した
高出力の波長可変コヒーレント光を得ることができる。
Further, in the LiB 3 O 5 infrared parametric oscillator according to the second aspect, a deflecting plate is arranged on the incident side and the emitting side of the nonlinear optical element, and the excitation light is incident on the nonlinear optical element via the incident side deflecting plate. Thus, it is not necessary to use, for example, a dichroic reflector having a low destruction threshold as an optical resonator, so that a new resonator with almost no damage can be used, and therefore, it is efficient and 0.7 to 0.7 mm Very stable and high-output wavelength-variable coherent light can be obtained in a wide wavelength range of 2.2 μm.

請求項3記載のLiB3O5赤外光パラメトリック発振器
は、非線形光学素子の入射側に配置された完全反射鏡に
代えて回折格子を配置したものであるから、この回折格
子の回折作用により、得られる出力光のスペクトル幅を
狭小化することができる。
Since the LiB 3 O 5 infrared parametric oscillator according to claim 3 is one in which a diffraction grating is arranged instead of the perfect reflection mirror arranged on the incident side of the nonlinear optical element, the diffraction action of this diffraction grating The spectrum width of the obtained output light can be narrowed.

【図面の簡単な説明】 第1図はこの発明に係る請求項1に記載したLiB3O5赤外
光パラメトリック発振器の一実施例を示す概略構成図、
第2図は請求項2に記載したLiB3O5赤外光パラメトリッ
ク発振器の一実施例を示す概略構成図である。 1,10……LiB3O5赤外光パラメトリック発振器(LBO赤外
発振器)、2,11……励起光源、3,12……非線形光学素
子、4,13……完全反射鏡、5,14……部分反射鏡、6,17…
…オーブン、15……入射側偏向板、16……出射側偏向
板。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of a LiB 3 O 5 infrared optical parametric oscillator according to claim 1 of the present invention;
FIG. 2 is a schematic diagram showing an embodiment of the LiB 3 O 5 infrared parametric oscillator according to the second aspect. 1,10… LiB 3 O 5 infrared parametric oscillator (LBO infrared oscillator), 2,11… excitation light source, 3,12 …… non-linear optical element, 4,13 …… complete reflection mirror, 5,14 …… Partial reflector, 6,17…
… Oven, 15… incident side deflector, 16… exit side deflector.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】励起光源と、この励起光源からの出射光で
ある励起光で励起される非線形光学素子と、該非線形光
学素子の入射側及び出射側に配置された反射手段とを具
備してなる光パラメトリック発振器において、前記励起
光源として、1.047〜1.0796μmでレーザ発振するNd:YL
F、Nd:YAG、Nd:GSGG又はNd:YAPのいずれかの固体レーザ
の第2高周波を用い、前記非線形光学素子として、タイ
プ−1(θ=90゜,φ=0〜12゜)又はタイプ−2(θ
=φ=0゜)にカットしたLiB3O5結晶[但し、θ,φは
z(=b),x(=a)軸から測定した極座標の角度部
分]を用いたことを特徴とするLiB3O5赤外光パラメトリ
ック発振器。
An excitation light source, a nonlinear optical element excited by excitation light emitted from the excitation light source, and reflection means disposed on an incident side and an emission side of the nonlinear optical element. In an optical parametric oscillator, Nd: YL which oscillates laser at 1.047 to 1.0796 μm as the excitation light source
Using a second high frequency of a solid-state laser of F, Nd: YAG, Nd: GSGG or Nd: YAP, and using the type-1 (θ = 90 °, φ = 0 to 12 °) or type as the nonlinear optical element -2 (θ
= Phi = 0 °) LiB 3 O 5 crystal cut in the proviso, theta, phi is z (= b), x ( = a) polar angle portion as measured from the axis] characterized by using the LiB 3 O 5 infrared optical parametric oscillator.
【請求項2】前記非線形光学素子の入射側反射手段とし
て完全反射鏡を用い、前記非線形光学素子の入射側と前
記完全反射鏡との間に、前記励起光の波長にて高反射率
を有する入射側偏向板を配置し、かつ前記励起光が前記
入射側偏向板に入射しかつ当該入射側偏向板からの反射
光が前記非線形光学素子に入射するよう配置するととも
に、該入射側偏向板を、光軸に対してブリュースター角
となるよう配置し、前記非線形光学素子の出射側と出射
側反射手段としての部分反射鏡との間に、前記励起光の
波長にて高反射率を有する出射側偏向板を配置し、かつ
この出射側偏向板を、前記非線形光学素子からの出射光
が該出射側偏向板に入射するよう配置するとともに、該
出射側偏向板を前記光軸に対してブリュースター角とな
るよう配置した請求項1記載のLiB3O5赤外光パラメトリ
ック発振器。
2. A completely reflecting mirror is used as an incident side reflecting means of the nonlinear optical element, and has a high reflectance between the incident side of the nonlinear optical element and the perfect reflecting mirror at the wavelength of the excitation light. An incident-side deflecting plate is arranged, and the excitation light is arranged to be incident on the incident-side deflecting plate and reflected light from the incident-side deflecting plate is incident on the nonlinear optical element. An output having a high reflectance at the wavelength of the excitation light is disposed between the output side of the nonlinear optical element and a partial reflecting mirror as an output side reflection means, so as to have a Brewster angle with respect to the optical axis. A side deflecting plate is arranged, and the emission side deflecting plate is arranged so that light emitted from the nonlinear optical element is incident on the emission side deflecting plate. Stars arranged to be a star angle LiB 3 O 5 infrared optical parametric oscillator to claim 1, wherein.
【請求項3】前記非線形光学素子の入射側反射手段とし
て回折格子を用い、前記非線形光学素子の入射側と前記
回折格子との間に、前記励起光の波長にて高反射率を有
する入射側偏向板を配置し、かつ前記励起光が前記入射
側偏向板に入射しかつ当該入射側偏向板からの反射光が
前記非線形光学素子に入射するよう配置するとともに、
該入射側偏向板を、光軸に対してブリュースター角とな
るよう配置し、前記非線形光学素子の出射側と出射側反
射手段としての部分反射鏡との間に、前記励起光の波長
にて高反射率を有する出射側偏向板を配置し、かつこの
出射側偏向板を、前記非線形光学素子からの出射光が該
出射側偏向板に入射するよう配置するとともに、該出射
側偏向板を前記光軸に対してブリュースター角となるよ
う配置した請求項1記載のLiB3O5赤外光パラメトリック
発振器。
3. A non-linear optical element, wherein a diffraction grating is used as an incident side reflection means, and an incident side having a high reflectance at a wavelength of the excitation light is provided between the incident side of the non-linear optical element and the diffraction grating. Arranging a deflecting plate, and arranging the excitation light to be incident on the incident side deflecting plate and reflected light from the incident side deflecting plate to be incident on the nonlinear optical element,
The incident side deflection plate is disposed at a Brewster angle with respect to the optical axis, and is disposed between the exit side of the nonlinear optical element and a partial reflection mirror as an exit side reflection unit at a wavelength of the excitation light. Disposing an output-side deflection plate having high reflectivity, and disposing the output-side deflection plate so that light emitted from the nonlinear optical element is incident on the output-side deflection plate, and setting the output-side deflection plate to 2. The LiB 3 O 5 infrared parametric oscillator according to claim 1, wherein the LiB 3 O 5 infrared optical parametric oscillator is arranged at a Brewster angle with respect to the optical axis.
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