JP2704341B2 - 光波長変換装置 - Google Patents
光波長変換装置Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
- H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3534—Three-wave interaction, e.g. sum-difference frequency generation
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- G02F1/35—Non-linear optics
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザービームを短波長
化する光波長変換装置に関し、特に詳細には、レーザー
ビームをまず第１の非線形光学材料の結晶に入射させて
第２高調波を発生させ、さらにこの第２高調波と上記レ
ーザービームを第２の非線形光学材料の結晶に入射させ
てそれらの和周波を発生させる光波長変換装置に関する
ものである。
化する光波長変換装置に関し、特に詳細には、レーザー
ビームをまず第１の非線形光学材料の結晶に入射させて
第２高調波を発生させ、さらにこの第２高調波と上記レ
ーザービームを第２の非線形光学材料の結晶に入射させ
てそれらの和周波を発生させる光波長変換装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば特開昭62-189783 号公報に示され
るように、ネオジウム等の希土類がドーピングされた固
体レーザーロッドを半導体レーザー（レーザーダイオー
ド）によってポンピングするレーザーダイオードポンピ
ング固体レーザーが公知となっている。この種の固体レ
ーザーにおいては、より短波長のレーザー光を得るため
に、その共振器内に非線形光学材料のバルク単結晶を配
設して、固体レーザー発振ビームを第２高調波に波長変
換することも行なわれている。
るように、ネオジウム等の希土類がドーピングされた固
体レーザーロッドを半導体レーザー（レーザーダイオー
ド）によってポンピングするレーザーダイオードポンピ
ング固体レーザーが公知となっている。この種の固体レ
ーザーにおいては、より短波長のレーザー光を得るため
に、その共振器内に非線形光学材料のバルク単結晶を配
設して、固体レーザー発振ビームを第２高調波に波長変
換することも行なわれている。
【０００３】また、さらに短波長の例えば紫外域のレー
ザービームを得ることを目的として、Ｔechnical Ｄig
est of Ｃonference on Ｌasers and Ｅlectro−Ｏpt
ics，1991．ｐ218 に示されるように、固体レーザー発
振ビームとその第２高調波とを第２の非線形光学材料の
結晶に入射させて、それらの和周波を発生させる試みも
なされている。この光波長変換装置は、より詳しくは、
固体レーザー媒質であるＹＡＧ結晶をランプ光でポンピ
ングして波長1064ｎｍの固体レーザービームを得、この
固体レーザービームを第１の非線形光学材料結晶である
ＫＴＰ結晶に入射させて波長532 ｎｍの第２高調波を
得、この第２高調波と上記固体レーザービームとを第２
の非線形光学材料結晶としてのＢＢＯ結晶に入射させて
波長355 ｎｍの和周波を得るものである。
ザービームを得ることを目的として、Ｔechnical Ｄig
est of Ｃonference on Ｌasers and Ｅlectro−Ｏpt
ics，1991．ｐ218 に示されるように、固体レーザー発
振ビームとその第２高調波とを第２の非線形光学材料の
結晶に入射させて、それらの和周波を発生させる試みも
なされている。この光波長変換装置は、より詳しくは、
固体レーザー媒質であるＹＡＧ結晶をランプ光でポンピ
ングして波長1064ｎｍの固体レーザービームを得、この
固体レーザービームを第１の非線形光学材料結晶である
ＫＴＰ結晶に入射させて波長532 ｎｍの第２高調波を
得、この第２高調波と上記固体レーザービームとを第２
の非線形光学材料結晶としてのＢＢＯ結晶に入射させて
波長355 ｎｍの和周波を得るものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この光波長変換装置
は、極めて短波長のレーザービームを得ることができる
が、その半面、非常に波長変換効率が低いものとなって
いた。そのため、内部パワーを高くできるパルス動作の
レーザービームしか得られず、内部パワーの低い連続動
作のレーザービームは得られていなかった。具体例を挙
げると、ポンピング用ランプの出力を５ｋＷとして固体
レーザーをＱスイッチ発振させ、その内部パワーを高く
し、そして２つの基本波と和周波との間でタイプＩの位
相整合を取った場合において、和周波出力は100 ｍＷで
あると報告されている。
は、極めて短波長のレーザービームを得ることができる
が、その半面、非常に波長変換効率が低いものとなって
いた。そのため、内部パワーを高くできるパルス動作の
レーザービームしか得られず、内部パワーの低い連続動
作のレーザービームは得られていなかった。具体例を挙
げると、ポンピング用ランプの出力を５ｋＷとして固体
レーザーをＱスイッチ発振させ、その内部パワーを高く
し、そして２つの基本波と和周波との間でタイプＩの位
相整合を取った場合において、和周波出力は100 ｍＷで
あると報告されている。
【０００５】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たものであり、第２高調波発生と和周波発生とにより極
めて短波長の連続動作のレーザービームを得ることがで
き、そして高い波長変換効率を実現できる光波長変換装
置を提供することを目的とするものである。
たものであり、第２高調波発生と和周波発生とにより極
めて短波長の連続動作のレーザービームを得ることがで
き、そして高い波長変換効率を実現できる光波長変換装
置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による第１の光波
長変換装置は、請求項１に記載のように、直線偏光した
レーザービームを第１の非線形光学材料の結晶に入射さ
せて第２高調波を発生させ、この第２高調波と上記レー
ザービームを第２の非線形光学材料の結晶に入射させ
て、それらの和周波を発生させる光波長変換装置におい
て、第２の非線形光学材料の結晶に入射する上記レーザ
ービームおよび第２高調波の光路に、それらの直線偏光
方向をほぼ互いに等しく揃える位相補償板が挿入された
ことを特徴とするものである。
長変換装置は、請求項１に記載のように、直線偏光した
レーザービームを第１の非線形光学材料の結晶に入射さ
せて第２高調波を発生させ、この第２高調波と上記レー
ザービームを第２の非線形光学材料の結晶に入射させ
て、それらの和周波を発生させる光波長変換装置におい
て、第２の非線形光学材料の結晶に入射する上記レーザ
ービームおよび第２高調波の光路に、それらの直線偏光
方向をほぼ互いに等しく揃える位相補償板が挿入された
ことを特徴とするものである。
【０００７】本発明による第２の光波長変換装置は、請
求項２に記載のように、基本波としての直線偏光したレ
ーザービームを第１の非線形光学材料の結晶に入射させ
て第２高調波を発生させ、この第２高調波と上記レーザ
ービームを第２の非線形光学材料の結晶に入射させて、
それらの和周波を発生させる光波長変換装置において、
第１の非線形光学材料の結晶として、上記レーザービー
ムと第２高調波とを位相整合させる周期ドメイン反転構
造を有するものが用いられたことを特徴とするものであ
る。
求項２に記載のように、基本波としての直線偏光したレ
ーザービームを第１の非線形光学材料の結晶に入射させ
て第２高調波を発生させ、この第２高調波と上記レーザ
ービームを第２の非線形光学材料の結晶に入射させて、
それらの和周波を発生させる光波長変換装置において、
第１の非線形光学材料の結晶として、上記レーザービー
ムと第２高調波とを位相整合させる周期ドメイン反転構
造を有するものが用いられたことを特徴とするものであ
る。
【０００８】また本発明による第３の光波長変換装置
は、請求項３に記載のように、基本波としての直線偏光
したレーザービームを第１の非線形光学材料の結晶に入
射させて第２高調波を発生させ、この第２高調波と上記
レーザービームを第２の非線形光学材料の結晶に入射さ
せて、それらの和周波を発生させる光波長変換装置にお
いて、第１および第２の非線形光学材料の結晶として共
通のものが用いられ、この共通の結晶に、上記レーザー
ビームと第２高調波とを位相整合させる第１の周期ドメ
イン反転構造と、上記レーザービームおよび第２高調波
と和周波とを位相整合させる第２の周期ドメイン反転構
造とが形成されていることを特徴とするものである。
は、請求項３に記載のように、基本波としての直線偏光
したレーザービームを第１の非線形光学材料の結晶に入
射させて第２高調波を発生させ、この第２高調波と上記
レーザービームを第２の非線形光学材料の結晶に入射さ
せて、それらの和周波を発生させる光波長変換装置にお
いて、第１および第２の非線形光学材料の結晶として共
通のものが用いられ、この共通の結晶に、上記レーザー
ビームと第２高調波とを位相整合させる第１の周期ドメ
イン反転構造と、上記レーザービームおよび第２高調波
と和周波とを位相整合させる第２の周期ドメイン反転構
造とが形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】上記第２および第３の光波長変換装置にお
ける周期ドメイン反転構造とは、非線形光学効果を有す
る強誘電体の自発分極（ドメイン）を周期的に反転させ
た構造である。このような周期ドメイン反転構造を有す
る非線形光学材料の結晶を用いて、基本波を第２高調波
に波長変換する方法が既にＢleombergenらによって提案
されている（Ｐhys.Ｒev.,vol.127,Ｎo.６，1918（196
2）参照）。この方法においては、ドメイン反転部の周
期Λを、 Λｃ＝２π／｛β（２ω）−２β（ω）｝ ……(1) ただしβ（２ω）は第２高調波の伝搬定数 ２β（ω）は基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定することで、基本波と第２高調波との位相整合を取
ることができる。周期ドメイン反転構造を備えない非線
形光学材料のバルク結晶を用いて波長変換する場合は、
位相整合する波長が結晶固有の特定波長に限られるが、
上記の方法によれば、任意の波長に対して(1) を満足す
る周期Λを選択することにより、効率良く位相整合を取
ることが可能となる。
ける周期ドメイン反転構造とは、非線形光学効果を有す
る強誘電体の自発分極（ドメイン）を周期的に反転させ
た構造である。このような周期ドメイン反転構造を有す
る非線形光学材料の結晶を用いて、基本波を第２高調波
に波長変換する方法が既にＢleombergenらによって提案
されている（Ｐhys.Ｒev.,vol.127,Ｎo.６，1918（196
2）参照）。この方法においては、ドメイン反転部の周
期Λを、 Λｃ＝２π／｛β（２ω）−２β（ω）｝ ……(1) ただしβ（２ω）は第２高調波の伝搬定数 ２β（ω）は基本波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定することで、基本波と第２高調波との位相整合を取
ることができる。周期ドメイン反転構造を備えない非線
形光学材料のバルク結晶を用いて波長変換する場合は、
位相整合する波長が結晶固有の特定波長に限られるが、
上記の方法によれば、任意の波長に対して(1) を満足す
る周期Λを選択することにより、効率良く位相整合を取
ることが可能となる。
【００１０】なお、基本波と第２高調波とから和周波を
発生させる場合は、ドメイン反転部の周期Λを、 Λｃ＝２π／［β（ω3 ）−｛β（ω1 ）＋β（ω2 ）｝］ ただしβ（ω3 ）は和周波の伝搬定数 β（ω1 ）は基本波の伝搬定数 β（ω2 ）は第２高調波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定すれば、基本波および第２高調波と和周波との間で
良好に位相整合が取られる。
発生させる場合は、ドメイン反転部の周期Λを、 Λｃ＝２π／［β（ω3 ）−｛β（ω1 ）＋β（ω2 ）｝］ ただしβ（ω3 ）は和周波の伝搬定数 β（ω1 ）は基本波の伝搬定数 β（ω2 ）は第２高調波の伝搬定数 で与えられるコヒーレント長Λｃの整数倍になるように
設定すれば、基本波および第２高調波と和周波との間で
良好に位相整合が取られる。
【００１１】
【作用および発明の効果】前述した固体レーザー発振ビ
ーム等の直線偏光したレーザービーム（基本波）を第１
の非線形光学材料の結晶に入射させて第２高調波を発生
させると、多くの場合、この第２高調波の直線偏光方向
は基本波のそれに対して回転してしまう。例えば前述し
たＫＴＰ結晶を用いてタイプIIの位相整合を取る場合
で、この回転角はほぼ45°となる。
ーム等の直線偏光したレーザービーム（基本波）を第１
の非線形光学材料の結晶に入射させて第２高調波を発生
させると、多くの場合、この第２高調波の直線偏光方向
は基本波のそれに対して回転してしまう。例えば前述し
たＫＴＰ結晶を用いてタイプIIの位相整合を取る場合
で、この回転角はほぼ45°となる。
【００１２】他方、第２の非線形光学材料としてＢＢＯ
結晶を用い、そこにおいて２つの基本波と和周波との間
でタイプＩの位相整合を取る場合、２つの基本波の偏光
方向が互いに一致した状態のときに波長変換効率が最大
となる。しかし従来装置においては、上記のように偏光
方向が回転した第２高調波をそのまま１つの基本波とし
て第２の非線形光学材料の結晶に入射させていたので、
この結晶に入射する２つの基本波の偏光方向が互いに異
なってしまい、そのために波長変換効率が低くなってい
たものと考えられる。
結晶を用い、そこにおいて２つの基本波と和周波との間
でタイプＩの位相整合を取る場合、２つの基本波の偏光
方向が互いに一致した状態のときに波長変換効率が最大
となる。しかし従来装置においては、上記のように偏光
方向が回転した第２高調波をそのまま１つの基本波とし
て第２の非線形光学材料の結晶に入射させていたので、
この結晶に入射する２つの基本波の偏光方向が互いに異
なってしまい、そのために波長変換効率が低くなってい
たものと考えられる。
【００１３】そこで本発明の第１の光波長変換装置にお
けるように位相補償板を設けて、第２の非線形光学材料
の結晶に入射する２つの基本波の直線偏光方向をほぼ等
しく揃えておけば、高い波長変換効率が実現されるよう
になる。
けるように位相補償板を設けて、第２の非線形光学材料
の結晶に入射する２つの基本波の直線偏光方向をほぼ等
しく揃えておけば、高い波長変換効率が実現されるよう
になる。
【００１４】他方、本発明の第２および第３の光波長変
換装置におけるように、非線形光学材料の周期ドメイン
反転構造に基本波を入射させて第２高調波に変換する際
には、必ず非線形光学定数の対角項が利用されるので、
第２高調波の直線偏光方向が基本波のそれに対して回転
してしまうことがない。したがってこれらの装置におい
ても、和周波を発生させる部分（第２の装置にあっては
第２の非線形光学材料の結晶であり、第３の装置にあっ
ては第２の周期ドメイン反転構造）に入射する第２高調
波の偏光方向と基本波の偏光方向とが一致することにな
り、高い波長変換効率が実現される。
換装置におけるように、非線形光学材料の周期ドメイン
反転構造に基本波を入射させて第２高調波に変換する際
には、必ず非線形光学定数の対角項が利用されるので、
第２高調波の直線偏光方向が基本波のそれに対して回転
してしまうことがない。したがってこれらの装置におい
ても、和周波を発生させる部分（第２の装置にあっては
第２の非線形光学材料の結晶であり、第３の装置にあっ
ては第２の周期ドメイン反転構造）に入射する第２高調
波の偏光方向と基本波の偏光方向とが一致することにな
り、高い波長変換効率が実現される。
【００１５】そしてこれら第２および第３の光波長変換
装置においては、第１の光波長変換装置で用いられる位
相補償板が挿入されないので、この位相補償板における
損失も無くなり、より高い波長変換効率が実現される。
特に第３の光波長変換装置においては、第２高調波発生
用の非線形光学材料結晶と和周波発生用の非線形光学材
料結晶とが共通であるので、第１および第２の光波長変
換装置と比べると結晶端面数が２つ少なくなり、この点
からも低損失化、高効率化が達成される。
装置においては、第１の光波長変換装置で用いられる位
相補償板が挿入されないので、この位相補償板における
損失も無くなり、より高い波長変換効率が実現される。
特に第３の光波長変換装置においては、第２高調波発生
用の非線形光学材料結晶と和周波発生用の非線形光学材
料結晶とが共通であるので、第１および第２の光波長変
換装置と比べると結晶端面数が２つ少なくなり、この点
からも低損失化、高効率化が達成される。
【００１６】また、これら第２および第３の光波長変換
装置においては、上述の通り必ず非線形光学定数の対角
項が利用され、それは一般に非対角項よりもかなり大き
い値となるので、さらに高い波長変換効率が得られるよ
うになる。
装置においては、上述の通り必ず非線形光学定数の対角
項が利用され、それは一般に非対角項よりもかなり大き
い値となるので、さらに高い波長変換効率が得られるよ
うになる。
【００１７】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例による光
波長変換装置を示すものである。この光波長変換装置は
一例として、レーザーダイオードポンピング固体レーザ
ーに組み込まれたものである。このレーザーダイオード
ポンピング固体レーザーは、ポンピング光としてのレー
ザービーム10を発する半導体レーザー（フェーズドアレ
イレーザー）11と、発散光である上記レーザービーム10
を集束させる例えばロッドレンズからなる集光レンズ12
と、ネオジウム（Ｎｄ）がドーピングされた固体レーザ
ーロッドであるＹＶＯ4 ロッド（以下、Ｎｄ：ＹＶＯ4
ロッドと称する）13と、このＮｄ：ＹＶＯ4 ロッド13の
前方側（図中右方側）に配された共振器ミラー14とから
なる。そして上記Ｎｄ：ＹＶＯ4 ロッド13と共振器ミラ
ー14との間には、第１の非線形光学材料の結晶としての
ＫＴＰ結晶15と、第２の非線形光学材料の結晶としての
ＢＢＯ結晶16とが、Ｎｄ：ＹＶＯ4 ロッド13側からこの
順に配されている。そしてこれら両結晶15、16の間に
は、後述するように作用する位相補償板17が配されてい
る。またＫＴＰ結晶15は、ペルチェ素子18と、結晶温度
を検出する温度センサー19と、この温度センサー19の出
力を受ける温調回路20とにより、所望温度に制御され得
る。
詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例による光
波長変換装置を示すものである。この光波長変換装置は
一例として、レーザーダイオードポンピング固体レーザ
ーに組み込まれたものである。このレーザーダイオード
ポンピング固体レーザーは、ポンピング光としてのレー
ザービーム10を発する半導体レーザー（フェーズドアレ
イレーザー）11と、発散光である上記レーザービーム10
を集束させる例えばロッドレンズからなる集光レンズ12
と、ネオジウム（Ｎｄ）がドーピングされた固体レーザ
ーロッドであるＹＶＯ4 ロッド（以下、Ｎｄ：ＹＶＯ4
ロッドと称する）13と、このＮｄ：ＹＶＯ4 ロッド13の
前方側（図中右方側）に配された共振器ミラー14とから
なる。そして上記Ｎｄ：ＹＶＯ4 ロッド13と共振器ミラ
ー14との間には、第１の非線形光学材料の結晶としての
ＫＴＰ結晶15と、第２の非線形光学材料の結晶としての
ＢＢＯ結晶16とが、Ｎｄ：ＹＶＯ4 ロッド13側からこの
順に配されている。そしてこれら両結晶15、16の間に
は、後述するように作用する位相補償板17が配されてい
る。またＫＴＰ結晶15は、ペルチェ素子18と、結晶温度
を検出する温度センサー19と、この温度センサー19の出
力を受ける温調回路20とにより、所望温度に制御され得
る。
【００１８】以上述べた各要素は、共通の筐体（図示せ
ず）にマウントされて一体化されている。なおフェーズ
ドアレイレーザー11は、図示しないペルチェ素子と温調
回路により、所定温度に温調される。
ず）にマウントされて一体化されている。なおフェーズ
ドアレイレーザー11は、図示しないペルチェ素子と温調
回路により、所定温度に温調される。
【００１９】フェーズドアレイレーザー11としては、波
長λ1 ＝809 ｎｍのレーザービーム10を発するものが用
いられている。一方Ｎｄ：ＹＶＯ4 ロッド13は、上記レ
ーザービーム10によってネオジウム原子が励起されるこ
とにより、波長λ2 ＝1064ｎｍの直線偏光したレーザー
ビーム21を発する。このレーザービーム21はＫＴＰ結晶
15に入射して、波長λ3 ＝λ2 ／２＝532 ｎｍの第２高
調波22に変換される。そしてこの第２高調波22およびレ
ーザービーム21はＢＢＯ結晶16に入射して、波長λ4 ＝
355 ｎｍの和周波23に波長変換される。なお１／λ2 ＋
１／λ3 ＝１／λ4 である。
長λ1 ＝809 ｎｍのレーザービーム10を発するものが用
いられている。一方Ｎｄ：ＹＶＯ4 ロッド13は、上記レ
ーザービーム10によってネオジウム原子が励起されるこ
とにより、波長λ2 ＝1064ｎｍの直線偏光したレーザー
ビーム21を発する。このレーザービーム21はＫＴＰ結晶
15に入射して、波長λ3 ＝λ2 ／２＝532 ｎｍの第２高
調波22に変換される。そしてこの第２高調波22およびレ
ーザービーム21はＢＢＯ結晶16に入射して、波長λ4 ＝
355 ｎｍの和周波23に波長変換される。なお１／λ2 ＋
１／λ3 ＝１／λ4 である。
【００２０】ここで、Ｎｄ：ＹＶＯ4 ロッド13の後側端
面13ａおよび前側端面13ｂにはそれぞれコーティング3
0、31が、ＫＴＰ結晶15の後側端面15ａにはコーティン
グ32が、位相補償板17の後側端面17ａおよび前側端面17
ｂにはそれぞれコーティング33、34が、ＢＢＯ結晶16の
後側端面16ａおよび前側端面16ｂにはそれぞれコーティ
ング35、36が、そして共振器ミラー14の凹面とされたミ
ラー面14ａにはコーティング37が施されている。これら
のコーティング30〜37の波長λ1 ＝809 ｎｍ、λ2 ＝10
64ｎｍ、λ3 ＝532 ｎｍおよびλ4 ＝355 ｎｍに対する
特性は、下記の通りである。なおＡＲは無反射（透過率
99％以上）、ＨＲは高反射（反射率99.9％以上）を示
す。
面13ａおよび前側端面13ｂにはそれぞれコーティング3
0、31が、ＫＴＰ結晶15の後側端面15ａにはコーティン
グ32が、位相補償板17の後側端面17ａおよび前側端面17
ｂにはそれぞれコーティング33、34が、ＢＢＯ結晶16の
後側端面16ａおよび前側端面16ｂにはそれぞれコーティ
ング35、36が、そして共振器ミラー14の凹面とされたミ
ラー面14ａにはコーティング37が施されている。これら
のコーティング30〜37の波長λ1 ＝809 ｎｍ、λ2 ＝10
64ｎｍ、λ3 ＝532 ｎｍおよびλ4 ＝355 ｎｍに対する
特性は、下記の通りである。なおＡＲは無反射（透過率
99％以上）、ＨＲは高反射（反射率99.9％以上）を示
す。
【００２１】 λ1 λ2 λ3 λ4 コーティング30 ＡＲ ＨＲ ＡＲ − 〃 31 − ＡＲ ＨＲ − 〃 32 − ＡＲ ＡＲ − 〃 33 − ＡＲ ＡＲ − 〃 34 − ＡＲ ＡＲ − 〃 35 − ＡＲ ＡＲ ＨＲ 〃 36 − ＡＲ ＡＲ ＡＲ 〃 37 − ＨＲ ＨＲ ＡＲ 上記のようなコーティング30および37が施されているた
めに、レーザービーム21はＮｄ：ＹＶＯ4 ロッド13の端
面13ａとミラー面14ａとの間で共振する。このようにレ
ーザービーム21は共振している状態でＫＴＰ結晶15に入
射するので、そこに高出力で入射し、それにより効率良
く第２高調波22が発生する。またこの第２高調波22も、
それぞれコーティング31、37が施されたＮｄ：ＹＶＯ4
ロッド13の端面13ｂとミラー面14ａとの間で共振し、同
じく上記のように共振しているレーザービーム21ととも
にＢＢＯ結晶16に入射する。それによりこれらのレーザ
ービーム21および第２高調波22も高出力でＢＢＯ結晶16
に入射し得る。そして和周波23は直接的に、あるいはコ
ーティング35が施されたＢＢＯ結晶16の端面16ａで反射
して、共振器ミラー14を透過する。
めに、レーザービーム21はＮｄ：ＹＶＯ4 ロッド13の端
面13ａとミラー面14ａとの間で共振する。このようにレ
ーザービーム21は共振している状態でＫＴＰ結晶15に入
射するので、そこに高出力で入射し、それにより効率良
く第２高調波22が発生する。またこの第２高調波22も、
それぞれコーティング31、37が施されたＮｄ：ＹＶＯ4
ロッド13の端面13ｂとミラー面14ａとの間で共振し、同
じく上記のように共振しているレーザービーム21ととも
にＢＢＯ結晶16に入射する。それによりこれらのレーザ
ービーム21および第２高調波22も高出力でＢＢＯ結晶16
に入射し得る。そして和周波23は直接的に、あるいはコ
ーティング35が施されたＢＢＯ結晶16の端面16ａで反射
して、共振器ミラー14を透過する。
【００２２】ここでＫＴＰ結晶15においてレーザービー
ム21と第２高調波22との間では、タイプIIの位相整合が
取られる。そこで第２高調波22の偏光方向は、レーザー
ビーム21のそれに対して約45°回転する。またＢＢＯ結
晶16において、基本波であるレーザービーム21および第
２高調波22と和周波23との間では、タイプＩの位相整合
が取られる。位相補償板17はこれらレーザービーム21お
よび第２高調波22の位相を調整して、そこに入射する前
は上述のように約45°ずれていたそれらの偏光方向を、
ほぼ等しい向きに揃える。こうしてレーザービーム21お
よび第２高調波22が、偏光方向がほぼ一致した状態でＢ
ＢＯ結晶16に入射すれば、タイプＩの位相整合が良好に
取られるようになり、よってそれらが効率良く和周波23
に変換される。本実施例では、フェーズドアレイレーザ
ー11の出力が500 ｍＷのときに、１ｍＷの和周波23が得
られる。
ム21と第２高調波22との間では、タイプIIの位相整合が
取られる。そこで第２高調波22の偏光方向は、レーザー
ビーム21のそれに対して約45°回転する。またＢＢＯ結
晶16において、基本波であるレーザービーム21および第
２高調波22と和周波23との間では、タイプＩの位相整合
が取られる。位相補償板17はこれらレーザービーム21お
よび第２高調波22の位相を調整して、そこに入射する前
は上述のように約45°ずれていたそれらの偏光方向を、
ほぼ等しい向きに揃える。こうしてレーザービーム21お
よび第２高調波22が、偏光方向がほぼ一致した状態でＢ
ＢＯ結晶16に入射すれば、タイプＩの位相整合が良好に
取られるようになり、よってそれらが効率良く和周波23
に変換される。本実施例では、フェーズドアレイレーザ
ー11の出力が500 ｍＷのときに、１ｍＷの和周波23が得
られる。
【００２３】なお、第２高調波22のレーザービーム21に
対する偏光方向のずれは上述のように約45°であり、そ
の値はＫＴＰ結晶15の温度に応じて変化する。そこで、
前述した温調手段によりＫＴＰ結晶15の温度を調節する
ことにより、上記偏光方向のずれを位相補償板17による
補償分と正確に合致させれば、ＢＢＯ結晶16に入射する
レーザービーム21および第２高調波22は正確に偏光方向
が揃った状態となり、タイプＩの位相整合が極めて良好
に取られるようになる。
対する偏光方向のずれは上述のように約45°であり、そ
の値はＫＴＰ結晶15の温度に応じて変化する。そこで、
前述した温調手段によりＫＴＰ結晶15の温度を調節する
ことにより、上記偏光方向のずれを位相補償板17による
補償分と正確に合致させれば、ＢＢＯ結晶16に入射する
レーザービーム21および第２高調波22は正確に偏光方向
が揃った状態となり、タイプＩの位相整合が極めて良好
に取られるようになる。
【００２４】次に図２を参照して、本発明の第２実施例
について説明する。なおこの図２において、図１中のも
のと同じ要素については同番号を付してあり、それらに
ついての重複した説明は省略する（以下、同様）。
について説明する。なおこの図２において、図１中のも
のと同じ要素については同番号を付してあり、それらに
ついての重複した説明は省略する（以下、同様）。
【００２５】この第２実施例の装置においては、第１実
施例の装置で用いられたＫＴＰ結晶15に代えてＢＢＯ結
晶40が、また位相補償板17に代えて位相補償板41が用い
られている。ＢＢＯ結晶40の前側端面40ａ、位相補償板
41の両端面41ａ、41ｂにはそれぞれ、第１実施例装置に
おけるのと同様のコーティング32、33、34が施されてい
る。第１の非線形光学材料の結晶としてのＢＢＯ結晶40
においては、レーザービーム21と第２高調波22との間で
タイプIIの位相整合が取られ、第２高調波22の偏光方向
はレーザービーム21のそれに対して約45°回転する。そ
して位相補償板41は、この45°の偏光方向のずれを解消
するように、レーザービーム21および第２高調波22の位
相を調整する。それによりこの場合も、ＢＢＯ結晶16に
おいて、レーザービーム21および第２高調波22と和周波
23との間で良好にタイプＩの位相整合が取られ、効率良
く和周波23が得られるようになる。
施例の装置で用いられたＫＴＰ結晶15に代えてＢＢＯ結
晶40が、また位相補償板17に代えて位相補償板41が用い
られている。ＢＢＯ結晶40の前側端面40ａ、位相補償板
41の両端面41ａ、41ｂにはそれぞれ、第１実施例装置に
おけるのと同様のコーティング32、33、34が施されてい
る。第１の非線形光学材料の結晶としてのＢＢＯ結晶40
においては、レーザービーム21と第２高調波22との間で
タイプIIの位相整合が取られ、第２高調波22の偏光方向
はレーザービーム21のそれに対して約45°回転する。そ
して位相補償板41は、この45°の偏光方向のずれを解消
するように、レーザービーム21および第２高調波22の位
相を調整する。それによりこの場合も、ＢＢＯ結晶16に
おいて、レーザービーム21および第２高調波22と和周波
23との間で良好にタイプＩの位相整合が取られ、効率良
く和周波23が得られるようになる。
【００２６】またこの場合もＢＢＯ結晶40の温度を調節
することにより、ＢＢＯ結晶16に入射するレーザービー
ム21および第２高調波22の偏光方向を正確に一致させる
ことが可能となる。
することにより、ＢＢＯ結晶16に入射するレーザービー
ム21および第２高調波22の偏光方向を正確に一致させる
ことが可能となる。
【００２７】なおこのようにＢＢＯ結晶40あるいは第１
実施例のＫＴＰ結晶15を温度調節する手段は必ずしも必
要ではないが、それを設けておけば、既述の通り高い変
換効率を実現する上でより有利となる。
実施例のＫＴＰ結晶15を温度調節する手段は必ずしも必
要ではないが、それを設けておけば、既述の通り高い変
換効率を実現する上でより有利となる。
【００２８】またＢＢＯ結晶の代わりに、ＬＢＯ結晶等
を用いてもよい。さらにレーザー媒質としては、Ｎｄ：
ＹＶＯ4 の代わりにＮｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＡＧ、ＮＡ
Ｂ、Ｎｄ：ＬｉＮｂＯ3 、ＮＹＡＢ、ＬＮＰ等を用いる
ことができる。
を用いてもよい。さらにレーザー媒質としては、Ｎｄ：
ＹＶＯ4 の代わりにＮｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＡＧ、ＮＡ
Ｂ、Ｎｄ：ＬｉＮｂＯ3 、ＮＹＡＢ、ＬＮＰ等を用いる
ことができる。
【００２９】次に図３を参照して、本発明の第３実施例
について説明する。この第３実施例装置は第１実施例装
置と比べると、ＫＴＰ結晶15に代えてＬＴ（ＬｉＴａＯ
3 ）結晶50が用いられ、そして位相補償板17が除かれて
いる点が異なる。
について説明する。この第３実施例装置は第１実施例装
置と比べると、ＫＴＰ結晶15に代えてＬＴ（ＬｉＴａＯ
3 ）結晶50が用いられ、そして位相補償板17が除かれて
いる点が異なる。
【００３０】非線形光学材料である上記ＬＴ結晶50は、
その最も大きい非線形光学定数ｄ33が有効に利用できる
ように、ｚ軸と平行な面が光通過面となるように研磨さ
れている。そしてこのＬＴ結晶50には、ドメイン反転部
が光通過方向に周期的に並んだ周期ドメイン反転構造51
が形成されている。この周期ドメイン反転構造51は、単
分極化されたＬＴ結晶50に一例として電子ビーム描画装
置により電子線を照射して、所定周期パターンを描画す
る等により作成することができる。本例においてこの周
期ドメイン反転構造51の周期Λは、８μｍとされてい
る。なおこのＬＴ結晶50の後側端面50ａには、第１実施
例装置のＫＴＰ結晶15に施されたものと同様のコーティ
ング32が施されている。
その最も大きい非線形光学定数ｄ33が有効に利用できる
ように、ｚ軸と平行な面が光通過面となるように研磨さ
れている。そしてこのＬＴ結晶50には、ドメイン反転部
が光通過方向に周期的に並んだ周期ドメイン反転構造51
が形成されている。この周期ドメイン反転構造51は、単
分極化されたＬＴ結晶50に一例として電子ビーム描画装
置により電子線を照射して、所定周期パターンを描画す
る等により作成することができる。本例においてこの周
期ドメイン反転構造51の周期Λは、８μｍとされてい
る。なおこのＬＴ結晶50の後側端面50ａには、第１実施
例装置のＫＴＰ結晶15に施されたものと同様のコーティ
ング32が施されている。
【００３１】波長が1064ｎｍの基本波としてのレーザー
ビーム21は上記ＬＴ結晶50により、波長が532 ｎｍの第
２高調波22に変換される。そしてこの第２高調波22およ
びレーザービーム21はＢＢＯ結晶16に入射して、波長が
355 ｎｍの和周波23に変換される。なおＬＴ結晶50にお
いては、上述の通りの周期ドメイン反転構造51が形成さ
れているので、レーザービーム21と第２高調波22との間
で良好に位相整合が取られる。
ビーム21は上記ＬＴ結晶50により、波長が532 ｎｍの第
２高調波22に変換される。そしてこの第２高調波22およ
びレーザービーム21はＢＢＯ結晶16に入射して、波長が
355 ｎｍの和周波23に変換される。なおＬＴ結晶50にお
いては、上述の通りの周期ドメイン反転構造51が形成さ
れているので、レーザービーム21と第２高調波22との間
で良好に位相整合が取られる。
【００３２】また、直線偏光したレーザービーム21は、
その偏光方向がＬＴ結晶50のｚ軸と一致する状態でＬＴ
結晶50に入射される。そこで、ＬＴ結晶50の非線形光学
定数ｄ33が有効に利用され、このＬＴ結晶50から出射す
る第２高調波22は、ＬＴ結晶50のｚ軸方向に直線偏光し
たものとなる。したがって、ＢＢＯ結晶16に入射するレ
ーザービーム21と第２高調波22の直線偏光方向は互いに
一致するので、それらと和周波23との間でタイプＩの位
相整合が良好に取られ、効率良く波長変換がなされる。
これは、タイプIIの位相整合が取られる場合も同様であ
る。
その偏光方向がＬＴ結晶50のｚ軸と一致する状態でＬＴ
結晶50に入射される。そこで、ＬＴ結晶50の非線形光学
定数ｄ33が有効に利用され、このＬＴ結晶50から出射す
る第２高調波22は、ＬＴ結晶50のｚ軸方向に直線偏光し
たものとなる。したがって、ＢＢＯ結晶16に入射するレ
ーザービーム21と第２高調波22の直線偏光方向は互いに
一致するので、それらと和周波23との間でタイプＩの位
相整合が良好に取られ、効率良く波長変換がなされる。
これは、タイプIIの位相整合が取られる場合も同様であ
る。
【００３３】さらに、周期ドメイン反転構造51を有する
ＬＴ結晶50の実効的非線形光学定数ｄ33は16ｐｍ／Ｖ
で、ＫＴＰ結晶の非線形光学定数７ｐｍ／Ｖと比べると
極めて大きい。この差により波長変換効率は約４倍向上
する。また本装置では、第１実施例や第２実施例の装置
で設けられた位相補償板17、41が無い分、光損失が少な
くなり、この点からも波長変換効率の向上が実現され
る。本実施例では、フェーズドアレイレーザー11の出力
が500 ｍＷのときに、５ｍＷの和周波23が得られる。そ
れに対して、第１実施例の構成から位相補償板17を除い
た従来装置においては、フェーズドアレイレーザー11の
出力が同じく500 ｍＷのとき、0.2 ｍＷ程度の和周波23
しか得られない。
ＬＴ結晶50の実効的非線形光学定数ｄ33は16ｐｍ／Ｖ
で、ＫＴＰ結晶の非線形光学定数７ｐｍ／Ｖと比べると
極めて大きい。この差により波長変換効率は約４倍向上
する。また本装置では、第１実施例や第２実施例の装置
で設けられた位相補償板17、41が無い分、光損失が少な
くなり、この点からも波長変換効率の向上が実現され
る。本実施例では、フェーズドアレイレーザー11の出力
が500 ｍＷのときに、５ｍＷの和周波23が得られる。そ
れに対して、第１実施例の構成から位相補償板17を除い
た従来装置においては、フェーズドアレイレーザー11の
出力が同じく500 ｍＷのとき、0.2 ｍＷ程度の和周波23
しか得られない。
【００３４】次に図４を参照して、本発明の第４実施例
について説明する。この第４実施例の装置は第１実施例
の装置と比べると、ＫＴＰ結晶15およびＢＢＯ結晶16に
代えて１つのＬＴ（ＬｉＴａＯ3 ）結晶60が用いられ、
そして位相補償板17が除かれている点が異なる。
について説明する。この第４実施例の装置は第１実施例
の装置と比べると、ＫＴＰ結晶15およびＢＢＯ結晶16に
代えて１つのＬＴ（ＬｉＴａＯ3 ）結晶60が用いられ、
そして位相補償板17が除かれている点が異なる。
【００３５】ＬＴ結晶60は、その最も大きい非線形光学
定数ｄ33が有効に利用できるように、ｚ軸と平行な面が
光通過面となるように研磨されている。そしてこのＬＴ
結晶60には、ドメイン反転部が光通過方向に周期的に並
んだ第１の周期ドメイン反転構造61、および第２の周期
ドメイン反転構造62が形成されている。第１の周期ドメ
イン反転構造61および第２の周期ドメイン反転構造62の
周期Λはそれぞれ、８μｍ、２μｍである。
定数ｄ33が有効に利用できるように、ｚ軸と平行な面が
光通過面となるように研磨されている。そしてこのＬＴ
結晶60には、ドメイン反転部が光通過方向に周期的に並
んだ第１の周期ドメイン反転構造61、および第２の周期
ドメイン反転構造62が形成されている。第１の周期ドメ
イン反転構造61および第２の周期ドメイン反転構造62の
周期Λはそれぞれ、８μｍ、２μｍである。
【００３６】基本波としてのレーザービーム21は、ＬＴ
結晶60の第１の周期ドメイン反転構造61が形成された領
域において、波長が532 ｎｍの第２高調波22に変換され
る。そしてこの第２高調波22およびレーザービーム21
は、ＬＴ結晶60の第２の周期ドメイン反転構造62が形成
された領域に入射し、この領域により、波長が355 ｎｍ
の和周波23に変換される。なおＬＴ結晶60の後側端面60
ａには、第２高調波22およびレーザービーム21を良好に
透過させる一方、和周波23を良好に反射させるコーティ
ング63が施されている。
結晶60の第１の周期ドメイン反転構造61が形成された領
域において、波長が532 ｎｍの第２高調波22に変換され
る。そしてこの第２高調波22およびレーザービーム21
は、ＬＴ結晶60の第２の周期ドメイン反転構造62が形成
された領域に入射し、この領域により、波長が355 ｎｍ
の和周波23に変換される。なおＬＴ結晶60の後側端面60
ａには、第２高調波22およびレーザービーム21を良好に
透過させる一方、和周波23を良好に反射させるコーティ
ング63が施されている。
【００３７】ＬＴ結晶60においては、上述した第１の周
期ドメイン反転構造61が形成されているので、レーザー
ビーム21と第２高調波22との間で良好に位相整合が取ら
れる。また、第２の周期ドメイン反転構造62が形成され
ているので、レーザービーム21および第２高調波22と和
周波23との間でも良好に位相整合が取られる。
期ドメイン反転構造61が形成されているので、レーザー
ビーム21と第２高調波22との間で良好に位相整合が取ら
れる。また、第２の周期ドメイン反転構造62が形成され
ているので、レーザービーム21および第２高調波22と和
周波23との間でも良好に位相整合が取られる。
【００３８】この場合も第３実施例と同様に、第２の周
期ドメイン反転構造62に入射するレーザービーム21と第
２高調波22の直線偏光方向は互いに一致するので、それ
らと和周波23との間で位相整合が良好に取られ、効率良
く波長変換がなされる。
期ドメイン反転構造62に入射するレーザービーム21と第
２高調波22の直線偏光方向は互いに一致するので、それ
らと和周波23との間で位相整合が良好に取られ、効率良
く波長変換がなされる。
【００３９】また、ＬＴ結晶60の大きな非線形光学定数
ｄ33が利用され、かつ位相補償板挿入による光損失が無
いために、高い波長変換効率が得られる。また本装置に
おいては、第２高調波発生用の非線形光学材料結晶と和
周波発生用の非線形光学材料結晶とが共通であるので、
既述の各実施例と比べれば、光波長変換素子の端面数が
２つ少なくなり、この点からより一層の低損失化、高効
率化が達成される。本実施例では、フェーズドアレイレ
ーザー11の出力が500 ｍＷのときに、10ｍＷの和周波23
が得られる。
ｄ33が利用され、かつ位相補償板挿入による光損失が無
いために、高い波長変換効率が得られる。また本装置に
おいては、第２高調波発生用の非線形光学材料結晶と和
周波発生用の非線形光学材料結晶とが共通であるので、
既述の各実施例と比べれば、光波長変換素子の端面数が
２つ少なくなり、この点からより一層の低損失化、高効
率化が達成される。本実施例では、フェーズドアレイレ
ーザー11の出力が500 ｍＷのときに、10ｍＷの和周波23
が得られる。
【００４０】なお周期ドメイン反転構造を形成する非線
形光学材料としては、以上説明したＬｉＴａＯ3 の他
に、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 等を用いることもできる。
形光学材料としては、以上説明したＬｉＴａＯ3 の他
に、ＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3 等を用いることもできる。
【図１】本発明の第１実施例を示す概略側面図
【図２】本発明の第２実施例を示す概略側面図
【図３】本発明の第３実施例を示す概略側面図
【図４】本発明の第４実施例を示す概略側面図
10 レーザービーム（ポンピング光） 11 半導体レーザー 13 Ｎｄ：ＹＶＯ4 ロッド 14 共振器ミラー 15 ＫＴＰ結晶 16、40 ＢＢＯ結晶 17、41 位相補償板 18 ペルチェ素子 19 温度センサー 20 温調回路 21 レーザービーム（固体レーザー発振ビーム） 22 第２高調波 23 和周波 50、60 ＬｉＴａＯ3 結晶 51 周期ドメイン反転構造 61 第１の周期ドメイン反転構造 62 第２の周期ドメイン反転構造
Claims (3)
- 【請求項１】 直線偏光したレーザービームを第１の非
線形光学材料の結晶に入射させて第２高調波を発生さ
せ、 この第２高調波と前記レーザービームを第２の非線形光
学材料の結晶に入射させて、それらの和周波を発生させ
る光波長変換装置において、 第２の非線形光学材料の結晶に入射する前記レーザービ
ームおよび第２高調波の光路に、それらの直線偏光方向
をほぼ互いに等しく揃える位相補償板が挿入されたこと
を特徴とする光波長変換装置。 - 【請求項２】 直線偏光したレーザービームを第１の非
線形光学材料の結晶に入射させて第２高調波を発生さ
せ、 この第２高調波と前記レーザービームを第２の非線形光
学材料の結晶に入射させて、それらの和周波を発生させ
る光波長変換装置において、 前記第１の非線形光学材料の結晶として、前記レーザー
ビームと第２高調波とを位相整合させる周期ドメイン反
転構造を有するものが用いられたことを特徴とする光波
長変換装置。 - 【請求項３】 直線偏光したレーザービームを第１の非
線形光学材料の結晶に入射させて第２高調波を発生さ
せ、 この第２高調波と前記レーザービームを第２の非線形光
学材料の結晶に入射させて、それらの和周波を発生させ
る光波長変換装置において、 前記第１および第２の非線形光学材料の結晶として共通
のものが用いられ、 この共通の結晶に、前記レーザービームと第２高調波と
を位相整合させる第１の周期ドメイン反転構造と、前記
レーザービームおよび第２高調波と和周波とを位相整合
させる第２の周期ドメイン反転構造とが形成されている
ことを特徴とする光波長変換装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4067050A JP2704341B2 (ja) | 1991-12-02 | 1992-03-25 | 光波長変換装置 |
| US07/984,354 US5253102A (en) | 1991-12-02 | 1992-12-02 | Optical wavelength converter system |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-317883 | 1991-12-02 | ||
| JP31788391 | 1991-12-02 | ||
| JP4067050A JP2704341B2 (ja) | 1991-12-02 | 1992-03-25 | 光波長変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05210135A JPH05210135A (ja) | 1993-08-20 |
| JP2704341B2 true JP2704341B2 (ja) | 1998-01-26 |
Family
ID=26408254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4067050A Expired - Fee Related JP2704341B2 (ja) | 1991-12-02 | 1992-03-25 | 光波長変換装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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