JP2763744B2

JP2763744B2 - 波長変換装置

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Publication number: JP2763744B2
Application number: JP6137046A
Authority: JP
Inventors: 壮一大和; 洋一平
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1994-06-20
Filing date: 1994-06-20
Publication date: 1998-06-11
Anticipated expiration: 2013-06-11
Also published as: JPH086082A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長変換装置、波長変
換方法及び波長変換用ＢＢＯ結晶にかかり、特に、非線
型光学効果によって入射光の発振波長から所定の波長に
変換した光を射出光として抽出する波長変換装置、及び
所定波長の光から異なる波長に変換した光を抽出するた
めの波長変換方法及び所定波長の光から異なる波長の光
に変換するときに用いる波長変換用ＢＢＯ結晶に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】光学的
異方性（非線型光学効果）を有する１軸結晶等の非線型
光学材料を用いた波長変換により、基本波長である連続
可視レーザー光から変換波長である紫外光を得る波長変
換装置がある。この非線形光学効果は、非線形光学材料
中に誘起された非線形分極を基にして起こる一連の現象
である。このうち２次の非線型光学効果を用いることに
より、レーザー光を波長変換（第２次高調波発生、和周
波、差周波発生など）できる。例えば、βほう酸バリウ
ム結晶（βバリウムボレート：ＢＢＯ）等の非線型光学
材料を用いて第２高調波発生（Second Harmonic Genera
tion：ＳＨＧ）のような光の波長変換をすることは一般
的である。すなわち、波長変換のもっとも簡単な例は第
２高調波発生であり、変換された光の周波数は入力光の
２倍、波長は半分になる。以下の説明では、第２高調波
発生の波長変換を例にして簡単に説明するが、入射光が
２つの波長成分から成るときに入射光の２つの波長の和
の波長の光を発生する和周波発生及び入射光の２つの波
長の差の波長の光を発生する差周波発生の場合も同様で
ある。また、第２高調波発生のための非線型光学材料
は、結晶の形を取ることが殆どであるので、以下、結晶
という。

【０００３】２次の非線形光学効果では誘起された非線
形分極の振幅は入射された光の電場の振幅の２乗に比例
するので、変換された光のパワーは入力された光のパワ
ーの２乗に比例するが、その比例係数はかなり小さくな
る。従って、一般に、小さな変換効率により変換された
光のパワーは小さくなる。このため、レーザー装置の外
部に共振器を配設し、結晶に入射されるレーザー光（以
下、励起光という。）のパワーを増大させて結晶から、
第２高調波である２倍の周波数の光（以下、ＳＨＧ光と
いう。）を射出させるようにしている。

【０００４】しかしながら、上記のように、共振器を用
いて結晶から効率よくＳＨＧ光を発生させるためには、
共振器に入射するレーザー光の周波数に共振器の共振周
波数を同調させなければならない。このためには、共振
器に入射するレーザー光の周波数シフトを抑制等のため
共振周波数の誤差検出をすると共に、共振器の共振器長
を変化させて光の周波数を同調させるフィードバック制
御が必要である。

【０００５】このため、従来の波長変換装置１００は、
図１３に示すように、レーザー装置１０２と共振器１０
６との間に電気光学効果を有する電気光学変調器（以
下、ＥＯ変調器という。）１０８を配置して構成されて
いる。レーザー装置１０２から射出されたレーザー光Ｌ
０はＥＯ変調器１０８を通過して共振器１０６に入射さ
れる。このＥＯ変調器１０８から射出されたレーザー光
Ｌ１の延長光路上には、ＥＯ変調器１０８を駆動するた
め等のサーボ用電気回路１１０に接続された光検出器１
１２が配置されている。サーボ用電気回路１１０は、Ｅ
Ｏ変調器１０８において電気光学効果を発生させるため
に電界を付与するためのものである。

【０００６】共振器１０６は、入射ミラー１１４、サン
プリングミラー１１６、第１のミラー１２２及び第２の
ミラー１２４から構成されている。この共振器１０６に
入射されたレーザー光Ｌ１は、入射ミラー１１４を通過
して光路Ｌ１ａを辿りサンプリングミラー１１６へ至
る。このサンプリングミラー１１６は、入射された光の
一部をサンプリングして光検出器１１２へ照射すると共
に、サンプリングされない他の光を反射し光路Ｌ１ｂへ
案内する。サンプリングミラー１１６で反射された光
は、第１のミラー１２２へ至る。第１のミラー１２２
は、その全部を反射して光路Ｌ１ｃへ案内する。この光
路Ｌ１ｃ上には、結晶１０４が配置されており、第１の
ミラー１２２で反射された光は結晶１０４を通過して第
２のミラー１２４へ至る。従って、結晶１０４では、入
射光に応じて変換したＳＨＧ光を、未変換の光と共に射
出する。第２のミラー１２４は入射光のうち結晶１０４
において未変換の光を反射すると共に変換されたＳＨＧ
光Ｌ２を透過する。この第２のミラー１２４で反射され
た光は光路Ｌ１ｄへ案内され、入射ミラー１１４へ至
る。入射ミラー１１４は、光路Ｌ１ｄと平行な入射光軸
と光路Ｌ１ａと平行な反射光軸とが調整されており、光
路Ｌ１ｄを辿った光を反射して光路Ｌ１ａへ案内する。

【０００７】このような構成の波長変換装置１００で
は、光検出器１１２の検出値から共振周波数の誤差検出
を行っている。この光検出器１１２の検出値に基づい
て、ＥＯ変調器１０８を高周波の周波数変調（及び位相
変調）することによってレーザー光Ｌ０を変調している
（ＦＭサイドバンド法と呼ばれる。Michio Oka and Shi
geo Kubota;Jpn.J.Appl.Phys.31,p531,1992:R.Drever,
J.Hall,F.Kowalski,J.Hough,G.Ford,A.Munley and H.Wa
rd;Appl.Phys.B31,p97,1983）。

【０００８】しかしながら、従来の波長変換装置１００
における誤差検出では、以下のような問題点が生じてい
た。

【０００９】ＥＯ変調器の表面反射や、内部吸収によ
って、入射パワーの損失がある。これによって入射可視
光のパワーが減少し、最終的なＳＨＧ光出力をも低下さ
せる。ＥＯ変調器が有する光学収差によって、ＥＯ変
調器から射出されるレーザー光の波面に乱れが生じ、共
振器におけるレーザー光の結合効率が低下する。これに
よってＳＨＧ光出力をも低下させる。レーザー装置と
共振器との間にＥＯ変調器を配置しなければならないの
で、装置が大型化する。ＥＯ変調器の構成を必要とす
るので、コスト高になる。

【００１０】また、従来の波長変換装置１００におい
て、周波数を同調させるためのフィードバック制御で
は、共振器１０６を構成する第１のミラー１２２をピエ
ゾ素子（圧電素子、電気信号を変位に変換する素子）に
マウントし、第１のミラー１２２を変位させることによ
って、共振器長を変化させて、共振周波数を変化させて
いた。

【００１１】しかしながら、第１のミラー１２２は慣性
質量を有するので、高周波の応答性が低下し、周波数の
ゆらぎが生じる。また、ピエゾ素子の物性に起因する数
キロＨｚ以上の周波数では入射光の周波数変動への追随
が困難であり、やはり周波数のゆらぎが生じる。これら
の周波数のゆらぎによって出力光であるＳＨＧ光の強度
（パワー）が変動する、またはサーボ制御が破綻して、
同調不能になることがあるという、問題点があった。

【００１２】本発明は、上記事実を考慮して、小型かつ
容易な構成で変換波長の光出力を低下させることなく、
効率よく入射された光を変換波長の光に変換することが
できる波長変換装置及び波長変換方法を得ることが目的
である。

【００１３】さらに、入射された光を変換波長の光に変
換するときに用いる共振長変更を容易にするための波長
変換用ＢＢＯ結晶を得ることが目的である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は種々検討を加えた結果、非線形光学結晶
に生じる電気光学効果の現象に着目し、あらゆる検討を
試み、具体的にそれを波長変換装置として確立したもの
である。具体的には、本発明の波長変換装置は、基本波
長の光を射出する光射出手段の射出側に配設され、内部
を通過する光の光路長を共振長として該共振長に応じた
共振周波数を有しかつ内部で該光を反射するための複数
の反射手段を備えた共振手段と、前記共振手段の内部を
通過する光の光路上に配設され、光学的異方性を有しか
つ入射された光と該光とは波長が異なる少なくとも１つ
の変換波長の光とを射出する非線形光学材料と、前記基
本波長の光に前記共振手段の共振周波数が同調するよう
に前記非線形光学材料へ電界を付与する電界付与手段
と、を備えている。

【００１５】請求項２に記載の発明では、前記電界付与
手段は、前記基本波長の光に前記共振手段の共振周波数
が同調するように前記非線形光学材料へ前記共振長を変
調するための電界を付与することができる。

【００１６】請求項３に記載の発明では、前記非線形光
学材料の射出側に配設され入射される光の強度を検出す
る光検出手段を更に備え、前記電界付与手段は、前記共
振周波数を変調するために前記非線形光学材料へ電界を
付与する第１の電界付与手段と前記検出された光の強度
から得られる共振周波数と前記基本波長の光の周波数と
が一致するように前記非線形光学材料へ電界を付与する
第２の電界付与手段とから構成することができる。

【００１７】請求項４に記載の発明では、前記非線形光
学材料としてＢＢＯ結晶を用いて構成することができ
る。

【００１８】請求項５に記載の発明では、前記共振手段
は、前記非線形光学材料の射出側に配設されて光軸を通
過する平面との入射光束の断面形状と異なる光束の断面
形状となるように前記基本波長の光を反射すると共に前
記変換波長の光を透過する反射透過手段と、前記非線形
光学材料と前記光射出手段との間に配設されて前記非線
形光学材料に入射された基本波長の光が通過する基準光
路に略一致する光路を通過すると共に前記基本波長の光
の光束の断面形状と略一致する光束の断面形状となるよ
うに該反射透過手段によって反射された光を反射する反
射手段と、を含むことができる。

【００１９】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の波長変換装置において、前記共振手段の反射透過手段
及び反射手段の少なくとも一方は、所定方向から入射さ
れた光を射出すると共に所定方向と異なる方向から入射
された光を反射光として射出する伝達部材と、該伝達部
材から射出された所定方向からの光を反射して該伝達部
材へ導く反射部材とから構成され、該反射部材と該伝達
部材との間に光が集光される集光部位が奇数個位置する
と共に、前記共振手段の内部で集光される集光部位の総
数が偶数個であることを特徴としている。

【００２０】請求項７に記載の発明の波長変換方法は、
光学的異方性を有しかつ入射された光と該光とは波長が
異なる少なくとも１つの変換波長の光とを射出する非線
形光学材料を用いて入射された光を前記変換波長の光に
変換する波長変換方法であって、基本波長の光を前記非
線形光学材料に入射すると共に、該基本波長の光が共振
するように共振長を変調するための電界を前記非線形光
学材料へ付与する。

【００２１】請求項８に記載の発明のＢＢＯ結晶は、基
本波長から異なる波長に変換した光を射出する波長変換
装置に、電界が付与されて光路長が変動するように設け
られている。

【００２２】

【作用】本発明の波長変換装置では、基本波長の光を射
出するレーザー装置等の光射出手段の射出側に共振手段
が配設されされている。共振手段は、内部を通過する光
の光路長を共振長として共振長に応じた共振周波数を有
しかつ内部で該光を反射するための複数の反射手段を備
えている。この共振手段の内部を通過する光の光路上に
は非線形光学材料が配設されている。非線形光学材料は
光学的異方性を有しかつ入射された光と波長が異なる少
なくとも１つの変換波長の光とを射出する。この非線形
光学材料には、電界付与手段によって、基本波長の光に
共振手段の共振周波数が同調するように電界が付与され
る。従って、非線形光学材料に付与した電界のみのよっ
て共振手段を同調でき、新規に電気光学変調器を設ける
ことなく同調が容易な波長変換装置を提供できる。

【００２３】また、前記波長変換装置に、請求項２にも
記載したように、電界付与手段は、基本波長の光に共振
手段の共振周波数が同調するように非線形光学材料へ共
振長を変調するための電界を付与するようにしてもよ
い。このように、非線形光学材料へ電界を付与すれば、
非線形光学材料から射出される光を変調することがで
き、これによって共振長を変更することができ、共振手
段の共振周波数を同調することができる。

【００２４】さらに、前記波長変換装置は、請求項３に
も記載したように、非線形光学材料の射出側に配設され
入射される光の強度を検出する光検出手段を更に備え、
電界付与手段が共振周波数を変調するために非線形光学
材料へ電界を付与する第１の電界付与手段と検出された
光の強度から得られる共振周波数と基本波長の光の周波
数とが一致するように非線形光学材料へ電界を付与する
第２の電界付与手段とから構成してもよい。このように
構成すれば、共振手段の共振周波数を容易に検出するこ
とができる。すなわち、第１の電界付与手段によって付
与された電界により非線形光学材料から射出される光は
変調されている。従って、光検出手段では、この変調に
応じた光の強度が検出される。変調に応じた光の強度か
ら共振周波数の移行を検出でき、検出された光の強度か
ら得られる共振周波数と前記基本波長の光の周波数との
誤差を検出することができる。このため、第２の電界付
与手段によって、この誤差に相当する電界を非線形光学
材料へ付与することによって、基本波長の光に共振手段
の共振周波数を同調させることができる。

【００２５】ここで、文献（Chris A.Ebbers;Appl.Phy
s.Lett.52,p1948,1988 ）にも示されているが、非線形
光学結晶、特にＢＢＯ結晶は電気光学効果が小さいため
に電気光学効果の影響を考慮していなかった。本発明の
波長変換装置では、非線形光学材料に電界付与手段によ
って、基本波長の光に共振手段の共振周波数が同調する
ように電界を付与している。この非線形光学材料は、請
求項４にも記載したように、非線形光学材料としてＢＢ
Ｏ結晶を用いて構成してもよい。このように構成するこ
とによって、従来、電気光学効果が小さく、前記のよう
な同調に用いることがなかった非線形光学材料を従来の
電気光学変調器と兼ねて機能するように構成することが
できる。

【００２６】このように、ＢＢＯ結晶は、付与された電
界に応じて電気光学効果が変化するが、共振周波数の同
調のためのみに限定されない。すなわち、請求項８にも
記載したように、基本波長から異なる波長に変換した光
を射出する波長変換装置に、電界が付与されて光路長が
変動するようにＢＢＯ結晶を設けてもよい。このように
構成することによって、ＢＢＯ結晶を応答性のよい光路
長変更素子として用いることができる。従って、波長変
換装置において、光路長を変化させる微小かつ高速な制
御への応用が可能である。

【００２７】前記波長変換装置において、請求項５にも
記載したように、反射透過手段と反射手段とを含む共振
手段で構成してもよい。

【００２８】反射透過手段は、非線形光学材料の射出側
に配設されて、光軸を通過する平面との入射光束の断面
形状と異なる光束の断面形状となるように基本波長の光
を反射すると共に変換波長の光を透過する。従って、光
射出手段から往路として反射透過手段に至る光のうち、
反射透過手段では、基本波長の光のみが反射される。こ
の反射時の反射光束は、入射光束の形状と異なる光束の
断面形状となるので、反射透過手段で反射されて復路と
して非線形光学材料側へ向かう光は、非線形光学材料の
位相整合等の条件に合致しなくなる。このため、復路に
おける、基本波長と異なる少なくとも１つの変換波長の
光の生成は略零になる。

【００２９】反射手段は、非線形光学材料の入射側に配
設されて、非線形光学材料に入射される基本波長の光が
通過する基準光路に略一致する光路を通過すると共に基
本波長の光の光束の断面形状と略一致する光束の断面形
状となるように反射透過手段によって反射された光を反
射する。従って、反射透過手段から復路として反射手段
に至る光は、光射出手段から往路として非線形光学材料
側へ向かう光の光束の断面形状となるように反射され
る。このため、反射手段では、反射透過手段からの復路
を進行したのち反射された光と、光射出手段から入射さ
れた光とが合致されて、この合致された光が非線形光学
材料へ向かう。これによって、基本波長の光のうち、往
路を進行するときに変換波長の光に変換されたかった光
は、再び往路を進行するようになり、非線形光学材料で
は、例えば、往路である一方の方向でのみ基本波長と異
なる少なくとも１の変換波長の光を生成することにな
る。

【００３０】この共振手段の反射透過手段及び反射手段
の各々は、球面等の曲面で構成されると共に各々が有す
る焦点距離及び反射光軸が略一致するように構成するこ
とができる。このような構成では、所謂共焦点系の共振
器として共振手段を構成することができ、共振手段の内
部を光が循環して、入射された光を閉じ込めることがで
きる。

【００３１】また、この共振手段の反射透過手段及び反
射手段の少なくとも一方は、請求項６にも記載したよう
に、所定方向から入射された光を射出すると共に所定方
向と異なる方向から入射された光を反射光として射出す
る伝達部材と、該伝達部材から射出された所定方向から
の光を反射して該伝達部材へ導く反射部材とから構成さ
れ、該反射部材と該伝達部材との間に光が集光される集
光部位が奇数個位置すると共に、前記共振手段の内部で
集光される集光部位の総数が偶数個であるように構成す
ることができる。この内部に光が集光される集光部位と
は、反射透過手段及び反射手段の少なくとも一方を、所
定方向から入射された光を射出すると共に所定方向と異
なる方向から入射された光を反射光として射出するレン
ズや反射面による伝達部材と、該伝達部材から射出され
た所定方向からの光を反射して該伝達部材へ導く反射面
による反射部材とから構成するときに該反射部材と該伝
達部材との間に光が集光される集光部位をいう。このよ
うな構成では、所謂２重共焦点系の共振器として共振手
段を構成することができ、入射光軸等が僅かにずれた場
合であっても共振手段の内部を光が循環して、入射され
た光を閉じ込めることができる。

【００３２】このように、共振手段に反射透過手段及び
反射手段を含ませて構成すれば、反射手段及び反射透過
手段によってＳＨＧ光等の基本波長と異なる少なくとも
１つの変換波長の光を発生させるための非線形光学材料
を透過した光は反射手段及び反射透過手段を介して位相
整合等の条件に合致することなく再び非線形光学材料に
向けて放射され、変換波長の光が非線型光学材料内を集
中して透過することがないので、単純な構成で調整が容
易であると共に安価な波長変換装置を得ることができ、
該変換波長の光が双方向に発生することなく干渉効果に
よる不安定性が生じることがない。

【００３３】また、請求項７に記載した発明の波長変換
方法では、光学的異方性を有しかつ入射された光と該光
とは波長が異なる少なくとも１つの変換波長の光とを射
出する非線形光学材料を用いて入射された光を変換波長
の光に変換するときに、この基本波長の光を非線形光学
材料に入射すると共に、該基本波長の光が共振するよう
に共振長を変調するための電界を非線形光学材料へ付与
する。従って、入射された光を変換波長の光に変換する
ときに共振長を変調でき、付与された電界に応じて少な
くとも１つの変換波長の光を共振長に応じて変調された
光に変換することができる。

【００３４】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。第１実施例は、リング型共振器を含んだ
波長変換装置に本発明を適用したものである。

【００３５】図１に示したように、本実施例の波長変換
装置１０は、光射出手段としてのレーザー装置１２、共
振手段としての共振器１６及びサーボ用電気回路２０か
ら構成されている。レーザー装置１２のレーザー光の射
出側には、共振器１６が配設されている。このレーザー
装置１２からは、周波数（例えば、約６×１０¹⁴Ｈｚ）
のレーザー光が射出される構成である。

【００３６】共振器１６は、図１３に示した共振器１０
０と同様の構成であり、入射ミラー２２、サンプリング
ミラー２４、第１のミラー２６及び第２のミラー２８か
ら構成されている。レーザー装置１２から射出されたレ
ーザー光Ｌ０は、共振器１６に入射され、入射ミラー２
２を通過して光路Ｌ１ａを辿りサンプリングミラー２４
へ至る。サンプリングミラー２４は、入射された光の一
部をサンプリング（透過）すると共に、サンプリングさ
れない他の光を反射し光路Ｌ１ｂへ案内する。光路Ｌ１
ａの延長上には、光検出手段としての光検出器１８が配
設されており、サンプリングミラー２４でサンプリング
された光が照射される。サンプリングミラー１８で反射
された光は、第１のミラー２６へ至る。第１のミラー２
６は、その全部を反射して光路Ｌ１ｃへ案内する。光路
Ｌ１ｃ上には、非線形光学材料としてのＢＢＯ結晶１４
が配置されており、第１のミラー２６で反射された光が
ＢＢＯ結晶１４を通過して第２のミラー２８へ至る。従
って、ＢＢＯ結晶１４では、入射光に応じて変換したＳ
ＨＧ光を、未変換の光と共に射出する。第２のミラー２
８は入射光のうちＢＢＯ結晶１４において未変換の光を
反射すると共に変換されたＳＨＧ光Ｌ２を透過する。こ
の第２のミラー２８で反射された光は光路Ｌ１ｄへ案内
され、入射ミラー２２へ至る。入射ミラー２２は、光路
Ｌ１ｄと平行な入射光軸と光路Ｌ１ａと平行な反射光軸
とが調整されており、光路Ｌ１ｄを辿った光を反射して
光路Ｌ１ａへ案内する。

【００３７】共振器１６の第１のミラー２６は、変位可
能な図示しないマウント装置に取付けられており、この
図示しないマウント装置はピエゾ素子３０を介して共振
器１６の本体にマウントされている。ピエゾ素子３０
は、第１のミラー２６を変位させることにより共振器長
を変化させて共振周波数を変化させるためのものであ
り、サーボ用電気回路２０に接続されている。共振器１
６のＢＢＯ結晶１４には、２個の電極３２、電極３４が
配設されており、これら電極３２、３４は、サーボ用電
気回路２０に接続されている。また、光検出器１８もサ
ーボ用電気回路２０に接続されている。これら、電極３
２、３４及びサーボ用電気回路２０によって電界付与手
段を構成している。また、電極３２及びサーボ用電気回
路２０によって第１の電界付与手段を構成し、電極３４
及びサーボ用電気回路２０によって第２の電界付与手段
を構成している。

【００３８】次に、本実施例の波長変換装置１０の作動
を説明する。前述のように、共振器１６を用いてＢＢＯ
結晶１４から効率よくＳＨＧ光を発生させるためには、
共振器１６に入射するレーザー光の周波数に共振器１６
の共振周波数を同調させなければならないので、共振器
１６の共振周波数の誤差検出をすると共に、共振器１６
を同調させるフィードバック制御が必要である。

【００３９】先ず、共振器１６に入射するレーザー光の
周波数に共振器１６の共振周波数を同調させる条件を維
持するために、共振周波数のずれ（誤差信号）を検出す
る。この検出には、前述のＦＭサイドバンド法を用いて
いる。

【００４０】本実施例では、レーザー装置から射出され
たレーザー光に対して周波数変調することなく、そのま
まレーザー光を共振器１６へ入射し、共振器１６内部に
配設されたＢＢＯ結晶１４を直接変調することによって
共振器１６の共振周波数を変調している。すなわち、Ｂ
ＢＯ結晶１４は、電界が付与されると電気光学効果によ
って屈折率が変化する。このＢＢＯ結晶１４の屈折率の
変化によってＢＢＯ結晶１４の光路長が変化し、共振器
１６の光路長、すなわち共振器長が変化し、共振器１６
の共振周波数が変化する。ＢＢＯ結晶１４は高周波応答
性が高いので、ＢＢＯ結晶１４に高周波電界をかけるこ
とによって、共振周波数を高周波で変調できる。本実施
例では、ＢＢＯ結晶１４に配設された電極３２を変調用
の電極として用い、電極３２を介してＢＢＯ結晶１４に
電界を付与している。このＢＢＯ結晶１４において高周
波で変調されたレーザー光を光検出器１８によって検出
することにより、共振器１６の共振周波数の誤差に比例
する信号を得ている。

【００４１】次に、ＢＢＯ結晶１４の電気光学効果を用
いたフィードバック制御を説明する。前述のように、Ｂ
ＢＯ結晶１４には、電界付与による電気光学効果の発生
で屈折率が変化する現象がある。この現象によって、光
学的な共振器長を変化させることができる。従って、光
検出器１８から得られる共振周波数の誤差に比例する信
号を、共振器長を変化させる（電極３２を介してＢＢＯ
結晶１４に電界付与）信号として用い、この電界付与に
よるＢＢＯ結晶１４で決定される共振器１６の共振周波
数に対して前記誤差に比例する信号でフィードバック、
すなわち負のフィードバック制御をすることで、誤差を
常にゼロ近傍に維持することができる（サーボ制御）。

【００４２】本実施例では、ＢＢＯ結晶１４に設けた２
つの電極３２，３４のうち、前述のように電極３２を変
調用として設定し、別個の電極３４をフィードバック用
として設定している。この電極３４に信号を供給し、誤
差信号に比例する電界をＢＢＯ結晶１４に付与してい
る。ＢＢＯ結晶１４の電気光学効果によるフィードバッ
ク制御は、ピエゾ素子３０による制御よりも高い周波数
まで効果的に付与することができる。

【００４３】従来、共振器長を制御するため、共振器を
構成する鏡をピエゾ素子上に取り付け、鏡を実際に動か
す方法が用いられて来たが、従来のピエゾ素子によるも
のでは、機械的理由により数キロＨｚの応答が、高周波
駆動の限界であった。本実施例では、ＢＢＯ結晶１４を
直接制御しているので、レーザー光の周波数のゆらぎが
数キロＨｚ以上の成分をもっていても、良好に制御が可
能になる。

【００４４】なお、共振器長の制御には、ＢＢＯ結晶１
４の電気光学効果による制御よりも、ピエゾ素子３０に
よる制御の方が、共振器長の変化の範囲を大きく設定で
きる。このため、本実施例では、ピエゾ素子３０の機械
的制御範囲を考慮して、低周波側ではピエゾ素子３０に
よるフィードバック制御を行い、高周波側ではＢＢＯ結
晶１４の電気光学効果を利用してフィードバック制御を
行うという、最適な周波数域における効率的な制御で最
大限に効果を発揮するように両者を併用して制御してい
る。

【００４５】上記の共振器１６の構成として、厚さ９ｍ
ｍでＢＢＯ結晶１４を形成し、ＢＢＯ結晶１４に付与す
る高周波変調の周波数を２ＭＨｚ、振幅を１５Ｖ（peak
-to-peak) と設定して、実験を行った結果、良好な動作
を得ることができる。

【００４６】次に、サーボ用電気回路２０の具体的な構
成の一例と共に波長変換装置１０の作動をさらに説明す
る。

【００４７】図２に示したサーボ用電気回路２０は、高
周波発振器４２を含んで構成している。この高周波発振
器４２はＥＯ素子ドライバ４０を介してＢＢＯ結晶１４
の電極３２に接続されると共に、ダブルバランストミキ
サ（以下、ＤＢＭという。）４４の一方の入力端に接続
されている。ＤＢＭ４４の他方の入力端は、光検出器１
８からの信号が入力されるように接続されている。ＤＢ
Ｍ４４は、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦという。）
４６に接続され、ＬＰＦ４６はＬＰＦ４８及びハイパス
フィルタ（以下、ＨＰＦという。）５２に接続されてい
る。ＬＰＦ４８は、ピエゾ素子ドライバ５０を介してピ
エゾ素子３０に接続されている。ＨＰＦ５２は、ＥＯ素
子ドライバ５４を介してＢＢＯ結晶１４の電極３４に接
続されている。

【００４８】高周波発振器４２から出力される所定周波
数（例えば２ＭＨｚ）の電気信号６０（図３参照）は一
つはＥＯ素子ドライバー４０を介してＢＢＯ結晶１４の
電極３２に出力されると共に、ＤＢＭ４４の一方の入力
端に出力される。このＤＢＭ４４は光検出器２において
検出された信号と高周波発振器４２から出力される所定
周波数の電気信号６０との積に対応する信号を出力す
る。

【００４９】共振器１６内に配設されたＥＯ素子である
ＢＢＯ結晶１４に高周波の電界を付与すると、その電界
の大きさに応じて、共振器１６の共振器長が変調され、
その結果、共振器１６の中心周波数が基準となる周波数
ｆ０から時間的に変動する。すなわち、入射されたレー
ザー光の周波数と共振器１６の共振周波数とが一致する
とき、つまり共振器１６の共振器長が入射されたレーザ
ー光の波長の整数倍に一致する条件（以下、共振条件と
いう。）を満たすときには、図４の信号６２Ｂに示すよ
うに、周波数ｆ０を中心として共振器長が中心値より長
いときの光検出器１８の信号波形（図４の周波数ｆ０よ
り上方部分）と、短いときの光検出器１８の信号波形
（図４の周波数ｆ０より下方部分）との形状が略一致し
た振幅値になる。従って、共振器１６の透過周波数特性
分布６４は、周波数ｆ０を中心に略対称な波形になる。
このため、高周波出力は電界の強度の積になる。従っ
て、ＤＢＭ４４の出力は、正の部分と負の部分の寄与が
等しくなり、平均値が略０になる（図５の信号６６Ｂ参
照）。

【００５０】一方、共振器長が共振条件より長い場合に
は、図４の信号６２Ｃに示すように、共振器１６の共振
周波数が負側にシフトする。このため、共振器長は負側
にシフトとして光検出器１８の信号が大きくなり、ＤＢ
Ｍ４４の出力は平均的に正側にシフトすることになる
（図５の信号６６Ｃ参照）。また、共振器長が共振条件
より短い場合も同様に、図４の信号６２Ａに示すよう
に、共振器１６の共振周波数が正側にシフトする。この
ため、共振器長は正側にシフトとして光検出器１８の信
号が小さくなり、ＤＢＭの出力が平均的に負側にシフト
することになる（図５の信号６６Ａ参照）。

【００５１】従って、ＤＢＭ４４の出力を時間的に平均
化した値を提供するＬＰＦ４６の出力は、共振器１６の
共振条件からの共振器長の長短を示すことになる。従っ
て、この共振器長の長短を示す信号を用いて逆に共振器
１６の共振器長を変化させるフィードバック制御をすれ
ば、共振器長をつねに入射されたレーザー光の周波数と
共振するように制御することができる。

【００５２】なお、ＤＢＭ４４が出力する信号を用いて
共振器長を変化させるには、上記のように、共振器を構
成する第１のミラー２６の支持機構としてのマウント装
置が電圧に比例して平行移動するピエゾ素子（電歪素
子、または電磁素子）で構成する他に、共振器１６内
に、円周方向に屈折率が低屈折率から高屈折率に分布し
た回転可能なガラス板をおきその回転角を電圧によって
調整するようにすることや、これらの複数の機構を組み
合わせて用いる方法がある。

【００５３】本実施例の波長変換装置１０では、ＢＢＯ
結晶１４（ＥＯ素子）とピエソ素子３０との両方を用い
て制御する場合について説明したが、図６に示したよう
に、最も簡単な構成として、ピエゾ素子３０を制御する
ことなく、図２の点Ｆにおける信号を増幅して、ＢＢＯ
結晶１６に配設された電極３４に電圧を付与するように
してもよい。

【００５４】このように、本実施例の波長変換装置は、
共振器内に配設されたＢＢＯ結晶（非線形結晶）に、高
周波変調用と、同調信号（直流及び低周波成分）印加用
の２枚の電極を配設している。これによって、従来の波
長変換装置で必要とされていたＥＯ変調器を配設するこ
となく、所定波長のレーザー光をＢＢＯ結晶における非
線形効果でＳＨＧ光に変換する波長変換装置を小型かつ
安価に提供することができる。

【００５５】また、高周波変調用と、同調信号印加用の
２枚の電極によるＢＢＯ結晶の電界付与によって、高周
波変調が可能になると共に、同調が容易となり、得られ
るＳＨＧ光を高出力化することができる。また、高周波
で変調が可能になることによるサーボ制御の追随性が向
上することによって、出力光の強度を安定させるととも
にサーボ制御の安定性を向上させることができる。

【００５６】このサーボ制御の安定性が向上すると、同
調幅が小さな共振器でも利用できるようになる。可視光
から紫外光を得るための変換効率の高い波長変換装置用
の共振器は、一般的に同調幅が小さい。従って、本実施
例によれば、可視光から紫外光を得るための変換効率の
高い波長変換装置の実現が容易になる。

【００５７】上記の実施例では、リング型共振器に本発
明を適用した場合を説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、以下に説明する共焦点型共振器も本
発明が適用可能な共振器である。なお、以下の共焦点型
共振器を用いれば、上記の実施例の波長変換装置よりも
更に部品点数が少なく、可動部分の少ない、コンパクト
な波長変換装置を構成できる。この共焦点型共振器を用
いた波長変換装置１１を、本発明の第２実施例として説
明する。なお、本実施例は、上記の実施例と略同様の構
成のため、同一部分には、同一符号を付し、以下、構成
が異なる共振器のみを説明する。

【００５８】図７に示したように、本実施例の波長変換
装置１１は、所定波長のレーザー光を射出するレーザー
装置１２を備えている。レーザー装置１２の射出側には
コリメータレンズ系７４が配設されている。このコリメ
ータレンズ系７４は、拡散手段としての凹レンズ７０及
び集光手段としての凸レンズ７２により構成され、凹レ
ンズ７０及び凸レンズ７２の順に配設されている。レー
ザー装置１２から射出されたレーザー光は、凹レンズ７
０により拡散された後に凸レンズ７２によって集光され
る。このコリメータレンズ系７４は、光の波面及びレー
ザー光のビーム径を調整するためのものであり、コリメ
ータレンズ系７４の射出側にレーザー光が集中するビー
ムウエストなる集光部位を形成する。これらレーザー装
置１２及びコリメータレンズ系７４により光射出手段を
構成している。

【００５９】コリメータレンズ系７４のレーザー光の射
出側には、共振器７６が配設されている。この共振器７
６は、コリメータレンズ系７４のレーザー光の射出側か
ら順に配設された第１のミラー７８及び第２のミラー７
９から構成されている。第１のミラー７８及び第２のミ
ラー７９は、同一の曲率半径の曲面の球面鏡で形成され
ている。従って、第１のミラー７８及び第２のミラー７
９の焦点距離は一致する。本実施例の共振器７６は、第
１のミラー７８及び第２のミラー７９の各々を焦点位置
が一致するように配置すると共に、各々の曲率中心が同
一の線上に一致するように配置して、所謂、共焦点系共
振器を形成している。この共振器７６は、焦点位置付近
に、上記のレーザー光が集中するビームウエストなる集
光部位が位置するように配置される。

【００６０】また、上記の凸レンズ７２と共振器７６と
の間には、サンプリングミラー６８が配設されている。
このサンプリングミラー６８の反射側には、光検出器１
８が配設されている。

【００６１】本実施例では、第１のミラー７８及び第２
のミラー７９の各々の曲率半径はコリメータレンズ系７
４から射出されるレーザー光の波面の曲率より大きく設
定されている。従って、第１のミラー７８及び第２のミ
ラー７９の各々のミラーでは、反射時点において、入射
されたときの光の波面の曲率が変更される。

【００６２】上記のビームウエストなる集光部位付近に
は、ＢＢＯ結晶１４が、そのＢＢＯ結晶１４の内部にビ
ームウエストが位置するように配設されている。ＢＢＯ
結晶１４は、受容角が充分大きくなっており、このＢＢ
Ｏ結晶１４では大きな受容角に一致したレーザー光が入
射されたときに非線型光学効果により基本波長のレーザ
ー光（励起光）から得られる変換波長のＳＨＧ光が効率
よく出力される。また、ＢＢＯ結晶１４には、２個の電
極３２、３４が配設されており、これら電極３２、３４
は、サーボ用電気回路２０に接続されている。また、光
検出器１８もサーボ用電気回路２０に接続されている。
次に、本実施例の共振器７６の作動を説明する。コリメ
ータレンズ系７４から射出されたレーザー光Ｌは、徐々
にビーム径が減少しながら第１のミラー７８を透過し
て、ＢＢＯ結晶１４内に至り、ＢＢＯ結晶１４中にビー
ムウエストが形成される。また、第１のミラー７８を通
過したレーザー光Ｌは、ＢＢＯ結晶１４において変換波
長のＳＨＧ光を得るための励起光Ｌ１として作用する。
このＢＢＯ結晶１４では、非線形光学効果によってＳＨ
Ｇ光Ｌ２が発生する。発生したＳＨＧ光Ｌ２は第２のミ
ラー７９を透過して出力光として用いる（図７の白抜矢
印Ｂ方向の光）。ＳＨＧ光Ｌ２に変換されなかった励起
光Ｌ１ａは第２のミラー７９において、反射されると共
に波面の曲率が変更される。この波面の曲率変更時に
は、ビーム径が縮小方向に変更されることなく、拡散方
向に広げられるように変更される。波面の曲率が変更さ
れた励起光Ｌ１ｂは、ＢＢＯ結晶１４を透過して、第１
のミラー７８へ至る。この第１のミラー７８では、励起
光Ｌ１ｂが、コリメータレンズ系７４から射出されたレ
ーザー光Ｌ（すなわち、励起光Ｌ１）の波面の曲率と一
致するように波面の曲率が変更されて反射される。この
励起光Ｌ１、Ｌ１ａは共にＢＢＯ結晶１４へ至る。この
ように、励起光は、共振器の中を循環する。

【００６３】第１のミラー７８及び第２のミラー７９で
は、入射されたレーザー光Ｌの波面の曲率Ｒ_Lが第１の
ミラー７８及び第２のミラー７９の曲率よりも小さくな
っている（図８参照）。このため、第２のミラー７９で
反射された光の波面の曲率Ｒ _Bは、入射されたレーザー
光の波面の曲率Ｒ_Lより大きくなる。従って、上記入射
時のレーザー光のビーム径と共振器の条件下では、往路
（図７及び図８の実線）と復路（図７及び図８の１点鎖
線）とでビームウエストのビーム径が変更される。この
ビームウエストの位置にＢＢＯ結晶１４を配設しＳＨＧ
光を発生させると、往路と復路の各々に対して生じるＳ
ＨＧ光パワーは、結晶の受容角が十分に大きいので、各
々の励起光のビームウエストにおけるビーム径の面積に
逆比例する。すなわち、本実施例のように往路と復路で
のビームウエストのビーム径が異なるように共振器及び
入力するレーザー光を設定すると、小さなビーム径のレ
ーザー光が進行する方向（図７の白抜矢印Ａ方向）の励
起光にのみ、ＳＨＧ光（高調波出力）を発生させるため
のパワーが集中する。例えば往路と復路とにおけるビー
ム径の大きさの比を１：３（１：５）とすることによ
り、ＳＨＧ光（高調波出力）は９：１（２５：１）とな
って、変換されたパワーの９０％（９６％）は一方向に
集中する。

【００６４】このように、本実施例の波長変換装置によ
れば、共焦点共振器として機能する共振器を波長変換の
ための外部共振器として用いているので、共振器が備え
たミラーによって復路に向けて反射されるレーザー光の
波面の曲率は入射された光及び励起光の波面の曲率と異
なる大きさにすることができ、ビームウエスト近傍に配
設された結晶を通過することによって発生するＳＨＧ光
は、往路のみに集中することになる。従って、共焦点系
として機能する１対の曲面を備えた共振器を用いて、そ
の焦点付近に結晶を配置すると共に、当該曲面の曲率半
径と異なる、すなわち当該曲面の曲率半径より小さな曲
率半径となるように入射するレーザー光を調整するのみ
で、複雑な調整を必要とすることなく単純かつ簡単な構
成で高効率に光の波長を変換することができる。

【００６５】実際的な共焦点系の構成の一例としては、
図９に示したように、厚さｙの平行平面形状のＢＢＯ結
晶１４の一方の面から間隔ｘを隔てて曲率半径Ｒ_Mの第
１のミラー７８を配設すると共に、ＢＢＯ結晶１４の他
方の面から間隔ｚを隔てて曲率半径Ｒ_Mの第２のミラー
７９を配設して共振器７６を形成する。このとき、ＢＢ
Ｏ結晶１４の屈折率ｎ₂がミラーと結晶までの周辺材料
の媒質ｎ₁と異なる場合には、界面の屈折を考慮し屈折
率ｎ＝ｎ₂／ｎ₁として、ミラーの曲率半径Ｒ _Mと間隔
ｘ，ｚとは（Ｒ_M＝ｘ＋ｙ／ｎ＋ｚ）の関係にある。

【００６６】また、上記実施例では、同一の曲率半径を
有するミラー７８，２４の焦点付近にＢＢＯ結晶１４を
配設した場合を説明したが、本発明は、ミラーを別体と
して備えた共振器内に結晶を配設することに限定され
ず、ＢＢＯ結晶１４のみを加工して共振器７６を形成し
てもよい。すなわち、ＢＢＯ結晶１４のレーザー光の入
射側の端面及び射出側の端面を曲率半径Ｒ_Mとなるよう
に研磨・コーティングすることによって、ＢＢＯ結晶１
４のみによって共振器を形成することもできる。例え
ば、図１０のように一つの結晶のレーザー光の入射側の
端面２０ａ及び射出側の端面２０ｂを曲率半径Ｒ_Mとな
ると共に、その曲率中心が対向する端面の中心になるよ
うに研磨すればモノリシック共焦点共振器を形成でき
る。

【００６７】この場合、共振器内部を通過するレーザー
光は、常時、結晶内を伝搬することになるが、当該結晶
は位相整合条件を有しているので、この位相整合条件を
満たすときにのみ、効率的なＳＨＧ光を発生することに
なり、このＳＨＧ光を発生する結晶の有効部分（距離）
は、図９の厚さｙと一致することになる。

【００６８】なお、上記のように結晶自体を加工して、
結晶のみで共振器を形成してもよいが、結晶の球面研磨
は容易ではなく、かつ効率的にＳＨＧ光が発生する有効
部分（ｙ）以外の結晶は無駄になる。このため、結晶の
みから共振器を構成せずに中央部（ｙ）のみを結晶で形
成し周囲のミラーとなるブロック（ｘ，ｚ）を同様の屈
折率を持ったガラス等の透明媒体で構成することも効果
的である。このガラスは一般的に球面研磨が容易であ
る。このようにすることで、必要とする結晶の容量を少
なくすることができ、結晶を有効に利用できる。また、
結晶は平面研磨でよくかつガラスは容易な球面研磨すれ
ばよい。このため、共振器の製造は容易になる。

【００６９】次に、第３実施例を説明する。共焦点系の
応用である２重共焦点共振器に本発明を適用したもので
ある。なお、第３実施例は、上記実施例と略同様の構成
のため、異なる構成の共振器のみを説明する。

【００７０】図１１に示すように、コリメータレンズ系
７４のレーザー光の射出側には、共振器７７が配設され
ている。本実施例の共振器７７は、第１のミラー７８、
第２のミラー７９、及び焦点距離ｄのレンズ８０から構
成される。本実施例の共振器７７では、第１のミラー７
８及び第２のミラー７９の各々を曲率中心の位置が一致
するように配置されると共に、この曲率中心位置にはレ
ンズ８０が配置されて、所謂、２重共焦点系共振器を形
成している。また、レンズ８０の集光位置近傍には、Ｂ
ＢＯ結晶１４が配置される。

【００７１】次に、本実施例の波長変換装置の作動をレ
ーザー光の挙動と共に説明する。コリメータレンズ系７
４から射出されたレーザー光Ｌは、徐々にビーム径が減
少しながら第１のミラー７８を透過して、一旦集光され
た後に拡散してレンズ８０へ至る。レンズ８０では、入
射されたレーザー光を集光し、徐々にビーム径が減少し
ながらＢＢＯ結晶１４内に至り、ＢＢＯ結晶１４中にビ
ームウエストが形成される。このＢＢＯ結晶１４では、
非線形光学効果によってＳＨＧ光Ｌ２が発生する。発生
したＳＨＧ光Ｌ２は第２のミラー７９を透過する。ＳＨ
Ｇ光Ｌ２に変換されなかった励起光Ｌ１ａは第２のミラ
ー７９において、反射されると共に波面の曲率が変更さ
れる。この波面の曲率変更時には、ビーム径が縮小方向
に変更されることなく、拡散方向に広げられるように変
更される。波面の曲率が変更された励起光Ｌ１ｂは、Ｂ
ＢＯ結晶１４を透過して、レンズ８０へ至る。レンズ８
０では、入射されたレーザー光を集光し、第１のミラー
７８へ射出する。第１のミラー７８では、入射されたレ
ーザー光が反射されると共に波面の曲率が変更される。
すなわち、励起光Ｌ１ｂが、コリメータレンズ系７４か
ら射出されたレーザー光Ｌ（すなわち、励起光Ｌ１）の
波面の曲率と一致するように波面の曲率が変更されて反
射される。この励起光Ｌ１、Ｌ１ａは共にレンズ８０に
よって集光されてＢＢＯ結晶１４へ至る。このように、
励起光は、共振器７７の中を循環する。

【００７２】実際的な２重共焦点系の構成の一例として
は、ＢＢＯ結晶１４のみを加工して共振器７６を形成す
ることができる。すなわち、第１実施例と同様に、ＢＢ
Ｏ結晶１４のレーザー光の入射側の端面及び射出側の端
面を曲率半径Ｒ_Mとなるように研磨・コーティングする
ことによって、ＢＢＯ結晶１４のみによって共振器を形
成することもできる。例えば、図１２に示すように一つ
のＢＢＯ結晶１４のレーザー光の入射側の端面１４ａ及
び射出側の端面１４ｂを曲率半径Ｒ_Mとなると共に、そ
の曲率中心が対向する端面の中心になるように研磨す
る。これは、前述の図１０と同様の構成である。図１０
の共振器と図１２の共振器との違いは位相整合の方向に
ある。

【００７３】なお、図１２に示したＢＢＯ結晶１４にお
いても、上記の実施例と同様に、共振器として全体を一
つの結晶で形成せずに、中心部（ｙ）だけを非線形光学
結晶とし、まわりの部分を同じような屈折率を持つガラ
スやそのほかの材料としてもよい。また、上記のように
結晶のみを加工するのではなく、中央部（ｙ）のみを結
晶で形成し周囲のミラーとなるブロック（ｘ，ｚ）を同
様の屈折率を持ったガラスで構成することも効果的であ
る。

【００７４】上記実施例では、ビーム径の形状まで言及
しなかったが、本発明は、適用が可能なビーム径の形状
を特定しない。すなわち、共焦点共振器および２重共焦
点共振器では共振器を一往復したレーザー光（ガウスビ
ーム）は入射してきたレーザー光に完全に同じビーム径
と曲率を有することになる。この性質はレーザー光の縦
方向と横方向でビーム径および曲率半径が同じでない場
合、すなわち、楕円ビームについても適用可能である。
従って、結晶内で楕円焦点をつくるような場合もそのま
ま適用できる。このための集光方法は、周知のように、
レーザー装置１２とＢＢＯ結晶１４との途中に、ビーム
径の形状を変更するためのシリンドリカル系を配設し、
ビームウエストのビーム径の形状を所定の形状に設定す
るようにすればよい。

【００７５】このように、上記実施例では、簡単な構成
であるファブリー・ペロー型共振器を用いて、ミラーに
おいて入射光及び射出光の波面の曲率を変更することに
よって、単一方向のＳＨＧ光を発生することができる。
従って、ファブリー・ペロー型共振器でありながら、共
振器内でＳＨＧ光を折り返さないので、往路及び復路の
レーザー光によって生じていた干渉効果による不安定性
がない。また、従来のように高出力を得るために煩雑な
調整を要するリング型共振器を用いた波長変換装置に比
べ、安価かつ調整が容易であり、所望する波長域の光の
周波数変換に用いることができる。さらに、２重共焦点
共振器を用いる装置の場合、入射されたレーザー光が設
定された位置や方向からずれた場合であっても自動的に
共振器として働くので、微妙な調整を行うことがなく、
組み立てが容易になる。さらにまた、共振器を結晶によ
る一体化形成する、すなわち、結晶の周辺の固体１つで
共振器を形成する、モノリシックにして実現することが
できる。

【００７６】従って、ファブリー・ペロー（Fabry-Pero
t ）型あるいは往復型の共振器を用いる非線形光学効果
による波長変換装置において、共振器内を往復するレー
ザー光が行き（往路）の方向と帰り（復路）の方向とで
ビームウェストの大きさが異なるように、共振器の光学
系および入射光のビーム径および波面の曲率半径を設定
することにより、得られた新しい波長の光（すなわち、
ＳＨＧ光）のパワーが主に一方方向に集中するようにし
て、光の波長を変換することができる。

【００７７】なお、上記の実施例に用いたＢＢＯ結晶１
４以外の非線形光学材料には、ＫＤＰ，ＫＴＰ，ＬｉＮ
ｂＯ₃等がある。

【００７８】上記の共焦点系の共振器は、各種のレーザ
ーの波長変換に応用できる。例えば、赤外ー赤色の半導
体レーザーの周波数逓倍によって青ー近紫外光を得るこ
とができ、緑−青色レーザーの周波数逓倍によって、深
紫外光を得ることができる。従って、これらの光を用い
る、半導体素子の製造、物質加工、表示装置、印刷装
置、３次元ホログラム再生装置、光化学、計測、反応モ
ニター等への適用が可能である。特に、赤外ー赤色の半
導体レーザーの周波数逓倍による青−近紫外光を得るこ
とができ、その出力は高密度光記録に用いることができ
る。また緑−青色光の周波数逓倍によって得られる深紫
外光は、半導体素子の製造、物質加工などに用いるのに
好適である。

【００７９】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明の実施例には特許請求の範囲の記載に対応す
る技術的事項以外に、次のような各種の技術事項の実施
態様を有するものである。

【００８０】前記共振手段は、前記非線形光学材料の射
出側に配設されて入射光束の形状と異なる光束の形状と
なるように前記基本波長の光を反射すると共に前記変換
波長の光を透過する反射透過手段と、前記非線形光学材
料と前記光射出手段との間に配設されて前記非線形光学
材料に入射された基本波長の光が通過する基準光路に略
一致する光路を通過すると共に前記基本波長の光の光束
の形状と略一致する光束の形状となるように該反射透過
手段によって反射された光を反射する反射手段と、から
構成されたことを特徴としている。

【００８１】このように、共振手段は、反射透過手段と
反射手段とから構成される。反射透過手段は、非線形光
学材料の射出側に配設されて、入射光束の形状と異なる
光束の形状となるように基本波長の光を反射すると共に
変換波長の光を透過する。従って、光射出手段から往路
として反射透過手段に至る光のうち、反射透過手段で
は、基本波長の光のみが反射される。この反射時の反射
光束は、入射光束の形状と異なる光束の形状となるの
で、反射透過手段で反射されて復路として非線形光学材
料側へ向かう光は、非線形光学材料の位相整合等の条件
に合致しなくなる。このため、復路における、基本波長
と異なる少なくとも１つの変換波長の光の生成は略零に
なる。反射手段は、非線形光学材料の入射側に配設され
て、非線形光学材料に入射される基本波長の光が通過す
る基準光路に略一致する光路を通過すると共に基本波長
の光の光束の形状と略一致する光束の形状となるように
反射透過手段によって反射された光を反射する。従っ
て、反射透過手段から復路として反射手段に至る光は、
光射出手段から往路として非線形光学材料側へ向かう光
の光束の形状となるように反射される。このため、反射
手段では、反射透過手段からの復路を進行したのち反射
された光と、光射出手段から入射された光とが合致され
て、この合致された光が非線形光学材料へ向かう。これ
によって、基本波長の光のうち、往路を進行するときに
変換波長の光に変換されたかった光は、再び往路を進行
するようになり、非線形光学材料では、例えば、往路で
ある一方の方向でのみ基本波長と異なる少なくとも１つ
の変換波長の光を生成することになる。

【００８２】また、前記共振手段の反射透過手段及び反
射手段の各々は、例えば、球面等の曲面で構成されると
共に各々略一致する曲率半径でありかつ各曲面が有する
焦点距離及び反射光軸が略一致するように構成すること
ができる。このような構成では、所謂共焦点系の共振器
として共振手段を構成することができ、共振手段の内部
を光が循環して、入射された光を閉じ込めることができ
る。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の波長変換装
置によれば、基本波長の光に共振手段の共振周波数が同
調するように非線形光学材料へ電界を付与することによ
って共振手段の共振周波数を同調できるので、電気光学
変調器を設けることなく小型かつ安価な波長変換装置を
構成できる、という効果がある。また、基本波長の光に
共振手段の共振周波数が同調するように非線形光学材料
へ電界を付与することによって、非線形光学材料におけ
る高周波の変調が可能となり、得られる変調波長の光の
強度を安定的に供給することができる、という効果があ
る。

【００８４】また、本発明の波長変換方法によれば、基
本波長の光を非線形光学材料に入射すると共に、基本波
長の光が共振するように共振長を変調するための電界を
非線形光学材料へ付与するので、入射された光を変換波
長の光に変換するときに共振長を変調でき、付与された
電界に応じて少なくとも１つの変換波長の光を共振長に
応じて変調された光に変換することができる、という効
果がある。

【００８５】さらに、本発明の波長変換用ＢＢＯ結晶を
波長変換装置に用いれば、光路長を微小かつ高速に変調
することができる、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる波長変換装置の概
略構成を示す概念図である。

【図２】図１のサーボ用電気回路の概略構成を示すブロ
ック図である。

【図３】サーボ用電気回路の高周波発振器の出力電圧波
形を示す線図である。

【図４】共振器の共振周波数の時間的変動を示す特性図
である。

【図５】サーボ用電気回路のＤＢＭの出力電圧波形を示
す線図である。

【図６】図１のサーボ用電気回路の他例の概略構成を示
すブロック図である。

【図７】本発明の第２実施例にかかる波長変換装置の概
略構成を示す概念図である。

【図８】共振器内のレーザー光の波面（等位相面）を示
すイメージ図である。

【図９】共焦点共振器の一例を示すイメージ図である。

【図１０】結晶とミラーを一体化した共振器を示すイメ
ージ図である。

【図１１】第３実施例にかかる２重共焦点共振器の概念
構成を示すイメージ図である。

【図１２】結晶のみで構成した２重共焦点共振器を示す
イメージ図である。

【図１３】従来の波長変換装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１０波長変換装置１２レーザー装置（光射出手段）１４ＢＢＯ結晶（非線形光学材料）１６共振器（共振手段）１８光検出器（光検出手段）２０サーボ用電気回路３２電極（第１の電界付与手段）３４電極（第１の電界付与手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平洋一神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本アイ・ビー・エム株式会社東京基礎研究所内 (56)参考文献特開平６−69578（ＪＰ，Ａ) 特開平３−233522（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/37 H01S 3/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基本波長の光を射出する光射出手段の射
出側に配設され、内部を通過する光の光路長を共振長と
して該共振長に応じた共振周波数を有しかつ内部で該光
を反射するための複数の反射手段を備えた共振手段と、前記共振手段の内部を通過する光の光路上に配設され、
光学的異方性を有しかつ入射された光と該光とは波長が
異なる少なくとも１つの変換波長の光とを射出する非線
形光学材料と、前記基本波長の光に前記共振手段の共振周波数が同調す
るように前記非線形光学材料へ電界を付与する電界付与
手段と、前記非線形光学材料の射出側に配設され入射される光の
強度を検出する光検出手段とを備え、前記電界付与手段は、前記共振周波数を変調するために
前記非線形光学材料へ電界を付与する第１の電界付与手
段と前記検出された光の強度から得られる共振周波数と
前記基本波長の光の周波数とが一致するように前記非線
形光学材料へ電界を付与する第２の電界付与手段とから
構成されることを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】前記非線形光学材料はＢＢＯ結晶からな
ることを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項３】前記共振手段は、前記非線形光学材料の
射出側に配設されて光軸を通過する平面との入射光束の
断面形状と異なる光束の断面形状となるように前記基本
波長の光を反射すると共に前記変換波長の光を透過する
反射透過手段と、前記非線形光学材料と前記光射出手段
との間に配設されて前記非線形光学材料に入射された基
本波長の光が通過する基準光路に略一致する光路を通過
すると共に前記基本波長の光の光束の断面形状と略一致
する光束の断面形状となるように該反射透過手段によっ
て反射された光を反射する反射手段と、を含むことを特
徴とする請求項１に記載の波長変換装置。