JP2821710B2

JP2821710B2 - 発振光の波長変換装置

Info

Publication number: JP2821710B2
Application number: JP19962790A
Authority: JP
Inventors: 英夫鈴木
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1990-07-27
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JPH0484478A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、光パラメトリック発振器、光パラメトリッ
ク増幅器、高調波発生器、和または差周波発生器などに
使用され、非線形光学結晶を回動して励起光の結晶軸に
対する入射角度を変えて目的の波長のレーザを得るため
の発振光の波長変換装置に関するものである。

「従来の技術」一般に、光パラメトリック発振器は、第３図に示すよ
うに、非線形光学結晶（５）の両側に２つのミラー
（１）（２）を配置し、一方から励起光（８）を入射し
て、他方から発振光（10）を出力する。この非線形光学
結晶（５）の角度を変えて、結晶軸に対する励起光
（８）の入射角を変えると、発振光（10）はその角度に
応じて波長の異ったレーザが得られる。

このような光パラメトリック発振器において、前記非
線形光学結晶（５）にはBBO（β−BaB₂O₄）、尿素、KD
P、KD^＊Ｐ、ADP、LBOなど多数種類が存在する。

しかるに、BBOはわずかに吸水性を有するため空気中
では劣化する。

また、いずれの結晶も、表面でのフレネル反射を有す
るため、光パラメトリック発振器を使用すると、大きな
ロスとなる。これを防止するためARコート（結晶やガラ
スのフレネル反射を極力小さくするための塗膜）を施こ
すことが必要であるが、コーティングされた塗膜が入射
ビームによってダメージを受けるおそれがある。

そこで、第３図に示すように、非線形光学結晶（５）
を容器（３）に収納し、かつマッチング液（４）を充填
する。そして容器（３）には石英材からなる入射窓
（７）と出射窓（９）を設ける。

このような従来の装置では、非線形光学結晶（５）だ
けを回動させるのでなく、この結晶（５）を封入する容
器（３）と一体に回動させていたので、容器（３）が回
動したときにミラー（１）（２）に当らないようにミラ
ー（１）（２）間距離（すなわちキャビティ長）を大き
くしなければならなかった。このように、ミラー（１）
（２）間距離が大きくなると、それに伴って、単位時間
当りに発振光がミラー（１）（２）間を往復する回数が
減少し、効率の良い発振が得られないという問題点があ
った。

また、一般に角度整合型の発振の場合、結晶において
複屈折を避けることはできないので、発振光（10）の波
数ベクトルKs（シグナル）、Ki（アイドラー）の方向は
励起光（８）の波数ベクトルKpの方向と異なり、ミラー
（１）（２）間で多少の広がりがある。このため、ミラ
ー（１）（２）の一方（例えば入射側（１））を凹面ミ
ラーとするが、ミラー（１）（２）間距離が大きくなる
と、それに伴って発振光（10）の広がりも大きくなるの
で、ミラー（１）（２）の形状を大きくする必要があ
る。一方、誘電体多層膜からなるミラー（１）（２）
は、形状が大きくなればなるほど均一な特性を得るのが
難かしくなる。したがってミラー（１）（２）間距離が
大きくなるとそれに応じてミラー（１）（２）の形状を
も大きくしなければならず、このミラー（１）（２）の
形状が大きくなればなるほどその特性が不均一となり発
振が不安定になるという問題点があった。

本出願人はこのような問題点を解決するため、第２図
に示すように、容器（３）は回動せず、非線形光学結晶
（５）だけが回動するようにしたものを提案した（特開
昭63−170619号）。

この第２図において、支持枠体（12）の内部には、ス
テッピングモータ（14）が固定され、上部にはマッチン
グ液（４）を密封した容器（３）の底部の一部が嵌入し
て固定されている。前記ステッピングモータ（14）には
カップリング（18）を介して前記容器（３）内に突出す
る回動軸（19）が連結され、この回動軸（19）は、軸受
（20）（21）およびオイルシール（22）によって前記支
持枠体（12）および容器（３）に軸支されている。前記
回動軸（19）の先端部には回転テーブル（23）が固設さ
れ、この回転テーブル（23）上には、非線形光学結晶
（５）が固着している。前記容器（３）の左右側壁には
石英材からなる入射窓（７）と出射窓（９）とが設けら
れている。（１）（２）は前記容器（３）の入射窓
（７）と出射窓（９）の外側に配設された誘電体多層膜
からなるミラーである。

以上のような構成において、励起光（８）としてNd−
YAGレーザの第３高調波レーザ光（波長λｐ＝355nm）が
入力すると、光パラメトリック発振により、シグナル
（波長λｓ）とアイドラー（波長λｉ）からなる発振光
（10）が生じる。ステッピングモータ（14）の駆動で非
線形光学結晶（５）を中心軸（６）の回りに矢印方向に
回動することによって、結晶軸に対する励起光（８）の
入射角を変えると、発振光（10）の波長（λｓ、λｉ）
は一定範囲内（例えば500〜1230nm）で連続的に変る。
この発振光（10）の波長を変えるときにおいて、容器
（３）は固定したままであり非線形光学結晶（５）だけ
が回動する。

「発明が解決しようとする課題」第２図および第３図の従来例において、ミラー（１）
（２）が容器（３）の外側に設置されるので、このミラ
ー（１）（２）の表面でのフレネル反射が生じて光パラ
メトリック発振時に大きな損失となるという問題があっ
た。また、ミラー（１）（２）が容器（３）の両側に設
けた入射窓（７）と出射窓（９）の外方に設置されるの
で、依然としてミラー（１）（２）間の距離が大きく、
キャビティのロスが大きかった。

本発明の目的はミラーでのフレネル反射による損失の
少ない装置を得ることにある。

本発明の他の目的はキャビティのロスを小さくできる
装置を得ることにある。

「課題を解決するための手段」本発明はレーザを非線形光学結晶に入射してこの非線
形光学結晶の回動角度によって出力光の波長を変換する
光パラメトリック発振器において、前記非線形光学結晶
を容器内に収納し、この容器のレーザ入射側に、ミラー
兼入射窓を設け、レーザ出射側に、ミラー兼出射窓を設
けてなるものである。

「作用」非線形光学結晶は容器内にマッチング液とともに収納
され、かつ容器にはミラー兼入射窓とミラー兼出射窓と
を設ける。そのため、非線形光学結晶の吸水性のダメー
ジを防止し、かつキャビティのロスを防止し、さらにミ
ラーでのフレネル反射によるロスを防止できる。

「実施例」以下、本発明の一実施例を図面に基き説明する。

（11）は固定的な床で、この床（11）上にはステッピ
ングモータ（14）と非線形光学結晶（５）とを支持する
ための支持枠体（12）が取付けられている。さらに詳し
くはこの支持枠体（12）の内部には支持部材（13）にて
前記ステッピングモータ（14）が固着され、また上部に
はマッチング液（４）を充填した容器（３）が固定され
ている。前記ステッピングモータ（14）の垂直なモータ
回転軸（17）の上端にはカップリング（18）を介して回
転軸（19）が連結されている。この回転軸（19）は軸受
（20）（21）とオイルシール（22）によって液密に上方
へ伸び、前記容器（３）の底部から内部まで突出してい
る。この回転軸（19）の上端には回転テーブル（23）が
固設され、その上には前記非線形光学結晶（５）が固着
されている。この非線形光学結晶（５）としては例えば
BBO（β−BaB₂O₄）、尿素、KDP、KD^＊Ｐ、ADP、LBOなど
が使用される。

前記容器（３）の左右側壁には入射開口（35）と出射
開口（36）が形成されている。これらの開口（35）（3
6）には両端開口したベローズ（37）（38）を介してミ
ラー支枠（39）（40）が設けられ、このミラー支枠（3
9）（40）には、それぞれミラー兼入射窓（41）とミラ
ー兼出射窓（42）とがＯリング（43）（44）を介して液
密に固着されている。前記ミラー支枠（39）（40）には
フランジ（45）（46）が設けられている。このフランジ
（45）（46）には中心に光透過孔（47）（48）を有する
ジンバル状の円形枠（49）（50）がばね（51）（52）を
介して設けられ、この円形枠（49）（50）とフランジ
（45）（46）間の１点にはあおり支点（53）（54）が設
けられ、他の１点にはＸ軸あおり調整ねじ（55）（56）
とさらに必要に応じてＹ軸あおり調整ねじ（57）（58）
が設けられる。また、円形枠（49）（50）には、上下、
前後の調整手段（59）（60）がそれぞれ設けられる。な
お、ミラー（41）（42）間のキャビティ長があおり調整
で変化したとき容器（３）内の容積が変化するので、内
部のマッチング液（４）もこれに追従して増減するよう
に安全弁等を設けることが望ましい。また、マッチング
液（４）としては、非線形光学結晶（５）の屈折率と近
似したものが選ばれる。例えばBBOの場合にはフロロカ
ーボン系、沸化カーボン系などが用いられる。

以上のような構成において、励起光（８）としてNd−
YAGレーザの第３高調波レーザ光（波長λｐ＝355nm）が
入力すると、光パラメトリック発振により、シグナル
（波長λｓ）とアイドラー（波長λｉ）からなる発振光
（10）が生じる。ステッピングモータ（14）の駆動で非
線形光学結晶（５）を中心軸（６）の回りに矢印方向に
回動することによって、結晶軸に対する励起光（８）の
入射角を変えると、発振光（10）の波長（λｓ、λｉ）
は一定範囲内（例えば500〜1230nm）で連続的に変る。
この発振光（10）の波長を変えるときにおいて、容器
（３）は固定したまま非線形光学結晶（５）だけを回動
する。この場合、キャビティ間で発振するレーザがより
効果的に増幅作用をなすように、ミラー兼入射窓（41）
とミラー兼出射窓（42）とをＸ軸および／またはＹ軸の
あおり調整ねじ（55）（56）、（57）（58）にて調整す
る。

なお、容器（３）内のマッチング液（４）に代えて、
真空または水分を含まない気体を充填するようにしても
よい。

「発明の効果」本発明は上述のように構成したので以下の効果を有す
る。

（１）非線形光学結晶を収納した容器の両側にミラー兼
入射窓とミラー兼出射窓を形成したので、キャビティ長
を可及的に短かくできる。ミラー間距離が短かくなれ
ば、単位時間当りに発振光がミラー間を往復する回数が
多くなるので、高効率の発振が得られる。さらに、ミラ
ー間距離が短かくなれば、それに伴って結晶の複屈折に
基づく発振光の広がりも小さくなるので、ミラーの形状
を従来より小さくすることができ、均一な特性にするこ
とができる。したがって、安定した発振光を得ることが
できる。

（２）窓でのロスを小さくできるとともに、ミラーでの
フレネル反射によるロスを小さくできる。

（３）結晶は容器内に収納させるので、BBOを用いても
吸湿によるロスがない。

（４）ミラー兼窓にあおり機構を設けたので、共振条件
を定め易くなり、高効率の増幅発振作用となる。すなわ
ち、ミラー兼窓や結晶の両端面が正確に平行でないよう
なことがあっても、あおり機構を設けることによって最
適な発振条件を満たすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光パラメトリック発振器の一実施
例を示す要部の断面図、第２図および第３図はそれぞれ
異なる従来例を示す構成図である。（３）……容器、（５）……非線形光学結晶、（８）…
…励起光、（10）……発振光、（41）……ミラー兼入射
窓、（42）……ミラー兼出射窓、（55）（56）……Ｘ軸
あおり調整ねじ、（57）（58）……Ｙ軸あおり調整ね
じ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/108 - 3/109 G02F 1/39

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザを非線形光学結晶に入射してこの非
線形光学結晶の回動角度によって出力光の波長を変換す
る光パラメトリック発振器において、前記非線形光学結
晶を容器内に収納し、この容器のレーザ入射側に、ミラ
ー兼入射窓を設け、レーザ出射側に、ミラー兼出射窓を
設けてなることを特徴とする発振光の波長変換装置。
【請求項２】ミラー兼入射窓とミラー兼出射窓はそれぞ
れあおり機構を具備してなる請求項（１）記載の発振光
の波長変換装置。
【請求項３】あおり機構はＸ軸および／またはＹ軸のあ
おり調整ねじからなる請求項（２）記載の発振光の波長
変換装置。
【請求項４】ミラー兼入射窓とミラー兼出射窓はそれぞ
れ上下、前後の調整手段を具備してなる請求項（１）、
（２）または（３）記載の発振光の波長変換装置。