JP2849233B2 - バルク型共振器構造の光波長変換装置 - Google Patents
バルク型共振器構造の光波長変換装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非線型光学効果を用い
た光波長変換装置に関し、詳しくは、非線型光学結晶よ
りなるリング型共振器およびＶ字型共振器を用いて半導
体レーザからのレーザ光の基本波を安定に波長変換する
光波長変換装置に関するものである。
た光波長変換装置に関し、詳しくは、非線型光学結晶よ
りなるリング型共振器およびＶ字型共振器を用いて半導
体レーザからのレーザ光の基本波を安定に波長変換する
光波長変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、非線形光学効果を利用して、
非線形媒質（または非線型光学結晶）に光を入射させ
て、高調波を発生させる技術が既知である。例えば、第
２高調波発生（またはＳＨＧ（second harmonic genera
tion））を行う適切な中心対称性を欠く２次の非線形媒
質を用いれば、波長ωのレーザ光を入射するだけで、容
易に２ωの光が得られるため、短波長への光波長変換素
子として頻繁に用いられている。また効率のよいＳＨＧ
の条件は、位相整合が満たされるときであり、非線形媒
質が複屈折性を有していて、第２高調波の屈折率が基本
波の屈折率と一致するような結晶方位と偏光配置が存在
するときに満たされる。位相整合可能な２次の非線形材
料（ＳＨＧ素子）としては、ＫＨ2 ＰＯ4(ＫＤＰ），Ｌ
ｉＮｂＯ3 ，ＫＮｂＯ3 ，ＫＴＰ，Ａｇ3 ＡｓＳ3 ，Ｃ
Ｏ（ＮＨ2)2(ＵＲＥＡ）などがある。
非線形媒質（または非線型光学結晶）に光を入射させ
て、高調波を発生させる技術が既知である。例えば、第
２高調波発生（またはＳＨＧ（second harmonic genera
tion））を行う適切な中心対称性を欠く２次の非線形媒
質を用いれば、波長ωのレーザ光を入射するだけで、容
易に２ωの光が得られるため、短波長への光波長変換素
子として頻繁に用いられている。また効率のよいＳＨＧ
の条件は、位相整合が満たされるときであり、非線形媒
質が複屈折性を有していて、第２高調波の屈折率が基本
波の屈折率と一致するような結晶方位と偏光配置が存在
するときに満たされる。位相整合可能な２次の非線形材
料（ＳＨＧ素子）としては、ＫＨ2 ＰＯ4(ＫＤＰ），Ｌ
ｉＮｂＯ3 ，ＫＮｂＯ3 ，ＫＴＰ，Ａｇ3 ＡｓＳ3 ，Ｃ
Ｏ（ＮＨ2)2(ＵＲＥＡ）などがある。
【０００３】上記ＳＨＧ素子を複数のミラー配置で構成
したリング型共振器内に配置して、第２高調波を安定に
発生させる光波長変換装置が従来より知られており、各
種の型のものが提案されている。例えば米国特許４，８
８４，２７６号公報等がある。ここで、半導体レーザに
おいては、ガスレーザと比べて波長（もしくは光の周波
数）の安定性が悪く、そのため半導体レーザからのレー
ザ光の波長（光の周波数）を安定して発振することが重
要となってきている。その中の一つにリング型共振器か
らの戻り光を利用して半導体レーザからのレーザ光の波
長（光の周波数）を安定して発振する方法がある。
したリング型共振器内に配置して、第２高調波を安定に
発生させる光波長変換装置が従来より知られており、各
種の型のものが提案されている。例えば米国特許４，８
８４，２７６号公報等がある。ここで、半導体レーザに
おいては、ガスレーザと比べて波長（もしくは光の周波
数）の安定性が悪く、そのため半導体レーザからのレー
ザ光の波長（光の周波数）を安定して発振することが重
要となってきている。その中の一つにリング型共振器か
らの戻り光を利用して半導体レーザからのレーザ光の波
長（光の周波数）を安定して発振する方法がある。
【０００４】また、Ａｒイオンレーザ等の高出力のガス
レーザはあるものの、大型であり、電流の変換効率が悪
く、電源が大きく、水冷の必要があり、コンパクトなレ
ーザ光源が望まれている。
レーザはあるものの、大型であり、電流の変換効率が悪
く、電源が大きく、水冷の必要があり、コンパクトなレ
ーザ光源が望まれている。
【０００５】例えば、姉尾等により提出された文献「レ
ーザ・原子発振器と極限光量子光学」シンポジウム予槁
集、１９９０、第３８頁には、図７に示すような、ダイ
オードレーザ１０１と、レンズ１０３と、ＰＺＴ素子１
０７により微小位置変化自在のミラー１０５と、所定の
配置で設けられ、リング型共振器を構成する例えば３個
の部分透過ミラー１０９と全反射ミラー１１１，１１３
と、ミラーが構成するリング型共振器の一光路上に配設
されるＳＨＧ（結晶）素子１１５と、ミラーが構成する
リング型共振器から射出される第２高調波を透過して出
力光とし、リング型共振器からの半導体レーザのもれ光
を反射して電気的フィードバック用とするダイクロイッ
クミラー１１７と、ダイクロイックミラー１１７で反射
されたレーザ光のもれ光（基本波）を検出する光検出器
１１９と、光検出器１１９で検出した光信号を信号処理
し、信号処理されて得られた信号に基づいてＰＺＴ素子
１０７を駆動して、ミラー１０５を微小位置変化させ、
光路長を変化させる信号処理回路１２１とから構成され
る光波長変換装置が示されている。
ーザ・原子発振器と極限光量子光学」シンポジウム予槁
集、１９９０、第３８頁には、図７に示すような、ダイ
オードレーザ１０１と、レンズ１０３と、ＰＺＴ素子１
０７により微小位置変化自在のミラー１０５と、所定の
配置で設けられ、リング型共振器を構成する例えば３個
の部分透過ミラー１０９と全反射ミラー１１１，１１３
と、ミラーが構成するリング型共振器の一光路上に配設
されるＳＨＧ（結晶）素子１１５と、ミラーが構成する
リング型共振器から射出される第２高調波を透過して出
力光とし、リング型共振器からの半導体レーザのもれ光
を反射して電気的フィードバック用とするダイクロイッ
クミラー１１７と、ダイクロイックミラー１１７で反射
されたレーザ光のもれ光（基本波）を検出する光検出器
１１９と、光検出器１１９で検出した光信号を信号処理
し、信号処理されて得られた信号に基づいてＰＺＴ素子
１０７を駆動して、ミラー１０５を微小位置変化させ、
光路長を変化させる信号処理回路１２１とから構成され
る光波長変換装置が示されている。
【０００６】上記光波長変換装置において、ダイオード
レーザ１０１に共振モードで進行するレーザ光の一部が
ミラー１０９，１１１，１１３とから構成されるリング
型共振器のＳＨＧ素子１１５の端面で反射されて、ダイ
オードレーザ１０１に戻される。これは一般に戻り光と
称されているが、この戻り光がリング型共振器の共振時
にダイオードレーザ１０１に戻った場合に、「モード引
き込み」と称されるダイオードレーザ１０１の発振波長
が戻り光の共振波長に自動的に引き込まれ、周波数揺ら
ぎが抑圧されるという現象が生じる。このため、ダイオ
ードレーザ１０１からリング型共振器の共振波長とほぼ
同一である波長のレーザ光が出射されるため、リング型
共振器から安定したレーザ光の第２高調波が得られる。
レーザ１０１に共振モードで進行するレーザ光の一部が
ミラー１０９，１１１，１１３とから構成されるリング
型共振器のＳＨＧ素子１１５の端面で反射されて、ダイ
オードレーザ１０１に戻される。これは一般に戻り光と
称されているが、この戻り光がリング型共振器の共振時
にダイオードレーザ１０１に戻った場合に、「モード引
き込み」と称されるダイオードレーザ１０１の発振波長
が戻り光の共振波長に自動的に引き込まれ、周波数揺ら
ぎが抑圧されるという現象が生じる。このため、ダイオ
ードレーザ１０１からリング型共振器の共振波長とほぼ
同一である波長のレーザ光が出射されるため、リング型
共振器から安定したレーザ光の第２高調波が得られる。
【０００７】しかし、上記構成のＳＨＧ素子を用いたリ
ング型共振器では、戻り光を発生する端面が２個あり、
２箇所で反射が起こるため、そこで戻り光に消費される
共振レーザ光のロスが発生し、これがレーザ光の第２高
調波への効率を低下させる。また、空気中のゴミ等がミ
ラーに付着し内部パワーが減少し、出力が低下しやすい
という問題点がある。また米国応用物理学会の会報Ｖｏ
ｌ．５６，Ｎｏ．２３，４，Ｊｕｎｅ １９９０の第２
２９１頁〜第２２９２頁にあるように、モノリシックな
リング型共振器が知られている。しかしながら、これは
安定した第２高調波を得るために、半導体レーザ光を外
部からの電気信号によって周波数安定化を図らなければ
ならず、かつ光アイソレータが必要であり、高コストで
あった。また外部からの周波数安定化のみでは十分に安
定化できず、得られた第２高調波も出力が不安定であっ
た。また、上記構成のハーフミラーを用いたリング型共
振器の大きさは、約数センチメートル角程度であるた
め、小型化が困難であり、また調整にも手間がかかり、
振動に影響され易いという欠点がある。
ング型共振器では、戻り光を発生する端面が２個あり、
２箇所で反射が起こるため、そこで戻り光に消費される
共振レーザ光のロスが発生し、これがレーザ光の第２高
調波への効率を低下させる。また、空気中のゴミ等がミ
ラーに付着し内部パワーが減少し、出力が低下しやすい
という問題点がある。また米国応用物理学会の会報Ｖｏ
ｌ．５６，Ｎｏ．２３，４，Ｊｕｎｅ １９９０の第２
２９１頁〜第２２９２頁にあるように、モノリシックな
リング型共振器が知られている。しかしながら、これは
安定した第２高調波を得るために、半導体レーザ光を外
部からの電気信号によって周波数安定化を図らなければ
ならず、かつ光アイソレータが必要であり、高コストで
あった。また外部からの周波数安定化のみでは十分に安
定化できず、得られた第２高調波も出力が不安定であっ
た。また、上記構成のハーフミラーを用いたリング型共
振器の大きさは、約数センチメートル角程度であるた
め、小型化が困難であり、また調整にも手間がかかり、
振動に影響され易いという欠点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、上記問題点を解消し、リング型共振器を小型でコン
パクトなものとし、振動などの影響にも強く、調整フリ
ーであるリング型共振器を備える光波長変換装置を提供
することにある。その結果、光をもどす光路長が変化し
ないような系に上記光学系を構成することによって全く
フィードバックの回路系を必要としなくなることを十分
に可能である。
は、上記問題点を解消し、リング型共振器を小型でコン
パクトなものとし、振動などの影響にも強く、調整フリ
ーであるリング型共振器を備える光波長変換装置を提供
することにある。その結果、光をもどす光路長が変化し
ないような系に上記光学系を構成することによって全く
フィードバックの回路系を必要としなくなることを十分
に可能である。
【０００９】本発明の第２の目的は、戻り光の発生する
箇所を少なくし、共振器内部の光出力の損失を少なく
し、高効率で第２高調波が得られる光波長変換装置を提
供することにある。
箇所を少なくし、共振器内部の光出力の損失を少なく
し、高効率で第２高調波が得られる光波長変換装置を提
供することにある。
【００１０】本発明の第３の目的は、共振器内部で共振
させることで、第２高調波の位相の重ね合わせを行い、
レーザ光の第２高調波をさらに効率よく発生させ、高出
力化を可能にする光波長変換装置を提供することにあ
る。
させることで、第２高調波の位相の重ね合わせを行い、
レーザ光の第２高調波をさらに効率よく発生させ、高出
力化を可能にする光波長変換装置を提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１の態様によれば、半導体レーザからの
レーザ光をリング型共振器内にて共振させ光波長変換す
る光波長変換装置において、前記リング型共振器が、非
線型光学結晶と他の光学材料とを接合し、その接合面で
反射した戻り光が半導体レーザに戻るようにしたバルク
型共振器構造であることを特徴とする光波長変換装置が
提供される。
め、本発明の第１の態様によれば、半導体レーザからの
レーザ光をリング型共振器内にて共振させ光波長変換す
る光波長変換装置において、前記リング型共振器が、非
線型光学結晶と他の光学材料とを接合し、その接合面で
反射した戻り光が半導体レーザに戻るようにしたバルク
型共振器構造であることを特徴とする光波長変換装置が
提供される。
【００１２】
【００１３】また、本発明の第２の態様によれば、半導
体レーザからのレーザ光をリング型共振器内にて共振さ
せ光波長変換する光波長変換装置において、前記リング
型共振器が非線型光学結晶からなるバルク型共振器構造
であって、そのいずれかのレーザ光の内部反射面に相当
する外面に回折格子を配設して、半導体レーザへの戻り
光を発生させることを特徴とする光波長変換装置が提供
される。ここで、前記回折格子は、前記内部反射面に相
当する外面に対して接離可能であり、その離間距離が可
変であるのが好ましい。
体レーザからのレーザ光をリング型共振器内にて共振さ
せ光波長変換する光波長変換装置において、前記リング
型共振器が非線型光学結晶からなるバルク型共振器構造
であって、そのいずれかのレーザ光の内部反射面に相当
する外面に回折格子を配設して、半導体レーザへの戻り
光を発生させることを特徴とする光波長変換装置が提供
される。ここで、前記回折格子は、前記内部反射面に相
当する外面に対して接離可能であり、その離間距離が可
変であるのが好ましい。
【００１４】本発明の好適な態様によれば、前記半導体
レーザが縦モードおよび横モードがマルチモードであ
り、前記戻り光によって縦モード、横モードとも単一モ
ード化するのがよい。
レーザが縦モードおよび横モードがマルチモードであ
り、前記戻り光によって縦モード、横モードとも単一モ
ード化するのがよい。
【００１５】
【作用】本発明はＡｒイオンレーザ等のガスレーザでは
得られていた短波長でかつ高出力のレーザ光を、小型の
半導体レーザで得ようとするものである。
得られていた短波長でかつ高出力のレーザ光を、小型の
半導体レーザで得ようとするものである。
【００１６】本発明によれば、リング型共振器は、光学
材料がバルク型共振器構造を有しており、かつ共振時の
レーザ光の一部を半導体レーザに戻すことが可能である
ため、リング型共振器からの戻り光を利用して半導体レ
ーザの周波数揺らぎを抑制し、また発振スペクトルを狭
窄化することができ、かつバルク型共振器構造のため振
動にも強く、小型にすることができる。なお、本発明に
おいて「バルク型」とは、モノリシック構造、一体型構
造を含む意味として使用する。
材料がバルク型共振器構造を有しており、かつ共振時の
レーザ光の一部を半導体レーザに戻すことが可能である
ため、リング型共振器からの戻り光を利用して半導体レ
ーザの周波数揺らぎを抑制し、また発振スペクトルを狭
窄化することができ、かつバルク型共振器構造のため振
動にも強く、小型にすることができる。なお、本発明に
おいて「バルク型」とは、モノリシック構造、一体型構
造を含む意味として使用する。
【００１７】ここで、本発明の第１の態様によれば、バ
ルク型共振器構造のリング型共振器内部に戻り光を発生
する接合面を有し、このため戻り光はその接合面でのみ
発生し、戻り光を発生するためにレーザ光の共振エネル
ギーの損失を少なくすることができる。
ルク型共振器構造のリング型共振器内部に戻り光を発生
する接合面を有し、このため戻り光はその接合面でのみ
発生し、戻り光を発生するためにレーザ光の共振エネル
ギーの損失を少なくすることができる。
【００１８】
【００１９】また、本発明の第２の態様によれば、リン
グ型共振器はモノリシック構造とし、内部反射面の外側
に回折格子を配設することにより、戻り光を発生させる
ので、回折格子の効率を適宜調節することにより、所要
の量の戻り光を得ることができ、１箇所の内部反射面で
戻り光が発生されるため、共振器損失も従来に比べて少
なくなり、高効率の第２高調波変換が得られる。
グ型共振器はモノリシック構造とし、内部反射面の外側
に回折格子を配設することにより、戻り光を発生させる
ので、回折格子の効率を適宜調節することにより、所要
の量の戻り光を得ることができ、１箇所の内部反射面で
戻り光が発生されるため、共振器損失も従来に比べて少
なくなり、高効率の第２高調波変換が得られる。
【００２０】本発明の好適な態様によれば、半導体レー
ザは、縦モード、および横モードともマルチモードであ
っても高出力であるのがよい。マルチモードレーザを用
いると上記共振器が外部共振器となり、外部共振器の周
波数にマルチモードレーザが注入同期され、高出力の縦
・横シングルモードレーザになるため、シングルモード
のまま出力を増加することができ、高出力の第２高調波
を得ることができる。
ザは、縦モード、および横モードともマルチモードであ
っても高出力であるのがよい。マルチモードレーザを用
いると上記共振器が外部共振器となり、外部共振器の周
波数にマルチモードレーザが注入同期され、高出力の縦
・横シングルモードレーザになるため、シングルモード
のまま出力を増加することができ、高出力の第２高調波
を得ることができる。
【００２１】
【実施例】本発明に係る光波長変換装置の一実施例を図
面を参照して詳細に説明する。
面を参照して詳細に説明する。
【００２２】本発明に係る装置構成は、従来技術で説明
した装置構成とほぼ同一であり、異なる点は、リング型
共振器１９が主にバルク型となっている点にある。
した装置構成とほぼ同一であり、異なる点は、リング型
共振器１９が主にバルク型となっている点にある。
【００２３】本発明の光波長変換装置は、図１に示すよ
うに、レーザ光Ａを射出するダイオードレーザ１１と、
レンズ１３と、本発明の主要な部品であるＳＨＧ素子を
用いてバルク構造で形成されたリング型共振器１９と、
これを微小変動自在とするためのＰＺＴ素子１７と、リ
ング型共振器１９から射出される第２高調波を透過して
出力光Ａ’とし、レーザ光の基本波であり、リング型共
振器からのもれ光である半導体レーザ光を反射してフィ
ードバック用とするダイクロイックミラー２１と、ダイ
クロイックミラー２１で反射されたレーザ光の基本波の
もれ光を検出する光検出器２３と、光検出器２３で検出
した光信号を信号処理し、信号処理されて得られた信号
に基づいてＰＺＴ素子１７を駆動して、リング型共振器
１９を微小変動させ、光路長を変化させる信号処理回路
２５とから構成される。ただし、図示しないが、上記光
学系は、熱膨張のほとんどない材質、例えばスーパーイ
ンバー等の基台上で組み立てるのが好ましい。それによ
って、温度変化のあまりない環境下では前記の信号処理
回路が全く必要でなくなる場合もある。
うに、レーザ光Ａを射出するダイオードレーザ１１と、
レンズ１３と、本発明の主要な部品であるＳＨＧ素子を
用いてバルク構造で形成されたリング型共振器１９と、
これを微小変動自在とするためのＰＺＴ素子１７と、リ
ング型共振器１９から射出される第２高調波を透過して
出力光Ａ’とし、レーザ光の基本波であり、リング型共
振器からのもれ光である半導体レーザ光を反射してフィ
ードバック用とするダイクロイックミラー２１と、ダイ
クロイックミラー２１で反射されたレーザ光の基本波の
もれ光を検出する光検出器２３と、光検出器２３で検出
した光信号を信号処理し、信号処理されて得られた信号
に基づいてＰＺＴ素子１７を駆動して、リング型共振器
１９を微小変動させ、光路長を変化させる信号処理回路
２５とから構成される。ただし、図示しないが、上記光
学系は、熱膨張のほとんどない材質、例えばスーパーイ
ンバー等の基台上で組み立てるのが好ましい。それによ
って、温度変化のあまりない環境下では前記の信号処理
回路が全く必要でなくなる場合もある。
【００２４】ダイオードレーザ１１としては例えば発振
波長が８６０ｎｍ程度のＧａＡｌＡｓダイオードレーザ
を用い、このダイオードレーザから射出された光をＫＮ
ｂＯ3 結晶を用いたモノリシック共振器に入射させて、
約４３０ｎｍの波長の（青色）光をモノリシック共振器
から出射させる。また、ダイオードレーザ１１は、一般
に単一縦モードが用いられているが、本発明では縦・横
モード・マルチモードのレーザ光を発するものでもよ
い。その例としては、スペクトラ・ダイオード・ラボラ
トリ（Spectra Diode Lab.）社製のアレイレーザや、ソ
ニー社製のブロードエリアレーザ等がある。このように
マルチモードを発振する場合には、発振される光強度を
大きくすることができるので、高効率の第２高調波を得
ることができる。この理由は、光波長変換が光強度の２
乗に比例するためである。
波長が８６０ｎｍ程度のＧａＡｌＡｓダイオードレーザ
を用い、このダイオードレーザから射出された光をＫＮ
ｂＯ3 結晶を用いたモノリシック共振器に入射させて、
約４３０ｎｍの波長の（青色）光をモノリシック共振器
から出射させる。また、ダイオードレーザ１１は、一般
に単一縦モードが用いられているが、本発明では縦・横
モード・マルチモードのレーザ光を発するものでもよ
い。その例としては、スペクトラ・ダイオード・ラボラ
トリ（Spectra Diode Lab.）社製のアレイレーザや、ソ
ニー社製のブロードエリアレーザ等がある。このように
マルチモードを発振する場合には、発振される光強度を
大きくすることができるので、高効率の第２高調波を得
ることができる。この理由は、光波長変換が光強度の２
乗に比例するためである。
【００２５】この構成における共振器の共振内部パワー
を最大にする動作を説明すると、ダイオードレーザ１１
からレンズ１３を経てレーザ光Ａを共振器１９に入射さ
せて、共振させる。その結果高い内部パワーになるため
に非線型結晶内で高効率に前記半導体レーザ光が第２高
調波に光波長変換される。ダイクロイックミラー２１に
よって共振器からもれ出たもれ光（即ち基本波のみ）を
光検出器２３に入射し、第２高調波のみを外に取り出
す。光検出器２３で得られたレーザ光の強度に対応した
信号を信号処理回路２５に送り、信号処理回路２５は常
にレーザ光の光強度が一定となるように、リング型共振
器１９の裏面（または底面）に設けられてミラーの角度
を微調整しえるＰＺＴ素子１７を制御して、レーザ光Ａ
の光路上の空気の揺らぎに基づく光路長のフラツキを無
くすため光路長が一定となるように調整する。信号処理
回路２５については、安定化制御を行える公知技術を用
いて達成される。
を最大にする動作を説明すると、ダイオードレーザ１１
からレンズ１３を経てレーザ光Ａを共振器１９に入射さ
せて、共振させる。その結果高い内部パワーになるため
に非線型結晶内で高効率に前記半導体レーザ光が第２高
調波に光波長変換される。ダイクロイックミラー２１に
よって共振器からもれ出たもれ光（即ち基本波のみ）を
光検出器２３に入射し、第２高調波のみを外に取り出
す。光検出器２３で得られたレーザ光の強度に対応した
信号を信号処理回路２５に送り、信号処理回路２５は常
にレーザ光の光強度が一定となるように、リング型共振
器１９の裏面（または底面）に設けられてミラーの角度
を微調整しえるＰＺＴ素子１７を制御して、レーザ光Ａ
の光路上の空気の揺らぎに基づく光路長のフラツキを無
くすため光路長が一定となるように調整する。信号処理
回路２５については、安定化制御を行える公知技術を用
いて達成される。
【００２６】本発明の主要な部分であるバルク型共振器
構造を有するリング型共振器について以下に説明する。
構造を有するリング型共振器について以下に説明する。
【００２７】本発明に係るバルク型共振器構造のリング
型共振器は種々の態様があるが、まず、第１の態様にお
いて、図２に示すように、２個のＳＨＧ素子をオプティ
カル・セメントで接合してバルク型共振器構造とした共
振器１９Ａが例示される。この構造は、２個のＳＨＧ素
子を材質の異なるオプティカル・セメント４１で接合す
ることにより、屈折率に若干の差があるオプティカルセ
メントと非線形光学結晶との接合面にフレネル反射を生
じ、ダイオードレーザ１１への戻り光Ｂを発生させるも
のである。共振器内部では、戻り光Ｂの分の光損失は２
回分あるものの、他の反射面ではほぼ１００％に近い程
度でレーザ光の第２高調波の反射が行われるため、共振
器内部の所定の光路、即ち光路Ａ1,Ａ2,Ａ3,Ａ4 を通
り、共振される。
型共振器は種々の態様があるが、まず、第１の態様にお
いて、図２に示すように、２個のＳＨＧ素子をオプティ
カル・セメントで接合してバルク型共振器構造とした共
振器１９Ａが例示される。この構造は、２個のＳＨＧ素
子を材質の異なるオプティカル・セメント４１で接合す
ることにより、屈折率に若干の差があるオプティカルセ
メントと非線形光学結晶との接合面にフレネル反射を生
じ、ダイオードレーザ１１への戻り光Ｂを発生させるも
のである。共振器内部では、戻り光Ｂの分の光損失は２
回分あるものの、他の反射面ではほぼ１００％に近い程
度でレーザ光の第２高調波の反射が行われるため、共振
器内部の所定の光路、即ち光路Ａ1,Ａ2,Ａ3,Ａ4 を通
り、共振される。
【００２８】本発明の第１の態様の他の例として、図３
に示すバルク型共振器構造が例示される。このバルク型
共振器１９Ｂは、ＳＨＧ素子４３のコアの両側に光学ガ
ラスよりなる所定形状の端面を有するガラス部分４５，
４７をそれぞれＳＨＧ素子４３の両側に接合したもので
ある。また、戻り光は、ＳＨＧ素子４３とガラスミラー
４５との接合面Ｈ1 およびＳＨＧ素子４３とガラス４７
との接合面Ｈ2 とから発生され、またその接合面Ｈ1 ，
Ｈ2 で共振光の損失が生じる。この例では、接合面
Ｈ1 ，Ｈ2 をレーザ光が通過する回数が多くなるため光
損失は大きく、第２高調波を発生する効率がある程度劣
化するという欠点はあるが、ＳＨＧ素子４３の形状が簡
単な形状であるため、バルク型共振器構造の形成が容易
であるという利点がある。またガラスから作成されたミ
ラーであるため加工が容易であり、低コスト化できる。
に示すバルク型共振器構造が例示される。このバルク型
共振器１９Ｂは、ＳＨＧ素子４３のコアの両側に光学ガ
ラスよりなる所定形状の端面を有するガラス部分４５，
４７をそれぞれＳＨＧ素子４３の両側に接合したもので
ある。また、戻り光は、ＳＨＧ素子４３とガラスミラー
４５との接合面Ｈ1 およびＳＨＧ素子４３とガラス４７
との接合面Ｈ2 とから発生され、またその接合面Ｈ1 ，
Ｈ2 で共振光の損失が生じる。この例では、接合面
Ｈ1 ，Ｈ2 をレーザ光が通過する回数が多くなるため光
損失は大きく、第２高調波を発生する効率がある程度劣
化するという欠点はあるが、ＳＨＧ素子４３の形状が簡
単な形状であるため、バルク型共振器構造の形成が容易
であるという利点がある。またガラスから作成されたミ
ラーであるため加工が容易であり、低コスト化できる。
【００２９】実際の共振器１９Ａ，１９Ｂは、例えば長
さ７ｍｍのＫＮｂＯ3 の結晶の両端面を湾曲面（Ｒ＝５
０ｍｍ）に磨き上げられている。かかる共振器１９Ｂ
は、１６０ｍＷのレーザ光を入射させた場合に、１０ｍ
Ｗのレーザ光の第２高調波が得られ、１Ｗのレーザ光を
入射させた場合に、２００ｍＷのレーザ光の第２高調波
が得られる。
さ７ｍｍのＫＮｂＯ3 の結晶の両端面を湾曲面（Ｒ＝５
０ｍｍ）に磨き上げられている。かかる共振器１９Ｂ
は、１６０ｍＷのレーザ光を入射させた場合に、１０ｍ
Ｗのレーザ光の第２高調波が得られ、１Ｗのレーザ光を
入射させた場合に、２００ｍＷのレーザ光の第２高調波
が得られる。
【００３０】
【００３１】次に本発明に係る光波長変換装置の第２の
態様について図４〜６を参照して説明する。
態様について図４〜６を参照して説明する。
【００３２】ここで例示されるリング型共振器１９Ｄお
よび１９Ｅは、ＳＨＧ素子を所定の共振器形状とし、か
つ内部反射面には光が臨界角で入射して全反射するよう
に設計してあり、かつこの共振器のいずれかの内部反射
位置の外面に戻り光を発生するための回折格子４９，５
１をそれぞれ配設したものである。回折格子は１００％
入ってきた光を戻すような位相型のグレーティング（ｇ
ｌａｔｉｎｇ）を用いるとよい。
よび１９Ｅは、ＳＨＧ素子を所定の共振器形状とし、か
つ内部反射面には光が臨界角で入射して全反射するよう
に設計してあり、かつこの共振器のいずれかの内部反射
位置の外面に戻り光を発生するための回折格子４９，５
１をそれぞれ配設したものである。回折格子は１００％
入ってきた光を戻すような位相型のグレーティング（ｇ
ｌａｔｉｎｇ）を用いるとよい。
【００３３】図４に示す回折格子４９で戻り光を発生す
る機構については、図５を参照して説明する。図５に示
す共振器の内部反射面において、光が臨界角で入射し、
全反射する際にエバネッセント波が共振器側から外部空
間側へ伝わっている。したがって、内部反射した光は、
ある程度光が反射面（境界面）から外側（外部空間側）
に出てから反射されると解釈することができる。この場
合に、反射面と対応する位置の共振器外側に、所定微小
距離ｈだけ離間して回折格子を配設することにより、ト
ンネル効果により回折格子に光エネルギーが伝わり、反
射面に入射する光の一部が所定の効率で戻り光となる。
上記微小距離ｈの大きさを調節することにより、戻り光
の発生効率を制御する事ができる。
る機構については、図５を参照して説明する。図５に示
す共振器の内部反射面において、光が臨界角で入射し、
全反射する際にエバネッセント波が共振器側から外部空
間側へ伝わっている。したがって、内部反射した光は、
ある程度光が反射面（境界面）から外側（外部空間側）
に出てから反射されると解釈することができる。この場
合に、反射面と対応する位置の共振器外側に、所定微小
距離ｈだけ離間して回折格子を配設することにより、ト
ンネル効果により回折格子に光エネルギーが伝わり、反
射面に入射する光の一部が所定の効率で戻り光となる。
上記微小距離ｈの大きさを調節することにより、戻り光
の発生効率を制御する事ができる。
【００３４】図６に示す回折格子５１で戻り光を発生す
る機構については、レーザ光の第２好調波が出射される
端面に設けられたコーティング層が光を僅かに（例えば
２％程度）透過するため、回折格子５１に光エネルギー
が伝わり、回折格子５１で戻り光が発生される。戻り光
の発生効率は、回折格子の反射効率を適切に制御するこ
とにより、調整することができる。上記図４および図６
に示した回折格子４９，５１を用いた共振器では、戻り
光が回折格子４９，５１を配設した内部反射面でのみ発
生するため、従来２個の端面で戻り光が発生されていた
のに比べて、光の損失が少なく、大幅に光損失が少なく
なる。
る機構については、レーザ光の第２好調波が出射される
端面に設けられたコーティング層が光を僅かに（例えば
２％程度）透過するため、回折格子５１に光エネルギー
が伝わり、回折格子５１で戻り光が発生される。戻り光
の発生効率は、回折格子の反射効率を適切に制御するこ
とにより、調整することができる。上記図４および図６
に示した回折格子４９，５１を用いた共振器では、戻り
光が回折格子４９，５１を配設した内部反射面でのみ発
生するため、従来２個の端面で戻り光が発生されていた
のに比べて、光の損失が少なく、大幅に光損失が少なく
なる。
【００３５】図４に示す構造では、共振器１９Ｄに入射
した光Ａが内部反射経路Ａ1 ，Ａ2，Ａ3 ，Ａ4 を通っ
て、共振器の外部に光Ａ’として出射される。戻り光Ｂ
は、経路Ａ2 から経路Ａ3 となる際に回折格子４９によ
って発生され、内部経路Ｂ1，Ｂ2 を通って共振器の外
部に出射される。
した光Ａが内部反射経路Ａ1 ，Ａ2，Ａ3 ，Ａ4 を通っ
て、共振器の外部に光Ａ’として出射される。戻り光Ｂ
は、経路Ａ2 から経路Ａ3 となる際に回折格子４９によ
って発生され、内部経路Ｂ1，Ｂ2 を通って共振器の外
部に出射される。
【００３６】また、図６に示す構造では、共振器１９Ｅ
に入射した光Ａが、内部反射経路Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 ，Ａ
4 を通って共振器の外部に光Ａ’として出射される。戻
り光Ｂは、経路Ａ1 から経路Ａ2 となる際に回折格子５
１によって発生され、内部経路Ｂ1 を通って共振器の外
部に出射される。
に入射した光Ａが、内部反射経路Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 ，Ａ
4 を通って共振器の外部に光Ａ’として出射される。戻
り光Ｂは、経路Ａ1 から経路Ａ2 となる際に回折格子５
１によって発生され、内部経路Ｂ1 を通って共振器の外
部に出射される。
【００３７】本発明に係るバルク型共振器１９は、その
寸法が極めて小さくなるため、即ちバルク型共振器１９
Ａ，１９Ｂ，１９Ｄ，１９Ｅは、例えば３×３×７ｍｍ
角であり、１９Ｃは半径５ｍｍの半球状であるため、Ｐ
ＺＴ素子の上にバルク型共振器１９を載置してバルク型
共振器１９自体を光路方向に微小移動させて、レーザ光
の光路長を変化させる場合の他に、ＰＺＴ素子上に設置
した外部ミラーを微小変動させ、レーザ光の光路長を変
えても良い。
寸法が極めて小さくなるため、即ちバルク型共振器１９
Ａ，１９Ｂ，１９Ｄ，１９Ｅは、例えば３×３×７ｍｍ
角であり、１９Ｃは半径５ｍｍの半球状であるため、Ｐ
ＺＴ素子の上にバルク型共振器１９を載置してバルク型
共振器１９自体を光路方向に微小移動させて、レーザ光
の光路長を変化させる場合の他に、ＰＺＴ素子上に設置
した外部ミラーを微小変動させ、レーザ光の光路長を変
えても良い。
【００３８】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨を含む範囲において、種々に変形、変更が
可能なものである。例えば図８に示すように、図７に示
した従来の光波長変換装置のリング型共振器に代えて、
本発明のバルク型共振器構造を有するリング型またはＶ
字型共振器を配置することも容易である。
が、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨を含む範囲において、種々に変形、変更が
可能なものである。例えば図８に示すように、図７に示
した従来の光波長変換装置のリング型共振器に代えて、
本発明のバルク型共振器構造を有するリング型またはＶ
字型共振器を配置することも容易である。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、リング型共振器は、光
学材料のバルク型共振器構造を有しており、かつ共振時
のレーザ光の一部を半導体レーザに戻すことが可能であ
るため、リング型共振器からの戻り光を利用して半導体
レーザの周波数揺らぎを抑制し、また発振スペクトルを
狭窄化することができ、かつバルク型共振器構造のため
振動にも強く、小型にすることができる。ここで、バル
ク型共振器構造のリング型共振器内部に戻り光を発生す
る接合面を有させると、このため戻り光はその接合面で
のみ発生し、戻り光を発生するために共振器内の内部パ
ワーを少なくすることができる。さらに、リング型共振
器はバルク型共振器構造とし、内部反射面の外側に回折
格子を配設することにより戻り光を発生させるので、回
折格子の効率を適宜調節することにより、所要の量の戻
り光を得ることができ、１箇所の内部反射面で戻り光が
発生されるため、共振器損失も従来に比べて少なくな
り、高効率の第２高調波変換が得られる。さらにまた、
半導体レーザは、縦モードおよび横モードのマルチモー
ドとすると、出力を増加することができ、戻り光の光量
を多くし、かつ戻り光の制御に対する余裕も向上する。
学材料のバルク型共振器構造を有しており、かつ共振時
のレーザ光の一部を半導体レーザに戻すことが可能であ
るため、リング型共振器からの戻り光を利用して半導体
レーザの周波数揺らぎを抑制し、また発振スペクトルを
狭窄化することができ、かつバルク型共振器構造のため
振動にも強く、小型にすることができる。ここで、バル
ク型共振器構造のリング型共振器内部に戻り光を発生す
る接合面を有させると、このため戻り光はその接合面で
のみ発生し、戻り光を発生するために共振器内の内部パ
ワーを少なくすることができる。さらに、リング型共振
器はバルク型共振器構造とし、内部反射面の外側に回折
格子を配設することにより戻り光を発生させるので、回
折格子の効率を適宜調節することにより、所要の量の戻
り光を得ることができ、１箇所の内部反射面で戻り光が
発生されるため、共振器損失も従来に比べて少なくな
り、高効率の第２高調波変換が得られる。さらにまた、
半導体レーザは、縦モードおよび横モードのマルチモー
ドとすると、出力を増加することができ、戻り光の光量
を多くし、かつ戻り光の制御に対する余裕も向上する。
【図１】 本発明に係る光波長変換装置の装置配置例を
示す概念図である。
示す概念図である。
【図２】 本発明に用いられるバルク型共振器構造のリ
ング型共振器の一例を示す説明図である。
ング型共振器の一例を示す説明図である。
【図３】 本発明に用いられるバルク型共振器構造のリ
ング型共振器の他の例を示す説明図である。
ング型共振器の他の例を示す説明図である。
【図４】 本発明に用いられるバルク型共振器構造のリ
ング型共振器の他の例を示す説明図である。
ング型共振器の他の例を示す説明図である。
【図５】 回折格子により戻り光を発生する様子を説明
する説明図である。
する説明図である。
【図６】 本発明に用いられるバルク型共振器構造のリ
ング型共振器の他の例を示す説明図である。
ング型共振器の他の例を示す説明図である。
【図７】 従来の光波長変換装置の配置例を示す概念図
である。
である。
【図８】 本発明に係る光波長変換装置の他の装置配置
例を示す概念図である。
例を示す概念図である。
１１ ダイオードレーザ、１３ レンズ、１５ ミラ
ー、１７ ＰＺＴ素子、１９ バルク型リング共振器、
２１ ハーフミラー、２３ 光検出器、２５ 信号処理
回路、２７ 光検出器、２９ ＲＦ増幅器、３１ 双安
定ミキサー、３３ ＲＦ発振器、３５ フィルタ、３７
直流発生源、３９ 増幅器、４１ オプティカル・セ
メント、４９，５１ 回折格子
ー、１７ ＰＺＴ素子、１９ バルク型リング共振器、
２１ ハーフミラー、２３ 光検出器、２５ 信号処理
回路、２７ 光検出器、２９ ＲＦ増幅器、３１ 双安
定ミキサー、３３ ＲＦ発振器、３５ フィルタ、３７
直流発生源、３９ 増幅器、４１ オプティカル・セ
メント、４９，５１ 回折格子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/37 H01S 3/18 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】半導体レーザからのレーザ光をリング型共
振器内にて共振させ光波長変換する光波長変換装置にお
いて、 前記リング型共振器が、非線型光学結晶と他の光学材料
とを接合し、その接合面で反射した共振器の共振モード
の光のみが半導体レーザに戻るようにしたバルク型共振
器構造であることを特徴とする光波長変換装置。 - 【請求項２】半導体レーザからのレーザ光をリング型共
振器内にて共振させ光波長変換する光波長変換装置にお
いて、 前記リング型共振器が非線型光学結晶からなるバルク型
共振器構造であって、そのいずれかのレーザ光の内部反
射面に相当する外面に回折格子を配設して、共振器内部
で共振している共振モードの光のみが半導体レーザに戻
るようにしたことを特徴とする光波長変換装置。 - 【請求項３】前記半導体レーザが縦モードおよび横モー
ドがマルチモードであり、前記戻り光によって縦モー
ド、横モードとも単一モード化されることを特徴とする
請求項１または２に記載の光波長変換装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3110118A JP2849233B2 (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | バルク型共振器構造の光波長変換装置 |
| US07/883,196 US5231643A (en) | 1991-05-15 | 1992-05-14 | Optical frequency converter of bulk resonator structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3110118A JP2849233B2 (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | バルク型共振器構造の光波長変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04337714A JPH04337714A (ja) | 1992-11-25 |
| JP2849233B2 true JP2849233B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=14527497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3110118A Expired - Fee Related JP2849233B2 (ja) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | バルク型共振器構造の光波長変換装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5231643A (ja) |
| JP (1) | JP2849233B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0533136U (ja) * | 1991-10-08 | 1993-04-30 | 旭硝子株式会社 | 高調波発生装置 |
| US5195104A (en) * | 1991-10-15 | 1993-03-16 | Lasen, Inc. | Internally stimulated optical parametric oscillator/laser |
| ATE156623T1 (de) * | 1991-12-30 | 1997-08-15 | Philips Electronics Nv | Einrichtung, in der frequenzerhöhung von elektromagnetischer strahlung auftritt, und eine solche einrichtung enthaltendes gerät zum optischen abtasten einer informationsebene |
| JP3052651B2 (ja) * | 1992-06-17 | 2000-06-19 | 松下電器産業株式会社 | 短波長光源 |
| FR2725081B1 (fr) * | 1994-09-23 | 1996-11-15 | Thomson Csf | Source optique compacte, basee sur le doublage de frequence d'un laser et auto-stabilisee par depeuplement de la pompe |
| KR100237713B1 (ko) * | 1997-03-20 | 2000-01-15 | 정명세 | 레이저 주파수 제2조화파 발생용 반일체형 고리공진기 |
| JP2005055528A (ja) * | 2003-08-06 | 2005-03-03 | Ngk Insulators Ltd | 青色レーザ光の発振方法および装置 |
| US9086584B2 (en) * | 2006-08-24 | 2015-07-21 | Cornell University | Dynamic wavelength converter |
| US8340151B2 (en) | 2010-12-13 | 2012-12-25 | Ut-Battelle, Llc | V-shaped resonators for addition of broad-area laser diode arrays |
| US20220278497A1 (en) * | 2019-07-31 | 2022-09-01 | The Board of Trustees of the Leland Stanford Junior University Office of the General Counsel | Chip-integrated Titanium:Sapphire Laser |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4884276A (en) * | 1987-11-25 | 1989-11-28 | Amoco Corporation | Optical feedback control in the frequency conversion of laser diode radiation |
| US5027361A (en) * | 1988-06-21 | 1991-06-25 | Board Of Trustees Of Leland Stanford, Jr., University | Efficient laser harmonic generation employing a low-loss external optical resonator |
| JP2614753B2 (ja) * | 1988-09-13 | 1997-05-28 | 富士写真フイルム株式会社 | レーザーダイオードポンピング固体レーザー |
| US5111468A (en) * | 1990-10-15 | 1992-05-05 | International Business Machines Corporation | Diode laser frequency doubling using nonlinear crystal resonator with electronic resonance locking |
| JPH04179934A (ja) * | 1990-11-15 | 1992-06-26 | Asahi Glass Co Ltd | 第２高調波発生装置 |
| US5119383A (en) * | 1990-12-28 | 1992-06-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Antiresonant nonlinear mirror for passive laser modelocking |
| US5077748A (en) * | 1991-04-01 | 1991-12-31 | International Business Machines Corporation | Laser system and method |
-
1991
- 1991-05-15 JP JP3110118A patent/JP2849233B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-05-14 US US07/883,196 patent/US5231643A/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| １９９０年秋季第５１回応用物理学関係連合講演会講演予稿集 ２８ａ−Ｓ−１１ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5231643A (en) | 1993-07-27 |
| JPH04337714A (ja) | 1992-11-25 |
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