JP2955609B2

JP2955609B2 - 波長変換素子

Info

Publication number: JP2955609B2
Application number: JP1361290A
Authority: JP
Inventors: 譲田辺; 陽輔藤野
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1990-01-25
Filing date: 1990-01-25
Publication date: 1999-10-04
Anticipated expiration: 2014-10-04
Also published as: JPH03219215A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は非線形光学結晶による波長変換素子に係り、
特に第２高調波と基本波の両方に対する２重共振器を構
成することによって高い波長変換効率が得られる波長変
換素子に関するものである。

［従来の技術］従来の共振型波長変換素子の基本的構成を第11図に示
す。半導体レーザ（LD）１等の光源から発した基本波は
凸レンズ２等の結合光学系により収束され、基本波に対
する共振器用の共振ミラー4,4′へ入射し、共振器内部
に配置されたKNbO₃等の非線形光学結晶３に入射する。
このとき、光源側の共振ミラー４の基本波に対する反射
率をr_in,出力側の共振ミラー４′の基本波に対する反射
率をr_out、非線形光学結晶３の透過率をｔとすると、r
_in＝t²r_outの関係になっており、通常r_outはほぼ100％
でｔは99％程度である。このとき、共振器内部の位相シ
フト量Ψは０で最も強い共振状態となっている。

このような構成にすると、共振器内部の基本波ωは共
振器外部へほとんど散逸せず、第２高調波２ωが高効率
で出力される。

［発明の解決しようとする問題点］本発明の目的は、従来に比してさらに高い高調波への
変換効率を達成した新規な波長変換素子を提供するもの
である。

［問題点を解決するための手段］本発明は、非線形光学結晶へ基本波を入射する光源
と、基本波を高調波へ変換する非線形光学結晶と、光波
を共振させるための共振器とを備えてある波長変換素子
において、該光源は該共振器の一方の外側に配置され、
該共振器が基本波と高調波の両方に対する２重共振器で
あり、該２重共振器は、高調波に対するミラーの反射率
が光源側より出力側の方が小さいことを特徴とする波長
変換素子を提供する。

また、上記の２重共振器として、基本波および高調波
をともに多重反射する一対のミラーからなる共振器を用
いる上記の波長変換素子を提供する。

また、非線形光学結晶へ基本波を入射する光源と、基
本波を高調波へ変換する非線形光学結晶と、光波を共振
させるための３枚または４枚のミラーより構成されるリ
ング型共振器とを備えてなる波長変換素子において、該
光源は該共振器の外側に配置され、該非線形光学結晶は
該共振器の基本波の光軸の一つの上に配置され、該共振
器が基本波と高調波の両方に対する２重共振器であり、
該２重共振器の高調波に対するミラーの反射率は出力側
のミラーが他のミラーよりも小さいことを特徴とする波
長変換素子を提供する。

本発明の２重共振器型の波長変換素子の様々な態様を
第３図〜第９図に示す。図中実線の光は基本波ωを、破
線の光は第２高調波２ωを表す。非線形光学結晶のωに
対する透過率ｔ＝99％とし、ω及び２ωに対する共振器
用ミラー対23,23′の光源側と出力側の反射率をr
₂₃（ω）,r₂₃′（ω）,r₂₃（２ω）,r₂₃′（２ω）と
し、ω及び２ωに対する共振器用ミラー対24,24′の光
源側と出力側の反射率をr₂₄（ω）,r₂₄′（ω）,r
₂₄（２ω）,r₂₄′（２ω）とすると、第３図においては
r₂₃′（ω）＝99.9％,r₂₃（ω）＝t²r₂₃′（ω）＝98
％,r₂₄′（２ω）＝99％,r₂₄（２ω）＝99.9％である。
ここでr₂₄（ω）≒０％,r₂₃′（２ω）≒０％とする。

第４図においては、r₂₃′（ω）＝99.9％,r₂₃（ω）
＝t²r₂₃′（ω）＝98％,r₂₄′（２ω）＝99％,r₂₄（２
ω）＝99.9％である。ここで、r₂₃（２ω）≒０％,
r₂₃′（２ω）≒０％,r₂₄（ω）≒０％とする。

第５図においては、r₂₃′（ω）＝99.9％,r₂₃（ω）
＝t²r₂₃′（ω）＝98％,r₂₄′（２ω）＝99％,r₂₄（２
ω）＝99.9％である。ここで、r₂₄（ω）≒０％,r₂₄′
（ω）≒０％である。

第６図の場合、上記と同様に共振器用ミラー対26,2
6′のωと２ωに対する反射率をr₂₆（ω）,r₂₆′
（ω）,r₂₆（２ω）,r₂₆′（２ω）とすると、r₂₆′
（ω）＝99.9％,r₂₆（ω）＝t²r₂₆′（ω）＝98％,
r₂₆′（２ω）＝99％,r₂₆（２ω）＝99.9％である。

第７図の場合は、２重共振器用の光学膜が直接非線形
光学結晶25の光源側と出力側の端面に形成されたもので
あり、反射率は第６図のミラー対26,26′と同様であ
る。

第３図〜第７図において、基本波ω用のミラー対の反
射率は（光源側）＝t²（出力側）とし、第２高調波２ω
用のミラー対の反射率は出力側の方が光源側より若干低
くするよう構成する。また、ω用のミラーを２ωが通過
する場合、逆に２ω用のミラーをωが通過する場合それ
ぞれ２ω，ωに対する反射率はほぼ０にするのが好まし
い。

第８図〜第９図はリング型の２重共振器を示し、基本
波の光源は特に図示していないが図中左側にあるものと
する。ωと２ωは同一の光軸である。

第８図の場合、リング型共振器は４枚のミラーで構成
されており、ミラー41,42,43,44の各々のωと２ωに対
する反射率をr₄₁（ω）,r₄₁（２ω）,r₄₂（ω）,r
₄₂（２ω）,r₄₃（ω）,r₄₃（２ω）,r₄₄（ω）,r₄₄（２
ω）とすると、r₄₂（ω）＝99.9％、r₄₃（ω）＝99.9
％、r₄₄（ω）＝99.9％、r₄₁（ω）＝ｔ×r₄₂（ω）×r
₄₃（ω）×r₄₄（ω）＝98.7％であり、またr₄₁（２ω）
＝99.9％、r₄₂（２ω）＝99％、r₄₃（２ω）＝99.9％、
r₄₄（２ω）＝99.9％であり、r₄₂（２ω）が他より少し
低い反射率である。

第９図では、リング型共振器は３枚のミラーで構成さ
れており、ミラー46,47,48の各々のωと２ωに対する反
射率をr₄₆（ω）,r₄₆（２ω）,r₄₇（ω）,r₄₇（２ω）,
r₄₈（ω）,r₄₈（２ω）とすると、r₄₇（ω）＝99.9％、
r₄₈（ω）＝99.9％、r₄₆（ω）＝ｔ×r₄₇（ω）×r
₄₈（ω）＝98.8％であり、またr₄₆（２ω）＝99.9％、r
₄₇（２ω）＝99％、r₄₈（２ω）＝99.9％であり、r
₄₇（２ω）が他より少し低い。

第10図は参考例を示しこの図では、非線形光学結晶45
の光源側と出力側の端面と、それと３角形状のリングを
形成する一端面に光学膜を直接形成したものであり、各
々の反射率は第９図の場合と同じである。

非線形光学結晶45はリング共振器内の基本波の光軸上
のどこかに配置すればよいが、該非線形光学結晶45の両
側のミラーは凹型内面のミラーが光を収束させる点で好
ましい。

本発明において、光源としてはLDの他に各種ガスレー
ザ、固体レーザ、液体レーザ、色素レーザ等が使用でき
るが、コンパクト化、軽量化の点でLDが好ましく、非線
形光学結晶としてはKNbO₃,KTiOPO₄,KH₂PO₄,β−BaB₂O₄,
LiNbO₃結晶等が使用できる。

［作用］基本波ωを共振器内で多重反射によって増倍すると電
界強度が高まり、波長変換効率が増加する。

一方、第２高調波強度が強くなると基本波ωから第２
高調波２ωへの変換効率が増大することが知られてい
る。そのため第２高調波の共振器をさらに設け、２重共
振器とすることによって変換効率をさらに向上させるこ
とができる。

［実施例］本発明の第１の実施例を第１図に示す。基本波ω（波
長842nm）の光源のLD11には、Spectra−Diode Lab.社製
のSDL−3420Cを日立社製HLP−1400でインジェクション
・ロックしたインジェクション・ロックド・アレイLDを
用いた。ωの戻り光の影響を防ぐため、ファラデー・ア
イソレータを使用し、焦点距離ｆ＝10cmの収束レンズ13
によりωを収束し、非線形光学結晶のKNbO₃14へ入射す
る。KNbO₃14の光源側の端面と、第２高調波２ω（波長4
21nm）の出力側の端面には各々光学膜が形成されてお
り、光源側の反射率r_inと出力側の反射率r_outはω,2ω
に対して各々r_in（ω）＝98％,r_out（ω）＝99.9％,r_in
（２ω）＝99.9％,r_out（２ω）＝99％である。KNbO₃の
ωに対する透過率は99％であり、r_in（ω）＝0.99²r_out
（ω）＝0.98であり98％としている。出力側には基本波
842nmに対するブロッキングフィルター16が配置されて
いる。

２ωの青色発光が最も強くなるようにLD11の波長を微
調整し、KNbO₃14の温度をペルチェ効果素子等の温度制
御装置15でチューニングしたところ100mWのω入力に対
して5mWの青色光が得られた。

第２の実施例を第２図に示す。

基本波ωの光源として、Spectra−Diode Lab.社製のS
DL−3420Cを日立社製HLP−1400でインジェクション・ロ
ックしたLD31を用いた。ωの戻り光の影響を防ぐため、
図示はしないがファラデー・アイソレータ12をLD31と結
合光学系32の間に配置した。ωの波長は855nmで、コリ
メーティングレンズ、シリンドリカルレンズ、スフェリ
カルレンズよりなる結合光学系32で、適当なビーム径に
集光する。

リング共振器は４枚のミラー33,34,35,36で構成され
ている。

各々のミラーのω,2ωに対する反射率は、r₃₃（ω）
＝95％,r₃₃（２ω）＝99.9％,r₃₄（ω）＝99.9％,r
₃₄（２ω）＝99.9％,r₃₅（ω）＝99.9％,r₃₅（２ω）＝
99.9％,r₃₆（ω）＝99.9％,r₃₆（２ω）＝99％である。

２ωの青色発光が最も強くなるようにLD31の波長を微
調整し、KNbO₃37の温度をペルチェ効果素子等の温度制
御装置でチューニングしたところ100mWのω入力に対し
て4mWの青色光（428nm）が得られた。

［発明の効果］本発明は、光源からの基本波ωを基本波の共振器によ
り共振させ外部への散逸をほとんど防ぎ、非線形光学結
晶へのωの吸収をよくし、さらに第２高調波２ωに対す
る共振器を設けることにより、高出力の２ωが得られる
という優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９図は本発明の実施例を示し、２重共振型波
長変換素子の基本的構成の側面図であり、第10図は参考
例、第11図は従来例の基本的構成の側面図である。 11……LD、14……KNbO₃。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】非線形光学結晶へ基本波を入射する光源
と、基本波を高調波へ変換する非線形光学結晶と、光波
を共振させるための共振器とを備えてなる波長変換素子
において、該光源は該共振器の一方の外側に配置され、該共振器が
基本波と高調波の両方に対する２重共振器であり、該２
重共振器は、高調波に対するミラーの反射率が光源側よ
り出力側の方が小さいことを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】上記の２重共振器として、基本波および高
調波をともに多重反射する一対のミラーからなる共振器
を用いる請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項３】非線形光学結晶へ基本波を入射する光源
と、基本波を高調波へ変換する非線形光学結晶と、光波
を共振させるための３枚または４枚のミラーより構成さ
れるリング型共振器とを備えてなる波長変換素子におい
て、該光源は該共振器の外側に配置され、該非線形光学結晶
は該共振器の基本波の光軸の一つの上に配置され、該共
振器が基本波と高調波の両方に対する２重共振器であ
り、該２重共振器の高調波に対するミラーの反射率は出
力側のミラーが他のミラーよりも小さいことを特徴とす
る波長変換素子。