JP3255366B2 - 光パラメトリック発振装置 - Google Patents

光パラメトリック発振装置

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JP3255366B2 JP01878791A JP1878791A JP3255366B2 JP 3255366 B2 JP3255366 B2 JP 3255366B2 JP 01878791 A JP01878791 A JP 01878791A JP 1878791 A JP1878791 A JP 1878791A JP 3255366 B2 JP3255366 B2 JP 3255366B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光パラメトリック発振
装置に関し、さらに詳しくは、非線形光学結晶等の光学
媒体を回転させることによって連続的に出力波長を変化
させることができる光パラメトリック発振装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】図1
は、この種の光パラメトリック発振装置の従来例を示し
たものである。
【0003】図1(a)は定在波型の光パラメトリック
発振装置を示す。所定の光源からの励起光λp はミラー
2を通過して非線形光学結晶4に入射し、ここで光パラ
メトリック過程をへてシグナル光λs とアイドラ光λi
とを発生させる。ミラー6を通過した光のうちの励起光
λpはフィルタ8でカットされ、残りのシグナル光λs
およびアイドラ光λi が出力光として取り出される。こ
の場合、シグナル光λs およびアイドラ光λi の波長
は、共振器を構成するミラー2、6および非線形光学結
晶4の配置等の状態によって定まる。したがって、非線
形光学結晶4を図面と平行な面内で回転させるならば、
出力光λs 、λi の波長を連続的に変化させることがで
きる。しかし、図1(a)光パラメトリック発振装置で
は、結晶4の回転量に対応じて励起光と出力光との間に
光軸ズレが発生し、そのビームの出射位置が変動すると
いう問題があった。さらに、共振器が往復型になってい
るので、結晶4の端面でのフレネル損失が大きくなると
いう問題や、行きと帰りの光が互いに干渉し、出力光の
状態が悪化するという問題があった。
【0004】図1(b)は2結晶定在波型の光パラメト
リック発振装置を示す。この装置は図1(a)の装置の
欠点を改善したものである。図1(a)の装置と同一の
部分については同一の符号を付し説明を省略する。この
装置の場合、共振器を構成するミラー2、6間に2個の
非線形光学結晶4a、4bを配し、これらを互いに反対
方向に同一量だけ回転させている。このため、ビームの
出射位置が変動するという問題は解決されているもの
の、他の点においては図1(a)の装置と同様の問題が
残っていた。しかも、2個の非線形光学結晶4a、4b
を使っているため、フレネル損失がさらに増大する構造
となっていた。
【0005】図1(c)はモノリシック型の光パラメト
リック発振装置を示す。この装置は図1(b)の装置の
欠点を改善したものである。この装置の場合、光源から
の励起光λp は、第1面14aを介して非線形光学結晶
14に入射し、第2および第3面14b、14cでそれ
ぞれ反射されて、ループ状の光路を一方向に進行する。
第1面からは、シグナル光λs とアイドラ光λi とが出
射する。この場合、結晶14を回転させると位相整合条
件が満たされなくなるので、結晶14自体の温度を変え
て出力光λs 、λi の波長をチューニングしている。こ
のため、フレネル損失等に関する問題は解消されるが、
出力光の波長をほとんど変動させることができず、また
その時間応答性も良くなかった。
【0006】そこで、本発明は、フレネル損失が少な
く、出力光の出射位置が変動せず、かつ、波長の可変範
囲が広い光パラメトリック発振装置を提供することを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る光パラメトリックス発振装置は、(a)
同一形状で同一切り出し角を有する同一材質の1対また
は2対以上の複数個の非線形光学媒体と、(b)所定の波
長の励起光を発生し、非線形光学媒体を励起する励起光
源と、(c)励起光によって非線形光学媒体から生じた2
つの発生光のうち少なくとも一方を非線形光学媒体を通
る閉ループ状の光路内で共振させる、複数個のミラーを
備える共振手段と、(d)非線形光学媒体の各対を、対と
なる非線形光学媒体の一方の非線形光学媒体の光学軸方
向と他方の非線形光学媒体の光学軸方向とが励起光の進
行方向に対して互いに反対となるように同期させて、回
転させることによって発生光の光路のずれを補正すると
ともに、共振手段から生じる発生光の波長を変化させる
回転手段と、を備え、(e)複数個のミラーの相隣合うい
ずれの2つのミラーの間にも最大1つとなるように複数
個の非線形光学媒体が配置されることを特徴とする。
【0008】
【作用】上記の光パラメトリック発振装置は、非線形光
学媒体から生じた上記発生光を閉ループ状の光路内で共
振させている。このため、この発生光は一方向に進行す
る波動となっていて擾乱を受けにくい。また、発生光の
波長を変化させるために、非線形光学媒体の各対を上記
の光路に関して反対方向に同期させて回転しているの
で、非線形光学媒体の各対の一方の媒体によって発生し
た光路のずれを他方の媒体で補償することができる。し
たがって、出力光の出射位置がほとんど変動しない。
【0009】
【実施例】図2は、第1実施例の光パラメトリック発振
装置の構成を示した図である。
【0010】レーザ光源20は、例えばNd−YAGレ
ーザから構成され、約1064nmのレーザー光を発生
する。この励起光は、第2高調波発生装置(SHG)2
2で波長532nmの励起光λp に変換される。SHG
22を出射した励起光λp はコリメータ23でビーム径
をしぼられて、閉ループの光路を形成するリング型共振
器30内に入射する。このリング型共振器30は4枚の
ミラーM1 、M2 、M3 、M4 で構成される。ミラーM
1 は、励起光λp を透過させるが、リング型共振器30
内で発生すべきシグナル光λs 、アイドラ光λi 等の他
の光をほとんど透過させない。ミラーM2 、M3 は、励
起光λp 、シグナル光λs 、アイドラ光λi 等に対して
全反射ミラーとなっている。ミラーM4 は、励起光λp
に対して高い反射率を有し、発生すべきシグナル光λs
およびアイドラ光λi に対しては50〜80%の透過率
を有する。これにより、シグナル光λs およびアイドラ
光λi のみを出力光として取り出すことができる。ミラ
ーM1 、M2 の間には直方体のKTP結晶等からなる第
1の非線光学結晶体31が介在する。この第1の非線光
学結晶体31は、第1の回転テーブル24a上に載置さ
れ、図面と平行な面内で回転する。ミラーM3 、M4
間にも同一形状で同一切出し角のKTP結晶等からなる
第2の非線光学結晶体32が介在する。この第2の非線
光学結晶体32は、第2の回転テーブル24b上に載置
され、図面と平行な面内で第1の非線光学結晶体31と
反対の方向に回転する。
【0011】図3は、図2のリング型共振器30、非線
光学結晶体31、32等の詳細を示した図である。
【0012】第1および第2の回転テーブル24a、2
4bは、その周囲に設けられたベルト24cによって駆
動される。この場合、第1および第2の回転テーブル2
4a、24bとして同一のものを使用し、かつ、ベルト
24cを各回転テーブル24a、24bの間で交差させ
ているので、これら回転テーブル24a、24bの回転
量は等く、その回転方向は逆向きになっている。なお、
第2の回転テーブル24bの回転量および方向はモータ
ー26およびベルト28によって精密に制御されてい
る。第1および第2の回転テーブル24a、24b上に
載置された第1および第2の非線光学結晶体31、32
は、これら回転テーブル24a、24bとともに回転す
るので、その回転量が等しく、その回転方向は逆向きに
なっている。したがって、共振光の光軸に対する第1お
よび第2の非線光学結晶体31、32のなす角はつねに
互いに等しい。つまり、共振光の光軸に対する第1の非
線光学結晶体31の結晶軸のなす角θと、共振光の光軸
に対する第2の非線光学結晶体32の結晶軸のなす角θ
とは等しくなっている。しかも、第1および第2の非線
光学結晶体31、32として同一直方体の非線形光学結
晶を用いているので、角θが変化しても、ミラーM1
第1の非線光学結晶体31との間の共振光の光路と、ミ
ラーM4 と第2の非線光学結晶体32との間の共振光の
光路とは、ともに変化しない。
【0013】以下に、第1実施例の光パラメトリック発
振装置の動作について簡単に説明する。
【0014】ミラーM1 を通過した励起光はλp は、第
1非線光学結晶体31を透過した後、ミラーM2 、M3
で反射されて第2非線光学結晶体32を透過する。この
励起光はλp は、さらにミラーM4 で反射された後、ミ
ラーM1 を通過してリング型共振器30外に出射する。
【0015】非線光学結晶体31、32に入射した励起
光λp により、所定波長のシグナル光λs およびアイド
ラ光λi が発生するが、これらの光は角θを位相整合角
としてリング型共振器30内で発振・増幅される。この
シグナル光λs およびアイドラ光λi の一部は、ミラー
4 を通過してリング型共振器30外に出射する。
【0016】この場合、角θが変化してもミラーM4
第2の非線光学結晶体32との間の共振光の光路が変化
しないので、リング型共振器30外に出射した出力光λ
s 、λi の出射位置に変化は生じない。また、2つの非
線光学結晶体31、32が共に互いに発振・増幅作用を
持つので、出力光の強度を増加させることができる。さ
らに、リング型共振器30では、共振光が一方向のみに
進行するので、1つの非線光学結晶体あたりのフレネル
損失が往復型の共振器に比較して半減する。さらに、リ
ング型共振器としているので、共振・増幅されるシグナ
ル光λs およびアイドラ光λi に擾乱が発生しにくい。
【0017】図4は、第2実施例の光パラメトリック発
振装置の構成を示した図である。なお、第2実施例と第
1実施例との相違は主にリング型共振器の部分なので、
同一部分には同一の符号を付し説明を省略する。
【0018】図示のように、リング型共振器は3枚のミ
ラーM1 ′、M2 ′、M3 ′を組み合わせた三角形とな
っている。そして、ミラーM1 ′、M2 ′の間に第1の
非線光学結晶体31が配置され、ミラーM1′、M3
の間に第2の非線光学結晶体32が配置される。したが
って、ミラーM1 ′に入射した励起光λp は、第2の非
線光学結晶体32に入射した後、ミラーM3 ′、M2
で反射されて第1の非線光学結晶体31に入射する。こ
の結果、所定波長のシグナル光λs およびアイドラ光λ
i が発生し、この三角形のリング型共振器30内で発振
・増幅される。なお、第1および第2の非線光学結晶体
31、32の角度は共振光の光路に対して共に等しくな
るように変更してある。
【0019】以上、本発明を実施例に即して説明してき
たが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
【0020】例えば、リング型共振器を任意の多角形と
することができる。また、多角形のリング型共振器の各
辺に1つの非線光学結晶体を配し、これら非線光学結晶
体の適当な一対を光路補償のため互いに回転させても良
い。
【0021】また、励起光源として各種のレーザ光源等
の使用が可能である。また、リング型共振器内に配置す
る非線光学結晶体として、各種の非線形光学媒体の使用
が可能である。
【0022】
【発明の効果】本発明の光パラメトリック発振装置よれ
ば、発生光をループ状の光路内で共振させているので、
この発生光は一方向に進行する波動となっていて擾乱を
受けにくく、安定した高い出力光を得ることができる。
また、非線形光学媒体の各対の一方の媒体によって発生
した光路のずれを他方の媒体で補償しているので、出力
光の出射位置がほとんど変動せず、出力光の出射位置に
関し波長依存性のない光源を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の光パラメトリック発振装置を示した図で
ある。
【図2】第1実施例の光パラメトリック発振装置を模式
的に示した図である。
【図3】図2の光パラメトリック発振装置の要部を拡大
した図である。
【図4】第2実施例の光パラメトリック発振装置を模式
的に示した図である。
【符号の説明】 21、22、23…励起光源 24a、24b、26…回転手段 31、32…一対の非線形光学媒体 M1 、M2 、M3 、M4 …共振手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−99495(JP,A) 特開 平2−202079(JP,A) 特開 昭63−165825(JP,A) 特公 昭46−24988(JP,B1) A.Piskarskas,et a l.,Optics Communic ations,1990年 7月 1日,V ol.77,No.4,335−338 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/39 H01S 3/10 JICSTファイル(JOIS)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一形状で同一切り出し角を有する同一
    材質の1対または2対以上の複数個の非線形光学媒体
    と、 所定の波長の励起光を発生し、前記非線形光学媒体を励
    起する励起光源と、 前記励起光によって前記非線形光学媒体から生じた2つ
    の発生光のうち少なくとも一方を該非線形光学媒体を通
    る閉ループ状の光路内で共振させる、複数個のミラーを
    備える共振手段と、 前記非線形光学媒体の各対を、対となる前記非線形光学
    媒体の一方の非線形光学媒体の光学軸方向と他方の非線
    形光学媒体の光学軸方向とが前記励起光の進行方向に対
    して互いに反対となるように同期させて、回転させるこ
    とによって前記発生光の光路のずれを補正するととも
    に、前記共振手段から生じる発生光の波長を変化させる
    回転手段と、を備え、 前記複数個のミラーの相隣合ういずれの2つのミラーの
    間にも最大1つとなるように前記複数個の非線形光学媒
    体が配置されることを特徴とする光パラメトリックス発
    振装置。
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