JP4052751B2

JP4052751B2 - Laser light generator

Info

Publication number: JP4052751B2
Application number: JP02296999A
Authority: JP
Inventors: 孝友佐々木; 勇介森; 政志吉村
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2019-01-29
Also published as: JP2000221550A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、レーザー光発生装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、同一素子によって、基本波のレーザー発振と、第２高調波、第３高調波という波長変換光を発生することのできる新しいレーザー光発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、波長変換のための各種の光学素子が提供されている。しかしながら、従来より、紫外レーザー光発振装置としてＹＡＧレーザーの赤外光を波長変換素子により紫外光とするものが用いられているものの、従来の場合には、必要とする光学素子の数が多く、光学系が複雑になって、小型のレーザー光発振装置を構成することが難しいという問題があった。
【０００３】
また、たとえば赤外レーザー発振とともに、第２高調波の発生を同一の素子で行うことのできる結晶素子が提案されているものの、従来、第３高調波まで発生させることのできる結晶素子を実現することが難しいのが実情であった。
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの従来の問題を克服し、同一の光素子として、多機能性を有し、第２高調波、さらには第３高調波まで発生することができ、小型な紫外レーザー光発生装置を実現することもできる、新しい多機能型のレーザー光発生装置を提供することを課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、次式
【０００５】
【化２】

【０００６】
【課題を解決するための手段】
で表わされるＧｄおよびＹを含有するカルシウムオキシボレート系結晶にＹｂまたはＮｄがドープされた単一の二次非線形光学結晶素子と、
（Ｂ）当該ＹｂまたはＮｄがドープされた単一の二次非線形光学結晶素子を励起するための励起光源と、
（Ｃ）当該ＹｂまたはＮｄがドープされている単一の二次非線形光学結晶素子において発生した基本波とその第２高調波を、当該ＹｂまたはＮｄがドープされている単一の二次非線形光学結晶素子に再入射させる手段と、
（Ｄ）上記再入射される基本波とその第２高調波を、偏光面を回転させた状態で上記再入射するための偏光面制御手段と、
を備えることによって、基本波のレーザー発振と、第２高調波および第３高調波のレーザー光の発生とを行えるようにしたことを特徴とするレーザー光発生装置を提供し、
第２には、ＧｄおよびＹを含有するカルシウムオキシボレート系結晶は、ＧｄまたはＹの一部を置換するものとして、ＬｕまたはＬａが含有されている請求項１のレーザー光発生装置を、第３には、１または２のレーザー光発生装置において、半導体レーザー励起手段を有し、反射部とともに、波長板を備えていることを特徴とする紫外レーザー光発生装置を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は以上のとおりの特徴をもつものであるが、次のその実施の形態について説明する。
まず、光学結晶素子を構成する要素としてのこの発明の前記のＧｄおよびＹ含有のカルシウムオキシボレート（ＣＯＢ）は、この出願の発明者らによって、はじめて第２高調波および第３高調波の発生が可能であることが見出されたものである。
【０００８】
このＧｄおよびＹ含有のカルシウムオキシボレートは、一般的には、Ｇｄ_xＹ_1-xＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃として表わされるものである。この一般式で表わされるもののうち、たとえばより具体的には、Ｇｄの割合（Ｘ）が、Ｘ＝０．２５〜０．３５の場合のものは、第２高調波および第３高調波を発生させるのに適当であって、この結晶は、均一な組成をもつ固溶体として安定に提供されるものである。
【０００９】
波長変換のための理想的な非線形結晶については、▲１▼大きな非線形光学定数、▲２▼短い吸収端、▲３▼適度な複屈折率、を持つことがその要件となる。また、結晶として、▲４▼機械的な特性に優れていることが実用上の観点より必要となる。
なお、▲３▼の適度な複屈折率とは、発生させたい波長に対して、最も波長変換が高効率で行われる非臨界位相整合条件を満たすような複屈折率のことである。複屈折率が理想値よりも小さいと波長変換が不可能になり、大きいと非臨界位相整合条件から離れるため変換効率が低下する。
【００１０】
非線形光学結晶についてはこれまでにも様々な試みがなされてきているが、その一つとしてカルシウムオキシボレート（ＣＯＢ）系の結晶が注目されるものとしてある。
たとえば、ＡｋａらによってＧｄＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃：ＧｄＣＯＢの非線形性が見出されており、その単結晶の育成と光学特性についての報告がなされている（１９９６年）。このＧｄＣＯＢについては、
・Ｃｚ法により育成可能であって、非水溶性であること
・ビッカース硬度：６００程度（水晶程度）であること
・ｄ_eff（ａｔ１０６４ｎｍ）：１．３ｐｍ／Ｖ（ＫＤＰの約３．４倍）
・位相整合限界波長８４０ｎｍであって、
Ｎｄ：ＹＡＧの第三高調波発生が不可能であること
が明らかにされている。
【００１１】
しかしながら、このＧｄＣＯＢについては、複屈折率が０．０３３と小さいことが大きな問題であった。
すなわち、ＧｄＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃（ＧｄＣＯＢ）結晶は育成が容易で機械的特性に優れているが、複屈折率が小さいため波長変換で発生できる波長が長くなる。そこで、この出願の発明者らは、複屈折率を大きくするための手段について検討を行い、ＧｄＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃（ＧｄＣＯＢ）結晶のＧｄをＹと置換させると複屈折率が大きくなることを見い出した。その結果、ＧｄＣＯＢ結晶はＮｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波しか発生できないが、ＧｄをＹと置換したＹＣＯＢではＮｄ：ＹＡＧレーザーの第３高調波発生が可能になった。
【００１２】
この新たに見出されたＹＣＯＢ結晶については、この出願の発明者らによってすでに具体的に提案がなされているところである。
ただ、これまでのＣＯＢ系結晶については、複屈折率について自在に制御することは可能とされていないことから、この出願の発明者らは、波長変換のための非線形光学結晶としてのＣＯＢについてさらに検討を進め、機械的性質とともに光学特性、特に波長変換のための重要な要件としての複屈折率について最適化制御を可能とする新しい技術手段を提供することを課題としてきた。
【００１３】
その結果として、この出願の発明者らは、以上の課題を解決するものとして、Ｇｄ_xＹ_1-xＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃で表わされるものを基本とする新しい非線形光学結晶を実現した。
このものは、ＧｄＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃のＧｄＣＯＢについて、ＧｄをＹに置換する場合だけでなく、さらにはＬｕ、Ｌａなどの低の希土類元素も導入することができ、格子定数を変化させることができることも焼結体のＸ線回折観察により確認している。格子定数と屈折率とは相関があるので、格子定数が変化するということは結晶の複屈折率が変化していることを意味する。そこで、さらに検討を進め、Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ、Ｌａの比率を変えることにより、複屈折率を自由に制御することができることを見い出している。たとえば複屈折率は、Ｌｕ＞Ｙ＞Ｇｄ＞Ｌａの順で変化する。
【００１４】
さらにまた、発明者らは、第２高調波への変換についても見当を進めてきた。
この第２高調波への変換については、現在、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波発生のための波長変換結晶として、ＬＢＯ（ＬｉＢ₃Ｏ₃）結晶が利用されている。しかし、ＬＢＯ結晶は、水溶性の結晶であるため、その寿命や信頼性が十分ではなく、しかも結晶を１４８℃もの高温に加熱しなければならず、生成が困難であることから品質上の問題があり、また、生成コストも高いという問題があった。したがって、ＬＢＯ結晶に代わる、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波発生のための波長変換結晶の開発が求められてきた。特に、室温での非臨界位相整合条件におけるＮｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波発生はこれまで実用化されておらず、これを可能とする波長変換結晶の開発が、強く望まれてきた。
【００１５】
このような状況に対し、この出願の発明者は、前記のとおり、ＧｄおよびＹを含有する（他の希土類元素による置換も含めて）カルシウムオキシボレート系結晶が第２高調波発生のための非線形光学結晶であることを見出し、この出願の発明を可能とした。
つまり、この出願の発明者らは、Ｇｄ部分を置換したＧ_axＹ_1-xＣＯＢ、つまり、Ｇｄ_xＹ_1-xＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶で室温における非臨界位相整合条件下での第３高調波の発生を実現するとともに、同様のことを、前記組成の非線形光学結晶として、第２高調波発生（波長；５３２ｎｍのグリーン光）においても可能としているのである。この場合、第２高調波発生と第３高調波発生とは、前記のＧｄおよびＹ含有オキシボレート系結晶の組成を変化させることによって、非臨界位相整合条件で行えるのである。
【００１６】
たとえば、実施例としては、組成比（Ｘ）を、０．２８もしくはその上下近傍以下とすることにより第２高調波の発生（ｔｙｐｅ２）が可能とされ、０．２８もしくはその上下近傍以上とすることにより第３高調波の発生（ｔｙｐｅ１）が可能とされることが確認されている。
たとえば図１に示したように、Ｇｄの割合が２８％（Ｘ＝０．２８）付近で確実に第２高調波が非臨界位相整合条件で発生することになる。
【００１７】
これまで実用レベルではＬＢＯ結晶を１４８度に加熱した状態でのみ可能であったが、この発明の結晶は室温で可能としていることにおいて画期的である。特性としては、角度に対する安定性（角度許容幅）が他の結晶に比べ著しく向上していることが、図２のこの発明の結晶のデータから、また、従来の場合と比較した次の表１からよくわかる。角度許容幅とは、１ｃｍの素子に対して、出力が半減するまでの角度の幅を表わしている。
【００１８】
【表１】

【００１９】
また、基本波（赤外光、波長：１０６４ｎｍ）と第２高調波（緑光）の進行方向が全く同じ（ウォークオフ角が０度）なので、相互作用長が長くなる。また、その特徴として、次のステージでさらに高次の高調波発生を行うときに、入射光がうまく重なり合って入射できるので、波長変換に有利となる。
図３は、第３高調波の非臨界位相整合条件での発生を例示した図であり、Ｘ＝０．２８付近であることがわかる。
【００２０】
以上のことともに、この発明の非線形光学素子としてのＧｄおよびＹ含有カルシウムオキシボレート結晶について重要なことは、第３高調波の非臨界位相整合条件を満たす方向と同方向にほぼ非臨界位相整合条件にて第２高調波も出力できるという点である。これは世界で初めて確認されたことである。基本波から第３高調波までを同時に、直接発生させることはできないが、この同方向性を利用することで、この出願の発明のレーザー光発生装置が提供されるのである。
【００２１】
すなわち、結晶にレーザー媒質（Ｙｂ：イッテルビウム、または、Ｎｄ：ネオジウム）をドーピングして、さらにレーザー発振の機能も加えて単一素子を使ってレーザー発振から紫外光の発生までを行うことである。
また、この発明においては、既存の拡散融着手段によって、反射ロスのない状態でのワンチップ化が図れることになる。
【００２２】
たとえば、この発明においては、内部共振器構造を利用した図４に例示した構成とすることにより、半導体レーザー励起による小型紫外レーザー光発生装置が提供される。
たとえばこの図４の構成においては、ＹｂをドープしたＧｄおよびＹ含有のカルシウムオキシボレート（ＣＯＢ）を用いている。励起用半導体レーザーや、反射コーティング、波長板は適宜なものとすることができる。たとえば励起用半導体レーザーには、発振波長〜９００ｎｍのものを、反射コーティングには多層膜構造のものを用いることができる。
【００２３】
さらに、この発明においては、拡散融着手段によって作製可能とされる図５および図６のようなレーザー光発生装置も例示することができる。
たとえば以上のとおりの手段をもつ装置を、この発明のレーザー光発生装置とすることができるのである。
なお、結晶の育成については、その手法は特に限定されることはないが、たとえば高周波誘導体加熱型Ｃｚ法により育成することができる。ＹｂまたはＮｄは、この結晶育成時にＧｄおよびＹ含有ＣＯＢの原料とともに混合して結晶育成することによりドープすることができる。Ｙｂ、そしてＮｄのドープ量は、所要の特性機能、その用途等を考慮して定めることができ、たとえば一般的には０．５〜３０％程度を、さらには２〜２０％程度を考慮することができる。
【００２４】
【実施例】
結晶の育成は、高周波誘導加熱型Ｃｚ法により行った。原料としては、ＣａＣＯ₃、Ｂ₂Ｏ₃とともに、Ｇｄ₂Ｏ₃およびＹ₂Ｏ₃を用いた。
Ｉｒ（イリジウム）坩堝で、Ａｒ（アルゴン）雰囲気中において、たとえば約１５００℃の温度において育成した。
【００２５】
Ｇｄの割合（Ｘ）を変化させてＸ＝０．３０以下の各種組成物のＧｄ_xＹ_1-xＣＯＢ結晶を育成した。
得られた結晶は、均一な組成であって、固溶体であることが確認された。
図２に例示したように、この実施例においては、第２高調波発生（ｔｙｐｅ２）について、Ｘ＝０．２８付近で、位相整合角度が９０°の非臨界位相整合条件を室温において満たすことが確認された。
【００２６】
また、図３に示したように、Ｘ＝０．２８付近での第３高調波発生（ｔｙｐｅ１）が確認された。つまり、第３高調波の非臨界位相整合条件を満たす方向と同方向に第２高調波もほぼ非臨界位相整合条件で出力できることも確認された。
そこで、以上の確認の後に、Ｇｄ_XＹ_1-xＣＯＢ結晶にＹｂ、またはＮｄをドープした。ドープの手段としては、Ｇｄ_XＹ_1-xＣＯＢ結晶育成原料中にＹｂ、またはＮｄを混入して結晶育成することにより行った。組成比（Ｘ）は、０．１５〜０．３０の範囲とし、ＹｂまたはＮｄのドープ量は５〜１０％とした。
【００２７】
素子としての高調波発生について評価を行ったところ、ＹｂまたはＮｄドープのＧｄおよびＹ含有ＣＯＢにおいて、同一方向にＮｄ：ＹＡＧレーザーの第２、および第３高調波の発生が確認された。Ｎｄ_0.12Ｇｄ_0.16Ｙ_0.72ＣＯＢ結晶もその一つである。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この発明によって、より構成が簡略化された、小型で、紫外レーザー光の発生までを可能とする多機能型レーザー光発生装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第２高調波発生における組成（Ｘ）と位相整合角度との関係を例示した図である。
【図２】外部角と規格化第２高調波出力との関係を示した図である。
【図３】第３高調波発生における組成（Ｘ）と位相整合角度との関係を例示した図である。
【図４】半導体レーザー励起による紫外レーザー光発生装置の構成を例示した概要図である。
【図５】別のレーザー光発生装置の構成例を示した概要図である。
【図６】さらに別のレーザー光発生装置の構成例を示した概要図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention of this application relates to a laser beam generator. More specifically, the invention of this application relates to a new laser beam generator capable of generating fundamental-wave laser oscillation and wavelength-converted light of second and third harmonics by the same element.
[0002]
[Prior art and its problems]
Conventionally, various optical elements for wavelength conversion have been provided. However, conventionally, although an ultraviolet laser light oscillation device that uses infrared light from a YAG laser as ultraviolet light by a wavelength conversion element is used, in the conventional case, a large number of optical elements are required, There is a problem that the optical system becomes complicated and it is difficult to construct a small laser beam oscillator.
[0003]
Further, for example, although a crystal element capable of generating the second harmonic in the same element as the infrared laser oscillation has been proposed, a crystal element capable of generating up to the third harmonic is conventionally realized. The situation was difficult.
Therefore, the invention of this application overcomes the conventional problems as described above, has the same functionality as the same optical element, can generate the second harmonic, and even the third harmonic, It is an object of the present invention to provide a new multifunctional laser beam generator that can realize a small ultraviolet laser beam generator.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The invention of this application, as to solve the above problems, the first, the following equation [0005]
[Chemical 2]

[0006]
[Means for Solving the Problems]
A single second-order nonlinear optical crystal element in which Yb or Nd is doped in a calcium oxyborate-based crystal containing Gd and Y represented by:
(B) an excitation light source for exciting the single second-order nonlinear optical crystal element doped with Yb or Nd;
(C) A fundamental wave and its second harmonic generated in a single second-order nonlinear optical crystal element doped with Yb or Nd are converted into a single second-order nonlinear optical doped with Yb or Nd. Means for re-incident on the crystal element;
(D) a polarization plane control means for re-entering the fundamental wave and the second harmonic wave that are re-incident with the polarization plane rotated;
By providing a laser beam generator characterized by being capable of performing laser oscillation of the fundamental wave and generation of laser light of the second harmonic and third harmonic,
Second, calcium Oki Chevrolet preparative based crystal containing Gd and Y, as to replace a part of Gd or Y, the laser light generating apparatus according to claim 1, Lu or La is contained, the third The present invention provides an ultraviolet laser light generating apparatus characterized in that in one or two laser light generating apparatuses, a semiconductor laser excitation means is provided and a wave plate is provided together with a reflecting portion.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention of this application has the features as described above, and the following embodiment will be described.
First, the Gd and Y-containing calcium oxyborate (COB) of the present invention as an element constituting an optical crystal element is the first to generate the second harmonic and the third harmonic by the inventors of this application. It has been found to be possible.
[0008]
Calcium Oki Chevrolet capital of the Gd and Y containing, in general, is represented as a _{_{_{Gd x Y 1-x Ca 4}}} O (BO 3) 3. Among those represented by this general formula, for example, more specifically, when the ratio (X) of Gd is X = 0.25 to 0.35, the second harmonic and the third harmonic are generated. The crystal is stably provided as a solid solution having a uniform composition.
[0009]
An ideal nonlinear crystal for wavelength conversion is required to have (1) a large nonlinear optical constant, (2) a short absorption edge, and (3) an appropriate birefringence. In addition, it is necessary from the viewpoint of practical use that the crystal is excellent in (4) mechanical characteristics.
The moderate birefringence index (3) is a birefringence index that satisfies the non-critical phase matching condition in which the wavelength conversion is performed with the highest efficiency for the wavelength to be generated. If the birefringence is smaller than the ideal value, wavelength conversion becomes impossible.
[0010]
Various attempts have been made for nonlinear optical crystals so far, and calcium oxyborate (COB) based crystals are attracting attention as one of them.
For example, Aka et al. Found GdCa ₄ O (BO ₃ ) ₃ : GdCOB nonlinearity, and reported the growth and optical properties of the single crystal (1996). About this GdCOB
・ It can be grown by Cz method and is water-insoluble ・ Vickers hardness: about 600 (about quartz) ・ d _eff (at 1064 nm): 1.3 pm / V (about 3.4 times of KDP)
A phase matching limit wavelength of 840 nm,
It has been clarified that the third harmonic generation of Nd: YAG is impossible.
[0011]
However, this GdCOB has a big problem that its birefringence is as small as 0.033.
That is, the GdCa ₄ O (BO ₃ ) ₃ (GdCOB) crystal is easy to grow and excellent in mechanical properties, but has a small birefringence, so that the wavelength that can be generated by wavelength conversion becomes long. Therefore, the inventors of this application have studied a means for increasing the birefringence, and the GdCa ₄ O (BO ₃ ) ₃ (GdCOB) crystal Gd is replaced with Y to increase the birefringence. I found out. As a result, the GdCOB crystal can generate only the second harmonic of the Nd: YAG laser, but YCOB in which Gd is replaced with Y can generate the third harmonic of the Nd: YAG laser.
[0012]
The newly found YCOB crystal has already been specifically proposed by the inventors of this application.
However, since it is not possible to freely control the birefringence of conventional COB-based crystals, the inventors of this application have further described COB as a nonlinear optical crystal for wavelength conversion. The problem has been to provide a new technical means that enables optimization control of optical properties as well as birefringence as an important requirement for wavelength conversion as well as mechanical properties.
[0013]
As a result, the inventors of this application have realized a new nonlinear optical crystal based on the one represented by Gd _x Y _1-x Ca ₄ O (BO ₃ ) ₃ as a solution to the above problems. .
In this case, GdCOB of GdCa ₄ O (BO ₃ ) ₃ can introduce not only the case where Gd is replaced with Y, but also low rare earth elements such as Lu and La, which change the lattice constant. This can be confirmed by X-ray diffraction observation of the sintered body. Since the lattice constant and the refractive index are correlated, changing the lattice constant means changing the birefringence of the crystal. Therefore, further investigation has been made, and it has been found that the birefringence can be freely controlled by changing the ratio of Gd, Y, Lu, and La. For example, the birefringence changes in the order of Lu>Y>Gd> La.
[0014]
Furthermore, the inventors have made a good idea about the conversion to the second harmonic.
For the conversion to the second harmonic, an LBO (LiB ₃ O ₃ ) crystal is currently used as a wavelength conversion crystal for generating the second harmonic of the Nd: YAG laser. However, since the LBO crystal is a water-soluble crystal, its life and reliability are not sufficient, and the crystal must be heated to a high temperature of 148 ° C. In addition, there is a problem that the generation cost is high. Therefore, development of a wavelength conversion crystal for generating the second harmonic of an Nd: YAG laser instead of the LBO crystal has been demanded. In particular, the second harmonic generation of an Nd: YAG laser under non-critical phase matching conditions at room temperature has not been put into practical use so far, and the development of a wavelength conversion crystal capable of this has been strongly desired.
[0015]
As described above, the inventor of this application has proposed that the calcium oxyborate-based crystal containing Gd and Y (including substitution with other rare earth elements) is nonlinear for second harmonic generation. It was found that it was an optical crystal, and the invention of this application was made possible.
In other words, the inventors of this application have found that _Gx Y _1-x COB substituted with the Gd moiety, that is, Gd _x Y _1-x Ca ₄ O (BO ₃ ) ₃ crystal, under non-critical phase matching conditions at room temperature. The third harmonic generation is realized, and the same thing can be achieved in the second harmonic generation (wavelength: 532 nm green light) as a nonlinear optical crystal having the above composition. In this case, the second harmonic generation and the third harmonic generation can be performed under non-critical phase matching conditions by changing the composition of the Gd- and Y-containing oxyborate crystal.
[0016]
For example, as an example, it is possible to generate the second harmonic (type 2) by setting the composition ratio (X) to 0.28 or less in the vicinity of the upper and lower parts thereof, and to 0.28 or more in the vicinity of the upper and lower parts. Thus, it has been confirmed that generation of the third harmonic (type 1) is possible.
For example, as shown in FIG. 1, the second harmonic is surely generated under the non-critical phase matching condition when the Gd ratio is around 28% (X = 0.28).
[0017]
Up to now, it was possible only at a practical level when the LBO crystal was heated to 148 degrees, but the crystal of the present invention is epoch-making in that it is possible at room temperature. As a characteristic, the stability to the angle (angle allowable width) is remarkably improved as compared with other crystals. From the data of the crystal of the present invention in FIG. 2 and the following Table 1 compared with the conventional case, It ’s easy to understand. The angle allowable width represents the width of an angle until the output is reduced by half for a 1 cm element.
[0018]
[Table 1]

[0019]
Further, since the traveling directions of the fundamental wave (infrared light, wavelength: 1064 nm) and the second harmonic wave (green light) are exactly the same (walk-off angle is 0 degree), the interaction length becomes long. Further, as a feature thereof, when higher-order harmonic generation is performed at the next stage, incident light can be overlapped and incident, which is advantageous for wavelength conversion.
FIG. 3 is a diagram illustrating generation of the third harmonic under non-critical phase matching conditions, and it can be seen that X is around 0.28.
[0020]
In addition to the above, the important thing about the Gd- and Y-containing calcium oxyborate crystal as the nonlinear optical element of the present invention is that the non-critical phase matching condition is substantially the same as the direction satisfying the third harmonic non-critical phase matching condition The second harmonic can also be output. This is the first confirmation in the world. Although the fundamental wave to the third harmonic cannot be directly generated at the same time, the laser beam generator of the invention of this application is provided by utilizing this same directionality.
[0021]
That is, doping a crystal with a laser medium (Yb: ytterbium or Nd: neodymium) and further adding a laser oscillation function to perform laser oscillation to generation of ultraviolet light using a single element.
Further, in the present invention, the existing diffusion fusion means can be made into one chip without any reflection loss.
[0022]
For example, in the present invention, the configuration illustrated in FIG. 4 using an internal resonator structure is provided, thereby providing a small ultraviolet laser light generating apparatus using semiconductor laser excitation.
For example, in the configuration of FIG. 4, Yb-doped Gd and Y-containing calcium oxyborate (COB) is used. An excitation semiconductor laser, a reflective coating, and a wave plate can be used as appropriate. For example, an excitation semiconductor laser having an oscillation wavelength of 900 nm can be used, and a reflective coating having a multilayer structure can be used.
[0023]
Furthermore, in this invention, the laser beam generator as shown in FIG. 5 and FIG. 6 that can be produced by the diffusion fusion means can also be exemplified.
For example, an apparatus having the above-described means can be used as the laser light generation apparatus of the present invention.
Note that the method for growing the crystal is not particularly limited, but the crystal can be grown, for example, by a high frequency derivative heating type Cz method. Yb or Nd can be doped by growing together with Gd and Y-containing COB raw materials during crystal growth. The doping amount of Yb and Nd can be determined in consideration of a required characteristic function, its use, etc. For example, generally about 0.5 to 30%, further about 2 to 20% is considered. be able to.
[0024]
【Example】
Crystal growth was performed by a high frequency induction heating type Cz method. As raw materials, Gd ₂ O ₃ and Y ₂ O ₃ were used together with CaCO ₃ and B ₂ O ₃ .
An Ir (iridium) crucible was grown in an Ar (argon) atmosphere at a temperature of about 1500 ° C., for example.
[0025]
Gd _x Y _1-x COB crystals of various compositions with X = 0.30 or less were grown by changing the ratio (X) of Gd.
The obtained crystal was confirmed to have a uniform composition and a solid solution.
As illustrated in FIG. 2, in this embodiment, for the second harmonic generation (type 2), a non-critical phase matching condition with a phase matching angle of 90 ° near X = 0.28 may be satisfied at room temperature. confirmed.
[0026]
Further, as shown in FIG. 3, the third harmonic generation (type 1) near X = 0.28 was confirmed. That is, it was also confirmed that the second harmonic can be output almost in the non-critical phase matching condition in the same direction as the direction satisfying the non-critical phase matching condition of the third harmonic.
Therefore, after the above confirmation, the Gd _X Y _1-x COB crystal was doped with Yb or Nd. Doping was performed by growing crystals by mixing Yb or Nd in the Gd _X Y _1-x COB crystal growth raw material. The composition ratio (X) was in the range of 0.15 to 0.30, and the doping amount of Yb or Nd was 5 to 10%.
[0027]
When the generation of harmonics as an element was evaluated, the generation of second and third harmonics of the Nd: YAG laser in the same direction was confirmed in Yb or Nd-doped Gd and Y-containing COB. Nd _0.12 Gd _0.16 Y _0.72 COB crystal is one of them.
[0028]
【The invention's effect】
As described above in detail, the present invention provides a multifunctional laser light generating device that has a simpler configuration and is small and capable of generating ultraviolet laser light.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram exemplifying a relationship between a composition (X) and a phase matching angle in second harmonic generation.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an external angle and a normalized second harmonic output.
FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between composition (X) and phase matching angle in third harmonic generation.
FIG. 4 is a schematic view illustrating the configuration of an ultraviolet laser light generation apparatus based on semiconductor laser excitation.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration example of another laser beam generator.
FIG. 6 is a schematic view showing a configuration example of still another laser beam generator.

Claims

(A) The following formula [Chemical Formula 1]
Gd _x Y _1-x Ca ₄ O (BO ₃ ) ₃
(O <X <1)
A single second-order nonlinear optical crystal element in which Yb or Nd is doped in a calcium oxyborate-based crystal containing Gd and Y represented by:
(B) an excitation light source for exciting the single second-order nonlinear optical crystal element doped with Yb or Nd;
(C) A fundamental wave and its second harmonic generated in a single second-order nonlinear optical crystal element doped with Yb or Nd are converted into a single second-order nonlinear optical doped with Yb or Nd. Means to re-enter the crystal element;
(D) a polarization plane control means for re-entering the fundamental wave and the second harmonic wave that are re-incident with the polarization plane rotated;
A laser beam generator characterized in that it can perform laser oscillation of the fundamental wave and generation of second harmonic and third harmonic laser beams.

The laser light generator according to claim 1, wherein the calcium oxyborate-based crystal containing Gd and Y contains Lu or La as a substitute for a part of Gd or Y.

3. The laser beam generator according to claim 1, further comprising a semiconductor laser excitation unit, and a wavelength plate as well as a reflector.