JP4531163B2

JP4531163B2 - Optical parametric oscillator

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Publication number: JP4531163B2
Application number: JP22406399A
Authority: JP
Inventors: 英夫鈴木; 寧大林; 新高; 正臣高坂
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2019-08-06
Also published as: JP2001051312A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光パラメトリック発振器に係り、特に高い波長選択性を得るのに好適なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光パラメトリック発振では、励起光、シグナル光およびアイドラ光の３つの光が非線形光学媒質内で相互作用する。通常は、励起光を非線形光学媒質に入射してシグナル光とアイドラ光を発生させ、レーザ発振させる。非線形光学媒質において、シグナル光あるいはアイドラ光の偏光方向が、励起光の進行方向と非線形光学媒質の結晶軸とで形成される面に対して垂直であればその光を常光（Ordinary ray；ｏで表す）、平行であれば異常光（Extraordinary ray；ｅで表す）と呼ぶ。ここで、ある励起光がある位相整合条件で非線形光学媒質に入射したとき、シグナル光とアイドラ光の偏光方向が同じ場合をタイプ−１、互いに異なる場合をタイプ−２と呼んでいる。
【０００３】
光パラメトリック効果において、非線形光学媒質に波長λ_pの励起光を入射することにより、波長λ_sのシグナル光と波長λ_iのアイドラ光が発生するが、このれら３つの光には次の関係が成り立っている。
【０００４】
【数１】

ここで、λ_sとλ_iが一致する点を縮退点と呼ぶ。
【０００５】
ところで、シグナル光とアイドラ光の偏光方向が同じであるタイプ−１の場合、縮退点近傍ではいくつもの波長で位相整合条件が成立し、その結果、光パラメトリック発振における発振波長のバンド幅が大きく広がる傾向にある。これに対し、偏光方向が異なるタイプ−２の場合では、縮退点近傍でも位相整合する条件は限られており、バンド幅が広がることはない。
【０００６】
ところが、非線形光学媒質の種類によっては、その特性上タイプ−１と比較してタイプ−２の光パラメトリックゲインが小さいものがある。そのため、縮退点付近で高エネルギーの発振光を得るためには、光パラメトリック発振器の非線形光学媒質としてタイプ−１を選択せざるを得ない場合（例えばβ-BBO（β-phase BaB₂O₄）結晶）がある。しかし、前述したようにタイプ−１の非線形光学媒質は縮退点付近でのバンド幅が大きく広がる傾向がある。そのため、タイプ−１の非線形光学媒質を用いる場合、バンド幅を狭帯化するために、光パラメトリック共振器内にグレーティングを配置し波長選択を行うことによって、発振バンド幅を狭帯化する手法が「J. Opt. Soc. Am. B Vol. 12 (1995), 2117」で提案されている。
【０００７】
この様に、グレーティングを用いた場合、光パラメトリック発振器の発振しきい値は極めて大きくなり、また、発振光のエネルギーは小さくなる。このため、「J. Opt. Soc. Am. B Vol. 12 (1995), 2122」では、発振光を再度第２の光パラメトリック発振器あるいは光パラメトリック増幅器によって増幅する手法が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、グレーティングを用いた場合、光パラメトリック発振のしきい値が大きいため、高エネルギーの励起光を用いなければならず、非線形光学媒質、ミラーおよびレンズ等の損傷が危惧される等の問題が生じる。
【０００９】
また、発振光を再度第２のパラメトリック発振器で増幅する場合、各非線形光学媒質や発振光の光路を変える反射ミラー等の角度を、それぞれ微妙に調節する装置を具備せねばならず、波長選択の制御が複雑になるという問題点がある。
【００１０】
そこで本発明は、縮退点付近でもグレーティングや第２のパラメトリック発振器を用いることなく、簡易に発振バンド幅を狭帯化することが可能な、光パラメトリック発振器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光パラメトリック発振器は、励起光を出力する励起光源と、励起光の光路上に配置され、励起光の照射により光パラメトリック発振し、シグナル光およびアイドラ光を発する複数の非線形光学媒質と、これら複数の非線形光学媒質の位相整合条件を調節する位相整合調節手段と、励起光、シグナル光およびアイドラ光に対して共振器を構成する光学系とを備え、位相整合調節手段は、複数の非線形光学媒質の少なくとも一つがシグナル光とアイドラ光の偏光方向が同じになるように、且つ、少なくとも一つをシグナル光とアイドラ光の偏光方向が異なるように位相整合することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、シグナル光とアイドラ光の偏光方向が同じになるように位相整合された非線形光学媒質の光パラメトリックゲインにより、シグナル光およびアイドラ光は増幅され、更にシグナル光とアイドラ光の偏光方向が互いに異なるように位相整合された非線形光学媒質により、更なるシグナル光とアイドラ光の増幅がなされると共に、発振光のバンド幅が狭帯化できる光パラメトリック発振器を得ることができる。
【００１３】
また、本発明に係る光パラメトリック発振器の位相整合調節手段は、励起光の非線形光学媒質への入射角、非線形光学媒質の温度あるいは非線形光学媒質への印加電圧のいずれか一つ以上を変化させることによって、位相整合条件を調節するように構成されていることを特徴としてもよい。本発明によれば、複数の非線形光学媒質の位相整合手段を適宜選択できることができる。場合によっては、複数の非線形光学媒質の位相整合手段が同一である必要はなく、励起光の非線形光学媒質への入射角、非線形光学媒質の温度あるいは非線形光学媒質への印加電圧のいずれかを変化させる手法を組み合わせて用いることによって、非線形光学媒質の位相整合を行うことが可能である。
【００１４】
また、本発明に係る光パラメトリック発振器は、シグナル光およびアイドラ光の波長若しくは光強度に基づいて、位相整合調節手段を制御する制御手段を更に備えることを特徴としても良い。本発明によれば、それぞれの非線形光学媒質の位相整合を的確に制御することが可能であり、縮退点付近でも精度よくシグナル光とアイドラ光を同調させることが可能な光パラメトリック発振器を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１を参照して、本発明の実施形態に係る光パラメトリック発振器の構成について説明する。図１は光パラメトリック発振器の構成概念図であり、この光パラメトリック発振器は非線形光学媒質を励起する励起光源１０と、励起光源１０の光路上に配置され、ファブリーペロー発振器を構成するミラーＭ１，Ｍ２と、ミラーＭ１，Ｍ２に挟まれ、カスケード配置されたタイプ−１の非線形光学媒質１１およびタイプ−２の非線形光学媒質１２とを備えて構成されている。
【００１７】
更に、非線形光学媒質１１，１２の位相整合条件をそれぞれ調節する位相整合調節手段１３，１４と、ミラーＭ２を透過した発振光の光路上に配置され、一部の発振光を反射するミラーＭ３と、ミラーＭ３で反射された発振光の光波長および光強度を確認する確認装置１６と、確認装置１６で検出した発振光に基づき、位相整合調節手段１３，１４を制御する制御装置１５とを備えて構成されている。
【００１８】
ここで、励起光λ_pの入射によりタイプ−１の非線形光学媒質１１で発生するシグナル光λ_s（１）およびアイドラ光λ_i（１）と、タイプ−２の非線形光学媒質１２で発生するシグナル光λ_s（２）の偏光方向は同じであり、これに対し、タイプ−２の非線形光学媒質１２において発生するアイドラ光λ_i（２）の偏光方向は、他の光の偏光方向と直交していると仮定している。
【００１９】
図１に示すように、励起光源１０から発せられた励起光λ_pは、ミラーＭ１を透過し、タイプ−１の非線形光学媒質１１に入射され、シグナル光λ_s（１）およびアイドラ光λ_i（１）を発生させる。発生されたシグナル光λ_s（１）およびアイドラ光λ_i（１）と変換されずに残った励起光λ_pは、タイプ−２の非線形光学媒質１２に入射する。なお、双方の非線形光学媒質１１，１２の位相整合波長が大きく異なっている場合には、タイプ−２の非線形光学媒質１２では、励起光λ_pの入射によりシグナル光λ_s（２）とアイドラ光λ_i（２）が発生するのみである。そのため、ミラーＭ１，Ｍ２で構成されたファブリペロー発振器内では、それぞれ独立にシグナル光λ_s（１），λ_s（２）とアイドラ光λ_i（１），λ_i（２）が発振する。
【００２０】
ここで、ミラーＭ１は励起光源１０からの励起光λ_pは透過するが、非線形光学媒質１１から励起光源へ戻る方向の励起光λ_p、シグナル光λ_s（１），λ_s（２）およびアイドラ光λ_i（１），λ_i（２）は反射するようになっている。ミラーＭ２は非線形光学媒質１２からの励起光λ_pをほとんど反射するが、シグナル光λ_s（１），λ_s（２）およびアイドラ光λ_i（１），λ_i（２）の一部を反射し一部を透過する。この共振器によって励起光λ_p、シグナル光λ_s（１），λ_s（２）およびアイドラ光λ_i（１），λ_i（２）は閉じこめられ、発振する。
【００２１】
図１に示すように、ミラーＭ２を透過した励起光λ_p、シグナル光λ_s（１），λ_s（２）およびアイドラ光λ_i（１），λ_i（２）は、励起光カットフィルタＦ１を通ることにより、残っていた励起光成分がカットされる。そして、シグナル光λ_s（１），λ_s（２）およびアイドラ光λ_i（１），λ_i（２）の一部はミラーＭ３により反射され、確認装置１６に入射される。
【００２２】
確認装置１６はシグナル光λ_s（１），λ_s（２）およびアイドラ光λ_i（１），λ_i（２）の重畳した光を検出し、その波長と強度に基づいて、非線形光学媒質１１と非線形光学媒質１２とが同等あるいは同じ波長のシグナル光とアイドラ光を発するような位相整合の条件を満たしているか否かを判定する。この判定結果をもとに、制御装置１５は位相整合調節手段１３，１４を制御することにより、非線形光学媒質１１，１２の位相整合条件を調節する。これにより、発振器内では同等あるいは同じ波長のシグナル光λ_s（１），λ_s（２）およびアイドラ光λ_i（１），λ_i（２）が発振させられる。このとき、シグナル光λ_s（１）とλ_s（２）は重畳され、且つ、アイドラ光λ_i（１）とλ_i（２）は重畳され、それぞれシグナルλ_s光とアイドラ光λ_iとなりミラーＭ２から出射される。
【００２３】
なお、位相整合調節手段１３，１４は、励起光の非線形光学媒質１１，１２への入射角、非線形光学媒質１１，１２の温度あるいは非線形光学媒質１１，１２への印加電圧のいずれか一つ以上を変化させることによって位相整合条件を調節しており、いずれかに限定されない。
【００２４】
具体的には、励起光の非線形光学媒質１１，１２への入射角を変化させ位相整合条件を調節したい場合、回転テーブルなどに非線形光学媒質１１，１２を載置しテーブルを回転させればよい。非線形光学媒質１１，１２の温度を変化させ位相整合条件を調節したい場合は、図２に示すように、非線形光学媒質１１，１２の角度は変えずに非線形光学媒質１１，１２をそれぞれ温度調節容器Ｔ１およびＴ２に入れ、温度制御素子によってヒータに加える電圧Ｖ１およびＶ２を変化させることにより非線形光学媒質１１，１２の温度を変化させればよい。非線形光学媒質１１，１２への印加電圧を変化させ位相整合条件を調節したい場合、図３に示すように、非線形光学媒質１１，１２の角度は変えずにそれぞれ電極Ｅ１およびＥ２を取り付け、電圧Ｖ１およびＶ２を印加することにより生じる電気光学効果によって位相整合条件を調節すればよい。
【００２５】
ミラーＭ２から出射したシグナル光λ_sとアイドラ光λ_iは、励起光カットフィルタＦ１を透過し、更にその大部分はミラーＭ３を透過する。その後、カットフィルタＦ２によりシグナル光λ_sまたはアイドラ光λ_iのみが透過させられ、所望の波長のレーザー光を得ることができる。
【００２６】
次に、図４を参照して、励起光λ_p、シグナル光λ_s（１），λ_s（２）およびアイドラ光λ_i（１），λ_i（２）の相互作用について説明する。図４は図１の光パラメトリック発振器部分を側面から見た拡大図である。なお、位相整合は非線形光学媒質１１、１２の結晶軸に対する励起光λ_pの入射角の変化によって行われているものとする。また、図２において、励起光λ_pの非線形光学媒質１１，１２への入射角はそれぞれθ₁，θ₂で示し、励起光λ_pの光路の延長線を破線、発振光である励起光λ_p、シグナル光λ_s（１），λ_s（２）およびアイドラ光λ_i（１），λ_i（２）の光路を実線で示している。
【００２７】
まず、励起光λ_pがタイプ−１の非線形光学媒質１１に入射することにより、偏光方向が同じシグナル光λ_s（１）とアイドラ光λ_i（１）を発生する。タイプ−１の非線形光学媒質１１で発生したシグナル光λ_s（１）とアイドラ光λ_i（１）および変換されずに残った励起光λ_pは、タイプ−２の非線形光学媒質１２に入射する。このとき、非線形光学媒質１１，１２の位相整合波長が大きく異なっている場合には、前述したように、タイプ−２の非線形光学媒質１２では励起光λ_pの入射によりシグナル光λ_s（２）とアイドラ光λ_i（２）が発生するのみで、位相整合条件の異なるシグナル光λ_s（１）とアイドラ光λ_i（１）とは相互反応を示さない。
【００２８】
ただし、タイプ−１の非線形光学媒質１１とタイプ−２の非線形光学媒質１２の光パラメトリックゲインが異なる場合には、光パラメトリックゲインが大きなタイプの非線形光学媒質の発振特性が優勢となり、優勢となった非線形光学媒質で発生したシグナル光λ_sおよびアイドラ光λ_iがミラーＭ１、Ｍ２間で発振する。
【００２９】
一方、非線形光学媒質１１，１２のシグナル光λ_s（１）とλ_s（２）の波長およびアイドラ光λ_i（１）とλ_i（２）の波長が同等あるいは同じ場合には、それぞれの非線形光学媒質１１，１２中でシグナル光λ_s（１）とλ_s（２）が励起光λ_pとパラメトリック相互作用を起こすことにより増幅され、シグナル光λ_s（１），λ_s（２）とが重畳したシグナル光λ_sとして発振する。
【００３０】
これに対し、アイドラ光λ_i（１），λ_i（２）はそれぞれタイプ−２の非線形光学媒質１２、タイプ−１の非線形光学媒質１１の位相整合条件に合致しないため相互作用は起こさないが、励起光λ_pとシグナル光λ_sの非線形光学媒質１１，１２におけるパラメトリック相互作用によって、アイドラ光λ_i（１）とλ_i（２）も発生・増幅され、アイドラ光λ_i（１），λ_i（２）の重畳したアイドラ光λ_iとして発振する。
【００３１】
ここで、発生したシグナル光λ_sおよびアイドラ光λ_iは、２個の非線形光学媒質１１、１２の光パラメトリックゲインによって、非線形光学媒質が１個の光パラメトリック発振器の場合よりも、更に大きく光パラメトリック発振させられる。また、タイプ−１の非線形光学媒質１１における発振光のバンド幅の広がりは、タイプ−２の非線形光学媒質１２によって狭帯化される。
【００３２】
以上の様に、タイプ−１の非線形光学媒質１１とタイプ−２の非線形光学媒質１２を用い、同等あるいは同じ波長のシグナル光とアイドラ光を発生するようにその位相整合条件を調節することにより、バンド幅が狭帯化されたシグナル光およびアイドラ光を増幅、発振させることが可能である。
【００３３】
なお、図１および図４の光パラメトリック発振器では、タイプ−１とタイプ−２の２個の非線形光学媒質を用いているが、非線形光学媒質の個数は３個以上の複数個でもよい。ただし、複数の非線形光学媒質には少なくとも一つのタイプ−１の非線形光学媒質と、少なくとも一つのタイプ−２の非線形光学媒質が含まれていなければならない。
【００３４】
次に、図５を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。図５の光パラメトリック発振器は、励起光λ_pを発する励起光源（図示せず）と、励起光λ_pの光路を適宜変更するミラーＭ４１，Ｍ４２と、励起光λ_pの光路上に配置されたタイプ−１の非線形光学媒質１１１、タイプ−２の非線形光学媒質１２１およびタイプ−１の非線形光学媒質１１２、タイプ−２の非線形光学媒質１２２と、励起光λ_pの光路上でこれら非線形光学媒質１１１，１２１，１１２，１２２を挟むように配置された共振器を構成する光学系Ｍ１，Ｍ２とを備えて構成されている。
【００３５】
ここで、タイプ−１の非線形光学媒質１１１とタイプ−２の非線形光学媒質１２１を第一のペア、タイプ−１の非線形光学媒質１１２とタイプ−２の非線形光学媒質１２２を第二のペアとして考える。
【００３６】
いま、タイプ−１の非線形光学媒質１１１とタイプ−２の非線形光学媒質１２１からなる第一のペアは、同等あるいは同じ波長を発するように、非線形光学媒質１１１，１２１の結晶軸に対する励起光λ_pの入射角θ₁₁，θ₂₁を調節することによって位相整合されている。このペアのみに注目すると、図４の光パラメトリック発振器と同様に考えることができ、励起光λ_pの入射によりタイプ−１の非線形光学媒質１１１で発生したシグナル光λ_s（１１）およびアイドラ光λ_i（１１）と、同じく励起光λ_pの入射によりタイプ−２の非線形光学媒質１２１で発生したシグナル光λ_s（２１）およびアイドラ光λ_i（２１）とは、非線形光学媒質１１１，１２１内で励起光λ_pと光パラメトリック相互作用する。これにより、シグナル光λ_s（１１）とシグナル光λ_s（２１）の重畳したシグナル光λ_s（１０）と、アイドラ光λ_i（１１）とアイドラ光λ_i（２１）の重畳したアイドラ光λ_i（１０）を得ることができるが、これらシグナル光とアイドラ光は発振強度が大きく、且つ、バンド幅が狭帯化されている。
【００３７】
タイプ−１の非線形光学媒質１１２とタイプ−２の非線形光学媒質１２２からなる第二のペアは、同等あるいは同じ波長を発するように、非線形光学媒質１１２，１２２の結晶軸に対する励起光λ_pの入射角θ₁₂，θ₂₂を調節することによって位相整合されている。このペアのみに注目すると、前述の第一のペアと同じく、図４の光パラメトリック発振器と同様に考えることができ、励起光λ_pの入射によりタイプ−１の非線形光学媒質１１２で発生したシグナル光λ_s（１２）およびアイドラ光λ_i（１２）と、同じく励起光λ_pの入射によりタイプ−２の非線形光学媒質１２２で発生したシグナル光λ_s（２２）およびアイドラ光λ_i（２２）とは、非線形光学媒質１１２，１２２内で励起光λ_pと光パラメトリック相互作用する。これにより、シグナル光λ_s（１２）とシグナル光λ_s（２２）の重畳したシグナル光λ_s（２０）と、アイドラ光λ_i（１２）とアイドラ光λ_i（２２）の重畳したアイドラ光λ_i（２０）を得ることができるが、これらシグナル光とアイドラ光は発振強度が大きく、且つ、バンド幅が狭帯化されている。
【００３８】
なお、第一のペアの非線形光学結晶１１１，１２１と第２のペアの非線形光学結晶１１２，１２２で発生するシグナル光λ_s（１０），λ_s（２０）およびアイドラ光λ_i（１０），λ_i（２０）は同等あるいは一致していなくともよい。
【００３９】
これらをふまえて、図５の光パラメトリック発振器について考えると、これには同じ光学系Ｍ１，Ｍ２内に二つの光パラメトリック発振器が共存していることになる。そして、図５の光パラメトリック発振器内では第一のペアの光パラメトリック発振器による発振光であるシグナル光λ_s（１０），アイドラ光λ_i（１０）と、第二の光パラメトリック発振器による発振光であるシグナル光λ_s（２０），アイドラ光λ_i（２０）が発振することになる。
【００４０】
以上の様に、本実施形態による光パラメトリック発振器では同時に複数の光パラメトリック発振器を有することができ、それぞれの光パラメトリック発振器による発振光を得ることが可能である。なお、それぞれの光パラメトリック発振器の非線形光学媒質は２個に限られず、３個以上でもよいことはいうまでもない。
【００４１】
次に、図６を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。図６の光パラメトリック発振器は、ミラーＭ₁〜Ｍ₄によって閉ループの共振器が構成されており、励起光λ_pを発する励起光源（図示せず）と、励起光λ_pの光路上に配置されると共に、ミラーＭ₁とミラーＭ₂の間に配置されたタイプ−１の非線形光学媒質１１と、励起光λ_pの光路上に配置されると共に、ミラーＭ₃とミラーＭ₄の間に配置されたタイプ−２の非線形光学媒質１２とを備えて構成されている。
【００４２】
まず、励起光λ_pがミラーＭ₁を介してタイプ−１の非線形光学媒質１１に入射し、シグナル光λ_s（１）およびアイドラ光λ_i（１）を発生させる。これらの光は、ミラーＭ₂およびミラーＭ₃によって反射され、励起光λ_pとともにタイプ−２の非線形光学媒質１２に入射する。ここで、励起光λ_pおよびシグナル光λ_s（１）の入射によりタイプ−２の非線形光学媒質１２では更なるパラメトリック発振が生じ、シグナル光λ_s（２）およびアイドラ光λ_i（２）が発生する。ここで、シグナル光λ_s（１），λ_s（２）およびアイドラ光λ_i（１），λ_i（２）は重畳され、シグナル光λ_sおよびアイドラ光λ_iとなり、それぞれのバンド幅は狭帯化される。狭帯化されたシグナル光λ_sおよびアイドラ光λ_iの一部はミラーＭ₄を透過し、出力光として取り出される。残りのシグナル光λ_sおよびアイドラ光λ_iは、更にミラーＭ₄およびＭ₁で反射され、タイプ−１の非線形光学媒質１１に入射し、更なるパラメトリック発振を生じさせる。ここで、ミラーＭ₁は励起光λ_pを透過する様になっているため、閉ループを通った励起光λ_pはミラーＭ₁から出力される。
【００４３】
このように、本発明に係る実施形態は閉ループによる光パラメトリック発振器も構成することが可能である。また、閉ループ内に複数の非線形光学媒質を配置することや、複数の対のタイプ−１およびタイプ−２の非線形光学媒質を配置し、前述した第２の実施形態を閉ループの共振器で実現できることはいうまでもない。
【００４４】
ところで、光パラメトリック発振における位相整合条件は、励起光、シグナル光およびアイドラ光の波数ベクトルｋ_p、ｋ_s、ｋ_iの保存条件
【数２】

で決まる。通常、光パラメトリック発振において、３つの光は同軸上に進行するので、波数はスカラー量ｋ_p、ｋ_s、ｋ_iで表すことができる。
【００４５】
波数ｋ_x（ｘ＝ｐ，ｓ，ｉ）はそれぞれの光の偏光方向（常光；ｏ、あるいは異常光；ｅ）における屈折率ｎ_x ^(y)（λ_x、θ）を用いて、次式のように表すことができる（但しｙ＝ｏ，ｅ）。ここで、屈折率ｎ_x ^(y)（λ_x、θ）は波長λ_xと非線形光学媒質の結晶軸に対する励起光の入射角θの関数である。
【００４６】
【数３】

ただし、
【数４】

【数５】

である。ここで、θは非線形光学媒質の結晶軸に対する励起光の入射角である。
【００４７】
式（１）〜（５）より、タイプ−１およびタイプ−２についてのθに対する位相整合波長の関係である位相整合曲線が求められる。図７は非線形光学媒質にＢＢＯ、励起光レーザにＮｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波：波長３５４．７ｎｍを用いた場合の光パラメトリック発振の位相整合曲線を示している（以下、特に表記がない限り、非線形光学媒質にはＢＢＯ結晶を、励起光レーザにはＮｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波：波長３５４．７ｎｍを用いることとする）。この図７より、励起光の入射角θの調節により、タイプ−１とタイプ−２のＢＢＯ結晶で同じ波長の発振光を得たい場合、タイプ−２の非線形光学媒質に対する励起光の入射角θはタイプ−１と比較して大きくなっており、特に縮退点付近ではタイプ−１の場合、励起光の入射角θの微妙な変化によって、発振光の波長が大きく左右されることが理解できる。
【００４８】
また、このときの光パラメトリックゲインＧに関連する性能指数（Figure of Merit；ＦＯＭ）は次式で表される。
【００４９】
【数６】

【００５０】
【数７】

ここで、Ｃ₀は光速度、ε₀は真空の誘電率である。ｄ_effは有効非線形定数と呼ばれ、ある位相整合条件での非線形光学媒質における２次の非線形光学定数の値である。これより、結晶の長さをＬとすると、光パラメトリックゲインＧは次式のように求められる。
【００５１】
【数８】

ここで、Ｉ_pは励起光のパワー密度である。
【００５２】
タイプ−１とタイプ−２でＬ、Ｉ_pがほぼ同じであれば、光パラメトリック発振における発振のし易さはＦＯＭで比較できる。図８はＢＢＯ結晶におけるタイプ−１とタイプ−２のＦＯＭを示しており、ＦＯＭ（１）はタイプ−１でのＦＯＭ、ＦＯＭ（２）はタイプ−２でのＦＯＭである。ＢＢＯ結晶の場合、ＦＯＭ（１）はcos²θに、ＦＯＭ（２）はcos⁴θに比例するので、位相整合角の大きいタイプ−２では縮退点に近づくにつれ光パラメトリックゲインの減少が著しくなる。これに対し、ＦＯＭ（１）は縮退点に近づくにつれ、大きくなっていくことが理解できる。
【００５３】
ところで、図９はタイプ−１の非線形光学媒質１１０のみ、図１０はタイプ−２の非線形光学媒質１２０のみを用いた場合の典型的な光パラメトリック発振器の構成例を示している。両図において、（ａ）が非線形光学媒質を１つ用いた場合、（ｂ）が２個の同じ種類の非線形光学媒質を用いた場合を示しており、（ｂ）では、それぞれの非線形光学媒質を互いに結晶軸が反対になるようにカスケード配置している。この様にカスケード配置とするのは、励起光、シグナル光およびアイドラ光の屈折率の違いによるエネルギー伝搬方向のずれ（Walk-off；ウォークオフ）を補正することによって、光パラメトリック発振器の効率を向上させるためである。従来技術では、前述のように同じ種類、同じタイプの非線形光学媒質を使用したパラメトリック発振器が用いられていた。そこで、本発明者は、まず、従来技術である図８（ａ）のタイプ−１の非線形光学媒質１１０を一つ用いた場合の光パラメトリック発振器の発振光スペクトルを測定した。
【００５４】
図１１は図９（ａ）の光パラメトリック発振器における、各発振波長に対するバンド幅（半値幅；ＦＷＨＭ）の関係を示している。図１１（ａ）は発振波長に対する半値幅の大きさの関係を示しており、図１１（ｂ）は発振波長に対する半値幅の関係をカイザーで示したものである。図１１より発振波長が縮退点である７０９．４ｎｍに近づくにしたがって、バンド幅が急激に大きくなっていくこと、発振光のエネルギーが大きくなることが理解できる。
【００５５】
タイプ−２については、タイプ−１と比較して縮退点付近でもバンド幅は広がらないことが、文献「Appl. Phys. Lett. Vol. 56 (1990), 1819」のＦｉｇ．２によって示されている。この様に、タイプ−１の非線形光学媒質ではバンド幅が大きく広がる傾向があるが、タイプ−２の非線形光学媒質は発振バンド幅が広がらないことが理解できる。
【００５６】
次に、図１２を参照して、タイプ−１の非線形光学媒質とタイプ−２の非線形光学媒質を組み合わせることにより、発振強度が大きく、且つ、バンド幅が狭帯化された発振光が得られる様子を説明する。図１２（ａ）はタイプ−１とタイプ−２の非線形光学媒質をシグナル光の波長が７０３．０ｎｍ、アイドラ光の波長が７１５．９ｎｍで位相整合させている場合における、タイプ−１の非線形光学媒質のみの光パラメトリック発振器の発振光スペクトル、タイプ−２の非線形光学媒質のみの光パラメトリック発振器の発振光スペクトルおよびタイプ−１とタイプ−２の非線形光学媒質を組み合わせた光パラメトリック発振器の発振光スペクトルをそれぞれ示している。
【００５７】
図１２（ａ）に示すように、タイプ−１では発振光のバンド幅がそれぞれの発振波長において広帯化しており、発振強度は大きい。これに対し、タイプ−２ではバンド幅は狭帯化されているが発振強度が極めて小さい。これらタイプ−１とタイプ−２の非線形光学媒質を組み合わせた場合、タイプ−１の非線形光学媒質における発振強度の強さと、タイプ−２のバンド幅の狭帯化が発振光に反映され、図示のように発振強度が強く、バンド幅の狭い発振光を得ることができる。
【００５８】
図１２（ｂ）は、タイプ−１の非線形光学媒質を縮退点で位相整合させ、タイプ−２の非線形光学媒質をシグナル光の波長が７０３．０ｎｍ、アイドラ光の波長が７１５．９ｎｍで位相整合させている場合における、タイプ−１のみの光パラメトリック発振器の発振光スペクトル、タイプ−２のみの光パラメトリック発振器の発振光スペクトルおよびタイプ−１とタイプ−２を組み合わせた光パラメトリック発振器の発振光スペクトルをそれぞれ示している。
【００５９】
図１２（ｂ）に示すように、タイプ−１では縮退点付近で発振光のバンド幅が広帯化しており、発振強度は大きい。これに対し、タイプ−２ではバンド幅は狭帯化されているが発振強度が極めて小さい。図１２（ｂ）の場合、タイプ−１とタイプ−２は同じ波長の発振光を発していないが、タイプ−２の各発振波長におけるタイプ−１の発振光の強度が十分大きいため、タイプ−１とタイプ−２の非線形光学媒質を組み合わせた場合、タイプ−１の非線形光学媒質の発振強度がタイプ−２の発振波長において維持されているため、その発振強度とタイプ−２のバンド幅の狭帯化が発振光に反映され、図１２（ａ）と同様、図示のように発振強度が強く、バンド幅の狭い発振光を得ることができる。
【００６０】
次に、図１３から図１６を参照して、実際に光パラメトリック発振器を発振させた時の発振光のスペクトル分布について説明する。図１３は光パラメトリック発振器内にタイプ−１の非線形光学媒質を配置し、縮退点で位相整合させた場合のスペクトル分布を示す。つまり、図９（ａ）の光パラメトリック発振器において、縮退点で位相整合させた場合のスペクトル分布である。図１３より、発振光に約４０ｎｍ程度のスペクトルの広がりがあることが理解できる。この様に、タイプ−１の非線形光学媒質のみの光パラメトリック発振器の場合、発振スペクトルの広がりが大きいことが理解できる。
【００６１】
次に、図１３における光パラメトリック発振状態を維持したまま、タイプ−２の非線形光学媒質を共振器内に挿入して縮退点で位相整合させた場合、つまり、図１および図２の光パラメトリック発振器において、非線形光学媒質１１，１２を縮退点で位相整合させた場合の発振光のスペクトル分布を図１４に示す。図１３と比較して、図１４の場合には発振強度が増加しているにもかかわらず、スペクトル幅は大幅に狭帯化されていることがわかる。この様に、光パラメトリック発振器にタイプ−１とタイプ−２の非線形光学媒質を組み合わせて用いることにより、発振強度の増加と発振バンド幅の狭帯化が可能であることが理解できる。
【００６２】
次に、図１４の状態から、タイプ−２の非線形光学媒質の位相整合条件を少し変化させると、図１５に示すように、シグナル光とアイドラ光が分離される。更に、図１５の状態からタイプ−２の非線形光学媒質の位相整合条件を変化させると、図１６に示すように、更にシグナル光とアイドラ光が分離される。これはシグナル光とアイドラ光が精度良く同調できていることを意味している。
【００６３】
以上のように、本実施形態における光パラメトリック発振器では、タイプ−１の非線形光学媒質とタイプ−２の非線形光学媒質を組み合わせて用いることによって、縮退点付近でも発振強度が強く、バンド幅の広がらない発振光が得られる。
【００６４】
なお、本実施形態では、励起光にＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波および第３高調波を用いたが、励起光にはＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波やその他のレーザ光を用いてもよい。また、本発明は発振光の波長選択にグレーティングを用いていないため、ＬＤ励起のＮｄ：ＹＡＧレーザのような、エネルギー密度が小さい励起光源を用いる光パラメトリック発振器に対して非常に有用である。
【００６５】
また、本実施形態では、非線形光学媒質にＢＢＯ結晶のタイプ−１とタイプ−２を用いたが、用いる非線形光学媒質もＢＢＯ結晶に限られず、ＬＢＯ、ＫＴＰあるいはＬＮなど他の種類の非線形光学媒質を用いてもよい。また、複数個の非線形光学媒質を用いてもよいが、全てが同種類の非線形光学媒質である必要はなく、例えば、タイプ−１のＬＢＯとタイプ−２のＢＢＯ、タイプ−１のＢＢＯとタイプ−２のＫＴＰなど、色々な種類の非線形光学媒質を組み合わせて用いてもよい。更に、これらの非線形光学媒質はバルクではなく疑似位相整合の周期構造型のものでもよい。
【００６６】
次に、本発明に係る光パラメトリック発振器の具体的応用例について図１７を参照して述べる。以下の内容の基本的部分は文献「応用物理第６５巻第１号（１９９６）ｐ．３１で解説されているものである。
【００６７】
近年、ガンの診断と治療において、光線力学的治療法（photodynamic therapy ;ＰＤＴ）が注目を集めている。これはガン細胞にレーザ光を照射し、活性酸素の一種である一重項酸素を発生させ、ガン細胞を死滅させる治療法である。一重項酸素は正常細胞にも有害であるため、ガン細胞と正常細胞の部位の診断が必要不可欠となるが、体内に光感受性物質を注入し、その光感受性物質の蓄積状態がガン細胞と正常細胞で異なることを利用してガン細胞の部位の診断を行う方法が提案されている。そして、その光感受性物質にＭＥ２９０６という物質を用いることが検討されている。
【００６８】
ＭＥ２９０６は、波長６６４ｎｍの光を照射すると励起され、正常細胞からは波長６７０ｎｍ付近の自家蛍光が発せられ、ガン細胞からは蛍光がないという特性を持っている。そこで、図１７に示すように、体内にＭＥ２９６０が蓄積されｓた状態で、光ファイバーなどで６６４ｎｍのレーザ光を患部まで導光し、波長６７０ｎｍの蛍光を検出することにより、正常細胞とガン細胞の部位を診断する事が可能である。また、レーザ光照射によるガン細胞の死滅の確認も波長６７０ｎｍ付近の自家蛍光を検出することによって確認することが可能となる。
【００６９】
しかし、診断に使用する波長６６４ｎｍの波長と、正常細胞からの蛍光波長６７０ｎｍは非常に近接しており、従来のレーザ光では波長幅が広かったことから波長６６４ｎｍと６７０ｎｍの判別ができなかった。そこで、波長選択性がよく、しかも波長幅が１ｎｍ好ましくは０．５ｎｍ以下のレーザ光の必要性が高まっていた。波長幅に関しては、レーザダイオードでも０．５ｎｍ程度のレーザが得られるが、本実施形態の光パラメトリック発振器で得られるパルス光の方が、ガン細胞への浸透度が大きいため、診断および治療の光源として用いやすく、格別の効果が得られる。
【００７０】
そこで、本発明にかかる光パラメトリック発振器では、発振光の波長の選択性がよく、その波長幅が０．５ｎｍ以下であるレーザ光が得られるため、ＰＤＴへの応用が可能で、その期待も高まっている。以上のことから、ＰＤＴへの応用に対して本発明の光パラメトリック発振器は大きく貢献することが期待できる。
【００７１】
【発明の効果】
以上、詳細に述べたように、本発明の光パラメトリック発振器では、少なくとも一つのタイプ−１の非線形光学媒質と少なくとも一つのタイプ−２の非線形光学媒質を含む複数の非線形光学媒質を用い、それぞれの非線形光学媒質の位相整合条件を個別に調節することによって、縮退点付近でも光パラメトリック発振光のバンド幅が狭帯化され、且つ、発振強度の大きい発振光を得ることが可能である。このとき、波長選択の制御は非線形光学媒質の位相整合条件の調節だけで済むので、簡便に制御することが可能である。
【００７２】
また、励起光源にエネルギー密度の低いレーザを用いることができるので、非線形光学媒質や光学系のレーザによる損傷を回避しやすい。
【００７３】
また、複数の非線形光学媒質の内、一つの非線形光学媒質の位相整合条件を変化させることよって、シグナル光とアイドラ光が精度よく分離できるので、所望の波長の発振光を簡易に得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る、光パラメトリック発振器の構成概念図である。
【図２】非線形光学媒質の温度調節による位相整合調節手段を示す図である。
【図３】非線形光学媒質の印加電圧による位相整合調節手段を示す図である。
【図４】図１における光パラメトリック発振器の拡大図を示す図である。
【図５】本発明に係る光パラメトリック発振器の第２の実施形態を示す図である。
【図６】本発明に係る光パラメトリック発振器の第３の実施形態を示す図である。
【図７】ＢＢＯ結晶の場合の位相整合曲線を示す図である。
【図８】ＢＢＯ結晶のＦＯＭを示す図である。
【図９】タイプ−１のＢＢＯ結晶を用いた場合の光パラメトリック発振器の実施形態を示す図である。
【図１０】タイプ−２のＢＢＯ結晶を用いた場合の光パラメトリック発振器の実施形態を示す図である。
【図１１】図６（ａ）のパラメトリック発振器における、各発振波長に対するスペクトル幅の関係を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る、タイプ−１、タイプ−２、およびタイプ−１とタイプ−２の非線形光学媒質を組み合わせた場合における、発振波長のスペクトル分布を示す図である。
【図１３】図６（ａ）の光パラメトリック発振器における、縮退点で位相整合した場合の発振スペクトルを示す図である。
【図１４】図１の光パラメトリック発振器における縮退点で位相整合させた場合の発振スペクトルを示す図である。
【図１５】図１１からタイプ−２の非線形光学媒質の位相整合条件を少し変化させた場合の発振スペクトルを示す図である。
【図１６】図１２から更にタイプ−２の非線形光学媒質の位相整合条件を変化させた場合の発振スペクトルを示す図である。
【図１７】本発明の実施形態にかかる光パラメトリック発振器の応用例を示した図である。
【符号の説明】
１０…励起光源、１１…タイプ−１の非線形光学媒質、１２…タイプ−２の非線形光学媒質、１３、１４…位相整合手段、１５…制御装置、１６…光波長および光強度確認装置、Ｍ１〜Ｍ３…ミラー、Ｆ１、Ｆ２…フィルター[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical parametric oscillator, and more particularly to a suitable one for obtaining high wavelength selectivity.
[0002]
[Prior art]
In the optical parametric oscillation, three lights of excitation light, signal light, and idler light interact in a nonlinear optical medium. Usually, excitation light is incident on a nonlinear optical medium to generate signal light and idler light, and laser oscillation is performed. In a nonlinear optical medium, if the polarization direction of the signal light or idler light is perpendicular to the plane formed by the traveling direction of the excitation light and the crystal axis of the nonlinear optical medium, the light is emitted by ordinary light (Ordinary ray; o). If it is parallel, it is called extraordinary ray (represented by e). Here, when certain excitation light is incident on the nonlinear optical medium under a certain phase matching condition, the case where the polarization directions of the signal light and the idler light are the same is called type-1, and the case where they are different from each other is called type-2.
[0003]
In the optical parametric effect, the wavelength λ_pThe wavelength λ_sSignal light and wavelength λ_iThese three lights have the following relationship.
[0004]
[Expression 1]

Where λ_sAnd λ_iA point where the two match is called a degenerate point.
[0005]
By the way, in the case of Type-1 in which the polarization directions of the signal light and idler light are the same, the phase matching condition is satisfied at a number of wavelengths near the degeneracy point, and as a result, the bandwidth of the oscillation wavelength in the optical parametric oscillation is greatly widened. There is a tendency. On the other hand, in the case of Type-2 having different polarization directions, the condition for phase matching is limited even in the vicinity of the degeneracy point, and the bandwidth does not widen.
[0006]
However, depending on the type of nonlinear optical medium, there is a type-2 optical parametric gain smaller than that of type-1 due to its characteristics. Therefore, in order to obtain high-energy oscillation light in the vicinity of the degenerate point, type-1 must be selected as the nonlinear optical medium of the optical parametric oscillator (for example, β-BBO (β-phase BaB₂O_Four) Crystal). However, as described above, the type-1 nonlinear optical medium tends to have a wide bandwidth near the degeneracy point. Therefore, when using a type-1 nonlinear optical medium, in order to narrow the bandwidth, there is a technique for narrowing the oscillation bandwidth by arranging a grating in the optical parametric resonator and performing wavelength selection. Proposed in “J. Opt. Soc. Am. B Vol. 12 (1995), 2117”.
[0007]
As described above, when the grating is used, the oscillation threshold value of the optical parametric oscillator becomes extremely large, and the energy of the oscillation light becomes small. For this reason, “J. Opt. Soc. Am. B Vol. 12 (1995), 2122” proposes a method of amplifying oscillation light again by a second optical parametric oscillator or an optical parametric amplifier.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the grating is used, since the threshold value of the optical parametric oscillation is large, high-energy excitation light must be used, which causes problems such as fear of damage to the nonlinear optical medium, mirror, lens, and the like.
[0009]
In addition, when the oscillation light is amplified again by the second parametric oscillator, it is necessary to provide a device for finely adjusting the angle of each nonlinear optical medium, a reflection mirror that changes the optical path of the oscillation light, etc. There is a problem that the control becomes complicated.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical parametric oscillator capable of easily narrowing the oscillation bandwidth even without using a grating or a second parametric oscillator even near the degeneracy point.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An optical parametric oscillator according to the present invention includes an excitation light source that outputs excitation light, and a plurality of nonlinear optical media that are disposed on the optical path of the excitation light, oscillate optically by excitation light irradiation, and emit signal light and idler light. These multiple nonlinear optical mediaofPhase matching conditionAdjustPhase matching adjustment means,And an optical system that constitutes a resonator for the excitation light, the signal light, and the idler light, and the phase matching adjusting means is configured so that the polarization directions of the signal light and the idler light are the same in at least one of the plurality of nonlinear optical media. And at least one of them is phase-matched so that the polarization directions of the signal light and idler light are different.
[0012]
According to the present invention, the signal light and the idler light are amplified by the optical parametric gain of the nonlinear optical medium phase-matched so that the polarization directions of the signal light and the idler light are the same, and the polarization of the signal light and the idler light is further increased. An optical parametric oscillator capable of further amplifying signal light and idler light and narrowing the bandwidth of the oscillation light can be obtained by the nonlinear optical medium phase-matched so that the directions are different from each other.
[0013]
Further, the phase matching adjusting means of the optical parametric oscillator according to the present invention changes at least one of the incident angle of the excitation light to the nonlinear optical medium, the temperature of the nonlinear optical medium, or the applied voltage to the nonlinear optical medium. The phase matching condition may be adjusted as described above. According to the present invention, phase matching means for a plurality of nonlinear optical media can be appropriately selected. In some cases, the phase matching means of the plurality of nonlinear optical media need not be the same, and either the incident angle of the excitation light to the nonlinear optical medium, the temperature of the nonlinear optical medium, or the voltage applied to the nonlinear optical medium is changed. By using a combination of these techniques, it is possible to perform phase matching of the nonlinear optical medium.
[0014]
The optical parametric oscillator according to the present invention may further include a control unit that controls the phase matching adjustment unit based on the wavelength or light intensity of the signal light and idler light. According to the present invention, it is possible to accurately control the phase matching of each nonlinear optical medium, and to obtain an optical parametric oscillator capable of accurately tuning signal light and idler light even near the degeneracy point. it can.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0016]
A configuration of an optical parametric oscillator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a conceptual diagram of the configuration of an optical parametric oscillator. The optical parametric oscillator includes a pumping light source 10 that pumps a nonlinear optical medium, and mirrors M1 and M2 that are arranged on the optical path of the pumping light source 10 and that form a Fabry-Perot oscillator. The type-1 nonlinear optical medium 11 and the type-2 nonlinear optical medium 12 are arranged between the mirrors M1 and M2 and cascaded.
[0017]
Furthermore, phase matching adjusting means 13 and 14 for adjusting the phase matching conditions of the nonlinear

optical media

11 and 12, respectively, and a mirror M3 disposed on the optical path of the oscillation light transmitted through the mirror M2 and reflecting a part of the oscillation light, , A confirmation device 16 for confirming the light wavelength and light intensity of the oscillation light reflected by the mirror M3, and a control device 15 for controlling the phase matching adjusting means 13, 14 based on the oscillation light detected by the confirmation device 16. Configured.
[0018]
Where excitation light λ_pSignal light λ generated in the type-1 nonlinear optical medium 11 by the incidence of_s(1) and idler light λ_i(1) and the signal light λ generated in the type-2 nonlinear optical medium 12_sThe polarization direction of (2) is the same, whereas the idler light λ generated in the non-linear optical medium 12 of type-2._iIt is assumed that the polarization direction of (2) is orthogonal to the polarization direction of other light.
[0019]
As shown in FIG. 1, the excitation light λ emitted from the excitation light source 10_pPasses through the mirror M1, is incident on the type-1 nonlinear optical medium 11, and receives the signal light λ._s(1) and idler light λ_i(1) is generated. Generated signal light λ_s(1) and idler light λ_iExcitation light λ that remains without being converted to (1)_pIs incident on the type-2 nonlinear optical medium 12. When the phase matching wavelengths of the two nonlinear

optical media

11 and 12 are greatly different, in the type-2 nonlinear optical medium 12, the excitation light λ_pSignal light λ_s(2) and idler light λ_iOnly (2) occurs. Therefore, in the Fabry-Perot oscillator constituted by the mirrors M1 and M2, the signal light λ is independent of each other._s(1), λ_s(2) and idler light λ_i(1), λ_i(2) oscillates.
[0020]
Here, the mirror M1 is excited light λ from the excitation light source 10._pIs transmitted, but excitation light λ in the direction returning from the nonlinear optical medium 11 to the excitation light source_p, Signal light λ_s(1), λ_s(2) and idler light λ_i(1), λ_i(2) reflects. The mirror M2 is a pumping light λ from the nonlinear optical medium 12._pThe signal light λ_s(1), λ_s(2) and idler light λ_i(1), λ_iA part of (2) is reflected and a part is transmitted. By this resonator, the excitation light λ_p, Signal light λ_s(1), λ_s(2) and idler light λ_i(1), λ_i(2) is confined and oscillates.
[0021]
As shown in FIG. 1, the excitation light λ transmitted through the mirror M2_p, Signal light λ_s(1), λ_s(2) and idler light λ_i(1), λ_iIn (2), the remaining excitation light component is cut by passing the excitation light cut filter F1. And the signal light λ_s(1), λ_s(2) and idler light λ_i(1), λ_iPart of (2) is reflected by the mirror M3 and enters the confirmation device 16.
[0022]
The confirmation device 16 has a signal light λ_s(1), λ_s(2) and idler light λ_i(1), λ_iThe superposed light of (2) is detected, and based on the wavelength and intensity, the nonlinear optical medium 11 and the nonlinear optical medium 12 satisfy the condition of phase matching that emits signal light and idler light having the same or the same wavelength. It is determined whether or not. Based on this determination result, the control device 15 controls the phase matching adjusting means 13 and 14 to adjust the phase matching conditions of the nonlinear

optical media

11 and 12. As a result, signal light λ having the same or the same wavelength in the oscillator_s(1), λ_s(2) and idler light λ_i(1), λ_i(2) is oscillated. At this time, the signal light λ_s(1) and λ_s(2) is superimposed and idler light λ_i(1) and λ_i(2) are superimposed and signal λ_sLight and idler light λ_iAnd emitted from the mirror M2.
[0023]
The phase matching adjusting means 13 and 14 are at least one of the incident angle of the excitation light to the nonlinear

optical media

11 and 12, the temperature of the nonlinear

optical media

11 and 12, and the voltage applied to the nonlinear

optical media

11 and 12. However, the present invention is not limited to any of them.
[0024]
Specifically, when it is desired to adjust the phase matching condition by changing the incident angle of the excitation light to the nonlinear

optical media

11 and 12, the nonlinear

optical media

11 and 12 may be placed on a rotary table or the like and the table rotated. . When it is desired to adjust the phase matching condition by changing the temperature of the nonlinear

optical media

11 and 12, as shown in FIG. 2, the nonlinear

optical media

11 and 12 are respectively adjusted to temperature control containers without changing the angles of the nonlinear

optical media

11 and 12. The temperature of the nonlinear

optical mediums

11 and 12 may be changed by changing the voltages V1 and V2 applied to the heater by the temperature control element in T1 and T2. When it is desired to adjust the phase matching condition by changing the voltage applied to the nonlinear

optical media

11 and 12, as shown in FIG. 3, the electrodes E1 and E2 are attached without changing the angles of the nonlinear

optical media

11 and 12, respectively, and the voltage V1 And the phase matching condition may be adjusted by the electro-optic effect generated by applying V2 and V2.
[0025]
Signal light λ emitted from the mirror M2_sAnd idler light λ_iPasses through the excitation light cut filter F1, and most of it passes through the mirror M3. After that, the signal light λ is sent by the cut filter F2._sOr idler light λ_iOnly the laser beam is transmitted, and a laser beam having a desired wavelength can be obtained.
[0026]
Next, referring to FIG. 4, the excitation light λ_p, Signal light λ_s(1), λ_s(2) and idler light λ_i(1), λ_iThe interaction (2) will be described. FIG. 4 is an enlarged view of the optical parametric oscillator portion of FIG. 1 as viewed from the side. The phase matching is performed by using the excitation light λ with respect to the crystal axes of the nonlinear optical media 11 and 12._pIt is assumed that this is performed by a change in the incident angle. In FIG. 2, the excitation light λ_pAre incident on the nonlinear

optical media

11 and 12, respectively, by θ₁, Θ₂And the excitation light λ_pThe extension line of the optical path is a broken line, and the excitation light λ that is oscillation light_p, Signal light λ_s(1), λ_s(2) and idler light λ_i(1), λ_iThe optical path of (2) is indicated by a solid line.
[0027]
First, the excitation light λ_pIs incident on the type-1 nonlinear optical medium 11, so that the signal light λ having the same polarization direction is obtained._s(1) and idler light λ_i(1) is generated. Signal light λ generated in type-1 nonlinear optical medium 11_s(1) and idler light λ_i(1) and the excitation light λ left unconverted_pIs incident on the type-2 nonlinear optical medium 12. At this time, when the phase matching wavelengths of the nonlinear

optical media

11 and 12 are greatly different, as described above, the pump light λ is emitted from the type-2 nonlinear optical medium 12._pSignal light λ_s(2) and idler light λ_i(2) only occurs, and signal light λ having different phase matching conditions_s(1) and idler light λ_iNo interaction with (1).
[0028]
However, when the optical parametric gains of the type-1 nonlinear optical medium 11 and the type-2 nonlinear optical medium 12 are different, the oscillation characteristics of the type of nonlinear optical medium having a large optical parametric gain become dominant and become dominant. Signal light λ generated in a nonlinear optical medium_sAnd idler light λ_iOscillates between the mirrors M1 and M2.
[0029]
On the other hand, the signal light λ of the nonlinear optical media 11 and 12_s(1) and λ_s(2) wavelength and idler light λ_i(1) and λ_iWhen the wavelength of (2) is the same or the same, the signal light λ in each of the nonlinear optical media 11 and 12_s(1) and λ_s(2) is the excitation light λ_pIs amplified by causing a parametric interaction with the signal light λ_s(1), λ_sSignal light λ superimposed with (2)_sOscillates as
[0030]
In contrast, idler light λ_i(1), λ_iAlthough (2) does not meet the phase matching conditions of the type-2 nonlinear optical medium 12 and the type-1 nonlinear optical medium 11, respectively, no interaction occurs._pAnd signal light λ_sBy the parametric interaction in the nonlinear

optical media

11 and 12, the idler light λ_i(1) and λ_i(2) is also generated and amplified, and idler light λ_i(1), λ_i(2) superimposed idler light λ_iOscillates as
[0031]
Here, the generated signal light λ_sAnd idler light λ_iThe optical parametric gain of the two nonlinear

optical media

11 and 12 causes the optical parametric oscillation to be larger than when the nonlinear optical medium is a single optical parametric oscillator. Further, the broadening of the bandwidth of the oscillation light in the type-1 nonlinear optical medium 11 is narrowed by the type-2 nonlinear optical medium 12.
[0032]
As described above, by using the type-1 nonlinear optical medium 11 and the type-2 nonlinear optical medium 12 and adjusting the phase matching conditions so as to generate signal light and idler light of the same or the same wavelength, It is possible to amplify and oscillate signal light and idler light whose bandwidth is narrowed.
[0033]
1 and 4 use two nonlinear optical media of type-1 and type-2, the number of nonlinear optical media may be three or more. However, the plurality of nonlinear optical media must include at least one type-1 nonlinear optical medium and at least one type-2 nonlinear optical medium.
[0034]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The optical parametric oscillator of FIG._pAn excitation light source (not shown) that emits light and an excitation light λ_pMirrors M41 and M42 that appropriately change the optical path of the light source, and the excitation light λ_pType-1 nonlinear optical medium 111, type-2 nonlinear optical medium 121, type-1 nonlinear optical medium 112, type-2 nonlinear optical medium 122, and excitation light λ_pAnd optical systems M1 and M2 constituting resonators arranged so as to sandwich the nonlinear

optical media

111, 121, 112, and 122 on the optical path.
[0035]
Here, the type-1 nonlinear optical medium 111 and the type-2 nonlinear optical medium 121 are considered as the first pair, and the type-1 nonlinear optical medium 112 and the type-2 nonlinear optical medium 122 are considered as the second pair. .
[0036]
Now, the first pair of the type-1 nonlinear optical medium 111 and the type-2 nonlinear optical medium 121 emits the excitation light λ with respect to the crystal axes of the nonlinear

optical media

111 and 121 so as to emit the same or the same wavelength._pAngle of incidence θ₁₁, Θ_{twenty one}It is phase matched by adjusting. Focusing only on this pair, it can be considered in the same way as the optical parametric oscillator of FIG._pSignal light λ generated in the type-1 nonlinear optical medium 111 by the incidence of_s(11) and idler light λ_iSimilarly to (11), the excitation light λ_pSignal light λ generated in the type-2 nonlinear optical medium 121 by the incidence of_s(21) and idler light λ_i(21) is the excitation light λ in the nonlinear optical media 111 and 121._pAnd optical parametric interaction. Thereby, the signal light λ_s(11) and signal light λ_s(21) superimposed signal light λ_s(10) and idler light λ_i(11) and idler light λ_i(21) superimposed idler light λ_i(10) can be obtained, but these signal light and idler light have a large oscillation intensity and a narrow bandwidth.
[0037]
The second pair of the type-1 nonlinear optical medium 112 and the type-2 nonlinear optical medium 122 emits excitation light λ with respect to the crystal axes of the nonlinear

optical media

112 and 122 so as to emit the same or the same wavelength._pAngle of incidence θ₁₂, Θ_{twenty two}It is phase matched by adjusting. Focusing only on this pair, like the first pair described above, it can be considered in the same way as the optical parametric oscillator of FIG._pSignal light λ generated in the type-1 nonlinear optical medium 112 by the incidence of_s(12) and idler light λ_iSimilarly to (12), the excitation light λ_pSignal light λ generated in the type-2 nonlinear optical medium 122 by the incidence of_s(22) and idler light λ_i(22) is the excitation light λ in the nonlinear optical media 112 and 122._pAnd optical parametric interaction. Thereby, the signal light λ_s(12) and signal light λ_s(22) superimposed signal light λ_s(20) and idler light λ_i(12) and idler light λ_i(22) superimposed idler light λ_i(20) can be obtained, but these signal light and idler light have a large oscillation intensity and a narrow bandwidth.
[0038]
The signal light λ generated in the first pair of nonlinear

optical crystals

111 and 121 and the second pair of nonlinear optical crystals 112 and 122._s(10), λ_s(20) and idler light λ_i(10), λ_i(20) need not be equal or inconsistent.
[0039]
Considering these, when considering the optical parametric oscillator of FIG. 5, two optical parametric oscillators coexist in the same optical system M1, M2. In the optical parametric oscillator of FIG. 5, the signal light λ that is the oscillation light from the first pair of optical parametric oscillators._s(10), idler light λ_i(10) and signal light λ which is oscillation light from the second optical parametric oscillator_s(20), idler light λ_i(20) will oscillate.
[0040]
As described above, the optical parametric oscillator according to the present embodiment can have a plurality of optical parametric oscillators at the same time, and can oscillate light from the respective optical parametric oscillators. Needless to say, the number of nonlinear optical media of each optical parametric oscillator is not limited to two, and may be three or more.
[0041]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The optical parametric oscillator of FIG.₁~ M_FourConstitutes a closed-loop resonator, and the excitation light λ_pAn excitation light source (not shown) that emits light and an excitation light λ_pMirror M₁And mirror M₂-1 type non-linear optical medium 11 disposed between and pumping light λ_pMirror M_ThreeAnd mirror M_FourAnd a type-2 nonlinear optical medium 12 disposed between the two.
[0042]
First, the excitation light λ_pMirror M₁Is incident on the type-1 nonlinear optical medium 11 and the signal light λ_s(1) and idler light λ_i(1) is generated. These lights are mirror M₂And mirror M_ThreeReflected by the excitation light λ_pAt the same time, it enters the type-2 nonlinear optical medium 12. Where excitation light λ_pAnd signal light λ_sThe incident of (1) causes further parametric oscillation in the type-2 nonlinear optical medium 12, and the signal light λ_s(2) and idler light λ_i(2) occurs. Where the signal light λ_s(1), λ_s(2) and idler light λ_i(1), λ_i(2) is superimposed and signal light λ_sAnd idler light λ_iThus, each band width is narrowed. Narrow-band signal light λ_sAnd idler light λ_iPart of mirror M_FourAnd is extracted as output light. Remaining signal light λ_sAnd idler light λ_iMirror M_FourAnd M₁And is incident on the type-1 nonlinear optical medium 11 to cause further parametric oscillation. Here, mirror M₁Is the excitation light λ_pThe excitation light λ that has passed through the closed loop_pIs mirror M₁Is output from.
[0043]
As described above, the embodiment according to the present invention can also configure an optical parametric oscillator using a closed loop. In addition, a plurality of nonlinear optical media can be arranged in a closed loop, or a plurality of pairs of type-1 and type-2 nonlinear optical media can be arranged to realize the above-described second embodiment with a closed-loop resonator. Needless to say.
[0044]
By the way, the phase matching condition in optical parametric oscillation is the wave number vector k of pumping light, signal light and idler light._p, K_s, K_iStorage conditions for
[Expression 2]

Determined by. Normally, in optical parametric oscillation, three lights travel on the same axis, so the wave number is a scalar quantity k._p, K_s, K_iCan be expressed as
[0045]
Wave number k_x(X = p, s, i) is the refractive index n in the polarization direction of each light (ordinary light; o or extraordinary light; e)._x ^(y)(Λ_x, Θ) can be expressed as follows (where y = o, e). Where refractive index n_x ^(y)(Λ_x, Θ) is the wavelength λ_xAnd a function of the incident angle θ of the excitation light with respect to the crystal axis of the nonlinear optical medium.
[0046]
[Equation 3]

However,
[Expression 4]

[Equation 5]

It is. Here, θ is the incident angle of the excitation light with respect to the crystal axis of the nonlinear optical medium.
[0047]
From Expressions (1) to (5), a phase matching curve that is a relationship of the phase matching wavelength with respect to θ for Type-1 and Type-2 is obtained. FIG. 7 shows a phase matching curve of optical parametric oscillation when BBO is used as the nonlinear optical medium and the third harmonic of the Nd: YAG laser: wavelength of 354.7 nm is used as the pumping light laser (there is no particular description below). As long as the BBO crystal is used for the nonlinear optical medium, and the third harmonic of the Nd: YAG laser: wavelength 354.7 nm is used for the excitation light laser). From FIG. 7, when it is desired to obtain oscillation light having the same wavelength in the type-1 and type-2 BBO crystals by adjusting the incident angle θ of the excitation light, the incident angle θ of the excitation light to the type-2 nonlinear optical medium It can be understood that the wavelength of the oscillation light greatly depends on the slight change in the incident angle θ of the excitation light, particularly in the case of the type-1 near the degeneracy point.
[0048]
The figure of merit (FOM) related to the optical parametric gain G at this time is expressed by the following equation.
[0049]
[Formula 6]

[0050]
[Expression 7]

Where C₀Is the speed of light, ε₀Is the dielectric constant of the vacuum. d_effIs called an effective nonlinear constant, and is a value of a second-order nonlinear optical constant in a nonlinear optical medium under a certain phase matching condition. From this, when the length of the crystal is L, the optical parametric gain G is obtained as follows.
[0051]
[Equation 8]

Where I_pIs the power density of the excitation light.
[0052]
Type-1 and Type-2 L, I_pAre substantially the same, the ease of oscillation in optical parametric oscillation can be compared by FOM. FIG. 8 shows type-1 and type-2 FOMs in a BBO crystal. FOM (1) is a type-1 FOM, and FOM (2) is a type-2 FOM. In the case of BBO crystal, FOM (1) is cos²In θ, FOM (2) is cos^FourSince it is proportional to θ, in Type-2 having a large phase matching angle, the optical parametric gain decreases remarkably as the degeneracy point is approached. On the other hand, it can be understood that FOM (1) becomes larger as it approaches the degeneracy point.
[0053]
FIG. 9 shows a configuration example of a typical optical parametric oscillator when only the type-1 nonlinear optical medium 110 is used, and FIG. 10 shows only a type-2 nonlinear optical medium 120. In both figures, (a) shows the case where one nonlinear optical medium is used, (b) shows the case where two nonlinear optical media of the same type are used, and (b) shows each nonlinear optical medium. Are arranged in cascade so that the crystal axes are opposite to each other. This cascade arrangement improves the efficiency of the optical parametric oscillator by correcting the shift in the energy propagation direction (walk-off) due to the difference in the refractive index of the pump light, signal light and idler light. This is to make it happen. In the prior art, as described above, parametric oscillators using nonlinear optical media of the same type and the same type have been used. Therefore, the present inventor first measured the oscillation light spectrum of the optical parametric oscillator when one type-1 nonlinear optical medium 110 of FIG.
[0054]
FIG. 11 shows the relationship of the bandwidth (half width: FWHM) with respect to each oscillation wavelength in the optical parametric oscillator of FIG. FIG. 11A shows the relationship of the half-value width to the oscillation wavelength, and FIG. 11B shows the relationship of the half-value width to the oscillation wavelength with a Kaiser. From FIG. 11, it can be understood that as the oscillation wavelength approaches 709.4 nm, which is the degeneracy point, the bandwidth suddenly increases and the energy of the oscillation light increases.
[0055]
Regarding type-2, the bandwidth does not increase near the degeneracy point as compared with type-1, as shown in Fig. Of the document "Appl. Phys. Lett. Vol. 56 (1990), 1819". It is indicated by 2. In this way, it can be understood that the bandwidth of the type-1 nonlinear optical medium tends to widen greatly, but the oscillation bandwidth of the type-2 nonlinear optical medium does not widen.
[0056]
Next, referring to FIG. 12, by combining a type-1 nonlinear optical medium and a type-2 nonlinear optical medium, oscillation light having a large oscillation intensity and a narrow bandwidth can be obtained. Explain the situation. FIG. 12A shows the type-1 and type-2 nonlinear optical media in which the phase matching is performed with the wavelength of the signal light being 703.0 nm and the wavelength of the idler light being 715.9 nm. The oscillation spectrum of an optical parametric oscillator with only a medium, the oscillation spectrum of an optical parametric oscillator with only a type-2 nonlinear optical medium, and the oscillation spectrum of an optical parametric oscillator that combines type-1 and type-2 nonlinear optical media. Each is shown.
[0057]
As shown in FIG. 12A, in type-1, the bandwidth of the oscillation light is widened at each oscillation wavelength, and the oscillation intensity is high. On the other hand, in Type-2, the bandwidth is narrowed, but the oscillation intensity is extremely small. When these type-1 and type-2 nonlinear optical media are combined, the intensity of oscillation in the type-1 nonlinear optical medium and the narrowing of the type-2 bandwidth are reflected in the oscillation light. Thus, it is possible to obtain oscillation light having a strong oscillation intensity and a narrow bandwidth.
[0058]
FIG. 12B shows the phase matching of the type-1 nonlinear optical medium at the degeneracy point, and the phase matching of the type-2 nonlinear optical medium with the signal light wavelength of 703.0 nm and the idler light wavelength of 715.9 nm. The oscillation light spectrum of the optical parametric oscillator of type-1 only, the oscillation light spectrum of the optical parametric oscillator of type-2 only, and the oscillation light spectrum of the optical parametric oscillator combining type-1 and type-2. Each is shown.
[0059]
As shown in FIG. 12B, in type-1, the bandwidth of the oscillation light is wide near the degeneration point, and the oscillation intensity is high. On the other hand, in Type-2, the bandwidth is narrowed, but the oscillation intensity is extremely small. In the case of FIG. 12B, type-1 and type-2 do not emit oscillation light of the same wavelength, but since the intensity of type-1 oscillation light at each oscillation wavelength of type-2 is sufficiently large, type- When the type 1 and type-2 nonlinear optical media are combined, the oscillation intensity of the type-1 nonlinear optical medium is maintained at the type-2 oscillation wavelength. The banding is reflected in the oscillating light, and the oscillating light having a strong oscillation intensity and a narrow bandwidth can be obtained as shown in FIG.
[0060]
Next, the spectrum distribution of the oscillation light when the optical parametric oscillator is actually oscillated will be described with reference to FIGS. FIG. 13 shows a spectral distribution when a type-1 nonlinear optical medium is arranged in an optical parametric oscillator and phase-matched at a degenerate point. That is, in the optical parametric oscillator of FIG. 9A, the spectrum distribution is obtained when phase matching is performed at the degeneracy point. It can be understood from FIG. 13 that the oscillation light has a spectrum spread of about 40 nm. In this way, it can be understood that the spread of the oscillation spectrum is large in the case of an optical parametric oscillator using only a type-1 nonlinear optical medium.
[0061]
Next, when the optical parametric oscillation state in FIG. 13 is maintained and a type-2 nonlinear optical medium is inserted into the resonator and phase matching is performed at the degeneracy point, that is, the optical parametric oscillators in FIGS. FIG. 14 shows the spectral distribution of the oscillation light when the nonlinear

optical media

11 and 12 are phase-matched at the degeneracy point. Compared to FIG. 13, it can be seen that in the case of FIG. 14, the spectrum width is greatly narrowed despite the increase in oscillation intensity. In this manner, it can be understood that the oscillation intensity can be increased and the oscillation bandwidth can be narrowed by using the type-1 and type-2 nonlinear optical media in combination with the optical parametric oscillator.
[0062]
Next, when the phase matching condition of the type-2 nonlinear optical medium is slightly changed from the state of FIG. 14, the signal light and the idler light are separated as shown in FIG. Further, when the phase matching condition of the type-2 nonlinear optical medium is changed from the state of FIG. 15, the signal light and the idler light are further separated as shown in FIG. This means that the signal light and the idler light can be accurately synchronized.
[0063]
As described above, in the optical parametric oscillator according to the present embodiment, by using a combination of a type-1 nonlinear optical medium and a type-2 nonlinear optical medium, the oscillation intensity is strong even near the degeneracy point and the bandwidth does not increase. Oscillation light is obtained.
[0064]
In the present embodiment, the fundamental wave and the third harmonic of the Nd: YAG laser are used as the excitation light. However, the second harmonic of the Nd: YAG laser or other laser light may be used as the excitation light. . In addition, since the present invention does not use a grating for selecting the wavelength of oscillation light, it is very useful for an optical parametric oscillator using an excitation light source having a low energy density, such as an LD-excited Nd: YAG laser.
[0065]
In this embodiment, BBO crystal type-1 and type-2 are used as the nonlinear optical medium. However, the nonlinear optical medium to be used is not limited to the BBO crystal, and other types of nonlinear optical media such as LBO, KTP, or LN. May be used. A plurality of nonlinear optical media may be used, but it is not necessary that all of them are the same type of nonlinear optical medium. For example, type-1 LBO and type-2 BBO, type-1 BBO and type Various kinds of nonlinear optical media such as KTP-2 may be used in combination. Furthermore, these nonlinear optical media may be of a quasi phase matching periodic structure type instead of bulk.
[0066]
Next, a specific application example of the optical parametric oscillator according to the present invention will be described with reference to FIG. The basic part of the following contents is described in the document “Applied Physics Vol. 65 No. 1 (1996) p.31”.
[0067]
In recent years, photodynamic therapy (PDT) has attracted attention in the diagnosis and treatment of cancer. This is a treatment method of irradiating cancer cells with laser light to generate singlet oxygen, which is a kind of active oxygen, and killing cancer cells. Since singlet oxygen is also harmful to normal cells, it is essential to diagnose cancer cells and normal cell sites, but a photosensitizer is injected into the body, and the accumulation state of the photosensitizer is normal to cancer cells. A method for diagnosing a cancer cell site by utilizing the difference between cells has been proposed. The use of a substance called ME2906 as the photosensitive substance has been studied.
[0068]
The ME 2906 is excited when irradiated with light having a wavelength of 664 nm, and has a characteristic that autofluorescence near a wavelength of 670 nm is emitted from a normal cell and there is no fluorescence from a cancer cell. Therefore, as shown in FIG. 17, in a state where ME 2960 is accumulated in the body, a 664 nm laser beam is guided to the affected area with an optical fiber or the like, and fluorescence of a wavelength of 670 nm is detected to detect normal cells and cancer cells. It is possible to diagnose the site. In addition, it is possible to confirm the killing of cancer cells by laser light irradiation by detecting autofluorescence near a wavelength of 670 nm.
[0069]
However, the wavelength of 664 nm used for diagnosis and the fluorescence wavelength of 670 nm from normal cells are very close, and the wavelength range of 664 nm and 670 nm could not be determined because the wavelength width was wide with the conventional laser light. Therefore, there has been an increasing need for laser light having good wavelength selectivity and having a wavelength width of 1 nm, preferably 0.5 nm or less. Regarding the wavelength width, even a laser diode can obtain a laser of about 0.5 nm, but the pulsed light obtained by the optical parametric oscillator of this embodiment has a higher penetrability to cancer cells. It is easy to use as a special effect.
[0070]
Therefore, in the optical parametric oscillator according to the present invention, laser light having a wavelength wavelength of 0.5 nm or less can be obtained because the wavelength selectivity of the oscillation light is good, so that it can be applied to PDT and the expectation is also increased. ing. From the above, it can be expected that the optical parametric oscillator of the present invention greatly contributes to the application to PDT.
[0071]
【The invention's effect】
As described above in detail, in the optical parametric oscillator of the present invention, a plurality of nonlinear optical media including at least one type-1 nonlinear optical medium and at least one type-2 nonlinear optical medium are used. By individually adjusting the phase matching conditions of the nonlinear optical medium, it is possible to narrow the bandwidth of the optical parametric oscillation light near the degeneration point and to obtain oscillation light having a large oscillation intensity. At this time, since the wavelength selection can be controlled only by adjusting the phase matching condition of the nonlinear optical medium, it can be easily controlled.
[0072]
In addition, since a laser having a low energy density can be used as the excitation light source, it is easy to avoid damage due to the laser of the nonlinear optical medium or the optical system.
[0073]
In addition, signal light and idler light can be accurately separated by changing the phase matching condition of one nonlinear optical medium among a plurality of nonlinear optical media, so that oscillation light of a desired wavelength can be easily obtained. It is.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a configuration of an optical parametric oscillator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing phase matching adjusting means by adjusting the temperature of a nonlinear optical medium.
FIG. 3 is a diagram showing a phase matching adjusting means by an applied voltage of a nonlinear optical medium.
4 is an enlarged view of the optical parametric oscillator in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of an optical parametric oscillator according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment of an optical parametric oscillator according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a phase matching curve in the case of a BBO crystal.
FIG. 8 is a diagram showing an FOM of a BBO crystal.
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of an optical parametric oscillator when a type-1 BBO crystal is used.
FIG. 10 is a diagram showing an embodiment of an optical parametric oscillator when a type-2 BBO crystal is used.
11 is a diagram showing the relationship of the spectrum width with respect to each oscillation wavelength in the parametric oscillator of FIG.
FIG. 12 is a diagram showing a spectrum distribution of oscillation wavelengths in the case of combining type-1, type-2, and type-1 and type-2 nonlinear optical media according to the embodiment of the present invention.
13 is a diagram showing an oscillation spectrum when phase matching is performed at a degeneracy point in the optical parametric oscillator of FIG.
14 is a diagram showing an oscillation spectrum when phase matching is performed at a degeneracy point in the optical parametric oscillator of FIG. 1. FIG.
FIG. 15 is a diagram illustrating an oscillation spectrum when the phase matching condition of the type-2 nonlinear optical medium is slightly changed from FIG. 11;
16 is a diagram showing an oscillation spectrum when the phase matching condition of the type-2 nonlinear optical medium is further changed from FIG. 12. FIG.
FIG. 17 is a diagram showing an application example of the optical parametric oscillator according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Excitation light source, 11 ... Type-1 nonlinear optical medium, 12 ... Type-2 nonlinear optical medium, 13, 14 ... Phase matching means, 15 ... Control apparatus, 16 ... Light wavelength and light intensity confirmation apparatus, M1- M3 ... Mirror, F1, F2 ... Filter

Claims

An excitation light source that outputs excitation light;
A plurality of nonlinear optical media that are arranged on the optical path of the excitation light, oscillate optically by the irradiation of the excitation light, and emit signal light and idler light;
Phase matching adjusting means for adjusting a phase matching condition of each of the plurality of nonlinear optical media;
An optical system that constitutes a resonator with respect to the excitation light, the signal light, and the idler light, and
The phase matching adjustment means is configured such that at least one of the nonlinear optical media has the same polarization direction of the signal light and the idler light, and at least one of the polarization directions of the signal light and the idler light is An optical parametric oscillator characterized by adjusting a phase matching condition to be different.

The phase matching adjusting means changes one or more of an incident angle of the excitation light to the nonlinear optical medium, a temperature of the nonlinear optical medium, or an applied voltage to the nonlinear optical medium, thereby changing a phase matching condition. The optical parametric resonator according to claim 1, wherein the optical parametric resonator is configured to adjust the frequency.

The optical parametric oscillator according to claim 1, further comprising a control unit that controls the phase matching adjustment unit based on a wavelength and a light intensity of the signal light and the idler light.