JP4960040B2

JP4960040B2 - 光生成装置および該装置を備えたテラヘルツ光生成装置

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Publication number: JP4960040B2
Application number: JP2006220092A
Authority: JP
Inventors: 友勇山下; 弘昌伊藤
Original assignee: Tohoku University NUC; Advantest Corp
Current assignee: Tohoku University NUC; Advantest Corp
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2026-08-11
Also published as: JP2008046246A

Description

本発明は、光パラメトリック発生による二種類の波長の光の生成に関する。

従来より、KTP結晶に、励起レーザを照射して、光パラメトリック変換を行わせることにより光を得ることが行われている。ここで、二個のKTP結晶を用い、励起レーザを照射する第一のKTP結晶を固定し、第二のKTP結晶を回転させて、第一のKTP結晶に対して傾けることにより、二種類の波長の光を得ることができる（例えば、特許文献１を参照）。なお、第二のKTP結晶の、第一のKTP結晶に対する角度を変化させることにより、第二のKTP結晶から得られる光の波長を変化させることができる。

しかし、第二のKTP結晶が第一のKTP結晶に対して傾いているため、励起レーザと第一のKTP結晶から得られる光のビームパスとが第二のKTP結晶により屈折する。これにより、第二のKTP結晶の、第一のKTP結晶に対する角度を変えると、第一および第二のKTP結晶から得られる光のビームパスが、第二のKTP結晶よりも後で変動することになる。

ここで、第一のKTP結晶から得られる光と、第二のKTP結晶から得られる光とを反射して、第二のKTP結晶に戻してやれば、第二のKTP結晶の、第一のKTP結晶に対する角度を変えても、第一および第二のKTP結晶から得られる光のビームパスが、第二のKTP結晶を透過した後で変動しないことになる（例えば、非特許文献１を参照）。

また、第一のKTP結晶を回転させ、第二のKTP結晶を第一のKTP結晶の回転方向とは逆方向に同じ角度だけ回転させることで、第一および第二のKTP結晶から得られる光のビームパスが、第二のKTP結晶を透過した後で変動しないようにすることも知られている（例えば、非特許文献２を参照）。

特開２００４−２１９９６７号公報 T.Taniuchi, H.Adachi, S.Okada, T.Sasaki and H.Nakanishi,"Continuously tunable THz and far-infrared wave generation from DAST crystal",Electronics Letters, vol.40, no.9, pp.549-551 (2004) Sheng Wu,Vadym A. Kapinus, and Geoffrey A. Blake, "A nanosecond optical parametricgenerator/amplifier seeded by an external cavity diode laser", OpticsCommunications, vol. 159, pp.74-79 (1999)

ここで、特許文献１に記載の技術によれば、第一および第二のKTP結晶から得られる光のビームパスが変動する。

そこで、本発明は、二種類の波長の光の光路を一定に保つことを課題とする。

本発明にかかる第一の光生成装置は、励起レーザ光を生成する励起レーザ光源と、前記励起レーザ光を受けることにより生じる光パラメトリック変換によって第一光を生成する第一非線形光学結晶と、前記第一光を透過させ、前記第一非線形光学結晶を透過した前記励起レーザ光を受けることにより生じる光パラメトリック変換によって第二光を生成する第二非線形光学結晶と、前記第一光と前記第二光とを前記第二非線形光学結晶に戻す戻し手段と、前記戻し手段により戻された前記第一光と前記第二光とが、前記第二非線形光学結晶と前記第一非線形光学結晶とを透過したものである透過光の少なくとも一部の進行方向を変化させる方向変化手段と、前記第一光のアイドラ光成分と同じ波長の第一レーザ光を生成する第一レーザ光源と、前記第二光のアイドラ光成分と同じ波長の第二レーザ光を生成する第二レーザ光源と、前記第一レーザ光と前記第二レーザ光とを合波する光合波器と、前記光合波器の出力を、前記第一非線形光学結晶および前記第二非線形光学結晶における前記励起レーザ光の光路に注入する光注入手段と、を備え、前記励起レーザ光の光路に対する、前記第一非線形光学結晶および前記第二非線形光学結晶の角度のうちの一方または双方を変えることができるように構成される。

上記のように構成された第一の光生成装置によれば、励起レーザ光源が、励起レーザ光を生成する。第一非線形光学結晶が、前記励起レーザ光を受けることにより生じる光パラメトリック変換によって第一光を生成する。第二非線形光学結晶が、前記第一光を透過させ、前記第一非線形光学結晶を透過した前記励起レーザ光を受けることにより生じる光パラメトリック変換によって第二光を生成する。戻し手段が、前記第一光と前記第二光とを前記第二非線形光学結晶に戻す。方向変化手段が、前記戻し手段により戻された前記第一光と前記第二光とが、前記第二非線形光学結晶と前記第一非線形光学結晶とを透過したものである透過光の少なくとも一部の進行方向を変化させる。第一レーザ光源が、前記第一光のアイドラ光成分と同じ波長の第一レーザ光を生成する。第二レーザ光源が、前記第二光のアイドラ光成分と同じ波長の第二レーザ光を生成する。光合波器が、前記第一レーザ光と前記第二レーザ光とを合波する。光注入手段が、前記光合波器の出力を、前記第一非線形光学結晶および前記第二非線形光学結晶における前記励起レーザ光の光路に注入する。前記励起レーザ光の光路に対する、前記第一非線形光学結晶および前記第二非線形光学結晶の角度のうちの一方または双方を変えることができる。

本発明にかかる第二の光生成装置は、励起レーザ光を生成する励起レーザ光源と、前記励起レーザ光を受けることにより生じる光パラメトリック変換によって第一光を生成する第一非線形光学結晶と、前記第一光を透過させ、前記第一非線形光学結晶を透過した前記励起レーザ光を受けることにより生じる光パラメトリック変換によって第二光を生成する第二非線形光学結晶と、前記第一光と前記第二光とを前記第二非線形光学結晶に戻す戻し手段と、前記戻し手段により戻された前記第一光と前記第二光とが、前記第二非線形光学結晶と前記第一非線形光学結晶とを透過したものである透過光の少なくとも一部の進行方向を変化させる方向変化手段と、前記第一光のシグナル光成分と同じ波長の第一レーザ光を生成する第一レーザ光源と、前記第二光のシグナル光成分と同じ波長の第二レーザ光を生成する第二レーザ光源と、前記第一レーザ光と前記第二レーザ光とを合波する光合波器と、前記光合波器の出力を、前記第一非線形光学結晶および前記第二非線形光学結晶における前記励起レーザ光の光路に注入する光注入手段と、を備え、前記励起レーザ光の光路に対する、前記第一非線形光学結晶および前記第二非線形光学結晶の角度のうちの一方または双方を変えることができるように構成される。

上記のように構成された第二の光生成装置によれば、励起レーザ光源が、励起レーザ光を生成する。第一非線形光学結晶が、前記励起レーザ光を受けることにより生じる光パラメトリック変換によって第一光を生成する。第二非線形光学結晶が、前記第一光を透過させ、前記第一非線形光学結晶を透過した前記励起レーザ光を受けることにより生じる光パラメトリック変換によって第二光を生成する。戻し手段が、前記第一光と前記第二光とを前記第二非線形光学結晶に戻す。方向変化手段が、前記戻し手段により戻された前記第一光と前記第二光とが、前記第二非線形光学結晶と前記第一非線形光学結晶とを透過したものである透過光の少なくとも一部の進行方向を変化させる。第一レーザ光源が、前記第一光のシグナル光成分と同じ波長の第一レーザ光を生成する。第二レーザ光源が、前記第二光のシグナル光成分と同じ波長の第二レーザ光を生成する。光合波器が、前記第一レーザ光と前記第二レーザ光とを合波する。光注入手段が、前記光合波器の出力を、前記第一非線形光学結晶および前記第二非線形光学結晶における前記励起レーザ光の光路に注入する。前記励起レーザ光の光路に対する、前記第一非線形光学結晶および前記第二非線形光学結晶の角度のうちの一方または双方を変えることができる。

また、本発明にかかる第一および第二の光生成装置は、前記励起レーザ光の光路に対する前記第一非線形光学結晶の角度と、前記励起レーザ光の光路に対する前記第二非線形光学結晶の角度とは、独立して変えることができるようにしてもよい。

また、本発明にかかる第一および第二の光生成装置は、前記透過光が光パラメトリック発振を起こさないようにしてもよい。

また、本発明にかかる第一の光生成装置は、前記方向変化手段が、前記励起レーザ光源と前記第一非線形光学結晶との間に配置されたミラーであり、前記励起レーザ光に対する反射率が、前記第一光のシグナル光成分および前記第二光のシグナル光成分に対する反射率よりも低く、前記励起レーザ光の進行方向に対して傾斜しているようにしてもよい。

また、本発明にかかる第二の光生成装置は、前記方向変化手段が、前記励起レーザ光源と前記第一非線形光学結晶との間に配置されたミラーであり、前記励起レーザ光に対する反射率が、前記第一光のアイドラ光成分および前記第二光のアイドラ光成分に対する反射率よりも低く、前記励起レーザ光の進行方向に対して傾斜しているようにしてもよい。

また、本発明にかかる第一および第二の光生成装置は、前記戻し手段が、前記第一光と前記第二光とを反射する反射ミラーであるようにしてもよい。

また、本発明にかかる第一および第二の光生成装置は、前記光注入手段が、前記励起レーザ光源から前記第一非線形光学結晶に向かう前記励起レーザ光を透過させ、前記光合波器の出力を反射して、前記励起レーザ光の光路上を、前記励起レーザ光と同じ向きに進行させるようにしてもよい。

また、本発明にかかる第一および第二の光生成装置は、前記光注入手段が、前記透過光を透過させ、前記光合波器の出力を反射して、前記透過光の光路上を、前記透過光とは逆向きに進行させるようにしてもよい。

また、本発明にかかるテラヘルツ光生成装置は、本発明にかかる第一および第二の光生成装置と、前記方向変化手段により進行方向が変化した前記透過光を受け、前記透過光が有する二つの光成分の光周波数の差にあたる光周波数を有する差周波光を生成する差周波光生成手段とを備えるように構成される。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

第一の実施形態
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる光生成装置１の構成を示す図である。第一の実施形態にかかる光生成装置１は、励起レーザ光源１０、方向変化ミラー（方向変化手段）１２、第一非線形光学結晶２２、第一ガルバノ光学スキャナ２４、第二非線形光学結晶３２、第二ガルバノ光学スキャナ３４、反射ミラー（戻し手段）４２、第一レーザ光源５２、第二レーザ光源５４、光合波用ミラー（光合波器）５６、ミラー（光注入手段）５８を備える。

励起レーザ光源１０は、励起レーザ光を生成する。励起レーザ光は、例えばNd:YAGレーザの第二高調波（波長532nm）である。

方向変化ミラー（方向変化手段）１２は、励起レーザ光（波長532nm）に対する反射率が、第一光のシグナル光成分（後述する）および第二光のシグナル光成分（後述する）に対する反射率よりも低いミラーである。言い換えれば、励起レーザ光（波長532nm）に対する透過率が高いミラーである。なお、第一光のシグナル光成分および第二光のシグナル光成分に対して、高反射（例えば、反射率９０％以上）であることが好ましい。また、方向変化ミラー１２は、励起レーザ光の光路に対して４５度傾いて配置されており、励起レーザ光が直進して透過する。厳密には、励起レーザ光は方向変化ミラー１２により屈折するが、屈折による光路の変化はわずかであるため、励起レーザ光はほぼ直進しているものとして取り扱うことができる。よって、図１においても、励起レーザ光が方向変化ミラー１２を直進して透過するように図示している。なお、方向変化ミラー１２は、励起レーザ光源１０と第一非線形光学結晶２２との間に配置されている。

第一非線形光学結晶２２は、方向変化ミラー１２を透過した励起レーザ光を受ける。第一非線形光学結晶２２は、KTP結晶（KTiOP₄結晶）である。ただし、他の種類の非線形光学結晶（例えば、LiIO₃、LiNbO₃、b-BaB₂O₄など）でもよい。第一非線形光学結晶２２の種類は、第一非線形光学結晶２２により発生させたい光の波長などに応じて定める。

第一非線形光学結晶２２は、励起レーザ光を受けることにより、励起される。励起されることにより光パラメトリック変換が生じる。光パラメトリック変換（ω_pump=ω_signal＋ω_idler、ω：光角周波数、ω_pump：励起レーザ光の光角周波数、ω_signal：シグナル光の光角周波数、ω_idler：アイドラ光の光角周波数）によりシグナル光（800〜1000nm）とアイドラ光（1200〜1600nm）が生成される。第一非線形光学結晶２２により生成されるシグナル光とアイドラ光とを第一光という。第一光の波長は、第一非線形光学結晶２２の結晶角度により決定されるものである。よって、第一非線形光学結晶２２の、励起レーザ光の光路に対する角度により、第一光の波長が決定される。

図１に示す例では、第一非線形光学結晶２２は長方形であり、その短い辺が励起レーザ光を受ける。その短い辺が励起レーザ光の進行方向に対して傾いている。

なお、第一非線形光学結晶２２が長方形であると記載したが、より正確には、第一非線形光学結晶２２の図１の紙面による断面が長方形ということであり、例えば第一非線形光学結晶２２は直方体である。以後、単に長方形と記載している部分は、同様な意味である。

第一ガルバノ光学スキャナ２４は、第一非線形光学結晶２２の、励起レーザ光の光路に対する角度を変えるためのものである。ガルバノ光学スキャナ自体は周知であり説明を省略する。なお、第一非線形光学結晶２２の、励起レーザ光の光路に対する角度を変えることができるものであれば、第一ガルバノ光学スキャナ２４のかわりに用いることができる。

第二非線形光学結晶３２は、第一光を透過させる。しかも、第一非線形光学結晶２２を透過した励起レーザ光を受ける。これにより光パラメトリック変換が生じる。光パラメトリック変換によってシグナル光（800〜1000nm）とアイドラ光（1200〜1600nm）が生成される。第二非線形光学結晶３２により生成されるシグナル光とアイドラ光とを第二光という。

第二非線形光学結晶３２は、図１に示す例では、長方形であり、その短い辺が励起レーザ光を受ける。その短い辺が励起レーザ光の進行方向に対して傾いている。しかも、その傾きは、第一非線形光学結晶２２の短い辺の傾きと異なっているようにすることができる。

第二ガルバノ光学スキャナ３４は、第二非線形光学結晶３２の、励起レーザ光の光路に対する角度を変えるためのものである。ガルバノ光学スキャナ自体は周知であり説明を省略する。なお、第二非線形光学結晶３２の、励起レーザ光の光路に対する角度を変えることができるものであれば、第二ガルバノ光学スキャナ３４のかわりに用いることができる。

なお、第一ガルバノ光学スキャナ２４および第二ガルバノ光学スキャナ３４により、第一非線形光学結晶２２の励起レーザ光の光路に対する角度（短い辺の傾き）と、第二非線形光学結晶３２の励起レーザ光の光路に対する角度（短い辺の傾き）とは、独立して変えることができる。よって、第一光の波長と第二光の波長とを独立に制御することができる。

また、図１に示す例では、第一ガルバノ光学スキャナ２４および第二ガルバノ光学スキャナ３４によって、第一非線形光学結晶２２の励起レーザ光の光路に対する角度および第二非線形光学結晶３２の励起レーザ光の光路に対する角度を変えることができるようにしてある。少なくとも、第一非線形光学結晶２２の励起レーザ光の光路に対する角度および第二非線形光学結晶３２の励起レーザ光の光路に対する角度の一方が変えられるようにすることが望まれる。

反射ミラー（戻し手段）４２は、第一光と第二光とを反射して（反射率は９０％以上が好ましい）、第二非線形光学結晶３２に戻す。なお、反射ミラー４２は、励起レーザ光の光路と直角に配置されている。反射された第一光と第二光とは、第二非線形光学結晶３２および第一非線形光学結晶２２を透過して（「透過光」という）、方向変化ミラー１２に到達する。

方向変化ミラー（方向変化手段）１２は、第一光のシグナル光成分と第二光のシグナル光成分とを、励起レーザ光よりも高い反射率で反射する（好ましくは高反射する）。しかも、方向変化ミラー１２は、励起レーザ光の光路に対して４５度傾いて配置されているので、透過光を反射した光の進行方向は、入射してきた透過光との進行方向と直交している。すなわち、光の進行方向を変化させる。方向変化ミラー１２により反射された透過光を、二波長光Ｌという。二波長光Ｌは、通常、近赤外領域である700nm〜2500nmの波長を有する。

第一レーザ光源５２は、第一レーザ光を生成する。第一レーザ光は、狭線幅で周波数安定度の良いものである。ここでいう、狭線幅とは、二波長光Ｌの線幅（例えば、10〜50GHz）よりも狭い幅（例えば、100MHz）である。なお、第一レーザ光の波長は、第一光のアイドラ光成分の波長と同じである。

第二レーザ光源５４は、第二レーザ光を生成する。第二レーザ光は、狭線幅で周波数安定度の良いものである。ここでいう、狭線幅とは、二波長光Ｌの線幅（例えば、10〜50GHz）よりも狭い幅（例えば、100MHz）である。なお、第二レーザ光の波長は、第二光のアイドラ光成分の波長と同じである。なお、第二レーザ光の進行方向と、第一レーザ光の進行方向とは直交している。

光合波用ミラー（光合波器）５６は、第一レーザ光と第二レーザ光とを合波する。光合波用ミラー５６はハーフミラーであり、第一レーザ光の進行方向および第二レーザ光の進行方向に対して４５度傾いている。よって、第二レーザ光の進行方向に、合波された光が進行する。

ミラー（光注入手段）５８は、励起レーザ光源１０と方向変化ミラー１２との間に配置されている。ミラー５８は、例えば、励起レーザ光源１０から方向変化ミラー１２に向かう励起レーザ光の進行方向に対して４５度傾いているハーフミラーである。なお、光合波器５６の出力する光の進行方向は、励起レーザ光源１０から方向変化ミラー１２に向かう励起レーザ光の進行方向と直交している。

次に、第一の実施形態の動作を説明する。

励起レーザ光源１０から励起レーザ光が出力され、方向変化ミラー１２および第一非線形光学結晶２２に向かう。

ミラー（光注入手段）５８は、励起レーザ光源１０から方向変化ミラー１２に向かう励起レーザ光を受ける。ミラー５８は、励起レーザ光を透過させる。しかも、ミラー５８は、光合波器５６の出力を反射して、励起レーザ光の光路上を、励起レーザ光と同じ向きに進行させる。光合波器５６の出力は、第一非線形光学結晶２２に入射する励起レーザ光の光路上を進行して、第一非線形光学結晶２２に入射される。そして、第一非線形光学結晶２２における励起レーザ光の光路上を進行して、第一非線形光学結晶２２から出射され、第二非線形光学結晶３２に入射される。そして、第二非線形光学結晶３２における励起レーザ光の光路上を進行する。これにより、光合波器５６により合波された光は、第一非線形光学結晶２２および第二非線形光学結晶３２における励起レーザ光の光路に注入される。

また、励起レーザ光は、励起レーザ光源１０から出射され、方向変化ミラー１２を透過し、第一非線形光学結晶２２に入射する。第一非線形光学結晶２２が励起レーザ光を受けることにより、第一非線形光学結晶２２から第一光が生成される。第一光の波長は、第一非線形光学結晶２２の励起レーザ光の光路に対する角度により決定される。この角度は、第一ガルバノ光学スキャナ２４により、高速かつランダムに制御できる。よって、第一光の波長を制御できる。

第一非線形光学結晶２２を透過した励起レーザ光の光路と、第一光の光路とはほぼ重なっている。第一非線形光学結晶２２を透過した励起レーザ光と、第一光とは、第二非線形光学結晶３２に入射される。

第二非線形光学結晶３２が励起レーザ光を受けることにより、第二非線形光学結晶３２から第二光が生成される。第二光の波長は、第二非線形光学結晶３２の励起レーザ光の光路に対する角度により決定される。この角度は、第二ガルバノ光学スキャナ３４により、高速かつランダムに制御できる。よって、第二光の波長を制御できる。

励起レーザ光が第二非線形光学結晶３２を透過すると、第二非線形光学結晶３２に入射される励起レーザ光の光路と平行に進み、反射ミラー４２に到達する。第二非線形光学結晶３２に入射された第一光も同様に屈折し、励起レーザ光とほぼ重なって反射ミラー４２に到達する。

第二非線形光学結晶３２を透過した励起レーザ光の光路と、第二光の光路とはほぼ重なっているので、第二光もまた、反射ミラー４２に到達する。よって、第二非線形光学結晶３２から出射された第一光および第二光は、各々の光路がほぼ重なって、反射ミラー４２に到達する。なお、第一光および第二光の光路は、励起レーザ光源１０から出射された励起レーザ光と平行である。

反射ミラー４２は第一光と第二光とを反射する。これにより、第一光と第二光とが、第二非線形光学結晶３２に戻り、第二非線形光学結晶３２および第一非線形光学結晶２２を透過して、方向変化ミラー１２に向かう。反射ミラー４２により反射された第一光と第二光とが第一非線形光学結晶２２から方向変化ミラー１２に向かうときの光路は、第一非線形光学結晶２２および第二非線形光学結晶３２の励起レーザ光に対する傾きの角度が変化しても、方向変化ミラー１２を透過した励起レーザ光が第一非線形光学結晶２２に向かうときの光路と重なっている。

なお、反射ミラー４２が第一光および第二光に加えて、さらに励起レーザ光も反射すると、反射された励起レーザ光が第二非線形光学結晶３２を励起して第二光を生成する。しかも、反射された励起レーザ光が第二非線形光学結晶３２を透過して第一非線形光学結晶２２に与えられると第一非線形光学結晶２２を励起して第一光を生成する。このように、励起レーザ光が反射ミラー４２に向かうときと、反射ミラー４２により反射されるときの二回、励起レーザ光が励起に使用される。

そして、方向変化ミラー１２は第一光および第二光（透過光）を反射し、光の進行方向を９０度変化させる。進行方向が変化した透過光が二波長光Ｌである。二波長光Ｌは、第一光のシグナル光成分と第二光のシグナル光成分とを有する。

第一の実施形態によれば、第一光および第二光の波長を変化させるために、第一非線形光学結晶２２および第二非線形光学結晶３２の励起レーザ光に対する傾きの角度を変化させても、反射ミラー４２により反射された第一光と第二光とが第一非線形光学結晶２２から方向変化ミラー１２に向かうときの光路が一定である。すなわち、かかる光路が、方向変化ミラー１２を透過した励起レーザ光が第一非線形光学結晶２２に向かうときの光路と重なっている。よって、第一非線形光学結晶２２および第二非線形光学結晶３２の励起レーザ光に対する傾きの角度を変化させても、二波長光Ｌの光路を一定にすることができる。

しかも、励起レーザ光が反射ミラー４２に向かうときと、反射ミラー４２により反射されるときの二回、励起レーザ光が励起に使用されるため、二波長光Ｌのパワーが、励起レーザ光が一回しか励起に使用されない場合に比べて、大きくなる。

さらに、第一ガルバノ光学スキャナ２４および第二ガルバノ光学スキャナ３４により、第一非線形光学結晶２２の励起レーザ光の光路に対する角度（短い辺の傾き）と、第二非線形光学結晶３２の励起レーザ光の光路に対する角度（短い辺の傾き）とは、独立して変えることができる。よって、第一光の波長と第二光の波長とを独立に制御することができる。

また、二波長光Ｌを部分的に反射する部分反射ミラーを設け、方向変化ミラー１２に戻して、さらに第一非線形光学結晶２２および第二非線形光学結晶３２を透過させることにより、光パラメトリック発振をおこさせるような場合と比べても、第一の実施形態にかかる光生成装置１は取り扱いが容易である。

すなわち、光パラメトリック発振をおこさせるような場合は、第一光の波長と第二光の波長とを変化させた場合、第一レーザ光および第二レーザ光の波長も変化させることとなり、共振器長（部分反射ミラーと反射ミラー４２との間の光路の長さ）の調整が必要となる。しかし、第一の実施形態によれば、透過光に光パラメトリック発振を起こさせるわけではないので、共振器長の調整が不要となり、取り扱いが容易である。

第二の実施形態
第二の実施形態は、第一の実施形態におけるミラー（光注入手段）５８の位置を、励起レーザ光源１０と方向変化ミラー１２との間から、方向変化ミラー１２と第一非線形光学結晶２２との間に変更したものである。

図２は、本発明の第二の実施形態にかかる光生成装置１の構成を示す図である。第二の実施形態にかかる光生成装置１は、励起レーザ光源１０、方向変化ミラー（方向変化手段）１２、第一非線形光学結晶２２、第一ガルバノ光学スキャナ２４、第二非線形光学結晶３２、第二ガルバノ光学スキャナ３４、反射ミラー（戻し手段）４２、第一レーザ光源５２、第二レーザ光源５４、光合波用ミラー（光合波器）５６、ミラー（光注入手段）５８を備える。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の番号を付して説明を省略する。

励起レーザ光源１０、方向変化ミラー（方向変化手段）１２、第一非線形光学結晶２２、第一ガルバノ光学スキャナ２４、第二非線形光学結晶３２、第二ガルバノ光学スキャナ３４、反射ミラー（戻し手段）４２、第一レーザ光源５２、第二レーザ光源５４および光合波用ミラー（光合波器）５６は、第一の実施形態と同様であり説明を省略する。

ミラー（光注入手段）５８は、方向変化ミラー１２と第一非線形光学結晶２２との間に配置されている。ミラー５８は、例えば、方向変化ミラー１２を透過し、第一非線形光学結晶２２に向かう励起レーザ光の進行方向に対して４５度傾いているハーフミラーである。なお、光合波器５６の出力する光の進行方向は、方向変化ミラー１２を透過し、第一非線形光学結晶２２に向かう励起レーザ光の進行方向と直交している。また、ミラー５８は、光合波器５６の出力をよく反射し（例えば、反射率９０％以上）、かつ、励起レーザ光および透過光をよく透過する（例えば、透過率９０％以上）ことが好ましい。

次に、第二の実施形態の動作を説明する。

光合波器５６により合波された光が、第一非線形光学結晶２２および第二非線形光学結晶３２における励起レーザ光の光路に注入される動作以外の動作は第一の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

反射ミラー４２により反射された第一光と第二光とが第二非線形光学結晶３２、第一非線形光学結晶２２を透過して透過光となり、方向変化ミラー１２に向かう。

ミラー５８は、方向変化ミラー１２に向かう透過光を受ける。ミラー５８は、透過光を透過させる。しかも、ミラー５８は、光合波器５６の出力を反射して、透過光の光路上を、透過光とは逆向きに進行させる。光合波器５６の出力は、第一非線形光学結晶２２に入射する励起レーザ光の光路上を進行して、第一非線形光学結晶２２に入射される。そして、第一非線形光学結晶２２における励起レーザ光の光路上を進行して、第一非線形光学結晶２２から出射され、第二非線形光学結晶３２に入射される。そして、第二非線形光学結晶３２における励起レーザ光の光路上を進行する。これにより、光合波器５６により合波された光は、第一非線形光学結晶２２および第二非線形光学結晶３２における励起レーザ光の光路に注入される。

第二の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。

第三の実施形態
第三の実施形態は、第一の実施形態に第三非線形光学結晶（差周波光生成手段）６４を付加してテラヘルツ波を出力させるようにしたものである。

図３は、本発明の第三の実施形態にかかる光生成装置１の構成を示す図である。第三の実施形態にかかる光生成装置１は、励起レーザ光源１０、方向変化ミラー（方向変化手段）１２、第一非線形光学結晶２２、第一ガルバノ光学スキャナ２４、第二非線形光学結晶３２、第二ガルバノ光学スキャナ３４、反射ミラー（戻し手段）４２、第一レーザ光源５２、第二レーザ光源５４、光合波用ミラー（光合波器）５６、ミラー（光注入手段）５８を備える。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の番号を付して説明を省略する。

第三非線形光学結晶（差周波光生成手段）６４は、二波長光Ｌ（方向変化ミラー１２により進行方向が変化した透過光）が有する第一光のシグナル光成分の光周波数と第二光のシグナル光成分の光周波数との差にあたる光周波数を有する差周波光L_THzを生成する。なお、差周波光L_THzはテラヘルツ波（周波数：0.1〜100THz、波長：3mm〜3μm、中赤外領域から遠赤外領域にわたる電磁波）であることが一般的である。また、第三非線形光学結晶６４としては、GaSeやGaP、LiNbO₃（略称LN）、ZnGeP₂（略称ZGP）4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium-tosylate（略称DAST）などの結晶を用いることができる。

差周波光L_THzの光周波数は、第一光のシグナル光成分の光周波数と第二光のシグナル光成分の光周波数との差に等しい。

次に、第三の実施形態の動作を説明する。

二波長光Ｌが、第三非線形光学結晶６４に入射するまでの動作は、第一の実施形態の動作と同様であるため、説明を省略する。

第三非線形光学結晶６４は二波長光Ｌを受け、差周波光L_THzを生成する。

第三の実施形態によれば、テラヘルツ波の生成が容易にできる。

第四の実施形態
第四の実施形態は、第二の実施形態に第三非線形光学結晶（差周波光生成手段）６４を付加してテラヘルツ波を出力させるようにしたものである。

図４は、本発明の第四の実施形態にかかる光生成装置１の構成を示す図である。第四の実施形態にかかる光生成装置１は、励起レーザ光源１０、方向変化ミラー（方向変化手段）１２、第一非線形光学結晶２２、第一ガルバノ光学スキャナ２４、第二非線形光学結晶３２、第二ガルバノ光学スキャナ３４、反射ミラー（戻し手段）４２、第一レーザ光源５２、第二レーザ光源５４、光合波用ミラー（光合波器）５６、ミラー（光注入手段）５８を備える。以下、第二の実施形態と同様な部分は同一の番号を付して説明を省略する。

励起レーザ光源１０、方向変化ミラー（方向変化手段）１２、第一非線形光学結晶２２、第一ガルバノ光学スキャナ２４、第二非線形光学結晶３２、第二ガルバノ光学スキャナ３４、反射ミラー（戻し手段）４２、第一レーザ光源５２、第二レーザ光源５４および光合波用ミラー（光合波器）５６は、第二の実施形態と同様であり説明を省略する。

次に、第四の実施形態の動作を説明する。

二波長光Ｌが、第三非線形光学結晶６４に入射するまでの動作は、第二の実施形態の動作と同様であるため、説明を省略する。

第四の実施形態によれば、テラヘルツ波の生成が容易にできる。

なお、上記の実施形態においては、第一レーザ光の波長が、第一光のアイドラ光成分の波長と同じであり、かつ、第二レーザ光の波長が、第二光のアイドラ光成分の波長と同じである場合について説明した。

しかし、第一レーザ光の波長が、第一光のシグナル光成分の波長と同じであり、かつ、第二レーザ光の波長が、第二光のシグナル光成分の波長と同じであるようにしてもよい。この場合、二波長光Ｌは、第一光のアイドラ光成分と第二光のアイドラ光成分とを有することになる。さらに、方向変化ミラー（方向変化手段）１２が、励起レーザ光（波長532nm）に対する反射率が、第一光のアイドラ光成分および第二光のアイドラ光成分に対する反射率（高反射（例えば、反射率９０％以上）であることが好ましい）よりも低いミラーとなる。しかも、第三の実施形態および第四の実施形態における差周波光L_THzの光周波数は、第一光のアイドラ光成分の光周波数と第二光のアイドラ光成分の光周波数との差に等しくなる。

本発明の第一の実施形態にかかる光生成装置１の構成を示す図である。本発明の第二の実施形態にかかる光生成装置１の構成を示す図である。本発明の第三の実施形態にかかる光生成装置１の構成を示す図である。本発明の第四の実施形態にかかる光生成装置１の構成を示す図である。

符号の説明

１光生成装置
１０励起レーザ光源
１２方向変化ミラー（方向変化手段）
２２第一非線形光学結晶
２４第一ガルバノ光学スキャナ
３２第二非線形光学結晶
３４第二ガルバノ光学スキャナ
４２反射ミラー（戻し手段）
５２第一レーザ光源
５４第二レーザ光源
５６光合波用ミラー（光合波器）
５８ミラー（光注入手段）
６４第三非線形光学結晶（差周波光生成手段）

Claims

励起レーザ光を生成する励起レーザ光源と、
前記励起レーザ光を受けることにより生じる光パラメトリック変換によって第一光を生成する第一非線形光学結晶と、
前記第一光を透過させ、前記第一非線形光学結晶を透過した前記励起レーザ光を受けることにより生じる光パラメトリック変換によって第二光を生成する第二非線形光学結晶と、
前記第一光と前記第二光とを前記第二非線形光学結晶に戻す戻し手段と、
前記戻し手段により戻された前記第一光と前記第二光とが、前記第二非線形光学結晶と前記第一非線形光学結晶とを透過したものである透過光の少なくとも一部の進行方向を変化させる方向変化手段と、
前記第一光のアイドラ光成分と同じ波長の第一レーザ光を生成する第一レーザ光源と、
前記第二光のアイドラ光成分と同じ波長の第二レーザ光を生成する第二レーザ光源と、
前記第一レーザ光と前記第二レーザ光とを合波する光合波器と、
前記光合波器の出力を、前記第一非線形光学結晶および前記第二非線形光学結晶における前記励起レーザ光の光路に注入する光注入手段と、
を備え、
前記励起レーザ光の光路に対する、前記第一非線形光学結晶の角度および前記第二非線形光学結晶の角度のうちの一方または双方を変えることができ、
前記方向変化手段は、
前記励起レーザ光源と前記第一非線形光学結晶との間に配置されたミラーであり、
前記励起レーザ光に対する反射率が、前記第一光のシグナル光成分および前記第二光のシグナル光成分に対する反射率よりも低く、
前記励起レーザ光の進行方向に対して傾斜している、
光生成装置。
励起レーザ光を生成する励起レーザ光源と、
前記励起レーザ光を受けることにより生じる光パラメトリック変換によって第一光を生成する第一非線形光学結晶と、
前記第一光を透過させ、前記第一非線形光学結晶を透過した前記励起レーザ光を受けることにより生じる光パラメトリック変換によって第二光を生成する第二非線形光学結晶と、
前記第一光と前記第二光とを前記第二非線形光学結晶に戻す戻し手段と、
前記戻し手段により戻された前記第一光と前記第二光とが、前記第二非線形光学結晶と前記第一非線形光学結晶とを透過したものである透過光の少なくとも一部の進行方向を変化させる方向変化手段と、
前記第一光のシグナル光成分と同じ波長の第一レーザ光を生成する第一レーザ光源と、
前記第二光のシグナル光成分と同じ波長の第二レーザ光を生成する第二レーザ光源と、
前記第一レーザ光と前記第二レーザ光とを合波する光合波器と、
前記光合波器の出力を、前記第一非線形光学結晶および前記第二非線形光学結晶における前記励起レーザ光の光路に注入する光注入手段と、
を備え、
前記励起レーザ光の光路に対する、前記第一非線形光学結晶の角度および前記第二非線形光学結晶の角度のうちの一方または双方を変えることができ、
前記方向変化手段は、
前記励起レーザ光源と前記第一非線形光学結晶との間に配置されたミラーであり、
前記励起レーザ光に対する反射率が、前記第一光のアイドラ光成分および前記第二光のアイドラ光成分に対する反射率よりも低く、
前記励起レーザ光の進行方向に対して傾斜している、
光生成装置。
請求項１または２に記載の光生成装置であって、
前記励起レーザ光の光路に対する前記第一非線形光学結晶の角度と、前記励起レーザ光の光路に対する前記第二非線形光学結晶の角度とは、独立して変えることができる、
光生成装置。
請求項１または２に記載の光生成装置であって、
前記透過光が光パラメトリック発振を起こさない、
光生成装置。
請求項１または２に記載の光生成装置であって、
前記戻し手段が、前記第一光と前記第二光とを反射する反射ミラーである、
光生成装置。
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光生成装置であって、
前記光注入手段は、
前記励起レーザ光源から前記第一非線形光学結晶に向かう前記励起レーザ光を透過させ、
前記光合波器の出力を反射して、前記励起レーザ光の光路上を、前記励起レーザ光と同じ向きに進行させる、
光生成装置。
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光生成装置であって、
前記光注入手段は、
前記透過光を透過させ、
前記光合波器の出力を反射して、前記透過光の光路上を、前記透過光とは逆向きに進行させる、
光生成装置。
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の光生成装置と、
前記方向変化手段により進行方向が変化した前記透過光を受け、前記透過光が有する二つの光成分の光周波数の差にあたる光周波数を有する差周波光を生成する差周波光生成手段と、
を備えたテラヘルツ光生成装置。