JP6514430B2 - Wavelength conversion optical device, wavelength conversion element and laser device - Google Patents
Wavelength conversion optical device, wavelength conversion element and laser device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6514430B2 JP6514430B2 JP2014013196A JP2014013196A JP6514430B2 JP 6514430 B2 JP6514430 B2 JP 6514430B2 JP 2014013196 A JP2014013196 A JP 2014013196A JP 2014013196 A JP2014013196 A JP 2014013196A JP 6514430 B2 JP6514430 B2 JP 6514430B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wavelength conversion
- fundamental wave
- elliptical
- conversion element
- harmonic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、波長変換光学装置、波長変換素子及びレーザ装置に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion optical device, a wavelength conversion element, and a laser device.
従来、シングルパルスを用いた波長変換光学装置として特許文献1が知られている。この波長変換光学装置は、図7に示すように、周期分極反転構造を形成した波長変換素子からなる疑似位相整合(Quasi Phase Matching)素子(以下QPM素子と称する。)3に基本波の円形ビームを入射させ、QPM素子3により第2高調波(SHG)の真円に近い円形ビームを得ている。
Conventionally,
また、強誘電体の非線形光学効果を利用したQPMデバイスが知られている。QPMデバイスは、目的とする光を得るために、タンタル酸リチウムLTやLiNbO3などの強誘電体結晶内部に周期的分極反転領域を形成するものである。 Also, QPM devices using nonlinear optical effects of ferroelectrics are known. The QPM device forms a periodically poled region inside a ferroelectric crystal such as lithium tantalate LT or LiNbO 3 in order to obtain the desired light.
なお、分極反転域の作成方法は、例えば特許文献2に記載されている。QPMデバイスによりレーザ光の波長変換を行う場合には、一般に円形ビームが用いられる。
In addition, the creation method of a polarization inversion area | region is described in
しかしながら、波長変換素子にも光吸収があるため、波長変換素子を高いパワー密度で駆動する場合には、温度上昇により効率が低下し、また波長変換素子が破壊することもあった。また、効率低下や素子破壊を防止するために、基本波のパワー密度を低下させると、変換効率はパワー密度に比例するため、効率が低下する。 However, since the wavelength conversion element also has light absorption, when the wavelength conversion element is driven at a high power density, the efficiency may decrease due to the temperature rise, and the wavelength conversion element may be broken. In addition, when the power density of the fundamental wave is reduced to prevent the efficiency from being reduced or the element being broken, the conversion efficiency is proportional to the power density, so the efficiency is reduced.
本発明の課題は、波長変換素子の効率低下や破壊を防止することができる波長変換光学装置、波長変換素子及びレーザ装置を提供する。 The object of the present invention is to provide a wavelength conversion optical device, a wavelength conversion element, and a laser device capable of preventing the efficiency reduction and destruction of the wavelength conversion element.
上記課題を解決するために、本発明に係る波長変換光学装置は、基本波の円形ビームを基本波の楕円ビームに変形するビーム変形素子と、周期分極反転構造を形成し、前記ビーム変形素子で変形された基本波の楕円ビームを第2高調波の楕円ビームに変換する疑似位相整合素子とを備え、前記疑似位相整合素子の出射端面でのビーム形状が楕円形であり、同じ面積の真円と比較してビーム断面積/周長≦0.56であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a wavelength conversion optical device according to the present invention forms a beam deformation element that deforms a circular beam of a fundamental wave into an elliptical beam of a fundamental wave and a periodically poled structure, and And a quasi phase matching element for converting an elliptical beam of the deformed fundamental wave into an elliptical beam of the second harmonic , wherein the beam shape at the output end face of the quasi phase matching element is elliptical and a perfect circle of the same area And the beam cross-sectional area / perimeter ≦ 0.56 .
本発明によれば、疑似位相整合素子に入射するビームを楕円ビームとしたので、放熱が容易となるため、波長変換素子の温度上昇が発生しにくくなる。従って、波長変換素子の効率低下や破壊を防止することができる波長変換光学装置を提供することができる。 According to the present invention, since the beam incident on the quasi phase matching element is an elliptical beam, heat radiation becomes easy, so that the temperature rise of the wavelength conversion element is less likely to occur. Therefore, it is possible to provide a wavelength conversion optical device capable of preventing the efficiency reduction and destruction of the wavelength conversion element.
以下、本発明の波長変換光学装置、波長変換素子及びレーザ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a wavelength conversion optical device, a wavelength conversion element, and a laser device of the present invention will be described in detail based on the drawings.
本発明は、波長変換素子に入射するビームを楕円としたことを特徴とする。円形ビームよりも楕円ビームの方が放熱が容易となるため、波長変換素子の温度上昇が発生しにくくなる。 The present invention is characterized in that the beam incident on the wavelength conversion element is an ellipse. Since the elliptical beam is easier to dissipate heat than the circular beam, the temperature rise of the wavelength conversion element is less likely to occur.
その理由について図1を用いて説明する。まず、図1(a)に示す円形ビームと図1(b)に示す楕円ビームとは同じ断面積を有している。これらのビームを比較した場合、パワー密度が同じであれば、吸収のため発生する熱量は断面積に比例するため、同じである。 The reason is described with reference to FIG. First, the circular beam shown in FIG. 1A and the elliptical beam shown in FIG. 1B have the same cross-sectional area. When these beams are compared, if the power density is the same, the amount of heat generated due to absorption is the same as it is proportional to the cross-sectional area.
熱は、矢印で示すように、周囲に逃げるため、周長さが長い方が放熱性が優れている。楕円の方が円よりも周長が長いため、放熱性が良い。このため、波長変換素子の温度上昇が発生しにくくなる。 The heat escapes to the surroundings as shown by the arrows, so the longer the circumferential length, the better the heat dissipation. The oval shape is longer than the circle, so heat dissipation is good. Therefore, the temperature rise of the wavelength conversion element is less likely to occur.
また、楕円ビームと円ビームとが同じビーム断面積である場合、横軸に楕円率、縦軸にビーム断面積/周長(同一ビーム断面積での最大値で規格化)をプロットした図に図2に示す。 In addition, when the elliptical beam and the circular beam have the same beam cross-sectional area, the horizontal axis represents the ellipticity, and the vertical axis the beam cross-sectional area / peripheral length (normalized with the maximum value for the same beam cross-sectional area) It is shown in FIG.
ビーム断面積/周長は、真円の時に最大(、即ち、最も放熱が悪い)であり、楕円率が1から遠ざかるに連れて小さくなっている。即ち、楕円ビームにより放熱性が改善されることがわかる。 The beam cross-sectional area / peripheral length is maximum (that is, the lowest heat dissipation) in the case of a perfect circle, and the ellipticity decreases with distance from 1. That is, it can be seen that the heat dissipation is improved by the elliptical beam.
このように、ビームが楕円である場合、又は他の真円でない図形の場合、例えば、矩形である場合には放熱性が改善されて、SHGの高出力が得られる。 Thus, if the beam is elliptical or other non-round figure, for example, rectangular, then the heat dissipation is improved and a high SHG output is obtained.
また、高出力で波長変換素子を駆動する場合には、特にSHG光の出射端面付近での吸収による熱飽和や破壊が発生することが多い。このため、出射端面でSHG光のビームが楕円や矩形等の形状になることが効果的である。 In addition, when driving the wavelength conversion element with high output, thermal saturation and destruction often occur particularly due to absorption near the emission end face of SHG light. For this reason, it is effective that the beam of SHG light has a shape such as an ellipse or a rectangle at the emission end face.
なお、波長変換結晶の熱抵抗率が0.56倍(熱伝導率が1.8倍)になった場合に、QPMデバイスのSHG到達パワーが有意に大きくなることが知られている。この場合、熱抵抗率はSLTとMg:LNの比較である。 It is known that the SHG reaching power of the QPM device is significantly increased when the thermal resistivity of the wavelength conversion crystal is 0.56 (thermal conductivity is 1.8). In this case, the thermal resistivity is a comparison of SLT and Mg: LN.
波長変換素子の熱抵抗のうち、波長変換結晶が寄与する成分は、ビームからビームのすぐ外側に広がる箇所の影響が大きく、これはビームの周長(ビーム断面積が同じならばビーム断面積/周長)にほぼ比例する。即ち、同じ面積の真円と比較してビーム断面積/周長が0.56倍になっていれば、QPMデバイスのSHG到達パワーが有意に大きくなると考えられる。 Of the thermal resistance of the wavelength conversion element, the component contributed by the wavelength conversion crystal is largely affected by the point extending just outside the beam from the beam, and this is equivalent to the circumferential length of the beam (beam cross section / Approximately proportional to the circumference). That is, it is considered that the SHG reaching power of the QPM device is significantly increased if the beam cross-sectional area / periphery is 0.56 times as large as that of a true circle of the same area.
上記を満たす条件は、
楕円の場合には、長軸/短軸≧7.6
矩形の場合には、長辺/短辺≧8
である。
The conditions that satisfy the above are
In the case of an ellipse, the major axis / minor axis 7.6 7.6
In the case of a rectangle, long side /
It is.
図3は、実施例1の波長変換光学装置を含むレーザ装置の構成図である。図3に示すレーザ装置は、半導体レーザ10、凸レンズ1、凹レンズ2、QPM素子3、凹レンズ4、凸レンズ5を備える。
FIG. 3 is a block diagram of a laser device including the wavelength conversion optical device of the first embodiment. The laser device shown in FIG. 3 includes a
半導体レーザ10は、基本波の円形ビームからなるレーザ光を凸レンズ1に出力する。凸レンズ1、凹レンズ2は、光学系Aを形成し、基本波の円形ビームを楕円ビームに変形する。基本波の円形ビームとして円形の波長1.064μmが用いられる。
The
QPM素子3は、光学系Aからの基本波の楕円ビームをSHGの楕円ビームに波長変換する。QPM素子3は、PPMgSLTからなり、光軸と結晶X軸が一致している。PPMgSLTは、MgOをドープした定比組成のタンタル酸リチウムMgO;SLT基板に周期分極反転構造を形成した疑似位相整合型の波長変換デバイスである。同一方向に周期的に分極反転されており、結晶Z軸は入射ビームの偏光方向と一致するように配置されている。周期的分極反転の周期は、所望の温度で波長1.064μmの基本波が波長0.532μmのSHG光に変換されるようになっている。
The
凹レンズ4、凸レンズ5は、光学系Bを形成し、QPM素子3からのSHGの楕円ビームをSHGの円形ビームに変形する。
The
このように実施例1の波長変換光学装置によれば、凸レンズ1、凹レンズ2により、基本波の円形ビームを楕円ビームに変形し、QPM素子3に楕円ビームを入射したので、放熱が容易となるため、波長変換素子の温度上昇が発生しにくくなる。従って、波長変換素子の効率低下や破壊を防止することができる波長変換光学装置を提供することができる。
As described above, according to the wavelength conversion optical device of the first embodiment, the circular beam of the fundamental wave is transformed into an elliptical beam by the
図4は実施例2の波長変換素子の構成図である。図4では、波長変換素子であるQPM素子3aの断面図を示している。QPM素子3aは、傾斜された凹部を有する側壁部31と、底部32と、側壁部31及び底部32の間に形成された台形状のリッジ導波路33とを有している。QPM素子3aには、基本波の円形ビームが入射され、台形状のリッジ導波路33に導かれる。 FIG. 4 is a block diagram of the wavelength conversion element of the second embodiment. FIG. 4 shows a cross-sectional view of the QPM element 3a which is a wavelength conversion element. The QPM element 3 a has a side wall 31 having a sloped recess, a bottom 32, and a trapezoidal ridge waveguide 33 formed between the side wall 31 and the bottom 32. A circular beam of the fundamental wave is incident on the QPM element 3 a and guided to the trapezoidal ridge waveguide 33.
ここで、側壁部31のリッジ幅をWとし、溝深さをdとし、厚みをtとし、傾斜角度をθとする。台形状のリッジ導波路33には、図5に示すように、SHG光の略楕円形の基本モードが形成される。図5では、リッジ幅Wを4.7μm、溝深さdを4μm、厚みtを4.7μm、傾斜角度θを21°とした。 Here, the ridge width of the side wall portion 31 is W, the groove depth is d, the thickness is t, and the inclination angle is θ. In the trapezoidal ridge waveguide 33, as shown in FIG. 5, a substantially elliptical fundamental mode of SHG light is formed. In FIG. 5, the ridge width W is 4.7 μm, the groove depth d is 4 μm, the thickness t is 4.7 μm, and the inclination angle θ is 21 °.
このように、QPM素子3aにリッジ導波路33を設け、このリッジ導波路33により基本波をSHGの楕円の基本モードに変換することができる。従って、放熱が容易となるため、波長変換素子の温度上昇が発生しにくくなる。従って、波長変換素子の効率低下や破壊を防止することができる Thus, the ridge waveguide 33 is provided in the QPM element 3a, and the ridge waveguide 33 can convert the fundamental wave into the fundamental mode of the SHG ellipse. Therefore, since the heat radiation becomes easy, the temperature rise of the wavelength conversion element hardly occurs. Therefore, the efficiency reduction and destruction of the wavelength conversion element can be prevented.
図6は、実施例3の波長変換素子に形成されたリッジ導波路内のモードを示す図である。図6に示す例では、QPM素子の側壁部が垂直に立った凹部を有し、矩形状のリッジ導波路を有することを特徴とする。 FIG. 6 is a view showing modes in a ridge waveguide formed in the wavelength conversion element of Example 3. The example shown in FIG. 6 is characterized in that the side wall portion of the QPM element has a vertically standing recess and has a rectangular ridge waveguide.
このため、矩形状のリッジ導波路には、図6に示すように、SHG光の略矩形の基本モードが形成される。図6では、リッジ幅Wを4.7μm、溝深さdを4μm、厚みtを4.7μm、傾斜角度θを0°とした。 Therefore, as shown in FIG. 6, a substantially rectangular fundamental mode of SHG light is formed in the rectangular ridge waveguide. In FIG. 6, the ridge width W is 4.7 μm, the groove depth d is 4 μm, the thickness t is 4.7 μm, and the inclination angle θ is 0 °.
このように、QPM素子にリッジ導波路を設け、このリッジ導波路により基本波をSHGの矩形の基本モードに変換することができる。従って、放熱が容易となるため、波長変換素子の温度上昇が発生しにくくなる。従って、波長変換素子の効率低下や破壊を防止することができる Thus, the QPM element is provided with a ridge waveguide, and this ridge waveguide can convert the fundamental wave into the rectangular fundamental mode of SHG. Therefore, since the heat radiation becomes easy, the temperature rise of the wavelength conversion element hardly occurs. Therefore, the efficiency reduction and destruction of the wavelength conversion element can be prevented.
本発明は、半導体レーザ装置に利用可能である。 The present invention is applicable to a semiconductor laser device.
1,5 凸レンズ
2,4 凹レンズ
3,3a QPM素子
10 半導体レーザ
31 側壁部
32 底部
33 リッジ導波路
1, 5
Claims (4)
周期分極反転構造を形成し、前記ビーム変形素子で変形された基本波の楕円ビームを第2高調波の楕円ビームに変換する疑似位相整合素子と、
を備え、
前記疑似位相整合素子の出射端面でのビーム形状が楕円形であり、同じ面積の前記真円と比較してビーム断面積/周長≦0.56倍であることを特徴とする波長変換光学装置。 A beam deformation element that deforms a circular beam consisting of a true circle of the fundamental wave into an elliptical beam of the fundamental wave;
A quasi phase matching element forming a periodically poled structure and converting an elliptical beam of the fundamental wave deformed by the beam deformation element into an elliptical beam of a second harmonic;
Equipped with
The quasi phase is beam shape elliptical on the emission end surface of the matching element, a wavelength conversion optical system, characterized in that 0.56 times the beam cross-sectional area / perimeter ≦ compared to the true circle having the same area .
出射端面での第2高調波の楕円形の基本モードについて、同じ面積の前記真円と比較してビーム断面積/周長≦0.56倍であることを特徴とする波長変換素子。 A waveguide forming a periodically poled structure and converting a circular beam consisting of a perfect circle of the fundamental wave into an elliptical fundamental mode of the second harmonic,
The wavelength conversion element, wherein the second harmonic oval fundamental modes at the exit end face, which is the 0.56 beam cross-sectional area / perimeter ≦ compared to a true circle having the same area.
出射端面での第2高調波の矩形の基本モードについて、同じ面積の前記真円と比較してビーム断面積/周長≦0.56倍であることを特徴とする波長変換素子。 A waveguide forming a periodically poled structure and converting a circular beam consisting of a perfect circle of the fundamental wave into a rectangular fundamental mode of the second harmonic;
The wavelength conversion element, wherein the rectangular fundamental mode of the second harmonic at the exit end face, which is the 0.56 beam cross-sectional area / perimeter ≦ compared to a true circle having the same area.
請求項1の波長変換光学装置とを備え、
前記半導体レーザは、前記ビーム変形素子にレーザ光を前記基本波の円形ビームとして入射することを特徴とするレーザ装置。 A semiconductor laser,
A wavelength conversion optical device according to claim 1;
The semiconductor laser is characterized in that laser light is incident on the beam deformation element as a circular beam of the fundamental wave.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014013196A JP6514430B2 (en) | 2014-01-28 | 2014-01-28 | Wavelength conversion optical device, wavelength conversion element and laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014013196A JP6514430B2 (en) | 2014-01-28 | 2014-01-28 | Wavelength conversion optical device, wavelength conversion element and laser device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015141274A JP2015141274A (en) | 2015-08-03 |
JP6514430B2 true JP6514430B2 (en) | 2019-05-15 |
Family
ID=53771677
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014013196A Active JP6514430B2 (en) | 2014-01-28 | 2014-01-28 | Wavelength conversion optical device, wavelength conversion element and laser device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6514430B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2020240726A1 (en) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3848093B2 (en) * | 2000-03-21 | 2006-11-22 | 松下電器産業株式会社 | Optical waveguide device, optical wavelength conversion device, and optical waveguide device manufacturing method |
US7113325B1 (en) * | 2006-05-03 | 2006-09-26 | Mitsubishi Materials Corporation | Wavelength conversion method with improved conversion efficiency |
JP2008185891A (en) * | 2007-01-31 | 2008-08-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Wavelength conversion laser beam source and laser wavelength conversion method |
JP4557264B2 (en) * | 2007-03-08 | 2010-10-06 | 日本碍子株式会社 | Wavelength conversion element |
JP2011107551A (en) * | 2009-11-20 | 2011-06-02 | Panasonic Corp | Laser light source unit |
-
2014
- 2014-01-28 JP JP2014013196A patent/JP6514430B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015141274A (en) | 2015-08-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5312947B2 (en) | Short wavelength light source and laser image forming apparatus | |
JP5290958B2 (en) | Laser wavelength converter | |
JP2007298932A (en) | Wavelength conversion method | |
JP2013524276A (en) | Nonlinear crystal with wedge-shaped facets for harmonic generation | |
US7769060B1 (en) | Laser light source, and display device using the same | |
JPWO2009031278A1 (en) | Wavelength conversion device, image display device, and processing device | |
JP6514430B2 (en) | Wavelength conversion optical device, wavelength conversion element and laser device | |
JP5155385B2 (en) | Wavelength conversion element | |
CA2802460C (en) | An improved parametric generator | |
JPWO2011048795A1 (en) | Wavelength conversion laser light source and image display device | |
US8369366B2 (en) | Semiconductor laser excited solid-state laser device | |
US20120077003A1 (en) | Method of nonlinear crystal packaging and its application in diode pumped solid state lasers | |
JP2006308731A (en) | Short wavelength light source and method for forming optical element | |
JP4806427B2 (en) | Wavelength conversion element and manufacturing method thereof | |
JP2007266120A (en) | Solid-state laser device | |
Kurimura et al. | QPM wavelength converters based on stoichiometric lithium tantalate | |
JP5420810B1 (en) | Wavelength conversion element | |
JP5155341B2 (en) | Harmonic generator | |
US20150188281A1 (en) | Laser device | |
Gao et al. | Self-frequency conversion laser in Nd-doped calcium barium niobate ferroelectric crystal | |
JP2011107551A (en) | Laser light source unit | |
EP3244498B1 (en) | Array type wavelength converting laser device | |
JP2006278383A (en) | Solid state laser device and laser device system | |
Hansen et al. | 5.5 W of diffraction-limited green light generated by SFG of tapered diode lasers in a cascade of nonlinear crystals | |
US20120087383A1 (en) | Bonded periodically poled optical nonlinear crystals |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161027 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170719 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170801 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170927 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180306 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180606 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20180619 |
|
A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20180824 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190412 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6514430 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |