JPH02126242A - 光波長変換装置 - Google Patents

光波長変換装置

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JPH02126242A
JPH02126242A JP63280053A JP28005388A JPH02126242A JP H02126242 A JPH02126242 A JP H02126242A JP 63280053 A JP63280053 A JP 63280053A JP 28005388 A JP28005388 A JP 28005388A JP H02126242 A JPH02126242 A JP H02126242A
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JP
Japan
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harmonic
mirror
fundamental wave
nonlinear optical
optical crystal
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JP63280053A
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Osamu Matsumoto
修 松本
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Hamamatsu Photonics KK
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Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/3534—Three-wave interaction, e.g. sum-difference frequency generation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/3501—Constructional details or arrangements of non-linear optical devices, e.g. shape of non-linear crystals
    • G02F1/3507—Arrangements comprising two or more nonlinear optical devices
    • G—PHYSICS
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    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/354—Third or higher harmonic generation
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は非線形光学結晶を用いてレーザ光を効率よく第
３高調波に変換するための光波長変換装置に関するもの
である。
「従来の技術」 従来、第Ｓ図に示すように、　Ｎｄ−ＹＡＧレーザ発振
器（１）から１０６４ｎ腫のレーザ光を第１の非線形光
学結晶（２）に入射すると、この基本波の第２高調波で
ある５３２ｎｍの光が発生し、さらにこの第２高調波と
基本波を第２の非線形光学結晶（３）に入射させて第３
高調波である３５５ｎｍの光が発生する現象は第３高調
波発生装置として知られている。しかし、レーザ光を第
１、第２の非線形光学結晶（２）（３）に入射させるだ
けでは基本波（ω）、第２高調波（２ω）、第３高調波
（３ω）と３つの波長の光が発生し、目的とする第３高
調波（３ω）の発生効率が低い、そのため、高出力のレ
ーザ光を用いたり。
ビームを集光したりすることが必要であった。低出力の
レーザ光でも効率良く第２高調波を出力する装置として
、第５図に示す第２高調波発生装置（４）も従来から知
られていた。この装置は例えば１０６４０鵬のレーザ光
を出力するＮｄ−ＹＡＧレーザ発振器（１）と第２高調
波を得るための非線形光学結晶（２）とを、第１、第２
のミラー（５）（６）からなるレーザ共振器（７）内に
配置させるようにしたものである。
そして、第１のミラー（５）は１０６４ｎ園を全反射し
。
第２のミラー（２）は１１０６４ｎを全反射するが第２
高調波の５３２ｎｍを通過する特性を有するものを用い
ることにより、第２高調波（２ω）だけが効率良く出力
する。
しかし、この第２高調波のレーザ出力をさらに第２の非
線形光学結晶に入射しても、第：３高調波の変換効率は
まだ小さかった。
「発明が解決しようとする課題」 従来のような方法では第３高調波だけを効率良く変換で
きないという問題点があった。
本発明は第３高調波の光に効率よく変換するための装置
を得ることを目的とするものである。
「課題を解決するための手段」 本発明は基本波レーザ発生器と、基本波を第２高調波に
変換する第１の非線形光学結晶と、第２高調波を第３高
調波に変換する第２の非線形光学結晶とを、基本波を全
反射する第１、第２のミラー間に配置して基本波レーザ
共振器を形成し、前記第１非線形光学結晶と第２非縁形
光学結晶とを。
第２高調波を全反射する第３のミラーと第２高調波を全
反射し第３高調波を透過する第４のミラー間に配置して
高調波レーザ共振器を形成してなるものである。
「作用」 Ｎｄ−ＹＡＧロッドから発した基本波（１０６４ｎａ）
のレーザ光は第１ミラーと第２ミラーからなる基本波レ
ーザ共振器内を往復し第１非線形光学結晶によって第２
高調波（５３２ｎｍ）に変換されるとともに、第２非線
形光学結晶によ−）て第３′Ｉｌ＆ｉＸ波（３５５ｎｍ
）し；変換される。変換された第２、第３高調波は第３
ミラーと第４ミラーからなる高調波レーザ共振器内を往
復する。そして第；３高調波（３５５ｎｍ）だけが第４
ミラーを透過して、レーザ光として出力される。
「実施例」 以下１本発明の実施例を第１図ないし第４図に基づいて
説明する。第１図はすべての素子を直線的な光軸（１０
）上に配置した場合の変換装置の第１実施例を示すもの
で、第１ミラー（１１）と第２ミラ・（１２）により挟
まれた基本波レーザ共振器（１５）と。
第３ミラー（１３）と第４ミラー（１４）とで挟まれた
高調波レーザ共振器（１６）とが互いに一部を重合して
形成している。すなわち第１ミラー（１１）・基本波レ
ーザ発振器（１７）・第３ミラー（１３）・第３高調波
用第２の非線形光学結晶（１９）・第２高調波用第１の
非線形光学結晶（１８）・第２ミラー（１２）・第４ミ
ラー（１４）の順に直線的に拉べられている。
前Ｒｅ基本波レーザ発振器（１７）として例えば１０６
４ｎ＋ａの基本波を発振するＮｄ−ＹＡＧロッドが設置
され、また第１、第２の非線形光学結晶（１８）（１９
）にはβ−８ａＢイ０４結晶が用いられる。この結晶は
紫外域（約２０Ｏｎｍ）まで透明であり、３５５ｎｍの
光に対しても吸収はない。前記第１非線形光学結晶（１
８）は基本波（１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎ
＠）が得られる。第４図において結晶軸をＺ軸方向にと
ると、このときの位相整合角（０重）は約２６゛でこの
方向が入射波の波面法線方向となる。また、入射角の電
界ベクトルの振動方向がＺ軸に垂直になるように結晶を
配置する。得られる第２高調波の振動方向は基本波と直
交する。さらに、この結晶（１８）の人出射面には基本
波、第２高調波、第３高調波に対して損失をなくするた
め反射防止膜が塗布されている。
前記第２非線形光学結晶（１９）は基本波（１０６４ｎ
ｍ）と第２高調波（５３２ｎｍ）から第３高調波（３５
５ｎｍ）光を得るが、非線形光学効果が最大となるよう
に位相整合角Ｏ１１！３９°とする。同時に第３高調波
（３５５ｎｍ）光の電界ベクトルの振動方向は基本波（
１０６４ｒｖ＋）光と同じであり、また、第２高調波（
５３２ｎｗ）光と直交する。なお、電界ベクトルの振動
方向は第１図中、黒丸印が紙面に垂直方向、交差する短
い直線が紙面内方向を示している。さらに、この結晶（
１９）の入射出面にも前記同様反射防止膜が塗布されて
いる。前記第１．第２、第３および第４ミラー（１１）
（１２）　（１３）　（１４）は例えば多層膜ミラーか
らなり。
法衣のような特性を有するものが用いられる。
なお、第２、第４ミラー（１２）　（１４）を一体化し
て上記表の第５のミラー（２０）の特性を有するものと
置換することができる。
つぎに、作用を説明する。
Ｎｄ−ＹＡＧロッド（１７）から発した基本波（ＩＱ６
４ｎｍ）のレーザ光は第３ミラー（１３）を透過し、第
１、第２の非線形光学結晶（＋８）（１９）に入射する
と第２高調波（５３２ｎｍ）と第３高調波（３５５ｎｍ
）のレーザ光が出力する。基本波（１０６４ｎｍ）は第
１−１第２ミラー（１１）（１２）間で反射されて基本
波レーザ共振器（１５）内を発振する。第２高調波（５
３２ｒ＋１１）は第３、第４ミラー（１３）　（１４）
間で反射され、第２高調波レーザ共振器（１６）内を発
振する。第３高調波（３５５ｎｍ）のレーザ光は第３ミ
ラー（１３）で反射し、第２．第４ミラー（１２）　（
１４）を透過して目的とする第３高調波（３５５ｎｍ）
のレーザ光として出力される。
つぎに第２図は光軸（１０）を屈折用ミラー（２１）で
９０度屈折した第２実施例である。基本的には第１実施
例と同様であるが、各ミラーは下記の表のようなものが
用いられる。
第３の実施例は集光レンズ（２２）と凹面鏡（２３）を
用いてさらに効率の向上を図ったもので、その他は第２
図と同様である。なお、集光レンズ（２２）は前記結晶
と同様１反射防止膜が塗布され、また。
レンズの焦点距離は結晶の長さ等を考慮して最適値が選
ばれる。
「発明の効果」 本発明は以上のように構成したので、第３高調波を無駄
なく高効率で変換できるという効果を有するものである
。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による光波長変換装置の第１実施例を示
す説明図、第２図および第３図はそれぞれ本発明の第２
．第３実施例を示す説明図、第４図は結晶の位相整合角
を説明するための説明図、第５図および第６図は従来例
を示す説明図である。 （１１）・・・第１ミラー、（１２）・・・第２ミラー
、　（１３）・・・第３ミラー、　（１４）・・・第４
ミラー、　（１５）・・・基本波レーザ共振器、　（１
６）・・・高調波レーザ共振器、　（１７）・・・基本
波レーザ発振器（Ｎａ：ｙＡｃロッド）、（１８）・・
・第１非線形光学結晶、（１９）・・・第２非線形光学
結１１１／い（２０）・・・第５ミラー、（２１）・・
・屈折用ミラー、（ｚ２）・・・集光レンズ、　（２３
）・・・凹面鏡。 出願人　　浜松ホトニクス株式会社 手

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）基本波レーザ発生器と、基本波を第２高調波に変
    換する第１の非線形光学結晶と、第２高調波を第３高調
    波に変換する第２の非線形光学結晶とを、基本波を全反
    射する第１、第２のミラー間に配置して基本波レーザ共
    振器を形成し、前記第１非線形光学結晶と第２非線形光
    学結晶とを、第２高調波を全反射する第３のミラーと第
    ２高調波を全反射し第３高調波を透過する第４のミラー
    間に配置して高調波レーザ共振器を形成してなることを
    特徴とする光波長変換装置。
  2. （２）基本波レーザ発生器、第１の非線形光学結晶およ
    び第２の非線形光学結晶を直線的な光軸上に配置し、か
    つ第２、第４のミラーを、基本波と第２高調波を反射し
    、第３高調波を透過する第５のミラーと置換した請求項
    （１）記載の光波長変換装置。
  3. （３）基本波レーザ発生器と第１の非線形光学結晶の間
    に、基本波を反射して光軸を屈折するための屈折用ミラ
    ーを介在し、第５のミラーは基本波、第２高調波および
    第３高調波を全反射するミラーからなり、第３ミラーは
    第２高調波を全反射し、第３高調波を透過するものを前
    記屈折用ミラーの透過光軸上に配置してなる請求項（２
    ）記載の光波長変換装置。
  4. （４）光軸上にビームを集光する集光レンズを介在して
    なる請求項（１）、（２）または（３）記載の光波長変
    換装置。
  5. （５）第１、第２、第３、第４、第５および屈折用ミラ
    ーは目的の周波数特性となるように誘電体を多数積層し
    て形成したものからなる請求項（１）、（２）、（３）
    または（４）記載の光波長変換装置。
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