JPH03150887A - 高調波発生用レーザ装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は基本波光に対して波長が２分の１の高調波光
を発生させることができる高調波発生用レーザ装置に関
する。

（従来の技術） たとえば、レーザ媒質としてＮｄ”　：　ＹＡＧを用い
た固体レーザ装置においては、上記レーザ媒質を励起す
ることによって発振される基本波光は、波長が１．０８
μｍの他に０．９４６μｍでも発振させることができる
。このようにして発振された基本波光は、より小さいス
ポット径に集光するため、たとえばＫＴＰやβ−ＢａＢ
、Ｏ，などの非線形結晶からなる変換素子を用いて波長
が２分の１の高調波光に変換して利用するということが
行われている。

従来、このような高調波光を得るためのレーザ装置は第
２図あるいは第３図に示すように構成されていた。

すなわち、第２図に示されるレーザ装置はＮｄ”　：　
ＹＡＧなどのレーザ媒質１を有する。このレーザ媒質１
の軸方向一端側には第１の反射ミラー２が配置され、他
端側には第２の反射ミラー３が配置されている。上記第
１の反射ミラー２はレーザ媒質１が後述するごとく励起
されることによって発生する波長がω、の基本波光Ｌ１
に対して高反射で、後述する波長ω、の励起光り、を透
過するコーティングが施され、上記第２の反射ミラー３
は基本波光Ｌ＋を一部透過するコーティングが施されて
いる。

上記第２の反射ミラー３の外面側には波長がω１の基本
波光り、を波長が２分の１のω２の高調波光Ｌ２に変換
する非線形結晶からなる変換素子４が配置されている。

さらに、上記第１の反射ミラー２の外面側には、この第
１の反射ミラー２を透過する波長ω、の励起光り、を出
力する励起光源５が配置されている。上記レーザ媒質１
は上記励起光り、によって光励起され、それによって波
長ω、の基本波光Ｌ１が発生されるようになっている。

上記レーザ媒質１で発生した基本波光Ｌ１は、上記第２
の反射ミラー３を透過して上記変換素子４で高調波光Ｌ
２に変換される。その際、非線形結晶４の変換効率は非
常に低いから、基本波光Ｌ１の一部だけが変換素子４に
よって高調波光Ｌ２に変換される。したがって、上記変
換素子４から出射した光には基本波光Ｌ１が混合してい
るから、その光をプリズム５に入射させて基本波光Ｌ１
と高調波光Ｌ２とに分光し、それによって上記高調波光
Ｌ２だけを利用するようにしている。

ところで、このような構成のレーザ装置によると、非線
形素子４における波長変換効率は基本波形の電場の強度
にほぼ比例する。第２図の場合、基本波としての出力は
共振器内より一部をミラー３を介して共振器外へ取出し
ている。共振器内は共振器外へ出力された電場よりも大
きいので、第３図のように共振器の中に非線形素子４を
設置し、より強い電場の中で波長変換を行った方が高い
変換効率が得られる。

ここで、第３図について簡単に説明する。第３図は第２
図に示す構成とほぼ同じであるが、非線形結晶４をレー
ザ媒質１と第２のミラー３ａとの間に設けるとともに、
この第２の反射ミラー３ａには高調波光Ｌ２を透過し、
基本波光Ｌ１を反射するコーティングが施されたものを
用いるようにした。なお、第２の反射ミラー３ａからは
基本波光り、かわずかに漏れるから、この場合もプリズ
ム５を用いて基本波光り、と高調波光Ｌ２とを分光する
ようにしている。

第２図の場合、未変換の基本波光り、はプリズムうで分
光されて捨てられる。一方、第３図の場合、ミラー３ａ
の反射特性が基本波光Ｌ１に対して完全反射、高調波光
Ｌ２に対して完全透過であるものが理想であるが、その
ような特性のミラーは制作することができない。基本波
光Ｌｌの第２の反射ミラー３ａからのもれを除くため、
第２図のようにプリズム５で分光する必要がある。また
第２の反射ミラー３ａを高調波光Ｌ２が透過する際、こ
の第２の反射ミラー３ａの反射により通常３０％以上の
損失を受ける。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来のレーザ装置は基本波光あるいは高調
波光を反射ミラーを透過させて上記高調波光を取出すよ
うにしていたので、上記反射ミラーを透過する際の損失
が非常に大きくなることが避けられなかった。

この発明は上記事情にもとずきなされたもので、その目
的とするところは、基本波光あるいは高調波光を反射ミ
ラーを透過させずに高調波光を取出すことができ、しか
も高調波光に変換されずに分光された基本波光を有効に
利用することができるようにした高調波発生用レーザ装
置を提供することにある。

［発明の構成〕 （課題を解決するための手段及び作用）上記課題を解決
するためにこの発明は、レーザ媒質と、このレーザ媒質
を励起して基本波光を発生させる励起手段と、上記レー
ザ媒質の一端側に配置された第１の高反射ミラーと、上
記レーザ媒質の他端側に配置され上記レーザ媒質から発
生した基本波光を高調波光に変換する変換素子と、この
変換素子から出射された光を基本波光と高調波光とに分
光する分光手段と、この分光手段で分光された基本波光
を入射方向と同方向に反射させる第２の高反射ミラーと
を具備する。

このような構成によれば、基本波光や高調波光を第１、
第２の高反射ミラーを透過させずに高調波光を取出すこ
とができ、また高調波光に変換されなかった基本波光は
もとの光路に戻すことができる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を第１図を参照して説明する
。第１図に示す高調波発生用レーザ装置はたとえばＮｄ
”　：　ＹＡＧなどからなるロッド状のレーザ媒質１１
を備えている。このレーザ媒質１１の軸方向一端側には
レーザ媒質１１から出力される波長が０．９４［ｉμｍ
の基本波光Ｌ１をほぼ１００％の反射率で反射するコー
ティングが施された第１の高反射ミラー１２が配置され
ている。この第１の高反射ミラー１２と同様な第２の高
反射ミラー１５によりレーザ共振器を構成する。また、
レーザ媒質１１の他端、側には基本波光り、を波長が０
．４７３μｍの高調波光にＬ２に変換するＫＴＰやβ−
ＢａＢ２０４などの非線形結晶からなる変換素子１３が
配置されている。

上記変換素子１３で変換された高調波光Ｌ２と、高調波
光Ｌ２に変換されなかった基本波光Ｌ１とが混合した光
は分光手段としてのプリズム１４を通り、このプリズム
１４において光路を分けられる。上記第１の高反射ミラ
ー１２と第２の高反射ミラー１５とは、上記基本波光Ｌ
１が上記プリズム１４の一側面１４ａに入射する角度と
他側面１４ｂから出射する角度とが等しくなるように設
置角度が設定されている。それによって、上記第１の高
反射ミラー１２と第２の高反射ミラー１５とで基本波光
り、に対して光共振器を形成している。

上記プリズム１４はアツベ数の小さい材料、つまり波長
選択性の高い材料である、たとえばショット社製５Ｆ１
１が用いられている。この材料で作られたプリズム１４
の波長λの光に対する屈折率ｎは、 ｎ　２　＝　３．０５３９６１４　−１．１５８０４３
２　　Ｘ　１０２　λ２＋　３．９１９９８１８　　Ｘ
　１０−２λ−２＋　２．９４８２８１２　　λ４−２
．０３７１０１９　　Ｘ　ｔｏ−４λ−６＋２．７［ｆ
３３５８９　ｘ　１０−５λ−８−（１１式％式％ また、プリズム１４は基本波光Ｌ１に対して収差を与え
ないように人出射角を等しくとり、かつそのときの損失
が少なくなるように正三角形プリズムが用いられている
。このプリズム１４の入射面となる一側面１４ａと出射
面となる他側面１４ｂ１よ、基本波光Ｌｌ、高調波光Ｌ
２および上記レーザ媒質１１を励起する後述する波長が
０６７５μｍの励起光り、に対して無反射のコーティン
グが施されている。

上記励起光り、を出力する励起光源１６は、基本波光Ｌ
１をパルス発振させる場合にはアレキサンドライトレー
ザが用いられ、ＣＷ発振させる場合にはＴｌ３ＡＩ２０
３　レーザが用いられる。そして、上記励起光Ｌ３は第
１、第２の全反射ミラー１２．１５を通過させず、プリ
ズム１４の他側面１４ｂから入射させられて上記レーザ
媒質１１を光励起するようになっている。

ここで、プリズム１４の一側面１４ａに対する基本波光
Ｌｌの入射角をθ１、内部へ侵入する際の屈折角をθ２
、他側面への入射角をθ１、他側面からの出射角をθ１
、上記励起光Ｌ３の他側面１４ｂへの入射角をθ５、分
光された高調波光Ｌ２の上記他側面１４ｂからの出射角
をθ６とすると、上記励起光り、の入射角θ、はプリズ
ム１４の一側面１４ａから出射する角度がθ１になるよ
う設定されている。その際の光軸のアラインメントは、
基本波光り、用に調整されたモードセレクタ兼用のガイ
ド用の一対のピンホール１７を通るようにすればよい。

空気の屈折率を１とすると、プリズム１４が正三角形プ
リズムであることから、次式が成り立つ。

すなわち、 Ｓｉｎθ、　−ｎｓ［ｎθ２　　　　　　　　−　（２
）式θ３　−８０”−θ２　　　　　　　・・・（３）
式ｎ５ｉｎθ１−８ｌｎθ４　（θ、またはθｂ　）　
　　　−（４）式ここで、上記（１）式から波長０．９
４６μｍの基本波光り、％波長０．７５０１ｔｍの励起
光り、および波長０．４７３μｍの高調波光Ｌ２と、プ
リズム１４の屈折率ｎに対するθ１〜θ６との関係を（
表１〕に示す。

（表１） 上記基本波光Ｌ１と励起光り、とのプリズム１４の他側
面１４ｂの出射点Ｐから進行方向に沿う２０ｃ１１の距
離における光軸は、上記表（１）の角度から算出すると
２．８ｍｍ分離することになる。

この分離距離を利用してプリズム１４の他側面１４ａか
ら第２の高反射ミラー１５を通さずに励起光り、を入射
させることができる。したがって、励起光り、をほとん
ど損失を招くことなくレーザ媒質１１に導入することが
できる。

上記プリズム１４の他側面１４ｂから出射した各光がそ
の他側面１４ｂから距離ｇの地点における光軸間の分離
間隔ｄは、 ｄ＝Ｎ　　ＩＴａｎ　　（９０”−θ、）−Ｔａｎ　　
（９０’−θｓ　）　Ｉ　Ｘ５Ｉｎ　　（９０°−θ６
）−０，０１３９ｊ？　　　　　　　　　　　　　・・
・（５）式％式％ このような構成によれば、励起光り、を出力する励起光
源１６の大きさに応じて上記距Ｒ１ｇを設定すれば、レ
ーザ装置を組むことができ、それによって励起光り、で
レーザ媒質１１を光励起して基本波光り、を発生するこ
とができる。この基本波光Ｌ１の一部は変換素子１３で
高調波光Ｌ２に変換され、プリズム１４を通過すると、
その分光作用によって基本波光り、と高調波光Ｌ２とに
分離される。プリズム１４から出射した基本波光り、は
第２の高反射ミラー１５で反射してもとの光路に戻るか
ら、それによって発振効率を向上させることかできる。

また、高調波光Ｌ２はミラーなどを透過させずに、プリ
ズム１４から直接取出すことができるから、取出す際に
損失を招くようなことがない。すなわち、高調波光Ｌ２
を効率よく取出すことができる。

なお、上記一実施例ではレーザ媒質を励起するのにプリ
ズムから励起光を入射させる、いわゆるレーザ励起レー
ザを挙げたが、レーザ媒質の励起をフラッシュランプや
アークランプによって直接励起するランプ励起固体レー
ザや放電励起ガスレーザなどにもこの発明は適用するこ
とができる。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明は、レーザ媒質から発生した
基本波光を変換素子で高調波光に変換するとともに、こ
の変換素子を通過した光を分光手段によって分光し、こ
こで分光された光のうち、高調波光は上記分光手段から
直接取出し、基本波光は高反射ミラーで反射させてもと
の光路に戻すようにした。したがって、基本波光や高調
波光を従来のように反射ミラーを透過させることなく上
記基本波光を取出すことができるから、損失を少なくす
ることができ、また変換素子で高調波光に変換されなか
った基本波光がちとの光路に戻されることにより、出力
の増大を計ることができるなどの利点をＨする。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すレーザ装置の全体の
構成図、第２図りと第３図はそれぞれ従来のレーザ装置
の構成図である。 １１・・・レーザ媒質、１２・・・第１の高反射ミラー
　１３・・・変換素子、１４・・・プリズム（分光手段
）、１５・・・第２の高反射ミラー　１６・・・励起光
源（励起手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ媒質と、このレーザ媒質を励起して基本波光を発
   生させる励起手段と、上記レーザ媒質の一端側に配置さ
   れた第１の高反射ミラーと、上記レーザ媒質の他端側に
   配置され上記レーザ媒質から発生した基本波光を高調波
   光に変換する変換素子と、この変換素子から出射された
   光を基本波光と高調波光とに分光する分光手段と、この
   分光手段で分光された基本波光を入射方向と同方向に反
   射させる第２の高反射ミラーとを具備したことを特徴と
   する高調波発生用レーザ装置。