JPH03234073A - 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】 ［発明の目的コ （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：Ａｔ
ｉ光を発生させるための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Ｎｄ３？：　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
ると、波長が１．０６μｍの基本波光を発生させること
ができる。このようにして得られた基本波光をより小さ
いスポット径に集光するためには、たとえばＫＤＰ　（
ＫＨ２ＰＯ４）、Ｌｉｌ０ｉ、ＢＢＯ（β−ＢａＢｚＯ
＋）あるいはＫＤＰ　（ＫＤ２ＰＯ４）などの非線形結
晶を用いて波長が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、非線形結晶を用いて高調波光を得るためのレーザ
装置は第５図、第６図あるいはｆｆ１７図に示すように
構成されていた。

すなわち、第５図において図中１はＮｄ”　：　ＹＡＧ
などのレーザ媒質である。このレーザ媒質１の一端面側
には高反射ミラー２が配設され、他端面倒には上記高反
射ミラー２とで光共振器４を形成する出力ミラー３が配
置されている。上記レーザ媒質１の側方には励起手段で
ある励起ランプ５が配置されている。この励起ランプ５
によって光励起されることで発生する基本波光Ｌ１が上
記光共振器４によって増幅されると、その一部が上記出
力ミラー３から発振されるようになっている。

上記出力ミラー３から発振された基本波光Ｌ１は非線形
結晶６に入射し、ここで波長が２分の１の高調波光り、
に変換される。非線形結晶６による変換効率はあまり高
くない。そのため、非線形結晶６を出射する光には基本
波光Ｌ１が含まれるから、上記非線形結晶６から出射し
た光をダイクロイックミラーや分散プリズムなどの分離
用光学素子７を用いて基本波光り、と高調波光Ｌ２とに
分離するようにしている。

しかしながら、このような構成によると、分離用光学素
子７によって分離された基本波光Ｌ１は外部に放出され
ることになり、高調波光Ｌ２に変換されることがないか
ら、その基本波光Ｌ１が無駄となって変換効率が非常に
低くなるということがある。しかも、分離用光学素子７
を用いて基本波光り、と高調波光Ｌ２とを分離すること
によっても損失が生じるから、そのことによっても変換
効率の低下を招くことになる。

第６図は光共振器４内に非線形結晶６を配置するととも
に、光共振器４の出力ミラー３ａとして基本波光り、は
反射するが高調波光Ｌ２は透過するダイクロイックミラ
ーを用いるようにした。

このような構成によれば、非線形結晶６で高調波光Ｌ２
に変換されなかった基本波光り、は、出力ミラー３ａで
反射して非線形結晶６を何回も通過することになるから
、第５図に示す構成よりも変換効率を高めることができ
る。しかしながら、高調波光Ｌ２だけを効率よく透過さ
せることができる出力ミラー３８を製作することは非常
に困難であり、通常、このような出力ミラー３ａにおい
ては、高調波光Ｌ２の透過率が８０〜９０％となり、１
０〜２０％は光共振器４から外部へ取出すことができず
、損失となってしまう。

そこで、第７図に示すように基本波光Ｌ１と高調波光Ｌ
２とを光学素子を用いて分離するということを行わずに
、高調波光Ｌ２を取出すことが行われている。つまり、
光共振器４の出力ミラー３から出力された基本波光り、
の光路に第１のビムスブリッタ８を配置する。このビー
ムスプリッタ８は、上記基本波光り、をビームスプリッ
タ８を透過して直進する第１の基本波光Ｌｌ＋と、ビー
ムスプリッタ８で反射するＭ２の基本波光Ｌ１□とに分
割する。第２の基本波光Ｌ１□は反射ミラ〜９によって
反射して上記第１の基本波光Ｌｌ＋と交差する方向に進
行する。

第１の基本波光Ｌｌ＋と第２の基本波光Ｌ＋２とが交差
する箇所には非線形結晶６が配置されている。

ここで、非線形結晶６中における第１の基本波光Ｌ１１
の伝播ベクトルをに′８、第２の基本波光Ｌ＋２の伝播
ベクトルをに１□、高調波光Ｌ２の伝播ベクトルをｋ　
２ｗとすると、 ｋ″’１　＋に’２　ｍｋ　２°　　　　　・・・（１
）式なる関係となるように”’Ｉ　、ｋ′２の方向と、
非線形結晶６の方向とを設定すると、上記第１、第２の
基本波光Ｌｌｌ、Ｌ１□と別の方向に高調波光Ｌ２を発
生させることができる。このような先行技術は、たとえ
ば［＾ｐｐ１．Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、５４．（１５）、
１０Ａｐｒ１１１９８９］などに記載されている。

上記構成によれば、基本波光Ｌ１と高調波光Ｌ２とを分
離専用の光学素子を用いて分離するということをせずに
すむから、第５図あるいは第６図に示された従来技術の
ように分離にともなう損失をなくすことができる。しか
しながら、上記非線形結晶６は光共振器４の外部に配置
されている。

そのため、非線形結晶６を高調波光Ｌ２に変換されず透
過した基本波光り、はそのまま外部の放出されることに
なるから、それによって変換効率を十分に高くすること
ができないということがあった。

（発明が解決しようとする課８） このように、従来の高調波発生用レーザ装置は、基本波
光と高調波光を分離するために専用の光学素子を用ｔ）
たり、高調波光に変換されなかった基本波光を外部に放
出するようにしていたので、高調波光への変換効率を十
分に高くするということができなかった。

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、基本波光と高調波光とを専用の光学
素子を用いて分離せずにすみ、しかも非線形結晶によっ
て高調波光に変換されなかった基本波光が外部に放出さ
れることがないようにして、変換効率の向上を計ること
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、光共振器内にレーザ媒質を配置
し、このレーザ媒質を励起手段によって励起して基本波
光を発生させるとともに、この基本波光を非線形結晶に
よって高調波光に波長変換させる高調波発生用レーザ装
置において、上記光共振器は、この光共振器内で上記基
本波光同士が交差する方向に反射させる複数の高反射ミ
ラーを備え、上記非線形結晶は上記基本波光が交差する
箇所に配置する。

このような構成によれば、非線形結晶中における交差す
る２つの基本波光との伝播ベクトルの方向に対して所定
の方向に高調波光を発生させることができるから、基本
波光と高調波光とを分離専用の光学素子を用いて分離せ
ずにすみ、しかも高調波光に変換されなかった基本波光
が外部に放出されることがない。

（実施例） 以ド、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一対の第１の
高反射ミラー２１を離間対向させて配置した第１の光共
振器２２を備えている。

この第１の光共振器２２内の一端側にはロッド状に形成
されたＮｄ”　：　ＹＡＧなどのレーザ媒質２３が軸線
を上記第１の光共振器２２の光軸と一致させて配置され
ている。上記レーザ媒質２３の側方には、このレーザ媒
質２３を光励起するための励起ランプ２４が配置されて
いる。

上記第１の光共振器２２内には分光手段としてのビーム
スプリッタ２５が第１の光共振器２２の光軸に対して所
定の傾斜角度、たとえば４５度の角度で傾斜して配置さ
れている。このビームスプリッタ２５は、上記レーザ媒
質２３が励起ランプ２４によって光励起されることで発
生する波長が１．０５μｍの基本波光り、の一部を透過
し、残りを反射する。つまり、レーザ媒質２３で発生し
た基本波光Ｌ１は、上記ビームスプリッタ２５を透過す
る第１の基本波光Ｌ１１と、上記ビームスプリッタ２５
で反射する第２の基本波光Ｌ＋２とに分けられ、反射し
た第２の基本波光Ｌ１□は第２の高反射ミラー２６に入
射するようになっている。

上記第２の高反射ミラー２６で反射した第２の基本波光
Ｌ１２はビームスプリッタ２５を透過した第１の基本波
光Ｌ１１と交差する方向に進行して第３の高反射ミラー
２７に入射する。第３の高反射ミラー２７に入射した第
２の基本波光Ｌ１□は、この第３の高反射ミラー２７、
第２の高反射ミラー２６およびビームスプリッタ２５を
順次反射して上記第１の光共振器２２の光軸に戻り、再
びレーザ媒質２３を通過して増幅されるということが繰
り返される。したがって、一方の第１の高反射ミラー２
１、ビームスプリッタ２５、第２、第３の高反射ミラー
２６．２７で第２の基本波光ＬＩ２を増幅するための第
２の光共振器２８を形成している。なお、ビームスプリ
ッタ２５を透過する第１・の基本波光Ｌ１１は第１の光
共振器２βで増幅される。

上記第１の基本波光Ｌ１１と第２の基本波光Ｌ１□とが
交差する箇所には、波長が１．０６μｍの基本波光Ｌ１
を２分の１の波長の高調波光Ｌ２に変換するための非線
形結晶２９が配置されている。つまり、非線形結晶２．
９中における第１の基本波光Ｌ１１の伝播ベクトルをに
’、　、第２の基本波光ＬＩ□の伝播ベクトルをに′２
とし、発生する高調波光Ｌ２の伝播ベクトルをに２＋１
７とすると、上記（１）式を満足するように非線形結晶
２９の方向が設定されている。それによって、第１図に
鎖線で示す上記第１の基本波光Ｌ１１および第２の基本
波光Ｌ＋２と異なる方向に高調波光Ｌ２が発生する。

このような構成の高調波発生用レーザ装置によれば、基
本波光Ｌ１を第１の基本波光Ｌｌｌと第２の基本波光Ｌ
＋２とに分け、これらが交差する箇所に、非線形結晶２
つを上記（１）式の条件を満足する方向に向けて配置し
たから、第１図に鎖線で示す方向にｉ！ｌ；調波光Ｌ２
を発生させることができる。つまり、基本波光Ｌ１と高
調波光Ｌ２とが混在した状態で高調波光Ｌ２は出力され
ることがないから、従来のように基本波光り、と高調波
光Ｌ２とを分離するための光学素子を用いずにすみ、そ
れによって分離に伴う損失を招くということがない。

また、第１の基本波光Ｌｌ＋と第２の基本波光Ｌ１□と
は、それぞれ第１の光共振器２２とＴＪ２の光共振器２
８との内部に閉込められ、第１乃至第３の高反射ミラー
２１．２６．２７で反射を繰り返すから、非線形結晶２
９によって高調波光Ｌ２に変換されなくとも、外部に放
出されることがない。つまり、基本波光Ｌ１は、非線形
結晶２８を繰り返して通過して高調波光Ｌ２に変換され
ることになるから、基本波光Ｌ１から高調波光Ｌ２への
変換効率が向上する。

第２図はこの発明の第２の実施例で、この実施例は第１
の実施例と同じ構成のレーザ装置において、基本波光Ｌ
１の偏光方向を規定する必要がある場合、レーザ媒質２
３とビームスプリッタ２５との間にブリュースタ板など
の鎖線で示す偏光手段３１を設けるようにした。また、
第１の基本波光Ｌｌｌと第２の基本波光、２とが互いに
直交した偏光方向を有していなければならない場合、上
記偏光手段３１だけでなく、同図に鎖線で示すように第
１の光共振器２２内あるいは第２の光共振器２６内のい
ずれか一方に３２あるいは３３で示すλ／２板を設ける
ようにしたものである。

第３図はこの発明の第３の実施例である。この実施例は
第１乃至第４の４枚の高反射ミラ３１ａ〜３１ｄによっ
て光共振器３２を形成するようにした。つまり、レーザ
媒質２３の両端面に対向して配置される第１の高反射ミ
ラー３１ａと第２の高反射ミラー３１ｂとは、レーザ媒
質２３の軸線に対して同方向に傾斜して配置されている
。

第１の高反射ミラー３１ａの反射方向には第３の高反射
ミラー３１ｃが第１の高反射ミラー３１ａと逆方向に傾
斜して配置され、第２の高反射ミラー３１ｂの反射方向
には第４の高反射ミラー３１ｄが第２の高反射ミラー３
１ｂと逆方向に傾斜して配置されている。

上記第３の高反射ミラー３１Ｃで反射した基本波光Ｌ１
は第４の高反射ミラー３１ｄに入射し、第４の高反射ミ
ラー３１ｄで反射した基本波光Ｌ＋は第３ｉ１；ｌｉ反
射ミラー３１Ｃに入射するようこれらミラーの傾斜角度
が設定されている。

このように、第１乃至第４の高反射ミラー３１ａ〜３１
ｄを配置すれば、第１の高反射ミラー３１ａと第２の高
反射ミラー３１ｂとの間で反射する基本波光Ｌ１と、第
３の高反射ミラー３１ｃと第４の高反射ミラー３１ｄと
の間で反射する基本波光Ｌ１とが交差する。そして、こ
れら基本波光の交差する箇所に第１の実施例と同様な条
件で非線形結晶２９が配置されている。

このような構成においても、上記一実施例と同様高調波
光Ｌ２の変換効率を向上させることができる。

第４図はこの発明の第４の実施例を示し、この実施例は
第３の実施例と同様、第１乃至第４の高反射ミラー３１
ａ〜３１ｄによって光共振器３２を形成するとともに、
レーザ媒質２３を光励起することによって生じる基本波
光Ｌ１が交差する方向に反射するよう上記各高反射ミラ
ー３１ａ〜３１ｄの傾斜角度を設定したもので、第３図
に示す構成とは高反射ミラーの配置状！！（角度と位！
ｆ）が異なるだけで、基本的な構成はほぼ同じである。

なお、上記第３、第４の実施例によれば、第１の実施例
に示されたビームスプリッタ２５が不要となるから、ビ
ームスプリッタ２５による損失を招くことなく基本波光
り、を高調波光Ｌ２に変化することができる。

［発明の効果コ 以上述べたようにこの発明によれば、基本波光と高調波
光とを特別な分離用光学手段を用いて分離せずに高調波
光を得ることができるから、分離にともなう損失を招く
ことがない。また、基本波光は光共振器内に閉込められ
ているから、非線形結晶で高調波光に変換されなかった
基本波光が外部に放出されるということがない。したが
って、これらのことにより、基本波光を高い効率で高調
波光に変換することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はそれぞれこの発明の第１乃至第４の
実施例を示す高調波発生用レーザ装置の構成図、第５図
乃至第７図はそれぞれ従来の高調波発生用レーザ装置の
構成図である。 ２１．２６．２７．３１ａ　〜３１ｄ−ｕ反射ミラー　
２２．２８．３２・・・光共振器、２３・・・レーザ媒
質、２４・・・励起ランプ（励起手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光共振器内にレーザ媒質を配置し、このレーザ媒質を励
   起手段によって励起して基本波光を発生させるとともに
   、この基本波光を非線形結晶によって高調波光に波長変
   換させる高調波発生用レーザ装置において、上記光共振
   器は、この光共振器内で上記基本波光同士が交差する方
   向に反射させる複数の高反射ミラーを備え、上記非線形
   結晶は上記基本波光が交差する箇所に配置されているこ
   とを特徴とする高調波発生用レーザ装置。