JPH0346638A - ＬｉＢ↓３Ｏ↓５光パラメトリック発振装置 - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は、光パラメトリック効果により、０４〜３２
μｍの波長範囲で可変周波数のコヒーレント光を出力す
るようにしたＬ１Ｂ３ｏ５光パラメトリック発振装置に
関する。

「従来の技術」 従来、光パラメトリック効果に基づいて、励起光を入射
することにより、この励起光と波長の異なるコヒーレン
ト光を発振する光パラメトリック発振装置が知られてい
る。この発振装置は、一般に励起光源と、この励起光源
からの出射光を入射する非線形光学素子と、該非線形光
学素子の入射側および出射側に配置された一対の光共振
器とから概略構成されている。

ところで、このような光パラメトリック発信装置におい
て、可視および赤外領域で発振する装置としては、非線
形光学素子に尿素（ユリア）結晶あるいはβ−ＢａＢ　
２０４結晶を用いたものが知られている。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上記の可視および赤外領域で発振する光
パラメトリック発振装置にあっては以下に述べる不都合
がある。

非線形光学素子に尿素結晶を用いたものにあっては、尿
素結晶の潮解性が非常に強く、光学研磨が著しく困難で
あるため、例えばパラメトリック発振しても良質のビー
ムを得ることが不可能である。

またβ−Ｂ　ａＢ　２０４結晶を用いたものでは、この
結晶の非線形光学定数（ｄ、、）が３．８ｘｌＯ−”と
かなり大きいものの、位相整合許容角（Δσ）がΔφ−
Ｑ−＝　Ｏ、Ｉ　ｍｒａｄ−ｃｚ　（ただし、Ｑは結晶
の長さ）と極端に小さいため、長い結晶を使うことがで
きず、よって高い変換効率を得ることが非常に困難であ
る。

本発明は以」二のような点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、高効率かつ高出力でしかも安定
して、可視および赤外領域のコヒーレント光を発振する
光パラメトリック発振装置を提供することにある。

「課題を解決するための手段」 この発明における請求項１記載のＬ　ｉ　Ｂ　３０５光
パラメトリック発振装置では、励起光源として、１．０
４７−１．０７９６μｚでレーザ発振するＮｄ：Ｙ　Ａ
　Ｇ　　Ｎｄ：Ｙ　Ｌ　Ｆ　、　Ｎｄ：Ｙ　Ａ　Ｐの各
固体レーザの第３高調波、０．７１〜０７９μｍで発振
するアレキサンドライトレーザの第２高調波、および０
．３５２．　０．３０８　μｍてレーザ発振するＸｅＦ
およびＸｅＣ１２エキンマレーザを用い、非線形光学素
子としてＬ　！　Ｂ　３０　ｓ結晶を用いたことを上記
課題の解決手段とした。

また請求項２記載のＬ　ｉＢ　３０５光パラメトリック
発振装置では、請求項１記載のＬ　ｉ　Ｂ　３０５光パ
ラメトリック発振装置において、非線形光学素子の入射
側と光共振器との間に、励起光の波長にて高反射率を有
する入射側偏光板を配置し、かつ励起光源を、その出射
光が上記入射側偏光板に入射しかつ入射側偏光板からの
反射光が上記非線形光学素子に入射するよう配置すると
ともに、該入射側偏光板を、励起光源からの入射光の入
射角がブリュースター角となるよう配置し、非線形光学
素子の出射側と光共振器との間に、励起光の波長にて高
反射率を有する出射側偏光板を配置し、かつこの出射側
偏光板を、非線形光学素子からの出射光が該出射側偏光
板に入射するよう配置するとともに、該出射側偏光板を
、非線形光学素子からの出射光の入射角がブリュースタ
ー角となるよう配置したことを上記課題の解決手段とし
た。

請求項３記載のＬｉＢ５０５光パラメトリック発振装置
では、請求項２記載のＬｉＢ５０５光パラメトリック発
振装置において、非線形光学素子の入射側に配置された
光共振器として、回折格子を用いたことを上記課題の解
決手段とした。

「実施例」 以下、実施例により本発明のＬ　ｊ　Ｂ　３０５光パラ
メトリック発振装置を詳しく説明する。

第１図はこの発明における請求項１記載のＬ　ｉ　Ｂ　
３０　ｓ光パラメトリック発振装置の一例を示すもので
、第１図中符号Ｉは［７ｌＢ　３０５光バラメトリック
発振装置（以下、Ｌ　Ｂ　Ｏ発振装置と略称する。）で
ある。このＬ　Ｂ　Ｏ発振装置１は、励起光源２と、こ
の励起光源２の光軸」―に配置された非線形光学素子３
と、同じく励起光源２の光軸」二で非線形光学素子３の
入射側および出射側にそれぞれ配置された光共振器４，
５とから概略構成されたものである。

励起光源２には、１．０４７〜１．０７９６μｉてレー
ザ発振するＮｄ：Ｙ　Ａ　Ｇ　、　Ｎｄ：Ｙ　Ｌ　Ｆ　
、　ＮｄＹＡＰの各固体レーザの第３高調波、０７１〜
０７９μｍで発振するアレキサンドライトレーザの第２
高調波、および０．３５２．０．３０８μｍでレーザ発
振するＸｅＦおよびＸｅＣＱエキシマレーザが用いられ
ている。またこの励起光源２は、非線形光学素子３の入
射側に配置された光共振器４を介して非線形光学素子３
にその励起光を入射するものである。

非線形光学素子３には、０−９０°　　φ−２０〜４０
°にカットしたし＋８３０５結晶（ただし、θ、φはｚ
　（＝ｂ）、ｘ　（−ａ）軸から測定した曲座標）が用
いられている。このＬ　ｉＢ　３０５結晶は、その非線
形光学定数（ｄ３．）が２．８ＸＩＯ−”と尿素および
上記β−ＢａＢ、０４の非線形光学定数より僅かに小さ
いものの、位相整合許容角Δφ・Ｑが、Δφ・Ｑ＝　１
　、３　ｍｒａｄ−ａｍであり、尿素およびβ−Ｂ　ａ
Ｂ　２ｏ　４の結晶の位相整合許容角よりはるかにゆる
やかなものである。しかも、スペクトル位相整合幅Δλ
・Ｑが１３人・ａｍと大きく、また潮解性の無い結晶で
ある。

非線形光学素子３の入射側に配置された光共振器４、お
よび非線形光学素子３の出射側に配置された光共振器５
は、ともに、励起レーザ光の波長で高い透過率を有し、
しかもシグナル光およびアイドラー光の波長で高い反射
率を有するグイクロイック反射鏡からなるものである。

このような構成のＬ　Ｂ　Ｏ発振装置Ｉによりコヒーレ
ント光を得るには、まず非線形光学素子３を所望する出
力光の波長に応じて第１図中に示したＺ軸を中心に適宜
角度回転させておく。次いて、例えば励起光源２として
Ｎｄ：Ｙ　Ａ　Ｇレーザの第３高調波を用い、これより
励起光を出射する。すると励起光は、第１図中矢印で示
すように光共振器４を透過して非線形光学素子３に入射
し、光パラメトリック効果により位相整合条件で定まっ
たシグナル光とアイドラー光とに変換され、さらに位相
整合せず変換されない一部の励起光とともに光共振器５
に至る。そして、シグナル光およびアイドラー光は光共
振器５にて反射し、これにより光共振器４．５間で共振
状態に置かれ、ついには光共振器５を透過して発振する
。一方変換されない励起光は光共振器５を透過する。

これら発振したシグナル光およびアイドラー光と励起光
とは、光共振器５の非線形光学素子３と反対の側に予め
配置された光フィルタ６に入射する。そして、光フィル
タ６によって励起光およびアイドラー光が除かれ、これ
によりシグナル光のみが透過して出力光となる。

このようなＬＢＯ発振装置Ｉにあっては、非線形光学素
子３として高性能のしｌＢ５０５結晶を使用しているの
で、効率良く、しかも非常に安定した高出力の波長可変
コヒーレント光を得ることができる。

なお、上記例では光フィルタ６を用いてシグナル光とア
イドラー光および励起光とを分離したが、これに限定さ
れることなく、他に例えばプリズム等を用いてソゲナル
光のみを取り出ずようにしてもよい。

第２図はこの発明の請求項２記載のＬ　ｉＢ　３０５光
パラメトリック発振装置（ＬＢＯ発振装置）の一実施例
を示す図であって、第２図中符号１０はＬＢ○発振装置
である。このＬＢＯ発振装置１０は、励起光源１１と、
この励起光源１１からの出射光を入射する非線形光学素
子１２と、該非線形光学素子１２の入射側および出射側
に配置された光共振器１３１４と、非線形光学素子１２
の入射側と光共振器１３との間に配置された入射側偏光
板１５と、非線形光学素子１２の出射側と光共振器ｉ４
との間に配置された出射側偏光板１６とから概略構成さ
れたものである。

励起光源１１および非線形光学素子１２には、第１図に
示した励起光源２および非線形光学素子３とそれぞれ同
一のちのが用いられている。ここで励起光源１１は、後
述するようにその励起光を入射側偏光板１５に入射せし
めるよう配置されたものである。

非線形光学素子１２の入射側に配置された光共振器１３
は、光線形光学素子１２側の面に誘電体多層膜１３ａを
コートした完全反射鏡からなるものである。

ここで完全反射鏡としては、０．４〜０．７１μｍの波
長範囲で９５％以上の反射率を有するものが用いられ、
この例では９９９％の反射率を有する平面鏡あるいは球
面鏡が用いられている。

一方弁線形光学素子１２の出射側に配置された光共振器
１４は、０．４〜０．７１μＭの波長範囲で７０〜９０
％の反射率を有する無水合成石英製の平面鏡からなるも
のである。なお、共振するシグナル光の波長が０．７１
μＭより長くなる場合には、０．７１μｍ以」二の波長
範囲にて高反射率を有する反射鏡を用いる上うにする。

非線形光学素子１２の入射側と光共振器１３との間には
入射側偏光板１５が、また非線形光学素子１２の１ 出射側と光共振器１４との間には出射側偏光板１６かそ
れぞれ配置されている。これら入射側偏光板１５および
出射側偏光板１６は、共に無水合成石英に誘電体多層膜
をコートしたものであって、励起光の波長にて９０％以
」二の高い反射率を有したものが好適とされ、この例て
は９９９％の反射率を有するものが用いられている。な
お、これら偏光板としては、励起光に対して高反射率を
有し、かつシグナル光（およびアイドラー光）に対して
高い透過率を有するものが望ましいものの、現在のどこ
ろ二つの条件を同時に満たずものがなく、したがって他
の条件や所望する出力等に応じて適宜な性能を有する偏
光板が選択される。また入射側偏光板１５は、励起光源
１１からの励起光を入射してこれを反射し、非線形光学
素子Ｉ２に反射光を入射せしめる上う配置されたもので
、励起光源１１からの入射光の入射角がブリコースタ−
角となるよう配置されたものである。一方出射側偏光板
１６は、非線形光学素子１２からの出射光が該出射側偏
光板１６に入射するよう配置されたもので、非線形光字
素２ 子３からの出射光の入射角がブリュースター角となるよ
う配置されたものである。このように入射側および出射
側偏光板１５．１６を、それぞれの入射光の入射角がブ
リュースター角となるように配置したので、反射光が完
全に偏光したものとなり、よって光共振器１．３．１４
間における損失が最小となる。なおこの場合、入射側偏
光板１５のブリュースター角θ８は、約５５５°である
。

このような構成のＬ　Ｂ　Ｏ発振装置１０によりコヒー
レント光を得るには、まず非線形光学素子１２を所望す
る出力光の波長に応じて第２図中に示したＺ軸を中心に
適宜角度回転させておく。次いで、例えば励起光源１１
としてＮｄ・ＹＡＧレーザの第３高調波を用い、これよ
り励起光を出射する。するど励起光は、第２図中矢印で
示すように入射側偏光板１５に至り、ここで全反射して
非線形光学素子１２に入射する。そしてこの非線形光学
素子１２に入射した励起光は、光パラメトリック効果に
より位相整合条件で定まったソゲナル光とアイドラー光
とに変換され、さらに位相整合せず変換されない一部の
励起光とともに出射される。非線形光学素子１２から出
射した光は出射側偏光板１６に至り、ここで励起光は反
射して系外に放射される。一方シグナル光とアイドラー
光とは、光共振器１３．１４間で共振状態に置かれ、つ
いには光共振器１４を透過して発振する。この場合にシ
グナル光とアイドラー光とは、励起光の波長よりかなり
長くなっているため、偏光板１５．１６によって反射す
ることなく透過するものとなる。

そして、これら発振したシグナル光とアイドラー光とは
、光共振器・１４の非線形光学素子と反対の側に予め配
置された光フィルタ（７に入射する。すると、光フィル
タ１７によってアイドラー光が除かれ、これによりシグ
ナル光のみが透過して出力光となる。

なお、この例においても第１図に示した例ど同様に、光
フィルタ１７に代わってプリズム等を用い、シグナル光
のみを取り出ずようにしてもよい。

このようなＬＢ○発振装置ＩＯにあっては、高性能のＬ
　ｌＢ　３０５結晶を使用しているので、効率良く、し
かも非常に安定した高出力の波長可変コヒーレント光を
得ることができる。また光共振器として、破壊閾値が低
く高価なダイクロイック反射鏡を使うことなく発振し得
ろことから、装置全体が安価となり、しかも従来のごと
くダイクロイック反射鏡が破壊しないよう、例えば紫外
域で励起光の入力密度を３０　Ｍ　Ｗ　／　ａｌｌ＋”
以」二に高くならないよう制御する必要がないことから
、高い変換効率を得ることができる。

また、第２図に示したＬＢＯ発振装置１０において、出
力光のスペクトル幅を狭くしたい場合には、本発明にお
ける請求項３に記載したごとく、光共振器１３に代え、
回折格子を配置すればよい。

（実験例１） 第２図に示したＬＢＯ発振装置を用い、励起光源１１と
してＮｄ：Ｙ　Ａ　Ｇレーザの第３高調波を用い、また
非線形光学素子として０−９０°、φ−３０゜にカット
したＬ　ｉ　Ｂ　３０５を用いて発振のチューニング（
同調）したところ、Ｚ軸を中心にして非線形光学素子を
±１５°回転するだ（ジで、出）Ｊ光として０．４〜３
，２μｍの広範囲のコヒーレント光が得られた。

（実験例２） 実験例１で使用したＬ　Ｂ　Ｏ発振装置を用い、パルス
幅＋２ｓのＮｄ：Ｙ　Ａ　Ｇレーザの第３高調波で励起
して行ったところ、発振閾値は約１０ＭＷ／ａｍ２（０
、１，５／　ｃｉ’）であり、また閾値の５倍の入力で
最大変換率３０％が得られた。

（実験例３） 実験例１で使用したＬＢＯ発振装置を用い、かつ光軸方
向の長さｌ。５ｃｍのＬ　ｉ　Ｂ　３０５結晶を用いて
発振を行い、得られた出力光のスペクトル幅を調べたと
ころ、得られた出力光の波長が０７μｍ付近で約５０人
、波長が０．４２μｍ付近で１人であった。

次に、光共振器１３に代えて回折格子を配置し、同様に
して出力光のスペクトル幅を凋べたところ、波長が０４
〜０７μｍの範囲で０．１人程度になりノこ。

以」二の結果より、光共振器】３に代えて回折格子５ を配置すれば、得られる出力光のスペクトル幅が狭くな
ることが確認された。

「発明の効果」 以上説明したようにこの発明における請求項１記載のＬ
　ｉＢ　３０５光パラメトリック発振装置は、非線形光
学素子として高性能のＬｉＢ５０５結晶を用いたもので
あるから、効率良く、しかも非常に安定した高出力の波
長可変コヒーレント光を得ることができる。

また請求項２記載のＬｉ　Ｂ　３０５光パラメトリック
発振装置は、非線形光学素子の入射側および出射側に偏
光板を配置し、入射側の偏光板を介して励起光を非線形
光学素子へ入射するようにしたものであるから、光共振
器として例えば破壊閾値の低いダイクロイック反射鏡な
どを用いる必要がなくなり、よってダメージの殆ど無い
新しい共振器を用いることがてき、したかって効率良＜
、シかも０４〜３２μｍという可視から赤外に亙る広い
波長範囲で非児に安定した高山ツノの波長可変コヒーレ
ント光を得ることができる。

６ 請求項３記載のＬ　ｊＢ　！＋０５光パラメトリック発
振装置は、非線形光学素子の入射側に配置された光共振
器に代えて回折格子を配置したものであるから、この回
折格子の回折作用により、得られる出力光のスペクトル
幅を狭小化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明に係る図であって、第１
図は請求項１に記載したし１Ｂ、３０５光パラメトリッ
ク発振装置の一実施例を示す概略構成図、第２図は請求
項２に記載したＬ　ｊＢ　ｙＯ５光パラメトリック発振
装置の一実施例を示す概略構成図である。 １．１０・・Ｌ　］　Ｂ　３０　ｆｉ光パラメトリック
発振装置（Ｌ　Ｂ　Ｏ発振装置）、 ２．１１・・・・・励起光源、 ３．１２　　非線形光学素子、 ４、　５．１３．　ｉｌｌ・　光共振器、」５・・・入
射側偏光板、１６・・・　出射側偏光板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）励起光源と、この励起光源からの出射光を入射す
   る非線形光学素子と、該非線形光学素子の入射側および
   出射側に配置された光共振器とを具備してなる光パラメ
   トリック発振装置において、励起光源として、１．０４
   ７〜１．０７９６μｍでレーザ発振するＮｄ：ＹＡＧ，
   Ｎｄ：ＹＬＦ，Ｎｄ：ＹＡＰの各固体レーザの第３高調
   波、０．７１〜０．７９μｍで発振するアレキサンドラ
   イトレーザの第２高調波、および０．３５２，０．３０
   ８μｍでレーザ発振するＸｅＦおよびＸｅＣｌエキシマ
   レーザを用い、非線形光学素子としてＬｉＢ＿３Ｏ＿５
   結晶を用いたことを特徴とするＬｉＢ＿３Ｏ＿５光パラ
   メトリック発振装置。
2. （２）請求項１記載のＬｉＢ＿３Ｏ＿５光パラメトリッ
   ク発振装置において、 非線形光学素子の入射側と光共振器との間に、励起光の
   波長にて高反射率を有する入射側偏光板を配置し、かつ
   励起光源を、その出射光が上記入射側偏光板に入射しか
   つ入射側偏光板からの反射光が上記非線形光学素子に入
   射するよう配置するとともに、該入射側偏光板を、励起
   光源からの入射光の入射角がブリュースター角となるよ
   う配置し、非線形光学素子の出射側と光共振器との間に
   、励起光の波長にて高反射率を有する出射側偏光板を配
   置し、かつこの出射側偏光板を、非線形光学素子からの
   出射光が該出射側偏光板に入射するよう配置するととも
   に、該出射側偏光板を、非線形光学素子からの出射光の
   入射角がブリュースター角となるよう配置したことを特
   徴とする ＬｉＢ＿３Ｏ＿５光パラメトリック発振装置。
3. （３）請求項２記載のＬｉＢ＿３Ｏ＿５光パラメトリッ
   ク発振装置において、 非線形光学素子の入射側に配置された光共振器として、
   回折格子を用いたことを特徴とするＬｉＢ＿３Ｏ＿５光
   パラメトリック発振装置。