JPH04128825A - 第二高調波発生装置 - 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】 〔概要〕 第二高調波発生装置に関し、 光学系を複雑とすることなく第二高調波を効率良く発生
可能とすることを目的とし、 基本波を発生させる基本波発生手段と、該基本波発生手
段より発生した基本波を往路と復路とを繰り返し往復さ
せてその内部に閉じ込める機能を有する光共振器と、該
光共振器内に配設してあり、上記基本波を入射されて第
二高調波を発生させる非線形光学結晶とよりなる第二高
調波発生装置において、上記光共振器の内部の往路上、
上記非線形光学結晶に対して上流側の部位に、上記基本
波発生手段より出射して上記光共振器の内部に入り込ん
だ基本波の偏光を上記非線形光学結晶と位相整合する直
線偏光とすると共に、復路を通り反射して再び往路内に
入り込んだ基本波の偏光を上記非線形光学結晶と位相整
合する直線偏光とする第１の！／４波長板を設け、且つ
上記の往路上、上記非線形光学結晶に対して下流側の部
位に、上記往路より復路内に入り込んで上記非線形光学
結晶に向かう基本波の偏光を前記往路における偏光と直
交する方向の直線偏光とする第２の１／４波長板を設け
て構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は第二高調波発生装置に関する。

レーザを基本波として第二高調波を発生する装置は、光
記録の分野て記録の高密度化を可能とするものとして期
待されている。

この種の装置は、第二高調波を効率良く発生させうるも
のであることか望ましい。

〔従来の技術〕

第５図に従来の第二高調波発生装置の１例を示す。

１はレーザダイオード（以下ＬＤという）、２はコリメ
ートレンズである。

３はファブリ・ペロー共振器であり、二つのミラー４，
５が相対向して配設され、間に非線形光学結晶であるＬ
　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ２の結晶６か配設された構成である。

結晶６は、その光学軸７か、ＬＤＩから出射した基本波
であるレーザ８の電場の方向（偏光方向）９と光軸１０
とを含む面と平行となる向きに配設しである。

ここで、上記の結晶６の特性について説明する。

光が結晶６の内部を透過する時、光の電場によって物質
に分極が発生する。光が弱い場合、分極は電場に比例す
る。そのため通常は、こうした効果を考えなくてもよい
。しかし光強度か強くなってくると、分極は電場に比例
しなくなる。すなわち非線形になってくる。分極には比
例（１次）成分の他に２次、３次の成分か含まれる。２
次の成分を選択的に取り出すと、その周波数は入射光（
基本波）の倍になっている。すなわち波長を半分にする
ことが出来る。この現象を５ＨＧ（第二高調波発生）と
いう。ＳＨＧの変換効率は物質の性質（非線形光学定数
）によって異なり、入射光と高調波の位相整合により異
なり、また入射光強度の２乗に比例する。

次に位相整合について説明する。基本波か非線形光学結
晶６に入射すると第二高調波が発生するか、−船釣には
結晶のなかで基本波と高調波の屈折率か異なる。すなわ
ち基本波と高調波の速度か異なる。このため結晶内で発
生する高調波の位相か光の進行とともに基本波からずれ
、変換が妨げられる現象か起きる。これを防ぐためには
基本波と高調波の屈折率を等しくすればよい。そのよう
な条件を実現する方法として複屈折を利用することかで
きる。複屈折結晶は直交する二つの偏光に対して異なる
屈折率を与えることかできる。それぞれの光線を常光線
と異常光線とよぶ。一つの例として基本波の常光線と高
調波の異常光線の屈折率を等しくなるようにすることか
可能である。このようにすると、ＳＨＧの効率を高くす
ることかできる。これか位相整合である。このとき複屈
折のある非線形光学結晶を特定の角度に設置し、特定の
偏光を入射させる必要かある。

第１のミラー４は、基本波に対する反射率か９９％、第
二高調波に対する反射率が１００％のものである。

第２のミラー５は、基本波に対する反射率か９９％で第
二高調波に対する反射率が０％の特性を有するものであ
る。

ＬＤＩからのレーザ８はコリメートレンズ２を通って平
行光とされ、一部かミラー４を透過して共振器３に入り
込む。

入り込んだレーザ８は、ミラー５と４で反射され、ミラ
ー４，５の間で往復する。

ミラー４，５のレーザ８に対する反射率をＲとすると、
ミラー４．５の間におけるレーザ８の強度は、ＬＤＩか
ら出射した部位におけるレーザ８の強度の１／（１−Ｒ
）倍となる。Ｒか９９％の場合は、約１００倍となる。

このため、結晶６は高い変換効率で第二高調波を発生さ
せる。

ミラー５に向かって前向きに進む往路の基本波を８−１
０　とする。ミラー５で反射されて後向きに進む復路の
基本波を８−２ｏとする。

前向きの基本波８−ｔｏの偏光方向９−ＩＱは前記の偏
光方向９と同してあり、結晶６は位相整合し、基本波８
−１゜か結晶６を透過するときに第二高調波発生が行わ
れ、第二高調波１１−３か発生する。

この第二高調波１１−０はミラー５を透過して出力され
る。

ここで、後向きの基本波８−２８の偏光方向についてみ
るに、偏光方向は９−７゜て示す如くであり、上記の偏
光方向９−１８と同じ方向である。

結晶６はこの後向きの基本波８−２とも位相整合し、基
本波８−２か結晶を透過するときも第二高調美奈１１−
２か発生する。

この第二高調波１１−２は、ミラー４て反射され、結晶
６を透過し、ミラー５を透過して出力される。

〔発明か解決しようとする課題〕

上記の第二高調波１１−１と１１−２ときを装置の出力
部であるミラー５の部位てみると、光路長の差異等によ
って両者間には波面にずれがあり、方か他方を打消すよ
うに作用し合うことがある。

このため、従来の装置における第二高調波の発生効率は
、第２図中線■て示す如くになり、低い。

なお、リング共振器を使用して基本波の往路の光路と復
路の光路とを分け、復路の基本波が上記の結晶を通らな
いようにすると上記の問題を解決することが出来る。

しかし、リング共振器には、製造か困難である軸外しの
反射ミラーが必要となり、また光学系が複雑となってし
まう。

本発明は光学系を複雑とすることなく、第二高長波を効
率良く発生可能とした第二高調波発生装置を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

請求項１の発明は、基本波を発生させる基本波発生手段
と、 該基本波発生手段より発生した基本波を往路と復路とを
繰り返し往復させてその内部に閉じ込める機能を有する
光共振器と、 該光共振器内に配設してあり、上記基本波を入射されて
第二高調波を発生させる非線形光学結晶とよりなる第二
高調波発生装置において、上記光共振器の内部の往路上
、上記非線形光学結晶に対して上流側の部位に、上記基
本波発生手段より出射して上記光共振器の内部に入り込
んだ基本波の偏光を上記非線形光学結晶と位相整合する
直線偏光とすると共に、復路を通り反射して再び往路内
に入り込んだ基本波の偏光を上記非線形光学結晶と位相
整合する直線偏光とする第１のｌ／４波長板を設け、 且つ上記の往路上、上記非線形光学結晶に対して下流側
の部位（−１上記往路より復路内に入り込んで上記非線
形光学結晶に向かう基本波の偏光を前記往路における偏
光と直交する方向の直線偏光とする第２の１／４波長板
を設けてなる構成としたものである。

請求項２の発明は、上記基本波発生手段を、上記光共振
器の内部のうち、上記第１の１／４波長板と上記非線形
光学結晶との間に設けてなる構成としたものである。

〔作用〕

請求項１の発明において、第１の１／４波長板は、往路
を進む基本波の偏光を非線形光学結晶と位相整合する状
態とする。

第２の１／４波長板は、復路を進む基本波の偏光を非線
形光学結晶と位相整合しない状態とする。

第１．第２の１／４波長板を配しても光学系は複雑とな
らない。

請求項２の発明において、基本波発生手段を光共振器内
に設けた構成は、第二光調波の発生効率を向上させる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例になる第二高調波発生装置ｔ
２０を偏光状態の変化と併せて示す。図中、第５図に示
す構成部分と同一部分には同一符号を付す。

２Ｉはファブリ・ベロー共振器であり、第１゜第２のミ
ラー４，５を相対向して配設し、且つミラー４，５の間
にＬｉＮｂＯ２の結晶６及び第１及び第２の１／４波長
板２２．２３を配設してなる。ここで１／４波長とは、
後述する基本波であるレーザ８の波長の１／４の意であ
る。

ＬＤＩは、前記と同様に、これにより出射された基本波
であるレーザ８の電場の方向（偏光方向）９が垂直方向
である向きに定めである。

ＬＤＩの光軸１０と偏光方向９とを含む面Ｓを基準の面
とする。

結晶６は、その光学軸７を、上記基準面Ｓと平行となる
向きに定めて配設しである。Ｓｌは光学軸７と光軸１０
とを含む面である。

第１の１／４波長板２２は、第１のミラー４と結晶６と
の間、即ち、後述する往路２８上結晶６に対して上流側
の部位に位置して、光学軸２４かＬＤＩ側からみて反時
計方向に４５度傾斜した向きて配設しである。

第２の１／４波長板２２は、結晶６を第２のミラー５と
の間、即ち、往路２８上、結晶６に対して下流側の部位
に位置して、光学軸２５かＬＤＩ側からみて時計方向に
４５度傾斜した向きて配設しである。

２６は第３の１／４波長板であり、第１のミラー４より
ＬＤＩ側に位置しており、光学軸２７は、ＬＤＩ側から
みて時計方向に４５度傾斜した向きに定めである。

次に、上記構成の装ｆ１２０の動作について説明する。

ＬＤＩからのレーザ８はコリメートレンズ２を通って平
行光とされる。

平行光とされたレーザ８−１は、第３の１／４波長板２
６に入射し、進行方向からみて右廻り円偏光のレーザ８
−２となる。

この右廻り円偏光のレーザ８−２の一部か第１のミラー
４を透過して、共振器２１内に入り込む。

共振器２１内において、第１のミラー４から第２のミラ
ー５に向かう光路が往路２８であり、逆に第２のミラー
５から第１のミラー４に向かう光路か復路２９である。

まず往路について説明する。

右廻り円偏光のレーザ８−２は、第１の１／４波長板２
２に入射し、電場の方向が垂直であ直線偏光のレーザ８
−８となり、結晶６に入射する。

この直線偏光のレーザ８．の電場の方向は、結晶６の上
記面Ｓ１と平行である方向てあり、結晶６に対して位相
整合を満足する方向である。

このため、結晶６内で第二高調波発生が行われ、結晶６
内において、レーザ８−２の一部は、基本波であるレー
ザ８の第二高調波３０に変換される。

変換されなかったレーザ８−８は偏光状態を乱されずに
結晶６を透過する。

従って、結晶６からは、レーザ８−２と第二高調波３０
とが出射する。

第二高調波３０は、レーザ８−２と同じ（直線偏光であ
る。

レーザ８−２及び第二高調波３０は、第２のｌ／４波長
板２３に入射する。

レーザ８−３は右廻り円偏光のレーザ８−４となる。

第２の１／４波長板２３は、第二高調波３ｏに対しては
略１／２波長板として機能し、第二高調波３０は直線偏
光の向きを９０度回動された第二高調波３０−３とされ
る。

第２の１／４波長板２３の第二高調波３ｏに対する働き
は、共振器２１の正常な動作を妨げない。

第二高調波３０−１は、第２のミラー５を透過して、共
振器２１より抜は出し、装置２０から出力として取り出
される。

また基本波であるレーザ８−４は、第２のミラー５によ
って反射され、復路２９に入る。

次に復路について説明する。

レーザ８−４は第２のミラー５によって反射されると、
進行方向上左廻り円偏光のレーザ８−６となる。

このレーザ８−５は第２の１／４波長板２３に入射し、
今度は電場の方向か水平な直線偏光のレーザ８−６とな
って、結晶６に入射する。

レ−＋ｔ’ａ−＠の電場の方向は上記往路のレーザ８−
３の電場の方向に対して直交する方向であり、前記面Ｓ
、に垂直な方向となって、結晶６とは位相整合条件があ
わない。

このため、結晶６内において第二高調波への変換は行わ
れず、結晶６からは第二高調波は発生しない。

結晶６からは上記のレーザ８−、だけがそのまま出射し
、第１の１／４波長板２２に入射し、左廻り円偏光のレ
ーザ８−７とされる。

このレーザ８−７は第１のミラー４て反射され、再び往
路２８内に入り、右廻り円偏光となり、第１の１／４波
長板２２に入射し、前記と同様に直線偏光８−２となっ
て結晶６に入射し、再びその一部か第二高調波３０に変
換され、第二高調波３゜が発生する。

上記のように、結晶６において、復路２９を進行するレ
ーザは第二高調波に変換されず、専ら往路２８を進行す
るレーザか第二高調波に変換される。

このため、上記装置２０によれば、従来のように発生し
た第二高調波間における打消しは起きず第二高調波は、
第２図中、線■て示すように、従来に比べて高効率で発
生する。

また、このように往路と復路の偏光状態を変える手法は
他のＳＨＧデバイス構成でも適用できる。

たとえば、非線形光学結晶によって基本波の偏光状態が
変化する場合であっても（非線形光学結晶の切り出し方
によって、このような場合があり得る。）結晶によって
与えられる位相差を補償する位相板を非線形光学結晶の
隣に設置すれば、上記の構成は、そのまま適用できる。

また、上記の装置２０の光学系の構造は簡単である。

次に本発明の第２実施例について説明する。

第３図は本発明の第２実施例になる第二高調波発生装置
４０を偏光状態の変化と併せて示す。この装置４０は結
晶６及び二つの１／４波長板を組み込んだファブリ・ペ
ロー共振器４１内に更にレーザダイオード１Ａを配設し
た構成であり、第二高調波の発生効率を更に向上させる
ものである。

第３図中、第１図に示す構成部分と対応する部分には同
一符号を付す。

レーザダイオード１Ａは両面に反射防止膜を施したもの
である。

ＬＤ１Ａと第２のミラー５との間に、ＬＤ１Ａ側から順
にコリメートレンズ４２．Ｌ　１Ｎｂｏｓの結晶６及び
第２の１／４波長板４３か配設しである。

ＬＤ１Ａは電場の方向か垂直方向である直線偏光のレー
ザを両面側に出力する。

結晶６は面Ｓ１か垂直面となる向きで配設しである。

第１のミラー４側からみて、第２の１／４波長板４３の
光学軸４６は垂直方向から反時計方向に４５度傾斜して
いる。

第１の１／４波長板４５の光学軸４７は垂直方向から時
計方向に４５度傾斜している。

ＬＤ１Ａから右方に出射したレーザ５０は、結晶６内に
位相整合条件を満足した状態で入射し、第二高調波６０
か発生する。

結晶６を透過したレーザ５０は、第２の１／４波長板４
３で左廻り円偏光とされ、第２のミラー５て反射され、
右廻り円偏光とされ、第２の１／４波長板４３で電場の
方向か水平方向である直線偏光とされ、結晶６に入射す
る。

結晶６はこの偏光に対しては位相整合条件かあわず、第
二高調波を発生しない。

結晶６を透過したレーザは、第１の１／４波長射手４５
で右廻り円偏光とされ、第１のミラー４て反射されて左
廻り円偏光とされ、再度第２の１／４波長板４５に入射
し、電場の方向か垂直方向である直線偏光される。

このレーザはＬＤ１Ａを透過して再び結晶６に入射する
。この場合には位相整合条件か合っているため、第二高
調波６０か再び発生する。

ＬＤ１Ａより左方に出射したレーザ５１についての偏光
は、第３図中符号７０で示す如くになる。

ミラー４からミラー５に向かう光路においては、結晶６
と位相整合せず、第二高調波は発生しない。

しかし、ミラー５て反射してミラー４に向かう光路にと
いては、偏光方向は結晶６と位相整合し、第二光調波６
１か発生する。しかし、この第二光調波は、結晶６を透
過せず、結晶６の部位で遮断され、前記の第二高調波６
０に悪影響は及ばない。

上記の装置４０によれば、レーザ５０の第二高調波６０
への変換は第４図中線■て示すように前記の装置２０の
場合に比べて更に効率良く行われる。

なお、磁気円二色性素子４８をミラー４と１／４波長板
４５との間に配してもよい。これはＬＤ１Ａより左方に
出射したレーザ５１を吸収するためである。

上記の各実施例において、Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏｓの結晶
６に代えて、Ｉ、　ｉ　Ｔ　ｉ　０２の結晶、ＫＮｂＯ
，の結晶、ＫＤＰの結晶、ＤＫＤＰの結晶、ＣＤＡの結
晶も使用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、請求項１の発明によれば、往路で発
生して取り出される第二高調波に悪影響を及はす第二高
調波の発生か無いため、第二高調波を従来に比べて効率
良く発生させることか出来る。

また光学系を簡単な構成とし得る。

請求項２の発明によれば、基本波発生手段を光共振器内
に設けた構成であるため、第二高調波を更に効率良く発
生させることか出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の第二高調波発生装置を示す
図、 第２図は第１図に示す装置の特性を示す図、第３図は本
発明の別の実施例の第二高調波発生装置を示す図、 第４図は第３図の装置の特性を示す図、第５図は従来例
を示す図である。 図において、 よレーザダイオード（ＬＤ） よ第１のミラー ま第２のミラー まＬ　ｉＮ　ｂ　Ｏ！ 才光学軸、 まレーザ、 の結晶、 ２０．４０は第二高調波発生装置、 ２１．４１はファブリ・ペロー共振器、２２．４５は第
１の１／４波長板、 ２３．４３は第２の１／４波長板、 ２４．２５，２７，４６．４７は光学軸、２６は第３の
１／４波長板、 ２８は往路、 ２９は復路、 ３０．６０は第二高調波、 ４８は磁気円二色性素子、 ５０．５１はレーザ を示す。 特許出願人　富　士　通　株式会社 同

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基本波（８）を発生させる基本波発生手段（１）
   と、 該基本波発生手段より発生した基本波を往路（２８）と
   復路（２９）とを繰り返し往復させてその内部に閉じ込
   める機能を有する光共振器（２１）と、 該光共振器（２１）内に配設してあり、上記基本波（８
   ）を入射されて第二高調波を発生させる非線形光学結晶
   （６）とよりなる第二高調波発生装置において、 上記光共振器（２１）の内部の往路（２８）上、上記非
   線形光学結晶（６）に対して上流側の部位に、上記基本
   波発生手段（１）より出射して上記光共振器（２１）の
   内部に入り込んだ基本波（８）の偏光を上記非線形光学
   結晶（２１）と位相整合する直線偏光とすると共に、復
   路（２９）を通り反射して再び往路（２８）内に入り込
   んだ基本波の偏光を上記非線形光学結晶（２１）と位相
   整合する直線偏光とする第１の１／４波長板（２２）を
   設け、 且つ上記の往路（２８）上、上記非線形光学結晶に対し
   て下流側の部位に、上記往路（２８）より復路（２９）
   内に入り込んで上記非線形光学結晶（６）に向かう基本
   波の偏光を前記往路における偏光と直交する方向の直線
   偏光とする第２の１／４波長板（２３）を設けてなる構
   成としたことを特徴とする第二光調波発生装置。
2. （２）請求項１の装置において、上記基本波発生手段（
   １Ａ）を、上記光共振器の内部のうち、上記第１の１／
   ４波長板（４５）と上記非線形光学結晶（６）との間に
   設けてなる構成としたことを特徴とする第二光調波発生
   装置。