JPH04243177A - レーザ光発生装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学結晶素子に
よって第２高調波レーザ光を発生するようになされたレ
ーザ光発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来のレーザ光発生装置の一例
の構成を示している。レーザダイオード１はポンピング
用のレーザ光を発生し、レンズ２に入射する。レンズ２
は凹面ミラー３、１／４波長板４を介して、このポンピ
ング用レーザ光をレーザ媒質５に入射する。レーザ媒質
５（Ｎｄ：ＹＡＧ）は、このポンピング用レーザ光を受
けると、基本波レーザ光を発生する。この基本波レーザ
光ＬＡ（ω）は、非線形光学結晶素子６を介して平面ミ
ラー７に入射される。平面ミラー７で反射された基本波
レーザ光は、非線形光学結晶素子６を介して、再びレー
ザ媒質５に入射される。レーザ媒質５より図中左方向に
出射された基本波レーザ光は、１／４波長板４を介して
凹面ミラー３に入射され、そこで反射される。この反射
された基本波レーザ光は、１／４波長板４を介して再び
レーザ媒質５に入射される。このようにして、凹面ミラ
ー３と平面ミラー７の間を基本波レーザ光が往復する。 すなわち、凹面ミラー３、１／４波長板４、レーザ媒質
５、非線形光学結晶素子６および平面ミラー７により、
レーザ光共振器８が形成されている。ＫＴＰ（ＫＴｉＯ
ＰＯ４）（光学軸を１つ持つ１軸結晶）は、タイプＩＩ
の位相整合により、基本波レーザ光の２倍の周波数の第
２高調波レーザ光ＬＡ（２ω）を発生する。平面ミラー
７は、基本波レーザ光ＬＡ（ω）のほとんどを反射する
が、第２高調波レーザ光ＬＡ（２ω）のほとんどを透過
する。その結果、共振器８より第２高調波レーザ光が出
力される。

【０００３】ところで、固体レーザ発振器のようにホモ
ジニアスラインブローディングのレーザ発振器の場合は
、ゲインのピークに最も近いモードの偏光の発振が生じ
、そこでゲインが飽和するため、シングルモード発振が
生じるはずである。しかしながら実際には、空間ホール
バーニング効果によって、マルチモード発振が生じてし
まうことがある。すなわち、共振器８において１つの定
在波ａが発生すると、その節の部分でゲインが充分に飽
和しないため、それとは異なるモードの発振ｂが生じる
（図８）。

【０００４】係る空間ホールバーニング効果を抑制する
ため、本出願人は特願平２−１２５８５４として、レー
ザ媒質５を１／４波長板４に近接配置することを提案し
た（図７）。このようにすると、凹面ミラー３により反
射され、１／４波長板４を透過した基本波レーザ光のＰ
偏光成分とＳ偏光成分は１／４波長板４の作用により、
その位相差が９０°になっている。この９０°の位相差
は、平面ミラー７に近づくにつれて減少し、平面ミラー
７において０°となる。そこでレーザ媒質５を１／４波
長板４に近接して配置することにより、図８に示した定
在波ａに対して空間ホールバーニング効果により発生す
る位相が９０°ずれた波ｂに、Ｐ（Ｓ）偏光成分に対す
るＳ（Ｐ）偏光成分を対応させることができる。このよ
うにして、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分以外の波が空間ホー
ルバーニング効果により発生することが抑制される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら先の提案
は、次のような課題を有する。すなわち、共振器８の長
さＬ８に対してレーザ媒質５の長さＬ５が比較的小さい
場合は問題ないのであるが、レーザ媒質５の長さＬ５が
大きくなると、レーザ媒質５の図中右側の端面における
Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の位相差が小さくなる。Ｐ偏光
成分とＳ偏光成分の位相差の減少の割合が距離に比例す
るものとすると、１／４波長板４と平面ミラー７の間の
距離の頂度１／２の位置Ｍにおいて、両者の位相差は４
５°になる。このように、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の位
相差が４５°になると、Ｐ偏光成分の強度とＳ偏光成分
の強度（強度は、図８に示す波形（電磁波）の２乗に比
例する）は図９に示すようになり、両者を合成した強度
は一定ではなくなる。その結果、Ｐ偏光成分とＳ偏光成
分の強度を合成した強度が不飽和ゲインとなり、空間ホ
ールバーニング効果が発生する恐れがある。

【０００６】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、共振器に対するレーザ媒質の長さが長い場
合においても、空間ホールバーニング効果を充分抑制で
きるようにするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ光発生装
置は、基本波レーザ光を発生するレーザ媒質と、レーザ
媒質の前後に配置され、レーザ媒質より発生された基本
波レーザ光をレーザ媒質に戻るように反射するミラーと
、共振器内に配置され、基本波レーザ光の第２高調波レ
ーザ光を発生する非線形光学素子結晶と、基本波レーザ
光の２つの偏光モード間のカップリングを抑制する光学
素子と、レーザ媒質を往復する基本波レーザ光が円偏光
となるように偏光を調整する調整素子とを備えることを
特徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成のレーザ光発生装置においては、レー
ザ媒質を往復する基本波レーザ光が円偏光となるように
偏光を調整する調整素子が配置されている。従って、い
わゆるツイストモード効果により、ホールバニング効果
が抑制される。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明のレーザ光発生装置の一実施
例の構成を示しており、図７における場合と対応する部
分には同一の符号を付してある。この実施例の基本的構
成は図７における場合と同様であるが、非線形光学結晶
素子６の基本波レーザ光の入射面６ａが基本波レーザ光
の光軸ＬＡ１に対して傾斜するように形成されている。 図２Ａは非線形光学結晶素子６を拡大して示している。 非線形光学結晶素子６の入射面６ａをこのように光軸Ｌ
Ａ１に対して傾斜させることにより、非線形光学結晶素
子６を光軸ＬＡ１に対して垂直な方向（図中矢印Ｔで示
す方向）に調整することにより、その実効的光路長を正
確に所定の値に調整することができる。非線形光学結晶
素子６は、このような調整により、複屈折量が頂度９０
°になるように調整されている。もちろん、非線形光学
結晶素子６の入射面６ａだけでなく、出射面６ｂも光軸
ＬＡ１に対して傾斜させることができる（図２Ｂ）。

【００１０】非線形光学結晶素子６の複屈折量を頂度９
０°に調整するには、その光軸方向の厚みを正確に所定
値に研磨するようにしてもよい。しかしながら、ＫＴＰ
はその屈折率ｎが比較的大きいので、その厚みを制御す
ることにより、屈折率の値を正確な値に調整することは
困難である。そこで実施例のように、入射面と出射面の
少なくともいずれか一方の面に傾斜面を形成し、光軸に
対して垂直な方向にその位置を調整することにより、複
屈折量を調整することが好ましい。

【００１１】次に図３を参照して、このように非線形光
学結晶素子６の複屈折量を頂度９０°に調整することの
効果について説明する。すなわち、レーザ媒質５より出
射された基本波レーザ光は、円偏光状態になっている。 この基本波レーザ光は、１／４波長板４を通過すること
により、直線偏光状態となる。この直線偏光状態の基本
波レーザ光が凹面ミラー３により反射され、再び１／４
波長板４を通過すると、再び元の円偏光状態に戻る。そ
して、円偏光状態のままレーザ媒質５を通過し、非線形
光学結晶素子６に入射される。非線形光学結晶素子６は
、その複屈折量が正確に９０°に調整されているため、
非線形光学結晶素子６より出射された基本波レーザ光は
直線偏光となる。この直線偏光の基本波レーザ光は、平
面ミラー７により反射され、再び非線形光学結晶素子６
を通過すると元の円偏光状態に戻る。このように、レー
ザ媒質５を往復する基本波レーザ光は常に偏光状態とな
っているため、いわゆるツイストモード効果（Ａｐｐｌ
ｉｅｄ　　Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．１，Ｊａ
ｎｕａｒｙ　　１９６５）により、空間ホールバーニン
グ効果が抑制される。

【００１２】レーザダイオード１より出力されたポンピ
ング用のレーザ光が入射されると、共振器８より第２高
調波レーザ光が発生される動作は、図７における場合と
同様である。平面ミラー７より出力された第２高調波レ
ーザ光は、ビームスプリッタ１２を透過し、図示せぬ部
材に供給される。また、基本波レーザ光の一部は平面ミ
ラー７を透過し、ビームスプリッタ１２に入射される。 この基本波レーザ光は、ビームスプリッタ１２の反射面
１２ａで反射され、１／２波長板１３を介して偏光ビー
ムスプリッタ１４に入射される。偏光ビームスプリッタ
１４に入射された基本波レーザ光のうち、Ｐモ−ド成分
は偏光面１４ａを透過し、光検出器１６に入射される。 また、Ｓモ−ド成分は偏光面１４ａで反射され、光検出
器１５に入射される。光検出器１５，１６は、それぞれ
入力された光の強度に対応する電気信号を出力し、制御
回路１７に供給する。制御回路１７は光検出器１５と１
６の出力の差に対応して圧電素子１１を制御する。圧電
素子１１は、制御回路１７からの信号に対応して、凹面
ミラー３を光軸方向と平行な方向に移動させる。これに
より、共振器８の実効長が基本波レーザ光のＳモ−ド成
分とＰモ−ド成分のレベルが等しくなるように調整され
る。Ｐモ−ド成分とＳモ−ド成分のレベルを等しく設定
しない場合においては、図４Ｂに示すように、ゲインカ
ーブＧＣの最大ゲインが得られる周波数ｆｍのところに
Ｐモード（またはＳモード）の周波数がきてしまうこと
がある。このような場合、両側のＳモード（またはＰモ
ード）間でモード競合が発生するので、安定し、かつ強
力なレーザ光を発生することが困難になる。そこで、Ｐ
モ−ド成分とＳモ−ド成分のレベルを等しく設定すると
、図４Ａに示すようになり、２つのモード間における競
合が防止される。これにより、安定し、かつ強力なレー
ザ光を発生させることが可能になる。

【００１３】図５は、本発明の他の実施例を示している
。この実施例においては、円偏光に調整する調整素子と
して非線形光学結晶素子６に傾斜面（ウェッジ）を形成
する代わりに、非線形光学結晶素子６と平面ミラー７と
の間に１／４波長板２１を配置している。図５の実施例
においても、図１の実施例における場合と同様に、１／
４波長板４の異常光方向の光学軸ｎｅ（４）が非線形光
学結晶素子６の異常光方向の光学軸ｎｅ（６）に対して
４５°になるように調整されている。これに対して、１
／４波長板２１の異常光方向の光学軸ｎｅ（２１）は、
非線形光学結晶素子６の異常光方向の光学軸ｎｅ（６）
と一致される（図６）。１／４波長板４を、その方位角
θを４５°に設定することにより、基本波レーザ光ＬＡ
（ω）の２つのモード間にカップリング現象を生じさせ
ないようにすることができる。その結果、第２高調波レ
ーザ光を安定化することができる。これに対して１／４
波長板２１は、非線形光学結晶素子６の方位角と同一の
方位角に設定されているので、非線形光学結晶素子６の
複屈折量にオフセットを付与する機能を有することにな
る。従って、レーザ媒質５より出力された円偏光の基本
波レーザ光は、非線形光学結晶素子６を通過することに
より楕円偏光となり、１／４波長板２１を通過すること
により、さらに直線偏光になる。この直線偏光の基本波
レーザ光は、平面ミラー７により反射され、１／４波長
板２１を通過することにより再び楕円偏光となり、非線
形光学結晶素子６を通過すると、元の円偏光に戻ること
になる。従って、この場合においても、レーザ媒質５を
往復する基本波レーザ光は円偏光となり、ツイストモー
ド効果により空間ホールバーニング効果が抑制される。

【００１４】

【発明の効果】以上の如く、本発明のレーザ光発生装置
によれば、レーザ媒質を往復する基本波レーザ光が正確
に円偏光となるように偏光状態を調整するようにしたの
で、ツイストモード効果により空間ホールバーニング効
果を抑制することができる。この効果は、共振器の長さ
が短い場合（レーザ媒質の共振器に対する長さが長い場
合）においても実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ光発生装置の一実施例の構成を
示す図である。

【図２】図１における非線形光学結晶素子の一実施例の
構成を示す図である。

【図３】図１の実施例におけるツイストモード効果を説
明する図である。

【図４】図１の共振器の光路長を制御する場合の動作を
説明する図である。

【図５】本発明のレーザ光発生装置の他の実施例の構成
を示す図である。

【図６】図５における１／４波長板と非線形光学結晶素
子の方位角を説明する図である。

【図７】従来のレーザ光発生装置の一例の構成を示す図
である。

【図８】空間ホールバーニング効果を説明する図である
。

【図９】図７の例の動作を説明する図である。

【符号の説明】

１　　レーザダイオード ２　　レンズ ３　　凹面ミラー ４　　１／４波長板 ５　　レーザ媒質 ６　　非線形光学結晶素子 ６ａ　　入射面 ６ｂ　　出射面 ７　　平面ミラー １２　　ビームスプリッタ １３　　１／２波長板 １４　　偏光ビームスプリッタ １５，１６　　光検出器 １７　　制御回路 ２１　　１／４波長板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基本波レーザ光を発生するレーザ媒質
   と、共振器を形成するように、前記レーザ媒質の前後に
   配置され、前記レーザ媒質より発生された基本波レーザ
   光を前記レーザ媒質に戻るように反射するミラーと、前
   記共振器内に配置され、前記基本波レーザ光の第２高調
   波レーザ光を発生する非線形光学素子結晶と、前記基本
   波レーザ光の２つの偏光モード間のカップリングを抑制
   する光学素子と、前記レーザ媒質を往復する前記基本波
   レーザ光が円偏光となるように偏光を調整する調整素子
   とを備えることを特徴とするレーザ光発生装置。