JPH04318527A - Light wavelength converting device - Google Patents

Light wavelength converting device

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JPH04318527A
JPH04318527A JP8532291A JP8532291A JPH04318527A JP H04318527 A JPH04318527 A JP H04318527A JP 8532291 A JP8532291 A JP 8532291A JP 8532291 A JP8532291 A JP 8532291A JP H04318527 A JPH04318527 A JP H04318527A
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JP
Japan
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crystal
fundamental wave
wavelength conversion
harmonic
laser beam
Prior art date
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Application number
JP8532291A
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Japanese (ja)
Inventor
日向浩彰
Hiroaki Hiuga
後藤千秋
Chiaki Goto
岡崎洋二
Yoji Okazaki
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
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Priority to US07/843,719 priority patent/US5315433A/en
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Priority to US08/208,139 priority patent/US5432807A/en
Priority to US08/417,673 priority patent/US5588014A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent the linear polarizing direction of a fundamental wave from deviating from a specific angle to the optical axis of biaxial crystal owing to the phase difference of the fundamental wave in the biaxial crystal having nonlinear optical effect to cause a decrease in wavelength conversion efficiency, in the light wavelength conversion device which converts the fundamental wave into a 2nd higher harmonic by the crystal. CONSTITUTION:The KTP crystal 10 is held on a rotary shaft 30, which is coupled with the rotary shaft 32 of an adjusting knob 33. The KTP crystal 10 is rotated by operating the adjusting knob 33 to vary the optical path length of the laser beam 11 in the crystal.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、基本波を第2高調波に
変換する光波長変換装置、特に詳細には、基本波と第2
高調波との間でタイプIIの位相整合が取られる非線形
光学材料の結晶を用いた光波長変換装置に関するもので
ある。
[Industrial Application Field] The present invention relates to an optical wavelength conversion device for converting a fundamental wave to a second harmonic.
The present invention relates to an optical wavelength conversion device using a crystal of a nonlinear optical material that achieves type II phase matching with harmonics.

【0002】0002

【従来の技術】従来より、非線形光学材料による第2高
調波発生を利用して、レーザー光を波長変換(短波長化
)する試みが種々なされている。このようにして波長変
換を行なう光波長変換素子として具体的には、例えば「
光エレクトロニクスの基礎」A.YARIV著,多田邦
雄,神谷武志訳(丸善株式会社)のp200〜204に
示されるようなバルク結晶型のものがよく知られている
2. Description of the Related Art Conventionally, various attempts have been made to convert the wavelength of laser light (shorten the wavelength) by utilizing second harmonic generation using nonlinear optical materials. Specifically, as an optical wavelength conversion element that performs wavelength conversion in this way, for example, "
"Fundamentals of optoelectronics" A. Bulk crystal types such as those shown on pages 200 to 204 of YARIV, translated by Kunio Tada and Takeshi Kamiya (Maruzen Co., Ltd.) are well known.

【0003】ところで上記非線形光学材料の結晶として
は、例えばKTPのような2軸性結晶が用いられること
も多い。J.Appl .Phys .Vol.55,
p65(1984)にはYaoらによって、2軸性結晶
であるKTPの位相整合方法に関する内容が詳細に記述
されている。以下、ここに記述されている2軸性結晶に
おける位相整合方法に関して説明する。図4に示すよう
にθを光の進行方向と結晶の光学軸Zとのなす角度とし
、φを光学軸X、Yを含む面においてX軸からの光の進
行方向の角度とする。 ここで、任意の角度で入射したときの基本波および第2
高調波に対する結晶の屈折率を各々
By the way, as the crystal of the above-mentioned nonlinear optical material, a biaxial crystal such as KTP is often used. J. Appl. Phys. Vol. 55,
p.65 (1984), Yao et al. describe in detail the phase matching method for KTP, which is a biaxial crystal. The phase matching method in the biaxial crystal described herein will be explained below. As shown in FIG. 4, θ is the angle between the light traveling direction and the optical axis Z of the crystal, and φ is the angle of the light traveling direction from the X axis in a plane including the optical axes X and Y. Here, the fundamental wave and the second wave when incident at an arbitrary angle.
Each crystal's refractive index for harmonics is

【0004】0004

【数1】[Math 1]

【0005】とし、基本波および第2高調波の光学軸X
、Y、Z各方向の偏光成分に対する結晶の屈折率をそれ
ぞれ、
[0005] and the optical axis of the fundamental wave and the second harmonic is
, the refractive index of the crystal for the polarized light components in the Y and Z directions, respectively.

【0006】[0006]

【数2】[Math 2]

【0007】とする。次に、 kX =sin θ・cos φ kY =sin θ・sin φ kZ =cos θ                
  としたとき、
[0007] Next, kX = sin θ・cos φ kY = sin θ・sin φ kZ = cos θ
When

【0008】[0008]

【数3】[Math 3]

【0009】[0009]

【数4】[Math 4]

【0010】上記(数3)および(数4)の解が位相整
合条件となる。
The solutions of (Equation 3) and (Equation 4) above serve as phase matching conditions.

【0011】[0011]

【数5】[Math 5]

【0012】とおいたとき(数3)および(数4)式の
解は、
##EQU3## The solutions of equations (3) and (4) are:

【0013】[0013]

【数6】[Math 6]

【0014】[0014]

【数7】[Math 7]

【0015】(複号はi=1のとき+、i=2のとき−
)となる。
(The double sign is + when i=1, - when i=2
).

【0016】ここで、[0016] Here,

【0017】[0017]

【数8】[Math. 8]

【0018】なる条件が満足されるとき、基本波と第2
高調波との間で位相整合が取られ、これはタイプIの位
相整合と称されている。また、
When the following conditions are satisfied, the fundamental wave and the second
Phase matching is achieved with the harmonics, which is referred to as type I phase matching. Also,

【0019】[0019]

【数9】[Math. 9]

【0020】なる条件が満たされるときにも、基本波と
第2高調波との間で位相整合が取られ、これは一般にタ
イプIIの位相整合と称されている。
Even when the following conditions are satisfied, phase matching is achieved between the fundamental wave and the second harmonic, and this is generally referred to as type II phase matching.

【0021】ところで、上記のような2軸性結晶を用い
てタイプIIの位相整合を取る場合、結晶に入射させる
基本波が該結晶に関して2つの屈折率を感じるようにな
る。例えば結晶の非線形光学定数d24を利用する場合
、すなわち図5に示すように結晶10の光学軸YからZ
軸側に45°傾いた矢印P方向に直線偏光した(つまり
Y軸方向の直線偏光成分とZ軸方向の直線偏光成分とを
有する)基本波11を入射させて、Y軸方向に直線偏光
した第2高調波12を取り出す場合、基本波11は屈折
By the way, when type II phase matching is achieved using a biaxial crystal as described above, the fundamental wave incident on the crystal senses two refractive indices with respect to the crystal. For example, when using the nonlinear optical constant d24 of the crystal, that is, as shown in FIG.
A fundamental wave 11 that is linearly polarized in the direction of arrow P tilted at 45° toward the axis (that is, has a linearly polarized component in the Y-axis direction and a linearly polarized component in the Z-axis direction) is incident, and the fundamental wave 11 is linearly polarized in the Y-axis direction. When extracting the second harmonic 12, the fundamental wave 11 has a refractive index

【0022】[0022]

【数10】[Math. 10]

【0023】つまりZ軸方向の偏光成分が感じる屈折率
と、屈折率
In other words, the refractive index felt by the polarized light component in the Z-axis direction and the refractive index

【0024】[0024]

【数11】[Math. 11]

【0025】つまり光の進行方向とZ軸に直角なY’方
向の偏光成分が感じる屈折率の双方を感じる。
In other words, both the traveling direction of the light and the refractive index felt by the polarized light component in the Y' direction perpendicular to the Z axis are felt.

【0026】なお図5のように結晶10がカットされて
いる場合、厳密に言えば、基本波11はY’方向(Y軸
からX軸側に傾いた方向)およびZ軸方向に直線偏光し
た状態で入射され、第2高調波12はY’方向に偏光し
た状態で取り出されることになるが、実用上は上記のよ
うに考えて差支えない。
Note that when the crystal 10 is cut as shown in FIG. 5, strictly speaking, the fundamental wave 11 is linearly polarized in the Y' direction (direction tilted from the Y axis toward the X axis) and in the Z axis direction. Although the second harmonic wave 12 is extracted in a state polarized in the Y' direction, in practical terms, it may be considered as described above.

【0027】上述のように、基本波が2つの屈折率を感
じると、それぞれの屈折率に対する偏光成分の間に下記
の位相差Δが生じる。
As described above, when the fundamental wave senses two refractive indices, the following phase difference Δ occurs between the polarized light components for each refractive index.

【0028】[0028]

【数12】[Math. 12]

【0029】なお上記結晶長Lは実効長、つまり結晶に
おける基本波の光路長である。この位相差Δが生じると
、基本波の直線偏光方向が位相差Δの値に応じて変化す
る。こうして基本波の直線偏光方向が変化すると、非線
形光学材料結晶の光学軸に対する基本波偏光方向の角度
が、最大波長変換効率を得る所定角度からずれてしまい
、第2高調波の出力が低下することになる。このように
して生じる第2高調波の出力変動は周期性を有するもの
であり、これには、上記の式の各パラメータの温度依存
性に由来して図6のように現われる温度依存性のものと
、図7のように現われる結晶長依存性のものとがある。
Note that the crystal length L is the effective length, that is, the optical path length of the fundamental wave in the crystal. When this phase difference Δ occurs, the linear polarization direction of the fundamental wave changes depending on the value of the phase difference Δ. When the linear polarization direction of the fundamental wave changes in this way, the angle of the fundamental wave polarization direction with respect to the optical axis of the nonlinear optical material crystal deviates from the predetermined angle that obtains the maximum wavelength conversion efficiency, and the output of the second harmonic wave decreases. become. The output fluctuation of the second harmonic generated in this way has periodicity, and this includes the temperature dependence that appears as shown in Figure 6 due to the temperature dependence of each parameter in the above equation. and crystal length dependence as shown in FIG.

【0030】そこで、最大の第2高調波出力を得るため
には、結晶温度を最適に制御したり、あるいは結晶長を
最適に調整する必要がある。例えば米国特許第4,91
3,533 号明細書には、前者の手法を採る光波長変
換装置の一例が示されており、一方特開平1−1527
81号公報、同1−152782号公報には、後者の手
法を採る光波長変換装置の一例が示されている。
Therefore, in order to obtain the maximum second harmonic output, it is necessary to optimally control the crystal temperature or optimally adjust the crystal length. For example, U.S. Patent No. 4,91
The specification of No. 3,533 shows an example of an optical wavelength conversion device that adopts the former method, while the specification of Japanese Patent Application Laid-open No. 1-1527
No. 81 and No. 1-152782 disclose an example of an optical wavelength conversion device that adopts the latter method.

【0031】[0031]

【発明が解決しようとする課題】しかし、結晶長を任意
に設定しておいて、結晶温度の制御によって最大の第2
高調波出力を得ようとすると、大きな温度調節ストロー
クが求められるために温調電源やヒートシンクが大型化
し、光波長変換装置の大型化やコストアップを招く。
[Problem to be Solved by the Invention] However, if the crystal length is arbitrarily set and the crystal temperature is controlled, the maximum second
Attempting to obtain harmonic output requires a large temperature adjustment stroke, which increases the size of the temperature control power supply and heat sink, leading to an increase in the size and cost of the optical wavelength conversion device.

【0032】一方、結晶温度が一定となるように温度調
節をし、個々の結晶の長さをその温度に対して最適な値
に調整して対応する場合は、結晶長の許容誤差が極めて
小さいため、現実には、最大の第2高調波出力を得るの
は非常に困難となっている。そして、たとえそのような
ことが可能でも、この場合には、結晶長の厳密な測定お
よび調整の作業が必要となるから、光波長変換装置が大
幅にコストアップしてしまう。
On the other hand, if the temperature is adjusted so that the crystal temperature is constant and the length of each crystal is adjusted to the optimum value for that temperature, the tolerance of the crystal length is extremely small. Therefore, in reality, it is very difficult to obtain the maximum second harmonic output. Even if such a thing were possible, in this case it would be necessary to strictly measure and adjust the crystal length, which would significantly increase the cost of the optical wavelength conversion device.

【0033】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たものであり、基本波と第2高調波との間でタイプII
の位相整合が取られる非線形光学材料の結晶を用いて、
最大の第2高調波出力を得ることができ、しかも小型か
つ安価に形成可能な光波長変換装置を提供することを目
的とするものである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and provides type II
Using a crystal of nonlinear optical material that achieves phase matching of
It is an object of the present invention to provide an optical wavelength conversion device that can obtain the maximum second harmonic output and can be formed compactly and inexpensively.

【0034】[0034]

【課題を解決するための手段】本発明による光波長変換
装置は、前述したように非線形光学材料の結晶に基本波
を入射させ、この基本波とタイプIIの位相整合を取っ
て第2高調波を出射させる光波長変換装置において、◆
上記結晶を、そこにおける基本波の光路と交わる向きの
軸を中心に回転させて、該結晶における基本波光路長を
変化させる手段が設けられたことを特徴とするものであ
る。
[Means for Solving the Problems] As described above, the optical wavelength conversion device according to the present invention makes a fundamental wave incident on a crystal of a nonlinear optical material, performs type II phase matching with this fundamental wave, and converts the second harmonic into a second harmonic. In an optical wavelength conversion device that emits ◆
The present invention is characterized in that means is provided for rotating the crystal about an axis in a direction that intersects the optical path of the fundamental wave therein, thereby changing the optical path length of the fundamental wave in the crystal.

【0035】[0035]

【作用】上記の基本波光路長は、すなわち前記(数12
)式の結晶長Lであり、このLの値が変化すれば位相差
Δが変化する。こうして位相差Δの値が変化すれば、そ
れに応じて基本波の偏光方向が変化する。そこで、上述
のように非線形光学材料結晶を回転させることにより、
基本波の偏光方向を、最大波長変換効率が得られるよう
に調整することができる。
[Operation] The above fundamental wave optical path length is
), and if the value of L changes, the phase difference Δ changes. When the value of the phase difference Δ changes in this way, the polarization direction of the fundamental wave changes accordingly. Therefore, by rotating the nonlinear optical material crystal as described above,
The polarization direction of the fundamental wave can be adjusted to obtain maximum wavelength conversion efficiency.

【0036】[0036]

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施例による光
波長変換装置を示すものである。この光波長変換装置は
一例として、レーザーダイオードポンピング固体レーザ
ーに組み込まれたものである。このレーザーダイオード
ポンピング固体レーザーは、ポンピング光としてのレー
ザービーム13を発する半導体レーザー(フェーズドア
レイレーザー)14と、発散光である上記レーザービー
ム13を平行光化するコリメーターレンズ15aと、こ
のレンズ15aを通過したレーザービーム13を集束さ
せる集光レンズ15bと、ネオジウム(Nd)がドーピ
ングされた固体レーザーロッドであるYVO4 ロッド
(以下、Nd:YVO4 ロッドと称する)16と、こ
のNd:YVO4 ロッド16の前方側(図中右方側)
に配された共振器ミラー17と、この共振器ミラー17
とNd:YVO4 ロッド16との間に配されたKTP
結晶10とからなる。以上述べた各要素は、共通の筐体
(図示せず)にマウントされて一体化されている。なお
フェーズドアレイレーザー14は、図示しないペルチェ
素子と温調回路により、所定温度に温調される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be explained in detail below based on embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows an optical wavelength conversion device according to a first embodiment of the present invention. As an example, this optical wavelength conversion device is incorporated into a laser diode pumped solid-state laser. This laser diode pumping solid-state laser includes a semiconductor laser (phased array laser) 14 that emits a laser beam 13 as pumping light, a collimator lens 15a that converts the laser beam 13, which is a diverging light, into a parallel beam, and this lens 15a. A condensing lens 15b that focuses the laser beam 13 that has passed, a YVO4 rod (hereinafter referred to as Nd:YVO4 rod) 16, which is a solid laser rod doped with neodymium (Nd), and the front of the Nd:YVO4 rod 16. Side (right side in the figure)
a resonator mirror 17 arranged in the resonator mirror 17;
and the Nd:YVO4 rod 16.
It consists of crystal 10. Each of the elements described above is mounted and integrated in a common housing (not shown). The temperature of the phased array laser 14 is controlled to a predetermined temperature by a Peltier element and a temperature control circuit (not shown).

【0037】このフェーズドアレイレーザー14として
は、波長λ1 =809 nmのレーザービーム13を
発するものが用いられている。一方Nd:YVO4 ロ
ッド16は、上記レーザービーム13によってネオジウ
ム原子が励起されることにより、波長λ2 =1064
nmの直線偏光したレーザービーム11を発する。
As this phased array laser 14, one that emits a laser beam 13 having a wavelength λ1 = 809 nm is used. On the other hand, the Nd:YVO4 rod 16 has a wavelength λ2 = 1064 due to neodymium atoms being excited by the laser beam 13.
A linearly polarized laser beam 11 of nm wavelength is emitted.

【0038】Nd:YVO4 ロッド16の光入射側端
面16aには、波長1064nmのレーザービーム11
は良好に反射させ(反射率99.9%以上)、波長80
9 nmのポンピング用レーザービーム13は良好に透
過させる(透過率99%以上)コーティング20が施さ
れている。一方共振器ミラー17のKTP結晶10側の
面17aは球面の一部をなす形状とされ、その表面には
、波長809 nmのレーザービーム13および波長1
064nmのレーザービーム11は良好に反射させ、そ
して後述する波長532 nmの第2高調波12は良好
に透過させるコーティング19が施されている。したが
って波長1064nmのレーザービーム11は、上記の
面16a、17a間に閉じ込められて、レーザー発振を
引き起こす。
A laser beam 11 with a wavelength of 1064 nm is attached to the light incident side end surface 16a of the Nd:YVO4 rod 16.
is reflected well (reflectance of 99.9% or more), and the wavelength is 80%.
A coating 20 is applied that allows a 9 nm pumping laser beam 13 to pass through it well (transmittance of 99% or more). On the other hand, the surface 17a of the resonator mirror 17 on the KTP crystal 10 side is shaped to form a part of a spherical surface, and the laser beam 13 with a wavelength of 809 nm and the laser beam 13 with a wavelength of 1
A coating 19 is applied which allows a laser beam 11 of 0.064 nm to be well reflected, and a second harmonic wave 12 of a wavelength of 532 nm, which will be described later, to be well transmitted. Therefore, the laser beam 11 with a wavelength of 1064 nm is confined between the surfaces 16a and 17a, causing laser oscillation.

【0039】このレーザービーム11は非線形光学材料
であるKTP結晶10に入射して、波長が1/2すなわ
ち532 nmの第2高調波12に波長変換される。共
振器ミラー17の面17aには前述した通りのコーティ
ング19が施されているので、この共振器ミラー17か
らは、ほぼ第2高調波12のみが取り出される。
This laser beam 11 is incident on a KTP crystal 10, which is a nonlinear optical material, and is converted into a second harmonic wave 12 having a wavelength of 1/2, that is, 532 nm. Since the surface 17a of the resonator mirror 17 is coated with the coating 19 as described above, almost only the second harmonic 12 is extracted from the resonator mirror 17.

【0040】なお図2に詳しく示すように、2軸性結晶
であるKTP結晶10は、基本波であるレーザービーム
11の入射方向とX軸とが標準的にφ=24°の角度を
なし、またこの入射方向とZ軸とがθ=90°の角度を
なすように配置されている。この構成においては、矢印
Pで示すレーザービーム11の直線偏光方向とZ軸とが
45°の角度をなす場合に、大きな非線形光学定数d2
4が利用された上で、基本波としてのレーザービーム1
1と第2高調波12との間で良好にタイプIIの位相整
合が取られ、最大強度の第2高調波12が得られる。
As shown in detail in FIG. 2, in the KTP crystal 10, which is a biaxial crystal, the incident direction of the laser beam 11, which is the fundamental wave, and the X axis typically form an angle of φ=24°. Further, the incident direction and the Z axis are arranged so as to form an angle of θ=90°. In this configuration, when the linear polarization direction of the laser beam 11 shown by arrow P and the Z axis form an angle of 45°, a large nonlinear optical constant d2
4 is used, and the laser beam 1 as the fundamental wave
Good type II phase matching is achieved between the second harmonic 12 and the second harmonic 12, and the second harmonic 12 of maximum intensity is obtained.

【0041】しかし、KTP結晶10によりレーザービ
ーム11に前述のような位相差Δが生じると、その値に
応じてレーザービーム11の直線偏光方向が変化してし
まうので、そのままでは上記45°の角度を実現できな
いことも起こり得る。以下、この45°の角度を実現す
る点について説明する。
However, if the above-mentioned phase difference Δ is generated in the laser beam 11 by the KTP crystal 10, the linear polarization direction of the laser beam 11 will change according to the value, so if it is left as it is, the above-mentioned 45° angle will change. It is possible that this cannot be achieved. Hereinafter, the point of realizing this 45° angle will be explained.

【0042】KTP結晶10は、そのZ軸と平行に延び
る回転軸30に固定されており、この回転軸30は保持
台31に回転自在に保持されている。そしてこの保持台
31には、回転軸32を中心として回転自在に調整つま
み33が取り付けられている。回転軸32は図示しない
減速歯車列を介して、上記回転軸30に連結されている
。したがって、調整つまみ33の回転操作により、回転
軸30を中心にKTP結晶10を回転させることができ
る。
The KTP crystal 10 is fixed to a rotating shaft 30 extending parallel to its Z axis, and this rotating shaft 30 is rotatably held on a holding table 31. An adjustment knob 33 is attached to the holding base 31 so as to be rotatable about a rotating shaft 32. The rotating shaft 32 is connected to the rotating shaft 30 via a reduction gear train (not shown). Therefore, by rotating the adjustment knob 33, the KTP crystal 10 can be rotated about the rotating shaft 30.

【0043】この方向にKTP結晶10が回転すると、
そこにおけるレーザービーム11の光路長Lが変化する
。このように光路長Lが変化すれば、KTP結晶10に
よるレーザービーム11の位相差Δが変化し、その直線
偏光方向が変化する。したがって、KTP結晶10を微
量ずつ回転させることにより、上記45°の角度を実現
して、最大強度の第2高調波12を得ることが可能とな
る。
When the KTP crystal 10 rotates in this direction,
The optical path length L of the laser beam 11 there changes. When the optical path length L changes in this way, the phase difference Δ of the laser beam 11 due to the KTP crystal 10 changes, and the linear polarization direction thereof changes. Therefore, by rotating the KTP crystal 10 in small increments, it is possible to realize the above-mentioned angle of 45° and obtain the second harmonic wave 12 with maximum intensity.

【0044】なお本実施例においては、角度φが変化す
る向きにKTP結晶10を回転させているが、角度θが
変化する向きに、あるいは角度φとθの双方が変化する
向きにKTP結晶10を回転させてもよい。角度φとθ
の双方が変化する向きにKTP結晶10を回転させると
、位相差Δの調整代が大きくなるので、特に好ましい。
In this embodiment, the KTP crystal 10 is rotated in the direction in which the angle φ changes, but the KTP crystal 10 is rotated in the direction in which the angle θ changes, or in the direction in which both the angles φ and θ change. may be rotated. Angle φ and θ
It is particularly preferable to rotate the KTP crystal 10 in a direction in which both of .DELTA. and .DELTA.

【0045】またKTP結晶10の回転量は、レーザー
ビーム11と第2高調波12との位相整合が取れる角度
φ、θの範囲内で調整する必要がある。標準的角度がθ
=90°、φ=24°の場合、位相整合の角度許容範囲
Δθ、Δφは、 L1/2 ・Δθ=60mrad ・cm1/2 L・
Δφ=17mrad ・cm        (ただし
Lの単位はcm)となる。したがって、 |Δθ|≦60/L1/2 (mrad )|Δφ|≦
17/L      (mrad )を満たす範囲でθ
、φを調整すればよい。具体例として、標準的にL=0
.5cm のKTP結晶10を使用した場合は、 |Δθ|≦85mrad |Δφ|≦34mrad の範囲で調整可能である。
Further, the amount of rotation of the KTP crystal 10 needs to be adjusted within the range of angles φ and θ that allow phase matching between the laser beam 11 and the second harmonic 12. The standard angle is θ
=90°, φ=24°, the phase matching angle tolerance range Δθ, Δφ is L1/2 ・Δθ=60mrad ・cm1/2 L・
Δφ=17 mrad·cm (However, the unit of L is cm). Therefore, |Δθ|≦60/L1/2 (mrad)|Δφ|≦
θ within the range satisfying 17/L (mrad)
, φ may be adjusted. As a specific example, standardly L=0
.. When a 5 cm 2 KTP crystal 10 is used, adjustment is possible within the range of |Δθ|≦85 mrad |Δφ|≦34 mrad.

【0046】またこの実施例においては、KTP結晶1
0の光入射端面10aに対して斜めにレーザービーム1
1を入射させ、また光出射端面10bからレーザービー
ム11および第2高調波12が斜めに出射するようにし
ているので、基本的に垂直入出射させる場合に比べて、
少しの結晶回転角で位相差Δを大きく変化させることが
できる。
In this example, KTP crystal 1
The laser beam 1 is directed obliquely to the light incident end surface 10a of
1 is incident, and the laser beam 11 and the second harmonic 12 are emitted obliquely from the light emitting end face 10b.
The phase difference Δ can be changed significantly with a small crystal rotation angle.

【0047】次に図3を参照して、本発明の第2実施例
について説明する。なおこの図3において、既に説明し
たものと同等の要素については同番号を付してあり、そ
れらについての重複した説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that in FIG. 3, elements that are equivalent to those already described are given the same numbers, and a redundant explanation of them will be omitted.

【0048】この実施例においては、2つのKTP結晶
10、10が設けられ、それらは第1実施例におけるの
と同様に、調整つまみ33の操作に連結する回転機構に
より各々回転軸30、30を中心に回転する。そしてこ
の回転機構は、KTP結晶10、10が、回転軸30、
30の中間においてレンズ15a、15bの光軸と垂直
に延びる面Hに関して対称な関係を保って回転するよう
に構成されている。
In this embodiment, two KTP crystals 10, 10 are provided, and as in the first embodiment, they each rotate axes of rotation 30, 30 by a rotation mechanism connected to the operation of the adjustment knob 33. Rotate around the center. In this rotation mechanism, the KTP crystals 10, 10, the rotation shaft 30,
It is configured to rotate while maintaining a symmetrical relationship with respect to a plane H extending perpendicularly to the optical axes of the lenses 15a and 15b in the middle of the lenses 15a and 15b.

【0049】上述のようにKTP結晶10、10を回転
させれば、図中右側のKTP結晶10から出射する第2
高調波12の光路は、結晶回転角によらず一定となる。 このようになっていれば、第2高調波12を、それを利
用する装置に対して常に一定の角度で入射させることが
できる。
If the KTP crystals 10, 10 are rotated as described above, the second radiation emitted from the KTP crystal 10 on the right side of the figure
The optical path of the harmonic wave 12 remains constant regardless of the crystal rotation angle. With this configuration, the second harmonic 12 can always be incident at a constant angle on the device that uses it.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上詳細に説明した通り本発明の光波長
変換装置は、非線形光学材料の結晶を回転させる簡単な
構成により、最大強度の第2高調波が得られるものとな
っている。このように本装置は、大型かつ高精度の温度
調節手段は不要なものであるから、小型でかつ安価に形
成可能となる。また本発明装置は、非線形光学材料の結
晶の長さを厳密に所定値に設定する必要はないから、結
晶長の厳密な測定や調整も不要となり、この点からも安
価に形成可能となる。
As described above in detail, the optical wavelength conversion device of the present invention is capable of obtaining the second harmonic of maximum intensity by a simple configuration in which a crystal of a nonlinear optical material is rotated. As described above, since the present device does not require a large and highly accurate temperature control means, it can be made compact and inexpensive. Furthermore, since the device of the present invention does not require strictly setting the length of the crystal of the nonlinear optical material to a predetermined value, there is no need to strictly measure or adjust the crystal length, and from this point of view, it can be formed at low cost.

【0051】また、本発明の光波長変換装置においては
、非線形光学材料の結晶の回転角を適当な値に選択する
ことにより、基本波がマルチモード発振している場合で
も、モード競合ノイズの発生を抑えることができる。
Furthermore, in the optical wavelength conversion device of the present invention, by selecting an appropriate rotation angle of the crystal of the nonlinear optical material, even when the fundamental wave is oscillated in multiple modes, the occurrence of mode competition noise can be prevented. can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明の第1実施例装置の側面図FIG. 1 is a side view of a device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記
第1実施例装置の要部を示す斜視図
[Fig. 2] A perspective view showing the main parts of the device of the first embodiment.

【図3】本発明の第
2実施例装置の側面図
FIG. 3 is a side view of the device according to the second embodiment of the present invention.

【図4】本発明に関連する結晶内
部での基本波進行方向と光学軸Zとがなす角度θ、およ
び基本波進行方向と光学軸Xとがなす角度φを説明する
概略図
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the angle θ between the fundamental wave traveling direction and the optical axis Z and the angle φ between the fundamental wave traveling direction and the optical axis X inside the crystal related to the present invention.

【図5】非線形光学材料の光学軸と基本波の直線
偏光方向との関係を説明するための概略図
[Figure 5] Schematic diagram for explaining the relationship between the optical axis of a nonlinear optical material and the linear polarization direction of the fundamental wave

【図6】第2高調波出力の温度変化に依存する周期的変
動を示すグラフ
[Figure 6] Graph showing periodic fluctuations of second harmonic output depending on temperature changes

【図7】第2高調波出力の結晶長に依存する周期的変動
を示すグラフ
[Figure 7] Graph showing periodic fluctuations of second harmonic output depending on crystal length

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10    KTP結晶 11    レーザービーム(基本波)12    第
2高調波 16    Nd:YVO4 ロッド 17    共振器ミラー 30、32    回転軸 31    保持台 33    調整つまみ
10 KTP crystal 11 Laser beam (fundamental wave) 12 Second harmonic 16 Nd:YVO4 rod 17 Resonator mirror 30, 32 Rotation shaft 31 Holding base 33 Adjustment knob

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  非線形光学材料の結晶に基本波を入射
させ、この基本波とタイプIIの位相整合を取って第2
高調波を出射させる光波長変換装置において、前記結晶
を、そこにおける基本波の光路と交わる向きの軸を中心
に回転させて、該結晶における基本波光路長を変化させ
る手段が設けられたことを特徴とする光波長変換装置。
Claim 1: A fundamental wave is made incident on a crystal of a nonlinear optical material, type II phase matching is performed with this fundamental wave, and a second
In an optical wavelength conversion device that emits harmonics, means is provided for rotating the crystal around an axis that intersects the optical path of the fundamental wave therein, thereby changing the optical path length of the fundamental wave in the crystal. Features of optical wavelength conversion device.
JP8532291A 1991-02-28 1991-04-17 Light wavelength converting device Pending JPH04318527A (en)

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US08/208,139 US5432807A (en) 1991-02-28 1994-03-09 Optical wavelength converting apparatus
US08/417,673 US5588014A (en) 1991-02-28 1995-04-06 Optical wavelength converting apparatus
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Effective date: 19980217