JPH04320078A - Optical wavelength converter - Google Patents

Optical wavelength converter

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JPH04320078A
JPH04320078A JP8661791A JP8661791A JPH04320078A JP H04320078 A JPH04320078 A JP H04320078A JP 8661791 A JP8661791 A JP 8661791A JP 8661791 A JP8661791 A JP 8661791A JP H04320078 A JPH04320078 A JP H04320078A
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laser beam
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Hiroaki Hiuga
後藤千秋
Chiaki Goto
原田明憲
Akinori Harada
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Abstract

PURPOSE:To prevent a wavelength conversion efficiency from decreasing out of a state in which a linearly polarizing direction of a solid-state laser oscillation beam is formed at a predetermined angle to a crystal optical axis in an optical wavelength converter for converting the beam to a second harmonic wave by a biaxial crystal having a nonlinearly optical effect. CONSTITUTION:An Nd:YVO4 rod 16 of a solid-state laser medium is formed in a wedge shape. The rod 16 is moved in a direction in which a length of an optical path of a laser beam 11 is altered by a precise screw 24 to adjust its linearly polarizing direction.

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】例えば特開昭62−189783 号公
報に示されるように、ネオジウム等の希土類がドーピン
グされた固体レーザーロッドを半導体レーザー(レーザ
ーダイオード)によってポンピングするレーザーダイオ
ードポンピング固体レーザーが公知となっている。この
種のレーザーダイオードポンピング固体レーザーにおい
ては、より短波長のレーザー光を得るために、その共振
器内に非線形光学材料のバルク単結晶を配設して、固体
レーザー発振ビームを第2高調波に波長変換することも
行なわれている。
[Prior Art] For example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 189783/1983, a laser diode pumped solid-state laser, in which a solid-state laser rod doped with a rare earth element such as neodymium is pumped by a semiconductor laser (laser diode), has become known. ing. In this type of laser diode-pumped solid-state laser, in order to obtain laser light with a shorter wavelength, a bulk single crystal of a nonlinear optical material is placed inside the resonator, and the solid-state laser oscillation beam is converted into a second harmonic. Wavelength conversion is also performed.

【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は屈折率
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 a direction tilted at 45 degrees 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 a second wave that is linearly polarized in the Y-axis direction is generated. When extracting harmonic 12, fundamental wave 11 has a refractive index

【0
022】
0
022]

【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】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。
When this phase difference Δ occurs, the linear polarization direction of the fundamental wave changes in accordance with 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 is due to the temperature dependence of each parameter in the above equation, as shown in Figure 6.
There are temperature dependent ones that appear as shown in Figure 7, and crystal length dependent ones that appear as shown in Figure 7.

【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。特に上
記特開平1−152781号公報には、非線形光学材料
の結晶として、そこにおける基本波光路と交わる方向に
沿って厚さが次第に変化するものを用いる一方、この結
晶を上記方向に移動させて結晶長を変化させるようにし
た構造が示されている。
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. In particular, in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-152781, a crystal of a nonlinear optical material whose thickness gradually changes along the direction intersecting the fundamental wave optical path is used, while this crystal is moved in the above direction. Structures with varying crystal lengths are shown.

【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】また上記特開平1−152781号公報に
示される構造においては、非線形光学材料結晶の移動量
を比較的大きく取る必要があるので、基本波の直線偏光
方向を調整すると共振器モードの位置がずれることもあ
る。
Furthermore, in the structure shown in JP-A-1-152781, it is necessary to take a relatively large amount of movement of the nonlinear optical material crystal, so adjusting the linear polarization direction of the fundamental wave changes the position of the resonator mode. may shift.

【0034】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、
高出力の第2高調波を得ることができ、共振器モードの
位置がずれることがなく、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 a high-output second harmonic, does not shift the position of a resonator mode, and can be formed compactly and inexpensively.

【0035】[0035]

【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、前述したレーザーダイオードポンピング固体レ
ーザーのように、固体レーザー媒質をポンピングして得
られた基本波としてのレーザービームを非線形光学材料
の結晶に入射させ、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、◆固体レーザー媒質として、複屈折性を持ち、かつ
そこにおける基本波光路と交わる方向に沿って厚さが次
第に変化するものが用いられる一方、◆この固体レーザ
ー媒質とポンピング源とを、上記の方向に沿って相対移
動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] The optical wavelength conversion device according to the present invention converts a laser beam as a fundamental wave obtained by pumping a solid laser medium into a nonlinear optical material, like the laser diode pumped solid-state laser described above. In an optical wavelength conversion device that enters a crystal, performs type II phase matching with this fundamental wave, and emits a second harmonic, ◆As a solid laser medium, it has birefringence and intersects with the optical path of the fundamental wave therein. While the thickness gradually changes along the direction, ◆ it is characterized by being provided with means for relatively moving the solid-state laser medium and the pumping source along the above-mentioned direction.

【0036】[0036]

【作用および発明の効果】上記のように複屈折性を持つ
固体レーザー媒質を用いると、前記(数12)式で示し
た非線形光学材料の結晶内で生じる位相差Δと同様に、
レーザー媒質内で位相差Δ’が生じる。このとき、上記
の形状とされた固体レーザー媒質をポンピング源に対し
て上記方向に移動させると、この固体レーザー媒質の有
効光路長が変化し、位相差Δ’が変化するので、それに
応じて基本波の偏光方向も変化する。そこで、この移動
の量を適当に調節すれば、非線形光学材料結晶に対する
基本波の偏光方向を、最大の波長変換効率が得られるよ
うに設定することができ、高強度の波長変換された短波
長レーザービームを得ることが可能となる。
[Operation and Effects of the Invention] When a solid laser medium having birefringence as described above is used, similar to the phase difference Δ generated in the crystal of the nonlinear optical material shown in equation (12) above,
A phase difference Δ' occurs within the laser medium. At this time, when the solid-state laser medium with the above shape is moved in the above direction with respect to the pumping source, the effective optical path length of this solid-state laser medium changes and the phase difference Δ' changes, so the basic The polarization direction of the wave also changes. Therefore, by appropriately adjusting the amount of this movement, it is possible to set the polarization direction of the fundamental wave to the nonlinear optical material crystal so as to obtain the maximum wavelength conversion efficiency. It becomes possible to obtain a laser beam.

【0037】また固体レーザー媒質は非線形光学材料結
晶と比較すると、一般に複屈折性がより大であるから、
上記厚さの変化の程度(つまり端面の傾斜角度)がより
小さくても、また上記移動の量が比較的小さくても、位
相差Δ’を十分に変化させることができる。したがって
本発明装置においては、共振器モードの位置がずれない
程度の少ない調整量で、基本波の偏光方向を最適に設定
することができる。
Furthermore, since solid laser media generally have greater birefringence than nonlinear optical material crystals,
Even if the degree of change in the thickness (that is, the angle of inclination of the end face) is smaller, and even if the amount of movement is relatively small, the phase difference Δ' can be sufficiently changed. Therefore, in the device of the present invention, the polarization direction of the fundamental wave can be optimally set with a small adjustment amount that does not shift the position of the resonator mode.

【0038】そして上記構成の本発明装置は、大型かつ
高精度の温度調節手段は不要で、結晶長の厳密な測定や
調整も不要であるから、小型、安価に形成可能となる。
The device of the present invention having the above structure does not require a large and highly accurate temperature control means, nor does it require precise measurement or adjustment of the crystal length, so it can be formed in a small size and at low cost.

【0039】また本発明装置においては、上記移動の量
を調節して固体レーザー媒質の適当な厚さの所で発振さ
せ、共振器内の複屈折量を調整することにより、基本波
がマルチモード発振している場合であっても、モード競
合ノイズの発生を抑えることができる。
Furthermore, in the device of the present invention, the amount of movement is adjusted to cause oscillation at an appropriate thickness of the solid laser medium, and the amount of birefringence within the resonator is adjusted, so that the fundamental wave becomes multimode. Even in the case of oscillation, generation of mode competition noise can be suppressed.

【0040】[0040]

【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を
有する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1
6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1
6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1
4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. The laser diode pumped solid-state laser with this optical wavelength conversion device is
A semiconductor laser (phased array laser) 14 that emits a laser beam 13 as pumping light, a collimator lens 15a that converts the diverging laser beam 13 into parallel light, and a collimator lens 15a that focuses the laser beam 13 that has passed through this lens 15a. A condensing lens 15b, a YVO4 rod (hereinafter referred to as Nd:YVO4 rod) 16, which is a solid laser rod doped with neodymium (Nd), and this Nd:YVO4 rod 1.
Resonator mirror 17 arranged on the front side of 6 (right side in the figure)
And this resonator mirror 17 and Nd:YVO4 rod 1
6 and a KTP crystal 10 disposed between them. Each of the elements described above is mounted and integrated in a common housing (not shown). Furthermore, phased array laser 1
4 is temperature-controlled to a predetermined temperature by a Peltier element and a temperature control circuit (not shown).

【0041】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 laser beam 11 of nm wavelength is emitted.

【0042】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18が施さ
れている。またNd:YVO4 ロッド16の光出射側
端面16bには、波長1064nmのレーザービーム1
1を良好に透過させる(透過率99.9%以上)無反射
コーティング9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1064nmのレーザービ
ーム11および波長809 nmのレーザービーム13
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。なお特に図示はしな
いが、KTP結晶10のNd:YVO4 ロッド16側
の端面にも、上記無反射コーティング9と同様のコーテ
ィングが施されている。
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 18 is applied that allows a 9 nm pumping laser beam 13 to pass through it well (transmittance of 99% or more). In addition, a laser beam 1 with a wavelength of 1064 nm is provided on the light output side end surface 16b of the Nd:YVO4 rod 16.
A non-reflective coating 9 that allows good transmission of light (transmittance of 99.9% or more) is applied. On the other hand, the resonator mirror 17
The surface 17a on the side of the KTP crystal 10 is formed into a part of a spherical surface, and a laser beam 11 with a wavelength of 1064 nm and a laser beam 13 with a wavelength of 809 nm are emitted on the surface.
A coating 19 is applied which allows good reflection of the wavelength 532 nm and good transmission of the second harmonic 12 having a wavelength of 532 nm, which will be described later. Therefore, the laser beam 11 with a wavelength of 1064 nm is confined between the surfaces 16a and 17a, causing laser oscillation. Although not particularly shown, the end face of the KTP crystal 10 on the Nd:YVO4 rod 16 side is also coated with a coating similar to the anti-reflection coating 9 described above.

【0043】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.

【0044】複屈折性を持つNd:YVO4 ロッド1
6は、そこにおけるレーザービーム11の光路と交わる
方向(図中上下方向)に沿って厚さが次第に変化するく
さび状に形成されている。またそれを保持した保持部材
21には、図中上下方向に延びる複数のガイドロッド2
2が挿通されている。これらのガイドロッド22の下端
部は固定台23に固定されており、保持部材21はガイ
ドロッド22に沿って上下方向に移動自在となっている
。そして固定台23には精密ねじ24が回転自在に保持
され、この精密ねじ24の先端部は上記保持部材21に
螺合されている。したがって精密ねじ24が回転される
と、保持部材21が上下方向に螺進退し、Nd:YVO
4 ロッド16が上下移動する。
[0044] Nd:YVO4 rod 1 with birefringence
6 is formed into a wedge shape whose thickness gradually changes along the direction intersecting the optical path of the laser beam 11 (vertical direction in the figure). Further, the holding member 21 that holds it has a plurality of guide rods 2 extending vertically in the figure.
2 is inserted. The lower ends of these guide rods 22 are fixed to a fixed base 23, and the holding member 21 is movable in the vertical direction along the guide rods 22. A precision screw 24 is rotatably held on the fixed base 23, and the tip of the precision screw 24 is screwed into the holding member 21. Therefore, when the precision screw 24 is rotated, the holding member 21 is screwed forward and backward in the vertical direction, and the Nd:YVO
4. The rod 16 moves up and down.

【0045】図2に詳しく示すように、2軸性結晶であ
るKTP結晶10は、YZ面をZ軸周りに24°回転さ
せた面でカットされている。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, the KTP crystal 10, which is a biaxial crystal, is cut by rotating the YZ plane by 24° around the Z axis. In this configuration, when the linear polarization direction of the laser beam 11 indicated by the arrow P and the Z axis form an angle of 45°, a large nonlinear optical constant d2 is obtained.
4 is used, and the laser beam 1 as the fundamental wave
Good type II phase matching is achieved between the first and second harmonics 12, and the second harmonics 12 of maximum intensity are obtained.

【0046】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、上記45°の角度を実現できないことも起こ
り得る。 そこで、前述した精密ねじ24を右回りあるいは左回り
に回転させて、Nd:YVO4 ロッド16を上下方向
に微小量ずつ移動させると、該ロッド16におけるレー
ザービーム11の光路長が変化して、前記位相差Δ’が
変化するので、その直線偏光方向が変化する。このよう
にしてレーザービーム11の直線偏光方向を微調整すれ
ば、この直線偏光方向がZ軸に対して45°をなす状態
が得られ、そのときに最大強度の第2高調波12を得る
ことができる。
However, if the above-mentioned phase difference Δ occurs in the laser beam 11 due to the KTP crystal 10, the linear polarization direction of the laser beam 11 changes according to the value, so that the above-mentioned 45° angle is not achieved. There may be things that cannot be done. Therefore, when the above-mentioned precision screw 24 is rotated clockwise or counterclockwise to move the Nd:YVO4 rod 16 up and down by minute amounts, the optical path length of the laser beam 11 in the rod 16 changes, and the Since the phase difference Δ' changes, the linear polarization direction changes. By finely adjusting the linear polarization direction of the laser beam 11 in this way, a state can be obtained in which the linear polarization direction forms an angle of 45° with respect to the Z axis, and at that time, the second harmonic 12 with the maximum intensity can be obtained. Can be done.

【0047】なおNd:YVO4 の複屈折量はne 
−no =0.2079であり、KTPの複屈折量nZ
 −nY =0.0853と比べると著しく大きい。し
たがって、KTP結晶10の端面を斜めに形成しておい
てそれを移動させる場合に比べれば、Nd:YVO4 
ロッド16の端面16bの傾斜は比較的緩やかでよく、
またその移動量も比較的少なくて済む。したがって本装
置においては、共振器モードの位置がずれない程度の少
ない調整量で、レーザービーム11の偏光方向を最適に
設定することができる。
[0047] The amount of birefringence of Nd:YVO4 is ne
-no = 0.2079, and the amount of birefringence nZ of KTP
-nY =0.0853, it is significantly larger. Therefore, compared to the case where the end face of the KTP crystal 10 is formed obliquely and then moved, the Nd:YVO4
The slope of the end surface 16b of the rod 16 may be relatively gentle;
Further, the amount of movement thereof is also relatively small. Therefore, in this device, the polarization direction of the laser beam 11 can be optimally set with a small adjustment amount that does not shift the position of the resonator mode.

【0048】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、図1中のも
のと同等の要素については同番号を付し、それらについ
ての重複した説明は省略する(以下、同様)。
Next, referring to FIG. 3, a second embodiment of the present invention will be described. Note that in FIG. 3, elements that are equivalent to those in FIG. 1 are given the same numbers, and redundant explanations thereof will be omitted (the same applies hereinafter).

【0049】この第2実施例においては、フェーズドア
レイレーザー14がNd:YVO4 ロッド16に近接
して配置され、そこから発せられたレーザービーム13
が直接このロッド16に入射する。またKTP結晶10
の前方側の端面10bに、図1の装置のものと同様のコ
ーティング19が施され、このKTP結晶10とNd:
YVO4 ロッド16とによって共振器が構成されてい
る。KTP結晶10の光入射側端面10aは斜めにカッ
トされ、この端面10aに、くさび状のNd:YVO4
 ロッド16が接合されている。そしてKTP結晶10
は、図1の装置のものと同様の保持部材21に取り付け
られ、精密ねじ24を回転操作することにより、Nd:
YVO4 ロッド16とともに図中上下方向に移動し得
る。この構成においても、Nd:YVO4ロッド16を
上下移動させることにより、その直線偏光方向を調節す
ることができる。
In this second embodiment, a phased array laser 14 is placed close to the Nd:YVO4 rod 16, and the laser beam 13 emitted therefrom is
is directly incident on this rod 16. Also KTP crystal 10
A coating 19 similar to that of the device in FIG. 1 is applied to the front end surface 10b of the KTP crystal 10 and the Nd:
The YVO4 rod 16 constitutes a resonator. The light incident side end face 10a of the KTP crystal 10 is cut obliquely, and a wedge-shaped Nd:YVO4 is formed on this end face 10a.
A rod 16 is joined. And KTP crystal 10
is attached to a holding member 21 similar to that of the device in FIG. 1, and by rotating a precision screw 24,
It can move in the vertical direction in the figure together with the YVO4 rod 16. Even in this configuration, the linear polarization direction can be adjusted by moving the Nd:YVO4 rod 16 up and down.

【0050】次に図8を参照して、本発明の第3実施例
について説明する。この第3実施例の装置は、図1の装
置と比べると、第2高調波出力側の共振器構造が異なる
ものである。すなわちこの装置においては、KTP結晶
10の前方側の端面10bが球面の一部をなす形状とさ
れ、その表面に、図1の装置のものと同様のコーティン
グ19が施されている。本実施例の装置は、図1の装置
と比べると、部品点数を1つ減らせるので、小型軽量化
および低コスト化を実現する上で有利である。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The device of this third embodiment is different from the device of FIG. 1 in the resonator structure on the second harmonic output side. That is, in this device, the front end surface 10b of the KTP crystal 10 is shaped to form part of a spherical surface, and a coating 19 similar to that of the device shown in FIG. 1 is applied to the surface. Compared to the device shown in FIG. 1, the device of this embodiment can reduce the number of parts by one, so it is advantageous in achieving reductions in size, weight, and cost.

【0051】なお以上説明した2つの実施例においては
、ポンピング源であるフェーズドアレイレーザー14を
固定しておいて、Nd:YVO4 ロッド16を移動さ
せるようにしているが、その反対にNd:YVO4ロッ
ド16を固定しておいて、フェーズドアレイレーザー1
4を(図1および図8の装置においてはそれとともにレ
ンズ15a、15bも)移動させるようにしてもよい。
In the two embodiments described above, the phased array laser 14, which is the pumping source, is fixed and the Nd:YVO4 rod 16 is moved; however, on the contrary, the Nd:YVO4 rod 16 and phased array laser 1.
4 (in the devices of FIGS. 1 and 8, the lenses 15a and 15b as well) may be moved.

【0052】また本発明において用いられる固体レーザ
ー媒質は、以上説明した実施例におけるNd:YVO4
 に限られるものではなく、その他の公知のもの(例え
ば、LNP、NAB、NPP等の直接化合物レーザー結
晶など)が用いられてもよい。
Further, the solid laser medium used in the present invention is Nd:YVO4 in the above-described embodiments.
The present invention is not limited to this, and other known materials (for example, direct compound laser crystals such as LNP, NAB, and NPP) may be used.

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

【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概略斜視図
[Fig. 2] A schematic 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: Angle θ between the fundamental wave traveling direction and the optical axis Z inside the crystal related to the present invention,
A schematic diagram illustrating the angle φ between the fundamental wave traveling direction and the optical axis X.

【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

【図8】本発明の第3実施例装置の側面図FIG. 8 is a side view of a device according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9、18、19    コーティング 10    KTP結晶 11    レーザービーム(基本波)12    第
2高調波 13    レーザービーム(ポンピング光)14  
  フェーズドアレイレーザー16    Nd:YV
O4 ロッド 17    共振器ミラー 21    保持部材 22    ガイドロッド 23    固定部材 24    精密ねじ
9, 18, 19 Coating 10 KTP crystal 11 Laser beam (fundamental wave) 12 Second harmonic 13 Laser beam (pumping light) 14
Phased array laser 16 Nd:YV
O4 Rod 17 Resonator mirror 21 Holding member 22 Guide rod 23 Fixing member 24 Precision screw

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  固体レーザー媒質をポンピングして得
られた基本波としてのレーザービームを非線形光学材料
の結晶に入射させ、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、前記固体レーザー媒質として、複屈折性を持ち、か
つそこにおける基本波光路と交わる方向に沿って厚さが
次第に変化するものが用いられる一方、この固体レーザ
ー媒質とポンピング源とを、前記方向に沿って相対移動
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 laser beam as a fundamental wave obtained by pumping a solid laser medium is incident on a crystal of a nonlinear optical material, type II phase matching is performed with this fundamental wave, and a second harmonic is emitted. In the optical wavelength conversion device, the solid laser medium is birefringent and has a thickness that gradually changes along the direction intersecting the fundamental wave optical path. An optical wavelength conversion device characterized in that the device is provided with means for relatively moving the .
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