JPH04320222A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光源から発せら
れる基本波をモノリシック型共振器内で高調波に変換す
る高調波発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体レーザ等から出射される基
本波を非線形光学材料に通して半分の波長の第２高調波
を得る研究が行なわれている。第２高調波の発生を効率
よく行なうには、位相整合をとることなど様々な条件が
必要とされるが、一般には基本波の強度が強いほど第２
高調波を効率よく発生させることができる。このため、
ミラーを用いて共振器を構成し、この共振器内部に非線
形光学材料を配置して、基本波を共振器内部に閉じ込め
て増幅させることにより、第２高調波を効率よく発生さ
せる装置が種々提案されている。

【０００３】そして、最近では装置の小型化及び第２高
調波への変換効率の向上を図るために、外部共振器型の
ものから、非線形光学材料の内部において基本波を共振
させるモノリシック型のものへとその主流が移行しつつ
ある。

【０００４】図５には、このようなモノリシック型共振
器を用いた第２高調波発生装置の一例が示されている。

【０００５】この第２高調波発生装置１は、半導体レー
ザ（以下ＬＤとする）２、コリメートレンズ３、モード
マッチングレンズ１０及びＫＮｂＯ３　結晶等からなる
非線形光学材料４によって構成されている。ＬＤ２は、
例えば波長８６０ｎｍの基本波７を出射する。

【０００６】非線形光学材料４の図中左右の２面は、曲
面状（通常は球面状）に研磨加工されている。図中左側
の面は基本波７の入射面をなし、この面に基本波７に対
して一部透過、第２高調波８に対して反射の曲面ミラー
５が形成されている。また、図中右側の面は、第２高調
波８の出射面をなし、この面に基本波７に対して反射、
第２高調波８に対して透過の曲面ミラー６が形成されて
いる。更に、非線形光学材料４の図中下面は、基本波７
及び第２高調波８のいずれも反射する平面ミラー９をな
している。

【０００７】ＬＤ２から出射する波長８６０ｎｍの基本
波７は、コリメートレンズ３、モードマッチングレンズ
１０を通って、非線形光学材料４の曲面ミラー５から入
射する。この基本波７は、曲面ミラー６、平面ミラー９
及び曲面ミラー５で構成されるリング共振器内で反射し
共振して増幅される。そして、基本波７は、非線形光学
材料４内を所定の方向に通過するとき、その一部が波長
４３０ｎｍの第２高調波８に変換され、曲面ミラー６を
透過して出力される。このようなモノリシック型の共振
器を用いれば、第２高調波への変換を効率よく行なうこ
とができるとともに、第２高調波発生装置の小型化を図
ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
モノリシック型共振器１においては、共振を可能とする
基本波７の入射位置が極めて限定され、また、共振器１
の製作精度も厳密に要求されるため、製品の歩留まり、
生産性を向上できないという問題点があった。すなわち
、図６に示すように、基本波７の曲面ミラー５への入射
位置が、図中破線で示すように少しずれた場合、曲面ミ
ラー５、６での反射点と反射角が共にずれるため、共振
経路から光路がどんどんずれてしまい、共振条件が満た
されなくなってしまう。

【０００９】また、図７に示すように、出力側の曲面ミ
ラー６の位置や向きが、図中破線で示すように少しずれ
た場合でも、曲面ミラー５、６での反射点と反射角が共
にずれるため、共振経路から光路がどんどんずれてしま
い、共振条件が満たされなくなってしまう。

【００１０】したがって、本発明の目的は、モノリシッ
ク型共振器の基本波の入射位置や製作精度に対する許容
度を大きくして、製品の歩留まり、生産性を向上できる
ようにした高調波発生装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明は、非線形光学材料を有するモノリシック型共
振器を用いた高調波発生装置において、前記モノリシッ
ク型共振器が三つ以上の反射面を有し、前記反射面のう
ちの一面が球面をなし、他の面が平面をなすことを特徴
とする。

【００１２】以下、本発明について具体例を挙げて更に
詳細に説明する。

【００１３】本発明において、基本波を発生するレーザ
光源としては、ＬＤが好ましく用いられるが、ＹＡＧな
どの固体レーザ等を用いてもよい。また、基本波は、常
法に従ってコリメートレンズ、モードマッチングレンズ
などを通して共振器に照射することが好ましい。その他
、目的に応じて各種の光学材料を組合せてもよい。

【００１４】基本波を増幅させるための共振器は、非線
形光学材料を含むブロックの端面を反射面にして内部で
反射させるモノリシック型共振器が採用される。ここで
、非線形光学材料を含むブロックとは、全体が非線形光
学材料からなるブロックだけでなく、非線形光学材料の
端面にガラス、プラスチックなどの透明基材を接合した
ブロックなども含めた意味である。

【００１５】本発明においては、上記非線形光学材料を
含むブロックの端面に３つ以上の反射面を形成してリン
グ型の共振がなされるようにする。そして、それらの反
射面の一面だけを球面とし、他の面を平面とする。この
場合、球面とする反射面は、基本波の入射面とすること
が好ましい。

【００１６】本発明の好ましい態様の一つによれば、非
線形光学結晶を用いた場合、その一つの端面を球面ミラ
ーとし、この球面ミラーに対向する面を傾斜した平面ミ
ラーとし、上記球面ミラー及び平面ミラーに隣接して位
相整合のとれる結晶軸に対して平行なもう一つの平面ミ
ラーを形成したモノリシック型共振器を有するものが挙
げられる。

【００１７】本発明の別の好ましい態様によれば、上記
モノリシック型共振器が、直方体状の非線形光学材料の
両端面に、上記球面ミラーを有するガラスブロックと、
上記傾斜した平面ミラーを有するガラスブロックとを接
合して構成される。

【００１８】本発明の更に別の好ましい態様によれば、
上記モノリシック型共振器が、球面ミラーを有するガラ
スブロックの球面ミラーと対向する面に、球面ミラーの
光軸に対して反対方向に同角度で傾斜した２つの平面ミ
ラーを有する非線形光学材料を接合して構成される。

【００１９】本発明の高調波発生装置は、第２高調波以
外の高調波を発生させるものにも応用可能である。

【００２０】

【作用】本発明の高調波発生装置では、モノリシック型
共振器の一つの反射面から基本波を所定の角度で入射す
ると、基本波は、三つ以上の反射面でリング型に反射さ
れて共振し、非線形光学材料中を所定方向に通るときに
その一部が高調波に変換されて所定の反射面から出力さ
れる。

【００２１】例えば、図１において、基本波１９は、球
面ミラー２５の点Ａから非線形光学２３の結晶軸と平行
に入射し、傾斜した平面ミラー２７の点Ｂで反射され、
更に結晶軸と平行な平面ミラー２９の点Ｃで反射されて
、球面ミラー２５の点Ａに戻り、三角リング型に共振し
て増幅され、非線形光学２３を結晶軸方向に通るときに
、その一部が第２高調波２１に変換されて平面ミラー２
７から出力される。

【００２２】そして、この三つの反射面のうち、球面を
なすのは一つだけなので、基本波の入射位置が少しずれ
たり、共振器の寸法や形状精度が少しずれた場合でも、
反射光路が共振経路からずれる量が比較的小さくなる。 すなわち、球面ミラーで反射される場合は、入射位置が
ずれると反射角も変化するのであるが、平面ミラーで反
射される場合は、入射位置がずれても入射角が同じであ
れば反射角は変わらない。

【００２３】したがって、球面ミラーを二つ有する従来
の共振器の構造に比べて、球面ミラーを一つにした本発
明の共振器の構造の方が、基本波の入射位置や、共振器
の寸法や形状精度に対する許容度が大きい。また、本発
明においては、球面加工を施す面が一面だけですむので
、加工等も容易になされる。これによって、製品の歩留
まりや、生産性を向上できる。

【００２４】

【実施例】図１、２には、本発明の第２高調波発生装置
の一実施例が示されている。

【００２５】この第２高調波発生装置１１は、レーザ光
源としてのＬＤ１３、コリメートレンズ１５、モードマ
ッチングレンズ１６、モノリシック型共振器１７が順次
配列されて構成されている。ＬＤ１３は、波長８６０ｎ
ｍの基本波３５を出射し、コリメートレンズ１５、モー
ドマッチングレンズ１６は、この基本波３５を所定のビ
ームにしてモノリシック型共振器１７に照射する。

【００２６】モノリシック型共振器１７は、非線形光学
材料２３の一つの端面を球面状に加工して反射膜を設け
ることにより球面ミラー２５とし、この球面ミラー２５
に対向する面を位相整合のとれる結晶軸に対して傾斜し
た平面にカットして反射膜を設けることにより平面ミラ
ー２７とし、かつ、前記結晶軸と平行な平面を形成して
平面ミラー２９とすることにより構成されている。

【００２７】球面ミラー２５は、基本波１９に対して９
３％反射の光学膜で形成され、平面ミラー２７は、基本
波１９に対して９９％反射、第２高調波２１に対して８
５％透過の光学膜で形成され、平面ミラー２９は、基本
波１９、第２高調波２１のいずれも反射する全反射面と
なっている。

【００２８】また、球面ミラー２５の曲率及び方向や、
平面ミラー２５の傾斜角は、球面ミラー２５の点Ａに入
射して結晶軸方向に進行する基本波１９が、平面ミラー
２７の点Ｂで反射し、更に平面ミラー２９の点Ｃで反射
して、球面ミラー２５の点Ａに戻り、更に点Ａから結晶
軸方向に反射されるような角度に設定されている。

【００２９】なお、この実施例では、非線形光学材料２
３としてＫＮｂＯ３　結晶が採用されているが、これに
限定されることはなく、ＫＴｉＯＰＯ４　、ＫＨ２　Ｐ
Ｏ４　、ＬｉＮｂＯ３　等の非線形光学結晶、有機非線
形光学材料等を用いることができる。

【００３０】この第２高調波発生装置１１を用い、ＬＤ
１３から波長８６０ｎｍの基本波１９を出射させ、コリ
メートレンズ１５、モードマッチングレンズ１６を通し
てモノリシック型共振器１７の球面ミラー２５の点Ａに
、非線形光学材料２３の結晶軸方向に屈折するように入
射する。基本波１９は、傾斜した平面ミラー２７の点Ｂ
で反射され、更に結晶軸と平行な平面ミラー２９の点Ｃ
で反射されて、球面ミラー２５の点Ａに戻り、三角リン
グ型に共振して増幅される。そして、基本波１９が非線
形光学材料２３内を結晶軸方向に通るときに、その一部
が波長４３０ｎｍの第２高調波２１に変換されて平面ミ
ラー２７から出力される。

【００３１】図１において、破線は、基本波１９の入射
位置が球面ミラー２５の点Ａからわずかにずれた場合の
光路を示しており、平面ミラー２７における反射点も点
Ｂからわずかにずれた位置になるが、反射角には殆ど変
化がないため、リング状に反射しても共振経路から大き
くずれることはない。したがって、基本波１９の入射位
置に対する許容度、すなわち共振条件を満たす入射スポ
ットが広くなり、基本波１９の入射方向のアライメント
が容易となる。

【００３２】また、図２中の破線は、平面ミラー２７の
位置が、実線で示す正規の位置からずれた場合を示し、
この場合にも、平面ミラー２９における反射点が点Ｃか
らずれるのであるが、反射角は殆ど変わらないため、球
面ミラー２５の点Ａ付近に戻り、リング状に反射しても
共振経路から大きくずれることはない。したがって、共
振器１７の寸法、形状に対する許容度も高まり、製品の
歩留まりや、生産性を向上できる。

【００３３】図３には、本発明の第２高調波発生装置の
他の実施例が示されている。なお、以下の実施例におい
ては、図１及び図２の実施例の装置と実質的に同一の部
分には同符合を付し、その説明を省略する。

【００３４】この実施例は、基本的には図１、２に示し
た実施例の装置と同じ構造をなすものであるが、直方体
をなす非線形光学材料１９と、ガラスブロック３３、３
５とでモノリシック型共振器３１を構成している点が異
なっている。

【００３５】すなわち、非線形光学結晶１９の一方の端
面に、球面ミラー２５を有するガラスブロック３３を光
学用接着剤を介して接合し、非線形光学結晶１９の他方
の端面に、傾斜した平面ミラー２７を有するガラスブロ
ック３５を同じく光学用接着剤を介して接合してある。 光学用接着剤は、ガラスブロック３５と同じ屈折率もの
が採用され、非線形光学材料１９の両端面には、反射防
止膜が設けられている。非線形光学材料１９の下面は平
面ミラー２９となっている。

【００３６】この装置においても、図１、２に示した実
施例と同様に、基本波１９が三角リング型の共振経路を
とって増幅され、非線形光学材料１９が結晶軸方向に通
るときに、その一部が第２高調波２１に変換されて平面
ミラー２７から出力される。そして、基本波１９の入射
位置に対する許容度、共振器の寸法、形状精度に対する
許容度が高まる点も、前記実施例と同じである。

【００３７】この実施例の共振器３１を用いれば、非線
形光学材料２３の使用量を少なくしてコストの低減を図
ることができるとともに、基本波１９の入射面をなす球
面及び第２高調波２１の出射面をなす平面の加工を容易
にすることができ、生産性を向上させることができる。

【００３８】図４には、本発明の第２高調波発生装置の
更に他の実施例が示されている。

【００３９】この実施例では、モノリシック型共振器４
１が、球面ミラー４５を有するガラスブロック４３の球
面ミラー４５と対向する面に、球面ミラー４５の光軸に
対して反対方向に同角度で傾斜した２つの平面ミラー４
９、５１を有する非線形光学材料２３を接合して構成さ
れている。

【００４０】前記実施例と同様に、ガラスブロック４３
と非線形光学材料２３とは、ガラスブロック３５と同じ
屈折率の光学用接着剤で接合され、非線形光学材料２３
の端面には、反射防止膜が設けられている。そして、球
面ミラー４５は、基本波１９に対して９３％反射、第２
高調波２１に対して８５％透過の光学膜で形成されてお
り、平面ミラー４９、５１は、基本波１９及び第２高調
波２１のいずれも反射する全反射面をなしている。

【００４１】この装置では、基本波１９を球面ミラー４
５の点Ｄから、平面ミラー４９の点Ｅに向かうように入
射すると、基本波１９は、点Ｅで反射されて非線形光学
材料２３内を結晶軸方向に進み、平面ミラー５１の点Ｆ
で反射されて球面ミラー４５の点Ｄに戻り、点Ｄで反射
されて再び平面ミラー４９の点Ｅに向かう三角リング型
の共振経路をとって共振する。そして、点Ｅ−Ｆ間を通
るときに基本波１９の一部が第２高調波２１に変換され
、この第２高調波２１が球面ミラー４５の点Ｄから矢印
Ｇ方向に出力される。

【００４２】この装置においても、共振器を構成する反
射面が一つの球面と二つの平面からなっているので、基
本波１９の入射位置に対する許容度、共振器の寸法、形
状精度に対する許容度が高められる。

【００４３】本発明において、基本波の反射面は４つ以
上あってもよいが、加工する面が多くなるので加工工程
が増加し、歩留の低下をもたらす。また、光軸調整の容
易さからしても、反射面は３つのほうが好ましい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モノリシック型共振器を構成する反射面を一つの球面と
二つの平面で構成したので、共振の条件を満たすための
基本波の入射位置及び共振器の寸法、形状精度に対する
許容度が高められ、しかも三つの反射面のうちの一つの
面だけを球面にすればよいので、部品の加工や組付け作
業が容易となり、製品の歩留まりや、生産性を向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第２高調波発生装置の一実施例を示す
側面図

【図２】同第２高調波発生装置において共振器に寸法誤
差があった場合の共振状態を示す側面図

【図３】本発明
の第２高調波発生装置の他の実施例を示す側面図

【図４】本発明の第２高調波発生装置の更に他の実施例
を示す側面図

【図５】従来の第２高調波発生装置を示す側面図

【図６
】同第２高調波発生装置において基本波の入射位置がず
れた状態を示す側面図

【図７】同第２高調波発生装置において共振器に寸法誤
差があった場合の状態を示す側面図

【符号の説明】

１１　　第２高調波発生装置 １３　　半導体レーザ（ＬＤ） １５　　コリメートレンズ １６　　モードマッチングレンズ １７　　モノリシック型共振器 １９　　基本波 ２１　　第２高調波 ２３　　非線形光学材料 ２５　　球面ミラー ２７　　平面ミラー ２９　　平面ミラー ３１　　モノリシック型共振器 ４１　　モノリシック型共振器 ４５　　球面ミラー ４９　　平面ミラー ５１　　平面ミラー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基本波発生用の光源と、非線形光学材料内
   で基本波を共振せしめるモノリシック型共振器を用いた
   高調波発生装置において、前記モノリシック型共振器が
   基本波に対して三つ以上の反射面を有し、前記反射面の
   うちの一面が球面をなし、他の面が平面をなすことを特
   徴とする高調波発生装置。