JPH04330425A - Light wavelength converter - Google Patents

Light wavelength converter

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Publication number
JPH04330425A
JPH04330425A JP3395491A JP3395491A JPH04330425A JP H04330425 A JPH04330425 A JP H04330425A JP 3395491 A JP3395491 A JP 3395491A JP 3395491 A JP3395491 A JP 3395491A JP H04330425 A JPH04330425 A JP H04330425A
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JP
Japan
Prior art keywords
crystal
harmonic
crystals
laser beam
wavelength conversion
Prior art date
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Pending
Application number
JP3395491A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoji Okazaki
岡崎洋二
Chiaki Goto
後藤千秋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to US07/843,719 priority patent/US5315433A/en
Publication of JPH04330425A publication Critical patent/JPH04330425A/en
Priority to US08/208,139 priority patent/US5432807A/en
Priority to US08/417,673 priority patent/US5588014A/en
Priority to US08/665,916 priority patent/US5652757A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain the small-sized, inexpensive light wavelength conversion device which can obtain the largest 2nd harmonic output as to a light wavelength conversion device which projects a 2nd higher harmonic by making the basic wave incident on crystal of a nonlinear optical material and matching the phase of the basic wave with a type II. CONSTITUTION:Two crystal blocks 10 and 10' which are made of the same material and same length each other are used as the crystal of the nonlinear material and arranged so that the equal optical axes (e.g. Z axis) deviate from each other by 90 deg..

Description

【発明の詳細な説明】 【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。 【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
。 【0003】また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◆【000
4】 【数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、 【0006】 【数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、【0008】 【数3】 【0009】 【数4】 【0010】上記(数3)および(数4)の解が位相整
合条件となる。 B1 =−kX 2 (b1 +c1 )−kY 2 
(a1 +c1 )−kZ 2 (a1 +b1 ) C1 =  kX 2 b1 c1 +kY 2 a1
 c1 +kZ 2a1 b1  B2 =−kX 2 (b2 +c2 )−kY 2 
(a2 +c2 )−kZ 2 (a2 +b2 ) C2 =  kX 2 b2 c2 +kY 2 a2
 c2 +kZ 2a2 b2  【0011】 【数5】 【0012】とおいたとき(数3)および(数4)式の
解は、 【0013】 【数6】 【0014】 【数7】 【0015】(複号はi=1のとき+、i=2のとき−
)となる。 【0016】ここで、◆ 【0017】 【数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、◆ 【0019】 【数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。 【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◆ 【0022】 【数10】 【0023】つまりZ軸方向の偏光成分が感じる屈折率
と、◆ 【0024】 【数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。 【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。 【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。 【0028】 【数12】 【0029】この位相差Δが生じると、第2高調波出力
の周期的変動という現象が生じる。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。 【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。 【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。 【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。 【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。 【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、同一の非線形光学材料の結晶を2つ用いるもの
であり、それらを互いに長さが等しいものとした上で、
それらの相等しい光学軸が互いに90°ずれる向きに配
置して使用することを特徴とするものである。 【0035】 【作用】上記両結晶の向きを前記図5の例に即して示す
と、図1のようになる。つまり、1つの結晶10と、そ
れと同じ長さLの結晶10’とが、例えばZ軸どうしが
互いに90°ずれる形で配置される。このようになって
いると、結晶10における位相差Δは、◆ 【0036】 【数13】 【0037】であり、他方の結晶10’における位相差
Δ’は、 【0038】 【数14】 【0039】となるから、結晶10および10’による
位相差は結局Δ+Δ’=0となる。 【0040】なお、2つの結晶10および10’の長さ
Lが互いに若干異なっていたとしても、位相差(Δ+Δ
’)は0に近付くから、第2高調波の温度に対する出力
変動の周期が非常に長くなり、よってその場合でも最大
に近い第2高調波出力を得ることが可能となる。 【0041】 【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2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を集束させる集光レンズ15と、ネオジウム(N
d)がドーピングされた固体レーザーロッドであるYV
O4 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17と、共振器17とN
d:YVO4 ロッド16との間に配されたKTP結晶
10、10’とからなる。以上述べた各要素10〜17
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。 【0042】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。 【0043】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。一方共振器17のKTP結晶10、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。 【0044】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、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17からは
、ほぼ第2高調波12のみが取り出される。 【0045】なお図1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(KTP結晶10’も同様)、
そして矢印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°の角度をなすように配されている。 そしてもう1つのKTP結晶10’は、そのZ軸がKT
P結晶10のZ軸と90°ずれる向きに配されている。 またKTP結晶10’の結晶長Lは、KTP結晶10の
結晶長Lと等しくされている。 【0046】レーザービーム11に対してこのようにK
TP結晶10、10’を配することにより、基本波とし
てのレーザービーム11と第2高調波12との間でタイ
プIIの位相整合が取られる。またKTP結晶10とK
TP結晶10’とを互いに上記のように配することによ
り、それぞれによりレーザービーム11に生じる位相差
ΔとΔ’とが相殺され、最大出力の第2高調波12を得
ることが可能となる。 この理由は先に詳しく述べた通りである。 【0047】なおKTP結晶10と10’の結晶長Lを
厳密に等しくするためには、例えば図8の(1) に示
すようにまず両結晶を貼り合わせ、次いで貼り合せ面の
上下の2面10a、10bを互いに正確に平行となるよ
うに(例えば平行度誤差10〜20秒以内)研磨した後
、両結晶10、10’を分離して、同図(2) に示す
ように研磨面どうしが密着した状態に両結晶10、10
’を固着させればよい。 【0048】さらには図9の(1) に示すように1つ
のKTP結晶10Aの2面10a、10bを上記と同様
に平行に研磨し、次いで両研磨面10a、10bを通る
面10Bで該結晶10Aを切断して2つのKTP結晶1
0、10’を得、次いで同図(2) に示すように研磨
面どうしが密着する状態に両結晶10、10’を固着さ
せればよい。 【0049】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。この実施例の光波長変換装置も、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。この実施例において、Nd:YVO4 
ロッド16とKTP結晶10、10’は銅等からなるヒ
ートシンク20上に固定され、このヒートシンク20は
、ペルチェ素子等からなるTEクーラー21上に固定さ
れている。そして該TEクーラー21が図示しない駆動
回路によって駆動されて、Nd:YVO4 ロッド16
とKTP結晶10、10’が常時所定温度に保たれるよ
うになっている。 【0050】フェーズドアレイレーザー14は、Nd:
YVO4 ロッド16の一端面16aに密着させるとと
もに、ヒートシンク20上に密着固定されている。この
フェーズドアレイレーザー14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。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 =1064nmのレーザービーム11を
発する。 【0051】Nd:YVO4 ロッド16の一端面16
aには、波長1064nmのレーザービーム11は良好
に反射させ、波長809 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コーティング22が施さ
れている。一方KTP結晶10’の一端面10cには、
波長1064nmのレーザービーム11は良好に反射さ
せ、そして波長532 nmの第2高調波12は良好に
透過させるコーティング23が施されている。 【0052】またNd:YVO4 ロッド16の他端面
16bには、レーザービーム11を良好に透過させ、ポ
ンピング用レーザービーム13および第2高調波12は
良好に反射させるコーティング24が施されている。 【0053】したがって波長1064nmのレーザービ
ーム11は、上記の各面16a、10c間に閉じ込めら
れて、レーザー発振を引き起こす。このレーザービーム
11はKTP結晶10、10’に入射して、波長λ3 
=532 nmの第2高調波12に波長変換される。K
TP結晶10’の一端面10cには、前述した通りのコ
ーティング23が施されているから、この第2高調波1
2は効率良くKTP結晶10’から出射する。 【0054】この実施例においても2つのKTP結晶1
0、10’は、長さが互いに等しくて、かつ相等しい光
学軸が互いに90°ずれる向きに配されている。したが
ってこの場合も、第1実施例におけるのと同様、最大出
力の第2高調波12を得ることが可能となる。 【0055】なお、以上説明した2つの実施例では、K
TP結晶10、10’に直線偏光した基本波を入射させ
るようにしているが、本発明は無偏光の基本波を第2高
調波に波長変換する光波長変換装置に対しても適用可能
であり、そして同様の効果を奏するものである。また本
発明は、KTP以外の非線形光学材料の結晶を用いる光
波長変換装置に対しても、同様に適用可能である。 【0056】 【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2つ組み合わせて
用い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、2つの
非線形光学材料の結晶を互いに同じ長さに形成すればよ
いものであり、こ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。
Detailed Description of the Invention [0001] [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] 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] Also, J. Appl. Phys. Vol.
.. 55, p65 (1984) by Yao et al.
The contents regarding the phase matching method of KTP, which is an axial crystal, are described in detail. 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 refractive index of the crystal for the fundamental wave and the second harmonic when incident at any angle is ◆000
4] [Equation 1] [0005], and the optical axis X of the fundamental wave and the second harmonic
The refractive index of the crystal for polarized light components in the , Y, and Z directions is expressed as follows. Next, kX = sin θ・cos φ kY = sin θ・sin φ kZ = cos θ
Then, ##EQU3## The solutions of the above (Equation 3) and (Equation 4) become the phase matching condition. B1 =-kX 2 (b1 +c1)-kY 2
(a1 + c1 ) - kZ 2 (a1 + b1 ) C1 = kX 2 b1 c1 + kY 2 a1
c1 +kZ 2a1 b1 B2 =-kX 2 (b2 +c2)-kY 2
(a2 + c2 ) - kZ 2 (a2 + b2 ) C2 = kX 2 b2 c2 + kY 2 a2
c2 +kZ 2a2 b2 [0011] [Formula 5] [0012] The solutions of equations (3) and (4) are as follows. The sign is + when i=1 and - when i=2.
). [0016] Here, when the condition ◆ [0017] [Equation 8] is satisfied, the fundamental wave and the second
Phase matching is achieved with the harmonics, which is referred to as type I phase matching. Also, when the condition ◆ [Equation 9] is satisfied, phase matching is achieved between the fundamental wave and the second harmonic, and this is generally referred to as type II phase matching. ing. 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 the harmonic wave 12, the fundamental wave 11 is: ◆ [Equation 10] In other words, the refractive index felt by the polarized light component in the Z-axis direction, and ◆ [Equation 11] In other words, the progress of the light Both the direction and the refractive index felt by the polarized light component in the Y' direction perpendicular to the Z axis are felt. 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. 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. ##EQU12## When this phase difference Δ occurs, a phenomenon of periodic fluctuation of the second harmonic output occurs. There are two types of dependence: one is temperature dependence, as shown in FIG. 6, which is derived from the temperature dependence of each parameter in the above equation, and the other is crystal length dependence, as shown in FIG. 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. Problem to be Solved by the Invention However, by setting the crystal length arbitrarily and controlling the crystal temperature, 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. 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. 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. [Means for Solving the Problems] The optical wavelength conversion device according to the present invention uses two crystals of the same nonlinear optical material, and after making them equal in length,
It is characterized in that the optical axes thereof are arranged in directions shifted by 90° from each other. [Operation] When the orientations of both the crystals are shown in accordance with the example of FIG. 5, they are as shown in FIG. That is, one crystal 10 and a crystal 10' having the same length L are arranged such that their Z axes are shifted by 90 degrees from each other, for example. In this case, the phase difference Δ in the crystal 10 is ◆ [Equation 13], and the phase difference Δ' in the other crystal 10' is as follows: [Equation 14] Therefore, the phase difference between the crystals 10 and 10' becomes Δ+Δ'=0. Note that even if the lengths L of the two crystals 10 and 10' are slightly different from each other, the phase difference (Δ+Δ
') approaches 0, the period of output fluctuation of the second harmonic with respect to temperature becomes very long, and even in that case, it is possible to obtain a second harmonic output close to the maximum. [Embodiments] The present invention will be explained in detail below based on embodiments shown in the drawings. FIG. 2 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 condensing lens 15 that focuses the laser beam 13 that is a diverging light, and a neodymium (N
d) is a doped solid state laser rod YV
O4 rod (hereinafter referred to as Nd:YVO4 rod) 16 and the front side of this Nd:YVO4 rod 16 (
resonator 17 arranged on the right side in the figure) and resonator 17 and N
d: YVO4 Consisting of KTP crystals 10 and 10' arranged between the rod 16. Each element 10 to 17 mentioned above
are 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). 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. 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). On the other hand, the surface 17a of the resonator 17 on the KTP crystal 10, 10' side is shaped to form part of a spherical surface, and the laser beam 11 with a wavelength of 1064 nm and the laser beam 13 with a wavelength of 809 nm are well reflected on that surface. ,
A coating 19 is applied that allows a second harmonic wave 12 having a wavelength of 532 nm, which will be described later, to be transmitted satisfactorily. Therefore, the laser beam 11 with a wavelength of 1064 nm is confined between the surfaces 16a and 17a, causing laser oscillation. This laser beam 11 is incident on KTP crystals 10 and 10', which are nonlinear optical materials, and the wavelength becomes 1/1.
The wavelength is converted to the second harmonic 12 of 2 or 532 nm. Since the surface 17a of the resonator 17 is coated with the coating 19 as described above, almost only the second harmonic 12 is extracted from the resonator 17. As shown in detail in FIG. 1, the KTP crystal 10, which is a biaxial crystal, is cut with the YZ plane rotated by 24 degrees around the Z axis (the same goes for the KTP crystal 10').
The linear polarization direction of the laser beam 11 indicated by the arrow P and the Z axis are arranged at an angle of 45°. And the other KTP crystal 10' has its Z axis KT
It is arranged in a direction shifted by 90 degrees from the Z axis of the P crystal 10. Further, the crystal length L of the KTP crystal 10' is made equal to the crystal length L of the KTP crystal 10. For the laser beam 11, K
By arranging the TP crystals 10 and 10', type II phase matching is achieved between the laser beam 11 as the fundamental wave and the second harmonic 12. Also KTP crystal 10 and K
By arranging the TP crystals 10' as described above, the phase differences Δ and Δ' generated in the laser beam 11 are canceled out, making it possible to obtain the second harmonic 12 with the maximum output. The reason for this is as described in detail above. In order to make the crystal lengths L of the KTP crystals 10 and 10' exactly equal, for example, as shown in FIG. After polishing the crystals 10a and 10b so that they are exactly parallel to each other (for example, within a parallelism error of 10 to 20 seconds), the two crystals 10 and 10' are separated and the polished surfaces are aligned as shown in Figure (2). Both crystals 10, 10 are in close contact with each other.
' should be fixed. Furthermore, as shown in FIG. 9(1), the two surfaces 10a and 10b of one KTP crystal 10A are polished in parallel in the same manner as above, and then the crystal is polished on the surface 10B passing through both polished surfaces 10a and 10b. Cut 10A into two KTP crystals 1
0 and 10' are obtained, and then both crystals 10 and 10' are fixed so that the polished surfaces are in close contact with each other as shown in FIG. 2 (2). Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The optical wavelength conversion device of this embodiment is also incorporated into a laser diode pumped solid-state laser. In this example, Nd:YVO4
The rod 16 and the KTP crystals 10, 10' are fixed on a heat sink 20 made of copper or the like, and this heat sink 20 is fixed on a TE cooler 21 made of a Peltier element or the like. Then, the TE cooler 21 is driven by a drive circuit (not shown), and the Nd:YVO4 rod 16
and KTP crystals 10, 10' are always maintained at a predetermined temperature. The phased array laser 14 is made of Nd:
It is brought into close contact with one end surface 16a of the YVO4 rod 16, and is also tightly fixed on the heat sink 20. This phased array laser 14 has a wavelength λ1 =809
A device that emits a laser beam 13 of nm wavelength is used. The Nd:YVO4 rod 16 emits a laser beam 11 with a wavelength λ2 = 1064 nm when the neodymium atoms are excited by the laser beam 13. [0051] Nd: YVO4 One end surface 16 of the rod 16
A is provided with a coating 22 that allows the laser beam 11 with a wavelength of 1064 nm to be well reflected and the pumping laser beam 13 with a wavelength of 809 nm to be well transmitted. On the other hand, on one end surface 10c of the KTP crystal 10',
A coating 23 is applied which provides good reflection of the laser beam 11 with a wavelength of 1064 nm and good transmission of the second harmonic 12 with a wavelength of 532 nm. Further, the other end surface 16b of the Nd:YVO4 rod 16 is provided with a coating 24 that allows the laser beam 11 to pass through it well and reflects the pumping laser beam 13 and the second harmonic 12 well. Therefore, the laser beam 11 with a wavelength of 1064 nm is confined between the surfaces 16a and 10c, causing laser oscillation. This laser beam 11 is incident on the KTP crystals 10, 10' and has a wavelength of λ3.
The wavelength is converted to the second harmonic 12 of =532 nm. K
Since the coating 23 as described above is applied to one end surface 10c of the TP crystal 10', this second harmonic 1
2 is efficiently emitted from the KTP crystal 10'. In this example as well, two KTP crystals 1
0 and 10' have the same length and are arranged with the same optical axes deviating from each other by 90°. Therefore, in this case as well, it is possible to obtain the second harmonic 12 with the maximum output, as in the first embodiment. Note that in the two embodiments described above, K
Although a linearly polarized fundamental wave is made incident on the TP crystals 10 and 10', the present invention can also be applied to an optical wavelength conversion device that converts an unpolarized fundamental wave into a second harmonic. , and has the same effect. Furthermore, the present invention is similarly applicable to optical wavelength conversion devices that use crystals of nonlinear optical materials other than KTP. Effects of the Invention As explained in detail above, the optical wavelength conversion device of the present invention can obtain the second harmonic of maximum intensity with a simple configuration using a combination of two crystals of nonlinear optical materials. It becomes. 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, in the device of the present invention, it is only necessary to form the crystals of two nonlinear optical materials to have the same length, and there is no need to set the length of the crystals to a strictly predetermined value. There is no need for measurement or adjustment, and from this point of view it can be formed at low cost.

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

【図1】本発明の第1実施例装置における、2つの非線
形光学材料の結晶の配置関係を示す斜視図
FIG. 1 is a perspective view showing the arrangement relationship of crystals of two nonlinear optical materials in a device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記
第1実施例装置の側面図
[Fig. 2] Side view 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】第2高調波出力の周
期的変動を説明するための概略図
[Figure 5] Schematic diagram for explaining periodic fluctuations in second harmonic output

【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】本発明に用いられる非線形光学材料結晶の作製
方法を示す概略図
[Fig. 8] Schematic diagram showing a method for producing a nonlinear optical material crystal used in the present invention

【図9】本発明に用いられる非線形光学材料結晶の作製
方法の別の例を示す概略図
FIG. 9 is a schematic diagram showing another example of the method for producing the nonlinear optical material crystal used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、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
10, 10' KTP crystal 11 Laser beam (fundamental wave) 12 2nd harmonic 16 Nd:YVO4 rod

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
として、長さが互いに等しくて、かつ相等しい光学軸が
互いに90°ずれる向きに配された、同一材料の2つの
結晶が用いられている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, two crystals made of the same material are used as the crystals, the lengths of which are equal to each other, and the same optical axes are arranged in directions shifted by 90 degrees from each other. An optical wavelength conversion device characterized by:
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CN1332262C (en) * 2003-05-26 2007-08-15 三菱电机株式会社 Wavelength conversion method, wavelength conversion laser, and laser beam machining apparatus

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