JPH05119364A - Ｉｉ型位相整合におけるポインテイング・ベクトル分離の補償 - Google Patents
Ｉｉ型位相整合におけるポインテイング・ベクトル分離の補償Info
- Publication number
- JPH05119364A JPH05119364A JP4088088A JP8808892A JPH05119364A JP H05119364 A JPH05119364 A JP H05119364A JP 4088088 A JP4088088 A JP 4088088A JP 8808892 A JP8808892 A JP 8808892A JP H05119364 A JPH05119364 A JP H05119364A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- angle
- phase matching
- incidence
- crystal
- axis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
- H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3542—Multipass arrangements, i.e. arrangements to make light pass multiple times through the same element, e.g. using an enhancement cavity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
レーザ・ビームに関連する非線形相互作用のための装置
及び方法。 【目的】共振環幾何学配置と共に単一通路幾何学配置に
おいてもII型位相整合の変換効率を相互作用倍加に関し
て改善することができる。これに加えて、加減周波数発
生のような他の非線形相互作用をも改善することができ
る。また、位相整合を必要とする、非線形相互作用とは
無関係な複屈折結晶を通るビームの伝送の特性を改善す
ることもできる。 【構成】ビームの２つの偏光状態に関連するポインティ
ング・ベクトル間の角度差を材料中で作り出すことので
きる形式の、入射面を具える複屈折結晶材料と、波ベク
トルの角度差によってポインティング・ベクトルの角度
差を補償するように入射角を選択して、入射面で生じる
屈折効果によって２つの偏光状態に関連する該波ベクト
ルの角度差を作り出すように、入射面に関して傾斜入射
角で該ビームを材料に入射するための装置であって、材
料の結晶軸が入射面に関して位相整合の要件を実質的に
満足すべく配向されている装置とから成る。
及び方法。 【目的】共振環幾何学配置と共に単一通路幾何学配置に
おいてもII型位相整合の変換効率を相互作用倍加に関し
て改善することができる。これに加えて、加減周波数発
生のような他の非線形相互作用をも改善することができ
る。また、位相整合を必要とする、非線形相互作用とは
無関係な複屈折結晶を通るビームの伝送の特性を改善す
ることもできる。 【構成】ビームの２つの偏光状態に関連するポインティ
ング・ベクトル間の角度差を材料中で作り出すことので
きる形式の、入射面を具える複屈折結晶材料と、波ベク
トルの角度差によってポインティング・ベクトルの角度
差を補償するように入射角を選択して、入射面で生じる
屈折効果によって２つの偏光状態に関連する該波ベクト
ルの角度差を作り出すように、入射面に関して傾斜入射
角で該ビームを材料に入射するための装置であって、材
料の結晶軸が入射面に関して位相整合の要件を実質的に
満足すべく配向されている装置とから成る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はポインティング・ベクト
ル分離効果を補償することによって、ＫＴＰにおけるよ
うなII型位相整合の効率を改良することに関する。
ル分離効果を補償することによって、ＫＴＰにおけるよ
うなII型位相整合の効率を改良することに関する。
【０００２】
【従来の技術】種々の複屈折結晶を用いて入射レーザ・
ビームの周波数を倍加できることは周知である。効率的
な周波数変換のためには、位相整合の条件が満足されな
ければならない。位相整合の条件を達成する方法に基づ
いて、第２次高調波の相互作用はＩ型とII型とに類別さ
れる。Ｉ型位相整合において、入射する基本波ビーム
は、線形に偏光され、倍加の効率を最大化するために１
つの偏光固有状態のみを励起するように構成される。こ
れと対照的に、II型位相整合において効率を最大化する
ためには、入射する基本波ビームは両方の結晶偏光固有
状態を均等に励起するように構成される。これは、線形
又は楕円偏波光を適切にに配向するか、若しくは円偏波
光を用いることによって達成できる。
ビームの周波数を倍加できることは周知である。効率的
な周波数変換のためには、位相整合の条件が満足されな
ければならない。位相整合の条件を達成する方法に基づ
いて、第２次高調波の相互作用はＩ型とII型とに類別さ
れる。Ｉ型位相整合において、入射する基本波ビーム
は、線形に偏光され、倍加の効率を最大化するために１
つの偏光固有状態のみを励起するように構成される。こ
れと対照的に、II型位相整合において効率を最大化する
ためには、入射する基本波ビームは両方の結晶偏光固有
状態を均等に励起するように構成される。これは、線形
又は楕円偏波光を適切にに配向するか、若しくは円偏波
光を用いることによって達成できる。
【０００３】
【従来の技術】典型的なＩ型位相整合に関しては、基本
波及び第２次高調波ビームの波ベクトルは共線である。
基本波ビームによって１つの偏光固有状態が励起され、
第２次高調波ビームは直角偏光固有状態の中で発生され
る。典型的なII型位相整合においては、総ての波ベクト
ルは共線であるが、しかしここでは、２つの励起された
偏光固有状態（添え字１及び２で表される）と、これら
の偏光固有状態の１つにおいて発生される第２次高調波
ビームとが存在するので、状況は一層複雑である。
波及び第２次高調波ビームの波ベクトルは共線である。
基本波ビームによって１つの偏光固有状態が励起され、
第２次高調波ビームは直角偏光固有状態の中で発生され
る。典型的なII型位相整合においては、総ての波ベクト
ルは共線であるが、しかしここでは、２つの励起された
偏光固有状態（添え字１及び２で表される）と、これら
の偏光固有状態の１つにおいて発生される第２次高調波
ビームとが存在するので、状況は一層複雑である。
【０００４】Ｉ型とII型非線形相互作用の何れに関して
も効率的に第２次高調波を発生させるためには、位相整
合の条件が満足されなければならない。II型位相整合の
位相整合条件は、数学的に以下のように表現される。す
なわち、ｋ１，２ （ω）が直角偏光入射ビームを指示
し、ｋ１，２ （２ω）が第２次高調波ビームの波ベクト
ルを指示するとして、 ｋ１ （ω）＋ｋ２ （ω）＝ｋ１ （２ω）又はｋ２ （２ω） （１） 表現上簡潔にするために、以下の考察においては基本波
ビームを指示する際に（ω）の上付き文字を省略する。
第２次高調波ビーム（１又は２）の偏光状態は、結晶の
複屈折の方向に依存する。
も効率的に第２次高調波を発生させるためには、位相整
合の条件が満足されなければならない。II型位相整合の
位相整合条件は、数学的に以下のように表現される。す
なわち、ｋ１，２ （ω）が直角偏光入射ビームを指示
し、ｋ１，２ （２ω）が第２次高調波ビームの波ベクト
ルを指示するとして、 ｋ１ （ω）＋ｋ２ （ω）＝ｋ１ （２ω）又はｋ２ （２ω） （１） 表現上簡潔にするために、以下の考察においては基本波
ビームを指示する際に（ω）の上付き文字を省略する。
第２次高調波ビーム（１又は２）の偏光状態は、結晶の
複屈折の方向に依存する。
【０００５】典型的には上記の表現において総ての波ベ
クトルは共線であるが、しかし、各ビームに関連する流
れの方向（ポインティング・ベクトル ｓ）は波ベクト
ルｋに対して一般的に共線ではない。更に、もしビーム
の進行の方向が結晶の光軸に対して平行でないならば、
ポインティング・ベクトル、すなわちｓの方向は波ベク
トルｋと異なる。これら２つのベクトルの間の分離(wal
k-off)角ρは、Ｄを変位ベクトル、Ｅをビームの電界ベ
クトルとして、 ρ＝ａｒｃｔａｎ｜Ｄ×Ｅ／（Ｄ・Ｅ）｜ （２） と定義される。結晶の複屈折及び分散のために、屈折指
数は各ビームに関して異なり、その結果、各ビームは違
った形で伝搬される。したがって、各ポインティング・
ベクトルに関する分離角ρは、一般に異なった大きさと
異なった方向を有する。
クトルは共線であるが、しかし、各ビームに関連する流
れの方向（ポインティング・ベクトル ｓ）は波ベクト
ルｋに対して一般的に共線ではない。更に、もしビーム
の進行の方向が結晶の光軸に対して平行でないならば、
ポインティング・ベクトル、すなわちｓの方向は波ベク
トルｋと異なる。これら２つのベクトルの間の分離(wal
k-off)角ρは、Ｄを変位ベクトル、Ｅをビームの電界ベ
クトルとして、 ρ＝ａｒｃｔａｎ｜Ｄ×Ｅ／（Ｄ・Ｅ）｜ （２） と定義される。結晶の複屈折及び分散のために、屈折指
数は各ビームに関して異なり、その結果、各ビームは違
った形で伝搬される。したがって、各ポインティング・
ベクトルに関する分離角ρは、一般に異なった大きさと
異なった方向を有する。
【０００６】この現象は１図に示されている。１図にお
いて、ブロック１０はII型位相整合のために配向された
結晶を表している。入射ビームは入射面に対して垂直に
結晶に入射する。直角変位電界ベクトルＤ１及びＤ２に
関連する波ベクトルｋ１及びｋ２は、入射する基本ビー
ムに対して共線で進む。しかし、２つのポインティング
・ベクトルｓ１及びｓ２の各々は、関連する波ベクトル
に対してそれぞれ角度ρ１及びρ２だけ分離されてい
る。基本波長の光エネルギが結晶から出る時、これらの
２つのポインティング・ベクトルは平行になってはいる
が距離ｄだけ分離されている。ビームのパワーの進行の
実際の方向はこれらのポインティング・ベクトルによっ
て決定されるが、ビームの位相正面に対して直角な方向
はこれらの波ベクトルによって表されることを記憶して
置くべきであろう。
いて、ブロック１０はII型位相整合のために配向された
結晶を表している。入射ビームは入射面に対して垂直に
結晶に入射する。直角変位電界ベクトルＤ１及びＤ２に
関連する波ベクトルｋ１及びｋ２は、入射する基本ビー
ムに対して共線で進む。しかし、２つのポインティング
・ベクトルｓ１及びｓ２の各々は、関連する波ベクトル
に対してそれぞれ角度ρ１及びρ２だけ分離されてい
る。基本波長の光エネルギが結晶から出る時、これらの
２つのポインティング・ベクトルは平行になってはいる
が距離ｄだけ分離されている。ビームのパワーの進行の
実際の方向はこれらのポインティング・ベクトルによっ
て決定されるが、ビームの位相正面に対して直角な方向
はこれらの波ベクトルによって表されることを記憶して
置くべきであろう。
【０００７】２図には、１０６４ｎｍの基本ビームに対
してII型位相整合に配向されたＫＴＰ結晶中で一般に発
生する当該問題が示されている。この場合、入射する基
本ビーム２２は、ポインティング・ベクトルｓ２に関連
する分離がないように、波ベクトルｋ２（偏光状態Ｄ２
と関連する）を結晶学的軸に整列させる方法で配向され
ている。しかし、Ｄ１偏光状態に関して屈折指数が異な
っているため、ｋ１波ベクトルとｓ１ポインティング・
ベクトルとの間に非０の分離角ρが存在する。ここで発
生された第２高調波は添字１の偏光状態にあり、またこ
れらの２つの基本ベクトルと共線である関連する波ベク
トルからの分離をも生じる。先行の論文では、第２高調
波ｋ１ （２ω）及びｓ１ ２ω）ベクトルとの間の分離を
この非線形相互作用としてしばしば指示している。しか
し、上で論じたように、この相互作用に関係するこれら
３つのビームの２つが分離を生じるので、この状態は実
際には一層複雑である。このエネルギの流れがＫＴＰ結
晶から出ると、２つのポインティング・ベクトル（ｓ１
及びｓ２）はもう一度平行になるが、距離ｄだけ分離さ
れている。２つの基本ビームのポインティング・ベクト
ルの１つのみが関連する波ベクトルからの分離を生じる
状態を参照して本発明を叙述するが、本発明は１図に示
されている更に一般的な状態に対しても等しく適用可能
である。
してII型位相整合に配向されたＫＴＰ結晶中で一般に発
生する当該問題が示されている。この場合、入射する基
本ビーム２２は、ポインティング・ベクトルｓ２に関連
する分離がないように、波ベクトルｋ２（偏光状態Ｄ２
と関連する）を結晶学的軸に整列させる方法で配向され
ている。しかし、Ｄ１偏光状態に関して屈折指数が異な
っているため、ｋ１波ベクトルとｓ１ポインティング・
ベクトルとの間に非０の分離角ρが存在する。ここで発
生された第２高調波は添字１の偏光状態にあり、またこ
れらの２つの基本ベクトルと共線である関連する波ベク
トルからの分離をも生じる。先行の論文では、第２高調
波ｋ１ （２ω）及びｓ１ ２ω）ベクトルとの間の分離を
この非線形相互作用としてしばしば指示している。しか
し、上で論じたように、この相互作用に関係するこれら
３つのビームの２つが分離を生じるので、この状態は実
際には一層複雑である。このエネルギの流れがＫＴＰ結
晶から出ると、２つのポインティング・ベクトル（ｓ１
及びｓ２）はもう一度平行になるが、距離ｄだけ分離さ
れている。２つの基本ビームのポインティング・ベクト
ルの１つのみが関連する波ベクトルからの分離を生じる
状態を参照して本発明を叙述するが、本発明は１図に示
されている更に一般的な状態に対しても等しく適用可能
である。
【０００８】ＫＴＰにおけるポインティング・ベクトル
の分離効果は周知であり、これを計算することもでき
る。例えば、１０６４ｎｍの光に関してビームが２３．
３２°の最適位相整合角度に沿って方向付けされている
ＫＴＰ結晶中では、ｋ１とｓ１との間の分離角ρは約
０．２°となる。結晶の長さを５ｍｍであると仮定し、
ｓ２が分離を受けないことを思い起こすと、間隔ｄ、又
は結晶を出ていく際のベクトル間の分離は、約１７μｍ
になる。第２高調波ビームに関しては、結晶の分散のた
めにｋ１ （２ω）とｓ１ （２ω）との間の分離はやや異
なり、約０．２６°となる。
の分離効果は周知であり、これを計算することもでき
る。例えば、１０６４ｎｍの光に関してビームが２３．
３２°の最適位相整合角度に沿って方向付けされている
ＫＴＰ結晶中では、ｋ１とｓ１との間の分離角ρは約
０．２°となる。結晶の長さを５ｍｍであると仮定し、
ｓ２が分離を受けないことを思い起こすと、間隔ｄ、又
は結晶を出ていく際のベクトル間の分離は、約１７μｍ
になる。第２高調波ビームに関しては、結晶の分散のた
めにｋ１ （２ω）とｓ１ （２ω）との間の分離はやや異
なり、約０．２６°となる。
【０００９】総ての形式のポインティング・ベクトル分
離は、第２高調波の相互作用においては望ましくない。
直角偏光基本ビームのポインティング・ベクトル分離
は、寄生的な相互作用損失を生じ、倍加効果を減じるの
で、第２高調波の相互作用の発生においてとりわけ望ま
しくない。例えば、ダイオード・ポンプ型相互作用周波
数倍加系で用いられるＫＴＰ結晶内でのビームの半径は
約５０μｍである。ポインティング・ベクトル分離が１
７μｍであると仮定すると、著しいビームのひずみと偏
光状態の空間的変化が生じて効率の低下となることが分
かる。
離は、第２高調波の相互作用においては望ましくない。
直角偏光基本ビームのポインティング・ベクトル分離
は、寄生的な相互作用損失を生じ、倍加効果を減じるの
で、第２高調波の相互作用の発生においてとりわけ望ま
しくない。例えば、ダイオード・ポンプ型相互作用周波
数倍加系で用いられるＫＴＰ結晶内でのビームの半径は
約５０μｍである。ポインティング・ベクトル分離が１
７μｍであると仮定すると、著しいビームのひずみと偏
光状態の空間的変化が生じて効率の低下となることが分
かる。
【００１０】先行技術の実施者は２つの方法でこの問題
に取り組んでいる。その第１では、結晶の長さを比較的
小さく維持して結晶を出る際のベクトル間の距離ｄを最
小化した。不具合なことに、倍加効果は結晶の長さに関
係するので、この方法では高い効率を得ることが妨げら
れる。
に取り組んでいる。その第１では、結晶の長さを比較的
小さく維持して結晶を出る際のベクトル間の距離ｄを最
小化した。不具合なことに、倍加効果は結晶の長さに関
係するので、この方法では高い効率を得ることが妨げら
れる。
【００１１】分離効果を最小化するもう１つの方法は、
ひずみ効果を最小化するようにビームの直径を大きくす
ることである。この後者の方法では、所与のパワーに対
して、結晶中のスポット・サイズが増大すると倍加効果
は低下するので、この後者の方法にもまた不利がある。
したがって、倍加効果を低下させることなくポインティ
ング・ベクトル分離の効果を最小化する方法を見付け出
すことが望まれよう。
ひずみ効果を最小化するようにビームの直径を大きくす
ることである。この後者の方法では、所与のパワーに対
して、結晶中のスポット・サイズが増大すると倍加効果
は低下するので、この後者の方法にもまた不利がある。
したがって、倍加効果を低下させることなくポインティ
ング・ベクトル分離の効果を最小化する方法を見付け出
すことが望まれよう。
【００１２】もう１つの周知の現象は、傾斜入射角でビ
ームが材料の入射面に入る際に生じる偏光効果である。
特に光ビームの波ベクトルｋは、入射角及び偏光角とを
境界面のいずれかにおける材料の屈折指数に関連ずける
スネルの法則に従って、入射通路から屈折する。
ームが材料の入射面に入る際に生じる偏光効果である。
特に光ビームの波ベクトルｋは、入射角及び偏光角とを
境界面のいずれかにおける材料の屈折指数に関連ずける
スネルの法則に従って、入射通路から屈折する。
【００１３】上で述べたように、複屈折結晶の場合に
は、これらの２つの偏光状態に関する屈折指数は異な
る。したがって、もし入射する基本ビームが傾斜入射角
で結晶に入射するならば、これらの２つの偏光状態に関
連する波ベクトル（ｋ１及びｋ２）は異なった値で屈折
する。この効果の大きさは、結晶軸に対する境界面の配
向と入射光の入射角とによって支配される。先行の論文
では、この効果は複屈折であると時に指示されている。
不具合なことに、この複屈折という術語は、前記論文中
でポインティング・ベクトル分離と、これらの２つの明
らかな物理的効果の組み合わせとを参照することに用い
られてもいた。したがって、当出願においては明確化の
ために、当該効果を波ベクトル複屈折と呼ぶことにす
る。
は、これらの２つの偏光状態に関する屈折指数は異な
る。したがって、もし入射する基本ビームが傾斜入射角
で結晶に入射するならば、これらの２つの偏光状態に関
連する波ベクトル（ｋ１及びｋ２）は異なった値で屈折
する。この効果の大きさは、結晶軸に対する境界面の配
向と入射光の入射角とによって支配される。先行の論文
では、この効果は複屈折であると時に指示されている。
不具合なことに、この複屈折という術語は、前記論文中
でポインティング・ベクトル分離と、これらの２つの明
らかな物理的効果の組み合わせとを参照することに用い
られてもいた。したがって、当出願においては明確化の
ために、当該効果を波ベクトル複屈折と呼ぶことにす
る。
【００１４】３図では、この波ベクトル複屈折が説明さ
れている。３図においては、ポインティング・ベクトル
は説明されていない。ここで分かるように、光の基本ビ
ーム２４は結晶１０に傾斜入射角Θで入射する。２つの
波ベクトル、ｋ１及びｋ２は異なる量で屈折し、この差
を中間の角度δとして表すことができる。これらの２つ
の偏光状態に関連するこの差の量の大きさは、Θを入射
角度、ｎ１をＤ１に偏位した電界ベクトルに関する屈折
指数、ｎ２をＤ２に偏位した電界ベクトルに関する屈折
指数、周囲の媒体（空気）の屈折指数を１として、以下
の数式、すなわち、 δ＝ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎΘ／ｎ１）− ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎΘ／ｎ２） （３） で表される。以下で論じるように、結晶の軸と共に、ビ
ームの入射角度を入射面に関して適正に構成することに
よって、波ベクトル複屈折を用いてポインティング・ベ
クトルの分離を補償することができる。
れている。３図においては、ポインティング・ベクトル
は説明されていない。ここで分かるように、光の基本ビ
ーム２４は結晶１０に傾斜入射角Θで入射する。２つの
波ベクトル、ｋ１及びｋ２は異なる量で屈折し、この差
を中間の角度δとして表すことができる。これらの２つ
の偏光状態に関連するこの差の量の大きさは、Θを入射
角度、ｎ１をＤ１に偏位した電界ベクトルに関する屈折
指数、ｎ２をＤ２に偏位した電界ベクトルに関する屈折
指数、周囲の媒体（空気）の屈折指数を１として、以下
の数式、すなわち、 δ＝ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎΘ／ｎ１）− ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎΘ／ｎ２） （３） で表される。以下で論じるように、結晶の軸と共に、ビ
ームの入射角度を入射面に関して適正に構成することに
よって、波ベクトル複屈折を用いてポインティング・ベ
クトルの分離を補償することができる。
【００１５】先行技術においては、結晶の理想的な位相
整合を決定するに際して多大な努力が為されてきた。特
に、一定の方位があり、この方位によって位相整合条件
が満足される。一般的に、これらの方位の１つには最大
の効果を有する非線形係数が具っており、この方位は、
入射ビームをそれに沿って通過させて結晶の倍加効率が
最適化される方向である。上で述べたように、II型位相
整合に最も普遍的に用いられるＫＴＰにおいて、共線的
な波ベクトルを用いて１０６４ｎｍの光を倍加するため
の最適位相整合角度は、ｘ軸から２３．３２°、ｙ軸か
ら９０°である。
整合を決定するに際して多大な努力が為されてきた。特
に、一定の方位があり、この方位によって位相整合条件
が満足される。一般的に、これらの方位の１つには最大
の効果を有する非線形係数が具っており、この方位は、
入射ビームをそれに沿って通過させて結晶の倍加効率が
最適化される方向である。上で述べたように、II型位相
整合に最も普遍的に用いられるＫＴＰにおいて、共線的
な波ベクトルを用いて１０６４ｎｍの光を倍加するため
の最適位相整合角度は、ｘ軸から２３．３２°、ｙ軸か
ら９０°である。
【００１６】先行技術の倍加系においては、入射面への
法線によってｘ軸から２３．３２°、ｚ軸から９０°の
角度が形成されるように結晶を製作していた。入射ビー
ムは、適正な位相整合を確実に達成すべく、結晶の入射
面への法線に向けられる。この幾何学的配置において
は、波ベクトルの複屈折は存在しない。以下で分かるよ
うに、本発明では、入射ビームを或る傾斜入射角度で入
射面に向けて、ポインティング・ベクトルの分離効果の
補償にその後用いることのできる波ベクトルの複屈折効
果を生じさせる形に、この先行技術の幾何学的配置を変
更する。これに加えて、結晶中を進む屈折ビームに関し
て最適位相整合を生じさせるべく結晶軸を入射面に対し
て配向する。
法線によってｘ軸から２３．３２°、ｚ軸から９０°の
角度が形成されるように結晶を製作していた。入射ビー
ムは、適正な位相整合を確実に達成すべく、結晶の入射
面への法線に向けられる。この幾何学的配置において
は、波ベクトルの複屈折は存在しない。以下で分かるよ
うに、本発明では、入射ビームを或る傾斜入射角度で入
射面に向けて、ポインティング・ベクトルの分離効果の
補償にその後用いることのできる波ベクトルの複屈折効
果を生じさせる形に、この先行技術の幾何学的配置を変
更する。これに加えて、結晶中を進む屈折ビームに関し
て最適位相整合を生じさせるべく結晶軸を入射面に対し
て配向する。
【００１７】非線形光学相互作用についての更に完全な
形での背景情報に関しては、サンフランシスコのエズの
アカデミック１９７７年のＰ・Ｇ・ハーパーとＢ・Ｓ・
ウエアレットによる「非線形光学」の４７ページから１
６０ページ(Nonlinear Optics, P.G. Harper and B.S.
Wherett, Eds. San Francisco, CA: Academic, 1977pg
s. 48-160.) を参照されたい。
形での背景情報に関しては、サンフランシスコのエズの
アカデミック１９７７年のＰ・Ｇ・ハーパーとＢ・Ｓ・
ウエアレットによる「非線形光学」の４７ページから１
６０ページ(Nonlinear Optics, P.G. Harper and B.S.
Wherett, Eds. San Francisco, CA: Academic, 1977pg
s. 48-160.) を参照されたい。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明によって、II型位
相整合においてポインティング・ベクトル分離を補償す
るために用いられる新しい幾何学的配置が提案される。
上で述べたように、II型位相整合において倍加効率を最
大化するために、基本ビームは結晶内で典型的に結晶の
軸に整列していない最適角度に沿って方向付けられる。
したがって、パワーの流れの方向は、ポインティング・
ベクトルの分離のために両方の固有状態に関するパワー
の流れの方向とは一般的に同一ではない。
相整合においてポインティング・ベクトル分離を補償す
るために用いられる新しい幾何学的配置が提案される。
上で述べたように、II型位相整合において倍加効率を最
大化するために、基本ビームは結晶内で典型的に結晶の
軸に整列していない最適角度に沿って方向付けられる。
したがって、パワーの流れの方向は、ポインティング・
ベクトルの分離のために両方の固有状態に関するパワー
の流れの方向とは一般的に同一ではない。
【００１９】ポインティング・ベクトル間の角度は容易
に計算することができる。波ベクトルの方向に等価の角
度差を作り出すことによって、この効果を相殺すること
ができる。後者は、結晶入射面でのビームを特定の傾斜
入射角で入射させることによって達成される。この幾何
学的配置によって、結晶を貫通して伝搬する基本ビーム
は、結晶表面に対する法線と平行ではない一定の別の角
度（スネルの法則によって定められる）になる。したが
って、倍加効率を最大化するために、結晶の軸はまた、
最適位相整合角度が結晶中を進む基本波の放射軸と合致
するように整列もしていなければならない。実際には、
これは、最適位相整合角度は、結晶表面に対する法線と
は先行技術におけるようには整列しておらず、基本ビー
ムの軸の方向に基づく一定の固定量だけ結晶内でずらさ
れていることを意味する。
に計算することができる。波ベクトルの方向に等価の角
度差を作り出すことによって、この効果を相殺すること
ができる。後者は、結晶入射面でのビームを特定の傾斜
入射角で入射させることによって達成される。この幾何
学的配置によって、結晶を貫通して伝搬する基本ビーム
は、結晶表面に対する法線と平行ではない一定の別の角
度（スネルの法則によって定められる）になる。したが
って、倍加効率を最大化するために、結晶の軸はまた、
最適位相整合角度が結晶中を進む基本波の放射軸と合致
するように整列もしていなければならない。実際には、
これは、最適位相整合角度は、結晶表面に対する法線と
は先行技術におけるようには整列しておらず、基本ビー
ムの軸の方向に基づく一定の固定量だけ結晶内でずらさ
れていることを意味する。
【００２０】本発明のこの方法を用いて、共振環幾何学
配置と共に単一通路幾何学配置においてもII型位相整合
の変換効率を相互作用倍加に関して改善することができ
る。これに加えて、本発明のこの方法を用いて、和又は
差周波数発生のような他の非線形相互作用をも改善する
ことができる。本発明を用いてまた、位相整合を必要と
する、非線形相互作用とは無関係な、複屈折結晶を貫通
するビームの伝送の特性を改善することもできる。
配置と共に単一通路幾何学配置においてもII型位相整合
の変換効率を相互作用倍加に関して改善することができ
る。これに加えて、本発明のこの方法を用いて、和又は
差周波数発生のような他の非線形相互作用をも改善する
ことができる。本発明を用いてまた、位相整合を必要と
する、非線形相互作用とは無関係な、複屈折結晶を貫通
するビームの伝送の特性を改善することもできる。
【００２１】本発明の更に一層の目的及び利点は、以下
の図面と共に為される以下の詳細な叙述によって明白と
なろう。
の図面と共に為される以下の詳細な叙述によって明白と
なろう。
【００２２】
【実施例】４図を参照すると、II型位相整合用に製作さ
れ、配向された結晶３０が示されている。現在のとこ
ろ、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）がII型位相整合第２高調
波発生に用いられる主要な材料である。したがって以下
の議論では、ＫＴＰ中での５３２ｎｍ放射の第２高調波
発生を例として用いる。しかし、II型位相整が用いられ
る際のあらゆる材料及び波長に本発明を用いることがで
きることを理解して置くべきである。
れ、配向された結晶３０が示されている。現在のとこ
ろ、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）がII型位相整合第２高調
波発生に用いられる主要な材料である。したがって以下
の議論では、ＫＴＰ中での５３２ｎｍ放射の第２高調波
発生を例として用いる。しかし、II型位相整が用いられ
る際のあらゆる材料及び波長に本発明を用いることがで
きることを理解して置くべきである。
【００２３】ＫＴＰの適正な位相整合条件については集
中的に研究されてきた。室温での１０６４ｎｍの基本光
についての共線ｋベクトルに関する最適位相整合角度
は、ｘ軸から２３．３２°、ｚ軸から９０°であると報
告されている［ストルツェンバーガーによる１９８８年
の応用光学第２７巻３８８３ページの論文(Stolzenberg
er, Applied Optics, Vol. 27, page 3883, 1988) を参
照。］。この角度については研究者の間に定説がないこ
とに注意すべきである。或る種の差異については、異な
るＫＴＰの標本には一定の性能の変化の可能性があると
いう事実によって追跡することができる。
中的に研究されてきた。室温での１０６４ｎｍの基本光
についての共線ｋベクトルに関する最適位相整合角度
は、ｘ軸から２３．３２°、ｚ軸から９０°であると報
告されている［ストルツェンバーガーによる１９８８年
の応用光学第２７巻３８８３ページの論文(Stolzenberg
er, Applied Optics, Vol. 27, page 3883, 1988) を参
照。］。この角度については研究者の間に定説がないこ
とに注意すべきである。或る種の差異については、異な
るＫＴＰの標本には一定の性能の変化の可能性があると
いう事実によって追跡することができる。
【００２４】この方向に沿っての波ベクトルを有する光
ビームに関して、これらの２つの偏光状態は、ｘ−ｙ面
中でｋベクトルに対して直交（以下、Ｄ１変位電界ベク
トルと呼ぶ）、若しくは、ｚ軸に対して平行（以下、Ｄ
２変位電界ベクトルと呼ぶ）に配向される。上で述べた
ように、ＫＴＰの複屈折特性によって、これらの２つの
偏光状態に関する屈折指数は異なる。この場合、屈折指
数は、Ｄ１ベクトルについて１．７４６、Ｄ２ベクトル
について１．８３３であると計算された。これらの値
は、応用物理学誌１９８４年第５５巻６５ページのヤオ
とファーレンによる論文「複軸結晶ＫＴｉＯＰＯ４に関
する最適位相整合パラメータの計算」("Calculations o
f Optimum Phasematch Parameters for the Biaxial Cr
ystal KTiOPO4 ", Yao and Fahlen, J. Appl. Phys. Vo
l. 55 p.65, 1984) 中で説明されているデータに依拠し
た。これらの屈折指数に関して、他の研究者は別の値を
誘導しているという事実に、ここでもう一度注意して置
くべきであろう。
ビームに関して、これらの２つの偏光状態は、ｘ−ｙ面
中でｋベクトルに対して直交（以下、Ｄ１変位電界ベク
トルと呼ぶ）、若しくは、ｚ軸に対して平行（以下、Ｄ
２変位電界ベクトルと呼ぶ）に配向される。上で述べた
ように、ＫＴＰの複屈折特性によって、これらの２つの
偏光状態に関する屈折指数は異なる。この場合、屈折指
数は、Ｄ１ベクトルについて１．７４６、Ｄ２ベクトル
について１．８３３であると計算された。これらの値
は、応用物理学誌１９８４年第５５巻６５ページのヤオ
とファーレンによる論文「複軸結晶ＫＴｉＯＰＯ４に関
する最適位相整合パラメータの計算」("Calculations o
f Optimum Phasematch Parameters for the Biaxial Cr
ystal KTiOPO4 ", Yao and Fahlen, J. Appl. Phys. Vo
l. 55 p.65, 1984) 中で説明されているデータに依拠し
た。これらの屈折指数に関して、他の研究者は別の値を
誘導しているという事実に、ここでもう一度注意して置
くべきであろう。
【００２５】これらの屈折指数を用いることによって、
１０６４ｎｍの放射に関して、ｘ−ｙ面中でｘ軸から２
１．３１°の位相整合角度が得られることに注意して置
くべきであろう。以下の計算では、ストルツェンバーガ
ーによる２３．３２°の位相整合角度を用い、ヤオの屈
折指数デ−タを用いて必要な補償角度を計算する。説明
の目的のみのために、ほぼ０．０１°の精度でこの計算
は行われている。実際には、位相整合及び分離補償角度
に関する実値について１°若しくはそれ以下のばらつき
は重大ではない。
１０６４ｎｍの放射に関して、ｘ−ｙ面中でｘ軸から２
１．３１°の位相整合角度が得られることに注意して置
くべきであろう。以下の計算では、ストルツェンバーガ
ーによる２３．３２°の位相整合角度を用い、ヤオの屈
折指数デ−タを用いて必要な補償角度を計算する。説明
の目的のみのために、ほぼ０．０１°の精度でこの計算
は行われている。実際には、位相整合及び分離補償角度
に関する実値について１°若しくはそれ以下のばらつき
は重大ではない。
【００２６】波ベクトルｋ２に関連するＤ２電界ベクト
ルは結晶学的なｚ軸に対して平行であるので、関連する
ポインティング・ベクトルｓ２に関する変化又は分離は
ない。しかし、波ベクトルｋ１に関連するＤ１電界ベク
トルは結晶のｙ軸から２３．３２°ずれているので、関
連するポインティング・ベクトルｓ１はｘ−ｙ面中でｘ
軸から０．２°の分離角ρを生じる。
ルは結晶学的なｚ軸に対して平行であるので、関連する
ポインティング・ベクトルｓ２に関する変化又は分離は
ない。しかし、波ベクトルｋ１に関連するＤ１電界ベク
トルは結晶のｙ軸から２３．３２°ずれているので、関
連するポインティング・ベクトルｓ１はｘ−ｙ面中でｘ
軸から０．２°の分離角ρを生じる。
【００２７】本発明によって、入射基本ビーム３２を結
晶に対して傾斜入射角Θで入射させることによりポイン
ティング・ベクトルの分離の効果を補償することができ
る。３図を参照しながら上で論じたように、２つの偏光
状態に関連する波ベクトルは、結晶の複屈折により異な
る量で屈折する。入射角（Θ）を適正に選択することに
よって、波ベクトルの複屈折角δを用いてポインティン
グ・ベクトル分離角ρを補償することができる。
晶に対して傾斜入射角Θで入射させることによりポイン
ティング・ベクトルの分離の効果を補償することができ
る。３図を参照しながら上で論じたように、２つの偏光
状態に関連する波ベクトルは、結晶の複屈折により異な
る量で屈折する。入射角（Θ）を適正に選択することに
よって、波ベクトルの複屈折角δを用いてポインティン
グ・ベクトル分離角ρを補償することができる。
【００２８】適正入射角Θは、計算されたポインティン
グ・ベクトル分離角ρ［数式（３）によって決定され
る］にδを設定し、基本ビームに対して適正入射角Θを
解くことによって選ばれる。別の言い方をすれば、適正
入射角は、数式（１）、（２）、及び（３）を同時に解
くことによって選択される。ポインティング・ベクトル
分離角ρが０．２°であると定められている上記のＫＴ
Ｐに関する所与の例においては、適正入射角Θは７．３
４°になるであろう。
グ・ベクトル分離角ρ［数式（３）によって決定され
る］にδを設定し、基本ビームに対して適正入射角Θを
解くことによって選ばれる。別の言い方をすれば、適正
入射角は、数式（１）、（２）、及び（３）を同時に解
くことによって選択される。ポインティング・ベクトル
分離角ρが０．２°であると定められている上記のＫＴ
Ｐに関する所与の例においては、適正入射角Θは７．３
４°になるであろう。
【００２９】上で述べたように、倍加効果を最大化する
ためには、ＫＴＰはビーム軸が位相整合適正角と合致す
るように製作されていなければならない。先行技術の幾
何学的配置において、典型的に入射基本ビームが入射面
で屈折しないように入射面に対する法線に入射している
が、結晶法線はｘ−ｙ面中でｘ軸から２３．３２°に設
定されていた。
ためには、ＫＴＰはビーム軸が位相整合適正角と合致す
るように製作されていなければならない。先行技術の幾
何学的配置において、典型的に入射基本ビームが入射面
で屈折しないように入射面に対する法線に入射している
が、結晶法線はｘ−ｙ面中でｘ軸から２３．３２°に設
定されていた。
【００３０】本発明においては、入射基本ビームは傾斜
入射角Θで入射し、屈折するが、結晶内のビームの軸は
最適位相整合に整列すべく回転される。ｋ１及びｋ２は
最早共線ではないので、第２高調波の波ベクトルに関す
る最適位相整合の方向は共線である例から僅かに変更さ
れる。ｋ１（２ω）に関する方向は、共線の例のｘ−ｙ
面中でｘ軸から２３．３２°と比較してになる。
入射角Θで入射し、屈折するが、結晶内のビームの軸は
最適位相整合に整列すべく回転される。ｋ１及びｋ２は
最早共線ではないので、第２高調波の波ベクトルに関す
る最適位相整合の方向は共線である例から僅かに変更さ
れる。ｋ１（２ω）に関する方向は、共線の例のｘ−ｙ
面中でｘ軸から２３．３２°と比較してになる。
【００３１】７．３４°の傾斜入射角で入射する伝搬ビ
ームの屈折の角度は、スネルの法則に基づいて、ｋ１に
関しては４．２１°、ｋ２に関しては４．０１°となろ
う。したがって、最適位相整合を得るために、結晶の入
射面に対する法線は、ｘ−ｙ面中でｘ軸から２７．３９
°［２３．２８°＋（４．２１°＋４．０１°）／２］
となる筈である。この場合、Ｄ１電界ベクトルに関連す
る波ベクトルｋ１はｘ軸から２３．１８°配向され、Ｄ
２電界ベクトルに関連する波ベクトルｋ２はｘ軸から２
３．３８°配向されるであろう。これらの条件に関し
て、ｋ１及びｋ２の合計はｋ１（２ω）、すなわち数式
（１）で与えられる位相整合条件を生じる。入射ビーム
は結晶面にｘ−ｙ面中でｘ軸から２０．０５°（２７．
３９°−７．３４°）の入射角で入射するであろう。
ームの屈折の角度は、スネルの法則に基づいて、ｋ１に
関しては４．２１°、ｋ２に関しては４．０１°となろ
う。したがって、最適位相整合を得るために、結晶の入
射面に対する法線は、ｘ−ｙ面中でｘ軸から２７．３９
°［２３．２８°＋（４．２１°＋４．０１°）／２］
となる筈である。この場合、Ｄ１電界ベクトルに関連す
る波ベクトルｋ１はｘ軸から２３．１８°配向され、Ｄ
２電界ベクトルに関連する波ベクトルｋ２はｘ軸から２
３．３８°配向されるであろう。これらの条件に関し
て、ｋ１及びｋ２の合計はｋ１（２ω）、すなわち数式
（１）で与えられる位相整合条件を生じる。入射ビーム
は結晶面にｘ−ｙ面中でｘ軸から２０．０５°（２７．
３９°−７．３４°）の入射角で入射するであろう。
【００３２】４図に示されるように、この幾何学的配置
において、波ベクトルの複屈折角δは２つの波ベクトル
ｋ１及びｋ２の間に作り出される。しかし、波ベクトル
ｋ１とポインティング・ベクトルｓ１との間の分離角ρ
はδに等しいので、２つのポインティング・ベクトルｓ
１及びｓ２は共線であり、ｘ−ｙ面中でｘ軸から２３．
２８°配向されており、ｋベクトルは位相整合条件を満
足する。したがって、この位相整合方向に対して傾斜端
面で結晶を製作し、この位相整合方向に対して平行であ
るように入射放射を配向することによって、基本ビーム
の２つの偏光状態に関連するポインティング・ベクトル
分離を補償することができる。
において、波ベクトルの複屈折角δは２つの波ベクトル
ｋ１及びｋ２の間に作り出される。しかし、波ベクトル
ｋ１とポインティング・ベクトルｓ１との間の分離角ρ
はδに等しいので、２つのポインティング・ベクトルｓ
１及びｓ２は共線であり、ｘ−ｙ面中でｘ軸から２３．
２８°配向されており、ｋベクトルは位相整合条件を満
足する。したがって、この位相整合方向に対して傾斜端
面で結晶を製作し、この位相整合方向に対して平行であ
るように入射放射を配向することによって、基本ビーム
の２つの偏光状態に関連するポインティング・ベクトル
分離を補償することができる。
【００３３】５図には、ＫＴＰが相互作用倍加構成に用
いられているレーザ４０に適用される本発明が示されて
いる。レーザ４０には、１組のミラー４２及び４３によ
って定められる共振環状空洞が含まれる。利得媒体４４
がこの空洞中に配置されているが、これはＮｄ：ＹＡＧ
から形成することができる。利得媒体の１面４６は、或
る角度に切削されて１つの環幾何学的形状を形成するよ
うにビームを屈折させる。このような環幾何学的形状に
ついては、１９９０年４月１３日付の共願の特許出願第
５０９，６２７中に叙述されており、本出願ではこれを
参照している。
いられているレーザ４０に適用される本発明が示されて
いる。レーザ４０には、１組のミラー４２及び４３によ
って定められる共振環状空洞が含まれる。利得媒体４４
がこの空洞中に配置されているが、これはＮｄ：ＹＡＧ
から形成することができる。利得媒体の１面４６は、或
る角度に切削されて１つの環幾何学的形状を形成するよ
うにビームを屈折させる。このような環幾何学的形状に
ついては、１９９０年４月１３日付の共願の特許出願第
５０９，６２７中に叙述されており、本出願ではこれを
参照している。
【００３４】利得媒体４４は、ダイオード・レーザで構
成できるポンプ源５０によって励起される。この構成に
おいて、ミラー４２は、これによって波長１０６４ｎｍ
のポンプ光が伝搬され、循環する１０６４ｎｍの基本放
射ビーム５２に対して反射能力を有する。ミラー４３
は、これによって１０６４ｎｍの放射ビーム５３が反射
され、倍加された出力ビーム５４に対して伝搬能力を有
する。
成できるポンプ源５０によって励起される。この構成に
おいて、ミラー４２は、これによって波長１０６４ｎｍ
のポンプ光が伝搬され、循環する１０６４ｎｍの基本放
射ビーム５２に対して反射能力を有する。ミラー４３
は、これによって１０６４ｎｍの放射ビーム５３が反射
され、倍加された出力ビーム５４に対して伝搬能力を有
する。
【００３５】本発明により、ＫＴＰのブロック５８が基
本ビーム５２の環状通路中に配置される。上で述べたよ
うに、結晶は、この基本ビームが７．３４°に等しい傾
斜入射角Θで入射面６０に衝突するように配向されてい
る。この傾斜入射角によって、ポインティング・ベクト
ル分離を補償する０．２０°に等しい波ベクトルの間の
角度δが結晶中で作り出される。もし結晶の入射面の法
線がｘ−ｙ面中でｘ軸から２７．３９°であるならば、
最適位相整合が生じる。
本ビーム５２の環状通路中に配置される。上で述べたよ
うに、結晶は、この基本ビームが７．３４°に等しい傾
斜入射角Θで入射面６０に衝突するように配向されてい
る。この傾斜入射角によって、ポインティング・ベクト
ル分離を補償する０．２０°に等しい波ベクトルの間の
角度δが結晶中で作り出される。もし結晶の入射面の法
線がｘ−ｙ面中でｘ軸から２７．３９°であるならば、
最適位相整合が生じる。
【００３６】ここで説明されている実施例において、結
晶５８の端面６０、６２は平行であるので、両者共入射
面であると定義できる。或る種の空洞構造においては非
平行の配向の２つの端面を持たせることが可能である。
晶５８の端面６０、６２は平行であるので、両者共入射
面であると定義できる。或る種の空洞構造においては非
平行の配向の２つの端面を持たせることが可能である。
【００３７】５図に示される構成に従って形成されるレ
ーザを構築し、試験を行った。この実験では、基本ビー
ムを線形に偏光し、環を単一指向性で動作させた。５０
０ｍＷの出力を持つレーザ・ダイオードと、入射基本ビ
ームが入射面に対する法線であるように従来方式で切削
されたＫＴＰ結晶とを用いて、５３２ｎｍで１５ｍＷの
倍加出力が発生された。これと対照的に、本発明によっ
て形成されたＫＴＰ結晶を、適正入射角が入射基本ビー
ムに対して決定されるように空洞中に配置した時には、
出力は４０ｍＷにまで増加した。この出力は、前述の先
行技術による構成よりも約２．５倍大きい。
ーザを構築し、試験を行った。この実験では、基本ビー
ムを線形に偏光し、環を単一指向性で動作させた。５０
０ｍＷの出力を持つレーザ・ダイオードと、入射基本ビ
ームが入射面に対する法線であるように従来方式で切削
されたＫＴＰ結晶とを用いて、５３２ｎｍで１５ｍＷの
倍加出力が発生された。これと対照的に、本発明によっ
て形成されたＫＴＰ結晶を、適正入射角が入射基本ビー
ムに対して決定されるように空洞中に配置した時には、
出力は４０ｍＷにまで増加した。この出力は、前述の先
行技術による構成よりも約２．５倍大きい。
【００３８】６図では、外部共振環幾何学的配置７０中
でどのように本発明を利用できるかについて説明してい
る。この場合、環は３つのミラー７２、７４、及び７６
によって決定される。これらのミラーは、入射基本ビー
ム７８が環中を循環するように配列されている。基本ビ
ーム７８はミラー７２を通して入射し、少なくとも１つ
のミラーは倍加出力波長に対して伝搬可能である。
でどのように本発明を利用できるかについて説明してい
る。この場合、環は３つのミラー７２、７４、及び７６
によって決定される。これらのミラーは、入射基本ビー
ム７８が環中を循環するように配列されている。基本ビ
ーム７８はミラー７２を通して入射し、少なくとも１つ
のミラーは倍加出力波長に対して伝搬可能である。
【００３９】本発明によって、ＫＴＰ結晶８６は環中に
配置される。入射面８８は、波ベクトルの複屈折によっ
てポインティング・ベクトル分離を補償するように選択
される傾斜入射角Θで基本ビームが入射するように配向
されている。この結晶の設計及び配向は、５図に関して
上で述べた結晶の設計及び配向と同じである。
配置される。入射面８８は、波ベクトルの複屈折によっ
てポインティング・ベクトル分離を補償するように選択
される傾斜入射角Θで基本ビームが入射するように配向
されている。この結晶の設計及び配向は、５図に関して
上で述べた結晶の設計及び配向と同じである。
【００４０】５図及び６図の両者共、環幾何学的配置を
説明していることに注意すべきである。本発明はまた、
線形共振空洞又は単一通路の幾何学的配置においても実
施できる。
説明していることに注意すべきである。本発明はまた、
線形共振空洞又は単一通路の幾何学的配置においても実
施できる。
【００４１】第２高調波の発生を参照して本発明につい
て叙述してきたが、同一の方法を用いて複屈折結晶中で
の総ての非線形相互作用の効率を改善することもでき
る。例えば、結晶への入射ビームを２つ以上の波長から
構成し、この結晶を差又は和の周波数の発生に用いるこ
ともできる。この方法では、多重波長の入射ビームは共
線となろう。
て叙述してきたが、同一の方法を用いて複屈折結晶中で
の総ての非線形相互作用の効率を改善することもでき
る。例えば、結晶への入射ビームを２つ以上の波長から
構成し、この結晶を差又は和の周波数の発生に用いるこ
ともできる。この方法では、多重波長の入射ビームは共
線となろう。
【００４２】上で述べたように、本発明の補償体系によ
って、複屈折結晶内でビーム形状が維持される。したが
って、非線形相互作用であるか、若しくは通常の位相整
合条件であるかに関わらず、複屈折結晶を通して伝搬さ
れるビームの特性を維持することが望まれる際にもま
た、この方法を用いることもできる。例えば、通常の入
射角で複屈折材料に入射される環状に偏光されたビーム
は、ポインティング・ベクトル分離によって歪まされ、
空間的に変化する偏光特性を持って発現する。もしビー
ムの入射角が本発明によって改変されていれば、ビーム
の偏光純度は一層良好に維持される。
って、複屈折結晶内でビーム形状が維持される。したが
って、非線形相互作用であるか、若しくは通常の位相整
合条件であるかに関わらず、複屈折結晶を通して伝搬さ
れるビームの特性を維持することが望まれる際にもま
た、この方法を用いることもできる。例えば、通常の入
射角で複屈折材料に入射される環状に偏光されたビーム
は、ポインティング・ベクトル分離によって歪まされ、
空間的に変化する偏光特性を持って発現する。もしビー
ムの入射角が本発明によって改変されていれば、ビーム
の偏光純度は一層良好に維持される。
【００４３】
【発明の効果】以上を概括すると、本出願ではII型位相
整合における第２高調波変換の効率を増進するための幾
何学的配置を開示している。本発明の方法においては、
波ベクトルの複屈折の効果を用いて、ポインティング・
ベクトル分離を補償する。この目標を達成するために、
入射基本ビーム３２を入射角Θで倍加結晶３０に入射す
る。この角度は、波ベクトル複屈折δがポインティング
・ベクトル分離と等しくなるように選択される。倍加効
率を最大化するために、結晶は、最適位相整合条件が結
晶中を進む屈折基本ビームの伝搬軸と合致するように製
作されなければならない。本発明は、相互作用倍加又は
外部共振幾何学的配置の何れの場合にも、とりわけＫＴ
Ｐ結晶を用いる際に適している。本発明は、単一通路の
幾何学的配置においても用いることができ、これを用い
れば、伝搬された基本ビームの偏光解消効果を最小化す
ることになろう。偏光解消効果を最小化することによっ
て、より高次の高調波発生において基本ビームの使用効
率を改善できる。
整合における第２高調波変換の効率を増進するための幾
何学的配置を開示している。本発明の方法においては、
波ベクトルの複屈折の効果を用いて、ポインティング・
ベクトル分離を補償する。この目標を達成するために、
入射基本ビーム３２を入射角Θで倍加結晶３０に入射す
る。この角度は、波ベクトル複屈折δがポインティング
・ベクトル分離と等しくなるように選択される。倍加効
率を最大化するために、結晶は、最適位相整合条件が結
晶中を進む屈折基本ビームの伝搬軸と合致するように製
作されなければならない。本発明は、相互作用倍加又は
外部共振幾何学的配置の何れの場合にも、とりわけＫＴ
Ｐ結晶を用いる際に適している。本発明は、単一通路の
幾何学的配置においても用いることができ、これを用い
れば、伝搬された基本ビームの偏光解消効果を最小化す
ることになろう。偏光解消効果を最小化することによっ
て、より高次の高調波発生において基本ビームの使用効
率を改善できる。
【００４４】好ましい実施例を参照しながら本発明につ
いて叙述してきたが、本発明の内容について添付の請求
項に規定される本発明の神髄と範囲から逸脱せずに種々
の変更及び改変を行うことも当業者には可能であろう。
いて叙述してきたが、本発明の内容について添付の請求
項に規定される本発明の神髄と範囲から逸脱せずに種々
の変更及び改変を行うことも当業者には可能であろう。
【図１】図１は、先行技術の幾何学的配置において経験
されるII型位相整合相互作用におけるポインティング・
ベクトル分離の効果を説明する図である。
されるII型位相整合相互作用におけるポインティング・
ベクトル分離の効果を説明する図である。
【図２】図２は、先行技術のＫＴＰ結晶において典型的
に経験されるポインティング・ベクトル分離の効果を説
明する図である。
に経験されるポインティング・ベクトル分離の効果を説
明する図である。
【図３】図３は、入射基本ビームが結晶の入射面に傾斜
入射角で入射されているII型位相整合においても用い得
る複屈材料中での波ベクトル複屈折の効果を説明する図
である。
入射角で入射されているII型位相整合においても用い得
る複屈材料中での波ベクトル複屈折の効果を説明する図
である。
【図４】図４は、波ベクトル複屈折を用いてII型位相整
合相互作用でのポインティング・ベクトル分離を補償す
る、本発明の幾何学的配置を説明する図である。
合相互作用でのポインティング・ベクトル分離を補償す
る、本発明の幾何学的配置を説明する図である。
【図５】図５は、相互作用倍加の幾何学的配置で用いら
れる本発明を説明する図である。
れる本発明を説明する図である。
【図６】図６は、外部共振環の幾何学的配置で用いられ
る本発明を説明する図である。
る本発明を説明する図である。
１０ 結晶 ２４ 光の基本ビーム ３０ 結晶 ３２ 入射基本ビーム ４０ レーザ ４２ ミラー ４３ ミラー ４４ 利得媒体 ４６ 面 ５０ ポンプ源 ５２ 基本ビーム ５２ 基本ビーム ５３ 放射ビーム ５４ 出力ビーム ５８ 結晶 ６０ 入射面 ７０ 外部共振環幾何学的配置 ７２ ミラー ７３ ミラー ７４ ミラー ７８ 入射基本ビーム ８６ ＫＴＰ結晶 ８８ 入射面
Claims (19)
- 【請求項１】 レーザ・ビームに関する効率的な非線形
相互作用のための装置であって、 入射面を具える複屈折結晶材料にして、該材料における
ビームの２つの偏光状態に関連するポインティング・ベ
クトル間の角度差を発生させることができる複屈折結晶
材料と、 該ビームを該入射面に関して傾斜した入射角で該材料内
へ導入するための装置であって、該入射面で生じる屈折
効果によって該２つの偏光状態に関連する該波ベクトル
の角度差を発生させ、波ベクトルの角度差によって該ポ
インティング・ベクトルの該角度差を補償するように入
射角を選択し、位相整合要件を実質的に満足させるため
に該材料の結晶軸を該入射面に適応して配向するように
設ける装置とから成る非線形相互作用装置。 - 【請求項２】 前記材料がII型位相整合相互作用におい
て用いられる、請求項１記載の非線形相互作用装置。 - 【請求項３】 前記結晶材料がＫＴＰである、請求項２
記載の非線形相互作用装置。 - 【請求項４】 前記ビームが基本ビームであり、前記材
料が第２高調波発生のために用いられる、請求項３記載
の非線形相互作用装置。 - 【請求項５】 前記基本レーザ・ビームの波長が１０６
４ｎｍであり、前記傾斜入射角が約７°である、請求項
４記載の非線形相互作用装置。 - 【請求項６】 前記材料がｘ、ｙ、及びｚとして定義さ
れる３つの直交結晶軸を具え、該材料の最適位相整合角
度がｘ軸から約２３°、ｚ軸から約９０°に配向され、
該材料の前記入射面に対する法線がｘ軸から約２７°、
ｚ軸から約９０°に配置される、請求項５記載の非線形
相互作用装置。 - 【請求項７】 前記レーザ・ビームに２つ以上の放射波
長が含まれ、前記材料が和若しくは差の周波数発生に用
いられる、請求項１記載の非線形相互作用装置。 - 【請求項８】 前記材料が共振空洞内に配置される、請
求項１記載の非線形相互作用装置。 - 【請求項９】 前記共振空洞が外部共振環である、請求
項８記載の非線形相互作用装置。 - 【請求項１０】 前記共振空洞に利得媒体が含まれる、
請求項８記載の非線形相互作用装置。 - 【請求項１１】 レーザであって、 共振空洞と、 該共振空洞内に配置される利得媒体と、 該利得媒体を励起して該共振空洞内内でレーザ・ビーム
を発生させるための装置と、 該共振空洞中に配置される複屈折結晶材料であって、波
ベクトルの角度差によってポインティング・ベクトルの
角度差を補償するように入射角を選択して、ビームの２
つの偏光状態に関連する該ポインティング・ベクトル間
の該角度差を該結晶中で作り出すことのできる形式であ
り、入射面を具え、該入射面で生じる屈折効果によって
該２つの偏光状態に関連する該波ベクトルの該角度差を
作り出して、該入射面に関して傾斜入射角で該レーザ・
ビームを該材料に入射するように、該共振空洞が構成さ
れ、該材料の結晶軸が該入射面に関して位相整合の要件
を実質的に満足すべく配向されている、複屈折結晶材料
とから成る、レーザ。 - 【請求項１２】 前記材料がII型位相整合相互作用にお
いて用いられる、請求項１１記載のレーザ。 - 【請求項１３】 前記レーザ・ビームが基本波長を有
し、前記材料が該基本波長を倍加すべく機能する、請求
項１２記載のレーザ。 - 【請求項１４】 前記結晶材料がＫＴＰである、請求項
１３記載のレーザ。 - 【請求項１５】 前記基本レーザ・ビームの波長が１０
６４ｎｍであり、前記傾斜入射角が約７°である、請求
項１４記載のレーザ。 - 【請求項１６】 前記材料がｘ、ｙ、及びｚとして定義
される３つの直交結晶軸を具え、該材料の最適位相整合
角度がｘ−ｙ面中でｘ軸から約２３°、ｚ軸から約９０
°に配向され、該材料の前記入射面に対する法線がｘ軸
から約２７°、ｚ軸から約９０°に配置される、請求項
１５記載のレーザ。 - 【請求項１７】 前記レーザ・ビームに２つ以上の放射
波長が含まれ、前記材料が和若しくは差の周波数発生に
用いられる、請求項１１記載の非線形相互作用装置。 - 【請求項１８】 複屈折結晶中を貫通するレーザ・ビー
ムの伝搬を改善するための装置であって、 ビームの２つの偏光状態に関連するポインティング・ベ
クトル間の角度差を材料中で作り出すことのできる形式
の、入射面を具える複屈折結晶性材料と、 波ベクトルの角度差によってポインティング・ベクトル
の角度差を補償するように入射角を選択して、該入射面
で生じる屈折効果によって該２つの偏光状態に関連する
該波ベクトルの角度差を作り出すように、該入射面に関
して傾斜入射角で該ビームを該材料に入射するための装
置とから成る、レーザ・ビーム伝搬改善装置。 - 【請求項１９】 前記材料が共振空洞内に配置される、
請求項１８記載の非線形相互作用装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/669,905 US5136597A (en) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | Poynting vector walk-off compensation in type ii phasematching |
| US07/669905 | 1991-03-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05119364A true JPH05119364A (ja) | 1993-05-18 |
Family
ID=24688205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4088088A Pending JPH05119364A (ja) | 1991-03-15 | 1992-03-12 | Ｉｉ型位相整合におけるポインテイング・ベクトル分離の補償 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5136597A (ja) |
| EP (1) | EP0503875B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05119364A (ja) |
| DE (1) | DE69227270T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7826500B2 (en) | 2005-08-29 | 2010-11-02 | Panasonic Corporation | Fiber laser and optical device |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0792578B2 (ja) * | 1991-01-09 | 1995-10-09 | 日本電気株式会社 | 波長変換素子の作製方法および波長変換素子 |
| US5313543A (en) * | 1992-01-22 | 1994-05-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Inc. | Second-harmonic generation device and method of producing the same and second-harmonic generation apparatus and method of producing the same |
| US6287298B1 (en) | 1994-02-04 | 2001-09-11 | Spectra-Physics Lasers, Inc. | Diode pumped, multi axial mode intracavity doubled laser |
| US5638388A (en) * | 1995-02-04 | 1997-06-10 | Spectra-Physics Lasers, Inc. | Diode pumped, multi axial mode intracavity doubled laser |
| US6241720B1 (en) | 1995-02-04 | 2001-06-05 | Spectra Physics, Inc. | Diode pumped, multi axial mode intracavity doubled laser |
| US6931037B2 (en) | 1995-05-19 | 2005-08-16 | Spectra Physics Lasers, Inc. | Diode pumped, multi axial mode intracavity doubled laser |
| EP0811873A3 (en) * | 1996-06-05 | 1999-09-29 | Mitsui Chemicals, Inc. | Laser light generating apparatus |
| US5790303A (en) * | 1997-01-23 | 1998-08-04 | Positive Light, Inc. | System for amplifying an optical pulse using a diode-pumped, Q-switched, intracavity-doubled laser to pump an optical amplifier |
| JP3212931B2 (ja) * | 1997-11-26 | 2001-09-25 | 日本電気株式会社 | 波長変換方法及び波長変換素子 |
| US6122097A (en) * | 1998-04-16 | 2000-09-19 | Positive Light, Inc. | System and method for amplifying an optical pulse using a diode-pumped, Q-switched, extracavity frequency-doubled laser to pump an optical amplifier |
| US5946338A (en) * | 1998-07-29 | 1999-08-31 | Uniphase Corporation | Decoupled intracavity laser alignment |
| US6181421B1 (en) | 1999-11-05 | 2001-01-30 | Therma-Wave, Inc. | Ellipsometer and polarimeter with zero-order plate compensator |
| US6647034B1 (en) * | 2001-04-30 | 2003-11-11 | Sandia Corporation | Method to improve optical parametric oscillator beam quality |
| DE10143709A1 (de) * | 2001-08-31 | 2003-04-03 | Jenoptik Laser Optik Sys Gmbh | Einrichtung zur Frequenzkonversion einer Lasergrundfrequenz in andere Frequenzen |
| US6807200B2 (en) * | 2001-09-25 | 2004-10-19 | Dso National Laboratories | Apparatus for generating laser radiation |
| DE10147362B4 (de) | 2001-09-26 | 2009-07-30 | Lumera Laser Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur optischen Frequenzkonversion von zumindest zwei Laserstrahlen aus ultrakurzen Strahlungsimpulsen |
| US7016389B2 (en) * | 2003-01-24 | 2006-03-21 | Spectra Physics, Inc. | Diode pumped laser with intracavity harmonics |
| US7593440B2 (en) * | 2005-03-29 | 2009-09-22 | Coherent, Inc. | MOPA laser apparatus with two master oscillators for generating ultraviolet radiation |
| US7440858B2 (en) * | 2005-04-15 | 2008-10-21 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Poynting-vector based method for determining the bearing and location of electromagnetic sources |
| US7593437B2 (en) | 2006-05-15 | 2009-09-22 | Coherent, Inc. | MOPA laser apparatus with two master oscillators for generating ultraviolet radiation |
| US20090245294A1 (en) * | 2007-07-31 | 2009-10-01 | Zecotek Laser Systems Pte. Ltd. | Fibre Laser with Intra-cavity Frequency Doubling |
| US7920606B2 (en) * | 2008-12-15 | 2011-04-05 | Coherent, Inc. | Frequency-tripled fiber MOPA |
| DE102010003591A1 (de) | 2010-04-01 | 2011-10-06 | Trumpf Laser Marking Systems Ag | Anordnung und Verfahren zur Frequenzkonversion von Laserstrahlung |
| US8373924B2 (en) | 2011-05-25 | 2013-02-12 | Coherent, Inc. | Frequency-tripled fiber MOPA |
| US8582611B2 (en) | 2012-01-20 | 2013-11-12 | Coherent, Inc. | Frequency-tripled fiber-MOPA |
| EP2972577A4 (en) * | 2013-03-14 | 2016-10-12 | Univ Ramot | VOTABLE NONLINEAR RADIATION BY NON-COLLOLAR INTERACTION |
| WO2017172868A1 (en) | 2016-03-30 | 2017-10-05 | Ipg Photonics Corporation | High efficiency laser system for third harmonic generation |
| GB2561579B (en) | 2017-04-19 | 2020-02-26 | Coherent Scotland Ltd | Frequency-conversion crystal for femtosecond-laser pulses |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4510402A (en) * | 1982-06-10 | 1985-04-09 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Optical harmonic generator |
| US4879722A (en) * | 1987-07-27 | 1989-11-07 | Amoco Corporation | Generation of coherent optical radiation by optical mixing |
| US5033057A (en) * | 1989-12-22 | 1991-07-16 | Cornell Research Foundation, Inc. | Pump steering mirror cavity |
| US5047668A (en) * | 1990-06-26 | 1991-09-10 | Cornell Research Foundation, Inc. | Optical walkoff compensation in critically phase-matched three-wave frequency conversion systems |
-
1991
- 1991-03-15 US US07/669,905 patent/US5136597A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-03-09 EP EP92301991A patent/EP0503875B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-03-09 DE DE69227270T patent/DE69227270T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-03-12 JP JP4088088A patent/JPH05119364A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7826500B2 (en) | 2005-08-29 | 2010-11-02 | Panasonic Corporation | Fiber laser and optical device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69227270T2 (de) | 1999-04-29 |
| US5136597A (en) | 1992-08-04 |
| EP0503875A2 (en) | 1992-09-16 |
| EP0503875B1 (en) | 1998-10-14 |
| DE69227270D1 (de) | 1998-11-19 |
| EP0503875A3 (en) | 1993-04-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH05119364A (ja) | Ｉｉ型位相整合におけるポインテイング・ベクトル分離の補償 | |
| EP0452069B1 (en) | Ring laser | |
| CA1288156C (en) | Wide tolerance, modulated blue laser source | |
| US7027209B2 (en) | Optical resonant frequency converter | |
| KR102344775B1 (ko) | 제3 고조파 생성을 위한 고효율 레이저 시스템 | |
| US3792287A (en) | Non-linear optical crystal and devices | |
| JP2614753B2 (ja) | レーザーダイオードポンピング固体レーザー | |
| JP3013121B2 (ja) | 光波長変換装置 | |
| KR100272196B1 (ko) | 레이저 광 발생장치 | |
| US5011250A (en) | Optical harmonic generator | |
| US5197072A (en) | Optical wavelength converting device, and laser diode pumped solid laser | |
| JP3904263B2 (ja) | 周波数逓倍器を有するレーザ | |
| EP1180717B1 (en) | Optical harmonic generator | |
| US6137624A (en) | Nonlinear optical wavelength converting device | |
| JPH05188413A (ja) | レーザシステムに用いられる非線形媒体の分域の形成を最小化する方法及び装置 | |
| JPH1055005A (ja) | レーザ光発生装置 | |
| JPH1138458A (ja) | レーザ光の波長変換方法および波長変換素子 | |
| JP2727260B2 (ja) | 光波長変換装置 | |
| US5946338A (en) | Decoupled intracavity laser alignment | |
| JPH0792578B2 (ja) | 波長変換素子の作製方法および波長変換素子 | |
| WO2011123822A2 (en) | Apparatus and method for generating continuous wave ultraviolet light | |
| EP0084192A2 (en) | Crystals for altering the frequency of an incident optical wave and apparatus and methods for using same | |
| JP2754991B2 (ja) | 波長変換装置 | |
| US20090028195A1 (en) | System and method for frequency conversion of coherent light | |
| Nightingale | Fundamental walk-off compensation in KTP |