JPH05129700A - レーザシステム及び周波数変換方法 - Google Patents
レーザシステム及び周波数変換方法Info
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- JPH05129700A JPH05129700A JP4088019A JP8801992A JPH05129700A JP H05129700 A JPH05129700 A JP H05129700A JP 4088019 A JP4088019 A JP 4088019A JP 8801992 A JP8801992 A JP 8801992A JP H05129700 A JPH05129700 A JP H05129700A
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- 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
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- G02F1/35—Non-linear optics
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- 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
- G02F1/3501—Constructional details or arrangements of non-linear optical devices, e.g. shape of non-linear crystals
- G02F1/3509—Shape, e.g. shape of end face
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- G—PHYSICS
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- 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
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- G02F1/3542—Multipass arrangements, i.e. arrangements to make light pass multiple times through the same element, e.g. using an enhancement cavity
-
- 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
-
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- H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は非線形リング共振器１０を用いてタイ
プ２の非線形第２高調波光３４及び３６を発生させるレ
ーザシステムを提案する。 【構成】当該非線形リング共振器１０の反射面はすべて
結晶軸に対して対称である。これにより、直交するよう
に偏光させらた光を、複反射を受けることなく共振器１
０内の同一のビームパス２２に沿つて共振させることが
できる。
プ２の非線形第２高調波光３４及び３６を発生させるレ
ーザシステムを提案する。 【構成】当該非線形リング共振器１０の反射面はすべて
結晶軸に対して対称である。これにより、直交するよう
に偏光させらた光を、複反射を受けることなく共振器１
０内の同一のビームパス２２に沿つて共振させることが
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザシステム及び周波
数変換方法に関し、特に周波数二逓倍又は和周波数混合
によつて光を発生するレーザシステムに適用して好適な
ものである。
数変換方法に関し、特に周波数二逓倍又は和周波数混合
によつて光を発生するレーザシステムに適用して好適な
ものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体ダイオードレーザは、光データ記
憶、レーザ印刷及びバイオケミカル分析などの数多くの
分野に適用できるという利点がある。例えばガリウム・
アルミニウム・ヒ素（ＧａＡｌＡｓ）ダイオードレーザ
は、近赤外領域（波長 750〜 860〔nm〕）のレーザ光を
発生する。光学的データ記憶システムにおいては、レー
ザダイオードからの光は、データの各ビツトを記録する
ために光デイスク上のスポツトに集光される。スポツト
の寸法はほぼλ／（２＊（Ｎ．Ａ．））に等しい。ここ
でλは光の波長であり、（Ｎ．Ａ．）は集光レンズの開
口数である。一般的なシステムにおける開口数（Ｎ．
Ａ．）はほぼ 0.5であり、その結果スポツトサイズの直
径はほぼ 800〔nm〕となる。
憶、レーザ印刷及びバイオケミカル分析などの数多くの
分野に適用できるという利点がある。例えばガリウム・
アルミニウム・ヒ素（ＧａＡｌＡｓ）ダイオードレーザ
は、近赤外領域（波長 750〜 860〔nm〕）のレーザ光を
発生する。光学的データ記憶システムにおいては、レー
ザダイオードからの光は、データの各ビツトを記録する
ために光デイスク上のスポツトに集光される。スポツト
の寸法はほぼλ／（２＊（Ｎ．Ａ．））に等しい。ここ
でλは光の波長であり、（Ｎ．Ａ．）は集光レンズの開
口数である。一般的なシステムにおける開口数（Ｎ．
Ａ．）はほぼ 0.5であり、その結果スポツトサイズの直
径はほぼ 800〔nm〕となる。
【０００３】レーザ光の波長を半分にすることができれ
ば、スポツトの直径も半分になり、光デイスク上への総
合的記憶密度は４倍となる。しかしながら青の波長領域
（波長 430〔nm〕）の光を発生させるレーザダイオード
を使用することはできない。
ば、スポツトの直径も半分になり、光デイスク上への総
合的記憶密度は４倍となる。しかしながら青の波長領域
（波長 430〔nm〕）の光を発生させるレーザダイオード
を使用することはできない。
【０００４】一段と周波数の高い（一段と波長の短い）
光に変換する技術の１つに、第２高調波発生技術（ＳＨ
Ｇ）として知られている技術がある。最初の低い周波数
のレーザビームをニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3 ）など
の非線形結晶に通すと、第２高調波のレーザビーム（す
なわち、当該非線形結晶に入射した元のレーザビームの
周波数の２倍の周波数を有するビーム）が発生する。こ
のＳＨＧ技術は、1989年７月17日発行、「応用物理
学」、第55巻、 218頁及び1979年９月15日発行、「応用
物理学」、第35巻、 461頁において述べられている。
光に変換する技術の１つに、第２高調波発生技術（ＳＨ
Ｇ）として知られている技術がある。最初の低い周波数
のレーザビームをニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3 ）など
の非線形結晶に通すと、第２高調波のレーザビーム（す
なわち、当該非線形結晶に入射した元のレーザビームの
周波数の２倍の周波数を有するビーム）が発生する。こ
のＳＨＧ技術は、1989年７月17日発行、「応用物理
学」、第55巻、 218頁及び1979年９月15日発行、「応用
物理学」、第35巻、 461頁において述べられている。
【０００５】しかしながらダイオードレーザの出力は小
さいので、有用で効率的なレーザシステムを作るために
は第２高調波発生効率を改善する技術が必要である。
さいので、有用で効率的なレーザシステムを作るために
は第２高調波発生効率を改善する技術が必要である。
【０００６】ＳＨＧ方式の効率を向上させる１つの方法
は、非線形結晶の周囲に光共振器すなわちキヤビテイを
設けることである。光は、相当量の青い光を発生させる
ために共振器内部の結晶を通つて前後に反射される。こ
の技術は、1966年、IEEE発行、「量子エレクトロニクス
ジヤーナル」QE−２号、 109頁において最初に提案され
かつ実証された。他の例としては、1989年発行、「応用
物理学」、第55巻、 218頁及び1989年開催、「レーザ及
びエレクトロ光学学会」のペーパーTHM5がある。ニオブ
酸カリウム（ＫＮｂＯ3 ）のような非線形結晶を含むビ
ルドアツプキヤビテイを使用するＧａＡｌＡｓダイオー
ドレーザの周波数２逓倍は、簡単でコンパクトなレーザ
システムを設計できる。励起状態にするためには外部キ
ヤビテイ共振周波数がダイオードレーザの周波数にマツ
チしなければならず、従来技術はこの周波数マツチング
を実現する種々の技術を含んでいる（例えば1989年発
行、「光学」第14巻、 731頁、1983年発行、「応用物理
学」第31巻、97頁及び1988年IEEE発行、「量子エレクト
ロニクスジヤーナル」第24巻、 913頁を参照）。
は、非線形結晶の周囲に光共振器すなわちキヤビテイを
設けることである。光は、相当量の青い光を発生させる
ために共振器内部の結晶を通つて前後に反射される。こ
の技術は、1966年、IEEE発行、「量子エレクトロニクス
ジヤーナル」QE−２号、 109頁において最初に提案され
かつ実証された。他の例としては、1989年発行、「応用
物理学」、第55巻、 218頁及び1989年開催、「レーザ及
びエレクトロ光学学会」のペーパーTHM5がある。ニオブ
酸カリウム（ＫＮｂＯ3 ）のような非線形結晶を含むビ
ルドアツプキヤビテイを使用するＧａＡｌＡｓダイオー
ドレーザの周波数２逓倍は、簡単でコンパクトなレーザ
システムを設計できる。励起状態にするためには外部キ
ヤビテイ共振周波数がダイオードレーザの周波数にマツ
チしなければならず、従来技術はこの周波数マツチング
を実現する種々の技術を含んでいる（例えば1989年発
行、「光学」第14巻、 731頁、1983年発行、「応用物理
学」第31巻、97頁及び1988年IEEE発行、「量子エレクト
ロニクスジヤーナル」第24巻、 913頁を参照）。
【０００７】従来、ＧａＡｌＡｓレーザダイオードの共
振によつて増強された周波数２逓倍には、非線形結晶Ｋ
ＮｂＯ3 が使用されてきた。このニオブ酸カリウムは、
ＧａＡｌＡｓレーザダイオードの波長において第２高調
波を発生する際に位相整合させるに十分な複屈折及び大
きな非線形係数を有する。しかしながらこの位相整合は
結晶の温度に対して極めて敏感であるので、効率的に第
２高調波の発生状態を維持するためにはこの温度を厳密
に制御しなければならない。
振によつて増強された周波数２逓倍には、非線形結晶Ｋ
ＮｂＯ3 が使用されてきた。このニオブ酸カリウムは、
ＧａＡｌＡｓレーザダイオードの波長において第２高調
波を発生する際に位相整合させるに十分な複屈折及び大
きな非線形係数を有する。しかしながらこの位相整合は
結晶の温度に対して極めて敏感であるので、効率的に第
２高調波の発生状態を維持するためにはこの温度を厳密
に制御しなければならない。
【０００８】ＫＮｂＯ3 以外の非線形結晶は、半導体レ
ーザダイオードの周波数アツプコンバージヨンによる青
ないし緑光の発生に有益なことが判つた。特にリン酸チ
タニルカリウム（ＫＴｉＯＰＯ4 、ＫＴＰ）は、990〔n
m〕の引張層ＩｎＧａＡｓレーザダイオードの第２高調
波の発生に使用することができ（例えば、「応用物理
学」、第55巻、第12号、1179頁及び米国特許出願第07/5
70,251号を参照）、しかもそのような応用において広い
温度公差を有することが判つた。同様にＧａＡｌＡｓレ
ーザ及びＩｎＧａＡｓレーザの組合せによつて供給され
る 994〔nm〕を超える波長とＫＴＰ内における 994〔n
m〕を下回る波長の和周波数混合（例えば、1987年発
行、「応用物理学」、第51巻、2192頁及び米国特許第4,
791,631 号を参照）を使用して、大部分、 450〔nm〕な
いし 500〔nm〕間のいずれかの青ないし緑の波長とする
ことができる。
ーザダイオードの周波数アツプコンバージヨンによる青
ないし緑光の発生に有益なことが判つた。特にリン酸チ
タニルカリウム（ＫＴｉＯＰＯ4 、ＫＴＰ）は、990〔n
m〕の引張層ＩｎＧａＡｓレーザダイオードの第２高調
波の発生に使用することができ（例えば、「応用物理
学」、第55巻、第12号、1179頁及び米国特許出願第07/5
70,251号を参照）、しかもそのような応用において広い
温度公差を有することが判つた。同様にＧａＡｌＡｓレ
ーザ及びＩｎＧａＡｓレーザの組合せによつて供給され
る 994〔nm〕を超える波長とＫＴＰ内における 994〔n
m〕を下回る波長の和周波数混合（例えば、1987年発
行、「応用物理学」、第51巻、2192頁及び米国特許第4,
791,631 号を参照）を使用して、大部分、 450〔nm〕な
いし 500〔nm〕間のいずれかの青ないし緑の波長とする
ことができる。
【０００９】ＫＴＰ内における上述の非線形処理を効率
的にするためには、直交するように偏光された２つの赤
外光波の存在を必要とする。こうした相互作用は、タイ
プ２の非線形相互作用として知られている。これは、た
だ１つの偏光だけを必要とする（タイプ１の非線形相互
作用）ＫＮｂＯ3 における第２高調波発生の場合とは対
照的である。そこで、タイプ２の非線形相互作用の効率
を改善するには、同一の波長又は異なる波長の直交する
偏光を有する２つの光波が同時に共振させられることが
必要となる。
的にするためには、直交するように偏光された２つの赤
外光波の存在を必要とする。こうした相互作用は、タイ
プ２の非線形相互作用として知られている。これは、た
だ１つの偏光だけを必要とする（タイプ１の非線形相互
作用）ＫＮｂＯ3 における第２高調波発生の場合とは対
照的である。そこで、タイプ２の非線形相互作用の効率
を改善するには、同一の波長又は異なる波長の直交する
偏光を有する２つの光波が同時に共振させられることが
必要となる。
【００１０】モノリシツク共振器は非線形結晶上に一体
に形成された複数の反射面を有しているので、共振して
いる光波が非線形結晶を離れることはない。このことは
効率、安定性及びコンパクト性には極めて好ましい。タ
イプ１の非線形処理における好適な構成は、３辺のビー
ム経路を有する三角リング共振器である。
に形成された複数の反射面を有しているので、共振して
いる光波が非線形結晶を離れることはない。このことは
効率、安定性及びコンパクト性には極めて好ましい。タ
イプ１の非線形処理における好適な構成は、３辺のビー
ム経路を有する三角リング共振器である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】タイプ２の非線形処理
の改善は従来モノリシツクリング共振器において実証さ
れたことがないことを本発明の発明者は発見した。それ
は、複反射現象のためである。複反射はリング経路を光
波の偏光に依存させるので、タイプ２の相互作用に必要
とされる２つの偏光は、タイプ１の相互作用に使用され
るリングのような三角形のスリーミラーモノリシツクリ
ングにおいて同時に共振させることができない。かくし
てタイプ２の相互作用に必要な波の双方を同一のリング
パスに沿つて同時に共振させ得る新しいリング共振器の
形態が必要となる。
の改善は従来モノリシツクリング共振器において実証さ
れたことがないことを本発明の発明者は発見した。それ
は、複反射現象のためである。複反射はリング経路を光
波の偏光に依存させるので、タイプ２の相互作用に必要
とされる２つの偏光は、タイプ１の相互作用に使用され
るリングのような三角形のスリーミラーモノリシツクリ
ングにおいて同時に共振させることができない。かくし
てタイプ２の相互作用に必要な波の双方を同一のリング
パスに沿つて同時に共振させ得る新しいリング共振器の
形態が必要となる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、第１の偏光を有する放射を発生す
る第１の放射源と、第２の偏光を有する放射を発生する
第２の放射源と、第１及び第２の偏光を有する放射を受
け取つて第２高調波放射を発生する非線形結晶と、第１
及び第２の偏光を有する放射を共振させる非線形結晶の
周囲に一体に形成され、かつ非線形結晶の軸に対して対
称な複数の反射面を有するリング共振器とを設けるよう
にする。
め本発明においては、第１の偏光を有する放射を発生す
る第１の放射源と、第２の偏光を有する放射を発生する
第２の放射源と、第１及び第２の偏光を有する放射を受
け取つて第２高調波放射を発生する非線形結晶と、第１
及び第２の偏光を有する放射を共振させる非線形結晶の
周囲に一体に形成され、かつ非線形結晶の軸に対して対
称な複数の反射面を有するリング共振器とを設けるよう
にする。
【００１３】
【作用】本発明の好適な実施例においては、ＫＴＰ結晶
上に直接磨き出された４つの反射面からなるモノリシツ
クリング共振器を設けて、ＫＴＰ結晶内に菱形のリング
パスを作る。この菱形のリングパスは、ＫＴＰ結晶の結
晶対称軸に対して対称に設計される。この配列は、光の
偏光又は波長に依存しない閉じたリングパスを定義す
る。
上に直接磨き出された４つの反射面からなるモノリシツ
クリング共振器を設けて、ＫＴＰ結晶内に菱形のリング
パスを作る。この菱形のリングパスは、ＫＴＰ結晶の結
晶対称軸に対して対称に設計される。この配列は、光の
偏光又は波長に依存しない閉じたリングパスを定義す
る。
【００１４】２つの各ダイオードレーザから出た光は、
コリメータレンズ、サーキユラライズプリズム、フアラ
デーアイソレータ及び集光レンズを通過する。集光レン
ズは光を非線形結晶内に向かわせる。２つのビームの入
射角は光の波長及び偏光の程度により異なる。２つのレ
ーザは、従来技術の一部として上記において参照された
技術のうちの１つによつてキヤビテイの共振周波数にロ
ツクされる。
コリメータレンズ、サーキユラライズプリズム、フアラ
デーアイソレータ及び集光レンズを通過する。集光レン
ズは光を非線形結晶内に向かわせる。２つのビームの入
射角は光の波長及び偏光の程度により異なる。２つのレ
ーザは、従来技術の一部として上記において参照された
技術のうちの１つによつてキヤビテイの共振周波数にロ
ツクされる。
【００１５】非線形結晶の内部において双方の入力ビー
ムは、結晶を通る同じ菱形のパスを通過し、共振によつ
て増強されて出力が増大する。非線形相互作用によつて
生じた青ないし緑の光は、モノリシツクＫＴＰ結晶の外
にと射出される。
ムは、結晶を通る同じ菱形のパスを通過し、共振によつ
て増強されて出力が増大する。非線形相互作用によつて
生じた青ないし緑の光は、モノリシツクＫＴＰ結晶の外
にと射出される。
【００１６】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
する。
【００１７】図１（Ａ）は本発明の非線形共振器１０を
示す。非線形共振器１０はリン酸チタニルカリウム（Ｋ
ＴＰ）のような非線形結晶材料１２から作られる。非線
形結晶材料１２を研磨して、両端の２つの曲面鏡１４及
び１６並びに互いに平行かつ鏡軸に平行な平らな全内部
反射面１８及び２０を設ける。曲面鏡１４及び１６は結
晶の研磨面に誘電体被膜を直接施されている。結晶対称
軸に沿う方向に鏡軸２１が存在するように非線形結晶１
２の方位を選択したので複反射を除去することができる
と共に、当該結晶内において利用し得る最大の複屈折を
用いて位相を整合することができる。当分野において知
られているように、非線形結晶は図１（Ｂ）のように結
晶軸ａ、ｂ及びｃを有する。非線形結晶１２としてＫＴ
Ｐを用いるこの好適な実施例において、鏡軸２１は結晶
のｂ軸に沿つて選択され、全内部反射面１８及び２０は
ａ軸に垂直である。
示す。非線形共振器１０はリン酸チタニルカリウム（Ｋ
ＴＰ）のような非線形結晶材料１２から作られる。非線
形結晶材料１２を研磨して、両端の２つの曲面鏡１４及
び１６並びに互いに平行かつ鏡軸に平行な平らな全内部
反射面１８及び２０を設ける。曲面鏡１４及び１６は結
晶の研磨面に誘電体被膜を直接施されている。結晶対称
軸に沿う方向に鏡軸２１が存在するように非線形結晶１
２の方位を選択したので複反射を除去することができる
と共に、当該結晶内において利用し得る最大の複屈折を
用いて位相を整合することができる。当分野において知
られているように、非線形結晶は図１（Ｂ）のように結
晶軸ａ、ｂ及びｃを有する。非線形結晶１２としてＫＴ
Ｐを用いるこの好適な実施例において、鏡軸２１は結晶
のｂ軸に沿つて選択され、全内部反射面１８及び２０は
ａ軸に垂直である。
【００１８】曲面鏡１４及び１６間の間隔及び平坦な全
内部反射鏡１８及び２０間の間隔は、結晶内に、閉じた
４辺を有する安定モードリングパス２２をもつように選
択される。リングパス２２は、２つの共振器モード２６
及び２８の状態にある非線形結晶１２を伝播するパスを
表す。共振器モード２６はリングパス２２の面に垂直な
偏光を有する光を含み、共振器モード２８はリングパス
２２の面に平行な偏光を有する光を含む。これら２つの
モードにおける光エネルギーの空間的分布は波長及び屈
折率の違いにより僅かに異なるが、双方のモードのエネ
ルギーはほぼ同じ大きさを占める（すなわち、両モード
は同一のリングパスを通る）。さらに非線形共振器１０
が共振し、かつモード２６及びモード２８において強度
を励起させる周波数は、屈折率の違いにより２つのモー
ドで異なる。曲面鏡１４及び１６の曲率半径は、共振モ
ード２６及び２８に対して小さなビームウエスト（１／
ｅ2 ビーム半径すなわちパワーが尖頭パワーの１／ｅ2
である場合のビームの半径において20〔μｍ〕）を作る
ように選択するのが好ましい。この実施例における曲面
鏡１４及び１６の曲率半径はほぼ５〔cm〕、曲面鏡１４
及び鏡１６の間隔はほぼ６〔mm〕、平面鏡１８及び平面
鏡２０間の間隔はほぼ１〔mm〕である。菱形リングパス
の開き角２４を小さくして非線形相互作用の位相を整合
し、できる限り短い第２高調波の波（青ないし緑）を発
生させると共に、非点収差を最小とすることが望まし
い。リングパス２２はできるだけｂ軸と平行に近くなけ
ればならない。非線形結晶１２の厚さは限定因子であ
る。好適な実施例における開き角はほぼ 9.1〔°〕であ
り、位相整合波長は 996〔nm〕である。
内部反射鏡１８及び２０間の間隔は、結晶内に、閉じた
４辺を有する安定モードリングパス２２をもつように選
択される。リングパス２２は、２つの共振器モード２６
及び２８の状態にある非線形結晶１２を伝播するパスを
表す。共振器モード２６はリングパス２２の面に垂直な
偏光を有する光を含み、共振器モード２８はリングパス
２２の面に平行な偏光を有する光を含む。これら２つの
モードにおける光エネルギーの空間的分布は波長及び屈
折率の違いにより僅かに異なるが、双方のモードのエネ
ルギーはほぼ同じ大きさを占める（すなわち、両モード
は同一のリングパスを通る）。さらに非線形共振器１０
が共振し、かつモード２６及びモード２８において強度
を励起させる周波数は、屈折率の違いにより２つのモー
ドで異なる。曲面鏡１４及び１６の曲率半径は、共振モ
ード２６及び２８に対して小さなビームウエスト（１／
ｅ2 ビーム半径すなわちパワーが尖頭パワーの１／ｅ2
である場合のビームの半径において20〔μｍ〕）を作る
ように選択するのが好ましい。この実施例における曲面
鏡１４及び１６の曲率半径はほぼ５〔cm〕、曲面鏡１４
及び鏡１６の間隔はほぼ６〔mm〕、平面鏡１８及び平面
鏡２０間の間隔はほぼ１〔mm〕である。菱形リングパス
の開き角２４を小さくして非線形相互作用の位相を整合
し、できる限り短い第２高調波の波（青ないし緑）を発
生させると共に、非点収差を最小とすることが望まし
い。リングパス２２はできるだけｂ軸と平行に近くなけ
ればならない。非線形結晶１２の厚さは限定因子であ
る。好適な実施例における開き角はほぼ 9.1〔°〕であ
り、位相整合波長は 996〔nm〕である。
【００１９】非線形共振器１０は光学的に入射する入力
基本周波数ビーム３０及び３２を受け取る方向に合わせ
られる。ビーム３０の偏光はリングパス２２の面に対し
て垂直であり、ビーム３２の偏光はリングパス２２の面
に対して平行である。ビーム３０及び３２の偏光方向を
それぞれ、ドツト及び矢印で図１（Ａ）に示す。好適な
実施例におけるビーム３０及びビーム３２はほぼ 996
〔nm〕の波長を有しており、鏡軸２１に対してそれぞれ
16.9〔°〕及び16.0〔°〕の角度で共振器１０に入る。
入力ミラー１４におけるビーム３０及び３２の直径は、
基本共振器モード２６及び２８の最も効率的な励起のた
めの空間的モード整合を考慮して選択される。空間的モ
ード整合については、「応用物理学」第５巻（1966年)
、1550頁、「レーザビーム及び共振器」に詳細に述べ
られている。
基本周波数ビーム３０及び３２を受け取る方向に合わせ
られる。ビーム３０の偏光はリングパス２２の面に対し
て垂直であり、ビーム３２の偏光はリングパス２２の面
に対して平行である。ビーム３０及び３２の偏光方向を
それぞれ、ドツト及び矢印で図１（Ａ）に示す。好適な
実施例におけるビーム３０及びビーム３２はほぼ 996
〔nm〕の波長を有しており、鏡軸２１に対してそれぞれ
16.9〔°〕及び16.0〔°〕の角度で共振器１０に入る。
入力ミラー１４におけるビーム３０及び３２の直径は、
基本共振器モード２６及び２８の最も効率的な励起のた
めの空間的モード整合を考慮して選択される。空間的モ
ード整合については、「応用物理学」第５巻（1966年)
、1550頁、「レーザビーム及び共振器」に詳細に述べ
られている。
【００２０】誘電体ミラー被膜１４及び１６は、入力ビ
ーム３０及び３２によつて励起されたとき、共振器モー
ド２６及び２８の強度が最大の励起状態にするように設
計されている。鏡１６は、双方のモード２６及び２８に
対応する波長において高度に反射し、かつ第２高調波
（青ないし緑）出力ビーム３４及び３６の波長において
高度に透過するように選択されている。長さ６〔mm〕の
結晶を用いる実施例においては、ほぼ 0.5〔％〕である
非線形結晶の内部損失すなわち巡回損失及び非線形相互
作用から予想される損失の双方を考慮して、入力ビーム
３０及び３２を最適にキヤビテイモード２６及び２８に
結合するように入力ミラー１４の反射率を選択する。こ
の最適な結合はインピーダンス整合として知られ、IEEE
発行、「量子力学」、第QE−24巻、第6(1988年）号 913
頁、「ダイオードレーザによりポンプされたＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザの効率的な第２高調波発生」に述べられてい
る。50〔ミリワツト〕、80〔％〕空間的モード整合の好
適な実施例において、入力ビームミラー１４はビーム３
０及び３２の基本周波数ｆに対する98.9〔％〕の反射率
及び第２高調波出力ビーム３４及び３６の周波数に対す
る20〔％〕未満の反射率を有する。ミラー１６は、ビー
ム３０及び３２の周波数に対してほぼ99.9〔％〕の高い
反射率を有し、かつ第２高調波出力ビーム３４及び３６
の周波数に対して20〔％〕未満の反射率を有する。
ーム３０及び３２によつて励起されたとき、共振器モー
ド２６及び２８の強度が最大の励起状態にするように設
計されている。鏡１６は、双方のモード２６及び２８に
対応する波長において高度に反射し、かつ第２高調波
（青ないし緑）出力ビーム３４及び３６の波長において
高度に透過するように選択されている。長さ６〔mm〕の
結晶を用いる実施例においては、ほぼ 0.5〔％〕である
非線形結晶の内部損失すなわち巡回損失及び非線形相互
作用から予想される損失の双方を考慮して、入力ビーム
３０及び３２を最適にキヤビテイモード２６及び２８に
結合するように入力ミラー１４の反射率を選択する。こ
の最適な結合はインピーダンス整合として知られ、IEEE
発行、「量子力学」、第QE−24巻、第6(1988年）号 913
頁、「ダイオードレーザによりポンプされたＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザの効率的な第２高調波発生」に述べられてい
る。50〔ミリワツト〕、80〔％〕空間的モード整合の好
適な実施例において、入力ビームミラー１４はビーム３
０及び３２の基本周波数ｆに対する98.9〔％〕の反射率
及び第２高調波出力ビーム３４及び３６の周波数に対す
る20〔％〕未満の反射率を有する。ミラー１６は、ビー
ム３０及び３２の周波数に対してほぼ99.9〔％〕の高い
反射率を有し、かつ第２高調波出力ビーム３４及び３６
の周波数に対して20〔％〕未満の反射率を有する。
【００２１】各入射ビーム３０及び３２が、そのそれぞ
れに対応する共振器モード２６及び２８の共振周波数に
変換されれば、モード２６及び２８の光学的パワーは高
い強度に増強される。さらに、共振器モード２６及び２
８の周波数ｆ1 及びｆ2 並びに発生されたビーム３４及
び３６の周波数ｆ3 ＝ｆ1 ＋ｆ2 は、非線形相互作用に
ついての位相整合条件ｆ1 ｎ1 ＋ｆ2 ｎ2 ＝ｆ3 ｎ3 を
満足する必要がある。ここでｆ1 はモード２６の周波
数、ｆ2 はモード２８の周波数、ｆ3 は出力ビーム３４
及び３６の周波数、ｎ1 は結晶１２のモード２６に対す
る屈折率、ｎ2 は結晶１２のモード２８に対する屈折
率、ｎ3 は結晶１２の出力ビーム３４及び３６に対する
屈折率である。
れに対応する共振器モード２６及び２８の共振周波数に
変換されれば、モード２６及び２８の光学的パワーは高
い強度に増強される。さらに、共振器モード２６及び２
８の周波数ｆ1 及びｆ2 並びに発生されたビーム３４及
び３６の周波数ｆ3 ＝ｆ1 ＋ｆ2 は、非線形相互作用に
ついての位相整合条件ｆ1 ｎ1 ＋ｆ2 ｎ2 ＝ｆ3 ｎ3 を
満足する必要がある。ここでｆ1 はモード２６の周波
数、ｆ2 はモード２８の周波数、ｆ3 は出力ビーム３４
及び３６の周波数、ｎ1 は結晶１２のモード２６に対す
る屈折率、ｎ2 は結晶１２のモード２８に対する屈折
率、ｎ3 は結晶１２の出力ビーム３４及び３６に対する
屈折率である。
【００２２】次に、共振器１０の動作を説明する。基本
周波数ビーム３０及び３２はミラー１４において共振器
１０内に結合される。ビーム３０及びビーム３２の小部
分は共振器１０に入らずに、それぞれビーム４０及び４
２のように反射される。ビーム３０及び３２は結晶１２
の内部においてビームパス２２に沿つて共振する。各反
射面において同じ反射角で反射されるので、ビーム３０
及びビーム３２は同一のビームパス２２に沿つて進む。
注意すべきは、反射面１８及び２０はｂ軸及びｃ軸に平
行であり、ミラー１４及び１６の反射点における接平面
はａ軸及びｃ軸に平行である。複反射の問題点を除去す
ると共に、ビームを同一のビームパスに沿つて共振させ
るのは、この対称性である。この複反射問題について、
以下にさらに詳細に説明する。
周波数ビーム３０及び３２はミラー１４において共振器
１０内に結合される。ビーム３０及びビーム３２の小部
分は共振器１０に入らずに、それぞれビーム４０及び４
２のように反射される。ビーム３０及び３２は結晶１２
の内部においてビームパス２２に沿つて共振する。各反
射面において同じ反射角で反射されるので、ビーム３０
及びビーム３２は同一のビームパス２２に沿つて進む。
注意すべきは、反射面１８及び２０はｂ軸及びｃ軸に平
行であり、ミラー１４及び１６の反射点における接平面
はａ軸及びｃ軸に平行である。複反射の問題点を除去す
ると共に、ビームを同一のビームパスに沿つて共振させ
るのは、この対称性である。この複反射問題について、
以下にさらに詳細に説明する。
【００２３】ビーム３０及び３２は結晶１２と相互作用
をしてタイプ２の非線形相互作用を行い、第２高調波
（ＳＨ）光を発生する。このＳＨ光はビーム３４として
ミラー１４を射出すると共に、ビーム３６としてミラー
１６を射出する。
をしてタイプ２の非線形相互作用を行い、第２高調波
（ＳＨ）光を発生する。このＳＨ光はビーム３４として
ミラー１４を射出すると共に、ビーム３６としてミラー
１６を射出する。
【００２４】共振器１０の他の具体例もあり得る。例え
ばビーム３０及び３２は異なる周波数を有していても良
い。また第２高調波をビーム３４として逃さずに、第２
高調波光を共振させるミラー１４を設計しても良い。こ
の場合、ビーム３６のみが出力される。
ばビーム３０及び３２は異なる周波数を有していても良
い。また第２高調波をビーム３４として逃さずに、第２
高調波光を共振させるミラー１４を設計しても良い。こ
の場合、ビーム３６のみが出力される。
【００２５】図２（Ａ）は非線形共振器１０を用いるレ
ーザシステム１００を示す。レーザダイオード１１０が
発生したレーザビーム３０をレンズ１１２が平行ビーム
にし、サーキユラライズプリズム１１４が円形断面ビー
ムにする。次に光３０はフアラデーアイソレータ１１６
を通過する。フアラデーアイソレータ１１６は、反射さ
れて戻つて来る光及び散乱光がダイオードレーザ１１０
に到達するのを阻止するために用いられる。レンズ１１
８は光３０を基本的空間モード２６内に結合する。第２
のレーザダイオード１２０が発生したレーザビーム３２
はレンズ１２２によつて平行ビームにされ、サーキユラ
ライズプリズム１２４によつて円形断面ビームにされ
る。次に光３２はフアラデーアイソレータ１２６を通過
する。フアラデーアイソレータ１２６は、反射されて戻
つて来る光及び散乱光がダイオードレーザ１２０に到達
するのを阻止するために用いられる。レンズ１２８は光
３２を基本的空間モード２８内に結合する。
ーザシステム１００を示す。レーザダイオード１１０が
発生したレーザビーム３０をレンズ１１２が平行ビーム
にし、サーキユラライズプリズム１１４が円形断面ビー
ムにする。次に光３０はフアラデーアイソレータ１１６
を通過する。フアラデーアイソレータ１１６は、反射さ
れて戻つて来る光及び散乱光がダイオードレーザ１１０
に到達するのを阻止するために用いられる。レンズ１１
８は光３０を基本的空間モード２６内に結合する。第２
のレーザダイオード１２０が発生したレーザビーム３２
はレンズ１２２によつて平行ビームにされ、サーキユラ
ライズプリズム１２４によつて円形断面ビームにされ
る。次に光３２はフアラデーアイソレータ１２６を通過
する。フアラデーアイソレータ１２６は、反射されて戻
つて来る光及び散乱光がダイオードレーザ１２０に到達
するのを阻止するために用いられる。レンズ１２８は光
３２を基本的空間モード２８内に結合する。
【００２６】好適な実施例において、レーザダイオード
１１０及び１２０はいずれも、ほぼ995〜1000〔nm〕の
波長で動作する引張層ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓレーザダ
イオードである。この実施例における出力ビーム３４及
び３６の波長はほぼ 499〔nm〕である。他の特定の実施
例において、レーザダイオード１１０は 810〜 820〔n
m〕の波長で動作するＧａＡｌＡｓレーザダイオードで
あり、レーザダイオード１２０は1040〜1070〔nm〕の波
長で動作する引張層ＩｎＧａＡｓレーザダイオードであ
る。この実施例における出力ビーム３４及び３６の波長
はほぼ 462〔nm〕である。
１１０及び１２０はいずれも、ほぼ995〜1000〔nm〕の
波長で動作する引張層ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓレーザダ
イオードである。この実施例における出力ビーム３４及
び３６の波長はほぼ 499〔nm〕である。他の特定の実施
例において、レーザダイオード１１０は 810〜 820〔n
m〕の波長で動作するＧａＡｌＡｓレーザダイオードで
あり、レーザダイオード１２０は1040〜1070〔nm〕の波
長で動作する引張層ＩｎＧａＡｓレーザダイオードであ
る。この実施例における出力ビーム３４及び３６の波長
はほぼ 462〔nm〕である。
【００２７】レーザダイオード１１０及び１２０の周波
数はモード２６及び２８の共振周波数に維持されなけれ
ばならない。このことは、この好適な実施例において
は、キヤビテイから反射されるビーム４０及び４２をそ
れぞれ光検出器１３４及び１３６によつて感知すること
により実行される。検出器１３４及び１３６はそれぞれ
一対のロツキング電子回路１３８及び１４０に接続され
る。ロツキング電子回路１３８及び１４０はそれぞれレ
ーザ１１０及び１２０に接続されてそれを制御する。反
射されたビーム４０及び４２はＦＭ信号を含む。ロツキ
ング電子回路１３８及び１４０は、反射されたビーム４
０及び４２に含まれるＦＭ信号を使用して、レーザダイ
オード１１０及び１２０の周波数をキヤビテイ共振周波
数に整合するよう制御することができる。このＦＭロツ
キング技術は「応用物理学」、第56巻(1990 年）、2291
頁に述べられている。これ以外の周波数ロツキング技術
を使用しても良い。
数はモード２６及び２８の共振周波数に維持されなけれ
ばならない。このことは、この好適な実施例において
は、キヤビテイから反射されるビーム４０及び４２をそ
れぞれ光検出器１３４及び１３６によつて感知すること
により実行される。検出器１３４及び１３６はそれぞれ
一対のロツキング電子回路１３８及び１４０に接続され
る。ロツキング電子回路１３８及び１４０はそれぞれレ
ーザ１１０及び１２０に接続されてそれを制御する。反
射されたビーム４０及び４２はＦＭ信号を含む。ロツキ
ング電子回路１３８及び１４０は、反射されたビーム４
０及び４２に含まれるＦＭ信号を使用して、レーザダイ
オード１１０及び１２０の周波数をキヤビテイ共振周波
数に整合するよう制御することができる。このＦＭロツ
キング技術は「応用物理学」、第56巻(1990 年）、2291
頁に述べられている。これ以外の周波数ロツキング技術
を使用しても良い。
【００２８】図３、図４、図５のスロウネス曲線は、直
交するように偏光しているモード２６及びモード２８が
非線形共振器１０内においてなぜ同一の幾何学的リング
パス２２をとることができるのかを説明すると共に、こ
の発明の独特の幾何学がなぜ必要かを説明している。図
３は非線形物質ＫＴＰについてのスロウネス曲線を示
す。曲線２００及び２０２は、ＫＴＰ結晶のａ軸に対し
てある角２０４をなして伝播する光波の屈折率特性を示
す。すなわちこれらの曲線は、所与の偏光を有する光波
が結晶内の特定の方向に進む場合の速度を示す。曲線２
００はａ−ｂ面に平行に偏光された光波に適用され、曲
線２０２はａ−ｂ面に垂直に偏光された光波に適用され
る。光波がａ−ｂ面に垂直に偏光される場合、その光波
は、矢印２０６の長さ（原点から曲線２０２までの距
離）によつて示されるように屈折率ｎ1 を有する。光波
がａ−ｂ面に平行に偏光される場合、その光波は、矢印
２０８の長さ（原点から曲線２００までの距離）によつ
て示されるように屈折率ｎ2 を有する。特定の例とし
て、角２０４が90〔°〕ならば、当該光波は結晶のｂ軸
に沿つて伝播する。ａ−ｂ面に平行に偏光された光波は
屈折率ｎa を有し、ａ−ｂ面に垂直に偏光された光波は
屈折率ｎc を有する。
交するように偏光しているモード２６及びモード２８が
非線形共振器１０内においてなぜ同一の幾何学的リング
パス２２をとることができるのかを説明すると共に、こ
の発明の独特の幾何学がなぜ必要かを説明している。図
３は非線形物質ＫＴＰについてのスロウネス曲線を示
す。曲線２００及び２０２は、ＫＴＰ結晶のａ軸に対し
てある角２０４をなして伝播する光波の屈折率特性を示
す。すなわちこれらの曲線は、所与の偏光を有する光波
が結晶内の特定の方向に進む場合の速度を示す。曲線２
００はａ−ｂ面に平行に偏光された光波に適用され、曲
線２０２はａ−ｂ面に垂直に偏光された光波に適用され
る。光波がａ−ｂ面に垂直に偏光される場合、その光波
は、矢印２０６の長さ（原点から曲線２０２までの距
離）によつて示されるように屈折率ｎ1 を有する。光波
がａ−ｂ面に平行に偏光される場合、その光波は、矢印
２０８の長さ（原点から曲線２００までの距離）によつ
て示されるように屈折率ｎ2 を有する。特定の例とし
て、角２０４が90〔°〕ならば、当該光波は結晶のｂ軸
に沿つて伝播する。ａ−ｂ面に平行に偏光された光波は
屈折率ｎa を有し、ａ−ｂ面に垂直に偏光された光波は
屈折率ｎc を有する。
【００２９】図４は非線形物質ＫＮｂＯ3 を用いるＧａ
ＡｌＡｓレーザのタイプ１の周波数２逓倍に一般的に用
いられるスリーミラーリング共振器の一般的な例を示
す。ａ−ｂ面に垂直な偏光を有しかつ反射面３１４に入
射する光波を、この場合にはｎc である波の屈折率に等
しい長さ（原点から曲線２０２までの距離）を有し、か
つ波の伝播方向に向いている矢印３１０により表す。反
射面３１４は、結晶のａ軸及びｂ軸に対してある角をな
している。電磁的境界条件は、反射波が反射面の方向に
沿うその実効速度が入射波の実効速度と等しくなる方向
に進むことを要求する。反射面の方向に沿う波の実効速
度は、反射面３１４の矢印３１０の投影によつて表わさ
れる。従つて、矢印３１０によつて表わされる波におい
ては、この条件は矢印３１６の方向に伝播する反射波に
よつて満足させられる。矢印３１６の長さは原点から曲
線２０２までである。矢印３１２により表わされる第２
の入射波はａ−ｂ面に平行に偏光され、反射面３１４に
入射する。矢印３１２の長さは曲線２００から原点まで
である。この場合、境界から反射された波は矢印３１８
の方向に進み、反射面３１４の方向に沿う実効速度は入
射波の実効速度と同じになる。矢印３１８の長さは原点
から曲線２００までである。この場合、双方の波が同じ
角度で反射面３１４に入射しても、その反射面から２つ
の異なつた角度で反射される。
ＡｌＡｓレーザのタイプ１の周波数２逓倍に一般的に用
いられるスリーミラーリング共振器の一般的な例を示
す。ａ−ｂ面に垂直な偏光を有しかつ反射面３１４に入
射する光波を、この場合にはｎc である波の屈折率に等
しい長さ（原点から曲線２０２までの距離）を有し、か
つ波の伝播方向に向いている矢印３１０により表す。反
射面３１４は、結晶のａ軸及びｂ軸に対してある角をな
している。電磁的境界条件は、反射波が反射面の方向に
沿うその実効速度が入射波の実効速度と等しくなる方向
に進むことを要求する。反射面の方向に沿う波の実効速
度は、反射面３１４の矢印３１０の投影によつて表わさ
れる。従つて、矢印３１０によつて表わされる波におい
ては、この条件は矢印３１６の方向に伝播する反射波に
よつて満足させられる。矢印３１６の長さは原点から曲
線２０２までである。矢印３１２により表わされる第２
の入射波はａ−ｂ面に平行に偏光され、反射面３１４に
入射する。矢印３１２の長さは曲線２００から原点まで
である。この場合、境界から反射された波は矢印３１８
の方向に進み、反射面３１４の方向に沿う実効速度は入
射波の実効速度と同じになる。矢印３１８の長さは原点
から曲線２００までである。この場合、双方の波が同じ
角度で反射面３１４に入射しても、その反射面から２つ
の異なつた角度で反射される。
【００３０】この複反射の問題は、２つの反射面が結晶
軸に対し非対称であるので、３辺を有する標準的な三角
リング共振器において生ずる。
軸に対し非対称であるので、３辺を有する標準的な三角
リング共振器において生ずる。
【００３１】図５は反射面４１４が結晶のｂ軸に平行な
場合を示す。この場合、ａ−ｂ面に垂直に偏光された入
射波（矢印４１０で表す）は矢印４１６の方向に反射さ
れる。ａ−ｂ面に平行に偏光された入射波（矢印４１２
で表す）は矢印４１８の方向に反射され、これは矢印４
１６の方向と同じである。従つて双方の入射波は、それ
らの偏光の程度に拘らず同じ角度で反射される。矢印４
１０及び矢印４１２の長さは、それぞれ曲線２０２及び
２００から原点までの距離である。矢印４１６及び矢印
４１８の長さは、原点からそれぞれ曲線２０２及び曲線
２００までの距離である。
場合を示す。この場合、ａ−ｂ面に垂直に偏光された入
射波（矢印４１０で表す）は矢印４１６の方向に反射さ
れる。ａ−ｂ面に平行に偏光された入射波（矢印４１２
で表す）は矢印４１８の方向に反射され、これは矢印４
１６の方向と同じである。従つて双方の入射波は、それ
らの偏光の程度に拘らず同じ角度で反射される。矢印４
１０及び矢印４１２の長さは、それぞれ曲線２０２及び
２００から原点までの距離である。矢印４１６及び矢印
４１８の長さは、原点からそれぞれ曲線２０２及び曲線
２００までの距離である。
【００３２】これらの図は、直交するように偏光された
図１（Ａ）のモード２６及び２８の双方に同一のリング
パス２２をもたせるためには鏡１４、１６、１８及び２
０を結晶対称軸に平行に配置する必要があることを示し
ている。本発明は、結晶のｂ軸に平行な平坦なＴＩＲ鏡
１８及び２０並びに結晶のｂ軸に沿つた曲率中心を有す
る球面鏡１４及び１６を利用する。リング経路２２は結
晶のｂ軸及び結晶のａ軸の双方について対称である。
図１（Ａ）のモード２６及び２８の双方に同一のリング
パス２２をもたせるためには鏡１４、１６、１８及び２
０を結晶対称軸に平行に配置する必要があることを示し
ている。本発明は、結晶のｂ軸に平行な平坦なＴＩＲ鏡
１８及び２０並びに結晶のｂ軸に沿つた曲率中心を有す
る球面鏡１４及び１６を利用する。リング経路２２は結
晶のｂ軸及び結晶のａ軸の双方について対称である。
【００３３】本発明の特定的な実施例においてはＫＴＰ
及びＧａＡｌＡｓ並びに引張層ＩｎＧａＡｓダイオード
レーザを用いる青ないし緑光の発生を使用したが、他の
非線形結晶及び他のレーザを用いて他の波長を発生させ
ることもできる。ニオブ酸リチウム、リチウム平衡ニオ
ブ酸リチウム、ニオブ酸リチウムカリウム、ヨウ素酸リ
チウム、ＫＴＰ、ＫＴＡ、ホウ酸バリウム、ＬＢＯ、周
期的にポールされたＫＴＰ及びニオブ酸リチウムのよう
な他の非線形結晶は、直交するように偏光する２つの入
力ビームを必要とするタイプ２の非線形相互作用を有す
ると考えられる。これらの相互作用のために必要な基本
波長は、ＧａＡｌＡｓレーザダイオード、引張層ＩｎＧ
ａＡｓレーザダイオード、ＩｎＧａＡｓＰレーザダイオ
ード、ＡｌＧａＩｎＰレーザダイオード、単一周波数チ
タン−サフアイア及び色素レーザシステム並びにＮｄ：
ＹＡＧレーザのような単一周波数固体レーザを含む種々
のレーザシステムから発生させることができる。
及びＧａＡｌＡｓ並びに引張層ＩｎＧａＡｓダイオード
レーザを用いる青ないし緑光の発生を使用したが、他の
非線形結晶及び他のレーザを用いて他の波長を発生させ
ることもできる。ニオブ酸リチウム、リチウム平衡ニオ
ブ酸リチウム、ニオブ酸リチウムカリウム、ヨウ素酸リ
チウム、ＫＴＰ、ＫＴＡ、ホウ酸バリウム、ＬＢＯ、周
期的にポールされたＫＴＰ及びニオブ酸リチウムのよう
な他の非線形結晶は、直交するように偏光する２つの入
力ビームを必要とするタイプ２の非線形相互作用を有す
ると考えられる。これらの相互作用のために必要な基本
波長は、ＧａＡｌＡｓレーザダイオード、引張層ＩｎＧ
ａＡｓレーザダイオード、ＩｎＧａＡｓＰレーザダイオ
ード、ＡｌＧａＩｎＰレーザダイオード、単一周波数チ
タン−サフアイア及び色素レーザシステム並びにＮｄ：
ＹＡＧレーザのような単一周波数固体レーザを含む種々
のレーザシステムから発生させることができる。
【００３４】図４はレーザシステム５０２を使用する相
変化光データ記憶システム５００を示す。このシステム
５０２としてレーザシステム１００を使用してよい。シ
ステム５０２から出た光はレンズ５０４により平行にさ
れてサーキユラライズ光学要素５０６に進む。要素５０
６は円形断面ビームパターンを有する光を出す。要素５
０６はプリズムであつてよい。
変化光データ記憶システム５００を示す。このシステム
５０２としてレーザシステム１００を使用してよい。シ
ステム５０２から出た光はレンズ５０４により平行にさ
れてサーキユラライズ光学要素５０６に進む。要素５０
６は円形断面ビームパターンを有する光を出す。要素５
０６はプリズムであつてよい。
【００３５】次に光は偏光ビームスプリツタ５２０及び
１／４波長板５２２を通過する。光は鏡５２４によつて
脇に反射され、レンズ５２６によつて光学的記録媒体５
３０に集光させられる。媒体５３０は相変化型の光学的
記録媒体であつてよい。
１／４波長板５２２を通過する。光は鏡５２４によつて
脇に反射され、レンズ５２６によつて光学的記録媒体５
３０に集光させられる。媒体５３０は相変化型の光学的
記録媒体であつてよい。
【００３６】媒体５３０から反射された光はレンズ５２
６を通つて戻り、鏡５２４により反射され、板５２２を
通過してビームスプリツタ５２０に進む。その後反射光
はビームスプリツタ５２０によつて非点レンズ５４０に
向けられる。レンズ５４０は当該反射光を光検出器５４
２に集光させる。媒体５３０の記録済みスポツトの有す
る反射率は異なつており、これらの相違がデータ「１」
及びデータ「０」として光検出器５４２によつて検出さ
れる。また検出器５４２は集光信号及びトラツキング信
号を提供する。
６を通つて戻り、鏡５２４により反射され、板５２２を
通過してビームスプリツタ５２０に進む。その後反射光
はビームスプリツタ５２０によつて非点レンズ５４０に
向けられる。レンズ５４０は当該反射光を光検出器５４
２に集光させる。媒体５３０の記録済みスポツトの有す
る反射率は異なつており、これらの相違がデータ「１」
及びデータ「０」として光検出器５４２によつて検出さ
れる。また検出器５４２は集光信号及びトラツキング信
号を提供する。
【００３７】図７はレーザシステム６０２を使用する磁
気光学的データ記憶システム６００を示す。このシステ
ム６０２としてレーザシステム１００を使用してよい。
システム６０２から出た光はレンズ６０４により平行に
されてサーキユラライズ光学要素６０６に進む。要素６
０６は円形断面ビームパターンを有する光を出す。要素
６０６はプリズムであつてよい。
気光学的データ記憶システム６００を示す。このシステ
ム６０２としてレーザシステム１００を使用してよい。
システム６０２から出た光はレンズ６０４により平行に
されてサーキユラライズ光学要素６０６に進む。要素６
０６は円形断面ビームパターンを有する光を出す。要素
６０６はプリズムであつてよい。
【００３８】次に光は漏洩偏光ビームスプリツタ６２０
を通過する。漏洩偏光ビームスプリツタ６２０は、ゼロ
より大きい反射率Ｒｐ及びほぼ１に等しい反射率Ｒｓを
有する（ここで、ｓ及びｐは光の直交する偏光成分を表
わす）。その後光は鏡６２４からレンズ６２６の方に反
射され、光学的記録媒体６３０に集光される。媒体６３
０は磁気−光型の光学的記録媒体であつてよい。
を通過する。漏洩偏光ビームスプリツタ６２０は、ゼロ
より大きい反射率Ｒｐ及びほぼ１に等しい反射率Ｒｓを
有する（ここで、ｓ及びｐは光の直交する偏光成分を表
わす）。その後光は鏡６２４からレンズ６２６の方に反
射され、光学的記録媒体６３０に集光される。媒体６３
０は磁気−光型の光学的記録媒体であつてよい。
【００３９】媒体６３０から反射された光はレンズ６２
６を通つて戻り、鏡６２４により反射されてビームスプ
リツタ６２０に入る。ビームスプリツタ６２０はこの反
射光を振幅ビームスプリツタ６４０に向ける。反射され
たデータ光は、１／２波長板６４２に向けられ、ビーム
スプリツタ６４４に進む。他の振幅の反射光はビームス
プリツタ６４０を真つ直ぐに通過する。この光は非点レ
ンズ６４６によつてカツド検出器６４８に集光させら
れ、トラツキング信号及び集光信号を発生する。
６を通つて戻り、鏡６２４により反射されてビームスプ
リツタ６２０に入る。ビームスプリツタ６２０はこの反
射光を振幅ビームスプリツタ６４０に向ける。反射され
たデータ光は、１／２波長板６４２に向けられ、ビーム
スプリツタ６４４に進む。他の振幅の反射光はビームス
プリツタ６４０を真つ直ぐに通過する。この光は非点レ
ンズ６４６によつてカツド検出器６４８に集光させら
れ、トラツキング信号及び集光信号を発生する。
【００４０】媒体６３０の記録済みスポツトは、上向き
又は下向きの軸を有する。これらのスポツトから反射さ
れる光の偏光面は、そのスポツトの軸の方向次第で一方
に又は他方に回転させられる。ビームスプリツタ６４４
は、偏光面がどちらに回転させられるかによつて反射光
を分離する。分離されたビームは、レンズ６５０及び光
検出器６５２の方に進むか、又はレンズ６６０及び光検
出器６６２の方に進む。出力信号が検出器６５２の出力
信号であるか検出器６６２の出力信号であるかの違い
が、データ「１」及びデータ「０」となる。光デイスク
駆動システムのさらに詳細な説明は、「Gradiant-Index
Optics and Miniature Optics, 」、SPIE第 935号（19
88年）、63頁に述べられている。
又は下向きの軸を有する。これらのスポツトから反射さ
れる光の偏光面は、そのスポツトの軸の方向次第で一方
に又は他方に回転させられる。ビームスプリツタ６４４
は、偏光面がどちらに回転させられるかによつて反射光
を分離する。分離されたビームは、レンズ６５０及び光
検出器６５２の方に進むか、又はレンズ６６０及び光検
出器６６２の方に進む。出力信号が検出器６５２の出力
信号であるか検出器６６２の出力信号であるかの違い
が、データ「１」及びデータ「０」となる。光デイスク
駆動システムのさらに詳細な説明は、「Gradiant-Index
Optics and Miniature Optics, 」、SPIE第 935号（19
88年）、63頁に述べられている。
【００４１】
【発明の効果】上述の通り本発明によれば、４つの鏡が
共振器内に光のパスを定義するモノリシツク結晶リング
共振器を使用して、周波数２逓倍及び和周波数混合のよ
うなタイプ２の非線形プロセスの効率を向上させること
ができる。複反射を除去するためにこれらの鏡を結晶対
称の軸に平行に置き、非線形相互作用に必要な偏光の双
方が結晶内の同一のパスを通るようにする。本発明は特
に青ないし緑の光を発生させるために使用され、ＧａＡ
ｌＡｓ及びＩｎＧａＡｓレーザダイオードの第２高調波
発生及び和周波数混合のためのモノリシツク共振器に適
合するように形成されたＫＴＰ結晶を使用する。これに
より、特に光記憶システムに好適な青ないし緑光の効率
的出力を発生することができる。
共振器内に光のパスを定義するモノリシツク結晶リング
共振器を使用して、周波数２逓倍及び和周波数混合のよ
うなタイプ２の非線形プロセスの効率を向上させること
ができる。複反射を除去するためにこれらの鏡を結晶対
称の軸に平行に置き、非線形相互作用に必要な偏光の双
方が結晶内の同一のパスを通るようにする。本発明は特
に青ないし緑の光を発生させるために使用され、ＧａＡ
ｌＡｓ及びＩｎＧａＡｓレーザダイオードの第２高調波
発生及び和周波数混合のためのモノリシツク共振器に適
合するように形成されたＫＴＰ結晶を使用する。これに
より、特に光記憶システムに好適な青ないし緑光の効率
的出力を発生することができる。
【図１】図１（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の菱形パスモノ
リシツクリング共振器及び結晶軸の方向を示す略線図で
ある。
リシツクリング共振器及び結晶軸の方向を示す略線図で
ある。
【図２】図２（Ａ）及び（Ｂ）は図１（Ａ）の共振器を
使用する赤外レーザダイオードの周波数アツプコンバー
ジヨンのためのレーザシステムを示す構成図である。
使用する赤外レーザダイオードの周波数アツプコンバー
ジヨンのためのレーザシステムを示す構成図である。
【図３】図３は光学的異方性結晶内における光の伝播の
説明に供する略線図である。
説明に供する略線図である。
【図４】図４は図１（Ａ）の共振器内における三角リン
グパスの使用を阻止する複反射の問題を示す略線図であ
る。
グパスの使用を阻止する複反射の問題を示す略線図であ
る。
【図５】図５は結晶対称の面に平行な鏡を用いて複反射
を除去する方法を示す略線図である。
を除去する方法を示す略線図である。
【図６】図６は本発明の相変化記憶システムを示す構成
図である。
図である。
【図７】図７は本発明の磁気光学的記憶システムを示す
構成図である。
構成図である。
【符号の説明】 １０……非線形共振器、１２……非線形結晶材料、１
４、１６……曲面鏡、１８、２０……全内部反射鏡、２
１……鏡軸、２２……４辺を有するリングパス、２４…
…菱形リングパスの開き角、２６、２８……共振器モー
ド、３０、３２……基本周波数ビーム、３４、３６……
第２高調波（青ないし緑）出力ビーム、４０、４２……
反射ビーム、１００、５０２、６０２……レーザシステ
ム、１１０、１２０……レーザダイオード、１１２、１
１８、１２２、１２８、５０４、５２６、６０４、６２
６、６５０、６６０……レンズ、１１４、１２４……サ
ーキユラライズプリズム、１１６、１２６……フアラデ
ーアイソレータ、１３４、１３６、５４２、６５２、６
６２……光検出器、１３８、１４０……ロツキング回
路、２００、２０２……屈折率特性を示す曲線、２０４
……ＫＴＰ結晶のａ軸と光波のなす角、２０６、２０８
……屈折率を表わす矢印、３１０……ａ−ｂ面に垂直な
偏光を有する波を表わす矢印、３１２……第２の入射波
を表わす矢印、３１４、４１４……反射面、３１６……
反射波を表わす矢印、３１８……境界からの反射波の移
動方向、４１０……ａ−ｂ面に垂直に偏光された入射
波、４１２……ａ−ｂ面に平行に偏光された入射波、４
１６……入射波４１０が反射する方向を示す矢印、４１
８……入射波４１２が反射する方向を示す矢印、５００
……光学的データ記憶システム、５０６、６０６……サ
ーキユラライズ光学要素、５２０……偏光ビームスプリ
ツタ、５２２……１／４波長板、５２４、６２４……
鏡、５３０、６３０……光学的記録媒体、５４０、６４
６……非点レンズ、６００……磁気光学的データ記憶シ
ステム、６２０……漏洩偏光ビームスプリツタ、６４０
……振幅ビームスプリツタ、６４２……１／２波長板、
６４４……ビームスプリツタ、６４８……カツド検出
器。
４、１６……曲面鏡、１８、２０……全内部反射鏡、２
１……鏡軸、２２……４辺を有するリングパス、２４…
…菱形リングパスの開き角、２６、２８……共振器モー
ド、３０、３２……基本周波数ビーム、３４、３６……
第２高調波（青ないし緑）出力ビーム、４０、４２……
反射ビーム、１００、５０２、６０２……レーザシステ
ム、１１０、１２０……レーザダイオード、１１２、１
１８、１２２、１２８、５０４、５２６、６０４、６２
６、６５０、６６０……レンズ、１１４、１２４……サ
ーキユラライズプリズム、１１６、１２６……フアラデ
ーアイソレータ、１３４、１３６、５４２、６５２、６
６２……光検出器、１３８、１４０……ロツキング回
路、２００、２０２……屈折率特性を示す曲線、２０４
……ＫＴＰ結晶のａ軸と光波のなす角、２０６、２０８
……屈折率を表わす矢印、３１０……ａ−ｂ面に垂直な
偏光を有する波を表わす矢印、３１２……第２の入射波
を表わす矢印、３１４、４１４……反射面、３１６……
反射波を表わす矢印、３１８……境界からの反射波の移
動方向、４１０……ａ−ｂ面に垂直に偏光された入射
波、４１２……ａ−ｂ面に平行に偏光された入射波、４
１６……入射波４１０が反射する方向を示す矢印、４１
８……入射波４１２が反射する方向を示す矢印、５００
……光学的データ記憶システム、５０６、６０６……サ
ーキユラライズ光学要素、５２０……偏光ビームスプリ
ツタ、５２２……１／４波長板、５２４、６２４……
鏡、５３０、６３０……光学的記録媒体、５４０、６４
６……非点レンズ、６００……磁気光学的データ記憶シ
ステム、６２０……漏洩偏光ビームスプリツタ、６４０
……振幅ビームスプリツタ、６４２……１／２波長板、
６４４……ビームスプリツタ、６４８……カツド検出
器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム・ポール・リスク アメリカ合衆国、カリフオルニア州94041、 マウンテン・ビユウ、フランクリン・スト リート4307、651番地
Claims (4)
- 【請求項１】第１の偏光を有する放射を発生する第１の
放射源と、 第２の偏光を有する放射を発生する第２の放射源と、 上記第１及び上記第２の偏光を有する放射を受け取つて
第２高調波放射を発生する非線形結晶と、 上記第１及び上記第２の偏光を有する放射を共振させる
上記非線形結晶の周囲に一体に形成され、かつ上記非線
形結晶の軸に対して対称な複数の反射面を有するリング
共振器とを具えることを特徴とするレーザシステム。 - 【請求項２】第１の偏光を有する第１の放射ビームを発
生させるステツプと、 第２の偏光を有する第２の放射ビームを発生させるステ
ツプと、 上記第１及び上記第２の偏光を有する放射ビームを非線
形結晶に結合するステツプと、 上記第１及び上記第２の偏光を有する放射ビームを上記
非線形結晶の軸に対して対称な複数の反射面で反射させ
ることにより、上記非線形結晶の内部で共振させて、第
２高調波の放射を発生させるステツプとを具えることを
特徴とする周波数変換方法。 - 【請求項３】第１の偏光を有する放射ビームを発生する
第１のレーザと、 第２の偏光を有する放射ビームを発生する第２のレーザ
と、 上記第１及び上記第２の偏光を有する放射を受け取つて
第２高調波放射を発生する非線形結晶と、 上記第１及び上記第２の偏光を有する放射を共振させ、
上記非線形結晶と一体の上記非線形結晶の軸に対して対
称である４つの反射面から形成された共振器とを具える
ことを特徴とするレーザシステム。 - 【請求項４】第１の偏光を有する放射を発生する第１の
放射源と、 第２の偏光を有する放射を発生する第２の放射源と、 上記第１及び上記第２の偏光を有する放射を受け取つて
第２高調波放射を発生する非線形結晶と、 上記第１及び上記第２の偏光を有する放射を共振させる
上記非線形結晶の周囲に配列され、かつ上記非線形結晶
の軸に対して対称な複数の反射面を有するリング共振器
と、 光学的データ記憶媒体と、 上記第２高調波放射を上記共振器から上記光学的データ
記憶媒体に向ける光伝送手段と、 反射された第２高調波放射ビームを上記媒体から受け取
ると共に、上記ビームに感応してデータ信号を提供する
光受取り手段とを具えることを特徴とするレーザシステ
ム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/685306 | 1991-04-12 | ||
| US07/685,306 US5095491A (en) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | Laser system and method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129700A true JPH05129700A (ja) | 1993-05-25 |
| JPH0648739B2 JPH0648739B2 (ja) | 1994-06-22 |
Family
ID=24751612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4088019A Expired - Fee Related JPH0648739B2 (ja) | 1991-04-12 | 1992-03-12 | レーザシステム及び周波数変換方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5095491A (ja) |
| JP (1) | JPH0648739B2 (ja) |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5377212A (en) * | 1991-10-17 | 1994-12-27 | Hitachi, Ltd. | Solid-state laser device including uniaxial laser crystal emitting linearly polarized fundamental wave and nonlinear optical crystal emitting linearly polarized harmonic wave |
| US5227911A (en) * | 1992-02-28 | 1993-07-13 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University | Monolithic total internal reflection optical resonator |
| US5353705A (en) * | 1992-07-20 | 1994-10-11 | Presstek, Inc. | Lithographic printing members having secondary ablation layers for use with laser-discharge imaging apparatus |
| USRE35512F1 (en) * | 1992-07-20 | 1998-08-04 | Presstek Inc | Lithographic printing members for use with laser-discharge imaging |
| US5379698A (en) * | 1992-07-20 | 1995-01-10 | Presstek, Inc. | Lithographic printing members for use with laser-discharge imaging |
| AU674518B2 (en) * | 1992-07-20 | 1997-01-02 | Presstek, Inc. | Lithographic printing plates for use with laser-discharge imaging apparatus |
| US5351617A (en) * | 1992-07-20 | 1994-10-04 | Presstek, Inc. | Method for laser-discharge imaging a printing plate |
| US5339737B1 (en) * | 1992-07-20 | 1997-06-10 | Presstek Inc | Lithographic printing plates for use with laser-discharge imaging apparatus |
| US5375138A (en) * | 1992-09-25 | 1994-12-20 | International Business Machines Corporation | Optical cavities for lasers |
| US5333142A (en) * | 1992-10-26 | 1994-07-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Technique for intracavity sum frequency generation |
| US5412674A (en) * | 1992-10-26 | 1995-05-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Compact rapidly modulatable diode-pumped visible laser |
| US5371752A (en) * | 1993-05-03 | 1994-12-06 | Powers; Peter E. | Optical parametric oscillation using KTA nonlinear crystals |
| US5394414A (en) * | 1993-05-28 | 1995-02-28 | International Business Machines Corporation | Laser system and method having a nonlinear crystal resonator |
| US5555253A (en) * | 1995-01-09 | 1996-09-10 | Amoco Corporation | Technique for locking a laser diode to a passive cavity |
| US5572542A (en) * | 1995-04-13 | 1996-11-05 | Amoco Corporation | Technique for locking an external cavity large-area laser diode to a passive optical cavity |
| US5646764A (en) * | 1995-05-17 | 1997-07-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Optical beam scanner with rotating transmissive optics |
| US5970077A (en) * | 1997-04-25 | 1999-10-19 | Zygo Corporation | Apparatus for efficiently transforming a single frequency, linearly polarized laser beam into principally two orthogonally polarized beams having different frequencies |
| US6157660A (en) * | 1999-06-04 | 2000-12-05 | Zygo Corporation | Apparatus for generating linearly-orthogonally polarized light beams |
| US6763042B2 (en) | 2001-12-14 | 2004-07-13 | Evans & Sutherland Computer Corporation | Apparatus and method for frequency conversion and mixing of laser light |
| US20030137754A1 (en) * | 2001-12-17 | 2003-07-24 | Vasylyev Sergiy Victorovich | Multistage system for radiant energy flux transformation |
| CN101617354A (zh) | 2006-12-12 | 2009-12-30 | 埃文斯和萨瑟兰计算机公司 | 用于校准单个调制器投影仪中的rgb光的系统和方法 |
| US8358317B2 (en) | 2008-05-23 | 2013-01-22 | Evans & Sutherland Computer Corporation | System and method for displaying a planar image on a curved surface |
| US8702248B1 (en) | 2008-06-11 | 2014-04-22 | Evans & Sutherland Computer Corporation | Projection method for reducing interpixel gaps on a viewing surface |
| US8077378B1 (en) | 2008-11-12 | 2011-12-13 | Evans & Sutherland Computer Corporation | Calibration system and method for light modulation device |
| US9641826B1 (en) | 2011-10-06 | 2017-05-02 | Evans & Sutherland Computer Corporation | System and method for displaying distant 3-D stereo on a dome surface |
| GB2559970B (en) * | 2017-02-22 | 2021-09-01 | M Squared Lasers Ltd | Nonlinear Crystal |
| US11563305B2 (en) | 2021-04-15 | 2023-01-24 | Coherent Lasersystems Gmbh & Co. Kg | Resonantly enhanced frequency conversion with adaptive thermal-lensing compensation |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4791631A (en) * | 1987-08-31 | 1988-12-13 | International Business Machines Corporation | Wide tolerance, modulated blue laser source |
| US5048047A (en) * | 1990-09-12 | 1991-09-10 | International Business Machines Corporation | Passive absorptive resonator laser system and method |
-
1991
- 1991-04-12 US US07/685,306 patent/US5095491A/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-03-12 JP JP4088019A patent/JPH0648739B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5095491A (en) | 1992-03-10 |
| JPH0648739B2 (ja) | 1994-06-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |