JPH05167166A - 波長変換装置 - Google Patents

波長変換装置

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JPH05167166A
JPH05167166A JP3334753A JP33475391A JPH05167166A JP H05167166 A JPH05167166 A JP H05167166A JP 3334753 A JP3334753 A JP 3334753A JP 33475391 A JP33475391 A JP 33475391A JP H05167166 A JPH05167166 A JP H05167166A
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公治 安井
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彰 石森
Tetsuo Kojima
哲夫 小島
Kazuki Kuba
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定した偏光成分を持つ波長変換レーザビー
ムを得る。 【構成】 波長変換装置において、少なくとも一組の波
長変換素子5の結晶軸を光軸に対して互いにねじれた関
係に配置するとともに、上記波長変換素子5間に、一方
の波長変換素子5により波長変換されて発生する高調波
レーザビームの偏光方向を回転させて、他方の波長変換
素子5により波長変換されて発生する偏光方向に揃える
波長板2を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、波長変換されたレー
ザビームを安定に発生させる波長変換装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】図6は、例えば特開平2ー7487号公
報に示された従来のレーザビーム波長変換装置を示す構
成図である。図において、1、3は反射ミラーで、それ
ぞれ後にその動作を説明する波長選択光学薄膜10、3
0を備えている。4はレーザ媒質で、ヤグレーザを例に
とれば Nd:YAG(YttriumAluminum Garnet)固体素子、5
は波長変換素子で、例えば入射光に対して非線形効果を
示す固体素子で、ヤグレーザでの応用を例に取ると、た
とえばKTP(Potassium Titanyl Phosphate)、7はミラー
1、3により構成されたレーザ共振器内に発生したレー
ザビーム、8は固体素子4を励起してレーザ媒質とする
ための励起光源で例えばGaAlAsを主成分とする半導体レ
ーザ、80は励起光源8より発生された励起光、9は励
起光80を集光して固体素子4内に導く集光レンズ、1
0は励起光80のほとんどを透過させ、一方レーザビー
ム7のほとんどを反射させる波長選択光学薄膜、30は
レーザビーム7のうち波長変換素子5により波長変換さ
れた高調波レーザビーム70のほとんどを透過させ、一
方基本波レーザビーム7のほとんどを反射させる波長選
択光学薄膜、70は外部に取り出された波長変換された
レーザビーム、100は光学基板である。
【0003】従来のレーザビーム波長変換装置は上記の
ように構成され、励起光源8により固体素子4内に生成
されたレーザ媒質により発生したレーザビームを、ミラ
ー1とミラー3により構成される共振器内に閉じ込め、
高輝度のレーザビーム7を共振器内に発生させ、その高
輝度レーザビームを共振器内の波長変換素子5により波
長変換し、波長変換したレーザビームのほとんどを波長
選択光学薄膜30の作用により共振器ミラー3からレー
ザビーム70として外部に取り出すようになっている。
効率の良い波長変換を実行するには、基本波レーザビー
ムと波長変換された高調波レーザビームの波長変換素子
内における進行速度、すなわち位相速度が一致すること
が必要であることが知られており、その条件が満たされ
ているとき位相整合が取られていると表現される。波長
変換素子5における位相整合は波長変換素子5の複屈折
を利用して行なわれ、たとえば図6の例において、結晶
軸C1と45度傾いた偏光成分がおもに波長変換素子5
により位相整合を取られ、高調波レーザビームに変換さ
れる。
【0004】さらに、従来のレーザビーム波長変換装置
では波長変換素子を複数個用いている点が特長である。
位相整合を取るために波長変換素子の複屈折性を利用し
ている。このような波長変換素子では結晶軸C1軸に垂
直な方向と水平方向の屈折率が異なる複屈折性を示す。
この場合基本波レーザビームの偏光状態が波長変換素子
5を通過することにより変化してしまい、例えば直線偏
光でレーザビームが入射しても楕円偏光で出射すること
になるが、このような偏光状態の変動は高調波レーザビ
ームの時間変動、不安定動作として現われる。上記従来
の例では第二の波長変換素子5の結晶軸C2軸を回転さ
せて配置し、屈折率の違いにより2つの波長変換素子5
が、紙面垂直方向と水平方向の偏光成分をもつレーザビ
ーム70に対して与える光路差の影響を打ち消すように
している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のレ
ーザビーム波長変換装置では、結晶軸が互いに直交する
波長変換素子の組み合わせにより基本波レーザビームの
偏光状態の変動を防いでいる。しかしながら、このよう
な構成においては高調波レーザビームの偏光方向が安定
せず、安定した直線偏光レーザビームを要求する高調波
レーザビームの応用に向かなかった。図7について説明
する。図7中上段は従来の装置の中心部分を抜き出した
図、下段は上段図中A、B、C、Dで示した場所でのレーザ
ビームの偏光状態を表している。基本波レーザビーム
(w)はA点にて左側の波長変換素子5の結晶光軸と45
度傾いて入射する。左側の波長変換素子5により波長変
換された高調波レーザビーム(2 w1)は結晶軸と垂直方
向に、すなわち紙面垂直方向に発生する。一方右側の波
長変換素子5では、結晶軸が左側の波長変換素子5に対
して90度をなすために、波長変換されたレーザビーム
(2 w2)は紙面と平行方向に発生する事になる。このよ
うにして発生させられた高調波レーザビームは、D 点に
おいて合成され、楕円偏光として外部に出射されること
になる。楕円偏光の度合いについては、両者間の位相差
に依存するが、位相差は波長変換素子5の、特に温度の
影響を受けるため、装置の温度変化により高調波レーザ
ビームの偏光方向が変動して安定しないと言う問題点が
あった。
【0006】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、偏光方向の安定した波長変換レ
ーザビームを得ることを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る波長変換
装置は、少なくとも一組の波長変換素子の結晶軸を光軸
に対して互いにねじれた関係に配置するとともに、上記
波長変換素子間に、一方の波長変換素子により波長変換
されて発生する高調波レーザビームの偏光方向を回転さ
せて、他方の波長変換素子により波長変換されて発生す
る偏光方向に揃える波長板を配置したものである。
【0008】さらに、レーザ共振器内のレーザビームの
光路上に、レーザ媒質より発生する基本波レーザビーム
の偏光方向を規定する偏光素子を設けるとよい。
【0009】また、レーザ媒質を結晶軸をもつ固体素子
で構成してもよい。
【0010】
【作用】上記のように構成された波長変換装置における
波長板は、一方の波長変換素子により波長変換されて発
生する高調波レーザビームの偏光方向を回転させて、他
方の波長変換素子により波長変換されて発生する偏光方
向にするので、偏光方向が一定方向に揃った波長変換レ
ーザビームを発生させ、装置の温度変化があっても偏光
方向の変動が少なく安定したレーザビームが得られる。
【0011】また、レーザ共振器内のレーザビームの光
路上に、レーザ媒質より発生する基本波レーザビームの
偏光方向を規定する偏光素子を設ければ、直線偏光化し
た基本波レーザビームを用いることにより安定に直線偏
光状態の高調波レーザビームを得ることができる。
【0012】さらに、結晶軸をもつ固体素子をレーザ媒
質として用いることにより、結晶軸をもつ固体素子から
直線偏光のレーザビームを発生させ、基本波レーザビー
ムの発生偏光方向がさらに安定し、結果として安定な高
調波レーザビームが得られる。
【0013】
【実施例】実施例1.図1はこの発明の一実施例を示す
構成図であり、1、3、4、5、7、8、9、10、3
0、70、80、100は上記従来装置と全く同一のも
のである。2は半波長波長板である。
【0014】上記のように構成されたレーザビーム波長
変換装置においては、励起光源8により固体素子4内に
生成されたレーザ媒質により発生したレーザビームを、
ミラー1とミラー3により構成される共振器内に閉じ込
め、高輝度のレーザビーム7を共振器内に発生させ、そ
の高輝度レーザビームを共振器内の波長変換素子5によ
り波長変換し、波長変換したレーザビームのほとんどを
波長選択光学薄膜30の作用により共振器ミラー3から
レーザビーム70として外部に取り出すようになってい
る。効率の良い波長変換を実行するには、基本波レーザ
ビームと波長変換された高調波レーザビームの波長変換
素子内における進行速度、すなわち位相速度が一致する
ことが必要であることが知られており、その条件が満た
されているとき位相整合が取られていると表現される。
波長変換素子における位相整合は波長変換素子の複屈折
を利用して行なわれ、たとえば図1の例において、結晶
軸C1と45度傾いた偏光成分がおもに波長変換素子5
により位相整合を取られ、高調波レーザビームに変換さ
れる。このような波長変換素子5では、結晶軸C1軸に
垂直な方向と水平方向偏光成分に対する屈折率が異な
る、いわゆる複屈折性を示す。この場合基本波レーザビ
ームの偏光状態が波長変換素子5を通過することにより
変化してしまい、例えば直線偏光でレーザビームが入射
しても楕円偏光で出射することになる。このような偏光
状態の変動は高調波レーザビームの時間変動、不安定動
作として現われる。この発明では従来と同様、第二の波
長変換素子の結晶軸C2軸を90度回転させて配置し、
2つの波長変換素子5がレーザビーム70に対して与え
る、紙面垂直方向と水平方向での屈折率の違いにより光
路差を打ち消すようにしている。
【0015】さらにこの発明では、波長板2が、図1中
左側の波長変換素子5から発生する高調波レーザビーム
の偏光方向を90度回転させ、右側の波長変換素子5か
ら発生する高調波レーザビームの偏光方向に揃え、直線
偏光の高調波レーザビーム70が外部に発生するように
している。図2について説明する。図中上段はこの発明
の中心部分を抜き出した図、下段は上段図中A、B、C、D
で示した場所でのレーザビームの偏光状態を表してい
る。基本波レーザビーム(w)はA点にて左側の波長変換
素子5の結晶光軸と45度傾いて入射する。左側の波長
変換素子5により波長変換されたレーザビーム(2 w1
は、結晶軸と垂直方向に、すなわち紙面垂直方向に発生
する。波長板2はその結晶軸が波長変換素子5を通過し
た基本波レーザビームの偏光方向に設定されており、従
って基本波レーザビームは波長板2によりその偏光方向
をほとんど乱されることなく右側の波長変換素子5に入
射する。一方、高調波レーザビームは基本波レーザビー
ムと45度傾いた偏光方向をもち、波長板2の結晶軸と
45度傾いた偏光方向で波長板2に入射し、波長板2に
より90度その偏光方向を回転され、紙面と平行方向の
偏光成分を持って右側の波長変換素子5に入射する。右
側の波長変換素子5では結晶軸が左側の波長変換素子5
に対して90度をなすために、波長変換されたレーザビ
ーム(2 w2)は、左側の波長変換素子5で発生した高調
波レーザビームの偏光方向と同一方向の紙面と平行方向
に発生することになる。このようにして各波長変換素子
5から発生させられた高調波レーザビームは、D 点にお
いて合成され、直線偏光として外部に出射されることに
なる。
【0016】実施例2.なお上記波長変換素子5と波長
板2の組み合わせを図1に示すように共振器内に設置し
た場合、図3に示すように、波長変換素子5に入射する
基本波レーザビームの偏光方向を波長変換素子5と45
度方向にそろえる、例えばブリュースター角度に設定さ
れたガラスよりなる偏光素子6を共振器内に設定すれば
動作が安定する。
【0017】実施例3.なお上記実施例では、レーザ媒
質となる固体素子4は等方性のものを仮定し、特に結晶
軸の仮定をしなかったが、結晶軸をもつ固体素子、例え
ばYLF(YttriumLithium Fluoride)を使えば、直線偏光
の基本波レーザビームが安定に発生し、結果として安定
な高調波レーザビームが得られる。
【0018】実施例4.なお上記実施例では2つの波長
変換素子5を用いた例を示したが、例えば図4に示すよ
うに2コ以上の複数個であってもよい。
【0019】実施例5.また図5に示すように波長変換
素子5と波長板2を接着するように構成すると素子の温
度が同一になり温度変化に対する動作がより安定する。
【0020】実施例6.なお、上記実施例では複数の波
長変換素子5は、互いに結晶軸が90度をなすものにつ
いて説明したが、90度に限ることはなく、結晶軸が互
いに捩れていれば効果がある。
【0021】なお上記いずれの実施例においても、特に
説明しなかったが、光学素子のうち特に指示のない部分
にも、レーザビームが通過する部分には通常の光学素子
のように無反射薄膜を施せば共振器内のロスが減少し、
効率の良い波長変換を実現することができる。
【0022】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば少なく
とも一組の波長変換素子の結晶軸を光軸に対して互いに
ねじれた関係に配置するとともに、上記波長変換素子間
に、一方の波長変換素子により波長変換されて発生する
高調波レーザビームの偏光方向を回転させて、他方の波
長変換素子により波長変換されて発生する偏光方向にす
る波長板を配置したので、波長変換素子より発生する高
調波レーザビームの偏光方向が揃い、装置の温度変化が
あっても偏光方向の変動が少なく安定したレーザビーム
が得られる効果がある。
【0023】さらに、レーザ共振器内のレーザビームの
光路上に、レーザ媒質より発生する基本波レーザビーム
の偏光方向を規定する偏光素子を設けることにより、安
定に直線偏光状態の高調波レーザビームを得ることがで
きる。
【0024】また、レーザ媒質を結晶軸をもつ固体素子
で構成することにより、基本波レーザビームの発生偏光
方向がさらに安定し、結果として安定な高調波レーザビ
ームが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1を示す構成図である。
【図2】この発明の実施例1による波長変換装置の動作
を示す説明図である。
【図3】この発明の実施例2を示す構成図である。
【図4】この発明の実施例4を示す構成図である。
【図5】この発明の実施例5を示す構成図である。
【図6】従来の波長変換装置を示す構成図である。
【図7】従来の波長変換装置の動作を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
1 反射ミラー 2 波長板 3 反射ミラー 4 固体素子 5 波長変換素子 6 偏光素子 7 レーザビーム 70 レーザビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久場 一樹 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社中央研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ媒質、及びレーザミラーの組み合
    わせにより構成されたレーザ共振器内に複数の波長変換
    素子を配置して高調波レーザビームを発生させるものに
    おいて、少なくとも一組の上記波長変換素子が、その結
    晶軸を光軸に対して互いにねじれた関係に配置されると
    ともに、上記波長変換素子間に、一方の波長変換素子に
    より波長変換されて発生する高調波レーザビームの偏光
    方向を回転させて、他方の波長変換素子により波長変換
    されて発生する偏光方向にそろえる波長板を配置したこ
    とを特徴とする波長変換装置。
  2. 【請求項2】 レーザ共振器内のレーザビームの光路上
    に、レーザ媒質より発生する基本波レーザビームの偏光
    方向を規定する偏光素子を設けたことを特徴とする請求
    項1記載の波長変換装置。
  3. 【請求項3】 レーザ媒質は結晶軸をもつ固体素子から
    なることを特徴とする請求項1または2記載の波長変換
    装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2528257A2 (en) 2003-03-31 2012-11-28 Fujitsu Limited Network design device
US9172201B2 (en) 2011-03-17 2015-10-27 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Wavelength conversion laser light source, and image display device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2528257A2 (en) 2003-03-31 2012-11-28 Fujitsu Limited Network design device
US9172201B2 (en) 2011-03-17 2015-10-27 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Wavelength conversion laser light source, and image display device

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