JPH052202A

JPH052202A - 高調波発生装置

Info

Publication number: JPH052202A
Application number: JP18020891A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Takano; 芳伸高野
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1993-01-08

Abstract

(57)【要約】【目的】集光レンズと共振器との間隔を狭めて装置の
小型化を実現することができる高調波発生装置を提供す
る。【構成】ＬＤ２３、コリメートレンズ２５、集光レン
ズ２７、モノリシック型共振器３１を備えた第２高調波
発生装置２１において、集光レンズ２７とモノリシック
型共振器３１の間に凹レンズ２９を配置する。凹レンズ
２９により、集光レンズ２７と共振器３１との間隔Ｌ₂
を狭めても、基本波３３がモノリシック型共振器３１に
入射するときの絞り角度θ’を小さくすることができる
ので、装置を小型化することができる。また、凹レンズ
２９を矢印Ｇ方向に動かして共振器３１に対する基本波
３３の入射位置を微調整できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体レーザ等から出射される基
本波を非線形光学材料に通して波長変換された第２高調
波や第３高調波を得る装置が種々提案されている。これ
らの装置では、複数の反射面で構成される共振器内に非
線形光学材料を配置し、基本波を共振器内に閉じ込めて
増幅させることで、高調波を効率よく発生させるように
している。そして、共振器としては、非線形光学材料の
端面に反射膜を設けて、その内部で共振させるモノリシ
ック型共振器と、複数のミラーを配置して共振器を構成
し、この共振器内に非線形光学材料を配置した外部共振
器とが知られている。

【０００３】図２には、従来の高調波発生装置の一例と
して、モノリシック型共振器を用いた第２高調波発生装
置が示されている。

【０００４】この第２高調波発生装置１は、半導体レー
ザ（以下ＬＤとする）２、コリメートレンズ３、集光レ
ンズ４及びＫＮｂＯ₃ 結晶等からなる非線形光学材料５
によって構成されている。ＬＤ２は、例えば波長860 nm
の基本波９を出射する。非線形光学材料５の図中左右の
２面は、球面状に研磨加工されている。このうち図中左
側の面は基本波９の入射面をなし、この面に基本波９に
対して一部透過、第２高調波１０に対して反射の球面ミ
ラー６が形成されている。また、図中右側の面は第２高
調波１０の出射面をなし、この面に基本波９に対して反
射、第２高調波１０に対して透過の球面ミラー７が形成
されている。更に、非線形光学材料５の図中下面は、基
本波９及び第２高調波１０のいずれも反射する平面ミラ
ー８をなしている。

【０００５】上記の構成において、ＬＤ２から出射する
波長860 nmの基本波９は、コリメートレンズ３、集光レ
ンズ４を通って、非線形光学材料５の球面ミラー６から
入射し、球面ミラー７、平面ミラー８、球面ミラー６で
構成される共振器内で反射し共振して増幅される。そし
て、基本波９は、非線形光学材料５内を所定の方向に通
過するとき、その一部が波長430 nmの第２高調波１０に
変換され、球面ミラー７を透過して出力される。このよ
うな高調波発生装置を用いれば、基本波を効率よく高調
波に変換することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の高調波発生装置においては、以下の理由により装置
の小型化を図ることが困難であった。

【０００７】すなわち、基本波９を効率よく第２高調波
１０に変換するには、ＬＤ２から出射される基本波９を
コリメートレンズ３で平行なビームにし、集光レンズ４
によって集束させて共振器の共振モードに一致させる必
要があるが、この場合、共振モードは広がり角が小さい
ので、基本波９の絞り角度θを一般に2.3 °以下程度に
する必要がある。一方、基本波９の集光効率を高めるた
めは、コリメータレンズ３のＮＡ（開口数）をある程度
大きくする必要がある。すると、コリメータレンズ３を
通過した基本波９のビーム直径は一般に少なくとも２mm
程度になる。この基本波９を集光レンズ４で集光させる
とき、前記絞り角度θを2.3 °以下におさえようとする
と、集光レンズ４と共振器との間隔Ｌを50mm以上に設定
する必要があり、このことが装置の小型化を図る一つの
ネックとなっていた。

【０００８】また、共振器内で基本波９を共振させるた
めには、共振器の基本波入射面に対して基本波９の光軸
を位置精度２〜３μｍといった極めて厳密な精度で合わ
せる必要があり、例えば差動マイクロなどの高精度な位
置合わせ機構を用いる必要があった。このため、装置が
大型化し、生産コストも高いものとなっていた。

【０００９】したがって、本発明の目的は、装置を小型
化することができるとともに、共振器に対する基本波の
入射位置を容易に微調整することができる高調波発生装
置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の高調波発生装置は、基本波発生用の光源
と、非線形光学材料を有する共振器と、前記光源と前記
共振器との間に配置される集光レンズとを備えた高調波
発生装置において、前記集光レンズと前記共振器との間
に凹レンズ又は凸面ミラーを配置したことを特徴とす
る。

【００１１】本発明の好ましい態様においては、前記凹
レンズ又は凸面ミラーと前記共振器との間隔が、前記凹
レンズ又は凸面ミラーの焦点距離よりも短くなるように
設定される。

【００１２】

【作用】本発明では、基本波発生用の光源から出射され
る基本波が、集光レンズと凹レンズ又は凸面ミラーとを
介して共振器に入射される。ただし、凸面ミラーを用い
る場合は、集光レンズを通過した基本波を凸面ミラーの
表面で反射させて共振器に入射させる。集光レンズだけ
を用いる場合は、前記絞り角度θを2.3 °以下にするた
め、焦点距離の長い集光レンズを用いる必要があり、集
光レンズと共振器との間隔を長くとらなければならな
い。しかし、集光レンズと凹レンズ又は凸面ミラーとを
組み合わせた場合は、集光レンズの焦点距離が短くても
凹レンズ又は凸面ミラーによって合成焦点距離を伸ばさ
れることとなり、しかも、その合成焦点距離と同じ焦点
距離を一枚の集光レンズで得る場合よりも全体の長さを
短くすることができる。したがって、集光レンズと共振
器との間隔が短くても、前記絞り角度θを小さくして入
射させることができ、装置のコンパクト化を図ることが
できる。

【００１３】また、本発明では、凹レンズ又は凸面ミラ
ーを、基本波の光軸に対して例えば垂直方向に動かすこ
とによって、共振器に対する基本波の光軸を調整するこ
とができる。このため、共振器の全体を動かしたり、あ
るいは基本波発生用光源や結合光学系の全体を動かす必
要なく、凹レンズ又は凸面ミラーだけを動かして光軸の
調整を行うことができるので、光軸調整に必要な装置も
コンパクト化することができる。

【００１４】更に、本発明の好ましい態様において、凹
レンズ又は凸面ミラーと共振器との間隔が凹レンズ又は
凸面ミラーの焦点距離よりも短くなるように設定された
場合は、凹レンズ又は凸面ミラーを動かして光軸の調整
を行う際に微調整が容易になるという利点が得られる。
このことを、凹レンズを用いた例によってより詳しく説
明すると、共振器入射面における基本波の光軸の移動距
離Ｘ_R と凹レンズの移動距離Ｘ_O との関係は下記数式１
で表わすことができる。なお、数式１中、Ｌは凹レンズ
と共振器との間隔、ｆ_O は凹レンズの焦点距離を示して
いる。

【００１５】

【数１】Ｘ_R ＝（Ｌ／ｆ_O ）・Ｘ_O

【００１６】したがって、凹レンズと共振器との間隔Ｌ
が、凹レンズの焦点距離ｆ_O よりも小さくなるように設
定すると、凹レンズの移動距離Ｘ_O よりも、共振器入射
面における基本波の光軸の移動距離Ｘ_R が小さくなる。
このため、凹レンズを基本波の光軸に対して垂直方向に
比較的大きく移動させても、共振器入射面における基本
波の光軸の移動距離を小さくすることができ、凹レンズ
を移動させて基本波の光軸を調整する際の微調整を容易
にすることができる。

【００１７】

【実施例】図１には、本発明を第２高調波発生装置に適
用した一実施例が示されている。なお、本発明は、第２
高調波発生装置に限定されるものではなく、第３高調波
発生装置にも適用することができる。

【００１８】この第２高調波発生装置２１は、レーザ光
源としてのＬＤ２３、コリメートレンズ２５、集光レン
ズ２７、凹レンズ２９、モノリシック型共振器３１が順
次配列されて構成されている。なお、この実施例ではモ
ノリシック型共振器が用いられているが、これに限定さ
れることはなく、複数枚のミラーを配置して構成する外
部共振器等を用いてもよい。また、例えば、スタンディ
ングウェーブ型共振器など各種の共振器に適用すること
ができる。

【００１９】ＬＤ２３は、この実施例では、波長860 n
m、単一縦、単一横モードで、非点収差の少ない基本波
を出射するものが用いられている。なお、光源としては
ＬＤによって励起されたＹＡＧ、ＹＬＦなどの固体レー
ザ媒質からの出射光を用いることもできる。コリメート
レンズ２５は、ＬＤ２３から出射される基本波３３を平
行なビームにし、集光レンズ２７は、このビームを絞っ
てモノリシック型共振器３１内の共振モードと入射ビー
ムとを整合させる役割をなす。なお、この実施例では、
集光レンズ２７は焦点距離ｆ₁ ＝25mmのものが用いられ
ている。

【００２０】また、集光レンズ２７とモノリシック型共
振器３１との間の基本波３３の光軸上には、焦点距離ｆ
₀ ＝10mmの凹レンズ２９が、凹レンズ２９と共振器３１
との間隔が凹レンズ２９の焦点距離（10mm) よりも短く
なるように設定されて配置されている。この凹レンズ２
９は、基本波３３の光軸方向に対して垂直方向、すなわ
ち、図１中矢印Ｇ方向に移動できるようになっており、
この凹レンズ２９を矢印Ｇ方向に移動させることによっ
て、共振器３１に対する基本波３３の入射位置を調整で
きるようになっている。

【００２１】モノリシック型共振器３１は、この実施例
では、ＫＮｂＯ₃結晶からなる非線形光学材料３５を用
いて形成されており、結晶軸ａと平行な方向において位
相整合がとられるようになっている。なお、非線形光学
材料３５としてはＫＮｂＯ₃結晶の他に、ＫＴｉＯＰＯ₄
、ＫＨ₂ ＰＯ₄ 、ＬｉＮｂＯ₃ 等の各種の非線形光学
結晶や、有機非線形光学材料を用いることもできる。

【００２２】モノリシック型共振器３１は、長さ7.5mm
の非線形光学材料３５の結晶軸ａ方向に位置する両端面
をそれぞれ曲率半径５mmの球面状に加工し、基本波３３
の入射面に基本波３３を９３％反射する反射膜を蒸着し
て球面ミラー３９とし、第２高調波３７の出射面に基本
波３３を９９．９％反射、第２高調波３７を９０％透過
する反射膜を蒸着して球面ミラー４１としている。ま
た、非線形光学材料３５を結晶軸ａに沿って平面にカッ
トし、この面を基本波３３、第２高調波３７ともに全反
射する平面ミラー４３としてある。

【００２３】この第２高調波発生装置２１を用い、ＬＤ
２３から波長860 nmの基本波３３を出射すると、基本波
３３は、コリメートレンズ２５によって平行なビームと
された後、集光レンズ２７及び凹レンズ２９の組み合わ
せによって集光され、より細いビームに絞られて、球面
ミラー３９の点Ａからモノリシック型共振器３１内に入
射する。この場合、集光レンズ２７の焦点距離が短くて
も、凹レンズ２９によって合成焦点距離が伸ばされるた
め、球面ミラー３９に入射するときの絞り角度θ’を十
分に小さくでき、しかも集光レンズ２７とモノリシック
型共振器３１との距離Ｌ₂ を短くすることができる。

【００２４】例えば、基本波３３がコリメータレンズ２
５によって直径２mmのビームとされるとき、集光レンズ
２７の焦点距離ｆ₁ ＝25mm、凹レンズ２９の焦点距離ｆ
₀ ＝10mm、集光レンズ２７と凹レンズ２９との距離Ｌ₁
＝17mmとすると、合成焦点距離ｆ₂ ＝50mmとなり、この
とき、集光レンズ２７とモノリシック型共振器３１との
距離Ｌ₂ ＝26mmで、凹レンズ２９とモノリシック型共振
器３１との距離Ｌ₃ ＝9mm 、基本波３３の絞り角度θ’
＝2.3 °となる。図２に示す装置において、上記焦点距
離ｆ₂ を一枚の集光レンズ４で得ようとすると、集光レ
ンズ４とモノリシック型共振器との距離Ｌは、50mmとし
なければならない。

【００２５】また、凹レンズ２９を図中矢印Ｇ方向に移
動させることにより、共振器３１に対する基本波３３の
入射位置を調整することができる。このとき、凹レンズ
２９は、凹レンズ２９と共振器３１との間隔が凹レンズ
２９の焦点距離（10mm) よりも短くなるように設定され
て配置されているので、凹レンズ２９を矢印Ｇ方向に比
較的大きく移動させても、共振器３１の球面ミラー３９
上における基本波３３の光軸の移動距離は小さくなる。
このため、凹レンズ２９を矢印Ｇ方向に移動させるだけ
で基本波３３の入射位置の微調整を行なうことができ
る。

【００２６】因みに、上記の例では、凹レンズ２９の焦
点距離ｆ₀ ＝10mmで、凹レンズ２９とモノリシック型共
振器３１との距離Ｌ₃＝9 mmであるため、前記数式１に
当てはめて計算すると、凹レンズ２９の矢印Ｇ方向の移
動距離に対する球面ミラー３９上における基本波３３の
光軸の移動距離は、約 0.9倍となる。

【００２７】こうして、集光レンズ２７及び凹レンズ２
９によって細いビームに絞られ、光軸を微調整されて球
面ミラー３９の点Ａより共振器３１内に入射した基本波
３３は、非線形光学材料３５中を結晶軸ａに沿って伝搬
し、対向する球面ミラー４１の点Ｂで反射され、平面ミ
ラー４３の点Ｃに向かい、平面ミラー４３の点Ｃで反射
されて球面ミラー３９の点Ａに戻り、点Ａで反射されて
再び結晶軸ａに沿って伝搬し、元の光と重なり合って進
行波型の共振がなされる。このように、基本波３３は、
モノリシック型共振器３１内において三角形のリング状
の共振経路をとって共振し増幅される。

【００２８】こうして増幅された基本波３３は、点Ａ−
Ｂ間を結晶軸ａ方向に伝搬するときその一部が波長430
nmの第２高調波３７に変換され、この第２高調波３７が
球面ミラー４１から出射される。

【００２９】なお、上記実施例では、ＬＤ２３から出射
される基本波３３をコリメートレンズ２５に通してビー
ム整形を行っているが、コリメートレンズ２５を通した
後、更にビーム整形プリズムに通して、円形のビームを
得るようにしてもよい。また、凹レンズ２９の代りに凸
面ミラーを用いることもできる。凸面ミラーを用いる場
合は、集光レンズ２７を通過した基本波３３を凸面ミラ
ーで反射させた後、モノリシック型共振器３１に入射さ
せる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
集光レンズと共振器との間に凹レンズ又は凸面ミラーを
配置し、集光レンズと凹レンズ又は凸面ミラーとの組み
合わせで基本波を絞るようにしたので、集光レンズの焦
点距離が短くても合成焦点距離を伸ばして、共振器へ入
射する基本波の絞り角度を小さくすることができ、しか
も集光レンズと共振器との間隔を短くすることができ
る。したがって、装置をコンパクト化することができ
る。

【００３１】また、凹レンズ又は凸面ミラーを光軸に対
して直交する方向に移動させると、基本波の共振器への
入射位置が変化するので、凹レンズ又は凸面ミラーを動
かすだけで光軸調整を行うことができ、光軸調整作業が
容易になるとともに、光軸調整に必要な装置も簡素化さ
れ、製造コストを低減し、より一層のコンパクト化を図
ることができる。

【００３２】更に、上記において、凹レンズ又は凸面ミ
ラーと共振器との間隔が凹レンズ又は凸面ミラーの焦点
距離よりも短くなるように設定すれば、凹レンズ又は凸
面ミラーの移動距離に対して、基本波の共振器への入射
位置の移動距離の方が小さくなるので、基本波の入射位
置を微調整することが容易となり、光軸調整作業がより
容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高調波発生装置の一実施例を示す説明
図である。

【図２】従来の第２高調波発生装置を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

２１第２高調波発生装置２３半導体レーザ（ＬＤ）２５コリメートレンズ２７集光レンズ２９凹レンズ３１モノリシック型共振器３３基本波３５非線形光学材料３７第２高調波

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基本波発生用の光源と、非線形光学材料
を有する共振器と、前記光源と前記共振器との間に配置
される集光レンズとを備えた高調波発生装置において、
前記集光レンズと前記共振器との間に凹レンズ又は凸面
ミラーを配置したことを特徴とする高調波発生装置。
【請求項２】前記凹レンズ又は凸面ミラーと前記共振
器との間隔が、前記凹レンズ又は凸面ミラーの焦点距離
よりも短くなるように設定した請求項１記載の高調波発
生装置。