JPH05235457A - Ld excited shg laser apparatus - Google Patents

Ld excited shg laser apparatus

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JPH05235457A
JPH05235457A JP3747692A JP3747692A JPH05235457A JP H05235457 A JPH05235457 A JP H05235457A JP 3747692 A JP3747692 A JP 3747692A JP 3747692 A JP3747692 A JP 3747692A JP H05235457 A JPH05235457 A JP H05235457A
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JP
Japan
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laser
laser light
light
equation
fundamental
Prior art date
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Pending
Application number
JP3747692A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiki Kishimoto
俊樹 岸本
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.)
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Mining Co Ltd filed Critical Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority to JP3747692A priority Critical patent/JPH05235457A/en
Publication of JPH05235457A publication Critical patent/JPH05235457A/en
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Abstract

PURPOSE:To optimize an optical length even with the rough accuracy of a movement of a laser device or a nonlinear optical device by providing a particular slanting surface on a light incident surface or a light exit surface of at least either of time laser device or the nonlinear optical device. CONSTITUTION:There are in a resonator a laser device 2 for generating fundamental laser light with excitation thereof, and a nonlinear optical device 3 for emitting second harmonic laser light as the fundamental laser light is incident thereon. There is provided a slanting surface 30 satisfying a formula (lambda: wavelength of fundamental laser light, DELTAn: double refraction of a slanting surface formation device with respect to the fundamental laser light, DELTAW: amount of the movement of the device in the width direction on which the slanting surface is formed, tau: slanting angle) on the light exit surface of the nonlinear optical device 3, which slanting surface is moved widthwise thereof for effective adjustment of the optical length. Hereby, even though the movement accuracy in the width direction is set somewhat roughly, the optical length is optimized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、基本波レーザ光を発生
するレーザ素子とこの基本波レーザ光が入射されて第二
高調波レーザ光を出力する非線形光学素子を共振器内に
備え、光記録用光源やプリンター用光源等に利用される
LD励起SHGレーザ装置に係り、特に、第二高調波レ
ーザ光の出力変動が起き難いLD励起SHGレーザ装置
の改良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention comprises a laser element for generating a fundamental wave laser beam and a non-linear optical element for receiving the fundamental wave laser beam and outputting a second harmonic laser beam in a resonator. The present invention relates to an LD-pumped SHG laser device used as a recording light source, a printer light source, and the like, and more particularly, to an improvement of an LD-pumped SHG laser device in which an output fluctuation of a second harmonic laser light hardly occurs.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光記録やレーザプリンター等の分
野においては記録密度や画素密度を向上させる目的から
その光源としてより短波長のレーザ光が求められ、か
つ、装置全体の小型化が求められている。このため、近
年、小型化が可能な半導体励起固体レーザ素子の第二高
調波発生(SHGという)による可視光レーザ装置(以
下、LD励起SHGレーザ装置という)の開発が盛んに
なされておりその実用化が図れつつある。すなわち、上
記半導体励起固体レーザ素子は励起の際の発熱が少ない
ため得られるビーム品質が良く、従って、非線形光学結
晶を共振器内に挿入することにより容易に第二高調波が
得られる利点を有している。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the fields of optical recording, laser printers and the like, shorter wavelength laser light is required as a light source for the purpose of improving recording density and pixel density, and miniaturization of the entire apparatus is required. ing. For this reason, in recent years, a visible light laser device (hereinafter, referred to as an LD pumped SHG laser device) by second harmonic generation (hereinafter referred to as SHG) of a semiconductor pumped solid-state laser element that can be miniaturized has been actively developed and put to practical use. It is being realized. That is, the semiconductor-pumped solid-state laser device has a good beam quality because it produces little heat during pumping, and therefore has the advantage that a second harmonic can be easily obtained by inserting a nonlinear optical crystal into the resonator. is doing.

【0003】そして、この種のLD励起SHGレーザ装
置は、図7に示すように半導体レーザaにより励起され
て基本波レーザ光を発生するレーザ素子bとこの基本波
レーザ光が入射されて第二高調波レーザ光を出力する非
線形光学素子cとが高反射膜dとミラーeから成る共振
器内に配置された構造になっており、上記レーザ素子b
としてNd:YAG等が、また、非線形光学素子cとし
てKTiOPO4 (KTP)等が適用されている。尚、
このように非線形光学結晶を共振器内に入れて行う方式
を内部共振器型SHGと呼んでいる。
In this type of LD-pumped SHG laser device, as shown in FIG. 7, a laser element b which is excited by a semiconductor laser a to generate a fundamental wave laser beam and the fundamental wave laser beam is incident on the second laser element b. A nonlinear optical element c that outputs a harmonic laser beam is arranged in a resonator formed of a high reflection film d and a mirror e.
Nd: YAG or the like is applied as the above, and KTiOPO 4 (KTP) or the like is applied as the nonlinear optical element c. still,
Such a method in which a nonlinear optical crystal is put in a resonator is called an internal resonator type SHG.

【0004】ところで、KTiOPO4 (KTP)等の
非線形光学素子を用いて効率良く第二高調波レーザ光を
出力させるためには位相整合を満たす必要がある。
By the way, in order to efficiently output the second harmonic laser light using a nonlinear optical element such as KTiOPO 4 (KTP), it is necessary to satisfy the phase matching.

【0005】すなわち、この位相整合とは、上記レーザ
素子から発生する基本波レーザ光と非線形光学素子から
出力される第二高調波レーザ光の屈折率とを一致させる
ことであるが、屈折率は波長分散があるため上記基本波
レーザ光と第二高調波レーザ光の屈折率を単純に一致さ
せることはできない。
That is, this phase matching is to match the refractive index of the fundamental laser light generated from the laser element with the refractive index of the second harmonic laser light output from the nonlinear optical element. Due to the wavelength dispersion, it is not possible to simply match the refractive indices of the fundamental laser light and the second harmonic laser light.

【0006】一方、非線形光学結晶内を光が伝搬すると
き光はお互いに直交する常光と異常光の2つの偏光に分
かれる。これは、結晶に屈折率の異方性があるためであ
る。そこで、この異方性を利用して上記基本波レーザ光
と第二高調波レーザ光の偏光を変えると屈折率を一致さ
せることができる。この位相整合するときのレーザ光の
入射角を位相整合角と呼び、結晶光学軸のx−y平面内
でx軸からy軸方向への角度φと、その角度φで引かれ
たx−y面内の線分へのz軸からの角度θにより表記す
る。
On the other hand, when light propagates in a nonlinear optical crystal, the light is divided into two polarizations, an ordinary light and an extraordinary light, which are orthogonal to each other. This is because the crystal has anisotropy in refractive index. Therefore, by utilizing this anisotropy and changing the polarizations of the fundamental laser light and the second harmonic laser light, the refractive indexes can be matched. The incident angle of the laser light at the time of phase matching is called a phase matching angle, and an angle φ from the x axis to the y axis direction in the xy plane of the crystal optical axis and an xy drawn by the angle φ. It is described by the angle θ from the z axis to the line segment in the plane.

【0007】そして、上記KTiOPO4 (KTP)に
おける位相整合角は、タイプIIと呼ばれる位相整合条件
(非線形光学素子に対し基本波レーザ光を2つの偏光で
入射させ第二高調波レーザ光を1つの偏光で出力する条
件をいう。他方、上記非線形光学素子に対し基本波レー
ザ光を1つの偏光で入射させ第二高調波レーザ光を1つ
の偏光で出力する条件をタイプIの位相整合条件とい
う)においてその値はφ=24°、θ=90°である。
The phase matching angle in the above KTiOPO 4 (KTP) is a phase matching condition called type II (a fundamental wave laser beam is made to enter two polarizations to a non-linear optical element and one second harmonic laser beam is made to enter). (On the other hand, the condition of outputting polarized light. On the other hand, the condition of making the fundamental laser light incident on the above-mentioned nonlinear optical element in one polarized light and outputting the second harmonic laser light in one polarized light is called a type I phase matching condition) In, the values are φ = 24 ° and θ = 90 °.

【0008】このときの基本波レーザ光と第二高調波レ
ーザ光の屈折率の関係は、
At this time, the relationship between the refractive indices of the fundamental laser light and the second harmonic laser light is

【数2】 となる。[Equation 2] Becomes

【0009】ここで、結晶内で常光が生じる方向をo
軸、異常光が生じる方向をe軸とした場合、(2)式中
のne (ω)とno (ω)は基本波レーザ光に対するK
TPの異常光と常光の屈折率、また、ne (2ω)は第
二高調波レーザ光(2ω)に対する異常光の屈折率を示
している。尚、KTP(KTiOPO4 )においてo軸
はz軸に一致している。
Here, the direction in which ordinary light is generated in the crystal is
When the axis and the direction in which the extraordinary light is generated are defined as the e-axis, n e (ω) and n o (ω) in the equation (2) are K for the fundamental laser light
Extraordinary light and the ordinary refractive index of the TP, also, n e (2ω) is the refractive index of extraordinary light to the second harmonic laser beam (2 [omega). In KTP (KTiOPO 4 ), the o axis coincides with the z axis.

【0010】そして、上記(2)式から分かるようにタ
イプIIの位相整合の場合には基本波レーザ光として2つ
の偏光を同時に入射させる必要があり、この2つの偏光
を入射させる方法として、通常、簡便のためにo軸から
傾いた1つの偏光を入射させ結晶内で2つの偏光に分け
る方法が採られている。
As can be seen from the above equation (2), in the case of the type II phase matching, it is necessary to make two polarized lights incident as the fundamental laser light at the same time. As a method of making these two polarized lights incident, For the sake of simplicity, a method is adopted in which one polarized light inclined from the o axis is made incident and split into two polarized lights in the crystal.

【0011】一方、LD励起SHGレーザ装置は2次の
非線形効果を用いるものであるから、非線形光学素子で
あるKTPから得られる第二高調波レーザ光は以下の式
で与えられる。すなわち、
On the other hand, since the LD pumped SHG laser device uses the second-order nonlinear effect, the second harmonic laser beam obtained from the nonlinear optical element KTP is given by the following equation. That is,

【数3】 この(3)式中のCは定数、dは実効的な非線形光学定
数、lは光路長、及び、Po (2ω)は第二高調波レー
ザ光の出力、また、Po (ω)は基本波レーザ光の常光
成分、Pe (ω)は基本波レーザ光の異常光成分を示し
ている。
[Equation 3] In the equation (3), C is a constant, d is an effective nonlinear optical constant, l is an optical path length, P o (2ω) is the output of the second harmonic laser light, and P o (ω) is An ordinary light component of the fundamental wave laser light, P e (ω) indicates an extraordinary light component of the fundamental wave laser light.

【0012】そして、入射する直線偏光P(ω)が結晶
のo軸から角度αだけ傾いて入射されたとすると、常
光、異常光それぞれの成分は次の式で与えられる。
If the incident linearly polarized light P (ω) is incident at an angle α with respect to the o-axis of the crystal, the components of ordinary light and extraordinary light are given by the following equations.

【0013】[0013]

【数4】 従って、KTPで効率良く第二高調波発生(SHG)を
行うには、Po (ω)・Pe (ω)が最大となる角度α
に傾けて入射させれば良い。つまり、基本波レーザ光を
直線偏光に偏光させた状態でo軸からα=45°傾けて
KTPに入射させるのが望ましい。
[Equation 4] Therefore, in order to efficiently generate the second harmonic (SHG) with KTP, the angle α at which P o (ω) · P e (ω) becomes maximum is
It may be incident at an angle of incidence. That is, it is desirable that the fundamental laser light is linearly polarized and is incident on the KTP at an angle of α = 45 ° from the o-axis.

【0014】ところで、このLD励起SHGレーザ装置
に適用されるレーザ素子として最近まで上述したNd:
YAGがその主流を占めていた。そして、Nd:YAG
の結晶は等方性結晶でこのNd:YAG結晶より得られ
るレーザ光の偏光はランダム偏光であるため、上記条件
に従いKTPに対しそのo軸からα=45°傾けて直線
偏光を入射させるには共振器内にブリュースター板を入
れランダム偏光から所定の直線偏光成分のみを選択的に
取出す必要があった。しかし、共振器内にブリュースタ
ー板を介在させるとロスが生じその分効率が悪くなるた
め、Nd:YAGが適用されているLD励起SHGレー
ザ装置においては上記レーザ素子を高出力の半導体レー
ザで励起させる必要があった。
By the way, as a laser element applied to this LD pumped SHG laser device, Nd:
YAG was the mainstream. And Nd: YAG
Is an isotropic crystal, and the polarization of the laser light obtained from this Nd: YAG crystal is random polarization. Therefore, in order to make linearly polarized light incident on KTP by α = 45 ° from the o-axis according to the above conditions, It was necessary to put a Brewster plate in the resonator and selectively extract only a predetermined linear polarization component from the random polarization. However, if a Brewster plate is interposed in the resonator, a loss occurs and the efficiency deteriorates accordingly. Therefore, in the LD pumped SHG laser device to which Nd: YAG is applied, the laser element is pumped by a high-power semiconductor laser. Had to let.

【0015】他方、最近になって上記Nd:YAG結晶
とは異なりレーザ光が直線偏光で得られるNd:YVO
4 結晶がレーザ材料として入手できるようになった。す
なわち、このNd:YVO4 結晶においては、通常、結
晶のc軸方向に偏光した直線偏光出力が得られるため、
このNd:YVO4 結晶を用いかつこの結晶のc軸をK
TPのe軸と45°の角度に配置するだけで上述した条
件に整合させることが可能となる。従って、上記Nd:
YAG結晶を適用した場合に較べ共振器内にロス原因と
なるブリュースター板を入れる必要がなく、その分、低
出力の励起用半導体レーザでも十分に機能するため小型
のLD励起SHGレーザ装置が実現可能になってきてい
る。
On the other hand, recently, unlike the above-mentioned Nd: YAG crystal, Nd: YVO that laser light can be obtained by linearly polarized light.
Four crystals are now available as laser materials. That is, in this Nd: YVO 4 crystal, a linearly polarized light output polarized in the c-axis direction of the crystal is usually obtained.
This Nd: YVO 4 crystal is used and the c-axis of this crystal is K
Only by disposing the TP at an angle of 45 ° with the e-axis, it becomes possible to meet the above-mentioned conditions. Therefore, the above Nd:
Compared to the case of applying YAG crystal, it is not necessary to insert a Brewster plate that causes loss in the resonator, and a small LD pumped SHG laser device is realized because a semiconductor laser for pumping of low output can fully function by that much. It is becoming possible.

【0016】この様にレーザ素子としてNd:YAG結
晶からその主流をNd:YVO4 結晶に変えた小型のL
D励起SHGレーザ装置が盛んに開発されているが、最
近になってタイプIIの位相整合を適用したLD励起SH
Gレーザ装置においてはその第二高調波レーザ光の出力
が変動し易いといった新たな問題点が議論されるように
なってきている[Opt.Lett.16(1991)
1665]。
As described above, as a laser element, a small L-shaped crystal in which the main stream is changed from Nd: YAG crystal to Nd: YVO 4 crystal.
D-pumped SHG laser devices have been actively developed, but recently, LD-pumped SH using type II phase matching has been applied.
In the G laser device, a new problem that the output of the second harmonic laser light easily fluctuates has been discussed [Opt. Lett. 16 (1991)
1665].

【0017】すなわちこの議論によれば、基本波レーザ
光が非線形光学素子であるKTP内を通過する度に、K
TPの複屈折(常光と異常光との屈折率差)に起因して
基本波レーザ光の偏光成分の位相が変化し、結果的に第
二高調波レーザ光の発生を安定に保持できなくなるとい
うことが原因であると指摘している。
That is, according to this discussion, each time the fundamental wave laser light passes through the nonlinear optical element KTP, K
The phase of the polarization component of the fundamental laser light changes due to the birefringence of TP (refractive index difference between ordinary light and extraordinary light), and as a result, the generation of the second harmonic laser light cannot be stably maintained. Pointed out that this is the cause.

【0018】そこで、本発明者はこの議論を更にすすめ
上記出力変動を引起こす原因はKTPに限らず共振器全
体であると考え、出力変動の起き難いLD励起SHGレ
ーザ装置の完成を目指し以下の分析を行った。すなわ
ち、レーザ素子であるNd:YVO4 結晶はこれ自身に
複屈折性があるためこのレーザ素子によっても共振して
いる基本波レーザ光の位相が変化し、第二高調波レーザ
光の出力が不安定になる可能性が考えられるからであ
る。また、レーザ素子としてNd:YAG結晶を適用し
た場合においても、高出力で励起したときには熱吸収に
よる屈折率変化で結晶内に熱による複屈折性が生じ上記
位相が変化することも考えられる。
Therefore, the present inventor further promotes this discussion and considers that the cause of the above output fluctuation is not limited to KTP but the entire resonator, and aims at the completion of the LD pumped SHG laser device in which the output fluctuation hardly occurs. Analysis was carried out. That is, since the Nd: YVO 4 crystal, which is a laser element, has a birefringence by itself, the phase of the fundamental laser light resonating also changes due to this laser element, and the output of the second harmonic laser light becomes unclear. This is because there is a possibility that it will become stable. Further, even when an Nd: YAG crystal is applied as a laser element, when excited at a high output, it is considered that the birefringence due to heat is generated in the crystal due to the change in the refractive index due to the heat absorption and the phase is changed.

【0019】以下、非線形光学素子としてKTPに代表
されるタイプIIで位相整合するものを用い、かつ、レー
ザ材料としてはNd:YVO4 等の異方性をもったレー
ザ結晶を用いたLD励起SHGレーザ装置を例に挙げ、
共振器内の基本波レーザ光の位相の変化、及び、これに
よるKTP内部の基本波レーザ光の常光と異常光の成分
変化をストークスパラメーター(参考文献:応用物理学
会光学懇話会編『結晶光学』p137,1975)を用
いて検討する。
In the following, LD-excited SHG using a type II phase-matching device represented by KTP as a non-linear optical element and an anisotropic laser crystal such as Nd: YVO 4 as a laser material is used. Taking a laser device as an example,
Stokes parameters (reference: "Crystal Optics" edited by the Japan Society of Applied Physics, Optics Council) are used to determine the change in the phase of the fundamental laser light in the resonator, and the resulting change in the ordinary and extraordinary components of the fundamental laser light in the KTP. p137, 1975).

【0020】まず、図7に示された構成において、半導
体レーザaにより励起された基本波レーザ光は高反射膜
dとミラーeの間を共振する。尚、ここで第二高調波レ
ーザ光の出力を効率よく得るために、レーザ素子bであ
るNd:YVO4 結晶c軸は非線形光学素子cであるK
TPのo軸と45°の角度をなすように配置されてい
る。
First, in the structure shown in FIG. 7, the fundamental wave laser light excited by the semiconductor laser a resonates between the high reflection film d and the mirror e. Here, in order to efficiently obtain the output of the second harmonic laser light, the Nd: YVO 4 crystal c-axis which is the laser element b has a nonlinear optical element c which is K.
It is arranged so as to form an angle of 45 ° with the o-axis of TP.

【0021】そして、Nd:YVO4 結晶より成るレー
ザ素子bから発生した45°偏光の基本波レーザ光は、
KTPより成る非線形光学素子c→ミラーe→非線形光
学素子c→レーザ素子b→高反射膜d→レーザ素子bの
順に各部品を通過して1ラウンドトリップする。この間
に、各部品の複屈折と光路長の積で与えられるリターデ
ーションにより位相が変化してその偏光状態が変化す
る。
Then, the 45 ° -polarized fundamental wave laser light generated from the laser element b made of Nd: YVO 4 crystal is
A non-linear optical element c made of KTP, a mirror e, a non-linear optical element c, a laser element b, a highly reflective film d, and a laser element b are passed in this order for one round trip. During this time, the phase changes due to the retardation given by the product of the birefringence of each component and the optical path length, and the polarization state changes.

【0022】ここで、Nd:YVO4 結晶のレーザ素子
bより発生した45°偏光はストークスパラメーターで
示すと、
Here, the 45 ° polarized light generated from the laser element b of Nd: YVO 4 crystal is expressed by Stokes parameters as follows:

【数5】 となる。[Equation 5] Becomes

【0023】ストークスパラメーターにおいてLD励起
SHGレーザ装置で問題となるKTP入射時の各偏光成
分は、
Each polarization component at the time of KTP incidence, which is a problem in the LD pumped SHG laser device in the Stokes parameter, is

【数6】 となり、45°偏光の場合は、[Equation 6] And, in case of 45 ° polarization,

【数7】 となる。そして、上記(3)式より最大変換効率が得ら
れるときの第二高調波レーザ光の出力は、
[Equation 7] Becomes Then, the output of the second harmonic laser light when the maximum conversion efficiency is obtained from the equation (3) is

【数8】 で与えられる。[Equation 8] Given in.

【0024】一方、各部品のストークス行列は、基準と
なる主軸をKTPのo軸と一致させて考えると、非線形
光学素子cであるKTPは、
On the other hand, regarding the Stokes matrix of each component, when the principal axis serving as a reference is made to coincide with the o axis of KTP, KTP which is the nonlinear optical element c is

【数9】 この(9)式中、δk はKTPによる位相差で以下の式
で与えられる。
[Equation 9] In the equation (9), δ k is the phase difference due to KTP and is given by the following equation.

【0025】[0025]

【数10】 この(10)式中、λは基本波レーザ光の波長、Γk
KTPによるレターデーション、Δnk はKTPの複屈
折、Lk はKTPの光路長である。
[Equation 10] In this equation (10), λ is the wavelength of the fundamental laser light, Γ k is the KTP retardation, Δn k is the KTP birefringence, and L k is the KTP optical path length.

【0026】また、ミラーe及び高反射膜dは、Further, the mirror e and the high reflection film d are

【数11】 次に、レーザ素子bであるNd:YVO4 結晶はそのc
軸が基準となる主軸に対して45°をなしているため、
基本波レーザ光にとっては図7において光がNd:YV
4 結晶内を左向きに通過する時と、右向きに通過する
時とで異なる表記になる。
[Equation 11] Next, the Nd: YVO 4 crystal that is the laser element b is c
Since the axis forms 45 ° with respect to the main spindle that serves as the reference,
For the fundamental laser light, the light is Nd: YV in FIG.
The notation is different when passing leftward in the O 4 crystal and when passing rightward.

【0027】Nd:YVO4 結晶内を左向きに通過する
時は、
When passing through the Nd: YVO 4 crystal to the left,

【数12】 また、Nd:YVO4 結晶内を右向きに通過する時は、[Equation 12] When passing rightward through the Nd: YVO 4 crystal,

【数13】 となる。[Equation 13] Becomes

【0028】ここで、上記(12)式及び(13)式
中、δy はNd:YVO4 結晶による位相差で以下の式
で与えられる。
In the above equations (12) and (13), δ y is the phase difference due to the Nd: YVO 4 crystal and is given by the following equation.

【0029】[0029]

【数14】 この(14)式中、λは基本波レーザ光の波長、Γy
Nd:YVO4 結晶によるレターデーション、Δny
Nd:YVO4 結晶の複屈折、及び、Ly は上記Nd:
YVO4 より成るレーザ素子の光路長を示している。
[Equation 14] The (14) wherein, lambda is the wavelength of the fundamental laser beam, gamma y is Nd: retardation by YVO 4 crystal, [Delta] n y is Nd: birefringence of YVO 4 crystal, and, L y is the Nd:
The optical path length of the laser device made of YVO 4 is shown.

【0030】さて、これ等の行列を用いて1ラウンドト
リップした後の基本波レーザ光の偏光状態(S’)は、
以下の式で求めることができる。すなわち、
Now, the polarization state (S ') of the fundamental laser light after one round trip using these matrices is
It can be calculated by the following formula. That is,

【数15】 この(15)式に各行列を代入してS’を求めると、[Equation 15] Substituting each matrix into this equation (15) to obtain S ′,

【数16】 となる。[Equation 16] Becomes

【0031】従って、1ラウンドトリップ後の各偏光成
分は、上記(6)式より、
Therefore, each polarization component after one round trip is expressed by the above equation (6) as

【数17】 と示され、これによる第二高調波レーザ光の出力は、上
記(3)式より、
[Equation 17] And the output of the second harmonic laser light due to this is

【数18】 となる。ここで、本来上記(8)式より得られる高調波
レーザ光出力の最大値との比をRとすると、
[Equation 18] Becomes Here, if the ratio with the maximum value of the harmonic laser light output originally obtained from the above equation (8) is R,

【数19】 となり、δk とδy により周期的な変化をすることが確
認できる。
[Formula 19] Therefore, it can be confirmed that δ k and δ y cause a periodic change.

【0032】そして、この(19)式から最も効率よく
第二高調波レーザ光を得るための条件は、
The condition for obtaining the second harmonic laser light most efficiently from the equation (19) is as follows.

【数20】 であればよいことになり、この条件は、上記(10)式
及び(14)式より、KTPから成る非線形光学素子若
しくはNd:YVO4 結晶から成るレーザ素子のいずれ
か一方、又は、その両方を最適な光路長に調整すること
により実現できる。
[Equation 20] This condition can be satisfied by using the above equations (10) and (14) as the condition that either the nonlinear optical element made of KTP or the laser element made of Nd: YVO 4 crystal or both of them are used. It can be realized by adjusting to the optimum optical path length.

【0033】すなわち、上記非線形光学素子とレーザ素
子の最適な光路長(Lk opt )並びに光路長
(Ly opt )は、(10)式、(14)式、及び、(2
0)式より、
That is, the optimum optical path length (L k opt ) and optical path length (L y opt ) of the above-mentioned nonlinear optical element and laser element are expressed by equations (10), (14), and (2).
From equation (0),

【数21】 となる。[Equation 21] Becomes

【0034】ここで、KTPを例にこの最適な光路長の
単位長さ(m=1)を計算すると、Δnk =0.085
7、λ=1.064μmより、
Here, when the unit length (m = 1) of this optimum optical path length is calculated using KTP as an example, Δn k = 0.085
From 7, λ = 1.064 μm,

【数22】 となり、その光路長について約3μmの精度で制御する
必要がある。
[Equation 22] Therefore, it is necessary to control the optical path length with accuracy of about 3 μm.

【0035】ところで、KTP結晶やNd:YVO4
晶等の素子材料について加工処理を行う場合、その長さ
に関する現状の加工精度としては(±100μm)が限
界であり、上記条件(すなわち約3μmの精度)を満足
させる加工処理は実際上困難である。
By the way, when processing a device material such as KTP crystal or Nd: YVO 4 crystal, the current processing accuracy regarding the length is (± 100 μm), and the above condition (that is, about 3 μm) is the limit. It is practically difficult to carry out the processing that satisfies the (accuracy).

【0036】しかし、この様な場合、上記素子材料の光
入射面又は出射面に図8に示すような傾斜面を形成し、
かつ、この傾斜面が形成された素子材料をその幅方向へ
適量移動させることによりその光路長について3μm程
度の精度でもって制御することは可能である。
However, in such a case, an inclined surface as shown in FIG. 8 is formed on the light incident surface or the light emitting surface of the element material,
Moreover, it is possible to control the optical path length with an accuracy of about 3 μm by moving the element material on which the inclined surface is formed in an appropriate amount in the width direction.

【0037】すなわち、図8において素子材料の幅寸法
をW(mm)、形成された傾斜面の傾斜角度をτ(ra
d)、及び、素子材料の最短光路長をLs (mm)とする
と、上記Ls は一般に、
That is, in FIG. 8, the width dimension of the element material is W (mm) and the inclination angle of the formed inclined surface is τ (ra
d) and the shortest optical path length of the device material is L s (mm), L s is generally

【数23】 (但し、mは任意の正の整数である)で表される。[Equation 23] (However, m is an arbitrary positive integer).

【0038】一方、上記素子材料をその幅方向へΔWだ
け移動した時、その実効的な光路長(Leff )は、図9
(A)及び(B)から次の式で与えられる。
On the other hand, when the element material is moved by ΔW in the width direction, its effective optical path length (L eff ) is as shown in FIG.
From (A) and (B), it is given by the following equation.

【0039】[0039]

【数24】 従って、ΔW tan(τ)の値を下記の範囲に設定するこ
とにより基本波レーザ光の偏光成分の位相変化を未然に
防止できることが確認できる。
[Equation 24] Therefore, it can be confirmed that the phase change of the polarization component of the fundamental laser light can be prevented by setting the value of ΔW tan (τ) in the following range.

【0040】[0040]

【数25】 (但し、qは任意の正の整数である)[Equation 25] (However, q is an arbitrary positive integer)

【0041】[0041]

【発明が解決しようとする課題】この様にレーザ素子又
は非線形光学素子の少なくとも一方の光入射面若しくは
出射面に上記(25)式を満たす傾斜面を設けると共
に、この傾斜面が設けられた素子をその幅方向へ適量移
動させることにより基本波レーザ光の偏光成分の位相変
化を防止でき、従って、第二高調波レーザ光の出力変動
が起き難いLD励起SHGレーザ装置を求めることは可
能になった。
As described above, at least one of the laser element and the nonlinear optical element is provided with an inclined surface satisfying the above formula (25) on the light incident surface or the emission surface thereof, and the element provided with this inclined surface is provided. Of the LD pumped SHG laser device, in which the phase change of the polarization component of the fundamental laser light can be prevented by moving the laser beam by an appropriate amount in the width direction, and therefore the output fluctuation of the second harmonic laser light is unlikely to occur. It was

【0042】しかし、(25)式に従って上記ΔW tan
(τ)を適宜値に設定する際、上記qの値を2以上に設
定すると以下のような問題点があることが判明した。
However, according to the equation (25), the above ΔW tan
When setting (τ) to an appropriate value, it has been found that the following problems occur when the value of q is set to 2 or more.

【0043】すなわち、(25)式で光路長の可変量が
2×Lko opt の値以上になると、光路長の最適化は当然
可能であるが図10に示すように幅方向への移動量全体
(ΔW)でその最適化条件を具備する移動値が周期的に
複数現れてしまい(図10においては3回)、その分、
1周期の移動可能範囲(図10において第二高調波レー
ザ光の出力比を例えば0.9に設定した場合にその条件
を満たす移動量ΔW1)が狭くなるため、これを実現する
ためには幅方向の移動量を高精度で行わなければならな
くなり上記手段を採用した意味がなくなってしまう問題
点があった。
That is, when the variable amount of the optical path length in the equation (25) becomes equal to or larger than 2 × L ko opt , the optical path length can be optimized as a matter of course, but as shown in FIG. In the whole (ΔW), a plurality of movement values satisfying the optimization condition periodically appear (three times in FIG. 10), and that much
Since the movable range of one cycle (the amount of movement ΔW1 that satisfies the condition when the output ratio of the second harmonic laser light is set to, for example, 0.9 in FIG. 10) becomes narrow, the width must be reduced to achieve this. There has been a problem that the amount of movement in the direction has to be performed with high accuracy, and the meaning of adopting the above means becomes meaningless.

【0044】更に、上記移動操作を行う場合に移動ステ
ージが大きなものとなり、LD励起SHGレーザ装置の
最大長所である小型化に逆行してしまう問題点があっ
た。
Further, when the above-mentioned moving operation is performed, the moving stage becomes large, and there is a problem that it goes against the miniaturization which is the maximum advantage of the LD pumped SHG laser device.

【0045】本発明はこの様な問題点に着目してなされ
たもので、その課題とするところは、幅方向への移動精
度を若干荒く設定しても上記光路長の最適化が図れるL
D励起SHGレーザ装置を提供することにある。
The present invention has been made by paying attention to such a problem. The problem is that the optical path length can be optimized even if the movement accuracy in the width direction is set slightly rough.
It is to provide a D-pumped SHG laser device.

【0046】[0046]

【課題を解決するための手段】本発明は上記(25)式
に従ってΔW tan(τ)の値を適宜設定するに際し、上
記qの値を2以下に設定することにより問題点を解消し
たものである。
According to the present invention, when the value of ΔW tan (τ) is appropriately set according to the above equation (25), the problem is solved by setting the value of q to 2 or less. is there.

【0047】すなわち、上記ΔW tan(τ)の値を下記
(26)式で与えられる数値範囲に設定した場合、図1
1に示すように幅方向への移動量全体(ΔW)でその最
適化条件を具備する移動値が1周期しか存在しないた
め、1周期の移動可能範囲(図11において第二高調波
レーザ光の出力比を上記同様0.9に設定した場合その
条件を満たす移動量ΔW2)が広くなる。
That is, when the value of ΔW tan (τ) is set within the numerical range given by the following equation (26),
As shown in FIG. 1, since there is only one cycle of the movement value satisfying the optimization condition in the entire movement amount (ΔW) in the width direction, the movable range of one cycle (in FIG. 11, the second harmonic laser beam When the output ratio is set to 0.9 as in the above, the movement amount ΔW2) that satisfies the condition becomes wider.

【0048】従って、幅方向への移動精度を若干荒く設
定してもそれ程上記出力比が変動しないため上記光路長
の最適化を簡便に図ることが可能となる。
Therefore, even if the accuracy of movement in the width direction is set to be slightly rough, the output ratio does not change so much, so that the optical path length can be optimized easily.

【0049】[0049]

【数26】 ここで、上記(26)式の条件は、この(26)式に
(21)式を代入することにより(但しm=1)、
[Equation 26] Here, the condition of the expression (26) is as follows by substituting the expression (21) into the expression (26) (where m = 1),

【数27】 のように表現することもできる。[Equation 27] It can also be expressed as.

【0050】すなわち本発明は、励起されて基本波レー
ザ光を発生するレーザ素子と、この基本波レーザ光が入
射されて第二高調波レーザ光を出力する非線形光学素子
を共振器内に備えるLD励起SHGレーザ装置を前提と
し、上記レーザ素子又は非線形光学素子の少なくとも一
方の光入射面若しくは出射面に下記関係式(1)を満た
す傾斜面が設けられていると共に、この傾斜面が設けら
れた素子をその幅方向へ移動させて上記素子の実効的な
光路長が調整されていることを特徴とするものである。
That is, according to the present invention, an LD is provided with a laser element which is excited to generate a fundamental wave laser beam and a non-linear optical element which receives the fundamental wave laser beam and outputs a second harmonic laser beam in a resonator. On the premise of the pumping SHG laser device, an inclined surface satisfying the following relational expression (1) is provided on at least one light incident surface or emission surface of the laser element or the nonlinear optical element, and this inclined surface is provided. It is characterized in that the effective optical path length of the element is adjusted by moving the element in its width direction.

【0051】[0051]

【数28】 (但し、式中、λは基本波レーザ光の波長、Δnは傾斜
面が形成された素子の基本波レーザ光に対する複屈折、
ΔWは傾斜面が形成された素子の幅方向への移動量、τ
はこの傾斜面の傾斜角度をそれぞれ示している。)因み
に、上記例において非線形光学素子であるKTPの傾斜
角度(τ)は、上記(26)式から、
[Equation 28] (Where λ is the wavelength of the fundamental laser light, Δn is the birefringence of the element having the inclined surface with respect to the fundamental laser light,
ΔW is the amount of movement of the element having the inclined surface in the width direction, τ
Indicates the inclination angle of this inclined surface. ) By the way, the inclination angle (τ) of the KTP, which is a nonlinear optical element in the above example, is calculated from the above equation (26) as follows:

【数29】 と求められる。[Equation 29] Is required.

【0052】そして、通常のLD励起SHGレーザ装置
においては上記非線形光学素子やレーザ素子等の幅寸法
は3mm程度であり、上記KTPの幅方向の移動量(Δ
W)としては1mm程度可能であると考えると、この(2
8)式に上記(22)式を代入して、
In a normal LD-pumped SHG laser device, the width dimension of the above-mentioned nonlinear optical element, laser element, etc. is about 3 mm, and the amount of movement (Δ) of the KTP in the width direction.
Considering that W) can be about 1 mm, this (2
Substituting equation (22) into equation 8),

【数30】 なる範囲に傾斜角度(τ)を設定することにより上記光
路長の最適化を簡便に図ることが可能となる。
[Equation 30] By setting the inclination angle (τ) in such a range, it becomes possible to easily optimize the optical path length.

【0053】この様な技術的手段において上記非線形光
学素子に適用できる材料としては、タイプIIで位相整合
するKTiOPO4 (KTP)、KNbO3 、KH2
4(KDP)、β−BaB2 4 (BBO)、及び、
LiB3 5 (LBO)等の結晶が挙げられ、またレー
ザ素子に適用できる材料としては、Nd:YVO4 やN
d:YLF等の異方性を持った結晶に加え、高出力の半
導体レーザにより励起され熱吸収により異方性を生ずる
Nd:YAGやNd:GGG等の等方性結晶が挙げられ
る。
Materials which can be applied to the above-mentioned non-linear optical element by such technical means include type II phase-matching KTiOPO 4 (KTP), KNbO 3 and KH 2 P.
O 4 (KDP), β-BaB 2 O 4 (BBO), and
Crystals such as LiB 3 O 5 (LBO) can be cited, and materials applicable to the laser device include Nd: YVO 4 and N
In addition to crystals having anisotropy such as d: YLF, isotropic crystals such as Nd: YAG and Nd: GGG that are excited by a high-power semiconductor laser and exhibit anisotropy due to heat absorption are included.

【0054】また、上記傾斜面はレーザ素子又は非線形
光学素子の少なくとも一方の光入射面若しくは出射面に
設けられ、かつ、光入射面と出射面の両方に設けても当
然のことながらよい。
The inclined surface may be provided on the light incident surface or the emission surface of at least one of the laser element and the nonlinear optical element, and may be provided on both the light incident surface and the emission surface.

【0055】尚、光入射面と出射面の両方に傾斜面が設
けられる場合、図12に示すように一方の傾斜角度をτ
1 、他方の傾斜角度をτ2 としたとき、下記関係式、
When inclined surfaces are provided on both the light incident surface and the light exit surface, one of the inclined angles is τ as shown in FIG.
1 and the other tilt angle is τ 2 , the following relational expression,

【数31】 を満たしていればよい。[Equation 31] Should be satisfied.

【0056】[0056]

【作用】この様な技術的手段によれば、レーザ素子又は
非線形光学素子の少なくとも一方の光入射面若しくは出
射面に下記関係式(1)を満たす傾斜面が設けられてい
ると共に、この傾斜面が設けられた素子をその幅方向へ
移動させて上記素子の実効的な光路長が調整されてい
る。
According to such technical means, an inclined surface satisfying the following relational expression (1) is provided on at least one light incident surface or emission surface of the laser element or the nonlinear optical element, and the inclined surface is The element provided with is moved in the width direction to adjust the effective optical path length of the element.

【0057】[0057]

【数32】 (但し、式中、λは基本波レーザ光の波長、Δnは傾斜
面が形成された素子の基本波レーザ光に対する複屈折、
ΔWは傾斜面が形成された素子の幅方向への移動量、τ
はこの傾斜面の傾斜角度をそれぞれ示している。)そし
て、上記関係式を満たす傾斜面が設けられた素子をその
幅方向へ移動させて実効的な光路長を調整する場合、幅
方向への移動量全体(ΔW)でその最適化条件を具備す
る移動値は1周期しか存在しなくなるため、その分、1
周期の移動可能範囲が広くなり幅方向への移動精度を若
干荒く設定しても上記光路長の最適化を図ることが可能
となる。
[Equation 32] (Where λ is the wavelength of the fundamental laser light, Δn is the birefringence of the element having the inclined surface with respect to the fundamental laser light,
ΔW is the amount of movement of the element having the inclined surface in the width direction, τ
Indicates the inclination angle of this inclined surface. ) Then, when an element provided with an inclined surface that satisfies the above relational expression is moved in the width direction to adjust the effective optical path length, the optimization condition is satisfied by the entire movement amount (ΔW) in the width direction. Since the movement value to be moved only exists for one cycle,
Even if the movable range of the cycle is widened and the movement accuracy in the width direction is set to be slightly rough, the optical path length can be optimized.

【0058】[0058]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0059】[実施例1]この実施例に係るLD励起S
HGレーザ装置は、図1に示すように半導体レーザ1に
より励起されて基本波レーザ光を発生するレーザ素子2
と、この基本はレーザ光が入射されて第二高調波レーザ
光を出力する非線形光学素子3と、上記レーザ素子2の
半導体レーザ1側全面に設けられた高反射膜4と、上記
非線形光学素子3の第二高調波レーザ光出射側に配置さ
れたミラー5とでその主要部が構成されており、かつ、
上記非線形光学素子3における第二高調波レーザ光の出
射面には出射方向下方へ向かう傾斜角度(τ)の傾斜面
30が形成されていると共に、この非線形光学素子3の
光入射面並びに上記傾斜面と上記レーザ素子2の非線形
光学素子3側全面には基本波レーザ光に対する反射防止
膜(図示せず)が設けられている。
[Example 1] LD excitation S according to this example
The HG laser device includes a laser element 2 that is excited by a semiconductor laser 1 to generate a fundamental wave laser light as shown in FIG.
Basically, a non-linear optical element 3 which receives a laser beam and outputs a second harmonic laser beam, a high reflection film 4 provided on the entire surface of the laser element 2 on the semiconductor laser 1 side, and the non-linear optical element 3 and a mirror 5 disposed on the second harmonic laser light emitting side of 3 and a main part thereof, and
On the emission surface of the second harmonic laser light in the nonlinear optical element 3, an inclined surface 30 having an inclination angle (τ) downward in the emission direction is formed, and the light incident surface of the nonlinear optical element 3 and the inclination described above. An antireflection film (not shown) for the fundamental laser light is provided on the surface and the entire surface of the laser element 2 on the side of the nonlinear optical element 3.

【0060】そして、この実施例においては、上記レー
ザ素子2として傾斜面が形成されてない寸法3×3×1
mmのNd:YVO4 結晶が適用され、かつ、上記非線形
光学素子3としてその傾斜角度がそれぞれ下記に設定さ
れた4種類のKTP結晶が適用され、また、比較例とし
て傾斜面が形成されてない(両面の平行度は0.048
mrad以下)KTP結晶を適用している。
In this embodiment, the laser element 2 has a size of 3 × 3 × 1 in which no inclined surface is formed.
mm Nd: YVO 4 crystal is applied, and four types of KTP crystals whose inclination angles are set as follows are applied as the above-mentioned nonlinear optical element 3, and no inclined surface is formed as a comparative example. (Parallelism of both sides is 0.048
mrad or less) KTP crystal is applied.

【0061】すなわち、傾斜面を有するKTPの寸法
は、その幅(W)が3mm、最短光路長(Ls )が3mm
で、傾斜角度(τ)がそれぞれ1.7mrad、3.5
mrad、5.2mrad、及び、7.0mradであ
った。
That is, the dimensions of the KTP having an inclined surface have a width (W) of 3 mm and a shortest optical path length (L s ) of 3 mm.
And the tilt angles (τ) are 1.7 mrad and 3.5, respectively.
mrad, 5.2 mrad, and 7.0 mrad.

【0062】また、上記Nd:YVO4 、及び、KTP
は、共にそのレーザ光入射面が両面の平行度を0.04
8mrad以下になるよう一度光学研磨され、その後、
所定の傾斜角度になるように傾けて光学研磨し直されて
いる。また、その両光学研磨面には上述したようにKT
Pの両面に基本波レーザ光に対する反射防止膜が真空蒸
着法にて成膜され、また、上記Nd:YVO4 の片面側
には基本波レーザ光に対する高反射膜が、もう片面側に
は基本波レーザ光に対する反射防止膜が真空蒸着法にて
それぞれ成膜されている。
In addition, the above Nd: YVO 4 and KTP
Both have a parallelism of 0.04 on both sides of the laser light incident surface.
Optically polished once to less than 8 mrad, then
Optical polishing is performed again by inclining to a predetermined inclination angle. In addition, as described above, KT is applied to both the optical polishing surfaces.
An antireflection film for the fundamental wave laser light is formed on both surfaces of P by a vacuum evaporation method, a high reflection film for the fundamental wave laser light is formed on one side of the Nd: YVO 4 , and a basic reflection film is formed on the other side. An antireflection film for the wave laser light is formed by a vacuum vapor deposition method.

【0063】この様に構成されたLD励起SHGレーザ
装置について、その非線形光学素子3を図2に示す測定
系を用いx−ステージ6で幅方向へ1mm移動させながら
その間の第二高調波レーザ光の出力を測定した。尚、図
2中、7はバンドパスフィルター、8はパワーメーター
を示している。
In the LD-pumped SHG laser device configured as described above, the nonlinear optical element 3 is moved by 1 mm in the width direction by the x-stage 6 by using the measurement system shown in FIG. Was measured. In FIG. 2, 7 is a band pass filter and 8 is a power meter.

【0064】そして、上記傾斜角度(τ)が7.0mr
adのKTPを適用したものを例に挙げその結果を図3
に示す。このグラフ図から明らかなように幅方向へ1mm
移動する間に出力される第二高調波レーザ光は3つのピ
ークを示している。
The inclination angle (τ) is 7.0 mr.
Figure 3 shows an example of the application of ad KTP.
Shown in. 1 mm in the width direction as is clear from this graph
The second harmonic laser light output while moving shows three peaks.

【0065】このピークの移動位置が、すなわち、傾斜
角度(τ=7.0mrad)の非線形光学素子3が最適
な光路長になったときであり、効率よく第二高調波レー
ザ光を出力することが確認できる。
The peak moving position is when the nonlinear optical element 3 having the tilt angle (τ = 7.0 mrad) has the optimum optical path length, and the second harmonic laser light is efficiently output. Can be confirmed.

【0066】ここで、KTPのパラメータとして上記Δ
k =0.0857、Lk =3mmを用い、かつ、(1
0)式に代入して(19)式で計算すると、図4のよう
に1mm(1000μm)の間に3つのピークを示すこと
から上記測定結果はこの解析で十分に説明することがで
きる。
Here, the above Δ as the KTP parameter.
Using n k = 0.0857, L k = 3 mm, and (1
Substituting into equation (0) and calculating with equation (19), three peaks are shown within 1 mm (1000 μm) as shown in FIG. 4, so the above measurement results can be sufficiently explained by this analysis.

【0067】また、傾斜角度(τ)がそれぞれ1.7m
rad、3.5mrad、及び、5.2mradのKT
Pを適用したものについても図2に示す測定系を用いx
−ステージ6で幅方向へ1mm移動させながらその間の第
二高調波レーザ光の出力を同様に測定した。
The inclination angles (τ) are 1.7 m, respectively.
rad, 3.5 mrad, and 5.2 mrad KT
The measurement system shown in FIG.
-While moving the stage 6 in the width direction by 1 mm, the output of the second harmonic laser light during that time was similarly measured.

【0068】すなわち、傾斜角度(τ)が1.7mra
dの非線形光学素子3においては、図5に示すように第
二高調波レーザ光の出力増加傾向が確認できたがピーク
については確認できなかった。これは、もう少し光路長
を長くすることによりその最適化が図れるものと考えら
れる。また、傾斜角度(τ)が3.5mradの非線形
光学素子3においては、図6に示すように第二高調波レ
ーザ光の出力増加傾向が見られると共にそのピークは1
つを示した。同様に、傾斜角度(τ)が5.2mrad
の非線形光学素子3においても、図示はしないが第二高
調波レーザ光の出力増加傾向が見られかつそのピークは
1つを示している。
That is, the inclination angle (τ) is 1.7 mra.
In the nonlinear optical element 3 of d, the output increasing tendency of the second harmonic laser light could be confirmed as shown in FIG. 5, but the peak could not be confirmed. It is considered that this can be optimized by making the optical path length a little longer. Further, in the non-linear optical element 3 having the inclination angle (τ) of 3.5 mrad, the output increase tendency of the second harmonic laser light is seen as shown in FIG.
Showed one. Similarly, the inclination angle (τ) is 5.2 mrad
Also in the non-linear optical element 3 of (1), although not shown, the output increasing tendency of the second harmonic laser light is observed and the peak thereof is one.

【0069】この様に、傾斜角度(τ)が3.5mra
d〜7.0mradの非線形光学素子3を用いたものは
全て第二高調波レーザ光のピークを示しているため、非
線形光学素子3に傾斜面30を形成することにより最適
な光路長に調整できることが理解できる。ただ、確実に
最適な光路長に調整するためには非線形光学素子3にお
ける幅方向の移動量(ΔW)に対して第二高調波レーザ
光の出力変化が緩いものが好ましい。すなわち、この例
においては幅方向へ1mm移動する間に1ピークしか示さ
ない場合が、簡便な移動装置でもって若干荒い精度で移
動させても精度よく光路長を調整できることから優れて
いる。従って、この例においては上記傾斜角度(τ)を
3.5mrad〜5.2mradに設定することが望ま
しく、この範囲は上記(29)式と良い一致をしてい
る。
Thus, the tilt angle (τ) is 3.5 mra.
Since all of those using the non-linear optical element 3 of d to 7.0 mrad show the peak of the second harmonic laser light, it is possible to adjust the optimum optical path length by forming the inclined surface 30 on the non-linear optical element 3. Can understand. However, in order to surely adjust to the optimum optical path length, it is preferable that the output change of the second harmonic laser light is gentle with respect to the movement amount (ΔW) in the width direction of the nonlinear optical element 3. That is, in this example, only one peak is shown during the movement of 1 mm in the width direction, which is excellent because the optical path length can be adjusted accurately even if the movement is performed with a slightly rough accuracy by a simple moving device. Therefore, in this example, it is desirable to set the inclination angle (τ) to 3.5 mrad to 5.2 mrad, and this range is in good agreement with the above equation (29).

【0070】他方、上記傾斜面が形成されてない比較例
に係るKTP素子においては第二高調波レーザ光出力が
ピークを示さない上に実施例に係るKTP素子のピーク
値に較べてはるかに低い値であった。これは、基本波レ
ーザ光における位相変化の補償がなされていないためで
あり、効率良く第二高調波レーザ光が得られていないこ
とを示している。
On the other hand, in the KTP element according to the comparative example in which the inclined surface is not formed, the second harmonic laser light output does not show a peak and is much lower than the peak value of the KTP element in the example. It was a value. This is because the phase change in the fundamental laser light is not compensated, and it is shown that the second harmonic laser light is not efficiently obtained.

【0071】このことからも、上記傾斜面が形成された
非線形光学素子を適用することにより効率良く第二高調
波レーザ光が求められることが確認できる。
From this, it can be confirmed that the second harmonic laser light can be efficiently obtained by applying the non-linear optical element having the inclined surface.

【0072】[実施例2]この実施例に係るLD励起S
HGレーザ装置は、実施例1とは逆に傾斜面が形成され
てないKTPの非線形光学素子と、傾斜面が形成された
Nd:YVO4 のレーザ素子を適用した点を除き実施例
1に係るLD励起SHGレーザ装置と略同一である。
[Embodiment 2] LD excitation S according to this embodiment
Contrary to the first embodiment, the HG laser device is related to the first embodiment except that a KTP nonlinear optical element in which an inclined surface is not formed and an Nd: YVO 4 laser element in which an inclined surface is formed are applied. It is almost the same as the LD pumped SHG laser device.

【0073】そして、Nd:YVO4 結晶の複屈折(Δ
y )は、Δny =0.209であるからこの値を(2
1)式に代入して最適な光路長の単位長さ(m=1にお
けるLyo opt )を計算すると、
The birefringence of the Nd: YVO 4 crystal (Δ
n y ) is Δn y = 0.209, so this value is (2
When the optimum unit length of the optical path length (L yo opt at m = 1) is calculated by substituting it into the equation 1),

【数33】 となる。[Expression 33] Becomes

【0074】ここで、幅方向の移動量(ΔW)を1mmと
考えてこの量に対するレーザ素子の傾斜角度(τ)を求
めると、
Here, when the movement amount (ΔW) in the width direction is considered to be 1 mm and the tilt angle (τ) of the laser element with respect to this amount is calculated,

【数34】 となる。[Equation 34] Becomes

【0075】一方、この実施例において適用したNd:
YVO4 の寸法は、その幅(W)が3mm、最短光路長
(Ls )が3mmで、傾斜角度(τ)がそれぞれ0.87
mradと1.7mradであり、かつ、比較例として
傾斜面が形成されてないNd:YVO4 結晶を適用して
いる。
On the other hand, Nd applied in this embodiment:
YVO 4 has a width (W) of 3 mm, a shortest optical path length (L s ) of 3 mm, and an inclination angle (τ) of 0.87.
The Nd: YVO 4 crystal having mrad and 1.7 mrad and having no inclined surface is used as a comparative example.

【0076】尚、KTP及びNd:YVO4 から成る各
素子については、そのレーザ光の入射面を実施例1と同
様に光学研磨し、かつ、蒸着膜を成膜している。
For each element made of KTP and Nd: YVO 4 , the laser light incident surface was optically polished in the same manner as in Example 1, and a vapor deposition film was formed.

【0077】そして、この実施例においても実施例1と
同様に図2に示された測定系を用いx−ステージで上記
Nd:YVO4 から成る素子を幅方向へ1mm移動させな
がらその間の第二高調波レーザ光の出力を測定した。
Also in this embodiment, similarly to the first embodiment, the measurement system shown in FIG. 2 is used, and the element made of Nd: YVO 4 is moved by 1 mm in the width direction by the x-stage, and the second portion in between is moved. The output of the harmonic laser light was measured.

【0078】この結果、傾斜角度τが1.7mradの
素子を適用したものについてはその第二高調波レーザ光
の出力が1つのピークを示した。
As a result, the output of the second harmonic laser light showed one peak in the device to which the device having the inclination angle τ of 1.7 mrad was applied.

【0079】これに対し、傾斜角度τが0.87mra
dの素子においては、第二高調波レーザ光の出力増加傾
向が確認できたがピークについては確認できなかった。
On the other hand, the inclination angle τ is 0.87 mra
In the device of d, the output increasing tendency of the second harmonic laser light could be confirmed, but the peak could not be confirmed.

【0080】また、上記傾斜面が形成されてない比較例
に係るNd:YVO4 素子においては、第二高調波レー
ザ光出力がピークを示さない上に実施例に係る素子のピ
ーク値に較べてはるかに低い値であった。
Further, in the Nd: YVO 4 device according to the comparative example in which the inclined surface is not formed, the second harmonic laser light output does not show a peak, and in comparison with the peak value of the device according to the embodiment. It was a much lower value.

【0081】この結果から、非線形光学素子に変えレー
ザ素子に傾斜面を形成することによっても最適な光路長
が実現でき、基本波レーザ光における位相変化を補償し
て効率良く第二高調波レーザ光が得られることが確認で
きた。
From this result, the optimum optical path length can be realized by forming an inclined surface on the laser element instead of the nonlinear optical element, and the second harmonic laser light can be efficiently compensated for the phase change in the fundamental laser light. It was confirmed that

【0082】[0082]

【発明の効果】本発明によれば、傾斜面が設けられた素
子をその幅方向へ移動させて実効的な光路長を調整する
場合、この傾斜面が以下の関係式(1)を満たしている
ことから幅方向への移動量全体(ΔW)でその最適化条
件を具備する移動値は1周期しか存在しなくなるため、
その分、1周期の移動可能範囲が広くなり幅方向への移
動精度を若干荒く設定しても上記光路長の最適化を図る
ことが可能となる。
According to the present invention, when an element provided with an inclined surface is moved in the width direction to adjust the effective optical path length, the inclined surface satisfies the following relational expression (1). Since there is only one cycle of the movement value that satisfies the optimization condition in the entire movement amount (ΔW) in the width direction,
Accordingly, the movable range for one cycle is widened, and the optical path length can be optimized even if the movement accuracy in the width direction is set to be slightly rough.

【0083】[0083]

【数35】 従って、第二高調波レーザ光の出力変動が起こり難いL
D励起SHGレーザ装置を簡便に提供できる効果を有し
ている。
[Equation 35] Therefore, the output fluctuation of the second harmonic laser light is unlikely to occur L
It has the effect of easily providing a D-excitation SHG laser device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例に係るLD励起SHGレーザ装置の概略
構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an LD pumped SHG laser device according to an embodiment.

【図2】第二高調波レーザ光の出力を測定するための測
定系の概略構成図。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a measurement system for measuring the output of a second harmonic laser beam.

【図3】上記測定系からのデータをプロットして求めら
れた幅方向への移動量(ΔW)と第二高調波レーザ光の
出力との関係図。
FIG. 3 is a relationship diagram between the amount of movement (ΔW) in the width direction obtained by plotting data from the measurement system and the output of the second harmonic laser light.

【図4】計算から求められた幅方向への移動量(ΔW)
と第二高調波レーザ光の出力比との関係図。
FIG. 4 is a movement amount (ΔW) in the width direction obtained by calculation
FIG. 5 is a relationship diagram between the output ratio of the second harmonic laser light and.

【図5】上記測定系からのデータをプロットして求めら
れた幅方向への移動量(ΔW)と第二高調波レーザ光の
出力との関係図。
FIG. 5 is a relationship diagram between the amount of movement (ΔW) in the width direction obtained by plotting the data from the measurement system and the output of the second harmonic laser light.

【図6】上記測定系からのデータをプロットして求めら
れた幅方向への移動量(ΔW)と第二高調波レーザ光の
出力との関係図。
FIG. 6 is a relationship diagram between the amount of movement (ΔW) in the width direction obtained by plotting the data from the measurement system and the output of the second harmonic laser light.

【図7】従来例に係るLD励起SHGレーザ装置の概略
構成図。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an LD pumped SHG laser device according to a conventional example.

【図8】傾斜面が形成された素材材料の説明図。FIG. 8 is an explanatory diagram of a material material having an inclined surface.

【図9】(A)及び(B)は素材材料をその幅方向へ移
動させて光路長を調整する際の説明図。
9 (A) and 9 (B) are explanatory views of adjusting a light path length by moving a material material in a width direction thereof.

【図10】ピークが複数ある場合の幅方向への移動量
(ΔW)と第二高調波レーザ光の出力比との関係図。
FIG. 10 is a relationship diagram between the amount of movement (ΔW) in the width direction and the output ratio of the second harmonic laser light when there are a plurality of peaks.

【図11】ピークが1つの場合の幅方向への移動量(Δ
W)と第二高調波レーザ光の出力比との関係図。
FIG. 11 is a movement amount (Δ in the width direction when there is one peak.
FIG. 5 is a relational diagram between W) and the output ratio of the second harmonic laser light.

【図12】光入射面と出射面の両方に傾斜面が形成され
た素材材料の説明図。
FIG. 12 is an explanatory diagram of a raw material in which inclined surfaces are formed on both the light incident surface and the light emitting surface.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体レーザ 2 レーザ素子 3 非線形光学素子 4 高反射膜 5 ミラー 30 傾斜面 1 Semiconductor Laser 2 Laser Element 3 Nonlinear Optical Element 4 High Reflection Film 5 Mirror 30 Slope

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】励起されて基本波レーザ光を発生するレー
ザ素子と、この基本波レーザ光が入射されて第二高調波
レーザ光を出力する非線形光学素子を共振器内に備える
LD励起SHGレーザ装置において、 上記レーザ素子又は非線形光学素子の少なくとも一方の
光入射面若しくは出射面に下記関係式(1)を満たす傾
斜面が設けられていると共に、 この傾斜面が設けられた素子をその幅方向へ移動させて
上記素子の実効的な光路長が調整されていることを特徴
とするLD励起SHGレーザ装置。 【数1】 (但し、式中、λは基本波レーザ光の波長、Δnは傾斜
面が形成された素子の基本波レーザ光に対する複屈折、
ΔWは傾斜面が形成された素子の幅方向への移動量、τ
はこの傾斜面の傾斜角度をそれぞれ示している。)
1. An LD-pumped SHG laser comprising a laser element which is excited to generate a fundamental wave laser beam and a nonlinear optical element which is irradiated with the fundamental wave laser beam and outputs a second harmonic laser beam in a resonator. In the device, an inclined surface that satisfies the following relational expression (1) is provided on the light incident surface or the emission surface of at least one of the laser element and the nonlinear optical element, and the element provided with this inclined surface is formed in the width direction thereof. The LD-pumped SHG laser device, wherein the effective optical path length of the above element is adjusted by moving the element. [Equation 1] (Where λ is the wavelength of the fundamental laser light, Δn is the birefringence of the element having the inclined surface with respect to the fundamental laser light,
ΔW is the amount of movement of the element having the inclined surface in the width direction, τ
Indicates the inclination angle of this inclined surface. )
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