JPH05297431A - レーザ波長変換装置 - Google Patents

レーザ波長変換装置

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JPH05297431A
JPH05297431A JP9668492A JP9668492A JPH05297431A JP H05297431 A JPH05297431 A JP H05297431A JP 9668492 A JP9668492 A JP 9668492A JP 9668492 A JP9668492 A JP 9668492A JP H05297431 A JPH05297431 A JP H05297431A
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JP
Japan
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wavelength
laser light
laser
incident
nonlinear optical
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JP9668492A
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English (en)
Inventor
Makoto Yano
眞 矢野
Koji Kuwabara
皓二 桑原
Kiwamu Takehisa
究 武久
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 効率良く波長変換することのできるレーザ波
長変換装置を提供すること。 【構成】 レーザ波長変換器1を、偏光素子2、二波長
分離鏡3、反射鏡4,5、偏光面回転素子6、非線形光
学結晶7及びレンズ8,9より構成し、レーザ光10を
偏光素子2より入射し、非線形光学結晶7を通過して波
長変換されたレーザ光11,13は二波長分離鏡3より
出射し、一巡目の未変換レーザ光12は同一方向より再
び非線形光学結晶7を通過し、二巡目の未変換レーザ光
14は偏光素子2より出射するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ光の波長を他の波
長に変換するレーザ波長変換装置に係り、特に微細レー
ザ加工等に使用される短波長レーザ光を発生するに好適
なレーザ波長変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、レーザ装置より出射されたレーザ
光の波長を変換する方式としては、レーザ光を波長変換
用の非線形光学素子に照射して、その透過光のなかから
波長変換されたレーザ光と未変換レーザ光を分離する方
法が最も一般的である。波長変換効率は非線形光学素子
に入射するレーザ光のビーム強度に強く依存するため、
高出力の波長変換光を得るには、レーザ装置を大型化し
て入力を増やすか、レーザビームを短パルス化するか、
あるいは集光してビーム強度を上げる方法がとられてい
た。
【0003】上記方法はいずれも、レーザ装置より出射
されたレーザ光が非線形光学素子中を一回しか通過しな
い場合の方法である。一方で、非線形光学素子中を複数
回通過させることにより、従来の小型レーザ装置を利用
して波長変換効率を向上させる方式についても検討され
ている。例えば、同一非線形光学素子中を複数回通過す
るような循環光学路を形成したり、非線形光学素子を複
数個設けた方式である。この種の波長変換方法に関する
ものには、例えば特開昭59-128525号、特開平1-147528
号等が挙げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、非線形光学素子中を複数回通過させる方式のうち、
非線形光学素子中を入射レーザ光が往復通過する方式で
は、波長変換されたレーザ光と入射レーザ光が同じ光路
上を相反する方向に進行するため相互作用が発生しやす
く、出力が低下したり、あるいは非線形光学素子中では
結晶損傷をも誘引しかねない。また、入射レーザ光をレ
ーザ波長変換器内で繰り返し非線形光学素子を通過する
ように循環路を形成する方式では、未変換レーザ光を再
び非線形光学素子中に通過させるために入射レーザ光と
合流させる合波器などで未変換レーザ光の損失が多く、
波長変換効率の向上がいま一つ充分でなかった。
【0005】したがって、本発明の目的は、さらに効率
良くレーザ波長変換することのできるレーザ波長変換装
置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、非線形光学素子のほかに、偏光素子と、
非線形光学素子により波長変換されたレーザ光と波長変
換されない未変換レーザ光を分ける波長分離手段と、入
射レーザ光の偏光面回転手段とを備え、入射レーザ光は
偏光素子より入射し、非線形光学素子を通過することに
よって波長変換されたレーザ光は波長分離手段より出射
し、偏光面回転手段によって偏光方向が回転された未変
換レーザ光は偏光素子を介して同一方向より再び非線形
光学素子を通過し、非線形光学素子及び偏光面回転手段
を2回通過したのちの未変換レーザ光は偏光素子より出
射するような環状光学路を構成したことを特徴とする。
【0007】
【作用】偏光素子からレーザ波長変換装置に入射したレ
ーザ光は非線形光学素子によって波長変換され、波長変
換されたレーザ光のみが波長分離手段によってレーザ波
長変換装置の外部に取り出される。一方、非線形光学素
子を1回目に通過した未変換レーザ光は環状光学路を進
行するが、その偏光方向が偏光面回転手段によって回転
させられているため、偏光素子で反射され、再び同一方
向から非線形光学素子を通過し、波長変換されて同様に
レーザ波長変換装置の外部に取り出される。非線形光学
素子を2回目に通過した未変換レーザ光は再び環状光学
路を進行するが、その偏光方向が偏光面回転手段により
2度回転させられて入射レーザ光の偏光方向と同じであ
るため、今度は偏光素子を透過してレーザ波長変換装置
の外部に取り出されることになる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1及び図2によ
り説明する。
【0009】レーザ波長変換器1は、偏光素子2と二波
長分離鏡3と2枚の反射鏡4,5とで構成される環状光
学路のなかに、偏光面回転素子6と、レーザ光の波長を
変換する非線形光学結晶7と、これを挾み込むように設
けられた一対のレンズ8,9とを設置して構成されてい
る。非線形光学結晶7には図示していないが入射レーザ
光に対して位相整合させる手段が付設されている。位相
整合手段としては、入射レーザ光の偏光方向に対して結
晶軸角度を調節するように非線形光学結晶を回転する角
度位相整合法、あるいは非線形光学結晶温度を制御する
ことで屈折率を調整する温度位相整合法などが広く知ら
れている。
【0010】ここで、偏光素子2は二方向の直線偏光成
分のうち一方向の成分のみ透過し、90°回転したもう
一方向の直線偏光成分を反射する特性を有するものであ
る。また、二波長分離鏡3は、入射レーザ光の波長成分
(レーザ基本波)を反射し、波長変換された短波長成分
(レーザ第二高調波)を透過する特性を有する。偏光面
回転素子6は入射するレーザ光の偏光方向を90°回転
するものである。非線形光学結晶7は第二高調波発生結
晶(SHG結晶、タイプ2)であり、いずれも広く知ら
れている光学素子である。
【0011】レーザ波長変換器1に入射する直線偏光の
レーザ基本波10は、偏光素子2を通過したのち、偏光
面回転素子6によりその偏光方向を90°回転させら
れ、レンズ8により集光されて非線形光学結晶7に入射
する。非線形光学結晶7により波長変換されたレーザ第
二高調波11は二波長分離鏡3より取り出される。一
方、第一巡目の未変換光12は、反射鏡4,5を経て偏
光素子2に照射される。第一巡目の未変換レーザ光12
の偏光方向は、入射レーザ光の偏光方向より90°回転
されているので偏光素子2にて反射され、偏光面回転素
子6を通過後、第一巡目と同一方向から再度非線形光学
結晶7に向かい波長変換される。波長変換されたレーザ
光である第二巡目のレーザ第二高調波13は第一巡目と
同様に二波長分離鏡3より取り出される。第二巡目の未
変換レーザ光14は、反射鏡4,5を経て偏光素子2へ
向かう。第二巡目の未変換レーザ光14は、入射するレ
ーザ基本波10と同じ偏光方向であるから、偏光素子2
を透過し、出射レーザ基本波15としてレーザ波長変換
器1の外部に取り出される。
【0012】上記実施例を用いた場合、本発明者等の実
験によれば、入射するレーザ基本波の出力と波長変換効
率について図2に示すような特性が得られている。特性
曲線Iは本実施例を適用した場合、特性曲線IIは入射レ
ーザ基本波が一回だけ非線形光学結晶を通過した場合の
特性をそれぞれ示すものである。
【0013】本実施例によれば、未変換レーザ光を損失
なく全て入射レーザ光に合流させることができるので、
入射レーザ基本波の出力が小さい領域でも高い変換効率
を得ることができる。一般に、波長変換効率は入射レー
ザビーム強度に強く依存するものの、ある程度強度が高
くなると非線形光学結晶の特性上、変換効率は飽和する
ことが広く知られている。したがって、入射レーザ基本
波の特性が同じである同図では、特性曲線I,IIにおけ
る波長変換効率の飽和値(30〜40%)自体はほぼ等しく
なっている。
【0014】本発明の他の実施例を図3により説明す
る。
【0015】レーザ波長変換器1は偏光面回転素子6と
非線形光学結晶7とを二つのガラスブロック16,17
にて挾み込むように密着させて一体化されている。密着
させる手段としては光学用接着材を用いるのが簡単であ
る。レーザ波長変換器1のレーザ基本波入射側のガラス
ブロック16には、偏光素子として作用する偏光コーテ
ィング18と、反射鏡として作用する反射コーティング
19が施されている。また、もう一方のガラスブロック
17には、二波長分離鏡として作用する波長分離コーテ
ィング20と、反射コーティング21が施されている。
【0016】偏光コーティング18が施された面より入
射する直線偏光のレーザ基本波10は非線形光学結晶7
により波長変換され、レーザ第二高調波11として波長
分離コーティング20面より取り出される。第一巡目の
未変換レーザ光12は反射コーティング21で反射され
たのち、偏光面回転素子6に入射し、その偏光方向が9
0°回転させられたのち、反射コーティング19と偏光
コーティング18にて反射され、第一巡目と同一方向か
ら再度非線形光学結晶7に向かい波長変換される。第二
巡目の第二高調波13は第一巡目と同様に波長分離コー
ティング20面より取り出され、第二巡目の未変換レー
ザ光14は反射コーティング21により反射され、偏光
面回転素子6にて再度偏光方向を回転されて入射するレ
ーザ基本波10と同じ偏光方向となり、反射コーティン
グ19で反射されたのち、偏光コーティング18を透過
し、出射レーザ基本波15としてレーザ波長変換器1の
外部に取り出される。
【0017】本実施例によれば、レーザ波長変換器が一
つのブロックで構成できるため、装置全体として大幅な
小型化が図れる。
【0018】本発明のさらに他の実施例を図1を再び用
いて説明する。
【0019】非線形光学結晶7を挾み込むように設けら
れた一対のレンズ8,9について、非線形光学結晶7の
レーザ光入射側に設けらたるレンズ8の焦点距離をf
1 、レーザ光出射側に設けられたレンズ9の焦点距離を
2 としたとき、f1>f2の関係を満足するように選択
されている。これにより、レーザ波長変換器1に入射す
るレーザ基本波10のビーム直径d10より第一巡目の未
変換レーザ光12のビーム直径d12を小さくすることが
でき、第一巡目の未変換レーザ光12が非線形光学結晶
7を第二巡目に通過する際のレーザビーム強度を増加す
ることができる。
【0020】本実施例によれば,波長変換により第二高
調波が取り出され、その分レーザ出力が低下している第
一巡目の未変換レーザ光が再度非線形光学結晶に入射す
る際のレーザビーム強度を、第一巡目の波長変換時と同
等以上にすることができるため、未変換レーザ光による
波長変換効率を向上することができる。
【0021】本実施例では、レーザ波長変換器内部に二
枚のレンズを設けて、非線形光学結晶を通過するレーザ
ビーム直径を制御したが、図1の実施例よりレンズ8,
9を取り除き、偏光素子2のレーザ光入射側にレンズを
1枚設け、第一巡目の未変換レーザ光12が非線形光学
結晶7を第二巡目に通過する位置付近で焦点を結ぶよう
に、レーザ光をゆるやかに集光しながらレーザ波長変換
器1内に入射させることによっても、同様な効果が期待
できる。また、図3に示した実施例においても、レーザ
波長変換器1のレーザ光入射側にレンズを設け、同様に
レーザ光をゆるやかに集光しながら入射することによ
り、同様な効果が得られる。
【0022】さらに、上記各実施例では、レーザ光の波
長を他の波長に変換する非線形光学素子として結晶体を
用いた場合について説明したが、これに限らず液体を用
いることもでき、そしてこのような液体を用いた場合に
は、結晶体を用いた場合に必要な上記位相整合手段を設
ける必要はない。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザ波長変換装置に入射したレーザ光が非線形光学素
子において一旦波長変換され、未変換レーザ光のみが再
度同一方向から非線形光学素子を通過して二回目の波長
変換が行なわれるが、その際、未変換レーザ光が殆んど
損失なく入射レーザ光に合流して利用されるため、効率
良く波長変換することができる。したがって、低出力レ
ーザ光を入射しても高い波長変換効率を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るレーザ波長変換器の概
略構成図である。
【図2】波長変換特性図である。
【図3】本発明の他の実施例に係るレーザ波長変換器の
断面構成図である。
【符号の説明】
1 レーザ波長変換器 2 偏光素子 3 二波長分離鏡 4,5 反射鏡 6 偏光面回転素子 7 非線形光学結晶 8,9 レンズ 10 入射レーザ基本波 11,13 出射レーザ第二高調波 12,14 未変換レーザ光 15 出射レーザ基本波

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射レーザ光の波長を他の波長に変換す
    る非線形光学素子を備えたレーザ波長変換装置におい
    て、偏光素子と、前記非線形光学素子により波長変換さ
    れたレーザ光と波長変換されない未変換レーザ光を分け
    る波長分離手段と、前記入射レーザ光の偏光面回転手段
    とを備え、前記入射レーザ光は前記偏光素子より入射
    し、前記非線形光学素子を通過することによって波長変
    換されたレーザ光は前記波長分離手段より出射し、前記
    偏光面回転手段によって偏光方向が回転された未変換レ
    ーザ光は前記偏光素子を介して同一方向より再び前記非
    線形光学素子を通過し、前記非線形光学素子及び前記偏
    光面回転手段を2回通過したのちの前記未変換レーザ光
    は前記偏光素子より出射するような環状光学路を構成し
    たことを特徴とするレーザ波長変換装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のものにおいて、前記偏光
    素子、前記非線形光学素子、前記波長分離手段、前記偏
    光面回転手段及び前記環状光学路を構成する手段を一体
    化したことを特徴とするレーザ波長変換装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2記載のものにお
    いて、前記入射レーザ光が前記非線形光学素子を通過す
    るときのレーザビーム径は、1回目よりも2回目の方が
    小さくなるような光学手段を設けたことを特徴とするレ
    ーザビーム波長変換装置。
  4. 【請求項4】 請求項3記載のものにおいて、前記光学
    手段は前記非線形光学素子を挟むように対向して設けら
    れた一対のレンズを備え、前記非線形光学素子のレーザ
    光入射側に設けられた一方のレンズの焦点距離をレーザ
    光出射側に設けられた他方のレンズの焦点距離よりも大
    にしたことを特徴とするレーザビーム波長変換装置。
  5. 【請求項5】 請求項3記載のものにおいて、前記光学
    手段は前記偏光素子のレーザ光入射側に設けられたレン
    ズを備え、入射レーザ光を集光しながら入射するように
    したことを特徴とするレーザ波長変換装置。
JP9668492A 1992-04-16 1992-04-16 レーザ波長変換装置 Pending JPH05297431A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7561612B2 (en) 2006-09-28 2009-07-14 Seiko Epson Corporation Laser source device, image display device equipped with the laser source device, and monitor device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7561612B2 (en) 2006-09-28 2009-07-14 Seiko Epson Corporation Laser source device, image display device equipped with the laser source device, and monitor device

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