JPH06164044A - Tunable laser apparatus - Google Patents

Tunable laser apparatus

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JPH06164044A
JPH06164044A JP33950092A JP33950092A JPH06164044A JP H06164044 A JPH06164044 A JP H06164044A JP 33950092 A JP33950092 A JP 33950092A JP 33950092 A JP33950092 A JP 33950092A JP H06164044 A JPH06164044 A JP H06164044A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nonlinear optical
optical element
wavelength
parametric oscillation
nonlinear
Prior art date
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Pending
Application number
JP33950092A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiki Kishimoto
本 俊 樹 岸
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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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a tunable laser apparatus wherein it utilizes an optical parametric oscillation and it can convert a wavelength up to a wider wavelength region. CONSTITUTION:A laser apparatus is constituted fundamentally of an excitation source 1, of a nonlinear optical element 2 for optical parametric oscillation and of one pair of reflectors 3 which are arranged on the incident side and the radiant side of the nonlinear optical element 2 for optical parametric oscillation use. In the laser apparatus, the nonlinear optical element 2 is constituted of a plurality of nonlinear optical elements 4 which have been cut out to be respectively prescribed orientations, of a crystal holder 5 which holds the optical elements 4 and of a shaft 6 which is used to turn the crystal holder 5, and it is constituted in such a way that the nonlinear optical elements 4 are situated in the light path of a laser beam resonated between the reflectors 3 when the holder 5 is turned. Thereby, when a plurality of crystals whose orientation is different are used as the nonlinear optical elements, a tunable region can be expanded easily.

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、非線形光学結晶を用い
た光パラメトリック発振器に関し、特に非線形光学結晶
を回転させることで出射するレーザ光の波長を可変可能
な光パラメトリック発振器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical parametric oscillator using a nonlinear optical crystal, and more particularly to an optical parametric oscillator capable of varying the wavelength of laser light emitted by rotating the nonlinear optical crystal.

【0002】[0002]

【従来の技術】光パラメトリック効果に基づいて非線形
光学素子(結晶)のコヒーレントな励起光(λp)を入
射することにより、 1/λp=1/λs+1/λi (1) np/λp=ns/λs+ni/λi (2) の関係を満たす波長の異なるコヒーレント光(λsおよ
びλi、λsはシグナル、λiはアイドラで、λs<λi、
np、ns、niは屈折率)を発生する光パラメトリック
発振が知られている。この発振器は、一般に励起光源
と、非線形光学素子と、非線形光学素子の入射側と出射
側に配置された一対の反射鏡とから構成されている。そ
して、励起光源より出射された光は非線形光学素子の両
側に設けられた反射鏡間で共振し、波長が変換され、出
射される。従来、この種の光パラメトリック発振器には
KTiOPO4(KTP),RbTiOPO4(RTP)
といった非線形光学結晶が用いられ、1.047〜1.0
796μmで発振するNd:YLF,Nd:YAG,N
d:GSGG,Nd:YAP等の固体レーザが励起光源
としてよく用られている。
2. Description of the Related Art 1 / λp = 1 / λs + 1 / λi (1) np / λp = ns / λs + ni / Λi (2) coherent light having different wavelengths (λs and λi, λs is a signal, λi is an idler, λs <λi,
Optical parametric oscillation for generating np, ns, and ni are known. This oscillator is generally composed of an excitation light source, a nonlinear optical element, and a pair of reflecting mirrors arranged on the incident side and the emission side of the nonlinear optical element. Then, the light emitted from the excitation light source resonates between the reflecting mirrors provided on both sides of the nonlinear optical element, the wavelength is converted, and the light is emitted. Conventionally, KTiOPO 4 (KTP) and RbTiOPO 4 (RTP) have been used for this kind of optical parametric oscillator.
A non-linear optical crystal such as 1.047-1.0 is used.
Nd: YLF, Nd: YAG, N oscillating at 796 μm
Solid-state lasers such as d: GSGG and Nd: YAP are often used as excitation light sources.

【0003】ところで、レーザ光は波長分布も狭く、直
進性のよいことが大きな特徴であり、用いる材質により
その波長は特定されるものである。しかしながら、近年
この波長分布の狭さと直進性のよさを維持しつつ種々の
波長のレーザ光を一つの装置より発振できるレーザー装
置が要望されるようになってきた。例えば大気中の種々
の成分の分析に用いるためである。また、加えて現状の
材質では得られない領域の波長のレーザ光が必要とされ
る場合もあり、この様なレーザ光をいかにして得るのか
といった課題も生じてきている。
By the way, the laser light is characterized by a narrow wavelength distribution and good straightness, and its wavelength is specified by the material used. However, in recent years, there has been a demand for a laser device capable of oscillating laser light of various wavelengths from a single device while maintaining the narrow wavelength distribution and good straightness. For example, it is used for analysis of various components in the atmosphere. In addition, there is a case where a laser beam having a wavelength in a region that cannot be obtained with the current material is required, and a problem has arisen as to how to obtain such a laser beam.

【0004】このような要求や課題を満たすべく種々の
検討がなされている。この検討の一つにKTPやRTP
を用いた光パラメトリック発振器を用いて、該発振器内
の非線形光学結晶内でのレーザ光の伝播角を変える方法
がある。これはKTPやRTPを用いた光パラメトリッ
ク発振は、aカットの90゜位相整合(φ=0゜,θ=
90゜)付近では、スペクトル幅が数オンク゛ストロームと狭い
こと、またこの方法によれば、理論的にはレーザ光の伝
播角を40〜90度の範囲(伝播角の変化量として最大
50度)で変化させることにより上記波長1.047〜
1.0796μmのレーザ光を波長1.08〜3.3μm
の範囲のレーザ光に波長変換可能とされているからであ
る。
Various studies have been made to meet such requirements and problems. One of the studies is KTP and RTP.
There is a method of changing the propagation angle of laser light in a nonlinear optical crystal in the optical parametric oscillator using the. This is because optical parametric oscillation using KTP or RTP is a-cut 90 ° phase matching (φ = 0 °, θ =
Around 90 °), the spectrum width is as narrow as several Angstroms, and according to this method, theoretically, the propagation angle of the laser beam is within the range of 40 to 90 degrees (the maximum variation of the propagation angle is 50 degrees). By changing the above wavelength 1.047 ~
Laser light of 1.0796 μm wavelength 1.08 to 3.3 μm
This is because the wavelength can be converted into the laser light in the range.

【0005】しかし、通常用いられている光パラメトリ
ック発振用の非線形光学結晶の大きさは、5×5×10
mm程度のものであり、十分な強度の出射光を得ること
のできる範囲内で該非線形光学結晶を回転できる範囲は
約20゜程度程度であり、十分な波長変換は困難であっ
た。特に90゜位相整合付近では、素子を20゜回転さ
せても波長1.047〜1.0796μmのレーザ光を波
長1.622〜1.652μmのレーザ光までまでしか波
長変換できないという状況である。
However, the size of a nonlinear optical crystal for optical parametric oscillation that is usually used is 5 × 5 × 10.
The range is about 20 mm, and the range in which the nonlinear optical crystal can be rotated is about 20 ° within a range in which the emitted light of sufficient intensity can be obtained, and it is difficult to perform sufficient wavelength conversion. Particularly in the vicinity of 90 ° phase matching, even if the element is rotated by 20 °, the wavelength of the laser light of 1.047 to 1.0796 μm can be converted to the wavelength of 1.622 to 1.652 μm.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は光パラメトリ
ック発振を利用したより広い波長領域まで波長変換可能
な波長可変レーザ装置の提供を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a wavelength tunable laser device utilizing optical parametric oscillation and capable of wavelength conversion to a wider wavelength range.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の装置は、励起光源(1)と、光パラメトリック発振
用非線形光学素子(2)と、該光パラメトリック発振用
非線形光学素子(2)の入射側と出射側に配置された一
対の反射鏡(3)とから基本的に構成されるレーザ装置
において、非線形光学素子(2)が、それぞれ所定の方
位となるように切り出された複数の非線形光学素子
(4)と、該光学素子(4)を保持する結晶ホルダー
(5)と、該結晶ホルダー(5)を回転させるための回
転軸(6)とから構成され、該ホルダー(5)を回転さ
せることにより非線形光学素子(4)を前記反射鏡
(3)間で共振するレーザ光の光路に位置させうるよう
に構成されている。
The apparatus of the present invention for solving the above-mentioned problems comprises an excitation light source (1), a nonlinear optical element for optical parametric oscillation (2), and a nonlinear optical element for optical parametric oscillation (2). In a laser device basically composed of a pair of reflecting mirrors (3) arranged on the entrance side and the exit side of the non-linear optical element (2), a plurality of non-linear optical elements (2) are cut so as to have a predetermined azimuth. A nonlinear optical element (4), a crystal holder (5) for holding the optical element (4), and a rotation shaft (6) for rotating the crystal holder (5), the holder (5) Is rotated so that the non-linear optical element (4) can be positioned in the optical path of the laser beam resonating between the reflecting mirrors (3).

【0008】[0008]

【作用】本発明のレーザー装置は、基本的に光パラメト
リック発振器であり、得られるレーザ光の波長分布が狭
く、直進性がよいという長所は失われていない。本発明
において、所定の方位となるように切り出された複数の
非線形光学素子を結晶ホルダーに取り付け、該結晶ホル
ダーを回転させて所定の非線形光学素子を反射鏡間で共
振するレーザ光の光路に位置するようにするのは、こう
することによりレーザ光の伝播角の変化量を増大しレー
ザ項の変換幅を大きくするためである。
The laser device of the present invention is basically an optical parametric oscillator, and the advantages that the obtained laser light has a narrow wavelength distribution and good straightness are not lost. In the present invention, a plurality of nonlinear optical elements cut out so as to have a predetermined orientation are attached to a crystal holder, and the crystal holder is rotated to position the predetermined nonlinear optical element in the optical path of laser light resonating between reflecting mirrors. This is done in order to increase the amount of change in the propagation angle of the laser light and increase the conversion width of the laser term.

【0009】以下図を用いて本発明をさらに説明する。
図1は、本発明による光パラメトリック発振を用いた波
長可変レーザ装置の1実施例の構成図であり、図2は図
1に用いた光パラメトリック発振用非線形光学素子の外
観図である。本装置は、励起光源(1)と、本発明の特
徴である光パラメトリック発振用非線形光学素子(2)
と、一対の反射鏡(3)(リアミラ−(7)、出力ミラ
−(8))とから構成されており、光パラメトリック発
振用非線形光学素子(2)が図2に示されたように2本
の非線形光学素子(4)(4’)と、結晶ホルダー
(5)と、回転軸(6)とから構成され、回転軸(6)
を中心に結晶ホルダーを回転させて所定の非線形光学素
子(4)がリアミラー(7)と出力ミラー(8)との間
で共振しているレーザ光の光路に位置するようにするも
のである。図2の2つの非線形光学素子(4)(4’)
は、それぞれ異なる2つの方位のタイプ−2((θ=6
5゜,φ=0゜)と(85゜,φ=0゜))にカットし
たKTP結晶(ただし、φ,θはz(=c),x(=
a)軸から測定した極座標の角度部分)である。
The present invention will be further described with reference to the drawings.
1 is a configuration diagram of one embodiment of a wavelength tunable laser device using optical parametric oscillation according to the present invention, and FIG. 2 is an external view of a nonlinear optical element for optical parametric oscillation used in FIG. This apparatus comprises an excitation light source (1) and a nonlinear optical element (2) for optical parametric oscillation, which is a feature of the present invention.
And a pair of reflecting mirrors (3) (rear mirror (7), output mirror (8)), and a nonlinear optical element (2) for optical parametric oscillation is provided as shown in FIG. The non-linear optical element (4) (4 '), the crystal holder (5), and the rotating shaft (6), and the rotating shaft (6)
The crystal holder is rotated around the center so that the predetermined nonlinear optical element (4) is positioned in the optical path of the laser beam resonating between the rear mirror (7) and the output mirror (8). Two non-linear optical elements (4) (4 ') in FIG.
Are two different azimuth type-2 ((θ = 6
5 °, φ = 0 °) and (85 °, φ = 0 °) cut KTP crystals (where φ and θ are z (= c) and x (=
a) Angle portion of polar coordinates measured from the axis).

【0010】本発明の装置では、非線形光学素子(4)
を結晶ホルダーを回転軸を中心にして回転させて他の非
線形光学素子(4’)に置き換えても、共振状態が変化
すること無く波長可変できるように、非線形光学素子
(4)(4’)の軸方向と回転軸(6)の軸方向とは一
致させてある。
In the apparatus of the present invention, the nonlinear optical element (4)
Even if the crystal holder is rotated about the rotation axis and replaced with another non-linear optical element (4 '), the wavelength can be tuned without changing the resonance state. The axial direction of and the axial direction of the rotating shaft (6) are aligned.

【0011】又、本実施例では励起光源(1)として、
Nd:YAGを用い、非線形光学素子としてKTP結晶
を用いたが、他の励起光源としてはNd:YLF,N
d:GSGG,Nd:YAP等の固体レーザが使用で
き、非線形光学素子としてはRTPが使用できる。
In this embodiment, the excitation light source (1) is
Although Nd: YAG was used and a KTP crystal was used as the nonlinear optical element, Nd: YLF, N was used as the other pumping light source.
A solid-state laser such as d: GSGG or Nd: YAP can be used, and RTP can be used as the nonlinear optical element.

【0012】本実施例で用いたリアミラー(7)はシグ
ナル光(励起レーザ光の波長の2倍より短い波長、)あ
るいは、アイドラ光(励起レーザ光の波長の2倍より長
い波長,)の一方の波長で高い反射率を有するダイクロ
イック反射鏡で、出力ミラー(8)は、シグナル光また
はアイドラ光のどちらか一方で50−98%の反射率を
有するダイクロイック反射鏡である。
The rear mirror (7) used in this embodiment is either signal light (wavelength shorter than twice the wavelength of the pump laser light) or idler light (wavelength longer than twice the wavelength of the pump laser light). The output mirror (8) is a dichroic mirror having a reflectance of 50-98% for either signal light or idler light.

【0013】本実施例の装置によりレーザ光を得るに
は、例えば、励起光源(1)として波長1.064μm
で発振するNd:YAGレーザを用いて、非線形光学結
晶(4)を必要な出力光の波長になるように、結晶ホル
ダー(5)ごと非線形光学素子をレーザ光軸に対し回転
し、非線形光学素子の入射端面でのレーザ光の入射角度
を調節すれば良い。そして、1つの非線形光学結晶
(4)での可変域を超えた際は、図2中の回転軸(6)
によりホルダー(5)を回転させて、非線形光学結晶
(4’)と交換する。この結果、波長可変域を広げるこ
とができる。
In order to obtain a laser beam by the apparatus of this embodiment, for example, the wavelength of the excitation light source (1) is 1.064 μm.
Using the Nd: YAG laser oscillating at 1, the nonlinear optical element is rotated with respect to the laser optical axis together with the crystal holder (5) so that the nonlinear optical crystal (4) has a required output light wavelength. It is sufficient to adjust the incident angle of the laser light on the incident end face of. When the variable range of one nonlinear optical crystal (4) is exceeded, the rotation axis (6) in FIG.
The holder (5) is rotated by to replace the nonlinear optical crystal (4 ′). As a result, the wavelength variable range can be expanded.

【0014】[0014]

【実施例】次に本発明の実施例について述べる (実施例1)励起光源としてNd:YAGレーザを用
い、非線形光学素子としてθ=68゜,φ=0゜、光路
長10mmで切り出し、成形加工して得たRTP結晶
と、θ=85゜,φ=0゜、光路長10mmで切り出
し、成形加工して得たRTP結晶とを用い、1.6〜1.
8μmの範囲で共振可能なものをリアミラー、出力ミラ
ーとして用いて図1に示した波長可変レーザ装置と同じ
構成の装置を構成し、これを用いて光パラメトリック発
振を行った。
EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described. (Example 1) Nd: YAG laser was used as a pumping light source, and a nonlinear optical element was cut out with θ = 68 °, φ = 0 °, and an optical path length of 10 mm, and formed. Using the RTP crystal obtained in the above, and the RTP crystal obtained by cutting and molding at θ = 85 °, φ = 0 ° and an optical path length of 10 mm, 1.6 to 1.
A device having the same configuration as the wavelength tunable laser device shown in FIG. 1 was constructed by using as the rear mirror and the output mirror those capable of resonating in the range of 8 μm, and optical parametric oscillation was performed using this device.

【0015】まず、θ=85゜の結晶を用い、この結晶
を光軸に対して出力が所定の値以下にならないように回
転させて発振波長を測定した。結果として、1.622
−1.68μmの範囲で波長を可変する事ができた。次
に、θ=68゜の結晶に交換し同様の発振実験を行っ
た。その結果、1.66−1.8μmの範囲で可変でき
た。この結果より本実施例に用いた装置を用いれば、波
長1.064μmのレーザ光を1.622〜1.8μmの
範囲で出力の減少を来すことなく可変できることがわか
った。
First, a crystal of θ = 85 ° was used, and this crystal was rotated so that the output did not fall below a predetermined value with respect to the optical axis, and the oscillation wavelength was measured. As a result, 1.622
It was possible to change the wavelength in the range of -1.68 μm. Next, the same oscillation experiment was conducted by replacing the crystal with θ = 68 °. As a result, it was possible to vary in the range of 1.66-1.8 μm. From this result, it was found that by using the device used in this example, the laser beam having the wavelength of 1.064 μm can be changed within the range of 1.622 to 1.8 μm without causing the output reduction.

【0016】[0016]

【発明の効果】本発明の波長可変レーザ装置は、用いる
非線形光学素子に、方位の異なる複数個の結晶を用いる
ことで、波長可変域を容易に広げることができる。
The wavelength tunable laser device of the present invention can easily widen the wavelength tunable range by using a plurality of crystals having different directions for the nonlinear optical element used.

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

【図1】本発明による光パラメトリック発振を用いた波
長可変レーザ装置の1実施例の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of one embodiment of a wavelength tunable laser device using optical parametric oscillation according to the present invention.

【図2】図1に用いた光パラメトリック発振用非線形光
学素子の外観図である。
FIG. 2 is an external view of a nonlinear optical element for optical parametric oscillation used in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1−−−励起光源、2−−−光パラメトリック発振用非
線形光学素子、3−−−反射鏡、4,4’−−−非線形
光学素子、5−−−結晶ホルダー、6−−−回転軸、7
−−−リアミラー、8−−−出力ミラー
1 --- Excitation Light Source, 2 --- Nonlinear Optical Element for Optical Parametric Oscillation, 3 --- Reflecting Mirror, 4,4 '--- Nonlinear Optical Element, 5 --- Crystal Holder, 6 --- Rotation Axis , 7
--- Rear mirror, 8-- Output mirror

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 励起光源(1)と、光パラメトリック
発振用非線形光学素子(2)と、該光パラメトリック発
振用非線形光学素子(2)の入射側と出射側に配置され
た一対の反射鏡(3)とから基本的に構成されるレーザ
装置において、光パラメトリック発振用非線形光学素子
(2)が、それぞれ所定の方位となるように切り出され
た複数の非線形光学素子(4)と、該非線形光学素子
(4)を保持する結晶ホルダー(5)と、該結晶ホルダ
ー(5)を回転させるための回転軸(6)とから構成さ
れ、該ホルダー(5)を回転させることにより非線形光
学素子(4)を前記反射鏡(3)間で共振するレーザ光
の光路に位置させうるように構成されてなる波長可変レ
ーザ装置。
1. A pumping light source (1), a nonlinear optical element for optical parametric oscillation (2), and a pair of reflecting mirrors arranged on the incident side and the emitting side of the nonlinear optical element for optical parametric oscillation (2). In a laser device basically composed of 3) and 3), a nonlinear optical element (2) for optical parametric oscillation is cut into a plurality of nonlinear optical elements (4) each having a predetermined azimuth, and the nonlinear optical element. It is composed of a crystal holder (5) for holding the element (4) and a rotation shaft (6) for rotating the crystal holder (5), and by rotating the holder (5), a nonlinear optical element (4) ) Is arranged in the optical path of the laser light resonating between the reflecting mirrors (3).
【請求項2】 請求項1記載の装置において、非線形
光学素子(4)がKTP、RTPのいずれかであること
を特徴とする波長可変レーザ装置。
2. The wavelength tunable laser device according to claim 1, wherein the non-linear optical element (4) is either KTP or RTP.
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