JPH06208152A - 光第2高調波発生装置 - Google Patents

光第2高調波発生装置

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JPH06208152A
JPH06208152A JP214393A JP214393A JPH06208152A JP H06208152 A JPH06208152 A JP H06208152A JP 214393 A JP214393 A JP 214393A JP 214393 A JP214393 A JP 214393A JP H06208152 A JPH06208152 A JP H06208152A
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JP
Japan
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shg
ring resonator
wave
fundamental wave
total reflection
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP214393A
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English (en)
Inventor
Keisuke Shinozaki
啓助 篠崎
Chiyousei Jiyo
長青 徐
Takeshi Kamijo
健 上條
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レ−ザと表面SHG素子とを用いた、
SHG変換効率の高い光第2高調波発生装置を提供する
こと。 【構成】 LD20およびリング共振器22を具えてお
り、このリング共振器22は、半透明鏡24、表面SH
G素子26、ダイクロイックプリズム28および全反射
鏡30を以ってを構成する。リング共振器22は、半透
明鏡24において、LD20からの基本波をこのリング
共振器22内へ入射させ、入射したこの基本波を、表面
SHG素子26の透明基板32と薄膜36との界面38
において全反射させてSH波を発生させ、このSH波
を、ダイクロイックプリズム28において、基本波から
分離してリング共振器22外へ射出させる構成となって
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体レ−ザ(以
下、「LD」と略称することもある)を基本波光源とす
る光第2高調波発生(SHG)装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、LD等の基本波光源からの基本波
を波長が基本波の1/2の第2高調波(以下、「SH
波」と略称することもある)に変換して短波長化を図る
SHG素子を使用したSHG装置が用いられている。こ
のSHG装置に使用されるSHG素子として、一般に非
線型媒質のバルク結晶のSHG素子が用いられている。
【0003】しかし、このSHG素子のバルク結晶は、
反転中心対称を持たないものでなければならない(対称
性禁制)。このため、SHGとして使用できるバルク結
晶が制約される。また、SH波の強度は、バルク結晶が
基本波またはSH波に共鳴する波長では強くなることが
知られている。しかし、共鳴波長は即ち吸収波長である
ため、バルク結晶のSHG素子では共鳴波長を用いるこ
とができないという制約がある。
【0004】そこで、上記制約を受けないSHG素子と
して、表面SHG素子の一例が文献「応用物理、第61
巻、第9号(1992)pp.945-946」に開示されいる。
【0005】以下、図3を用いて、この表面SHG素子
の構造および作用について説明する。図3は、この表面
SHG素子の断面構造図である。この表面SHG素子
は、両面が平坦かつ平行なガラス板10、このガラス板
上に光学的に接触させて設けたアキシコンプリズム1
2、および、このガラス板10のアキシコンプリズム1
2を具えた面の裏側の面上に設けた非線形光学媒質の薄
膜14とを以って構成している。この薄膜14は、非線
型媒質であるマラカイトグリ−ンをスピンコ−ティング
法により単分子程度の厚さに塗布して形成してある。ま
た、ガラス板10の屈折率は、アキシコンプリズム12
の屈折率よりも高いことが望ましい。アキシコンプリズ
ム12を用いる理由は、SHG素子全体をΨ方向に回転
させることにより、SHG実現のための位相整合条件を
満足するように、入射光に対する薄膜14の結晶面方位
を調整できるようにするためである。通常の角形プリズ
ムではこの調整ができない。薄膜14とガラス板10と
の界面16でのSHGを実現するための位相整合条件
は、非線型媒質やその塗布方法等で様々であるが、いず
れにしてもこの角度Ψを調整することで実現することが
できる。
【0006】次に、この表面SHG素子の作用について
説明する。基本波をアキシコンプリズム12の斜面18
へ入射する際に、斜面18にほぼ垂直に基本波を入射す
ると入射損失を小さくすることができる。アキシコンプ
リズム12に入射した基本波をガラス基板10と薄膜1
4との界面16で反射させるとSH波が発生する。この
際、この反射を全反射とすると、SH波の強度を正反射
の場合に比べて数百倍強くすることができ、SHG変換
効率を高めることができる。界面16で発生したSH波
は、基本波と一緒に出射される。SH波のみを利用する
場合は、出射光を波長フィルタ(図示せず)に通せば良
い。この表面SHG素子においては、上述した、斜面1
8での入射角および界面での全反射条件を満足するよう
に、入射角θ、アキシコンプリズムの頂角Φ、ガラス基
板の屈折率n1 およびアキシコンプリズムの屈折率n2
等を決めるのが望ましい。
【0007】SHG素子において、波長λ、各種波数ω
の基本波が非線型媒質の界面に入射した場合、界面16
に誘起される電気的な分極の、波長λ/2、角周波数2
ωの第2高調波成分(「SH成分」とも称する)P(2
ω)は、 P(2ω)=χ(2) E(ω):E(ω) と表される。ここにχ(2) は、2次の非線型感受率、E
(ω)は、基本波の電場である。χ(2) は、非線型光学
媒質の界面では、界面固有の対称性から、テンソル成分
の中、χ31、χ33等がゼロでない値をとる。このため、
表面SHG素子は対称性禁制の制約を受けない。
【0008】また、表面SHG素子では、SH波は非線
型光学媒質の界面16の薄い層で発生する。このため、
基本波またはSH波の波長が非線型光学媒質の吸収波長
であっても吸収損失が少ない。また、基本波がコヒ−レ
ントなレ−ザビ−ムであれば、非線型光学媒質の各分子
からの散乱のSH成分をコヒ−レントに加え合わせたも
のもまたレ−ザビ−ムとなる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表面S
HG素子における基本波からSH波への変換効率(以
下、「SHG変換効率」とも称する)は、全反射条件下
でも、位相整合条件を正確に満足しているバルク結晶に
おけるSHG変換効率に比べてはるかに低い。これは、
表面SHG素子において、基本波と非線型光学媒質との
相互作用距離がグ−スヘンシェン効果程度、即ち数十μ
m程度と非常に短いためである。
【0010】そこで、表面SHG素子を用いて実用に供
する強度のSH波を得るためには、基本波のエネルギ−
密度を高くすれば良い。そのためには、高いエネルギ−
密度が得られる高出力の固体レ−ザや気体レ−ザを基本
波光源とする必要がある。しかし、これら高出力のレ−
ザを用いると、SHG装置そのものが大きくなり、ま
た、これらレ−ザは高速変調可能性、駆動電源の製作の
簡便さ等の点でLDに劣っている。
【0011】一方、基本波光源として実用上最も利用価
値の高いLDの出力は高々100mW程度と小さい。ま
た、LDは発振周波数の安定性が劣っている。
【0012】従って、この発明の目的は、半導体レ−ザ
(LD)と表面SHG素子とを用いた、SHG変換効率
の高い光第2高調波発生装置(SHG装置)を提供する
ことである。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明の目的を達成す
るため、この発明のSHG装置によれば、LDおよびリ
ング共振器を具え、このリング共振器は、半透明鏡、表
面SHG素子、ダイクロイックプリズムおよび全反射素
子を以ってを構成し、この表面SHG素子は、透明基
板、この透明基板面上に設けたアキシコンプリズム、お
よび、この透明基板のこのアキシコンプリズムを具えた
面の裏側の面上に設けた非線形光学媒質の薄膜とを以っ
て構成し、この全反射素子は、全反射鏡または回折格子
を以って構成し、このリング共振器は、半透明鏡におい
て、LDからの基本波をこのリング共振器内へ入射さ
せ、入射したこの基本波を、表面SHG素子の透明基板
と薄膜との界面において全反射させてSH波を発生さ
せ、このSH波を、ダイクロイックプリズムにおいて、
基本波から分離してリング共振器外へ射出させる構成と
なっていることを特徴とする。
【0014】また、好ましくは、LDは、レ−ザ光を射
出する側の端面に低反射コ−ティング(以下、「ADコ
−ティング」とも称する)面を設け、このADコ−ティ
ング面と対向する端面に高反射コ−ティング(以下、
「HDコ−ティング」とも称する)面を設けてあり、全
反射素子は、回折格子を以って構成し、HDコ−ティン
グ面と回折格子とを以って、LDの外部共振器を構成す
ると良い。
【0015】
【作用】この発明のSHG装置によれば、リング共振器
を半透明鏡、表面SHG素子、ダイクロイックプリズム
および全反射素子を以ってを構成し、このリング共振基
に基本波を閉じ込めることにより、基本波のエネルギ−
密度を高めることができる。また、SH波はダイクロイ
ックプリズムによって、基本波から選択的に分離してリ
ング共振器外へとり出すことができる。このリング共振
器の全周Lは、基本波の波長をλとすると、下記の式で
表される位相整合条件を満たしている。
【0016】L=λM、(但し、Mは整数) また、例えばLDのHDコ−ティング面とこの回折格子
とを以って、LDの外部共振器を構成し、LDをこの外
部共振器によって発振させると、この外部共振器の発振
波長は回折格子によって確定(ロック)される。このた
め、LDの発振波長を安定化することができる。この発
振波長は外部共振器の位相整合条件を満足する波長とす
る。
【0017】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明のSHG装
置の実施例について説明する。尚、以下に参照する図
は、この発明が理解できる程度に各構成成分の大きさ、
形状および配置関係を概略的に示してあるにすぎない。
従って、この発明はこの図示例にのみ限定されるもので
ないことは明らかである。
【0018】第1実施例 図1は、第1実施例の説明に供する図で、SHG装置の
構成を示している。
【0019】この発明のSHG装置は、LD20および
リング共振器22を具えており、このリング共振器22
は、半透明鏡24、表面SHG素子26、ダイクロイッ
クプリズム28および全反射素子を以ってを構成する。
第1実施例では、全反射素子として全反射鏡30を用い
る。
【0020】また、表面SHG素子26は、透明基板3
2、この透明基板32面上に設けたアキシコンプリズム
34、および、この透明基板32のアキシコンプリズム
34を具えた面の裏側の面上に設けた非線形光学媒質の
薄膜36とを以って構成する。このため、第1実施例で
は、透明基板32としてガラス基板32を用い、また、
非線型光学媒質としてマラカイトグリ−ンをスピンコ−
タ等を用いてガラス基板に塗布し、単分子層程度の厚さ
の薄膜36を形成してある。
【0021】また、リング共振器22は、半透明鏡24
において、LD20からの基本波をこのリング共振器内
22へ入射させ、入射したこの基本波を、表面SHG素
子26のガラス基板32と薄膜36との界面38におい
て全反射させてSH波を発生させ、このSH波を、ダイ
クロイックプリズム28において、基本波から分離して
リング共振器22外へ射出させる構成となっている。
【0022】第2実施例 図2は、第2実施例の説明に供する図で、SHG装置の
構成を示している。
【0023】この発明のSHG装置は、LD20および
リング共振器22を具えている。第2実施例では、全反
射素子として回折格子40を用いる他は、このリング共
振器22を第1実施例と同様に構成する。
【0024】第2実施例では、LD20は、レ−ザ光を
射出する側の端面にADコ−ティング面42を設け、こ
のADコ−ティング面42と対向する端面にHDコ−テ
ィング面44を設けてあり、このHDコ−ティング面4
4と回折格子とを以って、このLD20の外部共振器を
構成する。
【0025】上述した実施例では、この発明を、特定の
材料を使用し、また、特定の条件で形成した例につき説
明したが、この発明は多くの変更および変形を行うこと
ができる。例えば、上述した実施例では、非線型光学媒
質として、マラカイトグリ−ンを用いたが、この発明で
は、例えば、2−メチル−4−ニトロアニリンを用いて
も良い。また、上述した第2実施例では、全反射素子と
して回折格子を用いたが、この発明では、例えば、波長
選択性を有する全反射鏡である多層膜鏡を用いても良
い。
【0026】
【発明の効果】この発明のSHG装置によれば、リング
共振器を半透明鏡、表面SHG素子、ダイクロイックプ
リズムおよび全反射素子を以ってを構成し、このリング
共振基に基本波を閉じ込めることにより、基本波のエネ
ルギ−密度を高めることができる。従って、SHG変換
効率の高いSHG装置を構成することができる。
【0027】また、例えばLDのHDコ−ティング面と
この回折格子とを以って、LDの外部共振器を構成し、
LDをこの外部共振器によって発振させると、この外部
共振器の発振波長は回折格子によって確定(ロック)さ
れる。このため、LDの発振波長を安定化することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の光第2高調波発生装置の第1実施例
の説明に供する構成図である。
【図2】この発明の光第2高調波発生装置の第2実施例
の説明に供する構成図である。
【図3】従来の表面SHG素子の説明に供する構造図で
ある。
【符号の説明】
10:ガラス基板 12:アキシコンプリズム 14:薄膜 16:界面 18:斜面 20:半導体レ−ザ(LD) 22:リング共振器 24:半透明鏡 26:表面SHG素子 28:ダイクロイックプリズム 30:全反射鏡 32:透明基板、ガラス基板 34:アキシコンプリズム 36:薄膜 38:界面 40:回折格子 42:低反射コ−ティング面(ADコ−ティング面) 44:高反射コ−ティング面(HDコ−ティング面)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基本波から第2高調波を発生させる光第
    2高調波発生(SHG)装置において、 半導体レ−ザおよびリング共振器を具え、 該リング共振器は、半透明鏡、表面SHG素子、ダイク
    ロイックプリズムおよび全反射素子を以ってを構成し、 該表面SHG素子は、透明基板、該透明基板面上に設け
    たアキシコンプリズム、および、該透明基板の該アキシ
    コンプリズムを具えた面の裏側の面上に設けた非線形光
    学媒質の薄膜とを以って構成し、 該全反射素子は、全反射鏡または回折格子を以って構成
    し、 該リング共振器は、該半透明鏡において、該半導体レ−
    ザからの基本波を当該リング共振器内へ入射させ、入射
    した該基本波を、該表面SHG素子の該透明基板と該薄
    膜との界面において全反射させて第2高調波を発生さ
    せ、該第2高調波を、該ダイクロイックプリズムにおい
    て、該基本波から分離して当該リング共振器外へ射出さ
    せる構成となっていることを特徴とする光第2高調波発
    生装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の光第2高調波発生装置
    において、 前記半導体レ−ザは、レ−ザ光を射出する側の端面に低
    反射コ−ティング面を設け、該低反射コ−ティング面と
    対向する端面に高反射コ−ティング面を設けてあり、 前記全反射素子は、回折格子を以って構成し、 前記高反射コ−ティング面と該回折格子とを以って、該
    半導体レ−ザの外部共振器を構成してあることを特徴と
    する光第2高調波発生装置。
JP214393A 1993-01-08 1993-01-08 光第2高調波発生装置 Withdrawn JPH06208152A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997009759A1 (de) * 1995-09-01 1997-03-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Laseranordnung und verfahren zur skalierung von frequenzverdoppelten lasern

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997009759A1 (de) * 1995-09-01 1997-03-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Laseranordnung und verfahren zur skalierung von frequenzverdoppelten lasern

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