JPH06308553A - 光波長変換装置 - Google Patents
光波長変換装置Info
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Abstract
ダーに保持する一方、光波長変換素子を含む部分を温度
調節するようにした光波長変換装置において、光波長変
換素子をホルダーに確実に固定可能とし、環境温度変化
による光波長変換素子の破壊や歪発生を防止し、そして
温調精度も高く保つ。 【構成】 ホルダー18を金属から形成し、光波長変換素
子であるKTP結晶15を、ホルダー材料の金属の熱膨張
率と最もかけ離れた熱膨張率を有する結晶軸c方向に対
して垂直な面15cのみを介してホルダー18に接着固定す
る。
Description
長変換素子によって第2高調波等に波長変換する光波長
変換装置に関し、特に詳細には、上記光波長変換素子の
ホルダーへの取付け構造が改良された光波長変換装置に
関するものである。
して、レーザービームを第2高調波等に波長変換(短波
長化)する試みが種々なされている。このようにして波
長変換を行なう光波長変換素子として具体的には、バル
ク結晶型のものや、光導波路型のもの等が知られてい
る。
ーダイオード励起固体レーザーと組み合わせて用いられ
るような場合、あるいは基本波光源である半導体レーザ
ーに対して外部共振器を設けた構造に適用される場合等
は、一般に共振器内部に配置される。このような共振器
は通常、共振器長さを一定に保持するために、極めて高
い精度で温度調節される。その場合は、共振器内部に配
設された光波長変換素子も当然温度調節されることにな
る。
ダーに取り付けた上で、基本波光源としての各種レーザ
ーや集光レンズ等と光軸を合わせて所定位置に固定され
るが、そのホルダーへの取付け構造としては大別して2
種のものが知られている。その1つは、光波長変換素子
を金属、プラスチック等からなる結晶押さえを介してホ
ルダーに取り付けるものであり、もう1つは、光波長変
換素子をホルダーに接着するものである。
さえを使用する構造においては、環境温度変化等のため
に光波長変換素子が微妙に動いてしまい、長期に亘って
光波長変換素子を正しい位置に固定しておくのが難し
い。前述したように光波長変換素子が共振器内部に配設
されている場合に、こうして光波長変換素子が不正な位
置に動いてしまうと、共振器の共振条件が変化し、波長
変換波の出力やビーム形状が変動したり、ノイズが発生
する等の不具合を招く。
る構造において、このホルダーが銅等の金属からなる場
合は、環境温度変化が生じた際に、金属製ホルダーとの
熱膨張率の差により光波長変換素子に大きな応力が作用
して、その光波長変換素子が破壊したり、歪を生じる等
の問題が認められている。特開平3-223727号公報には、
光波長変換素子をそれと熱膨張率が近接した金属材料に
接着固定する技術が示されているが、このような技術を
上記ホルダーによる光波長変換素子の固定構造に適用し
ても、必ずしも満足な結果が得られるとは限らなかっ
た。
と熱膨張率がほぼ等しいガラスから形成する試みもなさ
れているが、金属製ではないそのようなホルダーは熱伝
導性が低いので、それを前述の共振器内部に配設した場
合には温調精度が低下し、その結果、光波長変換装置の
性能変動を招く。
であり、光波長変換素子をホルダーに確実に固定可能
で、環境温度変化による光波長変換素子の破壊や歪発生
を防止でき、その上、温調精度も高く保つことができる
光波長変換装置を提供することを目的とするものであ
る。
装置は、前述したように非線形光学材料の結晶からな
り、そこに入射した基本波を波長変換する光波長変換素
子と、この光波長変換素子を接着固定するホルダーと、
上記光波長変換素子を含む部分を温度調節する手段とを
備えた光波長変換装置において、上記ホルダーとして金
属製のものが用いられ、光波長変換素子が、ホルダー材
料の金属の熱膨張率と最もかけ離れた熱膨張率を有する
結晶軸方向に対して垂直な面のみを介して該ホルダーに
接着固定されたことを特徴とするものである。
の熱膨張率は、その結晶軸毎に異なる値を示す。先に述
べた特開平3-223727号公報に示された技術をホルダーに
よる光波長変換素子の固定構造に適用したときに、満足
な結果が得られない場合もあるのは、この熱膨張率異方
性に対する考慮がなされていないためである。つまり、
ホルダー材料として、光波長変換素子と熱膨張率が近接
していると考えられる材料を選択使用しても、上記の熱
膨張率異方性に対する考慮が欠けていれば、ホルダーと
光波長変換素子との接着面内に含まれる方向については
両者の熱膨張率が互いにかけ離れているという状況が起
こり得る。そうなっていると、環境温度変化が生じた際
に、ホルダーとの熱膨張率の差により光波長変換素子に
大きな応力が作用し、光波長変換素子の破壊や歪発生を
招いてしまう。
のように光波長変換素子を、ホルダー材料の金属の熱膨
張率と最もかけ離れた熱膨張率を有する結晶軸方向に対
して垂直な面のみを介して該ホルダーに接着固定したの
で、ホルダーと光波長変換素子との接着面内に含まれる
方向について両者の熱膨張率が互いに大きくかけ離れる
ことがなくなる。そうなっていれば、環境温度変化が生
じても、ホルダーとの熱膨張率の差により光波長変換素
子に大きな応力が作用することがなくなり、光波長変換
素子の破壊や歪発生を防止できる。
属から形成されているので、光波長変換素子を含む部分
を温度調節する手段と光波長変換素子との間の熱伝導も
良好となり、よって、高い温調精度を確保できるように
なる。
詳細に説明する。図2は、本発明の一実施例による光波
長変換装置を示すものである。本実施例の光波長変換装
置は、レーザーダイオードポンピング固体レーザーに組
み込まれたものである。このレーザーダイオードポンピ
ング固体レーザーは、ポンピング光としてのレーザービ
ーム10を発する半導体レーザー11と、発散光である上記
レーザービーム10を集束させる例えばロッドレンズから
なる集光レンズ12と、ネオジウム(Nd)がドーピング
された固体レーザー媒質であるYVO4 結晶(以下、N
d:YVO4結晶と称する)13と、このNd:YVO4
結晶13の前方側(図中右方側)に配された共振器ミラー
14とからなる。そしてNd:YVO4 結晶13と共振器ミ
ラー14との間には、非線形光学材料であるKTPの結晶
15が配されている。
14およびKTP結晶15はそれぞれ、熱伝導性の高い銅か
らなる概略円板状のホルダー16、17および18を介して金
属製鏡筒19に固定されている。そして鏡筒19はペルチェ
素子20にマウントされ、このペルチェ素子20および図示
しない温調制御回路により、上記各要素13、14および15
が所定温度に温調される。
9 nmのレーザービーム10を発するものが用いられてい
る。一方Nd:YVO4 結晶13は、上記レーザービーム
10によってネオジウム原子が励起されることにより、波
長λ2 =1064nmのレーザービーム21を発する。このレ
ーザービーム21はKTP結晶15に入射して、波長λ3=
λ2 /2=532 nmの緑色の第2高調波22に変換され
る。
13aおよび前側端面13b、KTP結晶15の後側端面15a
および前側端面15b、そして共振器ミラー14の凹面とさ
れたミラー面14aには、波長λ1 =809 nm、λ2 =10
64nmおよびλ3 =532 nmに対して下記の特性となる
コーティングが施されている。なおARは無反射(透過
率99%以上)、HRは高反射(反射率99.9%以上)を示
す。
ザービーム21はNd:YVO4 結晶13の端面13aとミラ
ー面14aとの間で共振する。このようにレーザービーム
21は共振している状態でKTP結晶15に入射するので、
そこに十分良好に吸収され、それにより効率良く第2高
調波22が発生する。またこの第2高調波22は直接的に、
あるいはNd:YVO4 結晶13の端面13bで反対方向に
反射して、共振器ミラー14を透過する。
れたKTP結晶15の結晶軸a、bおよびcと、基本波で
あるレーザービーム21の入射方向の関係は、図3に示す
通りとされている。他方、KTP結晶15を固定するホル
ダー18の材料である銅の熱膨張率α、KTPの結晶軸a
方向の熱膨張率αa 、結晶軸b方向の熱膨張率αb およ
び結晶軸c方向の熱膨張率αc は下記の通りである(単
位は×10-6/℃)。
に結晶挿入用切込み18aと、互いに90°の角度をなす結
晶保持面18bおよび18cが形成されてなるものである。
このホルダー18に対してKTP結晶15は、銅の熱膨張率
αと最もかけ離れた熱膨張率αc を有する結晶軸c方向
に対して垂直な端面15cを、結晶保持面18cに接着する
ことのみによって固定されている。もう1つの結晶保持
面18bとKTP結晶端面15dは、単に密着しているだけ
である。なおこの接着は例えば公知の樹脂を用いてなさ
れ、両面15cおよび18c間には接着層25が形成される。
18に接着されていれば、それら両者の接着面内に含まれ
る方向について両者の熱膨張率が互いに大きくかけ離れ
ることがなくなる。つまり、この接着面内に含まれる任
意の方向に関するKTP結晶15の熱膨張率は、αc の成
分を含むことはなく、αa 〜αb の値を取ることになる
から、それは銅の熱膨張率αに近接したものとなる。こ
のようになっていれば、環境温度変化が生じても、ホル
ダー18との熱膨張率の差によりKTP結晶15に大きな応
力が作用することがなくなり、KTP結晶15の破壊や歪
発生を防止可能となる。
18が熱伝導性の高い銅から形成されているので、KTP
結晶15を含む部分を温度調節するペルチェ素子20とKT
P結晶15との間の熱伝導も良好となり、よって、高い温
調精度を確保できるようになる。
ようにKTP結晶15を接着固定したホルダー18を−20〜
60℃の範囲で温度を変化させる保存温度サイクルにか
け、その後のKTP結晶15の状態を調べたが、クラック
や歪の発生は見られなかった。
晶15をその2つの端面15cおよび15dでホルダー18に接
着した比較例1としてのサンプルを作成し、それを上記
と同じ保存温度サイクルにかけた。その場合、保存温度
サイクルをかけた後のKTP結晶15には、クラックと歪
の発生が確認された。
施例について説明する。なおこれらの図において、図1
〜3中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、そ
れらについての重複した説明は省略する。図5に示され
るようにこの第2実施例の装置は、第1実施例の装置と
比較すると、Nd:YVO4 結晶13の代わりにNd:Y
AG結晶33が、またKTP結晶15の代わりにKN結晶35
が用いられている点が本質的に異なる。
がドーピングされた固体レーザー媒質であり、半導体レ
ーザー11から発せられた波長λ1 =808 nmのレーザー
ビーム10によってネオジウム原子が励起されることによ
り、波長λ2 =946 nmのレーザービーム31を発する。
このレーザービーム31は非線形光学材料であるKN結晶
35に入射して、波長λ3 =λ2 /2=473 nmの青色の
第2高調波32に変換される。
れたKN結晶35の結晶軸a、bおよびcと、基本波であ
るレーザービーム31の入射方向の関係は、図6に示す通
りとされている。他方、KN結晶35を固定するホルダー
18の材料である銅の熱膨張率α、KNの結晶軸a方向の
熱膨張率αa 、結晶軸b方向の熱膨張率αb および結晶
軸c方向の熱膨張率αc は下記の通りである(単位は×
10-6/℃)。
は、銅の熱膨張率αと最もかけ離れた熱膨張率αc を有
する結晶軸c方向に対して垂直な端面35cを、結晶保持
面18cに接着することのみによって固定されている。し
たがってこの場合も、KN結晶35とホルダー18の接着面
内に含まれる方向について両者の熱膨張率が互いに大き
くかけ離れることがなくなる。そこで、環境温度変化が
生じても、ホルダー18との熱膨張率の差によりKN結晶
35に大きな応力が作用することがなくなり、KN結晶35
の破壊や歪発生を防止可能となる。
18が熱伝導性の高い銅から形成されているので、KN結
晶35を含む部分を温度調節するペルチェ素子20とKN結
晶35との間の熱伝導も良好となり、よって、高い温調精
度を確保できるようになる。
N結晶35を接着固定したホルダー18を−20〜60℃の範囲
で温度を変化させる前述の保存温度サイクルにかけ、そ
の後のKN結晶35の状態を調べたが、クラックや歪の発
生は見られなかった。
35をその2つの端面35cおよび35dでホルダー18に接着
した比較例2としてのサンプルを作成し、それを上記と
同じ保存温度サイクルにかけた。その場合、保存温度サ
イクルをかけた後のKN結晶35には、クラックと歪の発
生が確認された。
イオードポンピング固体レーザーに本発明を適用した実
施例について説明したが、本発明はその他、和周波や差
周波等を発生させる光波長変換装置に対しても同様に適
用可能である。また勿論ながら、非線形光学材料および
ホルダー材料も、以上説明した以外のものが適宜使用可
能である。
図
結晶軸と基本波入射方向との関係を示す説明図
のホルダーへの取付け構造を示す正面図
側面図
結晶軸と基本波入射方向との関係を示す説明図
のホルダーへの取付け構造を示す正面図
Claims (1)
- 【請求項1】 非線形光学材料の結晶からなり、そこに
入射した基本波を波長変換する光波長変換素子と、 この光波長変換素子を接着固定するホルダーと、 前記光波長変換素子を含む部分を温度調節する手段とを
備えた光波長変換装置において、 前記ホルダーが金属から形成され、 前記光波長変換素子が、前記金属の熱膨張率と最もかけ
離れた熱膨張率を有する結晶軸方向に対して垂直な面の
みを介して前記ホルダーに接着固定されていることを特
徴とする光波長変換装置。
Priority Applications (2)
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JP10084493A JP3221586B2 (ja) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | 光波長変換装置 |
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JPH06308553A true JPH06308553A (ja) | 1994-11-04 |
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ID=14284632
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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1994
- 1994-04-28 US US08/233,932 patent/US5381430A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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Legal Events
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