JPH07131100A - レーザ光発生装置 - Google Patents
レーザ光発生装置Info
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- JPH07131100A JPH07131100A JP27846893A JP27846893A JPH07131100A JP H07131100 A JPH07131100 A JP H07131100A JP 27846893 A JP27846893 A JP 27846893A JP 27846893 A JP27846893 A JP 27846893A JP H07131100 A JPH07131100 A JP H07131100A
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- laser light
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 レーザ共振器１３を構成する一対の反射鏡１
４、１８の間に、基本波レーザ光を発生するレーザ媒質
（Ｎｄ：ＹＶＯ4 ）１６、ブリュースター板１５、タイ
プIIの位相整合をとり基本波レーザ光の第２高調波を発
生する非線形光学結晶素子（ＫＴＰ）１７及び非線形光
学結晶素子１７の複屈折による位相遅延量の温度特性を
打ち消す所定の温度特性を有する複屈折性結晶素子１９
（ＹＶＯ4）を配置する。非線形光学結晶素子１７の結
晶のｃ軸と複屈折性結晶素子１９の結晶のｃ軸とは互い
に直交させる。 【効果】 非線形光学結晶素子１７の複屈折の温度変化
の影響を除去し、広い温度範囲にわたって安定な縦単一
モード発振が得られる。
４、１８の間に、基本波レーザ光を発生するレーザ媒質
（Ｎｄ：ＹＶＯ4 ）１６、ブリュースター板１５、タイ
プIIの位相整合をとり基本波レーザ光の第２高調波を発
生する非線形光学結晶素子（ＫＴＰ）１７及び非線形光
学結晶素子１７の複屈折による位相遅延量の温度特性を
打ち消す所定の温度特性を有する複屈折性結晶素子１９
（ＹＶＯ4）を配置する。非線形光学結晶素子１７の結
晶のｃ軸と複屈折性結晶素子１９の結晶のｃ軸とは互い
に直交させる。 【効果】 非線形光学結晶素子１７の複屈折の温度変化
の影響を除去し、広い温度範囲にわたって安定な縦単一
モード発振が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光発生装置に関
し、特に、非線形光学結晶素子を用いて高次高調波レー
ザ光を発生させるレーザ光源を有するレーザ光発生装置
に関する。
し、特に、非線形光学結晶素子を用いて高次高調波レー
ザ光を発生させるレーザ光源を有するレーザ光発生装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】共振器内部の高いパワー密度を利用して
効率良く波長変換を行うことが従来より提案されてお
り、例えば、外部共振型のＳＨＧ（第２高調波発生）
や、レーザ共振器内部の非線形光学素子によるＳＨＧ等
が試みられている。
効率良く波長変換を行うことが従来より提案されてお
り、例えば、外部共振型のＳＨＧ（第２高調波発生）
や、レーザ共振器内部の非線形光学素子によるＳＨＧ等
が試みられている。
【０００３】レーザ共振器内第２高調波発生タイプの例
としては、共振器を構成する１対の反射鏡の間に、レー
ザ媒質及び非線形光学結晶素子を配置したものが知られ
ている。このタイプのレーザ光発生装置の場合には、共
振器内部の非線形光学結晶素子において、基本波レーザ
光に対して第２高調波レーザ光を位相整合させることに
より、効率良く第２高調波レーザ光を取り出すことがで
きる。
としては、共振器を構成する１対の反射鏡の間に、レー
ザ媒質及び非線形光学結晶素子を配置したものが知られ
ている。このタイプのレーザ光発生装置の場合には、共
振器内部の非線形光学結晶素子において、基本波レーザ
光に対して第２高調波レーザ光を位相整合させることに
より、効率良く第２高調波レーザ光を取り出すことがで
きる。
【０００４】上記位相整合を実現する方法としては、基
本波レーザ光及び第２高調波レーザ光間にタイプＩ又は
タイプIIの位相整合条件を成り立たせるようにする。す
なわち、タイプＩの位相整合は、基本波レーザ光の常光
線を利用して、同一方向に偏光した２つの光子から周波
数が２倍の１つの光子を作るような現象を生じさせるこ
とを原理とするものである。これに対して、タイプIIの
位相整合は、互いに直交する２つの基本波固有偏光を非
線形光学結晶素子に入射することにより、２つの固有偏
光についてそれぞれ位相整合条件を成り立たせるように
するもので、基本波レーザ光は非線形光学結晶素子の内
部において常光線及び異常光線に分かれて第２高調波レ
ーザ光の異常光線に対して位相整合を生じる。
本波レーザ光及び第２高調波レーザ光間にタイプＩ又は
タイプIIの位相整合条件を成り立たせるようにする。す
なわち、タイプＩの位相整合は、基本波レーザ光の常光
線を利用して、同一方向に偏光した２つの光子から周波
数が２倍の１つの光子を作るような現象を生じさせるこ
とを原理とするものである。これに対して、タイプIIの
位相整合は、互いに直交する２つの基本波固有偏光を非
線形光学結晶素子に入射することにより、２つの固有偏
光についてそれぞれ位相整合条件を成り立たせるように
するもので、基本波レーザ光は非線形光学結晶素子の内
部において常光線及び異常光線に分かれて第２高調波レ
ーザ光の異常光線に対して位相整合を生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記タイプ
IIの位相整合をとるレーザ共振器内に設けられる非線形
光学結晶素子は、その複屈折によるリターデーション
（位相遅延量、位相差）が温度依存性を持つという理由
により、これを用いたレーザ共振器が安定に動作する温
度範囲が狭くなるという問題点があった。
IIの位相整合をとるレーザ共振器内に設けられる非線形
光学結晶素子は、その複屈折によるリターデーション
（位相遅延量、位相差）が温度依存性を持つという理由
により、これを用いたレーザ共振器が安定に動作する温
度範囲が狭くなるという問題点があった。
【０００６】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、共振器内ＳＨＧ（第２高調波発生）型レ
ーザ光発生装置において、温度変化等により発生する非
線形光学結晶素子（ＫＴＰ等）のリターデーション変動
を抑えて動作を安定化することができるようなレーザ光
発生装置の提供を目的とする。
たものであり、共振器内ＳＨＧ（第２高調波発生）型レ
ーザ光発生装置において、温度変化等により発生する非
線形光学結晶素子（ＫＴＰ等）のリターデーション変動
を抑えて動作を安定化することができるようなレーザ光
発生装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ光発
生装置は、励起光源素子と、この励起光源素子からの励
起光によって励起されるレーザ媒質と、このレーザ媒質
の前後に配置され上記レーザ媒質より発生された基本波
レーザ光を反射してレーザ共振器を構成する一対の反射
手段と、このレーザ共振器内に配設されタイプIIの位相
整合をとる非線形光学結晶素子と、上記レーザ共振器内
に配設され上記非線形光学結晶素子の複屈折による位相
遅延量の温度特性を打ち消す所定の温度依存性を有する
複屈折性結晶素子とを有して成ることにより、上述の課
題を解決する。
生装置は、励起光源素子と、この励起光源素子からの励
起光によって励起されるレーザ媒質と、このレーザ媒質
の前後に配置され上記レーザ媒質より発生された基本波
レーザ光を反射してレーザ共振器を構成する一対の反射
手段と、このレーザ共振器内に配設されタイプIIの位相
整合をとる非線形光学結晶素子と、上記レーザ共振器内
に配設され上記非線形光学結晶素子の複屈折による位相
遅延量の温度特性を打ち消す所定の温度依存性を有する
複屈折性結晶素子とを有して成ることにより、上述の課
題を解決する。
【０００８】ここで、上記非線形光学結晶素子と上記複
屈折性結晶素子とを同一の温度に保つ構造とすることが
好ましく、具体的には、これらの素子を同じ冷却装置、
例えばペルチェ素子を用いたＴＥ（サーモ・エレクトロ
ニック）クーラ上に載置したり、同じホルダあるいはベ
ース上に設置することが挙げられる。
屈折性結晶素子とを同一の温度に保つ構造とすることが
好ましく、具体的には、これらの素子を同じ冷却装置、
例えばペルチェ素子を用いたＴＥ（サーモ・エレクトロ
ニック）クーラ上に載置したり、同じホルダあるいはベ
ース上に設置することが挙げられる。
【０００９】上記非線形光学結晶素子としては例えばＫ
ＴＰを用いることができ、上記複屈折性結晶素子として
はＫＴＰ、ＹＶＯ4 、ＬＮを用いることができる。
ＴＰを用いることができ、上記複屈折性結晶素子として
はＫＴＰ、ＹＶＯ4 、ＬＮを用いることができる。
【００１０】さらに、上記レーザ媒質としては、Ｎｄ：
ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ4 、ＬＮＰ、Ｎｄ：ＢＥＬ等を用
いることができ、上記非線形光学結晶素子としては、Ｋ
ＴＰ以外にも、ＬＮ、ＢＢＯ、ＬＢＯ等を用いてもよ
い。
ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ4 、ＬＮＰ、Ｎｄ：ＢＥＬ等を用
いることができ、上記非線形光学結晶素子としては、Ｋ
ＴＰ以外にも、ＬＮ、ＢＢＯ、ＬＢＯ等を用いてもよ
い。
【００１１】
【作用】非線形光学結晶素子の複屈折による位相遅延量
の温度依存性が複屈折性結晶素子により打ち消されて、
正味の位相遅延量が得られ、タイプIIの位相整合による
高調波発生が安定に行える。
の温度依存性が複屈折性結晶素子により打ち消されて、
正味の位相遅延量が得られ、タイプIIの位相整合による
高調波発生が安定に行える。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明に係るレーザ光発生装置の一
実施例の概略構成を示す構成図である。この図１におい
て、励起光源素子としての半導体レーザ素子であるレー
ザダイオード１１から、励起光としてのレーザ光が出射
される。この励起レーザ光は、レンズ１２で集光され、
レーザ共振器１３の反射鏡１４を介して、例えばＮｄ：
ＹＶＯ4 （Yttrium Ortho Vanadate）を用いたレーザ媒
質１６に入射される。レーザ共振器１３は、一対の反射
鏡１４、１８の間にレーザ媒質１６と非線形光学結晶素
子１７とを有して成っており、本実施例では反射鏡１４
に内側が凹面とされた凹面鏡を、反射鏡１８には平面鏡
を用いている。逆に、反射鏡１４に平面鏡を用い、反射
鏡１８に凹面鏡を用いるようにしてもよい。非線形光学
結晶素子１７には、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 :Pot
assium Titanyl Phosphate）を用いている。レーザ媒質
１６が、上記励起光の入射に応じて基本波レーザ光を発
生し、この基本波レーザ光をＫＴＰ等の非線形光学結晶
素子１７を通過させて共振させることにより、第２高調
波発生（ＳＨＧ）を行っている。
実施例の概略構成を示す構成図である。この図１におい
て、励起光源素子としての半導体レーザ素子であるレー
ザダイオード１１から、励起光としてのレーザ光が出射
される。この励起レーザ光は、レンズ１２で集光され、
レーザ共振器１３の反射鏡１４を介して、例えばＮｄ：
ＹＶＯ4 （Yttrium Ortho Vanadate）を用いたレーザ媒
質１６に入射される。レーザ共振器１３は、一対の反射
鏡１４、１８の間にレーザ媒質１６と非線形光学結晶素
子１７とを有して成っており、本実施例では反射鏡１４
に内側が凹面とされた凹面鏡を、反射鏡１８には平面鏡
を用いている。逆に、反射鏡１４に平面鏡を用い、反射
鏡１８に凹面鏡を用いるようにしてもよい。非線形光学
結晶素子１７には、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 :Pot
assium Titanyl Phosphate）を用いている。レーザ媒質
１６が、上記励起光の入射に応じて基本波レーザ光を発
生し、この基本波レーザ光をＫＴＰ等の非線形光学結晶
素子１７を通過させて共振させることにより、第２高調
波発生（ＳＨＧ）を行っている。
【００１３】また、図１の例においては、レーザ共振器
１３を単一縦モード発振させるためにブリュースター板
１５を挿入している。このブリュースター板１５の機能
については、例えば、Hideo Nagai et al. "Low-Noise
of a Diode-Pumped Intracavity-Doubled Nd:YAG Laser
Using a Brewster Plate", IEEE J.Q. ElectronicsVo
l.28, No.4, pp.1164-1168 (April 1992) に開示されて
いる。すなわち、この文献には、複屈折ブリュースター
・フィルタ効果により、Ｎｄ：ＹＡＧレーザが縦単一モ
ード発振することが記載されている。ただし、ＫＴＰ結
晶の複屈折の温度変化により、温度許容幅が狭いという
欠点があった。
１３を単一縦モード発振させるためにブリュースター板
１５を挿入している。このブリュースター板１５の機能
については、例えば、Hideo Nagai et al. "Low-Noise
of a Diode-Pumped Intracavity-Doubled Nd:YAG Laser
Using a Brewster Plate", IEEE J.Q. ElectronicsVo
l.28, No.4, pp.1164-1168 (April 1992) に開示されて
いる。すなわち、この文献には、複屈折ブリュースター
・フィルタ効果により、Ｎｄ：ＹＡＧレーザが縦単一モ
ード発振することが記載されている。ただし、ＫＴＰ結
晶の複屈折の温度変化により、温度許容幅が狭いという
欠点があった。
【００１４】そこで、本実施例においては、複屈折の温
度変化を有する例えばＫＴＰの非線形光学結晶素子１７
に対して、一定の温度依存性を有する複屈折性結晶素子
１９を付加することによって、全体として複屈折の温度
変化を打ち消すようにしている。この複屈折性結晶素子
１９としては、例えばＹＶＯ4 が用いられる。
度変化を有する例えばＫＴＰの非線形光学結晶素子１７
に対して、一定の温度依存性を有する複屈折性結晶素子
１９を付加することによって、全体として複屈折の温度
変化を打ち消すようにしている。この複屈折性結晶素子
１９としては、例えばＹＶＯ4 が用いられる。
【００１５】共振器１３内での第２高調波発生（ＳＨ
Ｇ）について説明すると、ＫＴＰのような非線形光学結
晶素子１７は、タイプIIの位相整合により、上記基本波
レーザ光の２倍の周波数の第２高調波レーザ光を発生す
る。例えば基本波レーザ光の波長λを１０６４ｎｍとす
ると、第２高調波レーザ光の波長はλ／２の５３２ｎｍ
となる。反射鏡１４の反射面１４Ｒは、上記励起光（例
えば波長８１０ｎｍ）を透過し、レーザ媒質１６で発生
した基本波レーザ光を反射するような特性を有し、反射
鏡１８の反射面１８Ｒは、基本波レーザ光を反射し、第
２高調波レーザ光を透過するような特性を有している。
これらの反射鏡１４、１８は、いわゆるダイクロイック
ミラーにより形成できる。従って、レーザ媒質１６で発
生した基本波レーザ光は、レーザ共振器１３の反射鏡１
４、１８の各反射面１４Ｒ、１８Ｒの間を往復進行し、
レーザ光の発振が行われると共に、非線形光学結晶素子
１７を通過することにより第２高調波レーザ光が発生さ
れ、このＳＨＧレーザ光は反射鏡１８を介して外部に取
り出される。
Ｇ）について説明すると、ＫＴＰのような非線形光学結
晶素子１７は、タイプIIの位相整合により、上記基本波
レーザ光の２倍の周波数の第２高調波レーザ光を発生す
る。例えば基本波レーザ光の波長λを１０６４ｎｍとす
ると、第２高調波レーザ光の波長はλ／２の５３２ｎｍ
となる。反射鏡１４の反射面１４Ｒは、上記励起光（例
えば波長８１０ｎｍ）を透過し、レーザ媒質１６で発生
した基本波レーザ光を反射するような特性を有し、反射
鏡１８の反射面１８Ｒは、基本波レーザ光を反射し、第
２高調波レーザ光を透過するような特性を有している。
これらの反射鏡１４、１８は、いわゆるダイクロイック
ミラーにより形成できる。従って、レーザ媒質１６で発
生した基本波レーザ光は、レーザ共振器１３の反射鏡１
４、１８の各反射面１４Ｒ、１８Ｒの間を往復進行し、
レーザ光の発振が行われると共に、非線形光学結晶素子
１７を通過することにより第２高調波レーザ光が発生さ
れ、このＳＨＧレーザ光は反射鏡１８を介して外部に取
り出される。
【００１６】すなわち、レーザ媒質１６と非線形光学結
晶素子１７との絶対位相遅延量（リターダンス）を選
び、両者を組み合わせたとき、レーザ媒質１６の利得曲
線の中心周波数に相当する波長で位相差が０となるよう
にする。この中心周波数で発振する縦モードの偏光状態
は、レーザ媒質１６において、その偏光方向が結晶のｃ
軸に平行になるような直線偏光であるから、この縦モー
ドはブリュースター板１５を通過するとき損失が無い。
晶素子１７との絶対位相遅延量（リターダンス）を選
び、両者を組み合わせたとき、レーザ媒質１６の利得曲
線の中心周波数に相当する波長で位相差が０となるよう
にする。この中心周波数で発振する縦モードの偏光状態
は、レーザ媒質１６において、その偏光方向が結晶のｃ
軸に平行になるような直線偏光であるから、この縦モー
ドはブリュースター板１５を通過するとき損失が無い。
【００１７】ここで、非線形光学結晶素子１７としてＫ
ＴＰを用い、複屈折性結晶素子１９としてＹＶＯ4 を用
いる場合に、ＫＴＰは１０６４ｎｍのＳＨＧ用にθ＝９
０°、φ〜２３°でカットされ、タイプIIの位相整合を
とる。これらの非線形光学結晶素子（ＫＴＰ）１７及び
複屈折性結晶素子（ＹＶＯ4 ）１９は、図２に示すよう
に、ＫＴＰのｚ軸とＹＶＯ4 のｅ軸とが同じ向きに、ま
たＫＴＰのｘ、ｙ軸とＹＶＯ4 のｏ軸とが同じ向きにな
るように配置される。これは、後述するように、温度に
よる位相遅延量の変化の正負の極性を互いに逆とするた
めである。また、これらの素子１７、１９は、同じ冷却
装置上に、あるいは同じホルダ上に配置されて、温度が
同一となるように構成される。
ＴＰを用い、複屈折性結晶素子１９としてＹＶＯ4 を用
いる場合に、ＫＴＰは１０６４ｎｍのＳＨＧ用にθ＝９
０°、φ〜２３°でカットされ、タイプIIの位相整合を
とる。これらの非線形光学結晶素子（ＫＴＰ）１７及び
複屈折性結晶素子（ＹＶＯ4 ）１９は、図２に示すよう
に、ＫＴＰのｚ軸とＹＶＯ4 のｅ軸とが同じ向きに、ま
たＫＴＰのｘ、ｙ軸とＹＶＯ4 のｏ軸とが同じ向きにな
るように配置される。これは、後述するように、温度に
よる位相遅延量の変化の正負の極性を互いに逆とするた
めである。また、これらの素子１７、１９は、同じ冷却
装置上に、あるいは同じホルダ上に配置されて、温度が
同一となるように構成される。
【００１８】次に、上記２つの光学結晶素子（ＫＴＰ、
ＹＶＯ4 ）についての温度による位相遅延量の変化につ
いて説明する。
ＹＶＯ4 ）についての温度による位相遅延量の変化につ
いて説明する。
【００１９】先ず、ＫＴＰのｚ軸の屈折率をｎKTPz、同
ｘ、ｙ軸の屈折率をｎKTPx、yとし、ＹＶＯ4 （ただしＮ
ｄ：ＹＶＯ4 ）のｅ軸の屈折率をｎYVO4e 、同ｏ軸の屈
折率をｎYVO4o とするとき、ＫＴＰ、ＹＶＯ4 の複屈折
の温度係数は、
ｘ、ｙ軸の屈折率をｎKTPx、yとし、ＹＶＯ4 （ただしＮ
ｄ：ＹＶＯ4 ）のｅ軸の屈折率をｎYVO4e 、同ｏ軸の屈
折率をｎYVO4o とするとき、ＫＴＰ、ＹＶＯ4 の複屈折
の温度係数は、
【００２０】
【数１】
【００２１】また、２つの光学結晶の各軸の屈折率の差
は、 ｎKTPz −ｎKTPx、y＝０．０８６５ ｎYVO4e −ｎYVO4o ＝０．２０９５ であり、各光学結晶の膨張係数は、αKTPx、y、αYVO4o
は、 αKTPx、y＝１０×１０-6／℃ αYVO4o ＝４．４３×１０-6／℃ である。
は、 ｎKTPz −ｎKTPx、y＝０．０８６５ ｎYVO4e −ｎYVO4o ＝０．２０９５ であり、各光学結晶の膨張係数は、αKTPx、y、αYVO4o
は、 αKTPx、y＝１０×１０-6／℃ αYVO4o ＝４．４３×１０-6／℃ である。
【００２２】これらの定数を用いて、各光学結晶素子の
温度による位相遅延量の係数を求めると、各光学結晶素
子（ＫＴＰ、ＹＶＯ4 ）の厚さをそれぞれｔKTP 、ｔ
YVO4として、
温度による位相遅延量の係数を求めると、各光学結晶素
子（ＫＴＰ、ＹＶＯ4 ）の厚さをそれぞれｔKTP 、ｔ
YVO4として、
【００２３】
【数２】
【００２４】これらの結果より、光学結晶素子ＹＶＯ4
の厚さｔYVO4を光学結晶素子ＫＴＰの厚さｔKTP の４４
／２７（≒１．６３）倍とし、一方の素子のｃ軸を他方
の素子のｃ軸に対して９０°回転させて位相遅延量の温
度係数の極性を逆をすることにより、各温度係数を相殺
し、複屈折の温度変化を打ち消すことができる。ここ
で、キャンセルされずに残る位相遅延量δnet は、 δnet ＝ｔYVO4×（ｎYVO4e −ｎYVO4o ）＋ｔKTP ×（ｎKTPz−ｎKTPx、y） ＝ｔKTP ×（1.16×(nYVO4e -nYVO4o ) − (nKTPz-nKTPx、y) ） ＝ｔKTP ×０．１５６５ となる。
の厚さｔYVO4を光学結晶素子ＫＴＰの厚さｔKTP の４４
／２７（≒１．６３）倍とし、一方の素子のｃ軸を他方
の素子のｃ軸に対して９０°回転させて位相遅延量の温
度係数の極性を逆をすることにより、各温度係数を相殺
し、複屈折の温度変化を打ち消すことができる。ここ
で、キャンセルされずに残る位相遅延量δnet は、 δnet ＝ｔYVO4×（ｎYVO4e −ｎYVO4o ）＋ｔKTP ×（ｎKTPz−ｎKTPx、y） ＝ｔKTP ×（1.16×(nYVO4e -nYVO4o ) − (nKTPz-nKTPx、y) ） ＝ｔKTP ×０．１５６５ となる。
【００２５】この位相遅延量δnet における結晶厚さｔ
KTP に対する係数０．２９６０は、上記ＫＴＰ単独の場
合に得られる位相遅延量における結晶厚さｔKTP に対す
る係数０．０８６５（結晶の各軸の屈折率の差）の約３
倍半となっており、これによって、波長選択性を高め、
安定性を高める効果が得られる。
KTP に対する係数０．２９６０は、上記ＫＴＰ単独の場
合に得られる位相遅延量における結晶厚さｔKTP に対す
る係数０．０８６５（結晶の各軸の屈折率の差）の約３
倍半となっており、これによって、波長選択性を高め、
安定性を高める効果が得られる。
【００２６】ところで、上記反射鏡１４や１８は、上記
レーザ媒質１６や非線形光学結晶素子１７等の光学部品
の端面に反射膜を形成することにより一体化してもよ
く、また上記ブリュースター板１５も他の光学部品と一
体化することができる。
レーザ媒質１６や非線形光学結晶素子１７等の光学部品
の端面に反射膜を形成することにより一体化してもよ
く、また上記ブリュースター板１５も他の光学部品と一
体化することができる。
【００２７】すなわち、図３の例では、上記反射鏡１
４、上記レーザ媒質１６及び上記ブリュースター板１５
の機能を有するレーザ媒質２１と、複屈折の温度補償用
の複屈折性結晶素子１９と、上記非線形光学結晶素子１
７及び上記反射鏡１８の機能を有する非線形光学結晶素
子２２とにより、レーザ共振器２３を構成している。
４、上記レーザ媒質１６及び上記ブリュースター板１５
の機能を有するレーザ媒質２１と、複屈折の温度補償用
の複屈折性結晶素子１９と、上記非線形光学結晶素子１
７及び上記反射鏡１８の機能を有する非線形光学結晶素
子２２とにより、レーザ共振器２３を構成している。
【００２８】レーザ媒質２１には例えばＮｄ：ＹＶＯ4
が用いられ、このレーザ媒質２１の共振器内の端面はブ
リュースター角でカットされており、結晶のｃ軸方向の
偏光成分に対して反射損失が無いようになされている。
レーザ媒質２１の励起光入射側の端面には、この励起光
を透過しレーザ媒質２１で発生した上記基本波レーザ光
を反射するような反射面２１Ｒが形成されている。非線
形光学結晶素子２２には例えばＫＴＰが用いられ、ＳＨ
Ｇ光出射側の端面には、上記基本波レーザ光を反射し、
非線形光学結晶素子２２で発生されたＳＨＧレーザ光を
透過するような反射面２２Ｒが形成されている。この非
線形光学結晶素子２２の複屈折の温度変化を打ち消す
（温度補償する）ための複屈折性結晶素子１９には例え
ばＹＶＯ4が用いられ、そのｅ軸は非線形光学結晶素子
２２のＫＴＰのｚ軸と平行になるように配置されてい
る。
が用いられ、このレーザ媒質２１の共振器内の端面はブ
リュースター角でカットされており、結晶のｃ軸方向の
偏光成分に対して反射損失が無いようになされている。
レーザ媒質２１の励起光入射側の端面には、この励起光
を透過しレーザ媒質２１で発生した上記基本波レーザ光
を反射するような反射面２１Ｒが形成されている。非線
形光学結晶素子２２には例えばＫＴＰが用いられ、ＳＨ
Ｇ光出射側の端面には、上記基本波レーザ光を反射し、
非線形光学結晶素子２２で発生されたＳＨＧレーザ光を
透過するような反射面２２Ｒが形成されている。この非
線形光学結晶素子２２の複屈折の温度変化を打ち消す
（温度補償する）ための複屈折性結晶素子１９には例え
ばＹＶＯ4が用いられ、そのｅ軸は非線形光学結晶素子
２２のＫＴＰのｚ軸と平行になるように配置されてい
る。
【００２９】なお、この図３の共振器２３への励起光入
射のための構成や、共振器２３内部でのＳＨＧレーザ光
の発生動作については、上述した図１の例と同様である
ため、説明を省略する。
射のための構成や、共振器２３内部でのＳＨＧレーザ光
の発生動作については、上述した図１の例と同様である
ため、説明を省略する。
【００３０】ところで複屈折の温度補償のための複屈折
性結晶素子としては、上記ＹＶＯ4の他にも、ＬＮ（Ｌ
ｉＮｂＯ3 ：Lithium Niobate ）、ＫＴＰ等を用いるこ
とができる。ただし、非線形光学結晶素子にＫＴＰを用
い、複屈折性結晶素子にも同じＫＴＰを用いる場合に
は、上述した複屈折フィルタ構成の波長選択効果が得ら
れず、別々のＳＨＧレーザ光が発生されて、単一偏光で
なくなるが、用途によっては、例えばレーザ加工等のよ
うにパワーが必要で、単一偏光である必要がない場合に
は有用である。
性結晶素子としては、上記ＹＶＯ4の他にも、ＬＮ（Ｌ
ｉＮｂＯ3 ：Lithium Niobate ）、ＫＴＰ等を用いるこ
とができる。ただし、非線形光学結晶素子にＫＴＰを用
い、複屈折性結晶素子にも同じＫＴＰを用いる場合に
は、上述した複屈折フィルタ構成の波長選択効果が得ら
れず、別々のＳＨＧレーザ光が発生されて、単一偏光で
なくなるが、用途によっては、例えばレーザ加工等のよ
うにパワーが必要で、単一偏光である必要がない場合に
は有用である。
【００３１】次に、図４は、タイプIIのＳＨＧレーザ光
発生用の非線形光学結晶素子（ＫＴＰ）２５及び複屈折
性結晶素子（ＬＮ）２６の配置構造を示しており、ＫＴ
Ｐの結晶素子２５のｘ、ｙ軸とＬＮの結晶素子２６のｅ
軸とが平行に、ＫＴＰの結晶素子２５のｚ軸とＬＮの結
晶素子２６のｏ軸とが互いに逆向きに配置される。これ
によって、位相遅延量の温度変化の正負の極性が互いに
逆となり、相殺可能となる。なお、他の構造は、上述し
た図１、図３と同様であるため、図示せず、説明を省略
する。
発生用の非線形光学結晶素子（ＫＴＰ）２５及び複屈折
性結晶素子（ＬＮ）２６の配置構造を示しており、ＫＴ
Ｐの結晶素子２５のｘ、ｙ軸とＬＮの結晶素子２６のｅ
軸とが平行に、ＫＴＰの結晶素子２５のｚ軸とＬＮの結
晶素子２６のｏ軸とが互いに逆向きに配置される。これ
によって、位相遅延量の温度変化の正負の極性が互いに
逆となり、相殺可能となる。なお、他の構造は、上述し
た図１、図３と同様であるため、図示せず、説明を省略
する。
【００３２】次に、上記２つの光学結晶素子（ＫＴＰ、
ＬＮ）についての温度による位相遅延量の変化の補償に
ついて説明する。
ＬＮ）についての温度による位相遅延量の変化の補償に
ついて説明する。
【００３３】先ず、ＫＴＰのｚ軸の屈折率をｎKTPz、同
ｘ、ｙ軸の屈折率をｎKTPx、yとし、ＬＮのｏ軸の屈折率
をｎLNo 、同ｅ軸の屈折率をｎLNe とするとき、ＫＴ
Ｐ、ＬＮの複屈折の温度係数は、
ｘ、ｙ軸の屈折率をｎKTPx、yとし、ＬＮのｏ軸の屈折率
をｎLNo 、同ｅ軸の屈折率をｎLNe とするとき、ＫＴ
Ｐ、ＬＮの複屈折の温度係数は、
【００３４】
【数３】
【００３５】また、２つの光学結晶の各軸の屈折率の差
は、 ｎKTPz−ｎKTPx、y＝０．０８６５ ｎLNo −ｎLNe ＝０．０８１８ であり、各光学結晶の膨張係数は、αKTPx、y、α
LNe は、 αKTPx、y＝１０×１０-6／℃ αLNe ＝１５．４×１０-6／℃ である。
は、 ｎKTPz−ｎKTPx、y＝０．０８６５ ｎLNo −ｎLNe ＝０．０８１８ であり、各光学結晶の膨張係数は、αKTPx、y、α
LNe は、 αKTPx、y＝１０×１０-6／℃ αLNe ＝１５．４×１０-6／℃ である。
【００３６】これらの定数を用いて、各光学結晶素子の
温度による位相遅延量の係数を求めると、各光学結晶素
子（ＫＴＰ、ＬＮ）の厚さをそれぞれｔKTP 、ｔLNとし
て、
温度による位相遅延量の係数を求めると、各光学結晶素
子（ＫＴＰ、ＬＮ）の厚さをそれぞれｔKTP 、ｔLNとし
て、
【００３７】
【数４】
【００３８】これらの結果より、光学結晶素子ＬＮの厚
さｔLNを光学結晶素子ＫＴＰの厚さｔKTP の４４／２３
０（≒０．１９１）倍とし、一方の素子のｃ軸を他方の
素子のｃ軸に対して９０°回転させて位相遅延量の温度
係数の極性を逆をすることにより、各温度係数を相殺
し、複屈折の温度変化を打ち消すことができる。ここ
で、キャンセルされずに残る位相遅延量δnet は、 δnet ＝ｔLN×（ｎLNo −ｎLNe ）＋ｔKTP ×（ｎKTPz−ｎKTPx、y） ＝ｔKTP ×（0.19×（ｎLNo −ｎLNe ）＋（ｎKTPz−ｎKTPx、y）） ＝ｔKTP ×０．１０２１ となる。
さｔLNを光学結晶素子ＫＴＰの厚さｔKTP の４４／２３
０（≒０．１９１）倍とし、一方の素子のｃ軸を他方の
素子のｃ軸に対して９０°回転させて位相遅延量の温度
係数の極性を逆をすることにより、各温度係数を相殺
し、複屈折の温度変化を打ち消すことができる。ここ
で、キャンセルされずに残る位相遅延量δnet は、 δnet ＝ｔLN×（ｎLNo −ｎLNe ）＋ｔKTP ×（ｎKTPz−ｎKTPx、y） ＝ｔKTP ×（0.19×（ｎLNo −ｎLNe ）＋（ｎKTPz−ｎKTPx、y）） ＝ｔKTP ×０．１０２１ となる。
【００３９】この位相遅延量δnet における結晶厚さｔ
KTP に対する係数０．１０２１は、上記ＫＴＰ単独の場
合に得られる位相遅延量における結晶厚さｔKTP に対す
る係数０．０８６５（結晶の各軸の屈折率の差）よりも
大きく、これによって、波長選択性を高め、安定性を高
める効果が得られる。
KTP に対する係数０．１０２１は、上記ＫＴＰ単独の場
合に得られる位相遅延量における結晶厚さｔKTP に対す
る係数０．０８６５（結晶の各軸の屈折率の差）よりも
大きく、これによって、波長選択性を高め、安定性を高
める効果が得られる。
【００４０】以上説明した実施例では、具体例として、
共振器内第２高調波発生型のＮｄ：ＹＶＯ4 レーザ装置
において、縦単一モード発振させるため複屈折ブリュー
スター・フィルタを共振器内に設けた構成のものに本発
明を適用したものを示しているが、共振器内第２高調波
発生型のＮｄ：ＹＡＧレーザ装置に、縦単一モード発振
させるため複屈折ブリュースター・フィルタを共振器内
に設けた構成に本発明を適用してもよい。
共振器内第２高調波発生型のＮｄ：ＹＶＯ4 レーザ装置
において、縦単一モード発振させるため複屈折ブリュー
スター・フィルタを共振器内に設けた構成のものに本発
明を適用したものを示しているが、共振器内第２高調波
発生型のＮｄ：ＹＡＧレーザ装置に、縦単一モード発振
させるため複屈折ブリュースター・フィルタを共振器内
に設けた構成に本発明を適用してもよい。
【００４１】また本発明は、一般的に、タイプIIの位相
整合非線形光学結晶素子を共振器内に有するレーザ光発
生装置であって、安定化のために非線形光学結晶素子の
位相遅延量（リターダンス）を一定に制御する必要があ
るようなレーザ光発生装置に適用することができ、例え
ば、本件出願人が特開平１−２２０８７９号公報におい
て開示したレーザ光源、すなわち、共振器内第２高調波
発生型Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置であって、スペクトル・
ホール・バーニング効果を除去するためにツイスト・モ
ード構成を採用しているもの、に適用することができ
る。このレーザ光源は、基本波レーザ光の共振光路中
に、１／４波長板等の複屈折性素子を挿入することによ
り出力レーザ光として出射する第２高調波レーザ光を安
定させるようにしたものである。
整合非線形光学結晶素子を共振器内に有するレーザ光発
生装置であって、安定化のために非線形光学結晶素子の
位相遅延量（リターダンス）を一定に制御する必要があ
るようなレーザ光発生装置に適用することができ、例え
ば、本件出願人が特開平１−２２０８７９号公報におい
て開示したレーザ光源、すなわち、共振器内第２高調波
発生型Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置であって、スペクトル・
ホール・バーニング効果を除去するためにツイスト・モ
ード構成を採用しているもの、に適用することができ
る。このレーザ光源は、基本波レーザ光の共振光路中
に、１／４波長板等の複屈折性素子を挿入することによ
り出力レーザ光として出射する第２高調波レーザ光を安
定させるようにしたものである。
【００４２】すなわち、図５は、上記特開平１−２２０
８７９号公報に開示したレーザ光源に本発明を適用した
レーザ光発生装置の実施例（本発明の第２の実施例）の
要部の概略構成を示している。
８７９号公報に開示したレーザ光源に本発明を適用した
レーザ光発生装置の実施例（本発明の第２の実施例）の
要部の概略構成を示している。
【００４３】この図５において、図示しない半導体レー
ザ素子から出射されレンズで集光された励起レーザ光
は、レーザ共振器３３の反射鏡３４及び１／４波長板３
５を介して、例えばＮｄ：ＹＡＧを用いたレーザ媒質３
６に入射される。レーザ媒質３６は、上記励起光の入射
に応じて基本波レーザ光を発生し、この基本波レーザ光
が、例えばＹＶＯ4 を用いた温度補償用の複屈折性結晶
素子３９を通り、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 ）を用
いた非線形光学結晶素子３７を通って反射鏡３８で反射
される。非線形光学結晶素子３７は、タイプIIの位相整
合により、上記基本波レーザ光の２倍の周波数の第２高
調波レーザ光を発生する。なお、上記１／４波長板３５
は、非線形光学結晶素子３７に対して方位角θ＝４５°
だけ傾いた方位に設定されており、共振器３３の各部に
おけるレーザ光のパワーを安定化する作用を有してい
る。
ザ素子から出射されレンズで集光された励起レーザ光
は、レーザ共振器３３の反射鏡３４及び１／４波長板３
５を介して、例えばＮｄ：ＹＡＧを用いたレーザ媒質３
６に入射される。レーザ媒質３６は、上記励起光の入射
に応じて基本波レーザ光を発生し、この基本波レーザ光
が、例えばＹＶＯ4 を用いた温度補償用の複屈折性結晶
素子３９を通り、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 ）を用
いた非線形光学結晶素子３７を通って反射鏡３８で反射
される。非線形光学結晶素子３７は、タイプIIの位相整
合により、上記基本波レーザ光の２倍の周波数の第２高
調波レーザ光を発生する。なお、上記１／４波長板３５
は、非線形光学結晶素子３７に対して方位角θ＝４５°
だけ傾いた方位に設定されており、共振器３３の各部に
おけるレーザ光のパワーを安定化する作用を有してい
る。
【００４４】すなわち、この１／４波長板３５は、本件
出願人が、先に特開平１−２２０８７９号公報や、特願
平２−１２５８５４号の明細書及び図面、特願平３−１
７０６８号の明細書及び図面等において開示した技術に
基づき用いられる複屈折性素子であり、非線形光学結晶
素子３７に対して方位角θ＝４５°だけ傾いた方位に設
定された１／４波長板３５を通ることにより、共振器３
３の各部におけるレーザ光のパワーを安定化するための
ものである。
出願人が、先に特開平１−２２０８７９号公報や、特願
平２−１２５８５４号の明細書及び図面、特願平３−１
７０６８号の明細書及び図面等において開示した技術に
基づき用いられる複屈折性素子であり、非線形光学結晶
素子３７に対して方位角θ＝４５°だけ傾いた方位に設
定された１／４波長板３５を通ることにより、共振器３
３の各部におけるレーザ光のパワーを安定化するための
ものである。
【００４５】この１／４波長板３５を挿入することによ
り、 （ｉ）和周波発生に起因する偏光モード間の非線形結合
がなくなり、偏光モード間のモード競合を防止できる。 （ii）２つの偏光モード間で空間位相差が９０°となる
ので、２つの偏光モードが発振することにより空間的ホ
ールバーニング効果を抑止でき、縦２モード（偏光２モ
ード）の安定発振が得られる。 という作用効果が得られるものである。
り、 （ｉ）和周波発生に起因する偏光モード間の非線形結合
がなくなり、偏光モード間のモード競合を防止できる。 （ii）２つの偏光モード間で空間位相差が９０°となる
ので、２つの偏光モードが発振することにより空間的ホ
ールバーニング効果を抑止でき、縦２モード（偏光２モ
ード）の安定発振が得られる。 という作用効果が得られるものである。
【００４６】さらに、非線形光学結晶素子３７の複屈折
の温度変化の影響を抑えるために、ＹＶＯ4 等の複屈折
性素子３９を設けており、これらの非線形光学結晶素子
３７と複屈折性素子３９との関係や作用効果について
は、上述した図１、図２に示すＫＴＰとＹＶＯ4 との関
係、あるいは図４に示すＫＴＰとＬＮとの関係、及びそ
れぞれの作用効果と同様であるため、説明を省略する。
の温度変化の影響を抑えるために、ＹＶＯ4 等の複屈折
性素子３９を設けており、これらの非線形光学結晶素子
３７と複屈折性素子３９との関係や作用効果について
は、上述した図１、図２に示すＫＴＰとＹＶＯ4 との関
係、あるいは図４に示すＫＴＰとＬＮとの関係、及びそ
れぞれの作用効果と同様であるため、説明を省略する。
【００４７】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、例えば、共振器内の光学部品の配設位
置は任意に交換可能である。また、レーザ媒質や非線形
光学結晶素子は、Ｎｄ：ＹＶＯ4 、Ｎｄ：ＹＡＧやＫＴ
Ｐに限定されず、複屈折性結晶素子についてもＹＶ
Ｏ4 、ＬＮ、ＫＴＰに限定されないことは勿論である。
るものではなく、例えば、共振器内の光学部品の配設位
置は任意に交換可能である。また、レーザ媒質や非線形
光学結晶素子は、Ｎｄ：ＹＶＯ4 、Ｎｄ：ＹＡＧやＫＴ
Ｐに限定されず、複屈折性結晶素子についてもＹＶ
Ｏ4 、ＬＮ、ＫＴＰに限定されないことは勿論である。
【００４８】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係るレーザ光発生装置によれば、タイプIIの第２高
調波レーザ光を発生させる共振器内に使用されるＫＴＰ
等の非線形光学結晶素子のリターデーション（位相遅延
量）の温度特性を、ＹＶＯ4 等の複屈折性結晶素子によ
り打ち消しているため、複屈折の温度変化の影響を効果
的に除去でき、広い温度範囲にわたって安定な縦単一モ
ード発振が得られる。
明に係るレーザ光発生装置によれば、タイプIIの第２高
調波レーザ光を発生させる共振器内に使用されるＫＴＰ
等の非線形光学結晶素子のリターデーション（位相遅延
量）の温度特性を、ＹＶＯ4 等の複屈折性結晶素子によ
り打ち消しているため、複屈折の温度変化の影響を効果
的に除去でき、広い温度範囲にわたって安定な縦単一モ
ード発振が得られる。
【図１】本発明に係るレーザ光発生装置の一実施例の概
略構成を示す構成図である。
略構成を示す構成図である。
【図２】該実施例の非線形光学結晶素子（ＫＴＰ）と複
屈折性結晶素子（ＹＶＯ4 ）との関係の説明に用いられ
る図である。
屈折性結晶素子（ＹＶＯ4 ）との関係の説明に用いられ
る図である。
【図３】該実施例の他の構造の例の要部を示す構成図で
ある。
ある。
【図４】該実施例の複屈折性結晶素子をＬＮとしたとき
の非線形光学結晶素子（ＫＴＰ）との関係を示す図であ
る。
の非線形光学結晶素子（ＫＴＰ）との関係を示す図であ
る。
【図５】本発明に係るレーザ光発生装置の他の実施例の
要部の概略構成を示す構成図である。
要部の概略構成を示す構成図である。
【符号の説明】 １１・・・・・レーザダイオード １３、３３・・・・・レーザ共振器 １４、３４・・・・・反射鏡（凹面鏡） １５・・・・・ブリュースター板 １６、２１、３６・・・・・レーザ媒質 １７、２２、３７・・・・・非線形光学結晶素子 １８、３８・・・・・反射鏡（平面鏡） １９、３９・・・・・複屈折性素子 ３５・・・・・１／４波長板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/136
Claims (5)
- 【請求項１】 励起光源素子と、 この励起光源素子からの励起光によって励起されるレー
ザ媒質と、 このレーザ媒質の前後に配置され上記レーザ媒質より発
生された基本波レーザ光を反射してレーザ共振器を構成
する一対の反射手段と、 このレーザ共振器内に配設されタイプIIの位相整合をと
る非線形光学結晶素子と、 上記レーザ共振器内に配設され上記非線形光学結晶素子
の複屈折による位相遅延量の温度特性を打ち消す所定の
温度依存性を有する複屈折性結晶素子とを有して成るこ
とを特徴とするレーザ光発生装置。 - 【請求項２】 上記非線形光学結晶素子と上記複屈折性
結晶素子とを同一の温度に保つ構造とすることを特徴と
する請求項１記載のレーザ光発生装置。 - 【請求項３】 上記非線形光学結晶素子及び上記複屈折
性結晶素子にそれぞれＫＴＰを用いることを特徴とする
請求項１又は２記載のレーザ光発生装置。 - 【請求項４】 上記非線形光学結晶素子にＫＴＰを、上
記複屈折性結晶素子にＹＶＯ4 をそれぞれ用いることを
特徴とする請求項１又は２記載のレーザ光発生装置。 - 【請求項５】 上記非線形光学結晶素子にＫＴＰを用
い、上記複屈折性結晶素子にＬＮを用いることを特徴と
する請求項１又は２記載のレーザ光発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27846893A JPH07131100A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | レーザ光発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27846893A JPH07131100A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | レーザ光発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07131100A true JPH07131100A (ja) | 1995-05-19 |
Family
ID=17597754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27846893A Pending JPH07131100A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | レーザ光発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07131100A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008536322A (ja) * | 2005-04-15 | 2008-09-04 | オキシウス ソシエテ・アノニム | 単周波数モノリシック線形レーザ・デバイス、および該デバイスを備えた装置 |
| WO2023145524A1 (ja) * | 2022-01-28 | 2023-08-03 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光学装置及び光生成方法 |
-
1993
- 1993-11-08 JP JP27846893A patent/JPH07131100A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008536322A (ja) * | 2005-04-15 | 2008-09-04 | オキシウス ソシエテ・アノニム | 単周波数モノリシック線形レーザ・デバイス、および該デバイスを備えた装置 |
| WO2023145524A1 (ja) * | 2022-01-28 | 2023-08-03 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光学装置及び光生成方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20011106 |