JPH07507882A - 広い位相整合領域を有する空洞内高調波副共振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、広くは固体レーザに関し、より詳しくは、準位相整合法を用いて高調 波出力の空洞内発生を行なう方法及び装置に関するものである。

発明の背景 ある波長の光を別の波長の光に変換する様々な非線形光学（ＮＬＯ）過程（例え ば、差周波発生、和周波発生、光混合、パラメトリック発振、等々の過程）のう ちの１つに「第二高調波発生」過程（ＳＨＧ過程）がある。更に詳しく説明する と、ＳＨＧ過程では、基本波の波長の光（基本角周波数ωの光）が、その基本波 の波長の半分の波長の（角周波数が２ωの）光（第二高調波の光）に変換される 。即ち、適当なＮＬＯ材料を使用することにより、ＳＨＧ過程を通して２Ｈのフ ォトンを結合して、より高いエネルギを持った１個のフォトンにすることができ る。第二高調波発生について概括的に論じている従来の文献にはＡ、　Ｙａｒｉ ｖが著したｒＱｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、　２ｎｄ　Ｅｄ、、　 Ｊｏｈｎ　ｆｉｌｅｙ　＆　５ｏｎｓ、　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ、　P９７５゜ ｐｐ、　４０７−４３４　Ｊ　、それに、Ｗ、　Ｋｏｅｃｈｎｅｒが著したｒｓ ｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｌａ５ｅｒ　Ｅｎ　１ｎｅｅｒ鵬、　Ｓｐｒｉｎｇｅｒ −Ｖｅｒｌａｇ、　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ、　１９７６、００．４９１−５２４　Ｊ がある。

非線形光学特性を有する様々な材料が公知となっている。例えば、１９７６年４ 月６日付でＢｉｅｒｌｅｉｎ　ｅｔ　ａｌ、に対して発行された米国特許第３９ ４９３２３号には、ＭＴｉＯ（ＸＯ４）という化学式で表わされる材料が、非線 形光学特性を有するということが開示されており、この化学式において、”麗” は、Ｋ　１Ｒｂ、　ＴｉｑまたはＮＨ４のうちのいずれかであり、また電”は、 Ｎｉ１４が含まれている場合を除き、ＰまたはＡｓであり、１１８４が含まれて いる場合には”Ｘ”はＰである。この一般式に含まれる材料としては、例えば、 非線形光学材料として特に有用な材料であるリン酸チタニルカリウム（ｐｏｔａ ｓｓｉｕｍ　ｔｉｔａｎｙｌ　ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　）　ＫＴｉＯＰＯ４（即ち 、ＫＴＰ）がある。更にその他の公知の非線形光学材料としては、例えばｘＨ， ｐｏ、（即ち、ＫＤＰ）や、ＬｉＮｂＯ５、ＫＮｂＯｓ、β−ＢａＢ２０４、Ｂ ａ２ＮａＮｂ６０＋　ｓ、ＬｉＩＯ３、ＨＩＯ３、ＫＢ、０．・４Ｈ２０、ニオ ブ酸カリウムリチウム、それに尿素等がある。これまでに刊行物中に記載された 、様々な種類の一軸結晶の非線形光学特性を概括的に論じた文献としてはｒｓｏ ｖ、　Ｊ、　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、、　Ｖｏｌ、　７．　Ｎｏ。

ｌ、　Ｊａｎｕａｒｙ　１９７７、　ｐｐB ］−１３」がある。非線形光学材料を概括的に論じた文献としては更に、Ｓ、　 Ｓｉｎｇｈが著したｒＣＲＣＨａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　Ｌａ５ｅｒ　５ｃｉｅｎ ｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ　、　Ｖｏｌ、ＩＩＩ、　Ｍ、　Ｊ。

１ｅｂｅｒ、　Ｅｄ、、　ＣＲＣＰｒｅｓｓ、　Ｉｎｃ、　Ｂｏｃａ　Ｒａｔｏ ｎ、　Ｆｌｏｒｉｄａ、　１９８６．１）ｐ、　３−２２８iという 文献がある。

光領域の周波数を有する複数の電磁波が非線形光学結晶の中を伝播して行（際に は、それら励起する電磁波の夫々の周波数の和の周波数を有する分極波と、差の 周波数を有する分極波とを誘起する。誘起された分極波は、その分極波と同じ周 波数の電磁波へエネルギを伝達することができる。ある分極波からそれに対応し た電磁波へのエネルギ伝達効率は２つの値の関数になり、それら２つの値は、（ ａ）二次の分極テンソルの大きさと、（ｂ）分極波と入射電磁波とが十分に位相 整合した状態を維持できる距離とである。二次の分極テンソルの大きさの関数に なる理由は、そのテンソル成分が分極波の振幅を決定するからである。

コヒーレンス長１．は、分極波と入射電磁波との間の位相関係の指標となる値で あって、次の式で与えられる。

ｌｅ＝π／Δに この式において“Δｋ”は、分極波の波動ベクトルと入射電磁波の波動ベクトル との開の差、即ち不整合の大きさである。更に詳しく説明すると、コヒーレンス 長とは、非線形光学結晶の入射面から、放射される電磁波のエネルギが最大値に 達する点までの距離である。Δに＝０になったときに「位相整合」が得られたと いう。このΔに＝ｏという条件はｎ、ω３＝ｎ１ω、±ｎ！ωフという形でも表 わすことができ、この式において、ω３＝ω１±ω２であり、Ｏ１及びＯ２は入 射電磁波の周波数、Ｏ３は放射される出力電磁波の周波数、そして、Ｂ３、Ｂ２ 、及びｎ、は、その非線形光学結晶中における夫々の波動の屈折率である。特別 な場合の第二高調波発生として、入射電磁波の周波数がただ１つだけ（ω）の場 合があり、このとき、ω、＝ω２＝ω、そしてω３＝２ωになる。

ある非線形光学結晶の中で、ある周波数の光波から別の周波数の光波への変換が 、ある程度の規模で行なわれるようにするためには、相互作用を及ぼし合う光波 どうしがその非線形光学結晶の中の全域において略々位相が整合した状態に維持 される必要があり、従って、 １Δｋｌ　＝　ｌｋ＋−ｋｒｋｚｌ＜π／Ｌでなければならない。この式におい て、ｋｌ　Ｓｋｍ　Ｎ及びに３は、夫々、周波数がＯ１、Ｏ２、及びＯ３の光波 に対応した波数であり、”Ｌ”は、その非線形材料中における相互作用長である 。上述の特別の場合の第二高調波発生では、１Δｋｌ　＝　１ｋｔ−ｋｌ＜π／ Ｌ 即ち、 しくπ／Δに となる。

本明細書で使用する「略々位相が整合している」という用語の意味は、所与の非 線形光学結晶において１Δｋｌ＜π／Ｌであるということに他ならない。

非線形光学材料の中で位相整合を達成するための従来の方法は、−軸結晶または 二輪結晶の自然複屈折を利用して分散性（即ち、周波数による屈折率の相違）を 変化させることができるという事実を利用したものであった。その典型的な例（ タイプ１の位相整合による第二高調波発生）は、基本波の光束と高調波の光束と が、結晶の夫々の主屈折率に対応して互いに直交方向に偏光している場合である 。結晶の複屈折性を調節して基本波の光波と高調波の光波との間の分散の影響を 補償することにより、それら２つの光束が結晶を通過してしまうまで、それら光 束の間の位相関係が保存されるようにしている。この方法を、或いはこれを改変 した方法を用いることによって、幾種類もの非線形相互作用（例えば、和周波数 混合、差周波数混合、それに第二高調波発生等）の「真正」位相整合を達成する ことができる。

在来の非線形光学材料の光学特性に適当に手を加えることによって、その非線形 光学材料を、真正位相整合を達成することのできる材料の代替材料とすることが できる。準位相整合法（ＱＰＭ法）でも、非線形光学相互作用における屈折率分 散の影響を補償するようにしている。ただしＱＰＭ法は、非等方性材料の複屈損 性を利用する方法と違って、等方性材料に適用することもできれば、相互作用を 及ぼし合う光波どうしが同一方向に偏光しているような相互作用にも適用するこ とができる。二倍形結晶を適当に形成して、非線形性の交代周期を予測される準 位相整合を達成するための三ツノ方法が、ｒ”Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ　ｂｅ ｔｗｅｅｎ　ＬｉｇｈｔＷａｖｅｓ　ｉｎ　ａ　Ｎｏｎ−１ｉｎｅａｒ　Ｄｉｅ ｌｅｃｔｒｉｃ”　ｂｙ　Ｊ＾、＾ｒｍｓｔｒｏｎ（Ｈｅｔ　ａｌ、、　７ｊｅ ｔ、　Ｍｏ１．１２７．１）Ｉ）、　１９１８−１９１９　（Ｓｅｐｔｅｍｂｅ ｒ　１５．１９６２）　Ｊに記載されている。

コヒーレンス長の奇数倍の長さ二′とに結晶材料の非線形係数の正負符号を変化 させておけば（例えば「周期的分極」や「分域反転」等）、基本波からその基本 波の第二高調波への連続的なエネルギ流入を結晶の全長に互って継続させること ができる。ただし周期的分極を用いるためには、その結晶が、周期的構造変化を 施した状塘で安定なものでなけ第１ばならない。更に、その結晶表面は、光散乱 による損失の小さなものでなければならず、また、その結晶品質は、吸収損失の 小さなものでなければならない。これらのことは常に可能であるとは限らない。

周期的分極は、これまで、ニオブ酸リチウムに適用されており、それによって緑 色光及び青色光を発生させていた。これについてはｒＭａｇｃｌ　ｅｔ　ａｌ、 、”５ｅｃｏｎｄ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｌｕｅ 　ｌｉｇｈｔ　ｉｎ　ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ　ｐｏｌｅｄ　１ｉｔｈｉｕ＋ ＊　ｎ１盾ｂ≠狽■|、ＣＬ ＥＯ−８９，ｐａｐＣｒ　ＴｈＱ３　Ｊ　や、ｒＬｉＩｌｌ　ｅｔ　ａｌ、、” ５ｅｃｏｎｄ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　盾■@ｇｒｅ ｅｎ　ｌｉｇｈｔ　ｉｎ　ａ　ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ　ｐｏｌｅｄ　ｌｉｔ ｈｉｕｍ　ｎ１ｏｂａｔｅ　ｖａｖｅｇｕｉｄｅ”、　ＣＬdＯ−８９，ｐａ ｐｅｒ　ＴｈＱ４Ｊを参照されたい。更には、米国特許第４７３１７８７　（Ｆ ａｎｅｔａｌ、）を参照されたい（特にその図３）。

その池の方法としては、結晶内における基本波と高調波の双方の合計内部反射を 利用した方法があり、この方法では、結晶の厚さを、ｄ＝πｃｏｓθ／　ｌｋｚ 　−２・ｋ＋ｌとするようにしており、この式において“ｋ２−２・ｋ、”は、 波動ベクトル不整合の大きさであり、”θ”は、光束の伝播方向と結晶の表面の 法線とのなす角度である。この方法はＧａＡｓ内での１０．６μの放射の位相整 合第二高調波発生に採用されて成功を納めている。これについてはｒ”Ｅｎｈａ ｎｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　０ｐｔｉｃｌ　Ｓｅｃｏｎｄ−Ｈａｒｍｏｎｉｅ　Ｇｅ ｎｅｒａｔｉｏｎ　（ＳＩ’ｌＧ）　ｂｙ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　Ｐｈａｓｅ 　ｌｌａｔｃｈｉｎｇ　ｉｎ　ＺｎＳ　≠獅п@ＧａＡｓ、　’　Ｂ ｏｙｄ　ａｎｄ　Ｐａｔｅｌ、　Ａ　Ｉ、　Ｐｈ　ｓ、　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　８ ．　（１９６６）　ｐ、　３１３Ｊを参照されたい。

最後に紹介する方法は、本発明に関連した方法であり、結晶の薄板の内部で第二 高調波を共振させる方法であって、その結晶の薄板の長さく厚さ）Ｌは次の式％ 式％ コノ式にオイて、π／１ｋｚ−ｚ・ｋｌは、相互作用に関するコヒーレンス長で ある。これまでのところ、ＱＰＭを達成するためのこの方法は当業界において十 分に利用され尽（しているとは言えない。この方法によれば、単色性の進行波が この「高調波エタロン」へ、このエタロンの複数の共振周波数の・）ちの１つの 共振周波数の２分の１の周波数で入射したならば、高調波は前方へ、向かって発 生し、後方へ向かって発生ずることはない。

’１．７Ｆ’ｌ内二倍形結晶を用いた、マルチ縦モードのレーザにおける空洞内 第二高調波発生を解析した文献としては、Ｔ、　Ｂａｅｒが著したり−Ｏｔ、　 Ｓｏｃ、　Ａ　、　Ｂ、　Ｖｏｌ。

３、　Ｎｏ、　９．　（１９８６）　ｌ）ｐ、　１１７５−１１８０　Ｊがある 。米国特許第４６５６６３５号及び米国特許第４７０１９２９号（いずれもＢａ ｅｒ　ｅｔ　ａｌ、　）には、レーザ・ダイオード・ポンピング式の空洞内周波 数二倍形固体レーザが開示されている。マルチ縦モードの空洞内周波数二倍形レ ーザを詳細に理論的解析したものとしては、Ｘ、　Ｇ。

ｆｕ　ｅｔ　ａｔ。が著した「Ｊ、Ｏｔ、Ｓｏｃ、＾ｍ、　Ｂ、　Ｖｏｌ、　４ ．　Ｎｏ、　１１．　（１９８７）　１）ｌ）、　１８７０| １８７７Ｊに報告されているものがある。

米国特許第４８４７８５１号（Ｇ、Ｈ，Ｄｉｘｏｎ）にはコンパクトなダイオー ド・ポンピング式固体レーザが開示されており、その固体レーザにおいては、ポ ンピング用ダイオードをレーザ利得媒質に接触結合してあり、レーザ利得媒質に は、経路長が５００ミクロンに達する以前にポンピング光の６３％を吸収する吸 収特性を有するものを使用してる。このデバイスでは、ポンピング用ダイオード から発するポンピング光の発散光束が入射するレーザ利得媒質の三次元領域の横 断面積が子分に小さいため、単−横モードのレーザ動作が可能になっている。ま た、結合のための光学レンズを必要としていない。

Ｊｊ、　Ｚａｙｈｏｗｓｋｉ及び＾、　ｇｏｏｒａｄｊａｎが著したビＳｉｎｇ ｌｅ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｉｃｒｏｓｈｉｐ　Ｎｄ　Ｌａ５ｅｒｓ、　”　 並旦ｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　Ｖｏｌ、　１４．　Ｎｏ、　１、（Ｊａｎ、　１ ．１９８９）　Ｉ）Ｉ）、@２４−２６Ｊ には、単一周波数のマイクロチップ・レーザの構成が報告されており、このマイ クロチップ・レーザは、超小型の、モノリシック形で、フラット・フラット（ｆ Ｉａｔ−ｆｌａｔ）形の固体空洞（例えば７３０ミクロンの長さの空洞）を備え ている。この固体空洞のモード間隔は利得媒質の利得帯域幅よりも広く、この固 体空洞を、レーザ・ダイオードの出力を合焦させずに近接結合する縦方向ポンピ ング方式でポンピングしている。

光字洞内に配設した非線形光学材料との相互作用によって、ある周波数の光放射 を別の周波数の光放射へ変換するということが、米国特許第４９３３９４７号（ ｎ、　ｗ　＾耐ｈｏｎ　ａｎｄ　Ｄ、Ｌ、　５ｉｐｅｓ、発明の名称：　”Ｆｒ ｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｏｆ　０ｐｔｉ■ ａｌ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ”）に開示されている。尚、同米国特許は本発明の譲 受人へ譲渡されている。また、高調波発生器を備えたダイオード・ポンピング式 レーザを開示したものとして、米国特許第４７３９５０７号（Ｒｏｂｅｒｔ　Ｂ ｙｅｒ、　Ｇ、Ｊ、　Ｄｉｘｏｎ　ａｎｄＴ、Ｊ、　Ｋａｎｅ　）と、Ｂｙｃｒ が著したｒ−Ｄｉｏｄｅ　Ｌａｓｅ−Ｐｕｍｐｅｄ　５ｏｌｉｄ−３ｔａｔｅ　 Ｌａ５ｅｒｓ、　−３ｃｉｅｎｃｅ、　Ｖｏｌ、　２３９．　（Ｆｅｂ、１．　 １９８８）　Ｉ）、　７４５Ｊという文献がある。

固体レーザ共振器内で高調波変換を行なわせる方法及び装置であって、広範な様 々な種類のＮＬＯ材料に適用することができ、また、小型であること、近接結合 ポンピング方式で効率的なレーザ動作を行なわせることができること、それに組 立が容易であるという種々の利点を有し、更に、ＮＬＯ材料の物理的な大きさか ら予期されるＳＨＧ出力よりもはるかに大きなＳＨＧ出力を発生させることがで きる方法及び装置は、非常に多くの実用上の用途を持つものである。その種のマ ・イクロレーザは、可視光の発生に関係した広範な用途が既に存在しているばか りでな（、大量生産規模での製造が容易であることから、そのコストを引き下げ ることができ、それによって、その実用上の用途が更に拡大するであろう。

発明の概要 本発明の目的の一つは、内部二倍形の複合空洞形マイクロレーザを提供すること にある。

本発明の更なる目的は、準位相整合を利用した複合空洞形マイクロレーザを提供 することにある。

本発明の更なる目的は、自然複屈折ないし自然分散によって真正位相整合を達成 することが実際上不可能な空間領域において、準位相整合法を用いて効率的な非 線形光学周波数変換を達成するようにした、マイクロレーザを提供することにあ る。

本発明の更なる目的は、リング形空洞を用いて、非線形光学材料の薄板状エタロ ンに対して位相整合させることのできる進行波を発生させることにある。

本発明は次のようなレーザ・システムを開示するものであり、即ち、このレーザ ・システムは、基本波の波長の光を高調波の波長の光に変換する非線形結晶であ って、その厚さが、該結晶中における前記基本波の波長の光と前記高調波の波長 の光との間に位相不整合が存在する厚さである非線形結晶と、前記基本波の波長 の進行波形光空洞と定在波形光空洞とのいずれか一方の光空洞を形成するための 第１手段と、前記高調波の波長の進行波形光空洞と定在波形光空洞とのいずれか 一方の光空洞を形成するための第２手段とを備え、前記結晶の面に対する前記第 １手段及び前記第２手段の相対位置を、前記結晶の前記面の各々と前記第１手段 及び前記第２手段との間の前記結晶を通過するラウンド・トリップ光路における 、前記基本波の波長の前記光及び前記高調波の波長の前記光の合計位相不整合の 大きさが、２πの整数倍になる相対位置にしであることを特徴とするレーザ・シ ステムである。

本発明の具体的な１つの実施例によれば、レーザ・システムは、基本波の波長及 びこの基本波の高調波の波長で共振するようにコートした両端面を有する非線形 光学材料で形成した線形空洞を備えている。この空洞の温度を制御することによ って準位相整合を達成するようにしている。また、別の１つの実施例においては 、レーザ・システムは、実質的に直線状の３本の辺即ち光路を画成している少な くとも３枚のミラーで形成した空洞と、それら３本の光路のうちの１本の光路の 中に配設した非線形結晶と、それら３本の光路のうちの少なくとも１本の光路の 相対長さを制御することによって準位相整合を得るようにするための長さ制御手 段とを備えている。

本発明のその他多くの利点及び特徴は、以下の本発明の詳細な説明、その中に説 明されている実施例、請求項、及び添付図面を参照することによって、容易にし かも明瞭に理解することができる。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の主題をなすレーザ・システムの模式図、そして、図２〜図７は 、図１に示したレーザ・システムのその他の実施例の模式図である。

詳細な説明 本発明は様々に異なった形態で実施し得るものであるが、ここでは本発明の具体 的な幾つかの実施例を図示して、それら実施例について詳細に説明して行く。

ただし本開示はあくまでも本発明の原理の具体例を提示するものであって、本開 示が、ここに説明する具体的な実施例に本発明を限定することを意図したもので はないことを理解されたい。

任意のレーザ共振器構造における準位相整合について理解するためには、高調波 と基本波の夫々のレーザ光が、ある非線形光学結晶に入射してからその結晶を通 過して出射して行（までの、それらレーザ光の間の相対的な位相について考察す ることが有用である。ここで、基本波と高調波との間の位相不整合の大きさがそ の結晶の一方の表面において「０」であったものとすれば、その結晶の反対側の 表面から出射するときには、それらの間の位相不整合の大きさは非ゼロ値になっ ており、この値をΔｋ　ｅｌＦＩＩａ＋で表わすことにする。尚、この位相差は 、真正「位相整合」相互作用では「０」になるが、「準位相整合」過程では「０ 」にならない。この位相不整合の大きさは、その結晶の長さないし厚さと、その 結晶の中を伝播して行く基本波と高調波の夫々の光束の屈折率の差とによって決 まる。

「コヒーレンス長」というのは、この位相不整合の大きさが、πラジアン（即ち １８０度）に達するために必要な、その結晶の長さないし厚さのことである。

当業者には容易に理解されるように［波動ベクトル不整合」が発生するのは、Δ ｋ　ｔ　ｖ　ｙ　＋　ｌ　ｍ　ｌが、非線形光学結晶や或いは共振器のその他の 構成素子の中で非ゼロ値を取るときである。準位相整合結晶では、波動ベクトル の不整合のために、基本波と高調波の夫々の光波がその結晶を通過する際にそれ ら光波の間に焦損盈が発生する。従って、基本波と高調波との間の位相差がその 結晶の入射面において「０」であったならば、その結晶を通り抜けた後の位相差 は、波動ベクトルの不整合の大きさと、Δｋ　ｔ　ｒ　ｙ　ｔ　ｔ　ａ　＋と、 その結晶の長さＬ　ｔ　ｒ　ｙ　＊　ｔ　ｍ　ｌとの積に等しくなる。換言すれ ば、高調波共振器の中で準位相整合を達成するための条件は、基本波及び高調波 が非線形結晶から出射して行くときに存在している位相差に対して、それら２つ の光波がその結晶を再び同じ方向に通過するまでの間に、修正即ち補正を加える ことである。ここで特に銘記しておくべき重要な概念は、基本波及び高調波が再 びその結晶の中へ戻ったときには、それら光波の焦損に対して調節ないし補正が 施されているようにすべきだということである。基本波及び高調波がその結晶の 中へ再入射する都度、それらの間の位相差がｒＯＪになっていれば、準位相整合 が達成されるのである。

図１と図２に、２通りの一般化した具体例を模式的に示した。図１では、薄板形 状の非線形周波数二倍形結晶１０を定在波形光空洞の中に配設してあり、この定 在波形光空洞は基本波と高調波のいずれの波長にも共振するようにしである。

相互作用を準位相整合する能力は、結晶１０の両面における位相差のみによって 決定されるため、空洞内における高調波反射器及び基本波反射器の実際の位置は 重要ではない。換言すれば、周波数二倍形結晶１０の両面１０ａ及び１０ｂに形 成した高調波反射器であるミラーＭ３及びＭ４の配設位置、並びに空洞の両端を 形成している基本波反射器であるミラーＭ１及びＭ２の配設位置は、自由に定め ることができ、また、結晶の両面１０ａ及び１０ｂに反射防止性（ＡＲ）にする ためのコーティングを施すことや、空洞の両端を成しているミラーを高調波と基 本波との両方に対して反射性のものにすることも自由であり、更には、それら構 成要素の配置を適宜並べ換えることも自由である。

図１は、高調波空洞（高調波共振器）と基本波空洞（基本波共振器）とを別々の ミラーで形成し、しかもそれらのミラーを、結晶１０の表面即ち端面１０ａ及び １０ｂに形成せずに別体のミラーとする場合の一般化した具体例を示したもので ある。高調波空洞はミラーＭ３及びミラーＭ４で形成されており、一方、基本波 空洞はミラーＭ１及びＭ２で形成されている。それらミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３及 びＭ４の相対的な配設位置は重要ではない。

更に詳しく説明すると、それら空洞ミラーのうちの１枚のミラーＭ１は、光源Ｓ から基本波の波長の光が入射するように配設した入力ミラーである。このミラー Ｍｌは、基本波の波長の光に対して約８０％以上の反射性を有するようにコート しである。ミラーＭ１と対を成している空洞ミラーＭ２は、出力結合器として機 能するミラーである。このミラーＭ２は、基本波の波長（角速度ではω、波長で はλＦ）では高反射性（ＨＲ）を有し、基本波の高調波の波長（角速度では例え ば２ω、波長では例えばλ、、　＝　（１／２）λ、）では高透過性（ＨＴ）で あるようにコートしである。

２枚の内側空洞ミラーＭ３及びＭ４は、基本波の波長ではＨＴであるようにコー トしである。それらミラーのうち一方の内側空洞ミラーＭ４は、高調波の波長で 高反射性であるようにコートしてあり、他方の内側空洞ミラーＭ３は、高調波の 波長で透過性を有する（例えば約２５％以下）ようにコートしである。

準位相整合が可能であるのは、高調波及び基本波が、結晶の一方の表面１０ａか ら右方へ進行して対向しているミラーＭ３及びＭ２の夫々で反射され、再び結晶 を通過して結晶の反対側の表面１０ｂへ戻るまでの光路における、それら光波の 間の位相不整合が２πの整数倍になるという条件である。これら２つの光波が結 晶の他方の表面１０ｂから左方へ進行して対向しているミラーＭ１及びＭ４の夫 々で反射され、反対側の表面１０ａへ戻るまでの光路における位相不整合も、同 じ条件を満たす必要がある。ここで、結晶の一方の表面１０ｂを出て、対向して いるミラーＭ２及びＭ３の夫々で反射されて再び元に戻るまでの位相不整合の大 きさをΔＢとする。この位相不整合の大きさは、結晶の表面１０ｂとそれに隣接 しているミラーＭ２及びＭ３との間の、空間ないし媒質の分散の大きさによって 定まる。また、結晶の他方の表面１０ａを出てそれに対向しているミラーＭ１及 びＭ４の夫々で反射され、結晶を通過して再び元へ戻るラウンド・トリップに付 随する位相不整合の大きさをΔＡとする。これらの定義を用いるならば、長さが Ｌ　ｃｒｙｓｔａｌの非線形結晶１０の中で準位相整合が達成されるための条件 は、以下の２つの式に要約される。

（Δｋ　ｃｒｔ＋ｔａＩＸＬｃ＋ｙｓｔａ＋　）＋ΔＡ＝（２π）ｍここで、ｍ ＝０．１．２．３１１．。

（Δｋｃ　ｒ　ｙ　＊　＋　ａ　＋　）（Ｌ　ｃ　ｔ　ｙ　ｌ　ｔ　ｍ　＋　） ＋ΔＢ＝（２π）ｎここで、ｎ＝ｏ、１．２．３１０．。

これら２つの条件が満足されているときには常に、高調波と基本波とが共に、空 洞内で共振するようになる。また、上の２つの式から、ΔＡ＋ΔＢ＋２（Δｋ　 ｇ　ｒ　ｙ　＊　＋　ａ　＋　）（Ｌ　ｔ　ｒ　ｙ　＊　ｔ　ｍ　＋　）　＝２ πｐ１ここで、ｐ＝＝Ｑ、１．２１３．。

が得られる。ΔＢ及びΔＡに補正を施すための方法には、幾つかの方法がある。

図３Ａ、図３８１及び図３０に、３通りの方法を示した。

図３Ａでは、高調波反射器Ｍ３及びＭ４を、薄板形状の非線形光学材料１０の表 面にコーティングによって形成し、この非線形光学材料１０を、基本波の波長で 共振する線形空洞Ｍ１、Ｍ２の中に配設しである。図３Ａに示した形式の二倍共 振システムでは、（１）ミラーＭ１及びＭ２で形成された空洞即ち共振器は、基 本波の波長に共振するものでなければならず、また（２）ミラーＭ３及びＭ４で 形成された共振器は、高調波の波長に共振するものでなければならない。これら ２つの条件が満たされれば、残る唯一の調節可能な変数は、それら２つの共振器 の相対位置だけである。例えば、Ｍ３及びＭ４が、Ｍｌ及びＭ２で形成された基 本波共振器の内側にあるならば、高調波共振器の両端の相対的な位置を平行移動 することによって（矢印Δｉ及びΔｊを参照されたい）位相整合条件を満たすこ とができる。

図３Ｂでは、高調波反射器と基本波反射器との両方を、空洞エンドミラーＭ１及 びＭ２の表面にコーティングによって形成しである。位相不整合を制御するには 、それら空洞エンドミラーの位置を調節したり（矢印１２及び１４参照）、及び ／または、結晶１０とそれら空洞エンドミラーとの間の間隔即ち経路長を調節し て、結晶の端面１０ａ及び１０ｂと、空洞エンドミラーＭ１及びＭ２との間に存 在している媒質１６及び１８（例えば、空気、ガス、或いは、真空以外の媒質の 挿入物や、グラス・ウェッジ等の媒質の挿入物）の分散性によって、必要な位相 整合が得られるようにすれば良い。

次に図３Ｃについて説明すると、基本波の偏光方向と高調波の偏光方向とが直交 している場合には、二倍形結晶１０と反射器であるエンドミラーＭ１及びＭ２と の間に複屈折板２０及び２２を挿入することによって、高調波の光波と基本波の 光波との相対位相を制御することができる。この方式では、複屈折板２０及び２ ２の温度を変化させることによって（また更に、複屈折性材料ないし分散性材料 や、グラス・ウェッジ等を挿入することによっても）位相不整合を非常に精密に 制御することができる。

当業者には容易に理解されるように、以上に説明した夫々の方法は、薄板形状の 非線形光学結晶を外部形成空洞の中に配設したもの（即ち、外部共振二倍法の場 合）にも、また、レーザ空洞それ自体の中に配設したもの（即ち、空洞内二倍法 の場合）にも、いずれにも適用することができる。基本的に必要なことは、位相 整合条件を満足するということである。更に詳しく説明すると、図４は空洞内二 倍法の準位相整合レーザ動作であって、基本波の波長が９４６ｎｍ、そして出力 波の波長が４７３ｎｍで動作するレーザ動作を示したものである。８１０ｎ−で 発振するレーザ・ダイオード光源Ｓを使用してＮｄ：ＹＡＧ結晶３０をポンピン グすることによって、このＮｄ：ＹＡＧ結晶３０に９４６止の光を発生させ、そ の光を、拡散ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯｓ）結晶１０を利用して４７３ｎｍ の高調波に変換するようにしている。エンドミラーＭ１及びＭ２は、基板（例え ばＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ５や水晶等）の表面にコーティングによって形成しである 。また、その水晶製ミラーの結晶軸と非線形光学結晶１０の結晶軸とが、互いに 平行になるようにする。空洞内の光が入射する表面は全て、９４６ｎｌｓ及び４ ７３ｎｍにおいて反射防止性（ＡＲ）を有するようにコートしである。温度制御 器５０が、水晶製ミラー及びＬｉＮｂＯ３結晶の夫々の取付は部材の温度を調節 することによってそれら素子の複屈折性を調節しており、それによって空洞内の 位相不整合を調節するようにしている。

図５は、本発明を外部共振二倍法に適用した場合の一例を示した図である。

空洞の構成要素の全てを、温度制御ハウジング３２の中に収容しである。出力結 合器Ｍ２のコーティングは、ガラス製基板３３の表面に形成しである。準位相整 合が達成されるためには、以下の条件が満足されねばならない。

１、ミラーＭ１及びＭ２で形成された共振器は、基本波の波長で共振するもので なければならない。

２、ミラーＭ３及びＭ４で形成された高調波共振器は、高調波の波長で共振する ものでなければならない。

３、基本波及び高調波が高調波共振器から出射してＭｌで反射されて戻る際のそ れら基本波と高調波との間の位相差は、２πの整数倍でなければならない。

以上の３つの条件が満足されたならば、非線形共振器から右方へ進行する光に関 する位相条件は自動的に満足される。

図４に示した構成では、以上の条件を達成するために互いに独立した３つの温度 制御系を使用しているのに対し、図５の構成では温度制御系を１つしか使用して いない。図５に示した構成は、コヒーレンス長の温度に対する感受性が比較的低 く屈折率及び光路長が穏やかな温度係数を有する結晶１０（例えばＫＴＰ等）に 適用することを意図した構成である。図５の構成では、高調波共振器の光路長と 基本波共振器の光路長とで、同調に際しての変化率が互いに異なっている。その ため、それら共振器が夫々の目的とする波長に同時に共振するある１つの温度が 存在する。更に、表面にコーティングによってミラーＭ２を形成した複屈折基板 は、温度が増大するにつれて第３の変化率でその複屈折性が変化する。２つの共 振条件の夫々の温度依存性と、非線形結晶１０からミラーＭ２を経て再び元に戻 るラウンド・トリップに付随する位相不整合の大きさの温度依存性とが、いずれ も異なっていることから、十分に広い温度範囲に亙って温度を上昇させて行けば 、その途中に３つの条件の全てが同時に満足される「スィート・スポット」が存 在する。

図２、図６、及び図７には、３回反射式リング形と４回反射式リング形の進行波 形共振器を示してある。これら共振器を用いても準位相整合を達成することがで きる。図２及び図７の構成に採用している準位相整合法と、図６の構成に採用し ている準位相整合法とは異なったものである。それら２通りの準位相整合法の間 に存在する基本的な相違は、図２及び図７の高調波共振器は線形定在波形共振器 であるのに対して、図６ではリング形共振器を使用していることにある。図６の 構成では、基本波を共振させるリング形共振器と、高調波を共振させるリング形 共振器とが、同一のミラーの組合せによって形成されている。

図２及び図７の構成では、準位相整合は上掲のＪ、＾、＾ｒ■ｓｔｒｏｎｇの文 献に記載されているのと全く同じようにして達成される。進行波である基本波は 非線形結晶を通過する際に第二高調波出力を発生させる。この高調波の電磁場は 高調波共振器を形成している第２ミラーによって反射され、逆方向へ進行して結 晶の中を通過し、この非線形結晶の入力表面に形成されているミラーで反射され る。高調波の電磁場が高調波共振器の中で共振しているときには、ラウンド・ト リップ位相移動量は（従って基本波と高調波との間の位相差は）２πの整数倍に なっている。これによって準位相整合が達成されている。

図６に示した方式では、リングを形成している３枚のミラーは高調波と基本波の 両方の波長において反射性を有するものである。この場合、高調波と基本波のい ずれの電磁場も進行波であり（なぜならば、空洞内には、逆方向へ進行する高調 波の電磁場が存在しないからである）、位相整合のためには、基本波及び高調波 が共振器内を一周する際のそれら光波の間の位相差が２πの整数倍になるように すれば良い。基本波及び高調波が非線形結晶の中を左から右へ通過する際のそれ ら光波の間の位相差として（Δｋ　ｘ　ｌ　Ｆ　１１　ｍ　＋　）　Ｘ　（Ｌ　 ｃ　ｔ　ｒ　ｔ　ｔ　＊　＋　）で表わされる位相差が存在するものとすれば、 それら光波が共振器の中を一周する際のそれら光波の間の位相差と、結晶を通過 する際のそれら光波の間の位相差とを加え合わせた和が、２πの整数倍に等しく なることが基本的に必要とされる。この条件は、高調波の電磁場が空洞の中で共 振するようにすれば満足される。

同時に基本波と高調波のいずれの波長にも共振するようにするためには、それら ２つの光波の開の位相差を同調させる分散素子９９を空洞の中に配設すれば良い 。図６にはこの構成を示してあり、図６の共振器では、準位相整合を達成するた めにはこの素子９９を備えることが基本的に必要とされる。第二高調波がタイプ １の過程によって発生される場合（即ち、基本波の電磁場と高調波の電磁場とが 互いに直交している場合）には、温度同調式の複屈折板９９またはその他の適当 なデバイス（例えば、温度同調式の分散素子、機械的に移動させる１枚のまたは 複数枚の対向させたグラス・ウェッジ、等々）を用いれば、空洞をそれら２つの 波長のいずれにも同時に共振するようにすることができる。この構成は線形共振 器を用いた構成と良（似ているが、ただし、位相整合条件を満足するのに波長板 を１枚しか必要としない点が異なる。

更に図６に関して説明すると、リング形空洞は、三角形の頂点の位置に配置そた ３枚のミラー３３ａ、３３ｂ、及び３３ｃで形成してあり、それらミラーによっ て反射された光が、略々直線状の３本の連結線３４ａ、３４ｂ、及び３４ｃに沿 って進行するようにしてあり、それら３本の連結線の各々がこのリング形空洞の 「辺」を形成している。このリング形空洞は、ミラー３３ｂ（これは入力ミラー である）を通して外部から光源Ｓでポンピングされる。ミラー３３ｂは光源Ｓの 波長において９９．５％〜９５％の透過率を有するようにコートしである。その 池の２枚のミラー３３ａ及び３３ｃは光源Ｓの波長においてＨＲであるようにコ ートしである。１枚のミラー３３ａ（これは空洞長制御ミラーである）を、平行 移動機構（例えば圧電式移動機構）によって、制御器３８に応答して移動させる ことにより、３本の辺を有するこのリング形共振空洞の光路長を変化させるよう にしている。最後のミラー３３ｃ（これは出力ミラーである）は高調波の波長に おいてＨＴであるようにコートしである。結晶１０（例えばＫＴＰ）をこのリン グ形共振器の入力ミラー３３ｂと出力ミラー３３ｃとの間の辺３４ｂの中に配設 しである。その他の２辺のうちのいずれか一方の中に、分散素子９９を配設する ようにしている。

具体的な一実施例では、外部光源Ｓとして、９４６１ａで動作するダイオード・ ポンピング式Ｎｄ　：　ＹＡＧレーザを使用し、また、結晶１０として、ＫＴｉ ＯＰＯ４（即ちＫＴＰ）を材料とした４７３止の第２高調波を発生する結晶を使 用した。ＫＴＰは、周波数二倍形Ｎｄ：ＹＡＧレーザに用いるのに特に適し、ま た、様々な電気光学的用途ないし統合光学的用途に用いるのに特に適した、多く の独特の特性を備えている。ＫＴＰは、ＭＴｉＯ（ＸＯ４）という化学式で表わ される材料群のうちの１つに過ぎず、この化学式において、”麗′は、Ｋ　、　 Ｒｂ、　Ｔｉ、またはＮＨ４のうちのいずれかであり、また“Ｘ”は、ＮＦＩ４ が含まれている場合を除き、Ｐまたは＾Ｓであり、ＮＵ、が含まれている場合に は”Ｘ”はＰである。この非線形光学材料群に含まれる別の１つの材料にＫＴｉ ＯＰＯ４ や、電気光学的スイッチング電圧及び性能係数、それにイオン導電率などにおい て、ＫＴＰを凌ぐ幾つかの重要な利点を備えている。これについてはｒＢｉｅｒ ｌｅｉｎｅｔ　ａｌ、　”ＩＩ：Ｔｉ０ＡｓＯ，：＾Ｎｅｗ　Ｎｏｎ１ｉｎｅａ ｒ　Ｍａｔｅｒｉａｌ”、　ＣＬＥＯ−８９，ｐａｐｅｒ　ＴｈＱ５@Ｊとい う文献を参照されたい。

第二高調波の電磁場がＫＴＰの内部で確実に共振するようにするために、空洞長 制御系３６及び３８を備えており、この空洞長制御系３６及び３８を調節するこ とによって、反射する高調波の位相に適切な調節を加え、もって、高調波がこの 進行波形光空洞の中を所定進行方向へ一周するごとに適切に整合され、適切な高 調波発生が行なわれるようにしている。

次に図７について説明する。同図は本発明の別の一実施例を示した図である。

非線形結晶１０（例えばＬｉＮｂＯ３等）を、リング形空洞内に配設したレーザ 媒質３０を用いてボンピングするようにしている。更に詳しく説明すると、９４ ６ｎ■で動作するＮｄ　：　ＹＡＧロッド３０を、外部に配設した約８１０止で 動作するダイオード・レーザ光源Ｓでポンピングするようにしている。このリン グ形空洞は４枚のミラー４１ａ、４１ｂ’、４１ｃ、及び４１ｄを含んでおり、 それらミラーは、４本の連結線である辺４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、及び４１ｄに 沿って光波を進行させることができるように配設してあり、それら４本の辺は「 ８の字形」ないし「蝿ネクタイ形」の光路を形成している。当業者には容易に理 解されるように、それら４本の辺は同一平面上に位置している必要はなく、交差 している２本の辺４２ｂと４２ｄとは互いに交わっている必要はない。

結晶１０とＮｄ　：　ＹＡＧ光源３０とは、１本の辺４２ａの中に配設しである 。結晶の端面１０ａ及び１０ｂは、基本波に対しては高透過性を有し、高調波に 対しては十分な反射性を有するようにコートしてあり、これによって副共振器を 形成している。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源３０から入射したレーザ光が４つの辺に 沿って確実に一方向に進行するようにするために、「一方向性デバイス」４７（ 例えば、ファラデー回転子、音響光学セル、等々）を別の辺４２ｃに挿入しであ る。入力ミラー４１ａは、９４６ｎｍでＨＲとなり、８１０ｎＩＩｌでＨＴとな るよう二コートしである。出力ミラー４１ｂは、９４６ｎＩｌ″ｃＨＲとなるよ うにコートしである。空洞長を制御するには、空洞長制御器４８を備えて、いず れか１枚のミラー４１ｄを移動させるようにすれば良い。空洞長を変化させるた めの更に別の方法として、いずれか１本の辺の中に、互いに逆回転させるように した２枚の水晶板をブルースター角に傾斜させて配設するという方法もある。そ れら２枚の水晶板を回転させると、それら水晶板を通過する光路長が変化する。

水晶の屈折率と空気の屈折率とが大きく異なるために、空洞の光路長が変化する のである。これによって空洞モードの周波数を滑らかに変化させて行（ことがで きる。２枚の水晶板を回転させるには、開ループ制御系または閉ループ・フィー ドバック制御系の一部を成す圧電トランスデユーサで回転させるようにし、その 制御系によって、４７３ｎ−で最大出力が得られるように空洞長を調節すれば良 い。

副共振器を用いて進行波形光空洞においてＳＨＧを生じさせるという以上に説明 した概念は、様々な動作波長の種々のレーザに適用することができ、また、同調 可能なデバイスや、動作温度が太き（変化することが予想される様々な商業用途 に適用する場合に特に有用なものである。最も重要なことは、この概念を適用す ることによって、普通に入手することのできるＮＬＯ結晶の位相整合可能領域を 、一般的な複屈折を利用した真正位相整合では不可能なスペクトル領域にまで拡 張できるということである。普通に入手可能な非線形結晶は、その位相整合可能 幅が実用的な商業デバイスを構成するための最適な位相整合可能幅に足りないと いう不都合な材料特性を有するものであることがままあるが、以上のように高調 波を共振させる方式を用いれば、いかなる場合にも、その実効非線形性を、普通 に入手可能な非線形結晶のものよりも優れたレベルにまで引き上げることができ る。

進行波形の外部リング形の構成には更に別の利点として、モノリシック形の外部 リング形の構成と比べて、より容易に大量生産に適合させることができるという ことがある。ニオブ酸カリウムの結晶は、これまでの経験から、双晶を形成し易 い傾向や、熱応力または機械的応力が作用したときに消極して複数の強誘電分域 に分かれてしまい易い傾向があるため、その取扱いがたとえ不可能でないにして も困難な結晶であることが判明している。これに対して、外部ボンピング式のリ ング形の構成（即ち、図６の構成）では、例えば、矩形のパラレルパイプ形のＫ ＴＰだけで、ＮＬＯエタロンを形成することができる。そのＫＴＰの表面のうち 、磨き上げてコーティングを施す必要がある面は、２つのａ軸面だけであり、そ のため、生産に必要な製造工程に関して、その工程数が減少すると共に工程が単 純化される。即ち、モノリシック形のリング形の構成とは対象的に、副共振器エ タロンの磨き上げないしコーティングの加工工程においては、原理的に、１回の 加工作業で数十個ないし数百側の副共振器エタロンに同時に加工を施すことがで きる。更に、単一周波数Ｎｄ：ＹＡＧレーザの製造に関するこれまでの経験から 、外部ミラー形の共振器でも、適切な構造に設計すれば、モノリシック形の構造 に匹敵する耐振動性が得られることが判明している。

当業者であれば、以上の説明から、様々な別実施施態様、変更実施態様、及び改 変実施態様にも想到するのは当然である。従って、以上の説明は、あくまでも具 体例を提示したものであると解釈されるべきであり、以上の説明の目的は、本発 明をいかにして実施するかを当業者に教示することにある。ここに開示した実施 例に対しては様々な変更を加えることができ、構成材料を別のものに変更するこ ともでき、本発明の様々な特徴を個別に利用することも可能である。例えば、以 上に説明した原理は、差周波数発生にも、和周波数発生にも、二倍共振と単純共 振とのいずれの光パラメトリツク発振にも、同じように適用することができ、更 には自己二倍材料（例えばＮＹＡＢ）を使用する場合にも適用することができる 。本発明は、様々な空洞内変調方式に用いられる共振側空洞にも適用することが できる。更に、様々な有機材料及び無機材料の周波数変換ＮＬＯ材料や、その他 のリング形レーザ構造（例えば矩形構造等）も、本発明の教示に含まれるもので ある。これらのことから理解されるように、添付の請求の範囲の請求項に明示し た本発明の概念並びに範囲から逸脱することなく、様々な変更、改変、改造、等 々を施すことができる。添付の請求の範囲の請求項は、それら請求項の範囲に関 わるその種の変更等の全てを包含することを意図したものである。

Ｆｉｇ、　３Ｃ Ｆｉｇ、　７

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．レーザ・システムにおいて、 ａ）互いに反対側を向いた２つの面を有しそれら２つの面が基本波の波長のレー ザ光でポンピングされたときに高調波の波長の光を発生する非線形結晶であって 、それら２つの面の間の厚さが、該結晶内において前記基本波の波長の光と前記 高調波の波長の光との間に位相不整合が存在する厚さである該非線形結晶と、ｂ ）前記基本波の波長の進行波形光空洞と定在波形光空洞とのいずれか一方の光空 洞を形成するための、前記結晶の前記面の各々に対向させて配設した第１手段と 、 ｃ）前記高調波の波長の進行波形光空洞と定在波形光空洞とのいずれか一方の光 空洞を形成するための、前記結晶の前記面の各々に対向させて配設した第２手段 と、を備え、 前記結晶の前記面に対する前記第１手段及び前記第２手段の相対位置を、前記結 晶の前記面の各々と前記第１手段及び前記第２手段との間の前各結晶を通過する ラウンド・トリップ経路における前記基本波の波長の前記光及び前記高調波の波 長の前記光の合計位相不整合の大きさが２πの偶数倍になる相対位置にしてある 、 ことを特徴とするレーザ・システム。
2. ２．前記第１手段が前記基本波の波長の進行波形光空洞を形成しており、前記第 ２手段が前記高調波の波長の進行波形光空洞を形成しており、前記結晶の前記面 に対する前記第１手段及び前記第２手段の相対位置を、前記２つの進行波形光空 洞の各々を共振させることのできる相対位置にしてあることを特徴とする請求項 １記載のレーザ・システム。
3. ３．前記第１手段が前記基本波の波長の定在波形光空洞を形成しており、前記第 ２手段が前記高調波の波長の進行波形光空洞を形成しており、前記結晶の前記面 に対する前記第１手段及び前記第２手段の相対位置を、前記定在波形光空洞及び 前記進行波形光空洞を共振させることのできる相対位置にしてあることを特徴と する請求項１記載のレーザ・システム。
4. ４．前記第１手段が前記基本波の波長の進行波形光空洞を形成しており、前記第 ２手段が前記高調波の波長の定在波形光空洞を形成しており、前記結晶の前記面 に対する前記第１手段及び前記第２手段の相対位置を、前記進行波形光空洞及び 前記定在波形光空洞を共振させることのできる相対位置にしてあることを特徴と する請求項１記載のレーザ・システム。
5. ５．前記第１手段が前記基本波の波長の定在波形光空洞を形成しており、前記第 ２手段が前記高調波の波長の定在波形光空洞を形成しており、前記結晶の前記面 に対する前記第１手段及び前記第２手段の相対位置を、前記結晶の前記面の各々 から前記第１手段及び前記第２手段へ行きそこから戻って該結晶を通過し該結晶 の反対側の面へ至る光路中における前記基本波の波長の前記光と前記高調波の波 長の前記光との間の位相不整合の大きさが２πの偶数倍になる相対位置にしてあ ることを特徴とする請求項１記載のレーザ・システム。
6. ６．前記第１手段と前記第２手段との少なくとも一方の手段が、前記結晶の前記 一方の面の方向へ進行する前記基本波の波長の光及び前記高調波の波長の光を反 射する、該一方の面から離隔した少なくとも１枚のミラーを含んでいることを特 徴とする請求項５記載のレーザ・システム。
7. ７．前記１枚のミラーは、前記光に対して反射性を有するようにコートしてあり 、前記結晶と該１枚のミラーとの間に光透過性媒質を配設してあることを特徴と する請求項６記載のレーザ・システム。
8. ８．前記１枚のミラーは、前記光に対して反射性を有するようにコートしてあり 、前記結晶の前記一方の面と前記１枚のミラーとの間の空間の少なくとも一部分 を複屈折性媒質が占めていることを特徴とする請求項６記載のレーザ・システム 。
9. ９．前記１枚のミラーは、前記基本波の波長の光及び前記高調波の波長の光に対 して反射性を有する水晶基板上の反射性コーティングを備えており、前記結晶と 前記１枚のミラーとの少なくとも一方の温度を制御するようにしてあることを特 徴とする請求項６記載のレーザ・システム。
10. １０．前記結晶がＬｉＮｂＯ３を含んでおり、該結晶の結晶軸と前記水晶の結晶 軸とを略々平行にしてあることを特徴とする請求項９記載のレーザ・システム。
11. １１．前記第２手段が、少なくとも前記結晶の前記一方の面に形成した、前記高 調波の波長の光を前記結晶の中へ反射させるためのコーティングを含んでいるこ とを特徴とする請求項１記載のレーザ・システム。
12. １２．前記第１手段及び前記第２手段が、前記結晶の各々の側に備えた前記高調 波の波長及び前記基本波の波長において高反射性を有する２枚のミラーと、それ ら２枚のミラーから出射した光が入射するように配設した２枚の更なるミラーと を含んでおり、それらミラーによって前記高調波の波長の光及び前記基本波の波 長の光が４本の辺を成す光路に沿って進行するようにしてあり、前記２枚の更な るミラーのうちの一方の更なるミラーは前記高調波の波長において高反射性を有 し、他方の更なるミラーは前記基本波の波長において高反射性を有し前記高調波 の波長で反射性を有するものであることを特徴とする請求項１記載のレーザ・シ ステム。
13. １３．前記１枚のミラーは、前記基本波の波長の光及び前記高調波の波長の光に 対して反射性を有するようにコートしてあり、前記結晶と前記１枚のミラーとの 間の空間の少なくとも一部分を分散性媒質が占めていることを特徴とする請求項 １２記載のレーザシステム。
14. １４．前記媒質が複屈折性及び分散性であることを特徴とする請求項１３記載の レーザ・システム。
15. １５．レーザ・システムにおいて、 ａ）互いに反対側を向いた２つの平面形状の面を有し基本波の波長のレーザ光で ポンピングされたときに高調波の波長の光を発生する結晶であって、その厚さ「 Ｌ」が、該結晶内における基本波の波長の光と高調波の波長の光との間の波動ベ クトル不整合の大きさが該結晶の一方の面では「Ｏ」になり該結晶の他方の面で は非ゼロ値の「Δｋｃ」になる厚さである該結晶と、ｂ）前記基本波の波長の定 在波形光空洞を形成するための、前記結晶の前記面の各々に対向させて配設した 反射手段と、ｃ）前記高調波の波長の定在波形光空洞を形成するための、前記結 晶の前記面の各々に対向させて配設した、コーティング手段と、を備え、前記結 晶の一方の面から該結晶の中を通り該結晶の他方の面へ戻る光路における前記基 本波の波長の前記光と前記高調波の波長の前記光との間の波動ベクトル不整合の 大きさが「ΔＡ」であり、前記結晶の前記他方の面から該結晶の中を通り該結晶 の前記一方の面へ戻る光路における前記基本波の波長の前記光と前記高調波の波 長の前記光との間の波動ベクトル不整合の大きさが「ΔＢ」であり、ｄ）「ｐ」 及び「ｑ」を「Ｏ」または整数とするとき、ΔｋｃＬ＋ΔＡ＝ｚπｑ、且つ、２ （Δｋｃ）（Ｌ）＋ΔＡ＋ΔＢ＝２πｐという条件を達成するための条件達成手 段を備えた、ことを特徴とするレーザ・システム。
16. １６．前記高調波の波長の前記光は、前記基本波の波長の前記光に対して相対的 に直交方向に偏光しており、前記条件達成手段が、前記結晶の前記面と、前記第 １手段と、前記第２手段との間に挿入した複屈折板を含んでいると共に、前記複 屈折板の温度を制御して前記条件を達成するための手段を含んでいることを特徴 とする請求項１５記載のレーザ・システム。
17. １７．レーザ・システムにおいて、 ａ）基本波の波長の光を共振させるための空洞長を有することを特徴とする進行 波形光空洞と、 ｂ）前記空洞の中に配設してレーザでポンピングされるようにした、その波長が 前記基本波の波長の高調波の波長であるレーザ光を発生する、高調波副共振器手 段であって、互いに反対側を向いた２つの端面を有する非線形光学材料製エタロ ンを含んでおり、該非線形光学材料製エタロンのそれら２つの端面の間で測った 厚さが、前記基本波の波長の前記光がそれと相互作用して前記高調波の波長の前 記光を発生する際のコヒーレンス長より小さな厚さである高調波副共振器手段と 、 ｃ）前記空洞長を調節して前記非線形光学材料の前記２つの端面の各々における 波動ベクトル不整合の大きさを無視し得る程度のものにするための、前記進行波 形光空洞に作用的に接続した長さ制御手段と、を備えたことを特徴とするレーザ ・システム。
18. １８．前記進行波形光空洞が少なくとも３本の実質的に直線状の光路を有してお り、 前記高調波副共振器手段は、前記３本の光路のうちの１本の光路の中に配設して あり、 前記長さ制御手段が、前記３本の光路のうちの少なくとも１本の光路の相対長さ を制御するための手段を含んでいる、ことを特徴とする請求項１７記載のレーザ ・システム。
19. １９．前記高調波副共振器手段を、前記進行波形光空洞の外部に配設した前記基 本波の波長の光を発生するレーザでポンピングするようにしてあることを特徴と する請求項１７記載のレーザ・システム。
20. ２０．前記エタロンは、互いに反対側を向いた２つの面を有する複屈折性材料で あり、それら２つの面のうちの一方の面は、前記基本波の波長では高透過性を有 し、前記高調波の波長では透過性より反射性の方がはるかに大きいことを特徴と する請求項１７記載のレーザ・システム。
21. ２１．前記進行波形光空洞が４本の辺を有しており、それら４本の辺のうちの１ 本の辺の中に前記副共振器手段を配設してあり、更に、前記進行波形光空洞の中 に配設した、前記基本波の波長のレーザ光を発生するための手段と、 前記進行波形光空洞の中に記設した、該空洞の中で光を実質的に一方向に進行さ せるための方向規制手段と、 を含んでいることを特徴とする請求項１７記載のレーザ・システム。
22. ２２．前記進行波形光空洞が少なくとも４本の直線状の光路を有することを特徴 とする請求項１７記載のレーザ・システム。
23. ２３．前記進行波形光空洞が、外部光源に応答して動作して該光空洞内において 前記基本波の波長の前記レーザ光を発生させるためのポンピング手段を含んでい ることを特徴とする請求項１７記載のレーザ・システム。