JPH08234254A - 高調波発生装置 - Google Patents

高調波発生装置

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JPH08234254A
JPH08234254A JP3569995A JP3569995A JPH08234254A JP H08234254 A JPH08234254 A JP H08234254A JP 3569995 A JP3569995 A JP 3569995A JP 3569995 A JP3569995 A JP 3569995A JP H08234254 A JPH08234254 A JP H08234254A
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JP
Japan
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fundamental wave
resonator
mirror
resonance
harmonic
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Withdrawn
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JP3569995A
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English (en)
Inventor
Hiroki Hodaka
弘樹 保高
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AGC Inc
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Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体レーザ、共振器等の相対位置の調整作業
を簡易化し、基本波の入射モードを共振器の共振モード
に容易に整合できるようにし、装置の小型化も達成す
る。 【構成】基本波入射部の共振ミラー105は、半径2.
5mm、長さ12.5mmの円柱状であり、共振ミラー
105の基本波の入射面110は曲率半径1mmの球面
とされ、別個の集光レンズは用いていない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザからの基
本波を非線形光学材料により高調波へ変換する高調波発
生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の第2高調波発生装置としては、複
数の共振用ミラーで構成される共振器の中に非線形光学
材料を配置し、半導体レーザ(以下LDとする)等から
出射される基本波を共振器内に閉じ込めて増幅させるこ
とで、第2高調波を効率良く発生させるものが知られて
いる。その一例を図2に示す。この第2高調波発生装置
201は、LD202と、集光レンズ204と、ディス
クリート型共振器212とから構成されている。
【0003】LD202は、例えばGaAlAsなどの
材料で作られ、p−n接合面の両端面を平行平面ミラー
にしてLDの共振器を構成し、電流を流して発生する光
を上記LDの共振器で発振させて出射するものである。
LD202の発光面積は、通常縦1μm、横3μm程度
と小さく、したがってビームは発光面の回折により大き
な広がり角をもっている。
【0004】上記LDのような大きな広がりを持つモー
ドを共振器の共振モードに整合させ、高い結合効率を得
るために、集光レンズ204が用いられる。集光レンズ
204には、球面収差の低減により結合効率を向上させ
た非球面レンズを用いている。
【0005】図2に示したディスクリート型共振器21
2は、例えば球面ミラー(共振ミラー面)207を有す
る入射部の共振ミラー205と、非線形光学材料209
の片面を平面ミラー(共振ミラー)208とした出射部
の共振ミラー206とより構成されている。球面ミラー
207と平面ミラー208で構成される共振器内に非線
形光学材料209であるKNbO3 結晶が配置されてい
る。球面ミラー207には基本波203を一部透過し第
2高調波214を反射する膜、平面ミラー208には基
本波203を反射し第2高調波214を透過する膜が各
々蒸着されている。KNbO3 結晶はペルチェ素子21
3を装着し、位相整合条件を満たすよう温度制御を行っ
ている。
【0006】上記第2高調波発生装置201では、LD
202から出射された、例えば波長860nmの基本波
203が、集光レンズ204によって集光され、ディス
クリート型共振器212に結合する。この基本波203
は、非線形光学材料209中を伝搬し、平面ミラー20
8で反射され、球面ミラー207に戻って、再び平面ミ
ラー208方向に反射されることにより、直線状の共振
経路を通って共振し増幅される。そして、基本波203
が非線形光学材料209中を結晶軸方向に伝搬すると
き、その一部が例えば波長430nmの第2高調波21
4に変換され、第2高調波214が平面ミラー208を
通過して出射される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記共振器内に基本波
を効率良く結合させるためには、基本波の入射モードを
共振器の共振モードに整合させる必要がある。そのため
には、従来の第2高調波発生装置では、LD、集光レン
ズおよび共振器の3つの光学部品の相対位置を調整する
必要があった。しかしながら、これらの調整は煩雑であ
り調整に多くの時間を必要とするため、装置の調整コス
トを削減するのは困難であった。本発明の目的は従来技
術の有する前述の欠点を解消しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、基本波光源の半導体レ
ーザと、基本波を共振させる複数の共振ミラーからなる
共振器内の基本波の光軸上に配置された非線形光学材料
とを備えた高調波発生装置において、前記共振器の基本
波入射部の共振ミラーを、基本波を集光可能な共振ミラ
ーとしたことを特徴とする高調波発生装置を提供する。
【0009】本発明において、前記共振器の基本波入射
部の共振ミラーは、基本波の入射面が凸形曲面とされ基
本波の出射面が共振ミラー面とされた透明な光学素子よ
りなることが好ましい。例えば図1に示すように、基本
波の入射面を凸形曲面としたレンズとすれば、その入射
面により基本波が集光でき、集光効果を合わせ持つ共振
ミラーが得られる。前記凸形曲面は球面、あるいは縦軸
と横軸で曲率が異なるような非球面であってもよい。非
球面の場合、LDのビーム断面が楕円、長円であれば、
それを円形に修正するような非球面であってもよい。前
記透明な光学素子の材質としては、ガラス、プラスチッ
ク、水等の透明な液体等が使用できる。
【0010】前記共振器の基本波入射部の共振ミラー
は、光軸の中心軸から外周方向に向かって屈折率が2次
関数的(放物線状)に減少し基本波の出射面が共振ミラ
ー面とされた透明な屈折率分布形光学素子であってもよ
い。この場合、前記屈折率分布形光学素子としてはロッ
ド状レンズが好ましく使用できるが、直方体、平面(入
射面)−凹面(出射面)レンズ、凸面−平面レンズ、凸
面−凹面レンズ等の等他の形状のレンズであってもよ
い。屈折率分布は、光学素子がガラスの場合、基本波の
入出射面にマスクをし、イオン交換浴に所定時間浸ける
という公知の方法によって形成できる。光学素子の材料
としては、ガラス、プラスチック等が好ましく使用でき
る。
【0011】さらに前記共振器の基本波入射部の共振ミ
ラーは、基本波の入射面が凸形曲面とされた屈折率分布
形光学素子であることが好ましい。この場合、基本波の
集光効果がさらに大きくなり、その結果光学素子の大き
さ、特に光軸方向の大きさを小型化することもできる。
【0012】前記非線形光学材料としては、KNbO
3 、β−BaB24 、KTiOPO4 、KH2 PO
4 、LiNbO3 等の非線形光学結晶、その他有機非線
形光学材料等が使用できるが、高い第2高調波への変換
効率、結晶の取扱いやすさ等からしてKNbO3 単結晶
が好ましい。
【0013】また本発明は、第2高調波のみならず、第
3高調波等のより高次の高調波の発生装置にも応用でき
る。
【0014】
【作用】本発明の高調波発生装置では、共振器を構成す
る基本波入射部の共振ミラーが集光効果も有しているの
で、別途集光レンズを用いなくても基本波が集光でき
る。この結果、調整に際してはLDと共振器のみの相対
位置の調整で済む。調整部品が2部品に削減されるの
で、調整時間が短縮でき調整コストも削減できる。
【0015】
【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。図1に
は、本発明を第2高調波発生装置に適用した一実施例を
示している。
【0016】この第2高調波発生装置101は、基本波
光源としてのLD102と、ディスクリート型共振器1
12とから構成されている。LD102は本実施例では
波長860nm、単一縦横モードの非点収差の少ないも
のが用いられ、基本波103を出射する。
【0017】共振器112は、この実施例では曲率半径
2mmの球面ミラー(共振ミラー面)107を有する基
本波入射部の共振ミラー105と、非線形光学材料10
9の片面を平面ミラー(共振ミラー面)108とした第
2高調波出射部の共振ミラー106より構成される。球
面ミラー107と平面ミラー108で構成される共振器
内に非線形光学材料109が配置されている。
【0018】基本波入射部の共振ミラー105には光学
ガラスであるTaF−3(ホーヤ(株)製商標名)を用
いているが、BK−7(オハラ(株)製製品名、商標名
BSL−7)やSF−8(ホーヤ(株)製商標名)など
を用いてもよい。非線形光学材料109にはKNbO3
結晶を用いているが、LiNbO3 やKTiOPO4
どの無機非線形光学結晶や有機非線形光学結晶などを用
いることもできる。球面ミラー107には、基本波に対
し95%以上反射で第2高調波に対し90%以上反射の
膜が蒸着され、平面ミラー108には、基本波に対し9
9%以上反射で第2高調波に対し90%以上透過の膜が
蒸着され、各々共振ミラー面として機能する。
【0019】基本波入射部の共振ミラー105は、底面
の円形部の半径2.5mm、長さ12.5mmの円柱状
であり、共振ミラー105の基本波の入射面110は、
曲率半径1mmの凸形曲面(球面)とされている。KN
bO3 結晶はa、b、c結晶軸長が各々3mm、3m
m、4mmの直方体であり、b軸がLDの偏光面に一致
し、かつa軸が基本波の伝搬方向となるように配置され
ている。KNbO3 結晶にはペルチェ素子113が装着
され、位相整合条件を満たすように温度制御がされてい
る。また基本波の入射面110、および共振ミラー10
6の基本波の入射面111には、反射損失を低減するた
め基本波103に対し反射率1%以下の反射防止膜が蒸
着されている。
【0020】本実施例では、共振ミラー105の基本波
の入射面110が凸形曲面(球面)をなしているので、
入射部の共振ミラー105は集光レンズとしても機能す
る。そのため、従来の装置のような集光レンズを別途用
いなくても基本波を集光できる。
【0021】上記第2高調波発生装置101では、LD
102から出射された波長860nmの基本波103が
入射部の共振ミラー105によって集光され、ディスク
リート型共振器112に結合する。この基本波103は
非線形光学材料109中を伝搬し、平面ミラー108で
反射され、球面ミラー107に戻って再び平面ミラー1
08方向に反射されることにより、直線状の共振経路を
通って共振し増幅される。そして、基本波103がKN
bO3 結晶中を結晶軸のa軸方向に伝搬するとき、その
一部が波長430nmの第2高調波114に変換され、
変換された第2高調波114が平面ミラー108を通過
して出射される。
【0022】上記構成で実施した結果、基本波入射部の
共振ミラー105においてレンズ効果を確認し、基本波
の結合効率30%を得た。この結果、十分な基本波共振
出力が得られ、波長430nm、出力1mWの第2高調
波114を得た。このときの第2高調波114の出射パ
ターンはパターンとして質の良い、TEM00モードであ
った。上記結合効率、第2高調波出力および出射パター
ンは別個の集光レンズを用いた場合と同程度であり、別
個の集光レンズを用いなくとも従来と同等の特性を得る
ことができた。
【0023】このとき行った調整は、LD102とディ
スクリート型共振器112の2部品のみの相対位置の調
整で済んだため、調整時間は別個の集光レンズを用いた
従来の3部品の調整に要した時間の約半分に短縮され
た。この結果、装置の調整コストを従来の半分に削減す
ることができた。
【0024】また上記構成において、LD102から球
面ミラー107までの結合距離は14mmとなり、従来
の結合距離より2mm程度短くすることができた。さら
に基本波の入射面110の曲率半径を0.5mmにした
場合では、結合効率、高調波出力、出射パターンおよび
調整所要時間いずれも上記特性を維持しながら、LD1
02と球面ミラー107までの結合距離を8mmまで短
くすることができた。この結果、装置を小型化ができる
ことが確認された。
【0025】上記実施例の他に、基本波集光効果を有す
る基本波入射部の共振ミラー105として、屈折率が光
軸の中心軸から外周に向かって2次関数的(放物線状)
に減少した屈折率を有する光学素子(ロッド状レンズ)
や、共振器の入射面110に凸形曲面を有しかつ屈折率
が光軸の中心軸から外周に向かって2次関数的(放物線
状)に減少した屈折率を有する光学素子などを用いても
よい。これらの光学素子を用いた場合も上記実施例と同
様の効果が確認された。
【0026】また、用いる共振器は上記実施例における
タイプに限定されるものではなく、共振器の構成が複数
の共振ミラー、光学素子からなる共振器であれば、本発
明を適用することが可能である。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基本波入射部の共振ミラーに、基本波集光効果を有する
ようにすることによって、別個の集光レンズを用いるこ
となく高調波発生装置を構成することができる。この結
果、部品点数の削減ができるため、装置の調整時間を短
縮でき、調整コストを削減することができる。また、部
品点数の削減にともなう、装置の部品コストの削減や装
置の小型化、さらに小型化による高調波出力の耐温度安
定性の向上などの効果も併せて有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示し、第2高調波発生装置の
基本構成の側面図。
【図2】従来の第2高調波発生装置の基本構成の側面
図。
【符号の説明】
101:第2高調波発生装置 102:LD 103:基本波 105:基本波入射部の共振ミラー 106:第2高調波出射部の共振ミラー 107:球面ミラー 108:平面ミラー 109:非線形光学材料 110:基本波の入射面 111:基本波の入射面 112:ディスクリート型共振器 113:ペルチェ素子 114:第2高調波

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基本波光源の半導体レーザと、基本波を共
    振させる複数の共振ミラーからなる共振器内の基本波の
    光軸上に配置された非線形光学材料とを備えた高調波発
    生装置において、前記共振器の基本波入射部の共振ミラ
    ーを、基本波を集光可能な共振ミラーとしたことを特徴
    とする高調波発生装置。
  2. 【請求項2】前記共振器の基本波入射部の共振ミラー
    は、基本波の入射面が凸形曲面とされ基本波の出射面が
    共振ミラー面とされた透明な光学素子である請求項1記
    載の高調波発生装置。
  3. 【請求項3】前記共振器の基本波入射部の共振ミラー
    は、光軸の中心軸から外周方向に向かって屈折率が2次
    関数的に減少し基本波の出射面が共振ミラー面とされた
    透明な屈折率分布形光学素子である請求項1記載の高調
    波発生装置。
  4. 【請求項4】前記共振器の基本波入射部の共振ミラー
    は、基本波の入射面が凸形曲面とされた屈折率分布形光
    学素子である請求項3記載の高調波発生装置。
JP3569995A 1995-02-23 1995-02-23 高調波発生装置 Withdrawn JPH08234254A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011176315A (ja) * 2010-02-23 2011-09-08 Lpkf Laser & Electronics Ag レーザ装置
WO2015156231A1 (ja) * 2014-04-07 2015-10-15 浜松ホトニクス株式会社 メタマテリアル光学部材、光検出装置、レーザ励起光源及び計測装置

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