JPH08304864A - レーザの周波数倍増に基づくポンプの減損による自己安定化コンパクト光源 - Google Patents
レーザの周波数倍増に基づくポンプの減損による自己安定化コンパクト光源Info
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- JPH08304864A JPH08304864A JP7244375A JP24437595A JPH08304864A JP H08304864 A JPH08304864 A JP H08304864A JP 7244375 A JP7244375 A JP 7244375A JP 24437595 A JP24437595 A JP 24437595A JP H08304864 A JPH08304864 A JP H08304864A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
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- H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
-
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- H01S3/08059—Constructional details of the reflector, e.g. shape
-
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
-
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/14—External cavity lasers
Abstract
(57)【要約】
【課題】 標準のレーザ・ダイオードで達成が困難な波
長（詳細には、青スペクトル）を発光することが可能な
コンパクト光源が開示される。 【解決手段】 この光源は、波長λ0iで発光するレーザ
（またはレーザ・ダイオード）と、λ0iの１組の値に属
する波長λ0aで位相整合条件が達成される非線形媒体
（ＮＬＭ）と、媒体（ＮＬＭ）の出力部に配置され、λ
0i／２において透過性であり、λ0iにおいて反射性であ
るミラーＭ1 を有する。波長λ0i≠λ0aをレーザに再注
入することによって、レーザの発光をλ0aにロックし、
それにより高出力光源λ0a／２を実現することが可能で
ある。青色光源に適用される。
長（詳細には、青スペクトル）を発光することが可能な
コンパクト光源が開示される。 【解決手段】 この光源は、波長λ0iで発光するレーザ
（またはレーザ・ダイオード）と、λ0iの１組の値に属
する波長λ0aで位相整合条件が達成される非線形媒体
（ＮＬＭ）と、媒体（ＮＬＭ）の出力部に配置され、λ
0i／２において透過性であり、λ0iにおいて反射性であ
るミラーＭ1 を有する。波長λ0i≠λ0aをレーザに再注
入することによって、レーザの発光をλ0aにロックし、
それにより高出力光源λ0a／２を実現することが可能で
ある。青色光源に適用される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明の分野は、適切なレー
ザ材料がないためまたはその入手が困難であるために発
光が不可能であるスペクトル領域において、発光するこ
とが可能なコンパクト光源に関する。これらの光源は、
周波数変換作用によって発光を達成する。
ザ材料がないためまたはその入手が困難であるために発
光が不可能であるスペクトル領域において、発光するこ
とが可能なコンパクト光源に関する。これらの光源は、
周波数変換作用によって発光を達成する。
【０００２】実際に、ニオブ酸リチウム（Ｌi Ｎｂ
Ｏ3 ）などのいくつかの材料の２次の非線形応答を利用
して、近赤外領域における照明で、周波数倍増現象によ
りスペクトルの青色領域において発光することが可能で
ある。
Ｏ3 ）などのいくつかの材料の２次の非線形応答を利用
して、近赤外領域における照明で、周波数倍増現象によ
りスペクトルの青色領域において発光することが可能で
ある。
【０００３】周波数倍増作用では、波長λの入射光に基
づいて光出力の伝達が効率的に行われるように、材料内
で相互作用の間中、入射波によって誘導される非線形分
極の位相が、供給したい波長の１／２波長で生成される
波と一致している必要がある。しかしながら、一般に、
波長λωおよびλω／２における材料の屈折率のバラツ
キが原因で、この位相整合条件は簡単には満足されな
い。
づいて光出力の伝達が効率的に行われるように、材料内
で相互作用の間中、入射波によって誘導される非線形分
極の位相が、供給したい波長の１／２波長で生成される
波と一致している必要がある。しかしながら、一般に、
波長λωおよびλω／２における材料の屈折率のバラツ
キが原因で、この位相整合条件は簡単には満足されな
い。
【０００４】
【従来の技術】この障害を回避するために、第１の方法
では、ある種の材料の複屈折を利用して、それらの材料
の屈折率の変動較差を補償している。ある種の材料の複
屈折に関する条件よりもはるかに一般的な条件で適用で
きる擬位相整合（ＱＰＭ）を使用した別法もある。この
別法では、非線形相互作用を周期的に妨害して、位相不
整合の原因である波数ベクトルの差を補償している。
では、ある種の材料の複屈折を利用して、それらの材料
の屈折率の変動較差を補償している。ある種の材料の複
屈折に関する条件よりもはるかに一般的な条件で適用で
きる擬位相整合（ＱＰＭ）を使用した別法もある。この
別法では、非線形相互作用を周期的に妨害して、位相不
整合の原因である波数ベクトルの差を補償している。
【０００５】さらに詳細には、非線形材料の軸Ｏｘに沿
って伝播する、電界
って伝播する、電界
【０００６】
【数１】
【０００７】を有する入射波について考える。
【０００８】ここで、波長 λω＝２π. ｃ／ω φｐ0 ポンプ波の位相シフト βω ポンプ波の伝播定数 βω＝２πｎω／λω ｃ：真空中の光の速度 ω：周波数 適切な材料中では、この波は、次式で表される２次の非
線形分極を引き起こす。
線形分極を引き起こす。
【０００９】
【数２】
【００１０】ここで、φp0は、ミラーで反射する前のポ
ンプ波の位相シフト、ｄは、利用する非線形係数、ε0
は、真空の誘電率である。
ンプ波の位相シフト、ｄは、利用する非線形係数、ε0
は、真空の誘電率である。
【００１１】この分極は、相互作用が起こった場合、半
波長λ2 ω＝λω／２、伝播定数β2 ω＝２πｎ2 ω／
λ2 ωの高調波ビームを発生しやすい倍増周波数の波を
放射する。ここで、ｎ2 ωは、波長λ2 ωにおける材料
の屈折率である。この波に対応する電界は、次のように
書ける。
波長λ2 ω＝λω／２、伝播定数β2 ω＝２πｎ2 ω／
λ2 ωの高調波ビームを発生しやすい倍増周波数の波を
放射する。ここで、ｎ2 ωは、波長λ2 ωにおける材料
の屈折率である。この波に対応する電界は、次のように
書ける。
【００１２】
【数３】
【００１３】ここで、φh0は、ミラーで反射する前のポ
ンプ波の位相シフトである。
ンプ波の位相シフトである。
【００１４】したがって、λ2 ωの放射源を形成する非
線形分極と、この分極を用いて効果的に入射させる高調
波との間の位相シフトΔφが、変換λω→λ2 ωにおい
て重要な役目を果たすことがわかる。実際に、この位相
シフトは、相互作用長ｘの端において次のように表され
る。
線形分極と、この分極を用いて効果的に入射させる高調
波との間の位相シフトΔφが、変換λω→λ2 ωにおい
て重要な役目を果たすことがわかる。実際に、この位相
シフトは、相互作用長ｘの端において次のように表され
る。
【００１５】Δφ＝（β2 ω−２βω）ｘ＝Δβｘ ここで、Δβ＝４π（ｎ2 ω−ｎω）λω＝４πΔｎ／
λω 屈折率の変動較差のために、この位相シフトは一般に零
にならないことが明らかにわかる。
λω 屈折率の変動較差のために、この位相シフトは一般に零
にならないことが明らかにわかる。
【００１６】しかしながら、周期変動Δβ＝ｍ．Ｋまた
はＫ＝２π／Λを生成させることが可能である。ここ
で、Λは妨害の周期であり、分極と高調波とが位相シフ
トπを累積している端における相互作用長に対応するコ
ヒーレンスの長さをＬｃとすると、Λ＝２Ｌｃである。
はＫ＝２π／Λを生成させることが可能である。ここ
で、Λは妨害の周期であり、分極と高調波とが位相シフ
トπを累積している端における相互作用長に対応するコ
ヒーレンスの長さをＬｃとすると、Λ＝２Ｌｃである。
【００１７】非線形相互作用（屈折率、屈折率のバラツ
キ、利用される非線形係数等）で使用されるパラメータ
に妨害を導入することが可能である。
キ、利用される非線形係数等）で使用されるパラメータ
に妨害を導入することが可能である。
【００１８】この周期的妨害により、分極と高調波との
間の位相シフトＤｅｌｔａｆが、各Ｌｃの端においてπ
だけ小さくなる。すなわち、累積し続けるのではなく、
各コヒーレンス長において零にまで低下する。この点に
ついて、図１は、曲線ａ）位相不整合、曲線ｂ）擬位相
整合、曲線ｃ）完全な位相整合の３つの可能な例を示し
ている。
間の位相シフトＤｅｌｔａｆが、各Ｌｃの端においてπ
だけ小さくなる。すなわち、累積し続けるのではなく、
各コヒーレンス長において零にまで低下する。この点に
ついて、図１は、曲線ａ）位相不整合、曲線ｂ）擬位相
整合、曲線ｃ）完全な位相整合の３つの可能な例を示し
ている。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、λω
の入射波を発光するレーザを使用して、周波数二倍器に
より波λ2 ωを発生させる光源に関する。該周波数二倍
器は、位相整合条件または擬位相整合条件が波長λωに
おいて達成される非線形媒体（ＮＬＭ）である。
の入射波を発光するレーザを使用して、周波数二倍器に
より波λ2 ωを発生させる光源に関する。該周波数二倍
器は、位相整合条件または擬位相整合条件が波長λωに
おいて達成される非線形媒体（ＮＬＭ）である。
【００２０】本発明による光源では、レーザの発光のス
ペクトル幅の問題を解決することが可能である。この現
象は、レーザ・ダイオードで顕著であり、位相整合条件
または擬位相整合条件は、ある非常に正確な波長につい
てのみ媒体（ＮＬＭ）中で満足される。
ペクトル幅の問題を解決することが可能である。この現
象は、レーザ・ダイオードで顕著であり、位相整合条件
または擬位相整合条件は、ある非常に正確な波長につい
てのみ媒体（ＮＬＭ）中で満足される。
【００２１】この目的のために、本発明によるコンパク
ト光源では、所定の波長を有する信号をレーザの発光波
に注入することにより、レーザの発光波長を「ロック」
している。
ト光源では、所定の波長を有する信号をレーザの発光波
に注入することにより、レーザの発光波長を「ロック」
している。
【００２２】本発明は、実験的に到達した以下の観察に
基づいている。
基づいている。
【００２３】レーザ・ダイオードを使用して、参考文献
（E.Lallier,J.P.Pocholle,M.Papuchon,M.de Micheli,
M.J.Li,Q.He,D.B.Ostrowsky,C.Grezes-BessetおよびE.P
elletier,"Nd:MgO:LiNbO3 channel waveguide laser de
vices" 、IEEE J.Quantum Electron.27(3),pp.618-625,
1991 ）に記載されているＮｄ：ＭｇＯ：Ｌi ＮｂＯ3
タイプの導波管レーザを励起する場合、レーザ・ダイオ
ードは、その透過波長を、Ｌi ＮｂＯ3 のネオジムの最
大吸収に対応する値に自動的にロックする。
（E.Lallier,J.P.Pocholle,M.Papuchon,M.de Micheli,
M.J.Li,Q.He,D.B.Ostrowsky,C.Grezes-BessetおよびE.P
elletier,"Nd:MgO:LiNbO3 channel waveguide laser de
vices" 、IEEE J.Quantum Electron.27(3),pp.618-625,
1991 ）に記載されているＮｄ：ＭｇＯ：Ｌi ＮｂＯ3
タイプの導波管レーザを励起する場合、レーザ・ダイオ
ードは、その透過波長を、Ｌi ＮｂＯ3 のネオジムの最
大吸収に対応する値に自動的にロックする。
【００２４】これは、波長Λ0iから波長Λ0aまでの入射
波を発光するレーザの発光波長を、波長Λ0i≠Λ0aのエ
ネルギー準位に比べて波長Λ0aにおけるエネルギー準位
がかなり低下している光波を該レーザに再注入すること
により、ロックすることが可能であることを意味する。
波を発光するレーザの発光波長を、波長Λ0i≠Λ0aのエ
ネルギー準位に比べて波長Λ0aにおけるエネルギー準位
がかなり低下している光波を該レーザに再注入すること
により、ロックすることが可能であることを意味する。
【００２５】したがって、本発明では、この現象を利用
して、位相整合条件または擬位相整合条件が周波数倍増
媒体（ＮＬＭ）内で満足される波長Λ0aにおいて該媒体
（ＮＬＭ）を供給するのに使用されるレーザの発光をロ
ックする。
して、位相整合条件または擬位相整合条件が周波数倍増
媒体（ＮＬＭ）内で満足される波長Λ0aにおいて該媒体
（ＮＬＭ）を供給するのに使用されるレーザの発光をロ
ックする。
【００２６】実際に、周波数倍増作用では、発生した高
調波出力は、ポンプ波出力から直接取り出され、変換効
率が大きくなると、この場合波長Λ0aにおいて、ポンプ
波の減損自体が大きくなる。
調波出力は、ポンプ波出力から直接取り出され、変換効
率が大きくなると、この場合波長Λ0aにおいて、ポンプ
波の減損自体が大きくなる。
【００２７】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明の目
的は、詳細には、波長λ0iの範囲の入射波を発光するレ
ーザおよび非線形媒体（ＮＬＭ）を備えるコンパクト光
源であって、第１に入射波によって生成される非線形分
極と、第２にこの分極によって生成される高調波との間
の伝播定数の差を打ち消しまたは補償することが可能な
位相整合条件が、媒体（ＮＬＭ）において、λ0iの１組
の値に属する波長λ0aで達成され、光源が、二色性ミラ
ーＭ1 をも含み、該ミラーが、媒体（ＮＬＭ）がレーザ
と該ミラーの間に入るように配置され、該ミラーが、波
長λ0aの光波をレーザに再注入するように、波長λ0iに
おいて反射率が高く、波長λ0i／２において透過率が高
くなっており、波長λ0aにおけるレーザのエネルギー準
位が、波長λ0i≠λ0aにおけるエネルギー準位に対して
かなり低下している、コンパクト光源である。
的は、詳細には、波長λ0iの範囲の入射波を発光するレ
ーザおよび非線形媒体（ＮＬＭ）を備えるコンパクト光
源であって、第１に入射波によって生成される非線形分
極と、第２にこの分極によって生成される高調波との間
の伝播定数の差を打ち消しまたは補償することが可能な
位相整合条件が、媒体（ＮＬＭ）において、λ0iの１組
の値に属する波長λ0aで達成され、光源が、二色性ミラ
ーＭ1 をも含み、該ミラーが、媒体（ＮＬＭ）がレーザ
と該ミラーの間に入るように配置され、該ミラーが、波
長λ0aの光波をレーザに再注入するように、波長λ0iに
おいて反射率が高く、波長λ0i／２において透過率が高
くなっており、波長λ0aにおけるレーザのエネルギー準
位が、波長λ0i≠λ0aにおけるエネルギー準位に対して
かなり低下している、コンパクト光源である。
【００２８】本発明によるコンパクト光源では、レーザ
はレーザ・ダイオードとすると有利である。
はレーザ・ダイオードとすると有利である。
【００２９】あるＬi ＮｂＯ3 タイプの非線形媒体を用
いて、ある波長範囲における媒体（ＮＬＭ）の複屈折に
より、位相整合条件を保証することが可能である。
いて、ある波長範囲における媒体（ＮＬＭ）の複屈折に
より、位相整合条件を保証することが可能である。
【００３０】発光波長が標準的な複屈折非線形材料と整
合しない場合は、生成される非線形分極と高調波の間の
非線形相互作用において役目を果たす媒体（ＮＬＭ）の
物理パラメータの周期変動により、擬位相整合条件を保
証することが可能である。
合しない場合は、生成される非線形分極と高調波の間の
非線形相互作用において役目を果たす媒体（ＮＬＭ）の
物理パラメータの周期変動により、擬位相整合条件を保
証することが可能である。
【００３１】ミラーＭ1 は、非線形媒体（ＮＬＭ）に組
み込まれており、特に、導波路の場合、この導波路の出
力部に面していると有利である。
み込まれており、特に、導波路の場合、この導波路の出
力部に面していると有利である。
【００３２】媒体（ＮＬＭ）は、タンタル酸リチウム
（Ｌi ＴａＯ3 ）、ニオブ酸リチウム（Ｌi Ｎｂ
Ｏ3 ）、またはリン酸カリウムまたはリン酸チタン・タ
イプの媒体とすると有利である。
（Ｌi ＴａＯ3 ）、ニオブ酸リチウム（Ｌi Ｎｂ
Ｏ3 ）、またはリン酸カリウムまたはリン酸チタン・タ
イプの媒体とすると有利である。
【００３３】以下の説明および添付図から、本発明がよ
り明確に理解され、かつ他の利点がでてくるであろう。
り明確に理解され、かつ他の利点がでてくるであろう。
【００３４】
【発明の実施の形態】より具体的には、所要の波長（特
に青色光源）を有するコンパクトなコヒーレント光源を
製造するために、本発明では、非線形媒体（ＮＬＭ）の
光ポンピングが可能なレーザを使用して、該媒体中に、
周波数倍増によって、ポンプ波の周波数の２倍の周波数
の波を発生させることを提案する。倍増した周波数にお
いて十分な出力を得るには、位相整合条件が非線形媒体
（ＮＬＭ）内で保証される波長において、レーザの発光
をブロックすると有利である。図２は、位相整合条件
が、スペクトルのアクセプタンスΔλのλ0aにおいて達
成される場合に、高調波出力（曲線２）に関連する変化
およびポンプ波（曲線１）に関連する変化の様子を、ポ
ンプ波長λωの関数として示す。
に青色光源）を有するコンパクトなコヒーレント光源を
製造するために、本発明では、非線形媒体（ＮＬＭ）の
光ポンピングが可能なレーザを使用して、該媒体中に、
周波数倍増によって、ポンプ波の周波数の２倍の周波数
の波を発生させることを提案する。倍増した周波数にお
いて十分な出力を得るには、位相整合条件が非線形媒体
（ＮＬＭ）内で保証される波長において、レーザの発光
をブロックすると有利である。図２は、位相整合条件
が、スペクトルのアクセプタンスΔλのλ0aにおいて達
成される場合に、高調波出力（曲線２）に関連する変化
およびポンプ波（曲線１）に関連する変化の様子を、ポ
ンプ波長λωの関数として示す。
【００３５】これらの曲線は、ポンプ波が、周波数倍増
に関係する波長の点で、分光学的に選択性の高い減損を
受けることを示している。
に関係する波長の点で、分光学的に選択性の高い減損を
受けることを示している。
【００３６】レーザを好ましくはλ0aにおいて発光波長
にロックするには、位相整合条件に対応する正確なスペ
クトル・レンジを欠いた光信号を、該レーザに再注入す
ることによって行う。
にロックするには、位相整合条件に対応する正確なスペ
クトル・レンジを欠いた光信号を、該レーザに再注入す
ることによって行う。
【００３７】本発明を実施するための可能な構成の１つ
が図３に示されている。
が図３に示されている。
【００３８】レーザ、特にレーザ・ダイオード（ＤＬ）
は、波長λωのビームを発光する。このビームは、部分
的に周波数倍増され、ダイオードの発光波長がλ0aに近
い場合またはそれに等しい場合に、高調波を発生する。
二倍器（非線形媒体）の出力部において、二色性ミラー
（Ｍ1 ）により、媒体（ＮＬＭ）を通して、ポンプ出力
をレーザ・ダイオードに高い効率で送り返し、波長λ0a
／２で発生した光波を通過させ、次いでこれを入手困難
な周波数の光波（特に青色光源）として使用することが
可能である。レーザの発光が、位相整合条件が満足され
る波長λ0aに集中するほど、波長λ0a／２に集中する光
出力が大きくなる。
は、波長λωのビームを発光する。このビームは、部分
的に周波数倍増され、ダイオードの発光波長がλ0aに近
い場合またはそれに等しい場合に、高調波を発生する。
二倍器（非線形媒体）の出力部において、二色性ミラー
（Ｍ1 ）により、媒体（ＮＬＭ）を通して、ポンプ出力
をレーザ・ダイオードに高い効率で送り返し、波長λ0a
／２で発生した光波を通過させ、次いでこれを入手困難
な周波数の光波（特に青色光源）として使用することが
可能である。レーザの発光が、位相整合条件が満足され
る波長λ0aに集中するほど、波長λ0a／２に集中する光
出力が大きくなる。
【００３９】位相整合条件が実在する非線形媒体（ＮＬ
Ｍ）の場合、出力ミラー（Ｍ1 ）は、λ0a／２の高調波
およびλ0aの波について発生する位相シフトにおいて、
いくつかの条件を満足しなければならない。実際に、図
３に矢印（→）で示す送出方向では、周波数倍増作用を
もたらすポンプ波（λ0a）と高調波（λ0a／２）の間の
変換は、２φp0−φh0＝−π／２（１）が成り立つ。図
３に矢印（←）で示すいわゆる戻り方向においてこの周
波数倍増作用を保持するためには、ミラー（Ｍ1 ）が、
位相シフトφp およびφh が関係式２φp −φh ＝π
（２）を満足するように、これらのシフトをそれぞれポ
ンプ波および高調波上に導入しないことが必要である。
実際に、そのような場合、φp0とφh0の間の位相関係
は、関係式２φp0−φh0＝−π／２（３）となり、倍増
周波数における波の減損をもたらすパラメータ増幅は達
成されるが、周波数倍増作用は起こらない。所望の目的
は、できるかぎり小さいエネルギー準位をレーザ（また
はレーザ・ダイオード）に導入して、発光波長を波長λ
0aにロックすることである。
Ｍ）の場合、出力ミラー（Ｍ1 ）は、λ0a／２の高調波
およびλ0aの波について発生する位相シフトにおいて、
いくつかの条件を満足しなければならない。実際に、図
３に矢印（→）で示す送出方向では、周波数倍増作用を
もたらすポンプ波（λ0a）と高調波（λ0a／２）の間の
変換は、２φp0−φh0＝−π／２（１）が成り立つ。図
３に矢印（←）で示すいわゆる戻り方向においてこの周
波数倍増作用を保持するためには、ミラー（Ｍ1 ）が、
位相シフトφp およびφh が関係式２φp −φh ＝π
（２）を満足するように、これらのシフトをそれぞれポ
ンプ波および高調波上に導入しないことが必要である。
実際に、そのような場合、φp0とφh0の間の位相関係
は、関係式２φp0−φh0＝−π／２（３）となり、倍増
周波数における波の減損をもたらすパラメータ増幅は達
成されるが、周波数倍増作用は起こらない。所望の目的
は、できるかぎり小さいエネルギー準位をレーザ（また
はレーザ・ダイオード）に導入して、発光波長を波長λ
0aにロックすることである。
【００４０】位相整合条件が満足される非線形媒体（Ｎ
ＬＭ）の場合、このミラーが高調波を完全に伝達するこ
とが可能な完全なミラーでないとすれば、ミラー
（Ｍ1 ）によって導入される位相シフトφp およびφh
において、いくつかのケースが考えられる。
ＬＭ）の場合、このミラーが高調波を完全に伝達するこ
とが可能な完全なミラーでないとすれば、ミラー
（Ｍ1 ）によって導入される位相シフトφp およびφh
において、いくつかのケースが考えられる。
【００４１】φh ＝φp ＝０が成り立つ第１のケースで
は、ポンプの減損の作用は、戻り方向に進み、条件φが
往復方向で満足される。
は、ポンプの減損の作用は、戻り方向に進み、条件φが
往復方向で満足される。
【００４２】第２のケースでは、ミラー（Ｍ1 ）は、 φh ＝φp ＝±π または、φp ＝０かつφh ＝±π となるように位相シフトを導入する。
【００４３】その場合、戻り方向の相互作用の初めにポ
ンプの再増幅が起こる。このポンプの再増幅の結果、媒
体（ＮＬＭ）に送り返される高調波の減損が起こり、こ
の波の出力が非常に小さくなる。戻り方向に伝播中、こ
の減損の結果すぐに高調波がほとんど完全に消失するこ
とになる。この点以後は、この傾向が反転する。したが
って、周波数倍増が再開し、これはさらに予期されるポ
ンプの減損に寄与する。自然に発生し、大きな利点とな
るこの傾向の反転は、使用される位相整合技法が人工タ
イプ（ＱＡＰ）である場合にのみ起こる。この特別な場
合、ミラー（Ｍ1 ）によって導入される位相シフトφp
およびφh にかかわらず、ポンプの減損がいわゆる戻り
方向に生じ、したがって所望の波長へのレーザ（または
レーザ・ダイオード）のロックが可能になることに留意
されたい（これが重要な点である）。
ンプの再増幅が起こる。このポンプの再増幅の結果、媒
体（ＮＬＭ）に送り返される高調波の減損が起こり、こ
の波の出力が非常に小さくなる。戻り方向に伝播中、こ
の減損の結果すぐに高調波がほとんど完全に消失するこ
とになる。この点以後は、この傾向が反転する。したが
って、周波数倍増が再開し、これはさらに予期されるポ
ンプの減損に寄与する。自然に発生し、大きな利点とな
るこの傾向の反転は、使用される位相整合技法が人工タ
イプ（ＱＡＰ）である場合にのみ起こる。この特別な場
合、ミラー（Ｍ1 ）によって導入される位相シフトφp
およびφh にかかわらず、ポンプの減損がいわゆる戻り
方向に生じ、したがって所望の波長へのレーザ（または
レーザ・ダイオード）のロックが可能になることに留意
されたい（これが重要な点である）。
【００４４】これは、特に、例えば、その内部で相互作
用が生じる導波路を担持する基板の出力面上に誘電体を
配置するだけで、ミラーを設計し製造することが可能で
あることを意味する。
用が生じる導波路を担持する基板の出力面上に誘電体を
配置するだけで、ミラーを設計し製造することが可能で
あることを意味する。
【００４５】波長４１５ｎｍの青色光源に関連する応用
例 青色光源は、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓタイプのレーザ・
ダイオードの近赤外線ビーム（波長８６０ｎｍ）を周波
数倍増することによって得られる。このダイオードは、
周波数倍増コンポーネント（ＮＬＭ）内の光エネルギー
の結合を促進する、ただ１つの空間モードだけを示すと
考えられる。このコンポーネントは、一般に、プロトン
交換によりタンタル酸リチウム上にできる導波路であ
る。参考文献（K. Yamamoto, K. Mizuuchi, Y. Kitaoka
and M. Kato, “High power bluelight generation by
frequency doubling of a laser diode in a periodic
ally domain-inverted LiTaO3 waveguide ”，Applied
Phys. Letter 62 (21), pp. 2599, 2601, 24 May 199
3)は、周知の技法（特に、プロトン交換後、６００℃の
温度範囲における急速アニール）によって利用する非線
形係数を反転させることにより、回折格子によって擬位
相整合（ＱＡＰ）条件が実現される、このタイプのコン
ポーネントを記載している。そのような青色光源の一般
的な原理が図４に示されている。レーザ・ダイオード
（ＤＬ）は、光結合システム（ＯＣ）を通過する波長λ
0iのポンプ波を発光し、コンポーネント（ＮＬＭ）内に
つくられた導波路（Ｇ）内で、該ポンプ波の結合を可能
にする。コンポーネント（ＮＬＭ）の入射面（Ｆ1 ）
は、ポンプ波の波長で予め絶縁処理を施してある。コン
ポーネント（ＮＬＭ）の出射面（Ｆ2 ）は、部分的に予
め絶縁処理を施し、ポンプ波に対する反射率を高くし、
かつ高調波に対する透過率を高くして、ミラー（Ｍ1 ）
を形成してある。したがって、コンポーネント（ＮＬ
Ｍ）の出力部において、波長λ0a／２の青色光源（Ｓ
ｂ）を再生することが可能である。
例 青色光源は、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓタイプのレーザ・
ダイオードの近赤外線ビーム（波長８６０ｎｍ）を周波
数倍増することによって得られる。このダイオードは、
周波数倍増コンポーネント（ＮＬＭ）内の光エネルギー
の結合を促進する、ただ１つの空間モードだけを示すと
考えられる。このコンポーネントは、一般に、プロトン
交換によりタンタル酸リチウム上にできる導波路であ
る。参考文献（K. Yamamoto, K. Mizuuchi, Y. Kitaoka
and M. Kato, “High power bluelight generation by
frequency doubling of a laser diode in a periodic
ally domain-inverted LiTaO3 waveguide ”，Applied
Phys. Letter 62 (21), pp. 2599, 2601, 24 May 199
3)は、周知の技法（特に、プロトン交換後、６００℃の
温度範囲における急速アニール）によって利用する非線
形係数を反転させることにより、回折格子によって擬位
相整合（ＱＡＰ）条件が実現される、このタイプのコン
ポーネントを記載している。そのような青色光源の一般
的な原理が図４に示されている。レーザ・ダイオード
（ＤＬ）は、光結合システム（ＯＣ）を通過する波長λ
0iのポンプ波を発光し、コンポーネント（ＮＬＭ）内に
つくられた導波路（Ｇ）内で、該ポンプ波の結合を可能
にする。コンポーネント（ＮＬＭ）の入射面（Ｆ1 ）
は、ポンプ波の波長で予め絶縁処理を施してある。コン
ポーネント（ＮＬＭ）の出射面（Ｆ2 ）は、部分的に予
め絶縁処理を施し、ポンプ波に対する反射率を高くし、
かつ高調波に対する透過率を高くして、ミラー（Ｍ1 ）
を形成してある。したがって、コンポーネント（ＮＬ
Ｍ）の出力部において、波長λ0a／２の青色光源（Ｓ
ｂ）を再生することが可能である。
【００４６】非線形媒体（ＮＬＭ）の構成材料（Ｌi Ｔ
ａＯ3 ）およびポンプ波長（８６０ｎｍ）を仮定すれ
ば、擬位相整合（ＱＡＰ）条件が満足される周期は、
３．９５μｍである。前述の参考文献に記載されている
周波数倍増の実験的な効率は、標準化した値で２３０％
／Ｗ．ｃｍ2 以上の効率に対応する。この効率（ポンプ
波の減損が無視できない場合は、無意味である）は、二
倍器の出力部において測定した高調波を、二倍器に結合
されたポンプ波の２乗および相互作用長の２乗で割れば
得られる。周知の技法で実際に利用できるこの変換効率
から始めて、ダイオードに再注入する際のポンプ波の減
損、ならびにミラー（Ｍ1 ）の出力部において倍増周波
数にしたい出力を評価することが可能である。
ａＯ3 ）およびポンプ波長（８６０ｎｍ）を仮定すれ
ば、擬位相整合（ＱＡＰ）条件が満足される周期は、
３．９５μｍである。前述の参考文献に記載されている
周波数倍増の実験的な効率は、標準化した値で２３０％
／Ｗ．ｃｍ2 以上の効率に対応する。この効率（ポンプ
波の減損が無視できない場合は、無意味である）は、二
倍器の出力部において測定した高調波を、二倍器に結合
されたポンプ波の２乗および相互作用長の２乗で割れば
得られる。周知の技法で実際に利用できるこの変換効率
から始めて、ダイオードに再注入する際のポンプ波の減
損、ならびにミラー（Ｍ1 ）の出力部において倍増周波
数にしたい出力を評価することが可能である。
【００４７】以下の数値データに基づいて、次の値が得
られる。
られる。
【００４８】−ＱＡＰの波長λ0a：８６０ｎｍ −使用されるポンプのＰω, 0 の出力：１００ｍＷ −変換効率（倍増）：２３０％／Ｗ．ｃｍ2 （反射係数
が以下の値であるミラーについて） Ｒ2 ω＝０．０１（高調波について） Ｒω＝０．９（ポンプ波について） 次の表は、相互作用長Ｌの関数として決定したもので、
ポンプの減損（周波数ωでレーザに再注入される出力に
対応するＲω．Ｐω）、ならびにミラーＭ1 の出力部に
おいて周波数２ωで発生する出力を示す。
が以下の値であるミラーについて） Ｒ2 ω＝０．０１（高調波について） Ｒω＝０．９（ポンプ波について） 次の表は、相互作用長Ｌの関数として決定したもので、
ポンプの減損（周波数ωでレーザに再注入される出力に
対応するＲω．Ｐω）、ならびにミラーＭ1 の出力部に
おいて周波数２ωで発生する出力を示す。
【００４９】
【表１】
【図１】以下のケースにおける相互作用の関数としての
高調波出力の経過を示す図である。 ａ）位相不整合 ｂ）完全な位相整合 ｃ）擬位相整合
高調波出力の経過を示す図である。 ａ）位相不整合 ｂ）完全な位相整合 ｃ）擬位相整合
【図２】ポンプ波（曲線１）および高調波（曲線２）に
ついて、ポンプ波長の関数としての出力の経過を示す図
である。
ついて、ポンプ波長の関数としての出力の経過を示す図
である。
【図３】可能な構成例における本発明の原理の概略図で
ある。
ある。
【図４】導波光学系において実施された本発明による光
源の例を示す図である。
源の例を示す図である。
フロントページの続き (72)発明者 エリツク・ラリエ フランス国、92300・ルバロワ・ペレ、リ ユ・エドウアール・バイヨン、63 (72)発明者 テイエリイ・ドウビユイスシエール フランス国、91400・オルセ、リユエル・ ソルヌ、７・ビス
Claims (12)
- 【請求項１】 波長λ0iの範囲の入射波を発光するレー
ザと非線形媒体（ＮＬＭ）とを備えるコンパクト光源に
おいて、 第１に入射波によって生成される非線形分極と、第２に
この分極によって生成される高調波の間の伝播定数の差
を打ち消すまたは補償することを可能にする位相整合条
件が、媒体（ＮＬＭ）において、λ0iの１組の値に属す
る波長λ0aで達成され、 該光源が二色性ミラーＭ1 も含んでおり、媒体（ＮＬ
Ｍ）がレーザと該ミラーの間に入るように配置され、該
ミラーが、光波をレーザに再注入するように、波長λ0i
において反射率が高く、波長λ0i／２において透過率が
高くなっており、波長λ0aにおけるレーザのエネルギー
準位が、波長λ0i≠λ0aにおけるエネルギー準位に対し
てかなり低くなっていることを特徴とする光源。 - 【請求項２】 レーザがレーザ・ダイオードであること
を特徴とする、請求項１に記載のコンパクト光源。 - 【請求項３】 入射波によって生成される非線形分極と
入射波との間の伝播定数の差を打ち消すことを可能にす
る位相整合条件が、媒体（ＮＬＭ）の複屈折によって実
現されることを特徴とする、請求項１または２に記載の
コンパクト光源。 - 【請求項４】 ２φp0−φh0≠±π／が成り立つよう
に、二色性ミラーが、位相シフトφh を高調波上に、位
相シフトφp をポンプ波上に導入することを特徴とす
る、請求項３に記載の光源。 - 【請求項５】 入射波によって生成される非線形分極と
入射波との間に生じる伝播定数の差を補償することを可
能にする位相整合条件が、生成される非線形分極と高調
波との間の非線形相互作用において役目を果たす非線形
媒体（ＮＬＭ）の物理パラメータの周期的空間変調によ
って実現されることを特徴とする、請求項１または２に
記載のコンパクト光源。 - 【請求項６】 周期的変調パラメータが、非線形係数ｄ
33であることを特徴とする、請求項５に記載のコンパク
ト光源。 - 【請求項７】 非線形媒体（ＮＬＭ）が導波路であるこ
とを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載
のコンパクト光源。 - 【請求項８】 λ0aが４３０ｎｍに近く、レーザが近赤
外領域（８６０ｎｍ付近）で発光することを特徴とす
る、請求項１から７のいずれか一項に記載のコンパクト
光源。 - 【請求項９】 媒体（ＮＬＭ）がタンタル酸リチウム
（Ｌi ＴａＯ3 ）であることを特徴とする、請求項１か
ら８のいずれか一項に記載のコンパクト光源。 - 【請求項１０】 媒体（ＮＬＭ）がリン酸カリウムまた
はリン酸チタン・タイプ（ＫＴＰ）であることを特徴と
する、請求項１から８のいずれか一項に記載のコンパク
ト光源。 - 【請求項１１】 媒体（ＮＬＭ）がニオブ酸リチウム
（Ｌi ＮｂＯ3 ）であることを特徴とする、請求項１か
ら８のいずれか一項に記載のコンパクト光源。 - 【請求項１２】 ミラーが、媒体（ＮＬＭ）に組み込ま
れた誘電体層を少なくとも１つ有することを特徴とす
る、請求項１から１１のいずれか一項に記載のコンパク
ト光源。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9411376A FR2725081B1 (fr) | 1994-09-23 | 1994-09-23 | Source optique compacte, basee sur le doublage de frequence d'un laser et auto-stabilisee par depeuplement de la pompe |
| FR9411376 | 1994-09-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08304864A true JPH08304864A (ja) | 1996-11-22 |
Family
ID=9467214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7244375A Pending JPH08304864A (ja) | 1994-09-23 | 1995-09-22 | レーザの周波数倍増に基づくポンプの減損による自己安定化コンパクト光源 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5615042A (ja) |
| EP (1) | EP0703648A1 (ja) |
| JP (1) | JPH08304864A (ja) |
| FR (1) | FR2725081B1 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100351670C (zh) * | 1995-06-02 | 2007-11-28 | 松下电器产业株式会社 | 激光投影装置 |
| US6259713B1 (en) | 1997-12-15 | 2001-07-10 | The University Of Utah Research Foundation | Laser beam coupler, shaper and collimator device |
| US5995289A (en) * | 1997-12-15 | 1999-11-30 | The University Of Utah Research Foundation | Laser beam coupler, shaper and collimator |
| US6711183B1 (en) | 1998-05-18 | 2004-03-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical wavelength conversion device, coherent light generator, and optical information processing apparatus |
| FR2784185B1 (fr) | 1998-10-06 | 2001-02-02 | Thomson Csf | Dispositif pour l'harmonisation entre une voie d'emission laser et une voie passive d'observation |
| FR2796211B1 (fr) | 1999-07-09 | 2001-10-12 | Thomson Csf | Cavite optique instable pour faisceau laser |
| FR2811148B1 (fr) | 2000-06-30 | 2006-07-21 | Thomson Csf | Laser pompe et milieu laser optimise |
| FR2816780B1 (fr) * | 2000-11-10 | 2003-01-31 | Thomson Csf | Procede et systeme de transmission par cryptographie quantique |
| US20110150013A1 (en) * | 2009-12-17 | 2011-06-23 | Coherent, Inc. | Resonant pumping of thin-disk laser with an optically pumped external-cavity surface-emitting semiconductor laser |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5060233A (en) * | 1989-01-13 | 1991-10-22 | International Business Machines Corporation | Miniature blue-green laser source using second-harmonic generation |
| FR2647973B1 (fr) * | 1989-05-30 | 1991-08-16 | Thomson Csf | Lasers de puissance pompes par diodes lasers |
| FR2648962B1 (fr) * | 1989-06-23 | 1994-09-09 | Thomson Csf | Structure d'illumination d'un barreau laser, a sources optiques defocalisees |
| FR2649536B1 (fr) * | 1989-07-04 | 1994-07-22 | Thomson Csf | Detecteur d'ondes electromagnetiques |
| FR2649833A1 (fr) * | 1989-07-11 | 1991-01-18 | Thomson Csf | Source laser de puissance accordable |
| FR2652685B1 (fr) * | 1989-10-03 | 1991-12-06 | Thomson Csf | Source laser de puissance a commande optique de balayage de faisceau. |
| FR2655486B1 (fr) * | 1989-12-01 | 1994-08-26 | Thomson Csf | Dispositif laser a longueur d'onde elevee. |
| FR2655461B1 (fr) * | 1989-12-01 | 1992-11-27 | Thomson Csf | Source optique miniature et procede de realisation. |
| FR2660493A1 (fr) * | 1990-03-30 | 1991-10-04 | Thomson Csf | Dispositif laser a changeur de frequence integre de facon monolithique. |
| FR2661784B1 (fr) * | 1990-05-02 | 1992-07-03 | Thomson Csf | Laser de puissance a miroir actif. |
| JP2685969B2 (ja) * | 1990-08-29 | 1997-12-08 | 沖電気工業株式会社 | 第２高調波発生装置 |
| FR2666699A1 (fr) * | 1990-09-11 | 1992-03-13 | Thomson Csf | Laser a guides optiques couples. |
| FR2667207B1 (fr) * | 1990-09-21 | 1993-06-25 | Thomson Csf | Convertisseur de frequences lumineuses. |
| FR2671237B1 (fr) * | 1990-12-28 | 1995-03-31 | Thomson Csf | Laser solide de grande energie. |
| JP2849233B2 (ja) * | 1991-05-15 | 1999-01-20 | 富士写真フイルム株式会社 | バルク型共振器構造の光波長変換装置 |
| FR2681737A1 (fr) * | 1991-09-24 | 1993-03-26 | Thomson Csf | Source monofrequence de puissance a fibre optique. |
| US5202891A (en) * | 1991-12-23 | 1993-04-13 | State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University | Nonlinear optical material |
| FR2686431A1 (fr) * | 1992-01-21 | 1993-07-23 | Thomson Csf | Doubleur de frequence optique utilisant des structures quantiques semiconductrices. |
| US5301059A (en) * | 1992-03-03 | 1994-04-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Short-wavelength light generating apparatus |
| JP3052651B2 (ja) * | 1992-06-17 | 2000-06-19 | 松下電器産業株式会社 | 短波長光源 |
-
1994
- 1994-09-23 FR FR9411376A patent/FR2725081B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-09-15 US US08/529,175 patent/US5615042A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-09-19 EP EP95402100A patent/EP0703648A1/fr not_active Ceased
- 1995-09-22 JP JP7244375A patent/JPH08304864A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US5615042A (en) | 1997-03-25 |
| FR2725081B1 (fr) | 1996-11-15 |
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