JPH0927648A - Summed frequency laser - Google Patents
Summed frequency laserInfo
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- JPH0927648A JPH0927648A JP17374995A JP17374995A JPH0927648A JP H0927648 A JPH0927648 A JP H0927648A JP 17374995 A JP17374995 A JP 17374995A JP 17374995 A JP17374995 A JP 17374995A JP H0927648 A JPH0927648 A JP H0927648A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光記録や通信、計測等
の光源として好適に用いられ、波長の異なる2つのレー
ザ光を混合させて和周波を発生することで、より短波長
で高速変調が可能な光源を実現できる和周波レーザ装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is preferably used as a light source for optical recording, communication, measurement and the like, and by mixing two laser beams having different wavelengths to generate a sum frequency, a shorter wavelength and a higher speed are obtained. The present invention relates to a sum frequency laser device that can realize a light source that can be modulated.
【0002】[0002]
【従来の技術】GaAlAsレーザ等の半導体レーザを
用いて、Nd:YAGから成るレーザ媒質をポンピング
するように構成された固体レーザは従来から知られてい
る。ところが、このような半導体レーザ励起固体レーザ
の波長は、光記憶装置用の光源や短波長のコヒーレント
光源として使用するには未だ長すぎる。2. Description of the Related Art A solid-state laser configured to pump a laser medium made of Nd: YAG using a semiconductor laser such as a GaAlAs laser has been known. However, the wavelength of such a semiconductor laser pumped solid-state laser is still too long to be used as a light source for an optical storage device or a short wavelength coherent light source.
【0003】より短波長のレーザ光を得るために、共振
器内に固体レーザ媒質とレーザ発振光を波長変換する非
線形光学材料から成るバルク結晶とを配置して、固体レ
ーザ発振光を第2高調波に変換することによって、短波
長の出力光を得る方法も知られている。たとえば、N
d:YAGから成るレーザ媒質と燐酸チタニルカリウム
KTiOPO4 (略称KTP)から成る非線形光学結晶
との組合せによって、波長1064nmのレーザ発振光
を波長532nmへ波長変換して出力することができ
る。In order to obtain a laser beam of a shorter wavelength, a solid laser medium and a bulk crystal made of a nonlinear optical material for wavelength-converting the laser oscillation light are arranged in the resonator to make the solid laser oscillation light the second harmonic. A method of obtaining output light having a short wavelength by converting it into a wave is also known. For example, N
By combining a laser medium made of d: YAG and a non-linear optical crystal made of potassium titanyl phosphate KTiOPO 4 (abbreviated as KTP), it is possible to wavelength-convert laser oscillation light having a wavelength of 1064 nm and output it.
【0004】また、こうしたグリーン光からより短波長
のブルーグリーン光を得るために、Nd:YAGから成
るレーザ媒質とKNbO3 から成る非線形光学結晶との
組合せによって、波長946nmのレーザ発振光を波長
473nmへ波長変換した例も報告されている。Further, in order to obtain shorter wavelength blue-green light from such green light, laser oscillation light of wavelength 946 nm is converted into laser oscillation light of wavelength 473 nm by a combination of a laser medium made of Nd: YAG and a nonlinear optical crystal made of KNbO 3. An example in which the wavelength is converted to is also reported.
【0005】しかしながら、このような共振器内に固体
レーザ媒質と第2次高調波(SHG)発生素子を配置し
た固体レーザ装置は、直接変調ができない。そのため光
ディスク記録等の光源として使用する場合には、外部に
光変調器を別途用意する必要がある。However, the solid-state laser device in which the solid-state laser medium and the second harmonic (SHG) generating element are arranged in such a resonator cannot directly modulate. Therefore, when it is used as a light source for optical disk recording or the like, it is necessary to separately prepare an optical modulator externally.
【0006】一方、直接変調可能な固体レーザ装置とし
て、第1基本波を発生するレーザ共振器内に波長の異な
るレーザ光を第2基本波として共振器外部から導入し
て、共振器内の非線形光学素子で混合させて和周波光を
発生させる和周波レーザ装置も従来から知られている。On the other hand, as a solid-state laser device capable of direct modulation, laser light having different wavelengths is introduced as a second fundamental wave from the outside of the cavity into a laser cavity for generating a first fundamental wave, and nonlinearity in the cavity is generated. A sum frequency laser device that generates sum frequency light by mixing with an optical element has been conventionally known.
【0007】上述のような第2次高調波発生や和周波発
生のプロセスでは、変換効率向上のために、非線形光学
素子での位相整合条件を満足させる必要がある(特開昭
64−62621号)。In the process of the second harmonic generation and the sum frequency generation as described above, it is necessary to satisfy the phase matching condition in the non-linear optical element in order to improve the conversion efficiency (Japanese Patent Laid-Open No. 64-62621). ).
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従来の和周波レーザ装
置では、2〜3本の縦モードから成るマルチモード(ス
ペクトル幅2〜5Å)のレーザ発振が発生する。そのた
め基本波のスペクトルを反映して、出力される和周波光
のスペクトルも多モードになって単色性が損なわれてし
まう。In the conventional sum frequency laser device, laser oscillation of multimode (spectral width 2 to 5Å) consisting of 2 to 3 longitudinal modes is generated. Therefore, the spectrum of the output sum-frequency light reflects the spectrum of the fundamental wave, and the monochromaticity is impaired.
【0009】図13は、和周波レーザ装置が出力する和
周波光のスペクトルの一例を示すグラフである。ここで
は、レーザ媒質としてNd:YVO4 、非線形光学結晶
としてa軸−KNbO3 を使用し、半導体レーザを用い
て波長809nm、出力1Wのポンピング光でレーザ媒
質を励起して、波長1064nmのレーザ発振スペクト
ルを測定している。グラフを見ると、縦モード間隔が約
2Åで、全部で4本の縦モードから成るマルチモード発
振であることが判る。したがって、こうしたマルチモー
ドのレーザ発振光を和周波発生の基本波として使用する
と、和周波光スペクトルも同様に4本の縦モードから成
るマルチモードになる。FIG. 13 is a graph showing an example of the spectrum of the sum frequency light output from the sum frequency laser device. Here, Nd: YVO 4 is used as the laser medium, a-axis-KNbO 3 is used as the nonlinear optical crystal, the laser medium is excited by pumping light with a wavelength of 809 nm and an output of 1 W using a semiconductor laser, and laser oscillation with a wavelength of 1064 nm is performed. The spectrum is being measured. From the graph, it can be seen that the longitudinal mode interval is about 2Å, and the multi-mode oscillation consists of four longitudinal modes in total. Therefore, when such multi-mode laser oscillation light is used as the fundamental wave for sum frequency generation, the sum frequency light spectrum also becomes a multi mode composed of four longitudinal modes.
【0010】計測用や通信用などの用途では、短波長で
かつ単一縦モードが要求されることが多く、上述のよう
なマルチモードの和周波光では応用分野が限定されてし
まう。さらに、固体レーザのマルチモード発振は、光の
単色性の問題だけでなく、下記のような問題がある。In applications such as measurement and communication, a short wavelength and a single longitudinal mode are often required, and the application field is limited by the multimode sum frequency light as described above. Further, the multimode oscillation of the solid-state laser has not only the problem of monochromaticity of light but also the following problems.
【0011】1)和周波光の高出力化を図る目的で、レ
ーザ媒質を励起する光パワー密度を集中させた場合、レ
ーザ媒質中に温度分布が生じて、波長に対するレーザゲ
イン分布が広がってしまう。そのため発振縦モードの数
も増加して変換効率が低下するという現象が出てくる。
特に、和周波発生用の非線形光学結晶としてKNbO3
を使用した場合、波長許容度が狭い結晶であるため、発
振波長の帯域が広がるほど変換効率が急激に低下する。1) When the optical power density for exciting the laser medium is concentrated for the purpose of increasing the output of the sum frequency light, a temperature distribution is generated in the laser medium and the laser gain distribution with respect to the wavelength is widened. . Therefore, the number of oscillation longitudinal modes also increases and the conversion efficiency decreases.
In particular, KNbO 3 is used as a nonlinear optical crystal for sum frequency generation.
When the crystal is used, since the crystal has a narrow wavelength tolerance, the conversion efficiency sharply decreases as the band of the oscillation wavelength broadens.
【0012】2)固体レーザが縦マルチモードで発振す
ると、何らかの擾乱によって縦モード間のモードホッピ
ングが生じて、和周波光の出力が変動してしまう。2) When the solid-state laser oscillates in the longitudinal multi-mode, some kind of disturbance causes mode hopping between the longitudinal modes, and the output of the sum frequency light fluctuates.
【0013】本発明の目的は、固体レーザのレーザ発振
を単一縦モードにして、和周波発生の変換効率を向上さ
せ、モードホッピングによる出力変動を抑制することが
できる和周波レーザ装置を提供することである。An object of the present invention is to provide a sum frequency laser device in which laser oscillation of a solid-state laser is set to a single longitudinal mode to improve conversion efficiency of sum frequency generation, and output fluctuation due to mode hopping can be suppressed. That is.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の光学素
子が介在し、当該光学素子のうち1つがレーザ媒質であ
って、当該光学素子のうち少なくとも2つが複屈折光学
素子である光共振器と、前記レーザ媒質を励起するため
のポンピング光を放射する第1光源と、前記光共振器の
発振波長とは異なる波長のレーザ光を前記光共振器内に
供給する第2光源と、前記複屈折光学素子のうちの第1
複屈折光学素子で生じるビームウォークオフによって分
離される2つの偏光光軸のうち一方の光軸をもって前記
光共振器の光軸を形成したことを特徴とする和周波レー
ザ装置である。 また本発明は、前記光共振器は直線型であって、当該光
共振器を構成する反射鏡のうち少なくとも1つは曲面鏡
であり、第1複屈折光学素子以外の第2複屈折光学素子
と当該曲面鏡と間に、第1複屈折光学素子が配置されて
いることを特徴とする。 また本発明は、複数の光学素子が介在し、当該光学素子
のうち1つがレーザ媒質であって、当該光学素子のうち
少なくとも2つが複屈折光学素子であって、当該光学素
子のうち少なくとも1つが偏光素子である光共振器と、
前記レーザ媒質を励起するためのポンピング光を放射す
る第1光源と、前記光共振器の発振波長とは異なる波長
のレーザ光を前記光共振器内に供給する第2光源と、前
記複屈折光学素子の何れか一方は和周波発生用の非線形
光学素子であって、前記複屈折光学素子および前記偏光
素子が波長弁別機能を有することを特徴とする和周波レ
ーザ装置である。 また本発明は、前記光共振器は屈曲型であって、前記偏
光素子は反射率が偏光依存性を有する反射ミラーであ
り、前記レーザ媒質と前記非線形光学素子との間に当該
反射ミラーが介在していることを特徴とする。 また本発明は、前記偏光素子は偏光ビームスプリッタで
あることを特徴とする。 また本発明は、前記偏光素子はブリュースタ板であっ
て、前記レーザ媒質と前記非線形光学素子との間にブリ
ュースタ板が介在していることを特徴とする。 また本発明は、前記偏光素子は、ブリュースタ角にカッ
トされた非線形光学素子の端面に形成されていることを
特徴とする。 また本発明は、前記レーザ媒質は、複屈折性を有するこ
とを特徴とする。 また本発明は、前記レーザ媒質は、Nd:YVO4 で形
成されていることを特徴とする。 また本発明は、前記非線形光学素子は、KNbO3 で形
成されていることを特徴とする。 また本発明は、前記第1および第2光源は、半導体レー
ザであることを特徴とする。According to the present invention, there are provided a plurality of optical elements, one of which is a laser medium, and at least two of which are birefringent optical elements. A first light source that emits pumping light for exciting the laser medium, a second light source that supplies laser light having a wavelength different from the oscillation wavelength of the optical resonator into the optical resonator, First of the birefringent optical elements
The sum frequency laser device is characterized in that the optical axis of the optical resonator is formed by one of the two polarization optical axes separated by the beam walk-off generated in the birefringent optical element. According to the present invention, the optical resonator is a linear type, and at least one of the reflecting mirrors constituting the optical resonator is a curved mirror, and the second birefringent optical element other than the first birefringent optical element. And the curved mirror, the first birefringent optical element is arranged. Further, according to the present invention, a plurality of optical elements are interposed, one of the optical elements is a laser medium, at least two of the optical elements are birefringent optical elements, and at least one of the optical elements is An optical resonator that is a polarizing element,
A first light source that emits pumping light for exciting the laser medium; a second light source that supplies laser light having a wavelength different from the oscillation wavelength of the optical resonator into the optical resonator; and the birefringent optics One of the elements is a non-linear optical element for generating a sum frequency, and the birefringent optical element and the polarization element have a wavelength discriminating function. According to the present invention, the optical resonator is a bent type, the polarization element is a reflection mirror having reflectance dependent on polarization, and the reflection mirror is interposed between the laser medium and the nonlinear optical element. It is characterized by doing. Further, the invention is characterized in that the polarizing element is a polarizing beam splitter. Further, the invention is characterized in that the polarizing element is a Brewster plate, and a Brewster plate is interposed between the laser medium and the nonlinear optical element. Further, the present invention is characterized in that the polarizing element is formed on an end face of a nonlinear optical element cut at a Brewster angle. Further, the present invention is characterized in that the laser medium has birefringence. Further, the present invention is characterized in that the laser medium is made of Nd: YVO 4 . Further, the present invention is characterized in that the nonlinear optical element is made of KNbO 3 . Further, the invention is characterized in that the first and second light sources are semiconductor lasers.
【0015】[0015]
【作用】本発明に従えば、非線形光学素子として機能す
る第1複屈折光学素子において、光の波数ベクトルの方
向とポインティングベクトルの方向が互いに異なるビー
ムウォークオフが生じている。このビームウォークオフ
によって分離される2つの偏光光軸のうち一方の光軸の
みをもって光共振器の光軸を形成することによって、残
りの偏光光軸に関する共振損失が大きくる。したがっ
て、偏光モードによる発振モードの差別化が可能にな
り、共振器内の単一縦モード発振が実現し、しかも縦モ
ードホッピングに起因する出力変動を抑制することがで
きる。According to the present invention, in the first birefringent optical element functioning as a nonlinear optical element, beam walk-off occurs in which the direction of the wave vector of light and the direction of the pointing vector are different from each other. By forming the optical axis of the optical resonator with only one of the two polarized optical axes separated by the beam walk-off, the resonance loss with respect to the remaining polarized optical axes becomes large. Therefore, the oscillation modes can be differentiated by the polarization mode, the single longitudinal mode oscillation in the resonator can be realized, and the output fluctuation due to the longitudinal mode hopping can be suppressed.
【0016】以下詳細に説明する。図1は本発明の原理
を示すものであり、図1(a)は光共振器25の構成
図、図1(b)は各素子の配置を示す斜視図である。光
共振器25は、複屈折性を有するレーザ媒質23と、ビ
ームウォークオフを生じる非線形光学素子24と、反射
面が凹面である出力ミラー41とで構成されおり、光共
振器25内でのレーザ発振光が第1基本波となる。The details will be described below. 1A and 1B show the principle of the present invention. FIG. 1A is a configuration diagram of an optical resonator 25, and FIG. 1B is a perspective view showing the arrangement of each element. The optical resonator 25 includes a laser medium 23 having birefringence, a nonlinear optical element 24 that causes beam walk-off, and an output mirror 41 having a concave reflecting surface. The oscillated light becomes the first fundamental wave.
【0017】さらに、外部から第2基本波として光共振
器25のレーザ発振波長とは異なる波長を有する第2の
レーザ光31を導入して、非線形光学素子24の中で第
1基本波と第2基本波とが混合すると和周波光が発生す
る。Further, a second laser light 31 having a wavelength different from the laser oscillation wavelength of the optical resonator 25 is introduced as a second fundamental wave from the outside, and the first fundamental wave and the first fundamental wave in the nonlinear optical element 24 are introduced. When the two fundamental waves are mixed, sum frequency light is generated.
【0018】非線形光学素子24はオフカットの結晶で
あり、この中を光ビームが通過すると偏光方向に応じて
ビームウォークオフが生じ、これによって2つの偏光光
軸1、1aに分離される。図1では、シフトした方の偏
光光軸1aのみで光共振器25の光軸を構成するように
出力ミラー41を配置している。The non-linear optical element 24 is an off-cut crystal, and when a light beam passes through it, beam walk-off occurs depending on the polarization direction, whereby it is separated into two polarization optical axes 1, 1a. In FIG. 1, the output mirror 41 is arranged so that only the shifted polarization optical axis 1a constitutes the optical axis of the optical resonator 25.
【0019】レーザ媒質23および非線形光学素子24
の各配置は、図1(b)に示すように、非線形光学素子
24のレーザ媒質側の表面24aにおいて光軸に垂直な
x軸およびy軸をとると、レーザ媒質23は複屈折性を
有し、その偏光軸であるa軸およびc軸は光軸に垂直な
平面内にあって、x軸に対してそれぞれα=45°で交
差する角度に配置される。Laser medium 23 and nonlinear optical element 24
1B, when the x axis and the y axis perpendicular to the optical axis are taken on the surface 24a of the nonlinear optical element 24 on the laser medium side, the laser medium 23 has birefringence. The polarization axes a and c are in a plane perpendicular to the optical axis and are arranged at angles intersecting the x axis at α = 45 °.
【0020】こうした配置におけるレーザ発振について
考察する。まず非線形光学素子24の表面24aを起点
としてy軸に平行な直線偏光の光がレーザ媒質23に向
かって進行したと仮定すると、レーザ媒質23を通過し
て、たとえば表面23aで反射して再び非線形光学素子
24の表面24aに戻ったとき、光共振器内の縦モード
の偏光状態はレーザ媒質23のリターデーションによる
位相差δがmπ(但しmは整数、πは円周率)となる縦
モードについてはy軸と平行な直線偏光になる。一方、
δ≠mπとなる縦モードの偏光については、楕円の長軸
がx軸またはy軸に一致する楕円偏光となる。Consider the laser oscillation in such an arrangement. First, assuming that linearly polarized light parallel to the y-axis from the surface 24a of the nonlinear optical element 24 as a starting point travels toward the laser medium 23, it passes through the laser medium 23, is reflected by the surface 23a, and is nonlinear again. When returning to the surface 24a of the optical element 24, the polarization state of the longitudinal mode in the optical resonator is such that the phase difference δ due to the retardation of the laser medium 23 is mπ (where m is an integer and π is a circular constant). Is linearly polarized light parallel to the y-axis. on the other hand,
The longitudinal mode polarized light with δ ≠ mπ is elliptically polarized light in which the major axis of the ellipse coincides with the x axis or the y axis.
【0021】このような偏光状態を持つ光が引き続き伝
搬して非線形光学素子24を通過するとき、ビームウォ
ークオフが生じて2つの偏光光軸に分離され、一方の光
軸1については光共振器25の光軸が形成されていない
ために、x軸成分が存在する縦モードの共振損失は大き
くなる。しかし、y軸に平行な偏光モードを持つ縦モー
ドは光共振器25の光軸1aに沿って伝搬するため、共
振損失の影響を受けない。したがって、y軸に平行な偏
光モード以外の縦モードは、共振損失によって発振が抑
制されるため、単一縦モードのレーザ発振が可能にな
る。When light having such a polarization state continues to propagate and passes through the nonlinear optical element 24, beam walk-off occurs and the light is split into two polarization optical axes, and one optical axis 1 has an optical resonator. Since 25 optical axes are not formed, the resonance loss of the longitudinal mode in which the x-axis component exists becomes large. However, since the longitudinal mode having the polarization mode parallel to the y-axis propagates along the optical axis 1a of the optical resonator 25, it is not affected by the resonance loss. Therefore, oscillation in longitudinal modes other than the polarization mode parallel to the y-axis is suppressed by resonance loss, so that laser oscillation in a single longitudinal mode is possible.
【0022】この状態で外部からレーザ発振波長とは異
なる波長を持つ第2のレーザ光を非線形光学素子24に
導入することによって、和周波光を発生させることがで
きる。その際、第2のレーザ光も単一縦モード発振であ
れば、出力安定性および単色性に優れた単一縦モードの
和周波光を得ることができる。In this state, sum frequency light can be generated by externally introducing a second laser light having a wavelength different from the laser oscillation wavelength into the nonlinear optical element 24. At that time, if the second laser light is also a single longitudinal mode oscillation, a single longitudinal mode sum frequency light excellent in output stability and monochromaticity can be obtained.
【0023】この場合、非線形光学素子24においてビ
ームウォークオフを発生させる必要があるため、位相整
合を満足する結晶方位は結晶軸方向からずれた方向であ
る、いわゆる臨界型位相整合(非90°位相整合)が成
立する必要がある。In this case, since it is necessary to generate a beam walk-off in the nonlinear optical element 24, the crystal orientation satisfying the phase matching is a direction deviated from the crystal axis direction, that is, a so-called critical type phase matching (non-90 ° phase). (Matching) must be established.
【0024】一方、非線形光学素子24がその結晶軸方
向と一致する、いわゆる非臨界型位相整合を行う場合に
は、非線形光学素子24ではビームウォークオフが生じ
ない。そのため、図2に示すように、非線形光学素子2
4と出力ミラー41との間に別の複屈折光学素子BRを
介在させ、この複屈折光学素子BRでビームウォークオ
フを発生させて2つの偏光光軸1、1aに分離してい
る。On the other hand, when the non-linear optical element 24 performs so-called non-critical phase matching in which the non-linear optical element 24 is aligned with the crystal axis direction, beam walk-off does not occur in the non-linear optical element 24. Therefore, as shown in FIG.
4 and the output mirror 41, another birefringent optical element BR is interposed, and a beam walk-off is generated by this birefringent optical element BR to separate the two polarization optical axes 1, 1a.
【0025】このように光共振器25内に介在する複数
の光学素子のうち、何れか1つがビームウォークオフを
発生させる複屈折性を備えていればよく、そうした複屈
折光学素子がたとえばレーザ媒質23または非線形光学
素子24と兼用していてもよく、その他の複屈折光学素
子BRであっても構わない。As described above, it is sufficient that any one of the plurality of optical elements interposed in the optical resonator 25 has a birefringence property for generating a beam walk-off, and such a birefringence optical element is, for example, a laser medium. 23 or the non-linear optical element 24 may also be used, or another birefringent optical element BR may be used.
【0026】図3は、本発明の他の原理を示す説明図で
ある。光共振器25は、レーザ媒質23と、非線形光学
素子24と、反射面が凹面である出力ミラー41と、レ
ーザ媒質23と非線形光学素子24との間に介在する反
射ミラー40で構成されている。ここでレーザ媒質は複
屈折を有するもので、たとえばNd:YVO4 などであ
る。反射ミラー40は、偏光方向によって反射率が異な
る偏光依存性を有し、光共振器25をたとえば90°に
折り曲げた屈曲型の共振器構造を形成している。FIG. 3 is an explanatory diagram showing another principle of the present invention. The optical resonator 25 includes a laser medium 23, a non-linear optical element 24, an output mirror 41 having a concave reflecting surface, and a reflecting mirror 40 interposed between the laser medium 23 and the non-linear optical element 24. . Here, the laser medium has a birefringence and is, for example, Nd: YVO 4 . The reflection mirror 40 has a polarization dependency in which the reflectance differs depending on the polarization direction, and forms a bent resonator structure in which the optical resonator 25 is bent at 90 °, for example.
【0027】図4は、反射ミラー40の透過率の偏光依
存性および波長依存性の一例を示すグラフである。横軸
は波長、縦軸は透過率で示し、入射光と反射光が90°
の角度を成す場合である。この例では、光共振器25の
発振波長が1064nmである場合、S偏光(入射光と
反射光を含む平面に垂直)の反射率は99.9%(透過
率0.01%)、P偏光(該平面に平行)の透過率は9
0%以上に設計できることが判る。FIG. 4 is a graph showing an example of the polarization dependence and wavelength dependence of the transmittance of the reflection mirror 40. The horizontal axis shows the wavelength and the vertical axis shows the transmittance. The incident light and the reflected light are 90 °.
This is the case when forming the angle of. In this example, when the oscillation wavelength of the optical resonator 25 is 1064 nm, the reflectance of S-polarized light (perpendicular to the plane including incident light and reflected light) is 99.9% (transmittance of 0.01%), and P-polarized light. The transmittance of (parallel to the plane) is 9
It turns out that it can be designed to 0% or more.
【0028】図3に戻って、レーザ媒質23を半導体レ
ーザ(不図示)で励起することによって、光共振器25
内に波長λaのレーザ光を発振させ、これが第1基本波
となる。さらに、共振器外部から別の波長λb(≠λ
a)のレーザ光31を反射ミラー40を通過するように
共振器内部に導入し、これが第2基本波となる。非線形
光学結晶24では、波長λaおよび波長λbのレーザ光
が混合すると、1/λc=1/λa+1/λbの関係式
を満足するように、波長λcの和周波光を発生する。Returning to FIG. 3, the optical medium 25 is excited by exciting the laser medium 23 with a semiconductor laser (not shown).
A laser beam of wavelength λa is oscillated therein, and this becomes the first fundamental wave. Furthermore, another wavelength λb (≠ λ
The laser light 31 of a) is introduced into the resonator so as to pass through the reflection mirror 40, and this becomes the second fundamental wave. In the non-linear optical crystal 24, when the laser lights of the wavelength λa and the wavelength λb are mixed, the sum frequency light of the wavelength λc is generated so as to satisfy the relational expression of 1 / λc = 1 / λa + 1 / λb.
【0029】次に、図3での単一縦モード化の原理につ
いて説明する。光共振器25は、反射ミラー40を介在
させるように配置した出力ミラー41およびレーザ媒質
23の表面23aの間で発振光が往復するように構成さ
れている。ここで、反射ミラー40からレーザ媒質23
側の光軸2の上に原点40aをとり、原点40aにおい
て光軸2に垂直なy軸(紙面上方)およびx軸(紙面右
方)をとると、レーザ媒質23は複屈折性を有し、その
偏光軸であるa軸およびc軸は光軸2に垂直な平面内に
あって、x軸に対してそれぞれ45°で交差する角度に
配置される。Next, the principle of forming the single longitudinal mode in FIG. 3 will be described. The optical resonator 25 is configured so that oscillation light reciprocates between the output mirror 41 and the surface 23a of the laser medium 23, which are arranged with the reflection mirror 40 interposed therebetween. Here, from the reflection mirror 40 to the laser medium 23
If the origin 40a is taken on the optical axis 2 on the side and the y axis (upper surface of the paper) and the x axis (right of paper) perpendicular to the optical axis 2 at the origin 40a are taken, the laser medium 23 has birefringence. The polarization axes a and c are in a plane perpendicular to the optical axis 2 and are arranged at angles intersecting the x axis by 45 °.
【0030】こうした配置におけるレーザ発振について
考察する。まず光軸2上の原点40aを起点としてy軸
に平行な直線偏光の光がレーザ媒質23に向かって進行
したと仮定すると、レーザ媒質23を通過して、たとえ
ば表面23aで反射して再び原点40aに戻ったとき、
光共振器内の縦モードの偏光状態はレーザ媒質23のリ
ターデーションによる位相差δがmπ(mは整数)とな
る縦モードについてはy軸と平行な直線偏光になる。一
方、δ≠mπとなる縦モードの偏光については、楕円の
長軸がx軸またはy軸に一致する楕円偏光となる。Consider the laser oscillation in such an arrangement. First, assuming that linearly polarized light parallel to the y-axis proceeds from the origin 40a on the optical axis 2 toward the laser medium 23, the light passes through the laser medium 23, is reflected on the surface 23a, and is reflected again. When I returned to 40a,
The polarization state of the longitudinal mode in the optical resonator is a linearly polarized light parallel to the y axis for the longitudinal mode in which the phase difference δ due to the retardation of the laser medium 23 is mπ (m is an integer). On the other hand, with respect to the polarized light in the longitudinal mode with δ ≠ mπ, it becomes elliptically polarized light in which the major axis of the ellipse coincides with the x axis or the y axis.
【0031】このような偏光状態を持つ光が引き続き伝
搬して反射ミラー40で直角に反射するとき、S偏光で
あるy軸偏光成分について反射ミラー40は高い反射率
を示し、一方、P偏光であるx軸偏光成分について反射
ミラー40は低い反射率を示す。こうして反射ミラー4
0はS偏光を反射し、P偏光を通過させる偏光素子とし
て機能する。When the light having such a polarization state continues to propagate and is reflected at a right angle by the reflection mirror 40, the reflection mirror 40 exhibits a high reflectance for the y-axis polarization component which is the S polarization, while the P polarization does not. The reflection mirror 40 exhibits a low reflectance for a certain x-axis polarization component. Thus the reflection mirror 4
0 functions as a polarizing element that reflects S-polarized light and transmits P-polarized light.
【0032】そのため原点40aにおいてδ=mπとな
る縦モード、すなわちy軸と平行な偏光となった縦モー
ドの光は、反射ミラー40で損失無く90°方向に反射
して、非線形光学素子24に入射する。一方、δ≠mπ
となる縦モード、すなわちx軸成分が存在する縦モード
の光は反射ミラー40で大きな損失を受けることにな
り、全体として共振器損失が大きくなる。Therefore, the longitudinal mode light with δ = mπ at the origin 40a, that is, the longitudinal mode light polarized in parallel with the y axis is reflected by the reflection mirror 40 in the 90 ° direction without loss, and is reflected by the nonlinear optical element 24. Incident. On the other hand, δ ≠ mπ
The longitudinal mode light having the following relationship, that is, the longitudinal mode light in which the x-axis component is present, suffers a large loss at the reflection mirror 40, and the resonator loss becomes large as a whole.
【0033】非線形光学素子24の偏光軸であるb軸お
よびc軸は、図3に示すように、原点40上のy軸およ
びx軸と一致するように配置される。この場合、y軸と
平行な偏光となった縦モードの光は、非線形光学素子2
4の偏光軸(b軸)と一致するため、偏光面の回転を受
けずに偏光方向を保存した状態で光軸1に沿って非線形
光学素子24の中を通過して、出力ミラー41によって
反射される。出力ミラー41で反射した光はy軸と平行
な偏光を有するため、再び非線形光学素子24の中を偏
光状態を保ちながら通過して、再び反射ミラー40で9
0°方向に損失無しで反射して光軸2に沿って伝搬す
る。The polarization axes of the nonlinear optical element 24, that is, the b-axis and the c-axis, are arranged so as to coincide with the y-axis and the x-axis on the origin 40, as shown in FIG. In this case, the longitudinal-mode light polarized in parallel with the y-axis is reflected by the nonlinear optical element 2.
Since it coincides with the polarization axis (b axis) of 4, the light passes through the nonlinear optical element 24 along the optical axis 1 in a state where the polarization direction is preserved without being rotated by the polarization plane and is reflected by the output mirror 41. To be done. Since the light reflected by the output mirror 41 has a polarization parallel to the y-axis, it passes through the nonlinear optical element 24 again while maintaining the polarization state, and is again reflected by the reflection mirror 40.
It reflects in the 0 ° direction without loss and propagates along the optical axis 2.
【0034】一方、x軸方向の偏光成分は、非線形光学
素子24の偏光軸(c軸)と一致するため、同様に偏光
状態を保ちながら非線形光学素子24を通過し出力ミラ
ー41で反射され、反射ミラー40に対してP偏光で入
射することになり、同様に大きな損失を受けてしまう。
こうして原点40上でx軸成分を有する縦モードは、共
振器内の往復で2回の損失を受けることになる。On the other hand, since the polarization component in the x-axis direction coincides with the polarization axis (c-axis) of the non-linear optical element 24, it also passes through the non-linear optical element 24 while maintaining the polarization state and is reflected by the output mirror 41, The P-polarized light enters the reflection mirror 40, and similarly suffers a large loss.
In this way, the longitudinal mode having the x-axis component on the origin 40 suffers two round trip losses in the resonator.
【0035】このようにx軸方向に偏光成分を有する縦
モードは共振損失が大きくなるため、レーザ発振が抑制
されるとともに、y軸方向にのみ偏光成分を有する縦モ
ードだけは共振損失の影響を受けずにレーザ発振が可能
になる。こうして縦モードホッピングによるレベル変動
が少ない単一縦モードのレーザ発振を実現することがで
きる。As described above, since the longitudinal mode having a polarization component in the x-axis direction has a large resonance loss, laser oscillation is suppressed, and only the longitudinal mode having a polarization component in the y-axis direction has an influence of the resonance loss. Laser oscillation is possible without receiving it. In this way, it is possible to realize laser oscillation in a single longitudinal mode with little level fluctuation due to longitudinal mode hopping.
【0036】この状態で、レーザ発振波長λaとは異な
る波長λb(≠λa)を持つ第2のレーザ光31を反射
ミラー40を通過するように光共振器25の内部に導入
して、レーザ光31の偏光方向をx軸またはy軸に一致
させると、非線形光学素子24において波長λcの和周
波光が効率よく発生し、出力ミラー41から放射され
る。その際、第2のレーザ光も単一縦モード発振であれ
ば、出力安定性および単色性に優れた単一縦モードの和
周波光を得ることができる。In this state, the second laser light 31 having a wavelength λb (≠ λa) different from the laser oscillation wavelength λa is introduced into the optical resonator 25 so as to pass through the reflection mirror 40, and the laser light is emitted. When the polarization direction of 31 coincides with the x-axis or the y-axis, the sum frequency light of wavelength λc is efficiently generated in the nonlinear optical element 24 and is emitted from the output mirror 41. At that time, if the second laser light is also a single longitudinal mode oscillation, a single longitudinal mode sum frequency light excellent in output stability and monochromaticity can be obtained.
【0037】なお、図3の構成では、縦モード弁別を反
射ミラー40が担っているため、非線形光学素子24に
おいてビームウォークオフを発生させる必要がない。し
たがって、非線形光学素子24は位相整合可能な方位と
結晶軸が一致する非臨界型位相整合(90°位相整合)
をとることも可能であり、その際ビームウォークオフは
生じない。また、非線形光学素子24を臨界型位相整合
に設定して、ビームウォークオフによる縦モード弁別と
併用しても構わない。In the configuration of FIG. 3, since the reflection mirror 40 is responsible for the longitudinal mode discrimination, it is not necessary to generate the beam walk-off in the nonlinear optical element 24. Therefore, the non-linear optical element 24 has a non-critical phase matching (90 ° phase matching) in which the crystal axis is aligned with the azimuth capable of phase matching.
It is also possible, that beam walk-off does not occur. Further, the nonlinear optical element 24 may be set to the critical type phase matching and used in combination with the longitudinal mode discrimination by the beam walk-off.
【0038】図5は偏光素子を用いたモード弁別の他の
構成例を示し、図5(a)は光共振器25の構成図、図
5(b)は各素子の配置を示す斜視図である。光共振器
25は、レーザ媒質23と、非線形光学素子24と、反
射面が凹面である出力ミラー41および反射ミラー42
と、レーザ媒質23と非線形光学素子24との間に介在
するブリュースタ板5で構成されている。ブリュースタ
板5は、図5(a)の紙面に対して垂直方向の直線偏光
であるS偏光に対して一定の反射率を有し、紙面に平行
かつ光共振器25の光軸に垂直方向の直線偏光であるP
偏光に対して全透過となる偏光素子として機能する。す
なわち、縦モード弁別のために、図3に示した反射ミラ
ー40の代わりにブリュースタ板5を使用している。FIG. 5 shows another structural example of mode discrimination using a polarizing element, FIG. 5 (a) is a structural diagram of the optical resonator 25, and FIG. 5 (b) is a perspective view showing the arrangement of each element. is there. The optical resonator 25 includes a laser medium 23, a non-linear optical element 24, and an output mirror 41 and a reflection mirror 42 each having a concave reflecting surface.
And the Brewster plate 5 interposed between the laser medium 23 and the nonlinear optical element 24. The Brewster plate 5 has a constant reflectance for S-polarized light which is a linearly polarized light perpendicular to the paper surface of FIG. 5A, is parallel to the paper surface, and is perpendicular to the optical axis of the optical resonator 25. Is the linearly polarized light of P
It functions as a polarizing element that transmits all polarized light. That is, the Brewster plate 5 is used in place of the reflection mirror 40 shown in FIG. 3 for longitudinal mode discrimination.
【0039】次に、図5での単一縦モード化の原理につ
いて説明する。ここで、レーザ媒質23のブリュースタ
板5側の表面23bにおいて、光軸に垂直なy軸(紙面
上方)およびx軸(紙面垂直手前)をとる。表面23b
を起点として、y軸に平行な直線偏光の光がレーザ媒質
23の中を進行したと仮定すると、レーザ媒質23を通
過して、反射ミラー4で反射して再び表面23bに戻っ
たとき、光共振器内の縦モードの偏光状態はレーザ媒質
23のリターデーションによる位相差δがmπ(mは整
数)となる縦モードについてはy軸と平行な直線偏光に
なる。一方、δ≠mπとなる縦モードの偏光について
は、楕円の長軸がx軸またはy軸に一致する楕円偏光と
なる。Next, the principle of forming the single longitudinal mode in FIG. 5 will be described. Here, on the surface 23b of the laser medium 23 on the Brewster plate 5 side, the y-axis (upper surface of the paper) and the x-axis (front of the paper vertical) perpendicular to the optical axis are taken. Surface 23b
Assuming that linearly-polarized light parallel to the y-axis has traveled through the laser medium 23 with the origin as the origin, when the light passes through the laser medium 23, is reflected by the reflection mirror 4, and returns to the surface 23b again, The polarization state of the longitudinal mode in the resonator is linearly polarized light parallel to the y axis for the longitudinal mode in which the phase difference δ due to the retardation of the laser medium 23 is mπ (m is an integer). On the other hand, with respect to the polarized light in the longitudinal mode with δ ≠ mπ, it becomes elliptically polarized light in which the major axis of the ellipse coincides with the x axis or the y axis.
【0040】このような偏光状態を持つ光が引き続き伝
搬してブリュースタ板5を通過すると、P偏光であるy
軸偏光成分について損失なく通過し、S偏光であるx軸
偏光成分について一定の損失を受ける。When light having such a polarization state continues to propagate and pass through Brewster plate 5, y, which is P-polarized light, is generated.
The axial polarization component passes without loss, and the x-axis polarization component that is S-polarized light undergoes a certain loss.
【0041】そのため表面23bにおいてδ=mπとな
る縦モード、すなわちy軸と平行な偏光となった縦モー
ドの光は、ブリュースタ板5による損失を受けずに非線
形光学素子24に入射する。一方、δ≠mπとなる縦モ
ード、すなわちx軸成分が存在する縦モードの光はブリ
ュースタ板5による損失を受けることになる。Therefore, the longitudinal mode light in which δ = mπ on the surface 23b, that is, the longitudinal mode light polarized in parallel with the y-axis enters the nonlinear optical element 24 without being lost by the Brewster plate 5. On the other hand, the longitudinal mode light in which δ ≠ mπ, that is, the longitudinal mode light in which the x-axis component exists, will be lost by the Brewster plate 5.
【0042】非線形光学素子24の偏光軸であるb軸お
よびc軸は、図5(b)に示すように、x軸およびy軸
と一致するように配置される。この場合、y軸と平行な
偏光となった縦モードの光は、非線形光学素子24の偏
光軸(c軸)と一致するため、偏光方向を保存しながら
非線形光学素子24の中を通過して、出力ミラー41に
よって反射され、再び非線形光学素子24の中を偏光状
態を保ちながら通過して、再びブリュースタ板5を損失
無しで通過する。The polarization axes b and c of the nonlinear optical element 24 are arranged so as to coincide with the x and y axes, as shown in FIG. 5 (b). In this case, since the longitudinal mode light polarized in parallel with the y-axis matches the polarization axis (c-axis) of the nonlinear optical element 24, it passes through the nonlinear optical element 24 while preserving the polarization direction. The light is reflected by the output mirror 41, passes through the nonlinear optical element 24 again while maintaining the polarization state, and passes through the Brewster plate 5 again without loss.
【0043】一方、x軸方向の偏光成分は、非線形光学
素子24の偏光軸(b軸)と一致するため、同様に偏光
状態を保ちながら非線形光学素子24を通過し出力ミラ
ー41で反射され、ブリュースタ板5に対してS偏光で
入射し、一定の損失を受ける。こうして表面23bでx
軸成分を有する縦モードは、共振器内の往復で2回の損
失を受けることになる。On the other hand, the polarization component in the x-axis direction coincides with the polarization axis (b-axis) of the non-linear optical element 24, and thus similarly passes through the non-linear optical element 24 while maintaining the polarization state and is reflected by the output mirror 41, The S-polarized light enters the Brewster plate 5 and is subject to a certain loss. Thus on the surface 23b x
A longitudinal mode having an axial component will suffer two round trip losses in the resonator.
【0044】このようにx軸方向に偏光成分を有する縦
モードは共振損失が大きくなるため、レーザ発振が抑制
されるとともに、y軸方向にのみ偏光成分を有する縦モ
ードだけは共振損失の影響を受けずにレーザ発振が可能
になる。こうして縦モードホッピングによるレベル変動
が少ない単一縦モードのレーザ発振を実現することがで
きる。As described above, since the longitudinal mode having a polarization component in the x-axis direction has a large resonance loss, the laser oscillation is suppressed, and the longitudinal mode having a polarization component only in the y-axis direction is affected by the resonance loss. Laser oscillation is possible without receiving it. In this way, it is possible to realize laser oscillation in a single longitudinal mode with little level fluctuation due to longitudinal mode hopping.
【0045】この状態で、レーザ発振波長λaとは異な
る波長λb(≠λa)を持つ第2のレーザ光を光共振器
25の内部に導入すると、非線形光学素子24において
波長λcの和周波光が効率よく発生し、出力ミラー41
から放射される。その際、第2のレーザ光も単一縦モー
ド発振であれば、出力安定性および単色性に優れた単一
縦モードの和周波光を得ることができる。In this state, when the second laser light having a wavelength λb (≠ λa) different from the laser oscillation wavelength λa is introduced into the optical resonator 25, the sum frequency light of the wavelength λc is generated in the nonlinear optical element 24. The output mirror 41 is generated efficiently.
Radiated from At that time, if the second laser light is also a single longitudinal mode oscillation, a single longitudinal mode sum frequency light excellent in output stability and monochromaticity can be obtained.
【0046】なお、図5の構成では、縦モード弁別をブ
リュースタ板5が担っているため、非線形光学素子24
は、非臨界型位相整合または臨界型位相整合の何れでも
構わない。In the configuration of FIG. 5, since the Brewster plate 5 is responsible for the longitudinal mode discrimination, the nonlinear optical element 24
May be either non-critical phase matching or critical phase matching.
【0047】図6は、偏光素子を用いたモード弁別の他
の構成例を示し、図6(a)は光共振器25の構成図、
図6(b)は各素子の配置を示す斜視図である。光共振
器25は、レーザ媒質23と、非線形光学素子24と、
反射面が凹面である出力ミラー41および反射ミラー4
2とで構成され、非線形光学素子24の光入出力端面で
ある表面24a、24bが光軸に対してブリュースタ角
度になるように傾斜している。光の入射角度がブリュー
スタ角度になると、図6(a)の紙面に対して垂直方向
の直線偏光であるS偏光に対して一定の反射率を有し、
紙面に平行かつ光共振器25の光軸に垂直方向の直線偏
光であるP偏光に対して全透過となるため、非線形光学
素子24の表面24a、24bは偏光素子として機能す
ることになる。こうして縦モード弁別のために、図5の
ブリュースタ板5の代替手段として使用することができ
る。また、図6の単一縦モード化の原理は図5と同様で
あるため、重複説明を省く。FIG. 6 shows another structural example of mode discrimination using a polarizing element, and FIG. 6 (a) is a structural diagram of an optical resonator 25.
FIG. 6B is a perspective view showing the arrangement of each element. The optical resonator 25 includes a laser medium 23, a nonlinear optical element 24,
The output mirror 41 and the reflection mirror 4 whose reflection surfaces are concave surfaces
2 and the surfaces 24a and 24b, which are the light input / output end faces of the nonlinear optical element 24, are inclined so as to form the Brewster angle with respect to the optical axis. When the incident angle of light reaches the Brewster angle, it has a constant reflectance with respect to S-polarized light which is linearly polarized light in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.
Since the P-polarized light, which is a linearly polarized light parallel to the paper surface and perpendicular to the optical axis of the optical resonator 25, is totally transmitted, the surfaces 24a and 24b of the nonlinear optical element 24 function as a polarizing element. It can thus be used as an alternative to the Brewster plate 5 of FIG. 5 for longitudinal mode discrimination. Further, since the principle of the single vertical mode in FIG. 6 is the same as that in FIG. 5, duplicated description will be omitted.
【0048】図7は、偏光素子を用いたモード弁別の他
の構成例を示す図である。光共振器25は、レーザ媒質
23と、非線形光学素子24と、反射面が凹面である反
射ミラー42とで構成され、非線形光学素子24の光入
出力端面である表面24aが光軸に対してブリュースタ
角度になるように傾斜しており、表面24bは出力ミラ
ーとして機能するように高反射率に形成されている。こ
こでも同様に、光の入射角度がブリュースタ角度になる
と、図7(a)の紙面に対して垂直方向の直線偏光であ
るS偏光に対して一定の反射率を有し、紙面に平行かつ
光共振器25の光軸に垂直方向の直線偏光であるP偏光
に対して全透過となるため、非線形光学素子24の表面
24aが偏光素子として機能することになる。また、単
一縦モード化の原理は図5と同様であるため、重複説明
を省く。FIG. 7 is a diagram showing another configuration example of mode discrimination using a polarizing element. The optical resonator 25 includes a laser medium 23, a non-linear optical element 24, and a reflecting mirror 42 having a concave reflecting surface, and a surface 24a, which is a light input / output end surface of the non-linear optical element 24, with respect to the optical axis. The surface 24b is inclined to have the Brewster angle, and the surface 24b is formed to have a high reflectance so as to function as an output mirror. Here again, when the incident angle of light reaches the Brewster angle, it has a constant reflectance with respect to S-polarized light which is linearly polarized light in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. Since the P-polarized light, which is a linearly polarized light perpendicular to the optical axis of the optical resonator 25, is totally transmitted, the surface 24a of the nonlinear optical element 24 functions as a polarizing element. Further, the principle of the single vertical mode is the same as that of FIG.
【0049】以上のような構成によってモード弁別を実
現できるため、固体レーザ発振の縦モードを単一化で
き、あわせて単一モードの和周波光を得ることができ
る。Since the mode discrimination can be realized by the above-mentioned structure, the longitudinal mode of the solid-state laser oscillation can be unified, and the single-mode sum frequency light can be obtained.
【0050】本発明において利用可能な複屈折性の光学
素子として、下記(1)(2)に分類される材料を例示
できる。なお、どの分類に該当する材料を第1の複屈折
光学素子とし、第2以降の複屈折光学素子とするかは、
固体レーザ装置の使用目的に応じて適宜組合わせること
ができる。Examples of the birefringent optical element that can be used in the present invention include materials classified into the following (1) and (2). It should be noted that which of the materials corresponds to the first birefringent optical element and the second and subsequent birefringent optical elements is
It can be appropriately combined depending on the purpose of use of the solid-state laser device.
【0051】(1)レーザ媒質であるもの M:YVO4、M:LiYF4、M:LaF3 、M:Ca
GdAlO4 、M:La2O2S、M:LaMgAl11O
19、M:La2Be2O5、M:YAlO3 、MxLa1-x
P5O14、LiMxGd1-xP4O12、KMxGd1-xP4O
12、MxGd1-xAl3(BO3)4、MxY1-xAl3(B
O3)4、K5Bi1-xMx(MoO4)4、等で代表される
材料を列挙できる。ここで、Mは、Nd、Er、Ho、
Tm、Yb等の希土類元素で、それら元素の2つ以上の
混合であってもよい。また、これに加えてCr等を含ん
でもよい。この他にCr:BeAl2O4、Ti:Al2
O3等、全ての複屈折性レーザ媒質を使用できる。(1) Laser medium M: YVO 4 , M: LiYF 4 , M: LaF 3 , M: Ca
GdAlO 4 , M: La 2 O 2 S, M: LaMgAl 11 O
19 , M: La 2 Be 2 O 5 , M: YAlO 3 , M x La 1-x
P 5 O 14 , LiM x Gd 1-x P 4 O 12 , KM x Gd 1-x P 4 O
12, M x Gd 1-x Al 3 (BO 3) 4, M x Y 1-x A l3 (B
Materials typified by O 3 ) 4 , K 5 Bi 1-x M x (MoO 4 ) 4 and the like can be listed. Here, M is Nd, Er, Ho,
A rare earth element such as Tm or Yb, and a mixture of two or more of these elements may be used. Further, in addition to this, Cr or the like may be included. Besides this, Cr: BeAl 2 O 4 , Ti: Al 2
All birefringent laser media such as O 3 can be used.
【0052】(2)非線形光学媒質であるもの KTiOPO4、KNbO3、LiNbO3 、β−BaB
2O4 、LiB3O5 、Ba2NaNb5O15 、LiI
O3、KDP、ADP等、第2高調波や第3高調波、さ
らにより高次の高調波変換作用を有する全ての複屈折性
非線形光学材料を使用できる。(2) Non-linear optical medium KTiOPO 4 , KNbO 3 , LiNbO 3 , β-BaB
2 O 4 , LiB 3 O 5 , Ba 2 NaNb 5 O 15 , LiI
It is possible to use all birefringent non-linear optical materials having the second harmonic wave, the third harmonic wave, and higher harmonic conversion action, such as O 3 , KDP, and ADP.
【0053】なお、本発明は基本的にモードホッピング
を抑制し出力変動を低減する手段を与えるものであり、
共振器内和周波発生固体レーザ装置に限定されるもので
なく、たとえば差周波発生等にも有効であることはいう
までもない。The present invention basically provides means for suppressing mode hopping and reducing output fluctuations.
It is needless to say that the present invention is not limited to the solid-state laser device for generating an in-resonator sum frequency, and is also effective for generating a difference frequency, for example.
【0054】[0054]
(実施例1)図8は、本発明の一実施例を示す構成図で
ある。ここでは固体レーザで波長1064nmのレーザ
光を発振させて、共振器外部の半導体レーザから波長8
60nmのレーザ光を導入して、波長475nmの和周
波光を発生させた例を説明する。(Embodiment 1) FIG. 8 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. Here, a laser beam having a wavelength of 1064 nm is oscillated by a solid-state laser, and a wavelength of 8 nm is emitted from a semiconductor laser outside the resonator.
An example in which a 60-nm laser beam is introduced to generate sum frequency light having a wavelength of 475 nm will be described.
【0055】和周波レーザ装置は、固体レーザを構成す
る光共振器25と、固体レーザを励起するポンピング光
26を出力する半導体レーザ20と、第2基本波のレー
ザ光27を出力する半導体レーザ31などで構成され
る。The sum frequency laser device includes an optical resonator 25 that constitutes a solid-state laser, a semiconductor laser 20 that outputs pumping light 26 that excites the solid-state laser, and a semiconductor laser 31 that outputs laser light 27 of the second fundamental wave. Etc.
【0056】光共振器25は、Ndが1%ドープされた
Nd:YVO4 から成るレーザ媒質23と、KNbO3
から成る非線形光学素子24と、凹面形状の反射面を有
する出力ミラー41で構成され、レーザ媒質23の表面
23bと非線形光学素子24の表面24aは互いに接し
ている。また、レーザ媒質23の表面23aには、曲面
鏡を形作る微小球面(不図示)が形成されている。The optical resonator 25 comprises a laser medium 23 made of Nd: YVO 4 doped with 1% of Nd and KNbO 3.
And the output mirror 41 having a concave reflecting surface. The surface 23b of the laser medium 23 and the surface 24a of the nonlinear optical element 24 are in contact with each other. Further, on the surface 23a of the laser medium 23, a minute spherical surface (not shown) forming a curved mirror is formed.
【0057】レーザ媒質23の表面23aには、レーザ
媒質23の発振波長である波長1064nmに対して反
射率が99.9%であって、かつポンピング光26の波
長809nmに対して透過率が95%以上となるコーテ
ィングが施されている。また、レーザ媒質23の非線形
光学素子24側の表面23bには、波長1064nmに
対して透過率が99.9%以上となるコーティングが施
されている。出力ミラー41の反射面には、波長106
4nmに対して反射率が99.9%となるコーティング
が施されている。また、非線形光学素子24の各表面2
4a、24bには、波長1064nmに対して透過率9
9.9%のコーティングが施されている。The surface 23a of the laser medium 23 has a reflectance of 99.9% at a wavelength of 1064 nm, which is the oscillation wavelength of the laser medium 23, and a transmittance of 95 at a wavelength of 809 nm of the pumping light 26. % Coating is applied. The surface 23b of the laser medium 23 on the side of the non-linear optical element 24 is provided with a coating having a transmittance of 99.9% or more for a wavelength of 1064 nm. The reflection surface of the output mirror 41 has a wavelength of 106
A coating having a reflectance of 99.9% with respect to 4 nm is applied. In addition, each surface 2 of the nonlinear optical element 24
4a and 24b have a transmittance of 9 at a wavelength of 1064 nm.
It has a 9.9% coating.
【0058】ポンピング光26を出力する半導体レーザ
20は、ペルチェ温度調整回路(不図示)によって所定
温度に制御されている。半導体レーザ20と光共振器2
5との間には、コリメータ用のレンズ21aと、第2基
本波のレーザ光27を導入するための偏光ビームスプリ
ッタ37と、集光用のレンズ21bとが配置されてい
る。また、レーザ光27を出力する半導体レーザ31と
偏光ビームスプリッタ37との間には、コリメータ用の
レンズ33が配置されている。The semiconductor laser 20 which outputs the pumping light 26 is controlled to a predetermined temperature by a Peltier temperature adjusting circuit (not shown). Semiconductor laser 20 and optical resonator 2
5, a collimator lens 21a, a polarization beam splitter 37 for introducing the second fundamental wave laser beam 27, and a condenser lens 21b are arranged. A collimator lens 33 is arranged between the semiconductor laser 31 that outputs the laser light 27 and the polarization beam splitter 37.
【0059】半導体レーザ20から放射されるポンピン
グ光26がレンズ21a、偏光ビームスプリッタ37、
レンズ21bを通過して、レーザ媒質23に集光される
と、レーザ媒質23中に反転分布が形成され、Nd:Y
VO4 結晶の場合には波長1064nmのレーザ発振が
起こる。このレーザ発振光は、レーザ媒質23の表面2
3a上の微小球面と出力ミラー41との間を往復する。The pumping light 26 emitted from the semiconductor laser 20 has a lens 21a, a polarization beam splitter 37, and
When passing through the lens 21b and focused on the laser medium 23, an inversion distribution is formed in the laser medium 23, and Nd: Y
In the case of VO 4 crystal, laser oscillation with a wavelength of 1064 nm occurs. This laser oscillation light is emitted from the surface 2 of the laser medium 23.
It reciprocates between the small spherical surface on 3a and the output mirror 41.
【0060】一方、半導体レーザ31から放射された波
長860nm、出力100mWのレーザ光27は、レン
ズ33を通り、偏光ビームスプリッタ37で反射され、
レンズ21bによって非線形光学素子24の表面24a
上にビームウエストを形成するように集光され、光共振
器25内のレーザ発振光と共軸になる。On the other hand, the laser light 27 having a wavelength of 860 nm and an output of 100 mW emitted from the semiconductor laser 31 passes through the lens 33 and is reflected by the polarization beam splitter 37.
The surface 24a of the nonlinear optical element 24 is formed by the lens 21b.
The light is focused so as to form a beam waist on the upper side and is coaxial with the laser oscillation light in the optical resonator 25.
【0061】図9は、非線形光学素子24であるKNb
O3 結晶の切出し方向を示す図である。KNbO3 結晶
は2軸性結晶であり、屈折率の最も大きい偏光軸をb
軸、最も小さい偏光軸をc軸、残りをa軸とすると(各
軸の屈折率はnb>na>nc)、c軸に対して頂角θ
=90°かつa−b平面内でa軸からφ=62°の方向
に切り出した、いわゆるa−b軸結晶が使用される。ま
た、a−b平面内にあってb軸からφ=62°の方向に
向いたb’軸が偏光軸になる。非線形光学素子24の向
きは、これらのb’軸およびc軸が光軸1に対して垂直
になるように配置されている。また、KNbO3 結晶の
厚みは5mmである。FIG. 9 shows KNb which is the nonlinear optical element 24.
O 3 is a diagram showing a cut-out direction of the crystal. The KNbO 3 crystal is a biaxial crystal, and the polarization axis with the largest refractive index is b
Axis, the smallest polarization axis is the c-axis, and the rest is the a-axis (refractive index of each axis is nb>na> nc), the apex angle θ with respect to the c-axis
= 90 ° and a so-called ab axis crystal cut out in the direction of φ = 62 ° from the a axis in the ab plane is used. Further, the b ′ axis in the ab plane and oriented in the direction φ = 62 ° from the b axis is the polarization axis. The orientation of the non-linear optical element 24 is arranged so that these b ′ axis and c axis are perpendicular to the optical axis 1. The thickness of the KNbO 3 crystal is 5 mm.
【0062】こうしたKNbO3 結晶において、b’軸
方向に直線偏光した波長1064nmの第1基本波と、
同じくb’軸方向に直線偏光した波長860nmの第2
基本波とが混合することによって、波長475nmの和
周波光がc軸方向に直線偏光して発生する。In such a KNbO 3 crystal, the first fundamental wave having a wavelength of 1064 nm linearly polarized in the b′-axis direction,
Similarly, a second linearly polarized light with a wavelength of 860 nm in the b'axis direction.
By mixing with the fundamental wave, the sum frequency light having a wavelength of 475 nm is linearly polarized in the c-axis direction and generated.
【0063】図8の光共振器25において、レーザ発振
光のうちc軸偏光成分は光軸1に沿って伝搬するが、
b’軸偏光成分は非線形光学素子24の複屈折性によっ
てビームウォークオフが生じ、ビームウォークオフ角度
ρに対応してシフトした光軸1aに沿って伝搬する。K
NbO3 を使用した場合、ρ=0.9°のビームウォー
クオフが生じるので、結晶長を5mmとすると結晶端面
で約80μmのビームずれが生じる。そこで、出力ミラ
ー41は、ビームウォークオフによって分離された2つ
の光軸1、1aのうち光軸1aに対してのみ共振器光軸
を形成し、光軸1に対して共振器を構成しないように配
置されている。したがって、出力ミラー41の反射面は
凹面形状であるため、その対称軸から約80μm外れた
位置に入射した光は軸外に反射してしまう。さらに、2
つの光軸1、1aの分離が不十分な場合は、光軸1aに
沿ったビームだけを通過させるアパーチャを非線形光学
素子24と出力ミラー41との間に介在させてもよい。In the optical resonator 25 of FIG. 8, the c-axis polarization component of the laser oscillation light propagates along the optical axis 1,
The b′-axis polarization component causes a beam walk-off due to the birefringence of the nonlinear optical element 24, and propagates along the optical axis 1a shifted corresponding to the beam walk-off angle ρ. K
When NbO 3 is used, a beam walk-off of ρ = 0.9 ° occurs. Therefore, when the crystal length is 5 mm, a beam shift of about 80 μm occurs at the crystal end face. Therefore, the output mirror 41 forms a resonator optical axis only for the optical axis 1a of the two optical axes 1, 1a separated by the beam walk-off, and does not constitute a resonator for the optical axis 1. It is located in. Therefore, since the reflecting surface of the output mirror 41 has a concave shape, light incident at a position deviated by about 80 μm from the axis of symmetry is reflected off-axis. In addition, 2
If the two optical axes 1 and 1a are not sufficiently separated, an aperture that passes only the beam along the optical axis 1a may be interposed between the nonlinear optical element 24 and the output mirror 41.
【0064】図10は、レーザ媒質23と非線形光学素
子24の偏光軸の配置図である。レーザ媒質23のN
d:YVO4 結晶は、負の一軸性結晶であり、1つのa
軸が光軸1と平行に切り出されており、残りのa軸およ
びc軸は光軸1に対して垂直となるように配置されてい
る。また、レーザ媒質23の偏光軸であるc軸は、非線
形光学素子24の偏光軸であるc軸に対して45°で交
差するように配置される。こうしたレーザ媒質23は第
2の複屈折光学素子に相当する。FIG. 10 is a layout diagram of the polarization axes of the laser medium 23 and the nonlinear optical element 24. N of the laser medium 23
The d: YVO 4 crystal is a negative uniaxial crystal and has one a
The axis is cut out parallel to the optical axis 1, and the remaining a-axis and c-axis are arranged so as to be perpendicular to the optical axis 1. The c-axis, which is the polarization axis of the laser medium 23, is arranged so as to intersect the c-axis, which is the polarization axis of the nonlinear optical element 24, at 45 °. Such a laser medium 23 corresponds to a second birefringent optical element.
【0065】このような配置において、ビームウォーク
オフを生じるb’軸の偏光成分のみに対して共振器光軸
を構成するように出力ミラー41の位置を調整すると、
b’軸偏光成分が優勢にレーザ発振する。b’軸偏光成
分がレーザ媒質23を通過すると、その偏光方向はレー
ザ媒質23の偏光軸に対して45°傾斜しており、レー
ザ媒質23は位相板として機能する。レーザ媒質23を
往復したときの位相差δがδ=mπとなる縦モードにつ
いては、レーザ媒質23の往復後に非線形光学素子24
の表面24aに戻ったとき直線偏光となる。そのため再
び非線形光学素子24に入射する際、共振損失を付与さ
れたc軸に平行な成分が存在しないため、δ=mπとな
る縦モードが優勢に発振する。In such an arrangement, if the position of the output mirror 41 is adjusted so that the resonator optical axis is formed only with respect to the polarization component of the b'axis that causes beam walk-off,
The b'-axis polarized component oscillates predominantly. When the b′-axis polarization component passes through the laser medium 23, its polarization direction is inclined by 45 ° with respect to the polarization axis of the laser medium 23, and the laser medium 23 functions as a phase plate. For the longitudinal mode in which the phase difference δ when the laser medium 23 travels back and forth is δ = mπ, the nonlinear optical element 24 is used after the laser medium 23 travels back and forth.
When it returns to the surface 24a of the above, it becomes a linearly polarized light. Therefore, when entering the nonlinear optical element 24 again, there is no component parallel to the c-axis to which resonance loss is imparted, so that the longitudinal mode with δ = mπ predominantly oscillates.
【0066】一方、非線形光学素子24の表面24aに
おいてb’軸偏光成分を有する縦モードは、レーザ媒質
23を往復したときの位相差δがδ≠mπとなるため、
レーザ媒質23の往復後に表面24aに戻ったとき楕円
偏光となる。そのため再び非線形光学素子24に入射す
る際、共振損失を付与されたc軸に平行な成分が存在す
るため、レーザ発振が抑制される。On the other hand, in the longitudinal mode having the b′-axis polarization component on the surface 24a of the nonlinear optical element 24, the phase difference δ when reciprocating the laser medium 23 is δ ≠ mπ,
After returning to and from the laser medium 23, when it returns to the surface 24a, it becomes elliptically polarized light. Therefore, when the light is incident on the non-linear optical element 24 again, there is a component parallel to the c-axis to which resonance loss is imparted, so that laser oscillation is suppressed.
【0067】図11は、図8でのレーザ発振スペクトル
の一例を示すグラフである。上述のような配置におい
て、光共振器25の縦モード間隔は0.51Åである
が、発振スペクトルの全幅はそれよりも小さく、単一縦
モード発振が確認され、ポンピング光26の出力が1W
であっても単一縦モードが保たれた。FIG. 11 is a graph showing an example of the laser oscillation spectrum in FIG. In the arrangement described above, the longitudinal mode interval of the optical resonator 25 is 0.51Å, but the overall width of the oscillation spectrum is smaller than that, and single longitudinal mode oscillation is confirmed, and the output of the pumping light 26 is 1 W.
Even single vertical mode was retained.
【0068】次に半導体レーザ31から波長860n
m、出力100mWのレーザ光27を光共振器25内に
導入したところ、光軸1aに沿って出力ミラー41から
出力15mWの和周波光が出力され、従来のマルチモー
ド発振の場合と比べて約1.5倍の高出力化を実現でき
た。さらに、単一縦モード化によってモードホッピング
が抑制され、和周波光の出力変動は大幅に低減した。Next, from the semiconductor laser 31 to the wavelength 860n
When a laser beam 27 of m and an output of 100 mW is introduced into the optical resonator 25, a sum frequency light of an output of 15 mW is output from the output mirror 41 along the optical axis 1a, which is about the same as that in the conventional multimode oscillation. We were able to achieve 1.5 times higher output. Furthermore, the single longitudinal mode suppresses the mode hopping, and the output fluctuation of the sum frequency light is greatly reduced.
【0069】(実施例2)図12は、本発明の他の実施
例を示す構成図である。ここでは固体レーザで波長10
64nmのレーザ光を発振させて、共振器外部の半導体
レーザから波長690nmのレーザ光を導入して、波長
418nmの和周波光を発生させた例を説明する。(Embodiment 2) FIG. 12 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. Here, a solid-state laser has a wavelength of 10
An example will be described in which a 64 nm laser beam is oscillated and a laser beam having a wavelength of 690 nm is introduced from a semiconductor laser outside the resonator to generate a sum frequency light having a wavelength of 418 nm.
【0070】和周波レーザ装置は、固体レーザを構成す
る光共振器25と、固体レーザを励起するポンピング光
26を出力する半導体レーザ20と、第2基本波のレー
ザ光27を出力する半導体レーザ31などで構成され
る。The sum frequency laser device includes an optical resonator 25 that constitutes a solid-state laser, a semiconductor laser 20 that outputs pumping light 26 that excites the solid-state laser, and a semiconductor laser 31 that outputs laser light 27 of the second fundamental wave. Etc.
【0071】光共振器25は、Ndが1%ドープされた
Nd:YVO4 から成るレーザ媒質23と、偏光依存性
および波長依存性を有する反射ミラー40と、KNbO
3 から成る非線形光学素子24と、凹面形状の反射面を
有する出力ミラー41で構成され、レーザ媒質23の表
面23bと非線形光学素子24の表面24aは互いに接
している。The optical resonator 25 comprises a laser medium 23 made of Nd: YVO 4 doped with 1% of Nd, a reflection mirror 40 having polarization dependence and wavelength dependence, and KNbO.
The nonlinear optical element 24 is composed of 3 and the output mirror 41 having a concave reflecting surface, and the surface 23b of the laser medium 23 and the surface 24a of the nonlinear optical element 24 are in contact with each other.
【0072】レーザ媒質23の表面23aには、レーザ
媒質23の発振波長である波長1064nmに対して反
射率が99.9%であって、かつポンピング光26の波
長809nmに対して透過率が95%以上となるコーテ
ィングが施されている。また、レーザ媒質23の反射ミ
ラー40側の表面23bには、波長1064nmに対し
て透過率が99.9%以上となるコーティングが施され
ている。出力ミラー41の反射面には、波長1064n
mに対して反射率が99.9%となるコーティングが施
されている。また、非線形光学素子24の各表面24
a、24bには、波長1064nmに対して透過率9
9.9%のコーティングが施されている。The surface 23a of the laser medium 23 has a reflectance of 99.9% at a wavelength of 1064 nm, which is the oscillation wavelength of the laser medium 23, and a transmittance of 95 at a wavelength of 809 nm of the pumping light 26. % Coating is applied. The surface 23b of the laser medium 23 on the reflection mirror 40 side is coated with a transmittance of 99.9% or more for a wavelength of 1064 nm. The reflection surface of the output mirror 41 has a wavelength of 1064n.
A coating having a reflectance of 99.9% with respect to m is applied. In addition, each surface 24 of the nonlinear optical element 24
a and 24b have a transmittance of 9 at a wavelength of 1064 nm.
It has a 9.9% coating.
【0073】反射ミラー40には、波長1064nmに
対してS偏光の反射率99.9%、P偏光の透過率90
%であって、かつ第2基本波の波長690nmに対して
S偏光の透過率が90%となるように多層膜コートが施
されている。The reflection mirror 40 has an S-polarized light reflectance of 99.9% and a P-polarized light transmittance of 90 for a wavelength of 1064 nm.
%, And the multilayer coating is applied so that the transmittance of S-polarized light is 90% with respect to the wavelength of the second fundamental wave of 690 nm.
【0074】ポンピング光26を出力する半導体レーザ
20は、ペルチェ温度調整回路(不図示)によって所定
温度に制御されている。半導体レーザ20と光共振器2
5との間には、コリメータ用のレンズ21aと、集光用
のレンズ21bとが配置されている。また、レーザ光2
7を出力する半導体レーザ31と反射ミラー40との間
には、コリメータ用のレンズ28が配置されている。The semiconductor laser 20 which outputs the pumping light 26 is controlled to a predetermined temperature by a Peltier temperature adjusting circuit (not shown). Semiconductor laser 20 and optical resonator 2
A lens 21 a for collimator and a lens 21 b for condensing are arranged between the lens 5 and the lens 5. Also, laser light 2
A lens 28 for a collimator is arranged between the semiconductor laser 31 that outputs 7 and the reflection mirror 40.
【0075】半導体レーザ20から放射されるポンピン
グ光26は、紙面垂直方向に直線偏光しており、レンズ
21a、レンズ21bを通過して、レーザ媒質23に集
光されると、レーザ媒質23中に反転分布が形成され、
Nd:YVO4 結晶の場合には波長1064nmのレー
ザ発振が起こる。このレーザ発振光は、レーザ媒質23
の表面23aと出力ミラー41との間を往復する。The pumping light 26 emitted from the semiconductor laser 20 is linearly polarized in the direction perpendicular to the plane of the drawing, passes through the lenses 21a and 21b, and is focused on the laser medium 23. An inversion distribution is formed,
In the case of Nd: YVO 4 crystal, laser oscillation with a wavelength of 1064 nm occurs. The laser oscillation light is emitted from the laser medium 23.
It reciprocates between the surface 23a of the and the output mirror 41.
【0076】一方、半導体レーザ(東芝製TOLD−9
151MD)31から放射された波長690nm、出力
30mWのレーザ光27は、レンズ28および反射ミラ
ー40を通過して、非線形光学素子24の表面24a上
にビームウエストを形成するように集光され、光共振器
25内のレーザ発振光と共軸になる。On the other hand, a semiconductor laser (TOLD-9 manufactured by Toshiba
The laser light 27 having a wavelength of 690 nm and an output of 30 mW emitted from the 151 MD) 31 passes through the lens 28 and the reflection mirror 40 and is condensed so as to form a beam waist on the surface 24 a of the nonlinear optical element 24. It becomes coaxial with the laser oscillation light in the resonator 25.
【0077】図3に示したように、レーザ媒質23のN
d:YVO4 結晶は、負の一軸性結晶であり、1つのa
軸が光軸1と平行に切り出されており、残りのa軸およ
びc軸は光軸1に対して垂直となるように配置されてい
る。また、レーザ媒質23の偏光軸であるc軸は、非線
形光学素子24の偏光軸であるb軸に対して45°で交
差するように配置される。こうしたレーザ媒質23は第
2の複屈折光学素子に相当する。非線形光学素子24で
あるKNbO3 結晶は、b軸が光軸1および光軸2を含
む平面に対して垂直方向になるよう切り出されたa軸結
晶である。As shown in FIG. 3, N of the laser medium 23 is
The d: YVO 4 crystal is a negative uniaxial crystal and has one a
The axis is cut out parallel to the optical axis 1, and the remaining a-axis and c-axis are arranged so as to be perpendicular to the optical axis 1. The c axis, which is the polarization axis of the laser medium 23, is arranged so as to intersect the b axis, which is the polarization axis of the nonlinear optical element 24, at 45 °. Such a laser medium 23 corresponds to a second birefringent optical element. The KNbO 3 crystal that is the nonlinear optical element 24 is an a-axis crystal cut out so that the b-axis is perpendicular to the plane including the optical axis 1 and the optical axis 2.
【0078】こうしたKNbO3 結晶において、b軸方
向に直線偏光した波長1064nmの第1基本波と、同
じくb軸方向に直線偏光した波長690nmの第2基本
波とが混合することによって、波長418nmの和周波
光がc軸方向に直線偏光して発生する。In such a KNbO 3 crystal, the first fundamental wave linearly polarized in the b-axis direction and having a wavelength of 1064 nm and the second fundamental wave linearly polarized in the b-axis direction and having a wavelength of 690 nm are mixed to give a wavelength of 418 nm. The sum frequency light is linearly polarized in the c-axis direction and generated.
【0079】このような構成によって、反射ミラー40
による共振損失で縦モードが差別化され、単一縦モード
発振が実現し、モードホッピングによる出力変動が抑制
され、出力10mW、波長418nmの和周波光を得る
ことができる。With such a configuration, the reflection mirror 40
The longitudinal mode is differentiated by the resonance loss due to, the single longitudinal mode oscillation is realized, the output fluctuation due to the mode hopping is suppressed, and the sum frequency light with the output of 10 mW and the wavelength of 418 nm can be obtained.
【0080】[0080]
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、ビ
ームウォークオフや偏光依存性を有する光学素子を利用
して、所定の縦モード以外のモードに共振損失を付与す
ることによって、偏光モードの差別化が可能になり、固
体レーザにおいて単一縦モードのレーザ発振を実現する
ことができる。したがって、別の縦モードへのモードホ
ッピングが抑制され、和周波光の出力レベル変動を格段
に低減化でき、しかも和周波発生の変換効率も向上す
る。As described in detail above, according to the present invention, a polarization mode is provided by giving a resonance loss to a mode other than a predetermined longitudinal mode by using an optical element having beam walk-off and polarization dependence. Can be differentiated, and a single longitudinal mode laser oscillation can be realized in a solid-state laser. Therefore, mode hopping to another longitudinal mode is suppressed, the output level fluctuation of the sum frequency light can be significantly reduced, and the conversion efficiency of sum frequency generation is also improved.
【図1】図1は本発明の原理を示すものであり、図1
(a)は光共振器25の構成図、図1(b)は各素子の
配置を示す斜視図である。FIG. 1 shows the principle of the present invention.
1A is a configuration diagram of the optical resonator 25, and FIG. 1B is a perspective view showing the arrangement of each element.
【図2】光共振器25の他の例を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing another example of the optical resonator 25.
【図3】本発明の他の原理を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing another principle of the present invention.
【図4】反射ミラー40の偏光依存性および波長依存性
の一例を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing an example of polarization dependence and wavelength dependence of a reflection mirror 40.
【図5】偏光素子を用いたモード弁別の他の構成例を示
し、図5(a)は光共振器25の構成図、図5(b)は
各素子の配置を示す斜視図である。5A and 5B show another configuration example of mode discrimination using a polarization element, FIG. 5A is a configuration diagram of an optical resonator 25, and FIG. 5B is a perspective view showing an arrangement of each element.
【図6】偏光素子を用いたモード弁別の他の構成例を示
し、図6(a)は光共振器25の構成図、図6(b)は
各素子の配置を示す斜視図である。6A and 6B show another configuration example of mode discrimination using a polarization element, FIG. 6A is a configuration diagram of an optical resonator 25, and FIG. 6B is a perspective view showing an arrangement of each element.
【図7】偏光素子を用いたモード弁別の他の構成例を示
す図である。FIG. 7 is a diagram showing another configuration example of mode discrimination using a polarization element.
【図8】本発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
【図9】非線形光学素子24であるKNbO3 結晶の切
出し方向を示す図である。FIG. 9 is a view showing a cutting direction of a KNbO 3 crystal which is a nonlinear optical element 24.
【図10】レーザ媒質23と非線形光学素子24の偏光
軸の配置図である。10 is a layout diagram of polarization axes of a laser medium 23 and a nonlinear optical element 24. FIG.
【図11】図8でのレーザ発振スペクトルの一例を示す
グラフである。FIG. 11 is a graph showing an example of the laser oscillation spectrum in FIG.
【図12】本発明の他の実施例を示す構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
【図13】和周波レーザ装置が出力する和周波光のスペ
クトルの一例を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing an example of a spectrum of sum frequency light output from the sum frequency laser device.
1、1a、2 光軸 5 ブリュースタ板 20、31 半導体レーザ 21a、21b、28、33 レンズ 23 レーザ媒質 24 非線形光学素子 25 光共振器 26 ポンピング光 27 レーザ光 31 レーザ光 37 偏光ビームスプリッタ 40、42 反射ミラー 41 出力ミラー BR 複屈折光学素子 1, 1a, 2 optical axis 5 Brewster plate 20, 31 Semiconductor lasers 21a, 21b, 28, 33 Lens 23 Laser medium 24 Non-linear optical element 25 Optical resonator 26 Pumping light 27 Laser light 31 Laser light 37 Polarizing beam splitter 40, 42 reflective mirror 41 output mirror BR birefringent optical element
Claims (11)
のうち1つがレーザ媒質であって、当該光学素子のうち
少なくとも2つが複屈折光学素子である光共振器と、 前記レーザ媒質を励起するためのポンピング光を放射す
る第1光源と、 前記光共振器の発振波長とは異なる波長のレーザ光を前
記光共振器内に供給する第2光源と、 前記複屈折光学素子のうちの第1複屈折光学素子で生じ
るビームウォークオフによって分離される2つの偏光光
軸のうち一方の光軸をもって前記光共振器の光軸を形成
したことを特徴とする和周波レーザ装置。1. An optical resonator in which a plurality of optical elements are interposed, one of the optical elements is a laser medium, and at least two of the optical elements are birefringent optical elements, and the laser medium is excited. A first light source that emits pumping light for operating the optical resonator, a second light source that supplies laser light having a wavelength different from the oscillation wavelength of the optical resonator into the optical resonator, and a second light source of the birefringent optical element. 1. A sum frequency laser device in which the optical axis of the optical resonator is formed by one of the two polarized optical axes separated by the beam walk-off generated in the birefringent optical element.
共振器を構成する反射鏡のうち少なくとも1つは曲面鏡
であり、第1複屈折光学素子以外の第2複屈折光学素子
と当該曲面鏡と間に、第1複屈折光学素子が配置されて
いることを特徴とする請求項1記載の和周波レーザ装
置。2. The optical resonator is a linear type, and at least one of the reflecting mirrors forming the optical resonator is a curved mirror, and a second birefringent optical element other than the first birefringent optical element. The sum frequency laser device according to claim 1, wherein a first birefringent optical element is arranged between the curved mirror and the curved mirror.
のうち1つがレーザ媒質であって、当該光学素子のうち
少なくとも2つが複屈折光学素子であって、当該光学素
子のうち少なくとも1つが偏光素子である光共振器と、 前記レーザ媒質を励起するためのポンピング光を放射す
る第1光源と、 前記光共振器の発振波長とは異なる波長のレーザ光を前
記光共振器内に供給する第2光源と、 前記複屈折光学素子の何れか一方は和周波発生用の非線
形光学素子であって、 前記複屈折光学素子および前記偏光素子が波長弁別機能
を有することを特徴とする和周波レーザ装置。3. A plurality of optical elements are interposed, one of the optical elements is a laser medium, at least two of the optical elements are birefringent optical elements, and at least one of the optical elements is An optical resonator that is a polarizing element, a first light source that emits pumping light for exciting the laser medium, and a laser beam having a wavelength different from an oscillation wavelength of the optical resonator are supplied into the optical resonator. One of the second light source and the birefringent optical element is a nonlinear optical element for generating a sum frequency, and the birefringent optical element and the polarizing element have a wavelength discriminating function. apparatus.
光素子は反射率が偏光依存性を有する反射ミラーであ
り、前記レーザ媒質と前記非線形光学素子との間に当該
反射ミラーが介在していることを特徴とする請求項3記
載の和周波レーザ装置。4. The optical resonator is of a bent type, the polarization element is a reflection mirror whose reflectance has polarization dependency, and the reflection mirror is interposed between the laser medium and the nonlinear optical element. The sum frequency laser device according to claim 3, wherein
あることを特徴とする請求項3記載の和周波レーザ装
置。5. The sum frequency laser device according to claim 3, wherein the polarization element is a polarization beam splitter.
て、前記レーザ媒質と前記非線形光学素子との間にブリ
ュースタ板が介在していることを特徴とする請求項3記
載の和周波レーザ装置。6. The sum frequency laser device according to claim 3, wherein the polarizing element is a Brewster plate, and a Brewster plate is interposed between the laser medium and the nonlinear optical element. .
トされた非線形光学素子の端面に形成されていることを
特徴とする請求項3記載の和周波レーザ装置。7. The sum frequency laser device according to claim 3, wherein the polarization element is formed on an end face of a nonlinear optical element cut at a Brewster angle.
とを特徴とする請求項1〜7何れかに記載の和周波レー
ザ装置。8. The sum frequency laser device according to claim 1, wherein the laser medium has birefringence.
成されていることを特徴とする請求項1〜7何れかに記
載の和周波レーザ装置。9. The sum frequency laser device according to claim 1, wherein the laser medium is made of Nd: YVO 4 .
形成されていることを特徴とする請求項1〜7何れかに
記載の和周波レーザ装置。10. The sum frequency laser device according to claim 1, wherein the nonlinear optical element is formed of KNbO 3 .
ーザであることを特徴とする請求項1〜10何れかに記
載の和周波レーザ装置。11. The sum frequency laser device according to claim 1, wherein the first and second light sources are semiconductor lasers.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17374995A JPH0927648A (en) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | Summed frequency laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17374995A JPH0927648A (en) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | Summed frequency laser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0927648A true JPH0927648A (en) | 1997-01-28 |
Family
ID=15966426
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17374995A Pending JPH0927648A (en) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | Summed frequency laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0927648A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007133445A (en) * | 2007-02-23 | 2007-05-31 | Sony Corp | Wavelength conversion device |
JP2015504465A (en) * | 2011-11-15 | 2015-02-12 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | Luminescent borates, materials and articles incorporating such borates and methods and apparatus for making them and use in certification of articles |
KR101573748B1 (en) * | 2013-09-09 | 2015-12-04 | 광주과학기술원 | Laser wavelength conversion apparatus |
-
1995
- 1995-07-10 JP JP17374995A patent/JPH0927648A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007133445A (en) * | 2007-02-23 | 2007-05-31 | Sony Corp | Wavelength conversion device |
JP2015504465A (en) * | 2011-11-15 | 2015-02-12 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | Luminescent borates, materials and articles incorporating such borates and methods and apparatus for making them and use in certification of articles |
KR101573748B1 (en) * | 2013-09-09 | 2015-12-04 | 광주과학기술원 | Laser wavelength conversion apparatus |
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