JPH10239724A - 第二高調波発生装置およびレーザ応用装置 - Google Patents
第二高調波発生装置およびレーザ応用装置Info
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- JPH10239724A JPH10239724A JP9045011A JP4501197A JPH10239724A JP H10239724 A JPH10239724 A JP H10239724A JP 9045011 A JP9045011 A JP 9045011A JP 4501197 A JP4501197 A JP 4501197A JP H10239724 A JPH10239724 A JP H10239724A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低ノイズの第二高調波発生装置およびそれを
用いたレーザ応用装置を提供する。 【解決手段】 第一の発振波の波長を制御するための波
長制御素子と前記第一の発振波を基本波として第二の発
振波である第二高調波に波長変換するための非線形光学
結晶とを有する共振器を備えた第二高調波発生装置にお
いて、前記非線形光学結晶の位相整合波長特性の極大値
に前記基本波の発振波長を制御して第二高調波を発生さ
せることを特徴とする第二高調波発生装置。
用いたレーザ応用装置を提供する。 【解決手段】 第一の発振波の波長を制御するための波
長制御素子と前記第一の発振波を基本波として第二の発
振波である第二高調波に波長変換するための非線形光学
結晶とを有する共振器を備えた第二高調波発生装置にお
いて、前記非線形光学結晶の位相整合波長特性の極大値
に前記基本波の発振波長を制御して第二高調波を発生さ
せることを特徴とする第二高調波発生装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は第二高調波発生装置
およびこの第二高調波発生装置を用いたレーザプリンタ
装置、微粒子検出装置、光造形装置、光記録装置等に代
表されるレーザ応用装置に関する。
およびこの第二高調波発生装置を用いたレーザプリンタ
装置、微粒子検出装置、光造形装置、光記録装置等に代
表されるレーザ応用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】高度情報化時代の進展に伴い、光ディス
ク装置やレーザプリンタ装置などの光記録分野において
は記録密度向上や高速印刷等の要求を満足するため、短
波長化への要求が高まっている。しかし製品化レベルで
要求の多い青色領域波長（波長４００〜４８０ｎｍ）を
満足する光源としてはＨｅ−Ｃｄ（ヘリウムーカドミウ
ム）レーザ装置やＡｒ（アルゴン）レーザ装置などのガ
スレーザ装置しかなく、例えば光ディスク装置に搭載す
るには大型で消費電力が大きく不向きであった。また、
前記ガスレーザ装置は一部のレーザプリンタ装置に実際
に光源として搭載されているが、前述の理由により将来
小型化や低消費電力化を進める上で障害となる可能性を
有していた。
ク装置やレーザプリンタ装置などの光記録分野において
は記録密度向上や高速印刷等の要求を満足するため、短
波長化への要求が高まっている。しかし製品化レベルで
要求の多い青色領域波長（波長４００〜４８０ｎｍ）を
満足する光源としてはＨｅ−Ｃｄ（ヘリウムーカドミウ
ム）レーザ装置やＡｒ（アルゴン）レーザ装置などのガ
スレーザ装置しかなく、例えば光ディスク装置に搭載す
るには大型で消費電力が大きく不向きであった。また、
前記ガスレーザ装置は一部のレーザプリンタ装置に実際
に光源として搭載されているが、前述の理由により将来
小型化や低消費電力化を進める上で障害となる可能性を
有していた。
【０００３】この問題に対して光第二高調波発生（Seco
nd Harmonic Generation：以下ＳＨＧという。）を用
いることで短波長化する技術が提案されている。このＳ
ＨＧ光源の実用化技術の検討は励起光源として半導体レ
ーザの高出力化と伴に進展した。その背景にはこのＳＨ
Ｇ光源が従来のガスレーザのような放電を必要とせず
小型化低消費電力化、さらには励起用半導体レーザの
出力安定性および長寿命に依存したＳＨＧ光源の高い信
頼性（出力安定性、長寿命）を実現する可能性を有
しているからである。
nd Harmonic Generation：以下ＳＨＧという。）を用
いることで短波長化する技術が提案されている。このＳ
ＨＧ光源の実用化技術の検討は励起光源として半導体レ
ーザの高出力化と伴に進展した。その背景にはこのＳＨ
Ｇ光源が従来のガスレーザのような放電を必要とせず
小型化低消費電力化、さらには励起用半導体レーザの
出力安定性および長寿命に依存したＳＨＧ光源の高い信
頼性（出力安定性、長寿命）を実現する可能性を有
しているからである。
【０００４】前記ガスレーザと同等の出力波長を有する
ＳＨＧ光源としては例えば図８に示すように、固体レー
ザの発振波を基本波として固体レーザの共振器内部に非
線形光学結晶６（ＳＨＧ結晶）を配置した内部共振器型
ＳＨＧ方式が挙げられる。この内部共振器型ＳＨＧ方式
において固体レーザを形成する共振器は固体レーザ結晶
４の発振波長において高反射のミラー３、７を両端に配
置した構成であるため、この共振器外部からの反射戻り
光等の外乱による発振波長変動が極めて小さいことが特
長である。
ＳＨＧ光源としては例えば図８に示すように、固体レー
ザの発振波を基本波として固体レーザの共振器内部に非
線形光学結晶６（ＳＨＧ結晶）を配置した内部共振器型
ＳＨＧ方式が挙げられる。この内部共振器型ＳＨＧ方式
において固体レーザを形成する共振器は固体レーザ結晶
４の発振波長において高反射のミラー３、７を両端に配
置した構成であるため、この共振器外部からの反射戻り
光等の外乱による発振波長変動が極めて小さいことが特
長である。
【０００５】近年、半導体レーザ励起波長可変固体レー
ザ装置において波長750〜1000nmで発振するレーザ結晶
としてＬｉＳＡＦ（Cr:LiSrAlF6；クロム添加のフッ化
リチウムストロンチウムアルミニウム）結晶を用いたレ
ーザ装置がＵＳＰ４，８１１，３４９に開示されてい
る。
ザ装置において波長750〜1000nmで発振するレーザ結晶
としてＬｉＳＡＦ（Cr:LiSrAlF6；クロム添加のフッ化
リチウムストロンチウムアルミニウム）結晶を用いたレ
ーザ装置がＵＳＰ４，８１１，３４９に開示されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは半導体レ
ーザ励起のＬｉＳＡＦ結晶からのレーザ光を第一の発振
波（基本波）とし非線形光学結晶により第二の発振波と
して青色領域のＳＨＧ光を発生させる方法を検討したと
ころ、下記の問題点を発見した。
ーザ励起のＬｉＳＡＦ結晶からのレーザ光を第一の発振
波（基本波）とし非線形光学結晶により第二の発振波と
して青色領域のＳＨＧ光を発生させる方法を検討したと
ころ、下記の問題点を発見した。
【０００７】図１はＬｉＳＡＦ結晶と非線形光学結晶と
を用いた第二高調波発生装置の一例を示す図である。図
１の半導体レーザ１１からの励起光３１は入射側の第一
のレーザミラー３を透過し、ＬｉＳＡＦ結晶４に入射さ
れる。第一のレーザミラー３はＬｉＳＡＦ結晶４から発
振される基本波３２を９９％以上反射する誘電体多層膜
によるミラー膜で構成され、ＳＨＧ結晶６の出射側に形
成されたミラー膜７との間でレーザ共振器を構成する。
この共振器内にある基本波を波長制御素子である複屈折
フィルタ５によりＳＨＧ結晶６の位相整合波長に制御す
ることでＳＨＧ光３３が出射される。第二のレーザミラ
ー７には基本波を９９％以上反射し、かつＳＨＧ光を透
過するコーティングが施されている。
を用いた第二高調波発生装置の一例を示す図である。図
１の半導体レーザ１１からの励起光３１は入射側の第一
のレーザミラー３を透過し、ＬｉＳＡＦ結晶４に入射さ
れる。第一のレーザミラー３はＬｉＳＡＦ結晶４から発
振される基本波３２を９９％以上反射する誘電体多層膜
によるミラー膜で構成され、ＳＨＧ結晶６の出射側に形
成されたミラー膜７との間でレーザ共振器を構成する。
この共振器内にある基本波を波長制御素子である複屈折
フィルタ５によりＳＨＧ結晶６の位相整合波長に制御す
ることでＳＨＧ光３３が出射される。第二のレーザミラ
ー７には基本波を９９％以上反射し、かつＳＨＧ光を透
過するコーティングが施されている。
【０００８】図１における問題点は、出力ＳＨＧ光に高
周波成分のノイズが含まれていることである。このノイ
ズの原因は内部共振器型ＳＨＧレーザの共通の問題点と
して検討されており、共振器内で発振する基本波の縦モ
ードがマルチ発振することで、固体レーザの発振強度分
布内で複数の基本波縦モードとなって、それらの強度が
お互いに変化することにより、各基本波モードが強度競
合を起し、ＳＨＧ出力もそれに伴い変動することが考え
られている。(T.Baer,"Large-amplitude fluctuations
due to longitudal mode copling in diode-pu
mped intracavity-doubled Nd:YAG lasers" J.Opt.
Soc.Am.B3,1175 1986)
周波成分のノイズが含まれていることである。このノイ
ズの原因は内部共振器型ＳＨＧレーザの共通の問題点と
して検討されており、共振器内で発振する基本波の縦モ
ードがマルチ発振することで、固体レーザの発振強度分
布内で複数の基本波縦モードとなって、それらの強度が
お互いに変化することにより、各基本波モードが強度競
合を起し、ＳＨＧ出力もそれに伴い変動することが考え
られている。(T.Baer,"Large-amplitude fluctuations
due to longitudal mode copling in diode-pu
mped intracavity-doubled Nd:YAG lasers" J.Opt.
Soc.Am.B3,1175 1986)
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記従来の
問題点を共振器内の基本波発振縦モードをシングルモー
ド化することで解決できるが、必ずしもシングルモード
としなくてもＳＨＧノイズを低減できることを見出し
た。すなわち、ＳＨＧ光を発生させる非線形光学結晶の
位相整合波長特性を厳密にとらえ、その特性に共振器内
の基本波波長を合わせることでＳＨＧノイズを十分に低
減できることを見出し本発明に想到した。すなわち本発
明は、第一の発振波の波長を制御するための波長制御素
子と前記第一の発振波を基本波として第二の発振波であ
る第二高調波に波長変換するための非線形光学結晶を有
する共振器を備えた第二高調波発生装置において、非線
形光学結晶の位相整合波長特性の極大値に基本波の発振
波長を制御して第二高調波を発生させることを特徴とす
る第二高調波発生装置である。
問題点を共振器内の基本波発振縦モードをシングルモー
ド化することで解決できるが、必ずしもシングルモード
としなくてもＳＨＧノイズを低減できることを見出し
た。すなわち、ＳＨＧ光を発生させる非線形光学結晶の
位相整合波長特性を厳密にとらえ、その特性に共振器内
の基本波波長を合わせることでＳＨＧノイズを十分に低
減できることを見出し本発明に想到した。すなわち本発
明は、第一の発振波の波長を制御するための波長制御素
子と前記第一の発振波を基本波として第二の発振波であ
る第二高調波に波長変換するための非線形光学結晶を有
する共振器を備えた第二高調波発生装置において、非線
形光学結晶の位相整合波長特性の極大値に基本波の発振
波長を制御して第二高調波を発生させることを特徴とす
る第二高調波発生装置である。
【００１０】また非線形光学結晶の位相整合波長特性に
おける第二高調波の発生効率の最大値からその最大値の
２０％までの波長範囲の極大値に前記基本波の発振波長
を制御して第二高調波を発生させることを特徴とする第
二高調波発生装置である。
おける第二高調波の発生効率の最大値からその最大値の
２０％までの波長範囲の極大値に前記基本波の発振波長
を制御して第二高調波を発生させることを特徴とする第
二高調波発生装置である。
【００１１】また非線形光学結晶に位相整合半値幅が広
いＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2Ｏ4）、
ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）、ＣＢＯ（ＣｓＢ3Ｏ5）
のうちの少なくとも１種を用いることを特徴とする第二
高調波発生装置である。
いＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2Ｏ4）、
ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）、ＣＢＯ（ＣｓＢ3Ｏ5）
のうちの少なくとも１種を用いることを特徴とする第二
高調波発生装置である。
【００１２】第一の発振波の波長を制御するための波長
制御素子としてＬｉＳＡＦ結晶と非線形光学結晶との間
にブリュースタ角に傾けた１乃至３枚のいずれかの複屈
折結晶を配置することで、その波長制御が容易に可能で
ある。固体レーザ結晶の発振波長を制御するための波長
制御素子として複屈折結晶を共振器中に挿入すると、損
失により共振器の発振しきい値が高くなることが知られ
ている。これはレーザ共振器の発振特性は共振器内の損
失に依存しており、複屈折結晶を挿入することにより損
失が高くなり発振に至るまでのしきい値が高くなってし
まうためである。さらに波長制御素子の透過帯域幅が狭
いと透過せずに波長制御素子によって反射され損失とな
る光量が多くなるために、損失が増え発振しきい値が高
くなってしまう。この対策として、複屈折結晶の厚さを
減らすことで透過波長幅を広げることができ、損失が減
少することにより、発振しきい値を下げることができる
という効果を有する。
制御素子としてＬｉＳＡＦ結晶と非線形光学結晶との間
にブリュースタ角に傾けた１乃至３枚のいずれかの複屈
折結晶を配置することで、その波長制御が容易に可能で
ある。固体レーザ結晶の発振波長を制御するための波長
制御素子として複屈折結晶を共振器中に挿入すると、損
失により共振器の発振しきい値が高くなることが知られ
ている。これはレーザ共振器の発振特性は共振器内の損
失に依存しており、複屈折結晶を挿入することにより損
失が高くなり発振に至るまでのしきい値が高くなってし
まうためである。さらに波長制御素子の透過帯域幅が狭
いと透過せずに波長制御素子によって反射され損失とな
る光量が多くなるために、損失が増え発振しきい値が高
くなってしまう。この対策として、複屈折結晶の厚さを
減らすことで透過波長幅を広げることができ、損失が減
少することにより、発振しきい値を下げることができる
という効果を有する。
【００１３】さらに複屈折結晶を水晶板一枚とした場合
の複屈折結晶の厚さに対するレーザ発振の波長間隔は、
その厚さが厚くなるとレーザ発振する波長の発振間隔が
狭くなる。これはその厚さが厚いと隣り合うレーザ発振
可能な波長の間隔が狭くなり、ＬｉＳＡＦレーザのよう
に広帯域での発振が可能なレーザでは同時に２つ以上の
発振波長で発振する可能性がある。一般のレーザミラー
の反射帯域幅は５０ｎｍ程度であるため、二つ以上の同
時発振を抑制するには前記反射帯域幅の半分程度の２５
ｎｍ程度以上の発振波長間隔が必要であることから複屈
折結晶の厚さは３ｍｍ以下である必要があり、結晶の厚
さが薄すぎると波長制御が困難となるため複屈折結晶の
厚さは０．４ｍｍ以上であることが望ましい。ここでレ
ーザ発振波長間隔とは、同時にレーザ発振でき得る波長
の間隔であり、レーザ媒質の波長に対する利得特性に依
存している。利得特性が広いとレーザ発振できる波長範
囲が広いために、波長制御素子の透過波長間隔によって
は同時にレーザ発振する場合がある。本発明では複屈折
結晶を複数枚組み合わせて用いることにより、発振波長
幅および間隔をより高精度で制御可能となり、非線形光
学結晶の位相整合波長に合わせる精度を高めることがで
きるので好ましい。
の複屈折結晶の厚さに対するレーザ発振の波長間隔は、
その厚さが厚くなるとレーザ発振する波長の発振間隔が
狭くなる。これはその厚さが厚いと隣り合うレーザ発振
可能な波長の間隔が狭くなり、ＬｉＳＡＦレーザのよう
に広帯域での発振が可能なレーザでは同時に２つ以上の
発振波長で発振する可能性がある。一般のレーザミラー
の反射帯域幅は５０ｎｍ程度であるため、二つ以上の同
時発振を抑制するには前記反射帯域幅の半分程度の２５
ｎｍ程度以上の発振波長間隔が必要であることから複屈
折結晶の厚さは３ｍｍ以下である必要があり、結晶の厚
さが薄すぎると波長制御が困難となるため複屈折結晶の
厚さは０．４ｍｍ以上であることが望ましい。ここでレ
ーザ発振波長間隔とは、同時にレーザ発振でき得る波長
の間隔であり、レーザ媒質の波長に対する利得特性に依
存している。利得特性が広いとレーザ発振できる波長範
囲が広いために、波長制御素子の透過波長間隔によって
は同時にレーザ発振する場合がある。本発明では複屈折
結晶を複数枚組み合わせて用いることにより、発振波長
幅および間隔をより高精度で制御可能となり、非線形光
学結晶の位相整合波長に合わせる精度を高めることがで
きるので好ましい。
【００１４】固体レーザ結晶にＬｉＳＡＦ（Cr:LiSrAlF
6；クロム添加のフッ化リチウムストロンチウムアルミ
ニウム）結晶を用いた場合には、第１の発振波を波長８
００〜９００ｎｍの領域で発生することができ、青色領
域（波長４００〜４５０ｎｍ）の第２の発振波を発生で
きる。また前記の固体レーザ結晶にＬｉＳＧＡＦ（Cr:L
iSrGaF6；クロム添加のフッ化リチウムストロンチウム
ガリウム）結晶を用いた場合には、第１の発振波を８０
０〜１０００ｎｍの領域で発生することができ、波長４
００〜５００ｎｍの第２の発振波を発生できる。これら
の手段を採用することでＳＨＧ方式の特長である小型で
低消費電力でかつ低ノイズの第二高調波発生装置を実現
できる。
6；クロム添加のフッ化リチウムストロンチウムアルミ
ニウム）結晶を用いた場合には、第１の発振波を波長８
００〜９００ｎｍの領域で発生することができ、青色領
域（波長４００〜４５０ｎｍ）の第２の発振波を発生で
きる。また前記の固体レーザ結晶にＬｉＳＧＡＦ（Cr:L
iSrGaF6；クロム添加のフッ化リチウムストロンチウム
ガリウム）結晶を用いた場合には、第１の発振波を８０
０〜１０００ｎｍの領域で発生することができ、波長４
００〜５００ｎｍの第２の発振波を発生できる。これら
の手段を採用することでＳＨＧ方式の特長である小型で
低消費電力でかつ低ノイズの第二高調波発生装置を実現
できる。
【００１５】本発明では上記の特長ある第二高調波発生
装置を用いて例えばレーザプリンタ装置、微粒子検出装
置、光造形装置、光記録装置等の有用なレーザ応用装置
を構成することができる。
装置を用いて例えばレーザプリンタ装置、微粒子検出装
置、光造形装置、光記録装置等の有用なレーザ応用装置
を構成することができる。
【００１６】
（実施例１）図１は本発明の一実施例を説明するための
図である。半導体レーザ１１から出射された励起ビーム
３１は集光光学系１２により集光され、固体レーザ結晶
４を励起する。半導体レーザ１１は米国ＳＤＬ社製AlGa
InP系半導体レーザを用い、出力５００ｍＷ、発振波長
６７０ｎｍである。また、集光光学系１２は２枚のシリ
ンドリカルレンズと単レンズ（ｆ＝３０ｍｍ）を用い
た。励起される固体レーザ結晶４は基本波である第１発
振波を発生し、曲率ミラーである入射側の第一のレーザ
ミラー３とＳＨＧ結晶６の出射端面に形成された第１の
発振波を反射する第二のレーザミラー７からなるレーザ
共振器で第１の発振波である基本波を発生する。レーザ
共振器中にはレーザ結晶４と波長制御素子５とＳＨＧ結
晶６が配置されている。第一のレーザミラー３は半導体
レーザからの励起光波長に対しては８５％以上を透過
し、基本波波長に対しては反射率９９％以上の全反射
（以下単にＨＲという；High-Reflection）コーティン
グを施してある。この共振器構造は凹平式共振器であ
り、第一のレーザミラー３の曲率半径は２０ｍｍ、共振
器長（Ｌ）は１８ｍｍとした。レーザ結晶４にはＣｒ添
加量１．５ｍｏｌ％の直方体形状のＬｉＳＡＦ結晶(縦
３ｍｍ×横３ｍｍ×厚さ５ｍｍ)を用い、その結晶端面
には励起光波長と基本波波長に対して反射率２％以下の
無反射（以下単にＡＲという；Anti-Reflection）コー
ティングを施してある。ＳＨＧ結晶６は直方体形状で縦
３ｍｍ×横３ｍｍ×厚さ５ｍｍのＬＢＯ結晶である。
図である。半導体レーザ１１から出射された励起ビーム
３１は集光光学系１２により集光され、固体レーザ結晶
４を励起する。半導体レーザ１１は米国ＳＤＬ社製AlGa
InP系半導体レーザを用い、出力５００ｍＷ、発振波長
６７０ｎｍである。また、集光光学系１２は２枚のシリ
ンドリカルレンズと単レンズ（ｆ＝３０ｍｍ）を用い
た。励起される固体レーザ結晶４は基本波である第１発
振波を発生し、曲率ミラーである入射側の第一のレーザ
ミラー３とＳＨＧ結晶６の出射端面に形成された第１の
発振波を反射する第二のレーザミラー７からなるレーザ
共振器で第１の発振波である基本波を発生する。レーザ
共振器中にはレーザ結晶４と波長制御素子５とＳＨＧ結
晶６が配置されている。第一のレーザミラー３は半導体
レーザからの励起光波長に対しては８５％以上を透過
し、基本波波長に対しては反射率９９％以上の全反射
（以下単にＨＲという；High-Reflection）コーティン
グを施してある。この共振器構造は凹平式共振器であ
り、第一のレーザミラー３の曲率半径は２０ｍｍ、共振
器長（Ｌ）は１８ｍｍとした。レーザ結晶４にはＣｒ添
加量１．５ｍｏｌ％の直方体形状のＬｉＳＡＦ結晶(縦
３ｍｍ×横３ｍｍ×厚さ５ｍｍ)を用い、その結晶端面
には励起光波長と基本波波長に対して反射率２％以下の
無反射（以下単にＡＲという；Anti-Reflection）コー
ティングを施してある。ＳＨＧ結晶６は直方体形状で縦
３ｍｍ×横３ｍｍ×厚さ５ｍｍのＬＢＯ結晶である。
【００１７】ＬＢＯ結晶６の出射側つまり後方端面には
基本波波長に対して反射率９９％以上のＨＲコーティン
グとＳＨＧ波長に対して反射率１％以下のＡＲコーティ
ングを施して第二のレーザミラー７とした。また、ＬＢ
Ｏ結晶６の入射側つまり前方端面には基本波波長に対し
て反射率０．２％以下のＡＲコーティングを施した。波
長制御素子５には厚さ１ｍｍの１枚の水晶板からなる複
屈折フィルタを用い、光軸に対してブリュースター角に
配置して光軸の回りを回転させることで波長制御し、Ｓ
ＨＧ結晶であるＬＢＯ結晶６の位相整合波長に基本波の
波長を調整している。
基本波波長に対して反射率９９％以上のＨＲコーティン
グとＳＨＧ波長に対して反射率１％以下のＡＲコーティ
ングを施して第二のレーザミラー７とした。また、ＬＢ
Ｏ結晶６の入射側つまり前方端面には基本波波長に対し
て反射率０．２％以下のＡＲコーティングを施した。波
長制御素子５には厚さ１ｍｍの１枚の水晶板からなる複
屈折フィルタを用い、光軸に対してブリュースター角に
配置して光軸の回りを回転させることで波長制御し、Ｓ
ＨＧ結晶であるＬＢＯ結晶６の位相整合波長に基本波の
波長を調整している。
【００１８】基本波波長８６０ｎｍでタイプＩの位相整
合でＳＨＧ変換されるように、非線形光学結晶であるＬ
ＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶を２６．２゜に切り出し、その
切り出し長さを５ｍｍとしたこのＬＢＯ結晶の位相整合
波長特性を測定した結果を図２に示した。図２より、位
相整合波長の半値幅は約４〜５ｎｍと広い。さらに詳細
に位相整合波長特性を測定した結果を図３に示す。図３
より、位相整合波長特性が０．０２〜０．０６ｎｍの間
隔で細かく極大、極小を繰り返していることがわかる。
この切り出したＬＢＯ結晶を上記図１の第二高調波発生
装置に配置し、ＳＨＧ光を発生させたところ図４の結果
を得た。図４は波長制御素子５によりＳＨＧ出力が例え
ば１５ｍＷとなるような波長に合わせた場合の基本波の
発振波長特性をマイケルソン干渉計型の高分解能光スペ
クトラムアナライザ（（株）アドバンテスト：型式Ｑ８
３４７）で測定したものであり、約０．０５ｎｍの間隔
で４本の縦モードが発振している。さらにこのときのＳ
ＨＧ出力を高速のＳｉフォトダイオードで受光し、その
出力をＲＦスペクトラムアナライザにて測定したときの
高周波ノイズ特性を図５に示した。図５および後述の図
７において（イ）は光を受光しない場合のゼロレベルで
あり、（ロ）はＳＨＧ光を受光した場合の周波数特性で
あり、２ＭＨｚ以下の周波数領域でノイズ（斜線部分）
が発生している。
合でＳＨＧ変換されるように、非線形光学結晶であるＬ
ＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶を２６．２゜に切り出し、その
切り出し長さを５ｍｍとしたこのＬＢＯ結晶の位相整合
波長特性を測定した結果を図２に示した。図２より、位
相整合波長の半値幅は約４〜５ｎｍと広い。さらに詳細
に位相整合波長特性を測定した結果を図３に示す。図３
より、位相整合波長特性が０．０２〜０．０６ｎｍの間
隔で細かく極大、極小を繰り返していることがわかる。
この切り出したＬＢＯ結晶を上記図１の第二高調波発生
装置に配置し、ＳＨＧ光を発生させたところ図４の結果
を得た。図４は波長制御素子５によりＳＨＧ出力が例え
ば１５ｍＷとなるような波長に合わせた場合の基本波の
発振波長特性をマイケルソン干渉計型の高分解能光スペ
クトラムアナライザ（（株）アドバンテスト：型式Ｑ８
３４７）で測定したものであり、約０．０５ｎｍの間隔
で４本の縦モードが発振している。さらにこのときのＳ
ＨＧ出力を高速のＳｉフォトダイオードで受光し、その
出力をＲＦスペクトラムアナライザにて測定したときの
高周波ノイズ特性を図５に示した。図５および後述の図
７において（イ）は光を受光しない場合のゼロレベルで
あり、（ロ）はＳＨＧ光を受光した場合の周波数特性で
あり、２ＭＨｚ以下の周波数領域でノイズ（斜線部分）
が発生している。
【００１９】波長制御素子５で図４の基本波波長を図６
に示すように約０．０２５ｎｍとほんの少しずらした場
合にはＳＨＧ出力は約２０ｍＷに向上した。このときの
高周波ノイズ特性を図７に示した。図７より図５におい
て２ＭＨｚ以下にあったノイズが大幅に低減されている
ことがわかる。つまり、わずか０．０２５ｎｍ基本波の
発振波長をずらすことでＳＨＧ出力はそのずらし分大き
くなり高周波のノイズも低減されていることがわかる。
このことは図３の位相整合波長特性の中の極大値に４本
の基本波の縦モードがそれぞれ位相整合されているため
と考えられる。図５は基本波の発振波長がＳＨＧ結晶の
位相整合波長の極大値以外に合った場合であり縦モード
が不安定となりモード競合が激しく起こるためにノイズ
が多く発生したと考えられる。これに対し、本発明によ
れば例えば上記図６、図７に例示される作用を安定に得
ることが可能で上記図２の斜線を付したＡ領域すなわち
図２におけるＳＨＧ効率の最大値からその最大値の２０
％までの波長範囲にあるＳＨＧ結晶の位相整合波長特性
の極大値に基本波の波長を合わせることでモード競合の
度合いを低くでき、ノイズを低減できることがわかっ
た。例えばＳＨＧ出力が１ｍＷ程度であれば上記Ａ領域
の極大値を選択することで容易に低ノイズのＳＨＧ出力
を得ることができ極めて実用性に富むものである。この
ノイズ低減作用は位相整合波長範囲の広いＢＢＯ（β−
ＢａＢ2Ｏ4）、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）、ＣＢＯ
（ＣｓＢ3Ｏ5）を用いた場合にも上記ＬＢＯと同様に得
ることができる。
に示すように約０．０２５ｎｍとほんの少しずらした場
合にはＳＨＧ出力は約２０ｍＷに向上した。このときの
高周波ノイズ特性を図７に示した。図７より図５におい
て２ＭＨｚ以下にあったノイズが大幅に低減されている
ことがわかる。つまり、わずか０．０２５ｎｍ基本波の
発振波長をずらすことでＳＨＧ出力はそのずらし分大き
くなり高周波のノイズも低減されていることがわかる。
このことは図３の位相整合波長特性の中の極大値に４本
の基本波の縦モードがそれぞれ位相整合されているため
と考えられる。図５は基本波の発振波長がＳＨＧ結晶の
位相整合波長の極大値以外に合った場合であり縦モード
が不安定となりモード競合が激しく起こるためにノイズ
が多く発生したと考えられる。これに対し、本発明によ
れば例えば上記図６、図７に例示される作用を安定に得
ることが可能で上記図２の斜線を付したＡ領域すなわち
図２におけるＳＨＧ効率の最大値からその最大値の２０
％までの波長範囲にあるＳＨＧ結晶の位相整合波長特性
の極大値に基本波の波長を合わせることでモード競合の
度合いを低くでき、ノイズを低減できることがわかっ
た。例えばＳＨＧ出力が１ｍＷ程度であれば上記Ａ領域
の極大値を選択することで容易に低ノイズのＳＨＧ出力
を得ることができ極めて実用性に富むものである。この
ノイズ低減作用は位相整合波長範囲の広いＢＢＯ（β−
ＢａＢ2Ｏ4）、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）、ＣＢＯ
（ＣｓＢ3Ｏ5）を用いた場合にも上記ＬＢＯと同様に得
ることができる。
【００２０】本発明では、例えば図１の第一のレーザミ
ラー３とレーザ結晶４と波長制御素子５とを同一の構造
部材８に設置し、ＳＨＧ結晶６は構造部材９に設置し、
それらを温度制御素子であるペルチェ素子上に固定し
て、共振器全体を温度制御するように構成することが好
ましい。ＳＨＧ出力が最大の状態で温度を±０．５℃以
下に僅かにずらすことでも共振器条件が変わるために波
長が僅かながらずれて低ノイズのＳＨＧ出力が得られ
る。また、励起光３１を集光光学系によってＸ，Ｙ，Ｚ
方向のいずれかまたはに２方向以上に数μm程度僅かに
動かしたり、共振器構造部材８、９の全体をＸ，Ｙ，Ｚ
方向のいずれかまたは２方向以上に数μm程度僅かに動
かすことによっても共振器条件が変化するために発振波
長がずれて低ノイズのＳＨＧ出力を得ることが可能であ
る。
ラー３とレーザ結晶４と波長制御素子５とを同一の構造
部材８に設置し、ＳＨＧ結晶６は構造部材９に設置し、
それらを温度制御素子であるペルチェ素子上に固定し
て、共振器全体を温度制御するように構成することが好
ましい。ＳＨＧ出力が最大の状態で温度を±０．５℃以
下に僅かにずらすことでも共振器条件が変わるために波
長が僅かながらずれて低ノイズのＳＨＧ出力が得られ
る。また、励起光３１を集光光学系によってＸ，Ｙ，Ｚ
方向のいずれかまたはに２方向以上に数μm程度僅かに
動かしたり、共振器構造部材８、９の全体をＸ，Ｙ，Ｚ
方向のいずれかまたは２方向以上に数μm程度僅かに動
かすことによっても共振器条件が変化するために発振波
長がずれて低ノイズのＳＨＧ出力を得ることが可能であ
る。
【００２１】（実施例２）図９は本発明の第二高調波発
生装置をレーザプリンタ装置に応用した一例を説明する
図である。実施例１で説明した第二高調波発生装置から
出射されたＳＨＧ出力３３は音響光学（以下ＡＯ：Ａｃ
ｏｕｓｔ−０ｐｔｉｃａｌ）変調器４０１、折り返しミ
ラー４０２、ビームエキスパンダ４０３、回転多面鏡４
０４、ｆθレンズ４０５を通過して感光ドラム４０６に
集光される。ＡＯ変調器４０１は画像情報に応じてＳＨ
Ｇ出力３３の変調を行い、回転多面鏡４０４はビームを
水平（紙面内）方向に走査する。この組み合わせで２次
元情報は感光ドラム４０６に部分的な電位差として記録
される。感光ドラム４０６は前記電位差に応じてトナー
を付着して回転し、記録用紙に情報を再生することがで
きる。
生装置をレーザプリンタ装置に応用した一例を説明する
図である。実施例１で説明した第二高調波発生装置から
出射されたＳＨＧ出力３３は音響光学（以下ＡＯ：Ａｃ
ｏｕｓｔ−０ｐｔｉｃａｌ）変調器４０１、折り返しミ
ラー４０２、ビームエキスパンダ４０３、回転多面鏡４
０４、ｆθレンズ４０５を通過して感光ドラム４０６に
集光される。ＡＯ変調器４０１は画像情報に応じてＳＨ
Ｇ出力３３の変調を行い、回転多面鏡４０４はビームを
水平（紙面内）方向に走査する。この組み合わせで２次
元情報は感光ドラム４０６に部分的な電位差として記録
される。感光ドラム４０６は前記電位差に応じてトナー
を付着して回転し、記録用紙に情報を再生することがで
きる。
【００２２】（実施例３）図１０は本発明の第二高調波
発生装置を微粒子検査装置に応用した一例として、Ｓｉ
ウエハー上の微粒子を検出する装置を説明する図であ
る。実施例１で説明した第二高調波発生装置から出射さ
れたＳＨＧ出力３３は光学ヘッド５００に入射され折り
返しミラー５０２、集光レンズ５０３で回折限界までに
集光されＳｉウエハー５０１に照射される。波長オーダ
ー０．４μｍまでに集光された光から散乱される光５０
５を光検出器５０４でそれぞれの位置で受光し強度を記
録し、光学ヘッド５００が回転するウエハー５０１の中
心部分から端部へ移動することでウエハー面上の微粒子
の分布を測定する。ＳＨＧ波長の１／１０以下程度まで
の微粒子を検出することができ有用なものである。
発生装置を微粒子検査装置に応用した一例として、Ｓｉ
ウエハー上の微粒子を検出する装置を説明する図であ
る。実施例１で説明した第二高調波発生装置から出射さ
れたＳＨＧ出力３３は光学ヘッド５００に入射され折り
返しミラー５０２、集光レンズ５０３で回折限界までに
集光されＳｉウエハー５０１に照射される。波長オーダ
ー０．４μｍまでに集光された光から散乱される光５０
５を光検出器５０４でそれぞれの位置で受光し強度を記
録し、光学ヘッド５００が回転するウエハー５０１の中
心部分から端部へ移動することでウエハー面上の微粒子
の分布を測定する。ＳＨＧ波長の１／１０以下程度まで
の微粒子を検出することができ有用なものである。
【００２３】（実施例４）図１１は本発明の第二高調波
発生装置を光造形装置に応用した一例を説明する図であ
る。光源には実施例１で説明した第二高調波発生装置を
用いた。青色硬化樹脂６０１を容器に満たし、実施例１
で説明した第二高調波発生装置から出射されたＳＨＧ出
力３３はミラー６０２により液面上にレーザ光６０３と
して２次元的に走査される。このとき青色硬化樹脂６０
１は光が吸収された液面部のみ硬化する。一断層の形成
が終了するとエレベータ６０４は降下し、次の断層の造
形を連続的に行う。この作業により、所望の形状の立体
モデル６０５が作製できた。
発生装置を光造形装置に応用した一例を説明する図であ
る。光源には実施例１で説明した第二高調波発生装置を
用いた。青色硬化樹脂６０１を容器に満たし、実施例１
で説明した第二高調波発生装置から出射されたＳＨＧ出
力３３はミラー６０２により液面上にレーザ光６０３と
して２次元的に走査される。このとき青色硬化樹脂６０
１は光が吸収された液面部のみ硬化する。一断層の形成
が終了するとエレベータ６０４は降下し、次の断層の造
形を連続的に行う。この作業により、所望の形状の立体
モデル６０５が作製できた。
【００２４】（実施例５）図１２は本発明の第二高調波
発生装置を光記録装置に応用した一例を説明する図であ
る。光ディスク装置は光磁気記録方式を採用した。実施
例１で説明した第二高調波発生装置より出射されたＳＨ
Ｇレーザ光３３はビームエキスパンダ７０１で拡大され
た後、平行光となる。ビームスプリッタ７０２で一部は
ねられた光は前方モニター用の光検出器７０８に取り込
まれＳＨＧレーザ光３３をモニターして出力を制御す
る。ビームスプリッタ７０２を透過したビームは集光光
学系７０４で媒体７０５に集光され、反射した光はピー
ムスプリッタ７０２で一部反射された後ビームスプリッ
タ７０６で２つのビームに分離され２つの光検出器７０
７に取り込まれ、各々オートフォーカスと信号検出を行
う。媒体７０５には一定の磁界が引加されており、ＳＨ
Ｇレーザ光３３を変調させ媒体７０５のキュリー温度ま
で焦点の温度を上げて磁化を反転することにより記録す
る。レーザ光がＯＮ時には媒体の磁化が反転することで
記録される。なお、記録周波数は１０ＭＨｚとした。ま
た、再生信号時にも同様のＳＨＧレーザ光を用いて良好
な再生信号を得た。
発生装置を光記録装置に応用した一例を説明する図であ
る。光ディスク装置は光磁気記録方式を採用した。実施
例１で説明した第二高調波発生装置より出射されたＳＨ
Ｇレーザ光３３はビームエキスパンダ７０１で拡大され
た後、平行光となる。ビームスプリッタ７０２で一部は
ねられた光は前方モニター用の光検出器７０８に取り込
まれＳＨＧレーザ光３３をモニターして出力を制御す
る。ビームスプリッタ７０２を透過したビームは集光光
学系７０４で媒体７０５に集光され、反射した光はピー
ムスプリッタ７０２で一部反射された後ビームスプリッ
タ７０６で２つのビームに分離され２つの光検出器７０
７に取り込まれ、各々オートフォーカスと信号検出を行
う。媒体７０５には一定の磁界が引加されており、ＳＨ
Ｇレーザ光３３を変調させ媒体７０５のキュリー温度ま
で焦点の温度を上げて磁化を反転することにより記録す
る。レーザ光がＯＮ時には媒体の磁化が反転することで
記録される。なお、記録周波数は１０ＭＨｚとした。ま
た、再生信号時にも同様のＳＨＧレーザ光を用いて良好
な再生信号を得た。
【００２５】
【発明の効果】上記の通り、本発明は非線形光学結晶の
第二高調波が発生する位相整合波長特性の極大値に基本
波の発振波長を制御するという特長ある構成を採用した
ので、小型で高効率で低ノイズの第二高調波発生装置お
よび各種レーザ応用装置を実現でき、工業的に極めて有
用なものである。
第二高調波が発生する位相整合波長特性の極大値に基本
波の発振波長を制御するという特長ある構成を採用した
ので、小型で高効率で低ノイズの第二高調波発生装置お
よび各種レーザ応用装置を実現でき、工業的に極めて有
用なものである。
【図１】本発明の一実施例を説明する図である。
【図２】ＬＢＯ結晶の位相整合波長特性を説明する図で
ある。
ある。
【図３】ＬＢＯ結晶の位相整合波長特性の詳細を説明す
る図である。
る図である。
【図４】従来の基本波の発振波長を説明する図である。
【図５】従来のＳＨＧ出力の高周波ノイズ特性を説明す
る図である。
る図である。
【図６】本発明による基本波の発振波長を説明する図で
ある。
ある。
【図７】本発明によるＳＨＧ出力の高周波ノイズ特性を
説明する図である。
説明する図である。
【図８】内部共振器型ＳＨＧレーザ装置を説明する図で
ある。
ある。
【図９】本発明のレーザプリンタ装置の一例を説明する
図である。
図である。
【図１０】本発明の微粒子検査装置の一例を説明する図
である。
である。
【図１１】本発明の光造形装置の一例を説明する図であ
る。
る。
【図１２】本発明の光記録装置の一例を説明する図であ
る。
る。
１１ 半導体レーザ、１２ 集光光学系、３ 第一のレ
ーザミラー、４ レーザ結晶、５ 波長制御素子、６
ＳＨＧ結晶、７ 第二のレーザミラー、８ 構造部材、
９ 構造部材、３１ 励起ビーム、３２ 基本波ビー
ム、３３ ＳＨＧ出力、４０１ ＡＯ変調器、４０２，
５０２ 折り返しミラー、４０３，７０１ビームエキス
パンダ、４０４ 回転多面鏡、４０５ ｆθレンズ、４
０６ 感光ドラム、５００ 光学ヘッド、５０１ ウエ
ハー、５０３ 集光レンズ、５０４，７０７，７０８
光検出器、５０５ 散乱光、６０１ 青色硬化樹脂、６
０２，７０３ ミラー、６０３ レーザ光、６０４ 立
体モデル、７０２，７０６ビームスプリッタ、７０４
集光光学系、７０５ 光ディスク媒体。
ーザミラー、４ レーザ結晶、５ 波長制御素子、６
ＳＨＧ結晶、７ 第二のレーザミラー、８ 構造部材、
９ 構造部材、３１ 励起ビーム、３２ 基本波ビー
ム、３３ ＳＨＧ出力、４０１ ＡＯ変調器、４０２，
５０２ 折り返しミラー、４０３，７０１ビームエキス
パンダ、４０４ 回転多面鏡、４０５ ｆθレンズ、４
０６ 感光ドラム、５００ 光学ヘッド、５０１ ウエ
ハー、５０３ 集光レンズ、５０４，７０７，７０８
光検出器、５０５ 散乱光、６０１ 青色硬化樹脂、６
０２，７０３ ミラー、６０３ レーザ光、６０４ 立
体モデル、７０２，７０６ビームスプリッタ、７０４
集光光学系、７０５ 光ディスク媒体。
Claims (10)
- 【請求項１】 第一の発振波の波長を制御するための波
長制御素子と前記第一の発振波を基本波として第二の発
振波である第二高調波に波長変換するための非線形光学
結晶とを有する共振器を備えた第二高調波発生装置にお
いて、 前記非線形光学結晶の位相整合波長特性の極大値に前記
基本波の発振波長を制御して第二高調波を発生させるこ
とを特徴とする第二高調波発生装置。 - 【請求項２】 前記非線形光学結晶の位相整合波長特性
における第二高調波の発生効率の最大値からその最大値
の２０％までの波長範囲の極大値に前記基本波の発振波
長を制御して第二高調波を発生させることを特徴とする
請求項１に記載の第二高調波発生装置。 - 【請求項３】 前記非線形光学結晶にＬＢＯ（ＬｉＢ3
Ｏ5）、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2Ｏ4）、ＣＬＢＯ（ＣｓＬ
ｉＢ6Ｏ10）、ＣＢＯ（ＣｓＢ3Ｏ5）のうちの少なくと
も１種を用いることを特徴とする請求項１または２に記
載の第二高調波発生装置。 - 【請求項４】 前記第一の発振波の波長を制御するため
の波長制御素子としてブリュースタ角に傾けた１乃至３
枚のいずれかの複屈折結晶を用いることを特徴とする請
求項１乃至３のいずれかに記載の第二高調波発生装置。 - 【請求項５】 前記共振器内に配置される固体レーザ結
晶としてＬｉＳＡＦ（Cr:LiSrAlF6；クロム添加のフッ
化リチウムストロンチウムアルミニウム）またはＬｉＳ
ＧａＦ（Cr:LiSrGaF6；クロム添加のフッ化リチウムス
トロンチウムガリウム）を用いることを特徴とする請求
項１乃至４のいずれかに記載の第二高調波発生装置。 - 【請求項６】 前記請求項１乃至請求項５のいずれかに
記載の第二高調波発生装置を用いたことを特徴とするレ
ーザ応用装置。 - 【請求項７】 前記レーザ応用装置がレーザプリンタ装
置であることを特徴とする請求項６に記載のレーザ応用
装置。 - 【請求項８】 前記レーザ応用装置が微粒子検出装置で
あることを特徴とする請求項６に記載のレーザ応用装
置。 - 【請求項９】 前記レーザ応用装置が光造形装置である
ことを特徴とする請求項６に記載のレーザ応用装置。 - 【請求項１０】 前記レーザ応用装置が光記録装置であ
ることを特徴とする請求項６に記載のレーザ応用装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9045011A JPH10239724A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 第二高調波発生装置およびレーザ応用装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9045011A JPH10239724A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 第二高調波発生装置およびレーザ応用装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10239724A true JPH10239724A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=12707429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9045011A Pending JPH10239724A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 第二高調波発生装置およびレーザ応用装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10239724A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2379278A (en) * | 2001-08-31 | 2003-03-05 | Jenoptik Laser Optik Sys Gmbh | Frequency conversion using non-linear optics |
| JP2006066817A (ja) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Sony Corp | 光源装置及び画像生成装置 |
| JP2006106734A (ja) * | 2004-09-28 | 2006-04-20 | General Electric Co <Ge> | ホログラフィック記録およびホログラフィック検索の方法および装置 |
| WO2012065149A2 (en) * | 2010-11-14 | 2012-05-18 | Kla-Tencor Corporation | High damage threshold frequency conversion system |
| DE102016107499A1 (de) * | 2016-04-22 | 2017-10-26 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Frequenzverdoppler sowie Verfahren zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung |
-
1997
- 1997-02-28 JP JP9045011A patent/JPH10239724A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2379278A (en) * | 2001-08-31 | 2003-03-05 | Jenoptik Laser Optik Sys Gmbh | Frequency conversion using non-linear optics |
| JP2006066817A (ja) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Sony Corp | 光源装置及び画像生成装置 |
| JP4618486B2 (ja) * | 2004-08-30 | 2011-01-26 | ソニー株式会社 | 光源装置及び画像生成装置 |
| JP2006106734A (ja) * | 2004-09-28 | 2006-04-20 | General Electric Co <Ge> | ホログラフィック記録およびホログラフィック検索の方法および装置 |
| WO2012065149A2 (en) * | 2010-11-14 | 2012-05-18 | Kla-Tencor Corporation | High damage threshold frequency conversion system |
| WO2012065149A3 (en) * | 2010-11-14 | 2012-08-16 | Kla-Tencor Corporation | High damage threshold frequency conversion system |
| US8711470B2 (en) | 2010-11-14 | 2014-04-29 | Kla-Tencor Corporation | High damage threshold frequency conversion system |
| US9152008B1 (en) | 2010-11-14 | 2015-10-06 | Kla-Tencor Corporation | High damage threshold frequency conversion system |
| US9753352B1 (en) | 2010-11-14 | 2017-09-05 | Kla-Tencor Corporation | High damage threshold frequency conversion system |
| DE102016107499A1 (de) * | 2016-04-22 | 2017-10-26 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Frequenzverdoppler sowie Verfahren zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung |
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