JPH10282533A - 波長変換レ−ザ装置 - Google Patents

波長変換レ−ザ装置

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JPH10282533A
JPH10282533A JP8515897A JP8515897A JPH10282533A JP H10282533 A JPH10282533 A JP H10282533A JP 8515897 A JP8515897 A JP 8515897A JP 8515897 A JP8515897 A JP 8515897A JP H10282533 A JPH10282533 A JP H10282533A
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正克 杉井
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亜紀子 原崎
Yasuhiro Akiyama
靖裕 秋山
Jun Sakuma
純 佐久間
Hisae Itou
寿枝 伊東
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Japan Steel Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明はパラメトリック発振器に入射する
第1のレ−ザ光のエネルギ密度を高くせずに、第2のレ
−ザ光を発振せることができる波長変換レ−ザ装置を提
供することにある。 【解決手段】 第1の高反射ミラ−13と第1の出力ミ
ラ−14とからなる第1の光共振器12内に設けられた
YAGロッド15と励起ランプ18を有し、第1のレ−
ザ光を出力するレ−ザ発振器1と、第2の高反射ミラ−
21と第2の出力ミラ−22とからなる第2の光共振器
23内に設けられた非線形光学結晶によって第1の出力
ミラ−から出力されて第2の高反射ミラ−から第2の光
共振器内に入射した第1のレ−ザ光を波長の異なる第2
のレ−ザ光に変換して第2の出力ミラ−から出力するパ
ラメトリック発振器2とを具備し、第2の高反射ミラ−
は、第1のレ−ザ光の一部を反射して第1の光共振器へ
戻す構成を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は光パラメトリック
発振を利用してレ−ザ光の波長を変換する波長変換レ−
ザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】光パラメトリック発振を利用してレ−ザ
光の波長を変換する波長変換レ−ザ装置において、たと
えば赤外光を発生させる場合、励起光となる第1のレ−
ザ光を出力するレ−ザとしてはYAGレ−ザなどの固体
レ−ザを用い、赤外パラメトリック発振用非線形光学結
晶としてはLiNbO3 、AgGaSe2 あるいはKT
Pなどが用いられている。
【0003】光パラメトリック発振は2次の非線形光学
効果を利用したレ−ザ光の波長変換方法の1つである。
そのため、光パラメトリック発振を起こさせるために
は、発振しきい値を越える利得を得る必要があり、それ
には高いピ−クパワ−をもった第1のレ−ザ光が必要と
なる。また、発振器構成が採用されていることから、第
1のレ−ザ光と発生する第2のレ−ザ光であるシグナル
光およびアイドラ光との間での相互作用時間を長くし、
波長変換の効率を増加させることが必要となる。
【0004】従来、パラメトリック発振器から発振しき
い値を達成した高い出力パワ−の第2のレ−ザ光を得る
ためには、大エネルギの第1のレ−ザ光を出力できる固
体レ−ザを用いたり、パラメトリック発振器に入射する
第1のレ−ザ光のビ−ム径をレンズで絞るなどして、上
記第1のレ−ザ光のパワ−密度を大きくするということ
が行なわれていた。
【0005】しかしながら、第1のレ−ザ光のパワ−密
度を高くすると、パラメトリック発振器を構成するミラ
−や非線形光学結晶に対してダ−メ−ジを与え、これら
の寿命を短くするということがあった。
【0006】ほかの方法としては、パラメトリック発振
器の発振しきい値を低くすることで、高い出力パワ−の
第2のレ−ザ光を得るということが考えられる。発振し
きい値を低くするためには非線形光学結晶長を長くする
ことで実現できる。しかしながら、結晶の品質を維持し
てその長さを長くするということは技術上、非常に困難
であり、コスト的に採算がとれないということがあるた
め、現実的ではない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来、パ
ラメトリック発振器で発振しきい値を越える利得を得る
ためには、大エネルギの第1のレ−ザ光を出力できる固
体レ−ザを用いたり、パラメトリック発振器に入射する
第1のレ−ザ光のビ−ム径をレンズで絞るなどして上記
第1のレ−ザ光のパワ−密度を高くしていたので、パラ
メトリック発振器を構成する光学部品に与えるダメ−ジ
が大きくなるということがあった。
【0008】この発明は上記事情に基づきなされたもの
で、その目的とするところは、第1のレ−ザ光のパワ−
密度を高くすることなく、パラメトリック発振器の発振
しきい値を低下せることができるようにした波長変換レ
−ザ装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、第1
のレ−ザ光を波長の異なる第2のレ−ザ光に変換して出
力する波長変換型レ−ザ装置において、第1の高反射ミ
ラ−と第1の出力ミラ−とからなる第1の光共振器およ
びこの光共振器内に設けられたレ−ザ媒質を励起する励
起手段を有し、この励起手段によって上記レ−ザ媒質が
励起されることで上記第1のレ−ザ光を出力するレ−ザ
発振器と、第2の高反射ミラ−と第2の出力ミラ−とか
らなる第2の光共振器およびこの光共振器内に設けられ
た非線形光学結晶を有し、この非線形光学結晶によって
上記レ−ザ発振器の第1の出力ミラ−から出力されて上
記第2の高反射ミラ−から上記第2の光共振器内に入射
した上記第1のレ−ザ光を波長の異なる上記第2のレ−
ザ光に変換して上記第2の出力ミラ−から出力するパラ
メトリック発振器とを具備し、上記第2の高反射ミラ−
は、上記第1のレ−ザ光の一部を反射して上記第1の光
共振器へ戻す構成であることを特徴とする。
【0010】請求項2は請求項1の発明において、上記
第2の高反射ミラ−は、上記第1のレ−ザ光に対する反
射率が0.1〜50%の範囲に設定されていることを特
徴とする。
【0011】請求項1と請求項2の発明によれば、第2
の高反射ミラ−は、第1のレ−ザ光の一部を反射してレ
−ザ発振器に戻す構成となっている。そのため、レ−ザ
発振器に戻って増幅されたレ−ザ光は再びパラメトリッ
ク発振器に入射するから、そのパルスは、最初に上記パ
ラメトリック発振器に入射した第1のレ−ザ光のパルス
と合成されてパルス幅の大きい1つのパルスとなる。
【0012】パラメトリック発振器のパワ−密度しきい
値はパルス幅が大きい程、低くなるから、第1のレ−ザ
光のパワ−密度を高くせずに、パラメトリック発振が可
能となる。
【0013】
【発明の実施形態】以下、この発明の一実施形態を図面
を参照して説明する。図1に示すこの発明の波長変換レ
−ザ装置は光軸を一致させて配置されたレ−ザ発振器と
してのYAGレ−ザ装置1とパラメトリック発振器2と
を有する。上記YAGレ−ザ装置1は、本体11を有
し、この本体11内には第1の光共振器12が設けられ
ている。
【0014】上記第1の光共振器12は第1の高反射ミ
ラ−13と第1の出力ミラ−14とを所定の間隔で離間
対向させて配置してなる。この第1の光共振器12の内
部には固体レ−ザ媒質としてのYAGロッド15が配置
され、このYAGロッド15の一方の端面と第1の出力
ミラ−14との間には偏光素子16とEO−Qスイッチ
素子17とが順次配置されている。
【0015】上記YAGロッド15の側方にはこのYA
Gロッド15を光励起するための励起ランプ18が配置
されている。この励起ランプ18によって上記YAGロ
ッド15が光励起されると、波長が1.06μmの第1
のレ−ザ光L1 が発生する。この第1のレ−ザ光L1
は、第1の光共振器12内で増幅され、上記第1の出力
ミラ−14からパルス発振されるようになっている。
【0016】上記パラメトリック発振器2は第2の高反
射ミラ−21と第2の出力ミラ−22とを所定の間隔で
離間対向させて配置した第2の光共振器23を有し、こ
の第2の光共振器23内には第1のレ−ザ光L1 を、そ
の波長の約2倍の波長の2.3μmの波長のシグナル光
と1.9μmのアイドラ光に変換するLiNbO3 、A
gGaSe2 あるいはKTPなど非線形光学結晶24が
配置されている。上記シグナル光とアイドラ光とを第2
のレ−ザ光L2 とする。
【0017】上記第2の高反射ミラ−21は、波長が
1.06μmの上記第1のレ−ザ光L1 に対してはその
一部を反射し、残りを透過するとともに、上記非線形光
学結晶24によって波長変換された第2のレ−ザ光L2
に対してはほぼ100%の反射率を有する構成となって
いる。このような第2の高反射ミラ−21の反射率の設
定は、ZnSeやGeなどの赤外材料に対する数層程度
の薄膜コ−テイングによって十分に対応できる。
【0018】上記パラメトリック発振器2からは第2の
レ−ザ光L2 だけでなく、第1のレ−ザ光L1 も発振さ
れる。したがって、上記パラメトリック発振器2の出力
側には各光を分光するためのプリズム31が配置され、
所望する第2のレ−ザ光L2だけを所定方向に出射させ
ることができるようになっている。
【0019】なお、上記第2のレ−ザ光L2 は上述した
ようにシクナル光LS とアイドラ光LI からなる。つぎ
に、上記構成の波長変換レ−ザ装置によって第1のレ−
ザ光L1 を波長の異なる第2のレ−ザ光L2 に変換する
場合の作用について説明する。YAGレ−ザ装置1のY
AGロッド15が励起ランプ18によって励起される
と、第1のレ−ザ光L1 が発生する。第1のレ−ザ光L
1 は第1の光共振器12内を往復して増幅され、所定の
エネルギに達すると第1の出力ミラ−14からパルス発
振される。
【0020】上記第1の出力ミラ−14からパルス発振
された第1のレ−ザ光L1 はパラメトリック発振器2の
第2の高反射ミラ−21に入射する。この第2の高反射
ミラ−21は第1のレ−ザ光L1 の一部を反射し、残り
を透過する。
【0021】上記第2の高反射ミラ−2で反射した第1
のレ−ザ光L1 はYAGレ−ザ装置1の第1の出力ミラ
−14から第1の光共振器12内へ戻され、この第1の
光共振器12で増幅されて再び第1の出力ミラ−14か
ら発振する。そして、その第1のレ−ザ光L1 の一部が
再びYAGレ−ザ装置1に戻されるということが繰り返
される。
【0022】そのため、YAGレ−ザ装置1から発振さ
れる第1のレ−ザ光L1 は図2(a)に示すように単一
のパルスであるが、その一部が上述したようにYAGレ
−ザ装置1へ戻されてパラメトリック発振器2に入射す
るということが繰り返されることで、パラメトリック発
振器2内における第1のレ−ザ光L1 は図2(b)に示
すようにパルス幅が拡大される。このパルス幅はYAG
レ−ザ装置1とパラメトリック発振器2との間隔によっ
て設定することができる。
【0023】図2(b)のように第1のレ−ザ光L1 の
パルス幅を長くすれば、図2(c)に示すようにパラメ
トリック発振器2から第2のレ−ザ光L2 を出力させる
ことができる。
【0024】しかしながら、図2(a)に示す、パルス
幅を長くしない第1のレ−ザ光L1をパラメトリック発
振器2に入射させた場合、このパメトリック発振器2か
らは第2のレ−ザ光L2 を発振させることができないこ
とが確認された。
【0025】第1のレ−ザ光L1 のパルス幅が長くなる
ことで、光パラメトリック発振のパワ−密度しきい値を
低下させることができる。このことは、[IEEE J. Quan
tumElectron. QE-15,415 (1979). ]に示されている。
つまり、発振パワ−密度しきい値P0 は以下に示す関係
がある。
【0026】 Po ∝α(β/t+γ)2 …(1)式 ただし、t:パルス幅、α、β、γ:定数である。上記
(1)式より、光パワ−密度発振しきい値P0 はパルス
幅tが大きい程、低くなり、有利であることが分かる。
【0027】したがって、上述したごとく、第1のレ−
ザ光L1 の一部をYAGレ−ザ装置1に戻して増幅し、
再度、パラメトリック発振器2に入射せるということを
繰り返すことで、上記第1のレ−ザ光L1 のパルス幅を
拡大すれば、上記パラメトリック発振器2の発振しきい
値を低下させることができる。そのため、このパラメト
リック発振器2からシグナル光やアイドラ光、つまり赤
外コヒ−レント光である第2のレ−ザ光L2 を容易に発
振させることができる。
【0028】つまり、従来のように第1のレ−ザ光L1
を出力するYAGレ−ザ装置1を高出力化したり、上記
第1のレ−ザ光L1 のビ−ム径を小さくするなどしてパ
ワ−密度を高くせずに第2のレ−ザ光L2 を出力させる
ことができる。
【0029】
【発明の効果】請求項1と請求項2の発明によれば、パ
ラメトリック発振器の第2の高反射ミラ−は、第1のレ
−ザ光の一部を反射してレ−ザ発振器に戻す構成とし
た。そのため、レ−ザ発振器に戻って増幅された第1の
レ−ザ光は再びパラメトリック発振器に入射して最初に
このパラメトリック発振器に入射した第1のレ−ザ光の
パルスと合成されることで、パルス幅が拡大される。
【0030】パラメトリック発振器のパワ−密度しきい
値はパルス幅が大きい程、低くなるから、上述したよう
に第1のレ−ザ光のパルス幅を拡大することで、その第
1のレ−ザ光のエネルギ密度を高くせずにパラメトリッ
ク発振が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態を示す装置の全体構成
図。
【図2】(a)はYAGレ−ザ装置から発振される第1
のレ−ザ光のパルス波形図、(b)はパラメトリック発
振器内で合成されてパルス幅が拡大された第1のレ−ザ
光の波形図、(c)はパラメトリック発振器に(b)で
示す波形の第1のレ−ザ光が入射することで発振出力さ
れる第2のレ−ザ光の波形図。
【符号の説明】
1…レ−ザ発振器 2…パラメトリック発振器 12…第1の光共振器 13…第1の高反射ミラ− 14…第1の出力ミラ− 15…YAGロッド(レ−ザ媒質) 18…励起ランプ(励起手段) 21…第2の高反射ミラ− 22…第2の出力ミラ− 23…第2の光共振器 24…非線形光学結晶
フロントページの続き (72)発明者 秋山 靖裕 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 佐久間 純 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 伊東 寿枝 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のレ−ザ光を波長の異なる第2のレ
    −ザ光に変換して出力する波長変換レ−ザ装置におい
    て、 第1の高反射ミラ−と第1の出力ミラ−とからなる第1
    の光共振器およびこの光共振器内に設けられたレ−ザ媒
    質を励起する励起手段を有し、この励起手段によって上
    記レ−ザ媒質が励起されることで上記第1のレ−ザ光を
    出力するレ−ザ発振器と、 第2の高反射ミラ−と第2の出力ミラ−とからなる第2
    の光共振器およびこの光共振器内に設けられた非線形光
    学結晶を有し、この非線形光学結晶によって上記レ−ザ
    発振器の第1の出力ミラ−から出力されて上記第2の高
    反射ミラ−から上記第2の光共振器内に入射した上記第
    1のレ−ザ光を波長の異なる上記第2のレ−ザ光に変換
    して上記第2の出力ミラ−から出力するパラメトリック
    発振器とを具備し、 上記第2の高反射ミラ−は、上記第1のレ−ザ光の一部
    を反射して上記第1の光共振器へ戻す構成であることを
    特徴とする波長変換レ−ザ装置。
  2. 【請求項2】 上記第2の高反射ミラ−は、上記第1の
    レ−ザ光に対する反射率が0.1〜50%の範囲に設定
    されていることを特徴とする請求項1記載の波長変換レ
    −ザ装置。
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