JPH11271823A - 波長変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 第２高調波を効率よく取り出すために、ＫＴ
Ｐの結晶長を十分に長く、基本波のパワー密度を十分に
高くできないという課題があった。 【解決手段】 基本波と基本波の一部を変換した第２高
調波を基本波の光軸上に出射する第１のＫＴＰ結晶２１
ａ、及び第１のＫＴＰ結晶から出射した基本波と第２高
調波を分離する波長分離反射鏡２２を有する第１の波長
変換分離装置２０と、前記分離された基本波のビーム径
を変換するテレスコープ２３と、前記テレスコープから
出力された基本波と基本波の一部を変換した第２高調波
を前記基本波の光軸上に出射する第２のＫＴＰ結晶２１
ｂ、及び第２のＫＴＰ結晶から出射した基本波と第２高
調波を分離する波長分離反射鏡２２を有する第２の波長
変換分離装置２０とを備えた。 【効果】 １度目の波長変換によって変換されなかった
基本波を再び波長変換に用いることができ、全体として
の変換効率が向上する。

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、固体レーザ装置
に用いられ、レーザ出力光の基本波長成分の一部を変換
する波長変換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光と物質が相互作用する場合、物質によ
る光の応答が線形な場合と非線形な場合が存在する。線
形応答では、電界に比例する誘電分極が生じるような線
形な媒質中での光の伝搬であり、屈折や物質内部での吸
収は代表的な例である。

【０００３】非線形な応答では、例えば、電界に比例す
る分極に加えて、電界の２乗に比例する分極が生じるよ
うな非線形な相互作用をする物質に光を入射させると、
入射角周波数ωの光の一部が物質伝搬中に角周波数２ω
の光に変換される。

【０００４】図９は、例えば、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｓｅ
ｒｉｅｓ ｉｎ ＯｐｔｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ Ｖ
ｏｌ．１、「Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ Ｅ
ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ第４版」、Ｗａｌｔｅｒ Ｋｏｅ
ｃｈｎｅｒ著（１９９５年ドイツＳｐｒｉｎｇｅｒ社発
行）５９９ページに示された従来の非線形材料による入
射光の２倍周波数を得る第２高調波発生波長変換器の基
本構成図である。

【０００５】図９において、１は非線形材料に入射する
基本波の光路、２は非線形材料であるＫＴＰ結晶（ＫＴ
ｉＰＯＰＯ₄）、３は非線形材料から出射するレーザ光
の光路、４はレーザ光の光軸である。

【０００６】次に、動作について説明する。上記のよう
な波長変換器において、光路１を進む基本波がＫＴＰ結
晶２を通過することにより、角周波数ωの基本波の一部
が物質伝搬中に角周波数２ωの光に変換される。その変
換効率Ｐ₂／Ｐ₁は、次の式１で与えられる。

【０００７】

【数１】

【０００８】ここで、「Ｐ₁」は入射する角周波数ωの
基本波のレーザ光パワー、「Ｐ₂」は非線形材料を通過
することによって出力に含まれる角周波数２ωの第２高
調波のレーザ光パワー、「ｄ」は結晶固有の係数であ
り、非線形光学係数とよばれる。また、「μ₀」は真空
の誘磁率、「ε₀」は真空の誘電率、「ε」は非線形材
料の誘電率、「Ａ」は基本波レーザ光のビーム断面積、
「ｌ」（英小文字のエル）はＫＴＰの結晶長、「△ｋ」
は位相不整合量である。

【０００９】そして、位相不整合量△ｋは、「λ₁」を
基本波の波長、「λ₂」を第２高調波の波長、「ｎ₁」を
基本波の非線形材料中の屈折率、「ｎ₂」を第２高調波
の非線形材料中の屈折率とすると、次の式２のように表
せる。

【００１０】 △ｋ＝４πｎ₁／λ₁−４πｎ₂／λ₂ ・・・式２

【００１１】式１から、変換効率は、基本波のパワー密
度Ｐ₁／Ａと、ＫＴＰの結晶長ｌと、位相不整合量△ｋ
に依存する。基本波のパワー密度Ｐ₁／Ａは、大きいほ
ど変換効率は高くなる。しかし、基本波のパワー密度を
大きくしすぎると、ＫＴＰ結晶は、基本波、第２高調波
の吸収が増大し、グレートラッキングによるダメージを
受ける。即ち、入射する基本波のパワー密度をダメージ
閾値以下に保つ必要がある。

【００１２】図１０は、我々（発明者）の測定による第
２高調波の透過率と第２高調波パワー密度の関係を示し
たものである。第２高調波パワー密度が増加するに従
い、透過率が低下する傾向が見受けられる。この測定結
果から、第２高調波の透過率が低下しない第２高調波パ
ワー密度であるグレートラックによるダメージ閾値を約
５０ＭＷと見積もることができる。

【００１３】図１１は、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｓｅｒｉｅ
ｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｖｏ
ｌ．１、「Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ Ｅｎ
ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ第４版」Ｗａｌｔｅｒ Ｋｏｅｃｈ
ｎｅｒ著（１９９５年ドイツＳｐｒｉｎｇｅｒ社発行）
５６７ページに示された変換効率の結晶長依存性を示す
図である。

【００１４】図１１において、ｌ_cは、次の式３で表さ
れる。

【００１５】 ｌ_c＝λ₁／４（ｎ₂−ｎ₁） ・・・式２

【００１６】理想的な状態、即ち、位相不整合量△ｋが
ゼロのとき、即ち、ｌｃが無限大になる場合には、式１
の最後の項「ｓｉｎ（△ｋｌ/２）／△ｋｌ/２」が１に
なるので、ＫＴＰの結晶長ｌが長いほど変換効率は高く
なる。しかし、一般に位相不整合量△ｋは有限な値を持
つ。その場合、ＫＴＰの結晶長ｌが大きいほど式１の最
後の項が小さくなり、変換効率も低下する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
ＫＴＰ結晶を用いる波長変換の動作原理においては、基
本波のパワー密度を高くしすぎると、基本波、第２高調
波の吸収が増大するため、熱的な材料破壊が生じる。ま
た、ＫＴＰの結晶長を長くしすぎると、有限な位相不整
合量のため変換効率が低下する。したがって、第２高調
波を効率よく取り出すために、ＫＴＰの結晶長を十分に
長く、基本波のパワー密度を十分に高くできないという
問題点があった。

【００１８】この発明は、前述した問題点を解決するた
めになされたもので、簡単な構成で、波長変換効率を高
くすることができる波長変換器を得ることを目的とす
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る波長変換
器は、基本波と前記基本波の一部を変換して前記基本波
と異なった波長をもつ変換波を前記基本波の光軸上に出
射する第１の非線形材料、及び前記第１の非線形材料か
ら出射した前記基本波と前記変換波を分離する第１の波
長分離手段を有する第１の波長変換分離装置と、前記分
離された基本波のビーム径を変換するビーム径変換手段
と、前記ビーム径変換手段から出力された基本波と前記
基本波の一部を変換して前記基本波と異なった波長をも
つ変換波を前記基本波の光軸上に出射する第２の非線形
材料、及び前記第２の非線形材料から出射した前記基本
波と前記変換波を分離する第２の波長分離手段を有する
第２の波長変換分離装置とを備えたものである。

【００２０】この発明に係る波長変換器は、基本波と前
記基本波の一部を変換して前記基本波と異なった波長を
もつ変換波を前記基本波の光軸上に出射する非線形材料
と、前記非線形材料から出射した前記基本波と前記変換
波を分離し前記基本波を前記非線形材料に再び出力する
第１の反射装置、及び前記基本波のビーム径を変換する
第１のビーム径変換手段を有する第１の基本波分離調整
装置と、前記非線形材料に対して前記第１の基本波分離
調整装置とは反対側に設けられ、前記非線形材料から出
射した前記基本波と前記変換波を分離し前記基本波を前
記非線形材料に再び出力する第２の反射装置、及び前記
基本波のビーム径を変換する第２のビーム径変換手段を
有する第２の基本波分離調整装置とを備えたものであ
る。

【００２１】この発明に係る波長変換器は、基本波と前
記基本波の一部を変換して前記基本波と異なった波長を
もつ変換波を前記基本波の光軸上に出射する非線形材料
と、前記非線形材料から出射した前記基本波と前記変換
波を分離し前記基本波を前記非線形材料に再び出力する
とともに、前記基本波のビーム径を変換する第１の反射
装置を有する第１の基本波分離調整装置と、前記非線形
材料に対して前記第１の基本波分離調整装置とは反対側
に設けられ、前記非線形材料から出射した前記基本波と
前記変換波を分離し前記基本波を前記非線形材料に再び
出力するとともに、前記基本波のビーム径を変換する第
２の反射装置を有する第２の基本波分離調整装置とを備
えたものである。

【００２２】この発明に係る波長変換器は、基本波と前
記基本波の一部を変換して前記基本波と異なった波長を
もつ変換波を出射する非線形材料と、前記非線形材料の
両側に第１及び第２の反射面を有し、前記第１の反射面
と前記第２の反射面の間で前記基本波のみを選択的に反
射するとともに前記変換波を透過する反射装置とを備え
たものである。

【００２３】また、この発明に係る波長変換器は、さら
に、前記非線形材料により変換され前記波長分離手段に
より分離された変換波を集光するビーム集光手段と、前
記集光された変換波を伝送する光伝送手段とを備えたも
のである。

【００２４】また、この発明に係る波長変換器は、さら
に、前記非線形材料により変換され前記反射装置により
分離された変換波を集光するビーム集光手段と、前記集
光された変換波を伝送する光伝送手段とを備えたもので
ある。

【００２５】また、この発明に係る波長変換器は、さら
に、前記非線形材料により変換され前記基本波分離調整
装置により分離された変換波を集光するビーム集光手段
と、前記集光された変換波を伝送する光伝送手段とを備
えたものである。

【００２６】さらに、この発明に係る波長変換器は、前
記非線形材料が、ＫＴＰ結晶であり、基本波と前記基本
波の一部を変換して第２高調波を出射するものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１に係る波長変換器について図面を参照しながら説
明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る波長変
換器の構成を示す図である。また、図２は、座標軸に対
するなす角「θ」及び「φ」を示したもので、結晶軸を
ｚ軸、入射する基本波のｚ軸に対するなす角をθ、入射
する基本波のｘ−ｙ平面上の成分とｘ軸に対するなす角
をφとしてある。なお、各図中、同一符号は同一又は相
当部分を示す。

【００２８】図１において、２０は波長変換分離装置で
ある。また、２１ａ及び２１ｂは基本波と入射した基本
波を変換して第２高調波を出射する第１および第２の非
線形材料であるタイプ２のＫＴＰ結晶で、θが９０度、
φは位相不整合量が０になる角度、すなわち位相整合角
と呼ばれる結晶固有の値になるように設置する。

【００２９】さらに、同図において、２２は第２高調波
を反射し、基本波を透過する波長分離反射面を備えた波
長分離反射鏡、２３は基本波のビーム半径を変換するビ
ーム径変換手段としてのテレスコープである。

【００３０】本実施の形態１は、ＫＴＰ結晶２１ａまた
は２１ｂと、波長分離反射鏡２２とで構成された波長変
換分離装置２０を基本波の光軸上に少なくとも２つ以上
配置するとともに、各波長変換分離装置２０の間にテレ
スコープ２３を設置したものである。

【００３１】次に、動作について説明する。光路Ｌ１を
進む基本波は、水平および垂直成分が等価となるような
偏光で、かつ生成される第２高調波のパワー密度を結晶
のダメージ閾値である５０ＭＷ／ｃｍ²に押さえるパワ
ーでＫＴＰ結晶２１ａに入射される。その入射した基本
波の一部は、第２高調波へと波長変換される。

【００３２】その後、第２高調波は、波長分離反射鏡２
２によって光路Ｌ２に出力され、基本波は光路Ｌ３に進
む。そのＫＴＰ結晶２１ａから出射した基本波の偏光状
態は入射前と等しいが、第２高調波の生成によってパワ
ーの一部を失っているので入射した基本波よりもパワー
密度は低い。

【００３３】そこで、テレスコープ２３でビーム径が調
節され、第２高調波のパワー密度は結晶のダメージ閾値
である５０ＭＷ／ｃｍ²に回復される。その基本波は、
再びＫＴＰ結晶２１ｂで波長変換される。

【００３４】このような波長変換分離装置２０を基本波
光軸上に複数個設置した波長変換器は、ＫＴＰ結晶２１
ａによって変換されなかった基本波を、再びＫＴＰ結晶
２１ｂで波長変換に使用するため、入射した基本波に対
して出力される第２高調波のパワー比率が高い。また、
テレスコープ２３によりＫＴＰ結晶２１ｂに入射する基
本波のパワー密度を調節できるため、ダメージ閾値に保
つことができ、一回の変換効率を最大値に維持できる。
さらに、簡単な構成で高効率な波長変換が可能である。

【００３５】なお、上記の形態ではビーム径変換手段と
してテレスコープ２３を用いたが、レンズを使用しても
よい。この場合、レンズはｘ−ｙ平面上で曲率をもつ円
筒状の凸面レンズを用いる。位相不整合量は、ＫＴＰ結
晶２１ａ、２１ｂの結晶軸と基本波の入射軸とのなす
角、すなわちθとφに依存する。一般に、θ方向は入射
軸の角度ずれによる位相不整合量の増大が大きく、φ方
向は比較的少ない。したがって、ｚ方向のビーム径が変
化する場合、ビームの中心軸はφが９０度に合っていて
もビームの外側は９０度からずれが生じ、変換効率の低
下を招く。本形態でビーム径変換手段としてｘ−ｙ平面
上で曲率をもつ円筒状の凸面レンズを用いた場合、入射
する基本波はｚ方向にはほぼ平行に伝搬するため、θ方
向の角度ずれが少なく位相不整合量の増加が防止され
る。さらに、ｘ−ｙ平面上では集光されるためパワー密
度を回復できる。

【００３６】また、上記の形態では非線形材料としてＫ
ＴＰ結晶を用いたが、他の非線形材料でＬＢＯ結晶（Ｌ
ｉＢ₃Ｏ₅）、ＢＢＯ結晶（β−ＢａＢ₂Ｏ₄）、ＣＬＢＯ
結晶（ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀）を用いても同様の効果が得ら
れる。

【００３７】実施の形態２．この発明の実施の形態２に
係る波長変換器について図面を参照しながら説明する。
図３は、この発明の実施の形態２に係る波長変換器の構
成を示す図である。また、図４は、この発明の実施の形
態２に係る波長変換器のホロープリズムを説明する図で
ある。

【００３８】図３において、２１はタイプ２のＫＴＰ結
晶でθが９０度、φは位相整合角に設置する。また、２
４及び２５はＫＴＰ結晶２１から出射した基本波が、そ
れと平行に上記ＫＴＰ結晶２１に再び入射するように互
いに直交した第１及び第２の平面反射鏡であり、第１の
平面反射鏡２４には基本波のみを選択的に反射し、第２
高調波は透過する波長分離反射面が使われている。テレ
スコープ２３は第２の平面反射鏡２５とＫＴＰ結晶２１
の間に設置する。

【００３９】本形態では、上記第１及び第２の平面反射
鏡２４及び２５と、テレスコープ２３で構成された基本
波分離調整装置２０ａを少なくとも２つ以上設置したも
のである。

【００４０】次に、動作について説明する。光路Ｌ４を
進む基本波を水平および垂直成分が等価となるような偏
光で、かつ生成される第２高調波のパワー密度を結晶の
ダメージ閾値である５０ＭＷ／ｃｍ²に押さえるパワー
でＫＴＰ結晶２１に入射する。その入射した基本波の一
部は、第２高調波に変換される。

【００４１】その後、第２高調波は第１の平面反射鏡２
４によって光路Ｌ５に出力され、基本波は光路Ｌ６に進
む。光路Ｌ６を進む基本波は、第２の平面反射鏡２５に
よって全反射される。その基本波は、テレスコープ２３
によってビーム径を調整され、パワー密度を５０ＭＷ／
ｃｍ²に保った状態で再びＫＴＰ結晶２１に入射する。
以後の動作は上記と同様である。

【００４２】このような基本波分離調整装置２０ａを基
本波光軸上に複数個設置した波長変換器は、１度目の波
長変換によって変換されなかった基本波を用いて再び波
長変換を行うため、入射した基本波に対して出力される
第２高調波のパワー比率が高い。また、テレスコープ２
３によりＫＴＰ結晶２１に入射する基本波のパワー密度
を調節できるため、ダメージ閾値に保つことができ、一
回の変換効率を最大値に維持できる。さらに、この波長
変換器は、ＫＴＰ結晶２１を１つのみ使用し、そのＫＴ
Ｐ結晶２１に複数回入射する基本波は互いに平行になっ
ているため、複数のＫＴＰ結晶を独立に設置する場合よ
りもアライメントの調整量が少なくて済む。また、波長
変換器全体を小型化することができる。

【００４３】なお、上記の形態ではＫＴＰ結晶２１から
出射した基本波を同一のＫＴＰ結晶２１に再び入射させ
るために第１および第２の平面反射鏡２４、２５とを使
用していたが、代わりに図４に示すように、ホロープリ
ズムを使用しても良い。このホロープリズムは、互いに
直交して接続された第１および第２の反射面２４ａ、２
５ａを有するものである。第１の反射面２４ａに入射し
た光は全反射され、その反射光は第２の反射面２５ａに
よって入射光と平行で逆方向に全反射される。このよう
なホロープリズムを用いた波長変換器は、ＫＴＰ結晶２
１から出射した基本波は必ず出射した基本波に対して平
行にＫＴＰ結晶２１へ再び入射されるため軸ずれが生じ
にくく、安定した変換効率が得られる。

【００４４】また、上記の形態ではビーム径変換手段と
してテレスコープ２３を用いたが、レンズを使用しても
よい。この際、レンズはｘ−ｙ平面上で曲率をもつ円筒
状の凸面レンズを用いる。

【００４５】また、上記の形態では第１の平面反射鏡２
４に波長分離反射面を設けていたが、代わりに第２の平
面反射鏡２５に設けてもよい。

【００４６】また、テレスコープ２３は第２の平面反射
鏡２５とＫＴＰ結晶２１の間に設置していたが、代わり
にＫＴＰ結晶２１と第１の平面反射鏡２４との間、もし
くは第１の平面反射鏡２４と第２の平面反射鏡２５との
間に設置してもよい。これらの場合でも同様の効果が得
られる。

【００４７】さらに、上記の形態では非線形材料として
ＫＴＰ結晶を用いたが、他の非線形材料でＬＢＯ結晶
（ＬｉＢ₃Ｏ₅）、ＢＢＯ結晶（β−ＢａＢ₂Ｏ₄）、ＣＬ
ＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀）を用いても同様の効果が
得られる。

【００４８】実施の形態３．この発明の実施の形態３に
係る波長変換器について図面を参照しながら説明する。
図５は、この発明の実施の形態３に係る波長変換器の構
成を示す図である。

【００４９】図５において、ＫＴＰ結晶２１はθが９０
度、φは位相整合角に設置する。また、２６及び２７は
ＫＴＰ結晶２１から出射した基本波が、それと平行に上
記ＫＴＰ結晶２１へ再び入射するように配置した第１お
よび第２の凹面反射鏡であり、第１および第２の凹面反
射鏡２６、２７はｘ−ｙ平面上で曲率をもつ円筒状の凹
面反射面を使用しており、第１の凹面反射鏡２６には基
本波のみを選択的に反射し、第２高調波は透過する波長
分離反射面を有している。

【００５０】本実施の形態３は、上記第１および第２の
凹面反射鏡２６、２７で構成される基本波分離調整装置
２０ｂを基本波の光軸上に少なくとも２つ以上を配置し
たものである。

【００５１】次に、動作について説明する。光路Ｌ９を
進む基本波を水平および垂直成分が等価となるような偏
光で、かつ生成される第２高調波のパワー密度を結晶の
ダメージ閾値である５０ＭＷ／ｃｍ²に押さえるパワー
でＫＴＰ結晶２１に入射する。その入射した基本波の一
部は、第２高調波に変換され、光路Ｌ１０に出射され
る。その基本波と第２高調波から構成されるＫＴＰ結晶
２１からの出力光は、第１の凹面反射鏡２６によって第
２高調波は光路Ｌ１１に出力され、基本波は光路Ｌ１２
に進む。

【００５２】その光路Ｌ１２を進む基本波は、第２の凹
面反射鏡２７によって全反射される。その後、光路Ｌ１
３を進む基本波は、光路Ｌ１０に対して平行にＫＴＰ結
晶２１へ再び入射し、波長変換される。以後の動作は上
記と同様である。

【００５３】このような波長変換器は、１度目の波長変
換によって変換されなかった基本波を用いて再び波長変
換を行うため、入射した基本波に対して出力される第２
高調波のパワー比率が高い。また、ＫＴＰ結晶２１へ入
射する基本波は、第１および第２の凹面反射鏡２６、２
７によってｚ方向にはほぼ平行に伝搬するが、ｘ−ｙ平
面上では集光されるためにパワー密度は増加する。した
がって、適当な曲率を持ったレンズを用いることによ
り、ＫＴＰ結晶２１に入射する基本波のビーム径を調節
してをダメージ閾値に保つことができる。さらに、新た
なビーム径変更手段を必要としないので小型化できる。

【００５４】なお、上記の形態では第１および第２の凹
面反射鏡２６、２７を用いたが、ＫＴＰ結晶２１に入射
する基本波を平行光にするように一方を球面状の凹面反
射鏡、もう一方を球面状の凸面反射鏡を用いてもよい。
この場合、ＫＴＰ結晶２１中を通過する基本波が平行光
のためにビーム径の変化による位相不整合量の増加は起
きず、かつビーム径を変換することができる。

【００５５】また、上記の形態では第１の凹面反射鏡２
６に波長分離反射面を設けていたが、代わりに第２の凹
面反射鏡２７に設けてもよい。この場合でも同様な効果
が得られる。

【００５６】さらに、上記の形態では非線形材料として
ＫＴＰ結晶を用いたが、他の非線形材料でＬＢＯ結晶
（ＬｉＢ₃Ｏ₅）、ＢＢＯ結晶（β−ＢａＢ₂Ｏ₄）、ＣＬ
ＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀）を用いても同様の効果が
得られる。

【００５７】実施の形態４．この発明の実施の形態４に
係る波長変換器について図面を参照しながら説明する。
図６は、この発明の実施の形態４に係る波長変換器の構
成を示す図である。

【００５８】図６において、２８及び２９は平行に配置
された第１および第２の平面反射鏡であり、第２の平面
反射鏡２９には基本波のみを選択的に反射し、第２高調
波は透過する波長分離反射面が設けられている。また、
上記第１の平面反射鏡２８と第２の平面反射鏡２９との
間にＫＴＰ結晶２１が設けられている。

【００５９】本実施の形態４は、第１の平面反射鏡２
８、ＫＴＰ結晶２１及び第２の平面反射鏡２９を光学的
に接触させて一体化したものである。

【００６０】次に、動作について説明する。光路Ｌ１５
を進む基本波を水平および垂直成分が等価となるような
偏光で、かつ生成される第２高調波のパワー密度を結晶
のダメージ閾値である５０ＭＷ／ｃｍ²に押さえるパワ
ーでＫＴＰ結晶２１に入射する。その入射した基本波の
一部は、第２高調波に変換される。

【００６１】その第２高調波は第２の平面反射鏡２９に
よって光路Ｌ１６に出力され、残りの基本波は第２の平
面反射鏡２９によって光路Ｌ１７に進路を変え、再びＫ
ＴＰ結晶２１に入射する。再びＫＴＰ結晶２１に入射し
た基本波は、第１の平面反射鏡２８によって光路１８に
反射され、再びＫＴＰ結晶２１に入射する。以後の動作
は上記と同様である。

【００６２】このような波長変換器は、１度目の波長変
換によって変換されなかった基本波を用いて再び波長変
換を行うため、入射した基本波に対して出力される第２
高調波のパワー比率が高い。また、上記波長変換器を一
体化しているために光軸がずれにくく、安定したビーム
出力を得ることができる。

【００６３】なお、上記の形態では第２の平面反射鏡２
９のみに波長分離反射面を設けていたが、第１および第
２の平面反射鏡２８、２９のいずれか、または両方に設
けてもよい。

【００６４】また、光路Ｌ１５に、片面が平面でもう一
方の面がｘ−ｙ平面上で曲率をもつ円筒状の凸面レンズ
を用いてもよい。このような凸面レンズを含む波長変換
器において、基本波はＫＴＰ結晶２１内を通過中に波長
変換によってパワーは減少するが、集光しながら進むた
めにパワー密度が回復し、高い変換効率が得られる。

【００６５】さらに、上記の形態では非線形材料として
ＫＴＰ結晶を用いたが、他の非線形材料でＬＢＯ結晶
（ＬｉＢ₃Ｏ₅）、ＢＢＯ結晶（β−ＢａＢ₂Ｏ₄）、ＣＬ
ＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀）を用いても同様の効果が
得られる。

【００６６】実施の形態５．この発明の実施の形態５に
係る波長変換器について図面を参照しながら説明する。
図７は、この発明の実施の形態５に係る波長変換器の構
成を示す図である。

【００６７】図７において、３０ａ及び３０ｂは実施の
形態２による波長変換器の出力した第２高調波を集光す
るビーム集光手段としての第１および第２のレンズ、３
１ａ及び３１ｂは光伝送手段としての第１および第２の
ファイバ入力装置、３２ａ及び３２ｂは第１および第２
のファイバである。

【００６８】光路Ｌ５に出力された第２高調波は、レン
ズ３０ａで集光され、ファイバ入力装置３１ａで第１の
ファイバ３２ａに入力される。また、光路Ｌ２４に出力
された第２高調波は、レンズ３０ｂで集光され、ファイ
バ入力装置３１ｂで第２のファイバ３２ｂに入力され
る。このような波長変換器は任意の場所に高効率な第２
高調波を伝送させることができる。

【００６９】なお、上記実施の形態５では実施の形態２
の波長変換器を用いていたが、実施の形態１、３、４に
も使用してもよく、同様の効果が得られる。

【００７０】また、実施の形態１、２、４で円筒状の凸
レンズを用いて基本波を集光させた波長変換器および実
施の形態３で凹面反射鏡のみ用いた波長変換器は、レン
ズ３０ａ、３０ｂの前に第２高調波を平行光にする円筒
状の凹レンズを設置する。

【００７１】実施の形態６．この発明の実施の形態６に
係る波長変換器について図面を参照しながら説明する。
図８は、この発明の実施の形態６に係る波長変換器の構
成を示す図である。

【００７２】図８において、３３は実施の形態４による
波長変換器の出力した複数の第２高調波を集光するビー
ム集光手段としてのレンズであり、光路Ｌ１６、Ｌ２
５、Ｌ２６に出力された第２高調波はレンズ３３により
集光され、ファイバ入力装置３４でファイバ３６に入力
される。

【００７３】ＫＴＰ結晶２１は、各光路Ｌ１６、Ｌ２
５、Ｌ２６の第２高調波の位相が揃うような結晶長で使
用している。このような波長変換器は任意の場所に高効
率な第２高調波を伝送させることができる。また、複数
の第２高調波を一つのレンズ３３で、ファイバ入力装置
３４に集光させているため、光軸のアライメントが簡単
になり、安価である。

【００７４】なお、上記実施の形態６では実施の形態４
の第２の平面反射鏡２９のみに波長分離反射面を設けた
波長変換器を用いていたが、第１および第２の平面反射
鏡２８、２９の両方に波長分離反射面を設けた波長変換
器にも使用してよい。この場合、レンズ３３、ファイバ
入力装置３４を第１および第２の平面反射鏡２８、２９
の両方に設置する。

【００７５】また、実施の形態４において、円筒状の凸
レンズを用いて基本波を集光させた波長変換器は、レン
ズ３３の前に第２高調波を平行光にする円筒状の凹レン
ズを設置する。

【００７６】

【発明の効果】この発明に係る波長変換器は、以上説明
したとおり、基本波と前記基本波の一部を変換して前記
基本波と異なった波長をもつ変換波を前記基本波の光軸
上に出射する第１の非線形材料、及び前記第１の非線形
材料から出射した前記基本波と前記変換波を分離する第
１の波長分離手段を有する第１の波長変換分離装置と、
前記分離された基本波のビーム径を変換するビーム径変
換手段と、前記ビーム径変換手段から出力された基本波
と前記基本波の一部を変換して前記基本波と異なった波
長をもつ変換波を前記基本波の光軸上に出射する第２の
非線形材料、及び前記第２の非線形材料から出射した前
記基本波と前記変換波を分離する第２の波長分離手段を
有する第２の波長変換分離装置とを備えたので、１度目
の波長変換によって変換されなかった基本波を再び波長
変換に用いることができ、全体としての変換効率が向上
する。また、ビーム径変換手段により非線形材料に入射
する基本波のパワー密度を調節してダメージ閾値に保つ
ことができるため、変換効率を最大値に維持できる。さ
らに、簡単な構成で高効率な波長変換が可能であるとい
う効果を奏する。

【００７７】この発明に係る波長変換器は、以上説明し
たとおり、基本波と前記基本波の一部を変換して前記基
本波と異なった波長をもつ変換波を前記基本波の光軸上
に出射する非線形材料と、前記非線形材料から出射した
前記基本波と前記変換波を分離し前記基本波を前記非線
形材料に再び出力する第１の反射装置、及び前記基本波
のビーム径を変換する第１のビーム径変換手段を有する
第１の基本波分離調整装置と、前記非線形材料に対して
前記第１の基本波分離調整装置とは反対側に設けられ、
前記非線形材料から出射した前記基本波と前記変換波を
分離し前記基本波を前記非線形材料に再び出力する第２
の反射装置、及び前記基本波のビーム径を変換する第２
のビーム径変換手段を有する第２の基本波分離調整装置
とを備えたので、１度目の波長変換によって変換されな
かった基本波を再び波長変換に用いることができ、全体
としての変換効率が向上する。また、ビーム径変換手段
により非線形材料に入射する基本波のパワー密度を調節
してダメージ閾値に保つことができるため、変換効率を
最大値に維持できる。また、この波長変換器は非線形材
料を１つのみ使用して、非線形材料に複数回入射する基
本波は互いに平行になっているため、非線形材料が複数
個ある場合よりもアライメントの調整量が少なくてす
む。さらに、装置全体を小型化することができるという
効果を奏する。

【００７８】この発明に係る波長変換器は、以上説明し
たとおり、基本波と前記基本波の一部を変換して前記基
本波と異なった波長をもつ変換波を前記基本波の光軸上
に出射する非線形材料と、前記非線形材料から出射した
前記基本波と前記変換波を分離し前記基本波を前記非線
形材料に再び出力するとともに、前記基本波のビーム径
を変換する第１の反射装置を有する第１の基本波分離調
整装置と、前記非線形材料に対して前記第１の基本波分
離調整装置とは反対側に設けられ、前記非線形材料から
出射した前記基本波と前記変換波を分離し前記基本波を
前記非線形材料に再び出力するとともに、前記基本波の
ビーム径を変換する第２の反射装置を有する第２の基本
波分離調整装置とを備えたので、新たなビーム径変換装
置が不要となり、波長変換器全体を小型化できるという
効果を奏する。

【００７９】この発明に係る波長変換器は、以上説明し
たとおり、基本波と前記基本波の一部を変換して前記基
本波と異なった波長をもつ変換波を出射する非線形材料
と、前記非線形材料の両側に第１及び第２の反射面を有
し、前記第１の反射面と前記第２の反射面の間で前記基
本波のみを選択的に反射するとともに前記変換波を透過
する反射装置とを備えたので、非線形材料によって変換
されなかった基本波を同一の非線形材料で再び波長変換
を行うことができ、全体としての変換効率が向上すると
いう効果を奏する。

【００８０】また、この発明に係る波長変換器は、以上
説明したとおり、さらに、前記非線形材料により変換さ
れ前記波長分離手段により分離された変換波を集光する
ビーム集光手段と、前記集光された変換波を伝送する光
伝送手段とを備えたので、任意の場所に高効率な第２高
調波を伝送させることができるという効果を奏する。

【００８１】また、この発明に係る波長変換器は、以上
説明したとおり、さらに、前記非線形材料により変換さ
れ前記反射装置により分離された変換波を集光するビー
ム集光手段と、前記集光された変換波を伝送する光伝送
手段とを備えたので、任意の場所に高効率な第２高調波
を伝送させることができるという効果を奏する。

【００８２】また、この発明に係る波長変換器は、以上
説明したとおり、さらに、前記非線形材料により変換さ
れ前記基本波分離調整装置により分離された変換波を集
光するビーム集光手段と、前記集光された変換波を伝送
する光伝送手段とを備えたので、任意の場所に高効率な
第２高調波を伝送させることができるという効果を奏す
る。

【００８３】さらに、この発明に係る波長変換器は、以
上説明したとおり、前記非線形材料が、ＫＴＰ結晶であ
り、基本波と前記基本波の一部を変換して第２高調波を
出射するので、１度目の波長変換によって変換されなか
った基本波を再び波長変換に用いることができ、全体と
しての変換効率が向上するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る波長変換器の
構成を示す図である。

【図２】 この発明の実施の形態１に係る波長変換器の
座標軸に対してなす角θ、φを説明するための図であ
る。

【図３】 この発明の実施の形態２に係る波長変換器の
構成を示す図である。

【図４】 この発明の実施の形態２に係る波長変換器の
ホロープリズムを説明するための図である。

【図５】 この発明の実施の形態３に係る波長変換器の
構成を示す図である。

【図６】 この発明の実施の形態４に係る波長変換器の
構成を示す図である。

【図７】 この発明の実施の形態５に係る波長変換器の
構成を示す図である。

【図８】 この発明の実施の形態６に係る波長変換器の
構成を示す図である。

【図９】 従来の非線形材料を用いた波長変換の概略を
示す構成図である。

【図１０】 第２高調波の透過率と第２高調波パワー密
度の関係を示すグラフである。

【図１１】 変換効率の結晶長依存性を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

２０ 波長変換分離装置、２０ａ 基本波分離調整装
置、２０ｂ 基本波分離調整装置、２１ａ 第１のＫＴ
Ｐ結晶、２１ｂ 第２のＫＴＰ結晶、２１ｃ 第１の結
晶面、２１ｄ 第２の結晶面、２２ 波長分離反射鏡、
２３ テレスコープ、２４ 第１の平面反射鏡、２５
第２の平面反射鏡、２６ 第１の凹面反射鏡、２７ 第
２の凹面反射鏡、２８ 第１の平面反射鏡、２９ 第２
の平面反射鏡、３０ａ 第１のレンズ、３０ｂ 第２の
レンズ、３１ａ 第１のファイバ入力装置、３１ｂ 第
２のファイバ入力装置、３２ａ 第１のファイバ、３２
ｂ第２のファイバ、３３ レンズ、３４ ファイバ入力
装置、３５ ファイバ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基本波と前記基本波の一部を変換して前
   記基本波と異なった波長をもつ変換波を前記基本波の光
   軸上に出射する第１の非線形材料、及び前記第１の非線
   形材料から出射した前記基本波と前記変換波を分離する
   第１の波長分離手段を有する第１の波長変換分離装置
   と、 前記分離された基本波のビーム径を変換するビーム径変
   換手段と、 前記ビーム径変換手段から出力された基本波と前記基本
   波の一部を変換して前記基本波と異なった波長をもつ変
   換波を前記基本波の光軸上に出射する第２の非線形材
   料、及び前記第２の非線形材料から出射した前記基本波
   と前記変換波を分離する第２の波長分離手段を有する第
   ２の波長変換分離装置とを備えたことを特徴とする波長
   変換器。
2. 【請求項２】 基本波と前記基本波の一部を変換して前
   記基本波と異なった波長をもつ変換波を前記基本波の光
   軸上に出射する非線形材料と、 前記非線形材料から出射した前記基本波と前記変換波を
   分離し前記基本波を前記非線形材料に再び出力する第１
   の反射装置、及び前記基本波のビーム径を変換する第１
   のビーム径変換手段を有する第１の基本波分離調整装置
   と、 前記非線形材料に対して前記第１の基本波分離調整装置
   とは反対側に設けられ、前記非線形材料から出射した前
   記基本波と前記変換波を分離し前記基本波を前記非線形
   材料に再び出力する第２の反射装置、及び前記基本波の
   ビーム径を変換する第２のビーム径変換手段を有する第
   ２の基本波分離調整装置とを備えたことを特徴とする波
   長変換器。
3. 【請求項３】 基本波と前記基本波の一部を変換して前
   記基本波と異なった波長をもつ変換波を前記基本波の光
   軸上に出射する非線形材料と、 前記非線形材料から出射した前記基本波と前記変換波を
   分離し前記基本波を前記非線形材料に再び出力するとと
   もに、前記基本波のビーム径を変換する第１の反射装置
   を有する第１の基本波分離調整装置と、 前記非線形材料に対して前記第１の基本波分離調整装置
   とは反対側に設けられ、前記非線形材料から出射した前
   記基本波と前記変換波を分離し前記基本波を前記非線形
   材料に再び出力するとともに、前記基本波のビーム径を
   変換する第２の反射装置を有する第２の基本波分離調整
   装置とを備えたことを特徴とする波長変換器。
4. 【請求項４】 基本波と前記基本波の一部を変換して前
   記基本波と異なった波長をもつ変換波を出射する非線形
   材料と、 前記非線形材料の両側に第１及び第２の反射面を有し、
   前記第１の反射面と前記第２の反射面の間で前記基本波
   のみを選択的に反射するとともに前記変換波を透過する
   反射装置とを備えたことを特徴とする波長変換器。
5. 【請求項５】 さらに、前記非線形材料により変換され
   前記波長分離手段により分離された変換波を集光するビ
   ーム集光手段と、 前記集光された変換波を伝送する光伝送手段とを備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の波長変換器。
6. 【請求項６】 さらに、前記非線形材料により変換され
   前記反射装置により分離された変換波を集光するビーム
   集光手段と、 前記集光された変換波を伝送する光伝送手段とを備えた
   ことを特徴とする請求項２又は４記載の波長変換器。
7. 【請求項７】 さらに、前記非線形材料により変換され
   前記基本波分離調整装置により分離された変換波を集光
   するビーム集光手段と、 前記集光された変換波を伝送する光伝送手段とを備えた
   ことを特徴とする請求項３記載の波長変換器。
8. 【請求項８】 前記非線形材料は、ＫＴＰ結晶であり、
   基本波と前記基本波の一部を変換して第２高調波を出射
   することを特徴とする請求項１から請求項４までのいず
   れかに記載の波長変換器。