JPH11295771A - 波長変換器 - Google Patents
波長変換器Info
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- JPH11295771A JPH11295771A JP10492998A JP10492998A JPH11295771A JP H11295771 A JPH11295771 A JP H11295771A JP 10492998 A JP10492998 A JP 10492998A JP 10492998 A JP10492998 A JP 10492998A JP H11295771 A JPH11295771 A JP H11295771A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非線形光学媒質にその光破壊しきい値以下の
光強度である矩形に近い光強度分布を有する基本波を入
射させて変換効率の高い波長変換器を得る。 【解決手段】 入射光を屈折して所望の光強度分布にす
る形状の第１の境界面２１ａと、出射光を屈折して所望
の波面にする形状の第２の境界面２１ｂを誘電体素子２
１ｃに形成した光強度分布変換素子２１によって、矩形
に近い光強度分布に変換させた基本波を非線形光学媒質
１２に通過させるようにしたので、波長変換効率を向上
させることができる波長変換器が得られる。
光強度である矩形に近い光強度分布を有する基本波を入
射させて変換効率の高い波長変換器を得る。 【解決手段】 入射光を屈折して所望の光強度分布にす
る形状の第１の境界面２１ａと、出射光を屈折して所望
の波面にする形状の第２の境界面２１ｂを誘電体素子２
１ｃに形成した光強度分布変換素子２１によって、矩形
に近い光強度分布に変換させた基本波を非線形光学媒質
１２に通過させるようにしたので、波長変換効率を向上
させることができる波長変換器が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、非線形光学媒質
中を伝搬する光の強度分布を任意の光強度以下で矩形に
近い形状にすることで、波長変換効率の向上を図った波
長変換器に関するものである。
中を伝搬する光の強度分布を任意の光強度以下で矩形に
近い形状にすることで、波長変換効率の向上を図った波
長変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図８は、例えば、Springer Series in O
ptical Sciences Vol.1 “Solid-State Laser Engineer
ing 4th Edition” Waiter Koechner著（1995年ドイツS
pringer 社発行）５９８ページに示された従来の波長変
換器を示す構成図であり、非線形光学媒質に入射した基
本波の波長を半分にする第２高調波を発生するものであ
る。図８において、１１はガウシアンビームの基本波を
出射するレーザ装置、１２は非線形光学媒質として用い
たＫＴｉＯＰＯ4 （以降ＫＴＰと呼ぶ）結晶である。
ptical Sciences Vol.1 “Solid-State Laser Engineer
ing 4th Edition” Waiter Koechner著（1995年ドイツS
pringer 社発行）５９８ページに示された従来の波長変
換器を示す構成図であり、非線形光学媒質に入射した基
本波の波長を半分にする第２高調波を発生するものであ
る。図８において、１１はガウシアンビームの基本波を
出射するレーザ装置、１２は非線形光学媒質として用い
たＫＴｉＯＰＯ4 （以降ＫＴＰと呼ぶ）結晶である。
【０００３】次に動作について説明する。レーザ装置１
１から出射したガウシアンビームの基本波は、ＫＴＰ結
晶１２に入射する。角周波数ωの基本波がＫＴＰ結晶１
２を通過すると、基本波の一部が角周波数２ωの第２高
調波に変換される。ＫＴＰ結晶１２から基本波及び波長
変換された第２高調波が出射される。
１から出射したガウシアンビームの基本波は、ＫＴＰ結
晶１２に入射する。角周波数ωの基本波がＫＴＰ結晶１
２を通過すると、基本波の一部が角周波数２ωの第２高
調波に変換される。ＫＴＰ結晶１２から基本波及び波長
変換された第２高調波が出射される。
【０００４】図９は、ＫＴＰ結晶１２における基本波光
強度に対する第２高調波への変換効率を示す特性図であ
る。また、基本波から第２高調波への変換効率ηは、式
（１）で与えられる。
強度に対する第２高調波への変換効率を示す特性図であ
る。また、基本波から第２高調波への変換効率ηは、式
（１）で与えられる。
【０００５】
【数１】
【０００６】ここで、Ｐω は入力する角周波数ωの基
本波のパワー、Ｐ2ωは基本波が非線形光学媒質を通過
することによって出力される角周波数２ωの第２高調波
のパワー、μ0 は真空の透磁率、ε0 は真空の誘電率、
ｄは非線形光学媒質固有の非線形光学係数、ｎは非線形
光学媒質の屈折率、Ｌは非線形光学媒質の媒質長、Ａは
基本波のビーム断面積、△ｋは位相不整合量と呼ばれる
ものである。
本波のパワー、Ｐ2ωは基本波が非線形光学媒質を通過
することによって出力される角周波数２ωの第２高調波
のパワー、μ0 は真空の透磁率、ε0 は真空の誘電率、
ｄは非線形光学媒質固有の非線形光学係数、ｎは非線形
光学媒質の屈折率、Ｌは非線形光学媒質の媒質長、Ａは
基本波のビーム断面積、△ｋは位相不整合量と呼ばれる
ものである。
【０００７】これにより、変換効率ηは、非線形光学媒
質に入射する基本波の光強度Ｐω／Ａに依存し、基本波
の光強度Ｐω ／Ａが大きいほど、非線形光学媒質にお
ける変換効率ηは高くなることが理解される。
質に入射する基本波の光強度Ｐω／Ａに依存し、基本波
の光強度Ｐω ／Ａが大きいほど、非線形光学媒質にお
ける変換効率ηは高くなることが理解される。
【０００８】ところが、第２高調波の光強度が大きすぎ
ると、ＫＴＰ結晶１２により第２高調波は吸収される。
ＫＴＰ結晶１２は、第２高調波の吸収が多くなると、グ
レートラックダメージと呼ばれる光破壊を生じてしま
う。すなわち、入射する基本波のピーク光強度はグレー
トラックダメージの生じない光破壊しきい値以下にしな
ければならないという問題点がある。
ると、ＫＴＰ結晶１２により第２高調波は吸収される。
ＫＴＰ結晶１２は、第２高調波の吸収が多くなると、グ
レートラックダメージと呼ばれる光破壊を生じてしま
う。すなわち、入射する基本波のピーク光強度はグレー
トラックダメージの生じない光破壊しきい値以下にしな
ければならないという問題点がある。
【０００９】図１０は、我々の測定によるＫＴＰ結晶１
２における第２高調波光強度に対する第２高調波の吸収
率を示すグラフ図である。この図が示すように、第２高
調波の光強度が大きくなるほど、吸収率は増大し、グレ
ートラックダメージの生じない第２高調波のピーク光強
度は約５０ＭＷ／ｃｍ2 であることが分かる。
２における第２高調波光強度に対する第２高調波の吸収
率を示すグラフ図である。この図が示すように、第２高
調波の光強度が大きくなるほど、吸収率は増大し、グレ
ートラックダメージの生じない第２高調波のピーク光強
度は約５０ＭＷ／ｃｍ2 であることが分かる。
【００１０】図１１は、ＫＴＰ結晶１２に入射するガウ
シアンビーム及び矩形の光強度分布を有する基本波とそ
の第２高調波の光強度分布を示す模式図である。また、
ガウシアンビームの基本波の光強度分布Ｉ（ｒ）は、式
（２）のように表される。
シアンビーム及び矩形の光強度分布を有する基本波とそ
の第２高調波の光強度分布を示す模式図である。また、
ガウシアンビームの基本波の光強度分布Ｉ（ｒ）は、式
（２）のように表される。
【００１１】
【数２】
【００１２】ここで、Ｉp は基本波のピーク光強度、ω
0 は基本波のビーム半径、ｒは基本波の半径方向の距離
である。さらに、ガウシアンビーム全体における変換効
率ηg は、基本波の光強度分布の積分値に対する第２高
調波の光強度分布の積分値の割合で、式（３）のように
表される。
0 は基本波のビーム半径、ｒは基本波の半径方向の距離
である。さらに、ガウシアンビーム全体における変換効
率ηg は、基本波の光強度分布の積分値に対する第２高
調波の光強度分布の積分値の割合で、式（３）のように
表される。
【００１３】
【数３】
【００１４】ここで、η［Ｉ（ｒ）］は式（１）で示し
た基本波の光強度分布における任意の光強度に対する変
換効率、φは基本波の中心の光軸まわりの角度である。
これにより、ガウシアンビームの基本波の光強度分布
は、中心軸からの距離が離れるほど光強度は小さいの
で、η［Ｉ（ｒ）］に応じた第２高調波の光強度分布の
積分値は基本波の光強度分布の積分値に比べて小さくな
る。
た基本波の光強度分布における任意の光強度に対する変
換効率、φは基本波の中心の光軸まわりの角度である。
これにより、ガウシアンビームの基本波の光強度分布
は、中心軸からの距離が離れるほど光強度は小さいの
で、η［Ｉ（ｒ）］に応じた第２高調波の光強度分布の
積分値は基本波の光強度分布の積分値に比べて小さくな
る。
【００１５】一方、矩形の光強度分布はピーク光強度で
一定なので、矩形の光強度分布全体としての変換効率は
ピーク光強度における変換効率と等しくなる。これによ
り、ピーク光強度を光破壊しきい値である５０ＭＷ／ｃ
ｍ2 とすると、ガウシアンビーム全体としての変換効率
は矩形の光強度分布における変換効率よりも低くなると
いう問題点がある。
一定なので、矩形の光強度分布全体としての変換効率は
ピーク光強度における変換効率と等しくなる。これによ
り、ピーク光強度を光破壊しきい値である５０ＭＷ／ｃ
ｍ2 とすると、ガウシアンビーム全体としての変換効率
は矩形の光強度分布における変換効率よりも低くなると
いう問題点がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】このように、非線形光
学媒質としてＫＴＰ結晶を用いた波長変換器において
は、基本波の光強度が大きすぎると、第２高調波が非線
形光学媒質に吸収されてグレートラックダメージを生じ
ることにより、非線形光学媒質に入射する基本波のピー
ク光強度を光破壊しきい値以下にしなければならないと
いう問題点がある。また、ガウシアンビームの基本波を
非線形光学媒質に直接通過させることにより、ピーク光
強度を光破壊しきい値とすると、ガウシアンビーム全体
としての基本波の変換効率は矩形の光強度分布における
変換効率よりも低くなるという問題点がある。
学媒質としてＫＴＰ結晶を用いた波長変換器において
は、基本波の光強度が大きすぎると、第２高調波が非線
形光学媒質に吸収されてグレートラックダメージを生じ
ることにより、非線形光学媒質に入射する基本波のピー
ク光強度を光破壊しきい値以下にしなければならないと
いう問題点がある。また、ガウシアンビームの基本波を
非線形光学媒質に直接通過させることにより、ピーク光
強度を光破壊しきい値とすると、ガウシアンビーム全体
としての基本波の変換効率は矩形の光強度分布における
変換効率よりも低くなるという問題点がある。
【００１７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、非線形光学媒質に入射する基本
波の光強度分布を変換して波長変換効率を向上させるこ
とができる波長変換器を得ることを目的とする。
ためになされたもので、非線形光学媒質に入射する基本
波の光強度分布を変換して波長変換効率を向上させるこ
とができる波長変換器を得ることを目的とする。
【００１８】
【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、少なくとも１つの非線形光学媒質を有し、入射し
た基本波の一部を基本波と異なる波長に変換する波長変
換器において、上記非線形光学媒質に入射する基本波の
光軸上に、上記非線形光学媒質に入射する基本波を矩形
に近い光強度分布を有する基本波に変換する光強度分布
変換素子を設置したことを特徴とするものである。
器は、少なくとも１つの非線形光学媒質を有し、入射し
た基本波の一部を基本波と異なる波長に変換する波長変
換器において、上記非線形光学媒質に入射する基本波の
光軸上に、上記非線形光学媒質に入射する基本波を矩形
に近い光強度分布を有する基本波に変換する光強度分布
変換素子を設置したことを特徴とするものである。
【００１９】また、上記光強度分布変換素子として、任
意の光強度分布を有する入射光を屈折させて所望の光強
度分布とする第１の境界面と、任意の波面を有する入射
光を屈折させて所望の波面を出射する第２の境界面とを
形成した誘電体素子を用いることを特徴とするものであ
る。
意の光強度分布を有する入射光を屈折させて所望の光強
度分布とする第１の境界面と、任意の波面を有する入射
光を屈折させて所望の波面を出射する第２の境界面とを
形成した誘電体素子を用いることを特徴とするものであ
る。
【００２０】さらに、上記非線形光学媒質として、ＫＴ
ｉＯＰＯ4 結晶を用いるとともに、上記光強度分布変換
素子は、出射光の光強度分布を最大強度５０ＭＷ／ｃｍ
2 以下のスーパーガウシアン分布とすることを特徴とす
るものである。
ｉＯＰＯ4 結晶を用いるとともに、上記光強度分布変換
素子は、出射光の光強度分布を最大強度５０ＭＷ／ｃｍ
2 以下のスーパーガウシアン分布とすることを特徴とす
るものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による波
長変換器を示す構成図である。図１において、図８に示
す従来例と同一部分は同一符号を付してその説明は省略
する。新たな符号として、２１は誘電体素子２１ｃに第
１の境界面２１ａ及び第２の境界面２１ｂを形成した光
強度分布変換素子であり、非線形光学媒質としてのＫＴ
Ｐ結晶１２に入射する基本波の光軸上に設けられてい
る。
について説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による波
長変換器を示す構成図である。図１において、図８に示
す従来例と同一部分は同一符号を付してその説明は省略
する。新たな符号として、２１は誘電体素子２１ｃに第
１の境界面２１ａ及び第２の境界面２１ｂを形成した光
強度分布変換素子であり、非線形光学媒質としてのＫＴ
Ｐ結晶１２に入射する基本波の光軸上に設けられてい
る。
【００２２】次に動作について説明する。ガウシアンビ
ームの基本波を光強度分布変換素子２１の第１の境界面
２１ａに入射すると、ガウシアンビームの光強度分布が
第２の境界面２１ｂから出射してスーパーガウシアン分
布の光強度分布となる方向に屈折される。この屈折光
は、誘電体素子２１ｃを透過して、ガウシアンビームの
波面が第２の境界面２１ｂから出射して平行な波面とな
る方向に屈折される。これにより、光強度分布変換素子
２１へ入射したガウシアンビームの基本波は、光強度分
布変換素子２１からスーパーガウシアン分布の光強度分
布で平行な波面を有する基本波として出射される。
ームの基本波を光強度分布変換素子２１の第１の境界面
２１ａに入射すると、ガウシアンビームの光強度分布が
第２の境界面２１ｂから出射してスーパーガウシアン分
布の光強度分布となる方向に屈折される。この屈折光
は、誘電体素子２１ｃを透過して、ガウシアンビームの
波面が第２の境界面２１ｂから出射して平行な波面とな
る方向に屈折される。これにより、光強度分布変換素子
２１へ入射したガウシアンビームの基本波は、光強度分
布変換素子２１からスーパーガウシアン分布の光強度分
布で平行な波面を有する基本波として出射される。
【００２３】図２は、上記光強度分布変換素子２１の第
１の境界面２１ａ及び第２の境界面２１ｂで屈折される
光線とその光強度分布を示した模式図である。任意の光
強度分布及び波面を有するレーザ光の光線Ａ及び光線Ｂ
は、それぞれ波面の法線方向に進行して、式（４）の屈
折の法則に従って第１の境界面２１ａで屈折される。 ｓｉｎθ1＝ｎdｓｉｎθ2 （４） ここで、θ1 は第１の境界面２１ａに入射した光線の入
射角、θ2 は第１の境界面２１ａで屈折した光線の出射
角、ｎdは誘電体素子２１ｃの相対屈折率である。
１の境界面２１ａ及び第２の境界面２１ｂで屈折される
光線とその光強度分布を示した模式図である。任意の光
強度分布及び波面を有するレーザ光の光線Ａ及び光線Ｂ
は、それぞれ波面の法線方向に進行して、式（４）の屈
折の法則に従って第１の境界面２１ａで屈折される。 ｓｉｎθ1＝ｎdｓｉｎθ2 （４） ここで、θ1 は第１の境界面２１ａに入射した光線の入
射角、θ2 は第１の境界面２１ａで屈折した光線の出射
角、ｎdは誘電体素子２１ｃの相対屈折率である。
【００２４】同様にして、第１の境界面２１ａで屈折さ
れた光線は、誘電体素子２１ｃを第１の境界面２１ａで
屈折された方向に透過して、式（５）の屈折の法則に従
って第２の境界面２１ｂで屈折される。 ｎdｓｉｎθ3＝ｓｉｎθ4 （５） ここで、θ3 は第２の境界面２１ｂに入射した光線の入
射角、θ4 は第２の境界面２１ｂで屈折した光線の出射
角である。
れた光線は、誘電体素子２１ｃを第１の境界面２１ａで
屈折された方向に透過して、式（５）の屈折の法則に従
って第２の境界面２１ｂで屈折される。 ｎdｓｉｎθ3＝ｓｉｎθ4 （５） ここで、θ3 は第２の境界面２１ｂに入射した光線の入
射角、θ4 は第２の境界面２１ｂで屈折した光線の出射
角である。
【００２５】図２において、第１の境界面２１ａに入射
する光線Ａ及び光線Ｂの波束の微小面積ｄＳ1A及びｄＳ
1Bは、式（１）の屈折の法則に従って光線の進行方向が
屈折されて、第２の境界面２１ｂに入射した光線Ａ及び
光線Ｂの波束の微小面積ｄＳ2A及びｄＳ2Bに変化する。
同様に、波束の微小面積ｄＳ2A及びｄＳ2Bは、式（２）
の屈折の法則に従って光線の進行方向が屈折されて、第
２の境界面２１ｂから出射した光線Ａ及び光線Ｂの微小
面積ｄＳ3A及びｄＳ3Bに変化する。
する光線Ａ及び光線Ｂの波束の微小面積ｄＳ1A及びｄＳ
1Bは、式（１）の屈折の法則に従って光線の進行方向が
屈折されて、第２の境界面２１ｂに入射した光線Ａ及び
光線Ｂの波束の微小面積ｄＳ2A及びｄＳ2Bに変化する。
同様に、波束の微小面積ｄＳ2A及びｄＳ2Bは、式（２）
の屈折の法則に従って光線の進行方向が屈折されて、第
２の境界面２１ｂから出射した光線Ａ及び光線Ｂの微小
面積ｄＳ3A及びｄＳ3Bに変化する。
【００２６】第１の境界面２１ａ及び第２の境界面２１
ｂにおいて反射がないとすると、光線Ａの波束の微小面
積ｄＳ1A、ｄＳ2A及びｄＳ3AにおけるパワーＰA は幾何
光学的に一定である。同様にして、光線Ｂの波束の微小
面積ｄＳ1B、ｄＳ2B及びｄＳ3BにおけるパワーＰB は一
定である。ここで、入射光の光強度分布は、第１の境界
面２１ａに入射する光線の光強度ＰA／ｄＳ1A及びＰB／
ｄＳ1B、出射光の光強度分布は、第２の境界面２１ｂか
ら出射される光線の光強度ＰA／ｄＳ3A及びＰB／ｄＳ3B
を連続的に与えることにより得られる。
ｂにおいて反射がないとすると、光線Ａの波束の微小面
積ｄＳ1A、ｄＳ2A及びｄＳ3AにおけるパワーＰA は幾何
光学的に一定である。同様にして、光線Ｂの波束の微小
面積ｄＳ1B、ｄＳ2B及びｄＳ3BにおけるパワーＰB は一
定である。ここで、入射光の光強度分布は、第１の境界
面２１ａに入射する光線の光強度ＰA／ｄＳ1A及びＰB／
ｄＳ1B、出射光の光強度分布は、第２の境界面２１ｂか
ら出射される光線の光強度ＰA／ｄＳ3A及びＰB／ｄＳ3B
を連続的に与えることにより得られる。
【００２７】これにより、出射光において所望の光強度
分布が得られるように光線を屈折させる第１の境界面２
１ａの形状を、入射光における任意の光強度分布と出射
光における所望の光強度分布を与えて、第１の境界面２
１ａ及び第２の境界面２１ｂ上においてその光強度を満
たすように、式（４）と式（５）の屈折の法則に従って
一意的に形成することができる。
分布が得られるように光線を屈折させる第１の境界面２
１ａの形状を、入射光における任意の光強度分布と出射
光における所望の光強度分布を与えて、第１の境界面２
１ａ及び第２の境界面２１ｂ上においてその光強度を満
たすように、式（４）と式（５）の屈折の法則に従って
一意的に形成することができる。
【００２８】図３は、第１の境界面２１ａ及び第２の境
界面２１ｂで屈折される光線とその波面を示した模式図
である。式（６）のように波面から光強度分布変換素子
２１を透過して進行した位置までの光線Ａと光線Ｂの光
路長が一定であれば、光線Ａと光線Ｂが第２の境界面２
１ｂから進行した位置は同一波面上となる。 Ｌ1A＋ｎdＬ2A＋Ｌ3A＝Ｌ1B＋ｎdＬ2B＋Ｌ3B （６）
界面２１ｂで屈折される光線とその波面を示した模式図
である。式（６）のように波面から光強度分布変換素子
２１を透過して進行した位置までの光線Ａと光線Ｂの光
路長が一定であれば、光線Ａと光線Ｂが第２の境界面２
１ｂから進行した位置は同一波面上となる。 Ｌ1A＋ｎdＬ2A＋Ｌ3A＝Ｌ1B＋ｎdＬ2B＋Ｌ3B （６）
【００２９】ここで、Ｌ1A及びＬ1Bは波面から第１の境
界面２１ａまで光線Ａ及び光線Ｂが進む距離、Ｌ2A及び
Ｌ2Bは第１の境界面２１ａから第２の境界面２１ｂまで
光線Ａ及び光線Ｂが誘電体素子２１ｃを進む距離、Ｌ3A
及びＬ3Bは第２の境界面２１ｂから平行な光線Ａ及び光
線Ｂが進む距離である。
界面２１ａまで光線Ａ及び光線Ｂが進む距離、Ｌ2A及び
Ｌ2Bは第１の境界面２１ａから第２の境界面２１ｂまで
光線Ａ及び光線Ｂが誘電体素子２１ｃを進む距離、Ｌ3A
及びＬ3Bは第２の境界面２１ｂから平行な光線Ａ及び光
線Ｂが進む距離である。
【００３０】これにより、所望の光強度分布にする第１
の境界面２１ａの形状が形成されていると、出射光にお
いて所望の波面が得られるように光線を屈折させる第２
の境界面２１ｂの形状を、入射光における任意の波面と
出射光における所望の波面を与えて、入射光及び出射光
において式（６）を満たすように、式（４）と式（５）
の屈折の法則に従って一意的に形成することができる。
の境界面２１ａの形状が形成されていると、出射光にお
いて所望の波面が得られるように光線を屈折させる第２
の境界面２１ｂの形状を、入射光における任意の波面と
出射光における所望の波面を与えて、入射光及び出射光
において式（６）を満たすように、式（４）と式（５）
の屈折の法則に従って一意的に形成することができる。
【００３１】図４は、この発明の実施の形態１における
光強度分布変換素子を示す模式図である。この光強度分
布変換素子２１では、入射光をガウシアンビーム、出射
光を光強度分布がスーパーガウシアン分布で波面が平行
となるような第１の境界面２１ａ及び第２の境界面２１
ｂの形状を与えているが、任意の光強度分布及び波面の
入射光を所望の光強度分布及び波面の出射光に変換する
光強度分布変換素子が得られる。
光強度分布変換素子を示す模式図である。この光強度分
布変換素子２１では、入射光をガウシアンビーム、出射
光を光強度分布がスーパーガウシアン分布で波面が平行
となるような第１の境界面２１ａ及び第２の境界面２１
ｂの形状を与えているが、任意の光強度分布及び波面の
入射光を所望の光強度分布及び波面の出射光に変換する
光強度分布変換素子が得られる。
【００３２】図５は、この発明の実施の形態１における
光強度分布変換素子の第１の境界面及び第２の境界面の
形状を示す断面図である。また、図６は、この発明の実
施の形態における光強度分布変換素子からの出射光の光
強度分布を示す図である。実際に、誘電体素子２１ｃの
相対屈折率をｎd ＝１．４５の合成石英ガラスとして、
図５に示す第１の境界面２１ａ及び第２の境界面２１ｂ
の形状を形成した光強度分布変換素子２１に、ビーム半
径１．４ｍｍのガウシアンビームを入射すると、図６に
示す光強度分布の出射光が得られる。
光強度分布変換素子の第１の境界面及び第２の境界面の
形状を示す断面図である。また、図６は、この発明の実
施の形態における光強度分布変換素子からの出射光の光
強度分布を示す図である。実際に、誘電体素子２１ｃの
相対屈折率をｎd ＝１．４５の合成石英ガラスとして、
図５に示す第１の境界面２１ａ及び第２の境界面２１ｂ
の形状を形成した光強度分布変換素子２１に、ビーム半
径１．４ｍｍのガウシアンビームを入射すると、図６に
示す光強度分布の出射光が得られる。
【００３３】この光強度分布変換素子２１によって、入
射光をスーパーガウシアンの光強度分布のレーザ光にす
ると、エッジ部分がなだらかな光強度分布であるため、
伝搬されても回折の影響を受けないで矩形に近い光強度
分布でＫＴＰ結晶１２に入射することができる。
射光をスーパーガウシアンの光強度分布のレーザ光にす
ると、エッジ部分がなだらかな光強度分布であるため、
伝搬されても回折の影響を受けないで矩形に近い光強度
分布でＫＴＰ結晶１２に入射することができる。
【００３４】図７は、ＫＴＰ結晶１２に入射するスーパ
ーガウシアン分布の光強度分布を有する基本波とその第
２高調波の光強度分布を示す模式図である。この光強度
分布変換素子２１から出射した基本波は、ＫＴＰ結晶１
２を透過して基本波の半分の波長である第２高調波に波
長変換される。矩形に近いスーパーガウシアン分布の光
強度分布はピーク光強度近くで一様なので、スーパーガ
ウシアン分布全体としての変換効率はピーク光強度にお
ける変換効率からの低下が小さくなる。
ーガウシアン分布の光強度分布を有する基本波とその第
２高調波の光強度分布を示す模式図である。この光強度
分布変換素子２１から出射した基本波は、ＫＴＰ結晶１
２を透過して基本波の半分の波長である第２高調波に波
長変換される。矩形に近いスーパーガウシアン分布の光
強度分布はピーク光強度近くで一様なので、スーパーガ
ウシアン分布全体としての変換効率はピーク光強度にお
ける変換効率からの低下が小さくなる。
【００３５】これにより、スーパーガウシアン分布の光
強度分布における変換効率はガウシアンビーム全体とし
ての変換効率よりも高く、変換効率の低下を防止するこ
とができる。また、スーパーガウシアン分布の光強度分
布のピーク光強度を光破壊しきい値である５０ＭＷ／ｃ
ｍ2 とすることにより、グレートラックダメージを生じ
ることなく変換効率を高くすることができる。なお、上
述した実施の形態では、光強度分布変換素子２１への入
射光を軸対称なガウシアンビームとしているが、任意の
光強度分布の入射光においても同様に構成することが可
能である。
強度分布における変換効率はガウシアンビーム全体とし
ての変換効率よりも高く、変換効率の低下を防止するこ
とができる。また、スーパーガウシアン分布の光強度分
布のピーク光強度を光破壊しきい値である５０ＭＷ／ｃ
ｍ2 とすることにより、グレートラックダメージを生じ
ることなく変換効率を高くすることができる。なお、上
述した実施の形態では、光強度分布変換素子２１への入
射光を軸対称なガウシアンビームとしているが、任意の
光強度分布の入射光においても同様に構成することが可
能である。
【００３６】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、光強
度分布変換素子によって矩形に近い光強度分布に変換さ
せた基本波を非線形光学媒質に通過させるようにしたの
で、基本波全体としての変換効率はピーク光強度におけ
る変換効率に近く、また、基本波のピーク光強度を光破
壊しきい値以下とすることにより、グレートラックダメ
ージを生じることなく変換効率を高くした波長変換器を
得られる効果がある。
度分布変換素子によって矩形に近い光強度分布に変換さ
せた基本波を非線形光学媒質に通過させるようにしたの
で、基本波全体としての変換効率はピーク光強度におけ
る変換効率に近く、また、基本波のピーク光強度を光破
壊しきい値以下とすることにより、グレートラックダメ
ージを生じることなく変換効率を高くした波長変換器を
得られる効果がある。
【００３７】また、上記光強度分布変換素子として、任
意の光強度分布を有する入射光を屈折させて所望の光強
度分布とする第１の境界面と、任意の波面を有する入射
光を屈折させて所望の波面を出射する第２の境界面とを
形成した誘電体素子を用いることにより、入射光を矩形
に近いスーパーガウシアン分布の光強度分布に変換して
非線形光学媒質に通過させることができる。
意の光強度分布を有する入射光を屈折させて所望の光強
度分布とする第１の境界面と、任意の波面を有する入射
光を屈折させて所望の波面を出射する第２の境界面とを
形成した誘電体素子を用いることにより、入射光を矩形
に近いスーパーガウシアン分布の光強度分布に変換して
非線形光学媒質に通過させることができる。
【００３８】さらに、上記非線形光学媒質として、ＫＴ
ｉＯＰＯ4 結晶を用いるとともに、上記光強度分布変換
素子は、出射光の光強度分布を最大強度５０ＭＷ／ｃｍ
2 以下のスーパーガウシアン分布とすることにより、基
本波の光強度分布を光破壊しきい値以下とすることがで
き、グレートラックダメージを生じることなく変換効率
を向上させることができる。
ｉＯＰＯ4 結晶を用いるとともに、上記光強度分布変換
素子は、出射光の光強度分布を最大強度５０ＭＷ／ｃｍ
2 以下のスーパーガウシアン分布とすることにより、基
本波の光強度分布を光破壊しきい値以下とすることがで
き、グレートラックダメージを生じることなく変換効率
を向上させることができる。
【図１】 この発明の実施の形態１による波長変換器を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１における光強度分布
変換素子の第１の境界面及び第２の境界面で屈折される
光線とその光強度分布を示した模式図である。
変換素子の第１の境界面及び第２の境界面で屈折される
光線とその光強度分布を示した模式図である。
【図３】 この発明の実施の形態１における光強度分布
変換素子の第１の境界面及び第２の境界面で屈折される
光線とその波面を示した模式図である。
変換素子の第１の境界面及び第２の境界面で屈折される
光線とその波面を示した模式図である。
【図４】 この発明の実施の形態１における光強度分布
変換素子を示す模式図である。
変換素子を示す模式図である。
【図５】 この発明の実施の形態１における光強度分布
変換素子の第１の境界面及び第２の境界面の形状を示す
断面図である。
変換素子の第１の境界面及び第２の境界面の形状を示す
断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態１における光強度分布
変換素子からの出射光の光強度分布を示す図である。
変換素子からの出射光の光強度分布を示す図である。
【図７】 ＫＴＰ結晶に入射するスーパーガウシアン分
布の光強度分布を有する基本波とその第２高調波の光強
度分布を示す模式図である。
布の光強度分布を有する基本波とその第２高調波の光強
度分布を示す模式図である。
【図８】 従来の非線形光学媒質に入射した基本波の波
長を半分にする第２高調波発生の波長変換器を示す構成
図である。
長を半分にする第２高調波発生の波長変換器を示す構成
図である。
【図９】 ＫＴＰ結晶における基本波光強度に対する第
２高調波への変換効率を示す模式図である。
２高調波への変換効率を示す模式図である。
【図１０】 我々の測定によるＫＴＰ結晶における第２
高調波光強度に対する第２高調波の吸収率を示すグラフ
図である。
高調波光強度に対する第２高調波の吸収率を示すグラフ
図である。
【図１１】 ＫＴＰ結晶に入射するガウシアンビーム及
び矩形の光強度分布を有する基本波とその第２高調波の
光強度分布を示す模式図である。
び矩形の光強度分布を有する基本波とその第２高調波の
光強度分布を示す模式図である。
１１ レーザ装置、１２ ＫＴＰ結晶（非線形光学媒
質）、２１ 光強度分布変換素子、２１ａ 第１の境界
面、２１ｂ 第２の境界面、２１ｃ 誘電体素子。
質）、２１ 光強度分布変換素子、２１ａ 第１の境界
面、２１ｂ 第２の境界面、２１ｃ 誘電体素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内藤 出 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくとも１つの非線形光学媒質を有
し、入射した基本波の一部を基本波と異なる波長に変換
する波長変換器において、上記非線形光学媒質に入射す
る基本波の光軸上に、上記非線形光学媒質に入射する基
本波を矩形に近い光強度分布を有する基本波に変換する
光強度分布変換素子を設置したことを特徴とする波長変
換器。 - 【請求項２】 請求項１記載の波長変換器において、上
記光強度分布変換素子として、任意の光強度分布を有す
る入射光を屈折させて所望の光強度分布とする第１の境
界面と、任意の波面を有する入射光を屈折させて所望の
波面を出射する第２の境界面とを形成した誘電体素子を
用いることを特徴とする波長変換器。 - 【請求項３】 請求項２記載の波長変換器において、上
記非線形光学媒質として、ＫＴｉＯＰＯ4 結晶を用いる
とともに、上記光強度分布変換素子は、出射光の光強度
分布を最大強度５０ＭＷ／ｃｍ2 以下のスーパーガウシ
アン分布とすることを特徴とする波長変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10492998A JPH11295771A (ja) | 1998-04-15 | 1998-04-15 | 波長変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10492998A JPH11295771A (ja) | 1998-04-15 | 1998-04-15 | 波長変換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11295771A true JPH11295771A (ja) | 1999-10-29 |
Family
ID=14393797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10492998A Pending JPH11295771A (ja) | 1998-04-15 | 1998-04-15 | 波長変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11295771A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010139604A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Aisin Seiki Co Ltd | 電磁波発生・伝送装置 |
| US8125703B2 (en) | 2007-03-22 | 2012-02-28 | Panasonic Corporation | Wavelength converter and image display with wavelength converter |
-
1998
- 1998-04-15 JP JP10492998A patent/JPH11295771A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8125703B2 (en) | 2007-03-22 | 2012-02-28 | Panasonic Corporation | Wavelength converter and image display with wavelength converter |
| JP2010139604A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Aisin Seiki Co Ltd | 電磁波発生・伝送装置 |
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