JPS63185084A - 光波長可変レ−ザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は光パラメトリック発振部（ｏｐｏ）から出射す
る光を、第２高調波発生部（Ｓ）ＩＧ）の結晶に入力し
て、その結晶を回転させ位相整合させることにより広帯
域の光波長可変レーザを得るようにした波長可変レーザ
装置に関するものである。

「従来の技術」 一般に、波長可変レーザ装置は、第６図に示すように、
光パラメトリック発振部（ＯＰＯ）（１）と光波長変換
部としての第２高調波発生部（ＳＨＧ）　（２）とを具
備し、このうち、０ＰＯ（１）は、入射レーザ光のパワ
ー密度を上げるためのコリメータ部（３）と、所定の帯
域幅で所定の反射率を有する入力反射ミラー（４）およ
び出力反射ミラー（５）と、回転可能に取付けられた非
線形光学結晶（６）とからなり、また、５ＨＧ（２）は
パワー密度を上げるレンズ（７）　（８）と、　ＳＨＧ
用結晶（９）とからなるものである。

このような構成において、前記ｏｐｏ用結晶（６）を強
゛力なレーザ光で励起してこの励起光とは異なる波長を
持つ２つの光を発生させる。励起光をポンピング光、２
つの出力光のうち一方をシグナル光、他方をアイドラ光
と呼ぶ、これらシグナル光とアイド゛う光は、ｏｐｏ用
結晶（６）を挟んで設けら′れた入出力ミラー（４）　
（５）で構成されるキャビティー内で増幅、発振される
。

前記ポンピング光（ｐ）、シグナル光（Ｓ）、アイドラ
光（ｉ）の角振動数をそれぞれωＰ、ωＳ、ωｉとし、
波数ベクトルをそれぞれｋｐ、　ｋｓ、　ｋｉとすると
、ωｐ＝ωＳ＋ωｉ ｋｐ冨ｋｓ＋　ｋｉ という条件を満たす波長が発振する。一般にはこの２波
長のうち一方だけを取出す。

また、前記５ＨＧ（２）では、ＳＨＧ用結晶（９）が１
−軸性結晶の場合には、ＴＹＰＥ−１：呼謙れる位相整
合条件で。

ｎ＋（λ）＝ｎｅ（θ−１λ／２）　　　　　　、（１
／ｎａ（θ醜、λ／２）”５ｅａｓ”　Ｏｍ／ｎ、”＋
５ｉｎ２θｍ／ｎｅ２の関係から位相整合角が求められ
る。ここで、ｎ。

は常光の屈折率、ｎｅは異常光の屈折率である。

例えばＮｄ−ＹＡＧレーザの３５５ｎｍで尿素結晶（６
）を励起した場合において、結晶（６）の回転角度θが
第７図に示すように９０度の場合、５００ｎｍと１２３
０ｎｍの２つの光を発生し、さらに第８図に示すように
回転角度θを６０度に回転させることにより６００ｎｍ
と８７０ｎ−の２つの光を発生し、同様にして回転角度
（θ）を変えると、５００〜１２３０ｎｍの範囲のコヒ
ーレント光が得られる。　ｏｐｏ用結晶（６）から射出
したレーザ光は入出力反射ミラー（４）（５）間で発振
し出力する。　０ＰＯ（１）から出射した光を５ＨＧ（
２）に入射してＳＨＧ用結晶（９）を回転させて位相整
合させた場合には、周波数の逓倍ができ、さらに広帯域
の２５０〜１２３０ｎｍの発振光を得ることができる。

第６図において、結晶（６）および（９）の光学軸（ｌ
Ｏ）は紙面に対して平行であり、ポンピング光は常光で
、発生した２つの光（シグナル光、アイドラ光）のうち
一方が常光なら他方が異常光となる。Ｓ、ＨＧ用結晶（
９）はＴＹＰＥ−１の位相整合条件アあるので、結晶回
転により常光線に対して位相整合し、逓倍の高調波を出
力する。

「発明が解決しようとする問題点」 角度整合形のＯＰＯ（１）では、ｏｐｏ用結晶（６）に
おいて複屈折を避けることができて、出力光は第５図に
示すように、一方が常光（０成分）で、他方が異常光（
ｅ成分）となる、ここ、で、第１種の整合（ＴＹＰ！ｌ
）による５ＩＧ（２）で逓倍するには５．０成分かｅ成
分かし′１ずれか単一の偏光成分の基本波しか用りるこ
とができない０例えば、第６図において、ｏｐｏ用結晶
（６）を尿素結晶、ＳＨＧ用結晶（９）をβ−１３８Ｂ
１０＊−ポンピング光を３５５ｎｍの常光、ｏｐＯ（１
）のシグナル光を常光（０成分）、ＯＰＯ（１）のアイ
ドラ光を異常光（ｅ成分）、５ＨＧ（２）の基本波を常
光（０成分）、５ＨＧ（２）の第２高調波を異常光（ｅ
成分）とした場合、　ｏｐｏ用結晶（６）を光学軸（１
０）を中心にしてその角度（θ）を５０−９０°回転す
ると、第９図に示すように、０ＰＯ（１）のｅ成分は６
６０−１２３０ｎｍ、０ＰＯ（１）、の０成分は７８０
〜５００ｎ園と変化する。　５ＨＧ（２）ではｏｐｏ（
ｉ）の。成分のみを常光として逓倍した３９０−２５０
ｎ膳の波長のレーザが得られる。ところが、第９図に示
すように、３９０〜５００ｎｍの範囲（Ｘ）の波長のレ
ーザが得られない。ｏｐｏ用結晶（６）の回転角を堕０
．以下まで大きく回転すれば常光（０成分）の波長域は
長波長側にのび、　５ＨＧ（９）で逓倍した波長域も長
波長側にのびる。しかし１回転角（θ）を大きくすると
以下のような問題があった。４結晶の屈折率による光軸
（１０）のずれが大きくなること、光軸（１０）がずれ
るとＳＨＧ用結晶（９）の入射面から外れるため、ＳＨ
Ｇ用結！＆（９）のサイズを大きくしなければならない
こと、結晶端面での反射率が大きくなやこと、反射率を
少くするためＡＲコートを施こし変換効率をあげようと
しても入射角度を広くとった場合のＡＲコートが困難で
あることなどの問題があった。

「問題点を解決するための手段」 本発明は上述のような問題点を解決するためになされた
もので、第１の光パラメトリック発振部の非線形光学結
晶をポンピング光で励起してシグナル光とアイドラ光を
出射し、この第１の光パラメトリック発振部からの出射
光のうちいずれか一方の光を光波長変換部（第２高調波
発生部）の結晶の回転により逓倍の高調波に変換して出
射するようにした波長可変レーザ装置におい′て、前記
光波長変換部（第２高調波発生部）の入射側に、この光
波長変換部に対して前記第１の光パラメトリック発振部
の出射光では整合できない偏光面の光を整合できる光と
して出射することのできる第２の光パラメトリック発振
部を具備してなるものである。

「作用」 第１の光パラメトリック発振部（ＯＰＯ）の非線形光学
結晶を、ポンピング光で励起してシグナル光とアイドラ
光を出射する。前記ＯＰＯ用結高結晶転角を変えると、
出力光の波長が可変して所定の波長領域のレーザ光が得
られる。この第１の光パラメントリツク発振部の出力光
のうち例えば一方の常光を第２高調波発生部（ＳＨＧ）
に入射させてＳＨＧ用結晶を光軸に平行な平面内で回転
してその常光について位相整合を起こさせて逓倍した波
長領域の出力光を得る。常光についてのみ逓倍したので
は異常光について整合条件を満足しないため広帯域の出
力が得られない。

そこで、第２の光パラメトリック・発振部から９０度偏
光した光を出射する。すると、第２のＯＰＯ用結高結晶
しては第１のＯＰＯ用結高結晶し異常光であった成分、
が常光となるので、この異常光であって常光成分となっ
たレーザ光の位相整合を起こさせて逓倍した波長領域の
出力光を得る。このようにして広帯域の光波長可変レー
ザを得ることができる。

「実施例」 以下１本発明の一実施例を第１図に基づき説明する。

（１ａ）は第１の光パラメトリック発振部（以下第１の
ＯＰＯという）、（１ｂ）は第２の光パラメトリック発
振部（以下第２のＯＰＯというＣ，（２）は光波長変換
装置、具体的には第２高調波発生部（以下ＳＨＧという
）である、前記第１の０ＰＯ（ｌａ）の入“射側には、
励起光として３５０ｎｍ近辺の波長をもったパルスレー
ザが必要なため、１１０６０ｎの赤外線パルスを発生す
るＮｄ−ＹＡＧレーザ装置（１１）、　５３２ｎｍ（７
）’第２高調波を発生するモジュール（Ｓ）ＩＧ）（１
２）、３５５ｎｗ＋の第３高調波を発生するモジュール
（ＴＩＩＧ）　（１３）を配置し、さらにプリズム（１
４）、全反射ミラー（１５）　（１６）が介在されてい
る。前記第１の０ＰＯ（ｌａ）は第６図と同様、コリメ
ータ部（３ａ）、入力反射ミラー（４ａ）、出力反射ミ
ラー（５ａ）、非線形光学結晶（６ａ）を有する。この
非線形光学結晶（６ａ）は両側に入射窓（１７ａ）と出
射窓（１８ａ）を形成した容器（１９ａ）に、マツチン
グオイル（２０ａ）とともに収納され、回転装置のテー
ブル（２１ａ）によって図中の平面内（紙面と同一面内
）にて回動自在に設けられている。

前記５ＨＧ（２）は、第６図と同様、β−Ｂａａ、０４
からなるＳＨＧ用結晶（９）とその両側に設けられたレ
ンズ（７）（８）とからなり、さらに、前記ＳＨＧ用結
晶（９）は光軸（ｌＯ）に平行な平面内（紙面と同一面
内）で回転する回転装置の回転テーブル（２２）に取付
けられている。

前記第１の０ＰＯ（ｌａ）と（ＳＨＧ）　（２）との間
の光軸（１０）上には、３５５ｎｍのポンピング光を反
射し、５００〜１２３０ｎ腸のレーザ光を透過するフィ
ルタ（２３）と、ハーフミラ−（２４）とが設けられて
いる。前記フィルタ（２３）の反射光軸（２５）で、か
つ前記ハーフミラ−（２４）との間にはミラー（２６）
を介して１／２波長板（２７）、第２の０ＰＯ（ｌｂ）
およびミラー（２８）が設けられている。前記１／２波
長板（２７）は、このポンピング光の偏光方向を９０度
回転するものである。゛前記第２のｏＰＯ（ｌｂ）は第
１の０ＰＯ（ｌａ）と略同様、コリメータ部（３ｂ）、
入出力用反射ミラー（４ｂ）　（５ｂ）、ｏｐｏ用結晶
（６ｂ）、回転テーブル（２１ｂ）等からなる構成であ
るが。

前記第１のＯＰＯ用結高結晶ａ）の回転方向が紙面と同
一平面内にあるのに対し、第２のＯＰＯ用結高結晶ｂ）
は紙面と垂直面内にあるように設けられている。

以上のような構成における作用を説明する。第１１！Ｉ
に示すように、尿素結晶からなる第１のＯＰＯ用結晶（
６ａ）を３５５０■のポンピング光で励起すると、この
第１のＯＰＯ用結晶（６ａ）の角度（θ）が第７図のよ
うに９０度のとき５００ｎ謙の常光（０成分）と１２３
０ｎ閣の異常光（ｅ成分）が出射し、これらの波長のレ
ーザ光は角度（θ）を変えると第４図の特性（Ａ）（Ｂ
）のように連続的に変化する。

つぎに、第１の０ＰＯ（ｌａ）の出力光のうち、３５５
ｎｍのポンピング光は、フィルタ（２３）で反射し、さ
らにミラー（２６）で全反射して１／２波長板（２７）
に入力する。すると、このポンピング光の偏光方向を９
０度回転させる。ここで、第２のＯＰＯ用結晶（６ｂ）
は第１のＯＰＯ用結晶・（６ａ）に対し直交した位置関
係にある。そのため、１／２波長板（２７）で偏光方向
を９０度回転した３５５ｎｍのポンピング光は第２のＯ
ＰＯ用結晶（６ｂ）に対しては常光となり、この第２の
ＯＰＯ用結晶（６ｂ）の垂直面内での回転方向に対して
位相整合し。

第１の０ＰＯ（ｌａ）の出力光とは偏光方向が直交する
シグナル光とアイドラ光を出力することとなる。

つまり、第２の０ＰＯ（ｌｂ）の出力光は５）ＩＧ用結
晶（９）に対して第１の０ＰＯ（ｌａ）の常光が異常光
、また異常光が常光となり、これをミラー（２８）で全
反射してハーフミラ−（２４）へ送られ、ここで第１の
０ＰＯ（１ａ）からの出力光と第２のｏｐｏ（ｔｂ）か
らの出力光とを合せて５ＨＧ（２）へ入射する。すると
、５ｌｊＧ用結晶（９）に対しては５００〜１２３０ｎ
ｍの範囲の常光が得られる。これがＳＨＧ用結晶（９）
の５０〜９０度の回転によって波長変換すると、第４図
における特性線Ｃ１Ｄのような２５０−５００ｎｍの出
力光が得られ、したがって、第４図の太線のすべての波
長可変レーザ光を得ることができる。

つぎに、第２図は本発明の他の実施例を示すものである
。この第２図において、第１図と異なるところは、第１
の叶０（ｌａ）と５）ＩＧ（２）との光軸（１０）上に
２個の全反射ミラー（２９）　（３Ｇ）を配置し、これ
らの全反射ミラー（２９）　（３０）はそれぞれリニア
テーブル（３１）（３２）に取付けて移動自在としたも
のである。具体的には、リニアテーブル（３１）（３２
）はそれぞれ光軸（ｌＯ）と直交するリニアガイド（３
３）　（３３）、（３４）　（３４）に載せられ、かつ
リニアパルスモータ（３５）　（３６）によって駆動さ
れるようになっており、このリニアパルスモータ（３５
）　（３６）は制御回路（３７）に結合されている。こ
の制御回路（３７）は第１の０ＰＯ（１ａ）から出力波
長に対応したデータを出力する出力波長データ出力回路
（３８）と、波長による偏光方向を指令するメモリ（３
９）と、比較回路（４０）と、演算回路（４１）と、駆
動回路（４２）から構成されている。

５ＨＧ（２）におけるＳＨＧ用結晶（９）は第１、第２
のｏｐＯ（ｌａ）　（ｌｂ）からのシグナル光とアイド
ラ光のうち常光についてのみ位相整合を起こすようにな
っている。

以上のような構成において、制御回路（３７）からの指
令によってリニアパルスモータ（３５）　（３６）を駆
動し、リニアテーブル（３１）　（３２）を図中右方に
移動し、全反射ミラー（２９）　（３０）を光軸（１０
）から外す。

この状態では第１の０ＰＯ（ｌａ）の常光成分（第４図
のＡ特性）が５ＨＧ（２）に入射して波長変換し、第４
図の特性Ｃに変換される。

つぎに、制御回路（３７）からの指令により、全反射ミ
ラー（２９）　（３０）を図中左方に移動して図示状態
とすると、第１の０ＰＯ（ｌａ）の出力光は全反射ミラ
ー　（２９）　（２６）を経て第２　（Ｆ）ＯＰＯ（ｌ
ｂ）へ送られる。この第２の０ＰＯ（ｌｂ）では第１の
０ＰＯ（ｌａ）の異常光成分（第４図のＢ特性）が常光
となって５ＨＧ（２）へ送られるので、５）ＩＧ（２）
では第１の０ＰＯ（ｌａ）の異常光（特性Ｂ）を常光と
して第４図の特性りに波長変換する。

なお、第２図の例では、第１の０ＰＯ（ｌａ）の出力側
と５ＨＧ（２）の入力側との間に全反射ミラー（２９）
　（３０）を介在して第２の０ＰＯ（ｌｂ）を配置した
が、第３図のように、一方の全反射ミラー（２９）を第
１の０ＰＯ（ｌａ）の入力側に配置して第１の０ＰＯ（
ｌａ）と第２の０ＰＯ（ｌｂ）を並列に１ｓｉｔｉｉす
るようにしてもよい、むしろ、このように並列に設置し
た方が、　Ｎｄ−ＷＡＧレーザ装置（１１）から直接３
５５ｎｍのレーザ光をポンピング光として導入でき効率
がよくなる。

「発明の効果」 本発明は上述のように構成したので、第１．第２の光パ
ラメトリック発振部から出射するレーザ光は波長が異な
ってもともに常光成分となるから、光波長変換部ではと
もに光波長変換でき、したがって、光波長変換部用結晶
の回転角を大きくとらなくとも広帯域の光波長可変レー
ザを得ることができる。また、回転角を大きくとる必要
がないか′　ら光軸ずれの補正が不要か、たとえ必要で
あっても極めて容易で、また、反射を少くするためのＡ
Ｒコートも不要となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光波長可変レーザ装置の第１実施
例を示す説明図、第２図は本発明の第２実施例を示す説
明図、第３図は本発明の第３実施例を示す説明図、第４
図は本発明の装置による特性図、第５図はＯＰＯとＳＨ
Ｇにおける波長の変化の説明図、第６図は従来の装置の
説明図、第７図はＯＰＯ結晶の回転角（θ）が９０度の
ときの出力光の説明図、第８図はＯＰＯ結晶の回転角（
θ）が６０度のときの出力光の説明図、第９図は従来の
装置による特性図である。 （１）　（ｌａ）　（ｌｂ）　・・・光パラメトリック
発振部（ＯＰＯ）、　（２）・・・光波長変換部（第２
高調波発生部）（ＳＨＧ）、（３）（３ａ）　（３ｂ）
−コリメータ部、（６）　（６ａ）　（６ｂ）−０ＰＯ
結晶、（９）・・・ＳＨＧ結晶、（１０）・・・光軸、
（１１）・・・Ｎｄ−ＹＡＧレーザ装置、（２１ａ）　
（２１ｂ）　（２２）−・・回転テーブル、（２３）−
・・フィルタ、（２４）・・・八−フミラー、（２７）
・・・１／２波長板。 （２９）　（３０）・・・全反射ミラー、（３１）（３
２）・・・リニアテーブル、（３５）　（３６）・・・
リニアパルスモータ、（３７）・・・制御回路。 出願人　　浜松ホトニクス株式会社 ぜ ２５０−１２３０ｎη １１３！１ 第　　８　　図 第　　９　　図 一位相整合ｆ＃Ｓ６（ｄｅｇ） 手続補正書（自発） 昭和６２年０６月０９日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の光パラメトリック発振部の非線形光学結晶
   をポンピング光で励起してシグナル光とアイドラ光を出
   射し、この第１の光パラメトリック発振部からの出射光
   のうちいずれか一方の光を光波長変換部の結晶の回転に
   より逓倍の高調波に変換して出射するようにした波長可
   変レーザ装置において、前記光波長変換部の入射側に、
   この光波長変換部に対して前記第１の光パラメトリック
   発振部の出射光では整合できない偏光面の光を整合でき
   る光として出射することのできる第２の光パラメトリッ
   ク発振部を具備してなることを特徴とする光波長可変レ
   ーザ装置。
2. （２）第２の光パラメトリック発振部は、第１の光パラ
   メトリック発振部と光波長変換部との間の光軸上に設け
   たフィルタとハーフミラーで分岐した光軸上に、１／２
   波長板とともに介在してなる特許請求の範囲第１項記載
   の光波長可変レーザ装置。
3. （３）第２の光パラメトリック発振部は、第１の光パラ
   メトリック発振部と光波長変換部との間の光軸上に移動
   自在に設けた全反射ミラーで分岐した光軸上に、１／２
   波長板とともに介在してなる特許請求の範囲第１項記載
   の光波長可変レーザ装置。
4. （４）第２の光パラメトリック発振部は、第１の光パラ
   メトリック発振部の入力側と出力側に移動自在に設けた
   全反射ミラーで分岐した光軸上に、１／２波長板ととも
   に介在してなる特許請求の範囲第１項記載の光波長可変
   レーザ装置。