JPS63258088A - 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、非線形光学結晶としてニオブ酸カリウム結晶
（Ｋ　Ｎ　ｂ　Ｏ，結晶）を用いた波長可変レーザ装置
に関するものである。

［従来の技術］ 従来、この種の装置には、第５図に示すような温度位相
整合型の光パラメトリック発振器や、角度位相整合型の
光パラメトリック発振器の発振光を入射光とし、ニオブ
酸カリウム結晶の温度を可変制御することによって入射
光の第２高調波を出射光として出力する温度位相整合型
の第２高調波発生器（図示せず）などが知られていた。

第５図において、入射ミラー（１）と出射ミラー（２）
の間に非線形光学結晶としてのニオブ酸カリウム結晶（
３）を配設し、励起光（４）として波長が５３２ｎｍの
レーザ光を用い、前記ニオブ酸カリウム結晶（３）の温
度をヒーター（５）で可変制御することによって発振光
（６）の波長を第６図に示すように変えていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、第５図に示す従来の光パラメトリック発
振器は温度位相整合型であるためっぎのような問題点が
あった。

（イ）ヒーター（５）によって結晶（３）の温度を制御
しているため、温度の安定性が悪く、発振光（６）の波
長変動が大きかった（例えば］Ｏｎ＋＋＋程度変動して
いた）。

（ロ）温度制御であるので発振光（６）の波長をすばや
く変化させることができなかった。

（ハ）ヒーター（５）の制御故障で結晶（３）の温度が
２２０℃を越えたり、ヒーター（５）の断線で結晶（５
）の温度が室温まで急冷した場合、結晶（３）を破壊す
るおそれがあった。

（ニ）入射ミラー（１）と出射ミラー（２）の間にヒー
ター（５）を配設するので、ミラー（１）　（２）間距
離が大きくなり、発振効率をさげていた。また、従来の
ｉｆ、！度位相整合型の第２高調波発生器についても略
同様の問題点があった。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたもので。

非線形光学定数が大きいニオブ酸カリウム結晶のもつ有
利な特性を維持しつつ、波長変動が小さく。

波長の変化がすばやく、結晶を破壊するおそれもなく、
しかも効率のよい波長可変レーザ光を出力する装置を得
ることを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明による波長可変レーザ装置は、入射ミラーと出射
ミラーの間にニオブ酸カリウム結晶を配設し、前記入射
ミラーを介して前記ニオブ酸カリウム結晶に入射する励
起光の入射角を変えることによって、前記出射ミラーを
介して出力する発振光の波長を変える光パラメトリック
発振器と、前記光パラメトリック発振器の出力する発振
光を入射光とし、ニオブ酸カリウム結晶への入射角を制
御することによって前記入射光の第２高調波を出射光と
して出力する第２高調波発生器とを具備してなることを
特徴とするものである。

［作用コ 光パラメトリック発振器においては、入射ミラーを介し
てニオブ酸カリウム結晶に入力している励起光が所定の
しきい値を越えると所定波長の発振光によるパラメトリ
ック発振が生じる。この発振光はコヒーレント光であっ
て、その波長は、入射ミラーを介してニオブ酸カリウム
結晶に入射する励起光の入射角を変えることによって所
定範囲（例えば７５（１−９３０ｎｍ、１２５０−１８
００ｎｍ）で連続的に変わる。

第２高調波発生器においては、前記光バラメトリンク発
振器の出力する発振光を入射光とし、ニオブ酸カリウム
結晶への入射角を制御することに・よって入射光の第２
高調波を出射光として出力する。このため、装置全体の
波長可変範囲は、光パラメトリック発振器の波長可変範
囲のみならず、その−４−の範囲にまで拡大する。

［実施例コ 第１図は本発明の一実施例を示すもので、（１０）は光
パラメトリック発振器、（１１）は第２高調波発生器で
ある。（１２）は励起光で、この励起光（１２）は例え
ばパルス型Ｎｄ−ＹＡＧレーザーの第２高調波（波長＝
５３２０１１１）からなっている、前記光パラメトリッ
ク発振器（１０）は、コリメータレンズ（１３）　、入
射ミラー（１４）、出射ミラー（１５）およびこれらの
ミラー（１４）（１５）間に配設された非線形光学結晶
としてのニオブ酸カリウム結晶（Ｋ　Ｎ　ｂ　Ｏ，結晶
）（１６）を主体に構成され、前記ニオブ酸カリウム結
晶（１６）を固定した回動テーブル（１７）をステッピ
ングモータ（１８）で回動することによって前記結晶（
１６）を中心軸（１９）の回りに矢印方向に回動し、前
記励起光（１２）の前記結晶（１６）の光学軸Ｃ軸に対
する入射角０８を変え発振光（２０）の波長を一定範囲
（例えば７５０〜９３０ｎｍの範囲と１２５０−１８０
０ｎｍの範囲）で連続的に変えるように構成されている
。

前記第２高調波発生器（１１）は、前記光パラメトリッ
ク発振器（１０）から出力する発振光（２０）を入射光
とし、レンズ（２１）　（２２）間に配設された非線形
光学結晶としてのニオブ酸カリウム結晶（ＫＮｂ○３結
晶）（２３）の中心軸（２４）の回りの矢印方向への回
動角をステッピングモータ（２８）および回動テーブル
（２７）によって制御することによって前記結晶（２３
）の光学軸Ｃ軸に対する入射角０２を制御し、前記入射
光（＝発振光（２０））の第２高調波を出射光（２５）
として出力するように構成されている。

つぎに前記実施例の作用について第２図を併用して説明
する。

光パラメトリック発振器（１０）に対する励起光（１２
）として、パルス型Ｎｄ−ＹＡＧレーザーの第２高調波
で、波長λｐ（＝５３２ｎｍ）、エネルギー１３０ｍＪ
、パルス幅１０ｎｓｅｃ、繰返し周波数１０七のレーザ
光を用い、ニオブ酸カリウム結晶（１６）の大きさを結
晶の光学軸ａ、ｂ、ｃ軸にそってそれぞれａ＝９ｏｎ＋
　、ｂ＝６ｎｍ　、　ｃ＝６ｏｎとし、励起光（１２）
をＣ軸に対して角度０１で入射したものとすると、ＴＹ
ＰＥ−１、−２での入射角０１（度）と発振光（２０）
の波長（ｎ−）とは、第２図に点線と実線で示すように
なった。ここでＴＶＰＥ−１、−２とは位相整合の種類
を表わし、ＴＹＰＥ−１は発振光（２０）のシグナル（
波長λＳ）とアイドラー（波長λｉ）とがともに異常光
になる場合（ｏ−＋ｅ＋ｅ）をさし、ＴＹＰＥｌニー　
２は発振光（２０）のシグナル（λＳ）とアイドラー（
λｉ）とがそれぞれ常光と異常光になる場合（０→０＋
ｅ）をさす。

励起光（１２）、発振光（２０）（シグナルとアイドラ
ー）に対する結晶（１６）の屈折率をｎｐ、　ｎｓ、　
ｎｉとすると、位相整合条件は、 および となる、なお、第２図に点線で示すようなｒｖｐト＋の
位相整合条件では入射角θ１の変化に対する発振光（２
０）の波長の変化が急峻となり波長可変調整が難かしい
ので、一般的には、第２図に実線で示すようなＴＹＰＩ
Ｅ−２の位相整合条件の方が波長可変調整が容易である
。このＴＹＰＥ−２においては入射角θ、を５０〜９０
度の範囲で変えることによって発振光（２０）の波長は
、７５０−９３０ｎｍ　（：λＳ）の範囲と、１２５０
−１８００ｎｍ（＝λｉ）の範囲とで連続的に変わる。

つぎに、上述のような波長可変範囲を有する発振光（２
０）が入射光として第２高調波発生器（１１）に入力す
るので、ニオブ酸カリウム結晶（２３）の回動角を制御
することによって結晶（２３）の光学軸Ｃ軸に対する入
射角０２を制御し、入射光（＝発振光（２０））の第２
高調波（波長は十になる）を出射光（２５）として出力
する。

なお、第３図に示すように、第１図の光パラメ１〜リン
ク発振器（１０）の代りに、エネルギーが５ｍＪ／パル
ス、パルス幅が約５ナノ秒、繰返し周波数が１０１１ｚ
、のレーザー光で５００−１２３０ｎｍの範囲の発振光
を出力する光パラメトリック発振器（３０）を用い、こ
の発振光の波長可変範囲が８４０〜１２００ｎｍのレー
ザー光を入射光（３１）として用いた場合には、ニオブ
酸カリウム結晶（２３）の回動角を制御することによっ
てＴＶＰＥ−１の位相整合をとったときの入射角０□と
入射光（３１）および出射光（３２）の波長との関係は
第４図のようになり、出射光（３２）の波長可変範囲は
４２０〜６００ｎ鵬となった。

前記実施例では、光パラメトリック発振器と第２高調波
発生器とは、それぞれニオブ酸カリウム結晶を回動する
ことによってこの結晶に入射する励起光と発振光の入射
角を変えるようにしたが、本発明はこれに限るものでな
く、ニオブ酸カリウム結晶に入射する励起光または発振
光の入射角を変えるものであればよい。例えば、光パラ
メトリック発振器は、ニオブ酸カリウム結晶を固定して
おき、励起光源からの励起光をコリメータレンズで集光
した後、回動可能な反射ミラーおよび凹面鏡を経、入射
ミラーを介して結晶に入射し、回動可能な反射ミラーを
回動することによって結晶に入射する励起光の入射角を
変えるようにしてもよく、または、励起光源およびコリ
メータレンズを一体として結晶の回りに回動することに
よって結晶に入射する励起光の入射角を変えるようにし
てもよい。

また、第２高調波発生器は、ニオブ酸カリウム結晶を固
定しておき、回動可能な反射ミラーと凹面鏡の組み合わ
せにより、または光パラメトリック発振器自体を回動す
ることにより、光パラメトリック発振器から出力する発
振光の結晶への入射角を変えるようにしてもよい。

［発明の効果］ 本発明による波長可変レーザ装置は、上記のようにニオ
ブ酸カリウム結晶に入射する励起光の入射角を変えるこ
とによって発振光の波長を変える角度位相整合型の光パ
ラメトリック発振器と、この光パラメトリック発振器の
出力する発振光を入射光とし、ニオブ酸カリウム結晶へ
の入射角を制御することによって入射光の第２高調波を
出射光とする角度位相整合型の第２高調波発生器とによ
って波長可変レーザ光を得るようにした。このため、光
パラメ１ヘリツク発振器については非線形光学定数の大
きいニオブ酸カリウム結晶の利点を維持しつつ、温度位
相整合型であった従来の光パラメトリック発振器の問題
点のほぼ全部を解決することができる。すなわち、角度
制御は温度制御と比べて制御精度を高くできるとともに
制御速度もはやくできるので、発振光の波長の変動を小
さく抑えることができる（例えばＩｎｎ以下）とともに
、波長の変化をすばやく行うことができる。さらに、温
度制御でないので、温度制御故障等によって結晶破壊が
生じるおそれもなく、ヒーターが不要なのでミラー間距
離を従来の温度位相整合型と比へて短かくすることがで
き、発振効率を上げることができる。

さらに、第２高調波発生器についても、角度位相整合型
としたので、温度位相整合型である従来の第２高調波発
生器の問題点のほぼ全部を解決し、上述の光パラメトリ
ック発振器と略同様の効果をあげることができる。

例えば光パラメトリック発振器への励起光の波長を５３
２ｎｍとした場合、７５０−９３０ｎｍの範囲と、光通
信に用いられる１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ帯を含む１
２５０−１８００ｎｍの範囲で連続的に波長を変えるこ
とのできるコヒーレントな発振光を得ることができる。

そして、この発振光は第２高調波発生器によって第２高
調波（波長が十になる）に変換できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による波長可変レーザ装置の一実施例を
示す構成図、第２図は第１図の光パラメトリック発振器
の作用を説明する特性図、第３図は第１図の光パラメト
リック発振器だけを公知の光パラメトリック発振器に置
き換えた場合の構成図、第４図は第３図の第２高調波発
生器の作用を説明する特性図、第５図は従来の光パラメ
トリック発振器を示す構成図、第６図は第５図の作用を
説明する特性図である。 （１０）・・・光パラメトリック発振器、（１１）・・
・第２高調波発生器、　（１２）・・・励起光、　（１
４）・・・入射ミラー、（１５）・・出射ミラー、（１
６）　（２３）・・・ニオブ酸カリウム結晶、（２０）
・・・発振光、（２５）　（３２）・・・出射光＋　（
３１）・・・入射光。 出願人　　浜松ホトニクス株式会社 第　　３　　図 ニオブ”ｗＬｎリウム（も晶 １１第２治損濃を主路 第　　４　　図 第　　５　　図 Ｉニー’７− 第　　６　　図 ８晶１一度（°Ｃ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）入射ミラーと出射ミラーの間にニオブ酸カリウム
   結晶を配設し、前記入射ミラーを介して前記ニオブ酸カ
   リウム結晶に入射する励起光の入射角を変えることによ
   って、前記出射ミラーを介して出力する発振光の波長を
   変える光パラメトリック発振器と、前記光パラメトリッ
   ク発振器の出力する発振光を入射光とし、ニオブ酸カリ
   ウム結晶への入射角を制御することによって前記入射光
   の第２高調波を出射光として出力する第２高調波発生器
   とを具備してなることを特徴とする波長可変レーザ装置
   。
2. （２）光パラメトリック発振器は、ニオブ酸カリウム結
   晶を回動することによって、前記ニオブ酸カリウム結晶
   に入射する励起光の入射角を変えてなる特許請求の範囲
   第１項記載の波長可変レーザ装置。
3. （３）第２高調波発生器は、ニオブ酸カリウム結晶を回
   動することによって、前記ニオブ酸カリウム結晶に入射
   する発振光の入射角を制御してなる特許請求の範囲第１
   項または第２項記載の波長可変レーザ装置。
4. （４）光パラメトリック発振器は、波長が５３２ｎｍの
   レーザ光を励起光とし、ニオブ酸カリウム結晶に入射す
   る励起光の入射角を変えることによって、７５０〜９３
   ０ｎｍの範囲と１２５０〜１８００ｎｍの範囲で波長が
   連続的に変わるコヒーレント光を発振光として出力して
   なる特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の
   波長可変レーザ装置。