JPH07273391A - レーザ光発生装置 - Google Patents
レーザ光発生装置Info
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- JPH07273391A JPH07273391A JP6061084A JP6108494A JPH07273391A JP H07273391 A JPH07273391 A JP H07273391A JP 6061084 A JP6061084 A JP 6061084A JP 6108494 A JP6108494 A JP 6108494A JP H07273391 A JPH07273391 A JP H07273391A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/10084—Frequency control by seeding
- H01S3/10092—Coherent seed, e.g. injection locking
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
- H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
-
- H—ELECTRICITY
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 第２高調波発生（ＳＨＧ）等の高次高調波レ
ーザ光発生装置における高調波発生効率あるいは変換効
率を高める。 【構成】 基本波光源１１からの基本波レーザ光が入射
されるリング型外部共振器３０内部に、基本波レーザ光
の高調波を発生する非線形光学結晶素子１７、例えばＫ
ＴＰと、基本波レーザ光を増幅する増幅素子２３、例え
ばＮｄ：ＹＡＧとを配置し、励起源２５からの励起光に
より増幅素子２３を励起する。この増幅素子２３によ
り、共振器ロスを補償する。
ーザ光発生装置における高調波発生効率あるいは変換効
率を高める。 【構成】 基本波光源１１からの基本波レーザ光が入射
されるリング型外部共振器３０内部に、基本波レーザ光
の高調波を発生する非線形光学結晶素子１７、例えばＫ
ＴＰと、基本波レーザ光を増幅する増幅素子２３、例え
ばＮｄ：ＹＡＧとを配置し、励起源２５からの励起光に
より増幅素子２３を励起する。この増幅素子２３によ
り、共振器ロスを補償する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光発生装置に関
し、特に、非線形光学結晶素子を用いて高次高調波レー
ザ光を発生させるレーザ光源を有するレーザ光発生装置
に関する。
し、特に、非線形光学結晶素子を用いて高次高調波レー
ザ光を発生させるレーザ光源を有するレーザ光発生装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】共振器内部の高いパワー密度を利用して
効率良く波長変換を行なうことが従来より提案されてお
り、例えば、外部共振型の第二高調波発生（ＳＨＧ）
や、レーザ共振器内部の非線形光学素子によるＳＨＧが
試みられている。外部共振型の例として、ＢＢＯ（バリ
ウムボレート）を用いた例が特開平５−２４３６６１号
公報において開示されている。レーザ共振器内部の非線
形光学素子によるＳＨＧレーザ光源の例としてＫＴＰを
用いた例も知られている。このような外部共振型や内部
共振型のＳＨＧレーザ光源の共振器内部の非線形光学結
晶素子において、基本波レーザ光に対して第二高調波レ
ーザ光を位相整合させることにより、効率良く第二高調
波レーザ光を取り出すことができる。
効率良く波長変換を行なうことが従来より提案されてお
り、例えば、外部共振型の第二高調波発生（ＳＨＧ）
や、レーザ共振器内部の非線形光学素子によるＳＨＧが
試みられている。外部共振型の例として、ＢＢＯ（バリ
ウムボレート）を用いた例が特開平５−２４３６６１号
公報において開示されている。レーザ共振器内部の非線
形光学素子によるＳＨＧレーザ光源の例としてＫＴＰを
用いた例も知られている。このような外部共振型や内部
共振型のＳＨＧレーザ光源の共振器内部の非線形光学結
晶素子において、基本波レーザ光に対して第二高調波レ
ーザ光を位相整合させることにより、効率良く第二高調
波レーザ光を取り出すことができる。
【０００３】このようなＳＨＧレーザの変換効率につい
て説明する。
て説明する。
【０００４】リング型の外部共振器によるＳＨＧレーザ
の構成図を図４に示す。基本波光源１１は周波数誤差信
号を得るための位相変調器１２を介し、外部共振器への
モードマッチングを考慮にいれたレンズ系１３を通して
リング型外部共振器３０に入射される。この外部共振器
は、次の表１に示すような仕様の２枚の凹面ミラー１８
（Ｍ１）、１９（Ｍ２）と、１枚の平面折り返しミラー
２０（Ｍ３）とから構成されている。
の構成図を図４に示す。基本波光源１１は周波数誤差信
号を得るための位相変調器１２を介し、外部共振器への
モードマッチングを考慮にいれたレンズ系１３を通して
リング型外部共振器３０に入射される。この外部共振器
は、次の表１に示すような仕様の２枚の凹面ミラー１８
（Ｍ１）、１９（Ｍ２）と、１枚の平面折り返しミラー
２０（Ｍ３）とから構成されている。
【０００５】
【表１】
【０００６】ここでミラー１８の位置決めに電磁デバイ
ス１６を用いている。共振器３０内に、非線形光学素子
１７である例えばＢＢＯを配置している。リング型外部
共振器３０から反射した基本波光は光検出器１４で検出
される。その検出信号を用い制御回路１５により電磁ア
クチュエータ１６の位置制御を行ない入射光を共振動作
させることにより、非線形光学素子１７より効率良くＳ
ＨＧ光が得られる。位置制御の方法は既に特開平５−２
４３６６１号公報において開示した通りであり、制御回
路１５において、位相変調器１２を駆動するための変調
信号と光検出器１４からの反射光検出信号とを同期検波
し、ローパスフィルタを通すことで共振器光路長の誤差
信号を得、この誤差信号により電磁アクチュエータ１６
を駆動してミラー１６を光軸方向に移動させて上記誤差
信号を０とするようなサーボ制御を行わせている。
ス１６を用いている。共振器３０内に、非線形光学素子
１７である例えばＢＢＯを配置している。リング型外部
共振器３０から反射した基本波光は光検出器１４で検出
される。その検出信号を用い制御回路１５により電磁ア
クチュエータ１６の位置制御を行ない入射光を共振動作
させることにより、非線形光学素子１７より効率良くＳ
ＨＧ光が得られる。位置制御の方法は既に特開平５−２
４３６６１号公報において開示した通りであり、制御回
路１５において、位相変調器１２を駆動するための変調
信号と光検出器１４からの反射光検出信号とを同期検波
し、ローパスフィルタを通すことで共振器光路長の誤差
信号を得、この誤差信号により電磁アクチュエータ１６
を駆動してミラー１６を光軸方向に移動させて上記誤差
信号を０とするようなサーボ制御を行わせている。
【０００７】次に、ＳＨＧ変換効率ηSHを求めてみる。
【０００８】
【数１】
【０００９】ここでγSHは非線形変換ファクタ、Ｐc は
入射パワーである。非線形光学結晶１７として例えばＢ
ＢＯにおけるスポット半径ω0 は、ミラーＭ１、Ｍ３の
間隔約８５ｍｍの時４９μｍと計算されるので、結晶厚
み３ｍｍのとき、非線形変換ファクタを求めると、γSH
＝１．５×１０-5（Ｗ-1）となる。
入射パワーである。非線形光学結晶１７として例えばＢ
ＢＯにおけるスポット半径ω0 は、ミラーＭ１、Ｍ３の
間隔約８５ｍｍの時４９μｍと計算されるので、結晶厚
み３ｍｍのとき、非線形変換ファクタを求めると、γSH
＝１．５×１０-5（Ｗ-1）となる。
【００１０】多重反射により、外部共振器の共振時の内
部パワーは増倍される。従って外部共振器内に非線形光
学結晶を置くことにより変換効率の改善が期待できる。
部パワーは増倍される。従って外部共振器内に非線形光
学結晶を置くことにより変換効率の改善が期待できる。
【００１１】この増倍率は、いわゆるファブリ−ペロー
(Fabry-Perot) の多重反射の式より求められる。入射ミ
ラーＭ１の反射率をＲ1 とし、Ｍ２、Ｍ３の反射率およ
びラウンドトリップの共振器内ロスを含ませた出射反射
率をＲm とすれば、振幅反射率ｒは、
(Fabry-Perot) の多重反射の式より求められる。入射ミ
ラーＭ１の反射率をＲ1 とし、Ｍ２、Ｍ３の反射率およ
びラウンドトリップの共振器内ロスを含ませた出射反射
率をＲm とすれば、振幅反射率ｒは、
【００１２】
【数２】
【００１３】共振器内の振幅増倍ファクタｔc は、
【００１４】
【数３】
【００１５】で与えられる。
【００１６】ここでΔはラウンドトリップの位相差、Ｔ
1 ＝１−Ｒ1 である。上記（２）式及び（３）式から強
度反射率Ｒは、
1 ＝１−Ｒ1 である。上記（２）式及び（３）式から強
度反射率Ｒは、
【００１７】
【数４】
【００１８】強度増倍ファクタＴc は、
【００１９】
【数５】
【００２０】で与えられる。
【００２１】Ｒ1 ＝Ｒm 、Ｒ2 ＝１のとき、すなわち共
振器内のＳＨＧによるロスを含めた全ロスと入射透過率
と等しいとき、共振時の反射率は０となり、全エネルギ
が共振器内部にはいる。この状態をインピ−ダンスマッ
チングが取れた状態と呼ぶ。このインピ−ダンスマッチ
ング時の強度増倍ファクタＴc は、Δ＝２ｍπのとき、
Ｒ1 ＝Ｒm 、Ｒ2 ＝１、Ｔ1 ＝１−Ｒm であるから、入
射パワーをＰi 、共振器内パワーをＰc とすれば、
振器内のＳＨＧによるロスを含めた全ロスと入射透過率
と等しいとき、共振時の反射率は０となり、全エネルギ
が共振器内部にはいる。この状態をインピ−ダンスマッ
チングが取れた状態と呼ぶ。このインピ−ダンスマッチ
ング時の強度増倍ファクタＴc は、Δ＝２ｍπのとき、
Ｒ1 ＝Ｒm 、Ｒ2 ＝１、Ｔ1 ＝１−Ｒm であるから、入
射パワーをＰi 、共振器内パワーをＰc とすれば、
【００２２】
【数６】
【００２３】と簡単になる。
【００２４】この時Ｒm ＝９９％を代入すると、１００
倍の増倍効果があることがわかる。次に、この状態での
ＳＨＧ変換効率を考える。ＳＨＧ変換効率を共振器内ロ
スの増加と考えると、後方反射率Ｒm は共振器内ロスδ
cav 、シングルパスＳＨＧ変換効率ηSHとすれば，
倍の増倍効果があることがわかる。次に、この状態での
ＳＨＧ変換効率を考える。ＳＨＧ変換効率を共振器内ロ
スの増加と考えると、後方反射率Ｒm は共振器内ロスδ
cav 、シングルパスＳＨＧ変換効率ηSHとすれば，
【００２５】
【数７】
【００２６】これを上記（６）式に代入すれば、
【００２７】
【数８】
【００２８】より、内部パワーＰc に関する二次方程式
となり、Ｐc は、
となり、Ｐc は、
【００２９】
【数９】
【００３０】と求められる。
【００３１】よって、入射パワーに対する有効ＳＨＧ変
換効率ηは、
換効率ηは、
【００３２】
【数１０】
【００３３】ここでＸは、
【００３４】
【数１１】
【００３５】非線形光学素子１７が例えばＢＢＯで、結
晶長３ｍｍ、スポット半径４９μｍのとき、γSH＝１．
５×１０-5（Ｗ-1）となるので、入力パワーＰｉ＝１
Ｗ、共振器ロスδcav ＝０．５％を上記（１１）式、
（１２）式に代入すれば、約３０％の変換効率が得られ
ることがわかる。インピーダンスマッチングが取れてい
ない時は、陽には解は得られないが、上記（７）式を上
記（５）式に代入し、数値解により変換効率が得られ
る。
晶長３ｍｍ、スポット半径４９μｍのとき、γSH＝１．
５×１０-5（Ｗ-1）となるので、入力パワーＰｉ＝１
Ｗ、共振器ロスδcav ＝０．５％を上記（１１）式、
（１２）式に代入すれば、約３０％の変換効率が得られ
ることがわかる。インピーダンスマッチングが取れてい
ない時は、陽には解は得られないが、上記（７）式を上
記（５）式に代入し、数値解により変換効率が得られ
る。
【００３６】シングルパスのＳＨＧに比較して、約３０
％の変換効率は大幅な改善ではあるが、残りの７０％の
エネルギーは熱となって消費されてしまう。また共振器
ロスの値が変化すると変換効率が大きく変化する問題が
あった。
％の変換効率は大幅な改善ではあるが、残りの７０％の
エネルギーは熱となって消費されてしまう。また共振器
ロスの値が変化すると変換効率が大きく変化する問題が
あった。
【００３７】これは上記（１０）式を上記（１）式と上
記（８）式とを用いて書き直すと
記（８）式とを用いて書き直すと
【００３８】
【数１２】
【００３９】で与えられる。
【００４０】ここで共振器ロスは、ミラーや非線形光学
結晶で生じる散乱吸収であるから、０にすることは不可
能である。従って、共振器ロスが存在する限り、１００
％の変換効率は実現不可能であるし、また前述のように
共振器ロスの値が変化すると変換効率が大きく変化す
る。レーザ共振器内部の非線形光学素子によるＳＨＧの
変換効率も全く同様である。
結晶で生じる散乱吸収であるから、０にすることは不可
能である。従って、共振器ロスが存在する限り、１００
％の変換効率は実現不可能であるし、また前述のように
共振器ロスの値が変化すると変換効率が大きく変化す
る。レーザ共振器内部の非線形光学素子によるＳＨＧの
変換効率も全く同様である。
【００４１】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の外部共
振型のＳＨＧや、レーザ共振器内部の非線形光学素子に
よるＳＨＧ光源においては、 １．共振器ロスにより１００％変換は原理的に不可能で
ある。 ２．共振器ロスの変動により変換効率が大きく変化す
る。 という問題点があった。
振型のＳＨＧや、レーザ共振器内部の非線形光学素子に
よるＳＨＧ光源においては、 １．共振器ロスにより１００％変換は原理的に不可能で
ある。 ２．共振器ロスの変動により変換効率が大きく変化す
る。 という問題点があった。
【００４２】本発明の目的は、これらの問題点を全て解
消することができるような、すなわち、１００％に近い
あるいはそれ以上の変換効率を得ることができ、共振器
ロスの変動による変換効率の変化を抑えることができる
ようなレーザ光発生装置を提供することにある。
消することができるような、すなわち、１００％に近い
あるいはそれ以上の変換効率を得ることができ、共振器
ロスの変動による変換効率の変化を抑えることができる
ようなレーザ光発生装置を提供することにある。
【００４３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために、基本波光源と、少なくとも１対以上
の基本波光源の波長に対し高反射率の反射率を有する共
振ミラーから構成される外部共振器と、その外部共振器
内部に配置され基本波の第二高調波を発生する非線形光
学結晶と、その外部共振器内部に配置された基本波光源
の波長に対し増幅作用を有する素子と、その増幅作用を
励起する励起手段とを設けている。
を解決するために、基本波光源と、少なくとも１対以上
の基本波光源の波長に対し高反射率の反射率を有する共
振ミラーから構成される外部共振器と、その外部共振器
内部に配置され基本波の第二高調波を発生する非線形光
学結晶と、その外部共振器内部に配置された基本波光源
の波長に対し増幅作用を有する素子と、その増幅作用を
励起する励起手段とを設けている。
【００４４】上記増幅作用を有する増幅素子としては、
レーザ媒質を用いることができ、このレーザ媒質として
は、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ4 、Ｎｄ：ＹＬＦ等の
固体レーザ媒質を用いることが挙げられる。
レーザ媒質を用いることができ、このレーザ媒質として
は、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ4 、Ｎｄ：ＹＬＦ等の
固体レーザ媒質を用いることが挙げられる。
【００４５】上記増幅作用を有する素子としては、第二
高調波発生、パラメトリック増幅等の非線形光学過程を
用いる素子を挙げることができる。
高調波発生、パラメトリック増幅等の非線形光学過程を
用いる素子を挙げることができる。
【００４６】上記増幅作用を励起する励起手段として
は、半導体レーザを用いることができる。
は、半導体レーザを用いることができる。
【００４７】上記非線形光学結晶としては、ＫＴＰ、Ｂ
ＢＯ、ＬｉＮｂＯ3 、ＬＢＯ、ＫＮ等を用いることがで
きる。
ＢＯ、ＬｉＮｂＯ3 、ＬＢＯ、ＫＮ等を用いることがで
きる。
【００４８】
【作用】上記の構成によれば、外部共振器内部に配置さ
れた基本波光源の波長に対し増幅作用を有する素子によ
り、共振器ロスを補償し、共振器ロスの変動により変換
効率が大きく変化することを抑え、原理的には外部共振
器に入射する基本波に対して１００％近くのあるいは１
００％以上のＳＨＧ変換効率を達成する。
れた基本波光源の波長に対し増幅作用を有する素子によ
り、共振器ロスを補償し、共振器ロスの変動により変換
効率が大きく変化することを抑え、原理的には外部共振
器に入射する基本波に対して１００％近くのあるいは１
００％以上のＳＨＧ変換効率を達成する。
【００４９】
【実施例】以下、本発明に係るいくつかの好ましい実施
例について、図面を参照しながら説明する。
例について、図面を参照しながら説明する。
【００５０】図１は、本発明の一実施例の概略構成を示
す図である。
す図である。
【００５１】この図１において、レーザ光源としての基
本波光源１１からの基本波レーザ光は、周波数誤差信号
を得るための位相変調器１２により位相変調が施され、
外部共振器へのモードマッチングを考慮にいれたレンズ
系１３を通して、リング型外部共振器３０に入射され
る。この外部共振器３０は、反射手段として、２枚の凹
面ミラー２０１（Ｍ４）、２０２（Ｍ５）と、２枚の平
面折り返しミラー２０３（Ｍ６）、２０４（Ｍ７）とを
用いて構成されている。ミラー２０１の位置決めに電磁
デバイスあるいは電磁アクチュエータ１６を用いてい
る。共振器３０内には、非線形光学素子１７を配置して
いる。
本波光源１１からの基本波レーザ光は、周波数誤差信号
を得るための位相変調器１２により位相変調が施され、
外部共振器へのモードマッチングを考慮にいれたレンズ
系１３を通して、リング型外部共振器３０に入射され
る。この外部共振器３０は、反射手段として、２枚の凹
面ミラー２０１（Ｍ４）、２０２（Ｍ５）と、２枚の平
面折り返しミラー２０３（Ｍ６）、２０４（Ｍ７）とを
用いて構成されている。ミラー２０１の位置決めに電磁
デバイスあるいは電磁アクチュエータ１６を用いてい
る。共振器３０内には、非線形光学素子１７を配置して
いる。
【００５２】リング型外部共振器３０内で反射してミラ
ー２０１を介して得られた基本波光は、光検出器１４で
検出される。この光検出器１４からの検出信号を用い、
制御回路１５により電磁アクチュエータ１６の位置制御
を行ない、入射光を共振動作させることにより、非線形
光学素子１７より効率良くＳＨＧ光が得られる。位置制
御の方法は、既に特開平５−２４３６６１号公報におい
て開示された通りである。すなわち、制御回路１５にお
いて、位相変調器１２を駆動するための変調信号と光検
出器１４からの反射光検出信号とを同期検波し、ローパ
スフィルタを通すことで、共振器光路長の誤差信号を
得、この誤差信号をドライバ等を介して電磁アクチュエ
ータ１６の駆動制御信号とすることでミラー２０１を光
軸方向に移動させ、上記誤差信号を０とするようなサー
ボ制御を行わせるものである。
ー２０１を介して得られた基本波光は、光検出器１４で
検出される。この光検出器１４からの検出信号を用い、
制御回路１５により電磁アクチュエータ１６の位置制御
を行ない、入射光を共振動作させることにより、非線形
光学素子１７より効率良くＳＨＧ光が得られる。位置制
御の方法は、既に特開平５−２４３６６１号公報におい
て開示された通りである。すなわち、制御回路１５にお
いて、位相変調器１２を駆動するための変調信号と光検
出器１４からの反射光検出信号とを同期検波し、ローパ
スフィルタを通すことで、共振器光路長の誤差信号を
得、この誤差信号をドライバ等を介して電磁アクチュエ
ータ１６の駆動制御信号とすることでミラー２０１を光
軸方向に移動させ、上記誤差信号を０とするようなサー
ボ制御を行わせるものである。
【００５３】ここで、上記特開平５−２４３６６１号公
報に開示した技術との違いは、外部共振器３０の光路中
に、さらに基本波光に対し増幅作用のある増幅素子２３
を配置している点である。この増幅作用を得るための手
段として、励起源２５の出力がレンズ２４を通して増幅
素子２３に入射され、増幅素子２３が励起され増幅作用
が得られる。
報に開示した技術との違いは、外部共振器３０の光路中
に、さらに基本波光に対し増幅作用のある増幅素子２３
を配置している点である。この増幅作用を得るための手
段として、励起源２５の出力がレンズ２４を通して増幅
素子２３に入射され、増幅素子２３が励起され増幅作用
が得られる。
【００５４】このとき、共振器内の基本波光が増幅素子
２３を１回通過した時の光量の増分あるいはゲインをＧ
とする。このゲインにより共振器内ロスが補償され上記
（１２）式で与えられる変換効率の改善が期待できる。
つまりゲインは負のロスであるから、それを共振器内ロ
スに追加して上記（１２）式を書き直すと、
２３を１回通過した時の光量の増分あるいはゲインをＧ
とする。このゲインにより共振器内ロスが補償され上記
（１２）式で与えられる変換効率の改善が期待できる。
つまりゲインは負のロスであるから、それを共振器内ロ
スに追加して上記（１２）式を書き直すと、
【００５５】
【数１３】
【００５６】となる。
【００５７】従って、ゲインＧが共振器ロスδcav と等
しいとき、外部共振器に入射する光量に対し変換効率１
００％が可能となる。さらに、ゲインＧが共振器ロスδ
cavより大きいとき、外部共振器に入射する光量に対し
変換効率１００％以上が可能となる。ただしこのとき、
ゲインを得るための励起源２５にエネルギーが必要であ
るから、全体としてエネルギー保存側を破るものではな
い。
しいとき、外部共振器に入射する光量に対し変換効率１
００％が可能となる。さらに、ゲインＧが共振器ロスδ
cavより大きいとき、外部共振器に入射する光量に対し
変換効率１００％以上が可能となる。ただしこのとき、
ゲインを得るための励起源２５にエネルギーが必要であ
るから、全体としてエネルギー保存側を破るものではな
い。
【００５８】ここで、基本波光源１１として波長１０６
４ｎｍで発振するＮｄ：ＹＡＧレーザ、増幅素子２３と
してＮｄ：ＹＡＧレーザ結晶、励起源２５として半導体
レーザをそれぞれ用いた場合の具体例について実験を行
なった。その結果を以下に述べる。
４ｎｍで発振するＮｄ：ＹＡＧレーザ、増幅素子２３と
してＮｄ：ＹＡＧレーザ結晶、励起源２５として半導体
レーザをそれぞれ用いた場合の具体例について実験を行
なった。その結果を以下に述べる。
【００５９】基本波光源１１としては、リング型の共振
器を用い、波長１０６４ｎｍで縦単一モードで発振する
Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いた。最大出力は２Ｗであっ
た。外部共振器のミラーＭ４は１０６４ｎｍの基本波光
に対し１．２％の透過率であった。ミラーＭ５、Ｍ６、
Ｍ７の反射率は１０６４ｎｍの基本波光に対しほぼ１０
０％である。またミラーＭ５は５３２ｎｍのＳＨＧ光に
対しほぼ１００％の透過率、ミラーＭ６は８０８ｎｍの
励起光に対しほぼ１００％の透過率を示す。ここで、各
ミラーの仕様を、次の表２にまとめて示す。
器を用い、波長１０６４ｎｍで縦単一モードで発振する
Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いた。最大出力は２Ｗであっ
た。外部共振器のミラーＭ４は１０６４ｎｍの基本波光
に対し１．２％の透過率であった。ミラーＭ５、Ｍ６、
Ｍ７の反射率は１０６４ｎｍの基本波光に対しほぼ１０
０％である。またミラーＭ５は５３２ｎｍのＳＨＧ光に
対しほぼ１００％の透過率、ミラーＭ６は８０８ｎｍの
励起光に対しほぼ１００％の透過率を示す。ここで、各
ミラーの仕様を、次の表２にまとめて示す。
【００６０】
【表２】
【００６１】励起源としては、光ファイバーに結合した
高出力半導体レーザを用いた。波長は８０８ｎｍで励起
出力は２．５Ｗであった。
高出力半導体レーザを用いた。波長は８０８ｎｍで励起
出力は２．５Ｗであった。
【００６２】外部共振器内３０には厚み５ｍｍの非線形
光学結晶ＫＴＰが配置されている。このＫＴＰは１０６
４ｎｍの基本波光に対しタイプ２の位相整合を行なう方
位に配置され、その両端面は１０６４ｎｍの基本波光、
５３２ｎｍのＳＨＧ光に対し無反射コートが施されてい
る。また外部共振器内３０には増幅素子２３として厚み
５ｍｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ結晶が配置され、その両端
面は１０６４ｎｍの基本波光、８０８ｎｍの励起光に対
し無反射コートが施されている。
光学結晶ＫＴＰが配置されている。このＫＴＰは１０６
４ｎｍの基本波光に対しタイプ２の位相整合を行なう方
位に配置され、その両端面は１０６４ｎｍの基本波光、
５３２ｎｍのＳＨＧ光に対し無反射コートが施されてい
る。また外部共振器内３０には増幅素子２３として厚み
５ｍｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ結晶が配置され、その両端
面は１０６４ｎｍの基本波光、８０８ｎｍの励起光に対
し無反射コートが施されている。
【００６３】１．２％の透過率の入射ミラーＭ４に基本
波光が入射される。前述のようにインピーダンスマッチ
ングのとれた状態で理想的には１００％エネルギーが外
部共振器内に入る。しかしながら、理想的透過率からの
ズレやアライメントの誤差等により、今回は約７５％の
結合効率であった。
波光が入射される。前述のようにインピーダンスマッチ
ングのとれた状態で理想的には１００％エネルギーが外
部共振器内に入る。しかしながら、理想的透過率からの
ズレやアライメントの誤差等により、今回は約７５％の
結合効率であった。
【００６４】この結合した入力パワーに対して、増幅素
子２３を励起しない時のＳＨＧ変換効率を測定した。こ
のとき、図２の（×）印でプロットされた曲線Ａに示す
ように、入射パワー約２Ｗで最大の変換効率が得られた
が、最大でも４６％で残りの基本波エネルギーは共振器
内ロスにより消費されてしまった。
子２３を励起しない時のＳＨＧ変換効率を測定した。こ
のとき、図２の（×）印でプロットされた曲線Ａに示す
ように、入射パワー約２Ｗで最大の変換効率が得られた
が、最大でも４６％で残りの基本波エネルギーは共振器
内ロスにより消費されてしまった。
【００６５】これに対し、増幅素子２３としてＮｄ：Ｙ
ＡＧレーザ結晶、励起源２５として励起出力は２．５Ｗ
の半導体レーザを用いた場合のＳＨＧ変換効率を測定し
た。このとき、図３の（○）印でプロットされた曲線Ｂ
に示すように、入射パワーが約０．８Ｗ以下の時１００
％を越える変換効率が得られ、入射パワー約２Ｗでも約
８０％の変換効率が得られた。励起無しの時に比べ２倍
近い変換効率の改善が得られている。
ＡＧレーザ結晶、励起源２５として励起出力は２．５Ｗ
の半導体レーザを用いた場合のＳＨＧ変換効率を測定し
た。このとき、図３の（○）印でプロットされた曲線Ｂ
に示すように、入射パワーが約０．８Ｗ以下の時１００
％を越える変換効率が得られ、入射パワー約２Ｗでも約
８０％の変換効率が得られた。励起無しの時に比べ２倍
近い変換効率の改善が得られている。
【００６６】この実験結果は上記（１３）式に示すよう
に、共振器内ロスが増幅素子のゲインにより補償され変
換効率の改善が可能であることを示すものである。
に、共振器内ロスが増幅素子のゲインにより補償され変
換効率の改善が可能であることを示すものである。
【００６７】なお、図２の入力パワーが１Ｗより低い場
合に１００％以上の変換効率が得られているが、ゲイン
を得るための励起源２５にエネルギーが必要であるか
ら、全体としてエネルギー保存側を破るものではない。
また、励起源２５のパワーを上げれば、変換効率はさら
に高まるものである。
合に１００％以上の変換効率が得られているが、ゲイン
を得るための励起源２５にエネルギーが必要であるか
ら、全体としてエネルギー保存側を破るものではない。
また、励起源２５のパワーを上げれば、変換効率はさら
に高まるものである。
【００６８】次に、本発明の他の実施例として、共振器
を構成するための反射手段を、高調波発生のための非線
形光学素子の表面や、基本波に対して増幅作用を有する
増幅素子の表面に形成することで、光学部品としての反
射ミラーを省略することが考えられる。図３は、このよ
うな例を示している。この図３に示す実施例において、
基本波光源１１、レンズ系１３、励起源２５及びレンズ
２４は、上述した図１の実施例と同様のものであり、説
明を省略する。
を構成するための反射手段を、高調波発生のための非線
形光学素子の表面や、基本波に対して増幅作用を有する
増幅素子の表面に形成することで、光学部品としての反
射ミラーを省略することが考えられる。図３は、このよ
うな例を示している。この図３に示す実施例において、
基本波光源１１、レンズ系１３、励起源２５及びレンズ
２４は、上述した図１の実施例と同様のものであり、説
明を省略する。
【００６９】図３において、例えばＫＴＰ等の非線形光
学素子１１７の基本波光源１１との対向面側、すなわち
基本波レーザ光の入射面側には、反射面Ｍ８がコーティ
ング等により形成され、Ｎｄ：ＹＡＧ等の出射面側に
は、反射面Ｍ９がコーティング等により形成されてい
る。これらの反射面Ｍ８、Ｍ９により外部共振器が構成
されており、各反射面Ｍ８、Ｍ９は共振器内部から見て
それぞれ凹面鏡となっている。
学素子１１７の基本波光源１１との対向面側、すなわち
基本波レーザ光の入射面側には、反射面Ｍ８がコーティ
ング等により形成され、Ｎｄ：ＹＡＧ等の出射面側に
は、反射面Ｍ９がコーティング等により形成されてい
る。これらの反射面Ｍ８、Ｍ９により外部共振器が構成
されており、各反射面Ｍ８、Ｍ９は共振器内部から見て
それぞれ凹面鏡となっている。
【００７０】基本波光源１１からの基本波レーザ光は、
レンズ系１３を介して、上記外部共振器を構成する非線
形光学素子１１７の反射面Ｍ８側より入射される。ま
た、励起源２５からの出力は、レンズ２４を通して反射
ミラー２０７（Ｍ１０）で反射されて、上記外部共振器
を構成する増幅素子１２３の反射面Ｍ９側より入射され
る。反射ミラー２０７（Ｍ１０）は、励起源２５からの
出力である励起光を反射し、上記外部共振器からの出力
であるＳＨＧ光を透過するような波長選択性を有してい
る。
レンズ系１３を介して、上記外部共振器を構成する非線
形光学素子１１７の反射面Ｍ８側より入射される。ま
た、励起源２５からの出力は、レンズ２４を通して反射
ミラー２０７（Ｍ１０）で反射されて、上記外部共振器
を構成する増幅素子１２３の反射面Ｍ９側より入射され
る。反射ミラー２０７（Ｍ１０）は、励起源２５からの
出力である励起光を反射し、上記外部共振器からの出力
であるＳＨＧ光を透過するような波長選択性を有してい
る。
【００７１】このような実施例においても、上記図１の
実施例と同様に、外部共振器内部に配置された基本波レ
ーザ光の波長に対して増幅作用を有する増幅素子１２３
が共振器ロスを補償するため、変換効率を高め、変換効
率の変動を抑えることができる。
実施例と同様に、外部共振器内部に配置された基本波レ
ーザ光の波長に対して増幅作用を有する増幅素子１２３
が共振器ロスを補償するため、変換効率を高め、変換効
率の変動を抑えることができる。
【００７２】なお、本発明は、上述したような実施例に
のみ限定されるものではなく、例えば、レーザ光源であ
る基本波光源としては、各種固体レーザ以外に、半導体
レーザやガスレーザ等を用いることができるのみなら
ず、ＳＨＧレーザ等の高調波を発生するレーザ光源を用
いて、ＦＨＧ等のさらに高次の高調波を発生するレーザ
光発生装置に本発明を適用することも容易に行える。
のみ限定されるものではなく、例えば、レーザ光源であ
る基本波光源としては、各種固体レーザ以外に、半導体
レーザやガスレーザ等を用いることができるのみなら
ず、ＳＨＧレーザ等の高調波を発生するレーザ光源を用
いて、ＦＨＧ等のさらに高次の高調波を発生するレーザ
光発生装置に本発明を適用することも容易に行える。
【００７３】また、増幅素子となるレーザ媒質として、
Ｎｄ：ＹＡＧに限らず、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＹＬＦ
等の固体レーザ媒質を用いることも可能であり、さらに
固体レーザ媒質に限らず一般的な増幅作用のあるレーザ
媒質であれば何でもよい。
Ｎｄ：ＹＡＧに限らず、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＹＬＦ
等の固体レーザ媒質を用いることも可能であり、さらに
固体レーザ媒質に限らず一般的な増幅作用のあるレーザ
媒質であれば何でもよい。
【００７４】また、増幅素子の増幅作用を励起する励起
手段として半導体レーザを用いる例を示したが、任意の
レーザ励起、ランプ励起、電流注入などレーザ媒質を励
起する手段であれば何でもよい。
手段として半導体レーザを用いる例を示したが、任意の
レーザ励起、ランプ励起、電流注入などレーザ媒質を励
起する手段であれば何でもよい。
【００７５】また、非線形光学結晶としてＫＴＰの例を
示したが、ＢＢＯ、ＬｉＮｂＯ3 、ＬＢＯ、ＫＮ等、タ
イプ１、２の位相整合条件にかかわらずを第二高調波発
生する非線形光学結晶であればよい。また第二高調波発
生のみに限定される訳でなく、和周波発生、差周波発
生、パラメトリック発生の非線形光学過程にも同様に適
用可能である。
示したが、ＢＢＯ、ＬｉＮｂＯ3 、ＬＢＯ、ＫＮ等、タ
イプ１、２の位相整合条件にかかわらずを第二高調波発
生する非線形光学結晶であればよい。また第二高調波発
生のみに限定される訳でなく、和周波発生、差周波発
生、パラメトリック発生の非線形光学過程にも同様に適
用可能である。
【００７６】また、増幅作用を有する素子としてレーザ
媒質の例を示したが、第二高調波発生、パラメトリック
増幅等の非線形光学過程を用いることも可能である。基
本波の波長がちょうど非線形光学素子による第二高調波
発生の波長やパラメトリック増幅の波長と一致すればレ
ーザ媒質と同様の効果が得られる。
媒質の例を示したが、第二高調波発生、パラメトリック
増幅等の非線形光学過程を用いることも可能である。基
本波の波長がちょうど非線形光学素子による第二高調波
発生の波長やパラメトリック増幅の波長と一致すればレ
ーザ媒質と同様の効果が得られる。
【００７７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るレー
ザ光発生装置によれば、外部共振器内部に、レーザ光源
からのレーザ光の高調波を発生する非線形光学結晶と、
レーザ光源からのレーザ光の波長に対し増幅作用を有す
る増幅素子とを設け、この増幅素子を励起手段により励
起することにより、増幅素子が共振器ロスを補償するた
め、従来と比較して、共振器ロスを補償することにより
ＳＨＧ変換効率を改善でき、また、従来と比較して、個
々の部品のバラツキにより生じる共振器ロスの変動に対
し、共振器ロスを補償することによりＳＨＧ変換効率の
バラツキを抑え、結果として製造歩留まりの高いレーザ
光源が提供できる。
ザ光発生装置によれば、外部共振器内部に、レーザ光源
からのレーザ光の高調波を発生する非線形光学結晶と、
レーザ光源からのレーザ光の波長に対し増幅作用を有す
る増幅素子とを設け、この増幅素子を励起手段により励
起することにより、増幅素子が共振器ロスを補償するた
め、従来と比較して、共振器ロスを補償することにより
ＳＨＧ変換効率を改善でき、また、従来と比較して、個
々の部品のバラツキにより生じる共振器ロスの変動に対
し、共振器ロスを補償することによりＳＨＧ変換効率の
バラツキを抑え、結果として製造歩留まりの高いレーザ
光源が提供できる。
【図１】本発明の一実施例となる外部共振器型ＳＨＧの
レーザ光発生装置の構成を示す図である。
レーザ光発生装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例によるレーザ光発生装置の実
験結果を示すグラフである。
験結果を示すグラフである。
【図３】本発明の他の実施例のレーザ光発生装置の概略
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図４】外部共振器型ＳＨＧのレーザ光発生装置の従来
例の構成を示す図である。
例の構成を示す図である。
１１ 基本波光源 １２ 位相変調器 １３ 集光レンズ １４ 光検出器 １５ 制御回路 １６ 電磁アクチュエータ １７ 非線形光学素子 １８〜２０、２０１〜２０４、２０７ ミラー ２３ 基本波増幅素子 ２４ レンズ ２５ 増幅素子の励起源 ３０ 外部共振器
Claims (6)
- 【請求項１】レーザ光源と、 上記レーザ光源の波長に対し高反射率の反射率を有する
少なくとも１対の反射手段から構成される外部共振器
と、 上記外部共振器内部に配置され上記レーザ光源からのレ
ーザ光の高調波を発生する非線形光学結晶素子と、 上記外部共振器内部に配置され、上記レーザ光源からの
レーザ光の波長に対し増幅作用を有する増幅素子と、 上記増幅素子を励起する励起手段とを有することを特徴
とするレーザ光発生装置。 - 【請求項２】上記増幅作用を有する増幅素子としてレー
ザ媒質を用いることを特徴とする請求項１記載のレーザ
光発生装置。 - 【請求項３】上記レーザ媒質として固体レーザ媒質を用
いることを特徴とする請求項２記載のレーザ光発生装
置。 - 【請求項４】上記増幅作用を有する増幅素子として非線
形光学素子を用いることを特徴とする請求項１記載のレ
ーザ光発生装置。 - 【請求項５】上記励起手段として半導体レーザを用いる
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。 - 【請求項６】上記非線形光学結晶としてＫＴＰ、ＢＢ
Ｏ、ＬｉＮｂＯ3 、ＬＢＯ、ＫＮのいずれかを用いるこ
とを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6061084A JPH07273391A (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | レーザ光発生装置 |
| US08/413,741 US5594745A (en) | 1994-03-30 | 1995-03-30 | Laser light generating apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6061084A JPH07273391A (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | レーザ光発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07273391A true JPH07273391A (ja) | 1995-10-20 |
Family
ID=13160896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6061084A Pending JPH07273391A (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | レーザ光発生装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5594745A (ja) |
| JP (1) | JPH07273391A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1078594A (ja) * | 1996-09-05 | 1998-03-24 | Oki Electric Ind Co Ltd | 波長変換装置 |
| JP2016514900A (ja) * | 2013-03-25 | 2016-05-23 | 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 | 光共振器システム |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5832009A (en) * | 1995-08-18 | 1998-11-03 | Sony Corporation | Laser light emitting device, laser beacon device and laser imager display device |
| JPH11103124A (ja) * | 1997-09-26 | 1999-04-13 | Ando Electric Co Ltd | 外部共振器型光源 |
| US6724486B1 (en) * | 1999-04-28 | 2004-04-20 | Zygo Corporation | Helium- Neon laser light source generating two harmonically related, single- frequency wavelengths for use in displacement and dispersion measuring interferometry |
| US6483858B1 (en) * | 1999-11-23 | 2002-11-19 | Southeastern University Research Assn. | Injection mode-locking Ti-sapphire laser system |
| US20050258375A1 (en) * | 2004-01-26 | 2005-11-24 | Institut National De La Sante Et De La Recherche Medicale | Confocal laser scanning microscopy apparatus |
| US8136531B2 (en) * | 2006-05-08 | 2012-03-20 | Chariff Mark D | Device and method for treating musculo-skeletal injury and pain by application of laser light therapy |
| JP2008003317A (ja) * | 2006-06-22 | 2008-01-10 | Sony Corp | 波長変換装置及び波長変換方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4338578A (en) * | 1980-03-05 | 1982-07-06 | Yefim Sukhman | Multicolor pulsed coherent-light source |
| US5134622A (en) * | 1990-12-20 | 1992-07-28 | Deacon Research | Diode-pumped optical parametric oscillator |
| DE59203263D1 (de) * | 1991-05-18 | 1995-09-21 | Sel Alcatel Ag | Optisches Nachrichtenübertragungssystem mit optischer Steuerung eines optischen Verstärkers oder Wellenlängenkonversion der optischen Signale. |
| JP3564705B2 (ja) * | 1992-03-02 | 2004-09-15 | ソニー株式会社 | レーザ光発生装置 |
| US5381230A (en) * | 1993-02-12 | 1995-01-10 | Honeywell Inc. | Emission source spectrum stabilizer |
-
1994
- 1994-03-30 JP JP6061084A patent/JPH07273391A/ja active Pending
-
1995
- 1995-03-30 US US08/413,741 patent/US5594745A/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1078594A (ja) * | 1996-09-05 | 1998-03-24 | Oki Electric Ind Co Ltd | 波長変換装置 |
| JP2016514900A (ja) * | 2013-03-25 | 2016-05-23 | 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 | 光共振器システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5594745A (en) | 1997-01-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20011211 |