JPH01128484A - 高効率第二高調波発生レーザ発振器 - Google Patents

高効率第二高調波発生レーザ発振器

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JPH01128484A
JPH01128484A JP28588487A JP28588487A JPH01128484A JP H01128484 A JPH01128484 A JP H01128484A JP 28588487 A JP28588487 A JP 28588487A JP 28588487 A JP28588487 A JP 28588487A JP H01128484 A JPH01128484 A JP H01128484A
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JP
Japan
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optical crystal
laser beam
laser
linear optical
nonlinear optical
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JP28588487A
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English (en)
Inventor
Hirotoshi Soma
相馬　弘年
Isamu Shindo
勇 進藤
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ASUKARU KK
Original Assignee
ASUKARU KK
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01S3/106—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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

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】 （技術分野） この発明は、高効率第二高調波発生レーザ発振器に関す
るものである。さらに詳しくは、この発明は、基本レー
ザ光を効率良く第二高調波に変換し、半分の波長を有す
るレーザ光を発振させる装置に関する。
（背景技術） 近年、レーザ光の各種分野への応用は、ますよす盛んに
なっており、この応用の拡大にともなりて、レーザ光の
波長を変換しようとする試みが活発になされている。た
とえば、代表的な固体レーザ発振装置であるＹＡＧレー
ザ装置の場合にも、加工用として使用する場合には、波
長が短い程、加工精度が上がるため、第二高調波発生素
子を使用して、その波長を半分にして使用する場合が多
くなっている。このＹＡＧレーザ光の波長の変換に用い
る第二高調波発生素子としては、Ｌｉ　　Ｉ　Ｏ、ＫＴ
ｉ　ＯＰ　Ｏ，ｉ　　（ＫＴＰ　）等が知られており、
すでにこれらの素子を使用した装置も市販されている。
一般に、このような第二高調波発生素子の変換動作効率
は、入射レーザ光の強度に比例して高くなる性質がある
ため、この変換効率を高めるためには、レーザ光の出力
レベルを高くしなければならないことになる。このため
、従来より、Ｑスイッチを使用して、レーザ光のピーク
出力を上げたり、焦点距離の短いレンズを用いてレーザ
光を強力に集光させたりした後で、第二高調波発生素子
に入射させ、変換されて出てくるレーザ光の出力を上げ
るようにしている。
しかしながら、Ｑスイッチを使用したパルス出力のレー
ザ発振器の場合のように、レーザ光のピーク出力が大き
い場合には比較的容易に高い変換効率を得ることも可能
であるが、連続波発振のレーザ発振器の場合には、出力
レベルがパルスレーザに比べて′Ｉｆ！端に低いので、
高い変換効率は得られないことが知られている。
このような問題に対処するために、非線型光学素子を共
発振器の内部に設置し、基本波を繰り返し非線型光学素
子中を通過させて変換効率を上昇させる試みがなされて
きている。たとえば、非線型光学素子としてＢＮＮ　（
Ｂａ　２Ｎａ　Ｎｂ　５０１５）を使用して、変換効率
として　１００％の高い効率も得られている。
しかしながら、このような試みにも限界があった。この
ＢＮＮの場合には、いわゆる９０度位相整合と呼ばれる
方式を採用しており、高い変換効率が得られているが、
角度位相整合の方式による場合には、いわゆるウオーク
オフ効果と呼ばれる要因のなめに変換効率が高くならず
、従来はせいぜい２Ｏ％程度の変換効率しか得られてい
なかった。角度位相整合による方式は、実用的にも極め
て重要な方式であることからも、この方式による高い変
換効率でのレーザ光の波長変換の実現が望まれていた。
（発明の目的） この発明は、以上の通りの事情を踏まえてなされたもの
であり、従来法の欠点を改善し、高い変換効率を得るこ
とができるとともに、良質なレーザビームを得ることの
できる第二高調波発生素子を備えてなるレーザ発振装置
を提供することを目的としている。
（発明の開示） この発明は、上記の目的を実現するために、共振器内部
に非線型光学結晶体から形成される第二高調波発生素子
を設けて基本波の半分の波長を有するレーザ光を発生さ
せるレーザ発振器において、第二高調波発生素子として
角度位相整き型非線型光学結晶を備え、レーザ光の径と
非線型光学結晶の長さとの調整系を設けてなることを特
徴とする角度位相整合方式による高効率第二高調波発生
レーザ発振器を提供する。
この発明のレーザ発振器においては、共振器から発生さ
せたレーザ光を非線型光学結晶体から形成した第二高調
波発生素子に入射させてレーザ光の波長を変換するが、
この際の非線型光学結晶体としては、角度位相整合型の
結晶を用いる。このような結晶としては、たとえば、Ｋ
Ｔｉ　ＯＰＯ４（ＫＴＰ）、β−Ｂａ　Ｂ２Ｏ４　（Ｂ
ＢＯ）、さらにはＫＤＰ、ＫＤ”Ｐ、ＡＤＰ、ＲＤＰな
どの結晶を用いることができる。
角度位相整合型の非線型光学結晶体を用いて、レーザ光
のビーム径とこの結晶体との長さを調整することにより
、高効率の第二高調波発生を実現するが、この場合、従
来の９０度位相整合の場合とは異って、いわゆるウオー
クオフ効果による作用を考慮することが必要となる。
すなわち、非線型光学結晶は複屈折性結晶であるが、こ
のような結晶中においては、一般に等位相波面の進行方
向とエネルギーの伝播する光線方向とが一致せず、ずれ
が生じる。これをウオークオフ効果と呼ぶが、この効果
が生ずると、非線型光学結晶のある規定された長さ部分
しか作用効果がなく、長い単結晶を非線型光学素子とし
て使用しても効率は良くならない。
この発明においては、このようなウオークオフ効果をも
考慮して、最も高い変換効率を得るように、レーザ光の
径と、角度位相整合型非線型結晶の長さとを調整する。
より具体的には、たとえば集光用コリメートレンズ系等
を用いて調整する。
この場合、次式（ａ） Ａ：レーザ装置規定定数 ρ：ニラオークオフ ｄ：非線型光学結晶の非線型光学定数 ｎ：非線型光学結晶中の屈折率 の関係を満たすように、レーザ媒体中のレーザ光の直径
りが得られるようにする。なお、Ａはレーザ発振器固有
の定数で、たとえば、ＹＡＧレーザの場合２．８ｘｌＯ
’、アルゴンレーザで２．９ｘｌＯ’程度である。また
、このような条件下において、次式（ｂ） の関係に沿って、非線型光学結晶の長さしと、非線型光
学結晶中のレーザ光の直径り。とを調整することができ
る。
上記式（ａ）（ｂ）に関連して、ρ（ウオークオフ角）
、ｄ（非線型定数）、ｎ（屈折率）について例示すると
、次の表のようになる。
この発明のレーザ発振器は、添けした図面の第１図に示
したような構成とすることができる。たとえば、この第
１図に示したように、レーザ発振素子（１）、出力ミラ
ー（２）および平面全反射ミラー（３）を有し、この出
力ミラー（２）と平面全反射ミラー（３）との間に、集
光用コリメートレンズ（４）および非線型光学結晶を用
いた第二高調波発生素子（５）を設けることができる。
なお、コリメート用のレンズ系として第２図（ａ）（ｂ
）（ｃ）に示したようなものを用いることもできる。す
なわち、 （ａ）　　出力ミラーの前に、凸レンズおよび凹レンズ
を配する。
＜ｂ＞　　出力ミラーの前に、凸レンズを配する。
（ｃ）　　出力ミラーの前に、二つの凹面鏡を配する。
次に、第１図を参照しつつ、この発明のレーザ発振器に
ついて、実施例を示す。
実施例　１ 第１図に示した装置の構成において、第二高調波発生素
子としてＢＢＯを用い、ＹＡＧロッドをレーザ発振素子
とした。
このＹＡＧロッド中のレーザビームの径（Ｄ＞は、装置
の定数（Ａ）を２．８ｘ　１０　’とすると、Ｄ≧９．
２關となる。この条件下で、最も高い変換効率を得るた
めには、前述の式（ｂ）に従って、Ｌ＝１５２Ｄｏ／Ｄ
の関係を満足すればよい。
このため、このＬ＝１５２Ｄｏ／Ｄに沿って、非線型光
学結晶の長さ（Ｌ）と、非線型光学結晶中のレーザ光の
径（Ｄｏ）とをコリメートレンズを用いて調整した。変
換効率は、１００％であった。
実施例　２ 非線型光学結晶として、ＫＴＰを用いた。実施例１と同
様にして、ＹＡＧロッド中のレーザ光の径（Ｄ）は、Ｄ
≧Ｏ，，４４ｎ＋ｎとなる。
この条ｆ士下で最も高い変換効率を得るための条件は、
Ｌ＝２２．３Ｄｏ／Ｄとなる。
非線型光学結晶の長さ（Ｌ）とこの結晶中のレーザ光の
径（Ｄ。）とを、この関係に沿ってコリメートレンズを
用いて！ｌ整した。８０％を越える高い変換効率が得ら
れた。この効率は、従来のものの５１３にも達する高い
効率である。
（発明の効果） この発明により、以上詳しく説明したように、共振？利
の内部に角度位相整合型非線型光学結晶からなる素子を
設け、レーザ光の径と非線型光学結晶の長さを調整する
ことにより、高い変換効率によって第二高調波が実現さ
れる。
このようなレーザ発振装置は、学術界においては、生物
学、化学等の分野で主として用いられるスペクトロスコ
ピーや、光化学反応等の光源として、また、産業界にお
いては、精密加工用光源あるいは精密計測用光源として
極めて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の装置の構成例を示したブロック図
である。 第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、各々、コリメート用レン
ズ系の例を示した配置図である。 １・・・レーザ発振素子 ２・・・出力ミラー ３・・・平面全反射ミラー ４・・・集光用コリメートレンズ ５・・・第二高調波発生素子 代理人弁理士　　西　　澤　　利　　大筒　　２　　図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）共振器内部に非線型光学結晶体から形成される第
    二高調波発生素子を設けて基本波の半分の波長を有する
    レーザ光を発生させるレーザ発振器において、第二高調
    波発生素子として角度位相整合型非線型光学結晶を備え
    、レーザ光の径と非線型光学結晶の長さとの調整系を設
    けてなることを特徴とする角度位相整合方式による高効
    率第二高調波発生レーザ発振器。
  2. （２）非線型光学結晶として、 β−ＢａＢ＿２Ｏ＿４またはＫＴｉＯＰＯ＿４結晶を用
    いる特許請求の範囲第（１）項記載の高効率第二高調波
    発生レーザ発振器。
  3. （３）集光用コリメートレンズを用いる特許請求の範囲
    第（１）項記載の高効率第二高調波発生レーザ発振器。
JP28588487A 1987-11-12 1987-11-12 高効率第二高調波発生レーザ発振器 Pending JPH01128484A (ja)

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