JPH02202079A - Laser device - Google Patents

Laser device

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Publication number
JPH02202079A
JPH02202079A JP2219989A JP2219989A JPH02202079A JP H02202079 A JPH02202079 A JP H02202079A JP 2219989 A JP2219989 A JP 2219989A JP 2219989 A JP2219989 A JP 2219989A JP H02202079 A JPH02202079 A JP H02202079A
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JP
Japan
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crystal
laser
linearly polarized
crystals
nonlinear
Prior art date
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Application number
JP2219989A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideki Koyama
英樹 小山
Takayasu Mochizuki
孝晏 望月
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Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH02202079A publication Critical patent/JPH02202079A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve a laser device in wavelength conversion efficiency by a method wherein a pair of non-linear crystals of a type II is arranged in a resonant light path in series, and the linearly polarized light separated by one of the non-linear crystals is recombined again in the other crystal. CONSTITUTION:A non-linear crystal pair 13 composed of a pair of non-linear crystals 13a and 13b of a type II is used. The crystals 13a and 13b are arranged in a resonant light path in series, and linearly polarized light separated by the crystal 10a is recombined in the other crystal 10b. Therefore, the phenomenon, in which two linearly polarized light rays are separated through the non- linear crystals 10a and 10b, is restricted to a part between the crystals 10a and 10b. Therefore, the disturbance of a mode caused by the separation of light rays into two linearly polarized light rays can be prevented, and a means 11a which converges light rays is provided to a laser medium 11 to enable light rays converge to the insides of the non-linear crystals 10a and 10b. By this setup, the laser device can be improved in wavelength conversion efficiency.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、励起されたレーザ媒体から射出された基本波
レーザ光を波長変換して該基本波レーザ光とは周波数の
異なった波長変換レーザ光を得るレーザ装置に関するも
のである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention is directed to converting the wavelength of a fundamental laser beam emitted from an excited laser medium to produce a wavelength-converted laser beam having a frequency different from that of the fundamental laser beam. This invention relates to a laser device that obtains light.

[従来の技術] 従来より、励起されたレーザ媒体から射出された基本波
レーザ光を波長変換して該基本波レーザ光とは周波数の
異なった波長変換レーザ光を得るレーザ装置として、第
2図に示す装置が知られている(例えば、特開昭62−
189783号公報参照)。
[Prior Art] Conventionally, a laser device as shown in FIG. The device shown in Fig.
(See Publication No. 189783).

この第2図において、符号1はレーザ媒体であり、この
レーザ媒体1の励起光供給側の端面(図の左端面)には
、一部反射膜1aが形成されている。この一部反射膜1
aは、図示しない半導体レーザ装置から射出される励起
光2は透過するが、この励起光2によって励起されて生
じた基本波レーザ光たる共振光線3および波長変換レー
ザ光6は全反射する性質のものである。
In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a laser medium, and a reflective film 1a is partially formed on the end surface of the laser medium 1 on the excitation light supply side (the left end surface in the figure). This partially reflective film 1
a is such that the excitation light 2 emitted from a semiconductor laser device (not shown) is transmitted, but the resonant beam 3, which is the fundamental laser beam excited by the excitation light 2, and the wavelength-converted laser beam 6 are totally reflected. It is something.

また、このレーザ媒体lの共振光線射出側の端面(図の
右端面)は、凸状球面に形成されており、前記レーザ媒
体1内から射出される共振光線3を集束光線にして発振
効率の向上等を図るように構成されている。
The end surface of the laser medium 1 on the resonant beam emission side (the right end surface in the figure) is formed into a convex spherical surface, and the resonant beam 3 emitted from the laser medium 1 is converted into a convergent beam to improve the oscillation efficiency. The structure is designed to improve the performance of the user.

前記レーザ媒体lの共振光線射出側の先方には、一部透
過鏡4が配置されている。この一部透過鏡4は、レーザ
媒体1に面した反射面4aが凹状球面をなしており、こ
の透過鏡4における反射面4aと前記レーザ媒体lにお
ける一部反射膜1aとによってレーザ共振光路が構成さ
れている。
A partially transmitting mirror 4 is disposed at the front of the resonant beam emission side of the laser medium l. In this partially transmitting mirror 4, a reflecting surface 4a facing the laser medium 1 has a concave spherical surface, and a laser resonance optical path is formed by the reflecting surface 4a of this transmitting mirror 4 and the partially reflecting film 1a of the laser medium 1. It is configured.

さらに、前記レーザ媒体1と一部透過鏡4との間には、
前記レーザ媒体lによって生じた基本波レーザ光が入射
すると波長変換レーザ光を含む光を射出する非線形結晶
5が配置されている。
Furthermore, between the laser medium 1 and the partially transmitting mirror 4,
A nonlinear crystal 5 is arranged, which emits light including wavelength-converted laser light when the fundamental laser light generated by the laser medium 1 is incident thereon.

前記非線形結晶5は、該結晶5に基本波レーザ光が入射
したとき、この基本波レーザ光の一部を波長変換して該
基本波レーザ光の周波数の整数倍の周波数を有する波長
変換レーザ光(高調波)6にする。
When the fundamental laser beam is incident on the crystal 5, the nonlinear crystal 5 converts a part of the fundamental laser beam into a wavelength-converted laser beam having a frequency that is an integral multiple of the frequency of the fundamental laser beam. (Harmonic) Set to 6.

また、基本波レーザ光に例えば周波数ω1、ω。Further, the fundamental wave laser beam has frequencies ω1 and ω, for example.

を有する直線偏光が含まれるときは、これらの光の一部
を各々の周波数の和もしくは差(ω1±ω、)の周波数
を有する光に波長変換するものである。
When linearly polarized light having . .

具体的には、例えば、ω1、ω、が同一の周波数とする
と、これらの2倍の周波数を有する第2高調波を得るも
のである。
Specifically, for example, if ω1 and ω are the same frequency, a second harmonic having twice the frequency of these is obtained.

一般に、非線形結晶を用いて基本波レーザ光から波長変
換レーザ光を得る場合、その変換効率は該非線形結晶に
入射する二つの直線偏光(周波数ω1.ω、)の各々の
パワー密度の積に比例する。
Generally, when a wavelength-converted laser beam is obtained from a fundamental laser beam using a nonlinear crystal, the conversion efficiency is proportional to the product of the power densities of two linearly polarized lights (frequency ω1, ω,) incident on the nonlinear crystal. do.

したがって、第2図に示したレーザ装置のように、非線
形結晶5をレーザ共振光路中に配置すれば、共振光路内
のパワー密度の大きなレーザ光を基本波レーザ光として
利用することができるため、効率良く波長変換レーザ光
を得ることができる。
Therefore, if the nonlinear crystal 5 is placed in the laser resonant optical path as in the laser device shown in FIG. 2, the laser beam with high power density in the resonant optical path can be used as the fundamental laser beam. Wavelength-converted laser light can be obtained efficiently.

ところで、前記第2高調彼等の波長変換レーザ光を得る
には位相整合をとることが必要である。
By the way, in order to obtain the second harmonic wavelength converted laser beam, it is necessary to perform phase matching.

この位相整合は、ω1の波数ベクトルとω、の波数ベク
トルとの和と、(ω1+ω、)の波数ベクトルとの差を
ゼロにすることである。
This phase matching is to make the difference between the sum of the wave number vector of ω1 and the wave number vector of ω, and the wave number vector of (ω1+ω,) to zero.

前記非線形結晶5として用いられる結晶には、この位相
整合をとる方式が異なる以下の2つのタイプの結晶があ
る。
There are two types of crystals used as the nonlinear crystal 5, as shown below, which differ in their methods of achieving phase matching.

■タイプI 同一の偏波面を持つω1.ω、の周波数の直線偏光を結
晶軸に対して所定の角度をなす方向から入射させ、これ
らの直線偏光を結晶内において分離することなく波長変
換するようにしたタイプ。
■Type I ω1 with the same polarization plane. A type in which linearly polarized light with a frequency of ω is incident from a direction forming a predetermined angle to the crystal axis, and the wavelength of these linearly polarized lights is converted without being separated within the crystal.

■タイプ■ 互いに異なる偏波面を持つω1.ω、の周波数の直線偏
光を結晶軸に対して前記タイプIの場合と異なる所定の
角度をなす方向から入射させ、これらの直線偏光が結晶
内において互いに分離されて生じた2本の直線偏光同士
が重なる部分で波長変換させるようにしたタイプ。
■Type■ ω1 with different polarization planes. Linearly polarized light with a frequency of ω is incident on the crystal axis from a direction forming a predetermined angle different from that in the case of Type I, and these linearly polarized lights are separated from each other within the crystal, resulting in two linearly polarized lights. A type that converts wavelengths where they overlap.

前記第2図に示したレーザ装置は、非線形結晶5として
タイプIの結晶を用いたもので、このようにタイプIの
結晶を用いたものでは、レーザ共振光路の方向に長い非
線形結晶を用いることによって波長変換効率を高めるこ
とができる。
The laser device shown in FIG. 2 uses a type I crystal as the nonlinear crystal 5. In this type of laser device using a type I crystal, it is necessary to use a long nonlinear crystal in the direction of the laser resonant optical path. The wavelength conversion efficiency can be increased by

また、前記レーザ媒体1で生じた基本波レーザ光が前記
レーザ媒体lの凸状球面1bによって集束されて前記非
線形結晶5に入射するので、前記非線形結晶5内の基本
波レーザ光のパワー密度を高くすることができ、これに
よって、該結晶5内での波長変換効率を高めることがで
きる。
Further, since the fundamental laser beam generated in the laser medium 1 is focused by the convex spherical surface 1b of the laser medium 1 and enters the nonlinear crystal 5, the power density of the fundamental laser beam in the nonlinear crystal 5 is reduced. This can increase the wavelength conversion efficiency within the crystal 5.

また、前記一部透過鏡4の反射面4aを凹面状にしてい
ることから、モードの安定したレーザ共振光路が得られ
、一部透過鏡4の図中右方に、モードの安定した波長変
換レーザ光6を期待した効率で取り出すことができる。
Furthermore, since the reflecting surface 4a of the partially transmitting mirror 4 is made concave, a laser resonant optical path with a stable mode can be obtained. Laser light 6 can be extracted with the expected efficiency.

ところで、前述のタイプIの結晶とタイプ■の結晶とは
、波長変換効率に大きな差がある場合がある。
Incidentally, there may be a large difference in wavelength conversion efficiency between the type I crystal and the type (II) crystal described above.

例えば、非線形結晶が比較的に変換効率の高い結晶であ
るKTP (KT i OPO,)であった場合、タイ
プ■における変換効率はタイプIにおける変換効率の約
50倍という値を示す。
For example, when the nonlinear crystal is KTP (KT i OPO,), which is a crystal with a relatively high conversion efficiency, the conversion efficiency in type (II) is about 50 times that in type I.

したがって、波長変換レーザ光を高い効率で得ようとす
るためには、タイプ■の結晶が用いられることも多い。
Therefore, in order to obtain wavelength-converted laser light with high efficiency, type (2) crystals are often used.

しかもこのような場合、タイプ■の結晶の特徴を活かし
てできるだけ高い変換効率を確保するとともに、モード
の安定した波長変換レーザ光を得ることが望まれる。
Furthermore, in such a case, it is desirable to take advantage of the characteristics of the type (2) crystal to ensure as high a conversion efficiency as possible and to obtain wavelength-converted laser light with a stable mode.

[発明が解決しようとする課題] ところが、例えば、第2図に示したレーザ装置において
、非線形結晶5にタイプ■の結晶を使用すると、期待し
た高い波長変換効率を得ることができないという問題が
あった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, for example, in the laser device shown in FIG. 2, if a crystal of type 2 is used as the nonlinear crystal 5, there is a problem that the expected high wavelength conversion efficiency cannot be obtained. Ta.

この問題は、その原因の一つとして、タイプHの結晶の
場合では、非線形結晶全体を波長変換に有効に働かせる
ことができないことが挙げられる。
One of the causes of this problem is that in the case of type H crystals, the entire nonlinear crystal cannot be used effectively for wavelength conversion.

第3図に示すように、タイプHの結晶の場合は、入射す
る基本波レーザ光3が非線形結晶5内で直線偏光3aと
直線偏光3bとに分離する。そして、直線偏光3aと直
線偏光3bとの重なった部分(図に斜線で示した部分)
から波長変換レーザ光が得られるのであるが、この重な
る部分は、直線偏光3a、3b相互のなす角度と直線偏
光3a、3bのビーム径によって決定され、結晶5の長
さ寸法自体には無関係であるため、結晶の長さを大きく
設定しても波長変換効率を高めることはできない。
As shown in FIG. 3, in the case of a type H crystal, the incident fundamental wave laser beam 3 is separated into linearly polarized light 3a and linearly polarized light 3b within the nonlinear crystal 5. Then, the overlapping part of the linearly polarized light 3a and the linearly polarized light 3b (the shaded part in the figure)
A wavelength-converted laser beam is obtained from the wavelength-converted laser beam, but this overlapping portion is determined by the angle between the linearly polarized lights 3a and 3b and the beam diameter of the linearly polarized lights 3a and 3b, and is unrelated to the length dimension of the crystal 5 itself. Therefore, even if the length of the crystal is set large, the wavelength conversion efficiency cannot be increased.

また、前記タイプ■の結晶を用いたときに期待された波
長変換効率が得られないもう一つの理由としては、モー
ドの安定したレーザ共振光路を形成することができない
という点が挙げられる。
Another reason why the expected wavelength conversion efficiency cannot be obtained when using the crystal of type (1) is that a laser resonant optical path with a stable mode cannot be formed.

これは、前記タイプ■の非線形結晶5においては、入射
する基本波レーザ光3が該結晶5内において直線偏光3
aと直線偏光3bとに分離されるが、第4図に示すよう
に、分離されたレーザ光3a、3bが一部透過鏡4にお
ける凹状球面の反射面4aによって各々異なる方向に反
射してしまうことに起因している。
This means that in the nonlinear crystal 5 of type (2), the incident fundamental wave laser beam 3 is linearly polarized in the crystal 5.
However, as shown in FIG. 4, the separated laser beams 3a and 3b are partially reflected in different directions by the concave spherical reflecting surface 4a of the transmitting mirror 4. This is due to this.

そこで、タイプ■の非線形結晶を用いてモードの安定し
たレーザ共振光路を形成することができる光学系として
、第5図または第6図に示すものが検討された。
Therefore, an optical system shown in FIG. 5 or 6 was investigated as an optical system capable of forming a laser resonant optical path with a stable mode using a type (III) nonlinear crystal.

第5図に示す光学系は、レーザ光が分離される側に位置
したレーザ媒体1の反射面を平面にしたものである。
In the optical system shown in FIG. 5, the reflective surface of the laser medium 1 located on the side where the laser light is separated is made flat.

第6図に示す光学系は、一部透過鏡4の反射面4aを平
坦にしたものである。
In the optical system shown in FIG. 6, a part of the reflecting surface 4a of the transmitting mirror 4 is made flat.

ところが、第5図の装置では、基本波レーザ光たる共振
光線を効率良く非線形結晶5内に集束させることができ
ず、結局はタイプHの特性を活かすことができなくて、
高い波長変換効率を得ることができないという問題があ
った。
However, with the device shown in FIG. 5, it is not possible to efficiently focus the resonant beam, which is the fundamental laser beam, into the nonlinear crystal 5, and in the end, the characteristics of type H cannot be utilized.
There was a problem that high wavelength conversion efficiency could not be obtained.

また、第6図の装置では、共振光線3のビームウェスト
(<びれ)の位置が図のP点に位置してしまうため、や
はり十分に結晶5内で集束させることかできず、第5図
の場合と同様に、結局はタイプHの特性を活かしきれず
、高い波長変換効率を得ることができないという問題が
あった。
In addition, in the apparatus shown in FIG. 6, the beam waist (<fin) of the resonant beam 3 is located at point P in the figure, so it cannot be sufficiently focused within the crystal 5, and as shown in FIG. As in the case of , there was a problem that the characteristics of type H could not be fully utilized and high wavelength conversion efficiency could not be obtained.

本発明は前述の背景のもとになされたものであり、タイ
プHの非線形結晶を用いるにもかかわらず、モードの安
定した共振光路を得ることができ、しかも、非線形結晶
内にレーザ光を集束させることも可能で、結晶内におけ
る波長変換レーザ光の発生領域を増加させることができ
て、従って、モードの安定した波長変換レーザ光をより
一層高い効率で得ることのできるレーザ装置を提供する
ことを目的とする。
The present invention was made against the above-mentioned background, and even though a type H nonlinear crystal is used, it is possible to obtain a resonant optical path with a stable mode, and moreover, the laser beam can be focused within the nonlinear crystal. To provide a laser device that can increase the generation area of wavelength-converted laser light in a crystal, and can therefore obtain wavelength-converted laser light with a stable mode with higher efficiency. With the goal.

[課題を解決するための手段] 本発明に係るレーザ装置は、励起されたレーザ媒体から
射出された基本波レーザ光を、該基本波レーザ光の共振
光路中に設けた非線形結晶によって波長変換して、前記
基本波レーザ光とは周波数の異なった波長変換レーザ光
を得るもので、前記非線形結晶としては、いわゆるタイ
プ■の結晶を使用するものであるが、前述の目的を達成
する−ことから、前記非線形結晶の利用の仕方に工夫を
凝らしている。
[Means for Solving the Problems] A laser device according to the present invention wavelength-converts a fundamental laser beam emitted from an excited laser medium by a nonlinear crystal provided in a resonant optical path of the fundamental laser beam. In order to obtain a wavelength-converted laser beam having a frequency different from that of the fundamental wave laser beam, a so-called type (III) crystal is used as the nonlinear crystal. , are devising ways to utilize the nonlinear crystal.

即ち、波長変換のために共振光路に設ける非線形結晶は
、単独では使用せず、対をなす非線形結晶によって非線
形結晶対を構成して使用する。
That is, the nonlinear crystal provided in the resonant optical path for wavelength conversion is not used alone, but is used by forming a nonlinear crystal pair by forming a pair of nonlinear crystals.

そして、対をなす非線形結晶相互は、前記共振光路中に
直列に配置して、一方の結晶で分離された直線偏光を他
方の結晶内で再び結合する構成としている。
The paired nonlinear crystals are arranged in series in the resonant optical path, so that the linearly polarized light separated by one crystal is recombined within the other crystal.

[作用] 本発明に係るレーザ装置では、タイプ■の非線形結晶を
対にして使用しており、しかも互いに対をなす非線形結
晶相互は共振光路中に直列に配置して、一方の非線形結
晶で分離された直線偏光を、他方の非線形結晶内で再び
結合する構成としたため、非線形結晶によって二つの直
線偏光に分離する現象が一対の非線形結晶間に制限され
る。
[Function] In the laser device according to the present invention, nonlinear crystals of type II are used in pairs, and the paired nonlinear crystals are arranged in series in the resonant optical path, and separated by one nonlinear crystal. Since the linearly polarized light is recombined within the other nonlinear crystal, the phenomenon of separation into two linearly polarized lights by the nonlinear crystal is limited between the pair of nonlinear crystals.

そのため、二つの直線偏光に分離することによるモード
の乱れを防止することができるとともに、レーザ媒体に
光を集束させる手段を設けて非線形結晶内で集束させる
ことも可能で、集束によるパワー密度の向上を図って、
−層波長変換効率を高めることもできる。
Therefore, it is possible to prevent mode disturbance due to separation into two linearly polarized lights, and it is also possible to provide a means to focus the light on the laser medium and focus it within the nonlinear crystal, improving power density through focusing. With the aim of
- It is also possible to increase the layer wavelength conversion efficiency.

また、非線形結晶を対にして使っており、波長変換に拘
る部分、即ち、分離した直線偏光相互の重なる部分が、
対をなす非線形結晶のそれぞれに得られるため、その分
、波長変換効率を増倍させることもできる。
In addition, nonlinear crystals are used in pairs, and the part involved in wavelength conversion, that is, the part where separated linearly polarized lights overlap,
Since the wavelength conversion efficiency can be obtained in each of the paired nonlinear crystals, the wavelength conversion efficiency can be increased accordingly.

したがって、タイプ■の非線形結晶の本来の特性をより
十分に活かして、モードの安定した波長変換レーザ光を
より一層高い効率で得ることができる。
Therefore, by making full use of the original characteristics of the nonlinear crystal of type (2), wavelength-converted laser light with a stable mode can be obtained with even higher efficiency.

[実施例コ 第1図および第7図は本発明に係るレーザ装置の第1実
施例を示したもので、第1図は縦断面図、第7図は横断
面図である。
[Embodiment] Figs. 1 and 7 show a first embodiment of a laser device according to the present invention, in which Fig. 1 is a longitudinal cross-sectional view and Fig. 7 is a cross-sectional view.

このレーザ装置は、レーザ媒体ll、一部透過鏡12、
非線形結晶対13などを具備してなる。
This laser device includes a laser medium 11, a partially transmitting mirror 12,
It is equipped with a nonlinear crystal pair 13 and the like.

前記レーザ媒体11は、Nd : YAGレーザロッド
であり、励起光15として波長808nmのレーザ光(
半導体レーザ装置等によって与えられる)の照射を受け
ると、波長1.06μmの基本波レーザ光を生ずるもの
である。このレーザ媒体11の励起光供給側の端面(図
中の左端面)には、一部反射膜11aが形成されている
The laser medium 11 is a Nd: YAG laser rod, and the excitation light 15 is a laser beam with a wavelength of 808 nm (
When it is irradiated with a laser beam (provided by a semiconductor laser device or the like), it generates a fundamental laser beam with a wavelength of 1.06 μm. A reflective film 11a is partially formed on the end face of the laser medium 11 on the excitation light supply side (the left end face in the figure).

この一部反射膜11aは、図示しない半導体レーザ装置
から射出された励起光15(波長:808nm)は透過
するが、レーザ媒体11内で生じた基本波レーザ光16
(いわゆる共振光線で、波長が1.06μmのもの)及
び第2高調波17(いわゆる波長変換レーザ光で、波長
が5320mのもの)は全反射する性質のものである。
This partially reflective film 11a transmits excitation light 15 (wavelength: 808 nm) emitted from a semiconductor laser device (not shown), but fundamental laser light 16 generated within the laser medium 11
(a so-called resonant beam with a wavelength of 1.06 μm) and the second harmonic 17 (a so-called wavelength conversion laser beam with a wavelength of 5320 m) are of the nature of total reflection.

また、前記レーザ媒体11は、共振光線射出側の端面(
図中の右端面)llbが、平面に形成されている。
Further, the laser medium 11 has an end face (
The right end surface )llb in the figure is formed into a flat surface.

前記一部透過鏡12は、前記レーザ媒体11の共振光線
射出側の先方に配置されている。この−部反射鏡12は
、レーザ媒体11に面した反射面12aが凹状球面をな
しており、この一部透過鏡12における反射面12aと
前記レーザ媒体11における一部反射膜11aとによっ
て、基本波レーザ光に対するレーザ共振光路が構成され
ている。
The partially transmitting mirror 12 is placed ahead of the laser medium 11 on the resonance beam emission side. In this - portion reflecting mirror 12, a reflecting surface 12a facing the laser medium 11 is a concave spherical surface, and the reflecting surface 12a of the partially transmitting mirror 12 and the partially reflecting film 11a of the laser medium 11 basically A laser resonant optical path for wave laser light is configured.

この一部透過鏡12の反射面12aは、曲率半径が10
0mmに設定されている。
The reflecting surface 12a of this partially transmitting mirror 12 has a radius of curvature of 10
It is set to 0mm.

前記非線形結晶対13は、前記レーザ媒体11から射出
された基本波レーザ光(以下、基本波または共振光路と
呼ぶ)16が入射すると、基本波16の一部を波長変換
して、波長変換レーザ光(第2高調波)17を含む光を
射出するもので、前記レーザ媒体11と一部透過鏡12
との間に配置されている。
When the fundamental wave laser beam (hereinafter referred to as a fundamental wave or a resonant optical path) 16 emitted from the laser medium 11 is incident on the nonlinear crystal pair 13, the nonlinear crystal pair 13 converts a part of the fundamental wave 16 into a wavelength-converted laser beam. It emits light including light (second harmonic) 17, and includes the laser medium 11 and a partially transmitting mirror 12.
is located between.

この非線形結晶対13は、互いに対をなす一対の非線形
結晶13a、13bによって形成されている。
This nonlinear crystal pair 13 is formed by a pair of nonlinear crystals 13a and 13b that are paired with each other.

非線形結晶taa、13bは、それぞれ前述のタイプ■
のKTP結晶で、長さ寸法りが同一にされている(L=
5mm)。
The nonlinear crystals taa and 13b are of the aforementioned type ■
KTP crystals with the same length dimension (L=
5mm).

また、これらの結晶13a、13bは、共振光線16が
これらの結晶13a、13bの結晶軸に対してφ−26
° θ=90° (ただし、互いに直交するX、Y、Z
軸を結晶軸としたとき、入射光とZ軸とのなす角度をθ
、入射光のXY平面への投影像がX軸となす角度をφと
する)の角度をなす方向から入・出射するように、その
人・出射面が形成されているものである。
In addition, these crystals 13a and 13b are such that the resonant beam 16 is φ-26 with respect to the crystal axis of these crystals 13a and 13b.
° θ=90° (However, X, Y, Z that are orthogonal to each other
When the axis is the crystal axis, the angle between the incident light and the Z axis is θ
, where the angle that the projected image of the incident light on the XY plane makes with the X-axis is φ).

それゆえ、第1図における紙面に平行な面内において、
基本波たる共振光線16を直線偏光16aと直線偏光1
6bとに分離する。
Therefore, in the plane parallel to the plane of the paper in Figure 1,
The fundamental wave resonant light 16 is linearly polarized light 16a and linearly polarized light 1
6b.

分離された直線偏光16aと直線偏光16bとはほぼ同
一のビーム径となり、互いのビームの間隔は約90μm
となる。
The separated linearly polarized light 16a and linearly polarized light 16b have almost the same beam diameter, and the distance between the beams is approximately 90 μm.
becomes.

また、非線形結晶taa、13b相互の関係について説
明すると次のようである。
Further, the relationship between the nonlinear crystals taa and 13b will be explained as follows.

結晶13a、13b相互は、一方の結晶によって分離さ
れた直線偏光16a、16bが他方の結晶によって再び
結合されるように、互いの結晶軸の方向設定等に工夫を
凝らして対向配置させである。
The crystals 13a and 13b are arranged to face each other by carefully setting the directions of their crystal axes so that the linearly polarized lights 16a and 16b separated by one crystal are recombined by the other crystal.

さらに具体的に説明すると、これらの結晶13a、13
b相互は、共振光路上に直列配置されており、互いに対
向する面(互いに平行な関係にある)におけるビームの
分離幅がほぼ等しく、しかも、一方の結晶において分離
した2本のビームを含む面と、他方の結晶において分離
した2本のビームを含む面とは、互いに同一平面上に位
置している。
To explain more specifically, these crystals 13a, 13
b are arranged in series on the resonant optical path, the beam separation widths on mutually opposing surfaces (parallel to each other) are approximately equal, and in addition, one crystal contains two separated beams. and the plane containing the two separated beams in the other crystal are located on the same plane.

このような配置は、具体的には、次のような手順で決定
することができる。
Specifically, such an arrangement can be determined by the following procedure.

まず、共振光路上に結晶13a、13bのそれぞれを直
列配置し、そして一方の結晶の位置を固定しておいて、
共振光路を軸として他方の結晶を回転させる。そして、
この回転に応じたモードの安定性の変化やパワーの変化
を観察し、パワーが最大になり、しかもモードの安定し
た位置で他方の結晶の回転を止め、それを双方の最適の
位置関係とする。
First, each of the crystals 13a and 13b is arranged in series on the resonant optical path, and the position of one crystal is fixed.
The other crystal is rotated around the resonant optical path. and,
Observe changes in mode stability and power in response to this rotation, and stop the rotation of the other crystal at a position where the power is maximum and the mode is stable, and this is the optimal positional relationship for both. .

この第1実施例の装置によれば、前記一部透過鏡12の
図中(第1図もしくは第7図)の右方に第2高調波(波
長:532nm)を含む波長変換レーザ光17を得るこ
とができる。
According to the device of the first embodiment, the wavelength-converted laser beam 17 containing the second harmonic (wavelength: 532 nm) is placed on the right side of the partially transmitting mirror 12 in the diagram (FIG. 1 or FIG. 7). Obtainable.

この場合に、波長変換に拘わる非線形結晶対13は、一
方の非線形結晶で分離された直線偏光を、他方の非線形
結晶内で再び結合する構成としたため、非線形結晶を利
用した場合の分離によるモードの乱れを防止することが
できて、モードの安定した共振光路を得ることができる
In this case, the nonlinear crystal pair 13 involved in wavelength conversion has a configuration in which the linearly polarized light separated by one nonlinear crystal is recombined within the other nonlinear crystal, so that the mode due to separation when using a nonlinear crystal is Disturbance can be prevented and a mode-stable resonant optical path can be obtained.

また、前記非線形結晶13a、13bの双方に直線偏光
16a、16bの重なり部分18a、18bが形成され
、これらの重なり部分18a、18bの双方から波長変
換レーザ17が発生することになる。
Further, overlapping portions 18a and 18b of linearly polarized light 16a and 16b are formed on both of the nonlinear crystals 13a and 13b, and a wavelength conversion laser 17 is generated from both of these overlapping portions 18a and 18b.

そのため、例えば、前述の結晶13aと同じ人・出射面
を有しかつ長さが2倍の単一の非線形結晶によって波長
変換を行う場合と比較して、波長変換効率が2倍に増大
し、タイプ■の非線形結晶の本来の特性をより十分に活
かして、モードの安定した波長変換レーザ光をより一層
高い効率で得ることができる。
Therefore, for example, compared to the case where wavelength conversion is performed using a single nonlinear crystal that has the same output surface as the crystal 13a and is twice the length, the wavelength conversion efficiency is doubled, By making full use of the original characteristics of the type (III) nonlinear crystal, wavelength-converted laser light with a stable mode can be obtained with even higher efficiency.

また、非線形結晶によって二つの直線偏光に分離する現
象が一対の非線形結晶間に制限されることから、レーザ
媒体に光を集束させる手段を設けて非線形結晶内で集束
させることも可能で、集束によるパワー密度の向上を図
って、−層波長変換効率を高めることもできる。
In addition, since the phenomenon of separation into two linearly polarized lights by a nonlinear crystal is limited between a pair of nonlinear crystals, it is also possible to provide a means for focusing the light in the laser medium and focus it within the nonlinear crystal. It is also possible to increase the -layer wavelength conversion efficiency by increasing the power density.

非線形結晶内で集束させる例を、以下に示す。An example of focusing within a nonlinear crystal is shown below.

第8図および第9図は、本発明に係るレーザ装置の第2
実施例を示したもので、第8図は該装置の縦断面図、第
9図は同横断面図である。
FIG. 8 and FIG. 9 show a second laser device according to the present invention.
An embodiment is shown, and FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view of the device, and FIG. 9 is a cross-sectional view thereof.

この実施例は、前述の第1実施例におけるレーザ媒体1
1の代わりに、新規構成のレーザ媒体21を導入したも
のである。
This embodiment is based on the laser medium 1 in the first embodiment described above.
1, a laser medium 21 of a new configuration is introduced.

このレーザ媒体21は、非線形結晶対13側に面した端
面21bを凸状球面に形成したもので、この凸状球面の
曲率半径は5mmに設定されている。
This laser medium 21 has an end surface 21b facing the nonlinear crystal pair 13 side formed into a convex spherical surface, and the radius of curvature of this convex spherical surface is set to 5 mm.

このようなレーザ媒体21を導入すると、該レーザ媒体
2【内から射出される基本波16を、凸状球面である端
面21bによって集束光線にして、非線形結晶対13内
に入射させることができ、前述の第1実施例と比較して
、共振光線16のパワー密度をより高くすることができ
、基本波の励起効率を高めるとともに、第2高調波変換
効率をより一層高くすることができる。
When such a laser medium 21 is introduced, the fundamental wave 16 emitted from within the laser medium 2 can be made into a focused beam by the end surface 21b, which is a convex spherical surface, and made to enter the nonlinear crystal pair 13. Compared to the first embodiment described above, the power density of the resonant beam 16 can be made higher, the fundamental wave excitation efficiency can be increased, and the second harmonic conversion efficiency can be further increased.

第10図および第11図は、本発明に係るレーザ装置の
第3実施例を示したもので、第10図は第3実施例の縦
断面図、第2図は同横断面図である。
10 and 11 show a third embodiment of the laser device according to the present invention. FIG. 10 is a longitudinal cross-sectional view of the third embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view thereof.

この実施例は、前述の第1実施例における非線形結晶対
13の代わりに、新規構成の非線形結晶対33を導入し
たものである。
In this embodiment, a new nonlinear crystal pair 33 is introduced in place of the nonlinear crystal pair 13 in the first embodiment.

そして、この非線形結晶対33は、前述の第1実施例に
おける非線形結晶13aの代わりに、新規構成の非線形
結晶33aを導入したものである。
In this nonlinear crystal pair 33, a new nonlinear crystal 33a is introduced in place of the nonlinear crystal 13a in the first embodiment.

この非線形結晶33aは、前記非線形結晶13aにおけ
るレーザ媒体ll側の端面(第1図における左端面)の
形状を凸状球面に改良したもので、その他は、結晶13
aと同じである。
This nonlinear crystal 33a is obtained by improving the shape of the end surface (left end surface in FIG. 1) on the laser medium 11 side of the nonlinear crystal 13a to a convex spherical surface;
Same as a.

この非線形結晶33aにおける凸状球面34は、集光機
能を持ち、前述の第2実施例の場合と同様に共振光線1
6のパワー密度を高めることができ、もって、基本波の
励起効率を高めるとともに、第2高調波変換効率をより
一層高くすることができる。
The convex spherical surface 34 in this nonlinear crystal 33a has a light condensing function, and as in the case of the second embodiment described above, the resonant light beam 1
6 can be increased, thereby increasing the fundamental wave excitation efficiency and further increasing the second harmonic conversion efficiency.

なお、以上の各実施例では、半導体レーザによる端面励
起の場合を掲げたが、本発明はこれらに限られるもので
はなく、半導体レーザ以外による端面励起、あるいは、
端面励起以外の、例えば、フラッシュランプによる側面
励起にも適用することができる。
In each of the above embodiments, the case of end-face excitation using a semiconductor laser has been described, but the present invention is not limited to these examples, and the present invention is not limited to these examples, but may also include end-face excitation using a method other than a semiconductor laser, or
It can also be applied to side excitation using a flash lamp, for example, other than end excitation.

また、レーザ媒体としては、Nd : YAGに限られ
るものではなく、他のレーザ媒体、例えば、Nd:YL
F、Nd:BEL、Nd:Cr:GSGG、Nd  :
YALO,Er  :YAGS Er  :YLF、E
 r  : YSGG、E r  :  YALO,H
o  :YAG、Ho : YLF、Nd ニガラス、
Erニガラス等でも良く、さらにはガスレーザでも良い
Furthermore, the laser medium is not limited to Nd:YAG, but may include other laser media such as Nd:YL.
F, Nd:BEL, Nd:Cr:GSGG, Nd:
YALO,Er :YAGS Er :YLF,E
r: YSGG, E r: YALO, H
o: YAG, Ho: YLF, Nd Nigarasu,
It may be an Erni glass or the like, or even a gas laser.

さらに、波長変換効率を高める、あるいは出力安定性を
良くする目的で、共振光路内にブリュースター板、4分
の1波長板、エタロン仮、Qスイッチ素子等を配置して
も良く、さらにはレーザ媒体に応力を加えるなどして、
基本波の偏向を制御しても良い。
Furthermore, for the purpose of increasing wavelength conversion efficiency or improving output stability, a Brewster plate, a quarter-wave plate, a temporary etalon, a Q-switch element, etc. may be placed in the resonant optical path. By applying stress to the medium,
The deflection of the fundamental wave may also be controlled.

また、非線形結晶もKTPに限られるものではなく、タ
イプ■のβ−BaB、O,や、タイプ■のKNbO,、
KDPSUrea等でも良い。
In addition, nonlinear crystals are not limited to KTP, such as type ■ β-BaB, O, type ■ KNbO, etc.
KDPSUrea etc. may also be used.

ただし、この場合、基本波レーザ光および波長変換レー
ザ光に対して透明でかつ位相整合がとれる結晶でなけれ
ばならない。
However, in this case, the crystal must be transparent and phase-matched to the fundamental laser beam and the wavelength-converted laser beam.

また、以上の各実施例では、非線形結晶対として同じ結
晶を2個用いる場合を例に掲げたが、本発明はこれに限
られるものではな(、タイプ■のKTPとタイプ■のβ
−BaB、O,など、異なる結晶の組み合わせでも良い
Furthermore, in each of the above embodiments, the case where two identical crystals are used as a nonlinear crystal pair was given as an example, but the present invention is not limited to this (KTP of type ■ and β of type ■
- A combination of different crystals such as BaB, O, etc. may be used.

ただし、その場合、分離した二つの直線偏向の間隔が両
方の結晶において等しくなるように長さの決めれた結晶
でなければならない。
However, in that case, the length of the crystal must be determined so that the distance between the two separated linear deflections is equal in both crystals.

さらに、共振光路中に設ける非線形結晶対は、前述の実
施例ではいずれも一つであったが、これに限るものでは
なく、要求される変換効率等の条件によっては、複数に
しても良い。
Furthermore, although the number of nonlinear crystal pairs provided in the resonant optical path is one in each of the above embodiments, the number is not limited to this, and a plurality may be provided depending on conditions such as required conversion efficiency.

さらに、直列配置した1組の非線形結晶の間隙は必ずし
も設けな(でも良く、当接させることも可能である。
Furthermore, it is not necessary to provide a gap between a pair of nonlinear crystals arranged in series (it is also possible to make them abut each other).

[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明に係るレーザ装
置では、タイプHの非線形結晶を対にして使用しており
、しかも互いに対をなす非線形結晶相互は共振光路中に
直列に配置して、一方の非線形結晶で分離された直線偏
光を、他方の非線形結晶内で再び結合する構成としたた
め、非線形結晶によって二つの直線偏光に分離する現象
が一対の非線形結晶間に制限される。
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, in the laser device according to the present invention, type H nonlinear crystals are used in pairs, and the nonlinear crystals in the pairs are connected in series in the resonant optical path. Since the linearly polarized light separated by one nonlinear crystal is recombined within the other nonlinear crystal, the phenomenon of separation into two linearly polarized lights by the nonlinear crystal is restricted between the pair of nonlinear crystals. Ru.

そのため、二つの直線偏光に分離することによるモード
の乱れを防止することができるとともに、レーザ媒体に
光を集束させる手段を設けて非線形結晶内で集束させる
ことも可能で、集束によるパワー密度の向上を図って、
−周波長変換効率を高めることもできる。
Therefore, it is possible to prevent mode disturbance due to separation into two linearly polarized lights, and it is also possible to provide a means to focus the light on the laser medium and focus it within the nonlinear crystal, improving power density through focusing. With the aim of
- It is also possible to increase frequency conversion efficiency.

また、非線形結晶を対にして使っており、波長変換に拘
る部分、即ち、分離した直線偏光相互の重なる部分が、
対をなす非線形結晶のそれぞれに得られるため、その分
、波長変換効率を増倍させることもできる。
In addition, nonlinear crystals are used in pairs, and the part involved in wavelength conversion, that is, the part where separated linearly polarized lights overlap,
Since the wavelength conversion efficiency can be obtained in each of the paired nonlinear crystals, the wavelength conversion efficiency can be increased accordingly.

したがって、タイプHの非線形結晶の本来の特性をより
十分に活かして、モードの安定した波長変換レーザ光を
より一層高い効率で得ることができる。
Therefore, by making full use of the original characteristics of the type H nonlinear crystal, wavelength-converted laser light with a stable mode can be obtained with even higher efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1実施例の縦断面図、第2図は従来
のレーザ装置の説明図、第3図はタイプ■の非線形結晶
の説明図、第4図は一部透過鏡の近傍の光路図、第5図
は及び第6図はそれぞれ従来のタイプ■の非線形結晶に
よる光学系の説明図、第7図は本発明の第1実施例の横
断面図、第8図は本発明の第2実施例の縦断面図、第9
図は本発明の第2実施例の横断面図、第10図は本発明
の第3実施例の縦断面図、第11図は本発明の第3実施
例の横断面図である。 1.11.21・・・・・・レーザ媒体、2,15・・
・・・・励起光、3,16・・・・・・共振光線、4,
12・・・・・・−部透過鏡、5.13a、13b、3
3a−=−・非線形結晶、6,17・・・・・・出力光
Fig. 1 is a longitudinal cross-sectional view of the first embodiment of the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram of a conventional laser device, Fig. 3 is an explanatory diagram of a type ■ nonlinear crystal, and Fig. 4 is a partial illustration of a transmitting mirror. Nearby optical path diagrams, FIGS. 5 and 6 are explanatory diagrams of an optical system using a conventional type (III) nonlinear crystal, FIG. 7 is a cross-sectional view of the first embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a diagram of the present invention. Longitudinal sectional view of the second embodiment of the invention, No. 9
10 is a longitudinal sectional view of the third embodiment of the invention, and FIG. 11 is a transverse sectional view of the third embodiment of the invention. 1.11.21... Laser medium, 2,15...
...Excitation light, 3,16...Resonance light beam, 4,
12...- part transmission mirror, 5.13a, 13b, 3
3a-=-・Nonlinear crystal, 6, 17...Output light.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 励起されたレーザ媒体から射出された基本波レーザ光を
、該基本波レーザ光の共振光路中に設けた非線形結晶対
によって波長変換して、前記基本波レーザ光とは周波数
の異なった波長変換レーザ光を得るレーザ装置であって
、 前記非線形結晶対は、偏波面の異なった直線偏光を結晶
内で2方向に分離してこの分離の際に2本の直線偏光が
重なる部分で波長変換するタイプの非線形結晶同士を対
にしたもので、 対をなす非線形結晶相互は、前記共振光路中に直列に配
置して、一方の結晶で分離された直線偏光を他方の結晶
内で再び結合することを特徴としたレーザ装置。
[Claims] A fundamental wave laser beam emitted from an excited laser medium is wavelength-converted by a nonlinear crystal pair provided in a resonant optical path of the fundamental wave laser beam, and the fundamental wave laser beam has a frequency different from that of the fundamental wave laser beam. A laser device that obtains wavelength-converted laser beams with different wavelengths, wherein the nonlinear crystal pair separates linearly polarized lights with different planes of polarization into two directions within the crystal, and during this separation, the two linearly polarized lights overlap. This is a pair of nonlinear crystals that perform wavelength conversion in one part.The nonlinear crystals in the pair are arranged in series in the resonant optical path, and the linearly polarized light separated by one crystal is transferred into the other crystal. A laser device that is characterized by being recombined.
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