JPH03219215A

JPH03219215A - 波長変換素子

Info

Publication number: JPH03219215A
Application number: JP1361290A
Authority: JP
Inventors: Yuzuru Tanabe; 譲田辺; Yousuke Fujino; 藤野　陽輔
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1990-01-25
Filing date: 1990-01-25
Publication date: 1991-09-26
Anticipated expiration: 2014-10-04
Also published as: JP2955609B2

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による波長変換素子に係り、特
に第２高調波と基本波の両方に対する２重共振器を構成
することによって高い波長変換効率が得られる波長変換
素子に関するものである。

［従来の技術］従来の共振型波長変換素子の基本的構成を第１］図に示
す。半導体レーザ（ＬＤ）　１等の光源から発した基本
波は凸レンズ２等の結合光学系により収束され、基本波
に対する共振器用の共振ミラー４，４°へ入射し、共振
器内部に配置されたＫＮｂＯａ等の非線形光学結晶３に
入射する。このとき、光源側の共振ミラー４の基本波に
対する反射率をｒｌｎ＋ｌｎ個の共振ミラー４゛の基本
波に対する反射率をｒｏｕｔ、非線形光学結晶３の透過
率をｔとすると、ｒｌｎ　＝ｊ２ｒｏｕｔの関係になっ
ており、通常ｒａｕｔはほぼ１００％でｔは９９％程度
である。このとき、共振器内部の位相シフト量ψはＯで
最も強い共振状態ともなっている。

このような構成にすると、共振器内部の基本波ωは共振
器外部へほとんど散逸せず、第２高調波２ωが高効率で
出力される。

［発明の解決しようとする問題点］本発明の目的は、従来に比してさらに高い高調波への変
換効率を達成した新規な波長変換素子を提供するもので
ある。

［問題点を解決するための手段］本発明は、非線形光学結晶へ基本波を入射する光源と、
基本波を高調波へ変換する非線形光学結晶と、基本波と
高調波の両方に対する２重共振器とを備えてなる波長変
換素子を提供するものである。

本発明の２重共振器型の波長変換素子の様々な態様を第
３図〜第１０図に示す。図中実線の光は基本波ωを、破
線の光は第２高調波２ωを表す。非線形光学結晶のωに
対する透過率ｔ＝９９％とし、ω及び２ωに対する共振
器用ミラ一対２３．２３’の光源側と出力側の反射率を
ｒｚ３（ω）。

ｒ２ｘ°（ω）、ｒ２ｓ　　（２ω）、ｒ２ｍ’（２ω
）とし、ω及び２ωに対する共振器用ミラ一対２４．２
４’の光源側と出力側の反射率をｒ２４（ω）　＋　ｒ
　２４°（ω）。

ｒｚ＜　（２ω）、ｒｚ４’（２ω）とすると、第３図
においてはｒｉｍｏ（ω）　＝　９９．９％、　ｒｚａ
　（（ａＪ　）　”：　ｔ”　ｒｚ　３（ω）＝９８％
、ｒｚ４’（２ω）＝９９％、ｒ２４（２ω）＝９９．
９％である。ここでｒ２４（ω）→０％、ｒ２３（２ω
）崎Ｏ％とする。

第４図においては、ｒ２ｔ°（ω）　＝　９９．９％。

ｒｚ３（ω）　”ｔ２ｒｘｓ°（ω）＝９８％、ｒ２４
°（２ω）＝９９％、　ｒｚ４（２ω）＝９９．９％で
ある。ここで、ｒ２ｔ　（２（ＩＪ　）　”＝　０％、
　ｒｚｓ’　　（２ＣＪ）　’Ｗ　０％。

ｒ２４（ω）→０％とする。

第５図においては、ｒ２３°（ω）＝９９．９％ｒ２ｘ
（ω）　＝ｔ”ｒａｓ’　（ω）＝９８％、ｒａ４’（
２ω）＝９９％、　ｒ２４（２ω）＝９９．９％である
。ここで、ｒｚａ（ω）　ｈｔｏ％、ｒ、、’　（ω）
”ＦＯ％である。

第６図の場合、上記と同様に共振器用ミラー対２６．２
６°のωと２ωに対する反射率をｒ２６（ω）。

ｒ２ｍ’　（ω）、ｒｚａ　（２ω）、ｒａａ　’　（
２ω）とすると、ｒｘａｏ（ω）　＝９９．９％、　ｒ
ｚａ（ω）　＝ｔ”ｒｔａｏ（ω）＝９８％、ｒｚｓ　
’　（２ω）＝９９％、　ｒｔｓ　（２ω）　＝９９．
９％である。

第７図の場合は、２重共振器用の光学膜が直接非線形光
学結晶２５の光源側と出力側の端面に形成されたもので
あり、反射率は第６図のミラ一対２６．２６　’と同様
である。

第３図〜第７図において、基本波ω用のミラ一対の反射
率は（光源側）＝ｔ２（出力側）とし、第２高調波２ω
用のミラ一対の反射率は出力側の方が光源側より若干低
くするよう構成する。また、ω用のミラーを２ωが通過
する場合、逆に２ω用のミラーをωが通過する場合それ
ぞれ２ω、ωに対する反射率はほぼ０にするのが好まし
い。

第８図〜第１０図はリング型の２重共振器な示し、基本
波の光源は特に図示していないが図中左側にあるものと
する。ωと２ωは同一の光軸である。

第８図の場合、リング型共振器は４枚のミラーで構成さ
れており、ミラー４１．４２．４３．４４の各々のωと
２ωに対する反射率をｒ４．（ω）。

Ｔａｒ　（２ω）、ｒ４□（ω）、　ｒ４ｚ（２ω）＋
ｒ４１（ω）。

ｒ４ｓ　（２ω）、　ｒ４．　（ω）、　ｒ４４（２ω
）とすると、ｒ４□（ω）＝９９．９％、ｒ４３（ω）
＝９９．９％、ｒ４４（ω）＝９９．９％、ｒ４１（ω
）＝ｔ　ｘｒ４ｇ（ω）ｘｒ４ｘ（ω）Ｘｒ４４（ω）
＝９８．７％であり、またｒ４＋（２ω）＝９９．９％
、ｒ４□（２ω）＝９９．９％、ｒ４３（２ω）＝９９
．９％、ｒ４．　（２ω）＝９９．９％であり、ｒ、、
　（２ω）が他より少し低い反射率である。

第９図では、リング型共振器は３枚のミラーで構成され
ており、ミラー４６．４７．４８の各々のωと２ωに対
する反射率をｒ４６（ω）。

ｒ４ａ　（２ω）、　ｒ、、　（ω）、ｒ４．（２ω）
、　　ｒ、、（ω）。

ｒ４．　（２ω）とすると、ｒ４．（ω）＝９９．９％
、ｒ４ｇ（ω）＝９９．９％、ｒ４．（ω）＝ｔｘｒ４
ｔ（ω）　Ｘ　ｒ＜ｓ（ω）　＝９８．８％であり、ま
たｒ４ａ（２ω）＝９９．９％、ｒａｔ　（２ω）＝９
９％、ｒ４ｍ　（２ω）＝９９．９％であり、ｒａ７（
２ω）が他より少し低い。

第１０図では、非線形光学結晶４５の光源側と出力側の
端面と、それと３角形状のリングを形成する一端面に光
学膜を直接形成したものであり、各々の反射率は第９図
の場合と同じである。

非線形光学結晶４５はリング共振器内の基本波の光軸上
のどこかに配置すればよいが、該非線形光学結晶４５の
両側のミラーは凹型内面のミラーが光を収束させる点で
好ましい。

本発明において、光源としてはＬＤの他に各種ガスレー
ザ、固体レーザ、液体レーザ、色素レーザ等が使用でき
るが、コンパクト化、軽量化の点でＬＤが好ましく、非
線形光学結晶としてはＫＮｂＯｓ　、　ＫＴｉＯＰＯ４
，ＫＨ２ＰＯ４，β−ＢａＢ２０４ＬｔＮｂＯ，結晶等
が使用できる。

［作用］基本波ωを共振器内で多重反射によって増倍すると電界
強度が高まり、波長変換効率が増加する。

一方、第２高調波強度が強（なると基本波ωから第２高
調波２ωへの変換効率が増大することが知られている。

そのため第２高調波の共振器をさらに設け、２重共振器
とすることによって変換効率をさらに向上させることが
できる。

［実施例］本発明の第１の実施例を第１図に示す。基本波ω（波長
８４２ｎｍ　）の光源のＬＤＩＩには、５ｐｅｃｔｒａ
−Ｄｉｏｄｅ　Ｌａｂ、社製の５ＤＬ−３４２０Ｇを日
立社製ＨＬＰ−１４００でインジェクション・ロックし
たインジェクション・ロックド・アレイＬＤを用いた。

ωの戻り光の影響を防ぐため、ファラデー・アイソレー
タ１２を使用し、焦点距離ｆ＝１０ｃｍの収束レンズに
よりωを収束し、非線形光学結晶のＫＮｂＯ，１４へ入
射する。ＫＮｂＯ，１４の光源側の端面と、第２高調彼
２ω（波長４２１ｎｍ　）の出力側の端面には各々光学
膜が形成されており、光源側の反射率ｒｌｎと出力側の
反射率ｒｏｕｔはω、２ωに対して各々ｒａｎ（ω）＝
９８％、ｒｏｕｔ　（ω）　＝９９．９％、　ｒ、ｌ、
（２ω）　＝　９９．９％。

ｒｏｕｔ　（２ＣＬＩ　）　＝　９９％である。ＫＮｂ
Ｏｓのωに対する透過率は９９％であり、ｒｌｎ（ω）
　＝０．９９”ｒｏｕい　（ω）＝０．９８であり９８
％としている。

出力側には基本波８４２ｎｍに対するブロッキングフィ
ルター１６が配置されている。

２ωの青色発光が最も強くなるようにＬＤＩＩの波長を
微調整し、ＫＮｂｏ、　１４の温度をベルチェ効果素子
等の温度制御装置１５でチューニングしたところ１００
ｍＷのω入力に対して５ｍＷの青色光が得られた。

第２の実施例を第２図に示す。

基本波ωの光源として、５ｐｅｃｔｒａ−Ｄｉｏｄｅ　
Ｌａｂ。

社製の５ＤＬ−３４２０Ｃを日立社製ＨＬＰ−１４００
でインジェクション・ロックしたＬＤ　３１を用いた。

ωの戻り光の影響を防ぐため、図示はしないがファラデ
ー・アイソレータ１２をＬＤ　３１と結合光学系３２の
間に配置した。ωの波長は８５５ｎｍで、コリメーティ
ングレンズ、シリンドリカルレンズ、スフエリカルレン
ズよりなる結合光学系３２で、適当なビーム径に集光す
る。

リング共振器は４枚のミラー３３．３４．３５．３６で
構成されている。

各々のミラーのω、２ωに対する反射率は、ｒ３３（ω
）＝９５％、　ｒ３ｘ　（２ω）＝９９．９％、　ｒｓ
４（ω）＝９９．９％、　ｒｓ４（２ω）＝９９．９％
、　ｒｉｓ（ω）＝９９．９％。

ｒｓｓ　（２ω）＝９９．９％、　ｒｘａ（ω）＝９９
．９％、ｒｉｇ（２ω）＝９９％である。

２ωの青色発光が最も強くなるようにＬＤ３１の波長を
微調整し、ＫＮｂｏ、　３７の温度をペルチェ効果素子
等の温度制御装置でチューニングしたところ１００＋ｎ
Ｗのω入力に対して４ｍＷの青色光（４２８ｎｍ）が得
られた。

［発明の効果］本発明は、光源からの基本波ωを基本波の共振器により
共振させ外部への散逸をほとんど防ぎ、非線形光学結晶
へのωの吸収をよ（し、さらに第２高調波２ωに対する
共振器を設けることにより、高出力の２ωが得られると
いう優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１０図は本発明の実施例を示し、２重共振型
波長変換素子の基本的構成の側面図であり、第１１図は
従来例の基本的構成の側面図である。１１・・・ＬＤ　　　　　　１４・・・ＫＮｂＯ，。第３図第図第図第図第図第０図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非線形光学結晶へ基本波を入射する光源と、基本
波を高調波へ変換する非線形光学結晶と、基本波と高調
波の両方に対する２重共振器とを備えてなる波長変換素
子。
（２）一対の共振器間に、基本波を高調波へ変換する非
線形光学結晶を配置し、該共振器の一方の外側に基本波
を発生させる光源を配置してなる波長変換素子において
、２重共振器として基本波を多重反射する共振器と高調
波を多重反射する共振器を設けた請求項１記載の波長変
換素子。
（３）基本波を多重反射する一対の基本波の共振器と、
高調波を多重反射する高調波の共振器とを同一光軸上に
配置したことを特徴とする請求項２記載の波長変換素子
。
（４）基本波及び高調波をともに多重反射する一対の共
振器を用いたことを特徴とする請求項２記載の波長変換
素子。
（５）基本波の共振器は、光源側の基本波に対する反射
率をｒ＿ｉ＿ｎ、出力側の基本波に対する反射率をｒ＿
ｏ＿ｕ＿ｔ、基本波の共振器内部の基本波に対する透過
率をｔとするとｒ＿ｉ＿ｎ＝ｔ＾２ｒ＿ｏ＿ｕ＿ｔであ
り、高調波の共振器は高調波に対する反射率が光源側よ
り出力側の方が小さいものである請求項２〜４いずれか
１項記載の波長変換素子。
（６）基本波および高調波の共振器が非線形光学結晶の
光源側と出力側の端面に形成された光学膜である請求項
２〜５いずれか１項記載の波長変換素子。
（７）２重共振器として外部より入射された基本波およ
び高調波を少なくとも３枚のミラーによって循環せしめ
るリング型共振器と、該リング型共振器内の基本波の光軸上に配置され基本波
を高調波へ変換する非線形光学結晶と、該リング型共振
器の外側に配置された基本波を発生する光源とを備えて
なる波長変換素子。