JPH0415975A

JPH0415975A - 光共振器

Info

Publication number: JPH0415975A
Application number: JP11887590A
Authority: JP
Inventors: Kenji Suzuki; 健司鈴木; Kiyobumi Muro; 清文室
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Priority date: 1990-05-09
Filing date: 1990-05-09
Publication date: 1992-01-21

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、レーザ装置などに用いる光共振器に係り、特
に内部に非線形光学結晶を備えた光共振器に関する。

〔従来の技術〕

返電　共振器内に非線形光学結晶を挿入した、ＳＨＧ、
ＴＨＧ、　　パラメトリック発振、和周波発生、差周波
発生、四光波混合、光双安定等の非線形光学技術の研究
が盛んに研究されるようになり、その情報処理や計測へ
の応用が考えられている。

従東　この種の光共振器は、対向した一対の反射鏡を設
け、この反射鏡間に非線形光学結晶を光軸上に挿入した
構造である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、非線形光学効果を大きくするには、非線形光
学結晶内部において、共振器モードのビームウェストが
小さくなるよう集光する必要かある。

しかし　このような従来の共振器の構成で共振器モード
のビームウェストが小さくなるよう集光すると、共振器
モードの横モードが変形し　集光の最適化が図れなかっ
たここで、横モード変形とは、共振器モード断面の振幅分
布が異方的に（たとえば楕円形に）広がって、ビームウ
ェストでの集光性が悪くなる（円形に集光しない）現象
をいう。一般に、非線形光学材料は複屈折性を有してお
り、屈折率楕円体で表されるように、光の波面の入射角
に依存して屈折率に差が生じているため、これに球面波
が入射するとレンズのような性質を示す。このような非
線形光学材料が共振器内に存在すると、そのレンズ効果
を強く受ける偏光の共振器モードの有効共振器長が変わ
り、横モードが変形する。

ここで、有効共振器長とは、光の光学的性質から算出し
た実質的な共振器長をいう。共振器の物理的長さ自体が
一定であっても、前記レンズ効果により有効共振器長は
変化する。

例え１戴　非線形光学結晶の１つであるＫＴＰを共振器
内に挿入して高調波変換することが行われるが、高効率
の高調波変換をしようとしてＫＴＰ内部におけるレーザ
モードの集光を強くすると、ＫＴＰのレンズ効果で、　
レーザモードが楕円形となる。すなわち、ＫＴＰの屈折
率の伝播方向依存性によるレンズ効果により、２偏光の
有効共振器長がｙ゛偏光それよりたとえば２５０μｍ短
くなり（この値は共振器の仕様によって変わる）、ＫＴ
Ｐにおける集光の同時最適化ができないからである。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、非線形光学結
晶を内部に備えた共振器において、横モード変形を補正
することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明は、非線形光学結晶を内部に備え、光
源からの光を共振させて出力する光共振器において、前
記非線形光学結晶を通過した光の共振器モードの横モー
ド変形を補正する補正用光学素子を共振器内に配置し島その概念図を第１図に示すと、一対の反射鏡１゜１間に
おいて、光軸２上に非線形光学結晶３と補正用光学素子
４を配置する。

ここで、前記非線形光学結晶としては、ＫＴＰ（ＫＴｉ
ＯＰＯ，）、ＬＮ、ＫＮ、ＢＢＯＳ　ＫＤＰ。

Ａ　Ｄ　Ｐ、　　Ｌ　ｉ　ＩＯ２、Ｂ　ａ２　Ｎ　ａ　
Ｎ　ｂｓ　Ｏ＋ｓ、Ｃｄ５ａ。

Ｓξ　Ｔ、　　などを例示できる。要１戴　ビームの横
モード変形（横方向への広がり）を生じさせる結晶であ
る。

前記非線形光学結晶を共振器内に設ける趣旨は、第２高
調波発生（ＳＨＧ）、第３高調波発生（ＴＨＧ）、パラ
メトリック発振、和周波発振、差周波発振、四光波混合
、光双安定などに用いる趣旨である。

本発明では、横モード変形補正用光学素子として、複屈
折材料、円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）、非球面
レンズ、傾斜板を使用するが、これらは単独で用いても
よい力ζ、組み合わせて用いてもよい。

複屈折材料と憾　光が入射するとき２つの屈折光が現れ
る材料で、前記非線形光学結晶を含む。

例えば、上記した非線形光学結晶の他に、方解石（Ｃａ
　Ｃｏ、）、Ｌｉ２Ｂ、Ｏｔなどを例示できる。

この複屈折材料は、レンズ効果により光を横方向に広げ
る（又は集光する）。そこで、前記非線形光学結晶によ
る広がり方向に対して、複屈折材料による広がり方向を
直交させるように複屈折材料を共振器内に配置すること
で、横モード変形を補正できる。

すなわち、横モード変形補正用の複屈折材料（非線形光
学結晶を含む）を挿入する場合、屈折率楕円体の位置関
係を調整することで、横モード変形の補正が可能となる
。

第２図に示したように、非線形光学結晶３の屈折率楕円
体５がｙｚ平面６上にあり、その長軸が光軸（２軸）上
にあるとする。このとき、複屈折材料４の屈折率楕円体
７がｘｚ平面８上にあり、その長軸が光軸（２軸）上と
なるよう、この複屈折材料４を配置する。このように配
置すると、非線形光学材料に入射された断面円形のビー
ムが非線形光学結晶を通過することで、Ｘ軸方向に広が
りＸ軸方向の楕円モードとなる（第２図（ｂ））が、複
屈折材料４の屈折率楕円体７はビームをｙ軸方向に広げ
る作用をする（第２図（Ｃ））ので、Ｘ軸方向に広がっ
たビームは、この複屈折材料４を通過することで、元の
円形に戻り、横モード変形の補正ができる。これにより
、横モードのＸ及びｙ方向の有効共振器長が等しくなる
。

また、　ＬｉＮｂ０．、　β−Ｂ　ａＢ２０４、　Ｌ　
ｉ２　Ｂ　ａ　０７、を補正用光学素子として使用し　
第３図のよう番ミこれら複屈折材料４の屈折率楕円体７
がｙｚ平面１０上にあり、その長軸がｙ軸上となるよう
、この複屈折材料４を配置した場合、屈折率楕円体７は
通過するビームをＸ軸方向に狭くする作用をする（第３
図（Ｃ））ので、非線形光学結晶の屈折率楕円体５によ
りＸ軸方向に広がったビーム（第３図（ｂ））が補正さ
汰　断面円形に戻り、横モードのＸ及びｙ方向の有効共
振器長が等しくなる。

以上のように、非線形光学結晶の屈折率楕円体によるビ
ームの横モード変形を打ち消すような位置関係に複屈折
材料の屈折率楕円体が向くよう番ミ複屈折材料を配置す
る。

円筒レンズや非球面レンズも、前記横モードの変形（一
定方向への広がり）をレンズによる屈折で補正できるよ
うな形態で共振器内に配置する。

より具体的に説明すると、第４図に示したように、非線
形光学結晶３の屈折率楕円体５がｙｚ平面６上にあり、
その長軸が光軸（２軸）上にあるとする。このとき、凸
円筒レンズ９をその湾曲方向がｘｚ平面に含まれるよう
に光軸（２軸）上に配置すると、横モードのＸ及びｙ方
向の有効共振器長が等しくなり、横モード変形の補正が
できる。

傾斜板も、前記横モードの変形を補正できるように共振
器内に設置する。すなわち、横モードの広がり方向に対
して垂直方向に傾斜板の傾斜方向を合わせ、傾斜板を通
過したビームが円形となるようにする。

より具体的に説明すると、第５図に示したように、非線
形光学結晶３の屈折率楕円体５がｙｚ平面６上にあり、
その長軸が光軸（２軸）上にあるとする。このとき、傾
斜板９をその傾斜方向がＸ２平面に含まれるように光軸
（２軸）上に配置すると、横モードのＸ及びｙ方向の有
効共振器長が等しくなり、横モード変形の補正ができる
。

なお、第２図〜第５図で、Ｘ、Ｌ　　Ｚは空間軸を示す
。

〔作用〕

複屈折材料、円筒レンズ、非球面レンズ、傾斜板を挿入
することで、非線形光学結晶の複屈折によるレンズ効果
で生じた２つの偏光相互における有効共振器長のずれを
一致できる。

本発明の共振器はレーザ装置用として好適に用いられる
。

〔実施例〕以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

〈実施例１〉第６図に本実施例の半導体レーザ励起固体レーザを示す
。

これは、半導体レーザアレイ２１、集光レンズ２２．２
３、共振器２４を順に配列したものである。また、前記
共振器２４は、前記集光レンズ２２．２３側から、レー
ザ媒質（ロンド）２５、レンズ２６、非線形光学結晶と
してのＫＴＰ結晶２７、横モード変形補正用のＫＴＰ結
晶２７ａ、出力ミラー２８を順次配列した構造である。

そして、レーザ媒質２５はＮｄ：　　ＹＡＧで、前記集
光レンズ２２．２３側端面に反射ミラー２９が反射膜コ
ーティングにより形成されている。この反射ミラーＩ；
を波長８１０　ｎｍの光は透過させるが波長１゜６４ｎ
ｍの光は９９９％反射する。また、前記出力ミラー２９
も波長１１０６４ｎの光を９９９％反射し、５３２ｎｍ
の光を透過させる。

半導体レーザ励起固体レーザでは、半導体レーザアレイ
２１から放出されるレーザビームを固体レーザの励起光
として利用する。

一方、共振器２４内において、第７図に示したように、
前記ＫＴＰ２７はその結晶軸（ＸＳＹ、２（これは空間
軸を示すものではない））のべＺ軸を中心としてＸ−ｙ
平面上で、Ｘ軸、ｙ軸からそれぞれ２１３°回転させた
方向をｘ′軌ｙ゛軸とし　このＸ゛軸方向を共振器４の
光軸に合わせて配置される。ＫＴＰ２７は、レーザモー
ドのビームウェストがＫＴＰ　２７の中心にくるように
配置する。このＫＴＰ２７をレーザモードが通過すると
き、Ｚ軸方向の偏光と、ｙ゛軸方向の偏光とが生ロ　が
つ、第二高調波（グリーン光）が発生する。

ここで、ｙ°偏光が感じる屈折率楕円体を第８図に示す
。また、　２偏光が感じる屈折率楕円体を第９図に示す
。２偏光はｙ゛偏光り楕円の偏平度が大きくレンズ効果
があるので、前記ＫＴＰ　２７の内部において２軸を短
ａ　ｙ′軸を長軸とする楕円型横モードが生じる。

これに対し　補正用光学素子としてのＫＴＰ２７ａｉ４
ｘ″軸方向を光軸に合わせ、かつ、ｚ軸を前記ＫＴＰ２
７の２軸と直交させである。

この横モード補正用のＫＴＰ２７ａも、楕円型横モード
を発生する力’、ＫＴＰ２７ａの２軸が前記ＫＴＰ２７
の２軸と直交させであるので、相互に精円横モードを打
ち消しあう。

したがって、ＫＴＰへの集光がよくなり、高調波出力が
増加する。また、横モード補正用のＫＴＰ２７ａも、第
二高調波（グリーン光）を発生させるので、ＫＴＰ２７
が１つだけの場合に比較し高調波出力が増加する可能性
がある。

なお、ＫＴＰ２７．　２７ａの両２軸を相互に直交させ
ているが、両者の交差角度は一８０〜＋８０度の範囲で
あれば実用的である。

なお、この実施例の装置の共振器内に位相板（１／４波
長板、　１／２波長板、その他）２６ａを挿入し、共振
器モードの偏光を制御すると発振がより良好となる。

〈実施例２〉次に、円筒レンズを補正用光学素子として半導体レーザ
励起固体レーザの共振器中に用いた例を説明する。

第１０図に示したように、半導体レーザアレイ２１、集
光レンズ２２，２３、共振器２４を順に配列してあり、
前記共振器２４は、前記集光レンズ２２２３側から、レ
ーザ媒質（ロッド）２５、レンズ２６、λ／４板２６ａ
、非線形光学結晶としてのＫＴＰ結晶２７、円筒レンズ
２７ｂ１　出力ミラー２８を順次配列した構造である。

そして、レーザ媒質２５はＮｄ：　　ＹＡＧで、前記集
光レンズ２２．２３側端面に反射ミラー２９が誘電体多
層反射膜コーティングにより形成されている。

円筒レンズ２７ｂはその湾曲方向がＸ’　−Ｚ平面に含
まれるように配置さ蜆　円筒の軸が光軸に直交している
。

このＫＴＰ　２７による第二高調波（グリーン光）の発
生とともに、ＫＴＰ２７の内部において２軸を短＃ｙ′
　軸を長軸とする楕円を横モードが発生するが、この横
モード変形は、円筒レンズ２７ｂにより補正されるので
、ＫＴＰ　２７へのビームの集光が最適となる。

他の条件は実施例１と同一である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、横モード変形を補正でき、高効率の出
力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を示す概略は　第２図（ａ）〜（Ｃ）１
　第３図（ａ）　〜（Ｃ）、　　第４図及び第５図は屈
折率楕円体を用いた原理説明は　第６図は本発明の共振
器を半導体レーザ励起固体レーザに使用した一例を示し
た概略１　第７図はＫＴＰの結晶軸方向と光軸との関係
を示したｌ　第８図はｙ′偏光が感じる屈折率楕円像　
第９図は２偏光が感じる屈折率楕円像　第１０図は実施
例２を示した概略図である。３、２７　　・・・・・・・・非線形光学結晶２４・　
　・・・・・・・・・光共振法４　２７ａ　　２７ｂ　
　補正用光学素子。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非線形光学結晶を内部に備え、光源からの光を、
共振させて出力する光共振器において、前記非線形光学
結晶を通過した光の共振器モードの横モード変形を補正
する補正用光学素子を共振器内に配置してあり、この横
モード変形補正用光学素子が、複屈折材料、円筒レンズ
、非球面レンズ、傾斜板の内少なくともいずれかである
光共振器。