JPH04318528A - 光波長変換装置 - Google Patents

光波長変換装置

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JPH04318528A
JPH04318528A JP8559791A JP8559791A JPH04318528A JP H04318528 A JPH04318528 A JP H04318528A JP 8559791 A JP8559791 A JP 8559791A JP 8559791 A JP8559791 A JP 8559791A JP H04318528 A JPH04318528 A JP H04318528A
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JP
Japan
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temperature
crystal
wavelength
wavelength conversion
harmonic
Prior art date
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Withdrawn
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JP8559791A
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English (en)
Inventor
日向浩彰
Hiroaki Hiuga
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基本波を第2高調波等
に変換する光波長変換装置、特に詳細には、非線形光学
材料の結晶を用いた光波長変換装置に関するものである
【0002】
【従来の技術】従来より、非線形光学材料による第2高
調波等の発生を利用して、レーザー光を波長変換(短波
長化)する試みが種々なされている。このようにして波
長変換を行なう光波長変換素子として具体的には、例え
ば「光エレクトロニクスの基礎」A.YARIV著,多
田邦雄,神谷武志訳(丸善株式会社)のp200〜20
4に示されるようなバルク結晶型のものがよく知られて
いる。
【0003】ところで上記非線形光学材料の結晶を使用
する場合、基本波と波長変換波とを位相整合させるため
に、結晶温度を比較的狭い許容範囲内で所定温度に制御
しなければならないことが多い。例えば青色領域の波長
変換波を得るために好適に利用されるKNbO3 にあ
っては、上記温度許容範囲は約0.3 ℃・cmである
。また、緑色、青色領域の波長変換波を得るために好適
に利用されるLiNbO3 にあっては上記温度許容範
囲は約0.6 ℃・cmである。その他BNNB、KD
P等の温度許容範囲の小さい非線形光学材料の結晶があ
る。
【0004】そこで従来より、ペルチェ素子等を用いて
、非線形光学材料の結晶を所定温度に温度調節すること
が行なわれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、結晶温度を正
確に位相整合温度T0 に設定しても、位相整合が取れ
て波長変換波が生じると、この短波長の波長変換波を非
線形光学材料結晶の発振領域が吸収して温度上昇し、そ
の部分が位相整合温度T0 よりも高温になってしまう
。そうなると、特に前述のKNbO3 のように位相整
合の温度許容範囲が狭い結晶を用いている場合は、波長
変換効率が大幅に低下してしまう。
【0006】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たものであり、非線形光学材料結晶の発振領域が波長変
換波を吸収して位相整合温度から外れてしまうことを防
止して、常に高い波長変換効率を得ることができる光波
長変換装置を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による第1の光波
長変換装置は、前述したように非線形光学材料の結晶に
基本波を入射させて、該基本波を第2高調波等に波長変
換する光波長変換装置において、◆非線形光学材料の結
晶の温度を調節する温度調節手段と、◆波長変換波の光
強度を検出する検出手段と、◆この検出手段の出力を受
け、該出力が示す光強度が所定の目標値に収束するよう
に上記温度調節手段の駆動を制御する制御手段とが設け
られたことを特徴とするものである。
【0008】また本発明による第2の光波長変換装置は
、上述と同様に非線形光学材料の結晶により基本波を第
2高調波等に変換する光波長変換装置において、◆非線
形光学材料の結晶を、位相整合温度T0 に達するまで
加熱してから、次いでT1 =T0 −ΔT(ただしΔ
Tは、結晶の発振領域の波長変換波吸収による温度上昇
分)なる温度T1 に収束させる温度調節手段が設けら
れたことを特徴とするものである。
【0009】
【作用および発明の効果】上記構成の第1の光波長変換
装置においては、非線形光学材料の結晶から実際に出射
する波長変換波の光強度が、所定の目標値に収束するよ
うに結晶温度を調節しているから、結果的に結晶温度が
位相整合温度に維持されて、波長変換効率が高く保たれ
る。
【0010】また上記構成の第2の光波長変換装置にお
いては、最初に結晶を位相整合温度T0 になるまで温
度上昇させる際、良好に位相整合が取られるまでは波長
変換波吸収による温度分布がほとんど無いから、発振領
域の温度も最終的にT0 となり、そこで高効率の下に
波長変換波が発生する。その後結晶温度をT1 に収束
させれば、結晶の発振領域の温度がちょうどT0 に維
持されるから、高強度の波長変換波が引き続き発生する
ようになる。
【0011】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施例による光
波長変換装置を示すものである。この光波長変換装置は
一例として、レーザーダイオードポンピング固体レーザ
ーに組み込まれたものである。このレーザーダイオード
ポンピング固体レーザーは、ポンピング光としてのレー
ザービーム13を発する半導体レーザー(フェーズドア
レイレーザー)14と、発散光である上記レーザービー
ム13を集束させる集光レンズ15と、ネオジウム(N
d)がドーピングされた固体レーザーロッドであるYA
Gロッド(以下、Nd:YAGロッドと称する)16と
、このNd:YAGロッド16の前方側(図中右方側)
に配されたKNbO3結晶10とからなる。以上述べた
各要素は、共通の筐体(図示せず)にマウントされて一
体化されている。なおフェーズドアレイレーザー14は
、図示しないペルチェ素子と温調回路により、所定温度
に温調される。 このフェーズドアレイレーザー14としては、波長λ1
 =810 nmのレーザービーム13を発するものが
用いられている。一方Nd:YAGロッド16は、上記
レーザービーム13によってネオジウム原子が励起され
ることにより、波長λ2 =946nmのレーザービー
ム11を発する。
【0012】Nd:YAGロッド16の光入射側面16
aには、波長946 nmのレーザービーム11は良好
に反射させ(反射率99.9%以上)、波長810 n
mのポンピング用レーザービーム13は良好に透過させ
る(透過率99%以上)コーティング18が施されてい
る。一方KNbO3 結晶10の前方側の端面10aは
球面の一部をなす形状とされ、その表面には、波長81
0 nmのレーザービーム13および波長946 nm
のレーザービーム11は良好に反射させ、そして後述す
る波長473 nmの第2高調波12は良好に透過させ
るコーティング19が施されている。したがって波長9
46 nmのレーザービーム11は、上記の面16a、
10a間に閉じ込められて、レーザー発振を引き起こす
【0013】このレーザービーム11は非線形光学材料
であるKNbO3 結晶10により波長が1/2すなわ
ち473 nmの第2高調波12に波長変換される。K
NbO3 結晶の面10aには前述した通りのコーティ
ング19が施されているので、このKNbO3 結晶1
0からは、ほぼ第2高調波12のみが取り出される。
【0014】図4に詳しく示すように、KNbO3 結
晶10は、YZ面をZ軸周りに30°回転させたY’Z
面でカットされている。この構成においては、矢印Pで
示すレーザービーム11の直線偏光方向とY’軸とが一
致する場合に、大きな非線形光学定数d32が利用され
た上で、基本波としてのレーザービーム11と第2高調
波12との間で良好にタイプIの位相整合が取られ、最
大強度の第2高調波12(直線偏光方向は矢印Q方向つ
まりZ軸方向)が得られる。なお上記光学軸Y、Zは結
晶軸では各々b軸、c軸であり、X軸はa軸である。
【0015】またKNbO3 結晶10の発振領域は、
上記位相整合を果たすために、温度T0 =20.0°
Cに維持されなければならない。そして前述した通り、
KNbO3 の位相整合温度許容範囲は0.3 °C・
cmであり、本実施例では結晶長が0.5cm である
ので、KNbO3 結晶10の発振領域の温度は、20
.0±0.3 °Cに維持する必要がある。以下、この
温度20.0±0.3 °Cを実現する点について説明
する。
【0016】KNbO3 結晶10は、銅ブロック30
内に保持され、この銅ブロック30ごとペルチェ素子3
1により温度調節されるようになっている。このペルチ
ェ素子31は、フィードバックコントローラ32によっ
て駆動制御される。一方KNbO3 結晶10の前方側
には、第2高調波12を一部反射させるハーフミラー3
3が配されている。このハーフミラー33で反射した第
2高調波12の光強度は、例えばフォトダイオード等の
光検出器34によって検出される。光検出器34の出力
信号Sは、上記フィードバックコントローラ32に入力
される。
【0017】フィードバックコントローラ32は、光検
出器34の出力信号Sが示す第2高調波12の光強度が
、この構成で得られる最大値P0 に保たれるようにペ
ルチェ素子31を駆動制御する。すなわちペルチェ素子
31は、図2の(1)に示すように時間t0 において
ONされると、そのまま温度上昇するように駆動される
。このとき銅ブロック30を介してKNbO3 結晶1
0は一様に加熱されるので、KNbO3 結晶10内に
おいて顕著な温度分布は発生せず、よってこのKNbO
3 結晶10の発振領域10a(図3の(1)参照)も
、図2の(3)に示すようにほぼT0 まで温度上昇す
る。このようにして発振領域10aが温度上昇すると、
その温度がT2 に達したところで、第2高調波12が
発生し始める。そして時間t1 において、KNbO3
 結晶10の発振領域10aが温度T0 に達すると、
第2高調波12の光強度が最大値のP0 に到達する。
【0018】KNbO3 結晶10が第2高調波12を
発生するようになると、その発振領域10aが短波長の
第2高調波12を吸収して温度上昇する。こうして発振
領域10aの温度がT0 よりも高くなると、第2高調
波12の光強度がP0 よりも低下する。フィードバッ
クコントローラ32は、光検出器34の出力信号Sが示
す第2高調波12の光強度がP0 を下回っている場合
、まずペルチェ素子31を、微小な所定量だけ温度低下
するように駆動し、この操作により第2高調波12の光
強度が上昇した場合はこの操作を続ける。そして反対に
、この操作により第2高調波12の光強度がさらに低下
する場合、フィードバックコントローラ32は制御の方
向を変えて、ペルチェ素子31を、微小な所定量だけ温
度上昇するように駆動する。
【0019】上述した第2高調波の吸収により第2高調
波12の光強度がP0 よりも低下したときは、ペルチ
ェ素子31が微小な所定量だけ温度低下するように駆動
されると、第2高調波12の光強度が上昇するので、こ
の操作が続けられる。そして、この操作により発振領域
10aの温度がT0 を下回って、そのために第2高調
波12の光強度がP0よりも低下するようになると、上
述のように制御動作するフィードバックコントローラ3
2により、ペルチェ素子31は今度は温度上昇するよう
に駆動制御され、発振領域10aの温度はT0 に戻さ
れる。
【0020】以上の制御がなされることにより、第2高
調波12の光強度は図2の(2)に示すようにP0 に
保たれ、またペルチェ素子31の温度は図2の(1)に
示すように変化し、そして結果的に発振領域10aの温
度は、T0 =20.0±0.3 °Cに維持されるよ
うになる。なお図3は、このときのKNbO3 結晶1
0における温度分布を示している。
【0021】次に図5を参照して、本発明の第2実施例
を説明する。この図5の光波長変換装置は、図1の装置
と比べると、ハーフーミラー33および光検出器34が
除かれ、そしてフィードバックコントローラ32に代え
て、プログラマブルコントローラ40が用いられている
点が異なる。
【0022】このプログラマブルコントローラ40はペ
ルチェ素子31を、図6の(1)に示す特性で温度変化
するように制御する。つまりペルチェ素子31は、その
温度が同図のHで示す時間領域において温度T1 から
オーバーシュートし、最大で温度T0 に達してから温
度T1 に収束するように制御される。これらの温度T
0 、T1 は、第1実施例で説明したものと同じであ
り、T1 =T0 −ΔTである。
【0023】このようにペルチェ素子31の温度が制御
されることにより、KNbO3 結晶10の発振領域1
0aが温度T0 まで加熱され、そして第2高調波12
が発生すると、その吸収により発振領域10aが温度上
昇する。上記ΔTは、この発振領域10aの第2高調波
吸収による温度上昇分である。このようにして、発振領
域10aの温度は図6の(3)に示すようにT0 に制
御され、そして第2高調波12の光強度は、同図の(2
)に示すようにP0 に維持されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例装置の概略側面図
【図2】
上記第1実施例装置におけるペルチェ素子温度、第2高
調波の光強度、およびKNbO3 の発振領域温度の各
変化特性を示すグラフ
【図3】上記第1実施例装置のKNbO3 結晶におけ
る温度分布を示す概略図
【図4】上記第1実施例装置におけるKNbO3 結晶
の光学軸と、基本波の直線偏光方向との関係を説明する
ための概略図
【図5】本発明の第2実施例装置の概略側面図
【図6】
上記第2実施例装置におけるペルチェ素子温度、第2高
調波の光強度、およびKNbO3 の発振領域温度の各
変化特性を示すグラフ
【符号の説明】
10    KNbO3 結晶 11    レーザービーム(基本波)12    第
2高調波 16    Nd:YAGロッド 30    銅ブロック 31    ペルチェ素子 32    フィードバックコントローラ33    
ハーフミラー 34    光検出器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  非線形光学材料の結晶に基本波を入射
    させて波長変換する光波長変換装置において、前記結晶
    の温度を調節する温度調節手段と、波長変換波の光強度
    を検出する検出手段と、この検出手段の出力を受け、該
    出力が示す前記光強度が所定の目標値に収束するように
    前記温度調節手段の駆動を制御する制御手段とが設けら
    れたことを特徴とする光波長変換装置。
  2. 【請求項2】  非線形光学材料の結晶に基本波を入射
    させて波長変換する光波長変換装置において、前記結晶
    を、位相整合温度T0 に達するまで加熱してから、次
    いでT1 =T0 −ΔT(ただしΔTは、結晶の発振
    領域の波長変換波吸収による温度上昇分)なる温度T1
     に収束させる温度調節手段が設けられたことを特徴と
    する光波長変換装置。
JP8559791A 1991-04-17 1991-04-17 光波長変換装置 Withdrawn JPH04318528A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 19980711