JPH04320220A - 第２高調波発生装置 - Google Patents

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、レーザ光源から発せら
れる基本波をモノリシック型共振器内で第２高調波に変
換する第２高調波発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体レーザ等から出射される基
本波を非線形光学材料に通して半分の波長の第２高調波
を得る研究が行なわれている。第２高調波の発生を効率
よく行なうには、位相整合をとることなど様々な条件が
必要とされるが、一般には基本波の強度が強いほど第２
高調波を効率よく発生させることができる。このため、
ミラーを用いて共振器を構成し、この共振器内部に非線
形光学材料を配置して、基本波を共振器内部に閉じ込め
て増幅させることにより、第２高調波を効率よく発生さ
せる装置が種々提案されている。

【０００３】そして、最近では装置の小型化及び第２高
調波への変換効率の向上を図るために、個別のミラーを
用いる外部共振器型のものから、非線形光学材料の内部
において基本波を共振させるモノリシック型へとその主
流が移行しつつある。

【０００４】図６には、このようなモノリシック型の共
振器を用いた第２高調波発生装置の一例が示されている
。

【０００５】この第２高調波発生装置１は、半導体レー
ザ（以下ＬＤとする）２、コリメートレンズ３、モード
マッチングレンズ１０及びＫＮｂＯ３　結晶等からなる
非線形光学材料４によって構成されている。ＬＤ２は、
例えば波長８６０ｎｍの基本波７を出射する。

【０００６】非線形光学材料４の図中左右の２面は、曲
面状（通常は球面状）に研磨加工されている。図中左側
の面は基本波７の入射面をなし、この面に基本波７に対
して一部透過、第２高調波８に対して反射の曲面ミラー
５が形成されている。また、図中右側の面は、第２高調
波８の出射面をなし、この面に基本波７に対して反射、
第２高調波８に対して透過の曲面ミラー６が形成されて
いる。更に、非線形光学材料４の図中下面は、基本波７
及び第２高調波８のいずれも反射する平面ミラー９をな
している。

【０００７】ＬＤ２から出射する波長８６０ｎｍの基本
波７は、コリメートレンズ３、モードマッチングレンズ
１０を通って、非線形光学材料４の曲面ミラー５から入
射する。この基本波７は、曲面ミラー６、平面ミラー９
及び曲面ミラー５で構成されるリング共振器内で反射し
共振して増幅される。そして、基本波７は、非線形光学
材料４内を所定の方向に通過するとき、その一部が波長
４３０ｎｍの第２高調波８に変換され、曲面ミラー６を
透過して出力される。このようなモノリシック型の共振
器を用いれば、第２高調波への変換を効率よく行なうこ
とができるとともに、第２高調波発生装置の小型化を図
ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
モノリシック型の共振器は、非線形光学材料の端面を例
えば曲率半径数ｍｍの球面状に研磨し、この面に誘電体
等を蒸着してミラーを形成する必要があり、生産性が悪
かった。また、高い精度で研磨する必要があるため、研
磨に失敗して高価な非線形光学材料を無駄にすることも
多かった。このため、製品コストが高いものとなってい
た。

【０００９】したがって、本発明の目的は、生産性よく
、低コストで製造できるようにしたモノリシック型共振
器を有する第２高調波発生装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明は、非線形光学材料を用いたモノリシック型共
振器を有する第２高調波発生装置において、前記モノリ
シック型共振器が、端面を平面にカットされた非線形光
学材料と、この非線形光学材料の少なくとも一つの端面
に接合された透明基材とで構成され、前記透明基材の少
なくとも一つの外周面が曲面ミラーをなしていることを
特徴とする。

【００１１】本発明の好ましい態様においては、前記透
明基材はガラス又はプラスチックからなる。この透明基
材は、適当な形状に形成されたブロックの端面を研磨し
て曲面に形成することもできるが、射出成形、鋳込み成
形、プレス成形等によって曲面を有する形状に容易に成
形することもできる。

【００１２】また、非線形光学材料と透明基材との接合
は、例えば光学用接着剤による接着等によって行なうこ
とができる。この場合、透明基材と接着剤との間の反射
をおさえるため、透明基材と同じ屈折率の接着剤を使用
することが好ましい。また、非線形光学材料と接着剤と
の間の反射を防止するために、非線形光学材料の接合面
に反射防止膜を設けることが好ましい。

【００１３】更に、モノリシック型共振器の構造は、後
述する実施例に示されるように、三角リング型、スタン
ディングウェーブ型など、各種の構造を採用することが
できる。これらの共振器において、透明基材は、少なく
とも曲面ミラーを構成する部分に配置される。

【００１４】本発明の好ましい一つの態様によれば、透
明基材は、非線形光学材料の両端面に接合され、それぞ
れの外周面が入射側及び出射側の曲面ミラーを構成する
。本発明の別の好ましい態様によれば、透明基材は、非
線形光学材料の両端面の曲面ミラー部分と、それらの間
の平面ミラー部分とにそれぞれ接合され、この態様によ
れば、非線形光学材料の使用量を更に少なくすることが
できる。

【００１５】

【作用】本発明では、非線形光学材料の端面に透明基材
を接合して、モノリシック型共振器を構成したので、非
線形光学材料のみによって構成する場合に比べて非線形
光学材料の使用量を少なくし、生産コストを下げること
ができる。

【００１６】また、非線形光学材料の端面は、平面にカ
ットすればよいので、研磨加工等の作業が容易となる。 更に、曲面ミラー等を構成する透明基材は、ガラス、プ
ラスチック等を射出成形、鋳込み成形することによって
製造できるので、生産性を高めることができる。

【００１７】

【実施例】図１には、本発明の第２高調波発生装置の一
実施例が示されている。

【００１８】この第２高調波発生装置１１は、レーザ光
源としてのＬＤ１３、コリメートレンズ１５、モードマ
ッチングレンズ１６、モノリシック型共振器１７が順次
配列されて構成されている。

【００１９】ＬＤ１３は、この実施例では、波長８６０
ｎｍ、単一縦、単一横モードで、非点収差の少ない基本
波３５を出射するものが使用されている。ただし、レー
ザ光源としては、ＹＡＧ、Ｔｉ：Ａｌ２　Ｏ３　などの
固体レーザなどを用いることもできる。

【００２０】コリメートレンズ１５及びモードマッチン
グレンズ１６は、基本波３５を所定のビームにして、モ
ノリシック型共振器１７にモードを合わせて照射するた
めのものである。この実施例では、コリメートレンズ１
５はｆ＝４．２ｍｍ、モードマッチングレンズ１６はｆ
＝１５０ｍｍとされている。

【００２１】モノリシック型共振器１７は、３×３ｍｍ
の大きさのＫＮｂＯ３　結晶からなる非線形光学材料１
９と、その図中左右の端面に光学用接着剤３１、３３を
介してそれぞれ接着された３×２ｍｍの大きさのガラス
ブロック２１、２３とによって構成されている。モノリ
シック型共振器１７の全体の大きさは、縦３ｍｍ、横７
ｍｍ、厚さ３ｍｍである。

【００２２】非線形光学材料１９は、この実施例では直
方体をなし、全面を平面にカットされている。なお、非
線形光学材料１９としては、ＫＮｂＯ３　結晶の他に、
ＫＴｉＯＰＯ４　、ＫＨ２　ＰＯ４　、ＬｉＮｂＯ３　
等の各種の非線形光学結晶、有機非線形光学材料を用い
ることができる。

【００２３】ガラスブロック２１、２３は、非線形光学
材料１９との接合面に対向する外側の面が曲率半径５ｍ
ｍの球面をなし、いずれもプレス加工によって作られて
いる。ただし、ガラスブロック２１、２３の代りに、プ
ラスチック等の他の透明基材を用いることもできる。

【００２４】光学用接着剤３１、３３としては、ガラス
ブロック２１、２３との界面における反射を防止するた
め、ガラスブロック２１、２３と同じ屈折率のものが使
用されている。また、非線形光学材料１９との界面にお
ける反射を防止するため、非線形光学材料１９に図示し
ない反射防止膜が設けられている。

【００２５】ガラスブロック２１の基本波３５が入射す
る面には、８６０ｎｍの基本波３５に対して９２％の反
射率、４３０ｎｍの第２高調波３７に対して９９．５％
の反射率を有する曲面ミラー２５が形成されている。ま
た、ガラスブロック２３の第２高調波３７が出射する面
には、基本波３５に対して９９．８％の反射率、第２高
調波３７に対して１０％の反射率を有する曲面ミラー２
７が形成されている。更に、非線形光学材料１９の図中
下面には、基本波３５及び第２高調波３７に対して全反
射の平面ミラー２９が形成されている。

【００２６】この第２高調波発生装置１１を用い、ＬＤ
１３から波長８６０ｎｍの基本波３５を出射し、コリメ
ートレンズ１５、モードマッチングレンズ１６を通して
モノリシック型共振器１７の曲面ミラー２５に照射する
。基本波３７は、曲面ミラー２５を通してモノリシック
型共振器１７内に入射し、曲面ミラー２５、２７、平面
ミラー２９で構成される三角リング型の共振器で増幅さ
れる。そして、基本波３７が非線形光学材料１９内を所
定の方向に通るとき、波長４３０ｎｍの第２高調波３７
に変換され、この第２高調波３７が出力側の曲面ミラー
２７から出射される。

【００２７】上記のように、非線形光学材料１９とガラ
スブロック２１、２３とによってモノリシック型共振器
１９を構成することによって、非線形光学材料１９の使
用量を少なくして材料コストを低減することができる。 また、ガラスブロック２１、２３に曲面ミラー２５、２
７を設けたため、非線形光学材料１９を曲面研磨する必
要がなくなり、加工コストも低減することができる。

【００２８】図２には、本発明の第２高調波発生装置の
他の実施例が示されている。なお、以下の実施例におい
ては、図１の実施例の装置と実質的に同一の部分には同
符合を付し、その説明を省略する。

【００２９】この実施例では、直方体をなす非線形光学
材料１９と、ガラスブロック４１、４３、４５とによっ
てモノリシック型共振器３９を構成している。すなわち
、非線形光学材料１９の図中左右の端面に、ガラスブロ
ック４１、４３が光学用接着剤３１、３３を介して接合
され、非線形光学材料１９及びガラスブロック４１、４
３の下面に、ガラスブロック４５が配置されている。

【００３０】そして、ガラスブロック４１、４５の図中
左側の端面が球面状に形成され、この面に基本波３５入
射側の曲面ミラー２５が形成されている。また、ガラス
ブロック４３、４５の図中右側の端面も球面状に形成さ
れ、この面に第２高調波３７の出射側の曲面ミラー２７
が形成されている。更に、ガラスブロック４５の下面は
、平面ミラー２９をなしている。

【００３１】この第２高調波発生装置においても、曲面
ミラー２５、２７、平面ミラー２９によって三角リング
型の共振器が構成され、モノリシック型共振器３９に入
射した基本波３５は、これらのミラー２５、２７、２９
によって反射され共振して増幅される。そして、基本波
３５が非線形光学材料１９内を所定方向に通るとき、そ
の一部が第２高調波３７に変換され、出力側の曲面ミラ
ー２７から出射されるようになっている。

【００３２】基本波３５は、非線形光学材料１９内を所
定方向に通るときにのみ第２高調波３７に変換されるた
め、基本波３５が上記方向以外の方向に通る部分は、第
２高調波３７の発生に寄与しないこととなる。この実施
例では、第２高調波３７の発生に寄与しない部分をガラ
スブロックで形成することにより、非線形光学材料１９
を一層小さくしてコスト削減を図ることができる。

【００３３】上記実施例において、ガラスブロック４１
、４３、４５を一体的に成形したものを使用してもよい
。

【００３４】図３及び図４には、本発明の更に他の実施
例が示されている。なお、図３は平面図であり、図４は
側面図である。

【００３５】この実施例は、基本的には、図１に示した
実施例と同様であるが、非線形光学材料１９と、ガラス
ブロック２１、２３との接合面４９、５１の角度をブリ
ュースター（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ）角とし、非線形光学材
料１９の端面に反射防止膜を設けていない点が異なって
いる。

【００３６】非線形光学材料１９としてＫＮｂＯ３　単
結晶を用いた場合において、ＬＤ１３（図示せず）の波
長が８６０ｎｍ付近のときには、ブリュースター角は約
６６．３°となるので、基本波３５の入射方向に対して
２３．７°のテーパーを付けて非線形光学材料１９の両
端面をカットしてある。そして、この非線形光学材料１
９の両端面に、前記実施例と同様に光学用接着剤を介し
て、同じく端面をテーパ状に成形されたガラスブロック
２１、２３を接合したものである。

【００３７】このように、非線形光学材料１９の両端面
をブリュースター角とすることにより、入射光のうちｐ
偏光に対する透過が１００％となるので、非線形光学材
料１９の表面に反射防止膜を設ける必要がなくなる。非
線形光学材料１９の材料となるＫＮｂＯ３　結晶等は、
高熱に弱いため、反射防止膜を設けなくてすむというこ
とは、その品質を良好に維持できるという利点をもたら
す。

【００３８】図５には、本発明の更に他の実施例が示さ
れている。

【００３９】この実施例は、本発明をスタンディングウ
ェーブ型の共振器に適用したものである。図に示すよう
に、このスタンディングウェーブ型共振器５３は、直方
体状をなす非線形光学材料１９の両端面に、光学用接着
剤３１、３３を介して、ガラスブロック５５、５７を接
合して構成されている。ガラスブロック５５、５７の外
側の端面は、基本波３５の入射側の曲面ミラー２５と、
第２高調波３７の出射側の曲面ミラー２７をなしている
。

【００４０】図示しないＬＤ１３から出射される基本波
３５は、入射側の曲面ミラー２５を通してスタンディン
グウェーブ型共振器５３内に入射し、曲面ミラー２５、
２７の間で、点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを結ぶ８の字状の光路を
通って反射され増幅される。そして、基本波３５が非線
形光学材料１９内を所定の方向に通るとき、その一部が
第２高調波３７に変換され、出力側の曲面ミラー２７か
ら出射される。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モノリシック型共振器を構成する非線形光学材料の使用
量を少なくして生産コストを低減させることができる。 また、非線形光学材料を曲面状に研磨加工する必要がな
くなるので、作業性及び生産性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第２高調波発生装置の一実施例を示す
側面図

【図２】本発明の第２高調波発生装置の他の実施例を示
す側面図

【図３】本発明の第２高調波発生装置の更に他の実施例
を示す平面図

【図４】同第２高調波発生装置の側面図

【図５】本発明
の第２高調波発生装置の更に他の実施例を示す平面図

【図６】従来の第２高調波発生装置を示す側面図

【符号の説明】

１１　　第２高調波発生装置 １３　　半導体レーザ（ＬＤ） １５　　コリメートレンズ １６　　モードマッチングレンズ １７　　モノリシック型共振器 １９　　非線形光学材料 ２１　　ガラスブロック ２３　　ガラスブロック ２５　　曲面ミラー ２７　　曲面ミラー ２９　　平面ミラー ３５　　基本波 ３７　　第２高調波 ３９　　モノリシック型共振器 ４５　　ガラスブロック ４７　　モノリシック型共振器 ５３　　モノリシック型共振器 ５５　　ガラスブロック ５７　　ガラスブロック

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非線形光学材料を用いたモノリシック型共
   振器を有する第２高調波発生装置において、前記モノリ
   シック型共振器が、端面を平面にカットされた非線形光
   学材料と、この非線形光学材料の少なくとも一つの端面
   に接合された透明基材とで構成され、前記透明基材の少
   なくとも一つの外周面が曲面ミラーをなしていることを
   特徴とする第２高調波発生装置。
2. 【請求項２】前記透明基材が、ガラス又はプラスチック
   である請求項１の第２高調波発生装置。