JPH04320221A - 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、複数の反射面で構成さ
れる共振器内に、非線形光学材料が配置された高調波発
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のものへと
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。

【０００６】ＬＤ２は、例えば波長８６０ｎｍの基本波
７を出射する。非線形光学材料４の図中左右の２面は、
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】図６の第２高調波発生
装置１において、例えば、入射側の曲面ミラー５が点Ｂ
を中心とし、出力側の曲面ミラー６が点Ａを中心とする
曲率半径４．５ｍｍの球面をなし、点Ａ、Ｂから０．３
ｍｍの位置に平面ミラー９が形成されており、曲面ミラ
ー５、６間の距離を５．５ｍｍとすると、基本波７を、
中心軸ＡＢから１ｍｍの距離の点に入射し、屈折後に軸
ＡＢと平行になるような角度に入射した場合にのみ共振
させることができる。

【０００９】そして、この入射スポットや入射角度がわ
ずかにずれても、リング型に反射する度に光路が徐々に
ずれることになるため、共振させることが困難となる。 このように、従来の第２高調波発生装置では、基本波７
の入射スポットや入射角度が極めて厳密に要求され、構
成部品のアライメントに手間がかかり、製造が困難であ
るという問題点があった。

【００１０】したがって、本発明の目的は、基本波の入
射スポットを広くとれるようにして構成部品の組付け精
度に対する許容度を高めることができるようにした高調
波発生装置を提供することにある。

【００１１】

【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、複数の反射面で構成される共振器内に、非
線形光学材料が配置された高調波発生装置において、前
記反射面の少なくとも一つが回転放物面をなすことを特
徴とする。

【００１２】以下、本発明について具体例を挙げて更に
詳細に説明する。

【００１３】本発明において、基本波を発生する光源と
しては、ＬＤが好ましく用いられるが、ＹＡＧなどの固
体レーザ等を用いてもよい。また、基本波は、常法に従
ってコリメートレンズ、モードマッチングレンズなどを
通して共振器に照射することが好ましい。その他、目的
に応じて各種の光学材料を組合せてもよい。

【００１４】基本波を増幅させるための共振器は、非線
形光学材料の外側に別体からなるミラーを配置した外部
共振器であってもよいが、好ましくは、非線形光学材料
を含むブロックの端面をミラーにして内部で反射させる
モノリシック型共振器が採用される。

【００１５】外部共振器の場合は、少なくとも一つのミ
ラーを回転放物面をなすものとすればよい。モノリシッ
ク型共振器の場合は、非線形光学材料を含むブロックの
少なくとも一つの端面を回転放物面とし、その面に反射
膜を設けて曲面ミラーを形成すればよい。ここで、非線
形光学材料を含むブロックとは、全体が非線形光学材料
からなるブロックの他、非線形光学材料の端面にガラス
、プラスチックなどの透明基材を接合したブロックなど
を意味する。

【００１６】モノリシック型共振器とする場合の好まし
い態様の一つとしては、非線形光学材料を含むブロック
の両端面が、反射膜を有する焦点及び回転軸の一致した
回転放物面をなし、かつ、前記回転軸に沿った平面ミラ
ーが形成されており、これらの回転放物面及び平面ミラ
ーによってリング型の共振器が構成されているものが挙
げられる。

【００１７】モノリシック型共振器とする場合の別の好
ましい態様としては、非線形光学材料を含むブロックの
両端面が、反射膜を有する焦点及び回転軸の一致した回
転放物面をなし、これらの回転放物面によってスタンデ
ィングウェーブ型の共振器が構成されているものが挙げ
られる。

【００１８】また、本発明の高調波発生装置は、第２高
調波以外の高調波を用いる場合にも応用できるものであ
る。

【００１９】

【作用】回転放物面をなす反射面は、回転軸に平行に入
射する光を回転軸上の一点（焦点）に集め、かつ、焦点
を通って入射する光を回転軸と平行に反射する作用を有
している。したがって、上記焦点を通る斜めの光路と、
回転軸と平行な光路とによって共振経路を構成しておけ
ば、基本波を入射面で屈折した後に回転放物面の回転軸
と平行になるような角度で入射すれば、基本波の入射位
置を入射面の任意の箇所に設定しても、基本波を共振さ
せることが可能となる。このため、入射光のアライメン
トを容易にすることができる。

【００２０】

【実施例】図１、２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。

【００２１】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。ＬＤ１３は、波長８６０ｎ
ｍの基本波２７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は、この基本波２７を所定のビ
ームにしてモノリシック型共振器１７に照射する。

【００２２】モノリシック型共振器１７は、非線形光学
結晶１９の両端面を、点Ａを通る結晶のａ軸を回転軸と
し、点Ａを焦点とする回転放物面に形成してある。そし
て、基本波２７の入射側の面は、基本波２７を９３％反
射する反射膜を蒸着によって形成し、曲面ミラー２１と
している。また、第２高調波２９の出力側の面は、基本
波２７を９９．９％反射し、第２高調波２９を９０％透
過する反射膜を同じく蒸着によって形成し、曲面ミラー
２３としている。更に、非線形光学結晶１９をａ軸に沿
って平面にカットし、この面を基本波２７、第２高調波
２９ともに全反射する平面ミラー２５としてある。

【００２３】非線形光学材料１９としては、この実施例
ではＫＮｂＯ３　結晶を用いたが、その他にＫＴｉＯＰ
Ｏ４　、ＫＨ２　ＰＯ４　、ＬｉＮｂＯ３　等の各種の
非線形光学結晶、有機非線形光学材料等を用いることが
できる。

【００２４】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２７を出射させ、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２１の点Ｂに
照射する。基本波２７は、曲面ミラー２１を通し屈折し
てモノリシック型共振器１７内に入射するが、モノリシ
ック型共振器１７内で入射光がａ軸と平行になるように
、基本波２７の入射角を設定する。

【００２５】こうして基本波２７を曲面ミラー２１の点
Ｂから入射すると、基本波２７は、対向する曲面ミラー
２３の点Ｃに当たって反射し、ａ軸上の点Ａに向かい、
平面ミラー２５で反射されて曲面ミラー２１の点Ｄに当
たる。この光は、点Ａを通ってきた光であるため、再び
ａ軸と平行に反射され、対向する曲面ミラー２３の点Ｅ
に当たる。更に、曲面ミラー２３で反射され、ａ軸上の
点Ａに向かい、平面ミラー２５で反射されて、曲面ミラ
ー２１の点Ｂに戻る。こうして元の光と重なり合うため
、進行波型の共振がなされ、基本波２７が増幅される。

【００２６】この場合、基本波２７のビームは、点Ｂ−
Ｃ、点Ｄ−Ｅの中間付近でウェストを持つので、例えば
ａ軸方向で位相整合するように非線形光学結晶１９の結
晶方位を合わせておけば、基本波２７が点Ｂ−Ｃ、点Ｄ
−Ｅ間を通るときにその一部が波長４３０ｎｍの第２高
調波２９に変換され、この第２高調波２９が出力側の曲
面ミラー２３から出射される。

【００２７】このように、曲面ミラー２１、２３が焦点
及び回転軸が共通の回転放物面をなし、平面ミラー２５
が回転軸に沿った面をなすので、基本波２７を入射する
点Ｂの位置を曲面ミラー２１のどの位置にとっても、上
記のような光路による共振が可能となり、基本波２７の
入射スポットを広くとれ、基本波２７の入射方向を設定
するアライメントが容易になる。なお、基本波２７を、
平面ミラー２５に対して垂直な平面に沿った点に入射す
れば、点ＢとＤ、点ＣとＥとが重なることになるので、
３回の反射で元に戻る形の共振器となる。

【００２８】図３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及び図２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】この実施例は、基本的には図１、２に示し
た実施例の装置と同じ構造をなすものであるが、直方体
をなす非線形光学結晶１９と、ガラスブロック３３とで
モノリシック型共振器３１を構成している点が異なって
いる。すなわち、ガラスブロック３３は、その両端面が
回転軸及び焦点を共通とする回転放物面をなし、これら
の面が前記実施例と同様な曲面ミラー２１、２３をなし
ている。また、回転軸に沿った平面を有し、この面が基
本波２７及び第２高調波２９に対して全反射の平面ミラ
ー２５をなしている。

【００３０】ガラスブロック３３の平面ミラー２５と対
向する面の中央部には、切欠きが形成されており、この
切欠きに直方体状の非線形光学結晶１９が嵌込まれ、光
学用接着剤３５、３７を介して接合されている。光学用
接着剤３５、３７は、ガラスブロック３３と同じ屈折率
のものとされ、ガラスブロック３３と接着剤層との間で
反射防止がなされている。また、非線形光学結晶１９の
接合面には、接着剤層との間の反射を防止するため、反
射防止膜が形成されている。

【００３１】この実施例の装置は、曲面ミラー２１から
入射した基本波２７が、前記実施例と同様な光路Ｂ→Ｃ
→Ａ→Ｄ→Ｅ→Ａ→Ｂをとって共振し、増幅がなされる
ようになっている。そして、例えば点Ｂ−Ｃ方向で位相
整合するように非線形光学結晶１９の結晶方位を合わせ
ておけば、基本波２７の一部がその光路を通るときに第
２高調波２９に変換され、出力側の曲面ミラー２３から
出射される。この実施例では、非線形光学結晶１９の端
面を平面にカットすればよく、曲面研磨が必要なくなる
とともに、非線形光学結晶１９の使用量を少なくできる
ので、製造コストを低減することができる。

【００３２】図４には、本発明の第２高調波発生装置の
更に他の実施例が示されている。

【００３３】この実施例は、モノリシック型共振器とし
てスタンディングウェーブ型の共振器３９を採用したも
のである。すなわち、非線形光学結晶１９の両端面をａ
軸を共通の回転軸とし、ａ軸上のＡ点を共通の焦点とす
る回転放物面に形成し、基本波２７の入射側の面に、基
本波２７に対して一部透過、第２高調波２９に対して反
射の反射膜を形成して曲面ミラー２１とし、第２高調波
２９の出力側の面に、基本波２７に対して反射、第２高
調波２９に対して透過の反射膜を形成して曲面ミラー２
３とする。

【００３４】この実施例の装置では、基本波２７を入射
側の曲面ミラー２１の点Ｂから入射した後にａ軸と平行
になるように入射させると、入射光は、点Ｃ→Ａ→Ｄ→
Ｅ→Ａ→Ｂの光路を通って共振する。この場合、点Ａを
通るときに反射されずにそのまま直進する点が、図１、
２の実施例と異なっている。そして、例えばａ軸方向で
位相整合するように非線形光学結晶１９の結晶方位を合
わせておけば、基本波２７が点Ｂ−Ｃ、点Ｄ−Ｅ間を通
るときにその一部が波長４３０ｎｍの第２高調波２９に
変換され、この第２高調波２９が出力側の曲面ミラー２
３から出射される。

【００３５】図５には、本発明の第２高調波発生装置の
更に他の実施例が示されている。

【００３６】この実施例は、図４に示したスタンディン
グウェーブ型の共振器３９を点Ａの箇所で回転軸ａに対
して垂直に切断し、この切断面を基本波２７に対して一
部透過、第２高調波２９に対して反射の平面ミラー４３
とし、これと対向する回転放物面をなす面を基本波２７
に対して反射、第２高調波２９に対して透過の曲面ミラ
ー２３としたものである。

【００３７】この実施例の装置では、基本波２７を平面
ミラー４３の任意の点Ｆにａ軸と平行になるように入射
すると、入射光は、点Ｇ→Ａ→Ｉ→Ｈ→Ｉ→Ａ→Ｇ→Ｆ
→Ｇの光路を通って、いわゆる往復振動型の共振をする
。そして、例えばａ軸方向で位相整合するように非線形
光学結晶１９の結晶方位を合わせておけば、基本波２７
が点Ｆ−Ｇ、点Ｉ−Ｈ間を通るときにその一部が波長４
３０ｎｍの第２高調波２９に変換され、この第２高調波
２９が曲面ミラー２３及び平面ミラー４３から出射され
る。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
共振器を構成する複数の反射面の少なくとも一つを回転
放物面としたことにより、基本波の入射位置を広くとる
ことが可能となり、基本波の入射位置を設定するアライ
メントが容易になる。したがって、装置の組立てが容易
となり、歩留まりも向上する。

【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】同第２高調波発生装置の平面図

【図３】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４】本発明の第２高調波発生装置の更に他の実施例
を示す側面図

【図５】本発明の第２高調波発生装置の更に他の実施例
を示す側面図

【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　　非線形光学結晶 ２１　　曲面ミラー ２３　　曲面ミラー ２５　　平面ミラー ２７　　基本波 ２９　　第２高調波 ３１　　モノリシック型共振器 ３９　　モノリシック型共振器 ４１　　モノリシック型共振器 ４３　　平面ミラー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の反射面で構成される共振器内に、非
   線形光学材料が配置された高調波発生装置において、前
   記反射面の少なくとも一つが回転放物面をなすことを特
   徴とする高調波発生装置。
2. 【請求項２】前記共振器がモノリシック型共振器であっ
   て、非線形光学材料を含むブロックの少なくとも一つの
   端面が反射膜を有する回転放物面をなしている請求項１
   の高調波発生装置。
3. 【請求項３】非線形光学材料を含むブロックの両端面が
   、反射膜を有する焦点及び回転軸の一致した回転放物面
   をなし、かつ、前記回転軸に沿った平面ミラーが形成さ
   れており、これらの回転放物面及び平面ミラーによって
   リング型の共振器が構成されている請求項２の高調波発
   生装置。
4. 【請求項４】非線形光学材料を含むブロックの両端面が
   、反射膜を有する焦点及び回転軸の一致した回転放物面
   をなし、これらの回転放物面によってスタンディングウ
   ェーブ型の共振器が構成されている請求項２の高調波発
   生装置。