JPH04337714A - バルク型共振器構造の光波長変換装置 - Google Patents
バルク型共振器構造の光波長変換装置Info
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- JPH04337714A JPH04337714A JP3110118A JP11011891A JPH04337714A JP H04337714 A JPH04337714 A JP H04337714A JP 3110118 A JP3110118 A JP 3110118A JP 11011891 A JP11011891 A JP 11011891A JP H04337714 A JPH04337714 A JP H04337714A
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/14—External cavity lasers
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非線型光学効果を用い
た光波長変換装置に関し、詳しくは、非線型光学結晶よ
りなるリング型共振器およびＶ字型共振器を用いて半導
体レーザからのレーザ光の基本波を安定に波長変換する
光波長変換装置に関するものである。
た光波長変換装置に関し、詳しくは、非線型光学結晶よ
りなるリング型共振器およびＶ字型共振器を用いて半導
体レーザからのレーザ光の基本波を安定に波長変換する
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、非線形光学効果を利用して、
非線形媒質（または非線型光学結晶）に光を入射させて
、高調波を発生させる技術が既知である。例えば、第２
高調波発生（またはＳＨＧ（ｓｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏ
ｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ））を行う適切な中心対
称性を欠く２次の非線形媒質を用いれば、波長ωのレー
ザ光を入射するだけで、容易に２ωの光が得られるため
、短波長への光波長変換素子として頻繁に用いられてい
る。また効率のよいＳＨＧの条件は、位相整合が満たさ
れるときであり、非線形媒質が複屈折性を有していて、
第２高調波の屈折率が基本波の屈折率と一致するような
結晶方位と偏光配置が存在するときに満たされる。位相
整合可能な２次の非線形材料（ＳＨＧ素子）としては、
ＫＨ２ ＰＯ４（ＫＤＰ），ＬｉＮｂＯ３，ＫＮｂＯ３
，ＫＴＰ，Ａｇ３ ＡｓＳ３，ＣＯ（ ＮＨ２）２（
ＵＲＥＡ）などがある。
非線形媒質（または非線型光学結晶）に光を入射させて
、高調波を発生させる技術が既知である。例えば、第２
高調波発生（またはＳＨＧ（ｓｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏ
ｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ））を行う適切な中心対
称性を欠く２次の非線形媒質を用いれば、波長ωのレー
ザ光を入射するだけで、容易に２ωの光が得られるため
、短波長への光波長変換素子として頻繁に用いられてい
る。また効率のよいＳＨＧの条件は、位相整合が満たさ
れるときであり、非線形媒質が複屈折性を有していて、
第２高調波の屈折率が基本波の屈折率と一致するような
結晶方位と偏光配置が存在するときに満たされる。位相
整合可能な２次の非線形材料（ＳＨＧ素子）としては、
ＫＨ２ ＰＯ４（ＫＤＰ），ＬｉＮｂＯ３，ＫＮｂＯ３
，ＫＴＰ，Ａｇ３ ＡｓＳ３，ＣＯ（ ＮＨ２）２（
ＵＲＥＡ）などがある。
【０００３】上記ＳＨＧ素子を複数のミラー配置で構成
したリング型共振器内に配置して、第２高調波を安定に
発生させる光波長変換装置が従来より知られており、各
種の型のものが提案されている。例えば米国特許４，８
８４，２７６号公報等がある。ここで、半導体レーザに
おいては、ガスレーザと比べて波長（もしくは光の周波
数）の安定性が悪く、そのため半導体レーザからのレー
ザ光の波長（光の周波数）を安定して発振することが重
要となってきている。その中の一つにリング型共振器か
らの戻り光を利用して半導体レーザからのレーザ光の波
長（光の周波数）を安定して発振する方法がある。
したリング型共振器内に配置して、第２高調波を安定に
発生させる光波長変換装置が従来より知られており、各
種の型のものが提案されている。例えば米国特許４，８
８４，２７６号公報等がある。ここで、半導体レーザに
おいては、ガスレーザと比べて波長（もしくは光の周波
数）の安定性が悪く、そのため半導体レーザからのレー
ザ光の波長（光の周波数）を安定して発振することが重
要となってきている。その中の一つにリング型共振器か
らの戻り光を利用して半導体レーザからのレーザ光の波
長（光の周波数）を安定して発振する方法がある。
【０００４】また、Ａｒイオンレーザ等の高出力のガス
レーザはあるものの、大型であり、電流の変換効率が悪
く、電源が大きく、水冷の必要があり、コンパクトなレ
ーザ光源が望まれている。
レーザはあるものの、大型であり、電流の変換効率が悪
く、電源が大きく、水冷の必要があり、コンパクトなレ
ーザ光源が望まれている。
【０００５】例えば、姉尾等により提出された文献「レ
ーザ・原子発振器と極限光量子光学」シンポジウム予槁
集 、１９９０、第３８頁には、図８に示すような、
ダイオードレーザ１０１と、レンズ１０３と、ＰＺＴ素
子１０７により微小位置変化自在のミラー１０５と、所
定の配置で設けられ、リング型共振器を構成する例えば
３個の部分透過ミラー１０９と全反射ミラー１１１，１
１３と、ミラーが構成するリング型共振器の一光路上に
配設されるＳＨＧ（結晶）素子１１５と、ミラーが構成
するリング型共振器から射出される第２高調波を透過し
て出力光とし、リング型共振器からの半導体レーザのも
れ光を反射して電気的フィードバック用とするダイクロ
イックミラー１１７と、ダイクロイックミラー１１７で
反射されたレーザ光のもれ光（基本波）を検出する光検
出器１１９と、光検出器１１９で検出した光信号を信号
処理し、信号処理されて得られた信号に基づいてＰＺＴ
素子１０７を駆動して、ミラー１０５を微小位置変化さ
せ、光路長を変化させる信号処理回路１２１とから構成
される光波長変換装置が示されている。
ーザ・原子発振器と極限光量子光学」シンポジウム予槁
集 、１９９０、第３８頁には、図８に示すような、
ダイオードレーザ１０１と、レンズ１０３と、ＰＺＴ素
子１０７により微小位置変化自在のミラー１０５と、所
定の配置で設けられ、リング型共振器を構成する例えば
３個の部分透過ミラー１０９と全反射ミラー１１１，１
１３と、ミラーが構成するリング型共振器の一光路上に
配設されるＳＨＧ（結晶）素子１１５と、ミラーが構成
するリング型共振器から射出される第２高調波を透過し
て出力光とし、リング型共振器からの半導体レーザのも
れ光を反射して電気的フィードバック用とするダイクロ
イックミラー１１７と、ダイクロイックミラー１１７で
反射されたレーザ光のもれ光（基本波）を検出する光検
出器１１９と、光検出器１１９で検出した光信号を信号
処理し、信号処理されて得られた信号に基づいてＰＺＴ
素子１０７を駆動して、ミラー１０５を微小位置変化さ
せ、光路長を変化させる信号処理回路１２１とから構成
される光波長変換装置が示されている。
【０００６】上記光波長変換装置において、ダイオード
レーザ１０１に共振モードで進行するレーザ光の一部が
ミラー１０９，１１１，１１３とから構成されるリング
型共振器のＳＨＧ素子１１５の端面で反射されて、ダイ
オードレーザ１０１に戻される。これは一般に戻り光と
称されているが、この戻り光がリング型共振器の共振時
にダイオードレーザ１０１に戻った場合に、「モード引
き込み」と称されるダイオードレーザ１０１の発振波長
が戻り光の共振波長に自動的に引き込まれ、周波数揺ら
ぎが抑圧されるという現象が生じる。このため、ダイオ
ードレーザ１０１からリング型共振器の共振波長とほぼ
同一である波長のレーザ光が出射されるため、リング型
共振器から安定したレーザ光の第２高調波が得られる。
レーザ１０１に共振モードで進行するレーザ光の一部が
ミラー１０９，１１１，１１３とから構成されるリング
型共振器のＳＨＧ素子１１５の端面で反射されて、ダイ
オードレーザ１０１に戻される。これは一般に戻り光と
称されているが、この戻り光がリング型共振器の共振時
にダイオードレーザ１０１に戻った場合に、「モード引
き込み」と称されるダイオードレーザ１０１の発振波長
が戻り光の共振波長に自動的に引き込まれ、周波数揺ら
ぎが抑圧されるという現象が生じる。このため、ダイオ
ードレーザ１０１からリング型共振器の共振波長とほぼ
同一である波長のレーザ光が出射されるため、リング型
共振器から安定したレーザ光の第２高調波が得られる。
【０００７】しかし、上記構成のＳＨＧ素子を用いたリ
ング型共振器では、戻り光を発生する端面が２個あり、
２箇所で反射が起こるため、そこで戻り光に消費される
共振レーザ光のロスが発生し、これがレーザ光の第２高
調波への効率を低下させる。また、空気中のゴミ等がミ
ラーに付着し内部パワーが減少し、出力が低下しやすい
という問題点がある。また米国応用物理学会の会報Ｖｏ
ｌ．５６，Ｎｏ．２３，４，Ｊｕｎｅ １９９０の第
２２９１頁〜第２２９２頁にあるように、モノリシック
なリング型共振器が知られている。しかしながら、これ
は安定した第２高調波を得るために、半導体レーザ光を
外部からの電気信号によって周波数安定化を図らなけれ
ばならず、かつ光アイソレータが必要であり、高コスト
であった。また外部からの周波数安定化のみでは十分に
安定化できず、得られた第２高調波も出力が不安定であ
った。また、上記構成のハーフミラーを用いたリング型
共振器の大きさは、約数センチメートル角程度であるた
め、小型化が困難であり、また調整にも手間がかかり、
振動に影響され易いという欠点がある。
ング型共振器では、戻り光を発生する端面が２個あり、
２箇所で反射が起こるため、そこで戻り光に消費される
共振レーザ光のロスが発生し、これがレーザ光の第２高
調波への効率を低下させる。また、空気中のゴミ等がミ
ラーに付着し内部パワーが減少し、出力が低下しやすい
という問題点がある。また米国応用物理学会の会報Ｖｏ
ｌ．５６，Ｎｏ．２３，４，Ｊｕｎｅ １９９０の第
２２９１頁〜第２２９２頁にあるように、モノリシック
なリング型共振器が知られている。しかしながら、これ
は安定した第２高調波を得るために、半導体レーザ光を
外部からの電気信号によって周波数安定化を図らなけれ
ばならず、かつ光アイソレータが必要であり、高コスト
であった。また外部からの周波数安定化のみでは十分に
安定化できず、得られた第２高調波も出力が不安定であ
った。また、上記構成のハーフミラーを用いたリング型
共振器の大きさは、約数センチメートル角程度であるた
め、小型化が困難であり、また調整にも手間がかかり、
振動に影響され易いという欠点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的は
、上記問題点を解消し、リング型共振器を小型でコンパ
クトなものとし、振動などの影響にも強く、調整フリー
であるリング型共振器を備える光波長変換装置を提供す
ることにある。その結果、光をもどす光路長が変化しな
いような系に上記光学系を構成することによって全くフ
ィードバックの回路系を必要としなくなることを十分に
可能である。
、上記問題点を解消し、リング型共振器を小型でコンパ
クトなものとし、振動などの影響にも強く、調整フリー
であるリング型共振器を備える光波長変換装置を提供す
ることにある。その結果、光をもどす光路長が変化しな
いような系に上記光学系を構成することによって全くフ
ィードバックの回路系を必要としなくなることを十分に
可能である。
【０００９】本発明の第２の目的は、戻り光の発生する
箇所を少なくし、共振器内部の光出力の損失を少なくし
、高効率で第２高調波が得られる光波長変換装置を提供
することにある。
箇所を少なくし、共振器内部の光出力の損失を少なくし
、高効率で第２高調波が得られる光波長変換装置を提供
することにある。
【００１０】本発明の第３の目的は、共振器内部で共振
させることで、第２高調波の位相の重ね合わせを行い、
レーザ光の第２高調波をさらに効率よく発生させ、高出
力化を可能にする光波長変換装置を提供することにある
。
させることで、第２高調波の位相の重ね合わせを行い、
レーザ光の第２高調波をさらに効率よく発生させ、高出
力化を可能にする光波長変換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】上記課題を解決するため
、本発明の第１の態様によれば、半導体レーザからのレ
ーザ光をリング型共振器内にて共振させ光波長変換する
光波長変換装置において、前記リング型共振器が、前記
リング型共振器内で共振したレーザ光の一部を再び半導
体レーザに戻す手段を有し、非線型光学結晶からなるバ
ルク型共振器構造であることを特徴とする光波長変換装
置を提供する。
、本発明の第１の態様によれば、半導体レーザからのレ
ーザ光をリング型共振器内にて共振させ光波長変換する
光波長変換装置において、前記リング型共振器が、前記
リング型共振器内で共振したレーザ光の一部を再び半導
体レーザに戻す手段を有し、非線型光学結晶からなるバ
ルク型共振器構造であることを特徴とする光波長変換装
置を提供する。
【００１２】本発明の第２の態様によれば、半導体レー
ザからのレーザ光をリング型共振器内にて共振させ光波
長変換する光波長変換装置において、前記リング型共振
器が、非線型光学結晶と他の光学材料とを接合し、その
接合面で反射した戻り光が半導体レーザに戻るようにし
たバルク型共振器構造であることを特徴とする光波長変
換装置を提供する。
ザからのレーザ光をリング型共振器内にて共振させ光波
長変換する光波長変換装置において、前記リング型共振
器が、非線型光学結晶と他の光学材料とを接合し、その
接合面で反射した戻り光が半導体レーザに戻るようにし
たバルク型共振器構造であることを特徴とする光波長変
換装置を提供する。
【００１３】本発明の第３の態様によれば、半導体レー
ザからのレーザ光を非線型光学結晶からなるＶ字型共振
器内にて共振させ光波長変換する光波長変換装置におい
て、前記Ｖ字型共振器が、非線型光学結晶をモノリシッ
クな半球状とし、この半球状の所定の球面で反射した戻
り光が半導体レーザに戻るようにしたことを特徴とする
光波長変換装置を提供する。
ザからのレーザ光を非線型光学結晶からなるＶ字型共振
器内にて共振させ光波長変換する光波長変換装置におい
て、前記Ｖ字型共振器が、非線型光学結晶をモノリシッ
クな半球状とし、この半球状の所定の球面で反射した戻
り光が半導体レーザに戻るようにしたことを特徴とする
光波長変換装置を提供する。
【００１４】本発明の第４の態様によれば、半導体レー
ザからのレーザ光をリング型共振器内にて共振させ光波
長変換する光波長変換装置において、前記リング型共振
器が非線型光学結晶からなるバルク型共振器構造であっ
て、そのいずれかのレーザ光の内部反射面に相当する外
面に回折格子を配設して、半導体レーザへの戻り光を発
生させることを特徴とする光波長変換装置を提供する。 ここで、前記回折格子は、前記内部反射面に相当する外
面に対して接離可能であり、その離間距離が可変である
のが好ましい。
ザからのレーザ光をリング型共振器内にて共振させ光波
長変換する光波長変換装置において、前記リング型共振
器が非線型光学結晶からなるバルク型共振器構造であっ
て、そのいずれかのレーザ光の内部反射面に相当する外
面に回折格子を配設して、半導体レーザへの戻り光を発
生させることを特徴とする光波長変換装置を提供する。 ここで、前記回折格子は、前記内部反射面に相当する外
面に対して接離可能であり、その離間距離が可変である
のが好ましい。
【００１５】本発明の好適な態様によれば、前記半導体
レーザが縦モードおよび横モードがマルチモードであり
、前記戻り光によって縦モード、横モードとも単一モー
ド化するのがよい。
レーザが縦モードおよび横モードがマルチモードであり
、前記戻り光によって縦モード、横モードとも単一モー
ド化するのがよい。
【００１６】
【作用】本発明はＡｒイオンレーザ等のガスレーザでは
得られていた短波長でかつ高出力のレーザ光を、小型の
半導体レーザで得ようとするものである。
得られていた短波長でかつ高出力のレーザ光を、小型の
半導体レーザで得ようとするものである。
【００１７】本発明の第１の態様によれば、リング型共
振器は、光学材料がバルク型共振器構造を有しており、
かつ共振時のレーザ光の一部を半導体レーザに戻すこと
が可能であるため、リング型共振器からの戻り光を利用
して半導体レーザの周波数揺らぎを抑制し、また発振ス
ペクトルを狭窄化することができ、かつバルク型共振器
構造のため振動にも強く、小型にすることができる。な
お、本発明において「バルク型」とは、モノリシック構
造、一体型構造を含む意味として使用する。
振器は、光学材料がバルク型共振器構造を有しており、
かつ共振時のレーザ光の一部を半導体レーザに戻すこと
が可能であるため、リング型共振器からの戻り光を利用
して半導体レーザの周波数揺らぎを抑制し、また発振ス
ペクトルを狭窄化することができ、かつバルク型共振器
構造のため振動にも強く、小型にすることができる。な
お、本発明において「バルク型」とは、モノリシック構
造、一体型構造を含む意味として使用する。
【００１８】本発明の第２の態様によれば、バルク型共
振器構造のリング型共振器内部に戻り光を発生する接合
面を有し、このため戻り光はその接合面でのみ発生し、
戻り光を発生するためにレーザ光の共振エネルギーの損
失を少なくすることができる。
振器構造のリング型共振器内部に戻り光を発生する接合
面を有し、このため戻り光はその接合面でのみ発生し、
戻り光を発生するためにレーザ光の共振エネルギーの損
失を少なくすることができる。
【００１９】本発明の第３の態様によれば、ｖ字型共振
器を半球状のモノリシック構造とすることにより、モノ
リシック構造内部に接合面を形成するため２個の部分を
接合する必要がなくなる。
器を半球状のモノリシック構造とすることにより、モノ
リシック構造内部に接合面を形成するため２個の部分を
接合する必要がなくなる。
【００２０】また本発明の第４の態様によれば、リング
型共振器はモノリシック構造とし、内部反射面の外側に
回折格子を配設することにより、戻り光を発生させるの
で、回折格子の効率を適宜調節することにより、所要の
量の戻り光を得ることができ、１箇所の内部反射面で戻
り光が発生されるため、共振器損失も従来に比べて少な
くなり、高効率の第２高調波変換が得られる。
型共振器はモノリシック構造とし、内部反射面の外側に
回折格子を配設することにより、戻り光を発生させるの
で、回折格子の効率を適宜調節することにより、所要の
量の戻り光を得ることができ、１箇所の内部反射面で戻
り光が発生されるため、共振器損失も従来に比べて少な
くなり、高効率の第２高調波変換が得られる。
【００２１】本発明の好適な態様によれば、半導体レー
ザは、縦モード、および横モードともマルチモードであ
っても高出力であるのがよい。マルチモードレーザを用
いると上記共振器が外部共振器となり、外部共振器の周
波数にマルチモードレーザが注入同期され、高出力の縦
・横シングルモードレーザになるため、シングルモード
のまま出力を増加することができ、高出力の第２高調波
を得ることができる。
ザは、縦モード、および横モードともマルチモードであ
っても高出力であるのがよい。マルチモードレーザを用
いると上記共振器が外部共振器となり、外部共振器の周
波数にマルチモードレーザが注入同期され、高出力の縦
・横シングルモードレーザになるため、シングルモード
のまま出力を増加することができ、高出力の第２高調波
を得ることができる。
【００２２】
【実施例】本発明に係る光波長変換装置の一実施例を図
面を参照して詳細に説明する。
面を参照して詳細に説明する。
【００２３】本発明に係る装置構成は、従来技術で説明
した装置構成とほぼ同一であり、異なる点は、リング型
共振器１９が主にバルク型となっている点にある。
した装置構成とほぼ同一であり、異なる点は、リング型
共振器１９が主にバルク型となっている点にある。
【００２４】本発明の光波長変換装置は、図１に示すよ
うに、レーザ光Ａを射出するダイオードレーザ１１と、
レンズ１３と、本発明の主要な部品であるＳＨＧ素子を
用いてバルク構造で形成されたリング型共振器１９と、
これを微小変動自在とするためのＰＺＴ素子１７と、リ
ング型共振器１９から射出される第２高調波を透過して
出力光Ａ’とし、レーザ光の基本波であり、リング型共
振器からのもれ光である半導体レーザ光を反射してフィ
ードバック用とするダイクロイックミラー２１と、ダイ
クロイックミラー２１で反射されたレーザ光の基本波の
もれ光を検出する光検出器２３と、光検出器２３で検出
した光信号を信号処理し、信号処理されて得られた信号
に基づいてＰＺＴ素子１７を駆動して、リング型共振器
１９を微小変動させ、光路長を変化させる信号処理回路
２５とから構成される。ただし、図示しないが、上記光
学系は、熱膨張のほとんどない材質、例えばスーパーイ
ンバー等の基台上で組み立てるのが好ましい。それによ
って、温度変化のあまりない環境下では前記の信号処理
回路が全く必要でなくなる場合もある。
うに、レーザ光Ａを射出するダイオードレーザ１１と、
レンズ１３と、本発明の主要な部品であるＳＨＧ素子を
用いてバルク構造で形成されたリング型共振器１９と、
これを微小変動自在とするためのＰＺＴ素子１７と、リ
ング型共振器１９から射出される第２高調波を透過して
出力光Ａ’とし、レーザ光の基本波であり、リング型共
振器からのもれ光である半導体レーザ光を反射してフィ
ードバック用とするダイクロイックミラー２１と、ダイ
クロイックミラー２１で反射されたレーザ光の基本波の
もれ光を検出する光検出器２３と、光検出器２３で検出
した光信号を信号処理し、信号処理されて得られた信号
に基づいてＰＺＴ素子１７を駆動して、リング型共振器
１９を微小変動させ、光路長を変化させる信号処理回路
２５とから構成される。ただし、図示しないが、上記光
学系は、熱膨張のほとんどない材質、例えばスーパーイ
ンバー等の基台上で組み立てるのが好ましい。それによ
って、温度変化のあまりない環境下では前記の信号処理
回路が全く必要でなくなる場合もある。
【００２５】ダイオードレーザ１１としては例えば発振
波長が８６０ｎｍ程度のＧａＡｌＡｓダイオードレーザ
を用い、このダイオードレーザから射出された光をＫＮ
ｂＯ３ 結晶を用いたモノリシック共振器に入射させて
、約４３０ｎｍの波長の（青色）光をモノリシック共振
器から出射させる。また、ダイオードレーザ１１は、一
般に単一縦モードが用いられているが、本発明では縦・
横モード・マルチモードのレーザ光を発するものでもよ
い。その例としては、スペクトラ・ダイオード・ラボラ
トリ（Ｓｐｅｃｔｒａ Ｄｉｏｄｅ Ｌａｂ．）社製の
アレイレーザや、ソニー社製のブロードエリアレーザ等
がある。このようにマルチモードを発振する場合には、
発振される光強度を大きくすることができるので、高効
率の第２高調波を得ることができる。この理由は、光波
長変換が光強度の２乗に比例するためである。
波長が８６０ｎｍ程度のＧａＡｌＡｓダイオードレーザ
を用い、このダイオードレーザから射出された光をＫＮ
ｂＯ３ 結晶を用いたモノリシック共振器に入射させて
、約４３０ｎｍの波長の（青色）光をモノリシック共振
器から出射させる。また、ダイオードレーザ１１は、一
般に単一縦モードが用いられているが、本発明では縦・
横モード・マルチモードのレーザ光を発するものでもよ
い。その例としては、スペクトラ・ダイオード・ラボラ
トリ（Ｓｐｅｃｔｒａ Ｄｉｏｄｅ Ｌａｂ．）社製の
アレイレーザや、ソニー社製のブロードエリアレーザ等
がある。このようにマルチモードを発振する場合には、
発振される光強度を大きくすることができるので、高効
率の第２高調波を得ることができる。この理由は、光波
長変換が光強度の２乗に比例するためである。
【００２６】この構成における共振器の共振内部パワー
を最大にする動作を説明すると、ダイオードレーザ１１
からレンズ１３を経てレーザ光Ａを共振器１９に入射さ
せて、共振させる。その結果高い内部パワーになるため
に非線型結晶内で高効率に前記半導体レーザ光が第２高
調波に光波長変換される。ダイクロイックミラー２１に
よって共振器からもれ出たもれ光（即ち基本波のみ）を
光検出器２３に入射し、第２高調波のみを外に取り出す
。光検出器２３で得られたレーザ光の強度に対応した信
号を信号処理回路２５に送り、信号処理回路２５は常に
レーザ光の光強度が一定となるように、リング型共振器
１９の裏面（または底面）に設けられてミラーの角度を
微調整しえるＰＺＴ素子１７を制御して、レーザ光Ａの
光路上の空気の揺らぎに基づく光路長のフラツキを無く
すため光路長が一定となるように調整する。信号処理回
路２５については、安定化制御を行える公知技術を用い
て達成される。
を最大にする動作を説明すると、ダイオードレーザ１１
からレンズ１３を経てレーザ光Ａを共振器１９に入射さ
せて、共振させる。その結果高い内部パワーになるため
に非線型結晶内で高効率に前記半導体レーザ光が第２高
調波に光波長変換される。ダイクロイックミラー２１に
よって共振器からもれ出たもれ光（即ち基本波のみ）を
光検出器２３に入射し、第２高調波のみを外に取り出す
。光検出器２３で得られたレーザ光の強度に対応した信
号を信号処理回路２５に送り、信号処理回路２５は常に
レーザ光の光強度が一定となるように、リング型共振器
１９の裏面（または底面）に設けられてミラーの角度を
微調整しえるＰＺＴ素子１７を制御して、レーザ光Ａの
光路上の空気の揺らぎに基づく光路長のフラツキを無く
すため光路長が一定となるように調整する。信号処理回
路２５については、安定化制御を行える公知技術を用い
て達成される。
【００２７】本発明の主要な部分であるバルク型共振器
構造を有するリング型共振器について以下に説明する。
構造を有するリング型共振器について以下に説明する。
【００２８】本発明に係るバルク型共振器構造のリング
型共振器は種々の態様があるが、まず、第１の態様にお
いて、図２に示すように、２個のＳＨＧ素子をオプティ
カル・セメントで接合してバルク型共振器構造とした共
振器１９Ａが例示される。この構造は、２個のＳＨＧ素
子の部分を接合した接合界面に材質の異なるオプティカ
ル・セメント４１が配設されることにより、若干の屈折
率差がオプティカルセメントと非線形光学結晶にあるた
めにフレネル反射を生じ、ダイオードレーザ１１への戻
り光Ｂが発生される。共振器内部では、戻り光Ｂの分の
光損失は２回分あるものの、他の反射面ではほぼ１００
％に近い程度でレーザ光の第２高調波の反射が行われる
ため、共振器内部の所定の光路、即ち光路Ａ１，Ａ２，
Ａ３，Ａ４ を通り、共振される。
型共振器は種々の態様があるが、まず、第１の態様にお
いて、図２に示すように、２個のＳＨＧ素子をオプティ
カル・セメントで接合してバルク型共振器構造とした共
振器１９Ａが例示される。この構造は、２個のＳＨＧ素
子の部分を接合した接合界面に材質の異なるオプティカ
ル・セメント４１が配設されることにより、若干の屈折
率差がオプティカルセメントと非線形光学結晶にあるた
めにフレネル反射を生じ、ダイオードレーザ１１への戻
り光Ｂが発生される。共振器内部では、戻り光Ｂの分の
光損失は２回分あるものの、他の反射面ではほぼ１００
％に近い程度でレーザ光の第２高調波の反射が行われる
ため、共振器内部の所定の光路、即ち光路Ａ１，Ａ２，
Ａ３，Ａ４ を通り、共振される。
【００２９】本発明の第１の態様の他の例として、図３
に示すバルク型共振器構造が例示される。このバルク型
共振器１９Ｂは、ＳＨＧ素子４３のコアの両側に光学ガ
ラスよりなる所定形状の端面を有するガラス部分４５，
４７をそれぞれＳＨＧ素子４３の両側に接合したもので
ある。また、戻り光は、ＳＨＧ素子４３とガラスミラー
４５との接合面Ｈ１ およびＳＨＧ素子４３とガラス４
７との接合面Ｈ２ とから発生され、またその接合面Ｈ
１ ，Ｈ２ で共振光の損失が生じる。この例では、接
合面Ｈ１ ，Ｈ２ をレーザ光が通過する回数が多くな
るため光損失は大きく、第２高調波を発生する効率があ
る程度劣化するという欠点はあるが、ＳＨＧ素子４３の
形状が簡単な形状であるため、バルク型共振器構造の形
成が容易であるという利点がある。またガラスから作成
されたミラーであるため加工が容易であり、低コスト化
できる。
に示すバルク型共振器構造が例示される。このバルク型
共振器１９Ｂは、ＳＨＧ素子４３のコアの両側に光学ガ
ラスよりなる所定形状の端面を有するガラス部分４５，
４７をそれぞれＳＨＧ素子４３の両側に接合したもので
ある。また、戻り光は、ＳＨＧ素子４３とガラスミラー
４５との接合面Ｈ１ およびＳＨＧ素子４３とガラス４
７との接合面Ｈ２ とから発生され、またその接合面Ｈ
１ ，Ｈ２ で共振光の損失が生じる。この例では、接
合面Ｈ１ ，Ｈ２ をレーザ光が通過する回数が多くな
るため光損失は大きく、第２高調波を発生する効率があ
る程度劣化するという欠点はあるが、ＳＨＧ素子４３の
形状が簡単な形状であるため、バルク型共振器構造の形
成が容易であるという利点がある。またガラスから作成
されたミラーであるため加工が容易であり、低コスト化
できる。
【００３０】実際の共振器１９Ａ，１９Ｂは、例えば長
さ７ｍｍのＫＮｂＯ３ の結晶の両端面を湾曲面（Ｒ＝
５０ｍｍ）に磨き上げられている。かかる共振器１９Ｂ
は、１６０ｍＷのレーザ光を入射させた場合に、１０ｍ
Ｗのレーザ光の第２高調波が得られ、１Ｗのレーザ光を
入射させた場合に、２００ｍＷのレーザ光の第２高調波
が得られる。
さ７ｍｍのＫＮｂＯ３ の結晶の両端面を湾曲面（Ｒ＝
５０ｍｍ）に磨き上げられている。かかる共振器１９Ｂ
は、１６０ｍＷのレーザ光を入射させた場合に、１０ｍ
Ｗのレーザ光の第２高調波が得られ、１Ｗのレーザ光を
入射させた場合に、２００ｍＷのレーザ光の第２高調波
が得られる。
【００３１】本発明の第２の態様の例として、図４に示
す半球状のＶ字型共振器構造１９Ｃが例示される。この
モノリシック共振器１９Ｃは、ＳＨＧ素子、例えばＫＮ
ｂＯ３ を半球状に加工を施して得られるものであり、
例えばその大きさは、半径５ｍｍ程度である。ダイオー
ドレーザからのレーザ光Ａは、共振器１９Ｃに入射して
、まず光路Ａ１ を通って球面で反射されて、光路Ａ１
を戻り、次に平面で内部反射されて光路Ａ２ を往復
し、再び光路Ａ１ を通って球面を透過して、出射光Ａ
’となる。 このとき戻り光Ｂは、レーザ光Ａが一回目の光路Ａ１
を往復してきた光の一部が、平面で内部反射されるが、
光の残部が透過し、戻り光Ｂとなる。
す半球状のＶ字型共振器構造１９Ｃが例示される。この
モノリシック共振器１９Ｃは、ＳＨＧ素子、例えばＫＮ
ｂＯ３ を半球状に加工を施して得られるものであり、
例えばその大きさは、半径５ｍｍ程度である。ダイオー
ドレーザからのレーザ光Ａは、共振器１９Ｃに入射して
、まず光路Ａ１ を通って球面で反射されて、光路Ａ１
を戻り、次に平面で内部反射されて光路Ａ２ を往復
し、再び光路Ａ１ を通って球面を透過して、出射光Ａ
’となる。 このとき戻り光Ｂは、レーザ光Ａが一回目の光路Ａ１
を往復してきた光の一部が、平面で内部反射されるが、
光の残部が透過し、戻り光Ｂとなる。
【００３２】次に本発明に係る光波長変換装置の第３の
態様について図５〜７を参照して説明する。
態様について図５〜７を参照して説明する。
【００３３】ここで例示されるリング型共振器１９Ｄお
よび１９Ｅは、ＳＨＧ素子を所定の共振器形状とし、か
つ内部反射面には光が臨界角で入射して全反射するよう
に設計してあり、かつこの共振器のいずれかの内部反射
位置の外面に戻り光を発生するための回折格子４９，５
１をそれぞれ配設したものである。回折格子は１００％
入ってきた光を戻すような位相型のグレーティング（ｇ
ｌａｔｉｎｇ）を用いるとよい。
よび１９Ｅは、ＳＨＧ素子を所定の共振器形状とし、か
つ内部反射面には光が臨界角で入射して全反射するよう
に設計してあり、かつこの共振器のいずれかの内部反射
位置の外面に戻り光を発生するための回折格子４９，５
１をそれぞれ配設したものである。回折格子は１００％
入ってきた光を戻すような位相型のグレーティング（ｇ
ｌａｔｉｎｇ）を用いるとよい。
【００３４】図５に示す回折格子４９で戻り光を発生す
る機構については、図６を参照して説明する。図６に示
す共振器の内部反射面において、光が臨界角で入射し、
全反射する際にエバネッセント波が共振器側から外部空
間側へ伝わっている。したがって、内部反射した光は、
ある程度光が反射面（境界面）から外側（外部空間側）
に出てから反射されると解釈することができる。この場
合に、反射面と対応する位置の共振器外側に、所定微小
距離ｈだけ離間して回折格子を配設することにより、ト
ンネル効果により回折格子に光エネルギーが伝わり、反
射面に入射する光の一部が所定の効率で戻り光となる。 上記微小距離ｈの大きさを調節することにより、戻り光
の発生効率を制御する事ができる。
る機構については、図６を参照して説明する。図６に示
す共振器の内部反射面において、光が臨界角で入射し、
全反射する際にエバネッセント波が共振器側から外部空
間側へ伝わっている。したがって、内部反射した光は、
ある程度光が反射面（境界面）から外側（外部空間側）
に出てから反射されると解釈することができる。この場
合に、反射面と対応する位置の共振器外側に、所定微小
距離ｈだけ離間して回折格子を配設することにより、ト
ンネル効果により回折格子に光エネルギーが伝わり、反
射面に入射する光の一部が所定の効率で戻り光となる。 上記微小距離ｈの大きさを調節することにより、戻り光
の発生効率を制御する事ができる。
【００３５】図７に示す回折格子５１で戻り光を発生す
る機構については、レーザ光の第２好調波が出射される
端面に設けられたコーティング層が光を僅かに（例えば
２％程度）透過するため、回折格子５１に光エネルギー
が伝わり、回折格子５１で戻り光が発生される。戻り光
の発生効率は、回折格子の反射効率を適切に制御するこ
とにより、調整することができる。上記図５および図７
に示した回折格子４９，５１を用いた共振器では、戻り
光が回折格子４９，５１を配設した内部反射面でのみ発
生するため、従来２個の端面で戻り光が発生されていた
のに比べて、光の損失が少なく、大幅に光損失が少なく
なる。
る機構については、レーザ光の第２好調波が出射される
端面に設けられたコーティング層が光を僅かに（例えば
２％程度）透過するため、回折格子５１に光エネルギー
が伝わり、回折格子５１で戻り光が発生される。戻り光
の発生効率は、回折格子の反射効率を適切に制御するこ
とにより、調整することができる。上記図５および図７
に示した回折格子４９，５１を用いた共振器では、戻り
光が回折格子４９，５１を配設した内部反射面でのみ発
生するため、従来２個の端面で戻り光が発生されていた
のに比べて、光の損失が少なく、大幅に光損失が少なく
なる。
【００３６】図５に示す構造では、共振器１９Ｄに入射
した光Ａが内部反射経路Ａ１ ，Ａ２ ，Ａ３ ，Ａ４
を通って、共振器の外部に光Ａ’として出射される。 戻り光Ｂは、経路Ａ２ から経路Ａ３ となる際に回折
格子４９によって発生され、内部経路Ｂ１ ，Ｂ２ を
通って共振器の外部に出射される。
した光Ａが内部反射経路Ａ１ ，Ａ２ ，Ａ３ ，Ａ４
を通って、共振器の外部に光Ａ’として出射される。 戻り光Ｂは、経路Ａ２ から経路Ａ３ となる際に回折
格子４９によって発生され、内部経路Ｂ１ ，Ｂ２ を
通って共振器の外部に出射される。
【００３７】また、図７に示す構造では、共振器１９Ｅ
に入射した光Ａが、内部反射経路Ａ１ ，Ａ２ ，Ａ３
，Ａ４を通って共振器の外部に光Ａ’として出射され
る。戻り光Ｂは、経路Ａ１ から経路Ａ２ となる際に
回折格子５１によって発生され、内部経路Ｂ１ を通っ
て共振器の外部に出射される。
に入射した光Ａが、内部反射経路Ａ１ ，Ａ２ ，Ａ３
，Ａ４を通って共振器の外部に光Ａ’として出射され
る。戻り光Ｂは、経路Ａ１ から経路Ａ２ となる際に
回折格子５１によって発生され、内部経路Ｂ１ を通っ
て共振器の外部に出射される。
【００３８】本発明に係るバルク型共振器１９は、その
寸法が極めて小さくなるため、即ちバルク型共振器１９
Ａ，１９Ｂ，１９Ｄ，１９Ｅは、例えば３×３×７ｍｍ
角であり、１９Ｃは半径５ｍｍの半球状であるため、Ｐ
ＺＴ素子の上にバルク型共振器１９を載置してバルク型
共振器１９自体を光路方向に微小移動させて、レーザ光
の光路長を変化させる場合の他に、ＰＺＴ素子上に設置
した外部ミラーを微小変動させ、レーザ光の光路長を変
えても良い。
寸法が極めて小さくなるため、即ちバルク型共振器１９
Ａ，１９Ｂ，１９Ｄ，１９Ｅは、例えば３×３×７ｍｍ
角であり、１９Ｃは半径５ｍｍの半球状であるため、Ｐ
ＺＴ素子の上にバルク型共振器１９を載置してバルク型
共振器１９自体を光路方向に微小移動させて、レーザ光
の光路長を変化させる場合の他に、ＰＺＴ素子上に設置
した外部ミラーを微小変動させ、レーザ光の光路長を変
えても良い。
【００３９】以上、本発明の実施例について説明したが
、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を含む範囲において、種々に変形、変更が可
能なものである。例えば第９図に示すように、図８に示
した従来の光波長変換装置のリング型共振器に代えて、
本発明のバルク型共振器構造を有するリング型またはＶ
字型共振器を配置することも容易である。
、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を含む範囲において、種々に変形、変更が可
能なものである。例えば第９図に示すように、図８に示
した従来の光波長変換装置のリング型共振器に代えて、
本発明のバルク型共振器構造を有するリング型またはＶ
字型共振器を配置することも容易である。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、リング型共振器は、光
学材料のバルク型共振器構造を有しており、かつ共振時
のレーザ光の一部を半導体レーザに戻すことが可能であ
るため、リング型共振器からの戻り光を利用して半導体
レーザの周波数揺らぎを抑制し、また発振スペクトルを
狭窄化することができ、かつバルク型共振器構造のため
振動にも強く、小型にすることができる。また、バルク
型共振器構造のリング型共振器内部に戻り光を発生する
接合面を有させると、このため戻り光はその接合面での
み発生し、戻り光を発生するために共振器内の内部パワ
ーを少なくすることができる。さらに、Ｖ字型共振器を
半球状のモノリシック構造とすることにより、モノリシ
ック構造内部に接合面を形成するため２個の部分を接合
する必要がなくなる。また、リング型共振器はバルク型
共振器構造とし、内部反射面の外側に回折格子を配設す
ることにより戻り光を発生させるので、回折格子の効率
を適宜調節することにより、所要の量の戻り光を得るこ
とができ、１箇所の内部反射面で戻り光が発生されるた
め、共振器損失も従来に比べて少なくなり、高効率の第
２高調波変換が得られる。さらにまた、半導体レーザは
、縦モードおよび横モードのマルチモードとすると、出
力を増加することができ、戻り光の光量を多くし、かつ
戻り光の制御に対する余裕も向上する。
学材料のバルク型共振器構造を有しており、かつ共振時
のレーザ光の一部を半導体レーザに戻すことが可能であ
るため、リング型共振器からの戻り光を利用して半導体
レーザの周波数揺らぎを抑制し、また発振スペクトルを
狭窄化することができ、かつバルク型共振器構造のため
振動にも強く、小型にすることができる。また、バルク
型共振器構造のリング型共振器内部に戻り光を発生する
接合面を有させると、このため戻り光はその接合面での
み発生し、戻り光を発生するために共振器内の内部パワ
ーを少なくすることができる。さらに、Ｖ字型共振器を
半球状のモノリシック構造とすることにより、モノリシ
ック構造内部に接合面を形成するため２個の部分を接合
する必要がなくなる。また、リング型共振器はバルク型
共振器構造とし、内部反射面の外側に回折格子を配設す
ることにより戻り光を発生させるので、回折格子の効率
を適宜調節することにより、所要の量の戻り光を得るこ
とができ、１箇所の内部反射面で戻り光が発生されるた
め、共振器損失も従来に比べて少なくなり、高効率の第
２高調波変換が得られる。さらにまた、半導体レーザは
、縦モードおよび横モードのマルチモードとすると、出
力を増加することができ、戻り光の光量を多くし、かつ
戻り光の制御に対する余裕も向上する。
【図１】本発明に係る光波長変換装置の装置配置例を示
す概念図である。
す概念図である。
【図２】本発明に用いられるバルク型共振器構造のリン
グ型共振器の一例を示す説明図である。
グ型共振器の一例を示す説明図である。
【図３】本発明に用いられるバルク型共振器構造のリン
グ型共振器の他の例を示す説明図である。
グ型共振器の他の例を示す説明図である。
【図４】本発明に用いられるバルク型共振器構造のＶ字
型共振器の他の例を示す説明図である。
型共振器の他の例を示す説明図である。
【図５】本発明に用いられるバルク型共振器構造のリン
グ型共振器の他の例を示す説明図である。
グ型共振器の他の例を示す説明図である。
【図６】回折格子により戻り光を発生する様子を説明す
る説明図である。
る説明図である。
【図７】本発明に用いられるバルク型共振器構造のリン
グ型共振器の他の例を示す説明図である。
グ型共振器の他の例を示す説明図である。
【図８】従来の光波長変換装置の配置例を示す概念図で
ある。
ある。
【図９】本発明に係る光波長変換装置の他の装置配置例
を示す概念図である。
を示す概念図である。
１１ ダイオードレーザ、
１３ レンズ、
１５ ミラー、
１７ ＰＺＴ素子、
１９ バルク型リング共振器、
２１ ハーフミラー、
２３ 光検出器、
２５ 信号処理回路、
２７ 光検出器、
２９ ＲＦ増幅器、
３１ 双安定ミキサー、
３３ ＲＦ発振器、
３５ フィルタ、
３７ 直流発生源、
３９ 増幅器、
４１ オプティカル・セメント、
４９，５１ 回折格子
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体レーザからのレーザ光をリング
型共振器内にて共振させ光波長変換する光波長変換装置
において、前記リング型共振器が、前記リング型共振器
内で共振したレーザ光の一部を再び半導体レーザに戻す
手段を有し、非線型光学結晶からなるバルク型共振器構
造であることを特徴とする光波長変換装置。 - 【請求項２】 半導体レーザからのレーザ光をリング
型共振器内にて共振させ光波長変換する光波長変換装置
において、前記リング型共振器が、非線型光学結晶と他
の光学材料とを接合し、その接合面で反射した共振器の
共振モードの光のみが半導体レーザに戻るようにしたバ
ルク型共振器構造であることを特徴とする光波長変換装
置。 - 【請求項３】 半導体レーザからのレーザ光を非線型
光学結晶からなるＶ字型共振器内にて共振させ光波長変
換する光波長変換装置において、前記Ｖ字型共振器が、
非線型光学結晶をモノリシックな半球状とし、この半球
状の所定の球面で反射した共振器の共振モードの光のみ
が半導体レーザに戻るようにしたことを特徴とする光波
長変換装置。 - 【請求項４】 半導体レーザからのレーザ光をリング
型共振器内にて共振させ光波長変換する光波長変換装置
において、前記リング型共振器が非線型光学結晶からな
るバルク型共振器構造であって、そのいずれかのレーザ
光の内部反射面に相当する外面に回折格子を配設して、
共振器内部で共振している共振モードの光のみが半導体
レーザに戻るようにしたことを特徴とする光波長変換装
置。 - 【請求項５】 前記半導体レーザが縦モードおよび横
モードがマルチモードであり、前記戻り光によって縦モ
ード、横モードとも単一モード化されることを特徴とす
る請求項１〜４のいずれかに記載の光波長変換装置。
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