JPH0456373A - 和差周波発生固体レーザ装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、和差周波発生固体レーザ装置に関し、さらに
詳細には、光共振器中に非線形光学素子を挿入し、和周
波または、差周波を発生する半導体レーザ励起の和差周
波発生固体レーザ装置に関するものである。

［従来技術］ 従来、固体レーザの出力光を第１基本波とし、半導体レ
ーザからの出力光を第２基本波として和周波または差周
波（以下、和差周波と、略す）を発生する装置は、米国
特許第４７９１６３１号明細書に記載されている。この
装置は、第４図で示されるように光軸５０上に配置され
た光共振器５２、固体レーザ材料５４、励起用半導体レ
ーザ（以下、励起用ＬＤと略す）５６、基本波供給用半
導体レーザ（以下、基本波用ＬＤと略す）５８、偏光ビ
ームスプリッタ（以下、ＰＢＳと略す）６０、集光レン
ズ系６２、非線形光学素子６４から構成されている。こ
こで光共振器５２は、入力ミラー６６と出力ミラー６８
によって形成されている。

この装置において和差周波が発生する過程を以下に説明
する。

まず励起用ＬＤ５６からの出力光２０１は、ＰＢＳ６０
、入力ミラー６６、非線形光学素子６４を透過して、固
体レーザ材料５４に入射し、該固体レーザ材料５４に吸
収される。この入射光によって、励起された固体レーザ
材料５４は、固体レーザ出力光２０３を発生し、共振器
内に光の場が生じる。基本波用ＬＤ５８からの出力光２
０２は、出力光２０１の偏光方向と垂直の偏光方向をも
ち、ＰＢＳ６０で反射され、非線形光学素子６４に入射
する。固体レーザ材料５４の出力光２０３が第１基本波
、基本波用ＬＤ５６の出力光２０２が第２基本波となり
、この２つの基本波は、非線形光学素子６４内で混合さ
れ、和差周波２０４が発生される。非線形光学素子６４
内で発生した和差周波２０４は出力ミラー６８を透過し
て出力される。

ここで和周波が発生するか差周波が発生するかは、非線
形光学素子の非線形光学定数及び位相整合条件などによ
って決定される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、固体レーザ材料５４からの第１基本波２
０３が、光強度が大きく、円形のビーム形状をもつ共振
器モードであるのに対し、半導体レーザからの第２基本
波２０２は、光強度が小さく、楕円形状のビーム形状を
もつ放射モードである。第５図は２つの基本波のビーム
形状を示している。この図かられかるように、非線形光
学素子６４内の、固体レーザからの第１基本波２０３と
半導体レーザからの第２基本波２０２は、ビームの重な
り部分が小さい。このため、上記装置は、２つの基本波
の結合効率が低く、和差周波への変換効率が低かった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、変換効率の高い和差周波発生固体レーザ装置
を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、本発明は、第１光共振器内
に、固体レーザ材料と、非線形光学素子を配置し、第１
半導体レーザからの出力光により固体レーザ材料を励起
させて発生する固体レーザの出力光を第１基本波とし、
第２半導体レーザからの出力光を第２基本波とし、両基
本波を前記非線形光学素子内で混合して、和周波、また
は差周波を発生する和差周波発生固体レーザ装置におい
て、前記第２基本波を共振する第２光共振器を設け、第
１光共振器により共振された第１基本波と、第２光共振
器により共振された第２基本波とが、前記非線形光学素
子内で、重なる構成となっている。

［作用コ 上記の構成を有する本発明の和周波発生固体レーザ装置
は、固体レーザからの第１基本波１０３と、第２半導体
レーザからの第２基本波１０４が共に、共振器モードに
なる。従って、第３図に示すように、非線形光学素子２
０内において、固体レーザからの第１基本波１０３と第
２半導体レーザからの第２基本波１０４は、その重なり
部分が大きい。このため、結合効率が高くなり、和差周
波への変換効率が高くなる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。

まず最初に第１図を参照して第１の実施例の和差周波発
生固体レーザ装置の構成を説明する。この装置は、光軸
１０上に固体レーザ材料としてＮｄ：ＹＡＧロッド１６
、及びそのＮｄ：ＹＡＧロッド１６の端面１７の反対側
の端面と対向して、出力ミラー２２が配置され、端面１
７と出力ミラー２２で、第１光共振器２４を形成してい
る。同じく光軸１０上の端面１７側には励起用半導体レ
ーザ（以下、励起用ＬＤと、略す）１２が配置され、励
起用ＬＤ１２と端面１７の間には、第１集光レンズ系１
４が配置されている。第１光共振器２４内には、偏光ビ
ームスプリッタ（以下、ＰＢＳと、略す）１８が配置さ
れ、ＰＢＳ１８と出力ミラー２２の間にＫＴＰ２０が配
置されている。

ここで、ＫＴＰは非線形光学素子として使用しており、
化学式Ｋ　Ｔ　ｉ　ＯＰ　Ｏａの結晶である。また、光
軸１０と垂直にＰＢＳ１８上で交差する光軸３０上に入
力ミラー３６を置き、ＰＢ８１８の反射光が出力ミラー
２２と入力ミラー３６で第２光共振器３８を形成するよ
うに調整されている。さらに、光軸３０上のＰＢＳ１８
と入力ミラー３６を挟む位置には、基本波供給用半導体
レーザ（以下、基本波用ＬＤと、略す）３２が配置され
、その基本波用ＬＤ３２と、入力ミラー３６の間には第
２集光レンズ系３４が配置されている。ここで、Ｎｄ　
：　ＹＡＧロッド１６の励起用ＬＤ側端面１７は、励起
用ＬＤ１２の出力光の波長８０８ナノメートルにたいし
て透過、Ｎｄ　：　ＹＡＧレーザの基本波の波長１０６
４ナノメートルにたいしては高反射であるようなコーテ
ィングが施されている。また、出力ミラーは、８０８ナ
ノメートルと１０６４ナノメートルの両方の波長に対し
ては高反射で波長４５９ナノメートルにたいしては透過
、入力ミラーは、基本波用ＬＤの出力光の波長８０８ナ
ノメートルを一部だけ透過し、残りを反射するようなコ
ーティングが施されている。なお、Ｎｄ：ＹＡＧロッド
の端面１７と出力ミラー２２で形成された第１光共振器
２４は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザからの第１基本波である波
長１０６４ナノメートルの光共振器であり、同時に入力
ミラー３６と出力ミラー２２で形成された第２光共振器
３８は、基本波用ＬＤからの第２基本波である波長８０
８ナノメートルの光共振器である。

上記のように構成された和差周波発生固体レーザ装置に
より、波長が４５９ナノメートルである和周波が発生す
る過程を説明する。励起用ＬＤ１２からの波長８０８ナ
ノメートルの出力光１０１は、第１集光レンズ系１４に
よって集光され、Ｎｄ：ＹＡＧロッド１６に入射する。

これによって、Ｎｄ　：　ＹＡＧロッド１６は励起され
、波長１０６４ナノメートルのレーザ光を発生し、第１
光共振器２４内で、共振器モードの第１基本波１０３と
なる。また、基本波用ＬＤ３２の波長８０８ナノメート
ルの出力光１０２は、一部が入力ミラー３６を透過し、
ＰＢＳ１８で反射され、第２光共振器３８内で、共振器
モードの第２基本波１０４となる。第１基本波１０３と
第２基本波１０４は、和周波混合され波長４５９ナノメ
ートルのレーザ光１０５を発生する。このときのＫＴＰ
２０中の第１基本波１０３と第２基本波１０４のビーム
形状を第３図に示す。この図に示されているように、第
１基本波１０３と第２基本波１０４は、ともに共振器モ
ードであるため、ＫＴＰ２０内でビームの重なりが大き
く、結合効率が高いため、和周波への高い変換効率が得
られる。

なお、この実施例において入力ミラー３６の透過率は、
第２光共振器３８内での光損失に応じて、適当な値が決
められる。

また、上記第１の実施例では、基本波用ＬＤ３２からの
出力光１０２は入力ミラー３６で一部しか透過せず、大
部分は反射される。この反射光を有効利用するための第
２の実施例を、第２図に示す。第２図の実施例において
、第１の実施例と同じ部材は同一番号を付し、その説明
は省略する。

第２の実施例では、第１の実施例の構成に加えて次の光
学部品が配置されている。光軸３０上の入力ミラー３６
と第２集光レンズ系３４との間にＰＢＳ４０が配置され
、ＰＢＳ４０と入力ミラー３６の間に、４分の１波長板
４２が配置されている。また光軸１０上の集光レンズ系
１４とＮｄ：ＹＡＧロッド１６の間にＰＢＳ４９が、配
置されている。そして、ＰＢＳ４０の反射光と、ＰＢＳ
４９の反射光が交わる位置に反射ミラー４６、そして反
射ミラー４６とＰＢＳ４０の間に第３集光レンズ系４４
、反射ミラー４６とＰＢＳ４９の間に第４集光レンズ系
４８が配置されている。

この構成において、基本波用ＬＤ３２の出力光１０２は
ＰＢＳ４０，４分の１波長板４２を透過し、入力ミラー
３６で一部が透過し、その他は反射される。この反射光
は、再び４分の１波長板４２を通過することにより、出
力光１０２とは偏光方向が、９０度だけ異なった直線偏
光１０６となり、ＰＢＳ４０で反射される。そして、第
３集光レンズ系４４で平行光にされ、反射ミラー４６で
反射、第４集光レンズ系４８によって集光されたのち、
ＰＢ８４９で反射されて、Ｎｄ：ＹＡＧロッド１６に入
射する。こうして、入力ミラー３６での反射光が、Ｎｄ
：ＹＡＧロッド１６の励起に利用されることにより、基
本波用ＬＤ３２の出力を有効利用できるだけでなく、反
射光が戻り光となり、基本波用ＬＤ３２の出力を変化さ
せることを防止できる。

また、本実施例の装置においては、固体レーザ材料にＮ
ｄ　：　ＹＡＧ、非線形光学素子にＫＴＰを使用したが
、他の固体レーザ材料や、非線形光学素子を使用しても
かまわない。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の変更を加えることができる。

［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、和差周波を発生するための２つの基本波が共振器モー
ドであり、その結合効率が高いため、高効率で和差周波
を発生することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明を具体化した実施例を示し、
第１図は第１の実施例の和差周波発生固体レーザ装置の
構成を示す図、第２図は第２の実施例の和差周波発生固
体レーザ装置の構成を示す図、第３図は和差周波発生固
体レーザ装置における２つの基本波のビーム形状を示す
説明図、第４−ザ装置における２つの基本波のビーム形
状を示す説明図である。 図中、１２は励起用ＬＤ（第１半導体レーザ）、１６は
Ｎｄ二ＹＡＧロッド（固体レーザ材料）、２０はＫＴＰ
　（非線形光学素子）、２４は第１光共振器、３２は基
本波用ＬＤ（第２半導体レーザ）、３８は第２光共振器
、１０１は第１半導体レーザの出力光、１０２は第２半
導体レーザの出力光、１０３は第１基本波、１ｏ４は第
２基本波、１゜５は和差周波である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１光共振器内に、固体レーザ材料と、非線形光学
   素子を配置し、第１半導体レーザからの出力光により固
   体レーザ材料を励起させて発生する固体レーザの出力光
   を第１基本波とし、第２半導体レーザからの出力光を第
   ２基本波とし、両基本波を前記非線形光学素子内で混合
   して、和周波、または差周波を発生する和差周波発生固
   体レーザ装置において、 前記第２基本波を共振する第２光共振器を設け、第１光
   共振器により共振された第１基本波と、第２光共振器に
   より共振された第２基本波とが、前記非線形光学素子内
   で、重なることを特徴とする和差周波発生固体レーザ装
   置