JPH0715061A

JPH0715061A - レーザ光波長変換装置

Info

Publication number: JPH0715061A
Application number: JP5156742A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kogo; 淳向後
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-06-28
Filing date: 1993-06-28
Publication date: 1995-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】安定した第２高調波を発生する。【構成】レーザ光を供給する光源１と、光源１から発
生したレーザ光を共振させる光共振器４ａ，４ｂ，４ｃ
と、光共振器４ａ，４ｂ，４ｃ内に配置されレーザ光の
波長を該波長より短い波長の光波に変換する非線形光学
材料６と、光共振器４ａ，４ｂ，４ｃから出射したレー
ザ光を再び光共振器４ａ，４ｂ，４ｃに通して光源１に
戻す光学系７とを備えたレーザ光波長変換装置におい
て、光源１と、光共振器４ａ，４ｂ，４ｃと、非線形光
学材料６と、光学系７の内、少なくとも１つを真空槽９
内に配置したことを特徴とするレーザ光波長変換装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学材料の性質
を利用して、光源から出力したレーザ光（基本波）をよ
り短い波長に変換するレーザ光波長変換装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザ光を出射する光源は、光デ
ィスク装置等による情報記録関連分野や、干渉測長器等
による光計測分野へ広く用いられている。現在、レーザ
光の波長は８３０ｎｍが主流である。しかし、レーザ光
の波長が短くなれば、レーザ光を集光して得られるスポ
ットの直径は小さくなる。スポットの直径が小さくなる
と、光ディスク装置では記録密度が向上し、干渉測長器
等による光計測では計測精度が向上する。従って、記録
密度や計測精度を向上させるためには、それに用いられ
る光の波長を短くすることが必要になる。

【０００３】その短い波長（短波長）の光源として、例
えば、半導体レーザがあり、新しい半導体材料を使った
短波長レーザの開発が進んでいる。現在、波長４４０ｎ
ｍの青色光を出す半導体レーザが得られているが、まだ
室温での連続発振には至っていない。また、短波長の光
源としてレーザ光波長変換装置がある。これは、レーザ
光と非線形光学材料との相互作用によりレーザ光をより
短い波長の光波〔例えば、最初のレーザ光（基本波）の
波長の半分の波長を有する第２高調波〕に変換するもの
である。

【０００４】従来のレーザ光波長変換装置では、光共振
器が用いられている。光共振器は、光源からのレーザ光
（基本波）を光共振器内に閉じこめる。そのため、レー
ザ光（基本波）のエネルギー密度が高まる。このレーザ
光（基本波）のエネルギー密度によって、第２高調波の
エネルギー密度は決まる。そのため、レーザ光（基本
波）から第２高調波への変換効率が向上して高出力の第
２高調波を得ることが可能になる。

【０００５】図２は、従来の光共振器を用いたレーザ光
波長変換装置である。半導体レーザ１から発生したレー
ザ光（基本波）は、レンズ系２ａを通り共振ミラー４
ａ、４ｂ、４ｃで構成された光共振器に入射して非線形
光学材料３中に集光される。光共振器を構成する共振ミ
ラー４ａ、４ｂ、４ｃは基本波に対する反射率が１００
％に近いため、基本波は光共振器内部に閉じこめられ
る。閉じこめられた基本波と非線形光学材料３との相互
作用によって、非線形光学材料３から第２高調波が発生
する。非線形光学材料３は温度に変化があると、安定し
た第２高調波を発生することが出来ないので、非線形光
学材料３の温度を一定に保つため恒温槽８を用いる。

【０００６】発生した第２高調波と光共振器の共振周波
数を持つ基本波が、共振ミラー４ｂから出射し、レンズ
系２ｂにより平行光にされる。平行光にされた基本波と
第２高調波は、基本波を反射し第２高調波を透過するダ
イクロイックミラー５に入射する。反射された基本波
は、共振ミラー４ｂを通って再び光共振器に入射し、半
導体レーザ１から光共振器に入射したレーザ光とは逆向
きの伝播方向で光共振器内に閉じこめられる。この閉じ
こめられた基本波（反射された基本波）は光共振器の共
振周波数の光波となって共振ミラー４ａから出射され
る。出射された基本波（反射された基本波）はレンズ系
２ａを通って半導体レーザ１に戻る。この光帰還により
半導体レーザのレーザ周波数は、光共振器の共振周波数
に引き込まれレーザ光の周波数揺らぎを抑圧することが
可能となる。そのため、光共振器の共振周波数に一致し
たレーザ光を用いて波長変換を行うことができる。

【０００７】このように、半導体レーザの周波数揺らぎ
を抑圧することにより、安定な２次高調波を出射するこ
とが可能になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このようなレーザ光波
長変換装置では、安定な第２高調波を発生することがで
きないという問題点があった。本発明は、上記問題点を
鑑みてなされたものであり、安定した第２高調波を発生
するレーザ光波長変換装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者は、鋭意研究の結
果、光共振器内の大気の揺らぎが不安定な第２高調波を
発生することに気が付いた。さらに、この大気の揺らぎ
によって、光共振器内に閉じこめられたレーザ光（基本
波）の周波数が不安定になったり、光共振器内の空気中
を循環する第２高調波と非線形光学材料中に発生した第
２高調波との位相がずれることによって、第２高調波が
不安定になることに気が付いた。

【００１０】そこで、発明者は研究の結果、大気の揺ら
ぎを無くすためには、装置内を真空にすればよいことに
気がついた。そこで、本発明は、「レーザ光を供給する
光源と、前記光源から発生したレーザ光を共振させる光
共振器と、前記光共振器内に配置されレーザ光の波長を
該波長より短い波長の光波に変換する非線形光学材料
と、前記光共振器から出射した前記レーザ光を再び前記
光共振器に通して前記光源に戻す光学系とを備えたレー
ザ光波長変換装置において、前記光源と、前記光共振器
と、前記非線形光学材料と、前記光学系の内、少なくと
も１つを真空槽内に配置したことを特徴とするレーザ光
波長変換装置。」を提供する。

【００１１】

【作用】本発明のレーザ光波長変換装置では、高調波の
発生に必要な光共振器等が真空槽内に配置されるため、
大気の揺らぎ等の影響が発生しない。そのため、安定し
た第２高調波を発生することができる。以下、実施例に
より本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれに
限るものではない。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の実施例によるレーザ光波長
変換装置である。この装置は、光源である半導体レーザ
１、半導体レーザ１から発生したレーザ光（基本波）を
集光するためのレンズ系２ａ、光共振器を構成する共振
ミラー４ａ、４ｂ、４ｃ、光共振器内部に設置され基本
波を第２高調波に変換する作用を持つＫＮｂＯ₃（ニオ
ブ酸カリウム）結晶６、光共振器から出力された（共振
ミラー４ｃから出射された）光波（基本波）を反射する
ミラー７、光共振器から出射された（共振ミラー４ｂか
ら出射された）光波（基本波）を平行光にするためのレ
ンズ系２ｂ、ＫＮｂＯ₃結晶６の温度を一定に保つため
の恒温槽８、及びレンズ系２ａ・２ｂ、共振ミラー４
ａ、４ｂ、４ｃ、ＫＮｂＯ₃結晶６、反射ミラー７、恒
温槽８が内部に配置された真空槽９から構成されてい
る。

【００１３】半導体レーザ１は波長８６０ｎｍ、出力１
００ｍＷのものを使用した。ＫＮｂＯ₃結晶６の両端面
には、波長８６０ｎｍの光波（基本波）に対する反射防
止膜を施してある。この反射防止膜は、基本波を効率よ
くＫＮｂＯ₃結晶６に入射するために施すが、無くても
よい。この装置では、半導体レーザ１からのレーザ光
（基本波）が、真空槽９の窓材１０ａとレンズ系２ａを
通り共振ミラー４ａ、４ｂ、４ｃから構成される光共振
器に入射してＫＮｂＯ₃結晶６中に集光される。共振ミ
ラー４ａ、４ｂ、４ｃには、基本波に対して反射率が９
８％となるような反射膜が施されていて、光共振器に入
射された基本波は光共振器内部に閉じこめられる。

【００１４】共振ミラー４ａ、４ｂ、４ｃは、基本波に
対して反射率が９８％の反射膜が施されているため、光
共振器の共振周波数に一致した基本波が共振ミラー４ｃ
から出射して、光共振器外部に置かれたミラー７に入射
する。ミラー７により反射された基本波は、再び共振ミ
ラー４ｃから光共振器に入射し、半導体レーザ１から光
共振器に入射したレーザ光とは逆回りの伝播方向で光共
振器内に閉じこめられる。また、この閉じこめられた基
本波は、光共振器の共振周波数をもって共振ミラー４ａ
から出射され、半導体レーザ１に戻る。この光帰還によ
り半導体レーザ１のレーザ周波数は、光共振器の共振周
波数に引き込まれ、レーザの周波数揺らぎが抑圧され
る。このような位置にミラー７を配置したので、真空槽
９内にミラー７を配置することができる。

【００１５】この際、ミラー７を外した後でもＫＮｂＯ
₃結晶６の両端面に施された反射防止膜が不完全なため
に、そこからの反射光が光共振器内を逆回りし、共振ミ
ラー４ａから出射されて半導体レーザ１に戻る場合があ
る。この光帰還でもレーザ周波数の揺らぎは抑えられ
る。発生した第２高調波と光共振器の共振周波数を持つ
基本波とが共軸で共振ミラー４ｂから出射し、レンズ系
２ｂにより平行光にされ、窓材１０ｂから真空槽９の外
に出射した。出射した第２高調波は、波長が４３０ｎｍ
で出力が１００μＷであった。本実施例では、異なる波
長の２つの光波が共振ミラー４ｂから出射されるが、共
振ミラー４ｂの後に少なくとも一方の波長の光波を吸収
するフィルターなどを置くことにより単一波長の光波
（例えば、第２高調波）を取り出すことも可能である。

【００１６】本実施例では、半導体レーザ１から出力さ
れたレーザ光の反射防止のためＫＮｂＯ₃結晶６の両端
面に反射防止膜を施したが、結晶の両端面をブリュース
ター角がつくように削って、レーザ光の反射を防止して
も良い。また、非線形光学材料としてＫＮｂＯ₃結晶６
を用いたが、ＬｉＮｂＯ₃結晶（ニオブ酸リチウム）な
どでも良く、必ずしもＫＮｂＯ₃結晶６に限定されるも
のではない。

【００１７】また、３枚の共振ミラー４ａ、４ｂ、４ｃ
で構成された光共振器を用いたが、４枚以上の共振ミラ
ーを用いた光共振器を用いてもよい。また、外部から入
射した基本波を結晶内部に閉じ込めるために、結晶端面
に基本波に対する反射膜を施すことにより、この結晶を
光共振器にするような、単一非線形光学結晶で作られた
光共振器等を用いても良く、必ずしも３枚以上の共振ミ
ラーで構成された光共振器に限定されるものではない。

【００１８】また、半導体レーザ１を真空槽９の外に設
置したが、必ずしもこの配置に限られるものではなく半
導体レーザ１、共振ミラー４ａ、４ｂ、４ｃ、ＫＮｂＯ
₃結晶６、反射ミラー７、の内少なくとも１つが真空槽
９内に配置されればよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明のレーザ光波長変換装置では、光
共振器等を真空槽に配置するため光源からのレーザ光や
非線形光学材料から発生した高調波及び装置を構成して
いるミラー・レンズ類などへの大気の揺らぎ等の影響を
除去することが可能である。その結果、非線形光学材料
から生じた短波長の光波を安定な出力で出射可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるレーザ光波長変換装置の
概念図。

【図２】従来のレーザ光波長変換装置の概略図。

【主要部分の符号の説明】

１・・・半導体レーザ２a 、２b ・・・レンズ系３・・・非線形光学材料４a 、４b 、４c ・・・共振ミラー５・・・ダイクロイックミラー６・・・ＫＮｂＯ₃結晶７・・・ミラー８・・・恒温槽９・・・真空槽１０ａ、１０ｂ・・・窓材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を供給する光源と、前記光源から
発生したレーザ光を共振させる光共振器と、前記光共振
器内に配置されレーザ光の波長を該波長より短い波長の
光波に変換する非線形光学材料と、前記光共振器から出
射した前記レーザ光を再び前記光共振器に通して前記光
源に戻す光学系とを備えたレーザ光波長変換装置におい
て、前記光源と、前記光共振器と、前記非線形光学材料と、
前記光学系の内、少なくとも１つを真空槽内に配置した
ことを特徴とするレーザ光波長変換装置。