JPH08320509A - 高調波発生装置 - Google Patents

高調波発生装置

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JPH08320509A
JPH08320509A JP12542495A JP12542495A JPH08320509A JP H08320509 A JPH08320509 A JP H08320509A JP 12542495 A JP12542495 A JP 12542495A JP 12542495 A JP12542495 A JP 12542495A JP H08320509 A JPH08320509 A JP H08320509A
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JP
Japan
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resonator
fundamental wave
wave
harmonic
semiconductor laser
Prior art date
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Withdrawn
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JP12542495A
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English (en)
Inventor
Mitsuru Kurosawa
みつる 黒澤
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AGC Inc
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Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】共振器からの過剰な戻り光がロッキングレンジ
を拡大し隣接するロッキングレンジと重なり合い、半導
体レーザ(LD)の基本波周波数が縦モード間でホップ
するのを防ぐ。 【構成】LD1側に戻ってきた基本波共振出力はLDの
出射端面反射率が50%であるため、LD内に結合する
基本波共振光量が半分以下となりロッキングレンジ34
が縮小し位相整合条件を満たす波長でのLD発振波長が
安定化し高効率な波長変換を継続できた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザから発せ
られる基本波を第2または第3高調波に変換する高調波
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波長変換された第2高調
波や第3高調波を得る装置が種々提案されている。これ
らの装置では、複数の反射面で構成される共振器内に非
線形光学材料を配置し、基本波を共振器内に閉じ込めて
増幅させることで、高調波を効率よく発生させるように
している。
【0003】そして、共振器としては、複数のミラーを
配置して共振器を構成し、この共振器内に非線形光学材
料を配置した定在波型の外部共振器が知られている。
【0004】図3に、従来の高調波発生装置の一例とし
て、定在波型共振器を用いた第2高調波発生装置33を
示す。この第2高調波発生装置は、半導体レーザ23
(以下LDとする)を基本波光源として用い、コリメー
トレンズ24、モードマッチングレンズ25及び2つの
凹面鏡で構成された共振器26と、その内部に置かれた
KNbO3 結晶等の非線形光学材料27によって構成さ
れている。
【0005】以下図について説明する。定在波型共振器
26の図中左右の2つの凹面は共振用のミラーをなして
いる。このうち図中左側の凹面は基本波の入射面をな
し、基本波に対して一部透過の球面ミラー28とされて
いる。また、図中右側の凹面鏡は第2高調波の出射面を
なし、基本波に対して高反射で第2高調波に対して高透
過の球面ミラー29とされている。
【0006】上記の構成において、LD23から出射さ
れた波長860nmの基本波30は、コリメートレンズ
24により平行光にされ、モードマッチングレンズ25
を通過して、定在波型共振器の球面ミラー28から入射
される。
【0007】ミラーに垂直に入射した基本波は、定在波
型共振器内部に置かれた非線形光学材料、例えばKNb
3 結晶の結晶軸aと平行になる。そしてこの基本波
は、2つの球面ミラーで構成される定在波共振器26内
で反射を繰り返し、共振光となって増幅される。
【0008】そして、増幅された基本波の共振光は、非
線形光学材料の結晶軸aの方向へ伝搬するとき、その一
部が波長430nmの第2高調波(青色レーザ)出力3
2に変換され、球面ミラー29から出射される。なお、
位相整合条件に適合させて高調波への変換効率を安定に
させるため、非線形光学材料はペルチェ素子等による温
度制御が行われる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】前述の高調波発生装置
において、基本波の安定化には共振光をLD内部に再入
射しLDの周波数を定在波型共振器の共振周波数にロッ
クするいわゆる光フィードバックという手法が用いられ
ている。通常の高調波発生装置においては、共振器から
の戻り光量を適切な値に制限した場合に、LDの基本波
周波数は図4に示すように、戻り光量に依存するロッキ
ングレンジ34と呼ばれる範囲内でロックされ、LDの
駆動電流、環境温度の変動に対して影響を受けにくくな
ることが知られている。図中35は共振器の縦モード間
隔である。
【0010】しかしながら、従来用いられていたLDで
は、その出射端面の反射率が4〜5%と低反射率であっ
たため、定在波共振器から過剰な戻り光が戻り、図5に
示すようにロッキングレンジ36が大きく拡大され、隣
接するロッキングレンジと重なり合う。その結果、半導
体レーザの基本波周波数が縦モード間(縦モード間隔3
7の間)でモードホッピングを生ずることから、第2高
調波発生の位相整合条件からはずれ、高効率な波長変換
が継続できなくなるという問題点を有していた。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解消すべくなされたものであり、基本波光源である半
導体レーザと、基本波を共振させる複数の共振用ミラー
から構成される共振器と、前記共振器内の基本波の光軸
上に設けられた非線形光学材料とを備えてなる高調波発
生装置において、半導体レーザの出射端面の反射率を1
5〜75%とした高調波発生装置を提供するものであ
る。
【0012】前記非線形光学材料としては、KNbO
3 、β−BaB24 、KTiOPO4 、KH2 PO
4 、LiNbO3 等の非線形光学結晶、その他有機非線
形光学材料等が使用できるが、高い第2高調波への変換
効率、結晶の取扱いやすさ等からしてKNbO3 単結晶
が好ましい。
【0013】本発明の高調波発生装置は、第2高調波発
生のみならず、第3高調波の発生にも応用できる。
【0014】
【作用】本発明の高調波発生装置においては、基本波光
源である半導体レーザは、出射端面の反射率が15〜7
5%であるため、定在波共振器からの過剰な戻り光が半
導体レーザ内部へ再入射されず、その光量を低減するよ
うに作用する。その結果、新たに部品点数を増やすこと
なく基本波の周波数ロッキングレンジの重なり合いを防
ぎ、半導体レーザの縦モード間のモードホッピングの発
生を抑制したことにより、位相整合条件からはずれた波
長での基本波の安定化が回避され、高効率な波長変換を
継続することが可能になると考えられる。
【0015】
【実施例】図1には本発明を第2高調波発生装置11に
適用した一実施例が示されている。
【0016】この第2高調波発生装置11は、基本波光
源としてのLD1、コリメートレンズ2、モードマッチ
ングレンズ3、2枚の共振用の凹面鏡からなる定在波型
共振器4、共振器内部に置かれた非線形光学材料5が順
次配列されて構成されている。
【0017】LD1はこの実施例では、波長860n
m、単一縦、単一横モードで、出射端面反射率50%も
のが用いられている。コリメートレンズ2は、LD1か
ら出射される基本波を平行なビームにし、モードマッチ
ングレンズ3は、このビームを絞って定在波型共振器4
内の共振モードと入射ビームとを整合させる役割をな
す。
【0018】基本波の入射側に位置する定在波型共振器
の一方の凹面鏡の平面には、基本波を99%以上透過す
る反射防止膜が蒸着されており、凹面は半径5mmの曲
率を持ち、基本波を95%反射する反射膜が蒸着されて
球面ミラー6とされている。また、第2高調波の出射側
に位置する共振器のもう一方の凹面鏡も入射面同様の曲
率半径5mmの凹面を持ち、基本波を99%以上反射し
第2高調波を90%以上透過する反射膜が蒸着されて球
面ミラー7とされ、第2高調波が出射される際に通過す
る平面側には第2高調波を95%以上透過する反射防止
膜が蒸着されている。
【0019】定在波型共振器4内部に置かれた非線形光
学結晶5には、この実施例ではKNbO3 結晶が用いら
れている。定在波型共振器内部に置かれたKNbO3
晶は、結晶軸a方向の長さ3mmのブロックとされてい
る。KNbO3 結晶5の入出射端面には基本波を99%
以上透過する反射防止膜が形成されている。
【0020】本発明の第2高調波発生装置11によれ
ば、LD1から出射された波長860nmの基本波8
は、コリメートレンズ2によって平行なビームとされた
後、モードマッチングレンズ3によって集光されて、球
面ミラー6から定在波型共振器4内に垂直に入射され
る。
【0021】共振器4内に入射された基本波8は、非線
形光学材料KNbO3 結晶5中を結晶軸aに平行に伝搬
し、対面する球面ミラー7で反射され、球面ミラー6に
戻り反射されて再び結晶軸aに平行に伝搬し、元の光と
重なり合って定在波型の共振がなされる。このようにし
て、基本波8は直線経路の繰り返しの反射のなかで増幅
されていく。
【0022】こうして増幅された基本波8は、KNbO
3 結晶5中を結晶軸a方向に伝搬するとき、その一部が
波長430nmの第2高調波10に変換される。この第
2高調波10が球面ミラー7から出射される。
【0023】本発明の第2高調波発生装置においては、
共振器として定在波型を用いているため、共振光は出射
側ばかりでなく入射側にも出力される。LD側に出力さ
れた基本波共振出力はLDの出射端面反射率が50%で
あるため、LD内部に結合される基本波共振光量が半分
以下となった。その結果、ロッキングレンジが縮小さ
れ、その重なり合いを生ずることなく、位相整合条件を
満たす波長でのLD発振波長安定化が実現され、高効率
な波長変換を継続することが可能となった。
【0024】LDの出射端面反射率は、LDの構造や共
振器長、また定在波型共振器からの戻り光9の強さなど
によって15%から75%の範囲で選択する。15%未
満では、LDに再結合される共振戻り光量を低減して、
隣接するロッキングレンジが重なり合わないようにし、
LDの縦モード間の周波数モードホッピングを抑制する
には不十分である。また75%を超える値では、LDの
基本波出力が波長変換に必要な出力を満たさなくなるこ
とから15〜75%範囲外での適用は不適である。上記
の理由から好ましい範囲としては40〜60%がよい。
【0025】図2は他の実施例を示し、共振器の一方の
反射面(共振用ミラー)を非線形光学結晶に設けた場合
の第2高調波発生装置22を示す。図2において、図1
と同じ部品等には同じ符号を付している。
【0026】本実施例の共振器には入射側に曲率半径5
mmの凹面鏡が用いられ、平面には基本波を99%以上
透過する反射防止膜が蒸着されており、凹面には基本波
を95%反射する反射膜が蒸着されて球面ミラー17と
されている。また、第2高調波の出射側には結晶軸a方
向の長さ3mmの非線形光学材料のKNbO3 結晶16
が置かれ、入射側には基本波を99%以上透過する反射
防止膜が蒸着されており、出射側には基本波を99%以
上反射、第2高調波を90%以上透過する反射膜が蒸着
されて平面ミラー18とされている。
【0027】このような共振器15を用いた場合には、
小型化によって共振器の縦モード間隔が拡大されるため
許容される共振器からの戻り光量が増大する。したがっ
て、LD出射端面反射率を前述の定在波型共振器4を用
いる場合より低い反射率で使用することが可能となり、
前述の実施例と比較して同様の効果が得られるばかりで
なく、さらに高効率な波長変換を継続することが可能と
なった。
【0028】本発明は、複数の凹面鏡(共振用ミラー)
からなるアセンブリ型の定在波型共振器に限定されるも
のではなく、非線形光学材料自体に共振用ミラーが形成
された一体型のモノリシック型定在波共振器にも適用可
能である。
【0029】
【発明の効果】本発明の高調波発生装置によれば、基本
波光源に用いるLDの出射端面の反射率を15〜75%
にすることにより、共振器からの過剰な戻り光に起因す
るロッキングレンジの拡大による隣接するロッキングレ
ンジの重なり合いを防ぎ、半導体レーザの縦モード間の
モードホッピングを抑制し、位相整合条件を満たす波長
で基本波が安定化される。そのため、高効率な波長変換
を継続することが可能となった。
【0030】さらに、本発明の高調波発生装置によれ
ば、結合光学系等からの不要な反射光がLDに再入射さ
れた場合にも、LDの出射端面においてその光量を低減
させるよう働くため、直接反射光によって生じる、半導
体レーザの縦モード間のモードホッピング、基本波のス
ペクトル線幅の増大、相対雑音強度の低下といった問題
を防ぐことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示し、第2高調波発生装置の
基本構成の側面図。
【図2】本発明の他の実施例を示し、第2高調波発生装
置の基本構成の側面図。
【図3】従来の第2高調波発生装置の基本構成の側面
図。
【図4】共振器からの適切な戻り光量が再入射された場
合におけるLDの周波数ロッキングレンジを示すグラ
フ。
【図5】共振器からの過剰な戻り光量が再入射された場
合におけるLDの周波数ロッキングレンジを示すグラ
フ。
【符号の説明】
1:LD 2:コリメートレンズ 3:モードマッチングレンズ 4:定在波型共振器 5:非線形光学結晶 6:球面ミラー 7:球面ミラー 8:基本波 9:戻り光 10:第2高調波 11:第2高調波発生装置 15:定在波型共振器 16:非線形光学結晶 17:球面ミラー 18:平面ミラー 22:第2高調波発生装置 34:ロッキングレンジ 35:縦モード間隔 36:ロッキングレンジ 37:縦モード間隔

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基本波光源である半導体レーザと、基本波
    を共振させる複数の共振用ミラーから構成される共振器
    と、前記共振器内の基本波の光軸上に設けられた非線形
    光学材料とを備えてなる高調波発生装置において、前記
    半導体レーザの光出射端面の基本波に対する反射率を1
    5〜75%としたことを特徴とする高調波発生装置。
JP12542495A 1995-05-24 1995-05-24 高調波発生装置 Withdrawn JPH08320509A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014062173A1 (en) * 2012-10-17 2014-04-24 Ipg Photonics Corporation Resonantly enhanced frequency converter

Cited By (2)

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WO2014062173A1 (en) * 2012-10-17 2014-04-24 Ipg Photonics Corporation Resonantly enhanced frequency converter
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