JPH09127565A - 光源装置 - Google Patents
光源装置Info
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- JPH09127565A JPH09127565A JP28059895A JP28059895A JPH09127565A JP H09127565 A JPH09127565 A JP H09127565A JP 28059895 A JP28059895 A JP 28059895A JP 28059895 A JP28059895 A JP 28059895A JP H09127565 A JPH09127565 A JP H09127565A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 安定な波長変換光源を実現し、高出力の短波
長レーザ光を得る。 【解決手段】 基本波光を発生する基本波光源１１と、
光源の基本波長に対し高反射率を有する複数のミラー２
０１、２０１、２０３、２０４からなる外部共振器３０
ａと、外部共振器３０ａの内部に設けられ、基本波の第
二高調波を発生する非線形光学素子１７とから波長変換
系を構成する。前記非線形光学素子１７は同種または異
種の材料で光学的に接合し、基本波光と第二高調波光と
を空間的に分離する。また、空間的に分離する手段を光
学結晶の複屈折を用いてなす。更に、前記接合の手段と
して接合部を平面に光学研磨した後、光学接合し、その
後、加圧、加熱する拡散接合を用いる。非線形光学素子
１７としてｂｅｔａ−ＢａＢ2 Ｏ4 、ＣｓＬｉＢ
6 Ｏ10、ＫＴｉＯＰＯ4 、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＢ
3 Ｏ5 、ＫＮｂＯ3 を用いる。
長レーザ光を得る。 【解決手段】 基本波光を発生する基本波光源１１と、
光源の基本波長に対し高反射率を有する複数のミラー２
０１、２０１、２０３、２０４からなる外部共振器３０
ａと、外部共振器３０ａの内部に設けられ、基本波の第
二高調波を発生する非線形光学素子１７とから波長変換
系を構成する。前記非線形光学素子１７は同種または異
種の材料で光学的に接合し、基本波光と第二高調波光と
を空間的に分離する。また、空間的に分離する手段を光
学結晶の複屈折を用いてなす。更に、前記接合の手段と
して接合部を平面に光学研磨した後、光学接合し、その
後、加圧、加熱する拡散接合を用いる。非線形光学素子
１７としてｂｅｔａ−ＢａＢ2 Ｏ4 、ＣｓＬｉＢ
6 Ｏ10、ＫＴｉＯＰＯ4 、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＢ
3 Ｏ5 、ＫＮｂＯ3 を用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を発生す
る光源装置に関し、更に詳しくは非線形光学素子を用い
て高次高調波光や和周波光を発生させる光源装置に関す
るものである。
る光源装置に関し、更に詳しくは非線形光学素子を用い
て高次高調波光や和周波光を発生させる光源装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より共振器内部の高いパワー密度を
利用して効率良く波長変換を行なうことが提案されてお
り、例えば、外部共振型の第二高調波発生（以下、単に
「ＳＨＧ」と記す）や、レーザ共振器内部の非線形光学
結晶素子によるＳＨＧが試みられている。外部共振型の
例としてバリウムボレート（ＢＢＯ）を用いた例が特開
平５−２４３６６１号明細書に開示されており、また、
レーザ共振器内部の非線形光学結晶素子によるＳＨＧの
例としてＫＴＰを用いた例が特開平１−２２０８７、特
開平４−２５０８７および特開平４−２４３１７７号明
細書に開示されている。共振器内部の非線形光学結晶素
子で、基本波レーザ光に対して第二高調波レーザ光を位
相整合させることにより、効率良く第二高調波レーザ光
を取り出している。
利用して効率良く波長変換を行なうことが提案されてお
り、例えば、外部共振型の第二高調波発生（以下、単に
「ＳＨＧ」と記す）や、レーザ共振器内部の非線形光学
結晶素子によるＳＨＧが試みられている。外部共振型の
例としてバリウムボレート（ＢＢＯ）を用いた例が特開
平５−２４３６６１号明細書に開示されており、また、
レーザ共振器内部の非線形光学結晶素子によるＳＨＧの
例としてＫＴＰを用いた例が特開平１−２２０８７、特
開平４−２５０８７および特開平４−２４３１７７号明
細書に開示されている。共振器内部の非線形光学結晶素
子で、基本波レーザ光に対して第二高調波レーザ光を位
相整合させることにより、効率良く第二高調波レーザ光
を取り出している。
【０００３】図４を参照して従来例について説明する。
同図は外部共振型の例としてＢＢＯを用いたリング型の
外部共振器３０ｂによるＳＨＧレーザの構成図である。
基本波光源１１は周波数誤差信号を得るための位相変調
器１２、外部共振器３０ｂへのモードマッチングを考慮
にいれた集光レンズ１３を通してリング型の外部共振器
３０ｂに入射される。この外部共振器３０ｂは、表２に
示すような２枚の凹型のミラー１８、１９、および１枚
の平面の折り返し用のミラー２０から構成されている。
ミラー１８の位置決めに電磁デバイス１６を用いてい
る。
同図は外部共振型の例としてＢＢＯを用いたリング型の
外部共振器３０ｂによるＳＨＧレーザの構成図である。
基本波光源１１は周波数誤差信号を得るための位相変調
器１２、外部共振器３０ｂへのモードマッチングを考慮
にいれた集光レンズ１３を通してリング型の外部共振器
３０ｂに入射される。この外部共振器３０ｂは、表２に
示すような２枚の凹型のミラー１８、１９、および１枚
の平面の折り返し用のミラー２０から構成されている。
ミラー１８の位置決めに電磁デバイス１６を用いてい
る。
【表２】
【０００４】外部共振器３０ｂ内に、非線形光学素子１
７としてＢＢＯを配置した。前記外部共振器３０ｂから
反射した基本波光は光検出器１４で検出される。その検
出信号を用いて制御回路１５により電磁アクチュエータ
ー１６の位置制御を行ない入射光を共振動作させること
により、非線形光学素子１７から効率良くＳＨＧ光が得
られる。位置制御の方法は前述した特開平５−２４３６
６１号明細書に開示されており、また、このときのＳＨ
Ｇ変換効率ηSHは特願平６−６１０８４号明細書に提案
したように、つぎの数１式で求められる。
７としてＢＢＯを配置した。前記外部共振器３０ｂから
反射した基本波光は光検出器１４で検出される。その検
出信号を用いて制御回路１５により電磁アクチュエータ
ー１６の位置制御を行ない入射光を共振動作させること
により、非線形光学素子１７から効率良くＳＨＧ光が得
られる。位置制御の方法は前述した特開平５−２４３６
６１号明細書に開示されており、また、このときのＳＨ
Ｇ変換効率ηSHは特願平６−６１０８４号明細書に提案
したように、つぎの数１式で求められる。
【数１】
【０００５】ここでγSHは非線形変換ファクター、Ｐc
は入射パワーである。非線形光学素子１７におけるスポ
ット半径ω0 は、ミラー１８、１９の間隔Ｌ2 が約８５
ｍｍのとき４９μｍと計算されるので、結晶厚み３ｍｍ
のとき、非線形変換ファクターを求めると、γSH＝１．
５X １０-5（Ｗ-1）となる。
は入射パワーである。非線形光学素子１７におけるスポ
ット半径ω0 は、ミラー１８、１９の間隔Ｌ2 が約８５
ｍｍのとき４９μｍと計算されるので、結晶厚み３ｍｍ
のとき、非線形変換ファクターを求めると、γSH＝１．
５X １０-5（Ｗ-1）となる。
【０００６】多重反射により、外部共振器３０ｂの共振
時の内部パワーは増倍される。従って外部共振器３０ｂ
内に非線形光学結晶を置くことにより変換効率の改善が
期待できる。この増倍率はＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔの多
重反射の式より求められる。ミラー１８の反射率を
Ｒ1 、ミラー１９、ミラー２０の反射率およびラウンド
トリップの共振器内ロスを含ませた出射反射率をＲm と
すれば、振幅反射率ｒは、数２式で示される。
時の内部パワーは増倍される。従って外部共振器３０ｂ
内に非線形光学結晶を置くことにより変換効率の改善が
期待できる。この増倍率はＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔの多
重反射の式より求められる。ミラー１８の反射率を
Ｒ1 、ミラー１９、ミラー２０の反射率およびラウンド
トリップの共振器内ロスを含ませた出射反射率をＲm と
すれば、振幅反射率ｒは、数２式で示される。
【数２】
【０００７】また、共振器内の振幅増倍ファクターｔC
は、数３式で与えられる。
は、数３式で与えられる。
【数３】 ここでΔはラウンドトリップの位相差、Ｔ1 ＝１−Ｒ1
である。
である。
【０００８】数２式、数３式から強度反射率Ｒは数４式
で、また、強度増倍ファクターＴCは数５式で与えられ
る。
で、また、強度増倍ファクターＴCは数５式で与えられ
る。
【数４】
【数５】
【０００９】Ｒ1 ＝Ｒm 、Ｒ2 ＝１のとき、つまり共振
器内のＳＨＧによる損失を含めた全損失と入射透過率と
が等しいとき、共振時の反射率は０となり、全エネルギ
ーが共振器内部に入る。この状態をインピーダンスマッ
チングが取れた状態と称す。インピーダンスマッチング
時の強度増倍ファクターＴC はΔ＝２ｍπのとき、Ｒ1
＝Ｒm 、Ｒ2 ＝１、Ｔ1 ＝１−Ｒm であるから、入射パ
ワーをＰi 、共振器内パワーをＰC とすれば、数６式に
示すように簡単になる。
器内のＳＨＧによる損失を含めた全損失と入射透過率と
が等しいとき、共振時の反射率は０となり、全エネルギ
ーが共振器内部に入る。この状態をインピーダンスマッ
チングが取れた状態と称す。インピーダンスマッチング
時の強度増倍ファクターＴC はΔ＝２ｍπのとき、Ｒ1
＝Ｒm 、Ｒ2 ＝１、Ｔ1 ＝１−Ｒm であるから、入射パ
ワーをＰi 、共振器内パワーをＰC とすれば、数６式に
示すように簡単になる。
【数６】 このときＲm ＝９９％を代入すると１００倍の増倍効果
があることがわかる。
があることがわかる。
【００１０】つぎに、この状態でのＳＨＧ変換効率はＳ
ＨＧ変換効率を共振器内部損失の増加と考えると、後方
反射率Ｒm は共振器内損失δcav 、シングルパスＳＨＧ
変換効率ηSHとすれば、数７式で与えられる。
ＨＧ変換効率を共振器内部損失の増加と考えると、後方
反射率Ｒm は共振器内損失δcav 、シングルパスＳＨＧ
変換効率ηSHとすれば、数７式で与えられる。
【数７】 数７式を数６式に代入すれば数８式が得られ、内部パワ
ーＰC に関する二次方程式となり、従って、内部パワー
ＰC は数９式と求められる。
ーＰC に関する二次方程式となり、従って、内部パワー
ＰC は数９式と求められる。
【数８】
【数９】
【００１１】よって、入射パワーに対する有効ＳＨＧ変
換効率ηは数１０式で示される。ここでＸは数１１式で
示される。
換効率ηは数１０式で示される。ここでＸは数１１式で
示される。
【数１０】
【数１１】
【００１２】ＢＢＯで結晶長３ｍｍ、スポット半径４９
μｍのとき、γSH＝１．５X １０-5（Ｗ-1）となるの
で、入力パワーＰi ＝１Ｗ、共振器損失δcav ＝０．５
％を数１１式、および後述する数１２式に代入すれば約
３０％の変換効率ηが得られる事がわかる。インピーダ
ンスマッチングが取れていないときは数７式を数５式に
代入し、数値解により変換効率が得られる。
μｍのとき、γSH＝１．５X １０-5（Ｗ-1）となるの
で、入力パワーＰi ＝１Ｗ、共振器損失δcav ＝０．５
％を数１１式、および後述する数１２式に代入すれば約
３０％の変換効率ηが得られる事がわかる。インピーダ
ンスマッチングが取れていないときは数７式を数５式に
代入し、数値解により変換効率が得られる。
【００１３】また、変換効率ηは文献（Ａ）に記載され
ているように数１０式を数１式と数８式を用いて書き直
すと数１２式で与えられる。
ているように数１０式を数１式と数８式を用いて書き直
すと数１２式で与えられる。
【数１２】 従って共振器損失δcav ＝０．５％では約３０％の変換
効率が得られるが、共振器損失が増加すると変換効率η
が大きく劣化することがわかる。 文献（Ａ） Ｍ．Ｏｋａ，Ｓ．Ｔ．Ｙａｎｇ ａｎｄ
Ｓ．Ｋｕｂｏｔａ，“１００％ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｒｏｍ ａ ｒｅｓｏｎａ
ｔ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｄｏｕｂｌｅｒ，”ｉｎ Ｄｉ
ｇｅｓｔ ｏｆＡｄｖａｎｃｅｄ Ｓｏｌｌｉｄ Ｓｔ
ａｔｅ ｌａｓｅｒｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ （Ｏｐ
ｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，
Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．１９９５），Ｐａｐ
ｅｒ ＷＤ７．
効率が得られるが、共振器損失が増加すると変換効率η
が大きく劣化することがわかる。 文献（Ａ） Ｍ．Ｏｋａ，Ｓ．Ｔ．Ｙａｎｇ ａｎｄ
Ｓ．Ｋｕｂｏｔａ，“１００％ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｒｏｍ ａ ｒｅｓｏｎａ
ｔ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｄｏｕｂｌｅｒ，”ｉｎ Ｄｉ
ｇｅｓｔ ｏｆＡｄｖａｎｃｅｄ Ｓｏｌｌｉｄ Ｓｔ
ａｔｅ ｌａｓｅｒｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ （Ｏｐ
ｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，
Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．１９９５），Ｐａｐ
ｅｒ ＷＤ７．
【００１４】共振器損失の低減のためＢＢＯには反射防
止膜が施され、共振器ミラーとしては反射率９９．９％
の高反射率ミラーが用いられている。初期特性として、
共振器損失０．５％を満たすことは可能で実際には下記
の２つの文献（Ｂ）および文献（Ｃ）に開示されている
ように１Ｗ以上の高出力紫外ＳＨＧ光がおよそ５０％の
変換効率で得られている。 文献（Ｂ） Ｍ．Ｏｋａ，Ｌ．Ｙ．Ｌｉｕ，Ｗ．Ｗｉｅ
ｃｈｍａｎｎ，Ｎ．Ｅｇｕｃｈｉ，ａｎｄ Ｓ．Ｋｕｂ
ｏｔａ，“１ Ｗ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−Ｗａｖｅ
２６６ ｎｍ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ａｎ
Ａｌｌ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｑｕａｄｒｕｐｌｅｄ Ｎｄ：ＹＡＧＬａｓｅｒ，”
ｉｎ Ｐｒｏｃｒｒｄｉｎｇｓ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅ
ｄ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒｓ（ＯＳＡ，
Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．１９９４），３７４−
３７６． 文献（Ｃ） Ｌ．リュウ、岡 美智雄、Ｗ．ヴィヒマ
ン、江口直哉、武田実、菅沼洋、久保田重夫 ５５回
応用物理学会（１９９４）＃２０ｐ−ＭＬ−５ｐｐ１２
１９．
止膜が施され、共振器ミラーとしては反射率９９．９％
の高反射率ミラーが用いられている。初期特性として、
共振器損失０．５％を満たすことは可能で実際には下記
の２つの文献（Ｂ）および文献（Ｃ）に開示されている
ように１Ｗ以上の高出力紫外ＳＨＧ光がおよそ５０％の
変換効率で得られている。 文献（Ｂ） Ｍ．Ｏｋａ，Ｌ．Ｙ．Ｌｉｕ，Ｗ．Ｗｉｅ
ｃｈｍａｎｎ，Ｎ．Ｅｇｕｃｈｉ，ａｎｄ Ｓ．Ｋｕｂ
ｏｔａ，“１ Ｗ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−Ｗａｖｅ
２６６ ｎｍ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ａｎ
Ａｌｌ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｑｕａｄｒｕｐｌｅｄ Ｎｄ：ＹＡＧＬａｓｅｒ，”
ｉｎ Ｐｒｏｃｒｒｄｉｎｇｓ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅ
ｄ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒｓ（ＯＳＡ，
Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．１９９４），３７４−
３７６． 文献（Ｃ） Ｌ．リュウ、岡 美智雄、Ｗ．ヴィヒマ
ン、江口直哉、武田実、菅沼洋、久保田重夫 ５５回
応用物理学会（１９９４）＃２０ｐ−ＭＬ−５ｐｐ１２
１９．
【００１５】ところがこのように高出力の紫外光を発生
させ、長期連続発振させるＢＢＯの反射防止膜や共振器
ミラーが紫外光の高い光エネルギーによりダメージをう
けるという問題があった。実際１００時間程度の連続動
作で紫外光に起因する膜の変形や変質が観測された。図
４からも分かるように、非線形光学素子１７であるＢＢ
Ｏのから発生した紫外光は、基本波光と同じ光路をたど
りＢＢＯの表面の反射防止膜、ミラー１９を通過する。
このため、ほんのわずかな膜の変形や変質が発生しても
基本波光に対する共振器損失が増加し、ＳＨＧの出力低
下が生じていた。文献からも明らかなように１％以下の
共振器損失の増加が致命的な効率劣化を生じさせるもの
である。
させ、長期連続発振させるＢＢＯの反射防止膜や共振器
ミラーが紫外光の高い光エネルギーによりダメージをう
けるという問題があった。実際１００時間程度の連続動
作で紫外光に起因する膜の変形や変質が観測された。図
４からも分かるように、非線形光学素子１７であるＢＢ
Ｏのから発生した紫外光は、基本波光と同じ光路をたど
りＢＢＯの表面の反射防止膜、ミラー１９を通過する。
このため、ほんのわずかな膜の変形や変質が発生しても
基本波光に対する共振器損失が増加し、ＳＨＧの出力低
下が生じていた。文献からも明らかなように１％以下の
共振器損失の増加が致命的な効率劣化を生じさせるもの
である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
外部共振型のＳＨＧにおいてはつぎのような問題点があ
った。即ち、高出力のＳＨＧ光（特に紫外光）を長期連
続発生させるとＳＨＧ光により反射防止膜や共振器ミラ
ーがダメージをうけ、このダメージの生じる場所が基本
波光の共振動作する光路と一致するため、わずかなダメ
ージでも大幅な効率劣化を生じていた。従って本発明の
目的は、上記問題点を解消することができる光源装置を
提供することである。
外部共振型のＳＨＧにおいてはつぎのような問題点があ
った。即ち、高出力のＳＨＧ光（特に紫外光）を長期連
続発生させるとＳＨＧ光により反射防止膜や共振器ミラ
ーがダメージをうけ、このダメージの生じる場所が基本
波光の共振動作する光路と一致するため、わずかなダメ
ージでも大幅な効率劣化を生じていた。従って本発明の
目的は、上記問題点を解消することができる光源装置を
提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題に鑑
みなされたものであって、少なくとも、基本波光を発生
する光源と、前記光源の基本波光に対し高反射率を有す
る複数の光学部材からなる外部共振器と、前記外部共振
器の内部に設けられ、前記基本波光の第二高調波光を発
生する非線形光学素子とから波長変換光学系を構成する
と共に、前記非線形光学素子を同種または異種の材料で
光学的に接合し、基本波光と第二高調波光とを空間的に
分離する手段を設ける構成の光源装置とする。
みなされたものであって、少なくとも、基本波光を発生
する光源と、前記光源の基本波光に対し高反射率を有す
る複数の光学部材からなる外部共振器と、前記外部共振
器の内部に設けられ、前記基本波光の第二高調波光を発
生する非線形光学素子とから波長変換光学系を構成する
と共に、前記非線形光学素子を同種または異種の材料で
光学的に接合し、基本波光と第二高調波光とを空間的に
分離する手段を設ける構成の光源装置とする。
【００１８】また、発光波長の異なる第一の光源および
第二の光源と、前記第一の光源と前記第二の光源の少な
くとも一方の波長に対し、高反射率を有する複数の光学
部材からなる外部共振器と、前記外部共振器の内部に設
けられ、前記第一の光源と第二の光源の和周波光を発生
する非線形光学素子とから波長変換光学系を構成すると
共に、前記非線形光学素子を同種または異種の材料で光
学的に接合し、基本波光と和周波光とを空間的に分離す
る手段を設ける構成の光源装置とする。
第二の光源と、前記第一の光源と前記第二の光源の少な
くとも一方の波長に対し、高反射率を有する複数の光学
部材からなる外部共振器と、前記外部共振器の内部に設
けられ、前記第一の光源と第二の光源の和周波光を発生
する非線形光学素子とから波長変換光学系を構成すると
共に、前記非線形光学素子を同種または異種の材料で光
学的に接合し、基本波光と和周波光とを空間的に分離す
る手段を設ける構成の光源装置とする。
【００１９】また、前記空間的に分離する手段を光学結
晶の複屈折を用いてなす。
晶の複屈折を用いてなす。
【００２０】また、前記接合の手段として接合部を平面
に光学研磨した後、光学接合し、光学接合後、加圧、加
熱する拡散接合を用いる。
に光学研磨した後、光学接合し、光学接合後、加圧、加
熱する拡散接合を用いる。
【００２１】更に、前記非線形光学素子としてｂｅｔａ
−ＢａＢ2 Ｏ4 、ＣｓＬｉＢ6 Ｏ10、ＫＴｉＯＰＯ4 、
ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＢ3 Ｏ5 、ＫＮｂＯ3 の結晶を用い
て上記課題を解決する。
−ＢａＢ2 Ｏ4 、ＣｓＬｉＢ6 Ｏ10、ＫＴｉＯＰＯ4 、
ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＢ3 Ｏ5 、ＫＮｂＯ3 の結晶を用い
て上記課題を解決する。
【００２２】上記の構成によれば、外部共振器から発生
する第二高調波光や和周波光は、反射防止膜や共振器ミ
ラー上では基本波光と空間的に分離されるため、第二高
調波光や和周波光に起因するダメージが発生しても変換
効率の劣化がほとんど生じない。例えば、従来において
はダメージで損失が０．５％増加すると変換効率は５０
％程度に劣化するが、今回の方法で空間的に分離されれ
ば第二高調波光や和周波光出力がわずか０．５％低下す
るだけである。従って、長期にわたり安定な変換効率が
期待される。
する第二高調波光や和周波光は、反射防止膜や共振器ミ
ラー上では基本波光と空間的に分離されるため、第二高
調波光や和周波光に起因するダメージが発生しても変換
効率の劣化がほとんど生じない。例えば、従来において
はダメージで損失が０．５％増加すると変換効率は５０
％程度に劣化するが、今回の方法で空間的に分離されれ
ば第二高調波光や和周波光出力がわずか０．５％低下す
るだけである。従って、長期にわたり安定な変換効率が
期待される。
【００２３】
【発明の実施の形態】図１ないし図３を参照して実施の
形態例について説明する。図１は本発明の実施の形態例
による光源装置の構成図であり、図２は本発明の実施の
形態例による非線形光学素子である結晶と、その結晶中
のビーム光路を示す図であり、また、図３は本発明の実
施の形態例による光源装置の第二高調波光ビームの形状
について説明するための図である。
形態例について説明する。図１は本発明の実施の形態例
による光源装置の構成図であり、図２は本発明の実施の
形態例による非線形光学素子である結晶と、その結晶中
のビーム光路を示す図であり、また、図３は本発明の実
施の形態例による光源装置の第二高調波光ビームの形状
について説明するための図である。
【００２４】本形態例は図１に示すように、基本波光源
１１は周波数誤差信号を得るための位相変調器１２、外
部共振器３０ａへのモードマッチングを考慮にいれた集
光レンズ１３を通してリング型の外部共振器３０ａに入
射される。この外部共振器３０ａは、表１に示す２枚の
凹面のミラー２０１、２０２と、２枚の平面折り返し用
のミラー２０３、２０４から構成されている。ミラー２
０１の位置決めに電磁アクチュエータ１６を用いてい
る。外部共振器３０ａ内には波長変換のための非線形光
学素子１７を配置している。
１１は周波数誤差信号を得るための位相変調器１２、外
部共振器３０ａへのモードマッチングを考慮にいれた集
光レンズ１３を通してリング型の外部共振器３０ａに入
射される。この外部共振器３０ａは、表１に示す２枚の
凹面のミラー２０１、２０２と、２枚の平面折り返し用
のミラー２０３、２０４から構成されている。ミラー２
０１の位置決めに電磁アクチュエータ１６を用いてい
る。外部共振器３０ａ内には波長変換のための非線形光
学素子１７を配置している。
【表１】
【００２５】リング型の外部共振器３０ａから反射した
基本波光は光検出器１４で検出される。その検出信号を
用い制御回路１５により電磁アクチュエーター１６の位
置制御を行って入射光を共振動作させることにより、非
線形光学素子１７から効率良くＳＨＧ光が得られる。位
置制御の方法は前述したように特開平５−２４３６６１
号明細書に開示されている。
基本波光は光検出器１４で検出される。その検出信号を
用い制御回路１５により電磁アクチュエーター１６の位
置制御を行って入射光を共振動作させることにより、非
線形光学素子１７から効率良くＳＨＧ光が得られる。位
置制御の方法は前述したように特開平５−２４３６６１
号明細書に開示されている。
【００２６】従来例との違いは非線形光学素子１７が図
２に示すように第一光学結晶４０と第二光学結晶４１の
２種類の光学結晶を光学的に接合することにより構成さ
れている。この接合手段として接合部を平面に光学研磨
し光学接合をする。更に、つぎの文献（Ｄ）および文献
（Ｅ）に記載されているように、同種の結晶、または異
種の結晶を光学接合後、加圧、加熱することにより、拡
散接合が可能であることが知られている。 文献（Ｄ） Ｌ．Ａ．Ｓｋｖｏｒｔｓｏｖ ａｎｄ
Ｅ．Ｓ．Ｓｔｅｐａｎｔｓｏｖ，“Ｌａｓｅｒ ｄａｍ
ａｇｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ａ ｌｉｔｈｉ
ｕｍｎｉｏｂａｔｅ−ｔａｎｔａｌａｔｅ ｂｉｃｒｙ
ｓｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ，”Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ．ｖｏｌ．２３（１９９３）ｐｐ．９８１−９
８２． 文献（Ｅ） Ｍ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｎ．Ｓａｓａｋ
ｉ，Ｍ．Ｙｏｒｉｚｕｍｉ，“Ｏｒｉｇｉｎ ｏｆ Ｉ
ｎｄｕｃｅｄ Ｃｒａｃｋｓ ｉｎ Ｆｅｒｒａｉｔｅ
Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ，”ｉｎ Ｐｒｏ
ｃ．ｏｆ ｔｈｅｓｉｘｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ
ａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｆｅｒｒｉｔｅ
ｓ，（１９９２）ｐｐ．１４７２−１４７４．
２に示すように第一光学結晶４０と第二光学結晶４１の
２種類の光学結晶を光学的に接合することにより構成さ
れている。この接合手段として接合部を平面に光学研磨
し光学接合をする。更に、つぎの文献（Ｄ）および文献
（Ｅ）に記載されているように、同種の結晶、または異
種の結晶を光学接合後、加圧、加熱することにより、拡
散接合が可能であることが知られている。 文献（Ｄ） Ｌ．Ａ．Ｓｋｖｏｒｔｓｏｖ ａｎｄ
Ｅ．Ｓ．Ｓｔｅｐａｎｔｓｏｖ，“Ｌａｓｅｒ ｄａｍ
ａｇｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ａ ｌｉｔｈｉ
ｕｍｎｉｏｂａｔｅ−ｔａｎｔａｌａｔｅ ｂｉｃｒｙ
ｓｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ，”Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ．ｖｏｌ．２３（１９９３）ｐｐ．９８１−９
８２． 文献（Ｅ） Ｍ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｎ．Ｓａｓａｋ
ｉ，Ｍ．Ｙｏｒｉｚｕｍｉ，“Ｏｒｉｇｉｎ ｏｆ Ｉ
ｎｄｕｃｅｄ Ｃｒａｃｋｓ ｉｎ Ｆｅｒｒａｉｔｅ
Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ，”ｉｎ Ｐｒｏ
ｃ．ｏｆ ｔｈｅｓｉｘｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ
ａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｆｅｒｒｉｔｅ
ｓ，（１９９２）ｐｐ．１４７２−１４７４．
【００２７】図２の形態例では第一光学結晶４０は５３
２ｎｍの基本波光に対して第２高調波光発生の位相整合
角を満たすように切り出された（θ＝４７．５ｄｅｇ）
ＢＢＯである。このとき、位相整合条件はタイプ１であ
るから基本波光は常光線の偏光で入射され、第２高調波
光は基本波光に対し直交する異常光線の偏光を有する。
従って前記文献（Ｄ）に示されているように、第一光学
結晶４０で発生する第２高調波光は結晶の複屈折効果で
基本光軸１０より斜めに発生し、そのずれ角であるウオ
ークオフ角ρは下記の文献（Ｆ）によれば、数１３式で
与えられる。
２ｎｍの基本波光に対して第２高調波光発生の位相整合
角を満たすように切り出された（θ＝４７．５ｄｅｇ）
ＢＢＯである。このとき、位相整合条件はタイプ１であ
るから基本波光は常光線の偏光で入射され、第２高調波
光は基本波光に対し直交する異常光線の偏光を有する。
従って前記文献（Ｄ）に示されているように、第一光学
結晶４０で発生する第２高調波光は結晶の複屈折効果で
基本光軸１０より斜めに発生し、そのずれ角であるウオ
ークオフ角ρは下記の文献（Ｆ）によれば、数１３式で
与えられる。
【数１３】 文献（Ｆ） 岡 美智雄、江口 直哉、増田 久、久保
田 重夫、“サブオングストローム位置決めデバイスを
用いた外部共振器型０．１Ｗ紫外線レーザ、”Ｐｒｏｃ
ｅｅｄｉｎｇ ｏｆ Ｓｏｎｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｆ
ｏｒｕｍ １９９１、ｐｐ２９８−３０３，（１９９
１）
田 重夫、“サブオングストローム位置決めデバイスを
用いた外部共振器型０．１Ｗ紫外線レーザ、”Ｐｒｏｃ
ｅｅｄｉｎｇ ｏｆ Ｓｏｎｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｆ
ｏｒｕｍ １９９１、ｐｐ２９８−３０３，（１９９
１）
【００２８】ここで、θｍは結晶の方位角、ｎo は常光
屈折率、ｎe は異常光屈折率である。また、サフィック
スω、２ωは基本波光、第２高調波光の波長のときの屈
折率を意味する。数１３式よりθｍ＝４７．５ｄｅｇの
ときρ＝４．８ｄｅｇと計算され、このとき、図１の配
置の外部共振器３０ａでは基本波光のスポット直径は約
５０μｍの円形ビームに絞られており非線形光学素子１
７であるＢＢＯの結晶長Ｌ1 ＝５ｍｍとすると、図２お
よび図３に示すように第２高調波光ビーム４５の形状は
常光方向では約５０／√２μｍ＝３５μｍ、異常光方向
ではおよそＷ＝Ｌ1 ｔａｎρ＝４２０μｍと結晶接合面
４２のビーム形状に示されるように楕円のビーム形状と
なる。
屈折率、ｎe は異常光屈折率である。また、サフィック
スω、２ωは基本波光、第２高調波光の波長のときの屈
折率を意味する。数１３式よりθｍ＝４７．５ｄｅｇの
ときρ＝４．８ｄｅｇと計算され、このとき、図１の配
置の外部共振器３０ａでは基本波光のスポット直径は約
５０μｍの円形ビームに絞られており非線形光学素子１
７であるＢＢＯの結晶長Ｌ1 ＝５ｍｍとすると、図２お
よび図３に示すように第２高調波光ビーム４５の形状は
常光方向では約５０／√２μｍ＝３５μｍ、異常光方向
ではおよそＷ＝Ｌ1 ｔａｎρ＝４２０μｍと結晶接合面
４２のビーム形状に示されるように楕円のビーム形状と
なる。
【００２９】結晶接合面４２では図３からも分かるよう
に基本波ビーム光４４と第２高調波光ビーム４５が重な
るため反射防止膜の劣化による変換効率の大幅な劣化が
生じていた。
に基本波ビーム光４４と第２高調波光ビーム４５が重な
るため反射防止膜の劣化による変換効率の大幅な劣化が
生じていた。
【００３０】そこで図２のように第一光学結晶４０に第
二光学結晶４１を光学的に接合することによりこの問題
を解決する。図２の実施例では第二光学結晶４１はＢＢ
Ｏであるがその方位は例えばθ＝４９．５ｄｅｇと第２
高調波光は発生しない角度となっている。従って第二光
学結晶４１からは第２高調波光は発生せず、上述の複屈
折効果によるウオークオフ効果のみを生じる。従って常
光偏光の基本波光は直進するが、異常光偏光の第２高調
波光は、数１３式にθ＝４９．５ｄｅｇを代入したウオ
ークオフ角については第一光学結晶４０とほぼ同じで、
約ρ’＝４．８ｄｅｇで第二光学結晶４１（ＢＢＯ）の
結晶長Ｌ1 ＝５ｍｍとすると、Ｄ1 ＝Ｌ1 ｔａｎρ’＝
４２０μｍだけ分離される。また、第一光学結晶４０に
よる移動量Ｄ2 が更に加わっているため、図３の結晶出
射面４３での第２高調波光ビーム４５は基本光軸１０か
らＤ1 ＋Ｄ2 だけ離れ、基本波光ビーム４４と第２高調
波ビーム光４５が空間的に分離されることになる。
二光学結晶４１を光学的に接合することによりこの問題
を解決する。図２の実施例では第二光学結晶４１はＢＢ
Ｏであるがその方位は例えばθ＝４９．５ｄｅｇと第２
高調波光は発生しない角度となっている。従って第二光
学結晶４１からは第２高調波光は発生せず、上述の複屈
折効果によるウオークオフ効果のみを生じる。従って常
光偏光の基本波光は直進するが、異常光偏光の第２高調
波光は、数１３式にθ＝４９．５ｄｅｇを代入したウオ
ークオフ角については第一光学結晶４０とほぼ同じで、
約ρ’＝４．８ｄｅｇで第二光学結晶４１（ＢＢＯ）の
結晶長Ｌ1 ＝５ｍｍとすると、Ｄ1 ＝Ｌ1 ｔａｎρ’＝
４２０μｍだけ分離される。また、第一光学結晶４０に
よる移動量Ｄ2 が更に加わっているため、図３の結晶出
射面４３での第２高調波光ビーム４５は基本光軸１０か
らＤ1 ＋Ｄ2 だけ離れ、基本波光ビーム４４と第２高調
波ビーム光４５が空間的に分離されることになる。
【００３１】従って結晶出射面４３に施された基本波光
ビーム４４に対する反射防止膜は第２高調波光ビーム４
５に起因するダメージの影響を全く受けなくなる。また
結晶から出射後は基本波光ビーム４４、第２高調波光ビ
ーム４５はそれぞれ平行に伝搬し回折する影響でビーム
はやや拡がり、第２高調波光ビーム４５を取り出すミラ
ー２０２においては基本波光ビーム４４の半径は約２０
０μｍであるから４２０μｍの分離により基本波光ビー
ム４４、第２高調波光ビーム４５のビームが重なること
なく、ミラー２０２においても第２高調波光ビーム４５
に起因するダメージの影響を全く受けなくなる。
ビーム４４に対する反射防止膜は第２高調波光ビーム４
５に起因するダメージの影響を全く受けなくなる。また
結晶から出射後は基本波光ビーム４４、第２高調波光ビ
ーム４５はそれぞれ平行に伝搬し回折する影響でビーム
はやや拡がり、第２高調波光ビーム４５を取り出すミラ
ー２０２においては基本波光ビーム４４の半径は約２０
０μｍであるから４２０μｍの分離により基本波光ビー
ム４４、第２高調波光ビーム４５のビームが重なること
なく、ミラー２０２においても第２高調波光ビーム４５
に起因するダメージの影響を全く受けなくなる。
【００３２】このようにして従来、特に第２高調波光が
特に紫外領域の場合、長期出力信頼性を保つ事が困難で
あったが、上述した方式により解決することができる。
特に紫外領域の場合、長期出力信頼性を保つ事が困難で
あったが、上述した方式により解決することができる。
【００３３】上記の例では非線形光学素子１７を、第一
光学結晶４０と第二光学結晶４１とを共にＢＢＯを用い
接合する構成にしたが、第二光学結晶４１は第２高調波
光を発生する必要はなく、複屈折で分離できる光学結晶
であればよい。これには例えばＬＢＯ，ＭｇＦ2 等があ
る。
光学結晶４０と第二光学結晶４１とを共にＢＢＯを用い
接合する構成にしたが、第二光学結晶４１は第２高調波
光を発生する必要はなく、複屈折で分離できる光学結晶
であればよい。これには例えばＬＢＯ，ＭｇＦ2 等があ
る。
【００３４】結晶接合面４２を基本光軸１０に対して垂
直にしていたが、これを斜めに設定し、分散（屈折率の
波長依存性）して分離することも可能である。
直にしていたが、これを斜めに設定し、分散（屈折率の
波長依存性）して分離することも可能である。
【００３５】また、図１の形態例では反射防止膜を用い
たＢＢＯの例を示したが、ブリュースター角を形成し、
境界面で反射が生じない構成も考えられる。しかしこの
方式でも第２高調波光が紫外領域の場合、紫外光による
表面劣化が生じることが実験により明らかになってお
り、この場合でも同様に結晶接合面を設けた方式で基本
波光と第２高調波光とを分離する方法が有効である。
たＢＢＯの例を示したが、ブリュースター角を形成し、
境界面で反射が生じない構成も考えられる。しかしこの
方式でも第２高調波光が紫外領域の場合、紫外光による
表面劣化が生じることが実験により明らかになってお
り、この場合でも同様に結晶接合面を設けた方式で基本
波光と第２高調波光とを分離する方法が有効である。
【００３６】上記の例では非線形光学素子としてｂｅｔ
ａ−ＢａＢ2 Ｏ4 （ＢＢＯ）を用いたが、それ以外にも
ＣｓＬｉＢ6 Ｏ10（ＣＬＢＯ）、ＫＴｉＯＰＯ4 （ＫＴ
Ｐ）、ＬｉＮｂＯ3 （ＬＮ）、ＬｉＢ3 Ｏ5 （ＬＢ
Ｏ）、ＫＮｂＯ3 （ＫＮ）等の非線形光学結晶を用いる
ことも可能である。
ａ−ＢａＢ2 Ｏ4 （ＢＢＯ）を用いたが、それ以外にも
ＣｓＬｉＢ6 Ｏ10（ＣＬＢＯ）、ＫＴｉＯＰＯ4 （ＫＴ
Ｐ）、ＬｉＮｂＯ3 （ＬＮ）、ＬｉＢ3 Ｏ5 （ＬＢ
Ｏ）、ＫＮｂＯ3 （ＫＮ）等の非線形光学結晶を用いる
ことも可能である。
【００３７】また、上述の方法は第２高調波光の例のみ
を示したが基本波光源が２種の異なる波長からなり、そ
の一方もしくは両方の光源に対して外部共振器を構成す
る和周波発生の場合にも同様の構成で基本波光と和周波
光を分離できる。
を示したが基本波光源が２種の異なる波長からなり、そ
の一方もしくは両方の光源に対して外部共振器を構成す
る和周波発生の場合にも同様の構成で基本波光と和周波
光を分離できる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
外部共振器内部に配置された非線形光学素子に基本波光
と第２高調波光を空間的に分離する機能を付加すること
で、第２高調波光に起因する共振器の劣化を防止し長期
安定な波長変換光源が実現できる。
外部共振器内部に配置された非線形光学素子に基本波光
と第２高調波光を空間的に分離する機能を付加すること
で、第２高調波光に起因する共振器の劣化を防止し長期
安定な波長変換光源が実現できる。
【図１】 本発明の実施の形態例である光源装置の構成
図である。
図である。
【図２】 本発明の実施の形態例に用いる非線形光学素
子である結晶とその結晶中のビーム光路を示す図であ
る。
子である結晶とその結晶中のビーム光路を示す図であ
る。
【図３】 本発明の実施の形態例である光源装置の第二
高調波光ビームの形状について説明するための図であ
る。
高調波光ビームの形状について説明するための図であ
る。
【図４】 外部共振器型ＳＨＧの従来例の構成図であ
る。
る。
１０ 基本光軸 １１ 基本波光源 １２ 位相変調器 １３ 集光レンズ １４ 光検出器 １５ 制御回路 １６ 電磁アクチュエータ １７ 非線形光学素子 １８、１９、２０ ミラー ２０１、２０２、２０３、２０４ ミラー ３０ａ、３０ｂ 外部共振器 ４０ 第一光学結晶 ４１ 第二光学結晶 ４２ 結晶接合面 ４３ 結晶出射面 ４４ 基本波光ビーム ４５ 第二高調波光ビーム
Claims (7)
- 【請求項１】 少なくとも、基本波光を発生する光源
と、 前記光源の基本波光に対し高反射率を有する複数の光学
部材からなる外部共振器と、 前記外部共振器の内部に設けられ、前記基本波光の第二
高調波光を発生する非線形光学素子と、 から波長変換光学系を構成すると共に、 前記非線形光学素子を同種または異種の材料で光学的に
接合し、基本波光と第二高調波光とを空間的に分離する
手段を設けたことを特徴とする光源装置。 - 【請求項２】 発振波長の異なる第一の光源および第二
の光源と、 前記第一の光源と前記第二の光源の少なくとも一方の波
長に対し、高反射率を有する複数の光学部材からなる外
部共振器と、 前記外部共振器の内部に設けられ、前記第一の光源と前
記第二の光源の和周波光を発生する非線形光学素子と、 から波長変換光学系を構成すると共に、 前記非線形光学素子を同種または異種の材料で光学的に
接合し、基本波光と和周波光とを空間的に分離する手段
を設けたことを特徴とする光源装置。 - 【請求項３】 前記空間的に分離する手段を光学結晶の
複屈折を用いてなすことを特徴とする、請求項１に記載
の光源装置。 - 【請求項４】 前記空間的に分離する手段を光学結晶の
複屈折を用いてなすことを特徴とする、請求項２に記載
の光源装置。 - 【請求項５】 前記接合の手段として接合部を平面に光
学研磨した後、光学接合し、 更に、光学接合後、加圧、加熱する拡散接合法を用いる
ことを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。 - 【請求項６】 前記接合の手段として接合部を平面に光
学研磨した後、光学接合し、 更に、光学接合後、加圧、加熱する拡散接合法を用いる
ことを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。 - 【請求項７】 前記非線形光学素子としてｂｅｔａ−Ｂ
ａＢ2 Ｏ4 、ＣｓＬｉＢ6 Ｏ10、ＫＴｉＯＰＯ4 、Ｌｉ
ＮｂＯ3 、ＬｉＢ3 Ｏ5 、ＫＮｂＯ3 の結晶を用いるこ
とを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28059895A JPH09127565A (ja) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | 光源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28059895A JPH09127565A (ja) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | 光源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09127565A true JPH09127565A (ja) | 1997-05-16 |
Family
ID=17627271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28059895A Pending JPH09127565A (ja) | 1995-10-27 | 1995-10-27 | 光源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09127565A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007133445A (ja) * | 2007-02-23 | 2007-05-31 | Sony Corp | 波長変換装置 |
| JP2012177806A (ja) * | 2011-02-25 | 2012-09-13 | Showa Optronics Co Ltd | 紫外レーザ装置 |
| CN115427878A (zh) * | 2020-02-26 | 2022-12-02 | 相干激光系统有限公司 | 二次谐波产生的晶体 |
-
1995
- 1995-10-27 JP JP28059895A patent/JPH09127565A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007133445A (ja) * | 2007-02-23 | 2007-05-31 | Sony Corp | 波長変換装置 |
| JP2012177806A (ja) * | 2011-02-25 | 2012-09-13 | Showa Optronics Co Ltd | 紫外レーザ装置 |
| CN115427878A (zh) * | 2020-02-26 | 2022-12-02 | 相干激光系统有限公司 | 二次谐波产生的晶体 |
| JP2023515527A (ja) * | 2020-02-26 | 2023-04-13 | コヒーレント レーザーシステムズ ゲーエムベーハー ウント コンパニー カーゲー | 第２高調波発生結晶 |
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