JPH09146134A - 非線形光学レーザ材料およびその育成方法とレーザ光発生装置 - Google Patents
非線形光学レーザ材料およびその育成方法とレーザ光発生装置Info
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- JPH09146134A JPH09146134A JP779796A JP779796A JPH09146134A JP H09146134 A JPH09146134 A JP H09146134A JP 779796 A JP779796 A JP 779796A JP 779796 A JP779796 A JP 779796A JP H09146134 A JPH09146134 A JP H09146134A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】波長変換材料とレーザ発振材料とを兼ねること
ができ、波長変換効率が高く、しかも大口径の単結晶が
育成できる非線形光学レーザ材料およびその育成方法を
提供する。 【解決手段】波長変換材料とレーザ発振材料とを兼ねる
ことのできる非線形光学レーザ材料であって、四ほう酸
リチウム単結晶にレーザ発振の活性体となるＮｄ，Ｔ
ｍ，Ｅｒなどの希土類元素が添加されている。融液表面
と融液直上１ｃｍの間の雰囲気の温度勾配を３０℃／ｃ
ｍ〜２００℃／ｃｍ、それより上部の雰囲気の温度勾配
を１０℃／ｃｍ〜５０℃／ｃｍ、引き上げ速度を０．１
ｍｍ／時間〜２ｍｍ／時間、四ほう酸リチウムの融液に
レーザ発振の活性体となる上記元素を添加して、チョク
ラルスキー法により育成する。
ができ、波長変換効率が高く、しかも大口径の単結晶が
育成できる非線形光学レーザ材料およびその育成方法を
提供する。 【解決手段】波長変換材料とレーザ発振材料とを兼ねる
ことのできる非線形光学レーザ材料であって、四ほう酸
リチウム単結晶にレーザ発振の活性体となるＮｄ，Ｔ
ｍ，Ｅｒなどの希土類元素が添加されている。融液表面
と融液直上１ｃｍの間の雰囲気の温度勾配を３０℃／ｃ
ｍ〜２００℃／ｃｍ、それより上部の雰囲気の温度勾配
を１０℃／ｃｍ〜５０℃／ｃｍ、引き上げ速度を０．１
ｍｍ／時間〜２ｍｍ／時間、四ほう酸リチウムの融液に
レーザ発振の活性体となる上記元素を添加して、チョク
ラルスキー法により育成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長変換効果とレ
ーザ発振とを一つの材料で実現できる非線形光学レーザ
材料およびその育成方法とレーザ光発生装置に関する。
ーザ発振とを一つの材料で実現できる非線形光学レーザ
材料およびその育成方法とレーザ光発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】非線形光学結晶を用いたレーザ波長変換
素子の研究が近年活発化している。波長変換素子は、レ
ーザの波長範囲を拡大することができ、各種応用分野へ
の工業的価値はきわめて大きい。光情報処理、ディスプ
レイ、光計測、加工、医療、ＬＳＩ製造などの分野で
は、小型、軽量、長寿命且つ高安定な可視光または紫外
光が必要とされている。
素子の研究が近年活発化している。波長変換素子は、レ
ーザの波長範囲を拡大することができ、各種応用分野へ
の工業的価値はきわめて大きい。光情報処理、ディスプ
レイ、光計測、加工、医療、ＬＳＩ製造などの分野で
は、小型、軽量、長寿命且つ高安定な可視光または紫外
光が必要とされている。
【０００３】波長変換素子として用いられている従来の
結晶としては、たとえば特開平３−６５５９７号公報な
どに示すＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 ）や、特開昭６３−２
７９２３１号公報などに示すＢＢＯ（β−ＢａＢ2 Ｏ
4 ）などが知られている。
結晶としては、たとえば特開平３−６５５９７号公報な
どに示すＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 ）や、特開昭６３−２
７９２３１号公報などに示すＢＢＯ（β−ＢａＢ2 Ｏ
4 ）などが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ＫＴＰから
成る波長変換素子は、レーザ入射光の波長に対してＫＴ
Ｐの透明領域が、０．２５〜４．５μｍで広いが、１μ
ｍ以下では位相整合しない。つまり２倍波までしか出せ
ない。また、結晶の大型化が難しいうえ、結晶内部で屈
折率が変化する。したがって一個の結晶から切り出した
素子でも、屈折率が異なるので位相整合角度が異なる。
さらに、結晶内にいわゆる”す”が入りやすいという課
題を有する。
成る波長変換素子は、レーザ入射光の波長に対してＫＴ
Ｐの透明領域が、０．２５〜４．５μｍで広いが、１μ
ｍ以下では位相整合しない。つまり２倍波までしか出せ
ない。また、結晶の大型化が難しいうえ、結晶内部で屈
折率が変化する。したがって一個の結晶から切り出した
素子でも、屈折率が異なるので位相整合角度が異なる。
さらに、結晶内にいわゆる”す”が入りやすいという課
題を有する。
【０００５】また、ＢＢＯでは、耐レーザ損傷は、ＫＴ
Ｐよりも大きいが、水にやや溶けて潮解性を有し、取扱
性に難点があると共に、大型結晶の作成が困難であると
いう課題を有する。さらに、紫外光をＢＢＯへ入射する
と、結晶の劣化によってカラーセンタが発生すると言う
課題を有している。カラーセンタとは、単結晶内の吸収
帯の発生によって検出される透明な結晶内部の点状の欠
陥のことである。
Ｐよりも大きいが、水にやや溶けて潮解性を有し、取扱
性に難点があると共に、大型結晶の作成が困難であると
いう課題を有する。さらに、紫外光をＢＢＯへ入射する
と、結晶の劣化によってカラーセンタが発生すると言う
課題を有している。カラーセンタとは、単結晶内の吸収
帯の発生によって検出される透明な結晶内部の点状の欠
陥のことである。
【０００６】一方、高分子材料のアブレーション加工、
表面改質、マーキング、薄膜作製、医薬品の製造、同位
体分離などに応用が期待されているエキシマレーザは、
１９７０年にソビエト連邦のＢａｓｏｖらによって、液
体Ｘｅを電子ビームで励起する方法で初めて実現され、
さらに１９７６年に、放電励起によって発振することに
も成功した。放電励起方式のエキシマレーザは、紫外線
のパルス繰り返し発振レーザで、ＡｒＦ（１９３ｎ
ｍ），ＫｒＦ（２４８ｎｍ），ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）
などの化合物が発する紫外光を光共振器により増大さ
せ、レーザ光として取り出したものである。しかしなが
ら、エキシマレーザは、例えば繰り返し数百ｐｐｓ（ｐ
ｕｌｓｅ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）のパルスレーザの場
合、１０-2秒毎に１０-9秒間のパルス光しか発生せず、
インターバルに比べてレーザの発光時間が著しく短いこ
とから、応用分野における加工や成膜過程で問題が多か
った。また、媒質ガスの寿命が短いこと、レーザ装置の
小型化が困難であること、保守性が悪いこと、運転コス
トが高いこと等々の問題を有していた。
表面改質、マーキング、薄膜作製、医薬品の製造、同位
体分離などに応用が期待されているエキシマレーザは、
１９７０年にソビエト連邦のＢａｓｏｖらによって、液
体Ｘｅを電子ビームで励起する方法で初めて実現され、
さらに１９７６年に、放電励起によって発振することに
も成功した。放電励起方式のエキシマレーザは、紫外線
のパルス繰り返し発振レーザで、ＡｒＦ（１９３ｎ
ｍ），ＫｒＦ（２４８ｎｍ），ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）
などの化合物が発する紫外光を光共振器により増大さ
せ、レーザ光として取り出したものである。しかしなが
ら、エキシマレーザは、例えば繰り返し数百ｐｐｓ（ｐ
ｕｌｓｅ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）のパルスレーザの場
合、１０-2秒毎に１０-9秒間のパルス光しか発生せず、
インターバルに比べてレーザの発光時間が著しく短いこ
とから、応用分野における加工や成膜過程で問題が多か
った。また、媒質ガスの寿命が短いこと、レーザ装置の
小型化が困難であること、保守性が悪いこと、運転コス
トが高いこと等々の問題を有していた。
【０００７】ちなみに、Ｌｉ2 Ｂ4 Ｏ7 は、１９８１年
にワットモアによって発見され、新しい表面弾性波（Ｓ
ＡＷ）デバイス用基板材料として注目されている。しか
しながら、このＬｉ2 Ｂ4 Ｏ7 を波長変換素子に用いよ
うとする試みは、非線形光学定数の低さから注目されな
かった。
にワットモアによって発見され、新しい表面弾性波（Ｓ
ＡＷ）デバイス用基板材料として注目されている。しか
しながら、このＬｉ2 Ｂ4 Ｏ7 を波長変換素子に用いよ
うとする試みは、非線形光学定数の低さから注目されな
かった。
【０００８】そこで、本発明者等は、波長変換素子に関
して鋭意検討した結果、四ほう酸リチウム（以下、Ｌｉ
2 Ｂ4 Ｏ7 またはＬＢＯともいう）が波長変換材料とし
て優れた特性を有していることを見い出し、先に出願し
た。しかしながら、先に出願した四ほう酸リチウムから
成る波長変換素子は、波長変換効果しかなかったため、
基本波を発振させるレーザ発振素子または装置が別途必
要であった。このようにレーザ発振素子（または装置）
と波長変換素子とが異なる素子であると、全体が大型化
するだけでなく、入射するレーザ光と波長変換材料との
位相整合条件を最適化する必要があった。
して鋭意検討した結果、四ほう酸リチウム（以下、Ｌｉ
2 Ｂ4 Ｏ7 またはＬＢＯともいう）が波長変換材料とし
て優れた特性を有していることを見い出し、先に出願し
た。しかしながら、先に出願した四ほう酸リチウムから
成る波長変換素子は、波長変換効果しかなかったため、
基本波を発振させるレーザ発振素子または装置が別途必
要であった。このようにレーザ発振素子（または装置）
と波長変換素子とが異なる素子であると、全体が大型化
するだけでなく、入射するレーザ光と波長変換材料との
位相整合条件を最適化する必要があった。
【０００９】なお、波長変換材料とレーザ発振材料とを
兼ねることのできる材料として、例えばベータバリウム
ボレイト（以下、β−ＢａＢ2 Ｏ4 または単にＢＢＯと
もいう）が提案されている（例えば特開平４−１７１，
７８１号公報参照）。しかしながら、従来のＢＢＯ単結
晶は、大口径の単結晶を育成できないので波長変換効率
を高くできないという問題を有していた。また、前述し
たように、紫外光をＢＢＯへ入射すると、結晶の劣化に
よってカラーセンタが発生すると言う課題を有してい
る。
兼ねることのできる材料として、例えばベータバリウム
ボレイト（以下、β−ＢａＢ2 Ｏ4 または単にＢＢＯと
もいう）が提案されている（例えば特開平４−１７１，
７８１号公報参照）。しかしながら、従来のＢＢＯ単結
晶は、大口径の単結晶を育成できないので波長変換効率
を高くできないという問題を有していた。また、前述し
たように、紫外光をＢＢＯへ入射すると、結晶の劣化に
よってカラーセンタが発生すると言う課題を有してい
る。
【００１０】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、波長変換材料とレーザ発振
材料とを兼ねることができ、装置の小型化を図ることが
でき、波長変換効率が高く、耐レーザ損傷特性に優れ、
しかも大口径の単結晶が育成できる非線形光学レーザ材
料およびその育成方法を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、任意の波長のレーザ光を出力することが
できるレーザ光発生装置を提供することを目的とする。
鑑みてなされたものであり、波長変換材料とレーザ発振
材料とを兼ねることができ、装置の小型化を図ることが
でき、波長変換効率が高く、耐レーザ損傷特性に優れ、
しかも大口径の単結晶が育成できる非線形光学レーザ材
料およびその育成方法を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、任意の波長のレーザ光を出力することが
できるレーザ光発生装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の非線形光学レーザ材料は、四ほう酸リチウ
ム単結晶にレーザ発振の活性体となる元素が添加されて
いることを特徴とする。
に、本発明の非線形光学レーザ材料は、四ほう酸リチウ
ム単結晶にレーザ発振の活性体となる元素が添加されて
いることを特徴とする。
【００１２】本発明の非線形光学レーザ材料によれば、
波長変換材料とレーザ発振材料とを兼ねているので、レ
ーザ装置の小型化が可能となる。また、レーザ発振と波
長変換とが結晶全体で行われ、レーザ発振を行うために
共振器構造をとるため、波長変換効率が向上するととも
に、位相整合条件の調整も一つの素子だけでよいので容
易に行うことができる。
波長変換材料とレーザ発振材料とを兼ねているので、レ
ーザ装置の小型化が可能となる。また、レーザ発振と波
長変換とが結晶全体で行われ、レーザ発振を行うために
共振器構造をとるため、波長変換効率が向上するととも
に、位相整合条件の調整も一つの素子だけでよいので容
易に行うことができる。
【００１３】本発明の非線形光学レーザ材料では、四ほ
う酸リチウム単結晶にレーザ発振の活性体となる元素が
添加されている構成であるため、添加元素の種類または
添加量を変えることで、目的に応じて材料特性や結晶品
質を変化させることができる。
う酸リチウム単結晶にレーザ発振の活性体となる元素が
添加されている構成であるため、添加元素の種類または
添加量を変えることで、目的に応じて材料特性や結晶品
質を変化させることができる。
【００１４】このような四ほう酸リチウムは、大口径の
単結晶を育成することが可能であるため、同じ大きさの
結晶ではＢＢＯ単結晶に比べて波長変換効率は劣るもの
の、波長変換効率はレーザの入力パワーの二乗、結晶長
の二乗に比例することから、大きな単結晶を育成できる
四ほう酸リチウムの方が大きな結晶体を使用することが
でき、結果的に波長変換効率を高めることができる。
単結晶を育成することが可能であるため、同じ大きさの
結晶ではＢＢＯ単結晶に比べて波長変換効率は劣るもの
の、波長変換効率はレーザの入力パワーの二乗、結晶長
の二乗に比例することから、大きな単結晶を育成できる
四ほう酸リチウムの方が大きな結晶体を使用することが
でき、結果的に波長変換効率を高めることができる。
【００１５】また、四ほう酸リチウムは、耐レーザ損傷
がＢＢＯに比べて１０倍以上大きいので大きなパワーの
レーザを入射できるという利点もある。さらに、ＢＢＯ
は長時間紫外線を照射するとカラーセンタが発生する
が、四ほう酸リチウムは、ＢＢＯよりも結晶が紫外線に
よる劣化に強く、素子が長持ちする。さらにまた、四ほ
う酸リチウムに紫外線を照射しても、カラーセンタが発
生することは、ほとんどない。
がＢＢＯに比べて１０倍以上大きいので大きなパワーの
レーザを入射できるという利点もある。さらに、ＢＢＯ
は長時間紫外線を照射するとカラーセンタが発生する
が、四ほう酸リチウムは、ＢＢＯよりも結晶が紫外線に
よる劣化に強く、素子が長持ちする。さらにまた、四ほ
う酸リチウムに紫外線を照射しても、カラーセンタが発
生することは、ほとんどない。
【００１６】本発明において、前記レーザ発振の活性体
となる元素としては、Ｎｄ，Ｔｍ，Ｅｒなどの希土類元
素を挙げることができる。これらの元素の添加量は、
０．０１〜１０重量％であることがより好ましい。上記
本発明の非線形光学レーザ材料は、融液表面と融液直上
１ｃｍの間の雰囲気の温度勾配を３０℃／ｃｍ〜２００
℃／ｃｍとし、それより上部の雰囲気の温度勾配を１０
℃／ｃｍ〜５０℃／ｃｍとし、引き上げ速度を０．１ｍ
ｍ／時間〜２ｍｍ／時間とし、四ほう酸リチウムの融液
にレーザ発振の活性体となるドーパントを添加して、チ
ョクラルスキー法により育成することができる。
となる元素としては、Ｎｄ，Ｔｍ，Ｅｒなどの希土類元
素を挙げることができる。これらの元素の添加量は、
０．０１〜１０重量％であることがより好ましい。上記
本発明の非線形光学レーザ材料は、融液表面と融液直上
１ｃｍの間の雰囲気の温度勾配を３０℃／ｃｍ〜２００
℃／ｃｍとし、それより上部の雰囲気の温度勾配を１０
℃／ｃｍ〜５０℃／ｃｍとし、引き上げ速度を０．１ｍ
ｍ／時間〜２ｍｍ／時間とし、四ほう酸リチウムの融液
にレーザ発振の活性体となるドーパントを添加して、チ
ョクラルスキー法により育成することができる。
【００１７】この場合、前記レーザ発振の活性体となる
ドーパントは、Ｎｄ，Ｔｍ，Ｅｒなどの希土類元素であ
り、これらの元素の添加量は０．０１〜１０重量％とす
ることがより好ましい。本発明において、添加量の重量
％は、結晶の化学量論組成を１００％としての重量％で
ある。
ドーパントは、Ｎｄ，Ｔｍ，Ｅｒなどの希土類元素であ
り、これらの元素の添加量は０．０１〜１０重量％とす
ることがより好ましい。本発明において、添加量の重量
％は、結晶の化学量論組成を１００％としての重量％で
ある。
【００１８】本発明に係る非線形光学レーザ材料を用い
れば、励起光（波長λ1 ）と、励起されることによって
発生する発振光（波長λ2 ）と、第二次高調波（ＳＨ
Ｇ）の光（波長λ3 ）とのうち２つの光を混合すること
により、これらの光の波長とは別の波長の光を、レーザ
光として出射することができる。これらの励起光の波長
光および発振光の波長は、添加するドーパント、つまり
レーザ発振の活性体となるＮｄ，Ｔｍ，Ｅｒ，Ｐｒ，Ｕ
などによって異なる。したがって、出力されるレーザ光
の波長は任意に設定することができる。
れば、励起光（波長λ1 ）と、励起されることによって
発生する発振光（波長λ2 ）と、第二次高調波（ＳＨ
Ｇ）の光（波長λ3 ）とのうち２つの光を混合すること
により、これらの光の波長とは別の波長の光を、レーザ
光として出射することができる。これらの励起光の波長
光および発振光の波長は、添加するドーパント、つまり
レーザ発振の活性体となるＮｄ，Ｔｍ，Ｅｒ，Ｐｒ，Ｕ
などによって異なる。したがって、出力されるレーザ光
の波長は任意に設定することができる。
【００１９】たとえば、励起光である波長８０４ｎｍの
半導体レーザ光と、半導体レーザに励起されたＮｄ含有
四ほう酸リチウム（以下、Ｎｄ：ＬＢＯとも言う）が発
生する基本波１０６４ｎｍの光と、ＳＨＧである波長５
３２ｎｍの光との３種類の光を混合することにより、こ
れらとは異なる波長のレーザ光を得ることができる。
半導体レーザ光と、半導体レーザに励起されたＮｄ含有
四ほう酸リチウム（以下、Ｎｄ：ＬＢＯとも言う）が発
生する基本波１０６４ｎｍの光と、ＳＨＧである波長５
３２ｎｍの光との３種類の光を混合することにより、こ
れらとは異なる波長のレーザ光を得ることができる。
【００２０】たとえば波長８０４ｎｍの半導体レーザ光
と、Ｎｄ：ＬＢＯが発生する基本波１０６４ｎｍの光と
を足すと（和周波：１／λ1 ＋１／λ2 ）、４５８ｎｍ
のレーザ光出力が得られる。また、同様に、波長８０４
ｎｍの半導体レーザ光と、ＹＡＧＳＨＧ光である波長５
３２ｎｍの光との差周波をとると、１５７３ｎｍのレー
ザ光出力が得られる。
と、Ｎｄ：ＬＢＯが発生する基本波１０６４ｎｍの光と
を足すと（和周波：１／λ1 ＋１／λ2 ）、４５８ｎｍ
のレーザ光出力が得られる。また、同様に、波長８０４
ｎｍの半導体レーザ光と、ＹＡＧＳＨＧ光である波長５
３２ｎｍの光との差周波をとると、１５７３ｎｍのレー
ザ光出力が得られる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は実施例で用いた引き上げ装置を示す断面
図、図２は本発明の非線形光学レーザ材料を用いて構成
したレーザダイオード励起型レーザ装置を示す構成図、
図３は本発明の非線形光学レーザ材料を用いて構成した
フラッシュランプ励起型レーザ装置を示す構成図であ
る。実施例１ 図１は本実施例で用いた四ほう酸リチウム単結晶の引き
上げ装置１０であって、四ほう酸リチウムが融解される
直径９０ｍｍ、高さ１００ｍｍの白金坩堝１を有してい
る。この白金坩堝１の周囲には、断熱材２，３を介し
て、坩堝内の四ほう酸リチウムを融解させるためのヒー
タ４（例えば抵抗加熱ヒータ）が設けられている。一
方、白金坩堝１の上部には、断熱壁５，６が二重に設け
られており、種結晶が取り付けられる引き上げ軸７が、
この断熱壁５，６を貫通するようになっている。
する。図１は実施例で用いた引き上げ装置を示す断面
図、図２は本発明の非線形光学レーザ材料を用いて構成
したレーザダイオード励起型レーザ装置を示す構成図、
図３は本発明の非線形光学レーザ材料を用いて構成した
フラッシュランプ励起型レーザ装置を示す構成図であ
る。実施例１ 図１は本実施例で用いた四ほう酸リチウム単結晶の引き
上げ装置１０であって、四ほう酸リチウムが融解される
直径９０ｍｍ、高さ１００ｍｍの白金坩堝１を有してい
る。この白金坩堝１の周囲には、断熱材２，３を介し
て、坩堝内の四ほう酸リチウムを融解させるためのヒー
タ４（例えば抵抗加熱ヒータ）が設けられている。一
方、白金坩堝１の上部には、断熱壁５，６が二重に設け
られており、種結晶が取り付けられる引き上げ軸７が、
この断熱壁５，６を貫通するようになっている。
【００２２】このような引き上げ装置１０を用いて、ま
ず最初に、レーザ発振の活性体となる元素を含んだ四ほ
う酸リチウム単結晶を育成した。すなわち、１重量％の
Ｎｄが添加された四ほう酸リチウム（Ｌｉ2 Ｂ4 Ｏ7 ：
ＬＢＯ）多結晶体１３００ｇを白金坩堝内に充填し、ヒ
ータで融解したのち、引き上げ方位＜１１０＞で単結晶
を引き上げた。
ず最初に、レーザ発振の活性体となる元素を含んだ四ほ
う酸リチウム単結晶を育成した。すなわち、１重量％の
Ｎｄが添加された四ほう酸リチウム（Ｌｉ2 Ｂ4 Ｏ7 ：
ＬＢＯ）多結晶体１３００ｇを白金坩堝内に充填し、ヒ
ータで融解したのち、引き上げ方位＜１１０＞で単結晶
を引き上げた。
【００２３】このときの育成条件として、融液表面と融
液直上１０ｍｍの間の温度勾配を８０℃、それより上部
の温度勾配を３０℃／ｃｍ、単結晶の直胴部を引き上げ
る際の引き上げ速度を０．５ｍｍ／時間、種結晶の回転
数を２ｒｐｍとした。その結果、直径２インチ、長さ１
２０ｍｍの四ほう酸リチウム単結晶が得られた。 次
に、育成した単結晶を、位相整合角θｍ＝３２°を満足
するようにロッド状にカットし、その入出射面を光学研
磨した。レーザロッドの大きさは、直径１０mm、長さ１
００mmとし、その両端面をコーディングし、共振器を構
成した。
液直上１０ｍｍの間の温度勾配を８０℃、それより上部
の温度勾配を３０℃／ｃｍ、単結晶の直胴部を引き上げ
る際の引き上げ速度を０．５ｍｍ／時間、種結晶の回転
数を２ｒｐｍとした。その結果、直径２インチ、長さ１
２０ｍｍの四ほう酸リチウム単結晶が得られた。 次
に、育成した単結晶を、位相整合角θｍ＝３２°を満足
するようにロッド状にカットし、その入出射面を光学研
磨した。レーザロッドの大きさは、直径１０mm、長さ１
００mmとし、その両端面をコーディングし、共振器を構
成した。
【００２４】次に、図２に示すように、このようにして
得られた四ほう酸リチウム単結晶から成るレーザロッド
２１を用いて、図２に示すレーザダイオード励起型レー
ザ装置２０を構成した。そして、０．８０μｍの光を発
振するレーザダイオード２２からフォーカシングレンズ
２３を介してレーザロッド２１に２Ｗのパワーでレーザ
光を照射したところ、１．０６μｍの光が発振してレー
ザロッド２１中を共振し、変換された０．５３μｍの第
２次高調波（緑色光）の出射が確認された。この出射光
の出力を測定したところ、０．００８Ｗであり、その結
果、レーザロッド２１の波長変換効率は０．４％となっ
た。実施例２ 実施例１で用いたＬi2Ｂ4 Ｏ7 原料に、さらに１重量％
のＣｒを添加し、これを原料とした以外は実施例１と同
様の条件で、図１に示す引き上げ装置１０を用いてＣｒ
含有四ほう酸リチウム単結晶（Ｌi2Ｂ4 Ｏ7 ）を育成し
た。
得られた四ほう酸リチウム単結晶から成るレーザロッド
２１を用いて、図２に示すレーザダイオード励起型レー
ザ装置２０を構成した。そして、０．８０μｍの光を発
振するレーザダイオード２２からフォーカシングレンズ
２３を介してレーザロッド２１に２Ｗのパワーでレーザ
光を照射したところ、１．０６μｍの光が発振してレー
ザロッド２１中を共振し、変換された０．５３μｍの第
２次高調波（緑色光）の出射が確認された。この出射光
の出力を測定したところ、０．００８Ｗであり、その結
果、レーザロッド２１の波長変換効率は０．４％となっ
た。実施例２ 実施例１で用いたＬi2Ｂ4 Ｏ7 原料に、さらに１重量％
のＣｒを添加し、これを原料とした以外は実施例１と同
様の条件で、図１に示す引き上げ装置１０を用いてＣｒ
含有四ほう酸リチウム単結晶（Ｌi2Ｂ4 Ｏ7 ）を育成し
た。
【００２５】次に、このようにして得られた四ほう酸リ
チウム単結晶を用いて、図３に示すフラッシュランプ励
起型レーザ装置３０を構成した。レーザロッド３１の大
きさ等は実施例１と同じである。このレーザロッド３１
に１０００Ｗでフラッシュランプ３２からの光を照射し
たところ、当該フラッシュランプ３２により励起されて
レーザが発振し、１．０６μｍの光が共振鏡３３で共振
し、変換された０．５３μｍの第２次高調波（緑色光）
の出射が確認された。この出射光の出力を測定したとこ
ろ、１Ｗであり、その結果、レーザロッド３１の波長変
換効率は０．１％となった。実施例３ 引き上げ装置１０の白金坩堝内に充填する原料を、０．
５重量％のＥｒを添加した四ほう酸リチウム多結晶体１
３００ｇとした以外は、実施例１と同様の条件で、四ほ
う酸リチウム単結晶を育成した。
チウム単結晶を用いて、図３に示すフラッシュランプ励
起型レーザ装置３０を構成した。レーザロッド３１の大
きさ等は実施例１と同じである。このレーザロッド３１
に１０００Ｗでフラッシュランプ３２からの光を照射し
たところ、当該フラッシュランプ３２により励起されて
レーザが発振し、１．０６μｍの光が共振鏡３３で共振
し、変換された０．５３μｍの第２次高調波（緑色光）
の出射が確認された。この出射光の出力を測定したとこ
ろ、１Ｗであり、その結果、レーザロッド３１の波長変
換効率は０．１％となった。実施例３ 引き上げ装置１０の白金坩堝内に充填する原料を、０．
５重量％のＥｒを添加した四ほう酸リチウム多結晶体１
３００ｇとした以外は、実施例１と同様の条件で、四ほ
う酸リチウム単結晶を育成した。
【００２６】次に、このようにして得られた四ほう酸リ
チウム単結晶を用いて、図２に示すレーザダイオード励
起型レーザ装置２０を構成し、実施例１と同じ条件でレ
ーザダイオード２２から光を入射したところ、１．０６
μｍの光が発振してレーザロッド２１中を共振し、変換
された０．５３μｍの第２次高調波（緑色光）の出射が
確認された。この出射光の出力を測定したところ、０．
００６Ｗであり、その結果、レーザロッド２１の波長変
換効率は０．３％となった。実施例４ 実施例３で用いたＬi2Ｂ4 Ｏ7 原料に、１重量％のＣｒ
を添加し、これを原料とした以外は実施例３と同様の条
件で、図１に示す引き上げ装置１０を用いて四ほう酸リ
チウム単結晶を育成した。
チウム単結晶を用いて、図２に示すレーザダイオード励
起型レーザ装置２０を構成し、実施例１と同じ条件でレ
ーザダイオード２２から光を入射したところ、１．０６
μｍの光が発振してレーザロッド２１中を共振し、変換
された０．５３μｍの第２次高調波（緑色光）の出射が
確認された。この出射光の出力を測定したところ、０．
００６Ｗであり、その結果、レーザロッド２１の波長変
換効率は０．３％となった。実施例４ 実施例３で用いたＬi2Ｂ4 Ｏ7 原料に、１重量％のＣｒ
を添加し、これを原料とした以外は実施例３と同様の条
件で、図１に示す引き上げ装置１０を用いて四ほう酸リ
チウム単結晶を育成した。
【００２７】次に、このようにして得られた四ほう酸リ
チウム単結晶を用いて、図３に示すフラッシュランプ励
起型レーザ装置３０を構成し、実施例２と同じ条件でレ
ーザロッド３１に１０００Ｗでフラッシュランプ３２か
ら光を照射したところ、当該フラッシュランプ３２によ
り励起されてレーザが発振し、１．０６μｍの光が共振
鏡３３で共振し、変換された０．５３μｍの第２次高調
波（緑色光）の出射が確認された。この出射光の出力を
測定したところ、０．８Ｗであり、その結果、レーザロ
ッド３１の波長変換効率は０．０８％となった。実施例５ 本実施例では、図４に示すように、励起光の波長λ1
と、励起されることによって発生する光の波長λ2 と、
波長λ2 のＳＨＧ光の波長λ3 の３種類の光を混合する
ことによって、前記の波長と異なる波長の光を得る。こ
れらの波長は添加する元素、つまりレーザ発振の活性体
となるＮｄ，Ｅｒ，Ｐｒ，Ｕなどによって励起波長、発
振波長は異なり、種々の波長を得ることが可能である。
例えば、図４に示す励起光の半導体レーザ２２ａの波長
８０４ｎｍと、半導体レーザに励起されたＮｄ：Ｌi2Ｂ
4 Ｏ7 から成るレーザロッド２１ａ（両端にミラーが形
成してある）が発生する光の基本波１０６４ｎｍとその
ＳＨＧ光の５３２ｎｍの３種類の光のうち５３２ｎｍの
光をフィルター４０でカットし、残りの２つの光をＬ i2
Ｂ4 Ｏ7 から成るレーザロッド２１ｂを通す。そして、
これらの光をたすことによって（和周波；１／λ1 ＋１
／λ2 ＝１／λ3 ）、４５８ｎｍの波長の光を得ること
ができる。同様に半導体レーザの波長８０４ｎｍとＹＡ
ＧのＳＨＧ光５３２ｎｍを引くと（差周波）、１５７３
ｎｍの光が得られる。
チウム単結晶を用いて、図３に示すフラッシュランプ励
起型レーザ装置３０を構成し、実施例２と同じ条件でレ
ーザロッド３１に１０００Ｗでフラッシュランプ３２か
ら光を照射したところ、当該フラッシュランプ３２によ
り励起されてレーザが発振し、１．０６μｍの光が共振
鏡３３で共振し、変換された０．５３μｍの第２次高調
波（緑色光）の出射が確認された。この出射光の出力を
測定したところ、０．８Ｗであり、その結果、レーザロ
ッド３１の波長変換効率は０．０８％となった。実施例５ 本実施例では、図４に示すように、励起光の波長λ1
と、励起されることによって発生する光の波長λ2 と、
波長λ2 のＳＨＧ光の波長λ3 の３種類の光を混合する
ことによって、前記の波長と異なる波長の光を得る。こ
れらの波長は添加する元素、つまりレーザ発振の活性体
となるＮｄ，Ｅｒ，Ｐｒ，Ｕなどによって励起波長、発
振波長は異なり、種々の波長を得ることが可能である。
例えば、図４に示す励起光の半導体レーザ２２ａの波長
８０４ｎｍと、半導体レーザに励起されたＮｄ：Ｌi2Ｂ
4 Ｏ7 から成るレーザロッド２１ａ（両端にミラーが形
成してある）が発生する光の基本波１０６４ｎｍとその
ＳＨＧ光の５３２ｎｍの３種類の光のうち５３２ｎｍの
光をフィルター４０でカットし、残りの２つの光をＬ i2
Ｂ4 Ｏ7 から成るレーザロッド２１ｂを通す。そして、
これらの光をたすことによって（和周波；１／λ1 ＋１
／λ2 ＝１／λ3 ）、４５８ｎｍの波長の光を得ること
ができる。同様に半導体レーザの波長８０４ｎｍとＹＡ
ＧのＳＨＧ光５３２ｎｍを引くと（差周波）、１５７３
ｎｍの光が得られる。
【００２８】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れず、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
れず、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【００２９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の非線形光学
レーザ材料は、波長変換材料とレーザ発振材料とを兼ね
ているので、レーザ装置の小型化が可能となる。また、
レーザ発振と波長変換とが結晶全体で行われ、レーザ発
振を行うために共振器構造をとるため、波長変換効率が
向上するとともに、位相整合条件の調整も一つの素子だ
けでよいので容易に行うことができる。
レーザ材料は、波長変換材料とレーザ発振材料とを兼ね
ているので、レーザ装置の小型化が可能となる。また、
レーザ発振と波長変換とが結晶全体で行われ、レーザ発
振を行うために共振器構造をとるため、波長変換効率が
向上するとともに、位相整合条件の調整も一つの素子だ
けでよいので容易に行うことができる。
【００３０】本発明の非線形光学レーザ材料では、四ほ
う酸リチウム単結晶にレーザ発振の活性体となる元素が
添加されている構成であるため、添加元素の種類または
添加量を変えることで、目的に応じて材料特性や結晶品
質を変化させることができる。
う酸リチウム単結晶にレーザ発振の活性体となる元素が
添加されている構成であるため、添加元素の種類または
添加量を変えることで、目的に応じて材料特性や結晶品
質を変化させることができる。
【００３１】本発明では、大口径の単結晶を育成するこ
とが可能であるため、同じ大きさの結晶ではＢＢＯ単結
晶に比べて波長変換効率は劣るものの、波長変換効率は
レーザの入力パワーの二乗、結晶長の二乗に比例するこ
とから、大きな単結晶を育成できる四ほう酸リチウムの
方が結果的に波長変換効率を高めることができる。ま
た、耐レーザ損傷がＢＢＯに比べて１０倍以上大きいの
で大きなパワーのレーザを入射できる。
とが可能であるため、同じ大きさの結晶ではＢＢＯ単結
晶に比べて波長変換効率は劣るものの、波長変換効率は
レーザの入力パワーの二乗、結晶長の二乗に比例するこ
とから、大きな単結晶を育成できる四ほう酸リチウムの
方が結果的に波長変換効率を高めることができる。ま
た、耐レーザ損傷がＢＢＯに比べて１０倍以上大きいの
で大きなパワーのレーザを入射できる。
【００３２】本発明に係る非線形光学レーザ材料を用い
れば、励起光（波長λ1 ）と、励起されることによって
発生する発振光（波長λ2 ）と、第二次高調波（ＳＨ
Ｇ）の光（波長λ3 ）とを混合することにより、これら
の光の波長とは別の波長の光を、レーザ光として出射す
ることができる。
れば、励起光（波長λ1 ）と、励起されることによって
発生する発振光（波長λ2 ）と、第二次高調波（ＳＨ
Ｇ）の光（波長λ3 ）とを混合することにより、これら
の光の波長とは別の波長の光を、レーザ光として出射す
ることができる。
【図１】図１は本発明の実施例で用いた引き上げ装置を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】図２は本発明の非線形光学レーザ材料を用いて
構成したレーザダイオード励起型レーザ装置を示す構成
図である。
構成したレーザダイオード励起型レーザ装置を示す構成
図である。
【図３】図３は本発明の非線形光学レーザ材料を用いて
構成したフラッシュランプ励起型レーザ装置を示す構成
図である。
構成したフラッシュランプ励起型レーザ装置を示す構成
図である。
【図４】図４は本発明の他の実施例のレーザダイオード
励起型レーザ装置を示す構成図である。
励起型レーザ装置を示す構成図である。
１…白金坩堝 ２，３…断熱材 ４…ヒータ ５，６…断熱壁 ７…引き上げ軸 １０…引き上げ装置 ２０…レーザダイオード励起型レーザ装置 ２１…レーザロッド ２２，２２ａ…レーザダイオード ３０…フラッシュランプ励起型レーザ装置 ３１…レーザロッド ３２…フラッシュランプ
Claims (8)
- 【請求項１】 四ほう酸リチウム単結晶にレーザ発振の
活性体となる元素が添加されていることを特徴とする非
線形光学レーザ材料。 - 【請求項２】 前記レーザ発振の活性体となる元素が、
希土類元素であることを特徴とする請求項１に記載の非
線形光学レーザ材料。 - 【請求項３】 前記レーザ発振の活性体となる元素が、
０．０１〜１０重量％添加されていることを特徴とする
請求項１または２に記載の非線形光学レーザ材料。 - 【請求項４】 融液表面と融液直上１ｃｍの間の雰囲気
の温度勾配を３０℃／ｃｍ〜２００℃／ｃｍとし、それ
より上部の雰囲気の温度勾配を１０℃／ｃｍ〜５０℃／
ｃｍとし、引き上げ速度を０．１ｍｍ／時間〜２ｍｍ／
時間とし、四ほう酸リチウムの融液にレーザ発振の活性
体となるドーパントを添加して、チョクラルスキー法に
よりドーパント添加四ほう酸リチウム単結晶を育成する
ことを特徴とする非線形光学レーザ材料の育成方法。 - 【請求項５】 前記レーザ発振の活性体となるドーパン
トが、希土類元素であることを特徴とする請求項４に記
載の非線形光学レーザ材料の育成方法。 - 【請求項６】 前記レーザ発振の活性体となる元素が、
０．０１〜１０重量％添加されることを特徴とする請求
項４または５に記載の非線形光学レーザ材料の育成方
法。 - 【請求項７】 レーザ発振の活性体となる元素が添加さ
れている四ほう酸リチウム単結晶から成る非線形光学レ
ーザ材料に、励起光を照射し、当該非線形光学レーザ材
料中でレーザの発振を行わせて、さらに結晶中で波長変
換し第二次高調波を出射するレーザ光発生装置。 - 【請求項８】 前記励起光と、励起されることによって
発生する光と、第二次高調波の光とを混合することによ
り、これらの光の波長とは別の波長の光を、レーザ光と
して出射する請求項７に記載のレーザ光発生装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP779796A JPH09146134A (ja) | 1995-09-20 | 1996-01-19 | 非線形光学レーザ材料およびその育成方法とレーザ光発生装置 |
| US08/710,714 US5805626A (en) | 1995-09-20 | 1996-09-20 | Single-crystal lithium tetraborate and method making the same, optical converting method and converter device using the single-crystal lithium tetraborate, and optical apparatus using the optical converter device |
| DE69628709T DE69628709T2 (de) | 1995-09-20 | 1996-09-20 | Frequenzumwandler und Frequenzumwandlungsverfahren mit Lithiumtetraborat, und optische Vorrichtung mit diesem Frequenzumwandler |
| EP02019711A EP1315027A3 (en) | 1995-09-20 | 1996-09-20 | Optical converting method using a single-crystal lithium tetraborate |
| EP96115141A EP0767396B1 (en) | 1995-09-20 | 1996-09-20 | Optical converting method and converter device using the single-crystal lithium tetraborate, and optical apparatus using the optical converter device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24212095 | 1995-09-20 | ||
| JP779796A JPH09146134A (ja) | 1995-09-20 | 1996-01-19 | 非線形光学レーザ材料およびその育成方法とレーザ光発生装置 |
| JP7-242120 | 1996-01-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09146134A true JPH09146134A (ja) | 1997-06-06 |
Family
ID=26342167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP779796A Pending JPH09146134A (ja) | 1995-09-20 | 1996-01-19 | 非線形光学レーザ材料およびその育成方法とレーザ光発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09146134A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007271725A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Fujitsu Ltd | 単一光子の波長変換装置 |
-
1996
- 1996-01-19 JP JP779796A patent/JPH09146134A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007271725A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Fujitsu Ltd | 単一光子の波長変換装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020604 |