JPH09237931A - 波長変換レーザ - Google Patents
波長変換レーザInfo
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- JPH09237931A JPH09237931A JP4290196A JP4290196A JPH09237931A JP H09237931 A JPH09237931 A JP H09237931A JP 4290196 A JP4290196 A JP 4290196A JP 4290196 A JP4290196 A JP 4290196A JP H09237931 A JPH09237931 A JP H09237931A
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- Japan
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- laser
- optical material
- nonlinear optical
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製品歩留りを高めることのできる構造の波長
変換レーザを提供する。 【解決手段】 レーザ共振器内に波長変換素子として非
線形光学材料を配置し、この非線形光学材料の一方の光
透過面をレーザ共振器の出力ミラーとして利用する構造
の波長変換レーザにおいて、非線形光学材料４の出力ミ
ラーとなる面４ｂをレーザ共振器の外側に凸の球面形状
とし、その曲率半径を所定の範囲内に規定することで、
レーザ共振器５における位相整合条件と共振条件を同時
に満たすことのできる調整範囲が必ず存在するようにし
ている。
変換レーザを提供する。 【解決手段】 レーザ共振器内に波長変換素子として非
線形光学材料を配置し、この非線形光学材料の一方の光
透過面をレーザ共振器の出力ミラーとして利用する構造
の波長変換レーザにおいて、非線形光学材料４の出力ミ
ラーとなる面４ｂをレーザ共振器の外側に凸の球面形状
とし、その曲率半径を所定の範囲内に規定することで、
レーザ共振器５における位相整合条件と共振条件を同時
に満たすことのできる調整範囲が必ず存在するようにし
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は波長変換レーザに関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ等を励起用光源として用い
る固体レーザにおいては、非線形光学材料を波長変換素
子としてレーザ共振器内に配置する共振器内ＳＨＧ（第
２高調波発生）方式がある。この方式のレーザは、レー
ザ発振の基本波に対し１／２波長の出力ビームを得るこ
とができ、可視領域や広い波長範囲への適用が可能であ
るといった点で非常に有用なレーザである。
る固体レーザにおいては、非線形光学材料を波長変換素
子としてレーザ共振器内に配置する共振器内ＳＨＧ（第
２高調波発生）方式がある。この方式のレーザは、レー
ザ発振の基本波に対し１／２波長の出力ビームを得るこ
とができ、可視領域や広い波長範囲への適用が可能であ
るといった点で非常に有用なレーザである。
【０００３】また、このような共振器内ＳＨＧ方式のレ
ーザにおいては、波長変換効率が基本波出力の２乗に比
例することから、共振器内部の損失を減らし基本波出力
を向上させることが、変換効率を高める上で重要なポイ
ントであり、これを実現する手段として、従来、非線形
光学材料の一方の透過面を出力ミラーとする技術がいく
つか提案されている。
ーザにおいては、波長変換効率が基本波出力の２乗に比
例することから、共振器内部の損失を減らし基本波出力
を向上させることが、変換効率を高める上で重要なポイ
ントであり、これを実現する手段として、従来、非線形
光学材料の一方の透過面を出力ミラーとする技術がいく
つか提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、非線形光学
材料の一透過面を出力ミラーとする技術では、従来、非
線形光学材料の加工精度については全く考慮されておら
ず、結晶軸の設定精度が最大で０．２°〜０．５°もあ
ることから、波長変換のための位相整合条件を満たすよ
うに非線形光学材料を傾けた場合、その出力ミラーとな
る面の形状によっては、共振ミラーとしての共振条件を
同時に満たすことができなくなり、このことが製品の歩
留りを大きく低下させる要因となっていた。
材料の一透過面を出力ミラーとする技術では、従来、非
線形光学材料の加工精度については全く考慮されておら
ず、結晶軸の設定精度が最大で０．２°〜０．５°もあ
ることから、波長変換のための位相整合条件を満たすよ
うに非線形光学材料を傾けた場合、その出力ミラーとな
る面の形状によっては、共振ミラーとしての共振条件を
同時に満たすことができなくなり、このことが製品の歩
留りを大きく低下させる要因となっていた。
【０００５】本発明はそのような実情に鑑みてなされた
もので、波長変換素子として用いる非線形光学材料が、
結晶軸の設定精度の良否に関係なく、位相整合条件と共
振条件を同時に満たすことが可能な形状で、もって製品
の歩留りを高めることのできる波長変換レーザを提供す
ることを目的とする。
もので、波長変換素子として用いる非線形光学材料が、
結晶軸の設定精度の良否に関係なく、位相整合条件と共
振条件を同時に満たすことが可能な形状で、もって製品
の歩留りを高めることのできる波長変換レーザを提供す
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、レーザ共振器内に波長変換素子として配
置する非線形光学材料の一方の光透過面に、レーザ発振
の基本波に対して高い反射率で、波長変換により発生す
る第２高調波に対しては高い透過率となる膜がコーティ
ングされ、このコーティング面を第２高調波の出力ミラ
ーとして利用する構造の波長変換レーザにおいて、上記
非線形光学材料のコーティング面が、レーザ共振器の外
側に凸の球面で、その曲率半径Ｒが、次式で規定される
範囲に設定されていることによって特徴づけられる。
め、本発明は、レーザ共振器内に波長変換素子として配
置する非線形光学材料の一方の光透過面に、レーザ発振
の基本波に対して高い反射率で、波長変換により発生す
る第２高調波に対しては高い透過率となる膜がコーティ
ングされ、このコーティング面を第２高調波の出力ミラ
ーとして利用する構造の波長変換レーザにおいて、上記
非線形光学材料のコーティング面が、レーザ共振器の外
側に凸の球面で、その曲率半径Ｒが、次式で規定される
範囲に設定されていることによって特徴づけられる。
【０００７】Ｒ≦（ｄ−ｒ）／２tan(Δρ) ここで、Δρは非線形光学材料において位相整合条件を
満たすべく設定・加工された結晶軸の仕上がり公差角度
である。また、ｄは非線形光学材料の光透過面の有効に
作用する部分の最小寸法（図１参照）で、非線形光学材
料の縦断面形状が円形である場合は直径とし、断面形が
四角形である場合には対角線ではなく一辺（短辺）の長
さとする。さらに、ｒはレーザビームの径の最大値で、
ビームが円形の場合は直径、円形でない場合は最も長い
径とする。
満たすべく設定・加工された結晶軸の仕上がり公差角度
である。また、ｄは非線形光学材料の光透過面の有効に
作用する部分の最小寸法（図１参照）で、非線形光学材
料の縦断面形状が円形である場合は直径とし、断面形が
四角形である場合には対角線ではなく一辺（短辺）の長
さとする。さらに、ｒはレーザビームの径の最大値で、
ビームが円形の場合は直径、円形でない場合は最も長い
径とする。
【０００８】そして、以上のように非線形光学材料の光
透過面（出力ミラー）を球面とし、その曲率半径を上記
した範囲に規定することで、レーザ共振器中の基本波ビ
ームが位相整合条件を満たすように非線形光学材料を傾
けた場合でも、基本波ビームが出力ミラーで垂直に反射
される範囲が必ず存在することになり、定在波の発生が
可能となる。その理由を以下に説明する。
透過面（出力ミラー）を球面とし、その曲率半径を上記
した範囲に規定することで、レーザ共振器中の基本波ビ
ームが位相整合条件を満たすように非線形光学材料を傾
けた場合でも、基本波ビームが出力ミラーで垂直に反射
される範囲が必ず存在することになり、定在波の発生が
可能となる。その理由を以下に説明する。
【０００９】まず、非線形光学材料において出力ミラー
を構成する光透過面を球面とすることで、非線形光学材
料をある程度の範囲で傾けても、光透過面は共振器ミラ
ーとしての条件を満たすことができる。
を構成する光透過面を球面とすることで、非線形光学材
料をある程度の範囲で傾けても、光透過面は共振器ミラ
ーとしての条件を満たすことができる。
【００１０】一方、非線形光学材料において波長変換の
ための位相整合角の設計値に対してΔρだけ異なるとき
に、その角度Δρだけ非線形光学材料をレーザ光軸に対
して傾けたとすると、図２に示すように、光透過面４ｂ
が出力ミラーとして有効に作用する部分の範囲が最低で
〔ε＋（ｒ／２）〕であれば、基本波ビームは光透過面
４ｂに入射することになる。
ための位相整合角の設計値に対してΔρだけ異なるとき
に、その角度Δρだけ非線形光学材料をレーザ光軸に対
して傾けたとすると、図２に示すように、光透過面４ｂ
が出力ミラーとして有効に作用する部分の範囲が最低で
〔ε＋（ｒ／２）〕であれば、基本波ビームは光透過面
４ｂに入射することになる。
【００１１】ここで、光透過面４ｂが球面である場合、
ε≒Ｒtan(Δρ) であり、また〔ε＋（ｒ／２）〕＝ｄ
／２であることから、 〔Ｒtan(Δρ) ＋（ｒ／２）〕＝ｄ／２ → Ｒ＝（ｄ
−ｒ）／２tan(Δρ) 従って、非線形光学材料の光透過面４ｂを球面とし、そ
の曲率半径Ｒが、 Ｒ≦（ｄ−ｒ）／２tan(Δρ) の条件を満たすようにすれば、非線形光学材料をレーザ
光軸に対して角度０°〜Δρの範囲においてどのように
傾けても、基本波ビームは光透過面４ｂつまり出力ミラ
ーに対して必ず垂直に入射することなり、レーザ共振器
に定在波が確実に発生する。
ε≒Ｒtan(Δρ) であり、また〔ε＋（ｒ／２）〕＝ｄ
／２であることから、 〔Ｒtan(Δρ) ＋（ｒ／２）〕＝ｄ／２ → Ｒ＝（ｄ
−ｒ）／２tan(Δρ) 従って、非線形光学材料の光透過面４ｂを球面とし、そ
の曲率半径Ｒが、 Ｒ≦（ｄ−ｒ）／２tan(Δρ) の条件を満たすようにすれば、非線形光学材料をレーザ
光軸に対して角度０°〜Δρの範囲においてどのように
傾けても、基本波ビームは光透過面４ｂつまり出力ミラ
ーに対して必ず垂直に入射することなり、レーザ共振器
に定在波が確実に発生する。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の構成
図である。励起光源１は例えば半導体レーザ（ＬＤ）等
であって、この励起光源１からの励起光Ｅはレンズ系２
によって集光されレーザ媒質３の端面に照射される。
図である。励起光源１は例えば半導体レーザ（ＬＤ）等
であって、この励起光源１からの励起光Ｅはレンズ系２
によって集光されレーザ媒質３の端面に照射される。
【００１３】レーザ媒質３の端面３ａには、励起光源１
の出力励起光の波長に対しては高い透過率で、レーザ発
振の基本波の波長に対しては高い反射率を示す膜がコー
ティングされており、また、レーザ媒質３のもう一方の
端面３ｂには、レーザの基本波の波長に対して高い透過
率を示す膜がコーティングされている。
の出力励起光の波長に対しては高い透過率で、レーザ発
振の基本波の波長に対しては高い反射率を示す膜がコー
ティングされており、また、レーザ媒質３のもう一方の
端面３ｂには、レーザの基本波の波長に対して高い透過
率を示す膜がコーティングされている。
【００１４】レーザ媒質３の端面３ｂに対向して、波長
変換素子として用いる非線形光学材料４が配置されてい
る。この非線形光学材料４の光透過面のうち、レーザ媒
質の端面３ｂと対向する面４ａには、レーザの基本波と
この波長変換素子で発生する第２高調波の各波長に対し
て高い透過率を示す膜がコーティングされている。
変換素子として用いる非線形光学材料４が配置されてい
る。この非線形光学材料４の光透過面のうち、レーザ媒
質の端面３ｂと対向する面４ａには、レーザの基本波と
この波長変換素子で発生する第２高調波の各波長に対し
て高い透過率を示す膜がコーティングされている。
【００１５】また、非線形光学材料４のもう一方の光透
過面４ｂには、レーザの基本波の波長に対しては高い反
射率で、第２高調波の波長に対しては高い透過率を示す
膜がコーティングされており、この非線形光学材料４の
光透過面４ｂと先のレーザ媒質３の端面３ａとの間で、
その光透過面４ｂを出力ミラーとするレーザ共振器５が
構成され、その出力ミラーから第２高調波が取り出され
る。
過面４ｂには、レーザの基本波の波長に対しては高い反
射率で、第２高調波の波長に対しては高い透過率を示す
膜がコーティングされており、この非線形光学材料４の
光透過面４ｂと先のレーザ媒質３の端面３ａとの間で、
その光透過面４ｂを出力ミラーとするレーザ共振器５が
構成され、その出力ミラーから第２高調波が取り出され
る。
【００１６】そして、この実施の形態で注目すべきとこ
ろは、非線形光学材料４の光透過面４ｂを球面に加工
し、その曲率半径Ｒを次式の範囲に規定した点にある。 Ｒ≦（ｄ−ｒ）／２tan(Δρ) ｄ；非線形光学材料の光透過面の有効に作用する部分の
最小寸法 Δρ；非線形光学材料の結晶軸の仕上がり公差角度 ｒ；レーザビームの径の最大値 このように、非線形光学材料４の光透過面４ｂを球面と
し、その曲率半径Ｒを規定することで、先の課題を解決
するための手段の項でも述べたように、非線形光学材料
４の位相整合角が設計に対してΔρだけ異なる場合で
も、必ず、基本波ビームＢがレーザ共振器５の出力ミラ
ー（光透過面４ｂ）に対して垂直に入射するように調整
することが可能となり（図２参照）、レーザ共振器５に
定存波を確立することができる。
ろは、非線形光学材料４の光透過面４ｂを球面に加工
し、その曲率半径Ｒを次式の範囲に規定した点にある。 Ｒ≦（ｄ−ｒ）／２tan(Δρ) ｄ；非線形光学材料の光透過面の有効に作用する部分の
最小寸法 Δρ；非線形光学材料の結晶軸の仕上がり公差角度 ｒ；レーザビームの径の最大値 このように、非線形光学材料４の光透過面４ｂを球面と
し、その曲率半径Ｒを規定することで、先の課題を解決
するための手段の項でも述べたように、非線形光学材料
４の位相整合角が設計に対してΔρだけ異なる場合で
も、必ず、基本波ビームＢがレーザ共振器５の出力ミラ
ー（光透過面４ｂ）に対して垂直に入射するように調整
することが可能となり（図２参照）、レーザ共振器５に
定存波を確立することができる。
【００１７】また、この実施の形態において、光透過面
４ｂの曲率半径Ｒを上記した式の右辺の〔（ｄ−ｒ）／
２tan(Δρ) 〕に対して小さい値に設定すれば、Δρの
許容範囲をある程度の幅で広げることが可能で、従っ
て、曲率半径Ｒの設定の仕方によっては非線形光学材料
４の加工精度をゆるくすることも可能になる。
４ｂの曲率半径Ｒを上記した式の右辺の〔（ｄ−ｒ）／
２tan(Δρ) 〕に対して小さい値に設定すれば、Δρの
許容範囲をある程度の幅で広げることが可能で、従っ
て、曲率半径Ｒの設定の仕方によっては非線形光学材料
４の加工精度をゆるくすることも可能になる。
【００１８】ここで、以上の実施の形態ではレーザ媒質
３の端面３ａを平面としているが、その端面３ａは、励
起光源１側に凸で適当な曲率半径の球面としてもよく、
この場合、非線形光学材料４内でのレーザ基本波の断面
積が小さくなり、そのエネルギ密度が高くなる結果、変
換効率を向上させることができる。
３の端面３ａを平面としているが、その端面３ａは、励
起光源１側に凸で適当な曲率半径の球面としてもよく、
この場合、非線形光学材料４内でのレーザ基本波の断面
積が小さくなり、そのエネルギ密度が高くなる結果、変
換効率を向上させることができる。
【００１９】また、レーザ媒質３の端面３ｂにコーティ
ングする膜として、励起光波長に対して高い反射率を示
すような材料を使用すれば、レーザ媒質３の励起効率が
向上し、さらに第２高調波に対しても高い反射率を示す
ような材料を使用すれば、第２高調波をより有効に取り
出すことができる。
ングする膜として、励起光波長に対して高い反射率を示
すような材料を使用すれば、レーザ媒質３の励起効率が
向上し、さらに第２高調波に対しても高い反射率を示す
ような材料を使用すれば、第２高調波をより有効に取り
出すことができる。
【００２０】なお、以上の実施の形態では、端面励起方
式でレーザ媒質の一端面を共振器ミラーとして利用した
構造のレーザに本発明を適用した例を示したが、これに
限られることなく、本発明は、レーザ媒質の側方から励
起光を入射させる側面励起方式のもの、あるいは、レー
ザ共振器の一方のミラーが、図１においてレンズ系２と
レーザ媒質３との間に個別に配置される構成のレーザに
も適用可能で、そのいずれの場合であっても、上記した
実施の形態と同等な効果を達成できる。
式でレーザ媒質の一端面を共振器ミラーとして利用した
構造のレーザに本発明を適用した例を示したが、これに
限られることなく、本発明は、レーザ媒質の側方から励
起光を入射させる側面励起方式のもの、あるいは、レー
ザ共振器の一方のミラーが、図１においてレンズ系２と
レーザ媒質３との間に個別に配置される構成のレーザに
も適用可能で、そのいずれの場合であっても、上記した
実施の形態と同等な効果を達成できる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の波長変換
レーザによれば、レーザ共振器内に配置する非線形光学
材料の出力ミラーとなる面を、レーザ共振器の外側に凸
の球面形状とし、その曲率半径を所定の範囲内に規定す
ることで、非線形光学材料の結晶軸の精度が良くなくて
も、レーザ共振器における位相整合条件と共振条件を同
時に満たすことのできる調整範囲が必ず存在するように
したから、製品歩留りが従来に比して大幅に向上する。
レーザによれば、レーザ共振器内に配置する非線形光学
材料の出力ミラーとなる面を、レーザ共振器の外側に凸
の球面形状とし、その曲率半径を所定の範囲内に規定す
ることで、非線形光学材料の結晶軸の精度が良くなくて
も、レーザ共振器における位相整合条件と共振条件を同
時に満たすことのできる調整範囲が必ず存在するように
したから、製品歩留りが従来に比して大幅に向上する。
【００２２】また、本発明では、出力ミラーとなる部分
の曲率半径の設定の仕方によっては非線形光学材料の加
工精度をゆるくすることも可能なことから、波長変換レ
ーザを低コストで製作できるといった効果も達成でき
る。
の曲率半径の設定の仕方によっては非線形光学材料の加
工精度をゆるくすることも可能なことから、波長変換レ
ーザを低コストで製作できるといった効果も達成でき
る。
【図１】本発明の実施の形態の構成図
【図２】本発明の作用説明図
１ 励起光源 ２ レンズ系 ３ レーザ媒質 ４ 非線形光学材料 ４ｂ 光透過面 ５ レーザ共振器 Ｂ 基本波ビーム Ｅ 励起光
Claims (1)
- 【請求項１】 非線形光学材料を波長変換素子としてレ
ーザ共振器内に配置する方式のレーザで、その非線形光
学材料の一方の光透過面に、レーザ発振の基本波に対し
て高い反射率で、波長変換により発生する第２高調波に
対しては高い透過率となる膜がコーティングされ、この
コーティング面をレーザ共振器の出力ミラーとして第２
高調波を外部に取り出すように構成されたレーザにおい
て、上記非線形光学材料のコーティング面が、レーザ共
振器の外側に凸の球面で、その曲率半径Ｒが、 Ｒ≦（ｄ−ｒ）／２tan(Δρ) ｄ；非線形光学材料の光透過面の有効に作用する部分の
最小寸法 Δρ；非線形光学材料の結晶軸の仕上がり公差角度 ｒ；レーザビームの径の最大値 に設定されていることを特徴とする波長変換レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4290196A JPH09237931A (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | 波長変換レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4290196A JPH09237931A (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | 波長変換レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09237931A true JPH09237931A (ja) | 1997-09-09 |
Family
ID=12648942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4290196A Pending JPH09237931A (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | 波長変換レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09237931A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003124553A (ja) * | 2001-10-12 | 2003-04-25 | Topcon Corp | レーザ発振装置 |
-
1996
- 1996-02-29 JP JP4290196A patent/JPH09237931A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003124553A (ja) * | 2001-10-12 | 2003-04-25 | Topcon Corp | レーザ発振装置 |
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