JPH1195273A - レーザ装置 - Google Patents

レーザ装置

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JPH1195273A
JPH1195273A JP9255010A JP25501097A JPH1195273A JP H1195273 A JPH1195273 A JP H1195273A JP 9255010 A JP9255010 A JP 9255010A JP 25501097 A JP25501097 A JP 25501097A JP H1195273 A JPH1195273 A JP H1195273A
Authority
JP
Japan
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light
opo
generated
optical
nonlinear
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Application number
JP9255010A
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English (en)
Inventor
Jun Sakuma
純 佐久間
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非線形光学効果により波長変換したレーザ光
を発生させる光パラメトリック発振器(OPO)を有す
るレーザ装置に関し、特に複数の光パラメトリック発振
器を備えた装置において、発生する光を全て同じ光軸上
から発するようにすると共に、波長変換光の発生効率を
改善する。 【解決手段】 励起用レーザ発振器の光軸上の前方に2
つの光パラメトリック発振器6、13を配置し、第2の
光パラメトリック発振器13は第1の光パラメトリック
発振器6から発生するシグナル光とアイドラ光のそれぞ
れの光を波長変換する非線形光学素子16a、16bを
共通の光共振器内に設置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は非線形光学効果によ
り波長変換したレーザ光を発生させる光パラメトリック
発振器(OPO)を有するレーザ装置に関し、特に複数
のOPOを備えた場合に発生する複数の光を全て同じ光
軸上から発するようにすると共に、波長変換される光の
発生効率を改善したレーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、光パラメトリック発振器(OP
O)はパラメトリックな利得を持つKTP等の非線形光
学素子をレーザ共振器と同様に2枚の反射鏡からなる光
共振器中に置き、適当なレーザ光によって励起せること
によって構成されている。これらの光パラメトリック共
振器はシグナル光(信号波光)とアイドラ光(補助波
光)の両方、又は、いずれか一方が共振するように構成
され、ポンピング入力がある閾値を超えるとシグナル光
およびアイドラ光でパラメトリック発振が生じる。
【0003】これらについて図2にもとづいて説明する
と、励起用レーザ発振器1から発生したレーザ光は、集
光光学系2a、2b、入力鏡3を通過して非線形光学素
子4に入射する。非線形光学素子においては2次の非線
形光学効果により波長の異なる2つの光(シグナル光、
アイドラ光)が発生する。その一方又は両方の光はは出
力鏡5で反射して光軸上を戻り、入射鏡3との間を往復
して共振し増幅される。その一部は出力鏡5を透過し外
部にレーザ出力光として取出される。励起光、シグナル
光、アイドラ光の各波長の間にはエネルギー保存則が成
立するため、以下の関係になる。
【0004】 1/λp =1/λs +1/λi ………(1) ここで、λp は励起光の波長、λs はシグナル光の波
長、λi はアイドラ光の波長である。
【0005】例えば、Nd: YAGレーザを励起光とし
て、非線形光学素子4にKTPを用いた構成では、λp
=1.06μmに対して、λs =1.6μm、λi =
3.2μmの光が得られる。また、λs =λi となるよ
うな構成にした特殊な場合(縮退発振)では、λi =λ
s =2.12μmの光が得られる。
【0006】ただし、OPO6において効率よく励起光
エネルギーを波長変換して光を発生するためには、非線
形光学素子4内で位相整合条件と呼ばれる次のベクトル
式が成立する必要がある。
【0007】Kp =Ks +Ki ………(2) この条件は、結晶の複屈折性を利用して、波動ベクトル
に対する結晶軸の傾きを調整する角度位相整合と呼ばれ
る方式で実現するのが一般的である。
【0008】近年、より長い波長の光を効率よく発生さ
せるため、OPOからの光を励起光とした第2のOPO
を構成する複合型OPOが紹介されている。それを図3
にもとづいて説明すると、励起レーザ1と第1のOPO
6までの構成と作用は図2と共通で、第1のOPO6か
ら発生する2つの光のうち、片方のビームスプリッタ7
により分離除去し、残った光を2番目のOPO8の入力
鏡9に入力させ、この光により2番目に非線形光学素子
10を起動する。これにより、第1のOPO6と同様の
プロセスにより2番目のOPO8の出力鏡11から第1
のOPO6の発生光より更に長い波長の2つの光が発生
する。
【0009】また、図4に示すようにビームスプリッタ
7で分離した光の光路上に、更にもう一つのOPO12
を配置して各ミラーm1 、m2 、m3 で光路を形成すれ
ば効率は一層向上する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】一般に、光パラメトリ
ック発振器を有するレーザ装置では出力を目的としてい
る波長は1つであり、2つの光(シグナル光、アイドラ
光)の出力を同時に必要とすることは殆どない。従っ
て、光パラメトリック発振器により発生した2つの光の
うち必要なのは一方の光のみで、他方の光のエネルギは
無駄になることが多い。従って、一方の光の利用のみで
は発振器全体の発振効率が制限されて好ましくない。
【0011】特に、発生する光のエネルギの割合は波長
に略反比例するので、例えば、アイドラ光の出力が目的
の場合には極端に低効率になる。
【0012】また、2つの光のうち目的とする波長の光
だけを取り出すためには、2つの光を分離するための光
学鏡を設置しなければならず、その効率が100%にな
らないことから、さらに出力が低下するという問題も存
在する。
【0013】また、ビームスプリッタで分離した光の光
路上に、もう一つのOPO装置を設置する方法では効率
は向上するが構成が複雑になるうえ、2つの光軸上から
光が発生することになり実用的ではない。この場合は、
各々発生する光を合成する光学系を適用する方法によ
り、この点は克服可能であるが、装置は更に複雑となり
完全に光軸を一致させることは極めて困難である。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、励起用
レーザ発振器の光軸上の前方に配置された第1の光パラ
メトリック発振器と、前記光軸上のその前方に配置され
た第2の光パラメトリック発振器とを有するレーザ装置
において、前記第2の光パラメトリック発振器は前記第
1の光パラメトリック発振器から発生するシグナル光と
アイドラ光のそれぞれを波長変換する非線形光学素子を
第1および第2の光パラメトリック発振器に共通の光共
振器内に設置したことを特徴とするレーザ装置である。
【0015】本発明によれば、前記第1の光パラメトリ
ック発振器から発生されるシグナル光とアイドラ光の波
長が等しいことを特徴とするレーザ装置にある。
【0016】本発明によれば、前記第2の光パラメトリ
ック発振器から発生されるシグナル光とアイドラ光の波
長が等しいことを特徴とするレーザ装置にある。
【0017】本発明によれば、前記第2の光パラメトリ
ック発振器内の非線形光学素子は、シグナル光を波長変
換するものとアイドラ光を波長変換するものとが別個に
設けられていることを特徴とするレーザ装置にある。
【0018】
【発明の実施の形態】以下本発明に実施形態について図
1を参照して説明する。図2〜4で示した従来の技術と
同一符号は従来の技術と同一部品又は同一機能を有する
部品を示す。
【0019】図1は本実施の形態の構成図で、励起用レ
ーザ発振器1の光軸上の前方に集光光学系2a,2b、
第1の光パラメトリック発振器(OPO)6、第2のO
PO13の順に配置されている。
【0020】第1のOPOは非線形光学素子4であるK
TPを挟んで光軸上の後方に入射鏡3が、前方に出力鏡
5が設けられて構成されている。第2のOPO13は光
軸上に入射鏡3と出力鏡5との間に第1の非線形光学素
子16aと第2の非線形光学素子16bを設けている。
それらは、第1のOPO6からのシグナル光とアイドラ
光は一般に波長が異なるうえ偏光方向も一致しない場合
が多いため、第1のOPO6のシグナル光に対して位相
整合するよう角度が調整された非線形光学素子16a
と、第1のOPO6のアイドラ光に対して位相整合する
第2の非線形光学素子16bが設けられている。各非線
形光学素子16a,16bは第1のOPO6からの2つ
の光と第2のOPO13での各発生光に対して吸収率の
低いものを適用する。入射鏡14は第1のOPO6から
のシグナル光およびアイドラ光を透過させつつ、第2の
OPO13で発生したの2つのシグナル光を反射する特
性を持つ出力鏡15は、第2のOPO13で発生した2
つのシグナル光およびアイドラ光の片方又は両方を反射
して入力鏡14との間を往復することにより共振して光
強度を高める。これらの光の一部は出力鏡15から同一
の光軸から取出される。
【0021】これらの構成により、第1のOPO6から
にシグナル光を励起光として、第2のOPO13におけ
る第1の非線形光学素子16aでの非線形相互作用によ
り新たなシグナル光とアイドラ光が発生する。第1のO
PO6からのアイドラ光によっても、第2のOPO13
における第2の非線形結晶16bにおいて新たなシグナ
ル光とアイドラ光が発生する。第1の非線形結晶16a
で発生した光および励起光は、第2の非線形光学素子1
6bでは、一般に位相整合しないので相互作用は殆どな
い。第2の非線形光学素子16bで発生した光および励
起光についても第1の非線形光学素子16aにおける作
用と同様である。
【0022】これらの結果として、第2のOPO13か
らは合計4種類の光が発生する。これらは、共通の光共
振器から発せられるので同一の光軸上から発生する。
【0023】
【実施例】
実施例1 励起レーザ装置1に発振波長1.06mのYAGレーザ
を用いて、波長3〜5m帯の中赤外光を発生させる場合
を説明する。第1のOPO6にKTPを用いた場合、
(1)式を満たす発生光として、例えば、波長1.9μ
mのシグナル光及び波長2.4mのアイドラ光が得られ
る。第2のOPO13には波長2.4mの光で位相整合
するようにカットされたAgGaSe2 結晶を第1の非
線形光学素子16aとして、波長1.9mの光で位相整
合するようにカットされたAgGaSe2 結晶を第2の
非線形光学素子16bとして配置する。
【0024】前者の結晶からは、p=1.9μmに対し
て(1)式を満たす2つの光、例えば、s=3.6μm
およびi=4.1μmの光が発生する。また、後者の結
晶からは、s=2.4μmに対して、(1)式を満たす
2つの光、例えば、s=4.6μmおよびi=5.0μ
mの光が発生し、これらで発生する波長は全て3〜5μ
mとなる。
【0025】実施例2 第1のOPO6を縮退発振とした場合、シグナル光とア
イドラ光の波長は両方とも2.12μmとなる。この際
の2つの発生光はタイプ2位相整合と呼ばれるKTP等
の結晶を用いた場合、偏光方向は直行するが、波長2.
12μmの光で位相整合する様にカットして加工された
2つのAgGaSe2 結晶を互いに結晶方向を90度に
光軸回りで回転させて配置することにより、第1のOP
O6からのシグナル光、アイドラ光のそれぞれに位相整
合させられ、p=2.12μmに対して、(1)式を満
たす2組の光を発生できる。特に、第2のOPO13も
縮退発振とすることにより、第2のOPO13における
4つの発生光の全ての波長を4.24μmにすることも
可能である。
【0026】なお、上記各実施例では非線形光学素子4
としてKTP(KTiOPO4 )を用いたがKTA(K
TiOAsO4 )やCTA(CsTiOAsO4 )やR
TP(CsTiOAsO4 )等も同様に用いることが出
来る。
【0027】また、上記実施例ではOPOは2段として
説明したが、3段以上でも同様に構成できることは言う
までもない。
【0028】また、上記実施例では第2のOPO内で
は、第1の非線形光学素子がシグナル光の第2の非線形
光学素子がアイドラ光の波長変換用であるが、これら
は、逆の場合でも同様な作用が得られるのは言うまでも
ない。
【0029】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば2
つの光パラメトリック発振器(OPO)を有するレーザ
装置において、従来は無駄となっていた第1のOPOか
らの片側の光ヱネルギも第2のOPOで長い波長の光に
変換するので、最大4種類の波長の光を同一の光軸上に
発生させることが出来るため、レーザ装置の効率を大幅
に向上することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレーザ装置の一実施形態を示す構成
図。
【図2】従来技術である光パラメトリック発振器の構成
図。
【図3】従来技術である光パラメトリック発振器の変形
例の構成図。
【図4】従来技術である光パラメトリックス発振器の別
の変形例の構成図。
【符号の説明】
1…励起用レーザ発振器 2…集光光学系 3…入力鏡 4…非線形光学素子(第1のOPOの) 5…出力鏡 6…第1の光パラメトリック発振器(OPO) 7…ビームスプリッタ 13…第2のOPO 16a、16b…非線形光学素子(第2のOPOの)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 励起用レーザ発振器の光軸上の前方に配
    置された第1の光パラメトリック発振器と、前記光軸上
    のその前方に配置された第2の光パラメトリック発振器
    とを有するレーザ装置において、前記第2の光パラメト
    リック発振器は前記第1の光パラメトリック発振器から
    発生するシグナル光とアイドラ光のそれぞれを波長変換
    する非線形光学素子を第1および第2の光パラメトリッ
    ク発振器に共通の光共振器内に設置したことを特徴とす
    るレーザ装置。
  2. 【請求項2】 前記第1の光パラメトリック発振器から
    発生されるシグナル光とアイドラ光の波長が等しいこと
    を特徴とする請求項1記載のレーザ装置。
  3. 【請求項3】 前記第2の光パラメトリック発振器から
    発生されるシグナル光とアイドラ光の波長が等しいこと
    を特徴とする請求項2記載のレーザ装置。
  4. 【請求項4】 前記第2の光パラメトリック発振器内の
    非線形光学素子は、シグナル光を波長変換するものとア
    イドラ光を波長変換するものとが別個に設けられている
    ことを特徴とする請求項1記載のレーザ装置。
JP9255010A 1997-09-19 1997-09-19 レーザ装置 Pending JPH1195273A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005194279A (ja) * 2005-01-12 2005-07-21 Miwatec:Kk 微生物不活化方法と微生物処理装置。
CN104868354A (zh) * 2015-04-22 2015-08-26 中国科学院理化技术研究所 一种光参量激光装置
CN106099633A (zh) * 2016-07-07 2016-11-09 江苏师范大学 一种中红外宽波带激光同时输出的激光器
CN110165534A (zh) * 2019-05-31 2019-08-23 江苏师范大学 基于级联变频的1.6-1.7微米波段激光器

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CN110165534A (zh) * 2019-05-31 2019-08-23 江苏师范大学 基于级联变频的1.6-1.7微米波段激光器
CN110165534B (zh) * 2019-05-31 2021-08-17 江苏师范大学 基于级联变频的1.6-1.7微米波段激光器

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