JPS63184384A - 光波長可変レ−ザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は光パラメトリック発振部（ｏｐｏ）から出射す
る光を、光波長変換部（例えば第２高調波発生部・５Ｈ
Ｇ）の結晶に入力して、その結晶を回転させ位相整合さ
せることにより広帯域の光波長可変レーザを得るように
した波長可変レーザ装置に関するものである。

「従来の技術」 一般に、波長可変レーザ装置は、第４図に示すように、
光パラメトリック発振部（ＯＰＯ）　（１）と光波良度
換部としての第２高調波発生部（ＳＨＧ）　（２）とを
具備し、このうち、０ＰＯ（１）は、入射レーザ光のパ
ワー密度を上げるためのコリメータ部（３）と、所定の
帯域幅で所定の反射率を有する入力反射ミラー（４）お
よび出力反射ミラー（５）と、回転可能な非線形光学結
晶（６）とからなり、また、５ＨＧ（２）はパワー密度
を上げるレンズ（７）　（８）と、結晶（９）とからな
るものである。

このような構成において、前記ＯＰＯ結晶（６）を強力
なレーザ光で励起してこの励起光とは異なる波長を持つ
２つの光を発生させる。励起光をポンピング光、２つの
出力光のうち一方をシグナル光、他方をアイドラ光と呼
ぶ。これらシグナル光とアイドラ光は、ＯＰＯ結晶（６
）を挟んで設けられた入出力ミラー（４）（５）で構成
されるキャビティー内で増幅、発振される。

前記ポンピング光（ｐ）、シグナル光（ｓ）、アイドラ
光（ｉ）の角振動数をそれぞれωｐ、ωＳ、ωｉとし、
波数ベクトルをそれぞれｋｐ、ｋｓ、　ｋｉとすると、
ωｐ＝ωＳ＋ωｉ −３＝ ｋｐ＝　　ｋｓ＋　　ｋｉ という条件を満たす波長が発振する。一般にはこの２波
長のうち一方だけを取出す。

また、前記５ＨＧ（２）では、結晶（９）が１軸性結晶
の場合には、ＴＹＰＥ　−１と呼ばれる位相整合条件で
、ｎｏ（λ）＝ｎｅ　（０ｍ、λ／２） （］／ｎｅ（Ｏｍ、λ／２）”＝ｃｏｓ２（３ｍ／ｎｏ
”＋５ｉｎ２０　ｍ／ｎｅ２の関係から位相整合角が求
められる。ここで、ｎ。

は常光の屈折率、ｎｅは異常光の屈折率である。

例えばＮｄ−ＹＡＧレーザの３５５ｎｍで尿素結晶（６
）を励起した場合において、結晶（６）の回転角度（Ｏ
）が第５図に示すように９０度の場合、５００ｎｍと１
２３０ｎｍの２つの光を発生し、さらに第６図に示すよ
うに回転角度６０度に回転させることにより６００ｎｍ
と８７０ｎｍの２つの光を発生する。このように、回転
角度（ｉｌｌ）を変えると、５００〜１２３０ｎｍの範
囲コヒーレント光が得られる。結晶（６）から射出した
レーザ光は入出力ミラー（４）（５）間で発振し出力す
る。０ＰＯ（１）から出射した光を５ＨＧ（２）に入射
して結晶（９）を回転させて位相整合させた場合には、
周波数の逓倍ができ、さらに広帯域の２５０〜１２３０
ｎｍの発振光を得ることができる。第４図において、結
晶（６）および（９）の光学軸（１０）は紙面に対して
平行であり、ポンピング光は常光で５発生した２つの光
（シグナル光、アイドラ光）のうち一方が常光なら他方
が異常光となる。ＳＨＧ結晶（９）はＴＹＰＥ４の位相
整合条件であるので、結晶回転により常光線に対して位
相整合し、逓倍の高調波を出力する。

「発明が解決しようとする問題点」 角度整合形の０ＰＯ（１）では、ＯＰＯ結晶（６）にお
いて複屈折を避けることができず、出力光は第２図に示
すように、一方が常光（０成分）で、他方が異常光（ｅ
成分）となる。ここで、第１種の整合（ＴＹＰＥＩ）に
よる５ＨＧ（２）で逓倍するには、０成分かｅ成分かい
ずれか単一の偏光成分の基本波しか用いることができな
い。例えば、第４図において、ＯＰＯ結晶（６）を尿素
結晶、ＳＨＧ結晶（９）をβ−ＢａＢ２０４、ポンピン
グ光を３５５ｎｍの常光、０ＰＯ（１）のシグナル光を
常光（０成分）、０ＰＯ（１）のアイドラ光を異常光（
ｅ成分）、５ＨＧ（２）の基本波を常光（０成分）、５
ＨＧ（２）の第２高調波を異常光（ｅ成分）とした場合
、ＯＰＯ結晶（６）を光学軸（１０）を中心にしてその
角度（０）を５０〜９０゜回転すると、第７図の特性線
（Ａ）（Ｂ）に示すように、０ＰＯ（１）のｅ成分は６
６０−１２３０ｎｍ、０ＰＯ（１）の０成分は７８０−
５００ｎｍと変化する。ＳＨＧ　（２）では０ＰＯ（１
）の０成分のみを常光として逓倍した場合、第７図の特
性線（Ｃ）で示すように、３９０〜２５０ｎｍの波長の
レーザが得られる。ところが、第７図において、３９０
〜５００ｎｍの範囲（Ｘ）の波長のレーザが得られない
。ＯＰＯ結晶（６）の回転角を５０°以下まで大きく回
転すれば常光（０成分）の波長域は長波長側にのび、５
ＨＧ（９）で逓倍した波長域も長波長側にのびる。しか
し、回転角（θ）を大きくすると以下のような問題があ
った。

結晶の屈折率による光軸（１０）のずれが大きくなるこ
と光軸（１０）がずれるとＳＨＧ結晶（９）の入射面か
ら外れるため、ＳＨＧ結晶（９）のサイズを大きくしな
ければならないこと、結晶端面での反射率が大きくなる
こと、反射率を少くするためＡＲコートを施こし変換効
率をあげようとしても入射角度を広くとった場合のＡＲ
コートが困難であることなどの問題があった。

「問題点を解決するための手段」 本発明は上述のような問題点を解決するためになされた
もので、光パラメトリック発振部の非線形光学結晶をポ
ンピング光で励起してシグナル光とアイドラ光を出射し
、この光パラメトリック発振部からの出射光を光波長変
換部（例えば第２高調波発生部）の結晶の回転により逓
倍の高調波を出射するようにした波長可変レーザ装置に
おいて、前記光波長変換部（第２高調波発生）用結晶を
光軸に平行な平面内で回転する第１の回転部と、光軸に
垂直な平面内で回転する第２の回転部とからなる回転装
置を具備してなるものである。

「作用」 光パラメトリック発振部の非線形光学結晶を、ポンピン
グ光で励起してシグナル光とアイドラ光を出射する。前
記光学結晶の回転角を変えると、出力光の波長が可変し
て所定の波長領域のレーザ光が得られる。この光パラメ
ントリツク発振部の出力光のうち例えば一方の常光を第
２高調波発生部に入射させて第２高調波用結晶を、第１
の回転部により光軸に平行な平面内で回転してその常光
について位相整合を起こさせて逓倍した波長領域の出力
光を得る。常光についてのみ逓倍したのでは異常光につ
いて整合条件を満足しないため広帯域の出力が得られな
い。

そこで、第２高調波用結晶を、第２の回転部により光軸
に垂直な平面内で９０度回転する。すると、その結晶に
対してこれまで異常光であった成分が常光となるので、
さらに第１の回転部により光軸に平行な平面内で回転し
て位相整合を起こさせて逓倍した波長領域の出力光を得
る。このようにして広帯域の光波長可変レーザを得るこ
とができる。

「実施例」 以下、本発明の一実施例を第１図に基づき説明する。

（１）は光パラメトリック発振部（以下ＯＰＯという）
、（２）は光波長変換装置、具体的には第２高調波発生
部（以下ＳＨＧという）である。前記０ＰＯ（１）は第
４図と同様、コリメータ部（３）、入力反射ミラー（４
）、出力反射ミラー（５）、非線形光学結晶（６）を有
する。

この非線形光学結晶（６）は両側に入射窓（１１）と出
射窓（１２）を形成した容器（１３）に、マツチングオ
イル（１４）とともに収納され、回転装置のテーブル（
１５）によって回動自在に設けられている。

前記５）ＩＧ　（２）は、第４図と同様、β−ＢａＢ２
０４からなるＳＨＧ結晶（９）とその両側に設けられた
レンズ（７）（８）とからなり、さらに、前記ＳＨＧ結
晶（９）は光軸（１０）に平行な平面内で回転する第１
の回転部（１６）と、光軸（１０）に垂直な平面内で回
転する第２の回転部（１７）からなる回転装置（１８）
に取付けられている。すなわち、前記第１の回転部（１
６）はＳＨＧ結晶（９）を載置固定した回転テーブル（
１９）と、この回転テーブル（１９）の中心軸を中心に
して回転せしめるステッピングモータ（２０）とからな
り、前記ＳＨＧ結晶（９）を光軸（１０）に平行な平面
内で回転して回転角度（θ）を設定する。また、前記第
２の回転部（１７）は支枠（２１）に軸受（２２）　（
２２）で支持されつつ光軸（１０）を中心に回転可能な
インデックステーブル（２３）が設けられ、このインデ
ックステーブル（２３）＝８− には前記第１の回転部（１６）が取付けられ、かつ４分
割のパラレルインデックスカム（２４）と噛合し、また
このパラレルインデックスカム（２４）の回転軸（２５
）はカップリング（２６）によってモータ（２７）に連
結されている。そしてモータ（２７）が１回転すると、
インデックステーブル（２３）は９０度回転する。

以上のような構成における作用を説明する。第１図に示
すように、ＯＰＯ結晶（６）を３５５ｎｍのポンピング
光で励起すると、ＯＰＯ結晶（６）の角度（θ）が９０
度のとき５００ｎｍの常光（０成分）と１２３０ｎｍの
異常光（ｅ成分）が出射し、これらの波長のレーザ光は
角度（θ）を変えると第３図の特性（Ａ）（Ｂ）のよう
に連続的に変化する。

つぎに、０ＰＯ（１）の出力光のうち常光（０成分）に
ついてＳＨＧ　（２）に入射して回転装置（１８）の第
１の回転部（１６）でＳＨＧ結晶（９）を光軸（１０）
に平行な平面内で回転する。この回転角度（０）を９０
〜５０度の範囲で変化させると、第３図の特性線（Ｃ）
のように変化する。

つぎに、回転装置（１８）の第２の回転部（１７）のモ
−タ（２７）を１回転すると、パラレルインデックスカ
ム（２４）を介してインデックステーブル（２３）が９
０度だけ光軸（１０）を中心にして回転する。すると、
ＳＨＧ結晶（９）に対して異常光であったｅ成分が常光
となる。この状態で第１の回転部（１６）のモータ（２
０）によりＳＨＧ結晶（９）を回転させて位相整合を起
こし、第３図の特性線（Ｄ）のようにＳＨＧ出力の常光
成分に波長変換する。この結果、９０〜５０°の回転範
囲でも２５０〜１２３０ｎｍの全範囲について波長可変
レーザを得ることができる。

前記実施例では第２の回転部（１７）のインデックスカ
ム（２４）はインデックステーブル（２３）の４分割と
したので、常光と異常光のいずれが一方としが位相整合
を起こさない。しかし、モータ（２７）にステッピング
モータを用い、インデックステーブル（２３）とインデ
ックスカム（２４）の部分に通常の回転テーブル（２３
）を用い、ステッピングモータにて回転テーブルを回転
駆動し、任意の位置出しができるようにする。このよう
な構成にすることにより任意の位置でのＯＰＯ出力の常
光と異常光のＳＨＧ結晶（９）に対する常光成分と位相
整合できる。したがって回転角を選択することにより任
意の出力比で常光と異常光の第２高調波を同時に得るこ
とができる。

「発明の効果」 本発明は上述のように構成したので、光パラメトリック
発振部から出射するレーザのｅ成分と０成分のいずれの
偏光成分をも光波長変換でき、したがって、光パラメト
リック発振部の結晶の回転角を大きくとらなくとも広帯
域の光波長可変レーザを得ることができる。また、回転
角を大きくとる必要がないから光軸ずれの補正が不要か
、たとえ必要であっても極めて容易で、また、反射を少
くするためのＡＲコートも不要となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光波長可変レーザ装置の第一実施
例を示す説明図、第２図はＯＰｏとＳＨＧにおける波長
の変化の説明図、第３図は本発明の装置による特性図、
第４図は従来の装置の説明図、第５図はＯＰＯ結晶の回
転角（Ｏ）が９０度のときの出力光の説明図、第６図は
ＯＰＯ結晶の回転角（０）が６０度のときの出力光の説
明図、第７図は従来の装置による特性図である。 （１）・・・光パラメトリック発振部（ｏｐｏ）、（２
）・・・光波長変換部（第２高調波発生部）（ＳＨＧ）
、（３）・・コリメータ部、（４）　（５）−・・反射
ミラー、　（６）−０ＰＯ結晶、（７）（８）・・・レ
ンズ、（９）・・・ＳＨＧ結晶、（１０）・・・光軸、
（１１）（１２）・・・窓、（１３）・・容器、（１４
）・・・マツチングオイル、（１５）・・・回転テーブ
ル、（１６）・・・第１の回転部、（］７）・・第２の
回転部、（１８）・・・回転装置、（１９）・・・回転
テーブル、（２０）・・・ステッピングモータ、（２１
）・・・支枠、（２２）・・・軸受、（２３）・・・イ
ンデックステーブル、（２４）・・・パラレルインデッ
クスカム、（２５）・・・回転軸、（２６）・・・カッ
プリング、（２７）・・・モータ。 出願人　　浜松ホトニクス株式会社 −財１す

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）光パラメトリック発振部の非線形光学結晶をポン
   ピング光で励起してシグナル光とアイドラ光を出射し、
   この光パラメトリック発振部からの出射光を光波長変換
   部の結晶の回転により逓倍の高調波を出射するようにし
   た波長可変レーザ装置において、前記光波長変換部用結
   晶を光軸に平行な平面内で回転する第１の回転部と、光
   軸に垂直な平面内で回転する第２の回転部とからなる回
   転装置を具備してなることを特徴とする光波長可変レー
   ザ装置。
2. （２）光波長変換部は第２高調波発生部からなる特許請
   求の範囲第１項記載の光波長可変レーザ装置。
3. （３）第１の回転部は光波長変換部用結晶を設置した回
   転テーブルとこの回転テーブルを回転するステッピング
   モータとからなる特許請求の範囲第１項記載の光波長可
   変レーザ装置。
4. （４）第２の回転部は第１の回転部を設置したインデッ
   クステーブルとこのインデックステーブルを回転するモ
   ータとからなる特許請求の範囲第１項記載の光波長可変
   レーザ装置。
5. （５）第２の回転部は第１の回転部を設置した回転テー
   ブルとこの回転テーブルを回転するステッピングモータ
   とからなる特許請求の範囲第１項記載の光波長可変レー
   ザ装置。