JP2001015833A - Laser beam generator - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光発生装置
に関し、特に非線形光学素子を用いて波長変換を行って
第二高調波レーザを発生させるレーザ光発生装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser light generator, and more particularly, to a laser light generator that generates a second harmonic laser by performing wavelength conversion using a nonlinear optical element.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光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うことは、従来より提案されて
おり、数多くの実施例がある。例えば、外部共振器型の
第二高調波発生（ＳＨＧ）や、光共振器の中に非線形光
学素子を配置した共振器内部型（いわゆるイントラキャ
ビティ型）のＳＨＧレーザなどがそれである。2. Description of the Related Art Efficient wavelength conversion utilizing a high power density inside an optical resonator has been conventionally proposed, and there are many embodiments. For example, an external resonator type second harmonic generation (SHG), a resonator internal type (so-called intra-cavity type) SHG laser in which a nonlinear optical element is arranged in an optical resonator, and the like are examples thereof.
【０００３】これらの実施例のうち、まず、外部共振器
型の第二高調波発生に関しては、単一周波数という特性
が基本波から保存され、安定な出力が望める反面、その
変換効率は光共振器の光学損失によって敏感に変化する
ので、光共振器の構成部材の状態によって第二高調波出
力が急激に変化する。そのため、例えば、反射鏡や非線
形光学素子自体の光学面の汚染やレーザ損傷によって、
第二高調波出力が急激に低下してしまうという問題があ
る。In these embodiments, first, regarding the external resonator type second harmonic generation, the characteristic of a single frequency is preserved from the fundamental wave, and a stable output can be expected, but the conversion efficiency is high. The output of the second harmonic rapidly changes depending on the state of the components of the optical resonator since the output changes sharply due to the optical loss of the device. Therefore, for example, contamination or laser damage of the optical surface of the reflector or the nonlinear optical element itself,
There is a problem that the output of the second harmonic suddenly drops.
【０００４】一方、共振器内部型に関しては、共振器損
失に対してある程度出力が低下することは同じであるも
のの、単一周波数性が保たれないことがあり、出力の安
定性に問題の生じることが多かった。そこで、安定性を
保ったまま損失をある程度補償する方法として、光共振
器内に非線形光学素子と共にレーザ媒質を挿入して、当
該レーザ媒質を外部から励起することで効率を向上し、
見かけ上の変換効率として１００％に迫る変換効率を得
られるようにする方法が考案されている。On the other hand, in the case of the internal resonator type, although the output is reduced to some extent with respect to the resonator loss, a single frequency characteristic may not be maintained, causing a problem in output stability. There were many things. Therefore, as a method of compensating for the loss to some extent while maintaining stability, a laser medium is inserted into the optical resonator together with the nonlinear optical element, and the efficiency is improved by exciting the laser medium from the outside.
A method has been devised for obtaining a conversion efficiency approaching 100% as an apparent conversion efficiency.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、光共振
器内に非線形光学素子と共にレーザ媒質を挿入して外部
から励起することで、実験的には見かけ上１００％を越
える変換効率も可能である。しかし、この方法には寄生
発振が生じるという問題がある。As described above, by inserting a laser medium together with a nonlinear optical element into an optical resonator and exciting it externally, it is possible to experimentally achieve a conversion efficiency of apparently exceeding 100%. It is. However, this method has a problem that parasitic oscillation occurs.
【０００６】この方法では、レーザ媒質の励起パワーを
強めることにより、光共振器内部の基本波のゲインが光
共振器の光学損失を超え、レーザ発振が開始する。この
状態でも、外部からの入力を共振に保つことで、安定な
発振が得られる。しかし、これにも限界があり、安定化
を行っても寄生発振が生じることがある。In this method, by increasing the excitation power of the laser medium, the gain of the fundamental wave inside the optical resonator exceeds the optical loss of the optical resonator, and laser oscillation starts. Even in this state, stable oscillation can be obtained by keeping the external input at resonance. However, there is a limit to this, and even when stabilization is performed, parasitic oscillation may occur.
【０００７】本発明は、以上のような従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、寄生発振の問題を解決して、
安定で高出力のレーザ光を発生させ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。[0007] The present invention has been proposed in view of the above-described conventional circumstances, and solves the problem of parasitic oscillation.
It is an object of the present invention to provide a laser light generator capable of generating stable and high-output laser light.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ光発
生装置は、基本波を発生するレーザ光源と、レーザ光源
からの基本波を共振させる光共振器と、光共振器での基
本波の共振を安定に保つ安定化手段と、光共振器内に配
された非線形光学素子と、光共振器内に配された光増幅
素子と、光増幅素子を励起する励起手段とを備える。非
線形光学素子は第二高調波を発生し、光増幅素子は基本
波を増幅する。そして、このレーザ光発生装置は、光共
振器における光学損失が、当該光共振器内の光の伝搬方
向によって異なり、基本波が入射する方向の光学損失が
少ないことを特徴とする。A laser light generator according to the present invention comprises a laser light source for generating a fundamental wave, an optical resonator for resonating the fundamental wave from the laser light source, and a fundamental wave generated by the optical resonator. The optical system includes a stabilizing unit for stably maintaining resonance, a nonlinear optical element disposed in the optical resonator, an optical amplifying element disposed in the optical resonator, and an excitation unit for exciting the optical amplifying element. The nonlinear optical element generates a second harmonic, and the optical amplifier amplifies the fundamental wave. The laser light generator is characterized in that the optical loss in the optical resonator differs depending on the propagation direction of light in the optical resonator, and the optical loss in the direction in which the fundamental wave is incident is small.
【０００９】このレーザ光発生装置では、光の伝搬方向
に依存する光学損失を光共振器に持たせているので、基
本波の伝搬方向以外の方向に伝搬する寄生発振が抑制さ
れる。そして、寄生発振が抑制されるので、安定発振が
可能な最大の励起強度を高めることができる。In this laser light generating device, since the optical resonator has an optical loss depending on the propagation direction of light, parasitic oscillation propagating in a direction other than the propagation direction of the fundamental wave is suppressed. Since the parasitic oscillation is suppressed, the maximum excitation intensity at which stable oscillation can be performed can be increased.
【００１０】また、本発明に係るレーザ光発生装置は、
単一周波数の連続波レーザ光を発振する第１のレーザ光
源と、非線形光学素子により第二高調波を発生させる第
２のレーザ光源とを備える。ここで、第２のレーザ光源
は、光共振器と、当該光共振器内に配置された非線形光
学素子とを備え、光共振器に第１のレーザ光源からのレ
ーザ光が入力され、非線形光学素子により第二高調波を
発生させる。また、このレーザ光発生装置は、第２のレ
ーザ光源が第１のレーザ光源と同じ周波数で発振して２
倍の周波数を持つ第二高調波を安定に発振するように、
第２のレーザ光源の光共振器の光路長と、第１のレーザ
光源の発振周波数とのうちの少なくとも一方を制御し
て、第２のレーザ光源の発振状態を安定に保つ安定化手
段を備える。[0010] Further, a laser light generating device according to the present invention comprises:
A first laser light source that oscillates a continuous wave laser light of a single frequency and a second laser light source that generates a second harmonic by a non-linear optical element are provided. Here, the second laser light source includes an optical resonator and a nonlinear optical element disposed in the optical resonator. The laser light from the first laser light source is input to the optical resonator, and the nonlinear optical A second harmonic is generated by the element. Further, in this laser light generator, the second laser light source oscillates at the same frequency as the first laser light source, and
To stably oscillate the second harmonic having twice the frequency,
Stabilizing means for controlling at least one of the optical path length of the optical resonator of the second laser light source and the oscillation frequency of the first laser light source to keep the oscillation state of the second laser light source stable. .
【００１１】このレーザ光発生装置では、注入同期され
る第２のレーザ光源の光共振器内部の逆進行波に対する
光学損失が、順方向に対するそれより大きくなり、逆進
行モードの寄生発振は抑制される。そして、寄生発振が
抑制されるので、安定発振が可能な最大の励起強度を高
めることができる。In this laser light generator, the optical loss of the injection-locked second laser light source against the backward traveling wave inside the optical resonator becomes larger than that in the forward direction, and the parasitic oscillation in the backward traveling mode is suppressed. You. Since the parasitic oscillation is suppressed, the maximum excitation intensity at which stable oscillation can be performed can be increased.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１３】本発明を適用したレーザ光発生装置の一例
を図１に示す。このレーザ光発生装置１は、基本波のマ
スター光となるレーザ光を発振するレーザ光源２と、上
記レーザ光源２からのマスター光が入射されるリング型
の光共振器とを備える。ここで、光共振器は、第１の反
射鏡３、第２の反射鏡４、第３の反射鏡５及び第４の反
射鏡６からなる。FIG. 1 shows an example of a laser light generator to which the present invention is applied. The laser light generating device 1 includes a laser light source 2 that oscillates a laser light serving as a master light of a fundamental wave, and a ring-shaped optical resonator into which the master light from the laser light source 2 is incident. Here, the optical resonator includes a first reflecting mirror 3, a second reflecting mirror 4, a third reflecting mirror 5, and a fourth reflecting mirror 6.
【００１４】レーザ光源２は、安定な単一周波数出力を
発するものが好ましく、いわゆるＮｏｎ−Ｐｌａｎｅｒ
Ｒｉｎｇ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＮＰＲＯ）が好適
である。また、このレーザ光源２は、半導体レーザによ
って励起される固体レーザが好適であり、このような固
体レーザにおいて、半導体レーザによって励起されるレ
ーザ媒質としては、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＡ
Ｇ、Ｎｄ：ＹＶＯ4、Ｎｄ：ＹＬＦ等が好適である。The laser light source 2 preferably emits a stable single-frequency output, and is a so-called Non-Planer.
Ring Oscillator (NPRO) is preferred. The laser light source 2 is preferably a solid-state laser excited by a semiconductor laser. In such a solid-state laser, a laser medium excited by the semiconductor laser is, for example, Nd: YAG, Yb: YA.
G, Nd: YVO 4 , Nd: YLF and the like are preferable.
【００１５】このレーザ光源２からのレーザ光は、第１
乃至第４の反射鏡３，４，５，６を備えた光共振器に、
基本波のマスター光として入射する。この光共振器の内
部には、例えばＮｄ：ＹＡＧからなるレーザ媒質７と、
非線形光学素子８と、ファラデーローテータ９と、１／
２波長板１０とが配されている。なお、このレーザ光発
生装置１では、光共振器の内部に１／２波長板１０を配
置したが、光共振器を非平面の構成として、当該光共振
器自体に１／２波長板の効果を持たせるようにしてもよ
い。The laser light from the laser light source 2 is
To an optical resonator including fourth to fourth reflecting mirrors 3, 4, 5, and 6,
It is incident as master light of a fundamental wave. Inside the optical resonator, a laser medium 7 made of, for example, Nd: YAG,
Nonlinear optical element 8, Faraday rotator 9, 1 /
A two-wavelength plate 10 is provided. In the laser light generating apparatus 1, the half-wave plate 10 is arranged inside the optical resonator. However, the optical resonator has a non-planar configuration, and the optical resonator itself has the effect of the half-wave plate. May be provided.
【００１６】光共振器の内部に配置されたレーザ媒質７
は、基本波を増幅する光増幅素子として機能し、所定の
励起手段により外部から励起パワーが印加されることに
より励起され、基本波の入力がなくても発振するように
なされている。すなわち、このレーザ媒質７は、外部か
らの入力により励起され、基本波の入力がなくてもレー
ザ発振する。Laser medium 7 arranged inside optical resonator
Functions as an optical amplifying element for amplifying a fundamental wave, is excited by an externally applied excitation power by a predetermined excitation means, and oscillates without input of the fundamental wave. That is, the laser medium 7 is excited by an external input, and oscillates laser even without input of a fundamental wave.
【００１７】また、光共振器の内部に配置された非線形
光学素子８は、第二高調波を発生させるためのものであ
り、この非線形光学素子８は、例えば、ＫＴＰ、ＬＢ
Ｏ、ＢＢＯ、ＹＣＯＢ、ＧｄＣＯＢ、ＧｄＹＣＯＢ、Ｐ
ＰＬＮ、ＰＰＬＴ、ＬＮ等からなる。The nonlinear optical element 8 disposed inside the optical resonator is for generating a second harmonic, and the nonlinear optical element 8 includes, for example, KTP and LB.
O, BBO, YCOB, GdCOB, GdYCOB, P
It consists of PLN, PPLT, LN, etc.
【００１８】また、このレーザ光発生装置１において、
光共振器を構成する第１乃至第４の反射鏡３，４，５，
６のうちの少なくともいずれか一つは、例えばボイスコ
イルモータによって駆動される精密位置決め装置にマウ
ントされる。そして、このレーザ光発生装置１では、精
密位置決め装置により光共振器の光路長（以下、単に共
振器長と称する。）を精密に制御することで、レーザ光
源２から光共振器に入力された基本波の共振状態を保つ
ことが可能となっている。Further, in this laser light generator 1,
First to fourth reflecting mirrors 3, 4, 5, constituting an optical resonator;
At least one of the six is mounted on a precision positioning device driven by, for example, a voice coil motor. In the laser light generator 1, the optical path length of the optical resonator (hereinafter, simply referred to as the resonator length) is precisely controlled by the precision positioning device, so that the laser light is input from the laser light source 2 to the optical resonator. It is possible to keep the resonance state of the fundamental wave.
【００１９】すなわち、このレーザ光発生装置１は、共
振器内での基本波の共振を安定に保つ安定化手段とし
て、反射鏡がマウントされた精密位置決め装置を備えて
いる。ここで、精密位置決め装置は、例えば、光共振器
に入射する以前にレーザ光源２からのレーザ光に与えら
れる位相変調と、光共振器からの反射光とを検出し、そ
の位相変調周波数での同期検波により誤差信号を生成
し、当該誤差信号に基づいて共振器長を制御する。That is, the laser light generator 1 includes a precision positioning device on which a reflecting mirror is mounted as a stabilizing means for stably maintaining the resonance of the fundamental wave in the resonator. Here, the precision positioning device detects, for example, phase modulation given to the laser light from the laser light source 2 before entering the optical resonator, and reflected light from the optical resonator, and detects the phase modulation frequency at the phase modulation frequency. An error signal is generated by synchronous detection, and the resonator length is controlled based on the error signal.
【００２０】なお、このレーザ光発生装置１では、精密
位置決め装置により共振器長を制御することで、共振を
安定に保つようにしているが、レーザ光源２の発振周波
数を制御することで、共振を安定に保つようにすること
も可能である。すなわち、例えば、光共振器に入射する
以前にレーザ光源２からのレーザ光に与えられる位相変
調と、光共振器からの反射光とを検出し、その位相変調
周波数での同期検波により誤差信号を生成し、当該誤差
信号に基づいて、レーザ光源２の発振周波数を制御する
ことで、光共振器での共振を安定に保つようにしてもよ
い。In this laser light generator 1, resonance is maintained stably by controlling the resonator length by a precision positioning device. However, by controlling the oscillation frequency of the laser light source 2, the resonance is controlled. Can also be kept stable. That is, for example, the phase modulation applied to the laser light from the laser light source 2 before entering the optical resonator and the reflected light from the optical resonator are detected, and the error signal is detected by synchronous detection at the phase modulation frequency. By generating and controlling the oscillation frequency of the laser light source 2 based on the error signal, resonance in the optical resonator may be kept stable.
【００２１】また、このレーザ光発生装置１において、
精密位置決め装置は、共振が不安定になり第二高調波の
出力が所定のレベル以下になった場合に、一時的に安定
化機構を解除した上で、共振器長を掃引して、共振が安
定状態となるように復旧する。なお、このような共振状
態の復旧は、レーザ光源２の発振周波数を掃引すること
によって行うことも可能である。In this laser light generator 1,
When the resonance becomes unstable and the output of the second harmonic becomes lower than a predetermined level, the precision positioning device temporarily releases the stabilizing mechanism and then sweeps the resonator length so that the resonance is reduced. Restore to a stable state. Note that the restoration of the resonance state can be performed by sweeping the oscillation frequency of the laser light source 2.
【００２２】そして、本発明を適用したレーザ光発生装
置１では、光共振器の中に少なくとも一つ、偏光依存性
の光学損失を持たせる。具体的には、図１に示す例で
は、非線形光学素子８の光出射面をブリュースタ角とな
るように加工しておき、当該光出射面に光学コーティン
グを施さずに、偏光依存性の光学損失を持たせる。この
ように、光学面へのブリュースタ角入射を利用して、偏
光依存性の光学損失を持たせるようにすることで、安価
且つシンプルな構成が可能となる。In the laser light generator 1 to which the present invention is applied, at least one optical resonator has a polarization-dependent optical loss. Specifically, in the example shown in FIG. 1, the light exit surface of the nonlinear optical element 8 is processed so as to have a Brewster angle, and the light exit surface is not coated with an optical coating. Have a loss. In this way, by using the Brewster angle incidence on the optical surface to provide polarization-dependent optical loss, an inexpensive and simple configuration can be realized.
【００２３】なお、図１に示す例において、光共振器の
内部に配される他の構成部材には、無反射コートを施し
ておく。すなわち、レーザ媒質７、ファラデーローテー
タ９及び１／２波長板１０の光入射面及び光出射面、並
びに非線形光学素子８の光入射面にはいずれも無反射コ
ートを施しておく。In the example shown in FIG. 1, other components disposed inside the optical resonator are provided with a non-reflective coating. That is, the laser medium 7, the Faraday rotator 9, the light incident surface and the light emitting surface of the half-wave plate 10, and the light incident surface of the nonlinear optical element 8 are all coated with an anti-reflection coating.
【００２４】また、このレーザ光発生装置１において、
ファラデーローテータ９には磁界が印加され、ファラデ
ーローテータ９に入射した光の偏光面がファラデー効果
により回転するようになされている。この回転は、外部
座標から見た場合、光入射方向によらず同じである。し
たがって、偏光に関して光の可逆性は保たれない。光ア
イソレータに用いられるのと同じ原理である。In the laser light generator 1,
A magnetic field is applied to the Faraday rotator 9 so that the polarization plane of the light incident on the Faraday rotator 9 is rotated by the Faraday effect. This rotation is the same regardless of the light incident direction when viewed from the external coordinates. Therefore, reversibility of light with respect to polarization is not maintained. This is the same principle as that used for the optical isolator.
【００２５】なお、このレーザ光発生装置１では、ファ
ラデー効果を示すファラデー素子であるファラデーロー
テータ９と、基本波を増幅する光増幅素子であるレーザ
媒質７とを、それぞれ別の素子として光共振器の内部に
配置したが、これらは共通の素子としてもよい。すなわ
ち、基本波を増幅する光増幅素子を、ファラデー効果を
持つレーザ結晶によって形成し、当該レーザ結晶を、フ
ァラデー効果と光増幅効果とを兼ね備えた素子として、
光共振器の内部に配置するようにしてもよい。In the laser light generator 1, the Faraday rotator 9 which is a Faraday element exhibiting the Faraday effect and the laser medium 7 which is an optical amplifying element for amplifying the fundamental wave are used as optical resonators as separate elements. , But these may be common elements. That is, an optical amplification element for amplifying the fundamental wave is formed by a laser crystal having a Faraday effect, and the laser crystal is an element having both the Faraday effect and the optical amplification effect.
It may be arranged inside the optical resonator.
【００２６】そして、このレーザ光発生装置１では、１
／２波長板１０の効果と偏光依存性光学損失とを併せ
て、レーザ光源２からの基本波が入射する方向（順方
向）における光学損失が低く、その逆方向における光学
損失が高くなるようになされる。すなわち、このレーザ
光発生装置１において、光共振器における光学損失は、
当該光共振器の内部における光の伝搬方向によって異な
っており、順方向において光学損失が低く、逆方向にお
いて光学損失が高くなっている。なお、以下の説明で
は、このように光の伝搬方向に依存する光学損失のこと
を方向性損失と称する。In the laser light generator 1, 1
By combining the effect of the half-wave plate 10 and the polarization-dependent optical loss, the optical loss in the direction in which the fundamental wave from the laser light source 2 is incident (forward direction) is low, and the optical loss in the reverse direction is high. Done. That is, in the laser light generator 1, the optical loss in the optical resonator is:
The optical loss differs depending on the propagation direction of light inside the optical resonator, and the optical loss is low in the forward direction and high in the reverse direction. In the following description, such optical loss depending on the propagation direction of light is referred to as directional loss.
【００２７】上記レーザ光発生装置１では、レーザ光源
２からのレーザ光を基本波のマスター光として光共振器
に入射し、光共振器の内部で共振させる。このとき、光
共振器の内部に配されたレーザ媒質７の励起強度を上げ
ていくと、基本波周波数において、光共振器の内部の光
強度が高まり、効率良く第二高調波が発生する。ただ
し、励起強度がある程度上がると、光共振器の内部パワ
ーの上昇に伴い、非線形変換による基本波の減衰が無視
できなくなる。In the laser light generator 1, the laser light from the laser light source 2 enters the optical resonator as the master light of the fundamental wave and resonates inside the optical resonator. At this time, when the excitation intensity of the laser medium 7 arranged inside the optical resonator is increased, the light intensity inside the optical resonator is increased at the fundamental frequency, and the second harmonic is generated efficiently. However, if the pumping intensity increases to some extent, the attenuation of the fundamental wave due to the non-linear conversion cannot be ignored due to the increase in the internal power of the optical resonator.
【００２８】ＬＢＯのような典型的な非線形光学媒質の
変換効率は１０-4Ｗ-1程度であるので、光共振器の内部
パワーが例えば１００Ｗであれば、変換効率は約１％と
なり、およそ１Ｗの第二高調波発生が見込める。このと
き、基本波の強度が十分に大きければ、基本波の注入に
より、共振器内利得は飽和する。しかし、基本波の強度
が比較的小さい場合には、共振器内利得の飽和は充分で
なく、非線形減衰によらない共振器損失を越えることが
ある。Since the conversion efficiency of a typical nonlinear optical medium such as LBO is about 10 −4 W −1 , if the internal power of the optical resonator is, for example, 100 W, the conversion efficiency is about 1%, which is about 1%. 1 W second harmonic generation can be expected. At this time, if the intensity of the fundamental wave is sufficiently large, the gain in the resonator is saturated by the injection of the fundamental wave. However, when the intensity of the fundamental wave is relatively small, the saturation of the gain in the resonator is not sufficient, and may exceed the resonator loss due to non-linear attenuation.
【００２９】そして、上記レーザ光発生装置１におい
て、順方向モードに関しては、すでに共振している基本
波モードとの和周波混合の寄与があり、共振器損失は基
本波モードと同じで、外部から入力されない順方向寄生
モードが発振することはない。しかし、逆進行モードに
関しては、このような非線形減衰は存在せず、共振器内
の飽和利得が高い場合には寄生発振が生じて、順方向モ
ードに寄与できるはずのエネルギーを消費してしまう。In the laser light generator 1, the forward mode has a contribution of sum frequency mixing with the fundamental mode that has already resonated, and the resonator loss is the same as that of the fundamental mode. The forward parasitic mode that is not input does not oscillate. However, in the case of the backward traveling mode, such nonlinear attenuation does not exist. When the saturation gain in the resonator is high, parasitic oscillation occurs, and energy that can contribute to the forward mode is consumed.
【００３０】そこで、上記レーザ光発生装置１では、光
共振器に方向性損失を持たせている。これにより、逆進
行モードでの寄生発振を防ぎ、安定な発振を得ることが
可能となる。なお、この方向性損失の順方向と逆方向の
差が大きければ大きいほど、寄生発振が少なくなり、励
起強度を上げることが可能となり、その結果、第二高調
波出力をより高めることが可能となる。Therefore, in the laser light generator 1, the optical resonator has a directional loss. Thereby, it is possible to prevent parasitic oscillation in the reverse traveling mode and obtain stable oscillation. Note that the greater the difference between the directional loss in the forward direction and the direction in the reverse direction, the smaller the parasitic oscillation, the higher the excitation intensity, and as a result, the higher the second harmonic output. Become.
【００３１】以上のように、上記レーザ光発生装置１で
は、基本波のマスター光の入力がなくても発振している
光共振器から、安定な単一周波数の第二高調波を、高い
出力で得ることができる。ここで、マスター光の入力な
くても発振する光共振器は、いわゆる共振器内第二高調
波型のレーザ共振器として動作する。そして、上記レー
ザ光発生装置１では、マスター光の入力と、当該マスタ
ー光に対する共振器長の同期とにより、光共振器の内部
での共振を安定に保つ。この安定化技術は、従来技術で
言うところの注入同期技術に近いが、本発明を適用した
レーザ光発生装置１では、出力としてマスター光の半分
の波長、つまり２倍の周波数のレーザ光が得られる点
が、従来の注入同期技術と異なっている。As described above, in the laser light generator 1, a stable single-frequency second harmonic is output from the optical resonator that oscillates without the input of the master light of the fundamental wave with a high output. Can be obtained at Here, the optical resonator that oscillates without input of the master light operates as a so-called second-harmonic-in-cavity laser resonator. The laser light generator 1 stably maintains the resonance inside the optical resonator by inputting the master light and synchronizing the resonator length with the master light. This stabilization technique is similar to the injection locking technique in the prior art, but in the laser light generator 1 to which the present invention is applied, a laser light having half the wavelength of the master light, ie, twice the frequency, is obtained as an output. Is different from the conventional injection locking technique.
【００３２】図２にレーザ発振の実験結果を示す。ここ
では、光共振器に方向性損失を持たせずに、基本波のマ
スター光として波長が１０６４ｎｍのレーザ光を、内部
にレーザ媒質及び非線形光学素子が配された光共振器に
入射し、波長が５３２ｎｍの第二高調波レーザ光を発生
させた。そして、光共振器内に配されたレーザ媒質の励
起パワーと、第二高調波レーザ光出力との関係を調べ
た。なお、光共振器に入射するマスター光のパワーは
０．４６Ｗで一定とした。FIG. 2 shows experimental results of laser oscillation. Here, a laser beam having a wavelength of 1064 nm as a master light of a fundamental wave is incident on an optical resonator in which a laser medium and a non-linear optical element are arranged without giving a directional loss to the optical resonator. Generated 532 nm second harmonic laser light. Then, the relationship between the excitation power of the laser medium disposed in the optical resonator and the output of the second harmonic laser light was examined. The power of the master light incident on the optical resonator was constant at 0.46 W.
【００３３】ここで、光共振器は、レーザ媒質が励起さ
れることにより、マスター光の注入がなくても、フリー
ランニングレーザとして動作するが、その場合は、光共
振器内での共振が不安定になりやすい。そこで、基本波
のマスター光を光共振器に入射することにより、光共振
器内での共振を安定化させる。すなわち、フリーランニ
ング動作の共振器内第二高調波発生レーザを、基本波の
注入同期により安定させている。Here, the optical resonator operates as a free-running laser without injection of master light by exciting the laser medium. In that case, however, the resonance in the optical resonator does not occur. Easy to be stable. Then, the resonance in the optical resonator is stabilized by inputting the master light of the fundamental wave to the optical resonator. That is, the second harmonic generation laser in the resonator in the free running operation is stabilized by injection locking of the fundamental wave.
【００３４】そして、この注入同期により、光共振器内
に配されたレーザ媒質の励起パワーが約３．５Ｗ以下の
場合には、寄生発振の無い、安定な出力が得られた。し
かし、励起パワーが約３．５Ｗ以上になると、逆進行波
に寄生発振が生じて、出力が不安定となった。ただし、
励起パワーを３．５Ｗ以上とした場合も、順方向モード
に関しては、逆進行波に寄生発振が生じることによる出
力変動を除けば、安定な発振が続いた。そして、僅か
０．４６Ｗのマスター光入力に対して、１．５Ｗもの第
二高調波出力を得ることが可能であった。By the injection locking, when the pumping power of the laser medium disposed in the optical resonator was about 3.5 W or less, a stable output without parasitic oscillation was obtained. However, when the pumping power was about 3.5 W or more, parasitic oscillation occurred in the backward traveling wave, and the output became unstable. However,
Even when the pump power was set to 3.5 W or more, stable oscillation continued in the forward mode except for output fluctuation due to occurrence of parasitic oscillation in the backward traveling wave. Then, for a master light input of only 0.46 W, it was possible to obtain a second harmonic output as high as 1.5 W.
【００３５】このとき、非線形減衰比率は高々１％程度
であり、この差が逆進行波の寄生発振を許していること
になる。すなわち、この程度の方向性損失を光共振器に
持たせることで、逆進行波の寄生発振を抑制することが
でき、安定で高出力な第二高調波レーザ光源を実現する
ことができる。At this time, the nonlinear attenuation ratio is at most about 1%, and this difference allows parasitic oscillation of the backward traveling wave. That is, by providing such a degree of directional loss in the optical resonator, the parasitic oscillation of the backward traveling wave can be suppressed, and a stable and high-output second harmonic laser light source can be realized.
【００３６】すなわち、基本波で利得を持ち、フリーラ
ンニングレーザとして基本波で発振し得る外部共振器型
の第二高調波レーザ光源に、基本波のマスター光を注入
同期することで、単一周波数で高出力の第二高調波レー
ザが得られる。そして更に、外部共振器中に方向性損失
を持たせて、逆進行波の寄生発振の発生を抑制すること
で、より高出力で安定な第二高調波レーザを得ることが
できる。That is, by injecting and synchronizing the master light of the fundamental wave into the external cavity type second harmonic laser light source having a gain at the fundamental wave and capable of oscillating at the fundamental wave as a free running laser, the single frequency Thus, a high output second harmonic laser can be obtained. Further, by providing a directional loss in the external resonator to suppress the occurrence of the parasitic oscillation of the backward traveling wave, a higher output and more stable second harmonic laser can be obtained.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
るレーザ光発生装置では、逆進行波の寄生発振の発生を
抑制して、より安定で高出力のレーザ光を発生させるこ
とができる。As described in detail above, in the laser light generating apparatus according to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of the parasitic oscillation of the backward traveling wave and generate more stable and high-output laser light. .
【図１】本発明を適用したレーザ光発生装置の一構成例
を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a laser light generator to which the present invention is applied.
【図２】光共振器内に配されたレーザ媒質の励起パワー
と、第二高調波レーザ光出力との関係を調べた結果を示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing a result of examining a relationship between pump power of a laser medium disposed in an optical resonator and a second harmonic laser light output.
１ レーザ光発生装置、 ２ レーザ光源、 ３，４，
５，６ 光共振器を構成する反射鏡、 ７ レーザ媒
質、 ８ 非線形光学素子、 ９ ファラデーローテー
タ、 １０ １／２波長板1 laser light generator, 2 laser light source, 3, 4,
5, 6 Reflector constituting optical resonator, 7 Laser medium, 8 Nonlinear optical element, 9 Faraday rotator, 10 1/2 wavelength plate
Claims (18)
を共振させる光共振器と、 上記光共振器での基本波の共振を安定に保つ安定化手段
と、 上記光共振器内に配され、第二高調波を発生する非線形
光学素子と、 上記光共振器内に配され、基本波を増幅する光増幅素子
と、 上記光増幅素子を励起する励起手段とを備え、 上記光共振器における光学損失は、当該光共振器内の光
の伝搬方向によって異なり、基本波が入射する方向の光
学損失が少ないことを特徴とするレーザ光発生装置。1. A laser light source for generating a fundamental wave, an optical resonator having two or more reflecting mirrors for resonating a fundamental wave from the laser light source, and a resonance of the fundamental wave in the optical resonator. Stabilizing means for maintaining stability; a nonlinear optical element arranged in the optical resonator to generate a second harmonic; an optical amplifying element arranged in the optical resonator to amplify a fundamental wave; A pumping means for exciting the amplifying element, wherein the optical loss in the optical resonator differs depending on the propagation direction of light in the optical resonator, and the optical loss in the direction in which the fundamental wave is incident is small. Light generator.
ラデー素子と、少なくとも一つの偏光素子とによるもの
であることを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装
置。2. The laser light generator according to claim 1, wherein the optical loss in the optical resonator is caused by a Faraday element and at least one polarizing element.
ラデー素子と、１／２波長板と、少なくとも一つの光学
面へのブリュースタ角入射とによるものであることを特
徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。3. The optical loss in the optical resonator is due to a Faraday element, a half-wave plate, and Brewster angle incidence on at least one optical surface. Laser light generator.
該光共振器自体が１／２波長板の効果を持ち、 上記光共振器内における光学損失は、ファラデー素子
と、少なくとも一つの光学面へのブリュースタ角入射
と、光共振器自体の１／２波長板の効果とによるもので
あることを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装
置。4. The optical resonator has a non-planar configuration, the optical resonator itself has a half-wave plate effect, and the optical loss in the optical resonator is at least one of that of the Faraday element. 2. The laser beam generator according to claim 1, wherein the laser beam is generated by Brewster angle incidence on two optical surfaces and an effect of a half-wave plate of the optical resonator itself.
に配されたレーザ結晶であることを特徴とする請求項２
記載のレーザ光発生装置。5. The Faraday element according to claim 2, wherein the Faraday element is a laser crystal disposed in the optical resonator.
The laser light generator according to any one of the preceding claims.
ねていることを特徴とする請求項５記載のレーザ光発生
装置。6. The laser light generator according to claim 5, wherein said laser crystal also functions as said optical amplifier.
第二高調波の出力が所定のレベル以下になった場合に、
一時的に安定化機構を解除した上で、上記光共振器の光
路長又は基本波周波数を掃引して、共振が安定状態とな
るように復旧することを特徴とする請求項１記載のレー
ザ光発生装置。7. The stabilizing means, when the resonance becomes unstable and the output of the second harmonic falls below a predetermined level,
2. The laser beam according to claim 1, wherein the stabilizing mechanism is temporarily released, and the optical path length or the fundamental frequency of the optical resonator is swept to restore the resonance to a stable state. Generator.
Ｏ、ＢＢＯ、ＹＣＯＢ、ＧｄＣＯＢ、ＧｄＹＣＯＢ、Ｐ
ＰＬＮ、ＰＰＬＴ、ＬＮのうちのいずれかであることを
特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。8. The non-linear optical element according to claim 1, wherein the KTP, LB
O, BBO, YCOB, GdCOB, GdYCOB, P
The laser light generator according to claim 1, wherein the laser light generator is any one of PLN, PPLT, and LN.
ーザ媒質として、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｎｄ：
ＹＶＯ4、Ｎｄ：ＹＬＦのうちのいずれかを備えること
を特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。9. The laser light source is a solid-state laser, and Nd: YAG, Yb: YAG, Nd:
YVO 4, Nd: laser beam generating apparatus according to claim 1, characterized in that it comprises any of YLF.
って励起されることを特徴とする請求項１記載のレーザ
光発生装置。10. The laser light generator according to claim 1, wherein said laser light source is excited by a semiconductor laser.
って励起される固体レーザであることを特徴とする請求
項１記載のレーザ光発生装置。11. The laser light generator according to claim 1, wherein said laser light source is a solid-state laser excited by a semiconductor laser.
る第１のレーザ光源と、 光共振器と当該光共振器内に配置された非線形光学素子
とを備え、光共振器に第１のレーザ光源からのレーザ光
が入力され、非線形光学素子により第二高調波を発生さ
せる第２のレーザ光源と、 第２のレーザ光源が第１のレーザ光源と同じ周波数で発
振して２倍の周波数を持つ第二高調波を安定に発振する
ように、第２のレーザ光源の光共振器の光路長と、第１
のレーザ光源の発振周波数とのうちの少なくとも一方を
制御して、第２のレーザ光源の発振状態を安定に保つ安
定化手段と、 を備えるレーザ光発生装置。12. An optical resonator comprising: a first laser light source that oscillates a continuous wave laser beam having a single frequency; an optical resonator; and a non-linear optical element disposed in the optical resonator. A second laser light source that receives a laser beam from a laser light source and generates a second harmonic by a nonlinear optical element; and a second laser light source that oscillates at the same frequency as the first laser light source and has a double frequency. The optical path length of the optical resonator of the second laser light source and the first
And a stabilizing means for controlling at least one of the oscillation frequency of the laser light source and the oscillation state of the second laser light source to be stable.
の光共振器に入射する以前に第１のレーザ光源からのレ
ーザ光に与えられる位相変調と、第２のレーザ光源の光
共振器からの反射光とを検出し、その位相変調周波数で
の同期検波により誤差信号を生成し、当該誤差信号に基
づいて、第２のレーザ光源の光共振器の光路長と、第１
のレーザ光源の発振周波数とのうちの少なくとも一方を
制御することを特徴とする請求項１２記載のレーザ光発
生装置。13. The optical system according to claim 1, wherein the stabilizing means includes: a phase modulator that applies a laser beam from the first laser light source before entering the optical resonator of the second laser light source; And an error signal is generated by synchronous detection at the phase modulation frequency. Based on the error signal, the optical path length of the optical resonator of the second laser light source and the first
13. The laser light generator according to claim 12, wherein at least one of the laser light source and the oscillation frequency of the laser light source is controlled.
り第二高調波の出力が所定のレベル以下になった場合
に、一時的に安定化機構を解除した上で、第２のレーザ
光源の光共振器の光路長、又は第１のレーザ光源の発振
周波数を掃引して、第２のレーザ光源の発振状態が安定
となるように復旧することを特徴とする請求項１２記載
のレーザ光発生装置。14. When the resonance becomes unstable and the output of the second harmonic falls below a predetermined level, the stabilizing means temporarily releases the stabilizing mechanism and then outputs the second laser. 13. The laser according to claim 12, wherein the optical path length of the optical resonator of the light source or the oscillation frequency of the first laser light source is swept to restore the oscillation state of the second laser light source to be stable. Light generator.
Ｏ、ＢＢＯ、ＹＣＯＢ、ＧｄＣＯＢ、ＧｄＹＣＯＢ、Ｐ
ＰＬＮ、ＰＰＬＴ、ＬＮのうちのいずれかであることを
特徴とする請求項１２記載のレーザ光発生装置。15. The nonlinear optical element according to claim 15, wherein the nonlinear optical element is KTP, LB.
O, BBO, YCOB, GdCOB, GdYCOB, P
13. The laser beam generator according to claim 12, wherein the laser beam generator is any one of PLN, PPLT, and LN.
あり、レーザ媒質として、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＡ
Ｇ、Ｎｄ：ＹＶＯ4、Ｎｄ：ＹＬＦのうちのいずれかを
備えることを特徴とする請求項１２記載のレーザ光発生
装置。16. The first laser light source is a solid-state laser, and Nd: YAG, Yb: YA is used as a laser medium.
G, Nd: YVO 4, Nd : laser beam generating apparatus according to claim 12, comprising any of YLF.
ザによって励起されることを特徴とする請求項１２記載
のレーザ光発生装置。17. The laser light generator according to claim 12, wherein said first laser light source is excited by a semiconductor laser.
ザによって励起される固体レーザであることを特徴とす
る請求項１２記載のレーザ光発生装置。18. The laser light generator according to claim 12, wherein said first laser light source is a solid-state laser excited by a semiconductor laser.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11183611A JP2001015833A (en) | 1999-06-29 | 1999-06-29 | Laser beam generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11183611A JP2001015833A (en) | 1999-06-29 | 1999-06-29 | Laser beam generator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001015833A true JP2001015833A (en) | 2001-01-19 |
Family
ID=16138831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11183611A Pending JP2001015833A (en) | 1999-06-29 | 1999-06-29 | Laser beam generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001015833A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100892017B1 (en) | 2006-11-07 | 2009-04-07 | 캐논 가부시끼가이샤 | Injection-locked pulsed laser, interferometer, exposure apparatus, and device manufacturing method |
| JP2011524024A (en) * | 2008-06-13 | 2011-08-25 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | Terahertz emission laser device |
-
1999
- 1999-06-29 JP JP11183611A patent/JP2001015833A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100892017B1 (en) | 2006-11-07 | 2009-04-07 | 캐논 가부시끼가이샤 | Injection-locked pulsed laser, interferometer, exposure apparatus, and device manufacturing method |
| JP2011524024A (en) * | 2008-06-13 | 2011-08-25 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | Terahertz emission laser device |
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