JP2002507784A - 特に連続レーザ放射の可変周波数変換のため共鳴性を向上させる方法およびデバイス - Google Patents

特に連続レーザ放射の可変周波数変換のため共鳴性を向上させる方法およびデバイス

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ザンゲール，エックハルド
ムラー，ラルフ
グリース，ウォルフガング
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ラス−レイザー アナリティカル システムズ ゲーエムベーハー
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Abstract

(57)【要約】 特に連続レーザ放射の周波数変換を可変とするため共鳴性を向上させる方法およびデバイスを提供する。 【解決手段】 本発明は、特に連続レーザ放射について、特にレーザ放射の周波数変換を調節する共鳴増幅のために、共鳴キャビティを用いた方法およびデバイスに関する。この共鳴キャビティは、複数のミラーと、少なくとも１つの屈折素子とから構成される。本発明の目的は、特により高いレベルの効率で、説明された不都合なく、連続レーザ放射の周波数変換を確実にするべく、方法およびデバイスを改良することにある。加えて、入射波長のスペクトラルレンジを可能な限り広くするように、方法およびデバイスを確実に調整することができる。これらのため、共鳴キャビティの長さが少なくとも１つの屈折素子（Ｐ）の並進により調節される。共鳴キャビティは、第１のミラー（Ｍ１）と、第２のミラー（Ｍ２）と、プリズムとして機能する不等辺四角形の屈折素子（Ｐ）とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 非線形結晶手段による、特に第２高調波の発生において、変換効率を向上させ
ることを目的とした連続的なレーザ放射の周波数変換を記載した多くの方法及び
デバイスがすでに知られている。
【０００２】 レーザ放射の周波数変換のための「古典的装置」は、Ｍ．Ｂｒｉｅｇｅｒらに
よる刊行物、「受動的リング・レゾネータにおける単一周波数ＳＨＧの増幅」、
ＯＰｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．第３８巻、１９８１年、第４２３頁；Ｃ．Ｓ．Ａｄａｍ
ｓら、「可変で、ライン幅の狭い紫外光線の発生」、Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．第
９０巻、１９９２年、第８９頁；Ｓ．Ｂｏｕｒｚｅｉｘら、「連続波の効率的な
周波数ダブリング」、Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．第９９巻、１９９３年、第８９頁
に記載されているように、ダブル−Ｚ形状の共振器を含んでいる。この共振器は
、少なくとも２つが曲率半径を有する４つのミラーと、１つの非線形結晶とを有
している。第１のミラーは、ピエゾ要素にマウントされていて、入射する光線と
共振する共振器長へと調節するために用いられている。入射光線の一部は、第３
のミラーにより反射されて、検出器で記録される。標準的な方法（Ｈａｎｓｃｈ
−Ｃｏｕｉｌｌａｕｄ，Ｐｏｕｎｄ−Ｄｒｅｖｅｒ）を用いて、能動的に共振器
を安定化するための制御信号が得られている。ミラーの間隔、曲率半径、コーテ
ィングおよび結晶は、下記のように構成される。 ａ）共振器は、光学的に安定であること、 ｂ）非線形結晶のサイトにおいては２つの曲面ミラーの間において、効率的な変
換を行うために最適なサイズとなるようにビームが絞られること。 ｃ）別の２つのミラー（第３および第４のミラー）の間においてこれらのミラー
により絞られる第２のビームの収差は、ブリュースター・カットされた結晶によ
り補われること。 ｄ）ミラーのうちの３つは、基本波に対して可能な最大の反射率を有しているこ
と。 ｅ）ミラーのうちの１つは、発生された高調波について可能な最大透過率を有し
ていること。 ｆ）入力ミラーの反射率は、基本波の共鳴増幅が、インピーダンス整合の場合の
Ｒ＝１−Ｖ（Ｒ：反射率、Ｖ：受動的共振器損失）のようにできるだけ最大とな
るようにされていること。 ｇ）位相整合の条件は、非線形結晶について満足されていること。
【０００３】 このタイプの装置を用いれば、典型的には１０％〜３０％の変換効率が得られ
る。４つの調節可能なミラーホルダーがこの配置には必要なので、機械に係る費
用は、比較的高いものとなる。高反射率ミラーは、概ね残りを透過させてしまう
ので、このアレイからの受動的損失は、不明確で低減できず、共振器の増幅ファ
クタが上限値を有することになる。
【０００４】 共振器の同調が、ミラーの並進を通して上述したアレイにおいて行われる場合
には、いくつかの不都合が生じる。最大許容並進は、ビーム経路が変化すること
により引き起こされる共振器のミスアライメントの増加により制限される。別の
ミスアライメントは、標準的なピエゾ要素において発生する傾斜により発生し、
並進運動に重畳される。したがって、共振器は、限られた周波数だけの間隔で、
入射光線の周波数の連続的な変動に追従する（例えば原子のレーザ冷却のために
は、迅速で連続的な周波数同調が必要とされる）。
【０００５】 ミラーの並進による別の不都合は、共振器のミラーを別の波長範囲に再度取付
けるために、交換しなければならない場合に発生する。最小の費用でこれを行う
ためには、ミラーを、ピエゾ要素に対して取外し可能なマウントを用いて取付け
る必要があり、その重量が共振器の安定化のための制御ダイナミックスを劣化さ
せてしまう。
【０００６】 通常では最も広い波長範囲をカバーするので、角度同調結晶が可変周波数変換
システムのために用いられている。入射する放射の波長が変化する場合には、結
晶を位相整合を満足させるべく、回転させる必要がある。このための回転を行っ
ている間、レーザビームは、共振器内において平行シフトし、この平行移動は共
振器の再調整を必要とさせる。この結果として得られる高調波のビーム位置は、
この再調整の間著しく変化する。ビーム位置が一定であることが要求される用途
においては、この位置は、２つの隣接したペリスコープといった下流側の偏向シ
ステムを用いて修正されねばならない。
【０００７】 別の刊行物、例えば米国特許第５，００７，０６５号においては、セミモノリ
ス型の装置が用いられており、また米国特許第５，０２７，３６１号、第５，２
２７，９１１号、第４，７３１，７８７号、第４，７９７，８９６号には、モノ
リス型装置の使用が記載されている。
【０００８】 別体として構成された共振器に比較すれば、これらの装置は、種々の利点を有
している。 ａ）これらは機械的により安定であり、このため外部からの干渉に対してより影
響されづらい。 ｂ）共振器内における界面の数が少ないため、損失が少ない。 ｃ）高価で、精密な光学部品を排除することができる。
【０００９】 これらの構成を用いて、８０％のダブリング効率が達成されている。しかしな
がらこれらの構成は、きわめて小さな波長間隔内で同調を行うことができるにす
ぎないものであり、このためこれらの用途がダイオード−ポンプＮｄ：ＹＡＧレ
ーザといった固定周波数レーザに制限されてしまっている。このタイプの共振器
では、その後の調整または変更が不可能である。一部が損傷を受けた場合には、
著しい高価格で個々の部品が交換できるのみか、または全く交換できない。加え
て、モノリス型またはセミモノリス型の共振器を形成するための結晶の製造者は
、球面状に曲がった曲面や、特殊コーティングなど、きわめて手間がかかること
になる。これらの結晶は、市販に利用可能ではなく、特別の実験室において製造
できるものである。ある場合には、これらの構成はまた、共振器を同調するため
に電圧が使用される結晶材料である、電気−光学的効果の高い係数を有するリチ
ウムニオベートといった数少ない材料によってのみ提供される結晶特性を使用す
る。これらの結晶に対する制約は、ダブリングできる波長範囲をきわめて制限し
てしまうことになる。
【００１０】 米国特許第５，０５２，８１５号および第５，３５７，５３７号においては、
ダイオード−ポンプのリングレーザが開示されており、その共振器は、僅かに２
つのミラーと、１つ以上の屈折素子とから構成されている。これらは、個々の要
素を調節可能とする、または組立の後でさえあっても光学要素を追加して取付け
ることによる変更を可能とする、別体構造の柔軟性を利用している。共振器の損
失は、古典的なリング−レーザに比較して、要素を少なくすることにより低減さ
れている。これらの利点は、より良好な効率を有し、より製造容易なリングレー
ザを製造するために用いられている。これらの構成はすべて活性レーザ媒体を含
んで明確にレーザ装置として使用することができる。
【００１１】 別に知られた装置（Ｍ．Ｗａｔａｎａｂｅら；「１９４ｎｍ近傍での連続波長
和周波数の発生」、ＯＰｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．第９７巻、１９９３年、第２２５頁
）においては、プリズムが２つの異なった波長の一段階共鳴増幅のために用いら
れている。この場合には、プリズムの分散効果が、波長の異なった２つのレーザ
ビームを結合させるために使用されている。これらの２つのレーザビームは、共
通ブランチに２つのレーザビームの和周波数を発生させる非線形結晶を有する２
つの独立した共振器内において増幅される。
【００１２】 ＤＤ１４５ ５８８号においては、ＣＯ２レーザからのパルスを短縮化または
選択する方法が開示されており、入射レーザパルスは、ビームスプリッタにより
、スイッチングビームと、被スイッチビームとに分割されている。スイッチング
ビームは、曲面鏡とレンズとを介して基本波の第２高調波発生ユニットへと集光
される。その後、第２高調波は、スイッチング結晶へとガイドされ、このスイッ
チング結晶は、第２高調波および基本波に対してアンチリフレクションコートが
施されている。被スイッチビームには、ディレイが与えられ、短焦点距離のレン
ズへと向けられて、スイッチングビームの焦点空間へと集光される。この短パル
ス化配置において、ビームの経路長は、配置の外側へとビーム経路を変えること
なく、レトロ反射型プリズムの並進により変えられている。ある種の好適なミラ
ーを加えることにより、共振器が形成でき、この共振器は、レトロ反射型プリズ
ムの並進により同調される。しかしながら、レトロ反射型プリズムは、共振器に
付加的な界面を導入して損失を生じさせ、効率を低下させるので高い変換効率を
可能とするものではない。１８０°の偏向角度の配置は、光学的に安定な共振器
を形成させるために曲面鏡とされなければならない共振器ミラーにおいて入射角
を大きくさせるので、効率を低下させることとなる。大きな入射角度は、著しい
収差を与えることにもなり、効率を低下させてしまう。
【００１３】 刊行物「Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、第５３巻、第１号
、１９８５年、第４３〜第４７頁においては、ｃｗリングダイレーザに対してミ
ラーを用いない構成が開示されており、この構成は、共振器を形成させるために
特殊なプリズムを用いている。
【００１４】 開示された集光プリズムと、リトロープリズムとを用いて、光学的に安定で、
収差を補償する可変共振器が形成できるが、共振器の周波数変換における多数の
界面のため、利用可能な増幅ファクタを有する高効率の共鳴増幅は、この配置に
おいて可能ではない。
【００１５】 本発明の目的は、上述したタイプの方法およびデバイスを改良して、連続レー
ザ放射の周波数変換を、特に上述した不都合を生じさせずに高効率で生じさせ、
かつ入射波長の最大可能な波長範囲にわたり、改善されたチューナビリティを保
証するものである。チューナビリティの改善は特に、以下について意図するもの
である。 −連続的な同調範囲を拡大させること、 −部品の調整プロセスを簡略化させること、 −置き換え可能な部品数を低減し、部品の実際上の交換を簡略化すること、であ
る。
【００１６】 入射波長の同調に関して下記の相違点が、いくつかの場合に応じて与えられて
いる。 ケース１：入射波長は、僅かずつ結晶の位相整合が保持されるように、すなわち
共振器長さの調整を必要とするのみで連続的に変化され、結晶を回転させる必要
がない。この場合波長の変化は、典型的には１ｎｍ以下とされる。 ケース２：入射波長は、結晶または他の部品の調整を必要とするが、光学部品の
交換を要しない量で変化される。本発明者らは、このケースで５０ｎｍ程度の変
化を扱うことができる。 ケース３：入射波長は、部品（ミラー、結晶）の交換が必要とされる量で変化さ
れる。本発明者らは、このケースで５０ｎｍを超え、１０００ｎｍ程度まで大き
な変化を取扱うことができる。
【００１７】 このタイプの種類の周波数変換システムのチューナビリティは、上述した３つ
のすべてのケースについて所望される改善を含むものである。ケース１において
は、連続的同調の範囲が増加、すなわち共振器が連続的に波長の変化するレーザ
ビームに共振させる場合にはいつでも、共振器のモードホップは生じない。ケー
ス２においては、部品の調整プロセスが簡略化され、かつ自動的（ミラー駆動）
同調に対する可能性が提供される。ケース３においては、交換可能な部品の数が
低減され、現実の交換ステップが可能な限り簡略化される。
【００１８】 この課題は、請求項１および請求項７の特徴により解決される。有用な設計上
の態様は、サブクレームに記載されている。
【００１９】 本発明を適用することにより、従来のデバイスに対して下記の特定の効果が与
えられる。 １．古典的な４ミラー構成に比較して、共振器は、より少ない要素からなるので
受動的損失が低減され、変換効率が向上する。 ２．古典的な４ミラー構成に比較して、よりコンパクトな構成を提供できる。 ３．構成がよりコンパクトにできるので、共振器は外部干渉に対してより感受性
が低下する。 ４．コスト削減：古典的な共振器の４つに比較して、２つの精密ミラーホルダが
必要とされるだけである。 ５．古典的な構成に比較して、より小さな共振器長のため共振器のフリースぺク
トラルレンジがさらに大きくなる。このため入射する放射の周波数バンド幅につ
いてみれば、共振器の許容幅が増大する（共振器の品質が一定となる）。したが
って、本装置によれば、低い品質のレーザビーム源であっても変換できる。 ６．モノリス型およびセミモノリス型の装置との比較：低コストで市販され、容
易に利用可能な要素のみが用いられる（プリズム、結晶につき、平坦で、未コー
トの面とでき、ミラーについて標準的な支持体寸法および標準的なコーティング
とできる）。 ７．プリズムの並進による共振器の同調は、ミラーの並進によるよりも大きな周
波数範囲にわたる同調を可能とする。 ８．プリズムの反対方向への回転によるビームシフトの補償により、共振器の再
アライメントをすることなくカバーできる波長範囲を拡大することができる。 ９．部品の交換という方法による同調を行う場合、すなわち共振器光学部品を別
の連続同調範囲へと移動させるように交換する場合、２つのミラーと結晶とを交
換するだけで済む。マウントは、この目的のために制御ダイナミクスを低下させ
るといったいかなる不都合も生じさせずに最適化できる。
【００２０】 本発明を、添付の図面を持ってする共振器装置のいくつかの設計の実施例にも
とづいてより詳細に説明する。
【００２１】 特に、本発明による連続レーザ放射の周波数変換の最大可能な波長範囲にわた
るチューナビリティが強調される。入射波長の同調に関するいくつかのケースに
ついての相違点については、上述した通りである。
【００２２】 図２に示すように、基本的な共振器は、ミラーＭ１、Ｍ２と、屈折素子Ｐとか
ら構成される。
【００２３】 屈折素子Ｐは、プリズムの機能を有しているが、取付けの容易さ、および重量
低下のため、不等辺四角形の形状に構成されている（しかしながら、簡略化のた
め以下プリズムという）。ミラーＭ１，Ｍ２は、いすれも共振器の同調には使用
されず、双方ともそれらの慣性重量を考慮しない限り標準的な寸法の容易に利用
できるものである。ミラーホルダーは、ミラーＭ１，Ｍ２を容易に交換できるよ
うに最適化されている。
【００２４】 高透過性の材料、例えば溶融石英からなるプリズムには、いかなるコーティン
グも施されてはいない。互いに屈折する複数の面の角度は、入射ビームおよび出
力ビームがブリュースター角度またはブリュースター角度に近い角度となるよう
に選択されている。溶融石英の場合には、波長範囲４００ｎｍ〜１０００ｎｍに
おいて、ピーク角度が６９°で０．０１％以下の反射損失が得られる。プリズム
は、波長範囲が変化した後も交換を必要としないので、マウントなしで直接ピエ
ゾ要素ＰＺへと取付けられている。運動させる重量をできるだけ小さく保持する
ため、プリズムへの取付けは、接着剤を用いて行うことが好ましい。
【００２５】 図３に示すように、共振器におけるビーム経路は、プリズムが対称軸の方向に
並進した場合にでも変化しない。光学的経路長は、共振器同調のため決定されて
いる。プリズムがΔｙの量だけその対称軸に沿って移動した場合、光学的経路長
は、
【００２６】
【数１】 だけ変化する（ｎ：プリズムの屈折率、α：入射角）。
【００２７】 プリズム内での対称的なビーム経路のため、最小の反射が発生する。したがっ
て、プリズムの傾斜が、共振器内においてビーム経路に対して与える影響はきわ
めて小さい。この装置のこれらの２つの特徴は、共振器の脱調を生じることなし
に、より大きな並進経路の使用を可能とするので、ケース１においてはより大き
な同調範囲が可能となる。
【００２８】 図４に示した好適な設計の実施例では、ミラーＭ１は、カップリングミラーと
して用いられる。基本波の波長での反射率は、インピーダンス整合するように選
択される（Ｒ＝１−Ｖ、Ｖ：受動的損失）。ミラーＭ２は、出力ミラーとして用
いられ、したがって基本波の波長を大きく反射させ、発生した高調波の波長にお
いては高い透過性となるように設計されている。周波数変換は、ブリュースター
カットされ、角度同調される非線形結晶ＮＫを用いて行われている。この非線形
結晶は、プリズムＰと、出力ミラーＭ２との間に配置されている。角度同調を行
うため、結晶は、リングプレーンに位置し、結晶内のビーム経路に垂直に位置決
めされた軸Ｄ１を中心として回転する。結晶の回転により生じたビームシフトは
、プリズムを反対向きに小さな角度で回転させることにより補償される。その後
プリズムは、プリズムの対称軸Ｄ２を中心として回転される。選択されたビーム
経路において最小の偏向となるので、プリズムの回転は、ほぼ近似的に単にビー
ムシフトを生じさせることとなり、偏向方向を変化させることがない。プリズム
の回転により生じるビームシフトおよび偏向角度についての数値計算の結果を、
図５、図６、図７に示す。補償を行うため、プリズムの回転角Ψは、下記式を満
たすことが必要とされる。
【００２９】
【数２】 上式中、それぞれφは、結晶の回転角であり、ｎｋおよびｎｐは、結晶またはプ
リズムの屈折率であり、ｄｋおよびｄｐは、結晶またはプリズム内の経路長であ
る。上述した関係にしたがった結晶の回転とプリズムの回転との単純な機械的カ
ップリングは、共振器を同時に脱調させることなく、結晶の角度同調を可能とす
る。プリズムの回転は、二次的で僅かなビームの偏向を発生させるので、限定さ
れた角度範囲についてのみ、可能である。しかしながら、下記の装置には補償要
素が加えられていて、精度高い補償が達成できる。ただし、共振器損失が増加す
るという代償が要求されることになる。
【００３０】 図４に示した共振器デバイスは、収差変形を生じさせる４つの要素を含んでい
る：曲面鏡Ｍ１，Ｍ２、プリズムＰ、およびまた、非線形結晶ＮＫである。ミラ
ーにより発生する収差は、プリズムおよび結晶による収差とは符号が異なる。こ
の反対の符号を図１の古典的な装置では、理想的にはモード整合条件でカップル
されたビームが結像される共振器のビーム絞りにおける収差を補償するために使
用している。回析限界において円形のガウシアン形状（ＴＥＭ００モード）のレ
ーザビームのすべての出力を、共振器の基本モードへと入射させることが必要で
ある。本発明において説明する共振器の場合には、自由度が低下するために収差
の完全な補償は可能ではない。したがって、収差の補償は、共振器の一部外側に
配置された球面鏡Ｍ３（図４参照）により行われる。入射するレーザビームの正
確な結像のため、調節可能な２つのミラーからなるペリスコープといった偏向シ
ステムが必要とされる以外には、さらに大きな費用を生じさせることがない。通
常用いられる平面鏡の代わりに、この場合には、ペリスコープのミラーのうちの
１つを凹面鏡として設計することができる。
【００３１】 基本的には、立方体カットされた非線形結晶は、説明している装置においては
垂直な光線の入射の下で使用することができる；結晶の入力面および出力面には
、対応する反射防止被覆が施されている。この場合には、発生した高調波の結晶
における出力側において損失が小さくできるので、幾分か高い変換効率が可能と
される。このことが効率を高めるか否かは、用いるアンチリフレクション層の品
質に大きく依存する。加えて、コストが必要とされる反射防止被覆を施すために
必要となる。
【００３２】 図８に示す追加の設計の実施例においては、高透過率材料（好ましくは溶融石
英）の平面平行板Ｋが、ビーム経路内にブリュースター角度において配置されて
いる。非線形結晶ＮＫによるビームシフトは、この装置においては平面平行板の
反対方向への回転により補償されているが、反射プリズムＰは、移動されない。
それ以外は、この装置は、図４に示した装置に対応する。平面平行板Ｋは、非線
形結晶ＮＫと同様に、軸Ｄ２またはＤ１を中心とするいかなる回転についても、
ビームの角度的な偏向を生じさせないので、結晶のビームシフトは、正確に好適
な角度および方向に補償される。ケース２（上述）について同調を行う場合に利
用できる波長範囲は、このためブリュースター角度からのずれにより生じる損失
が増加することによってのみ制約される。ケース２における同調範囲の増大は、
図４に示した装置についていえば、要素を付け加えることによる損失が大きくな
るものの、幾分か大きくなる。上述した装置のように、立方体にカットされ反射
防止被覆を有する結晶は、発生した高調波の出力の損失を低減させるために、ま
た本実施例においても用いられる。この場合には、垂直入射の下で、反射防止被
覆がされた下でまた、精度よい補償を確実とするために補償用板を用いることが
望ましい。別の可能な変更例としては、対称的に配置された第２の結晶による補
償を挙げることができる。この配置は、結晶の効率を低下させるウオークオフ角
度を同様にして補償する効果がある。
【００３３】 図９に示した設計の実施例では、基本波ビームは、ミラーＭ１を介して入射さ
れず、プリズムの（未コートの）面の１つを介して入射される。図４および図８
の構成とは対照的に、プリズムのピーク角度は、プリズムの入力面への入射角が
ブリュースター角度より小さく、別のプリズムの面における入射角度は、ブリュ
ースター角度に等しくなるように選択されている。ピーク角度の正確な値は、イ
ンピーダンス整合についての条件から決定される。入力ビームについてのフレネ
ルの関係により規定される、入力面の反射率Ｒは、共振器の受動的損失Ｖに対応
する（Ｒ＝Ｖ）。ここで、市販に利用可能な、石英製の２等辺プリズム（ピーク
角度６０°）を用いる場合には、約１．３％の反射率が得られる。これは、上述
した共振器により通常達成される受動的損失の値に概ね対応する。未コートの標
準的なプリズムを使用すれば、入力要素は、例外的に低コストの方法により製造
できる。加えて、この入力要素は、反射率が波長の広い範囲にわたりきわめて少
ないので、略アクロマチックである。ミラーのセットの利用できる範囲は、波長
範囲が基本的により高い反射率の層よりも小さく、部分的に反射させる入力層に
より、本質的に決定される。共振器の同調は、入力要素および同調要素としての
同時使用が空間的スペースの問題を生じさせるので、好ましくはミラーＭ１の並
進を通じて行われる。加えてプリズムを並進させることの効果については、すで
に充分に説明を行っている。それ以外については、この装置は、図８の装置に対
応する。図９に示した装置の図８に示した装置と比較した場合の不都合は、調整
がより難しくなることにある。この場合、共振器内におけるビーム経路およびま
た入射ビームのビーム位置の双方に影響を与えるので、プリズムは、調節自在な
マウントに保持する必要がある。図４および図８の装置において用いる入射ビー
ムと、共振器との、繰返さずに済み、また独立した調整は、この装置においては
可能ではない。
【００３４】 当然ながら、結晶および補償要素の正確な形状は、上述した装置に対するよう
に、調節することができる（立方結晶、２つの結晶）。
【００３５】 本発明は、上述したフォーマットに限定されるものではない。むしろ、本発明
の範囲を逸脱せずに、特性を組み合わせることにより追加の設計の実施例を得る
ことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、従来による古典的な装置の概略図。
【図２】 図２は、基本的設計の概略図。
【図３】 図３は、プリズム内でのビーム経路の概略図。
【図４】 図４は、本発明の第１の設計の態様の概略図。
【図５】 図５は、プリズム長さ１０ｍｍにおけるビームの垂直方向シフトを示した図。
【図６】 図６は、プリズムの回転による垂直方向への偏向角度を示した図。
【図７】 図７は、プリズムの回転による水平方向の偏向角度を示した図。
【図８】 図８は、精密に補償を行う装置の概略図。
【図９】 図９は、プリズムを介した入力を行う装置を示した概略図。
【符号の説明】
Ｄ１ 軸 Ｄ２ 軸 Ｋ 板 Ｍ１ ミラー Ｍ２ ミラー Ｍ３ ミラー ＮＫ 非線形結晶 Ｐ 屈折素子
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年６月２６日（２０００．６．２６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 グリース，ウォルフガング ドイツ連邦共和国 ディー−12159 ベル リン，ニエドシュトラーセ ６ Ｆターム(参考） 2K002 AB12 EA24 EA30 HA20 5F072 JJ02 KK01 KK12 LL04 LL08 MM11 QQ02

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 特に複数のミラーと、少なくとも１つの屈折素子とから構成
    されるリング共振器の特に連続レーザ放射の可変周波数変換のため共鳴性を向上
    させる方法であって、 共振器長の同調を、少なくとも１つの屈折させるためだけの要素（Ｐ）の並進
    により行うことを特徴とする、方法。
  2. 【請求項２】 前記屈折素子（Ｐ）は、ビーム経路内に導入され、かつプリ
    ズムの機能を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 共振器長の同調を、不等辺四辺形の形状に設計された屈折素
    子（Ｐ）の並進により行うことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記周波数変換は、角同調された非線形結晶（ＮＫ）により
    行われ、前記非線形結晶（ＮＫ）は、前記屈折素子（Ｐ）と、出力ミラー（Ｍ２
    ）との間に配置されていると共に、位相整合のために軸（Ｄ１）を中心として回
    転され、前記軸（Ｄ１）は、前記リングの面内に配置され、前記結晶（ＮＫ）内
    において前記ビーム経路に垂直な成分を有しており、前記非線形結晶（ＮＫ）の
    ビームシフトが、前記屈折素子（Ｐ）の対称軸（Ｄ２）を中心とした前記結晶（
    ＮＫ）の回転方向とは反対の回転により補償されることを特徴とする、請求項１
    に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記ビーム経路内にブリュースター角度において配置された
    高透過性材料の平面平行板（Ｋ）が加えられ、前記非線形結晶（ＮＫ）により生
    じたビームシフトが、軸（Ｄ２）を中心とした前記板（Ｋ）の反対方向の回転を
    通して補償されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 特に複数のミラーと、少なくとも１つの屈折素子とから構成
    されるリング共振器の特に連続レーザ放射の可変周波数変換のため共鳴性を向上
    させる方法であって、 基本波ビームは、前記屈折素子（Ｐ）の未コートの面の１つから入射され、前
    記共振器の同調は、前記ミラーのうちの１つ（Ｍ１）の並進により行われること
    を特徴とする、方法。
  7. 【請求項７】 特に複数のミラーと、少なくとも１つの屈折素子とから構成
    されるリング共振器の特に連続レーザ放射の可変周波数変換のため共鳴性を向上
    させるデバイスであって、 前記共振器は、第１のミラー（Ｍ１）と、第２のミラー（Ｍ２）と、不等辺四
    辺形の形状に設計されプリズムとして機能する屈折させるだけの要素と、から構
    成されることを特徴とする、デバイス。
  8. 【請求項８】 前記ミラー（Ｍ１，Ｍ２）の曲率半径と、前記共振器要素の
    間隔とは、形成された前記共振器が光学的に安定であり、前記入力ミラー（Ｍ１
    ）の反射率が、インピーダンス整合が生じるようにされ、かつ前記出力ミラー（
    Ｍ２）が、基本波長に対して高い反射性を有し、変換された波長に対して透過性
    を有するように選択されていることを特徴とする、請求項７に記載のデバイス。
  9. 【請求項９】 前記屈折素子（Ｐ）は、フレームではなく直接ピエゾ要素（
    ＰＺ）に、特に接着剤により取付けられていることを特徴とする、請求項７また
    は８に記載のデバイス。
  10. 【請求項１０】 前記屈折素子（Ｐ）は、未コーティングで透過率の高い材
    料からなり、互いの前記屈折面の角度は、入射ビームおよび出力ビームが略前記
    ブリュースター角度となるように選択されることを特徴とする、請求項７〜９の
    いずれか１項に記載のデバイス。
  11. 【請求項１１】 前記第１のミラー（Ｍ１）は、入力ミラーとしてコートさ
    れ、前記第２のミラー（Ｍ２）は、出力ミラーとしてコートされ、前記屈折素子
    （Ｐ）と前記出力ミラー（Ｍ２）との間に、ブリュースターカットされ、角同調
    される非線形結晶（ＮＫ）が配置されることを特徴とする、請求項７〜１０のい
    ずれれか１項に記載のデバイス。
  12. 【請求項１２】 収差を補償するため、球面鏡（Ｍ３）が前記共振器の外側
    に配置されることを特徴とする、請求項１１に記載のデバイス。
  13. 【請求項１３】 前記球面鏡（Ｍ３）は、凹面鏡として設計され、偏向シス
    テムのペリスコープミラーから形成されていることを特徴とする、請求項１２に
    記載のデバイス。
  14. 【請求項１４】 立方体の面を有する非線形結晶は、光線の入射に対して垂
    直にセットされており、前記非線形結晶の入射面および出力面には、反射防止被
    覆が施されていることを特徴とする、請求項７〜１２のいずれか１項に記載のデ
    バイス。
  15. 【請求項１５】 高い透過性を有する平面平行板（Ｋ）は、前記ビーム経路
    内にブリュースター角度で配置されていることを特徴とする、請求項７〜１２の
    いずれか１項に記載のデバイス。
  16. 【請求項１６】 前記平面平行板（Ｋ）は、光線の入射に対して垂直に配置
    されていると共に、反射防止被覆が施されていることを特徴とする、請求項１１
    〜１５のいずれか１項に記載のデバイス。
  17. 【請求項１７】 第２の結晶は、前記第１の結晶（ＮＫ）に対して対称に配
    置されていることを特徴とする、請求項７〜１１のいずれか１項に記載のデバイ
    ス。
  18. 【請求項１８】 前記屈折素子（Ｐ）のピーク角度は、入力面への入射角度
    がブリュースター角度以下となり、別の面への入射角度が前記ブリュースター角
    度に等しくされ、前記ピエゾ要素（ＰＺ）は、第１のミラー（Ｍ１）に配置され
    ることを特徴とする、請求項７〜１５のいずれか１項に記載のデバイス。
  19. 【請求項１９】 前記結晶（ＮＫ）と、前記屈折素子（Ｐ）と、前記平面平
    行板（Ｋ）とは、回転可能とされていることを特徴とする、請求項７〜１８のい
    ずれか１項に記載のデバイス。
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