JP2016218373A - Multiwavelength oscillation type optical parametric oscillation device and multiwavelength oscillation type optical parametric oscillation method - Google Patents
Multiwavelength oscillation type optical parametric oscillation device and multiwavelength oscillation type optical parametric oscillation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016218373A JP2016218373A JP2015105932A JP2015105932A JP2016218373A JP 2016218373 A JP2016218373 A JP 2016218373A JP 2015105932 A JP2015105932 A JP 2015105932A JP 2015105932 A JP2015105932 A JP 2015105932A JP 2016218373 A JP2016218373 A JP 2016218373A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wavelength
- optical parametric
- oscillation
- light
- parametric oscillation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、多波長発振型光パラメトリック発振装置および多波長発振型光パラメトリック発振方法に関し、さらに詳細には、二つあるいはそれ以上の複数の波長のレーザー光を出力するレーザー光源として用いることのできる多波長発振型光パラメトリック発振装置および多波長発振型光パラメトリック発振方法に関する。 The present invention relates to a multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device and a multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation method, and more specifically, can be used as a laser light source that outputs laser beams of two or more wavelengths. The present invention relates to a multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device and a multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation method.
従来より、差分吸収型レーザーレーダー（ＤＩＡＬ）により、大気中の水蒸気のモニタリングなどが行われていることが知られている（非特許文献１を参照する。）。 Conventionally, it is known that monitoring of water vapor in the atmosphere is performed by differential absorption laser radar (DIAL) (see Non-Patent Document 1).
この差分吸収型レーザーレーダーによる大気中の水蒸気のモニタリングとは、大気中の水蒸気の吸収線の帯域に合わせた波長のパルスレーザー光と大気中の水蒸気の吸収線の帯域を外した波長のパルスレーザー光とを同軸で出射し、出射された二つのパルスレーザー光の進行に伴う各距離における散乱光の強さの差を測定することにより、対象物質たる大気中の水蒸気の分布を得るようにしたものである。 The monitoring of water vapor in the atmosphere with this differential absorption type laser radar is a pulse laser beam with a wavelength that matches the band of the absorption line of water vapor in the atmosphere and a pulse laser with a wavelength that excludes the band of the absorption line of water vapor in the atmosphere. The distribution of water vapor in the atmosphere as the target substance was obtained by measuring the difference in the intensity of the scattered light at each distance as the two pulsed laser beams traveled along the same axis. Is.
従って、差分吸収型レーザーレーダーにおいては、二つの波長のレーザー光を出力するレーザー光源が必要であり、こうしたレーザー光源としては、例えば、レーザー媒質としてアレキサンドライト結晶やＴｉ：サファイア結晶などを用いた波長可変レーザー装置が広く用いられてきた。 Therefore, the differential absorption type laser radar requires a laser light source that outputs laser light of two wavelengths. As such a laser light source, for example, a wavelength variable using an alexandrite crystal or a Ti: sapphire crystal as a laser medium. Laser devices have been widely used.
こうした波長可変レーザー装置は、パルス毎に２波長を切り替えるための手段として、レーザー共振器内に波長同調素子、複屈折フィルター、エタロンなどを設けており、これらの回転や角度を変化させることにより二つの波長のパルスレーザー光を出力するようになされていた。 Such a wavelength tunable laser device is provided with a wavelength tuning element, a birefringence filter, an etalon, etc. in a laser resonator as means for switching two wavelengths for each pulse. It was designed to output pulsed laser light of two wavelengths.
即ち、予め指定された２波長を交互に出力するレーザー光源たる波長可変レーザー装置においては、波長同調可能な広帯域で利得のあるレーザー媒質と波長同調手段とが必要であった。 That is, in a wavelength tunable laser device that is a laser light source that alternately outputs two wavelengths specified in advance, a laser medium having a wide band and gain that can be wavelength tuned and a wavelength tuning means are required.
しかしながら、所望の２波長がレーザー媒質の利得帯域内で得られない場合には、非線形光学結晶を使用した光パラメトリック発振装置を用いる必要があるとともに、精密なスペクトル制御を行うためには、例えば、図１に示すような複雑な機械構造を備えた多波長発振型光パラメトリック発振装置を構築せざるを得なかった。 However, when the desired two wavelengths cannot be obtained within the gain band of the laser medium, it is necessary to use an optical parametric oscillation device using a nonlinear optical crystal, and in order to perform precise spectrum control, for example, A multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device having a complicated mechanical structure as shown in FIG. 1 had to be constructed.
ここで、図１を参照しながら従来の多波長発振型光パラメトリック発振装置について説明すると、従来の多波長発振型光パラメトリック発振装置１００においては、高効率で所定の波長のレーザー光を反射する高反射鏡１０２と、所定の効率で所定の波長のレーザー光をレーザー出力として透過するとともにそれ以外のレーザー光を反射する出力結合鏡１０４とにより、レーザー共振器が構成されている。
Here, a conventional multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device will be described with reference to FIG. 1. In the conventional multi-wavelength oscillation type optical
このレーザー共振器内には、広帯域な光パラメトリック利得媒質としての非線形光学結晶たる二つのβ−ＢａＢ２Ｏ４（以下、本明細書においては適宜に「ＢＢＯ」と称する。）結晶１０６、１０８と、励起光をレーザー共振器内に入射するための入力結合鏡１１０と、周波数スケールで発振波長を精密制御するためのエタロン１１２とが設けられている。 In this laser resonator, two β-BaB 2 O 4 (hereinafter referred to as “BBO” as appropriate in this specification) crystals 106 and 108 which are nonlinear optical crystals as broadband optical parametric gain media, and excitation light Are coupled to the laser resonator and an etalon 112 for precisely controlling the oscillation wavelength on a frequency scale.
なお、符号１１４はＢＢＯ結晶１０６の回転を制御するためのＢＢＯ結晶回転機構を示し、符号１１６はＢＢＯ結晶１０８の回転を制御するためのＢＢＯ結晶回転機構を示し、符号１１８はエタロン１１２の傾斜角度を制御するためのエタロン傾斜調整機構を示す。
以上の構成において、多波長発振型光パラメトリック発振装置１００によれば、レーザー共振器内に励起光を入射することにより、光パラメトリック発生過程（ＢＢＯ結晶などの非線形光学結晶が励起光の波長に応じたシグナル光とアイドラー光とを発生させる過程）による光パラメトリック発振によってレーザー光が出力される。
In the above configuration, according to the multi-wavelength oscillation type optical
即ち、多波長発振型光パラメトリック発振装置１００は、広帯域な光パラメトリック利得媒質としてＢＢＯ結晶１０６を用い、波長同調する手段として、ＢＢＯ結晶回転機構１１４によりＢＢＯ結晶１０６の角度を主平面内で機械的に回転している。
That is, the multiwavelength oscillation type optical
そして、このＢＢＯ結晶１０６の回転により生じる光路ずれを補正するために、ＢＢＯ結晶１０６と同様のＢＢＯ結晶１０８を鏡像対称となるように配置し、ＢＢＯ結晶回転機構１１６によりＢＢＯ結晶１０８の角度を主平面内で逆方向に回転させる必要があった。 Then, in order to correct the optical path shift caused by the rotation of the BBO crystal 106, the BBO crystal 108 similar to the BBO crystal 106 is arranged so as to be mirror-symmetrical, and the angle of the BBO crystal 108 is adjusted by the BBO crystal rotation mechanism 116. It was necessary to rotate in the opposite direction in the plane.
ここで、この多波長発振型光パラメトリック発振装置１００の発振波長は、励起レーザーから出力される励起光の光軸と、入力結合鏡１１０および出力結合鏡１０４で定められる共振器軸と、ＢＢＯ結晶１０６、１０８の光軸とのなす角度において、励起波長に応じた２波長のシグナル光とアイドラー光とにより得られ、通常、どちらかの発振波長を選択し、ＢＢＯ結晶１０６、１０８の角度調整あるいは温度調整をすることで所望の２波長を交互に同調させるようにしている。
Here, the oscillation wavelength of the multi-wavelength oscillation type optical
また、多波長発振型光パラメトリック発振装置１００においては、上記したＢＢＯ結晶１０６、１０８の回転に加え、さらに周波数スケールで精密波長制御をするためにエタロン１１２の傾斜角度をエタロン傾斜調整機構１１８により機械的に同期させている。
Further, in the multi-wavelength oscillation type optical
従って、ＢＢＯ結晶１０６、１０８を回転させる二個の一対のＢＢＯ結晶回転機構１１４、１１６とエタロン１１２を傾斜角度を調整するエタロン傾斜調整機構１１８とを波長ごとに機械的に同調させる必要があり、システムが複雑になるという問題点に加え、２波長の同調速度はＢＢＯ結晶回転機構１１４、１１６ならびにエタロン傾斜調整機構１１８の機械的性能により制限されるという問題点があった。
Therefore, it is necessary to mechanically synchronize the two pairs of BBO
一方、多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記したＢＢＯ結晶回転機構１１４、１１６のような機械的な波長同調機構を設けることなく、電子冷却機構などでＢＢＯ結晶を温度調整して発振波長を得る場合には、高速同調性に欠けるようになるという新たな問題点を招来するものであった。
On the other hand, in the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device, the oscillation wavelength is adjusted by adjusting the temperature of the BBO crystal with an electronic cooling mechanism or the like without providing the mechanical wavelength tuning mechanism such as the BBO
本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の技術と比較すると、複雑な構成を必要とせず、かつ、機械的な波長同調機構を必要としない多波長発振型光パラメトリック発振装置および多波長発振型光パラメトリック発振方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above-described various problems of the prior art, and the object of the present invention is not to require a complicated configuration as compared with the prior art, and An object of the present invention is to provide a multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device and a multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation method that do not require a mechanical wavelength tuning mechanism.
上記目的を達成するために、本発明は、レーザー出力するレーザー光の波長毎にユニット化された光パラメトリック発振装置たる光パラメトリック発振ユニットを１ユニット以上設けるようにしたものである。 In order to achieve the above object, according to the present invention, one or more optical parametric oscillation units, which are optical parametric oscillation devices unitized for each wavelength of laser light output by a laser, are provided.
従って、本発明によれば、波長毎にコンパクトな光源をユニット化することができ、冗長性の高い複数の波長のレーザー出力を得ることのできる多波長発振型光パラメトリック発振装置が得られる。 Therefore, according to the present invention, a multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device can be obtained in which a compact light source can be unitized for each wavelength, and laser outputs of a plurality of wavelengths with high redundancy can be obtained.
また、本発明によれば、複雑で不安定な機械的な波長同調機構を用いないので、安定した波長出力が可能となる。 In addition, according to the present invention, since a complicated and unstable mechanical wavelength tuning mechanism is not used, stable wavelength output is possible.
即ち、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、複数の波長のレーザー光を出力する多波長発振型光パラメトリック発振装置において、レーザー出力するレーザー光の波長毎に独立してユニット化された光パラメトリック発振装置たる光パラメトリック発振ユニットを構成し、レーザー出力として得たいレーザー光の波長にあわせて上記光パラメトリック発振ユニットを一つ以上設けるようにしたものである。 That is, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is unitized independently for each wavelength of the laser beam to be output in the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device that outputs laser beams of a plurality of wavelengths. An optical parametric oscillating unit as an optical parametric oscillating device is configured, and one or more optical parametric oscillating units are provided in accordance with the wavelength of laser light desired to be obtained as a laser output.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットは、光パラメトリック発生過程で得られるシグナル光とアイドラー光とのいずれか一方の波長領域において高回折効率が得られる体積型回折素子を用いて光パラメトリック共振器を構成するようにしたものである。 The multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention, wherein the optical parametric oscillation unit includes signal light and idler light obtained in the optical parametric generation process. The optical parametric resonator is configured by using a volume type diffraction element that can obtain a high diffraction efficiency in any one of the wavelength regions.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットは、光パラメトリック発生過程で得られるシグナル光とアイドラー光とのいずれか一方の波長領域において高回折効率が得られる体積型回折素子を用いて光パラメトリック増幅器を構成するようにしたものである。 The multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention, wherein the optical parametric oscillation unit includes signal light and idler light obtained in the optical parametric generation process. The optical parametric amplifier is configured using a volume type diffractive element capable of obtaining high diffraction efficiency in any one of the wavelength regions.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットは、励起光が非線形光学結晶のレーザー発振軸と同軸に入射されるようにしたものである。 Further, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is the above-described multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention, wherein the optical parametric oscillation unit is configured such that the excitation light is coaxial with the laser oscillation axis of the nonlinear optical crystal. It is made to enter.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットは、励起光が非線形光学結晶のレーザー発振軸と異なる方向から入射されるようにしたものである。 Further, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is the above multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention, wherein the optical parametric oscillation unit has a direction in which the excitation light is different from the laser oscillation axis of the nonlinear optical crystal. It is made to enter from.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットは、励起光が波長可変レーザーより出力されたレーザー光であるようにしたものである。 Further, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is the above-described multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention, wherein the optical parametric oscillation unit is a laser beam in which excitation light is output from a wavelength tunable laser. It is what you have.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットは、上記体積型回折素子を設置するヒートシンクを有し、上記ヒートシンクにより上記体積型回折素子を温調して回折波長をシフトさせて波長同調を行うようにしたものである。 Further, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is the above-described multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention, wherein the optical parametric oscillation unit has a heat sink in which the volume type diffraction element is installed, The volume diffractive element is temperature-controlled by the heat sink to shift the diffraction wavelength and perform wavelength tuning.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の波長を長波長側に波長変換して出力するようにしたものである。 Further, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is the above-described multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention, wherein the wavelength of at least one of the signal light and the idler light according to the excitation light is changed. The wavelength is converted to the long wavelength side and output.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の波長を短波長側に波長変換して出力するようにしたものである。 Further, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is the above-described multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention, wherein the wavelength of at least one of the signal light and the idler light according to the excitation light is changed. The wavelength is converted to the short wavelength side and output.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットの後段に、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の出力を種光とする光パラメトリック発振器を有するようにしたものである。 Further, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention described above, in the latter stage of the optical parametric oscillation unit, the signal light corresponding to the excitation light and the idler light. And an optical parametric oscillator using at least one of the outputs as seed light.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットの後段に、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の出力を種光とする光パラメトリック増幅器を有するようにしたものである。 Further, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention described above, in the latter stage of the optical parametric oscillation unit, the signal light corresponding to the excitation light and the idler light. And an optical parametric amplifier that uses at least one of the outputs as seed light.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットの後段に、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の出力を新たな励起光とする光パラメトリック発振器を有するようにしたものである。 Further, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention described above, in the latter stage of the optical parametric oscillation unit, the signal light corresponding to the excitation light and the idler light. An optical parametric oscillator having at least one of the outputs as new pumping light is provided.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットの後段に、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の出力を新たな励起光とする光パラメトリック増幅器を有するようにしたものである。 Further, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention described above, in the latter stage of the optical parametric oscillation unit, the signal light corresponding to the excitation light and the idler light. And an optical parametric amplifier that uses at least one of the outputs as new pumping light.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、さらに、上記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれのレーザー出力を同軸上へ合成する偏光結合プリズムとを有するようにしたものである。 Further, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is the polarization coupling for further combining the respective laser outputs of the optical parametric oscillation unit on the same axis in the above-described multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention. And a prism.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、さらに、上記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれのレーザー出力を同軸上へ合成するプリズムとを有するようにしたものである。 Further, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is the above-described multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention, and further includes a prism for synthesizing the laser outputs of the optical parametric oscillation units coaxially. It is made to have.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、さらに、上記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれのレーザー出力を同軸上へ合成する誘電体ミラーとを有するようにしたものである。 The multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is a dielectric that further combines the respective laser outputs of the optical parametric oscillation unit on the same axis in the above-described multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention. And a mirror.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、さらに、上記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれのレーザー出力を同軸上へ合成する回折素子とを有するようにしたものである。 Also, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention is a diffraction element for synthesizing the respective laser outputs of the optical parametric oscillation unit coaxially in the above-described multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention. It is made to have.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振方法は、複数の波長のレーザー光を出力する多波長発振型光パラメトリック発振方法において、レーザー出力するレーザー光の波長毎に独立してユニット化された光パラメトリック発振装置たる光パラメトリック発振ユニットを、レーザー出力として得たいレーザー光の波長にあわせて一つ以上設け、上記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれからレーザー光をレーザー出力するようにしたものである。 Further, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation method according to the present invention is unitized independently for each wavelength of the laser beam output in the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation method for outputting laser beams of a plurality of wavelengths. One or more optical parametric oscillating units, which are optical parametric oscillating devices, are provided according to the wavelength of the laser light desired to be obtained as laser output, and laser light is output from each of the optical parametric oscillating units.
本発明は、以上説明したように構成されているため、従来の技術と比較すると、複雑な構成を必要とせず、かつ、機械的な波長同調機構を必要としない多波長発振型光パラメトリック発振装置および多波長発振型光パラメトリック発振方法を提供することができるという優れた効果を奏する。 Since the present invention is configured as described above, it does not require a complicated configuration and does not require a mechanical wavelength tuning mechanism as compared with the prior art. In addition, an excellent effect is provided that a multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation method can be provided.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置および多波長発振型光パラメトリック発振方法の実施の形態について詳細に説明するものとする。 Hereinafter, embodiments of a multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device and a multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
なお、各図において同一または相当する構成については、同一の符号を付して示すことにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は適宜に省略する。 In addition, about the structure which is the same or it corresponds in each figure, it attaches | subjects and shows the same code | symbol, and abbreviate | omits the detailed description of the structure and an effect | action suitably.
本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、レーザー出力するレーザー光の波長毎に独立してユニット化された光パラメトリック発振装置たる光パラメトリック発振ユニットを、レーザー出力として得たいレーザー光の波長にあわせて１ユニット以上設けるようにしたものである。 The multi-wavelength oscillating optical parametric oscillator according to the present invention has an optical parametric oscillating unit, which is an optical parametric oscillating device that is unitized independently for each wavelength of laser light to be output to the laser light having a wavelength desired to be obtained as a laser output. In addition, one or more units are provided.
図２には、こうした光パラメトリック発振ユニットの概念構成説明図が示されている。この図２に示す光パラメトリック発振ユニット１０は、光パラメトリック発振によりレーザー出力としてある特定の所望の波長のレーザー光を出射するものであり、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置はこうした光パラメトリック発振ユニット１０を１ユニット以上設けることにより構成される。
FIG. 2 shows a conceptual configuration explanatory diagram of such an optical parametric oscillation unit. The optical
ここで、光パラメトリック発振ユニット１０においては、高効率で所定の波長のレーザー光を回折する体積型回折格子などの体積型回折素子１２と、所定の効率で所定の波長のレーザー光をレーザー出力として透過するとともにそれ以外のレーザー光を反射する出力結合鏡１４とにより、レーザー共振器が構成されている。
Here, in the optical
そして、このレーザー共振器内に、非線形光学結晶としてＢＢＯ結晶１６が設けられている。
In the laser resonator, a
即ち、光パラメトリック発振ユニット１０は、非線形光学結晶としてＢＢＯ結晶１６を用い、高反射鏡として機能する体積型回折素子１２と出力結合鏡１４とによりレーザー共振器を構成しているものである。
That is, the optical
また、符号１８は、レーザー共振器内に入射される励起光のプロファイルを整形してＢＢＯ結晶１６に入射するための励起光整形光学系である。こうした励起光整形光学系１８としては、例えば、球面レンズやシリンドリカルレンズなどを用いることができる。
Reference numeral 18 denotes an excitation light shaping optical system for shaping the profile of the excitation light entering the laser resonator and making it incident on the
体積型回折素子１２には、励起光整形光学系１８を介して励起光が垂直入射（入射角０度）で入射されるように設定されている。
The volume
なお、体積型回折素子１２としては、垂直入射（入射角０度）で、例えば、９９％以上の高回折効率が得られて正反射が行われる体積型回折素子を用いることが好ましい。
In addition, as the volume
具体的には、体積型回折素子１２に用いることができる体積型回折素子としては、例えば、米国特許第７，３９４，８４２号に開示された体積型回折素子にかかる発明を利用することができる。この米国特許第７，３９４，８４２号に開示された体積型回折素子にかかる発明による体積型回折素子は、米国のＯｐｔｉＧｒａｔｅ社から市販されている。
Specifically, as the volume type diffraction element that can be used for the volume
こうした市販されている体積型回折素子を本発明における体積型回折素子１２として用いる場合には、光パラメトリック発振ユニット１０からレーザー出力されるレーザー光のパルス幅および繰り返し周波数は、光パラメトリック発振ユニット１０のレーザー共振器に入射される励起光の動作に準じることになる。
When such a commercially available volume type diffractive element is used as the volume type
また、市販されている体積型回折素子は、最大回折効率が得られる波長を２０ｐｍ単位で設定することができ、また、入射角度が０度入射（垂直入射）で９９％以上の回折効率が得られ、かつ、シリケートガラスに回折格子が形成されているので、体積型回折素子の端面に励起光用の低反射率コーティングを施すことで、図２に示すように体積型回折素子１２越しに励起光をＢＢＯ結晶１６に照射することが可能である。
In addition, the commercially available volume diffractive element can set the wavelength at which the maximum diffraction efficiency is obtained in units of 20 pm, and can obtain a diffraction efficiency of 99% or more at an incident angle of 0 degree incidence (perpendicular incidence). In addition, since a diffraction grating is formed on the silicate glass, excitation is performed through the volume
以上の構成において、光パラメトリック発振ユニット１０のレーザー共振器内に励起光整形光学系１８を介して励起光が入射されてＢＢＯ結晶１６に集光されると、光パラメトリック発振によりレーザー出力として出力結合鏡１４からレーザー光が出射される。
In the above configuration, when excitation light enters the laser resonator of the optical
なお、この場合には、励起光は、体積型回折素子１２に垂直入射（入射角０度）され、かつ、非線形光学結晶たるＢＢＯ結晶１６のレーザー発振軸と同軸に入射されることになる。
In this case, the excitation light is perpendicularly incident on the volume type diffraction element 12 (incident angle 0 degree) and is incident on the same axis as the laser oscillation axis of the
つまり、定まった波長で回折効率を高く設計し製作した体積型回折素子１２をレーザー共振器の高反射鏡として用いて、単純な構成の光パラメトリック発振器を構築して光パラメトリック発振ユニット１０とすることで、レーザー出力として予め定められた波長のレーザー光を出力することができる。
That is, an optical
ここで、光パラメトリック発振ユニット１０からの光出力は、励起光の波長とＢＢＯ結晶１６への励起光の入射角度とに応じて決まるが、第２次非線形光学効果を用いる場合には、シグナル光とアイドラー光とのそれぞれ異なる二つの波長が出力される。
Here, the optical output from the optical
励起光の波長（λｐｕｍｐ）とシグナル光の波長（λｓｉｇｎａｌ）とアイドラー光の波長（λｉｄｌｅｒ）との関係は、
１／λｐｕｍｐ＝１／λｓｉｇｎａｌ＋１／λｉｄｌｅｒ
で表される。
The relationship between the wavelength of the excitation light (λpump), the wavelength of the signal light (λsignal), and the wavelength of the idler light (λidler) is
1 / λpump = 1 / λsignal + 1 / λidler
It is represented by
ここで、
λｓｉｇｎａｌ＜λｉｄｌｅｒ
と定義する。
here,
λsignal <λidler
It is defined as
非線形光学結晶たるＢＢＯ結晶１６の温度あるいは角度を調整することで、シグナル光とアイドラー光との波長を変えることが可能であり、縮退点においては両者は同一波長となる。
By adjusting the temperature or angle of the
即ち、
λｓｉｇｎａｌ＝ λｉｄｌｅｒ
となる。
That is,
λsignal = λidler
It becomes.
従って、光パラメトリック発振ユニット１０を使用する環境温度を想定し、特定の波長が得られる方向にＢＢＯ結晶１６をカットしたものを使用することで、体積型回折素子１２の設計波長と同調した光パラメトリック発振出力を得ることが可能となる。
Therefore, assuming an environmental temperature in which the optical
ここで、光パラメトリック発振ユニット１０において、光パラメトリック発生過程で得られるシグナル光とアイドラー光とのいずれか一方の波長領域において高回折効率が得られる体積型回折素子１２を用いることにより、光パラメトリック発振ユニット１０からシグナル光とアイドラー光との二つの波長のレーザー出力を得ることができる。
Here, in the optical
具体的には、シグナル光の波長領域において高回折効率が得られる体積型回折素子１２を用いた場合には、共振したシグナル光とそれに応じて差周波発生するアイドラー光との二つの波長のレーザー出力が得られ、少なくともいずれか一方の波長を所望の波長に同調させることができる。一方、アイドラー光の波長領域において高回折効率が得られる体積型回折素子１２を用いた場合には、共振したアイドラー光とそれに応じて差周波発生するシグナル光との二つの波長のレーザー出力が得られ、少なくともいずれか一方の波長を所望の波長に同調させることができる。
Specifically, in the case where the volume
ここで、一つの光パラメトリック発振ユニット１０において、二つの所望の波長を得る場合には、公知の波長可変レーザーを用いることで、励起光の波長を調整し、シグナル光の波長とアイドラー光の波長とをそれら二波長に容易に一致させることが可能となる。
Here, when two desired wavelengths are obtained in one optical
波長可変レーザーとしては、例えば、アレキサンドライト結晶やＴｉ：サファイア結晶などを用いた固体レーザー、Ｙｂ添加ファイバーやＹｂ添加ファイバーを用いたファイバーレーザー、ＢＢＯ結晶やＫＴＰ結晶を使用した光パラメトリック発振器等に代表される、広帯域で利得を持つあらゆる媒質を使用したレーザー装置を用いることができる。 Examples of wavelength tunable lasers include solid lasers using Alexandrite crystals and Ti: sapphire crystals, fiber lasers using Yb-doped fibers and Yb-doped fibers, and optical parametric oscillators using BBO crystals and KTP crystals. In addition, a laser device using any medium having a wide band and gain can be used.
あらかじめ発振波長を共振器で固定してユニット化した光パラメトリック発振ユニット１０を必要な波長の数だけ設定し、それぞれの光パラメトリック発振ユニット１０からレーザー光を複数同軸上に出力することにより、信頼性の高い多波長発振型光パラメトリック発振装置を得ることができる。
By setting the number of required optical
次に、図３には、共振器軸に対して励起光の光軸が非線形光学結晶たるＢＢＯ結晶１６内にて交差するようにして励起光を入射する、所謂、非同軸位相整合により、所望の波長を出力させる手法について示している。
Next, FIG. 3 shows that the pump light is incident so that the optical axis of the pump light intersects the resonator axis in the
即ち、この場合には、励起光は、非線形光学結晶たるＢＢＯ結晶１６のレーザー発振軸とは異なる方向から入射されることになる。
That is, in this case, the excitation light is incident from a direction different from the laser oscillation axis of the
ここで、シグナル光において体積型回折素子１２の回折効率を高く設計することで、反射シグナル光出力の発振方向は共振器軸により定められ、アイドラー光の出力方向は励起光およびシグナル光の波数ベクトルの整合により方向が定まるため、アイドラー光出力はシグナル光出力とは異なる方向に伝搬する。
Here, by designing the
従って、光学素子を使用せずに、励起光とアイドラー光とをシグナル光から分離することが可能となる。 Therefore, it is possible to separate the excitation light and idler light from the signal light without using an optical element.
次に、図４には、本発明による光パラメトリック発振ユニットの他の実施の形態が示されている。 Next, FIG. 4 shows another embodiment of the optical parametric oscillation unit according to the present invention.
この光パラメトリック発振ユニット２０は、体積型回折素子１２を通さずにＢＢＯ結晶１６の片側から励起するようにしたリング共振器を構成するものである。なお、符号２２は入力結合鏡であり、符号２４は出力結合鏡である。
This optical
光パラメトリック発振ユニット２０においては、体積型回折素子１２は波長に対して４５度入射で９９％以上の回折効率が得られるように設計し、共振器の一つのミラーとして使用する。
In the optical
この図４に示す例においては、ＢＢＯ結晶１６直後の出力結合鏡２４を励起光波長とアイドラー光波長とに対して高透過率となるように設計することにより、体積型回折素子１２に励起光出力を通過させず、かつ、アイドラー光出力をシグナル光出力と分離することが可能となる。
In the example shown in FIG. 4, the output coupling mirror 24 immediately after the
次に、図５には、本発明による光パラメトリック発振ユニットの他の実施の形態が示されている。 Next, FIG. 5 shows another embodiment of the optical parametric oscillation unit according to the present invention.
この光パラメトリック発振ユニット３０は、ＳＨＧ結晶３２により体積型回折素子１２で反射される光出力の第二高調波の波長（λＳＨＧ）を発生させることで、所望の波長を出力させる手法を示した構成例である。
The optical
ここで、一つの所望の波長（λ１）との関係は、
λ１＝λＳＨＧ ＝λｓｉｇｎａｌ／２
で表される。
Here, the relationship with one desired wavelength (λ1) is
λ1 = λSHG = λsignal / 2
It is represented by
即ち、光パラメトリック発振ユニット３０において、共振器内に第二高調波発生用の非線形光学素子たるＳＨＧ結晶３２を設置することで、シグナル光の共振器内出力を入力として使用することが可能であり、非常に高い効率の第二高調波光を得ることができる。
That is, in the optical
さらに、体積型回折素子１２で反射される光と励起光との和周波混合光の波長（λＳＦＧ）を発生させること（１／λ１＝１／λＳＦＧ＝１／λｐｕｍｐ＋１／λｓｉｇｎａｌ）や、シグナル光とアイドラー光との差周波混合光の波長 （λＤＦＧ）を発生させること（１／λ１＝１／λＤＦＧ＝１／λｓｉｇｎａｌ−１／λｉｄｌｅｒ）も可能であり、種々の波長変換過程を組み合わせて使用することで波長選択性が向上し、容易に所望の波長を出力させることが可能である。
Further, the wavelength (λSFG) of the sum frequency mixed light of the light reflected by the volume
次に、図６には、光パラメトリック発振ユニット１０を二つ用いて、第一の波長として波長Ａと第二の波長として波長Ｂとの異なる二つの波長のレーザー光を出力する本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置の実施の形態の一例が示されている。
Next, FIG. 6 shows an example in which two optical
なお、図６に示す本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置４０においては、波長Ａのレーザー光（シグナル波長出力：波長λｓｉｇｎａｌ１）をレーザー出力する光パラメトリック発振ユニット１０は光パラメトリック発振ユニット１０−Ａの符号で示し、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａにおける体積型回折格子１２は波長Ａ用体積型回折格子として符号１２−Ａで示し、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａにおける波長Ａ用のＢＢＯ結晶１６はＢＢＯ結晶１６−Ａで示している。
In the multi-wavelength oscillating optical
同様に、図６に示す本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置４０においては、波長Ｂのレーザー光（シグナル波長出力：波長λｓｉｇｎａｌ２）をレーザー出力する光パラメトリック発振ユニット１０は光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂの符号で示し、光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂにおける体積型回折格子１２は波長Ｂ用体積型回折格子として符号１２−Ｂで示し、光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂにおける波長Ｂ用のＢＢＯ結晶１６はＢＢＯ結晶１６−Ｂで示している。
Similarly, in the multi-wavelength oscillation type optical
なお、ＢＢＯ結晶１６−ＡとＢＢＯ結晶１６−Ｂとの２個のＢＢＯ結晶は、通常、異なる設計のものを用いることになる。 It should be noted that two BBO crystals, BBO crystal 16-A and BBO crystal 16-B, usually have different designs.
また、符号４２、４４、４６は光パラメトリック発振ユニット１０−Ａにおける励起光高反射鏡であり、符号４８、５０、５２は光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂにおける励起光高反射鏡である。 Reference numerals 42, 44, and 46 are excitation light high reflection mirrors in the optical parametric oscillation unit 10-A, and reference numerals 48, 50, and 52 are excitation light high reflection mirrors in the optical parametric oscillation unit 10-B.
この多波長発振型光パラメトリック発振装置４０は、さらなる高出力化を図ることができるものであり、共振器内部に励起光高反射鏡４２、４４、４６、４８、５０、５２を配置し、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂとを通過させずに励起光を非線形光学結晶たるＢＢＯ結晶１６−Ａ、１６−Ｂの片側から入射させ、励起光波長に応じたシグナル光出力より、波長Ａと波長Ｂとの所望の二波長をそれぞれ光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂとで発生するようにしたものである。
This multi-wavelength oscillation type optical
即ち、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂとはそれぞれ、中心にＢＢＯ結晶１６−Ａ、１６−Ｂを配置し、それぞれその両側の一方側（図６における左方側）に共振器の高反射鏡として波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａと波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂとを配置し、その両側の他方側（図６における右方側）に共振器の出力結合鏡４２、４８を配置するように配設した。 That is, each of the optical parametric oscillation unit 10-A and the optical parametric oscillation unit 10-B has the BBO crystals 16-A and 16-B arranged at the center, and one side of each side (left side in FIG. 6). A volumetric diffraction grating for wavelength A 12-A and a volumetric diffraction grating for wavelength B 12-B are disposed as high-reflection mirrors in the resonator, and the resonator is disposed on the other side of the both sides (the right side in FIG. 6). The output coupling mirrors 42 and 48 are arranged.
こうした多波長発振型光パラメトリック発振装置４０によれば、共振器内に配置した励起光高反射鏡４２、４４、４６、４８、５０、５２によって光パラメトリック出力と励起光出力との光路を分離できる。
According to such a multi-wavelength oscillation type optical
多波長発振型光パラメトリック発振装置４０においては、励起光は波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａ、波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂを通過することがないため、励起光が波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａ、波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂを通過することに伴うレーザー強度の低減を避けることができるとともに、励起光が波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａ、波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂを通過することに伴う波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａ、波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂの損傷が防止され、結果として高出力化が可能となる。
In the multi-wavelength oscillation type optical
また、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａ、１０−Ｂ内に入射された励起光を折り返す励起光折り返し鏡として機能する励起光高反射鏡４６、５２を設置したため、励起光はＢＢＯ結晶１６−Ａ、１６−Ｂを２回通過することになり、励起光の強度の閾値を最大で約２倍程度下げることが可能になる。 In addition, since the excitation light high reflection mirrors 46 and 52 functioning as excitation light folding mirrors for folding the excitation light incident in the optical parametric oscillation units 10-A and 10-B are provided, the excitation light is transmitted from the BBO crystal 16-A, 16-B is passed twice, and the threshold value of the intensity of the excitation light can be lowered about twice as much as the maximum.
ここで、多波長発振型光パラメトリック発振装置４０における励起光としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波を使用することができ、例えば、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａ、１０−Ｂともそれぞれパルス幅１０ｎｓ程度のパルスレーザー光を用いればよい。
Here, the second harmonic of an Nd: YAG laser can be used as the excitation light in the multi-wavelength oscillation type optical
光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂとのそれぞれにパルス幅１０ｎｓの励起光を用いることで、レーザー出力として同等のパルス幅のレーザー光を得ることができる。 By using excitation light having a pulse width of 10 ns for each of the optical parametric oscillation unit 10-A and the optical parametric oscillation unit 10-B, laser light having an equivalent pulse width can be obtained as a laser output.
また、多波長発振型光パラメトリック発振装置４０は、共振器構成が上記した従来の多波長発振型光パラメトリック発振装置１００よりも単純で、かつ、共振器内素子が非線形光学結晶たるＢＢＯ結晶と鏡以外にないことから、従来の多波長発振型光パラメトリック発振装置１００に比べて２倍以上の発振効率を得ることができる。
Further, the multi-wavelength oscillation type optical
また、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂとに入射する励起光は、同一の光源から得るものに限られるものではなく、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂとでそれぞれ異なる独立の光源から得ることができる。 Further, the excitation light incident on the optical parametric oscillation unit 10-A and the optical parametric oscillation unit 10-B is not limited to that obtained from the same light source, but the optical parametric oscillation unit 10-A and the optical parametric oscillation unit. 10-B can be obtained from independent light sources.
光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂとでそれぞれ異なる独立の光源から励起光を得る場合には、励起用光源（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーである。）のそれぞれの規模を小さくすることができ、システム設計上、安定性の高い励起レーザーを使うことができるようになる。 When the excitation light is obtained from different independent light sources in the optical parametric oscillation unit 10-A and the optical parametric oscillation unit 10-B, the scale of each of the excitation light sources (for example, Nd: YAG laser) is set. This makes it possible to use a pump laser with high stability in terms of system design.
なお、図１に示すような体積型回折素子を用いない従来の高反射鏡と出力結合鏡との２枚の鏡により構成される共振器構成においても、ＢＢＯ結晶でＴｙｐｅ−１位相整合の光パラメトリック発生過程の縮退点近辺を避けて使用する場合には、結晶角度調整だけで可視光から近赤外光の領域では数ｎｍのスペクトル線幅とｎｍ単位での中心波長精度で発振出力を得ることが可能である。 Note that, even in a resonator configuration including two conventional mirrors, ie, a high-reflection mirror and an output coupling mirror that do not use a volume type diffraction element as shown in FIG. When used near the degeneracy point of the parametric generation process, oscillation output is obtained with a spectral line width of several nm and center wavelength accuracy in nm units in the visible to near-infrared region only by adjusting the crystal angle. It is possible.
一方、多波長発振型光パラメトリック発振装置４０のように、波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａならびに波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂとして上記した市販の体積型回折格子を用いる場合には、その波長選択能は、温調された素子では２０ｐｍまで可能になっているため、通常の吸収スペクトルには容易に同調でき、２０ｐｍ単位で波長を設定することができる。
On the other hand, when the above-described commercially available volume diffraction grating is used as the wavelength diffraction grating 12-A and the wavelength diffraction grating 12-B as in the multi-wavelength oscillation type optical
例えば、多波長発振型光パラメトリック発振装置４０において、波長λｐｕｍｐ＝５３２ｎｍの励起光をθ１＝２１°カットのＢＢＯ結晶１６−Ａに対して室温（Ｔ１＝２０℃）で垂直入射する場合には、シグナル光波長λｓｉｇｎａｌ１〜７００ｎｍ、アイドラー光波長約λｉｄｌｅｒ１〜２２１８ｎｍの出力が得られ、７００ｎｍで回折効率を９９％以上で設計した波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａを使用することで、温調によりさらに２０ｐｍ単位で正確に同調可能な７００ｎｍ帯の波長Ａを得ることができる。
For example, in the multi-wavelength oscillation type optical
ここで、θ（θ１、θ２）はＢＢＯ結晶１６（ＢＢＯ結晶１６−Ａ、ＢＢＯ結晶１６−Ｂ）の主平面内における光軸とレーザー入射方向のなす角度として定義される。 Here, θ (θ1, θ2) is defined as an angle formed by the optical axis and the laser incident direction in the main plane of the BBO crystal 16 (BBO crystal 16-A, BBO crystal 16-B).
一方、同じ環境下で、励起光源からの分岐出力を使用し、θ２＝２２°カットのＢＢＯ結晶１６−Ｂに室温（Ｔ２＝２０℃）で垂直入射することで、シグナル光波長λｓｉｇｎａｌ２〜８００ｎｍ、アイドラー光波長λｉｄｌｅｒ２〜１５８９ｎｍの出力が得られ、８００ｎｍで回折効率を９９％以上で設計した波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂを使用することで、温調によりさらに２０ｐｍ単位で正確に同調可能な８００ｎｍ帯の波長Ｂを得ることができる。
On the other hand, by using the branched output from the excitation light source under the same environment, the signal
また、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂとのそれぞれにおける出力結合鏡１４をアイドラー光で高反射となるように設計することで、シグナル光から得られる特定の２波長（波長Ａおよび波長Ｂ）のみを、多波長発振型光パラメトリック発振装置４０から取り出すことが可能になる。
Further, by designing the output coupling mirror 14 in each of the optical parametric oscillation unit 10-A and the optical parametric oscillation unit 10-B to be highly reflected by idler light, two specific wavelengths obtained from signal light ( Only the wavelength A and the wavelength B) can be extracted from the multi-wavelength oscillation type optical
次に、図７には、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置の他の実施の形態が示されている。 Next, FIG. 7 shows another embodiment of the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention.
この図７に示す多波長発振型光パラメトリック発振装置６０は、発振波長精度を高めるために、波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａと波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂとをそれぞれヒートシンク６２−Ａ、６２−Ｂに設置し、室温より高く設定する場合にはヒーターを内蔵させ、低く設定する場合には電子冷却機構を取り入れるようにした点において、多波長レーザー発振装置４０と異なっている。
The multi-wavelength oscillation type optical
本願発明者の実験によると、多波長発振型光パラメトリック発振装置６０によれば、１Ｋあたりの変化で８ｐｍ回折波長をシフトすることができた。
According to the experiment by the present inventor, according to the multi-wavelength oscillation type optical
即ち、波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａと波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂとを同じ設計とし、ヒートシンク６２−Ａ、６２−Ｂにより設置温度を１０℃変えることで、発振波長を８０ｐｍ変えることができた。 In other words, the wavelength A volume diffraction grating 12-A and the wavelength B volume diffraction grating 12-B have the same design, and the installation temperature is changed by 10 ° C. by the heat sinks 62-A and 62-B. 80 pm could be changed.
一方、波長５３２ｎｍの励起光を使用し、１ｃｍのＢＢＯ結晶をθ＝２２°でカットしたものを使用した場合には、共振器軸方向におけるシグナルのスペクトル線幅は５ｎｍ以下となり、シグナル光の共振器内のラウンドトリップ数で狭線化されるが、本発明による体積型回折素子の温度同調幅から比べると十分に広い。 On the other hand, when excitation light with a wavelength of 532 nm is used and a 1 cm BBO crystal cut at θ = 22 ° is used, the spectral line width of the signal in the resonator axis direction is 5 nm or less, and the resonance of the signal light Although it is narrowed by the number of round trips in the chamber, it is sufficiently wider than the temperature tuning width of the volume type diffractive element according to the present invention.
つまり、所望の波長Ａと波長Ｂとが近接している場合には、同じ設計の波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａおよび波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂと同じ設計のＢＢＯ結晶１６−ＡおよびＢＢＯ結晶１６−Ｂとを準備し、ヒートシンク６２−Ａ、６２−Ｂにより波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａと波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂとをそれぞれの波長に温度同調させることで、多波長発振型光パラメトリック発振装置６０を大気中の水蒸気観測のための差分吸収型レーザーレーダーの光源として利用可能である。
In other words, when the desired wavelength A and the wavelength B are close to each other, the
一方、所望の波長Ａと波長Ｂが近接していない場合においては、波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａと波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂとは別設計とする必要があるが、ヒーターや電子冷却機構を装備することで、使用環境温度が多少変化した場合においても、正確に発振波長を定めることが可能となる。 On the other hand, when the desired wavelength A and the wavelength B are not close to each other, the wavelength A volume diffraction grating 12-A and the wavelength B volume diffraction grating 12-B need to be designed separately. Equipped with a heater and an electronic cooling mechanism makes it possible to accurately determine the oscillation wavelength even when the operating environment temperature changes slightly.
次に、図８には、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置を構成する光パラメトリック発振ユニットの他の実施の形態が示されている。 Next, FIG. 8 shows another embodiment of an optical parametric oscillation unit constituting the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention.
この図８に示す光パラメトリック発振ユニット７０は、出力結合鏡を設置せずに光パラメトリック発生器および増幅器を構成し、所望の波長において高反射率の折り返しミラーとして波長Ａ用体積型回折素子１２−Ａを用いたものであり、出力結合鏡を設けていない点において光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと異なる。
The optical
ここで、光パラメトリック発振ユニット７０において、励起光は高反射鏡４２によりＢＢＯ結晶１６−Ａに入射され、光パラメトリック発生過程により励起光の波長に応じたシグナル光とアイドラー光がＢＢＯ結晶１６−Ａから発生する。励起光は高反射鏡４４、４６により再度、ＢＢＯ結晶１６−Ａに入射され、波長Ａ用体積型回折素子１２−Ａにより反射されるシグナル光あるいはアイドラー光をＢＢＯ結晶１６−Ａ内で増幅するという、所謂、光パラメトリック発生・増幅器を構成する。このような光パラメトリック発振ユニットは、励起光のパルス幅がピコ秒やフェムト秒パルスのように、ピークパワーが高いが、共振器を組んだ際にラウンドトリップ数が稼げない場合に有効な手段となる。
Here, in the optical
次に、図９には、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置を構成する光パラメトリック発振ユニットの他の実施の形態が示されている。 Next, FIG. 9 shows another embodiment of an optical parametric oscillation unit constituting the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention.
この図９に示す光パラメトリック発振ユニット７２は、共振器内に波長Ａ用体積型回折素子１２−Ａを構成した光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと、励起光高反射鏡７３と入力結合鏡７４と出力結合鏡７５と非線形光学結晶であるＢＢＯ結晶１６とで発振器を構成した公知の光パラメトリック発振器７６とを組み合わせて構成した例である。
The optical parametric oscillating
波長Ａ用体積型回折素子１２−Ａの効果により、狭線幅のシグナル光とアイドラー光とが得られるため、ここではシグナル光を狭線幅種光として、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａの後段に公知の光パラメトリック発振器７６を構成することで、増幅したシグナル光あるいはアイドラー光により、所望の波長において狭線幅でさらなる高出力化が可能となる。
Since the narrow-line-width signal light and idler light can be obtained by the effect of the volumetric diffraction element 12-A for wavelength A, the signal light is used as the narrow-line-width seed light here, and the latter stage of the optical parametric oscillation unit 10-A. By configuring the known optical
なお、光パラメトリック発振ユニット７２におけるＢＢＯ結晶１６と光パラメトリック発振器７６におけるＢＢＯ結晶１６との２個のＢＢＯ結晶は、通常、同じ設計のものを用いることになる。
The two BBO crystals, the
また、図９に示す光パラメトリック発振ユニット７２において、出力結合鏡１４を備えた光パラメトリック発振ユニット１０−Ａに代えて、光パラメトリック発振ユニット７０のように出力結合鏡を設置しない光パラメトリック発振ユニットからの出力を種光として用いることもできる。
Further, in the optical
また、図９に示す光パラメトリック発振ユニット７２において、光パラメトリック発振器７６に代えて、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａの後段に出力結合鏡を設置しない公知の光パラメトリック増幅器を組み合わせて使用してもよい。
Further, in the optical
次に、図１０には、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置を構成する光パラメトリック発振ユニットの他の実施の形態が示されている。 Next, FIG. 10 shows another embodiment of the optical parametric oscillation unit constituting the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention.
この図１０に示す光パラメトリック発振ユニット７７は、共振器内に体積型回折素子１２を構成した光パラメトリック発振ユニット１１と、入力結合鏡７４と出力結合鏡７５と非線形光学結晶であるＢＢＯ結晶１６’とで発振器を構成した公知の光パラメトリック発振器７８とを組み合わせて構成した例である。
The optical
なお、光パラメトリック発振ユニット１１におけるＢＢＯ結晶１６と光パラメトリック発振器７８におけるＢＢＯ結晶１６’との２個のＢＢＯ結晶は、通常、異なる設計のものを用いることになる。
Note that two BBO crystals of the
また、符号７９は、前段に位置する光パラメトリック発振器たる光パラメトリック発振ユニット１１のシグナル波長出力（前段シグナル波長出力）と、後段に位置する光パラメトリック発振器７８のシグナル波長出力（後段シグナル波長出力）およびアイドラー波長出力（後段アイドラー波長出力）とを弁別して出力する弁別鏡である。
体積型回折素子１２の効果により、狭線幅のシグナル光とアイドラー光とが得られるため、ここではシグナル光を狭線幅励起光として、光パラメトリック発振ユニット１１の後段に公知の光パラメトリック発振器７８を構成することで、前段のシグナル光の波長に応じて新たに異なる波長のシグナル光とアイドラー光との発生が可能となり、少なくともいずれか一方を所望の波長へ同調することが可能となる。
Since the signal light and idler light with a narrow line width can be obtained by the effect of the volume
前段の光パラメトリック発振ユニット１１で発生されるシグナル光の波長（λｓｉｇｎａｌ１）と、後段の光パラメトリック発振器７８の励起光の波長（λｐｕｍｐ１’）と、後段の光パラメトリック発振器７８で新たに発生するシグナル光の波長(λｓｉｇｎａｌ１’)と、後段の光パラメトリック発振器７８で新たに発生するアイドラー光の波長(λｉｄｌｅｒ１’)との関係は、
１／λｓｉｇｎａｌ１ ＝１／λｐｕｍｐ１’＝１／λｓｉｇｎａｌ１’＋１／λｉｄｌｅｒ１’
で表される。
The wavelength of signal light (λsignal1) generated by the optical
1 / λsignal1 = 1 / λpump1 ′ = 1 / λsignal1 ′ + 1 / λidler1 ′
It is represented by
つまり、光パラメトリック発振ユニット７７によれば、直列に配置した２段の光パラメトリック発振器から４波長、前段の励起光波長含めると５波長得られることになり、波長選択性が著しく向上し、容易に所望の波長を複数出力させることが可能である。
In other words, according to the optical
また、図１０に示す光パラメトリック発振ユニット７７において、出力結合鏡１４を備えた光パラメトリック発振ユニット１１に代えて、光パラメトリック発振ユニット７０のように出力結合鏡を設置しない光パラメトリック発振ユニットからの出力を励起光として用いることもできる。
Further, in the optical
また、図１０に示す光パラメトリック発振ユニット７７において、光パラメトリック発振器７８に代えて、光パラメトリック発振ユニット１１の後段に出力結合鏡を設置しない公知の光パラメトリック増幅器を組み合わせて使用してもよい。
Further, in the optical
次に、図１１、図１２、図１３ならびに図１４を参照しながら、本発明による複数の光パラメトリック発振ユニットから出射される複数の波長のレーザー光を同軸で多波長発振型光パラメトリック発振装置から出射する手法について説明する。 Next, referring to FIG. 11, FIG. 12, FIG. 13 and FIG. 14, a plurality of wavelengths of laser light emitted from a plurality of optical parametric oscillation units according to the present invention are coaxially transmitted from a multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device. A method of emitting light will be described.
まず、図１１には、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａから出射される波長Ａのレーザー光と光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂから出射される波長Ｂのレーザー光とを光学手段で合成して同軸で出射する場合の例を示している。 First, in FIG. 11, a laser beam having a wavelength A emitted from the optical parametric oscillation unit 10-A and a laser beam having a wavelength B emitted from the optical parametric oscillation unit 10-B are synthesized by optical means and are coaxial. An example in the case of emission is shown.
具体的には、波長Ａと波長Ｂとの二波長出力時の波長Ａと波長Ｂとの出力の合成を、光学手段たる偏光結合プリズム８０のｓ偏光入射とｐ偏光入射とによる偏光合成で同軸出力するようにしたものである。 Specifically, the output of the wavelength A and the wavelength B at the time of the two-wavelength output of the wavelength A and the wavelength B is combined by the polarization combination by the s-polarized light incidence and the p-polarized light incident of the polarization coupling prism 80 as an optical means. It is designed to output.
次に、図１２は、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａから出射される波長Ａのレーザー光と光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂから出射される波長Ｂのレーザー光とを光学手段で合成して同軸で出射する場合の例を示している。 Next, in FIG. 12, the laser beam having the wavelength A emitted from the optical parametric oscillation unit 10-A and the laser beam having the wavelength B emitted from the optical parametric oscillation unit 10-B are synthesized by optical means and coaxial. An example in the case of emission is shown.
具体的には、波長Ａと波長Ｂとの二波長出力時の波長Ａと波長Ｂとの出力の合成を、光学手段たるプリズム８２の波長による光屈折角の違いを利用して、同軸出力するようにしたものである。 Specifically, the output of the wavelength A and the wavelength B at the time of the two-wavelength output of the wavelength A and the wavelength B is coaxially output using the difference in the light refraction angle depending on the wavelength of the prism 82 which is an optical means. It is what I did.
次に、図１３は、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａから出射される波長Ａのレーザー光と光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂから出射される波長Ｂのレーザー光とを光学手段で合成して同軸で出射する場合の例を示している。 Next, FIG. 13 shows a coaxial arrangement of a laser beam having a wavelength A emitted from the optical parametric oscillation unit 10-A and a laser beam having a wavelength B emitted from the optical parametric oscillation unit 10-B. An example in the case of emission is shown.
具体的には、波長Ａと波長Ｂとの二波長出力時の波長Ａと波長Ｂとの出力の合成を、光学手段たる、誘電体多層膜を基盤の表面に蒸着した、所謂、誘電体ミラー８４を介して、波長Ａにおいて高透過率で波長Ｂにおいて高反射率で同軸出力するようにしたものである。 Specifically, the so-called dielectric mirror in which the output of the wavelength A and the wavelength B at the time of the two-wavelength output of the wavelength A and the wavelength B is an optical means, and a dielectric multilayer film is deposited on the surface of the substrate. 84, coaxial output is performed with high transmittance at wavelength A and high reflectivity at wavelength B.
次に、図１４は、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａから出射される波長Ａのレーザー光と光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂから出射される波長Ｂのレーザー光と光パラメトリック発振ユニット１０−Ｃから出射される波長Ｃのレーザー光と光パラメトリック発振ユニット１０−Ｄから出射される波長Ｄのレーザー光とを光学手段で合成して同軸で出射する場合の例を示している。 Next, FIG. 14 shows a laser beam having a wavelength A emitted from the optical parametric oscillation unit 10-A, a laser beam having a wavelength B emitted from the optical parametric oscillation unit 10-B, and an optical parametric oscillation unit 10-C. In this example, the laser beam having the wavelength C and the laser beam having the wavelength D emitted from the optical parametric oscillation unit 10-D are combined by optical means and emitted coaxially.
同一軸で同等の偏波方向を持つ出力が必要な場合には、図１２に示すように、光学手段たる回折素子９０、９２、９４の回折によるビーム結合により光路合成すればよい。 When outputs having the same polarization direction on the same axis are required, as shown in FIG. 12, optical paths may be synthesized by beam combination by diffraction of diffraction elements 90, 92, and 94 as optical means.
また、図１４に示す構成によれば、二波長以上の波長のレーザー出力の同軸出力が可能になる。 In addition, according to the configuration shown in FIG. 14, it is possible to perform coaxial output of laser outputs having two or more wavelengths.
以上において説明したように、上記した実施の形態による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、特定の第１の波長のレーザー光に関して、垂直入射で９９％以上の正反射が行われる体積型回折素子を高反射鏡とし、この高反射鏡と出力結合鏡とによりレーザー共振器を構成して、このレーザー共振器内に非線形光学結晶を配置して第１の光パラメトリック発振ユニットを構成するとともに、特定の第２の波長のレーザー光に関して、垂直入射で９９％以上の正反射が行われる体積型回折素子を高反射鏡とし、この高反射鏡と出力結合鏡とによりレーザー共振器を構成して、このレーザー共振器内に非線形光学結晶を配置して第２の光パラメトリック発振ユニットを構成するようにした。 As described above, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the above-described embodiment is a volume type diffraction element in which regular reflection of 99% or more is performed at normal incidence with respect to a laser beam having a specific first wavelength. A high-reflecting mirror is used to form a laser resonator with the high-reflecting mirror and the output coupling mirror, and a nonlinear optical crystal is arranged in the laser resonator to form the first optical parametric oscillation unit. With respect to the laser light of the second wavelength, a volume type diffractive element that performs regular reflection of 99% or more at normal incidence is used as a high reflection mirror, and a laser resonator is configured by the high reflection mirror and the output coupling mirror. A second optical parametric oscillation unit is configured by arranging a nonlinear optical crystal in the laser resonator.
また、上記した実施の形態による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、さらに、それぞれの光パラメトリック発振ユニットより得られるシグナル光とアイドラー光との両方あるいはどちらか一方の出力を同軸で出力する光学手段を設けるようにした。 In addition, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the above-described embodiment is further provided with optical means for coaxially outputting the output of either or both of the signal light and idler light obtained from each optical parametric oscillation unit. It was made to provide.
従って、上記した実施の形態による多波長発振型光パラメトリック発振装置においては、第１の光パラメトリック発振ユニットと第２の光パラメトリック発振ユニットとの二つの波長のレーザー光の出力タイミングを検出器（公知の検出器を用いることができる。）で弁別できる範囲でずらして同軸で出力し、二波長光源とすることできる。 Therefore, in the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the above-described embodiment, the output timing of the laser light of the two wavelengths of the first optical parametric oscillation unit and the second optical parametric oscillation unit is detected by a detector (known in the art). Can be used as a dual wavelength light source.
これにより、従来の波長可変レーザー装置１００などと比較すると、全体の光学系を簡便で小さくすることができ、また、精密な波長同調機構を排することができる。
Thereby, as compared with the conventional wavelength
なお、複数波長を同一光路で出射する用途では、予め出射すべき波長が決まっていることが多い。 In applications where a plurality of wavelengths are emitted through the same optical path, the wavelengths to be emitted are often determined in advance.
例えば、水蒸気をモニタリングするための差分吸収型レーザーレーダーの光源として上記した実施の形態による多波長発振型光パラメトリック発振装置を用いる場合には、大気の水蒸気の吸収の強い第１の波長（オン波長）と、大気の水蒸気の吸収が弱く他の大気構成物質の吸収の影響が小さい第２の波長（オフ波長）とを予め定め、これらの波長が発生できるように上記した実施の形態による多波長発振型光パラメトリック発振装置の波長を同調させておけばよい。 For example, when the multiwavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the above-described embodiment is used as a light source of a differential absorption laser radar for monitoring water vapor, the first wavelength (on-wavelength) in which atmospheric water vapor is strongly absorbed is used. ) And a second wavelength (off wavelength) that is weak in the absorption of water vapor in the atmosphere and less affected by the absorption of other atmospheric constituents, and has a plurality of wavelengths according to the above-described embodiment so that these wavelengths can be generated. The wavelength of the oscillation type optical parametric oscillation device may be tuned.
即ち、出射のたびに波長同調を行う光源でなくとも、上記した実施の形態による多波長発振型光パラメトリック発振装置のように、小型の波長が定まった光源たる光パラメトリック発振ユニットからレーザー光を複数同軸に出射することで、予め出射すべき波長が決まっている光源とすることができる。 That is, even if it is not a light source that performs wavelength tuning each time it is emitted, a plurality of laser beams are emitted from an optical parametric oscillation unit that is a light source having a small wavelength as in the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the above-described embodiment. By emitting coaxially, it is possible to obtain a light source whose wavelength to be emitted is determined in advance.
また、差分吸収型レーザーレーダーにおける、オン波長とオフ波長とが、周波数スケールで１−５ＧＨｚレベルと近接している場合には、同じ設計の体積型回折素子を精密温調し、それぞれ異なる温度に設定することで第１の波長としてのオン波長と第２の波長としてのオフ波長とを得ることができる。 Also, in the differential absorption laser radar, when the on wavelength and the off wavelength are close to the 1-5 GHz level on the frequency scale, the volume diffractive element of the same design is precisely temperature-controlled, and the temperature is varied. By setting, an ON wavelength as the first wavelength and an OFF wavelength as the second wavelength can be obtained.
また、上記した実施の形態による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、特定の二波長に限らず、複数の波長毎の独立した光源たる光パラメトリック発振ユニットの出力を同軸あるいは非同軸で重畳することにより、簡便な多波長発生光源を実現することができるので、種々の計測器搭載用の光源として好適である。 Further, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the above-described embodiment is not limited to two specific wavelengths, but superimposes the output of the optical parametric oscillation unit, which is an independent light source for each of a plurality of wavelengths, coaxially or non-coaxially. Therefore, since a simple multi-wavelength generation light source can be realized, it is suitable as a light source for mounting various measuring instruments.
上記したように、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、図１に示す従来の多波長発振型光パラメトリック発振装置１００がシグナル光あるいはアイドラー光のいずれか一方の波長を機械的に同調することにより、二波長のレーザー光を交互に出力することで二波長光源を実現したのに対し、レーザー出力するレーザー光の波長毎に独立してユニット化された光パラメトリック発振装置たる光パラメトリック発振ユニットを、レーザー出力として得たいレーザー光の波長にあわせて１ユニット以上設けるようにして、複数の波長のレーザー光を同軸または非同軸で同時または交互に出力する多波長光源を実現できる。
As described above, in the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention, the conventional multi-wavelength oscillation type optical
従って、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置によれば、従来の技術と比較すると、複雑な構成を必要とせず、かつ、機械的な波長同調機構を必要としない。 Therefore, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention does not require a complicated configuration and does not require a mechanical wavelength tuning mechanism as compared with the prior art.
このように本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置においては、波長毎にコンパクトな光源をユニット化することができ、冗長性の高い複数波長出力可能な光パラメトリック発振装置を構成することができる。 As described above, in the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention, a compact light source can be unitized for each wavelength, and an optical parametric oscillation device capable of outputting a plurality of wavelengths with high redundancy can be configured. .
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、その構成に複雑で不安定な機械的同調機構を含まないので、安定した波長出力が可能となる。 Further, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention does not include a complicated and unstable mechanical tuning mechanism in its configuration, so that stable wavelength output is possible.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置においては、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の波長を長波長側に波長変換して出力するようにしてもよい。 In the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention, at least one of the signal light corresponding to the excitation light and the idler light may be wavelength-converted to the long wavelength side and output. Good.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置においては、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の波長を短波長側に波長変換して出力するようにしてもよい。 In the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention, at least one of the signal light and the idler light corresponding to the excitation light may be wavelength-converted to the short wavelength side and output. Good.
なお、上記した各実施の形態において、非線形光学結晶の利得が高い場合は、出力結合鏡は必ずしも装置内に設ける必要はなく、体積型回折素子を折り返し鏡として使用した光パラメトリック発生・増幅器としても機能させることが可能である。 In each of the above embodiments, when the gain of the nonlinear optical crystal is high, the output coupling mirror does not necessarily have to be provided in the apparatus, and may be an optical parametric generation / amplifier using a volume diffraction element as a folding mirror. It is possible to make it work.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置においては、体積型回折素子を高反射鏡として用いた一つの光パラメトリック発振装置を構成し、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうちいずれか一方の波長を種光として、後段に公知の光パラメトリック発振器あるいは増幅器を構成してもよい。 Further, in the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention, one optical parametric oscillation device using the volume type diffraction element as a high reflection mirror is configured, and the signal light and idler light corresponding to the excitation light are constituted. A known optical parametric oscillator or amplifier may be configured in the subsequent stage using either one of the wavelengths as seed light.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置においては、体積型回折素子を高反射鏡として用いた一つの光パラメトリック発振装置を構成し、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうちいずれか一方の波長を新たな励起光として、後段に公知の光パラメトリック発振器あるいは増幅器を構成してもよい。 Further, in the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention, one optical parametric oscillation device using the volume type diffraction element as a high reflection mirror is configured, and the signal light and idler light corresponding to the excitation light are constituted. A known optical parametric oscillator or amplifier may be configured in the subsequent stage using either one of the wavelengths as new pumping light.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記における説明に示されているように、一つの光パラメトリック発振ユニットで構成してもよいものであり、即ち、この場合には光パラメトリック発振ユニットが多波長発振型光パラメトリック発振装置そのものとなる。 Further, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to the present invention may be constituted by one optical parametric oscillation unit as shown in the above description, that is, in this case, the optical parametric oscillation unit The oscillation unit becomes the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device itself.
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置や光パラメトリック発振ユニットにおいて用いる励起光は、例えば、波長可変レーザーから出力されたレーザー光を用いることができる。 In addition, as the excitation light used in the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device or the optical parametric oscillation unit according to the present invention, for example, laser light output from a wavelength tunable laser can be used.
ここで、波長可変レーザーとは、例えば、アレキサンドライト結晶やＴｉ：サファイア結晶などを用いた固体レーザー、Ｙｂ添加ファイバーやＹｂ添加ファイバーを用いたファイバーレーザー、ＢＢＯ結晶やＫＴＰ結晶を使用した光パラメトリック発振器や光パラメトリック増幅器などに代表される、広帯域で利得を持つあらゆる媒質を使用したレーザー装置を意味するものとする。 Here, the tunable laser is, for example, a solid laser using an alexandrite crystal or a Ti: sapphire crystal, a fiber laser using a Yb-doped fiber or a Yb-doped fiber, an optical parametric oscillator using a BBO crystal or a KTP crystal, This means a laser apparatus using any medium having a wide band and gain, such as an optical parametric amplifier.
また、上記した各実施の形態においては、非線形光学結晶としてＢＢＯ結晶を用いた場合について説明したが、非線形光学結晶の材質はこれに限られるものではなく、例えば、ＫＴｉＯＰＯ４、ＬｉＢ３Ｏ５、ＢｉＢ３Ｏ６、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３、ＡｇＧａＳ２、ＺｎＧｅＰ２などに代表されるような光パラメトリック発生過程を有するあらゆるバルク結晶あるいは反転分極型結晶、導波路型デバイスなどを用いてもよい。
In each of the above-described embodiments, the case where the BBO crystal is used as the nonlinear optical crystal has been described. However, the material of the nonlinear optical crystal is not limited to this, and for example, KTiOPO4, LiB3O5, BiB3O6, LiNbO3, Any bulk crystal having a parametric generation process such as KNbO 3,
本発明は、差分吸収型レーザーレーダーの光源や、特開２０１０−４２１５８に開示された光超音波断層画像化装置の光源として利用することができるものである。 The present invention can be used as a light source of a differential absorption type laser radar or a light source of an optical ultrasonic tomographic imaging apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-42158.
なお、上記した光超音波断層画像化装置の光源として利用する場合には、生体組織等の特定物質を吸収する第１の波長と生体組織等の特定物質を吸収しない第２の波長とを設定することにより、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置および多波長発振型光パラメトリック発振方法を利用することができるものである。 When used as a light source of the above-described optical ultrasonic tomographic imaging apparatus, a first wavelength that absorbs a specific substance such as biological tissue and a second wavelength that does not absorb the specific substance such as biological tissue are set. By doing so, the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device and the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation method according to the present invention can be used.
１０、１０−Ａ、１０−Ｂ、１１、２０、３０、７０、７２、７７ 光パラメトリック発振ユニット
１２ 体積型回折素子
１４、２４ 出力結合鏡
１６、１６−Ａ、１６−Ｂ ＢＢＯ結晶
１８ 励起光整形光学系
２２ 入力結合鏡
３２ ＳＨＧ結晶
４０、６０ 多波長発振型光パラメトリック発振装置
４２、４４、４６、４８、５０、５２、７３ 励起光高反射鏡
６２−Ａ、６２−Ｂ ヒートシンク
７４ 入力結合鏡
７５ 出力結合鏡
７６、７８ 光パラメトリック発振器
７９ 弁別鏡
８０ 偏光結合プリズム
８２ プリズム
８４ 誘電体ミラー
９０、９２、９４ 回折素子
１００ 多波長発振型光パラメトリック発振装置
１０２ 高反射鏡
１０４ 出力結合鏡
１０６、１０８ ＢＢＯ結晶
１１０ 入力結合鏡
１１２ エタロン
１１４ ＢＢＯ結晶回転機構
１１６ ＢＢＯ結晶回転機構
１１８ エタロン傾斜調整機構
10, 10-A, 10-B, 11, 20, 30, 70, 72, 77 Optical
Claims (18)
レーザー出力するレーザー光の波長毎に独立してユニット化された光パラメトリック発振装置たる光パラメトリック発振ユニットを構成し、
レーザー出力として得たいレーザー光の波長にあわせて前記光パラメトリック発振ユニットを一つ以上設けるようにした
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 In a multi-wavelength optical parametric oscillation device that outputs laser beams of a plurality of wavelengths,
Configure an optical parametric oscillation unit, which is an optical parametric oscillation device that is unitized independently for each wavelength of laser light that is output by the laser,
One or more optical parametric oscillation units are provided in accordance with the wavelength of laser light desired to be obtained as laser output.
前記光パラメトリック発振ユニットは、
光パラメトリック発生過程で得られるシグナル光とアイドラー光とのいずれか一方の波長領域において高回折効率が得られる体積型回折素子を用いて光パラメトリック共振器を構成した
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 The multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to claim 1,
The optical parametric oscillation unit is:
Multi-wavelength oscillation type characterized in that an optical parametric resonator is constructed using a volume type diffractive element capable of obtaining high diffraction efficiency in one of the wavelength range of signal light and idler light obtained in the optical parametric generation process Optical parametric oscillator.
前記光パラメトリック発振ユニットは、
光パラメトリック発生過程で得られるシグナル光とアイドラー光とのいずれか一方の波長領域において高回折効率が得られる体積型回折素子を用いて光パラメトリック増幅器を構成した
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 The multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to claim 1,
The optical parametric oscillation unit is:
Multi-wavelength oscillating light characterized in that an optical parametric amplifier is constructed using a volume type diffractive element capable of obtaining high diffraction efficiency in either wavelength region of signal light or idler light obtained in the process of optical parametric generation Parametric oscillator.
前記光パラメトリック発振ユニットは、励起光が非線形光学結晶のレーザー発振軸と同軸に入射される
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 In the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to any one of claims 1, 2, or 3,
In the optical parametric oscillation unit, the excitation light is incident on the same axis as the laser oscillation axis of the nonlinear optical crystal.
前記光パラメトリック発振ユニットは、励起光が非線形光学結晶のレーザー発振軸と異なる方向から入射される
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 In the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to any one of claims 1, 2, or 3,
In the optical parametric oscillation unit, the excitation light is incident from a direction different from the laser oscillation axis of the nonlinear optical crystal.
前記光パラメトリック発振ユニットは、励起光が波長可変レーザーより出力されたレーザー光である
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 The multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to any one of claims 1, 2, 3, 4, or 5,
The optical parametric oscillation unit is a laser beam in which excitation light is output from a wavelength tunable laser. A multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device.
前記光パラメトリック発振ユニットは、
前記体積型回折素子を設置するヒートシンクを有し、
前記ヒートシンクにより前記体積型回折素子を温調して回折波長をシフトさせて波長同調を行う
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 The multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to any one of claims 2, 3, 4, 5, or 6,
The optical parametric oscillation unit is:
A heat sink for installing the volume type diffraction element;
A multi-wavelength oscillating optical parametric oscillating device characterized in that the volume diffractive element is temperature-controlled by the heat sink to shift the diffraction wavelength to perform wavelength tuning.
励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の波長を長波長側に波長変換して出力する
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 In the multi-wavelength optical parametric oscillation device according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7,
A multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device characterized in that at least one of signal light and idler light corresponding to excitation light is wavelength-converted to the long wavelength side and output.
励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の波長を短波長側に波長変換して出力する
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 In the multi-wavelength optical parametric oscillation device according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7,
A multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device characterized in that at least one of signal light and idler light corresponding to excitation light is wavelength-converted to a short wavelength side and output.
前記光パラメトリック発振ユニットの後段に、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の出力を種光とする光パラメトリック発振器を有する
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 The multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, and 9. In the device
A multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation characterized by having an optical parametric oscillator using, as a seed light, an output of at least one of signal light corresponding to pumping light and idler light at a subsequent stage of the optical parametric oscillation unit apparatus.
前記光パラメトリック発振ユニットの後段に、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の出力を種光とする光パラメトリック増幅器を有する
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 The multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, and 9. In the device
A multi-wavelength oscillating optical parametric oscillation characterized by having an optical parametric amplifier using, as a seed light, an output of at least one of signal light and idler light corresponding to pumping light after the optical parametric oscillation unit apparatus.
前記光パラメトリック発振ユニットの後段に、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の出力を新たな励起光とする光パラメトリック発振器を有する
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 The multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, and 9. In the device
A multi-wavelength oscillation type light having an optical parametric oscillator that uses at least one of signal light and idler light corresponding to pump light as a new pump light after the optical parametric oscillation unit Parametric oscillator.
前記光パラメトリック発振ユニットの後段に、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の出力を新たな励起光とする光パラメトリック増幅器を有する
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 The multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, and 9. In the device
A multi-wavelength oscillation type light having an optical parametric amplifier that uses at least one of signal light corresponding to excitation light and idler light as new excitation light after the optical parametric oscillation unit Parametric oscillator.
前記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれのレーザー出力を同軸上へ合成する偏光結合プリズムと
を有することを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 Claim 1, Claim 2, Claim 3, Claim 4, Claim 5, Claim 6, Claim 7, Claim 8, Claim 9, Claim 11, Claim 12, or Claim In the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to any one of 13,
A multi-wavelength oscillating optical parametric oscillating device comprising: a polarization coupling prism that synthesizes the laser outputs of the optical parametric oscillating units coaxially.
前記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれのレーザー出力を同軸上へ合成するプリズムと
を有することを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 Claim 1, Claim 2, Claim 3, Claim 4, Claim 5, Claim 6, Claim 7, Claim 8, Claim 9, Claim 11, Claim 12, or Claim In the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to any one of 13,
A multi-wavelength oscillating optical parametric oscillating device comprising: a prism that synthesizes the laser outputs of the optical parametric oscillating units coaxially.
前記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれのレーザー出力を同軸上へ合成する誘電体ミラーと
を有することを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 Claim 1, Claim 2, Claim 3, Claim 4, Claim 5, Claim 6, Claim 7, Claim 8, Claim 9, Claim 11, Claim 12, or Claim In the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to any one of 13,
A multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device, comprising: a dielectric mirror that synthesizes the laser outputs of the optical parametric oscillation units coaxially.
前記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれのレーザー出力を同軸上へ合成する回折素子と
を有することを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。 Claim 1, Claim 2, Claim 3, Claim 4, Claim 5, Claim 6, Claim 7, Claim 8, Claim 9, Claim 11, Claim 12, or Claim In the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation device according to any one of 13,
A multi-wavelength oscillating optical parametric oscillating device comprising: a diffractive element for synthesizing laser outputs of the optical parametric oscillating units coaxially.
レーザー出力するレーザー光の波長毎に独立してユニット化された光パラメトリック発振装置たる光パラメトリック発振ユニットを、レーザー出力として得たいレーザー光の波長にあわせて一つ以上設け、前記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれからレーザー光をレーザー出力する
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振方法。 In the multi-wavelength oscillation type optical parametric oscillation method for outputting laser beams of a plurality of wavelengths,
At least one optical parametric oscillation unit, which is an optical parametric oscillation device unitized independently for each wavelength of the laser beam to be output, is provided according to the wavelength of the laser beam to be obtained as a laser output. A multi-wavelength oscillating optical parametric oscillation method characterized by laser output of laser light from each.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015105932A JP2016218373A (en) | 2015-05-25 | 2015-05-25 | Multiwavelength oscillation type optical parametric oscillation device and multiwavelength oscillation type optical parametric oscillation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015105932A JP2016218373A (en) | 2015-05-25 | 2015-05-25 | Multiwavelength oscillation type optical parametric oscillation device and multiwavelength oscillation type optical parametric oscillation method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016218373A true JP2016218373A (en) | 2016-12-22 |
Family
ID=57582007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015105932A Pending JP2016218373A (en) | 2015-05-25 | 2015-05-25 | Multiwavelength oscillation type optical parametric oscillation device and multiwavelength oscillation type optical parametric oscillation method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2016218373A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109149346A (en) * | 2018-08-30 | 2019-01-04 | 长春理工大学 | A kind of more optical parametric oscillators realized Energy Reversal and change intracavitary regulation |
| CN109842012A (en) * | 2019-03-19 | 2019-06-04 | 中国计量科学研究院 | For exporting the generating device of laser and method of multiwavelength laser |
| CN110888118A (en) * | 2019-11-18 | 2020-03-17 | 中国科学院上海技术物理研究所 | Differential absorption laser radar transmitter for detecting atmospheric pressure |
| JP2020144164A (en) * | 2019-03-04 | 2020-09-10 | 日本電信電話株式会社 | Optical signal processor |
| WO2023234322A1 (en) * | 2022-06-01 | 2023-12-07 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Laser oscillator and laser oscillation method |
-
2015
- 2015-05-25 JP JP2015105932A patent/JP2016218373A/en active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109149346A (en) * | 2018-08-30 | 2019-01-04 | 长春理工大学 | A kind of more optical parametric oscillators realized Energy Reversal and change intracavitary regulation |
| JP2020144164A (en) * | 2019-03-04 | 2020-09-10 | 日本電信電話株式会社 | Optical signal processor |
| JP7153271B2 (en) | 2019-03-04 | 2022-10-14 | 日本電信電話株式会社 | optical signal processor |
| CN109842012A (en) * | 2019-03-19 | 2019-06-04 | 中国计量科学研究院 | For exporting the generating device of laser and method of multiwavelength laser |
| CN110888118A (en) * | 2019-11-18 | 2020-03-17 | 中国科学院上海技术物理研究所 | Differential absorption laser radar transmitter for detecting atmospheric pressure |
| CN110888118B (en) * | 2019-11-18 | 2023-05-05 | 中国科学院上海技术物理研究所 | Differential absorption laser radar transmitter for detecting atmospheric pressure |
| WO2023234322A1 (en) * | 2022-06-01 | 2023-12-07 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Laser oscillator and laser oscillation method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7724788B2 (en) | Wavelength-agile laser transmitter using optical parametric oscillator | |
| JP3909867B2 (en) | Laser equipment | |
| JP4749156B2 (en) | Electromagnetic wave generator | |
| US5291503A (en) | Internally stimulated optical parametric oscillator/laser | |
| JP3997450B2 (en) | Wavelength converter | |
| JP2016218373A (en) | Multiwavelength oscillation type optical parametric oscillation device and multiwavelength oscillation type optical parametric oscillation method | |
| JP5388166B2 (en) | Terahertz wave generator and method | |
| CN110112642B (en) | Optical parametric oscillator | |
| US6295160B1 (en) | Broad tuning-range optical parametric oscillator | |
| JP2004219967A (en) | Terahertz wave generator and measuring apparatus thereof | |
| JP6532295B2 (en) | Multi-wavelength laser oscillation apparatus and multi-wavelength laser oscillation method | |
| JP2006171624A (en) | Terahertz wave generation system | |
| JP4276323B2 (en) | Terahertz wave generator | |
| JP2007052288A (en) | Beam generator and terahertz beam generator provided with the same | |
| JP4531163B2 (en) | Optical parametric oscillator | |
| JP2010066381A (en) | Wavelength variable terahertz wave generating apparatus | |
| JP6542874B2 (en) | Method and apparatus for generating cavity enhanced broadband intrapulse difference frequency | |
| US9170470B1 (en) | Non-planer, image rotating optical parametric oscillator | |
| JP2001024264A (en) | Wavelength converting laser device | |
| JP2010066380A (en) | Wavelength variable terahertz wave generating apparatus | |
| US5734666A (en) | Method for selecting wavelength in wavelength-tunable lasers and laser oscillators capable of selecting wavelengths in wavelength-tunable lasers | |
| CN211351244U (en) | Nanosecond pulse narrow-linewidth optical parametric oscillator for seed light injection | |
| Berrou et al. | Fine frequency tuning and±3 MHz frequency stabilisation of a nanosecond mid-infrared doubly resonant optical parametric oscillator | |
| CN107482433A (en) | Optical parametric oscillator | |
| JP2007052289A (en) | Beam generator and terahertz beam generator provided with the same |