JP3385328B2 - 光パラメトリック発振器 - Google Patents

光パラメトリック発振器

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JP3385328B2
JP3385328B2 JP21757399A JP21757399A JP3385328B2 JP 3385328 B2 JP3385328 B2 JP 3385328B2 JP 21757399 A JP21757399 A JP 21757399A JP 21757399 A JP21757399 A JP 21757399A JP 3385328 B2 JP3385328 B2 JP 3385328B2
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mirror
optical
idler
resonator
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克幸 笠井
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    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/39Non-linear optics for parametric generation or amplification of light, infrared or ultraviolet waves

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  • Nonlinear Science (AREA)
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、発振波長を連続的
に変化させることが可能な光パラメトリック発振器に関
するものである。 【0002】 【従来の技術】周波数可変のコヒーレント光源(レーザ
光源)を得ることが可能な光パラメトリック発振器は、
分光学、光化学、物性研究をはじめ、光情報処理、制
御、通信などの分野、生体光情報計測における光CT
(Optical Computed Tomogra
phy)の光源に利用できるほか、様々な医療分野、医
療環境での応用にも期待されている。また、周波数可変
の非古典的な光の発生などの量子光学の分野でも利用で
きる。 【0003】従来の一般的な光パラメトリック発振器
は、2枚のミラーで構成した光共振器内に非線形材料
(非線形結晶)を挿入した構造となっている。コヒーレ
ントな光(励起光、ポンプ光、角周波数ωp )で励起し
た時に、その角周波数ωp を位相整合条件に応じて任意
の割合に分割して、角周波数ωs のシグナル光と角周波
数ωi のアイドラ光の出力を得ることができる。 【0004】光共振器の構造として、シグナル光とアイ
ドラ光の双方に共振を取る双共振型(DRO:Doub
ly Resonant Optical Param
etric Oscillator)の光パラメトリッ
ク発振器と、いずれか一方の光波についてのみ共振させ
る単共振型(SRO:Singly Resonant
Optical Parametric Oscil
lator)の光パラメトリック発振器がある。DRO
型の光パラメトリック発振器ではSRO型の光パラメト
リック発振器に比べて、はるかに発振のしきい値が低く
なるという利点を持っているが発振の動作が不安定であ
り、後に述べるように連続的な周波数可変が不可能であ
る。一方、SRO型の光パラメトリック発振器では、発
振のしきい値が大きくなってしまうため、ポンプ光源と
して高出力のレーザを必要とし、特に、CW(Cont
inuous Wave)の光源による光パラメトリッ
ク発振を得ることは困難となる。 【0005】ここで、光パラメトリック発振では、ポン
プ光の角周波数ωp 、シグナル光の角周波数ωs 、アイ
ドラ光の角周波数ωi には、下記に示す式1のような関
係が成立しなければならない。 【0006】 ωp =ωs +ωi …式1 【0007】すなわち、DRO型の光パラメトリック発
振器において周波数可変のために共振器光学長を変化さ
せた場合、ωs とωi の両方の共振周波数が同時に増大
もしくは減少するため、式1の関係を維持できなくな
る。このため、DRO型の光パラメトリック発振器で
は、周波数可変動作時にモードホップを起こして発振が
断続的となり、連続的な周波数可変の可能な出力を得る
ことができないのである。 【0008】これに対して、SRO型の光パラメトリッ
ク発振器であれば、シグナル光もしくはアイドラ光の一
方のみを共振させるので、上記の式1の関係を崩すこと
なく周波数を変えることが可能なのである。 【0009】そこで、DRO型の光パラメトリック発振
器においては、シグナル光とアイドラ光のための光共振
器を別々に構成することで、シグナル光とアイドラ光を
別々に共振させる方法が提案されている。 【0010】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シグナ
ル光とアイドラ光のための光共振器を別々に構成したD
RO型の光パラメトリック発振器では、連続的に共振周
波数を変化させるために、各々の共振器光学長を別々に
制御する必要があり、連続して周波数可変動作を行うこ
とは困難である。 【0011】そこで、本発明は、CWとパルスの両方を
光源として用いることができると共に発振安定度の高い
DRO光パラメトリック発振器で、シグナル光とアイド
ラ光を同時に共振させると共に、上記の式1の関係を崩
すことなく連続的な発振波長の可変動作を可能とするも
のである。 【0012】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に係る光パラメトリック発振器(例えば、
第1実施形態に係る光パラメトリック発振器1)は、ポ
ンプ光が非線形素子(例えば、TYPE-II 型の非線形
結晶12)を通過した出力光を、シグナル光とアイドラ
光とに分離する光分離手段(例えば、偏光ビームスプリ
ッタ13)と、上記光分離手段により分離された角周波
数ωs のシグナル光を入力端からエンドミラーまでの共
振器光学長Ls で共振させるシグナル光共振手段(例え
ば、入出力ミラー11,非線形結晶12,偏光ビームス
プリッタ13,中継ミラー14a,共通エンドミラー1
5)と、上記光分離手段により分離された角周波数ωi
のアイドラ光を入力端からエンドミラーまでの共振器光
学長Li で共振させるアイドラ光共振手段(例えば、入
出力ミラー11,非線形結晶12,偏光ビームスプリッ
タ13,中継ミラー14b,共通エンドミラー15)
と、を備え、上記シグナル光共振手段の共振器光学長L
s と上記アイドラ光共振手段の共振器光学長Li とが、
「Li /Ls =ωi /ωs 」を満たすように設定してお
き、上記シグナル光共振手段のエンドミラーとして機能
するシグナル光反射面と、アイドラ光共振手段のエンド
ミラーとして機能するアイドラ光反射面とを対向状に形
成してなる共通エンドミラー(15)を、最大可変範囲
δL(Max) が「δL(Max) =2Cγ/[ω s −ω p ×L
s /(L s +L i )]」(Cは光速,γは光共振器のロ
スパラメータ)を満たす範囲内で変位させることによ
、シグナル光とアイドラ光との振を持続させたまま
連続的に周波数の可変動作を行うものとしたことを特徴
とする。【0013】 【発明の実施の形態】次に、添付図面に基づいて、本発
明に係る光パラメトリック発振器の実施形態を説明す
る。 【0014】先ず、本発明の動作原理を詳述する。DR
O型の光パラメトリック発振器において連続的な周波数
可変動作を得るためには、発振が持続するような関係の
もとにシグナル光とアイドラ光の各々の共振器光学長を
変化させる必要がある。ここで、シグナル光とアイドラ
光の各々の共振器のエンドミラーを共通のミラーとすれ
ば、各々の共振器光学長を相補的(差動的)に動作させ
ることができ、共通のミラーの位置を変化させること
で、シグナル光の共振器光学長とアイドラ光の共振器光
学長が同時に変化することとなる。なお、シグナル光用
のエンドミラーとアイドラ光用のエンドミラーを別々と
しても、両エンドミラーを同一方向へ同一量だけ同時に
変位させれば、共通エンドミラーを用いたのと実質的に
等価である。 【0015】上記のように、シグナル光とアイドラ光の
各々の共振器のエンドミラーを共通のミラー(もしく
は、その等価手段)とした場合、共通のミラーを移動さ
せてシグナル光の共振器光学長を長くした時には、アイ
ドラ光の共振器光学長は短くなって、シグナル光の共振
周波数が減少し、アイドラ光の共振周波数が増大するの
に対し、共通のミラーを移動させてシグナル光の共振器
光学長を短くした時には、アイドラ光の共振器光学長は
長くなって、シグナル光の共振周波数が増大し、アイド
ラ光の共振周波数が減少する。 【0016】したがって、シグナル光とアイドラ光の各
々の光共振器のエンドミラーを共通化することにより、
共通のミラーを変位させた時に、一方の共振器光学長が
増大すると共に他方の共振器光学長が減少することにな
る。このようにシグナル光とアイドラ光の各共振器光学
長を相補的に変化させて、周波数可変動作を可能とする
には、シグナル光共振器における共振器光学長Ls と発
振の角周波数ωs とアイドラ光共振器における共振器光
学長Li と発振の角周波数ωi と入力ポンプ光の角周波
数ωp の間に、下記の式2および式3の関係が成立する
必要がある。 【0017】 Ls /(Ls +Li )=ωs /ωp …式2 【0018】 Li /(Ls +Li )=ωi /ωp …式3 【0019】上記の式2および式3は、シグナル光共振
器とアイドラ光共振器の各共振器光学長および角周波数
が下記の式4の比率を満たすのと等価である。 【0020】 Li /Ls =ωi /ωs …式4 【0021】すなわち、アイドラ光共振器とシグナル光
共振器の各共振器光学長と角周波数が上記の式4を満た
すように設定しておけば、共通のミラーを動かすことに
よって連続的な周波数可変動作を行いながら、式1を満
足させることが可能となり、光パラメトリック発振を持
続させることが可能となる。 【0022】なお、シグナル光とアイドラ光の分離に際
して、TYPE-II 型の非線形結晶を用いる場合は、シ
グナル光とアイドラ光の偏光が直交して出力されるの
で、偏光ビームスプリッタ等を用いてシグナル光とアイ
ドラ光を分離することができ、TYPE-I型の非線形結
晶を用いる場合は、プリズム等を用いてシグナル光とア
イドラ光を分離することができる。そして、シグナル光
とアイドラ光を分離した後は、中継ミラー等を介して共
通のエンドミラーへ導くことで各々の光共振器における
共振器光学長を任意に可変設定することができる。 【0023】上記したように、シグナル光共振器とアイ
ドラ光共振器の各共振器光学長および角周波数が式4
(あるいは式2および式3)を満たすように設定した状
態で、上記式1を満たす周波数可変動作範囲について、
共通エンドミラーの変位量δLの最大可変範囲δL(Ma
x) は次式(式5)で表すことができる。なお、Cは光
速、γは光共振器のロスパラメータであり、光共振器内
の損失を無視できる場合、出力ミラーの透過率をTとし
た時に、γ=T/2で近似的に表せる。 【0024】 δL(Max) =2Cγ/[ωs −ωp ×Ls /(Ls +Li )] …式5 【0025】ようするに、両共振器で共用される共通の
ミラーをδL(Max) の範囲内で変位させれば、シグナル
光とアイドラ光の発振は各々の光共振器の共振範囲内に
入るため、発振を持続させることができる。また、式5
における右辺の分母は、式4(あるいは式2および式
3)が十分に成立していれば、零もしくは無視し得る程
度に微少となるため、δL(Max) を非常に大きく取るこ
とができる。従って、大きな周波数(波長)可変領域を
得ることができるのである。 【0026】図1に示す第1実施形態に係る光パラメト
リック発振器1は、ポンプ光の入力ミラーとシグナル光
およびアイドラ光の出力ミラーを兼用する入出力ミラー
11からTYPE-II 型の非線形結晶12へポンプ光を
入力し、非線形結晶12から出てくるシグナル光とアイ
ドラ光を偏光ビームスプリッタ13で分離し、それぞれ
中継ミラー14a,14bを介して共通エンドミラー1
5へ導くものである。 【0027】すなわち、入出力ミラー11,非線形結晶
12,偏光ビームスプリッタ13,中継ミラー14a,
共通エンドミラー15をシグナル光共振手段とすること
で光パラメトリック発振器1内に共振器光学長Ls のシ
グナル光共振器を構成できると共に、入出力ミラー1
1,非線形結晶12,偏光ビームスプリッタ13,中継
ミラー14b,共通エンドミラー15をアイドラ光共振
手段とすることで光パラメトリック発振器1内に共振器
光学長Li のアイドラ光共振器を構成できるのである。 【0028】なお、共通エンドミラー15は両面にミラ
ーコーティングを施した凹面ミラーとしてあり、上述し
たように、この共通エンドミラー15を中継ミラー14
a,14bの間で変位させた時に、連続周波数(波長)
可変特性が得られる。この時、シグナル光およびアイド
ラ光の入射角を変えることの無いよう共通エンドミラー
15を変位させることは、人為的操作では非常に困難で
あるから、スライドガイド等に沿って共通エンドミラー
15を変位させるような機構を設けておくことが望まし
い。更に、共通エンドミラー15の変位動作を適宜な駆
動機構により行うようにしても良いし、コンピュータ等
で構成した制御装置によって駆動機構の緻密な制御を行
えるようにしても良い。 【0029】また、光パラメトリック発振器1におい
て、入出力ミラー11は平面ミラーに限らず、凹面ミラ
ーよりなる入出力ミラー11′や凸面ミラー11″に代
えても構わない。 【0030】図2に示す光パラメトリック発振器1′
は、シグナル光用エンドミラー15aとアイドラ光用エ
ンドミラー15bとを固着部材15cを介して固定した
共通エンドミラー等価手段15′を用いるようにして
も、共通エンドミラー15と同様な効果を期せる。な
お、固着部材15cには、熱膨張や収縮による変化が生
じない材料を用いることが望ましい。 【0031】上記した光パラメトリック発振器1,1′
において、入力光(ポンプ光)と出力光(シグナル光お
よびアイドラ光)を分離する手段は、公知既存のものを
適宜に使えばよい。例えば、図3に示す如く、波長の違
いによって反射と透過を示すダイクロイックミラーを用
いる場合、ダイクロイックミラー16によって入力光
(ポンプ光)を透過させて入出力ミラー11へ到達さ
せ、該入出力ミラー11からの出力光(シグナル光およ
びアイドラ光)をダイクロイックミラー16で反射させ
ることで、シグナル光とアイドラ光をポンプ光から分離
することができる。 【0032】なお、図4に示す如く、ダイクロイックミ
ラー16によって入力光(ポンプ光)を反射させて入出
力ミラー11へ到達させ、該入出力ミラー11からの出
力光(シグナル光およびアイドラ光)をダイクロイック
ミラー16を透過させることによっても、シグナル光と
アイドラ光をポンプ光から分離することができる。 【0033】また、図5に示す光パラメトリック発振器
1″は、例えば、反射率90〜99%のミラーを第1中
継・出力ミラー14a′および第2中継・出力ミラー1
4b′として用い、偏光ビームスプリッタ13側から第
1中継・出力ミラー14a′を透過したシグナル光を第
1誘導ミラー17aにより、共通エンドミラー15側か
ら第1中継・出力ミラー14a′を透過したシグナル光
を第2誘導ミラー18aにより、各々合成用ハーフミラ
ー19aへ誘導し、第1誘導ミラー17aから合成用ハ
ーフミラー19aに入射したシグナル光と第2誘導ミラ
ー18aから合成用ハーフミラー19aで反射されたシ
グナル光との合成波を取得し、偏光ビームスプリッタ1
3側から第2中継・出力ミラー14b′を透過したアイ
ドラ光を第1誘導ミラー17bにより、共通エンドミラ
ー15側から第2中継・出力ミラー14b′を透過した
アイドラ光を第2誘導ミラー18bにより、各々合成用
ハーフミラー19bへ誘導し、第1誘導ミラー17bか
ら合成用ハーフミラー19bで反射されたアイドラ光と
第2誘導ミラー18bから合成用ハーフミラー19bに
入射したアイドラ光との合成波を取得するものである。 【0034】なお、合成用ハーフミラー19a,19b
における光の合成の原理としては、光の波の干渉作用を
用いるもので、合成用ハーフミラー19a,19bの各
ミラーにおける何れか一方の面において透過波と反射波
の位相が重なり合う場合には、他方の面では透過波と反
射波の位相が180度ずれることから打ち消し合って出
力がゼロになることを利用し、ハーフミラー19aの一
方の面よりシグナル光の合成波を取り出すと共に、ハー
フミラー19bの一方の面よりアイドラ光の合成波を取
り出すのである。 【0035】この時、第1誘導ミラー17aからのシグ
ナル光と第2誘導ミラー18aからのシグナル光との位
相を合致させるような微調整と、第1誘導ミラー17b
からのアイドラ光と第2誘導ミラー18bからのアイド
ラ光との位相を合致させるような微調整を行う必要があ
り、図5に示す例では、第1誘導ミラー17a,17b
を反射角を変えないように移動させるものとしてある。
なお、第1誘導ミラー17a,17bの変位は、シグナ
ル光もしくはアイドラ光の波長オーダーであり、合成用
ハーフミラー19a,19bに結ぶビーム径のサイズは
第1誘導ミラー17a,17bの変位量に比して十分大
きいので、第1誘導ミラー17a,17bの変位に伴う
合成用ハーフミラー19a,19b上のビーム合成位置
のずれは実用上は無視できる程度のものである。 【0036】図6に示す第2実施形態に係る光パラメト
リック発振器2は、ポンプ光の入力ミラーとシグナル光
およびアイドラ光の出力ミラーを兼用する入出力ミラー
21からTYPE-II 型の非線形結晶22へポンプ光を
入力し、非線形結晶22から出てくるシグナル光とアイ
ドラ光をキューブ型の偏光ビームスプリッタ23で分離
し、それぞれ中継ミラー24a,24bを介して共通エ
ンドミラー25へ導くものである。入力光と出力光の分
離や2枚のエンドミラーによる共通エンドミラー25の
等価置換等は、上述した第1実施形態のものがそのまま
適用可能である。 【0037】図7に示す第3実施形態に係る光パラメト
リック発振器3は、ポンプ光の入力ミラーとシグナル光
およびアイドラ光の出力ミラーを兼用する入出力ミラー
31からTYPE-II 型の非線形結晶32へポンプ光を
入力し、非線形結晶32から出てくるシグナル光とアイ
ドラ光を偏光ビームスプリッタ33で分離し、偏光ビー
ムスプリッタ33を透過したシグナル光を共通エンドミ
ラー35で直接受け、偏光ビームスプリッタ33で反射
されたアイドラ光を中継ミラー34a,34bを介して
共通エンドミラー35へ導くものである。 【0038】また、図8に示す光パラメトリック発振器
3′は、ポンプ光の入力ミラーとシグナル光およびアイ
ドラ光の出力ミラーを兼用する入出力ミラー31からT
YPE-II 型の非線形結晶32へポンプ光を入力し、非
線形結晶32から出てくるシグナル光とアイドラ光を偏
光ビームスプリッタ33で分離し、偏光ビームスプリッ
タ33を透過したシグナル光を中継ミラー34a,34
bを介して共通エンドミラー35へ導き、偏光ビームス
プリッタ33で反射されたアイドラ光を共通エンドミラ
ー35で直接受けるものである。 【0039】すなわち、シグナル光共振器光学長Ls
アイドラ光共振器光学長Li とシグナル光の角周波数ω
s とアイドラ光の角周波数ωi とが、上記の式4(ある
いは式2および式3)を満たすように設定されていれ
ば、各共振器の共振器光学長をどのようなルートで設定
するかは特に限定されるものではない。 【0040】図9に示す第4実施形態に係る光パラメト
リック発振器4は、ポンプ光の入力ミラーとシグナル光
およびアイドラ光の出力ミラーを兼用する入出力ミラー
41からTYPE-II 型の非線形結晶42へポンプ光を
入力し、非線形結晶42から出てくるシグナル光とアイ
ドラ光を偏光ビームスプリッタ23で分離し、それぞれ
凹面ミラーの中継ミラー44a,44bを介して平面ミ
ラーよりなる共通エンドミラー45へ導くものである。 【0041】また、図10に示す第5実施形態に係る光
パラメトリック発振器5は、ポンプ光の入力ミラーとシ
グナル光およびアイドラ光の出力ミラーを兼用する入出
力ミラー51からTYPE-II 型の非線形結晶52へポ
ンプ光を入力し、非線形結晶52から出てくるシグナル
光とアイドラ光を偏光ビームスプリッタ53で分離し、
それぞれ平面ミラーの中継ミラー54a,54bを介し
て平面ミラーよりなる共通エンドミラー55へ導くもの
である。この光パラメトリック発振器5は、励起光源と
してパルスレーザを用いるなどしてパラメトリックゲイ
ンを大きくした場合や、将来的に非線形素子の素子特性
の向上で十分なゲインを得られる場合に適用できるもの
である。 【0042】上記のような中継ミラーおよび共通エンド
ミラーに平面ミラーを用いた光パラメトリック発振器に
おいても、CWを励起光源に使用して安定した発振動作
を期せる実施形態を図11に基づいて説明する。 【0043】すなわち、図11に示す第6実施形態に係
る光パラメトリック発振器6は、ポンプ光の入力ミラー
とシグナル光およびアイドラ光の出力ミラーを兼用する
入出力ミラー61からTYPE-II 型の非線形結晶62
へポンプ光を入力し、非線形結晶62から出てくるシグ
ナル光とアイドラ光を偏光ビームスプリッタ63で分離
し、それぞれ平面ミラーよりなる中継ミラー64a,6
4bを介して平面ミラーよりなる共通エンドミラー65
へ導くものであるが、偏光ビームスプリッタ63と中継
ミラー64aとの間にレンズ66aを、偏光ビームスプ
リッタ63と中継ミラー64bとの間にレンズ66bを
各々配するものとしてある。このように、レンズ66
a,66bを入れることにより、CWで安定した発振動
作を期すことができる。なお、レンズの配設位置は光共
振器の設計に応じて適宜に定まる場所に設定してあれば
良く、本実施形態の位置には限定されない。 【0044】上述した第5実施形態や第6実施形態のよ
うに、光パラメトリック発振器の共通エンドミラーを平
面ミラーとする場合、例えば、共通エンドミラー55,
65におけるシグナル光共振器側の第1面55a,65
aのみをミラーコーティングとして、他方のアイドラ光
共振器側の第2面55b,65bはAR(Anit−R
eflection Coating)を施すだけで良
いので、共通エンドミラー55,65に用いるミラー材
質の厚さに起因した熱膨張などの影響を受け難くなり、
より安定した発振の期せる光パラメトリック発振器とす
ることができる。なお、共通エンドミラー55,65に
おけるアイドラ光共振器側の第2面55b,65bをミ
ラーコーティングとして、他方のシグナル光共振器側の
第1面55a,65aにARを施した場合でも同様の効
果を期せる。また、共通エンドミラー等価手段として、
シグナル光用エンドミラーとアイドラ光用エンドミラー
とを固着部材を介して固定したものを用いても良い。 【0045】図12に示す第7実施形態に係る光パラメ
トリック発振器7は、ポンプ光の入力ミラーとシグナル
光およびアイドラ光の出力ミラーを兼用する入出力ミラ
ー71からTYPE-I型の非線形結晶72へポンプ光を
入力し、非線形結晶72から出てくるシグナル光とアイ
ドラ光をプリズム73で分離し、それぞれ中継ミラー7
4a,74bを介して共通エンドミラー75へ導くもの
である。すなわち、TYPE-I型の非線形結晶を用いた
場合でも、上述した各実施形態と同様なシグナル光共振
手段およびアイドラ光共振手段を構成できる。なお、入
力光と出力光との分離に際しては、上述したダイクロイ
ックミラーによる分離法のほか、偏光ビームスプリッタ
による分離も可能である。 【0046】図13に示す第8実施形態に係る光パラメ
トリック発振器8は、ポンプ光の入力ミラーとシグナル
光およびアイドラ光の出力ミラーを兼用する入出力ミラ
ーを廃し、TYPE-II 型の非線形結晶81のポンプ光
入力側の結晶端面81aに反射コーティングを施したも
のを用い、非線形結晶81から出てくるシグナル光とア
イドラ光を偏光ビームスプリッタ82で分離し、それぞ
れ中継ミラー83a,83bを介して共通エンドミラー
84へ導くものである。なお、TYPE-I型の非線形結
晶に対してポンプ光入力側の結晶端面に反射コーティン
グを施した場合でも、同様の効果を期せる。 【0047】図14に示す第9実施形態に係る光パラメ
トリック発振器9は、ポンプ光の入力ミラーとシグナル
光およびアイドラ光の出力ミラーを兼用する入出力ミラ
ー91からTYPE-II 型の非線形結晶92へポンプ光
を入力し、非線形結晶92から出てくるシグナル光とア
イドラ光を偏光ビームスプリッタ93で分離し、それぞ
れ中継ミラー94a,94bを介して共通エンドミラー
95へ導くものであるが、非線形結晶92のポンプ光入
力側の結晶端面92aにシグナル光とアイドラ光のため
の反射コーティングを施すと共に、上記結晶端面92a
と相対向する面である結晶端面92bにポンプ光のため
の反射ミラーコーティングを施すことでポンプ光も同時
に共振させる3波共振型の光パラメトリック発振器(T
RO:Triply Resonant Optica
l Parametric Oscillator)を
構成することが可能となる。これにより、非線形結晶内
でのポンプ光の強度が増大するため、発振しきい値を極
めて小さくすることが可能となる。なお、TYPE-I型
の非線形結晶に対して、ポンプ光入力側の結晶端面にシ
グナル光とアイドラ光のための反射コーティングを施す
と共に、ポンプ光入力側の結晶端面と相対向する結晶端
面にポンプ光のための反射ミラーコーティングを施した
場合でも、同様の効果を期せる。【0048】 【発明の効果】以上説明したように、請求項1に係る光
パラメトリック発振器によれば、光分離手段により角周
波数ωs のシグナル光と角周波数ωi のアイドラ光に各
々分離して、シグナル光共振手段によってシグナル光を
共振器光学長Ls で共振させ、アイドラ光共振手段によ
ってアイドラ光を共振器光学長Li で共振させ、シグナ
ル光共振手段の共振器光学長Ls と上記アイドラ光共振
手段の共振器光学長Liとが「Li /Ls =ωi
ωs 」を満たすように設定した状態で、共通エンドミラ
ーを、最大可変範囲δL(Max) が「δL(Max) =2Cγ
/[ω s −ω p ×L s /(L s +L i )]」を満たす範
囲内で変位させることにより、シグナル光とアイドラ光
振を持続させたまま連続的に周波数の可変動作を
行えるようにしたので、シグナル光とアイドラ光の双方
に共振をとるDRO型光パラメトリック発振器におい
て、周波数(波長)を連続的に可変することが可能とな
る。 【0049】従って、連続周波数(波長)可変動作を得
られるものの発振しきい値が高いSRO型光パラメトリ
ック発振器に頼ることなく、周波数の連続可変が可能な
DRO型光パラメトリック発振器を実現できるので、発
振のしきい値を低く抑えることができ、出力の小さい商
用のレーザ等をポンプ光源とすることができると共に、
高効率で安定した発振を得ることが可能となる。 【0050】さらに、請求項1に係る光パラメトリック
発振器においては、光分離手段によってシグナル光とア
イドラ光を分離すると共に、シグナル光共振手段とアイ
ドラ光共振手段を別々に設けるものとしたので、旧来の
シグナル光とアイドラ光の光共振器を同一とする構造の
光パラメトリック発振器の如く、共振器ミラーの振動な
どによる共振器の極くわずかなずれに起因して発振条件
を満足する共振モードの組み合わせが変化することでモ
ードジャンピングが生じ、発振が不安定になるような虞
れがない。 【0051】加えて、シグナル光共振手段のエンドミラ
ーとアイドラ光共振手段のエンドミラーとを共通エンド
ミラーで共用するものとしたので、共通エンドミラーを
移動させるだけで、シグナル光共振手段のエンドミラー
とアイドラ光共振手段のエンドミラーを同一方向へ同一
量だけ同時に変位させることができ、煩雑な共振器長の
変位制御動作を行う必要がない。しかも、シグナル光共
振手段のエンドミラーとアイドラ光共振手段のエンドミ
ラーとが共通であるため、たとえ共通エンドミラーが振
動して共振器長が微動するようなことがあっても、発振
条件が崩れることなく保持されるので、安定な発振が得
られるという効果もある
【図面の簡単な説明】 【図1】光パラメトリック発振器の第1実施形態を示す
概略構成図である。 【図2】第1実施形態における共通エンドミラーを等価
手段に置き換えた概略構成図である。 【図3】第1実施形態における入力光と出力光の分離方
法の第1例を示す概略構成図である。 【図4】第1実施形態における入力光と出力光の分離方
法の第2例を示す概略構成図である。 【図5】第1実施形態における入力光と出力光の分離方
法の第3例を示す概略構成図である。 【図6】光パラメトリック発振器の第2実施形態を示す
概略構成図である。 【図7】光パラメトリック発振器の第3実施形態を示す
概略構成図である。 【図8】第3実施形態における共通エンドミラーの配設
位置を変えた概略構成図である。 【図9】光パラメトリック発振器の第4実施形態を示す
概略構成図である。 【図10】光パラメトリック発振器の第5実施形態を示
す概略構成図である。 【図11】光パラメトリック発振器の第6実施形態を示
す概略構成図である。 【図12】光パラメトリック発振器の第7実施形態を示
す概略構成図である。 【図13】光パラメトリック発振器の第8実施形態を示
す概略構成図である。 【図14】光パラメトリック発振器の第9実施形態を示
す概略構成図である 【符号の説明】 1 光パラメトリック発振器 11 入出力ミラー 12 非線形結晶 13 偏光ビームスプリッタ 14a 中継ミラー 14b 中継ミラー 15 共通エンドミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クロード ファーブル フランス共和国 75252 パリ セデッ クス 05 ジュシュー広場 4 カズ 74 トゥール 12 ピエール エ マリ ー キュリー 大学 キャスレ ブロッ セル 研究所内 (56)参考文献 特開 平10−213829(JP,A) Appl.Phys.B 66,P. P.133−143(1998) Appl.Phys.Lett.64 (12),p.p.1490−1492(1994) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/39 JICST

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 ポンプ光が非線形素子を通過した出力光
    を、シグナル光とアイドラ光とに分離する光分離手段
    と、 上記光分離手段により分離された角周波数ωs のシグナ
    ル光を入力端からエンドミラーまでの共振器光学長Ls
    で共振させるシグナル光共振手段と、 上記光分離手段により分離された角周波数ωi のアイド
    ラ光を入力端からエンドミラーまでの共振器光学長Li
    で共振させるアイドラ光共振手段と、 を備え、 上記シグナル光共振手段の共振器光学長Ls と上記アイ
    ドラ光共振手段の共振器光学長Li とが、「Li /Ls
    =ωi /ωs 」を満たすように設定しておき、上記 シグナル光共振手段のエンドミラーとして機能する
    シグナル光反射面と、アイドラ光共振手段のエンドミラ
    として機能するアイドラ光反射面とを対向状に形成し
    てなる共通エンドミラーを、最大可変範囲δL(Max) が
    「δL(Max) =2Cγ/[ω s −ω p ×L s /(L s
    i )]」(Cは光速,γは光共振器のロスパラメー
    タ)を満たす範囲内で変位させることにより、シグナル
    光とアイドラ光との振を持続させたまま連続的に周波
    数の可変動作を行うものとしたことを特徴とする光パラ
    メトリック発振器。
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