JP4147365B2

JP4147365B2 - Optical wavelength tuning method and optical oscillation device

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Publication number: JP4147365B2
Application number: JP08747399A
Authority: JP
Inventors: 久増田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP2000286496A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光媒質から出力された光を共振器により増幅して発振させる発振光の波長を同調する光波長同調方法、およびその光発振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー光は、一般に、電波よりも周波数が高いので情報収容能力が大きく、また、波長が同一であり位相がそろっているので単色性や指向性に優れ、通常の光線にはみられない干渉性を持つという特性を有している。更に、極めて細く収束できるので、微小な面積にエネルギーを集中して局部的にかつ瞬間的にも高温高圧を実現できるなどの特性も有している。よって、このような特性を有するレーザー光は、現在、通信・情報分野、計測分野、加工分野および医療分野など多方面にわたって応用されている。
【０００３】
ところで、これら各種技術分野にレーザー光を応用する場合には、その目的に応じた波長のレーザー光が必要となる。近年では、波長を選択することができる波長可変レーザーの開発により、広い波長域で波長の選択が可能となっている。その際、波長を選択する技術も必要となるが、従来は、複屈折フィルター，エタロン，プリズムあるいはグレーティングなどの波長選択素子により波長の選択を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、波長選択素子に複屈折フィルターまたはエタロンを用いる場合には、波長の移動が可能な反面、適切な組み合わせでないと複数の波長帯のうち所望の波長を選択することが難しいという問題があった。また、波長選択素子にプリズムを用いる場合には、吸収波長付近において最も分散が大きくなるという相反する特性により有効性が制限されてしまうという問題があった。更に、波長選択素子にグレーティングを用いる場合には、格子形状を工夫して精度よく加工できたとしても１次回折効率を１００％近くまで高めることが難しいという問題があった。
【０００５】
なお、これらの波長選択素子以外でも、多層膜を用いた干渉フィルターにより特定の波長域を選択することが可能であるが、このような干渉フィルターは透過中心波長においても吸収や反射があるために透過率は概して低く、共振器内で用いるには効率が悪く、損失も多いという問題がある。すなわち、従来は、簡便にかつ高い効率で波長を選択することができなかった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単にかつ高い効率で特定の波長を選択することができる光波長同調方法および光発振装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による光波長同調方法は、発光媒質に励起光を照射して発光させ、前記発光媒質から出力された光を共振器により増幅して発振させると共に発振光のうち特定の波長域を選択する光波長同調方法であって、共振器と少なくとも一部を共有する共振器中に少なくとも１種の希土類イオンを含む光吸収体を配置し、光吸収体の吸収スペクトルを利用して発振光の波長の狭帯域化を行うものである。
【０００８】
本発明による光発振装置は、励起光を受けて光を発生する発光媒質と、発光媒質から出力された光を増幅し発振光を発振させる共振器と、共振器と少なくとも一部を共有する共振器中に配置されると共に、少なくとも１種の希土類イオンを含み、吸収スペクトルを利用して発振光の波長の狭帯域化を行う光吸収体とを備えたものである。
【０００９】
本発明による光波長同調方法では、少なくとも１種の希土類イオンを含む光吸収体の吸収スペクトルを利用することにより発振光の波長が選択される。
【００１０】
本発明による光発振装置では、発光媒質から出力された光が共振器により増幅され、発振光が発振される。発振光の波長は少なくとも１種の希土類イオンを含む光吸収体により選択される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明の光波長同調方法は本発明の光発振装置により具現化することができるので、以下の実施の形態においては、光発振装置と併せて説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光発振装置の概略構成を表すものである。この光発振装置は、例えば、励起光源１０と、この励起光源１０から出力された励起光が照射されることにより光を発振する光発振部２０とを備えている。励起光源１０は、例えば、１．０６４μｍの赤外光Ｌ１を発振するＮｄ：ＹＡＧレーザー１１と、このＮｄ：ＹＡＧレーザー１１から出力された赤外光Ｌ１の一部を５３２ｎｍの２次高調波Ｌ２に変換し励起光として光発振部２０に照射する２次高調波発生装置１２とを有している。
【００１３】
ここで、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１１は、Ｎｄ：ＹＡＧ（すなわちネオジムイオン（Ｎｄ³⁺）を含むイットリウムアルミニウムガーネット（yttriumu aluminum garnet；Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂））よりなるレーザー媒質を用いた固体レーザーである。２次高調波発生装置１２は、例えば、ホウ酸リチウム（ＬｉＢ₃Ｏ₅）などの非線形光学結晶１２ａにより２次高調波Ｌ２を発生させるものである。
【００１４】
なお、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１１と２次高調波発生装置１２との間には例えば光学レンズ１３が配置されており、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１１から出力された赤外光Ｌ１はこの光学レンズ１３を介して２次高調波発生装置１２に入射されるようになっている。また、２次高調波発生装置１２と光発振部２０との間には例えばミラー１４，１５および光学レンズ１６が配置されており、２次高調波発生装置１２から出力された２次高調波Ｌ２はこれらミラー１４，１５および光学レンズ１６を介して光発振部２０に入射されるようになっている。ここでミラー１４，１５は、例えば、不要な波長を分離するように構成されていてもよい。
【００１５】
光発振部２０は、例えば、２次高調波Ｌ２を受けて光を発生する発光媒質２１と、この発光媒質２１から出力される光を増幅して発振光Ｌ３を発振させる共振器２２とを有している。発光媒質２１は、例えば、チタンサファイア（Ｔｉ：Ａｌ₂Ｏ₃；すなわちチタンイオン（Ｔｉ³⁺）を含むサファイア（Ａｌ₂Ｏ₃））よりなるレーザー媒質により構成されている。
【００１６】
この発光媒質２１は、図２に示したような吸収・発光特性を有している（W. Koechner,“Solid State Laser Engineering ”, 2ed. Ed, Springer Verlag,(1988) 参照）。すなわち、この発光媒質２１は５００ｎｍの近傍において強い吸収スペクトルを有すると共に、およそ７００ｎｍから９００ｎｍの広い波長域において強い連続発光スペクトルを有している。つまり、この発光媒質２１は連続した複数の波長を有する光を出力するようになっている。また、この発光媒質２１はブリュースター角（Brewster's angle）で切り出されていることが好ましく、発光媒質２１には共振器２２内における反射光がブリュースター角で入射されることが好ましい。すなわち、発光媒質２１は発振光Ｌ３がブリュースター角で入射するように構成されることが好ましい。光が発光媒質２１を通過する際の反射損失を最小とするためである。
【００１７】
共振器２２は、例えば、入射ミラー２２ａ，折り曲げミラー２２ｂ，２２ｃおよび出力ミラー２２ｄにより構成されており、発光媒質２１から出力された光を入射ミラー２２ａと出力ミラー２２ｄとの間において折り曲げミラー２２ｂ，２２ｃを介して反射し往復させるようになっている。これら入射ミラー２２ａ，折り曲げミラー２２ｂ，２２ｃおよび出力ミラー２２ｄの各反射率は、例えば、７００ｎｍ付近の波長で高く、それ以上の波長で低くなるように設定されている。これにより、この光発振部２０では、共振器２２の特性と発光媒質２１の発光特性との関係から、７２０ｎｍ付近の波長で発振しやすくなっている。
【００１８】
なお、入射ミラー２２ａは、２次高調波発生装置１２から出力された２次高調波Ｌ２を透過するように設定されており、２次高調波Ｌ２が入射ミラー２２ａを介して発光媒質２１に入射されるようになっている。また、出力ミラー２２ｄは、入射ミラー２２ａおよび折り曲げミラー２２ｂ，２２ｃに比べて７００ｎｍ付近の波長に対する反射率が低く設定されており、共振器２２内において発振された発振光Ｌ３の一部を出力するようになっている。
【００１９】
光発振部２０は、また、共振器２２の中に配置された光吸収体２３を有している。この光吸収体２３は、吸収スペクトルを利用して発光媒質２１から出力された光を選択的に吸収し発振光Ｌ３の波長を選択するものである。光吸収体２３は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧにより構成されており、図３に示したような透過分光特性を有している。この透過分光特性はネオジムイオンに由来するものである。なお、図３は、ネオジムイオンの含有率が１．１原子％で厚さ１．７６ｎｍの板状に形成された光吸収体２３の透過分光特性を表しており、両面のフレネル反射による透過率の低下分および分散を無視し屈折率ｎを１．８と概算して補正してある。
【００２０】
図３から分かるように、この光吸収体２３は、５５０ｎｍ付近，６５０ｎｍ付近および７００ｎｍ付近において透過率の高い領域を有している。更に、これら透過率の高い領域のうち７００ｎｍ付近の透過分光特性を図４に拡大して示す。図４から分かるように、この光吸収体２３は、７００ｎｍから７１０ｎｍ付近において透過率が約９９．７％以上と高くなっており、７０２ｎｍ付近において最も高い透過率を有している。
【００２１】
これにより、この光発振部２０では、光吸収体２３の透過分光特性と発光媒質２１の発光特性との関係から選択された例えば図５に示したスペクトルを有する発振光Ｌ３を発振するようになっている。発振光Ｌ３の発振波長幅は半値全幅で約１ｎｍ程度と非常に狭く、発振光Ｌ３は高い干渉性を有しており、その波長は約７０５ｎｍである。なお、比較例として、光吸収体２３を有さないことを除き本実施の形態と同一の構成を有する光発振装置における発振光のスペクトルを図６に示す。このように、光吸収体２３を用いない場合には、発振光の発振波長幅は半値全幅で約３０ｎｍ程度と広くなっている。つまり、光吸収体２３により極めて狭帯域の波長を選択できることが分かる。
【００２２】
ちなみに、図５に示した発振光Ｌ３のスペクトルは、光吸収体２３が図３に示した透過分光特性を有する場合のものである。光吸収体２３の透過分光特性はネオジムイオンの含有率および厚さにより変化するので、それらを調節することにより発振光Ｌ３の波長を変化させることができる。例えば、７００ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の範囲内の波長について同じように極めて狭帯域に選択することができる。
【００２３】
なお、光吸収体２３の形状について特に限定はなく、例えば、平板状，プリズム状あるいは楔状とされている。また、光吸収体２３は共振器２２内における反射光に対してブリュースター角に傾けて配置されることが好ましく、光吸収体２３には共振器２２内における反射光がブリュースター角で入射されることが好ましい。すなわち、光吸収体２３は発振光Ｌ３がブリュースター角で入射するように構成されることが好ましい。光が光吸収体２３を通過する際の反射損失を最小とするためである。更に、例えば、光吸収体２３を発振光Ｌ３に対してほぼ垂直に配置する場合には、光吸収体２３の表面にフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）などの誘電体よりなる減反射膜を設けることが好ましい。
【００２４】
このような構成を有する光発振装置は、次のように動作する。
【００２５】
この光発振装置では、まず、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１１から波長１．０６４μｍの赤外光Ｌ１が出力され、光学レンズ１３を介して２次高調波発生装置１２に入射される。２次高調波発生装置１２では、入射された赤外光Ｌ１の一部を非線形光学結晶１２ａにより波長５３２ｎｍの２次高調波Ｌ２に変換する。この２次高調波Ｌ２は、ミラー１４，１５および光学レンズ１６を介して励起光として光発振部２０に入射され、入射ミラー２２ａを介して発光媒質２１に照射される。発光媒質２１では、２次高調波Ｌ２の照射により、発光特性に応じて光を出力する。この光は、共振器２２の中において反射を繰り返し増幅される。但し、ここでは、共振器２２の中に光吸収体２３が配置されているので、光は光吸収体２３の透過分光特性に応じて選択的に吸収される。これにより、例えば７１０ｎｍ前後の波長が選択されて高い干渉性を有する７１０ｎｍ前後の発振光Ｌ３が発振され、出力ミラー２２ｄを介して出力される。すなわち、光吸収体２３により発振光Ｌ３の波長は選択され、同調される。
【００２６】
このように本実施の形態によれば、ネオジムイオンを含む光吸収体２３の吸収スペクトルを利用して発振光Ｌ３の波長を選択するようにしたので、簡単にかつ高い効率で波長を選択することができ、高い干渉性を有する発振光Ｌ３を得ることができる。
【００２７】
また、発光媒質２１をチタンサファイアにより構成すれば、発振光Ｌ３の波長を簡単に７００ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の範囲内に同調することができる。更に、発光媒質２１を波長が５３２ｎｍの励起光により発光させることができるので、市販されているＮｄ：ＹＡＧレーザー１１および２次高調波発生装置１２を用いることにより容易に励起光を得ることができ、容易に発光させることができる。
【００２８】
加えて、発光媒質２１または光吸収体２３に発振光Ｌ３がブリュースター角で入射されるようにすれば、反射損失を最小とすることができ、効率を高めることができる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
図７は本発明の第２の実施の形態に係る光発振装置の概略構成を表すものである。この光発振装置は、第１の実施の形態の光発光部２０に変えて、発光媒質３１および共振器３２の構成が異なる光発振部３０を備えたことを除き、第１の実施の形態と同一の構成を有している。よって、ここでは、同一の構成要素には同一の符号を付すと共に、対応する構成要素には１０の位を“３”に変更した符号を付し、同一部分についての詳細な説明を省略する。
【００３０】
発光媒質３１は、励起光である２次高調波Ｌ２を受けて光パラメトリック効果により光を発生するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）などの非線形光学結晶により構成されている。発光媒質３１から出力される光はシグナル光およびアイドラー光であり、それらの各波長は数１に示した光子のエネルギー保存則により決定される。数１中においてｃは光速、λ₁は励起光の波長、λ₂はシグナル光の波長、λ₃はアイドラー光の波長である。
【００３１】
【数１】
ｃ／λ₁＝ｃ／λ₂＋ｃ／λ₃
【００３２】
また、シグナル光およびアイドラー光の各波長は励起光の入射角と位相整合条件によっても決定される。この発光媒質３１は励起光の入射角と位相整合条件に従い幅広い波長域でパラメトリック発光利得を有しているが、ここでは、例えば、発光媒質３１が６２度の角度で切り出されており、５３２ｎｍの２次高調波Ｌ２から７１０ｎｍのシグナル光と２．１μｍのアイドラー光とを出力するように調整されている。なお、これらシグナル光およびアイドラー光は、通常、複数の波長にわたる連続スペクトルを有しており、上述した７１０ｎｍまたは２．１μｍというのはそれらの中心波長である。これにより、この光発振部３０では、このシグナル光をそのまま共振させると発振波長幅の広い発振光が発振されるようになっている。
【００３３】
よって、本実施の形態では、光吸収体２３によりシグナル光およびアイドラー光を選択的に吸収して、後述する共振器３２により発振される発振光Ｌ３３の波長を選択し、発振光Ｌ３３の発振波長幅を狭くするようになっている。ここでは、特に、シグナル光の発振光Ｌ３３について約７１０ｎｍの極めて狭帯域の波長を選択できるようになっている。なお、シグナル光の波長および光吸収体２３の透過分光特性をそれぞれ調整することにより、７００ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の範囲内の波長についても極めて狭帯域に選択することができる。
【００３４】
共振器３２は、例えば、第１の実施の形態と同様に、入射ミラー３２ａ，折り曲げミラー３２ｂ，３２ｃおよび出力ミラー３２ｄにより構成されており、発光媒質３１から出力された光を入射ミラー３２ａと出力ミラー３２ｄとの間で折り曲げミラー３２ｂ，３２ｃを介して反射し往復させるようになっている。これら入射ミラー３２ａ，折り曲げミラー３２ｂ，３２ｃおよび出力ミラー３２ｄの各反射率は、例えば、シグナル光の７１０ｎｍ付近で高く、アイドラー光の２．１μｍ付近で低くなるように設定されている。すなわち、この共振器３２はシグナル光を増幅してその発振光Ｌ３３を発振させるようになっており、安定した発振が得られる単共振パラメトリック発振器（Singly Resonant Optical Parametric Oscillator ）を構成している。
【００３５】
但し、入射ミラー３２ａ，折り曲げミラー３２ｂ，３２ｃおよび出力ミラー３２ｄの各反射率をシグナル光の７１０ｎｍ付近およびアイドラー光の２．１μｍ付近で共に高くなるように設定し、シグナル光およびアイドラー光を共に共振させる複共振パラメトリック発振器（Doubly Resonant Optical Parametric Oscillator ）を構成するようにしてもよい。単共振パラメトリック発振器の方が安定性は高いが、複共振パラメトリック発振器の方が発振閾値が低くなるので、発振効率を高くすることができ、安定性も電気回路を併用することにより確保することができるからである。
【００３６】
その際、入射ミラー３２ａ，折り曲げミラー３２ｂ，３２ｃおよび出力ミラー３２ｄは、例えば、誘電体の多層膜によりそれぞれ構成される。この多層膜は、反射させたい波長をλとすると、光路長λ／４の膜厚をそれぞれ有する高屈折率の層と低屈折率の層とを交互に積層したものである。これは、ある反射面から見ると、次の位相が反転する反射層からは位相差πで重なり、反転しない反射層からは位相差２πで重なるので、他の層からの反射光を繰り返し干渉させることにより、外から見た反射率が高くなるという原理によるものである。つまり、波長λについて高い反射率を有する多層膜は、波長λの１／３倍の波長λ’＝（１／３）λについても、各層の光学厚みが３λ’／４となることから波長λと同様の干渉効果が得られ高い反射率を有している。
【００３７】
なお、実際には屈折率の波長依存性があるので、厳密に波長λ’について波長λと同様の干渉効果が得られるわけではない。しかし、実用上、波長λ’と波長λは同一の多層膜において共に高い反射率を有する有利な組み合わせとなる。従って、本実施の形態では、シグナル光の波長が７１０ｎｍでアイドラー光の波長２．１μｍの約１／３倍となっているので、このような多層膜を用いることにより、容易に複共振パラメトリック発振器を構成することができる。
【００３８】
ちなみに、ここでは励起光の波長を５３２ｎｍとするようにしたが、５２０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内であれば同様の効果を得ることができるので好ましい。
【００３９】
このような構成を有する光発振装置は、第１の実施の形態と同様に動作する。すなわち、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１１から出力された赤外光Ｌ１は、２次高調波発生装置１２により一部が２次高調波Ｌ２に変換され、励起光として発光媒質３１に照射される。これにより、発光媒質３１では、光パラメトリック効果によってシグナル光およびアイドラー光を出力する。この光は、共振器３２により増幅されると共に、光吸収体２３の透過分光特性に応じて選択的に吸収される。これにより、例えば、シグナル光について７１０ｎｍ前後の波長が選択され、高い干渉性を有する７１０ｎｍ前後の発振光Ｌ３３が発振される。すなわち、光吸収体２３により発振光Ｌ３３の波長は選択され、同調される。
【００４０】
このように本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、光吸収体２３の吸収スペクトルを利用して発振光Ｌ３３の波長を選択するようにしたので、簡単かつ高い効率で波長を選択することができ、高い干渉性を有する発振光Ｌ３３を得ることができる。
【００４１】
また、発光媒質３１をニオブ酸リチウムなどの非線形光学結晶により構成すれば、約５３２ｎｍの波長を有する励起光を照射することにより、約７１０ｎｍの波長を有するシグナル光を発生させることができ、発振光Ｌ３３の波長を簡単に７００ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の範囲内に同調することができる。更に、約５３２ｎｍの励起光も市販されているＮｄ：ＹＡＧレーザー１１および２次高調波発生装置１２を用いることにより容易に得ることができる。加えて、約７１０ｎｍのシグナル光と約２．１μｍのアイドラー光を出力させることができるので、複共振パラメトリック発振器を容易に構成することができ、高い効率で発振させることができる。
【００４２】
更にまた、第１の実施の形態と同様に、光吸収体２３に発振光Ｌ３３がブリュースター角で入射されるようにすれば、反射損失を最小にすることができ、効率を高めることができる。
【００４３】
（第３の実施の形態）
図８は本発明の第３の実施の形態に係る光発振装置の概略構成を表すものである。この光発振装置は、第１の実施の形態と同様にして発生させた発振光Ｌ３を和周波混合用光Ｌ５４と和周波混合するようにしたものである。よって、ここでは、第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
この光発振装置は、例えば、第１の実施の形態と同様に、励起光源４０と、この励起光源４０から出力された励起光が照射されることにより光を発振する光発振部５０とを備えている。励起光源４０は、例えば、ミラー１４，１５に変えてミラー４７が配置されたことを除き、第１の実施の形態の励起光源１０と同一の構成を有している。すなわち、励起光源４０は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１１から赤外光Ｌ１を出力し、光学レンズ１３を介して２次高調波発生装置１２に入射して２次高調波Ｌ２に変換したのち、励起光として光学レンズ１６およびミラー４７を介して光発振部２０に入射するようになっている。ここでミラー４７は、例えば、不要な波長を分離するように構成されていてもよい。
【００４５】
光発振部５０は、例えば、共振器５２の構成が異なり、かつ共振器５２の中に波長変換素子５４が配置されたことを除き、第１の実施の形態の光発振部２０と同一の構成を有している。共振器５２は、例えば、第１の実施の形態の共振器２２から出力ミラー２２ｄが削除され、入射ミラー２２ａおよび折り曲げミラー２２ｂ，２２ｃにより構成されている。すなわち、この共振器５２は、発振光Ｌ３をほとんど外部に出力しないように設計されている。
【００４６】
波長変換素子５４は、例えば、ベータホウ酸バリウム（β−ＢａＢ₂Ｏ₄）などの非線形光学結晶により構成されており、共振器５２により発振された発振光Ｌ３と和周波混合用光Ｌ５４とを和周波混合して和周波Ｌ５５を出力する和周波混合手段の機能を有している。この波長変換素子５４は、入射角，温度または波長を調整することにより位相整合される。ここでは、例えば、波長変換素子５４の入射角を約７５度とすることにより、約７１０ｎｍの発振光Ｌ３と約２６６ｎｍの和周波混合用光Ｌ５４とを和周波混合して約１９３ｎｍの紫外光である和周波Ｌ５５を発生するように調整されている。なお、発振光Ｌ３と和周波混合用光Ｌ５４とは、波長変換素子５４において時間的および空間的に十分重なるように調節されている。
【００４７】
光発振装置は、また、例えば、和周波混合用光Ｌ５４を出力する和周波混合用光源６０と、発振光Ｌ３および和周波混合用光Ｌ５４がパルスの場合にそれらの時間的な重なりを制御する制御部７０とを備えている。和周波混合用光源６０は、例えば、１．０６４ｎｍの赤外光Ｌ６１を発振するＮｄ：ＹＡＧレーザー６１と、この赤外光Ｌ６１の一部を５３２ｎｍの２次高調波Ｌ６２に変換する２次高調波発生装置６２と、この２次高調波Ｌ６２の一部を２６６ｎｍの４次高調波に変換し和周波混合用光Ｌ５４として波長変換素子５４に入射する４次高調波発生装置６３とを有している。
【００４８】
２次高調波発生装置６２は、例えば、２次高調波発生装置１２と同様に、ホウ酸リチウムなどの非線形光学結晶６２ａにより２次高調波Ｌ６２を発生させるものである。４次高調波発生装置６３は、例えば、ベータホウ酸バリウムなどの非線形光学結晶６３ａにより４次高調波を発生させるものである。
【００４９】
また、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー６１から出力された赤外光Ｌ６１は光学レンズ６４を介して２次高調波発生装置６２に入射され、２次高調波Ｌ６２はミラー６５および光学レンズ６６を介して４次高調波発生装置６３に入射され、和周波混合用光Ｌ５４である４次高調波はミラー６７および光学レンズ６８を介して波長変換素子５４に入射されるようになっている。ここでミラー６５，６７は、例えば、不要な波長を分離するように構成されていてもよい。
【００５０】
制御部７０は、例えば、パルスジェネレータなどのトリガーパルス発生装置７１を有している。例えば、このトリガーパルス発生装置７１から出力されるトリガーパルスはケーブル７２を介してＮｄ：ＹＡＧレーザー１１に入力されると共に、ケーブル７３を介して遅延発生器７４に入力され、ケーブル７５を介してＮｄ：ＹＡＧレーザ６１に入力されるようになっている。遅延発生器７４は、波長変換素子５４において発振光Ｌ３と和周波混合用光Ｌ５４とが時間的に重なるように時間を調整するものであり、トリガーパルスを必要な時間だけ遅らせてＮｄ：ＹＡＧレーザー６１に出力するようになっている。
【００５１】
このような構成を有する光発振装置は、次のように動作する。
【００５２】
この光発振装置では、トリガーパルス発生装置７１からトリガーパルスが発生されると、ケーブル７２を介してＮｄ：ＹＡＧレーザー１１に出力されると共に、ケーブル７３を介して遅延発生器７４に出力される。遅延発生器７４では、波長変換素子５４において発振光Ｌ３と和周波混合用光Ｌ５４とが時間的に重なるように必要な時間だけトリガーパルスを遅延させ、ケーブル７５を介してＮｄ：ＹＡＧレーザー６１に出力する。
【００５３】
Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１１では、トリガーパルスが入力されるとそれに応じて赤外光Ｌ１が発振される。この赤外光Ｌ１は、光学レンズ１３を介してその一部が２次高調波発生装置１２により２次高調波Ｌ２に変換され、光学レンズ１６およびミラー４７を介して励起光として発光媒質２１に入射される。発光媒質２１では２次高調波Ｌ２が入射されると発光特性に応じて光が出力され、共振器５２により増幅されると共に、光吸収体２３の透過分光特性に応じて選択的に吸収される。これにより、高い干渉性を有する約７１０ｎｍの発振光Ｌ３が共振器５２の中において発振され、共振器５２の中に配置された波長変換素子５４に入射される。
【００５４】
一方、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー６１でも、トリガーパルスが入力されるとそれに応じて赤外光Ｌ６１が発振される。この赤外光Ｌ６１は、光学レンズ６４を介してその一部が２次高調波発生装置６２により２次高調波Ｌ６２に変換されたのち、ミラー６５および光学レンズ６６を介してその一部が４次高調波発生装置６３により約２６６ｎｍの４次高調波に変換され、和周波混合用光Ｌ５４としてミラー６７および光学レンズ６８を介して波長変換素子５４に入射される。
【００５５】
これにより、波長変換素子５４では発振光Ｌ３と和周波混合用光Ｌ５４とが重なり合い、和周波混合されて約１９３ｎｍの紫外光である和周波Ｌ５５が出力される。すなわち、ここでは、光吸収体２３により高い干渉性を有する７００ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する発振光Ｌ３が得られるので、高い干渉性を有する約１９３ｎｍの紫外光が容易に得られる。
【００５６】
なお、ここでは、約７１０ｎｍの発振光Ｌ３と約２６６ｎｍの和周波混合用光Ｌ５４とを和周波混合して約１９３ｎｍの紫外光を得るようにしたが、発振光Ｌ３は７００ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の範囲内の波長であればよく、和周波混合用光Ｌ５４は２５６ｎｍ以上２７６ｎｍ以下の範囲内の波長であればよい。
【００５７】
このように本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様にして発振光Ｌ３の波長を同調するようにしたので、第１の実施の形態と同一の効果を有する。また、７００ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する発振光Ｌ３を容易に得ることができるので、波長変換素子５４により２５６ｎｍ以上２７６ｎｍ以下の範囲内の波長を有する和周波混合用光Ｌ５４と和周波混合することにより、容易に高い干渉性を有する約１９３ｎｍの紫外光を得ることができる。すなわち、安定性良くかつ低価格で約１９３ｎｍの紫外光が得られる。
【００５８】
以上、各実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記各実施の形態では、光吸収体２３をＮｄ：ＹＡＧにより構成する場合について説明したが、ネオジムイオンを含む他の材料により構成するようにしても同様の効果を得ることができる。例えば、光吸収体をＮｄ：ＹＬＦ（すなわちネオジムイオンを含むＬｉＹＦ₄）またはＮｄ：ＹＶＯ₄（すなわちネオジムイオンを含むＹＶＯ₄）により構成するようにしてもよい。
【００５９】
また、ネオジムイオン以外の他の希土類イオンを含む材料により光吸収体を構成するようにしてもよい。例えば、セリウム（Ｃｅ），プラセオジム（Ｐｒ），サマリウム（Ｓｍ），ユウロピウム（Ｅｕ），エルビウム（Ｅｒ）あるいはイッテリビウム（Ｙｂ）のイオンを含む材料により光吸収体を構成すれば、それらの吸収特性を利用して他の波長を選択することができる。
【００６０】
更に、複数の希土類イオンを含む材料により光吸収体を構成するようにしてもよい。異なる透過分光特性を有する希土類イオンを複数組み合わせることにより、更に多くの波長を選択することができる。なお。異なる希土類イオンを含む複数の光吸収体を備えるようにしても、同様の効果を得ることができる。
【００６１】
加えて、上記各実施の形態では、光吸収体２３を共振器２２，３２，５２の中に配置するようにしたが、発光媒質２１，３２から出力された光を増幅する共振器と一部を共有するように設けられた他の共振器の中に配置するようにしてもよい。また、第１および第２の実施の形態では、共振器２２，３２の外に出力された発振光Ｌ３，Ｌ３３の光路中に配置するようにしてもよく、第３の実施の形態では、共振器５２の外に発振光Ｌ３を出力するようにして出力された発振光の光路中に配置するようにしてもよい。但し、光吸収体２３は、発光媒質２１，３２から出力された光を増幅する共振器と少なくとも一部を共有する共振器の中に配置された方が、高い効果を得ることができるので好ましい。また、第３の実施の形態では、光吸収体２３により選択された発振光Ｌ３が波長変換素子５４に入射されるようにすることが好ましい。
【００６２】
更にまた、上記第１および第３の実施の形態では、発光媒質２１をチタンサファイアよりなるレーザー媒質により構成するようにしたが、他のレーザー媒質により構成するようにしてもよい。但し、本発明は、レーザー媒質が複数の発光波長を有する場合において特に有効である。
【００６３】
加えてまた、上記第２の実施の形態では、発光媒質３１をニオブ酸リチウムよりなる非線形光学結晶により構成するようにしたが、ベータホウ酸バリウムまたはホウ酸リチウムなどの他の非線形光学結晶により構成するようにしてもよい。例えば、ベータホウ酸バリウムにより発光媒質を構成するようにすれば、上記第２の実施の形態と同様に構成することができ、同一の効果を得ることができる。但し、本発明は、光パラメトリック効果により出力された光が波長幅を有しており、光吸収体２３を用いないときに発振光が広い発振波長幅を有するような場合において、特に高い効果を得ることができる。
【００６４】
更にまた、上記各実施の形態では、共振器２２，３２，５２の構成について具体的に例を挙げて説明したが、他の構成を有するようにしてもよい。例えば、折り曲げミラー２２ｂ，２２ｃ，３２ｂ，３２ｃは必要に応じて備えていればよい。また、反射特性についても目的に応じて設定することができる。
【００６５】
加えてまた、上記各実施の形態では、励起光源１０，４０をＮｄ：ＹＡＧレーザー１１および２次高調波発生装置１２により構成し、５３２ｎｍの励起光を発光媒質２１，３１に照射するようにしたが、他の構成を有する励起光源を用いてもよく、他の波長の励起光を発光媒質に照射するようにしてもよい。但し、発光媒質が高い吸収率を有する波長を照射するようにすることが好ましい。また、上記各実施の形態で示したように、５２０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の波長であれば、市販のＮｄ：ＹＡＧレーザーなどを用いることにより容易に得ることができるので好ましい。更に、上記第２の実施の形態では、約５３２ｎｍの励起光から約７１０ｎｍのシグナル光と約２．１μｍのアイドラー光を出力させるようにすれば多層膜の利用により容易に複共振パラメトリック発振器を構成することができるので、励起光の波長を５２０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
【００６６】
更にまた、上記第３の実施の形態では、波長変換素子５４をベータホウ酸バリウムよりなる非線形光学結晶により構成するようにしたが、他の非線形光学結晶により構成するようにしてもよい。
【００６７】
加えてまた、上記第３の実施の形態では、波長変換素子５４を共振器５２の中に配置するようにしたが、発光媒質２１から出力された光を増幅する共振器５２と一部を共有するように設けられた他の共振器の中に配置するようにしてもよい。また、共振器５２の外に発振光Ｌ３を出力するようにし、出力された発振光の光路中に配置するようにしてもよい。但し、発光媒質２１から出力された光を増幅する共振器５２と少なくとも一部を共有する共振器の中に配置するようにした方が、損失を少なくできるので好ましい。
【００６８】
更にまた、上記第３の実施の形態では、発光媒質２１をレーザー媒質により構成するようにしたが、第２の実施の形態と同様に、光パラメトリック効果により光を出力する非線形光学結晶により構成しても同様の効果が得られる。
【００６９】
加えてまた、上記第３の実施の形態では、和周波混合用光源６０および制御部７０の構成について具体的に説明したが、他の構成を有する和周波混合用光源を用いてもよく、他の方法により発振光Ｌ３と和周波混合用光Ｌ５４との重なりを制御するようにしてもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし請求項１２のいずれか１に記載の光波長同調方法、または請求項１３ないし請求項２４のいずれか１に記載の光発振装置によれば、少なくとも１種の希土類イオンを含む光吸収体の吸収スペクトルを利用して発振光の波長を同調するようにしたので、簡単にかつ高い効率で波長を同調することができるという効果を奏する。
【００７１】
特に、請求項２記載の光波長同調方法、または請求項１４記載の光発振装置によれば、希土類イオンとしてネオジムイオンを含む光吸収体を用いるようにしたので、発振光の波長を例えば７００ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の範囲内に同調することができるという効果を奏する。
【００７２】
また、請求項３記載の光波長同調方法、または請求項１５記載の光発振装置によれば、光吸収体を発光媒質から出力された光を増幅する共振器と少なくとも一部を共有する共振器中に配置するようにしたので、より効果的に波長を選択することができるという効果を奏する。
【００７３】
更に、請求項５記載の光波長同調方法、または請求項１７記載の光発振装置によれば、発光媒質をチタンサファイアにより構成するようにしたので、発振光の波長を例えば７００ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の範囲内に同調することができると共に、市販されているＮｄ：ＹＡＧレーザーなどを用いることにより容易に発光させることができるという効果を奏する。
【００７４】
加えて、請求項６記載の光波長同調方法、または請求項１８記載の光発振装置によれば、発光媒質を光パラメトリック効果により光を出力する非線形光学結晶によって構成するようにしたので、例えば、５２０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する励起光により約７１０ｎｍの波長を有するシグナル光を発生させることができ、発振光の波長を７００ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の範囲内に同調することができる。また、５２０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する励起光も市販されているＮｄ：ＹＡＧレーザーなどを用いることにより容易に得ることができる。更に、約７１０ｎｍのシグナル光と約２．１μｍのアイドラー光を出力させることができるので、複共振パラメトリック発振器を容易に構成することができ、高い効率で発振させることができるという効果を奏する。
【００７５】
更にまた、請求項８記載の光波長同調方法、または請求項２０記載の光発振装置によれば、５２０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する励起光を照射して発光させるようにしたので、市販されているＮｄ：ＹＡＧレーザーなどを用いることにより容易に励起光を得ることができ、容易に発光させることができるという効果を奏する。
【００７６】
加えてまた、請求項９記載の光波長同調方法、または請求項２１記載の光発振装置によれば、発光媒質または光吸収体の少なくとも一方をブリュースター角で発振光が入射されるようにしたので、反射損失を小さくすることができ、効率を高めることができるという効果を奏する。
【００７７】
更にまた、請求項１２記載の光波長同調方法、または請求項２４記載の光発振装置によれば、発振光の波長を７００ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の範囲内に同調して、波長変換素子により２５６ｎｍ以上２７６ｎｍ以下の範囲内の波長を有する和周波混合用光と和周波混合するようにしたので、安定性良くかつ低価格で容易に約１９３ｎｍの紫外光を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光発振装置を表す概略構成図である。
【図２】図１に示した光発振装置における発光媒質の吸収・発光特性図である。
【図３】図１に示した光発振装置における光吸収体の透過分光特性図である。
【図４】図３の一部を拡大して表す透過分光特性図である。
【図５】図１に示した光発振装置から出力される発振光のスペクトルを表す特性図である。
【図６】比較例における発振光のスペクトルを表す特性図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る光発振装置を表す概略構成図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る光発振装置を表す概略構成図である。
【符号の説明】
１０，４０…励起光源、１１，６１…Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、１２，６２…２次高調波発生装置、１２ａ，６２ａ，６３ａ…非線形光学結晶、１３，１６，６４，６６，６８…光学レンズ、１４，１５，４７，６５，６７…ミラー、２０，３０，５０…光発振部、２１，３１…発光媒質、２２，３２，５２…共振器、２２ａ，３２ａ…入射ミラー、２２ｂ，２２ｃ，３２ｂ，３２ｃ…折り曲げミラー、２２ｄ，３２ｄ…出力ミラー、２３…光吸収体、５４…波長変換素子、６０…和周波混合用光源、６３…４次高調波発生装置、７０…制御部、７１…トリガーパルス発生装置、７２，７３，７５…ケーブル、７４…遅延発生器、Ｌ１，Ｌ６１…赤外光、Ｌ２，Ｌ６２…２次高調波、Ｌ３，Ｌ３３…発振光、Ｌ５４…和周波混合用光、Ｌ５５…和周波[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical wavelength tuning method for tuning the wavelength of oscillation light that amplifies and oscillates light output from a light emitting medium by a resonator, and an optical oscillation device thereof.
[0002]
[Prior art]
Laser light is generally higher in frequency than radio waves, so it has a large capacity for information, and because it has the same wavelength and the same phase, it has excellent monochromaticity and directivity. It has the characteristic of having. Furthermore, since it can be converged very finely, it has a characteristic that high temperature and high pressure can be realized locally and instantaneously by concentrating energy on a minute area. Therefore, the laser beam having such characteristics is currently applied in various fields such as communication / information field, measurement field, processing field, and medical field.
[0003]
By the way, when applying laser light to these various technical fields, laser light having a wavelength corresponding to the purpose is required. In recent years, the development of a tunable laser capable of selecting a wavelength has made it possible to select a wavelength in a wide wavelength range. At that time, a technique for selecting the wavelength is required, but conventionally, the wavelength is selected by a wavelength selection element such as a birefringent filter, an etalon, a prism, or a grating.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a birefringent filter or etalon is used for the wavelength selection element, the wavelength can be shifted, but there is a problem that it is difficult to select a desired wavelength from a plurality of wavelength bands unless the combination is appropriate. . In addition, when a prism is used for the wavelength selection element, there is a problem that the effectiveness is limited by a conflicting characteristic that the dispersion becomes maximum in the vicinity of the absorption wavelength. Further, when a grating is used for the wavelength selection element, there is a problem that it is difficult to increase the first-order diffraction efficiency to nearly 100% even if the grating shape is devised and processed accurately.
[0005]
In addition to these wavelength selection elements, a specific wavelength range can be selected by an interference filter using a multilayer film. However, such an interference filter has absorption and reflection even at the transmission center wavelength. The transmittance is generally low, and there is a problem that the efficiency is low and the loss is large when used in a resonator. That is, conventionally, it has been impossible to select a wavelength simply and with high efficiency.
[0006]
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an optical wavelength tuning method and an optical oscillation device capable of selecting a specific wavelength easily and with high efficiency.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The optical wavelength tuning method according to the present invention irradiates a light emitting medium with excitation light to emit light, amplifies the light output from the light emitting medium by a resonator, and oscillates, and selects a specific wavelength region of the oscillation light An optical wavelength tuning method comprising:A light absorber comprising at least one rare earth ion in a resonator sharing at least a portion with the resonator;The band of the oscillation light is narrowed using the absorption spectrum of the light absorber.
[0008]
An optical oscillation device according to the present invention includes a light emitting medium that generates light upon receiving excitation light, a resonator that amplifies light output from the light emitting medium and oscillates oscillation light,Disposed in a resonator sharing at least a portion with the resonator;And an optical absorber that includes at least one kind of rare earth ions and narrows the wavelength band of oscillation light using an absorption spectrum.
[0009]
In the optical wavelength tuning method according to the present invention, the wavelength of oscillation light is selected by using the absorption spectrum of a light absorber containing at least one kind of rare earth ions.
[0010]
In the optical oscillation device according to the present invention, the light output from the light emitting medium is amplified by the resonator, and the oscillation light is oscillated. The wavelength of the oscillation light is selected by a light absorber containing at least one rare earth ion.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Since the optical wavelength tuning method of the present invention can be implemented by the optical oscillation device of the present invention, the following embodiment will be described together with the optical oscillation device.
[0012]
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of the optical oscillation device according to the first embodiment of the present invention. This optical oscillation device includes, for example, an excitation light source 10 and an optical oscillation unit 20 that oscillates light when irradiated with excitation light output from the excitation light source 10. The excitation light source 10 includes, for example, an Nd: YAG laser 11 that oscillates 1.064 μm infrared light L1, and a part of the infrared light L1 output from the Nd: YAG laser 11 that is a second harmonic L2 of 532 nm. And a second harmonic generation device 12 that irradiates the optical oscillation unit 20 as excitation light.
[0013]
Here, the Nd: YAG laser 11 is Nd: YAG (that is, neodymium ions (Nd³⁺Yttrium aluminum garnet (Y)_ThreeAl_FiveO₁₂)) Is a solid-state laser using a laser medium. The second harmonic generator 12 is, for example, lithium borate (LiB_ThreeO_FiveThe second harmonic L2 is generated by the nonlinear optical crystal 12a.
[0014]
For example, an optical lens 13 is disposed between the Nd: YAG laser 11 and the second harmonic generator 12, and the infrared light L1 output from the Nd: YAG laser 11 passes through this optical lens 13. So as to be incident on the second harmonic generator 12. Further, for example, mirrors 14 and 15 and an optical lens 16 are disposed between the second harmonic generation device 12 and the optical oscillation unit 20, and the second harmonic L2 output from the second harmonic generation device 12. Is incident on the optical oscillation unit 20 through the mirrors 14 and 15 and the optical lens 16. Here, the mirrors 14 and 15 may be configured to separate unnecessary wavelengths, for example.
[0015]
The optical oscillation unit 20 includes, for example, a light emitting medium 21 that generates light upon receiving the second harmonic L2, and a resonator 22 that amplifies the light output from the light emitting medium 21 and oscillates the oscillation light L3. is doing. The light emitting medium 21 is, for example, titanium sapphire (Ti: Al₂O_ThreeThat is, titanium ion (Ti³⁺) Sapphire (Al)₂O_Three)).
[0016]
The light emitting medium 21 has absorption and light emission characteristics as shown in FIG. 2 (see W. Koechner, “Solid State Laser Engineering”, 2ed. Ed, Springer Verlag, (1988)). That is, the luminescent medium 21 has a strong absorption spectrum in the vicinity of 500 nm and a strong continuous emission spectrum in a wide wavelength range of approximately 700 nm to 900 nm. That is, the luminescent medium 21 outputs light having a plurality of continuous wavelengths. The light emitting medium 21 is preferably cut out at a Brewster's angle, and reflected light from the resonator 22 is preferably incident on the light emitting medium 21 at a Brewster angle. That is, the luminescent medium 21 is preferably configured such that the oscillation light L3 is incident at a Brewster angle. This is to minimize reflection loss when light passes through the light emitting medium 21.
[0017]
The resonator 22 includes, for example, an incident mirror 22a, bending mirrors 22b and 22c, and an output mirror 22d, and the light output from the light emitting medium 21 is bent between the incident mirror 22a and the output mirror 22d. It is reflected and reciprocated through 22c. The reflectances of the incident mirror 22a, the bending mirrors 22b and 22c, and the output mirror 22d are set to be high at a wavelength near 700 nm, for example, and low at a wavelength longer than that. Thereby, in this optical oscillation part 20, it is easy to oscillate with the wavelength of about 720 nm from the relationship between the characteristic of the resonator 22, and the light emission characteristic of the light emitting medium 21. FIG.
[0018]
The incident mirror 22a is set to transmit the second harmonic L2 output from the second harmonic generator 12, and the second harmonic L2 is incident on the light emitting medium 21 via the incident mirror 22a. It has come to be. The output mirror 22d is set to have a lower reflectance with respect to a wavelength near 700 nm than the incident mirror 22a and the bending mirrors 22b and 22c, and outputs a part of the oscillation light L3 oscillated in the resonator 22. It is like that.
[0019]
The optical oscillation unit 20 also has a light absorber 23 disposed in the resonator 22. This light absorber 23 selectively absorbs the light output from the light emitting medium 21 using the absorption spectrum and selects the wavelength of the oscillation light L3. The light absorber 23 is made of Nd: YAG, for example, and has transmission spectral characteristics as shown in FIG. This transmission spectral characteristic is derived from neodymium ions. FIG. 3 shows transmission spectral characteristics of the light absorber 23 formed in a plate shape having a neodymium ion content of 1.1 atomic% and a thickness of 1.76 nm, and the transmittance by Fresnel reflection on both sides. The refractive index n is estimated to be 1.8 and is corrected by ignoring the decrease and dispersion.
[0020]
As can be seen from FIG. 3, the light absorber 23 has high transmittance regions near 550 nm, 650 nm, and 700 nm. Furthermore, FIG. 4 shows an enlarged view of the transmission spectral characteristics near 700 nm in these high transmittance regions. As can be seen from FIG. 4, the light absorber 23 has a high transmittance of about 99.7% or more in the vicinity of 700 to 710 nm, and has the highest transmittance in the vicinity of 702 nm.
[0021]
As a result, the light oscillating unit 20 oscillates the oscillation light L3 having the spectrum shown in FIG. 5, for example, selected from the relationship between the transmission spectral characteristic of the light absorber 23 and the light emission characteristic of the light emitting medium 21. ing. The oscillation wavelength width of the oscillation light L3 is very narrow, about 1 nm in full width at half maximum, and the oscillation light L3 has high coherence, and its wavelength is about 705 nm. As a comparative example, FIG. 6 shows a spectrum of oscillation light in an optical oscillation device having the same configuration as the present embodiment except that the light absorber 23 is not provided. Thus, when the light absorber 23 is not used, the oscillation wavelength width of the oscillation light is as wide as about 30 nm in full width at half maximum. That is, it can be seen that the light absorber 23 can select a very narrow band wavelength.
[0022]
Incidentally, the spectrum of the oscillation light L3 shown in FIG. 5 is the case where the light absorber 23 has the transmission spectral characteristics shown in FIG. Since the transmission spectral characteristic of the light absorber 23 changes depending on the content and thickness of neodymium ions, the wavelength of the oscillation light L3 can be changed by adjusting them. For example, the wavelength within the range of 700 nm or more and 730 nm or less can be similarly selected in a very narrow band.
[0023]
The shape of the light absorber 23 is not particularly limited, and is, for example, a flat plate shape, a prism shape, or a wedge shape. In addition, the light absorber 23 is preferably arranged at a Brewster angle with respect to the reflected light in the resonator 22, and the reflected light in the resonator 22 is incident on the light absorber 23 at the Brewster angle. It is preferable. In other words, the light absorber 23 is preferably configured such that the oscillation light L3 is incident at a Brewster angle. This is to minimize the reflection loss when light passes through the light absorber 23. Further, for example, when the light absorber 23 is disposed substantially perpendicular to the oscillation light L3, magnesium fluoride (MgF) is formed on the surface of the light absorber 23.₂It is preferable to provide an anti-reflection film made of a dielectric material such as
[0024]
The optical oscillation device having such a configuration operates as follows.
[0025]
In this optical oscillation device, first, infrared light L 1 having a wavelength of 1.064 μm is output from the Nd: YAG laser 11 and is incident on the second harmonic generation device 12 through the optical lens 13. In the second harmonic generator 12, a part of the incident infrared light L1 is converted into a second harmonic L2 having a wavelength of 532 nm by the nonlinear optical crystal 12a. The second harmonic L2 is incident on the light oscillation unit 20 as excitation light through the mirrors 14 and 15 and the optical lens 16, and is irradiated on the light emitting medium 21 through the incident mirror 22a. The light emitting medium 21 outputs light according to the light emission characteristics by irradiation with the second harmonic L2. This light is repeatedly reflected and amplified in the resonator 22. However, here, since the light absorber 23 is disposed in the resonator 22, the light is selectively absorbed according to the transmission spectral characteristics of the light absorber 23. As a result, for example, a wavelength of around 710 nm is selected and oscillation light L3 of around 710 nm having high coherence is oscillated and outputted through the output mirror 22d. That is, the light absorber 23 selects and tunes the wavelength of the oscillation light L3.
[0026]
As described above, according to the present embodiment, since the wavelength of the oscillation light L3 is selected using the absorption spectrum of the light absorber 23 containing neodymium ions, the wavelength can be selected easily and with high efficiency. The oscillation light L3 having high coherence can be obtained.
[0027]
If the luminescent medium 21 is made of titanium sapphire, the wavelength of the oscillation light L3 can be easily tuned within the range of 700 nm to 730 nm. Furthermore, since the luminescent medium 21 can emit light with excitation light having a wavelength of 532 nm, excitation light can be easily obtained by using a commercially available Nd: YAG laser 11 and second harmonic generator 12. Can easily emit light.
[0028]
In addition, if the oscillation light L3 is incident on the light emitting medium 21 or the light absorber 23 at the Brewster angle, the reflection loss can be minimized and the efficiency can be increased.
[0029]
(Second Embodiment)
FIG. 7 shows a schematic configuration of the optical oscillation device according to the second embodiment of the present invention. This optical oscillation device differs from the optical emission unit 20 of the first embodiment in that the optical oscillation unit 30 includes an optical oscillation unit 30 having different configurations of the light emitting medium 31 and the resonator 32. It has the same configuration. Therefore, here, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the corresponding constituent elements are denoted by reference numerals in which the 10's place is changed to “3”, and detailed description of the same components is omitted.
[0030]
The luminescent medium 31 is a lithium niobate (LiNbO) that receives the second harmonic L2 as excitation light and generates light by an optical parametric effect._Three) Or the like. The light output from the luminescent medium 31 is signal light and idler light, and their wavelengths are determined by the photon energy conservation law shown in Equation 1. In Equation 1, c is the speed of light, λ₁Is the wavelength of the excitation light, λ₂Is the wavelength of the signal light, λ_ThreeIs the wavelength of idler light.
[0031]
[Expression 1]
c / λ₁= C / λ₂+ C / λ_Three
[0032]
The wavelengths of the signal light and idler light are also determined by the incident angle of the excitation light and the phase matching conditions. The light emitting medium 31 has a parametric light emission gain in a wide wavelength range according to the incident angle of the excitation light and the phase matching condition. Here, for example, the light emitting medium 31 is cut out at an angle of 62 degrees, and is 532 nm. The second harmonic L2 is adjusted to output 710 nm signal light and 2.1 μm idler light. These signal light and idler light usually have a continuous spectrum over a plurality of wavelengths, and the above-mentioned 710 nm or 2.1 μm is the center wavelength thereof. As a result, in the optical oscillation unit 30, when the signal light is resonated as it is, oscillation light having a wide oscillation wavelength width is oscillated.
[0033]
Therefore, in the present embodiment, the light absorber 23 selectively absorbs the signal light and idler light, selects the wavelength of the oscillation light L33 oscillated by the resonator 32 described later, and the oscillation wavelength of the oscillation light L33. The width is made narrower. Here, in particular, an extremely narrow band wavelength of about 710 nm can be selected for the oscillation light L33 of the signal light. By adjusting the wavelength of the signal light and the transmission spectral characteristics of the light absorber 23, the wavelength within the range of 700 nm to 730 nm can be selected in a very narrow band.
[0034]
The resonator 32 includes, for example, an incident mirror 32a, bending mirrors 32b and 32c, and an output mirror 32d, as in the first embodiment, and outputs light output from the light emitting medium 31 to the incident mirror 32a. Reflecting and reciprocating between the mirror 32d via the bending mirrors 32b and 32c. The reflectivities of the incident mirror 32a, the bending mirrors 32b and 32c, and the output mirror 32d are set so as to be high near 710 nm of signal light and low near 2.1 μm of idler light, for example. That is, the resonator 32 amplifies the signal light and oscillates the oscillation light L33, and constitutes a single resonance parametric oscillator that can obtain stable oscillation.
[0035]
However, the reflectivity of each of the incident mirror 32a, the bending mirrors 32b and 32c, and the output mirror 32d is set to be high near 710 nm of the signal light and 2.1 μm of the idler light, and both the signal light and the idler light resonate. You may make it comprise the double resonance parametric oscillator (Doubly Resonant Optical Parametric Oscillator) to be made. The single-resonance parametric oscillator has higher stability, but the double-resonance parametric oscillator has a lower oscillation threshold, so that the oscillation efficiency can be increased and the stability can be ensured by using an electric circuit together. Because it can.
[0036]
At that time, the incident mirror 32a, the bending mirrors 32b and 32c, and the output mirror 32d are each formed of, for example, a dielectric multilayer film. This multilayer film is formed by alternately laminating a high refractive index layer and a low refractive index layer each having a film thickness of an optical path length λ / 4, where λ is a wavelength to be reflected. This is because, when viewed from a certain reflecting surface, it overlaps with a phase difference of π from the reflective layer where the next phase is inverted, and overlaps with a phase difference of 2π from the non-inverted reflective layer. This is due to the principle that the reflectance seen from the outside becomes high. That is, the multilayer film having a high reflectance with respect to the wavelength λ has an optical thickness of 3λ ′ / 4 for each wavelength λ ′ = (1/3) λ, which is 1/3 times the wavelength λ. The same interference effect is obtained and the reflectance is high.
[0037]
Actually, since the refractive index depends on the wavelength, the interference effect similar to the wavelength λ cannot be obtained with respect to the wavelength λ ′. However, in practice, the wavelength λ ′ and the wavelength λ are an advantageous combination having both high reflectance in the same multilayer film. Therefore, in the present embodiment, the wavelength of the signal light is 710 nm and is about 1/3 times the wavelength of 2.1 μm of the idler light. Therefore, by using such a multilayer film, a multi-resonance parametric oscillator can be easily obtained. Can be configured.
[0038]
Incidentally, although the wavelength of the excitation light is 532 nm here, it is preferable that the same effect can be obtained if it is in the range of 520 nm to 540 nm.
[0039]
The optical oscillation device having such a configuration operates in the same manner as in the first embodiment. That is, a part of the infrared light L1 output from the Nd: YAG laser 11 is converted into the second harmonic L2 by the second harmonic generator 12 and irradiated to the light emitting medium 31 as excitation light. Thereby, in the luminescent medium 31, signal light and idler light are output by the optical parametric effect. This light is amplified by the resonator 32 and is selectively absorbed according to the transmission spectral characteristics of the light absorber 23. Thereby, for example, a wavelength of about 710 nm is selected for the signal light, and the oscillation light L33 of about 710 nm having high coherence is oscillated. That is, the light absorber 23 selects and tunes the wavelength of the oscillation light L33.
[0040]
As described above, according to the present embodiment, the wavelength of the oscillation light L33 is selected using the absorption spectrum of the light absorber 23 as in the first embodiment. The wavelength can be selected, and the oscillation light L33 having high coherence can be obtained.
[0041]
If the light emitting medium 31 is composed of a nonlinear optical crystal such as lithium niobate, signal light having a wavelength of about 710 nm can be generated by irradiating excitation light having a wavelength of about 532 nm. The wavelength of L33 can be easily tuned within the range of 700 nm to 730 nm. Furthermore, about 532 nm excitation light can be easily obtained by using a commercially available Nd: YAG laser 11 and second harmonic generator 12. In addition, since signal light of about 710 nm and idler light of about 2.1 μm can be output, a multi-resonance parametric oscillator can be easily configured and can oscillate with high efficiency.
[0042]
Furthermore, as in the first embodiment, if the oscillation light L33 is incident on the light absorber 23 at the Brewster angle, the reflection loss can be minimized and the efficiency can be increased. .
[0043]
(Third embodiment)
FIG. 8 shows a schematic configuration of an optical oscillation device according to the third embodiment of the present invention. In this optical oscillation device, the oscillation light L3 generated in the same manner as in the first embodiment is sum frequency mixed with the sum frequency mixing light L54. Therefore, here, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0044]
This optical oscillation device includes, for example, an excitation light source 40 and an optical oscillation unit 50 that oscillates light when irradiated with excitation light output from the excitation light source 40, as in the first embodiment. ing. The excitation light source 40 has the same configuration as the excitation light source 10 of the first embodiment except that, for example, a mirror 47 is arranged instead of the mirrors 14 and 15. That is, the excitation light source 40 outputs infrared light L1 from the Nd: YAG laser 11, enters the second harmonic generation device 12 through the optical lens 13, and converts it into the second harmonic L2, and then the excitation light. As shown, the light enters the optical oscillation unit 20 via the optical lens 16 and the mirror 47. Here, for example, the mirror 47 may be configured to separate unnecessary wavelengths.
[0045]
For example, the optical oscillation unit 50 has the same configuration as the optical oscillation unit 20 of the first embodiment except that the configuration of the resonator 52 is different and the wavelength conversion element 54 is disposed in the resonator 52. have. For example, the output mirror 22d is omitted from the resonator 22 according to the first embodiment, and the resonator 52 includes an incident mirror 22a and bending mirrors 22b and 22c. That is, the resonator 52 is designed so as to hardly output the oscillation light L3 to the outside.
[0046]
The wavelength conversion element 54 is, for example, beta barium borate (β-BaB₂O_Four) And the like, and has a function of sum frequency mixing means for summing the oscillation light L3 oscillated by the resonator 52 and the sum frequency mixing light L54 and outputting the sum frequency L55. is doing. The wavelength conversion element 54 is phase-matched by adjusting the incident angle, temperature, or wavelength. Here, for example, by setting the incident angle of the wavelength conversion element 54 to about 75 degrees, the oscillation light L3 of about 710 nm and the sum frequency mixing light L54 of about 266 nm are sum-frequency mixed, and ultraviolet light of about 193 nm is obtained. Adjustment is made to generate a certain sum frequency L55. The oscillation light L3 and the sum frequency mixing light L54 are adjusted in the wavelength conversion element 54 so as to sufficiently overlap in time and space.
[0047]
The optical oscillation device also controls, for example, the temporal overlap between the sum frequency mixing light source 60 that outputs the sum frequency mixing light L54 and the oscillation light L3 and the sum frequency mixing light L54 that are pulses. And a control unit 70. The sum frequency mixing light source 60 includes, for example, an Nd: YAG laser 61 that oscillates 1.064 nm infrared light L61 and a second harmonic that converts a part of the infrared light L61 into a second harmonic L62 of 532 nm. A wave generator 62 and a fourth harmonic generator 63 that converts a part of the second harmonic L62 into a 266 nm fourth harmonic and enters the wavelength conversion element 54 as light L54 for sum frequency mixing. ing.
[0048]
The second harmonic generator 62 generates the second harmonic L62 by a nonlinear optical crystal 62a such as lithium borate, for example, similarly to the second harmonic generator 12. The fourth-order harmonic generator 63 generates fourth-order harmonics using a nonlinear optical crystal 63a such as beta barium borate, for example.
[0049]
Further, for example, the infrared light L61 output from the Nd: YAG laser 61 is incident on the second harmonic generation device 62 via the optical lens 64, and the second harmonic L62 is transmitted via the mirror 65 and the optical lens 66. The fourth harmonic, which is incident on the fourth harmonic generator 63 and is the sum frequency mixing light L54, is incident on the wavelength conversion element 54 via the mirror 67 and the optical lens 68. Here, the mirrors 65 and 67 may be configured to separate unnecessary wavelengths, for example.
[0050]
The control unit 70 includes a trigger pulse generator 71 such as a pulse generator, for example. For example, the trigger pulse output from the trigger pulse generator 71 is input to the Nd: YAG laser 11 via the cable 72, input to the delay generator 74 via the cable 73, and Nd via the cable 75. : Input to the YAG laser 61. The delay generator 74 adjusts the time so that the oscillation light L3 and the sum frequency mixing light L54 overlap each other in the wavelength conversion element 54, and delays the trigger pulse by a necessary time to delay the Nd: YAG laser. 61 is output.
[0051]
The optical oscillation device having such a configuration operates as follows.
[0052]
In this optical oscillation device, when a trigger pulse is generated from the trigger pulse generator 71, it is output to the Nd: YAG laser 11 via the cable 72 and also output to the delay generator 74 via the cable 73. In the delay generator 74, the trigger pulse is delayed by a necessary time so that the oscillation light L3 and the sum frequency mixing light L54 overlap in time in the wavelength conversion element 54, and the Nd: YAG laser 61 is passed through the cable 75. Output.
[0053]
In the Nd: YAG laser 11, when a trigger pulse is input, infrared light L1 is oscillated accordingly. A part of the infrared light L1 is converted into the second harmonic L2 by the second harmonic generator 12 through the optical lens 13, and is transmitted to the light emitting medium 21 as excitation light through the optical lens 16 and the mirror 47. Incident. In the luminescent medium 21, when the second harmonic L 2 is incident, light is output according to the emission characteristics, amplified by the resonator 52, and selectively absorbed according to the transmission spectral characteristics of the light absorber 23. . Thereby, the oscillation light L3 of about 710 nm having high coherence is oscillated in the resonator 52 and is incident on the wavelength conversion element 54 disposed in the resonator 52.
[0054]
On the other hand, in the Nd: YAG laser 61, when a trigger pulse is input, infrared light L61 is oscillated accordingly. A part of the infrared light L61 is converted into the second harmonic L62 by the second harmonic generator 62 through the optical lens 64, and then a part of the infrared light L61 is converted to 4 through the mirror 65 and the optical lens 66. It is converted into a fourth harmonic of about 266 nm by the second harmonic generator 63 and is incident on the wavelength conversion element 54 through the mirror 67 and the optical lens 68 as the sum frequency mixing light L54.
[0055]
Thereby, in the wavelength conversion element 54, the oscillation light L3 and the sum frequency mixing light L54 are overlapped, and the sum frequency is mixed and the sum frequency L55, which is ultraviolet light of about 193 nm, is output. That is, here, since the light absorber 23 can obtain the oscillation light L3 having a wavelength in the range of 700 nm to 730 nm having high coherence, it is possible to easily obtain ultraviolet light having a high coherence of about 193 nm.
[0056]
In this case, the oscillation light L3 of about 710 nm and the sum frequency mixing light L54 of about 266 nm are sum-frequency mixed to obtain an ultraviolet light of about 193 nm, but the oscillation light L3 is in the range of 700 nm to 730 nm. The sum frequency mixing light L54 may have a wavelength within the range of 256 nm to 276 nm.
[0057]
As described above, according to the present embodiment, the wavelength of the oscillation light L3 is tuned in the same manner as in the first embodiment, and therefore, the same effect as in the first embodiment is obtained. Further, since the oscillation light L3 having a wavelength in the range of 700 nm or more and 730 nm or less can be easily obtained, the wavelength conversion element 54 and the sum frequency mixing light L54 having a wavelength in the range of 256 nm or more and 276 nm or less and the sum frequency. By mixing, ultraviolet light of about 193 nm having high coherence can be easily obtained. That is, ultraviolet light having a wavelength of about 193 nm can be obtained with good stability and low cost.
[0058]
The present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, in each of the above embodiments, the case where the light absorber 23 is made of Nd: YAG has been described. However, the same effect can be obtained even if the light absorber 23 is made of another material containing neodymium ions. For example, the light absorber is Nd: YLF (ie, LiYF containing neodymium ions)._Four) Or Nd: YVO_Four(Ie YVO containing neodymium ions_Four).
[0059]
Moreover, you may make it comprise a light absorber with the material containing rare earth ions other than a neodymium ion. For example, if a light absorber is composed of a material containing ions of cerium (Ce), praseodymium (Pr), samarium (Sm), europium (Eu), erbium (Er), or ytterbium (Yb), the absorption characteristics thereof can be obtained. Other wavelengths can be selected using this.
[0060]
Furthermore, you may make it comprise a light absorber with the material containing a some rare earth ion. More wavelengths can be selected by combining a plurality of rare earth ions having different transmission spectral characteristics. Note that. Even if a plurality of light absorbers containing different rare earth ions are provided, the same effect can be obtained.
[0061]
In addition, in each of the above embodiments, the light absorber 23 is disposed in the resonators 22, 32, and 52. However, the resonator and the resonator that amplifies the light output from the light emitting media 21 and 32 are partially used. May be arranged in another resonator provided so as to be shared. Further, in the first and second embodiments, they may be arranged in the optical path of the oscillation lights L3 and L33 outputted outside the resonators 22 and 32. In the third embodiment, the resonance is generated. The oscillating light L3 may be output to the outside of the device 52 and arranged in the optical path of the oscillating light output. However, it is preferable that the light absorber 23 be disposed in a resonator that at least partially shares the resonator that amplifies the light output from the light emitting media 21 and 32 because a high effect can be obtained. . In the third embodiment, it is preferable that the oscillation light L3 selected by the light absorber 23 is incident on the wavelength conversion element 54.
[0062]
Furthermore, in the first and third embodiments, the light emitting medium 21 is constituted by a laser medium made of titanium sapphire, but may be constituted by another laser medium. However, the present invention is particularly effective when the laser medium has a plurality of emission wavelengths.
[0063]
In addition, in the second embodiment, the light emitting medium 31 is composed of a nonlinear optical crystal made of lithium niobate, but is composed of another nonlinear optical crystal such as beta barium borate or lithium borate. You may do it. For example, if the luminescent medium is composed of barium betaborate, it can be configured in the same manner as in the second embodiment, and the same effect can be obtained. However, the present invention is particularly effective when the light output by the optical parametric effect has a wavelength width and the oscillation light has a wide oscillation wavelength width when the light absorber 23 is not used. Obtainable.
[0064]
Furthermore, in each of the above-described embodiments, the configuration of the resonators 22, 32, and 52 has been described with specific examples, but other configurations may be used. For example, the bending mirrors 22b, 22c, 32b, and 32c may be provided as necessary. The reflection characteristics can also be set according to the purpose.
[0065]
In addition, in each of the above-described embodiments, the excitation light sources 10 and 40 are configured by the Nd: YAG laser 11 and the second harmonic generation device 12, and the emission media 21 and 31 are irradiated with excitation light of 532 nm. However, an excitation light source having another configuration may be used, and excitation light having another wavelength may be irradiated to the light emitting medium. However, it is preferable to irradiate the light emitting medium with a wavelength having a high absorption rate. Further, as shown in the above embodiments, a wavelength within the range of 520 nm or more and 540 nm or less is preferable because it can be easily obtained by using a commercially available Nd: YAG laser or the like. Furthermore, in the second embodiment, if a signal light of about 710 nm and an idler light of about 2.1 μm are output from an excitation light of about 532 nm, a multi-resonance parametric oscillator can be easily configured by using a multilayer film. Therefore, it is preferable to set the wavelength of the excitation light within the range of 520 nm to 540 nm.
[0066]
Furthermore, in the third embodiment, the wavelength conversion element 54 is configured by a nonlinear optical crystal made of beta barium borate, but may be configured by another nonlinear optical crystal.
[0067]
In addition, in the third embodiment, the wavelength conversion element 54 is arranged in the resonator 52. However, a part of the wavelength conversion element 54 is shared with the resonator 52 that amplifies the light output from the light emitting medium 21. You may make it arrange | position in the other resonator provided so. Further, the oscillation light L3 may be output to the outside of the resonator 52 and disposed in the optical path of the output oscillation light. However, it is preferable to arrange in a resonator sharing at least a part with the resonator 52 that amplifies the light output from the light emitting medium 21 because loss can be reduced.
[0068]
Furthermore, in the third embodiment, the light emitting medium 21 is constituted by a laser medium. However, similarly to the second embodiment, the light emitting medium 21 is constituted by a nonlinear optical crystal that outputs light by an optical parametric effect. However, the same effect can be obtained.
[0069]
In addition, in the third embodiment, the configurations of the sum frequency mixing light source 60 and the control unit 70 have been specifically described. However, a sum frequency mixing light source having other configurations may be used. The overlap between the oscillation light L3 and the sum frequency mixing light L54 may be controlled by the above method.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical wavelength tuning method according to any one of claims 1 to 12 or the optical oscillation device according to any one of claims 13 to 24, at least one kind is provided. Since the wavelength of the oscillation light is tuned using the absorption spectrum of the light absorber containing rare earth ions, there is an effect that the wavelength can be tuned easily and with high efficiency.
[0071]
In particular, according to the optical wavelength tuning method according to claim 2 or the optical oscillation device according to claim 14, since the light absorber containing neodymium ions as the rare earth ions is used, the wavelength of the oscillation light is, for example, 700 nm or more. There is an effect that tuning can be performed within a range of 730 nm or less.
[0072]
According to the optical wavelength tuning method according to claim 3 or the optical oscillation device according to claim 15, the resonator that shares at least a part with the resonator that amplifies the light output from the light emitting medium as the light absorber. Since it is arranged inside, there is an effect that the wavelength can be selected more effectively.
[0073]
Further, according to the optical wavelength tuning method according to claim 5 or the optical oscillation device according to claim 17, since the light emitting medium is made of titanium sapphire, the wavelength of the oscillation light is in the range of 700 nm to 730 nm, for example. In addition, there is an effect that light can be easily emitted by using a commercially available Nd: YAG laser or the like.
[0074]
In addition, according to the optical wavelength tuning method according to claim 6 or the optical oscillation device according to claim 18, the light emitting medium is configured by a nonlinear optical crystal that outputs light by an optical parametric effect. Signal light having a wavelength of about 710 nm can be generated by excitation light having a wavelength in the range of 520 nm to 540 nm, and the wavelength of the oscillation light can be tuned to a range of 700 nm to 730 nm. In addition, excitation light having a wavelength in the range of 520 nm or more and 540 nm or less can be easily obtained by using a commercially available Nd: YAG laser or the like. Further, since signal light of about 710 nm and idler light of about 2.1 μm can be output, a multi-resonance parametric oscillator can be easily configured, and the effect of being able to oscillate with high efficiency is achieved.
[0075]
Furthermore, according to the optical wavelength tuning method of claim 8 or the optical oscillation device of claim 20, since the excitation light having a wavelength in the range of 520 nm or more and 540 nm or less is irradiated to emit light, By using a commercially available Nd: YAG laser or the like, the excitation light can be easily obtained, and the light can be easily emitted.
[0076]
In addition, according to the optical wavelength tuning method according to claim 9 or the optical oscillation device according to claim 21, at least one of the light-emitting medium and the light absorber is made to receive oscillation light at a Brewster angle. Therefore, there is an effect that the reflection loss can be reduced and the efficiency can be increased.
[0077]
Furthermore, according to the optical wavelength tuning method according to claim 12 or the optical oscillation device according to claim 24, the wavelength of the oscillation light is tuned within a range of 700 nm or more and 730 nm or less, and is 256 nm or more and 276 nm by the wavelength conversion element. Since the sum frequency mixing is performed with the sum frequency mixing light having a wavelength within the following range, it is possible to obtain an ultraviolet light of about 193 nm easily with good stability and at a low price.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an optical oscillation device according to a first embodiment of the invention.
2 is an absorption / emission characteristic diagram of a light emitting medium in the optical oscillation device shown in FIG.
3 is a transmission spectral characteristic diagram of a light absorber in the optical oscillation device shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 4 is a transmission spectral characteristic diagram illustrating a part of FIG. 3 in an enlarged manner.
5 is a characteristic diagram showing a spectrum of oscillation light output from the optical oscillation device shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a spectrum of oscillation light in a comparative example.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating an optical oscillation device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating an optical oscillation device according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,40 ... Excitation light source, 11, 61 ... Nd: YAG laser, 12, 62 ... Second harmonic generator, 12a, 62a, 63a ... Nonlinear optical crystal, 13, 16, 64, 66, 68 ... Optical lens, 14, 15, 47, 65, 67 ... mirrors, 20, 30, 50 ... optical oscillators, 21, 31 ... light emitting medium, 22, 32, 52 ... resonators, 22a, 32a ... incident mirrors, 22b, 22c, 32b , 32c ... bending mirror, 22d, 32d ... output mirror, 23 ... light absorber, 54 ... wavelength conversion element, 60 ... light source for sum frequency mixing, 63 ... fourth harmonic generation device, 70 ... control unit, 71 ... trigger Pulse generator, 72, 73, 75 ... cable, 74 ... delay generator, L1, L61 ... infrared light, L2, L62 ... second harmonic, L3, L33 ... oscillation light, L54 ... sum frequency mixing light, L55 ... Frequency

Claims

発光媒質に励起光を照射して発光させ、前記発光媒質から出力された光を共振器により増幅して発振させると共に発振光のうち特定の波長域を選択する光波長同調方法であって、
前記共振器と少なくとも一部を共有する共振器中に少なくとも１種の希土類イオンを含む光吸収体を配置し、前記光吸収体の吸収スペクトルを利用して前記発振光の波長の狭帯域化を行う
光波長同調方法。A light wavelength tuning method of irradiating a light emitting medium with excitation light to emit light, amplifying the light output from the light emitting medium by a resonator and oscillating the light, and selecting a specific wavelength region of the oscillation light,
A light absorber containing at least one kind of rare earth ions is arranged in a resonator sharing at least a part with the resonator, and the wavelength of the oscillation light is narrowed using the absorption spectrum of the light absorber. Do
Optical wavelength tuning method.

前記希土類イオンとしてネオジムイオンを含む光吸収体を用いる請求項１記載の光波長同調方法。請 Motomeko 1 light wavelength tuning method according to Ru with light absorber containing neodymium ions as the rare earth ions.

前記発光媒質としてレーザー媒質を用いる請求項１または２に記載の光波長同調方法。Optical wavelength tuning method according to 請 Motomeko 1 or 2 Ru with laser medium as the light emitting medium.

前記レーザー媒質をチタンサファイアにより構成する請求項３記載の光波長同調方法。請 Motomeko 3 light wavelength tuning method according to the laser medium that make up a titanium sapphire.

前記発光媒質として光パラメトリック効果により光を出力する非線形光学結晶を用いる請求項１または２に記載の光波長同調方法。Optical wavelength tuning method according to 請 Motomeko 1 or 2 Ru using a nonlinear optical crystal for outputting light by the optical parametric effect as the light emitting medium.

前記発振光の波長を７００ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の範囲内に同調する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光波長同調方法。Optical wavelength tuning method according to any one of from 請 Motomeko no 1 you tune the wavelength of the oscillation light in the range 730nm or less than 700 nm 5.

前記発光媒質に５２０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する励起光を照射して発光させる請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光波長同調方法。Optical wavelength tuning method according to any one of from 請 Motomeko 1 Ru emit light by irradiating 6 with excitation light having a wavelength within the range of the light emitting medium 520nm above 540 nm.

前記発光媒質または前記光吸収体の少なくとも一方を、前記発振光がブリュースター角で入射するように構成する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光波長同調方法。The light emitting medium or at least one of the light absorber, light wavelength tuning method according to any one of the to oscillation light 請 Motomeko no 1 you configured incident at Brewster angle 7.

前記発振光を波長変換素子に入射する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光波長同調方法。Optical wavelength tuning method according to any one of the to 請 Motomeko 1 to you incident on the wavelength conversion element oscillating light 8.

前記発振光と共に和周波混合用光を前記波長変換素子に入射し、前記波長変換素子によりそれらを和周波混合する請求項９記載の光波長同調方法。The sum frequency mixing of light with oscillation light is incident on the wavelength conversion element, the optical wavelength tuning method 請 Motomeko 9 wherein them you sum frequency mixing by the wavelength conversion element.

２５６ｎｍ以上２７６ｎｍ以下の範囲内の波長を有する前記和周波混合用光を前記波長変換素子に入射すると共に、前記発振光の波長を７００ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の範囲内に同調する請求項１０記載の光波長同調方法。The sum frequency mixing of light having a wavelength in the range of more than 276nm or less 256nm with incident on the wavelength conversion element, the 請 Motomeko 10 wherein you tune the wavelength of the oscillation light in the range of 700nm or more 730nm or less Optical wavelength tuning method.

励起光を受けて光を発生する発光媒質と、
前記発光媒質から出力された光を増幅し発振光を発振させる共振器と、
前記共振器と少なくとも一部を共有する共振器中に配置されると共に、少なくとも１種の希土類イオンを含み、吸収スペクトルを利用して前記発振光の波長の狭帯域化を行う光吸収体と
を備えた光発振装置。A light emitting medium that generates light in response to excitation light;
A resonator that amplifies light output from the light emitting medium and oscillates oscillation light;
A light absorber disposed in a resonator sharing at least a part of the resonator and including at least one kind of rare earth ions and narrowing the wavelength band of the oscillation light using an absorption spectrum; Optical oscillation device provided.

前記光吸収体は、希土類イオンとしてネオジムイオンを含む請求項１２記載の光発振装置。It said light absorber, light oscillation device including請 Motomeko 12, wherein the neodymium ions as the rare earth ion.

前記発光媒質は、レーザー媒質よりなる請求項１２または１３に記載の光発振装置。The light emitting medium, light oscillation device according to 請 Motomeko 12 or 13 ing from the laser medium.

前記レーザー媒質は、チタンサファイアよりなる請求項１４記載の光発振装置。The laser medium, light oscillation device 請 Motomeko 14 wherein ing of titanium sapphire.

前記発光媒質は、光パラメトリック効果により光を出力する非線形光学結晶よりなる請求項１２または１３に記載の光発振装置。The light emitting medium, light oscillation device according to 請 Motomeko 12 or 13 ing from a nonlinear optical crystal for outputting light by optical parametric effect.

前記光吸収体により選択される発振光の波長は７００ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の範囲内である請求項１２ないし１６のいずれか１項に記載の光発振装置。Light oscillation device according to any one of the to 請 Motomeko 12 to the wavelength of the oscillation light is Ru der range of 700nm or more 730nm or less which is selected by the light absorber 16.

更に、前記発光媒質に５２０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する励起光を照射する励起光源を備えた請求項１２ないし１７のいずれか１項に記載の光発振装置。Further, the light oscillation device according to any one of the light emitting medium to 請 Motomeko 12 not provided with an excitation light source that emits excitation light having a wavelength in the range of 520nm or more 540nm below 17.

前記発光媒質または前記光吸収体の少なくとも一方は、発振光がブリュースター角で入射するように構成された請求項１２ないし１８のいずれか１項に記載の光発振装置。Wherein at least one of the light emitting medium or the light absorber, light oscillation device according to any one of from oscillation light 請 Motomeko 12 not configured to incident at Brewster angle 18.

更に、発振光が入射される波長変換素子を備えた請求項１２ないし１９のいずれか１項に記載の光発振装置。Further, the light oscillation device according to any one of 請 Motomeko 12 to 19 with a wavelength conversion element oscillating light is incident.

更に、和周波混合用光を出力する和周波混合用光源を備えると共に、前記波長変換素子は、和周波混合用光と発振光とを和周波混合する和周波混合手段である請求項１９記載の光発振装置。Further, provided with a sum frequency mixing light source that outputs sum frequency mixing of light, the wavelength conversion element is Ru sum frequency mixing means der to sum frequency mixing of the oscillation light sum frequency mixing optical 請 Motomeko 19 The optical oscillation device described.

前記波長変換素子により和周波混合する和周波混合用光は２５６ｎｍ以上２７６ｎｍ以下の範囲内の波長を有すると共に、発振光は７００ｎｍ以上７３０ｎｍ以下の範囲内の波長を有する請求項２１記載の光発振装置。Which has a wavelength in the range sum frequency mixing light of the following 276nm or 256nm to mix sum frequency by the wavelength conversion element, the oscillation light of 請 Motomeko 21, wherein that having a wavelength in the range of 700nm or more 730nm or less Optical oscillator.