JPH03100630A - 波長変換装置 - Google Patents
波長変換装置Info
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- JPH03100630A JPH03100630A JP23846289A JP23846289A JPH03100630A JP H03100630 A JPH03100630 A JP H03100630A JP 23846289 A JP23846289 A JP 23846289A JP 23846289 A JP23846289 A JP 23846289A JP H03100630 A JPH03100630 A JP H03100630A
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- crystals
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
この発明は、光の波長変換を高効率に得るために有効な
波長変換装置に関するものであり、例えば、第２高調波
発生（Ｓ ＨＧ ； Ｓ ｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉ
ｃＧ ｅｎｅｒａｔｉｏｎ）に代表される高調波の発生
器、２１以上の電磁波の和周波、差周波を合成するパラ
メトリック蛍光発生器（ＯＰ Ｆ ； Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｐ ａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｆ １ｕｏｒｅｓｃｅｎｃ
ｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）、パラメトリック増幅器（Ｏ
Ｐ Ａ ； Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐ ａｒａｍｅｔｒｉｃ
Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）およびパラメトリック発振器（
ＯＰ Ｏ： ０３）ｔｉｃａｌ Ｐ ａｒａｍｅｔｒｉ
ｃ Ｏ５ｃｉｌｌａｔｏｒ）に関するものである。
波長変換装置に関するものであり、例えば、第２高調波
発生（Ｓ ＨＧ ； Ｓ ｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉ
ｃＧ ｅｎｅｒａｔｉｏｎ）に代表される高調波の発生
器、２１以上の電磁波の和周波、差周波を合成するパラ
メトリック蛍光発生器（ＯＰ Ｆ ； Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｐ ａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｆ １ｕｏｒｅｓｃｅｎｃ
ｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）、パラメトリック増幅器（Ｏ
Ｐ Ａ ； Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐ ａｒａｍｅｔｒｉｃ
Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）およびパラメトリック発振器（
ＯＰ Ｏ： ０３）ｔｉｃａｌ Ｐ ａｒａｍｅｔｒｉ
ｃ Ｏ５ｃｉｌｌａｔｏｒ）に関するものである。
「従来の技術」
光学材料の特性評価にコヒーレントな波長可変光源が有
用である。波長可変光源の代表的存在とも言える色素レ
ーザ、Ｆセンタレーザ、チタンサファイア（Ｔ ｉ：Ａ
ｌ＊ｏ ｓ）レーザは、エネルギー準位間の実遷移を
伴う、いわゆる波長変換装置である。これに対し、２次
の非線形光学過程を用いた上記のＳＨＧ、ＯＰＦ、ＯＰ
Ａ、ＯＰＯは実遷移を伴わない非共鳴型光相互作用によ
るものであり、熱の発生が許されない分野で不可欠な波
長変換装置となっている。
用である。波長可変光源の代表的存在とも言える色素レ
ーザ、Ｆセンタレーザ、チタンサファイア（Ｔ ｉ：Ａ
ｌ＊ｏ ｓ）レーザは、エネルギー準位間の実遷移を
伴う、いわゆる波長変換装置である。これに対し、２次
の非線形光学過程を用いた上記のＳＨＧ、ＯＰＦ、ＯＰ
Ａ、ＯＰＯは実遷移を伴わない非共鳴型光相互作用によ
るものであり、熱の発生が許されない分野で不可欠な波
長変換装置となっている。
一方、現在の光精密計測の分野で測定限界を決定するも
のは、ショット雑音と呼ばれる量子雑音であり、これを
克服する試みは既に始まっている。
のは、ショット雑音と呼ばれる量子雑音であり、これを
克服する試みは既に始まっている。
スクイーズド状態（Ｒ，Ｅ、Ｓ］ｕｓｈｅｒ ｅｔ ａ
ｌ、Ｐｈｙｓ、ＲｅｖＬｅｔｔ、５５．２４０９ （１
９８５）； Ｌ、＾、Ｗｕ ｅｔ ａｌ、 Ｐｈｙｓ、
Ｒｅｖ。
ｌ、Ｐｈｙｓ、ＲｅｖＬｅｔｔ、５５．２４０９ （１
９８５）； Ｌ、＾、Ｗｕ ｅｔ ａｌ、 Ｐｈｙｓ、
Ｒｅｖ。
Ｌｅｔｔ、５７．２５２０ （１９８６）、）、光子数
−位相最小不確定状態（Ｓ、Ｍａｃｈｉｄａ ｅｔ ａ
ｌ、Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、Ｌｅｔｔ、５８．１０００（１
９８７）、）と呼ばれる非古典的光子状態の発生がこれ
であり、量子非破壊測定（Ｑ Ｎ Ｄ ； Ｑ ｕａｎ
ｔｕｍＮｏｎｄｅｎ＋ｏｌｉｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅ
ｍｅｎｔ）と呼ばれる検出系（Ｎ、Ｉｍｏｔｏ ａｎｄ
Ｓ、５ａｉｔｏ、 Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、Ａ３９．６７
５ （１９８９）、）と共に、量子光学の分野に話題を
提供している。
−位相最小不確定状態（Ｓ、Ｍａｃｈｉｄａ ｅｔ ａ
ｌ、Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、Ｌｅｔｔ、５８．１０００（１
９８７）、）と呼ばれる非古典的光子状態の発生がこれ
であり、量子非破壊測定（Ｑ Ｎ Ｄ ； Ｑ ｕａｎ
ｔｕｍＮｏｎｄｅｎ＋ｏｌｉｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅ
ｍｅｎｔ）と呼ばれる検出系（Ｎ、Ｉｍｏｔｏ ａｎｄ
Ｓ、５ａｉｔｏ、 Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、Ａ３９．６７
５ （１９８９）、）と共に、量子光学の分野に話題を
提供している。
これら非古典的光子状態はショット雑音レベル以下の極
微小な信号を検出するのに適しており、例えば、重力波
検出（Ｐ、Ｃａｒｒｕｔｈｅｒｓ ａｎｄ Ｍ、Ｍ、Ｎ
ｅ１ｔｏ。
微小な信号を検出するのに適しており、例えば、重力波
検出（Ｐ、Ｃａｒｒｕｔｈｅｒｓ ａｎｄ Ｍ、Ｍ、Ｎ
ｅ１ｔｏ。
Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、Ｌｅｔｔ、１４，３８７ Ｃ１９６
５）、）、生体や集積回路中のパルス計測（Ｊ、Ａ、Ｖ
ａｌｄｍａｎｉｓ、 ｅｔ ａｌ、 Ａｐｐｌ。
５）、）、生体や集積回路中のパルス計測（Ｊ、Ａ、Ｖ
ａｌｄｍａｎｉｓ、 ｅｔ ａｌ、 Ａｐｐｌ。
Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、４１，２１１ （１９８２）、）
あるいは表面電荷密度の計測（Ｈ，に、Ｈｅ１ｎｒｉｃ
ｈ、 ａｔ ａｌ、 Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ。
あるいは表面電荷密度の計測（Ｈ，に、Ｈｅ１ｎｒｉｃ
ｈ、 ａｔ ａｌ、 Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ。
４８．１０６６ （１９８６）、）等に力を発揮するも
のと期待されるが、実遷移による吸収や散乱等の確率過
程の存在によって破壊される。このため、高効率な非共
鳴型の非線、形光学過程が不可欠となっている。
のと期待されるが、実遷移による吸収や散乱等の確率過
程の存在によって破壊される。このため、高効率な非共
鳴型の非線、形光学過程が不可欠となっている。
以上述べた如く、非共鳴型である２次の非線形光学過程
は、分光学、非線形光学、量子光学の各分野において、
その応用が期待されているところであるが、波長変換効
率はほとんど材料そのものの物性定数によって決定され
ている。波長変換の高効率化には、非線形光学結晶に入
射する光パワー密度を増加させたり、光ビームの形を楕
円にしたりする等、光源に関するらの、温度や圧力を結
晶に施す等、位相整合を如何に巧妙に実現するが、材料
そのものの性質に係わるものが報告されているが、これ
らには一定の限界がある。
は、分光学、非線形光学、量子光学の各分野において、
その応用が期待されているところであるが、波長変換効
率はほとんど材料そのものの物性定数によって決定され
ている。波長変換の高効率化には、非線形光学結晶に入
射する光パワー密度を増加させたり、光ビームの形を楕
円にしたりする等、光源に関するらの、温度や圧力を結
晶に施す等、位相整合を如何に巧妙に実現するが、材料
そのものの性質に係わるものが報告されているが、これ
らには一定の限界がある。
「発明が解決しようとする課題」
材料として使用する非線形光学結晶が決まれば、その上
限が自ずと決定される。異方性を有する結晶においては
、分散が等価になるような位相整合角を満たすように入
射光と結晶を配置することが重要であるが、材料の複屈
折性に起因した正常光線と異常光線のウオークオフ分離
のため、結晶の有効長に限界を生じる。波長変換効率の
上限は、回折限界に達するまでは、はぼアパーチャー長
と呼ばれる入射光ビーム径のウオークオフ角に対する割
合で決まっている。
限が自ずと決定される。異方性を有する結晶においては
、分散が等価になるような位相整合角を満たすように入
射光と結晶を配置することが重要であるが、材料の複屈
折性に起因した正常光線と異常光線のウオークオフ分離
のため、結晶の有効長に限界を生じる。波長変換効率の
上限は、回折限界に達するまでは、はぼアパーチャー長
と呼ばれる入射光ビーム径のウオークオフ角に対する割
合で決まっている。
本発明は、回折限界に達するまでの波長変換効率の増大
を目指し、トータルなアパーチャー長、見掛は上のコヒ
ーレント長を拡大できる波長変換装置を提供することを
目的とする。
を目指し、トータルなアパーチャー長、見掛は上のコヒ
ーレント長を拡大できる波長変換装置を提供することを
目的とする。
「課題を解決するための手段」
本発明の波長変換装置は、所定の波長の光源とこの光源
の光の透過領域で入射光と出力光の位相が整合可能な複
数の非線形光学結晶を用いて光の第２高調波を発生させ
る手段と、この第２高調波を検出する手段とを備えた光
の波長変換装置であって、上記非線形光学結晶のうち、
互いに結晶のＣ軸を上記光の進行方向中心に反転するよ
う配置された２個の同一結晶の組み合わせを少なくとも
１組有する構成としたことを、上記課題を解決するため
の手段とした。
の光の透過領域で入射光と出力光の位相が整合可能な複
数の非線形光学結晶を用いて光の第２高調波を発生させ
る手段と、この第２高調波を検出する手段とを備えた光
の波長変換装置であって、上記非線形光学結晶のうち、
互いに結晶のＣ軸を上記光の進行方向中心に反転するよ
う配置された２個の同一結晶の組み合わせを少なくとも
１組有する構成としたことを、上記課題を解決するため
の手段とした。
本発明の波長変換装置は、非線形光学結晶のうち、互い
に結晶のＣ軸を上記光の進行方向中心に反転するよう配
置された２ｇの同一結晶の組み合わせを少なくとも１組
有する構成としたことにより、ウオークオフ補償を実現
し、従来解決できナカったアパーチャー長、見掛は上の
コヒーレント長を人工的に長くすることができるため、
飛躍的１．：ｓＨＧ、ＯＰＦ、０ＰＡＳＯＰＯの波長変
換効率を増大させることができる。
に結晶のＣ軸を上記光の進行方向中心に反転するよう配
置された２ｇの同一結晶の組み合わせを少なくとも１組
有する構成としたことにより、ウオークオフ補償を実現
し、従来解決できナカったアパーチャー長、見掛は上の
コヒーレント長を人工的に長くすることができるため、
飛躍的１．：ｓＨＧ、ＯＰＦ、０ＰＡＳＯＰＯの波長変
換効率を増大させることができる。
「実施例」
第１図（ａ）は、本発明実施例として、第２高調波発生
に関する発生変換装置の構成例を示す。
に関する発生変換装置の構成例を示す。
この装置は、所定の波長の光源！と、２個の同一な非線
形光学結晶（Ｋ Ｔ Ｐ結晶２．３）と、これらの結晶
２．３からの第２高調波を検出する手段とを備えて構成
されている。
形光学結晶（Ｋ Ｔ Ｐ結晶２．３）と、これらの結晶
２．３からの第２高調波を検出する手段とを備えて構成
されている。
この２個の同一な非線形光学結晶２，３は、第１図（ｂ
）に示すように、３本の結晶軸方向を全く同一とし、一
方の結晶だけＣ軸を光の進行方向（位た状態をとるよう
に配置される。
）に示すように、３本の結晶軸方向を全く同一とし、一
方の結晶だけＣ軸を光の進行方向（位た状態をとるよう
に配置される。
上記光源ｌとしては、非線形光学過程の検証に広く使わ
れているモードロック Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１の１．０
６μｍの光が使われている。このレーザに最適な非線形
光学結晶は、現在のところＫ Ｔ ｉＯＰ ０４ （Ｋ
Ｔ Ｐ ）と考えられている。
れているモードロック Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１の１．０
６μｍの光が使われている。このレーザに最適な非線形
光学結晶は、現在のところＫ Ｔ ｉＯＰ ０４ （Ｋ
Ｔ Ｐ ）と考えられている。
ＫＴＰ結晶は通常Ｔｙｐｅ Ｕ位相整合条件の下で用い
られる正の（（ｎｅ：異常光線屈折率）＞（ｎｏ；正常
光線屈折率））２軸性結晶である（この場合ｎｅ＝ ｎ
ｚ、ｎｏ＝ ｎｘ、ｎｙ）。位相整合角はＣ軸（２軸）
に垂直（θ−９０°）であり、Ｘ軸からの角度がφ＝２
２°である。波長ｌ、０６μｍの入射光ωの偏光方向と
Ｃ軸との間の角度をφとし、４５°を基準角として、φ
＝ ０°と定義すると、φ＝４５゛のＸ７面内に０．５
３μｍの波長を有す第２高調波（ＳＨ）２ωの偏光方向
が決定される。
られる正の（（ｎｅ：異常光線屈折率）＞（ｎｏ；正常
光線屈折率））２軸性結晶である（この場合ｎｅ＝ ｎ
ｚ、ｎｏ＝ ｎｘ、ｎｙ）。位相整合角はＣ軸（２軸）
に垂直（θ−９０°）であり、Ｘ軸からの角度がφ＝２
２°である。波長ｌ、０６μｍの入射光ωの偏光方向と
Ｃ軸との間の角度をφとし、４５°を基準角として、φ
＝ ０°と定義すると、φ＝４５゛のＸ７面内に０．５
３μｍの波長を有す第２高調波（ＳＨ）２ωの偏光方向
が決定される。
１個の結晶を用いてＳＨＧを行い、ＳＨパワーのφ依存
性を測定した結果を第２図に示す。
性を測定した結果を第２図に示す。
これに対し、２個の同一結晶２．３を第１図に示すよう
に配置し、Ｓ）（出力の結晶２の回転角φ依存性を測定
すると、第３図のような結果が得られる。この測定は、
第１図に示したように、光隙１から結晶に光を入射し、
結晶を通過した光をプリズム４とアイリス５を用いて基
本波ωと５Ｈ（２ω）とに分離し、パワーメータ６を用
いてＳ Ｈ出力パワーを測定する。７は基本波ωのスト
ッパーである。また第３図の横軸は結晶２の回転角φを
表している。
に配置し、Ｓ）（出力の結晶２の回転角φ依存性を測定
すると、第３図のような結果が得られる。この測定は、
第１図に示したように、光隙１から結晶に光を入射し、
結晶を通過した光をプリズム４とアイリス５を用いて基
本波ωと５Ｈ（２ω）とに分離し、パワーメータ６を用
いてＳ Ｈ出力パワーを測定する。７は基本波ωのスト
ッパーである。また第３図の横軸は結晶２の回転角φを
表している。
第３図から明らかなように、Ｃ軸反転配置のときだけが
出力を大きくすることができている。１個の結晶の場合
に比較し、ウオークオフ補償により、他の配置に見られ
るようなアパーチャー長、コヒーレント長による限界か
らの影響がなく、第２図に示されたピークパワーの４倍
程度のパワーが実現できている。この配置以外の構成を
採用した場合には、高々２〜３倍までの出力が得られる
だけである。
出力を大きくすることができている。１個の結晶の場合
に比較し、ウオークオフ補償により、他の配置に見られ
るようなアパーチャー長、コヒーレント長による限界か
らの影響がなく、第２図に示されたピークパワーの４倍
程度のパワーが実現できている。この配置以外の構成を
採用した場合には、高々２〜３倍までの出力が得られる
だけである。
これは、はとんどウオークオフ補償がφ−０９のときに
完全に実現されていることを示しており、複数の結晶を
組み合わ仕るだけで、回折限界に達するまでＳＨＧ発生
効率の増大が図れることがわかる。
完全に実現されていることを示しており、複数の結晶を
組み合わ仕るだけで、回折限界に達するまでＳＨＧ発生
効率の増大が図れることがわかる。
更にこれらの結晶を接着結合する場合には、ここに示し
た結果以上の効率が実現できる。
た結果以上の効率が実現できる。
以上の実施例ではＳＨＧのみについて説明したが、異方
性結晶においては、０ＰＰ１０ＰＡ、ＯＰＯの効率に関
しても、その改善がウオークオフ補償によって可能であ
る。また、ここでは非線形光学結晶として、ＫＴＰだけ
を取り上げたが、光源の波長及び出力のレベル、結晶の
散乱、吸収等、質に対する要求条件、手に入れたい出力
光の波長、及びビーム形状等、各条件によって結晶を選
ぶ必要性がある。
性結晶においては、０ＰＰ１０ＰＡ、ＯＰＯの効率に関
しても、その改善がウオークオフ補償によって可能であ
る。また、ここでは非線形光学結晶として、ＫＴＰだけ
を取り上げたが、光源の波長及び出力のレベル、結晶の
散乱、吸収等、質に対する要求条件、手に入れたい出力
光の波長、及びビーム形状等、各条件によって結晶を選
ぶ必要性がある。
「発明の効果」
以上説明したように、本発明の波長変換装置は、複数の
非線形光学結晶を用い、これら非線形光学結晶のうち、
互いに結晶のＣ軸を上記光の進行方向中心に反転するよ
う配置された２個の同一結晶の組み合わせを少なくとも
１組有する構成としたことにより、ウオークオフ補償を
実現し、従来解決できなかったアパーチャー長、見掛は
上のコヒーレント長を人工的に長くすることができ、回
折限界ぎりぎりまで波長変換効率を高めるのに有効な装
置であり、小さな結晶であっても、ここに示したような
配列あるいは、接着結合をすることにより、１個の大き
な結晶以上の出力を得ることができる。
非線形光学結晶を用い、これら非線形光学結晶のうち、
互いに結晶のＣ軸を上記光の進行方向中心に反転するよ
う配置された２個の同一結晶の組み合わせを少なくとも
１組有する構成としたことにより、ウオークオフ補償を
実現し、従来解決できなかったアパーチャー長、見掛は
上のコヒーレント長を人工的に長くすることができ、回
折限界ぎりぎりまで波長変換効率を高めるのに有効な装
置であり、小さな結晶であっても、ここに示したような
配列あるいは、接着結合をすることにより、１個の大き
な結晶以上の出力を得ることができる。
第１図は、本発明の一実施例を示す図であって、第１図
（ａ）は波長変換装置の構成図、第１図（ｂ）は２つの
結晶の配置状態を示す斜視図、第２図は、通常行なわれ
ているようにＫＴＰ結晶を１ｇだけ用いたときの第２高
調波出力のφ依存性を示すグラフ、第３図は、本発明に
よる同一結晶２個からなる結晶対によって発生された第
２高調波出カのφ依存性を示すグラフである。 １・・・・・・光源（Ｎｄ ； ＹＡＧレーザ）２．３
・・・・・・ＫＴＰ結晶 ４・・・・・・プリズム ５・・・・・・アイリス ６・・・・・・パワーメータ ７・・・・・・ストッパー
（ａ）は波長変換装置の構成図、第１図（ｂ）は２つの
結晶の配置状態を示す斜視図、第２図は、通常行なわれ
ているようにＫＴＰ結晶を１ｇだけ用いたときの第２高
調波出力のφ依存性を示すグラフ、第３図は、本発明に
よる同一結晶２個からなる結晶対によって発生された第
２高調波出カのφ依存性を示すグラフである。 １・・・・・・光源（Ｎｄ ； ＹＡＧレーザ）２．３
・・・・・・ＫＴＰ結晶 ４・・・・・・プリズム ５・・・・・・アイリス ６・・・・・・パワーメータ ７・・・・・・ストッパー
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 所定の波長の光源と、 該光源の光の透過領域で入射光と出力光の位相が整合可
能な複数の非線形光学結晶を用いて該光の第２高調波を
発生させる手段と、 該第２高調波を検出する手段とを備えた光の波長変換装
置であって、 上記非線形光学結晶のうち、互いに結晶の ｃ軸を上記光の進行方向中心に反転するよう配置された
２個の同一結晶の組み合わせを少なくとも１組有するこ
とを特徴とする波長変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23846289A JPH03100630A (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 波長変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23846289A JPH03100630A (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 波長変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03100630A true JPH03100630A (ja) | 1991-04-25 |
Family
ID=17030589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23846289A Pending JPH03100630A (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 波長変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03100630A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1035842C (zh) * | 1990-04-25 | 1997-09-10 | 北美飞利浦公司 | 波长转换方法及装置 |
| US7189174B2 (en) | 2000-06-26 | 2007-03-13 | Ntn Corporation | Chain tensioner |
| US7571632B2 (en) | 2002-12-10 | 2009-08-11 | Ntn Corporation | Chain Tensioner |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50150453A (ja) * | 1974-05-22 | 1975-12-02 |
-
1989
- 1989-09-14 JP JP23846289A patent/JPH03100630A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50150453A (ja) * | 1974-05-22 | 1975-12-02 |
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