JPH0478198B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、角度位相整合型の光パラメトリツク
発振器と、この光パラメトリツク発振器の発振光
を入射光とし、その高調波を出射光として出力す
る角度位相整合型の高調波発生器とからなる波長
可変レーザ装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、この種の波長可変レーザ装置は、第５図
に示すように構成されていた。この図において１
は光パラメトリツク発振器、２は第２高調波発生
器である。前記光パラメトリツク発振器１は、励
起光（例えば波長が355nm）３を集光するコリメ
ーテイングレンズ４と、入射ミラー５と、出射ミ
ラー６と、これらのミラー５，６間に配設された
容器７と、この容器７内に封入された尿素単結晶
などからなる非線形光学結晶８とからなり、手動
によつて非線形光学結晶８を回動軸９の回りに容
器７と一体に矢印方向に回動制御し、発振光１０
の波長を一定範囲（例えば500〜1230nm）で連続
的に変えるように構成されている（いわゆる角度
位相整合型）。

前記第２高調波発生器２は、光パラメトリツク
発振器１の発振光１０を入射光とし、レンズ１
１，１２間に配設された非線形光学結晶１３を手
動によつて回動軸１４の回りに矢印方向に回動制
御し、入射光（＝発振光１０）の第２高調波（波
長は1/2になる）を出射光１５として出力するよ
うに構成されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 第５図に示す従来例では、手動で非線形光学結
晶８，１３の回動を制御して発振光１０および出
射光１５の波長を変えるようにしていたので、波
長を所望値に設定する操作が煩雑であるととも
に、正確に設定することが困難であるという問題
点があつた。とくに、波長の時間的変化を一定に
したい場合には、入射角と発振波長が線形の関係
になつていないので、手動では極めて困難であつ
た。

本発明は、上述の問題点に鑑みなされたもの
で、正確かつ簡単に波長の設定および設定変更を
行うことのできる波長可変レーザ装置を提供する
ことを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明による波長可変レーザ装置は、角度位相
整合型の光パラメトリツク発振器と、この光パラ
メトリツク発振器の発振光を入射光とし、その高
調波を出射光として出力する角度位相整合型の高
調波発生器と、前記光パラメトリツク発振器の非
線形光学結晶に入射する励起光の入射角を変化さ
せる第１の駆動手段と、前記高調波発生器の非線
形光学結晶に入射する発振光の入射角を変化させ
る第２の駆動手段と、前記励起光の入射角を検出
する第１の角度検出回路と、前記発振光の入射角
を検出する第２の角度検出回路と、前記出射光の
波長可変範囲内の複数個の波長のそれぞれに対応
した前記励起光の入射角と前記発振光の入射角と
を設定値として記憶するメモリと、前記出射光の
波長可変範囲内の複数個の波長のうちの１つを選
択する波長選択回路と、この波長選択回路の選択
信号に基づいて選択波長に対応した設定入射角を
前記メモリから読み出し、これらを前記第１、第
２角度検出回路の検出入射角とそれぞれ比較演算
し、その演算出力に基づいて前記第１、第２駆動
手段を制御する演算制御手段とを具備してなるこ
とを特徴とするものである。

［作用］ 予め、メモリには、出射光の波長可変範囲内の
複数個の波長のそれぞれに対応した、光パラメト
リツク発振器における励起光の入射角と高調波発
生器における発振光の入射角とを設定値として記
憶しておく。

波長選択回路から所定波長を選択するための選
択信号が出力すると、演算・制御手段は、メモリ
から光パラメトリツク発振器用と高調波発生器用
の設定入射角θ₁ｓ，θ₂ｓを読み出し、これらの設
定入射角θ₁ｓ，θ₂ｓを第１、第２角度検出回路か
らの検出入射角θ₁ｄ，θ₂ｄとそれぞれ比較演算
し、その演算出力に基づいて第１、第２駆動手段
を制御する。この制御によつて検出入射角θ₁ｄ，
θ₂ｄがそれぞれ設定入射角θ₁ｓ，θ₂ｓに一致し、
光パラメトリツク発振器は設定入射角θ₁ｓに対応
した発振光を出力し、高調波発生器は、この発振
光を入射光とし、その高調波を出射光として出力
する位相整合条件（設定入射角θ₂ｓに対応）を満
足している。したがつて、所定波長の出射光を得
ることができる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示すもので、この
図において２１は光パラメトリツク発振器、２２
は高調波発生器としての第２高調波発生器であ
る。前記光パラメトリツク発振器２１は、例えば
Nd−YAGレーザの第３高調波（波長355nm）な
どからなる励起光２３を集光するコリメーテイン
グレンズ２４と、入射ミラー２５と、出射ミラー
２６と、これらのミラー２５，２６間に配設され
た容器２７と、この容器２７内にマツチングオイ
ルとともに封入された尿素単結晶からなる非線形
光学結晶２８と、前記容器２７および結晶２８を
回動軸２９の回りに一体に矢印方向に回動する第
１のステツピングモータ３０とからなり、この第
１のステツピングモータ３０の回動角を制御する
ことによつて（すなわち結晶２８の回動角を制御
することによつて）、第２図の実線Ｏで示すよう
に、発振光３１の波長を一定範囲（例えば500〜
1230nm）で連続的に変えるように構成されてい
る。

前記第１ステツピングモータ３０は、前記非線
形光学結晶２８に入射する励起光２３の入射角θ₁
ｄを変化させる第１の駆動手段を形成している。

前記第２高調波発生器２２は、前記光パラメト
リツク発振器２１の発振光３１を入射光とし、レ
ンズ３２，３３と、これらのレンズ３２，３３間
に配設された非線形光学結晶３４と、この結晶３
４を回動軸３５の回りに矢印方向に回動する第２
のステツピングモータ３６とからなり、この第２
ステツピングモータ３６の回動角を制御すること
によつて（すなわち結晶３４の回動角を制御する
ことによつて）、第２図の実線Ｓで示すように、
入射光（＝発振光３１）の第２高調波を出射光３
７として出力するように構成されている。前記第
２ステツピングモータ３６は前記非線形光学結晶
３４に入射する発振光３１の入射角θ₂ｄを変化さ
せる第２の駆動手段を形成している。４１，４２
は、それぞれ前記第１、第２ステツピングモータ
３０，３６の回動軸２９，３５の回動角（例えば
前記入射角θ₁ｄとθ₂ｄに等しい）を検出する第
１、第２角度検出回路である。４３はメモリで、
このメモリ４３には、予め、第２図に実線Ｏおよ
びＳで示すような光パラメトリツク発振器２１の
発振光３１の波長と、励起光２３の結晶２８の光
学軸ｃ軸に対する入射角θ（度）との関係、およ
び発振光３１を入射光とした第２高調波発生器２
２の出射光３７の波長と、発振光３１の結晶３４
の光学軸ｃ軸に対する入射角θ（度）との関係を
基にして、出射光３７の波長可変範囲（例えば
250〜1230nm）内の波長λの複数個λa，λb、…
（例えば250nmから10nm間隔の99個）のそれぞれ
に対応した前記第１、第２ステツピングモータ３
０，３６の回動軸２９，３５の回動角θ₁saとθ₂
sa、θ₁sbとθ₂sb、θ₁scとθ₂sc、…が設定回動角
（設定入射角に対応）として記憶されている。４
４は前記出射光３７の波長可変範囲内の波長λの
複数個λa，λb、…の中の１つを選択するための
波長選択回路である。

４５は演算・制御手段としてのCPU（中央処理
装置）で、このCPU４５は、前記波長選択回路
４４からの選択信号に基づいて、前記メモリ４３
から選択波長（例えばλa＝250nm）に対応した
設定回動角（例えばθ₁saとθ₂sa）を読み出し、こ
れら（θ₁saとθ₂sa）を前記第１、第２角度検出回
路４１，４２の検出回動角（θ₁ｄとθ₂ｄ）と比較
演算し、その演算出力に基づいて駆動回路４６，
４７を制御し、前記第１、第２ステツピングモー
タ３０，３６の回動軸２９，３５の回動角を制御
し、検出回動角（θ₁ｄとθ₂ｄ）を設定回動角（θ₁
saとθ₂sa）に一致せしめるように構成されてい
る。

つぎに前記実施例の作用について説明する。

(イ) 波長選択回路４４から所定波長λa（例えば
250nm）を選択するための選択信号が出力する
と、CPU４５は、メモリ４３からλaをアドレ
スとし、このλaに対応した設定回動角θ₁saとθ₂
saを読み出し、これらを第１、第２角度検出回
路４１，４２の検出回動角θ₁ｄとθ₂ｄとそれぞ
れ比較演算し、その演算出力に基づいて駆動回
路４６，４７を制御し、第１、第２ステツピン
グモータ３０，３６の回動軸２９，３５の回動
角をそれぞれ設定回動角θ₁saとθ₂saとに一致せ
しめる。これによつて光パラメトリツク発振器
２１はθ₁saに対応した入射角（例えば90度）に
基づく波長2λa（例えば500nm）の発振光３１
を出力し、第２高調波発生器２２はθ₂saに対応
した入射角（例えば90度）に制御され、発振光
３１の第２高調波（波長はλa（例えば250nm））
を出射光３７として出力する。

(ロ) 波長選択回路４４からλb（例えば260nm）を
選択するための選択信号が出力したときにも、
前記(イ)と同様にして、第１、第２ステツピング
モータ３０，３６の回動軸２９，３５の回動角
はそれぞれ設定回動角θ₁sbとθ₂sbとに制御され
るので光パラメトリツク発振器２１の発振光３
１の波長は2λbとなり、第２高調波発生器２２
の出射光３７の波長はλbとなる。

(ハ) 以下、同様に作用するので、波長選択回路４
４から、一定時間間隔で波長λa，λb，λc、…
を選択するための選択信号が出力すると、第
１、第２ステツピングモータ３０，３６の回動
軸２９，３５の回動角は、それぞれ一定時間間
隔でθ₁saとθ₂sa、θ₁sbとθ₂sb、θ₁scとθ₂sc、…
に制御される。このため出射光３７の波長の時
間的変化を一定にした波長の自動スキヤンが可
能になる。

前記実施例では、光パラメトリツク発振器の発
振光をそのまま第２高調波発生器へ入射するよう
にしたが、本発明はこれに限るものでなく、第３
図に示すように、光パラメトリツク発振器２１の
発振光３１を光軸補正器５０を介して第２高調波
発生器２２に入射し、光軸補正を行うようにして
もよい。

前記実施例では、光パラメトリツク発振器にお
ける非線形光学結晶を封入する容器は角型形状に
したが、本発明はこれに限るものでなく、例えば
第４図に示すように、容器２７ａを円筒型形状に
し、ミラー２５，２６間距離を短かくできるよう
にしてもよい。

前記実施例では、光パラメトリツク発振器の非
線形光学結晶は潮解性を有する尿素単結晶とした
ため、マツチングオイルとともに容器に封入する
ようにしたが、本発明はこれに限るものでなく、
潮解性のない非線形光学結晶の場合は容器が不要
になる。

前記実施例では、第１と第２の駆動手段は、そ
れぞれ光パラメトリツク発振器の非線形光学結晶
と高調波発生器の非線形光学結晶とを回動する第
１と第２のステツピングモータで形成したが、本
発明はこれに限るものでなく、光パラメトリツク
発振器の非線形光学結晶に入射する励起光の入射
角と、高調波発生器の非線形光学結晶に入射する
発振光の入射角とをそれぞれ変化させるものであ
ればよい。例えば光パラメトリツク発振器の非線
形光学結晶を固定しておき、励起光源からの励起
光をコリメーテイングレンズで集光した後、回動
可能な反射ミラーおよび凹面鏡を経、入射ミラー
を介して結晶に入射し、この回動可能な反射ミラ
ーを回動することによつて結晶に入射する励起光
の入射角を変化させるようにしてもよく、また
は、励起光源およびコリメーテイングレンズを一
体として結晶の回りに回動することによつて、結
晶に入射する励起光の入射角を変化させるように
してもよい。また、高調波発生器の非線形光学結
晶を固定しておき、前記と同様な回動可能な反射
ミラーと凹面鏡の組み合わせにより、または光パ
ラメトリツク発振器自体を高調波発生器の回りに
回動することにより、光パラメトリツク発振器か
ら出力する発振光の結晶への入射角を変えるよう
にしてもよい。

前記実施例では、第１と第２の角度検出回路
は、それぞれ第１と第２のステツピングモータの
回動角を検出するようにしたが、本発明はこれに
限るものでなく、光パラメトリツク発振器の非線
形光学結晶に入射する励起光の入射角と、高調波
発生器の非線形光学結晶に入射する発振光の入射
角とを検出するものであればよい。

［発明の効果］ 本発明による波長可変レーザ装置は、上記のよ
うに、波長選択回路で予め設定された複数個の波
長の中の１つを選択すると、演算制御手段は、第
１と第２の角度検出回路で検出した光パラメトリ
ツク発振器における励起光の入射角と高調波発生
器における発振光の入射角とをそれぞれメモリに
記憶された対応する設定入射角に一致せしめるよ
うに第１、第２駆動手段を制御して所定波長の出
射光を得るようにしたので、手動で波長を設定
し、また設定変更をしていた従来と比べて、正確
かつ簡単に出射光の波長の設定および設定変更を
行うことができる。また、この波長設定変更の時
間的変化を一定にした波長の自動スキヤンも可能
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による波長可変レーザ装置の一
実施例を示す構成図、第２図は第１図における発
振光および出射光の波長と入射角との関係を示す
特性図、第３図は他の実施例における部分構成
図、第４図はさらに他の実施例における部分構成
図、第５図は従来例を示す構成図である。 ２１……光パラメトリツク発振器、２２……第
２高調波発生器、２３……励起光、２５，２６…
…ミラー、２８，３４……非線形光学結晶、２
９，３５……回動軸、３０……第１ステツピング
モータ（第１駆動手段）、３１……発振光、３６
……第２ステツピングモータ（第２駆動手段）、
３７……出射光、４１……第１角度検出回路、４
２……第２角度検出回路、４３……メモリ、４４
……波長選択回路、４５……CPU（演算・制御手
段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 角度位相整合型の光パラメトリツク発振器
   と、この光パラメトリツク発振器の発振光を入射
   光とし、その高調波を出射光として出力する角度
   位相整合型の高調波発生器と、前記光パラメトリ
   ツク発振器の非線形光学結晶に入射する励起光の
   入射角を変化させる第１の駆動手段と、前記高調
   波発生器の非線形光学結晶に入射する発振光の入
   射角を変化させる第２の駆動手段と、前記励起光
   の入射角を検出する第１の角度検出回路と、前記
   発振光の入射角を検出する第２の角度検出回路
   と、前記出射光の波長可変範囲内の複数個の波長
   のそれぞれに対応した前記励起光の入射角と前記
   発振光の入射角とを設定値として記憶するメモリ
   と、前記出射光の波長可変範囲内の複数個の波長
   のうちの１つを選択する波長選択回路と、この波
   長選択回路の選択信号に基づいて選択波長に対応
   した設定入射角を前記メモリから読み出し、これ
   らを前記第１、第２角度検出回路の検出入射角と
   それぞれ比較演算し、その演算出力に基づいて前
   記第１、第２駆動手段を制御する演算制御手段と
   を具備してなることを特徴とする波長可変レーザ
   装置。 ２ 第１と第２の駆動手段は、それぞれ光パラメ
   トリツク発振器の非線形光学結晶と高調波発生器
   の非線形光学結晶を回動する第１と第２のステツ
   ピングモータからなり、第１と第２の角度検出回
   路はそれぞれ前記第１と第２のステツピングモー
   タの回動角を検出してなり、メモリは、出射光の
   波長可変範囲内の複数個の波長のそれぞれに対応
   した前記第１、第２ステツピングモータの回動角
   を設定値として記憶してなる特許請求の範囲第１
   項記載の波長可変レーザ装置。 ３ 高調波発生器は第２高調波発生器としてなる
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の波長可
   変レーザ装置。