JPH09146134A - Nonlinear optical laser material and its growth method as well as laser beam generator - Google Patents
Nonlinear optical laser material and its growth method as well as laser beam generatorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、波長変換効果とレ
ーザ発振とを一つの材料で実現できる非線形光学レーザ
材料およびその育成方法とレーザ光発生装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonlinear optical laser material capable of realizing a wavelength conversion effect and laser oscillation with a single material, a method for growing the same, and a laser light generator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】非線形光学結晶を用いたレーザ波長変換
素子の研究が近年活発化している。波長変換素子は、レ
ーザの波長範囲を拡大することができ、各種応用分野へ
の工業的価値はきわめて大きい。光情報処理、ディスプ
レイ、光計測、加工、医療、ＬＳＩ製造などの分野で
は、小型、軽量、長寿命且つ高安定な可視光または紫外
光が必要とされている。2. Description of the Related Art Research on a laser wavelength conversion element using a nonlinear optical crystal has recently been activated. The wavelength conversion element can extend the wavelength range of the laser and has an extremely great industrial value in various application fields. In the fields of optical information processing, display, optical measurement, processing, medical treatment, LSI manufacturing, etc., visible light or ultraviolet light that is small, lightweight, long-life and highly stable is required.
【０００３】波長変換素子として用いられている従来の
結晶としては、たとえば特開平３−６５５９７号公報な
どに示すＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 ）や、特開昭６３−２
７９２３１号公報などに示すＢＢＯ（β−ＢａＢ2 Ｏ
4 ）などが知られている。As a conventional crystal used as a wavelength conversion element, for example, KTP (KTiOPO 4 ) shown in JP-A-3-65597 or JP-A-63-2.
BBO (β-BaB 2 O shown in Japanese Patent No. 79231, etc.
4 ) etc. are known.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、ＫＴＰから
成る波長変換素子は、レーザ入射光の波長に対してＫＴ
Ｐの透明領域が、０．２５〜４．５μｍで広いが、１μ
ｍ以下では位相整合しない。つまり２倍波までしか出せ
ない。また、結晶の大型化が難しいうえ、結晶内部で屈
折率が変化する。したがって一個の結晶から切り出した
素子でも、屈折率が異なるので位相整合角度が異なる。
さらに、結晶内にいわゆる”す”が入りやすいという課
題を有する。However, the wavelength conversion element made of KTP has a KT for the wavelength of the laser incident light.
The transparent area of P is as wide as 0.25 to 4.5 μm, but 1 μ
Phase matching is not performed below m. In other words, you can only output up to the second harmonic. Further, it is difficult to increase the size of the crystal, and the refractive index changes inside the crystal. Therefore, even elements cut out from one crystal have different phase matching angles because of different refractive indexes.
In addition, there is a problem that so-called “soo” easily enters the crystal.
【０００５】また、ＢＢＯでは、耐レーザ損傷は、ＫＴ
Ｐよりも大きいが、水にやや溶けて潮解性を有し、取扱
性に難点があると共に、大型結晶の作成が困難であると
いう課題を有する。さらに、紫外光をＢＢＯへ入射する
と、結晶の劣化によってカラーセンタが発生すると言う
課題を有している。カラーセンタとは、単結晶内の吸収
帯の発生によって検出される透明な結晶内部の点状の欠
陥のことである。In BBO, the laser damage resistance is KT.
Although it is larger than P, it has a problem that it is slightly soluble in water, has deliquescent properties, has a difficulty in handling, and that it is difficult to prepare large crystals. Further, there is a problem that when ultraviolet light is incident on the BBO, a color center is generated due to deterioration of the crystal. The color center is a point defect inside a transparent crystal detected by the generation of an absorption band in the single crystal.
【０００６】一方、高分子材料のアブレーション加工、
表面改質、マーキング、薄膜作製、医薬品の製造、同位
体分離などに応用が期待されているエキシマレーザは、
１９７０年にソビエト連邦のＢａｓｏｖらによって、液
体Ｘｅを電子ビームで励起する方法で初めて実現され、
さらに１９７６年に、放電励起によって発振することに
も成功した。放電励起方式のエキシマレーザは、紫外線
のパルス繰り返し発振レーザで、ＡｒＦ（１９３ｎ
ｍ），ＫｒＦ（２４８ｎｍ），ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）
などの化合物が発する紫外光を光共振器により増大さ
せ、レーザ光として取り出したものである。しかしなが
ら、エキシマレーザは、例えば繰り返し数百ｐｐｓ（ｐ
ｕｌｓｅ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）のパルスレーザの場
合、１０-2秒毎に１０-9秒間のパルス光しか発生せず、
インターバルに比べてレーザの発光時間が著しく短いこ
とから、応用分野における加工や成膜過程で問題が多か
った。また、媒質ガスの寿命が短いこと、レーザ装置の
小型化が困難であること、保守性が悪いこと、運転コス
トが高いこと等々の問題を有していた。On the other hand, ablation processing of polymer materials,
Excimer lasers, which are expected to be applied to surface modification, marking, thin film production, pharmaceutical manufacturing, isotope separation, etc.,
It was first realized by Basov et al. Of the Soviet Union in 1970 by exciting liquid Xe with an electron beam,
Furthermore, in 1976, it succeeded in oscillating by discharge excitation. The discharge excitation type excimer laser is an ultraviolet pulse repetitive oscillation laser, and is an ArF (193n
m), KrF (248 nm), XeCl (308 nm)
The ultraviolet light emitted from such compounds is amplified by an optical resonator and extracted as laser light. However, the excimer laser has a repetition rate of, for example, several hundred pps (p
For pulsed laser ulse per second), 10 - 2 seconds every 10 - generates only 9 seconds pulsed light,
Since the laser emission time is significantly shorter than the interval, there were many problems in the processing and film forming process in the application field. Further, there are problems that the life of the medium gas is short, that it is difficult to miniaturize the laser device, that maintainability is poor, that operation cost is high, and so on.
【０００７】ちなみに、Ｌｉ2 Ｂ4 Ｏ7 は、１９８１年
にワットモアによって発見され、新しい表面弾性波（Ｓ
ＡＷ）デバイス用基板材料として注目されている。しか
しながら、このＬｉ2 Ｂ4 Ｏ7 を波長変換素子に用いよ
うとする試みは、非線形光学定数の低さから注目されな
かった。By the way, Li 2 B 4 O 7 was discovered by Wattmore in 1981, and a new surface acoustic wave (S
AW) has attracted attention as a substrate material for devices. However, the attempt to use this Li 2 B 4 O 7 for a wavelength conversion element has not received attention because of its low nonlinear optical constant.
【０００８】そこで、本発明者等は、波長変換素子に関
して鋭意検討した結果、四ほう酸リチウム（以下、Ｌｉ
2 Ｂ4 Ｏ7 またはＬＢＯともいう）が波長変換材料とし
て優れた特性を有していることを見い出し、先に出願し
た。しかしながら、先に出願した四ほう酸リチウムから
成る波長変換素子は、波長変換効果しかなかったため、
基本波を発振させるレーザ発振素子または装置が別途必
要であった。このようにレーザ発振素子（または装置）
と波長変換素子とが異なる素子であると、全体が大型化
するだけでなく、入射するレーザ光と波長変換材料との
位相整合条件を最適化する必要があった。Therefore, the inventors of the present invention have made extensive studies on the wavelength conversion element, and as a result, lithium tetraborate (hereinafter, Li
2 B 4 O 7 or LBO) was found to have excellent properties as a wavelength conversion material, and the application was filed earlier. However, the wavelength conversion element composed of lithium tetraborate, which was previously applied, had only a wavelength conversion effect.
A laser oscillating element or device for oscillating the fundamental wave was required separately. In this way the laser oscillation element (or device)
If the wavelength conversion element and the wavelength conversion element are different from each other, not only the entire size is increased, but also the phase matching condition between the incident laser light and the wavelength conversion material needs to be optimized.
【０００９】なお、波長変換材料とレーザ発振材料とを
兼ねることのできる材料として、例えばベータバリウム
ボレイト（以下、β−ＢａＢ2 Ｏ4 または単にＢＢＯと
もいう）が提案されている（例えば特開平４−１７１，
７８１号公報参照）。しかしながら、従来のＢＢＯ単結
晶は、大口径の単結晶を育成できないので波長変換効率
を高くできないという問題を有していた。また、前述し
たように、紫外光をＢＢＯへ入射すると、結晶の劣化に
よってカラーセンタが発生すると言う課題を有してい
る。As a material that can serve as both a wavelength conversion material and a laser oscillation material, for example, beta barium borate (hereinafter, also referred to as β-BaB 2 O 4 or simply BBO) has been proposed (for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 10 (1999) -242242) 4-171,
781). However, the conventional BBO single crystal has a problem that the wavelength conversion efficiency cannot be increased because a large diameter single crystal cannot be grown. Further, as described above, when ultraviolet light is incident on the BBO, there is a problem that a color center is generated due to deterioration of crystals.
【００１０】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、波長変換材料とレーザ発振
材料とを兼ねることができ、装置の小型化を図ることが
でき、波長変換効率が高く、耐レーザ損傷特性に優れ、
しかも大口径の単結晶が育成できる非線形光学レーザ材
料およびその育成方法を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、任意の波長のレーザ光を出力することが
できるレーザ光発生装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and can serve both as a wavelength converting material and a laser oscillating material, thus making it possible to downsize the device and performing wavelength conversion. High efficiency, excellent laser damage resistance,
Moreover, it is an object of the present invention to provide a nonlinear optical laser material capable of growing a large diameter single crystal and a method for growing the same. It is another object of the present invention to provide a laser light generator capable of outputting laser light of any wavelength.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の非線形光学レーザ材料は、四ほう酸リチウ
ム単結晶にレーザ発振の活性体となる元素が添加されて
いることを特徴とする。In order to achieve the above object, the nonlinear optical laser material of the present invention is characterized in that a lithium tetraborate single crystal is doped with an element which becomes an active body of laser oscillation. .
【００１２】本発明の非線形光学レーザ材料によれば、
波長変換材料とレーザ発振材料とを兼ねているので、レ
ーザ装置の小型化が可能となる。また、レーザ発振と波
長変換とが結晶全体で行われ、レーザ発振を行うために
共振器構造をとるため、波長変換効率が向上するととも
に、位相整合条件の調整も一つの素子だけでよいので容
易に行うことができる。According to the nonlinear optical laser material of the present invention,
Since the wavelength conversion material and the laser oscillation material are used together, the laser device can be downsized. In addition, since laser oscillation and wavelength conversion are performed in the entire crystal and a resonator structure is used to perform laser oscillation, wavelength conversion efficiency is improved and the phase matching condition can be adjusted with only one element, which is easy. Can be done.
【００１３】本発明の非線形光学レーザ材料では、四ほ
う酸リチウム単結晶にレーザ発振の活性体となる元素が
添加されている構成であるため、添加元素の種類または
添加量を変えることで、目的に応じて材料特性や結晶品
質を変化させることができる。Since the non-linear optical laser material of the present invention has a structure in which an element which becomes an active body of laser oscillation is added to the lithium tetraborate single crystal, the purpose or the amount of the added element is changed to achieve the purpose. Material properties and crystal quality can be changed accordingly.
【００１４】このような四ほう酸リチウムは、大口径の
単結晶を育成することが可能であるため、同じ大きさの
結晶ではＢＢＯ単結晶に比べて波長変換効率は劣るもの
の、波長変換効率はレーザの入力パワーの二乗、結晶長
の二乗に比例することから、大きな単結晶を育成できる
四ほう酸リチウムの方が大きな結晶体を使用することが
でき、結果的に波長変換効率を高めることができる。Since such a lithium tetraborate can grow a large-diameter single crystal, the same size crystal is inferior in wavelength conversion efficiency to a BBO single crystal, but the wavelength conversion efficiency is a laser. Since it is proportional to the square of the input power and the square of the crystal length, a larger crystal body can be used for lithium tetraborate capable of growing a large single crystal, and as a result, wavelength conversion efficiency can be increased.
【００１５】また、四ほう酸リチウムは、耐レーザ損傷
がＢＢＯに比べて１０倍以上大きいので大きなパワーの
レーザを入射できるという利点もある。さらに、ＢＢＯ
は長時間紫外線を照射するとカラーセンタが発生する
が、四ほう酸リチウムは、ＢＢＯよりも結晶が紫外線に
よる劣化に強く、素子が長持ちする。さらにまた、四ほ
う酸リチウムに紫外線を照射しても、カラーセンタが発
生することは、ほとんどない。Further, since lithium tetraborate has laser damage resistance 10 times or more larger than that of BBO, it also has an advantage that a laser having a large power can be incident. In addition, BBO
When irradiated with ultraviolet rays for a long time, a color center is generated, but in lithium tetraborate, the crystal is more resistant to deterioration by ultraviolet rays than BBO, and the element lasts longer. Furthermore, even if the lithium tetraborate is irradiated with ultraviolet rays, color centers are hardly generated.
【００１６】本発明において、前記レーザ発振の活性体
となる元素としては、Ｎｄ，Ｔｍ，Ｅｒなどの希土類元
素を挙げることができる。これらの元素の添加量は、
０．０１〜１０重量％であることがより好ましい。上記
本発明の非線形光学レーザ材料は、融液表面と融液直上
１ｃｍの間の雰囲気の温度勾配を３０℃／ｃｍ〜２００
℃／ｃｍとし、それより上部の雰囲気の温度勾配を１０
℃／ｃｍ〜５０℃／ｃｍとし、引き上げ速度を０．１ｍ
ｍ／時間〜２ｍｍ／時間とし、四ほう酸リチウムの融液
にレーザ発振の活性体となるドーパントを添加して、チ
ョクラルスキー法により育成することができる。In the present invention, rare earth elements such as Nd, Tm and Er can be mentioned as the element which becomes the active body of the laser oscillation. The addition amount of these elements is
It is more preferably 0.01 to 10% by weight. The nonlinear optical laser material of the present invention described above has a temperature gradient of the atmosphere between the melt surface and 1 cm directly above the melt of 30 ° C./cm to 200 ° C.
C / cm, and the temperature gradient of the atmosphere above it was 10
C./cm to 50.degree. C./cm, pulling rate 0.1 m
It can be grown by the Czochralski method by setting the m / hour to 2 mm / hour, adding a dopant that becomes an active body of laser oscillation to the melt of lithium tetraborate.
【００１７】この場合、前記レーザ発振の活性体となる
ドーパントは、Ｎｄ，Ｔｍ，Ｅｒなどの希土類元素であ
り、これらの元素の添加量は０．０１〜１０重量％とす
ることがより好ましい。本発明において、添加量の重量
％は、結晶の化学量論組成を１００％としての重量％で
ある。In this case, the dopant which becomes the active body of the laser oscillation is a rare earth element such as Nd, Tm, Er and the addition amount of these elements is more preferably 0.01 to 10% by weight. In the present invention, the weight% of the added amount is the weight% with the stoichiometric composition of the crystal as 100%.
【００１８】本発明に係る非線形光学レーザ材料を用い
れば、励起光（波長λ1 ）と、励起されることによって
発生する発振光（波長λ2 ）と、第二次高調波（ＳＨ
Ｇ）の光（波長λ3 ）とのうち２つの光を混合すること
により、これらの光の波長とは別の波長の光を、レーザ
光として出射することができる。これらの励起光の波長
光および発振光の波長は、添加するドーパント、つまり
レーザ発振の活性体となるＮｄ，Ｔｍ，Ｅｒ，Ｐｒ，Ｕ
などによって異なる。したがって、出力されるレーザ光
の波長は任意に設定することができる。When the nonlinear optical laser material according to the present invention is used, pumping light (wavelength λ 1 ), oscillation light (wavelength λ 2 ) generated by being pumped, and second harmonic (SH)
By mixing two lights out of the light of G) (wavelength λ 3 ), it is possible to emit light having a wavelength different from the wavelengths of these lights as laser light. The wavelength of the excitation light and the wavelength of the oscillated light are such that Nd, Tm, Er, Pr, and U that become dopants to be added, that is, active bodies of laser oscillation.
It depends on Therefore, the wavelength of the output laser light can be set arbitrarily.
【００１９】たとえば、励起光である波長８０４ｎｍの
半導体レーザ光と、半導体レーザに励起されたＮｄ含有
四ほう酸リチウム（以下、Ｎｄ：ＬＢＯとも言う）が発
生する基本波１０６４ｎｍの光と、ＳＨＧである波長５
３２ｎｍの光との３種類の光を混合することにより、こ
れらとは異なる波長のレーザ光を得ることができる。For example, semiconductor laser light having a wavelength of 804 nm which is excitation light, light having a fundamental wave of 1064 nm generated by Nd-containing lithium tetraborate (hereinafter also referred to as Nd: LBO) excited by the semiconductor laser, and SHG. Wavelength 5
By mixing the three types of light with the light of 32 nm, it is possible to obtain laser light having a wavelength different from these.
【００２０】たとえば波長８０４ｎｍの半導体レーザ光
と、Ｎｄ：ＬＢＯが発生する基本波１０６４ｎｍの光と
を足すと（和周波：１／λ1 ＋１／λ2 ）、４５８ｎｍ
のレーザ光出力が得られる。また、同様に、波長８０４
ｎｍの半導体レーザ光と、ＹＡＧＳＨＧ光である波長５
３２ｎｍの光との差周波をとると、１５７３ｎｍのレー
ザ光出力が得られる。For example, when a semiconductor laser light having a wavelength of 804 nm and a light having a fundamental wave of 1064 nm generated by Nd: LBO are added (sum frequency: 1 / λ 1 + 1 / λ 2 ), 458 nm
Laser light output of is obtained. Similarly, the wavelength 804
nm semiconductor laser light and a wavelength of 5 which is YAGSHG light.
When the difference frequency with the light of 32 nm is taken, a laser light output of 1573 nm is obtained.
【００２１】[0021]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は実施例で用いた引き上げ装置を示す断面
図、図２は本発明の非線形光学レーザ材料を用いて構成
したレーザダイオード励起型レーザ装置を示す構成図、
図３は本発明の非線形光学レーザ材料を用いて構成した
フラッシュランプ励起型レーザ装置を示す構成図であ
る。実施例１ 図１は本実施例で用いた四ほう酸リチウム単結晶の引き
上げ装置１０であって、四ほう酸リチウムが融解される
直径９０ｍｍ、高さ１００ｍｍの白金坩堝１を有してい
る。この白金坩堝１の周囲には、断熱材２，３を介し
て、坩堝内の四ほう酸リチウムを融解させるためのヒー
タ４（例えば抵抗加熱ヒータ）が設けられている。一
方、白金坩堝１の上部には、断熱壁５，６が二重に設け
られており、種結晶が取り付けられる引き上げ軸７が、
この断熱壁５，６を貫通するようになっている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a pulling device used in an embodiment, FIG. 2 is a block diagram showing a laser diode pumped laser device constituted by using the nonlinear optical laser material of the present invention,
FIG. 3 is a block diagram showing a flash lamp pumped laser device constructed by using the nonlinear optical laser material of the present invention. Example 1 FIG. 1 shows an apparatus 10 for pulling a lithium tetraborate single crystal used in this example, which has a platinum crucible 1 having a diameter of 90 mm and a height of 100 mm in which lithium tetraborate is melted. Around the platinum crucible 1, a heater 4 (for example, a resistance heater) for melting lithium tetraborate in the crucible is provided via heat insulating materials 2 and 3. On the other hand, in the upper part of the platinum crucible 1, double heat insulating walls 5 and 6 are provided, and a pulling shaft 7 to which a seed crystal is attached,
It penetrates through the heat insulating walls 5 and 6.
【００２２】このような引き上げ装置１０を用いて、ま
ず最初に、レーザ発振の活性体となる元素を含んだ四ほ
う酸リチウム単結晶を育成した。すなわち、１重量％の
Ｎｄが添加された四ほう酸リチウム（Ｌｉ2 Ｂ4 Ｏ7 ：
ＬＢＯ）多結晶体１３００ｇを白金坩堝内に充填し、ヒ
ータで融解したのち、引き上げ方位＜１１０＞で単結晶
を引き上げた。Using such a pulling apparatus 10, first, a lithium tetraborate single crystal containing an element which becomes an active body of laser oscillation was grown. That is, 1 wt% of Nd-added lithium tetraborate (Li 2 B 4 O 7 :
1300 g of LBO) polycrystal was filled in a platinum crucible and melted by a heater, and then a single crystal was pulled in a pulling direction <110>.
【００２３】このときの育成条件として、融液表面と融
液直上１０ｍｍの間の温度勾配を８０℃、それより上部
の温度勾配を３０℃／ｃｍ、単結晶の直胴部を引き上げ
る際の引き上げ速度を０．５ｍｍ／時間、種結晶の回転
数を２ｒｐｍとした。その結果、直径２インチ、長さ１
２０ｍｍの四ほう酸リチウム単結晶が得られた。 次
に、育成した単結晶を、位相整合角θｍ＝３２°を満足
するようにロッド状にカットし、その入出射面を光学研
磨した。レーザロッドの大きさは、直径１０mm、長さ１
００mmとし、その両端面をコーディングし、共振器を構
成した。As the growth conditions at this time, a temperature gradient between the surface of the melt and 10 mm directly above the melt is 80 ° C., a temperature gradient above the melt is 30 ° C./cm, and the straight body part of the single crystal is pulled up. The speed was 0.5 mm / hour, and the rotation speed of the seed crystal was 2 rpm. The result is a diameter of 2 inches and a length of 1
A 20 mm lithium tetraborate single crystal was obtained. Next, the grown single crystal was cut into a rod shape so as to satisfy the phase matching angle θm = 32 °, and the entrance / exit surface thereof was optically polished. The laser rod has a diameter of 10 mm and a length of 1
The length was set to 00 mm, and both end surfaces were coded to form a resonator.
【００２４】次に、図２に示すように、このようにして
得られた四ほう酸リチウム単結晶から成るレーザロッド
２１を用いて、図２に示すレーザダイオード励起型レー
ザ装置２０を構成した。そして、０．８０μｍの光を発
振するレーザダイオード２２からフォーカシングレンズ
２３を介してレーザロッド２１に２Ｗのパワーでレーザ
光を照射したところ、１．０６μｍの光が発振してレー
ザロッド２１中を共振し、変換された０．５３μｍの第
２次高調波（緑色光）の出射が確認された。この出射光
の出力を測定したところ、０．００８Ｗであり、その結
果、レーザロッド２１の波長変換効率は０．４％となっ
た。実施例２ 実施例１で用いたＬi2Ｂ4 Ｏ7 原料に、さらに１重量％
のＣｒを添加し、これを原料とした以外は実施例１と同
様の条件で、図１に示す引き上げ装置１０を用いてＣｒ
含有四ほう酸リチウム単結晶（Ｌi2Ｂ4 Ｏ7 ）を育成し
た。Next, as shown in FIG. 2, a laser diode pumped laser device 20 shown in FIG. 2 was constructed using the laser rod 21 made of the lithium tetraborate single crystal thus obtained. Then, when laser light was irradiated from the laser diode 22 that oscillates 0.80 μm light to the laser rod 21 through the focusing lens 23 with a power of 2 W, 1.06 μm light oscillated and resonated in the laser rod 21. Then, it was confirmed that the converted second harmonic (green light) of 0.53 μm was emitted. When the output of this emitted light was measured, it was 0.008 W, and as a result, the wavelength conversion efficiency of the laser rod 21 was 0.4%. Example 2 An additional 1% by weight was added to the Li 2 B 4 O 7 raw material used in Example 1.
Cr was added using the pulling apparatus 10 shown in FIG. 1 under the same conditions as in Example 1 except that this was used as the raw material.
A contained lithium tetraborate single crystal (Li 2 B 4 O 7 ) was grown.
【００２５】次に、このようにして得られた四ほう酸リ
チウム単結晶を用いて、図３に示すフラッシュランプ励
起型レーザ装置３０を構成した。レーザロッド３１の大
きさ等は実施例１と同じである。このレーザロッド３１
に１０００Ｗでフラッシュランプ３２からの光を照射し
たところ、当該フラッシュランプ３２により励起されて
レーザが発振し、１．０６μｍの光が共振鏡３３で共振
し、変換された０．５３μｍの第２次高調波（緑色光）
の出射が確認された。この出射光の出力を測定したとこ
ろ、１Ｗであり、その結果、レーザロッド３１の波長変
換効率は０．１％となった。実施例３ 引き上げ装置１０の白金坩堝内に充填する原料を、０．
５重量％のＥｒを添加した四ほう酸リチウム多結晶体１
３００ｇとした以外は、実施例１と同様の条件で、四ほ
う酸リチウム単結晶を育成した。Next, using the lithium tetraborate single crystal thus obtained, a flash lamp excitation type laser device 30 shown in FIG. 3 was constructed. The size of the laser rod 31 is the same as that in the first embodiment. This laser rod 31
When the light from the flash lamp 32 is radiated at 1000 W, the laser is excited by the flash lamp 32 and the laser oscillates. The light of 1.06 μm resonates in the resonator mirror 33 and the converted secondary light of 0.53 μm Harmonics (green light)
Was confirmed to be emitted. When the output of this emitted light was measured, it was 1 W, and as a result, the wavelength conversion efficiency of the laser rod 31 was 0.1%. Example 3 The raw material to be filled in the platinum crucible of the pulling apparatus 10 was adjusted to 0.
Lithium tetraborate polycrystal 1 containing 5 wt% Er
A lithium tetraborate single crystal was grown under the same conditions as in Example 1 except that the amount was 300 g.
【００２６】次に、このようにして得られた四ほう酸リ
チウム単結晶を用いて、図２に示すレーザダイオード励
起型レーザ装置２０を構成し、実施例１と同じ条件でレ
ーザダイオード２２から光を入射したところ、１．０６
μｍの光が発振してレーザロッド２１中を共振し、変換
された０．５３μｍの第２次高調波（緑色光）の出射が
確認された。この出射光の出力を測定したところ、０．
００６Ｗであり、その結果、レーザロッド２１の波長変
換効率は０．３％となった。実施例４ 実施例３で用いたＬi2Ｂ4 Ｏ7 原料に、１重量％のＣｒ
を添加し、これを原料とした以外は実施例３と同様の条
件で、図１に示す引き上げ装置１０を用いて四ほう酸リ
チウム単結晶を育成した。Next, using the lithium tetraborate single crystal thus obtained, the laser diode pumped laser device 20 shown in FIG. 2 is constructed, and light is emitted from the laser diode 22 under the same conditions as in the first embodiment. When incident, 1.06
It was confirmed that 0.5 μm light oscillated and resonated in the laser rod 21, and the converted second harmonic wave (green light) of 0.53 μm was emitted. The output of this emitted light was measured and found to be 0.
The wavelength conversion efficiency of the laser rod 21 was 0.3%. Example 4 1% by weight of Cr was added to the Li 2 B 4 O 7 raw material used in Example 3.
Was added, and a lithium tetraborate single crystal was grown using the pulling apparatus 10 shown in FIG. 1 under the same conditions as in Example 3 except that this was used as a raw material.
【００２７】次に、このようにして得られた四ほう酸リ
チウム単結晶を用いて、図３に示すフラッシュランプ励
起型レーザ装置３０を構成し、実施例２と同じ条件でレ
ーザロッド３１に１０００Ｗでフラッシュランプ３２か
ら光を照射したところ、当該フラッシュランプ３２によ
り励起されてレーザが発振し、１．０６μｍの光が共振
鏡３３で共振し、変換された０．５３μｍの第２次高調
波（緑色光）の出射が確認された。この出射光の出力を
測定したところ、０．８Ｗであり、その結果、レーザロ
ッド３１の波長変換効率は０．０８％となった。実施例５ 本実施例では、図４に示すように、励起光の波長λ1
と、励起されることによって発生する光の波長λ2 と、
波長λ2 のＳＨＧ光の波長λ3 の３種類の光を混合する
ことによって、前記の波長と異なる波長の光を得る。こ
れらの波長は添加する元素、つまりレーザ発振の活性体
となるＮｄ，Ｅｒ，Ｐｒ，Ｕなどによって励起波長、発
振波長は異なり、種々の波長を得ることが可能である。
例えば、図４に示す励起光の半導体レーザ２２ａの波長
８０４ｎｍと、半導体レーザに励起されたＮｄ：Ｌi2Ｂ
4 Ｏ7 から成るレーザロッド２１ａ（両端にミラーが形
成してある）が発生する光の基本波１０６４ｎｍとその
ＳＨＧ光の５３２ｎｍの３種類の光のうち５３２ｎｍの
光をフィルター４０でカットし、残りの２つの光をＬ i2
Ｂ4 Ｏ7 から成るレーザロッド２１ｂを通す。そして、
これらの光をたすことによって（和周波；１／λ1 ＋１
／λ2 ＝１／λ3 ）、４５８ｎｍの波長の光を得ること
ができる。同様に半導体レーザの波長８０４ｎｍとＹＡ
ＧのＳＨＧ光５３２ｎｍを引くと（差周波）、１５７３
ｎｍの光が得られる。Next, the lithium tetraborate thus obtained was obtained.
The flash lamp excitation shown in FIG.
The lasing laser device 30 is configured, and the laser is set under the same conditions as in the second embodiment.
The flash rod 32 with 1000W on the user rod 31
From the flash lamp 32,
Is excited, the laser oscillates, and 1.06 μm light resonates.
0.53 μm second harmonic resonated by the mirror 33 and converted
The emission of waves (green light) was confirmed. The output of this emitted light
When measured, it was 0.8 W. As a result, the laser
The wavelength conversion efficiency of the head 31 was 0.08%.Example 5 In the present embodiment, as shown in FIG.1
And the wavelength λ of the light generated by the excitationTwoWhen,
Wavelength λTwoSHG light wavelength λThreeMix the three types of light
As a result, light having a wavelength different from the above wavelength is obtained. This
These wavelengths are the added element, that is, the active body of laser oscillation.
Depending on Nd, Er, Pr, U, etc.
The oscillation wavelength is different, and it is possible to obtain various wavelengths.
For example, the wavelength of the semiconductor laser 22a of the excitation light shown in FIG.
804 nm and Nd: Li excited by a semiconductor laserTwoB
FourO7Laser rod 21a (with mirrors on both ends
The fundamental wave of the light generated by 1064 nm and its
Of the three types of SHG light of 532 nm, 532 nm
Cut the light with the filter 40 and L the remaining two lights. i2
BFourO7Through the laser rod 21b. And
By adding these lights (sum frequency; 1 / λ1 +1
/ ΛTwo= 1 / λThree) Obtaining light with a wavelength of 458 nm
Can be. Similarly, the semiconductor laser wavelength of 804 nm and YA
When subtracting 532 nm of SHG light of G (difference frequency), 1573
nm light is obtained.
【００２８】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れず、本発明の範囲内で種々に改変することができる。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be variously modified within the scope of the present invention.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上述べたように、本発明の非線形光学
レーザ材料は、波長変換材料とレーザ発振材料とを兼ね
ているので、レーザ装置の小型化が可能となる。また、
レーザ発振と波長変換とが結晶全体で行われ、レーザ発
振を行うために共振器構造をとるため、波長変換効率が
向上するとともに、位相整合条件の調整も一つの素子だ
けでよいので容易に行うことができる。As described above, since the nonlinear optical laser material of the present invention serves both as a wavelength conversion material and a laser oscillation material, the laser device can be miniaturized. Also,
Since laser oscillation and wavelength conversion are performed in the entire crystal and a resonator structure is used to perform laser oscillation, wavelength conversion efficiency is improved and phase adjustment conditions can be adjusted easily with only one element. be able to.
【００３０】本発明の非線形光学レーザ材料では、四ほ
う酸リチウム単結晶にレーザ発振の活性体となる元素が
添加されている構成であるため、添加元素の種類または
添加量を変えることで、目的に応じて材料特性や結晶品
質を変化させることができる。Since the nonlinear optical laser material of the present invention has a structure in which an element which becomes an active body of laser oscillation is added to a lithium tetraborate single crystal, the purpose or the amount of the added element is changed to achieve the purpose. Material properties and crystal quality can be changed accordingly.
【００３１】本発明では、大口径の単結晶を育成するこ
とが可能であるため、同じ大きさの結晶ではＢＢＯ単結
晶に比べて波長変換効率は劣るものの、波長変換効率は
レーザの入力パワーの二乗、結晶長の二乗に比例するこ
とから、大きな単結晶を育成できる四ほう酸リチウムの
方が結果的に波長変換効率を高めることができる。ま
た、耐レーザ損傷がＢＢＯに比べて１０倍以上大きいの
で大きなパワーのレーザを入射できる。In the present invention, since it is possible to grow a large-diameter single crystal, the wavelength conversion efficiency of a crystal of the same size is inferior to that of a BBO single crystal, but the wavelength conversion efficiency is equivalent to the input power of the laser. Since it is proportional to the square and the square of the crystal length, lithium tetraborate capable of growing a large single crystal can result in higher wavelength conversion efficiency. Further, since the laser damage resistance is 10 times or more larger than that of BBO, it is possible to inject a laser of high power.
【００３２】本発明に係る非線形光学レーザ材料を用い
れば、励起光（波長λ1 ）と、励起されることによって
発生する発振光（波長λ2 ）と、第二次高調波（ＳＨ
Ｇ）の光（波長λ3 ）とを混合することにより、これら
の光の波長とは別の波長の光を、レーザ光として出射す
ることができる。When the nonlinear optical laser material according to the present invention is used, pumping light (wavelength λ 1 ), oscillation light (wavelength λ 2 ) generated by being pumped, and second harmonic (SH)
By mixing with the light of G) (wavelength λ 3 ), light having a wavelength different from the wavelength of these lights can be emitted as laser light.
【図１】図１は本発明の実施例で用いた引き上げ装置を
示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a pulling device used in an example of the present invention.
【図２】図２は本発明の非線形光学レーザ材料を用いて
構成したレーザダイオード励起型レーザ装置を示す構成
図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a laser diode pumped laser device constructed by using the nonlinear optical laser material of the present invention.
【図３】図３は本発明の非線形光学レーザ材料を用いて
構成したフラッシュランプ励起型レーザ装置を示す構成
図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a flash lamp pumped laser device constructed by using the nonlinear optical laser material of the present invention.
【図４】図４は本発明の他の実施例のレーザダイオード
励起型レーザ装置を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing a laser diode pumped laser device according to another embodiment of the present invention.
１…白金坩堝 ２，３…断熱材 ４…ヒータ ５，６…断熱壁 ７…引き上げ軸 １０…引き上げ装置 ２０…レーザダイオード励起型レーザ装置 ２１…レーザロッド ２２，２２ａ…レーザダイオード ３０…フラッシュランプ励起型レーザ装置 ３１…レーザロッド ３２…フラッシュランプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Platinum crucible 2,3 ... Heat insulating material 4 ... Heater 5,6 ... Heat insulating wall 7 ... Pulling shaft 10 ... Pulling device 20 ... Laser diode excitation type laser device 21 ... Laser rod 22,22a ... Laser diode 30 ... Flash lamp excitation Type laser device 31 ... Laser rod 32 ... Flash lamp
Claims (8)
活性体となる元素が添加されていることを特徴とする非
線形光学レーザ材料。1. A non-linear optical laser material comprising a lithium tetraborate single crystal to which an element which becomes an active body of laser oscillation is added.
希土類元素であることを特徴とする請求項１に記載の非
線形光学レーザ材料。2. The element which becomes the active body of the laser oscillation,
The nonlinear optical laser material according to claim 1, which is a rare earth element.
０．０１〜１０重量％添加されていることを特徴とする
請求項１または２に記載の非線形光学レーザ材料。3. The element which becomes the active body of the laser oscillation,
The nonlinear optical laser material according to claim 1 or 2, wherein 0.01 to 10% by weight is added.
の温度勾配を３０℃／ｃｍ〜２００℃／ｃｍとし、それ
より上部の雰囲気の温度勾配を１０℃／ｃｍ〜５０℃／
ｃｍとし、引き上げ速度を０．１ｍｍ／時間〜２ｍｍ／
時間とし、四ほう酸リチウムの融液にレーザ発振の活性
体となるドーパントを添加して、チョクラルスキー法に
よりドーパント添加四ほう酸リチウム単結晶を育成する
ことを特徴とする非線形光学レーザ材料の育成方法。4. The temperature gradient of the atmosphere between the melt surface and 1 cm directly above the melt is 30 ° C./cm to 200 ° C./cm, and the temperature gradient of the atmosphere above it is 10 ° C./cm to 50 ° C. /
cm, and the pulling rate is 0.1 mm / hour to 2 mm /
A method for growing a non-linear optical laser material characterized by growing a dopant-added lithium tetraborate single crystal by the Czochralski method by adding a dopant that becomes an active body of laser oscillation to a melt of lithium tetraborate for a time .
トが、希土類元素であることを特徴とする請求項４に記
載の非線形光学レーザ材料の育成方法。5. The method for growing a nonlinear optical laser material according to claim 4, wherein the dopant that becomes the active body of laser oscillation is a rare earth element.
０．０１〜１０重量％添加されることを特徴とする請求
項４または５に記載の非線形光学レーザ材料の育成方
法。6. The element which becomes the active body of the laser oscillation,
The method for growing a nonlinear optical laser material according to claim 4 or 5, wherein 0.01 to 10% by weight is added.
れている四ほう酸リチウム単結晶から成る非線形光学レ
ーザ材料に、励起光を照射し、当該非線形光学レーザ材
料中でレーザの発振を行わせて、さらに結晶中で波長変
換し第二次高調波を出射するレーザ光発生装置。7. A non-linear optical laser material made of a lithium tetraborate single crystal to which an element which becomes a laser oscillation activator is added is irradiated with excitation light to cause laser oscillation in the non-linear optical laser material. A laser light generator that converts the wavelength in the crystal and emits the second harmonic.
発生する光と、第二次高調波の光とを混合することによ
り、これらの光の波長とは別の波長の光を、レーザ光と
して出射する請求項７に記載のレーザ光発生装置。8. The laser light is mixed with the excitation light, the light generated by the excitation, and the light of the second harmonic to generate light having a wavelength different from those of the laser light. The laser light generator according to claim 7, which emits as a laser beam.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP779796A JPH09146134A (en) | 1995-09-20 | 1996-01-19 | Nonlinear optical laser material and its growth method as well as laser beam generator |
| US08/710,714 US5805626A (en) | 1995-09-20 | 1996-09-20 | Single-crystal lithium tetraborate and method making the same, optical converting method and converter device using the single-crystal lithium tetraborate, and optical apparatus using the optical converter device |
| EP96115141A EP0767396B1 (en) | 1995-09-20 | 1996-09-20 | Optical converting method and converter device using the single-crystal lithium tetraborate, and optical apparatus using the optical converter device |
| EP02019711A EP1315027A3 (en) | 1995-09-20 | 1996-09-20 | Optical converting method using a single-crystal lithium tetraborate |
| DE69628709T DE69628709T2 (en) | 1995-09-20 | 1996-09-20 | Frequency converter and frequency conversion method with lithium tetraborate, and optical device with this frequency converter |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24212095 | 1995-09-20 | ||
| JP7-242120 | 1995-09-20 | ||
| JP779796A JPH09146134A (en) | 1995-09-20 | 1996-01-19 | Nonlinear optical laser material and its growth method as well as laser beam generator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09146134A true JPH09146134A (en) | 1997-06-06 |
Family
ID=26342167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP779796A Pending JPH09146134A (en) | 1995-09-20 | 1996-01-19 | Nonlinear optical laser material and its growth method as well as laser beam generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09146134A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007271725A (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Fujitsu Ltd | Wavelength conversion apparatus for single photon |
-
1996
- 1996-01-19 JP JP779796A patent/JPH09146134A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007271725A (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Fujitsu Ltd | Wavelength conversion apparatus for single photon |
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