(57)【要約】【課題】ダメージ閾値が高く高耐久性とされると共に、所望の波長の赤外線を発生させる場合でも高い変換効率が得られる赤外固体レーザー発振装置を提供する。【解決手段】波長１．０６４２μｍでレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧレーザーとされた励起光源１が発生する励起光ｐの光軸Ｌ上に入力鏡２が位置する。入力鏡２と隣り合った位置に、z軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶により形成された非線形光学素子３が配置され、この右側に隣り合った位置に出力鏡６が配置される。非線形光学素子３は、温度変化により射出する赤外線の波長が変化する特性を有し、非線形光学素子３の周囲にこの非線形光学素子３を任意の温度に保つように加熱するためのヒータ４が配置される。これに伴い、非線形光学素子３が任意の波長のシグナル光ｓとアイドラー光ｉを出射する。【選択図】図１
2014174379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を発生する励起光源と、
z軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶により形成されると共に、該レーザー光が入射されて、該レーザー光より波長が長く且つ相互に異なる２つの波長のコヒーレントな赤外線を出力する非線形光学素子と、
非線形光学素子の周囲に配置されて該非線形光学素子を任意の温度に加熱するヒータと、
を含むことを特徴とする赤外固体レーザー発振装置。
【請求項２】
レーザー光を発生する励起光源と、
該レーザー光の一部が入射されて入射されたレーザー光より波長の長いレーザー光を発生する光パラメトリック発振器と、
z軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶により形成されると共に、これら相互に波長の異なる２つのレーザー光が入射されて、これらレーザー光より波長が長い単一の波長のコヒーレントな赤外線を出力する非線形光学素子と、
非線形光学素子の周囲に配置されて該非線形光学素子を任意の温度に加熱するヒータと、
を含むことを特徴とする赤外固体レーザー発振装置。
【請求項３】
前記ヒータが、温度チューニングにより非線形光学素子を２５℃〜１８０℃の範囲のいずれかの温度に保つことを特徴とする請求項１または請求項２記載の赤外固体レーザー発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光パラメトリック発振や差周波発生によりコヒーレントな赤外線を発振する赤外固体レーザー発振装置に関し、特に４〜７μｍ程度の波長範囲の赤外線を発振するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
光パラメトリック発振や差周波発生の現象は従来から知られていて、産業上有用とされていた。具体的には、非線形光学論系に基づいたものとして、非線形光学素子の結晶にコヒーレントな励起光を入力することにより、相互に異なる２つの波長のコヒーレント光を出力光として出力せしめる光パラメトリック発振器が知られている。一般に、この光パラメトリック発振器は、励起光源の他、非線形光学素子とその両側に配置された一対の反射鏡とにより概略構成されている。
【０００３】
なお、これら出力光である２つのコヒーレント光は、シグナル光とアイドラー光と呼ばれていて、上記励起光、シグナル光及びアイドラー光の間には、次の数１に示す式の関係が成り立っている。但し、λpは励起光の波長、λsはシグナル光の波長、λiはアイドラー光の波長である。
【０００４】
（数１）
１／λp ＝1／λs＋1／λi
【０００５】
他方、非線形光学論系に基づいたものとして上記の光パラメトリック発振器と異なる差周波発生もあるが、これは非線形光学素子の結晶に、コヒーレントな励起光及びＢＢＯ等の光パラメトリック発振器により発生させたシグナル光を入力することにより、これらより長波長のコヒーレント光を出力光として出力せしめる差周波発生器が知られている。この差周波発生の場合、２つのコヒーレント光である励起光及びシグナル光が非線形光学素子に入力されると、これらより長波長のコヒーレント光が出力光として出力される。なお、上記励起光、シグナル光及びアイドラー光の間には、次の数２に示す式の関係が成り立っている。
【０００６】
（数２）
１／λp−1／λs＝1／λi
【０００７】
かかる光パラメトリック発振器や差周波発生器を有したレーザー発振装置においては、例えば励起光源として１．０６４２μｍの波長でレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ3+：Ｙ3Ａｌ5Ｏ15）レーザーが用いられ、また、非線形光学素子としてＡｇＧａＳ2（ＡＧＳ）結晶が用いられて構成されたものが知られている。他方、特に波長４〜７μｍの範囲の赤外線内の例えば６．４５μｍの波長の赤外線は、近年、医療技術分野で用いられるようになったりして、この波長範囲の赤外線で高出力なものを得ることが、必要とされている。
【０００８】
ここで、１．０６４２μｍの波長でレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧレーザーで励起して５μｍ以上の波長の赤外線を発生する光パラメトリック発振器用とされている非線形光学素子や、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーとＢＢＯ等の光パラメトリック発振器の出力間であって５μｍ以上の波長の赤外線を発生する差周波発生用として用いられている非線形光学素子としては、現在のところ僅かにＡｇＧａＳ2（ＡＧＳ）結晶が市販されているに過ぎなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−９５２７１公報
【特許文献２】特開２００３−２８００５５公報
【特許文献３】特開２００８−４０２９３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、このＡｇＧａＳ2結晶は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーからのレーザー光によるダメージ閾値が低く耐久性が低い欠点を有していた。
この一方、このＡｇＧａＳ2結晶は、屈折率の関係で９０°位相整合条件（結晶のｚ軸に直角な条件）が成立しないため、ｚ軸からずれたクリティカル位相整合をしなければならなかった。この結果として、６．５μｍの波長の赤外線を発生させようとした場合、位相整合許容角がΔθext・Ｌ≒０．３ｄｅｇ・ｃｍ（Δθext：外部許容角、Ｌ：結晶長）と極めて小さく、高い変換効率を得ることができない欠点をも有していた。
【００１１】
これに対して、例えば光パラメトリック発振器を用いたものとして、上記特許文献１〜３が挙げられる。この内の特許文献１には、シグナル光とアイドラー光の波長が等しい縮退発振における励起光からシグナル光とアイドラー光に変換されるエネルギーの比率を１／４波長板により向上させる構造のものが開示されている。また、特許文献２には、光パラメトリック発振器を用いてコヒーレントな安定した出力の真空紫外線を発生せしめるものが開示されている。同じく、特許文献３には、波長変換素子本体に入射する被変換光の入射角を変え、波長変換素子本体に入射した光を波長変換素子本体の側面で反射させて、波長変換素子本体内をジグザグに進行させるものが開示されている。
【００１２】
しかしながら、これら特許文献１〜３においても、ダメージ閾値が高く高耐久性とされると共に、所望の波長の赤外線を発生させる場合でも高い変換効率が得られるものは存在していなかった。
【００１３】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、ダメージ閾値が高く高耐久性とされると共に、所望の波長の赤外線を発生させる場合でも高い変換効率が得られる赤外固体レーザー発振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】
【００１４】
上記課題を解決した請求項１記載の発明は、レーザー光を発生する励起光源と、
z軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶により形成されると共に、該レーザー光が入射されて、該レーザー光より波長が長く且つ相互に異なる２つの波長のコヒーレントな赤外線を出力する非線形光学素子と、
非線形光学素子の周囲に配置されて該非線形光学素子を任意の温度に加熱するヒータと、
を含むことを特徴とする赤外固体レーザー発振装置である。
【００１５】
請求項１に係る赤外固体レーザー発振装置によれば、励起光源より発生されたレーザー光である励起光が、z（＝ｂ）軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶により形成された非線形光学素子に入射して、このレーザー光より波長が長く且つ相互に異なる２つの波長のコヒーレントな赤外線であるシグナル光とアイドラー光をこの非線形光学素子が出力する。この際、非線形光学素子を単にz軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶とするだけでなく、この非線形光学素子の周囲にヒータを配置し、この配置されたヒータが、該非線形光学素子を任意の温度に加熱する温度チューニングすることで、同調可能なシグナル光の他、同調可能で必要な波長のコヒーレントなアイドラー光が得られるようになる。
【００１６】
以上より、これら非線形光学素子やヒータにより構成される本請求項の光パラメトリック発振器では、温度設定である温度チューニングにより、コヒーレントなアイドラー光の内でも本来的に必要な波長の赤外線を容易に得ることが可能となる。
【００１７】
他方、本請求項で用いられるＢａＧａ4Ｓ7結晶による素子は、励起光源として一般的に採用されているＮｄ：ＹＡＧレーザー光でのダメージ閾値がＡｇＧａＳ2結晶による素子の約１０〜２０倍の高さとされて、高い耐久性を有している。しかも、z軸カットとした時であって、９０°位相整合での許容角が６．４５μｍの赤外線が発生する場合では、Δθext・Ｌ1/2＝６．５ｄｅｇ・ｃｍ1/2（ｘｚ面：ｘ軸とｚ軸で形成される平面）〜９．２０ｄｅｇ・ｃｍ1/2（ｙｚ面：ｙ軸とｚ軸で形成される平面）と極めて大きく、高い変換効率を得ることができる。
【００１８】
従って、本請求項によれば、レーザー光であるビームの拡がり角の大きな多重モード発振の一般的なＮｄ：ＹＡＧレーザーを、励起光源として使用可能とされる大きなメリットがある。これに伴い、励起光源を１．０６４２μｍの波長でレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧレーザーとし、非線形光学素子をz軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶により形成されたものとし、この非線形光学素子の周囲に配置されたヒータが、該非線形光学素子を任意の温度に加熱する温度チューニングすることができる。このことで、例えば１．２４１〜１．３２９μｍのシグナル光の他、５．３４〜７．４８μｍの範囲で同調可能なコヒーレントなアイドラー光が非線形光学素子から得られるようになる。
【００１９】
以上より、本請求項による赤外固体レーザー発振装置は、ダメージ閾値が従来の約１０〜２０倍と高く高耐久性とされると共に、所望の波長の赤外線を発生させる場合でも高い変換効率が得られることになる。
【００２０】
請求項２記載の発明は、レーザー光を発生する励起光源と、
該レーザー光の一部が入射されて入射されたレーザー光より波長の長いレーザー光を発生する光パラメトリック発振器と、
z軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶により形成されると共に、これら相互に波長の異なる２つのレーザー光が入射されて、これらレーザー光より波長が長い単一の波長のコヒーレントな赤外線を出力する非線形光学素子と、
非線形光学素子の周囲に配置されて該非線形光学素子を任意の温度に加熱するヒータと、
を含むことを特徴とする赤外固体レーザー発振装置である。
【００２１】
請求項２に係る赤外固体レーザー発振装置によれば、励起光源より発生されたレーザー光である励起光の一部が、光パラメトリック発振器に入射され、入射されたレーザー光より波長の長いレーザー光を発生する。また、これら相互に波長の異なる２つのレーザー光が、z軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶により形成された非線形光学素子に入射されて、これらレーザー光より波長が長い単一の波長のコヒーレントな赤外線をこの非線形光学素子が出力する。
【００２２】
この際、非線形光学素子を単にz軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶とするだけでなく、この非線形光学素子の周囲にヒータを配置し、この配置されたヒータが、該非線形光学素子を任意の温度に加熱することで、同調可能で必要な波長のコヒーレントなアイドラー光が得られるようになる。
また、ここで光パラメトリック発振器としては、ＢＢＯ光パラメトリック発振器、ＫＴＰ光パラメトリック発振器および、ＬＢＯ光パラメトリック発振器等が考えられるが、ＢＢＯ光パラメトリック発振器が最適である。
【００２３】
以上より、これらＢＢＯ等の光パラメトリック発振器、非線形光学素子やヒータにより構成される本請求項の差周波発生器では、温度設定である温度チューニングにより、コヒーレントなアイドラー光の内でも本来的に必要な波長の赤外線を得ることが可能となる。
【００２４】
他方、本請求項で用いられるＢａＧａ4Ｓ7結晶による素子は、請求項１と同様に、高い耐久性を有している他、高い変換効率を得ることができる。従って、本請求項によれば、請求項１と同様に、レーザー光であるビームの拡がり角の大きな多重モード発振の一般的なＮｄ：ＹＡＧレーザーを、励起光源として使用可能という大きなメリットがある。
【００２５】
これに伴い、励起光源を１．０６４２μｍの波長でレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧレーザーとし、このＮｄ：ＹＡＧレーザーとＢＢＯ等の光パラメトリック発振器等の出力との間の差周波発生に対して、非線形光学素子をz軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶により形成されたものとし、この非線形光学素子の周囲に配置されたヒータが、該非線形光学素子を任意の温度に加熱する温度チューニングすることができる。このことで、例えば５．３４〜７．４８μｍの範囲で同調可能なコヒーレントなアイドラー光が非線形光学素子から得られるようになる。
【００２６】
以上より、本請求項による赤外固体レーザー発振装置は、ダメージ閾値が従来の約１０〜２０倍と高く高耐久性とされると共に、所望の波長の赤外線を発生させる場合でも高い変換効率が得られることになる。
【００２７】
請求項３の発明は、前記ヒータが、温度チューニングにより非線形光学素子を２５℃〜１８０℃の範囲のいずれかの温度に保つことを特徴とする請求項１または請求項２記載の赤外固体レーザー発振装置である。
【００２８】
つまり、請求項１との関係では、ＢａＧａ4Ｓ7結晶による非線形光学素子をこの温度範囲で温度チューニングすることにより、ＢａＧａ4Ｓ7結晶は５．３４〜７．４８μｍの範囲で同調可能なコヒーレントな赤外線発生素子となり、特に医療技術分野で用いられる６．４５μｍの波長の赤外線であって高出力なものを本請求項によれば、本来的に得ることが可能となる。
【００２９】
さらに、請求項２との関係では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーのレーザー光（１．０６４２μｍの波長）と光パラメトリック発振器等の出力（１．２４１〜１．３２９μｍの波長）との間で差周波発生するものの、ＢａＧａ4Ｓ7結晶による非線形光学素子をこの温度範囲で温度チューニングすることにより、ＢａＧａ4Ｓ7結晶は５．３４〜７．４８μｍの範囲で同調可能なコヒーレントな赤外線発生素子となる。このことから、特に医療技術分野で用いられる６．４５μｍの波長の赤外線であって高出力なものを本請求項によれば、本来的に得ることが可能となる。
尚この際、２５℃未満の温度になるとＢａＧａ4Ｓ7結晶につゆが発生するため、２５℃以上の室温が望ましく、また、１８０℃を超えた温度になるとＢａＧａ4Ｓ7結晶によるレーザー光の吸収が始まるため、１８０℃以下の温度が望ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、ダメージ閾値が高く高耐久性とされると共に、所望の波長の赤外線を発生させる場合でも高い変換効率が得られる赤外固体レーザー発振装置が提供されるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の赤外固体レーザー発振装置の第１の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の赤外固体レーザー発振装置の第２の実施の形態を示す図である。
【図３】非線形光学素子の温度とアイドラー光の周波数との関係を表すグラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明に係る赤外固体レーザー発振装置の第１の実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る赤外固体レーザー発振装置１０は、波長１．０６４２μｍでレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧレーザーとされた励起光源１を有している。この励起光源１の右隣の位置であって励起光ｐの光路である光軸Ｌ上の位置には、ＣａＦ2製の入力鏡２が配置されている。
【００３３】
１．０６４２μｍの波長において、この入力鏡２の透過率は９５％程度とされ、また、１．２４１〜１．３２９μｍの波長と５．３４〜７．４８μｍの波長において反射率は９０〜９８％程度とされている。これにより、この入力鏡２が予め定められた１．２４１〜１．３２９μｍの波長と５．３４〜７．４８μｍの波長の赤外線を反射し、１．０６４２μｍの波長のレーザー光を透過できることになる。
【００３４】
光軸Ｌ上におけるこの入力鏡２の右側に隣り合った位置には、z軸（＝ｂ）カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶により形成された例えば長さ１４ｍｍの非線形光学素子３が配置されている。この非線形光学素子３は、結晶のｚ軸に平行であって、ｘ、ｙ軸に直角に形成されていて、９０°位相整合する状態の赤外波長変換素子とされている。具体的には、図１に示すように、紙面に垂直方向をｘ軸とし、このｘ軸と垂直且つ光軸Ｌと直交する方向をｙ軸とすると共に、これらｘ軸、ｙ軸と垂直且つ光軸Ｌに沿った方向をｚ軸とするように、この非線形光学素子３を配置する。
【００３５】
このＢａＧａ4Ｓ7結晶により形成された非線形光学素子３は、レーザー光が入射されて、該レーザー光より波長が長く且つ相互に異なる２つの波長のコヒーレントな赤外線を出力する素子であるが、温度変化により射出する赤外線の波長が変化する特性を有している。このため、この直方体状に形成された非線形光学素子３の周囲には、温度チューニングによりこの非線形光学素子３を２５℃〜１８０℃の範囲のいずれかの任意の温度に保つように加熱するための筒状のヒータ４が配置されている。また、このヒータ４には、加熱するための電力をこのヒータ４に供給すると共にヒータ４の設定温度の調整をするための温調器５が接続されている。
【００３６】
そして、この非線形光学素子３の両端面には、１．０６４２μｍの波長のレーザー光の反射を防止するための反射防止膜３Ａが着いていて、これらの波長の反射率Ｒが１〜２％とされている。これに伴い、１．０６４２μｍの励起光ｐが非線形光学素子３に入射されると、励起光ｐが透過されるだけでなく、この非線形光学素子３が２つの波長の赤外線とされるシグナル光ｓとアイドラー光ｉを出射することになる。
【００３７】
また、光軸Ｌ上におけるこの非線形光学素子３の右側に隣り合った位置には、非線形光学素子３からの励起光ｐを反射して入射光と平行な光として戻すためのＣａＦ2製の出力鏡６が配置されている。但し、シグナル光ｓとアイドラー光ｉはこの出力鏡６を透過するようになる。尚、１．０６４２μｍの波長において、この出力鏡６の反射率は９０〜９５％程度とされ、また、１．２４１〜１．３２９μｍの波長において、この出力鏡６の透過率は１０〜２０％程度とされ、５．３４〜７．４８μｍの波長において、この出力鏡６の９０〜９５％程度とされている。
【００３８】
以上より、これら入力鏡２、非線形光学素子３、ヒータ４、温調器５及び出力鏡６等により、二重パス形の光パラメトリック発振器９が構成されることになる。これに伴い、図１に示す本実施の形態の赤外固体レーザー発振装置１０は、波長１．０６４２μｍでレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧレーザーとされる励起光源１とこの励起光源１からの光軸Ｌ上に配置された光パラメトリック発振器９とから構成されている。
【００３９】
なお、この出力鏡６の右隣の位置には、シグナル光ｓを除去するためのフィルタ７を介してエネルギーメータまたはＩＲスペクトルメータ８が配置されていて、入出力鏡６を透過した赤外線の波長や強度をこのＩＲスペクトルメータ８が検出可能となっている。ただし、これらフィルタ７やＩＲスペクトルメータ８は単に赤外線の波長や強度の計測のためのものであり、なくとも良い。
【００４０】
次に、本実施の形態の赤外固体レーザー発振装置１０の作用を説明する。
本実施の形態に係る赤外固体レーザー発振装置１０によれば、励起光源１から出射されたレーザー光であって矢印のように図１の上下方向が偏光方向Ｈｙとされる励起光ｐが入力鏡２を透過して非線形光学素子３に入射され、このレーザー光より波長が長く且つ相互に異なる２つの波長のコヒーレントな赤外線のシグナル光ｓとアイドラー光ｉを、この非線形光学素子３が出射し、出力鏡６を透過する。但し、これらシグナル光ｓとアイドラー光ｉの偏光方向Ｈｘは、図１の紙面に対して垂直方向となる。
【００４１】
この際、励起光源１を１．０６４２μｍの波長でレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧレーザーとし、非線形光学素子３をz軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶とし、この非線形光学素子３の周囲にヒータ４を配置し、このように配置されて温調器５により調整されるヒータ４が、該非線形光学素子３の温度を２５℃〜１８０℃の範囲のいずれかの温度に加熱する温度チューニングして保つことになる。この結果、シグナル光ｓが１．２４１〜１．３２９μｍの範囲で同調可能なコヒーレントな赤外線とされる他、アイドラー光ｉが図３に示すグラフのように、５．３４〜７．４８μｍの範囲で同調可能なコヒーレントな赤外線とされる。
【００４２】
従って、ヒータ４の温度を温調器５により調整するのに伴い、適切に温度チューニングして非線形光学素子３を１３０℃程度の温度にすることで、本来的に必要な医療技術分野で用いられる６．４５μｍの波長の赤外線をアイドラー光ｉとして得ることが可能となる。
【００４３】
また、非線形光学素子３から射出されたこれら２つのコヒーレントな赤外線であるシグナル光ｓとアイドラー光ｉは出力鏡６を透過するが、励起光ｐは出力鏡６で入射方向と逆方向に反射し、再度、非線形光学素子３に入射して励起した後、この励起光ｐは、入力鏡２を透過して、光パラメトリック発振器９から左方に出射されることになる。
【００４４】
このため、本実施の形態では、非線形光学素子３を再度励起する結果、これら２度の励起に合わせて非線形光学素子３はシグナル光ｓとアイドラー光ｉをシングルパスよりも多く発生する二重パス光パラメトリック発振となるものの、入力鏡２がシグナル光ｓだけでなくアイドラー光ｉをも反射することで、アイドラー光ｉでの高出力を得ることが可能となる。以上より、本実施の形態による光パラメトリック発振器９では、温度設定である温度チューニングにより、コヒーレントなアイドラー光ｉの内でも本来的に必要な波長の赤外線を容易に得ることが可能となる。
【００４５】
他方、本実施の形態で用いられるＢａＧａ4Ｓ7結晶による素子は、励起光源１として一般的に採用されているＮｄ：ＹＡＧレーザー光でのダメージ閾値がＡｇＧａＳ2結晶による素子の約１０〜２０倍の高さとされて、高い耐久性を有している。しかも、本実施の形態のようにz軸カットとした時であって、９０°位相整合での許容角が６．４５μｍの赤外線が発生する場合では、外部許容角と結晶長さとの積であるΔθext・Ｌ1/2＝６．５ｄｅｇ・ｃｍ1/2（ｘｚ面：ｘ軸とｚ軸で形成される平面）〜９．２０ｄｅｇ・ｃｍ1/2（ｙｚ面：ｙ軸とｚ軸で形成される平面）と極めて大きく、高い変換効率を得ることができる。また、温度位相整合許容幅もΔＴ・Ｌ＝７．５℃・ｃｍと極めて実用的な値が得られる。
【００４６】
従って、本実施の形態によれば、レーザー光であるビームの拡がり角の大きな多重モード発振の一般的なＮｄ：ＹＡＧレーザーを、励起光源１として使用可能という大きなメリットがある。これに伴い、上記のように励起光源１を１．０６４２μｍの波長でレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧレーザーとし、非線形光学素子３をz軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶により形成されたものとし、この非線形光学素子３の周囲に配置されたヒータ４が、該非線形光学素子３を任意の温度に加熱する温度チューニングすることができる。
【００４７】
以上より、本実施の形態による赤外固体レーザー発振装置１０によれば、ダメージ閾値が従来の約１０〜２０倍と高く高耐久性を有すると共に、所望の波長の赤外線を発生させる場合でも高い変換効率が得られることになる。
【００４８】
以上の結果として、励起光ｐが光パラメトリック発振器９中の非線形光学素子３を励起するのに伴って発生したシグナル光ｓとアイドラー光ｉは、入力鏡２と出力鏡６との間で増幅され、これらシグナル光ｓとアイドラー光ｉのみが出力鏡６を透過して、励起光ｐと分離される。そして、フィルタ７を透過してＩＲスペクトルメータ８に入射することで、赤外線とされるアイドラー光ｉの波長や強度のデータが得られる。
【００４９】
次に、本発明に係る赤外固体レーザー発振装置の第２の実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、第１の実施の形態と同一の部材には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図２に示すように、本実施の形態に係る赤外固体レーザー発振装置２０は、第１の実施の形態と同様に、波長１．０６４２μｍでレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧレーザーとされた励起光源１を有している。
【００５０】
この励起光源１からの励起光ｐの一部が、ハーフミラー１３、反射鏡１４を用いて、ＢＢＯ等の光パラメトリック発振器１２に入射され、この入射されたレーザー光より波長の長い１．２４１〜１．３２９μｍの赤外線であるレーザー光をこの光パラメトリック発振器１２がシグナル光ｓとして発生する。さらにこのシグナル光ｓを反射鏡１５、１６等を用いて励起光源１からの励起光ｐと平行なものとする。
なおこの際、ハーフミラー１３からは、励起光ｐと異なり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーのレーザー光の２倍波（λp／２）または３倍波（λp／３）の励起反射光ｐ´が反射鏡１４側に送り出される。
【００５１】
これら相互に平行で相互に波長の異なる２つのレーザー光の光路である光軸Ｌ上には、z軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶により形成された第１の実施の形態と同様の非線形光学素子３が配置されている。そして、第１の実施の形態と同様にヒータ４及び温調器５も配置されている。この際、励起光源１からの励起光ｐの偏光方向Ｈｙは矢印のように図２の上下方向であり、光パラメトリック発振器１２からのシグナル光ｓの偏光方向Ｈｘは、これに対して垂直となる図２の紙面に垂直方向とされている。
【００５２】
この結果として、これら相互に波長及び偏光方向の異なる２つのレーザー光は、z軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶により形成された非線形光学素子３に入射して、これらレーザー光より波長が長い単一の波長のコヒーレントな赤外線であるアイドラー光ｉをこの非線形光学素子３が出力することになる。但し、非線形光学素子３からのアイドラー光ｉの偏光方向Ｈｘは、図２の紙面に垂直方向となっている。
【００５３】
以上より、本実施の形態においては、これら光パラメトリック発振器１２、ハーフミラー１３、反射鏡１４、１５、１６、非線形光学素子３、ヒータ４及び温調器５により、差周波発生器１９が構成されることになる。これに伴い、図２に示す本実施の形態の赤外固体レーザー発振装置２０は、波長１．０６４２μｍでレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧレーザーとされる励起光源１と差周波発生器１９とから構成されている。
【００５４】
次に、本実施の形態の赤外固体レーザー発振装置２０の作用を説明する。
本実施の形態に係る赤外固体レーザー発振装置２０によれば、励起光源１より発生されたレーザー光である励起光の一部（２倍波または３倍波）が光パラメトリック発振器１２に入射され、入射されたレーザー光より波長の長いレーザー光を発生する。また、これら相互に波長の異なる２つのレーザー光が、z軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶により形成された非線形光学素子３に入射して、これらレーザー光より波長が長い単一の波長のコヒーレントな赤外線をこの非線形光学素子３が出力する。
【００５５】
この際、非線形光学素子３を単にz軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶とするだけでなく、この非線形光学素子３の周囲にヒータ４を配置し、このように配置されて温調器５により調整されるヒータ４が、該非線形光学素子３の温度を２５℃〜１８０℃の範囲のいずれかの温度に加熱する温度チューニングして保つことになる。この結果、アイドラー光ｉが５．３４〜７．４８μｍの範囲で同調可能なコヒーレントな赤外線となる。
【００５６】
従って、ヒータ４の温度を温調器５により調整して、適切に温度チューニングして非線形光学素子３を１３０℃程度の温度にすることで、本来的に必要な医療技術分野で用いられる６．４５μｍの波長の赤外線をアイドラー光ｉとして得ることが可能となる。以上より、本実施の形態による差周波発生器１９では、温度設定である温度チューニングにより、コヒーレントなアイドラー光ｉの内でも本来的に必要な波長の赤外線を得ることが可能となる。
【００５７】
他方、本実施の形態で用いられるＢａＧａ4Ｓ7結晶による素子は、第１の実施の形態と同様に、高い耐久性を有している他、高い変換効率を得ることができる。従って、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、レーザー光であるビームの拡がり角の大きな多重モード発振の一般的なＮｄ：ＹＡＧレーザーを、励起光源１として使用可能という大きなメリットがある。
【００５８】
これに伴い、励起光源１を１．０６４２μｍの波長でレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧレーザーとし、このＮｄ：ＹＡＧレーザーと１．２４１〜１．３２９μｍの波長の赤外線を発生する光パラメトリック発振器１２の出力との間の差周波発生に対して、z軸カットされたＢａＧａ4Ｓ7結晶により形成された非線形光学素子３の周囲に配置されたヒータ４が、該非線形光学素子３を任意の温度に加熱する温度チューニングすることで、ＢａＧａ4Ｓ7結晶は５．３４〜７．４８μｍの範囲で同調可能なコヒーレントな赤外線発生素子となる。このことから、特に医療技術分野で用いられる６．４５μｍの波長の赤外線であって高出力なものを本実施の形態によれば、本来的に得ることが可能となる。
【００５９】
以上より、本実施の形態による赤外固体レーザー発振装置２０は、ダメージ閾値が従来の約１０〜２０倍と高く高耐久性とされると共に、所望の波長の赤外線を発生させる場合でも高い変換効率が得られることになる。
【００６０】
なお、上記ＢａＧａ4Ｓ7結晶は、高純度のＧａ、Ｓ、Ｂａ等の原料を使用してブリッジマン・ストックバーガー法（Bridgman-Stockbarger method）により、例えば作製されることが知られている。まず、Ｂａの顕著な化学的活性のため、２×１０-5トルの圧力に減圧し、１１５０℃に数時間保持されてから、結晶の成長が実行されて、上記ＢａＧａ4Ｓ7結晶が作られることになる。
また、光パラメトリック発振器の内のＢＢＯ光パラメトリック発振器とは、ベータバリウムボレート(β-ＢａＢ2Ｏ4)を用いた光パラメトリック発振器であり、前述のように励起光の入力に伴い、シグナル光とアイドラー光とからなる２つのコヒーレント光が発生する発振器である。
【００６１】
さらに、上記実施の形態では、高出力のアイドラー光ｉのみを赤外線固体レーザー発振装置外に導出するようにしたが、高出力のシグナル光ｓとアイドラー光ｉを赤外線固体レーザー発振装置外に導出しても良い。また、上記実施の形態では、ベンディング反射鏡や入出力鏡をＣａＦ2製としたが、他の公知な材質を用いても良い。
【００６２】
以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、本発明は係る実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、高出力の赤外線が必要なさまざまな技術分野に適用でき、医療用だけでなく産業用等の他の技術分野にも適用可能なものである。
【符号の説明】
【００６４】
１    励起光源
２    入力鏡
３    非線形光学素子
４    ヒータ
５    温調器
６    出力鏡
７    フィルタ
８    ＩＲスペクトルメータ
９    光パラメトリック発振器
１０    赤外線固体レーザー発振装置
１２    光パラメトリック発振器
１３    ハーフミラー
１４    反射鏡
１５    反射鏡
１６    反射鏡
１９    光パラメトリック発振器
２０    赤外線固体レーザー発振装置
ｐ    励起光
ｓ    シグナル光
ｉ    アイドラー光
【図１】
2014174379.tif 000003
【図２】
2014174379.tif 000004
【図３】
2014174379.tif 000005