(57)【要約】【課題】低コストで有用な中赤外の赤外線が高出力に得られる２波長同時発振型赤外光パラメトリック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１２が発生する励起光ｐをＨｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶の非線形光学素子１８に入力鏡１６を介して入射する。非線形光学素子１８でシグナル光ｓと８〜９．４μｍの波長のアイドラー光ｉが出力される。非線形光学素子１８を透過した励起光ｐを出力鏡２０が反射して非線形光学素子１８に戻すことでダブルパスとなり、再度シグナル光ｓとアイドラー光ｉが出力される。【選択図】図１
2018031811.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、
レーザー光が入射されて、レーザー光より波長が長く且つ相互に異なる２種類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、
励起光源と非線形光学素子との間に配置され、レーザー光を透過すると共に少なくともより波長が長いコヒーレントな赤外線を反射する入力鏡と、
非線形光学素子を挟んで入力鏡と逆側に配置され、該レーザー光を反射すると共に少なくともより波長が長いコヒーレントな赤外線を透過する出力鏡と、
を含む２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置。
【請求項２】
励起光源をＮｄ：ＹＡＧレーザーとすると共に、非線形光学素子をＨｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶とする請求項１記載の２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置。
【請求項３】
入力鏡をFused silica製とすると共に、出力鏡をＺｎＳｅ製とした請求項１または請求項２記載の２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置。
【請求項４】
非線形光学素子を加熱するヒータと、
非線形光学素子の温度を計測する温度計と、
温度計の計測値に基づきヒータの加熱量を制御して非線形光学素子を所定の温度範囲に維持する制御手段と、
を含む請求項１から請求項３の何れかに記載の２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置。
【請求項５】
励起光源と入力鏡との間に、非線形光学素子から戻ってきたレーザー光を排除して励起光源に入力しないようにするアイソレーターが配置される請求項１から請求項４の何れかに記載の２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振によりコヒーレントな赤外線を発振する２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置に関し、特に８〜９．４μｍの波長範囲の２本の赤外線（アイドラー）を同時に発振するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、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。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、上記励起光とシグナル光とアイドラー光との間には、次の数１、数２に示す式の関係が成り立っている。
【０００３】
（数１）
1／λs＋1／λi＝１／λp
【０００４】
（数２）
ns／λs＋ｎi／λi＝np／λp
【０００５】
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、また、非線形光学素子に関し、ｎpは励起光の屈折率、ｎsはシグナル光の屈折率、ｎiはアイドラー光の屈折率である。
【０００６】
かかる光パラメトリック発振器を有した構成の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）レーザーを用い、非線形光学素子としてＡｇＧａＳ2（ＡＧＳ）結晶を用いて構成されたものが知られている。
【０００７】
近年、車載用レーザー・レーダーの光源として活用したり、或いは大気中のＣＨ4、ＳＯ2、ＣＯ等の有毒ガスの検出用としたりできるので、大気の窓（Atmospheric window）に相当する８〜１０μｍの波長範囲でブロードバンド（半値幅が５００ｎｍ程度まで）かつコヒーレントな赤外線の活用が考えられている。これに伴い、簡単な構造で小形化が可能な装置であると共にこの波長範囲の赤外線を高出力で発生するものが、必要とされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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】
【０００９】
しかし、例えば一般的なＮｄ：ＹＡＧレーザーで励起し、波長８〜１０μｍの赤外線をアイドラー光として発生せしめる従来のレーザー発振装置には、単一パス（シングルパス）光パラメトリック発振器や二重パス（ダブルパス）光パラメトリック発振器を用いたものが考えられるが、仮に高出力が可能な非線形光学素子が得られたとしても、以下に述べる問題を有していた。
【００１０】
即ち、単一パス光パラメトリック発振器においては、励起光が非線形光学素子を一度励起するだけであるため、アイドラー光とされる８〜１０μｍの赤外線への変換効率が低い欠点を有していた。
【００１１】
また、二重パス光パラメトリック発振器においては、一方の反射鏡である入力鏡を励起光の波長（１．０６４２μｍ）において９０〜９９％の高い透過率を有すると共にシグナル光（１．２〜１．２２μｍ）での反射率を高くしただけでは、８〜１０μｍの波長のアイドラー光での高出力を得ることができない。つまり、アイドラー光での高出力を得るためには、１００ＭＷ/ｃｍ2を超える高出力に耐えうるようなダメージ閾値の高い入力鏡を採用する必要があった。
【００１２】
しかし、従来から用いられていた反射鏡であってアイドラー光及びシグナル光でほぼ１００％の反射率を有するものとしては、金や銀等の金属製のものが存在するものの、使用により劣化する欠点があり、実質的に採用することができなかった。このため、上記のようにダメージ閾値の高い反射鏡を製造することも極めて困難であり、製造コストが増大する欠点も挙げられていた。
【００１３】
これに対して、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があげられる。例えば、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点付近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。
【００１４】
しかしながら、これら特許文献１〜３においても、低コストで８〜１０μｍの波長とされる有用な中赤外の赤外線を高出力に得られるものは存在していなかった。
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、低コストで有用な中赤外の赤外線が高出力に得られる２波長同時発振型赤外光パラメトリック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】
【００１５】
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、
レーザー光が入射されて、レーザー光より波長が長く且つ相互に異なる２種類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、
励起光源と非線形光学素子との間に配置され、レーザー光を透過すると共に少なくともより波長が長いコヒーレントな赤外線を反射する入力鏡と、
非線形光学素子を挟んで入力鏡と逆側に配置され、該レーザー光を反射すると共に少なくともより波長が長いコヒーレントな赤外線を透過する出力鏡と、
を含む２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置である。
【００１６】
請求項１に係る２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置によれば、励起光源より発生されたレーザー光である励起光が入力鏡を透過して非線形光学素子に入射され、この非線形光学素子がレーザー光より波長が長く且つ相互に異なる２種類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光パラメトリック発振して出力する。
【００１７】
また、励起光源と非線形光学素子との間にこの入力鏡が配置されているが、非線形光学素子を挟んで入力鏡と逆側には出力鏡が配置されている。コヒーレントな赤外線の内の少なくともより波長が長い赤外線であるアイドラー光はこの出力鏡を透過するものの、レーザー光はこの出力鏡で非線形光学素子に向かって反射する。
【００１８】
このため、非線形光学素子では出力鏡で反射されて戻ってきたレーザー光によって、レーザー光より波長が長く且つ相互に異なる２種類の波長のコヒーレントな赤外線を同様に出力する。つまり、本請求項では、シグナル光とアイドラー光が二重に非線形光学素子から発生する二重パス光パラメトリック発振となって、少なくとも高出力なアイドラー光を得ることが可能となる。
【００１９】
そして、出力鏡で反射されたレーザー光によって非線形光学素子にて出力されたこれら２種類の波長のコヒーレントな赤外線に関しても、少なくともより波長が長いコヒーレントな赤外線であるアイドラー光を入力鏡が反射するので、このアイドラー光が非線形光学素子を通過して、前述のアイドラー光と同様に出力鏡を透過する。
【００２０】
以上より、本請求項の２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置によれば、励起光源、入力鏡、出力鏡等を有するだけの簡素な構造により、非線形光学素子にて二重パス光パラメトリック発振となるのに伴って単一パス光パラメトッリ発振器の約２倍の出力となることで、有用な中赤外の赤外線を高出力且つ低コストで得られるようになる。
【００２１】
請求項２の発明は、励起光源をＮｄ：ＹＡＧレーザーとすると共に、非線形光学素子をＨｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶とする請求項１記載の２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置である。
従って、本請求項によれば、励起光源をＮｄ：ＹＡＧレーザーとしたことで、１．０６４２μｍの波長のレーザー光を出力でき、また、非線形光学素子をＨｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶としたことで、１．２〜１．２２μｍの波長のシグナル光と８〜９．４μｍの波長のアイドラー光をパラメトリック発振することができる。これに伴って高出力のシグナル光と高出力で有用な８〜９．４μｍの中赤外の赤外線であるアイドラー光を低コストに得ることができる。
【００２２】
請求項３の発明は、入力鏡をFused silica製とすると共に、出力鏡をＺｎＳｅ製とする請求項１または請求項２記載の２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置である。
従って、本請求項によれば、入力鏡や出力鏡が金や銀等の金属製のものと異なって製造コストが増大することが無いだけでなく、使用による劣化もし難くなる結果、ダメージ閾値が高くなる。
【００２３】
請求項４の発明は、非線形光学素子を加熱するヒータと、
非線形光学素子の温度を計測する温度計と、
温度計の計測値に基づきヒータの加熱量を制御して非線形光学素子を所定の温度範囲に維持する制御手段と、
を含む請求項１から請求項３の何れかに記載の２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置である。
従って、本請求項によれば、非線形光学素子を予め定められた所定の温度範囲に維持できるので、非線形光学素子を温度チューニング可能となり、狙いの波長のシグナル光とアイドラー光をこの非線形光学素子にてパラメトリック発振することが可能となる。
【００２４】
請求項５の発明は、励起光源と入力鏡との間に、非線形光学素子から戻ってきたレーザー光を排除して励起光源に入力しないようにするアイソレーターが配置される請求項１から請求項４の何れかに記載の２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置である。
従って、本請求項によれば、二重パス光パラメトリック発振により励起光源側に戻るレーザー光をアイソレーターが排除することで、励起光源にレーザー光が入力しないようになる結果として、装置の耐久性も高くなる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、低コストで有用な中赤外の赤外線が高出力に得られる２波長同時発振型赤外光パラメトリック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】
【００２６】
【図１】本発明の２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置の実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明に適用されるＨｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶の温度チューニングに基づくシグナル光とアイドラー光の出力特性を示すグラフを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明に係る２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置の一実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置１０は、波長１．０６４２μｍでレーザー発振して励起光ｐを発生する励起光源１２を有している。尚、本実施形態では、励起光源１２として平均出力２．４Ｗ（１パルス当たり出力８０ｍJ、パルス幅５ｎｓ）のＮｄ：ＹＡＧレーザーが採用されている。この基本光源である励起光源１２の図１における右隣とされる励起光ｐの光路である光軸Ｌ上の位置には、励起光源１２が発生するレーザー光である励起光ｐが少なくとも図１の左側から右側へは通過し得るビームスプリッタであるアイソレーター１４が配置されている。
【００２８】
そして、このアイソレーター１４の光軸Ｌ上における図１の右隣には、石英ガラスや融解石英等であるFused silica製の入力鏡１６が位置しており、この入力鏡１６の右側端面には誘電体多層膜１６Ａがコートされている。この誘電体多層膜１６Ａの１．０６４２μｍの波長における透過率Ｔは約９８％とされ、また、１．２０〜１．２２μｍの波長範囲だけでなく、１．２０〜１．３５μｍの波長範囲においても反射率Ｒは約９８％とされていて、この入力鏡１６としても同様の透過率と反射率を有することになる。
【００２９】
尚、この入力鏡１６は中赤外の赤外線である８〜９．４μｍの波長においても高反射率とすることが考えられる。したがって、この入力鏡１６は、１．０６４２μｍの波長の励起光ｐを透過し、予め定められた１．２〜１．２２μｍの波長および８〜９．４μｍの波長の赤外線を反射できることになる。
【００３０】
この入力鏡１６に対し光軸Ｌ上において右側に隣り合った位置には、Ｈｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶（但し、x=０．６０〜０．６５とする）により形成された例えば長さ８ｍｍの非線形光学素子１８が配置されている。本実施形態に適用されるこのＨｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶はBridgman-Stockbarger法により育成されたものであり、可視光及び赤外線の透過範囲としては０．４７〜１３μｍとされている。また、このＨｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶のカット角としては、θ=９０°、φ=４５°（但し、θ、φは極座標であり、それぞれｚ（＝ｃ）軸およびｘ（＝ａ）軸からの角度）とされている。尚、上記xを０．６０〜０．６５の範囲としたのは、０．６０未満ではアイドラー光ｉの波長λiが所定の値より短くなって実質的に使用することが出来ず、また、０．６５を越えると位相整合しないためである。
【００３１】
さらに、本実施形態においては、入力鏡１６を透過した波長１．０６４２μｍの励起光ｐがこの非線形光学素子１８に入射された場合、この励起光ｐより波長が長く且つ相互に異なる２種類の波長のコヒーレントな赤外線とされるシグナル光ｓとアイドラー光ｉが出力される。ここで、本実施形態におけるシグナル光ｓは１．２〜１．２２μｍの波長とされ、アイドラー光ｉは８〜９．４μｍの波長とされている。
【００３２】
この非線形光学素子１８の両端面は光学研磨されているだけでなく、１．０６４２μｍ及び１．２０〜１．３０μｍの波長において透過率Ｔを約９８％と高くされた反射防止膜１８Ａがコートされている。但し、この反射防止膜１８Ａは１．３５μｍの波長まで透過率Ｔを約９８％とすることが可能である。
【００３３】
他方、このＨｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶は下記の点群に属する半導体であって、ＨｇＧａ2Ｓ4結晶とＣｄＧａ2Ｓ4結晶の混合結晶（mixed crystal）である。
【００３４】
【数１】
2018031811.tif 000003
【００３５】
そして、このＨｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶の非線形光学定数は、従来から使われているＡｇＧａ2Ｓ4結晶の約２倍であり、ＨｇＧａ2Ｓ4結晶およびＣｄＧａ2Ｓ4結晶とほぼ同じ（ｄ36≒２７〜２８ｐｍ/Ｖ）であるが、１．０６４２μｍの波長におけるダメージ閾値がＨｇＧａ2Ｓ4結晶とＣｄＧａ2Ｓ4結晶の中間に位置し、ＡｇＧａＳ2結晶の約３倍である。
【００３６】
なお、励起光源１２であるＮｄ：ＹＡＧレーザーからの励起光ｐによるこのＨｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶の現在までに得られている変換効率は、アイドラー光ｉの波長が長いために約３％に限られている。但し、８〜９．４μｍの波長における反射防止膜のコートが可能となれば、平均入力４Ｗ、３０Ｈｚでピーク出力２００ｋＷ（平均出力２４０ｍＷ）の高出力が得られることになる。
【００３７】
この一方、この非線形光学素子１８に対し光軸Ｌ上において右側に隣り合った位置には、ＺｎＳｅ製の出力鏡２０が配置されている。本実施形態では、励起光ｐをダブルパスとするため、この出力鏡２０の入射側端面に１．０６４２μｍの波長において反射率Ｒが約９８％と高くされるだけでなく、１．２〜１．２２μｍ波長範囲だけでなく、１．２０〜１．３５μｍの波長範囲においても８０〜９０％程度の反射率Ｒを有する誘電体多層膜２０Ａがコートされている。また、この出力鏡２０の出射側端面には、８〜１２μｍの波長における透過率Ｔが９０〜９８％程度の反射防止膜２０Ｂがコートされている。
【００３８】
以上より、シグナル光ｓの一部とアイドラー光ｉの大部分は、図１に示すように出力鏡２０を透過して出力される。また、レーザー光である励起光ｐの大部分は、出力鏡２０の誘電体多層膜２０Ａにより反射して非線形光学素子１８に戻ることで、この非線形光学素子１８を往復 (Double pass) することになる。さらに、非線形光学素子１８を逆方向に透過して位相整合しなかった励起光ｐは入力鏡１６を透過し、アイソレーター１４において図１の上方に反射して分離される。
【００３９】
そして、この非線形光学素子１８を再度透過する際にシグナル光ｓとアイドラー光ｉが再度出力されるが、これら２種類の波長のコヒーレントな赤外線に関しても入力鏡１６が反射して、非線形光学素子１８に戻って通過し最終的に出力鏡２０を透過する。
【００４０】
他方、この非線形光学素子１８には、非線形光学素子１８の温度を計測する温度計２４が取り付けられており、また、非線形光学素子１８の上下の位置には、非線形光学素子１８を加熱するための一対のヒータ２２が配置されている。これら一対のヒータ２２および温度計２４は、温度計２４の計測値に基づきヒータ２２の加熱量を制御する制御手段であるコントローラ２６にそれぞれ接続されている。
【００４１】
このため、一対のヒータ２２のオンオフをコントローラ２６が制御することで、非線形光学素子１８を予め定められた所定の温度範囲に維持して温度チューニングすることが出来る。例えばＨｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶を２０℃〜４０℃の範囲で温度チューニングすることで、９０°位相整合（ｚ（＝ｃ）軸に直角θ=９０°）を行って、波長可変で８〜９．４μｍの中赤外の赤外線を２本同時に発生可能となる。
【００４２】
次に、本実施形態の２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置１０の作用を説明する。
本実施形態に係る２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置１０によれば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーとされる励起光源１２より発生されたレーザー光である励起光ｐが光軸Ｌに沿いつつアイソレーター１４及び入力鏡１６を透過してＨｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶とされる非線形光学素子１８に入射される。この非線形光学素子１８が励起光ｐより波長が長く且つ相互に異なる４つの波長のコヒーレントな赤外線である２本のシグナル光ｓと２本のアイドラー光ｉを光パラメトリック発振して出力する。
【００４３】
また、励起光源１２と非線形光学素子１８との間にこの入力鏡１６が配置されているが、非線形光学素子１８を挟んで入力鏡１６と逆側には出力鏡２０が配置されている。そして、シグナル光ｓの一部及びアイドラー光ｉの大部分はこの出力鏡２０を透過するものの、励起光ｐはこの出力鏡２０により光軸Ｌに沿うように非線形光学素子１８に向かって反射する。
【００４４】
このため、出力鏡２０で反射されて戻ってきた励起光ｐによって、非線形光学素子１８がシグナル光ｓ及びアイドラー光ｉを同様に出力する。これら２種類の波長のコヒーレントな赤外線に関しても入力鏡１６が反射するため、これらの赤外線が非線形光学素子１８を通過し、前述のシグナル光ｓ及びアイドラー光ｉと同様に出力鏡２０を透過して出力される。
【００４５】
つまり、本実施形態では、２本のシグナル光ｓと２本のアイドラー光ｉが二重に非線形光学素子１８から発生する二重パス光パラメトリック発振となって、少なくともアイドラー光ｉでの高出力を得ることが可能となる。これに伴って戻ってきた励起光ｐは非線形光学素子１８を通過するが、この通過した励起光ｐを励起光源１２と入力鏡１６との間に配置されたアイソレーター１４が図１の上方に排除するので、励起光源１２に励起光ｐは入力しないようになる。
【００４６】
以上より、本実施形態の２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置１０によれば、非線形光学素子１８にて二重パス光パラメトリック発振となるのに伴って単一パス光パラメトッリ発振器の約２倍の出力となる。さらに、本実施形態では、励起光源１２、入力鏡１６、出力鏡２０等を有するだけの簡素で小形化可能な構造によるだけでなく、前述のようにこの励起光源１２をＮｄ：ＹＡＧレーザーとしたことで１．０６４２μｍの波長の励起光ｐを出力でき、また、非線形光学素子１８をＨｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶としたことで１．２〜１．２２μｍの波長の２本のシグナル光ｓと８〜９．４μｍの波長の２本のアイドラー光ｉを光パラメトリック発振できるようになる。このため、本実施形態では、車載用レーザー・レーダーの光源として活用したり、大気中のＣＨ4、ＳＯ2、ＣＯ等の有毒ガスの検出用としたりできる有用な中赤外の赤外線を高出力且つ低コストで得られることになる。
【００４７】
さらにこれに伴って、本実施形態の入力鏡１６をFused silica製とすると共に、出力鏡２０をＺｎＳｅ製としたことで、入力鏡１６や出力鏡２０が金や銀等の金属製のものと異なって製造コストが増大することが無いだけでなく、使用による劣化もし難くなる結果、ダメージ閾値も高くなる。
【００４８】
また、本実施形態では、非線形光学素子１８に温度計２４を設置すると共に非線形光学素子１８の周囲に非線形光学素子１８を加熱するヒータ２２を配置し、この温度計２４の計測値に基づきヒータ２２の加熱量をコントローラ２６により制御している。このことで、非線形光学素子１８を予め定められた所定の温度範囲に維持できるため、非線形光学素子１８を温度チューニングが可能となる。この結果として、狙いの波長のシグナル光ｓとアイドラー光ｉをこの非線形光学素子１８にて光パラメトリック発振できることになる。
【００４９】
次に、本実施形態で用いられたＨｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶の温度特性の実験結果について、図２のグラフにより具体的に説明する。
Ｎｄ：ＹＡＧレーザーにより１．０６４２μｍの波長のレーザー光である励起光ｐを１ｃｍ3の大きさのＨｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶に入射した場合において、結晶の温度を２０℃から３７℃の範囲で温度チューニングすることにより、８．２４〜９．４０μｍの範囲で９０°位相することが事前の調査により判明した。尚この実験に用いた結晶は、Ｈｇ1-xＣｄxＧａ2Ｓ4結晶におけるｘを０．６５とするので、Ｈｇ0.35Ｃｄ0.65Ｇａ2Ｓ4結晶となる。
【００５０】
具体的には、図２に示すグラフに基づけば、結晶の温度を２０℃から上昇するに従い、各測定点Ｍ１〜Ｍ５に示すようにシグナル光ｓの波長λsが１．２０００μｍから高まり、３７℃程度まで結晶の温度を高めると、シグナル光ｓの波長λsが１．２０８７μｍとなるばかりか、測定点Ｍ１１〜Ｍ１５に示すようにシグナル光ｓの波長λsが１．２２２０μｍから１．２１０６μｍとなった。この際、この結晶からシグナル光ｓと同時にアイドラー光ｉも発生する。下記表１に示す各測定点Ｍ１〜Ｍ５及びＭ１１〜Ｍ１５に合わせて、対応する波長λiの値のアイドラー光ｉが観測された。尚、グラフにおいて「シグナル波長」は波長λsを表し、「アイドラー波長」は波長λiを表す。
【００５１】
【表１】
2018031811.tif 000004
【００５２】
また、今回の実験結果からアイドラー光ｉの波長λiが９．４０μｍでは波長幅（バンド幅）が約１３０ｎｍ、８．８５μｍでは約５００ｎｍにも達することが観測された。このため、バンド幅の広いアイドラー光ｉを用いることで大気中の有毒ガスの検出に極めて優れた効果を有することも確認された。
【００５３】
尚、本実施形態の２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置１０の最大の特徴は、一般的で廉価なＮｄ：ＹＡＧレーザーで励起した場合、従来の化学結晶では不可能であった８〜９．４μｍという長い波長での９０°位相整合が初めて可能になったことである。また、出力が１／２になる角度幅である位相整合許容角がΔｅｘｔ・Ｌ≒２９ｄｅｇ・ｃｍ(ｅｘｔは外部角、Ｌは結晶長)と極めて大きく、しかも８．８５μｍの波長λiでの温度許容幅がΔＴ・Ｌ≒２３℃・ｃｍに達している。このため、本実施形態によれば、いわゆるフールプルーフ（Fool-Proof）形の光源が完成したといえる。
【００５４】
さらに、上記実施の形態では、アイドラー光ｉだけでなくシグナル光ｓも出力鏡２０を透過して２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置１０から出力する形としたが、実際に使用するアイドラー光ｉのみを装置外に導出するようにしても良い。また、上記実施の形態では、入力鏡１６をFused silica製とすると共に出力鏡２０をＺｎＳｅ製としたが、ダメージ閾値が高いものであれば、他の公知な材質をこれら入力鏡１６や出力鏡２０に用いても良い。
【００５５】
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】
【００５６】
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、車載用レーザー・レーダーの光源としたり、大気中の有毒ガスの検出用としたりする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】
【００５７】
１０    ２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置
１２    励起光源
１４    アイソレーター
１６    入力鏡
１８    非線形光学素子
２０    出力鏡
２２    ヒータ
２４    温度計
２６    コントローラ
ｐ    励起光
ｓ    シグナル光
ｉ    アイドラー光
【図１】
2018031811.tif 000005
【図２】
2018031811.tif 000006