(57)【要約】【課題】ポンプ光が擬似位相整合素子へ入射して波長変換される際のエネルギー損失を減少させ、波長変換効率を高めた擬似位相整合素子およびその擬似位相整合素子を備えたレーザー装置を提供する。【解決手段】平板状の光学素子に複数の分極反転領域を周期的に形成した擬似位相整合素子が光入射端面および光出射端面を備え、少なくとも光入射端面が楕円体曲面形状であることを特徴とする擬似位相整合素子。【選択図】  図１
2011197349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の光学素子に複数の分極反転領域を周期的に形成した擬似位相整合素子が光入射端面および光出射端面を備え、少なくとも光入射端面が楕円体曲面形状であることを特徴とする擬似位相整合素子。
【請求項２】
請求項１に記載の擬似位相整合素子において、光出射端面が平面または楕円体曲面形状であることを特徴とする擬似位相整合素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の擬似位相整合素子において、前記光入射端面および前記光出射端面に反射膜を有することを特徴とする擬似位相整合素子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の擬似位相整合素子を備えたことを特徴とするレーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非球面の端面を持つ擬似位相整合素子およびその擬似位相整合素子を備えたレーザー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、透光性光学材料の対向する２つの面にそれぞれ複数の反射部を設け、少なくとも一方の面の反射部は表面に設けた凸弧面により形成し、両面の各反射部の間には、各反射部を交互に結ぶジグザグの光路を形成する光デバイスが開示されている。
【０００３】
特許文献２には、非線形光学材料のブロック材の端面上にレーザー光の照射領域に由来するレジスト膜の選択現像か、またはレーザー光を用いた光ＣＶＤでのＳｉＯ２膜の選択形成により、凸状体を形成し、さらにドライエッチングでモノリシック型リング共振器の凸表面形状を形成する共振器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３４１３４５号公報
【特許文献２】特開平６−５１３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レーザーダイオードのような楕円形状のポンプ光が、平面または球面で構成される共振器へ入射する場合、共振器の構造に合致しないモードの光は共振器内に閉じ込めることができず、エネルギーが散逸してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記の課題を解決するべく、ポンプ光が擬似位相整合素子へ入射して波長変換される際のエネルギー損失を減少させ、波長変換効率を高めた擬似位相整合素子およびその擬似位相整合素子を備えたレーザー装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る擬似位相整合素子は、平板状の光学素子に複数の分極反転領域を周期的に形成されており、前記擬似位相整合素子は光入射端面および光出射端面を備え、少なくとも光入射端面が楕円体曲面形状である。この場合、光出射端面が平面または楕円体曲面形状であることとしても良い。さらに、前記光入射端面および前記光出射端面に反射膜を有することとしてもよい。ここでいう楕円体曲面形状とは、下記式に該当する曲面の少なくとも一部のことをいう。
【０００８】
【数１】
2011197349.tif 000003
【０００９】
また、本発明に係るレーザー装置は、前記擬似位相整合素子を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、理想的なガウシアンビームと異なる形状のポンプ光、たとえば、レーザーダイオードなどのポンプ光を、擬似位相整合素子へ高い効率で結合させることができる。このため、擬似位相整合素子から出力される光の波長変換効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る擬似位相整合素子を備えたレーザー装置の模式図である。
【図２】第１の実施形態の擬似位相整合素子への入射光の形状を表した図である。
【図３】第１の実施形態の擬似位相整合素子の結晶中央部での通過光の形状を表した図である。
【図４】第１の実施形態の擬似位相整合素子から出る出射光の形状を表した図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る擬似位相整合素子を備えたレーザー装置の模式図である。
【図６】第２の実施形態の擬似位相整合素子への入射光の形状を表した図である。
【図７】第２の実施形態の擬似位相整合素子の結晶中央部での通過光の形状を表した図である。
【図８】第２の実施形態の擬似位相整合素子から出る出射光の形状を表した図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るレーザー装置の擬似位相整合素子の光入射端面３ａの干渉顕微鏡像である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係るレーザー装置のポンプ強度と変換効率の関係を表したグラフである。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る擬似位相整合素子を備えたレーザー装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る擬似位相整合素子の製造方法の実施形態を、図面を参照しながら説明する。同一の構成要素については、同一の符号を付け、重複する説明は省略する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る擬似位相整合素子を備えたレーザー装置の模式図である。  光源１から照射された光は、第１レンズ２を経由して擬似位相整合素子３に導入される。この擬似位相整合素子３は、平板状の光学素子に複数の分極反転領域３ａを周期的に形成した擬似位相整合素子３であり、光入射端面３ｂおよび光出射端面３ｃを備えている。この平板状の光学素子としては、ニオブ酸リチウム結晶（ＬｉＮｂＯ３）を用いることができる。他の光学素子としては、例えば、ニオブ酸カリウム結晶（ＫＮｂＯ３）、リン酸二水素カリウム結晶（ＫＤＰ）、リン酸二水素アンモニウム結晶（ＡＤＰ）、リン酸ルビジウムチタン結晶（ＲＴＰ）、チタン酸リン酸カリウム結晶（ＫＴＰ）、メチルニトロアニリン結晶（ＭＮＡ）などでも実施可能である。擬似位相整合素子３には、は、厚さ２０ｍｍ（ｘ軸方向またはｙ軸方向）の分極反転領域３ａを、２７μｍの周期（ｚ軸方向）で形成した。ここでは、ｚ軸方向を光入射方向とする。
【００１３】
一般に、非球面レンズはレンズの球面収差を補正する目的で用いられるが、本発明の端面に形成される非球面は、擬似位相整合素子の光入射端面による屈折を利用して、入射光の形を補正する目的で設けられている。
【００１４】
光入射端面３ｂおよび光出射端面３ｃは、楕円体曲面形状に形成されている。第１レンズ２からの入射光は、光入射端面３ｂ、複数の分極反転領域３ａおよび光出射端面３ｃを順に通過して光の波長変換が行われる。光出射端面３ｃから出た光は、第２レンズ４を通過後、レーザー装置外部に出力される。光源は、波長１０６４ｎｍ、出力１．５Ｗのレーザーダイオードを使用した。中心光路を点線で示した。
【００１５】
光入射端面３ｂおよび光出射端面３ｃの楕円体曲面形状は、擬似位相整合素子に照射される光の形に応じて設計する。具体的には、擬似位相整合素子に入射される光の形状がｙ軸方向の幅５０μｍ，ｘ軸方向の幅２５０μｍの楕円形状である場合、光入射端面３ｂの曲面は、ｙ半軸５０ｍｍ, ｘ半軸１０ｍｍ，結晶の光路方向の半軸は共振器長に応じて設定されるｚ半軸長をもつ楕円体曲面形状である。この場合、対称共振器なので光出射端面３ｃは光入射端面３ｂと同じ形状である。入射レンズ２は結合レンズであり、励起光源１の発散角と共振器長により決まる。
【００１６】
図２は、第１の実施形態の擬似位相整合素子への入射光の形状を表した図である。図３は、第１の実施形態の擬似位相整合素子の結晶中央部での通過光の形状を表した図である。図４は、第１の実施形態の擬似位相整合素子から出る出射光の形状を表した図である。図３から図４において、横軸がｘ軸、縦軸がｙ軸である。
【００１７】
図２のように、光源であるレーザーダイオードの形状が影響した楕円形状の入射光が擬似位相整合素子に入射される。そして、擬似位相整合素子に入射した光の形状は、図３のように擬似位相整合素子の結晶中央部で略円形になり、擬似位相整合素子から出る出射光は図４のように楕円形状になる。第２レンズ４はコリメートレンズであり、出射した光が平行光として出射する。
【００１８】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る擬似位相整合素子を備えたレーザー装置の模式図である。図５は、光出射端面３ｃが平面である点を除いて、図１と同じである。中心光路を点線で示した。光源は、図１と同様にレーザーダイオードを使用した。
【００１９】
図６は、第２の実施形態の擬似位相整合素子への入射光の形状を表した図である。図７は、第２の実施形態の擬似位相整合素子の結晶中央部での通過光の形状を表した図である。図８は、第２の実施形態の擬似位相整合素子から出る出射光の形状を表した図である。図６から図８において、横軸がｘ軸、縦軸がｙ軸である。
【００２０】
図５はビームウエストが光出射端面３ｄ位置にある場合の共振器構成である。共振器長は図１と同じであるが、３ｂの曲面はそれぞれｙ半軸１００ｍｍ, ｘ半軸２０ｍｍ，結晶の光路方向の半軸は共振器長に応じて設定されるｚ半軸長をもつ楕円体曲面形状である。
【００２１】
図１では、ビームウエスト位置は結晶中央にあるため、この位置でビームは円形となる。図５の場合は、ビームウエスト位置は光出射端面３ｄ（平面）であり、この位置で円形になる。結晶中央部では、入射ビームの形状と出射ビームの形状（光出射端面３ｄの位置）との中間の形状になる。
【００２２】
入射レンズ２は結合レンズであり、励起光源１の発散角と共振器長により決まる。第２レンズはコリメートレンズであり、出射した光が平行光として出射する。この場合、共振器の光出射端面３ｄのビーム形状である円形のビームが平行光として出射される。
【００２３】
図９は、本発明の第１の実施形態に係るレーザー装置の擬似位相整合素子の光入射端面３ａの干渉顕微鏡像である。この図の干渉縞から楕円形状をしていることがわかる。
図１０は、本発明の第１の実施形態に係るレーザー装置のポンプ強度と変換効率の関係を表したグラフである。比較例として、第１の実施形態に係るレーザー装置の擬似位相整合素子の光入射端面および光出射端面をそれぞれ平面にした場合の結果を示した。本発明のレーザー装置は、比較例に比べて約１．５倍のエネルギー変換効率にすることができた。
【００２４】
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る擬似位相整合素子を備えたレーザー装置の模式図である。中心光路を点線で示した。図１１のレーザー装置は、本発明の第１の実施形態（図１参照）に加えて、前記光入射端面３ｂおよび前記光出射端面３ｃにそれぞれ反射膜５を備えている。反射膜は誘電体多層膜で形成される。本構成は共振器を構成しているので、入射光は結晶内を往復する過程で波長変換される。
【符号の説明】
【００２５】
１  光源
２  第１レンズ
３  擬似位相整合素子
３ａ  分極反転領域
３ｂ  光入射端面（非球面）
３ｃ  光出射端面（非球面）
３ｄ  光出射端面（平面）
４  第２レンズ
５  反射膜
【図２】
2011197349.tif 000004
【図３】
2011197349.tif 000005
【図４】
2011197349.tif 000006
【図６】
2011197349.tif 000007
【図７】
2011197349.tif 000008
【図８】
2011197349.tif 000009
【図１】
2011197349.tif 000010
【図５】
2011197349.tif 000011
【図９】
2011197349.tif 000012
【図１０】
2011197349.tif 000013
【図１１】
2011197349.tif 000014