(57)【要約】      （修正有）【課題】８．０〜８．３μｍの波長範囲でコヒーレントな安定した出力の遠赤外線を発生せしめる。【解決手段】基本励起光源として、１．０７９５μｍの波長でレーザー発振するＮｄ：ＹＡＰレーザーでＫＴＡ光パラメトリック発振器を励起し該光パラメトリック発振器のアイドラー出力（波長３．５０〜３．５５μｍ）で、タイプ−２（第２種）９０°位相整合したＺＧＰ光パラメトリック発振器を励起。８．０〜８．３μｍの波長範囲でコヒーレントな安定した出力の遠赤外線固体レーザー発振装置を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パラメトリック発振により８．０〜８．３μｍの波長でコヒーレント光を発生する遠赤外固体レーザー装置であって、励起光源として１．０７９５μｍの波長でレーザー発振するＮｄ：ＹＡＰ（Ｎｄ３＋：ＹＡｌＯ３）レーザーで励起したＫＴｉＯＡｓＯ４（ＫＴＡ）光パラメトリック発振器のアイドラー光（波長３．５０〜３．５５μｍ）を用い、遠赤外光パラメトリック発振器としてタイプ―２（第２種）９０°位相整合（θ＝９０°、θは結晶のＺ軸と光の進行方向との角度）にカットしたＺｎＧｅＰ２（ＺＧＰ）結晶を用いたことを特徴とする遠赤外固体レーザー発振装置。
【請求項２】
請求項１の遠赤外固体レーザー発振装置において、励起光源を波長３．５３０３μｍで発振するＣＯ２レーザーの第３高調波を用いて、直接タイプ―２（第２種）９０°位相整合にカットしたＺｎＧｅＰ２遠赤外線発生装置を励起する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光パラメトリック発振により、特に８．０〜８．３μｍの波長範囲でコヒーレントな遠赤外線を発生する遠赤外固体レーザー発振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、非線形光学論系に基づいて、非線形光学素子（結晶）にコヒーレントな励起光を入力することにより、異なる波長のコヒーレント光を出力せしめる発振器が知られている。一般に励起光源と非線形光学素子と、その両側に配置された一対の反射鏡から概略構成されており、上記励起光と出力光であるシグナル光とアイドラー光との間には、次式数１、数２に示す関係が成り立っている。
【０００３】
【数１】
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【０００４】
【数２】
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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、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。
【０００５】
かかる構成のレーザー発振装置においては、励起光源には１．０６４μｍの波長でレーザー発振するＮｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ３＋：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）レーザーで励起したＫＴＡ光パラメトリック発振器のアイドラー光を用い、非線形光学素子としてタイプ―１（第１種）カットのＡｇＧａＳｅ２（ＡＧＳＥ）結晶やＺＧＰ結晶を用いて構成されたものが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の波長８．０〜８．３μｍの遠赤外線を発生せしめる従来のレーザー発振装置には以下に述べる問題があった。
【０００７】
即ち、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーで励起したＫＴＡ光パラメトリック発振器においては、位相整合条件から３．５０〜３．５５μｍのアイドラー光を高効率で得ることは不可能である。しかも非線形光学素子としてタイプ―１カットの結晶を用い８．０〜８．３μｍの遠赤外線を発生する場合、クリティカル位相整合（θ≠９０°）のため、位相整合許容角Δθ（ＦＷＨＭ、半値幅）がＡＧＳＥ結晶ではΔθｅｘｔ・Ｌ＝０．８ｄｅｇ・ｃｍ、ＺＧＰ結晶ではΔθｅｘｔ・Ｌ＝１．５ｄｅｇ・ｃｍと小さい。ここで、Δθｅｘｔは結晶の外部角、Ｌは結晶の長さである。
【０００８】
従ってこの場合、ウォーク・オフの影響を受け、変換効率を上げるため長い結晶を使ったり励起光を結晶中に強く集光できないという欠点があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高変換効率且つ高出力で、波長８．０〜８．３μｍの遠赤外線を安定に出力せしめる遠赤外固体レーザー発振装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく本発明者等は種々の検討を試みた結果、基本励起光源としてＮｄ：ＹＡＰレーザーで励起したＫＴＡ光パラメトリック発振器のアイドラー光を用い、非線形光学素子としてタイプ―２（第２種）９０°位相整合にカットしたＺＧＰを用いることにより、変換効率、出力特性のいずれも向上することを見いだしたものである。
【００１１】
即ち、本発明の遠赤外固体レーザー装置は、励起光源として１．０７９５μｍの波長のレーザーを発振するＮｄ：ＹＡＰレーザーで励起して最適条件で発振するＫＴＡ光パラメトリック発振器のアイドラー光（λｉ＝３．５０〜３．５５μｍ）を再度励起光として用い、遠赤外線発生の非線形光学素子としてタイプ―２、９０°位相整合にカットしたＺＧＰ結晶を用いて成るものである。
【００１２】
タイプ―２、θ＝９０°カットのＺＧＰ結晶は有効非線形光学定数がｄｅｆｆ＝７５ｐｍ／Ｖと最大で、位相整合許容角がΔθｅｘｔ・Ｌ１／２＝２１．６ｄｅｇ・ｃｍ１／２と大きく、しかもウォーク・オフ角がゼロとなるので変換効率を上げるため、３．５０〜３．５５μｍ光を強く集光し励起密度を上げ、しかも長い結晶が使用可能という利点がある。従って、これを非線形光学素子として用い、ＫＴＡ光パラメトリック発振器中に配置されたＫＴＡ結晶の角度を同調しアイドラー光の波長を適宜設定することにより、高い変換効率で安定した出力の遠赤外線レーザー光が得られる。
【００１３】
【実施の形態】以下、図示した実施の形態に基づき本発明を詳細に説明する。図１は本発明の遠赤外線固体レーザー発振装置の実施の形態を示す図である。図中、１は石英のレンズ、２は完全反射鏡（１．０７９５μｍでＴ≧９５％、１．５５〜１．５６μｍ及び３．５０〜３．５５μｍでＲ≧９８％）、３は部分反射鏡（１．０７９５μｍ及び１．５５〜１．５６μｍでＲ≧９０％、３．５０〜３．５５μｍでＴ≧９５％）、４はビーム・スプリッター（ダイクロイック反射鏡）、５はＣａＦ２製レンズ、６は完全反射鏡（３．５０〜３．５５μｍでＴ≧９０％、６．１０〜６．２０μｍでＲ≧９８％、８．０〜８．３μｍでＲ≧８０％）、７は部分反射鏡（３．５０〜３．５５μｍ及び６．１０〜６．２０μｍでＲ≧９０％、８．０〜８．３μｍでＴ≧８０％）、８はビーム・スプリッター（ダイクロイック反射鏡）、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を示す。図２は本発明にかかわるタイプ―２、９０°位相整合にカットしたＺＧＰ結晶の形態を示す図である。
【００１４】
本発明の遠赤外固体レーザー装置は、図１に示すように波長１．０７９５μｍでレーザー発振するＮｄ：ＹＡＰレーザーと励起光源上に配置されたＫＴＡ光パラメトリック発振器と、同じく励起光の光軸上に配置されたタイプ―２ＺＧＰ光パラメトリック発振器から構成されている。
【００１５】
基本光源には波長１．０７９５μｍでレーザー光を出力するＮｄ：ＹＡＰレーザーが用いられる。この光源から出射された励起光λｐは完全反射鏡２及び部分反射鏡３と２個のＫＴＡ結晶で構成されたＫＴＡ光パラメトリック発振器を励起。該光パラメトリック発振器から出射されたアイドラー光（λｉ＝３．５０〜３．５５μｍ）は励起光λｐとして完全反射鏡６及び部分反射鏡７とタイプ―２  ９０°カットＺＧＰ結晶で構成されたＺＧＰ光パラメトリック発振器に入射して８．０〜８．３μｍの波長のレーザー光を発生する。
【００１６】
ＫＴＡ光パラメトリック発振器中に配置された非線形光学素子はタイプ―２（θ＝９０°、φ＝１２．５°、但し、φはｘ軸からｙ軸方向へ測定した極座標の角度、θは角度φで引かれたｘｙ面内の線分へのｚ軸からの極座標の角度である。）で切り出した２個のＫＴＡ結晶を使う。かかる構成においてＮｄ：ＹＡＰレーザーの１．０７９５μｍで励起した場合ＫＴＡ結晶をｚ軸を中心に角度調整すると波長３．５０〜３．５５μｍの範囲でアイドラー光を得ることができる。
【００１７】
ＫＴＡ光パラメトリック発振器から出射した波長３．５０〜３．５５μｍのアイドラー光をＣａＦ２製のレンズ５で完全反射鏡６と部分反射鏡７、および非線形光学素子ＺＧＰ結晶で構成されたＺＧＰ光パラメトリック発振器を励起すると、タイプ―２ＺＧＰ結晶（θ＝９０°、φ＝４５°、図２）の角度を調整することなく波長８．０〜８．３μｍの遠赤外線が発生する。
【００１８】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、励起光源としてＮｄ：ＹＡＰレーザーで励起したＫＴＡ光パラメトリック発振器のアイドラー出力で再度タイプ―２ＺＧＰ光パラメトリック発振器を励起することにより、ＺＧＰ結晶の角度を調整することなく波長８．０〜８．３μｍで安定な遠赤外線を最大効率で得ることができる。
【００１９】
図１に示すような遠赤外線固体レーザー発振装置において基本励起光源として平均出力１８ＷのＬＤ（レーザー・ダイオード）励起Ｎｄ：ＹＡＰレーザーで励起した平均出力４ＷのＫＴＡ光パラメトリック発振器からのアイドラー出力で、再度θ＝９０°、φ＝４５°で切り出した長さ１．５ｃｍのＺＧＰ結晶を配置したＺＧＰ光パラメトリック発振器を励起することによりＺＧＰ結晶の調整なしで平均出力１Ｗの遠赤外線レーザー光が波長８．０〜８．３μｍの範囲で得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の遠赤外固体レーザー発振装置の実施の形態を示す図である。
【図２】タイプ−２、９０°位相整合にカットしたＺＧＰ結晶の形態を示す図である。
【符号の説明】
１、石英レンズ。２、完全反射鏡（１．０７９５μｍでＴ≧９５％、１．５５〜１．５６μｍ及び３．５０〜３．５５μｍでＲ≧９８％）。３、部分反射鏡（１．０７９５μｍ及び１．５５〜１．５６μｍでＲ≧９０％、３．５０〜３．５５μｍでＴ≧９５％）。４、ビーム・スプリッター（ダイクロイック反射鏡、１．０７９５μｍ及び１．５５〜１．５６μｍでＲ＝１００％、３．５０〜３．５５μｍでＴ≧９５％）。５、ＣａＦ２レンズ、６、完全反射鏡（３．５０〜３．５５μｍでＴ≧９０％。６．１０〜６．２０μｍでＲ≧９８％、８．０〜８．３μｍでＲ≧８０％）。７、部分反射鏡（３．５０〜３．５５μｍ及び６．１０〜６．２０μｍでＲ≧９０％、８．０〜８．３μｍでＴ≧８０％）。８、ビーム・スプリッター（ダイクロイック反射鏡、８．０〜８．３μｍでＲ≧９０％、３．５０〜３．５５μｍ及び６．１０〜６．２０μｍでＴ≧９０％）。
【図１】
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【図２】
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