(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２種類の波長の異なる励起光を非線形光学結晶に入射して混合し、差周波発生により赤外光を発生する赤外光発生装置において、
非線形光学結晶へ入射する短波長側の第１の波長の励起光の光源として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用い、
前記非線形光学結晶へ入射する長波長側の第２の波長の励起光の光源として、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザを用いる
赤外光発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の赤外光発生装置において、
前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザは、前記第１の波長の励起光として波長１．０６４μｍの第１のパルス・レーザ光を発生して前記非線形光学結晶へ入射し、
前記Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザは、１．１５〜１．３５μｍの波長範囲でレーザ発振する波長可変レーザであって、入射した第２のパルス・レーザ光を２方向に分岐し、分岐した一方のパルス・レーザ光たる励起光ＡをＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶の一方のサイドへ導入するとともに、分岐した他方のパルス・レーザ光たる励起光ＢをＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶の他方のサイドへ導入して前記Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶を励起することによって、タイム・ジッターを抑制しながら、第２の波長の励起光として波長１．１５〜１．３５μｍの波長範囲の第３のパルス・レーザ光を選択的に発生して前記非線形光学結晶へ入射し、
前記Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザが発生する前記第３のパルス・レーザ光の波長に応じて、前記非線形光学結晶における差周波発生によって、５〜１４μｍの波長範囲の赤外光を選択的に発生する
赤外光発生装置。
【請求項３】
請求項１に記載の赤外光発生装置において、
前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザは、前記第１の波長の励起光として波長１．０６４μｍの第１のパルス・レーザ光を発生して前記非線形光学結晶へ入射し、
前記Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザは、回転鏡と円板形状の一部がカットされて略Ｄ字形状に構成された出力鏡とによりキャビティを形成するとともに、前記キャビティ内にＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶と波長選択用の分散プリズムとが設けられ、前記分散プリズムによって波長を選択して、１．１５〜１．３５μｍの波長範囲でレーザ発振する波長可変レーザであって、前記出力鏡のカットされた領域を前記Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶を励起する励起光が通過するように前記出力鏡を前記Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶の近傍に配置するとともに、前記分散プリズムを前記Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶の近傍に配置してキャビティの光路長を短くすることによって、タイム・ジッターを抑制しながら、前記第２の波長の励起光として１．１５〜１．３５μｍの波長範囲の第２のパルス・レーザ光を選択的に発生して前記非線形光学結晶へ入射し、
前記Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザが発生する前記第２のパルス・レーザ光の波長に応じて、前記非線形光学結晶における差周波発生によって、５〜１４μｍの波長範囲の赤外光を選択的に発生する
赤外光発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外光発生装置に関し、さらに詳細には、２種類の波長の異なる励起光を非線形光学結晶に入射して混合し、差周波発生により赤外光を発生するようにした赤外光発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、波長λ１、波長λ２（λ１＜λ２）の２つの励起光を非線形光学結晶中で混合することにより、より長い波長λ３（１／λ３＝１／λ１−１／λ２）のコヒーレント光を発生させる、という差周波発生の原理が知られている。
【０００３】
従来より、上記した差周波発生の原理を利用して、２種類の波長の異なる励起光を非線形光学結晶に入射して混合し、差周波発生により赤外光を発生するようにした赤外光発生装置が知られている。
【０００４】
具体的には、非線形光学結晶に入射する２種類の波長の異なる励起光の光源について、短波長側の波長λ１の第１の励起光の光源として波長可変レーザであるＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザを用い、長波長側の波長λ２の第２の励起光の光源として波長１．０６４μｍでレーザ発振するＮｄ：ＹＡＧレーザを用いた赤外光発生装置が存在している。
【０００５】
ここで、差周波発生の原理において、差周波光は、非線形光学結晶中で短波長側の光が波長変換されることにより発生する。
【０００６】
即ち、上記した従来の赤外光発生装置において、差周波光（赤外光）は、短波長側の波長λ１の第１の励起光を発生する波長可変レーザであるＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザにより発生された光が、非線形光学結晶中で波長変換されることにより発生するものである。
【０００７】
従って、この赤外光発生装置において差周波光（赤外光）の出力を決定するのはＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザの出力であり、差周波光（赤外光）の出力はＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザの出力に依存することになる。
【０００８】
ところで、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザは、波長０．５３２μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波で励起する必要があるため、差周波光（赤外光）の出力を向上するためには、装置全体の大型化が避けられないという問題点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高出力かつコンパクトで波長チューニング可能な赤外光発生装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による赤外光発生装置は、図１の概念構成図に示すように、非線形光学結晶１０を用いた差周波発生による赤外光発生装置であって、非線形光学結晶１０に入射する短波長側の第１の波長の励起光（励起光１）の光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザ１２を用い、非線形光学結晶１０に入射する長波長側の第２の波長の励起光（励起光２）の光源としてＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ１４を用いるようにしたものである。
【００１１】
より詳細には、波長１．０６４μｍでレーザ発振するＮｄ：ＹＡＧレーザ１２と、波長１．１５〜１．３５μｍでレーザ発振する波長可変固体レーザであるＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザとを用いることにより、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１２の基本波を短波長側の第１の波長の励起光（励起光１）として用いるようにしたので、高出力かつコンパクトであり、波長５〜１４μｍの赤外領域で波長チューニングが可能な赤外光発生装置を実現することができる。
【００１２】
なお、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザは、励起レーザとしてＮｄ：ＹＡＧレーザ１６を用いることができる。
【００１３】
また、本発明による赤外光発生装置をパルス動作で作動する場合には、第１の波長の励起光（励起光１）と第２の波長の励起光（励起光２）との２つのパルス・レーザ光の同期が重要となるので、この２つのパルス・レーザ光の同期を図るため、波長可変固体レーザであるＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザにより発生されるパルス・レーザ光のタイム・ジッター（ｔｉｍｅ  ｊｉｔｔｅｒ）を抑制することが重要となる。
【００１４】
このために、本発明による赤外光発生装置においては、両サイド励起を用いてＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザを励起したり、光路長の短いキャビティを構成してＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザを発振させたりすることにより、波長可変固体レーザであるＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザにより発生されるパルス・レーザ光のタイム・ジッターを抑制して、２つのパルス・レーザ光の同期を図るようにしている。
【００１５】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、２種類の波長の異なる励起光を非線形光学結晶に入射して混合し、差周波発生により赤外光を発生する赤外光発生装置において、非線形光学結晶へ入射する短波長側の第１の波長の励起光の光源として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用い、上記非線形光学結晶へ入射する長波長側の第２の波長の励起光の光源として、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザを用いるようにしたものである。
【００１６】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記Ｎｄ：ＹＡＧレーザは、上記第１の波長の励起光として波長１．０６４μｍの第１のパルス・レーザ光を発生して上記非線形光学結晶へ入射し、上記Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザは、１．１５〜１．３５μｍの波長範囲でレーザ発振する波長可変レーザであって、入射した第２のパルス・レーザ光を２方向に分岐し、分岐した一方のパルス・レーザ光たる励起光ＡをＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶の一方のサイドへ導入するとともに、分岐した他方のパルス・レーザ光たる励起光ＢをＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶の他方のサイドへ導入して上記Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶を励起することによって、タイム・ジッターを抑制しながら、第２の波長の励起光として波長１．１５〜１．３５μｍの波長範囲の第３のパルス・レーザ光を選択的に発生して上記非線形光学結晶へ入射し、上記Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザが発生する上記第３のパルス・レーザ光の波長に応じて、上記非線形光学結晶における差周波発生によって、５〜１４μｍの波長範囲の赤外光を選択的に発生するようにしたものである。
【００１７】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記Ｎｄ：ＹＡＧレーザは、上記第１の波長の励起光として波長１．０６４μｍの第１のパルス・レーザ光を発生して上記非線形光学結晶へ入射し、上記Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザは、回転鏡と円板形状の一部がカットされて略Ｄ字形状に構成された出力鏡とによりキャビティを形成するとともに、上記キャビティ内にＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶と波長選択用の分散プリズムとが設けられ、上記分散プリズムによって波長を選択して、１．１５〜１．３５μｍの波長範囲でレーザ発振する波長可変レーザであって、上記出力鏡のカットされた領域を上記Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶を励起する励起光が通過するように上記出力鏡を上記Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶の近傍に配置するとともに、上記分散プリズムを上記Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶の近傍に配置してキャビティの光路長を短くすることによって、タイム・ジッターを抑制しながら、上記第２の波長の励起光として１．１５〜１．３５μｍの波長範囲の第２のパルス・レーザ光を選択的に発生して上記非線形光学結晶へ入射し、上記Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザが発生する上記第２のパルス・レーザ光の波長に応じて、上記非線形光学結晶における差周波発生によって、５〜１４μｍの波長範囲の赤外光を選択的に発生するようにしたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明による赤外光発生装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００１９】
図２には、本発明の実施の形態の一例としての赤外光発生装置の構成説明図が示されている。
【００２０】
この図２に示す赤外光発生装置は、パルス動作で作動するものとし、短波長側のパルス・レーザ光の光源たる波長１．０６４μｍでレーザ発振するＮｄ：ＹＡＧレーザ１００と、長波長側のパルス・レーザ光の光源たる１．１５〜１．３５μｍの波長範囲でレーザ発振する波長可変固体レーザであるＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ１０２と、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ１０２を励起するための光源たるＮｄ：ＹＡＧレーザ１０４と、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１００をパルス動作で作動するためのトリガーをＮｄ：ＹＡＧレーザ１００へ出力するとともに、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ１０２をパルス動作で作動させるためにＮｄ：ＹＡＧレーザ１０４をパルス動作で作動するためのトリガーをＮｄ：ＹＡＧレーザ１０４へ出力するパルス発生装置１０６と、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１００とＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ１０２とにおいてそれぞれ発生されたパルス・レーザ光を入射して混合し、差周波発生により赤外光を発生する非線形光学結晶１０８とを有して構成されている。
【００２１】
なお、非線形光学結晶１０８としては、例えば、カルコパイライト結晶であるＡｇＧａＳ２結晶、ＨｇＧａ２Ｓ４結晶、ＧａＳｅ結晶などを用いることができる。
【００２２】
上記したように、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ１０２の励起光源としては、波長１．０６４μｍでレーザ発振するＮｄ：ＹＡＧレーザ１０４を用いているが、その励起強度を高めるために、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１０４から出射された基本波である波長１．０６４μｍの励起光は、レンズ１１０、１１２で構成されたテレスコープにより所定のビーム径に調整された後に、ビーム・スプリッター１１４で２方向に分岐される。
【００２３】
ビーム・スプリッター１１４で２方向に分岐された励起光のうちの一方の励起光Ａは、折り返しプリズム１１６、１１８を介して波長可変レーザ結晶たるＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶１２０の一方のサイド（図２における左サイド）へ導入され、一方、ビーム・スプリッター１１４で２方向に分岐された励起光のうちの他方の励起光Ｂは、反射鏡１２２、折り返しプリズム１２４、１２６を介してＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶１２０の他方のサイド（図２における右サイド）へ導入され、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶１２０は両サイド励起されることになる。
【００２４】
これにより、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ１０２の利得が高くなり、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ１０２が発生するパルス・レーザ光のタイム・ジッターを抑制することができる。
【００２５】
さらに、このＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ１０２においては、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶１２０を中間に位置するようにして、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶１２０の一方の側（図２における左側）には、パルス・レーザ光の出射側として出力鏡１２８（出力鏡１２８は、波長１．１５〜１．３５μｍの光を所定の透過率（例えば、３０％）で透過するミラーにより構成される。）が配置され、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶１２０の他方の側（図２における右側）には、波長セレクタとして機能する波長選択用の分散プリズム１３０と回転鏡１３２とが配置されており、出力鏡１２８と回転鏡１３２とによりキャビティが構成されている。換言すれば、出力鏡１２８はキャビティを構成する一方のミラーであり、回転鏡１３２はキャビティを構成する他方のミラーである。
【００２６】
ここで、出力鏡１２８は、図３に示すように、円板形状の出力鏡の一部がカットされて略Ｄ字形状に構成されている。従って、従来の円板形状の出力鏡であるならば、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶１２０への励起光Ａの導入を妨げないようにするために、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶１２０から離れた位置Ｃに配置する必要があったが、この略Ｄ字形状の出力鏡１２８によれば、カットされた領域を励起光Ａが通過することができるため、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶１２０の近傍の位置Ｄに配置することができるため、キャビティの光路長を短くすることができ、タイム・ジッターを抑制することができるようになる。
【００２７】
また、分散プリズム１３０も、従来より一般的に配置される位置Ｅに比べて、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶１２０の近傍の位置Ｆに配置するようにしたため、これによってもキャビティの光路長を短くすることができ、なお一層タイム・ジッターを抑制することができるようになる。
【００２８】
以上の構成において、この赤外光発生装置により差周波により赤外光を発生させるためには、短波長側の第１の励起光（以下、「励起光１」と称する。）を発生するＮｄ：ＹＡＧレーザ１００と、長波長側の第２の励起光（以下、「励起光２」と称する。）を発生するＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ１０２とを、パルス発生装置１０６で発生させた外部のトリガーをそれぞれ用いてパルス動作させる。パルス・レーザ光である励起光１と励起光２との同期は、この２つの外部のトリガーの時間タイミングを調整することによって行う。
【００２９】
上記した構成の赤外光発生装置においては、励起光１の波長λ１、励起光２の波長λ２には、「λ１＜λ２」の関係がある。上記したように、差周波発生の原理は、短い波長の励起光１が差周波光に変換されるので、その出力を決定するのは、励起光１の出力となる。
【００３０】
この赤外光発生装置では、励起光１が１．０６４μｍでレーザ発振するＮｄ：ＹＡＧレーザであるため、従来のＴｉ：ＳａｐｐｈｉｒｅレーザとＮｄ：ＹＡＧレーザとの組み合わせに較べて、高出力化と小型化とを同時に達成することができる。
【００３１】
即ち、この赤外光発生装置においては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波が励起光１であるため、高出力かつコンパクトであり、しかも５〜１４μｍの広い波長範囲で波長チューニング可能な、波長可変領域が広い赤外光発生装置が実現できる。
【００３２】
なお、図４には、本願出願人の実験結果によるＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ１０２の波長とタイム・ジッターとの関係を表すグラフが示されている。Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶１２０に対して両サイド励起を用いることにより、１２００〜１２５０ｎｓの波長域において、タイム・ジッターは最大５ｎｓに抑制することができた。
【００３３】
また、図５はＮｄ：ＹＡＧレーザ１００のレーザ・パルスを示し、図６はＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ１０２のレーザ・パルスを示している。これら２つのレーザ・パルスは、図７に示すようにそれぞれ１００ショット発生した際にも同期を取ることができた。
【００３４】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（３）に示すように変形してもよい。
【００３５】
（１）上記した実施の形態においては、波長セレクタとして分散プリズム１３０と回転鏡１３２とを用いているが、さらにスペクトル幅を狭くするために、分散プリズム１３０と回転鏡１３２との間にエタロン１４０を挿入するようにしてもよい（図２参照）。
【００３６】
（２）上記した実施の形態においては、波長セレクタとして分散プリズム１３０と回転鏡１３２とを用いているが、これに限られるものではないことは勿論であり、分散プリズム１３０と回転鏡１３２とに代えて、例えば、回折格子を用いるようにしてもよい。
【００３７】
（３）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、高出力かつコンパクトで波長チューニング可能な赤外光発生装置を提供することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による赤外光発生装置の概念構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例としての赤外光発生装置の構成説明図である。
【図３】円板形状の出力鏡の一部がカットされて略Ｄ字形状に構成された出力鏡の斜視図である。
【図４】本願出願人の実験結果によるＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザの波長とタイム・ジッターとの関係を表すグラフである。
【図５】Ｎｄ：ＹＡＧレーザのレーザ・パルスを示す波形である。
【図６】Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザのレーザ・パルスを示す波形である。
【図７】Ｎｄ：ＹＡＧレーザのレーザ・パルスとＣｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザのレーザ・パルスとをそれぞれ１００ショット発生した際の同期の状態を示す波形である。
【符号の説明】
１０        非線形光学結晶
１２        Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
１４        Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ
１６        Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
１００        Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
１０２        Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ
１０４        Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
１０６        パルス発生装置
１０８        非線形光学結晶
１１４        ビーム・スプリッター
１２０        Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅレーザ結晶
１２８        出力鏡
１３０        分散プリズム
１３２        回転鏡
１４０        エタロン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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