(57)【要約】【課題】  固定波長レーザと可変波長レーザを非線形光学結晶に入射させて差周波光レーザを得る波長変換固体レーザの波長を調整するより簡便な方法およびその方法を実施する装置を提供する。【解決手段】  固定波長レーザ発生部１と可変波長レーザ発生部２と非線形光学結晶装置３と制御装置４を備えた波長変換固体レーザ装置において、波長変換固体レーザ光３４の出力計５を備え、非線形光学結晶３１の傾角を調整する傾角調整機構３３を備え、制御装置４の記憶装置４２が非線形光学結晶３１の傾角と出力光波長の関係を記憶していて、設定された出力光波長に応じて非線形光学結晶の傾角を調整し、出力計５の検出値が極大値になるように可変波長レーザ部２の出力光波長を調整するように構成して、高価な波長計を省略した。【選択図】  図１
2007139828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定波長レーザ発生部と可変波長レーザ発生部と非線形光学結晶と制御装置を備えて固定波長レーザをポンプ光とし可変波長レーザをシグナル光として非線形光学結晶に入力して差周波光をえる波長変換固体レーザ装置において、該差周波光の出力計を備え、該非線形光学結晶の傾角を調整する傾角調整機構を備え、前記制御装置が前記非線形光学結晶の傾角と出力光波長の関係を記憶装置に予め記憶していて、設定された差周波光波長に応じて該非線形光学結晶の傾角を調整し、前記出力計の検出値が極大値になるように前記可変波長レーザ部からのシグナル光の波長を調整する波長変換固体レーザの波長調整装置。
【請求項２】
前記固定波長レーザ発生部がＮｄ：ＹＡＧレーザ装置であり前記可変波長レーザ発生部が波長可変のＣｒフォルステライト（Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）レーザ装置であることを特徴とする請求項１記載の波長変換固体レーザの波長調整装置。
【請求項３】
前記Ｃｒフォルステライトレーザ装置の共振器内に分散プリズムを備え、共振器端に回転機構を備えたリアミラーを備えて、前記制御装置が、前記出力計の検出出力に基づいて前記回転機構を自動調整して前記シグナル光の波長を調整することを特徴とする請求項２記載の波長変換固体レーザの波長調整装置。
【請求項４】
前記非線形光学結晶の傾角を調整する傾角調整機構は、結晶長をＬとし、屈折率をＮとして、結晶の端面からＬ／２Ｎの結晶中心軸上に回動軸を設けて該回動軸回りに結晶を回動することにより傾角を調整することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の波長変換固体レーザの波長調整装置。
【請求項５】
固定波長レーザ発生部と可変波長レーザ発生部と非線形光学結晶を備えた波長変換固体レーザ装置において、該非線形光学結晶の傾角と出力光波長の関係を予め記憶し、該関係を使って出力光波長設定値に対応する前記非線形光学結晶の傾角を求めて、該傾角をその値に調整し、前記出力光の出力が極大値になるように前記可変波長レーザの出力光波長を調整することを特徴とする波長変換固体レーザの波長調整方法。
【請求項６】
固定波長レーザ発生部と可変波長レーザ発生部と非線形光学結晶を備えた波長変換固体レーザ装置において、該可変波長レーザ発生部の出力位置にビームスプリッタと、該ビームスプリッタを透過した透過光が入射する波長計を備え、前記非線形光学結晶に結晶の傾きを調整する傾斜調整機構を備え、該非線形光学結晶の光出力を測定する出力計を備え、制御装置を備えて、該制御装置が前記波長計の検出出力に基づいて前記可変波長レーザ装置を自動調整して前記波長計の検出光周波数が設定した出力光周波数と前記固定波長レーザの周波数の差に一致するようにし、さらに前記非線形光学結晶からの光出力を極大化するように該非線形光学結晶の傾きを調整することによって、前記波長変換固定レーザ装置から出力される前記固定波長レーザと前記可変波長レーザの差周波光の波長を調整することを特徴とする波長変換固体レーザの波長調整装置。
【請求項７】
前記固定波長レーザ発生部がＮｄ：ＹＡＧレーザ装置であり前記可変波長レーザ発生部が波長可変のＣｒフォルステライト（Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）レーザ装置であることを特徴とする請求項６記載の波長変換固体レーザの波長調整装置。
【請求項８】
前記Ｃｒフォルステライトレーザ装置の共振器内に分散プリズムを備え、共振器端に回転機構を備えたリアミラーを備えて、前記制御装置が、前記出力計の検出出力に基づいて前記回転機構を自動調整して前記可変波長レーザの波長を調整することを特徴とする請求項７記載の波長変換固体レーザの波長調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変固体レーザの波長を調整する方法およびその装置に関し、特にＮｄ：ＹＡＧレーザと波長可変のＣｒフォルステライト（Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）レーザを非線形光学結晶に入射させて差周波を得る波長変換固体レーザの波長調整方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体レーザでは精密な波長調整を行うときには波長計を使用するが、波長計は高価であり装置全体のコストが大きかった。
たとえば、波長を調整できる中赤外光の発生装置として、特許文献１にも開示されているＮｄ：ＹＡＧレーザとＣｒフォルステライト（Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）レーザの差周波発生を利用するものがある。特許文献１に開示された波長変換赤外光レーザ装置は、固定周波数ω１のＮｄ：ＹＡＧレーザ（たとえば波長１．０６４μｍ）をポンプ光とし、可変周波数ω２のＣｒフォルステライトレーザ（たとえば波長１．１５〜１．３５μｍの範囲で選択できる）をシグナル光とし、ポンプ光とシグナル光を非線形光学結晶に入射して混合し、差周波発生作用を利用して差周波数ω３（ω３＝ω１−ω２）の赤外光を発生させる。
【０００３】
この波長変換赤外光レーザ装置では、Ｃｒフォルステライトレーザの波長を選択することにより赤外光の波長を５〜１４μｍの範囲で調整できる。この波長変換赤外光レーザ装置を用いて、たとえば、対象の化合物に適合する波長を選択して振動励起することにより選択的に化学反応をさせることができる。
【０００４】
特許文献１に開示された波長変換レーザの出力波長を精密に調整するときは、まず、Ｃｒフォルステライトレーザの出力を一部取り出して波長計で測定し、Ｃｒフォルステライトレーザの共振長を調整することによりＣｒフォルステライトレーザの出力光の波長を所定値になるようにする。その上で、非線形光学結晶の角度調整を行って光出力が極大になるように位相調整して波長変換レーザの出力波長が目標値になるようにする。
なお、Ｃｒフォルステライトレーザの波長は、共振器内に設けた分散プリズムで波長によってプリズム出射角に差を生じさせ、共振器端のリアミラーの傾きを調整して目的の波長を持った光のみを元の光路方向に反射して共振させることによって調整することができる。
【特許文献１】特開２００２−２８７１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、固定波長レーザと可変波長レーザを非線形光学結晶に入射させて差周波光レーザを得る波長変換固体レーザの波長を調整するより簡便な方法およびその方法を実施する装置を提供することであり、特にＮｄ：ＹＡＧレーザと波長可変のＣｒフォルステライト（Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）レーザを用いた波長変換固体レーザにおける波長調整をより簡便に行う方法と装置を提供することである。また、調整波長の全域に亘って非線形光学結晶のボリュームを有効に利用できる波長調整方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の波長変換固体レーザの波長調整装置は、固定波長レーザ発生部と可変波長レーザ発生部と非線形光学結晶と制御装置を備えた波長変換固体レーザ装置において、波長変換固体レーザ光の出力計を備え、非線形光学結晶の傾角を調整する傾角調整機構を備え、制御装置が非線形光学結晶の傾角と出力光波長の関係を記憶していて、設定された出力光波長に応じて非線形光学結晶の傾角を調整し、出力計の検出値が極大値になるように可変波長レーザ部の出力光波長を調整することを特徴とする。
【０００７】
本発明の波長変換固体レーザの波長調整装置は、波長変換固体レーザの出力光を出力計で測定しこれに従って可変波長レーザの波長を調整するため、可変波長レーザ発生部の出力を測定する波長計を必要としないので、安価に構成することができる。
なお、波長変換固体レーザ装置では、たとえば１対の非線形光学結晶が対称配置されており、出力光の波長に適合する非線形光学結晶の傾角は出力光の波長変化に対して大きく変化する。なお、非線形光学結晶の個数は２個に限られるわけではない。
【０００８】
たとえば、Ｃｒフォルステライト（Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）レーザ装置の共振器ミラーの角度調整により差周波光の波長を調整するときは、共振器ミラー角度が−０．５度から＋０．６度までの約１．１度のレンジで変化する場合に差周波光の波長が約１２μｍから約５．５μｍまで変化するのに対して、銀ガリウムサルファイト（ＡｇＧａＳ２）の非線形光学結晶では、結晶の傾角が−１８度から＋１０度まで２８度変化することで差周波光の波長に同じ程度の変化をもたらす。このように操作量が波長変化に及ぼす影響、すなわちゲインが１桁以上異なる。
したがって、本発明の波長調整装置では、出力光の波長設定値に対して精度良く調整値を選択してセットすることができる。
【０００９】
なお、本発明の波長変換固体レーザ装置は、固定波長レーザ発生部がＮｄ：ＹＡＧレーザ装置であり可変波長レーザ発生部が波長可変のＣｒフォルステライト（Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）レーザ装置であって、Ｎｄ：ＹＡＧレーザとＣｒフォルステライトレーザを非線形光学結晶に入射させて差周波を得るものであってもよい。
【００１０】
このような構成を選択したときは、Ｃｒフォルステライトレーザの共振器内に分散プリズムを備え、共振器端に回転機構を備えたリアミラーを備え、制御装置が、設定された出力光波長に応じて非線形光学結晶の傾角を調整した上で、出力計の検出出力に基づいてリアミラー回転機構を自動調整して可変波長レーザの波長を調整し、非線形光学結晶からの光出力を極大化するようにしてもよい。
【００１１】
また、非線形光学結晶の傾角調整機構は、結晶長がＬ、屈折率がＮの直方体結晶において、回動軸を端面からＬ／２Ｎの結晶中心軸上に設けたものであることが好ましい。
回動軸を上記の位置に配置すると、入射するレーザ光に対して非線形光学結晶を傾けたときにもレーザ光は結晶の中心を通り、レーザ光路は結晶中心に関して点対称になるので、直方体の非線形光学結晶のボリュームを最も活用することができる。
【００１２】
また、上記課題を解決するため、本発明第２の波長変換固体レーザの波長調整装置は、固定波長レーザ発生部と可変波長レーザ発生部と非線形光学結晶を備えた波長変換固体レーザ装置において、可変波長レーザ発生部の出力位置にビームスプリッタと、ビームスプリッタを透過した透過光が入射する波長計を備え、非線形光学結晶に結晶の傾きを調整する傾斜調整機構を備え、非線形光学結晶の光出力を測定する出力計を備え、制御装置を備えて、制御装置が波長計の検出出力に基づいて可変波長レーザ装置を自動調整して波長計の検出光周波数が装置の設定出力光周波数と固定波長レーザの周波数の差に一致するようにし、さらに非線形光学結晶からの光出力を極大化するように非線形光学結晶の傾きを調整することによって、差周波光の波長を調整することを特徴とする。
【００１３】
なお、本発明の波長変換固体レーザ装置においても、固定波長レーザ発生部がＮｄ：ＹＡＧレーザ装置であり可変波長レーザ発生部が波長可変のＣｒフォルステライト（Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）レーザ装置であって、Ｎｄ：ＹＡＧレーザとＣｒフォルステライトレーザを非線形光学結晶に入射させて差周波を得るものであってもよい。
このとき、非線形光学結晶には結晶の傾きを調整する傾斜調整機構を備え、Ｃｒフォルステライトレーザの共振器内に分散プリズムを備え、共振器端に回転機構を備えたリアミラーを備え、制御装置が波長計の検出出力に基づいてリアミラー回転機構を自動調整して波長計の検出光周波数を調整した上で、非線形光学結晶からの光出力を極大化するように非線形光学結晶の傾きを調整してもよい。
【００１４】
さらに、上記課題を解決する本発明の波長変換固体レーザの波長調整方法は、固定波長レーザ発生部と可変波長レーザ発生部と非線形光学結晶を備えた波長変換固体レーザ装置において、非線形光学結晶の傾角と出力光波長の関係を記憶し、設定された出力光波長に応じて非線形光学結晶の傾角を調整し、波長変換固体レーザ光の出力を測定して、出力測定値が極大値になるように可変波長レーザの波長を調整することを特徴とする。
なお、本発明の波長調整方法で調整する波長変換固体レーザ装置は、固定波長レーザ発生部がＮｄ：ＹＡＧレーザ装置であり可変波長レーザ発生部が波長可変のＣｒフォルステライト（Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）レーザ装置であって、Ｎｄ：ＹＡＧレーザとＣｒフォルステライトレーザを非線形光学結晶に入射させて差周波を得るものであってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明について実施例に基づき図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の波長変換固体レーザの波長調整装置の１実施例を表す構成図、図２は本実施例の波長変換固体レーザにおけるシグナル光の共振器リアミラーの角度とシグナル光波長および差周波出力光波長の関係を示すグラフ、図３は非線形光学結晶の傾角と差周波出力光の波長の関係を示すグラフ、図４は本実施例に使用する非線形光学結晶の回動軸位置を示す説明図、図５は本発明の波長変換固体レーザの波長調整装置の別の実施例を表す構成図である。
【実施例１】
【００１６】
本実施例の波長変換固体レーザの波長調整装置は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光と波長可変のＣｒフォルステライト（Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）レーザ光を差周波発生用非線形光学結晶に入射して所望の差周波光（ＤＦＧ）を生成する波長変換赤外光発生装置におけるＤＦＧの波長を調整する装置である。
【００１７】
図１を参照すると、波長変換赤外光発生装置は、波長１．０６４μｍのレーザ光を発生するポンプ用Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置１と１．１７〜１．３５μｍの範囲で波長が調整できるＣｒフォルステライトレーザ装置２と差周波発生用非線形光学結晶３を備えて、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光の波長変換作用によりＮｄ：ＹＡＧレーザ光とＣｒフォルステライトレーザ光の差周波光（ＤＦＧ）を生成して５．５〜１０μｍの範囲で選択可能な中赤外光を得るものである。
【００１８】
Ｃｒフォルステライトレーザ装置２は、１．１７〜１．３５μｍ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フォルステライトレーザ部２１と、Ｃｒフォルステライトレーザを励起するためのパルス光源となる励起用Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置２２と、励起用Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置２２にトリガーを供給するパルス発生装置２３を備える。
【００１９】
パルス発生装置２３で発生するパルスは、同時にポンプ用Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置１にも供給されて、２基のＮｄ：ＹＡＧレーザ装置を同期駆動する。ポンプ用Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置１は波長１．０６４μｍのパルスレーザをポンプ光１１として差周波発生用非線形光学結晶３に入射する。励起用Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置２２はＣｒフォルステライトレーザの励起光源としてパルスレーザをＣｒフォルステライトレーザ部２１に供給する。
Ｃｒフォルステライトレーザ部２１に入射したパルスレーザはレンズで構成されたテレスコープにより所定のビーム径を持つように調整された後、ビームスプリッターで分割されてＣｒフォルステライトレーザ結晶２４の両側面に入射して両サイド励起する。
【００２０】
Ｃｒフォルステライトレーザ結晶２４は出力鏡２７と反射鏡２６で構成される共振器の中に配置される。また、レーザ結晶２４と反射鏡２６の間には分光プリズム２５が設けられる。反射鏡２６は回動鏡であって、反射方向を調整することにより分光プリズム２５で波長分散した光のうち選択した光だけが出力鏡２７まで戻るようにして、選択した波長の光が共振器内で共振してレーザ発振するようにする。反射鏡２６はリアミラーとも呼ばれる。
Ｃｒフォルステライトレーザは、１．１５〜１．３５μｍの範囲で波長を選択することができ、シグナル光２８として差周波発生用非線形光学結晶３に供給される。
【００２１】
差周波発生用非線形光学結晶３はＡｇＧａＳ２  結晶などの光混合型非線形光学結晶３１を１対、面対称に配置して構成したもので、周波数ω１とω２のレーザ光を入力するとこれら周波数の差の周波数ω３（＝ω１−ω２）を持った差周波光（ＤＦＧ）を出力する。
差周波発生用非線形光学結晶３から放射される差周波光３４は、基本的にポンプ光１１の波長変換作用によって発生するもので、差周波光３４のエネルギーはポンプ光１１のエネルギーに依存する。また、差周波光３４の周波数はポンプ光１１とシグナル光２８の周波数差であるから、シグナル光２８の周波数を変化させることにより調整することができる。
【００２２】
本実施例における波長変換赤外光発生装置は、ポンプ用Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置１が波長１．０６４μｍのパルスレーザをポンプ光１１として差周波発生用非線形光学結晶３に入射し、Ｃｒフォルステライトレーザ装置２が波長１．１５〜１．３５μｍの範囲で選択したレーザをシグナル光２８としポンプ光１１と同期させて差周波発生用非線形光学結晶３に入射するので、ポンプ光１１とシグナル光２８の差周波数に基づいて５〜１４μｍの波長範囲の中赤外光を差周波光３４として選択的に発生することができる。
【００２３】
たとえば、ポンプ用Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置１から波長１．０６４μｍのパルスレーザを相対的に大きなエネルギーを持ったポンプ光１１として、また、Ｃｒフォルステライトレーザ装置２から波長１．２８４μｍに調整した出力レーザをシグナル光２８として差周波発生用非線形光学結晶３に入力すると、差周波発生用非線形光学結晶３からは入力したレーザ光の他に波長６．２１μｍの差周波光３４が出力する。非線形光学結晶３から出力された光をＧｅフィルター３２に通して波長分別すれば、長波長の差周波光（赤外光）のみを外部に取り出すことができる。
【００２４】
上記構成の波長変換赤外光発生装置において、従来の差周波光３４の波長調整は、Ｃｒフォルステライトレーザ装置２から出力されるシグナル光２８の光路中にビームスプリッタを置き、ビームスプリッタの透過光が入射する位置に高価な波長計を設けて、入射するシグナル光の波長を波長計で測定しながらＣｒフォレステライトレーザ装置２１の共振器に設けられたリアミラー２６の反射面を調整してシグナル光２８の波長を調整し、さらに非線形光学結晶３の１対の結晶３１をリンクを使って同じ角度だけ傾けるようにした図示しない傾角機構を用いて位相調整をすることにより、差周波光３４の波長調整を行っていた。
【００２５】
しかし、差周波光３４の波長変化幅に対応するＣｒフォルステライトレーザ光の波長変化幅は極めて小さい。たとえば、図２に示すように、差周波光３４の波長が５．５μｍから１０．５μｍまで変化するためには、Ｃｒフォルステライト光の波長は１．３１μｍから１．１８μｍまで変化させれば足りる。Ｃｒフォレステライト光の波長をこれだけ変化させるためには、Ｃｒフォルステライトレーザ部２１のリアミラー２６の角度を−０．５度から＋０．６度まで動かせば十分である。このように、レンジが約１．１度という極めて小さい操作量で大きな出力レンジを調整することから、正確な調整が困難になるきらいがある。
【００２６】
これに対して、本実施例の波長調整装置は、差周波光波長と非線形光学結晶の傾きの間に存在する確実な関数関係を利用することにより、シグナル光２８の波長を測定する波長計を省略したものである。
図３は、横軸に非線形光学結晶の入射光に対する傾角をとり、縦軸に差周波光の波長をとって、非線形光学結晶の傾きにより差周波光の波長が変化する関係を示したものである。このグラフから、差周波光波長を上記と同じ５．５μｍから１０．５μｍまで変化させるために、非線形光学結晶の傾角を−１８度から＋１０度まで約２８度のレンジで調整すればよく、調整レンジが１桁以上大きくなることが分かる。
【００２７】
したがって、本実施例では、差周波光３４の波長を非線形光学結晶３の傾角を基準として設定し、ポンプ光１１とシグナル光２８の位相整合をＣｒフォルステライトレーザ装置２のリアミラー２６の調整によって行う。
実際には、制御装置４の中に図３に対応する表（ファイル４２）を記憶しておいて、第１の制御器４１に出力光（差周波光）３４の波長を設定すると、第１制御器４１がファイル４２を参照して波長に対応する非線形光学結晶３１の傾角を算出し、非線形光学結晶３１を回動軸回りに回動させる傾角調整機構３３を駆動して所定の傾角にする。
【００２８】
さらに、差周波光３４の出射光路中にパワーメータ５が備えられていて、パワーメータ５の出力を制御装置４内の第２の制御器４３に供給すると、第２制御器４３はリアミラー２６の調整をして位相整合により差周波光出力が極大値になるような位置に来るようにする。こうして、選択された非線形光学結晶傾角と波長固定のポンプ光波長に対応して位相整合するシグナル光波長が決定される。
このように、波長調整と位相整合をすることにより、波長変換固体レーザの波長が目的の値になる。
【００２９】
本実施例では、適切な感度を有する制御系による自動調整が行われるため出力光の波長調整が高精度化し大幅に簡便化され、また高価な波長計を用いないため装置のコストダウンにも寄与する。
なお、制御装置４はパソコンなどの小型電子計算機システムに入出力インターフェースを設けることにより構成してもよい。
【００３０】
２つの非線形光学結晶３１は面対称に配置され、出射光と入射光は同じ直線上にあるように構成される。非線形光学結晶３１は回動軸の回りに回動するようになっていて、傾角調整機構３３により回動軸が駆動され結晶端面の傾角が変化するときは、両方が面対称の関係を維持しながら等角に変化する。
差周波発生用非線形光学結晶３における差周波発生は、入射ビームが入射してから出射するまで非線形光学結晶３１の中に留まるようにする方が効率が高い。このため、本実施例の非線形光学結晶３１の回動軸３５は、結晶が回動して出力光の波長レンジ全域に対応するように結晶端面の傾角が変動する場合にも、入射光が常に結晶の中心Ｃを通過するような位置に選定されている。この位置は、結晶端面からＬ／２Ｎの結晶中心軸上にある。ここで、Ｌは結晶の長さ、Ｎは結晶の屈折率である。
【００３１】
図４は、上記位置に回動軸があるときは、光線は常に結晶中心を通ることを説明する図面である。図は、１対の非線形光学結晶を互いに対象に配置した場合を示している。
すなわち、初めに結晶端面が入射光に対して垂直になっていて入射光が屈折率Ｎの非線形光学結晶３１の中心軸上を走行する状態であったとし、結晶がある回動軸の回りを回動して結晶端面が傾き、入射光が結晶中心軸からｄ離れた位置に入射角θ１で入射すると、入射光は結晶端面で屈折して進入角がθ２になる。
【００３２】
このとき、入射光が結晶の中心Ｃを通るためには、結晶端面から回動軸までの距離をＸとすると、
tanθ１＝ｄ／Ｘ
tanθ２＝２ｄ／Ｌ
となる。したがって、
Ｘ＝Ｌtanθ２／２tanθ１≒Ｌsinθ２／２sinθ１＝Ｌ／２Ｎ
となる。
【００３３】
したがって、回動軸を端面からＬ／２Ｎの位置に配置すれば、入射光は結晶の中心を通過し、入射光と平行に他面から放出される。これに対して面対称にもう１つの非線形光学結晶を配置すれば、２つの結晶３１を通過する光線は最後に入射光の延長方向に走行する。
２つの非線形光学結晶３１は、面対称の位置にある回動軸３５の回りを等角に回動して、差周波光が所定の波長になるように結晶端面を傾斜させる。
【００３４】
上記位置に回動軸３５を設けて入射光が常に結晶中心Ｃを通過するようにすることにより、たとえば径が８ｍｍ程度ある入射ビームでも長さ２４ｍｍ、幅１２ｍｍ程度の非線形光学結晶３１からはみ出ることなく、効率的に差周波作用を受けることができる。よく用いられる銀ガリウムサルファイト（ＡｇＧａＳ２）の非線形光学結晶では、現状、上記程度の大きさが実用上の限度であるので、上記構成は本実施例の波長調整装置を効果的にサポートする。
【００３５】
ここで従来法と本実施例の方法における性能差を確認するため、分解能０．００１度、絶対精度０．０２度の回転ステージをリアミラー２６の回動軸と非線形光学結晶の回動軸の両方に取り付けて使用するものとして精度を比較する。
従来方法に従い、高価な波長計を使用せず、シグナル光の波長調整を先に行った場合、差周波波長設定値６．３μｍのときの誤差は６２ｎｍとなる。
【００３６】
これに対して、本実施例の方法による場合は、差周波波長設定値の位相整合に対応する結晶端面傾角の誤差は０．０２度、したがって差周波波長の誤差は２．５ｎｍ程度となる。引き続いて差周波の出力モニタして共振器ミラーを調整するが、このときのミラーの角度は最適位置に対して誤差０．００３度で差周波出力が半減することが分かっているので、ミラーの角度は最適値に対して０．００１５度程度で調整できるとすることができ、これに対応する差周波波長の誤差は４．７ｎｍになる。先の誤差と誤差加算すると、本方法による設定精度は５．３ｎｍ程度になり、従来法に対してほぼ１桁精度が向上することが分かる。
【００３７】
なお、シグナル光を波長計でモニタして共振器ミラーを調整しさらに結晶角度を調整する従来方法では、差周波波長の精度は約３ｎｍとなり高価な波長計を利用する効果があるが、目的によっては波長計を使わない本発明の方法を使用することにより経済上の利益を享受することができる。
【実施例２】
【００３８】
図５に表わしたブロック図は、本発明の第２の実施例を説明するものである。図１に表わした実施例１のものと異なるところは、制御装置に係わる部分で、この他には大きな差異がないので、ここでは相違点を主に説明する。
Ｃｒフォルステライトレーザ装置２から出力されるシグナル光２８はビームスプリッタ２９で分岐され、ビームスプリッタ２９で直進する一部の光線を波長計５１に入射させて波長を測定する。この波長信号は第２制御器４３に供給され、差周波光３４の設定波長から算定されるシグナル光の設定波長に対する誤差信号を生成させ、制御演算を施してリアミラー２６の回動駆動機構を作動させて、Ｃｒフォルステライトレーザであるシグナル光２８の波長を調整する。
【００３９】
このように波長を調整したシグナル光２８は定波長のポンプ光１１と一緒に非線形光学結晶装置３に入射する。非線形光学結晶装置３では２個の非線形光学結晶３１が面対称に配置され、傾角調整機構３３により結晶端面の傾角を調整することにより位相整合を行う。
２個の非線形光学結晶３１はそれぞれ結晶端面からＬ／２Ｎの結晶中心軸上にある回動軸の回りに回動するようになっていて、傾角調整機構３３により回動軸が駆動され結晶端面の傾角が変化するときは、両方が面対称の関係を維持しながら等角に変化する。また、出力光の波長レンジ全域に対応して結晶端面の傾角が変動する場合にも、入射光は常に結晶の中心を通過するようになっている。
【００４０】
非線形光学結晶装置３の出力光３４をパワーメータ５に受けて出力強度を測定し、パワーメータ５の測定出力を第１制御器４１に供給し、第１制御器４１が出力光３４のパワーが極大値になるように傾角調整機構３３を駆動することにより位相整合を行う。
なお、ポンプ光の出力を観察する必要があれば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発生装置１の出力の一部を分岐しパワーメータ５２に導いて観察することができる。
【００４１】
実施例２の波長調整装置によれば、従来は計器の指示を観察して作業者が駆動機構を調整するため、熟練作業者の綿密な調整作業が必要であったのに対して、差周波光の目標波長を設定することにより、制御装置が対応するＣｒフォルステライトレーザの波長を算出し、高精度な波長計の出力に基づいてリアミラー２６の回動駆動機構を調整することにより高精度にシグナル光波長を調整し、かつ差周波光の出力に基づき非線形光学結晶装置の傾角調整機構を自動調整して位相整合を行うことにより、自動的に差周波光の波長調整を行うことができるので、非熟練者でも簡単に差周波光３４の波長を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の波長変換固体レーザの波長調整装置の１実施例を表す構成図である。
【図２】本実施例の波長変換固体レーザにおけるシグナル光の共振器リアミラーの角度とシグナル光波長および差周波出力光波長の関係を示すグラフである。
【図３】本実施例の波長変換固体レーザにおける非線形光学結晶の傾角と差周波出力光の波長の関係を示すグラフである。
【図４】本実施例に使用する非線形光学結晶の回動軸位置を示す説明図である。
【図５】本発明の波長変換固体レーザの波長調整装置の別の実施例を表す構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置
１１  ポンプ光
２  Ｃｒフォルステライトレーザ装置
２１  Ｃｒフォルステライトレーザ部
２２  励起用Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置
２３  パルス発生装置
２４  Ｃｒフォルステライトレーザ結晶
２５  分光プリズム
２６  反射鏡
２７  出力鏡
２８  シグナル光
２９  ビームスプリッタ
３  差周波発生用非線形光学結晶
３１  非線形光学結晶
３２  Ｇｅフィルター
３３  傾角調整機構
３４  差周波光
３５  回動軸
４  制御装置
４１  第１制御器
４２  ファイル
４３  第２制御器
５  出力計
５１  波長計
５２  パワーメータ
【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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