(57)【要約】【課題】この発明は、非線形光学結晶の中央部分で発生する熱を効果的に放出し、熱による悪影響を防止すると共に、効率の良く波長変換を行うことのできる複合非線形結晶を提供する。【解決手段】この発明は、ビームの通過方向に所定の厚さを有する非線形光学結晶と、熱伝導性の良い板状熱伝導結晶とが、前記ビームの通過方向に沿って交互に配列される複合非線形結晶にある。また、前記ビームの通過方向に沿って前記熱伝導結晶を挟んで隣り合う非線形光学結晶は、その光学軸及び位相整合角度の方向が反転している。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームの通過方向に所定の厚さを有する非線形光学結晶と、熱伝導性の良い板状熱伝導結晶とが、前記ビームの通過方向に沿って交互に配列されることを特徴とする複合非線形結晶。
【請求項２】
前記ビームの通過方向に沿って前記熱伝導結晶を挟んで隣り合う非線形光学結晶は、その光学軸及び位相整合角度の方向が反転していることを特徴とする請求項１記載の複合非線形結晶。
【請求項３】
前記非線形光学結晶のそれぞれは、同一基板からカットされて形成されると共に、前記熱伝導結晶のそれぞれも、同一基板からカットされて形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の複合非線形結晶。
【請求項４】
前記非線形光学結晶のビームの通過方向の厚さは、非線形光学結晶の有効作用長さよりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の複合非線形結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ光の波長を変換する光波長変換素子に利用される複合非線形結晶に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、活性元素をドープした多結晶質透明セラミック部分の少なくとも一つの端部が、活性元素を含まない多結晶質透明セラミック部分と接合され、この結合された複合レーザ媒質の光学研磨された両端面は、表面の反射ロスを極小化するための誘電体多層膜で被覆され、前記複合レーザ媒質の外周部及び両端面の一部はレーザ動作時における発明を消散させるために熱伝導率の大きい金属のヒートシンクと接触させる放熱構造となっている固体レーザ発振器を開示する。
【０００３】
特許文献２は、非線形光学結晶を気密に維持することができ、しかも非線形光学結晶の放熱を効率良く行うために、前記非線形光学結晶が挿入された貫通孔を有する金属製のホルダを設けた光波長変換素子を開示する。
【特許文献１】特開２００２−５７３８８号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献から明らかなように、非線形光学結晶にレーザ光が入射すると非線形光学結晶が発熱し、この発熱によって位相不整合が起こる。この不具合を解決する方法として、上述した特許文献では、放熱手段を非線形光学結晶の外側に設けるようにしていた。
【０００５】
しかしながら、本図２に示されるように、非線形光学結晶１０Ｃにおいて波長変換に必要な作用長Ｌは、基本波ＷＢ及び高調波ＷＨの両ビームが重なるまでの長さであり、しかも図３に示すように、その作用長Ｌで切断した非線形光学結晶１０Ｄにおける発熱部分ＳＨは、基本波ＷＢ及び高調波ＷＨの放射部分、いわゆる非線形光学結晶の中央部分で２光子吸収により最も高温となる。したがって、この部分で発熱した熱を効率良く放射することが必要であり、これによってこの熱による位相不整合を防止することできるものである。
【０００６】
このため、この発明は、非線形光学結晶の中央部分で発生する熱を効果的に放出し、熱による悪影響を防止すると共に、効率の良く波長変換を行うことのできる複合非線形結晶を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、この発明は、ビームの通過方向に所定の厚さを有する非線形光学結晶と、熱伝導性の良い板状熱伝導結晶とが、前記ビームの通過方向に沿って交互に配列される複合非線形結晶にある。
【０００８】
また、前記ビームの通過方向に沿って前記熱伝導結晶を挟んで隣り合う非線形光学結晶は、その光学軸及び位相整合角度の方向が反転していることが望ましい。これによって、ウォークオフを相互に補償し合うことが可能となる。
【０００９】
さらに、前記非線形光学結晶のそれぞれは、同一基板からカットされて形成されると共に、前記熱伝導結晶のそれぞれも、同一基板からカットされて形成されることが望ましい。
【００１０】
さらにまた、前記非線形光学結晶のビームの通過方向の厚さは、非線形光学結晶の有効作用長さよりも小さいことが望ましい。つまり、非線形光学結晶の厚さＬ’は、有効作用長Ｌよりも小さい（Ｌ’＜Ｌ）ことが望ましい。尚、前記有効作用長Ｌは、ウォークオフ角をα、前記ビーム径をｄとした場合、Ｌ＝ｄ／ｔａｎ（α）である。
【００１１】
また、前記非線形光学結晶は、例えばＢＢＯ結晶（β−ＢａＢ２Ｏ４）であり、熱伝導結晶は、例えばサファイア結晶である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、ビームの通過方向に沿って非線形光学結晶の発熱側に放熱用の熱伝導結晶が位置するため、２光子吸収による発熱を発散させることができるので、位相不整合を防止することができる。
【００１３】
また、前記非線形光学結晶を、光学軸及び位相整合角度が交互に反転するように配置したので、第１の非線形光学結晶を通過してウォークオフ角だけ基本波からずれていく高調波を、第２の非線形光学結晶において基本波と重複する位置に戻すことができるので、複合非線形結晶中をビームが通過する間を全て有効な作用長とすることができるので、波長変換効率を高めることができる。
【００１４】
さらに、非線形光学結晶を、一つの基板からカットして形成するようにしたので、結晶相互の入射・出射面の平行性の精度を良くすることができ、これによって非線形光学結晶における位相整合角度のズレを小さくすることができるものである。同様に、熱伝導結晶も同様に、一つの基板からカットして形成するようにしたので、通過するビームに対する特性を一定にすることが可能となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施例について図面により説明する。
【実施例】
【００１６】
本願発明の実施例に係る複合非線形結晶１は、例えば図１に示すように、厚さＬ’のＢＢＯ結晶からなる非線形光学結晶１０（１０Ａ，１０Ｂ）と、サファイア結晶からなる放熱用の熱伝導結晶２０とをビームの通過方向に交互に配置したものである。特に第１の非線形光学結晶１０Ａと第２の非線形光学結晶１０Ｂは、その光学軸及び位相整合角度θの方向が交互に反転するように配置されるもので、図示しない第３の非線形光学結晶の場合には、第２の非線形光学結晶１０Ｂと光学軸及び位相整合角度が反転した状態で配置されるものである。
【００１７】
基本的に、図２で示すように、非線形光学結晶１０Ｃに対してレーザビームを入射させた場合、このビームは、非線形光学結晶１０Ｃを真っ直ぐに通過する基本波ＷＢと、所定のウォークオフ角αで屈折する高調波ＷＨとに別れる。そして、前記基本波ＷＢと高調波ＷＨが重なっている間の長さＬが、この非線形光学結晶１０Ｃの作用長Ｌであり、ビーム径をｄとした場合、Ｌ＝ｄ／ｔａｎαで求められる。このため、通常は図３で示すように、非線形光学結晶１０Ｃはその有効作用長Ｌでカットされ使用される。
【００１８】
しかしながら、この場合、図３で示すように、カットされた非線形光学結晶１０Ｄにおける基本波ＷＢと高調波ＷＨの放射面近傍領域ＳＨでは、２光子吸収による発熱によって位相不整合が発生するため、実質的に許容可能な有効作用長は、図３に前述した厚さＬ’となる。厚さＬ’は計算上の作用長Ｌよりはかなり小さくなり、発生する高調波のエネルギー密度が大きいと逆に厚さＬ’は小さくなる。また複合非線形結晶は何枚かの非線形結晶で構成されるが、個々の非線形結晶の厚さＬ’は必ずしも同一長さである必要はない。
【００１９】
さらに、本願発明の実施例に係る複合非線形結晶１は、ＢＢＯ結晶ＳＨＧ＠５３２ｎｍの場合、厚さ１ｍｍの非線形光学結晶１０と、厚１ｍｍの熱伝導結晶２０をそれぞれ４枚ずつ上述したように交互に配して、全長８ｍｍの厚さを有する複合結晶として形成される。また、ＢＢＯ結晶ＳＨＧ＠５３２ｎｍの場合の位相整合角度は、４７．６°である。
【００２０】
以上の構成により、本願発明の複合非線形結晶１は、非線形光学結晶１０の光学軸及び位相整合角度が交互に反転するように配置されているので、非線形光学結晶１０中を通過する基本波ＷＢと高調波ＷＨとが非線形光学結晶１０中で常に重なり合う構造となるため、高調波への変換効率が上げることができるものである。
【００２１】
さらに、熱伝導結晶２０が非線形光学結晶１０の出射側側面に接して、出射側側面に生じる熱を伝達し放熱するため、それぞれの非線形光学結晶１０の熱による位相不整合を解消できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本願発明の実施例に係る複合非線形結晶の概略構成図である。
【図２】有効作用長Ｌを説明するための説明図である。
【図３】有効作用長Ｌの厚さを有する非線形光学結晶の熱影響を示した説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  複合非線形結晶
１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）  非線形光学結晶
２０  放熱用結晶
【図１】
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【図２】
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【図３】
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