(57)【要約】【課題】共振器内に導入される入射光の割合を増加させ、入射光の利用率を向上させることを目的とする。【解決手段】入力結合ミラー６と対向する多重反射ミラー１０を設けることにより、入射光が入力結合ミラー６で反射した反射光を、再度入力結合ミラー６を透過させて共振器２内に導入することができるため、共振器２内を周回する周回光の経路を増加させ、入力光の利用率を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波である入射光から高調波を生成する波長変換装置であって、
前記基本波である周回光を周回させる共振器と、
入射される少なくとも一部の前記基本波の周波数を逓倍して前記高調波を生成する非線形光学結晶と、
前記入射光および前記周回光の一部を検出する光検出器と、
前記光検出器で検出された前記周回光および前記入射光から制御信号を生成する制御回路と
で構成され、
前記共振器が
前記入射光の一部を透過して前記周回光とし、残りを反射して反射光とすると共に周回する前記周回光を反射する入力結合ミラーと、
前記入力結合ミラーから照射される前記周回光を反射する第１の共振器内ミラーと、
前記第１の共振器内ミラーで反射する前記周回光を反射して前記非線形光学結晶に照射する第２の共振器内ミラーと、
前記非線形光学結晶から出射される前記周回光を反射して前記入力結合ミラーに照射すると共に前記高調波を透過させて出射する第３の共振器内ミラーと、
前記反射光を反射して前記入力結合ミラーに照射または前記光検出器に出射する多重反射ミラーと、
前記第１の共振器内ミラーに接続されて前記制御信号により前記周回光の共振器長が前記基本波の波長の整数倍になるように前記第１の共振器内ミラーの位置を調整する第１のアクチュエータと、
前記多重反射ミラーに接続されて前記制御信号により前記反射光の経路長が前記基本波の波長の整数倍になるように前記全反射ミラーの位置を調整する第２のアクチュエータと
を有し、前記周回光は前記入射光が前記入力結合ミラーを透過して前記共振器内を周回する第１の周回光および前記反射光の一部が前記入力結合ミラーを透過して前記共振器内を周回する第２の周回光からなることを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】
前記共振器内の前記入力結合ミラー，第１の共振器内ミラー，第２の共振器内ミラーまたは第３の共振器内ミラーの間の前記周回光の経路中に１または複数の第４の共振器内ミラーをさらに有し、前記周回光が前記第４の共振器内ミラーを経由して周回することを特徴とする請求項１記載の波長変換装置。
【請求項３】
前記入力結合ミラーで前記入射光の一部が透過して前記第１の周回光となり、残りが反射して前記反射光となり、前記反射光が前記多重反射ミラーで反射して前記入力結合ミラーに照射され、前記入力結合ミラーで前記反射波光の一部が透過して前記第２の周回光となり、残りが反射してさらに前記反射ミラーで反射し、前記光検出器に入力することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項４】
前記入力結合ミラーで前記入射光の一部が透過して前記第１の周回光となり、残りが反射して反射光となり、前記反射光が前記多重反射ミラーで反射して前記入力結合ミラーに照射され、前記反射光が前記入力結合ミラーと前記多重反射ミラーとの間で複数回反射し、最後に前記多重反射ミラーで反射した前記反射光が前記光検出器に入力し、前記多重反射ミラーで反射して前記入力結合ミラーに照射する複数の前記反射光の一部が透過して前記第２の周回光となることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を共振させて波長変換結晶に入射する波長変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
所望の波長のレーザ光を用いる場合、波長の長いレーザ光を波長変換装置で周波数を逓倍にすることにより生成する場合がある。
以下、従来の波長変換装置について図５を用いて説明する。
図５は従来の波長変換装置の構造を示す概略図である。
【０００３】
図５に示すように、従来の波長変換装置は、入射される基本波を共振器２２内で周回させて共振させ、共振された周回光を非線形光学結晶１に入力することにより、基本波の周波数を逓倍した高調波を出力している。
【０００４】
共振器２は、入射する基本波の一部を透過する入力結合ミラー２６と、共振器内ミラー２７，共振器内ミラー２８，共振器内ミラー２９とからなり、入力結合ミラー２６を透過した基本波は周回光として、入力結合ミラー２６，共振器内ミラー２７，共振器内ミラー２８，共振器内ミラー２９の順で周回し、再び入力結合ミラー２６に戻って周回を繰り返して共振する。非線形光学結晶１は、共振器内ミラー２８と共振器内ミラー２９との間に配置され、共振した周回光が入力されると高調波が出力され、高調波も周回光と同様に共振器２２内を周回する。共振器内ミラー２９は周回光を反射し、高調波を透過するミラーであり、共振器内ミラー２９まで周回した高調波は共振器内ミラー２９を透過して波長変換装置の出射光となり、周回光は反射して共振器２２内の周回を継続する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２４３６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の波長変換装置の外部共振器は、共振器内部で光が周回すればするほど強い周回光が得られるため、入力結合ミラーに関しても高い反射率のものを使用することが望ましい。しかし、実際の光学系では共振状態であっても周回経路内で減衰してしまうためインピーダンス整合を行う必要があり、通常入力結合ミラー２６の透過率は数％という低い値に設定されている。このため、共振器２２内に導入される入射光の利用率が低いという問題点があった。
上記問題点を解決するために、本発明の波長変換装置は、共振器内に導入される入射光の割合を増加させ、入射光の利用率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の波長変換装置は、基本波である入射光から高調波を生成する波長変換装置であって、前記基本波である周回光を周回させる共振器と、入射される少なくとも一部の前記基本波の周波数を逓倍して前記高調波を生成する非線形光学結晶と、前記入射光および前記周回光の一部を検出する光検出器と、前記光検出器で検出された前記周回光および前記入射光から制御信号を生成する制御回路とで構成され、前記共振器が前記入射光の一部を透過して前記周回光とし、残りを反射して反射光とすると共に周回する前記周回光を反射する入力結合ミラーと、前記入力結合ミラーから照射される前記周回光を反射する第１の共振器内ミラーと、前記第１の共振器内ミラーで反射する前記周回光を反射して前記非線形光学結晶に照射する第２の共振器内ミラーと、前記非線形光学結晶から出射される前記周回光を反射して前記入力結合ミラーに照射すると共に前記高調波を透過させて出射する第３の共振器内ミラーと、前記反射光を反射して前記入力結合ミラーに照射または前記光検出器に出射する多重反射ミラーと、前記第１の共振器内ミラーに接続されて前記制御信号により前記周回光の共振器長が前記基本波の波長の整数倍になるように前記第１の共振器内ミラーの位置を調整する第１のアクチュエータと、前記多重反射ミラーに接続されて前記制御信号により前記反射光の経路長が前記基本波の波長の整数倍になるように前記全反射ミラーの位置を調整する第２のアクチュエータとを有し、前記周回光は前記入射光が前記入力結合ミラーを透過して前記共振器内を周回する第１の周回光および前記反射光の一部が前記入力結合ミラーを透過して前記共振器内を周回する第２の周回光からなることを特徴とする。
【０００８】
また、前記共振器内の前記入力結合ミラー，第１の共振器内ミラー，第２の共振器内ミラーまたは第３の共振器内ミラーの間の前記周回光の経路中に１または複数の第４の共振器内ミラーをさらに有し、前記周回光が前記第４の共振器内ミラーを経由して周回しても良い。
【０００９】
また、前記入力結合ミラーで前記入射光の一部が透過して前記第１の周回光となり、残りが反射して前記反射光となり、前記反射光が前記多重反射ミラーで反射して前記入力結合ミラーに照射され、前記入力結合ミラーで前記反射波光の一部が透過して前記第２の周回光となり、残りが反射してさらに前記反射ミラーで反射し、前記光検出器に入力しても良い。
【００１０】
また、前記入力結合ミラーで前記入射光の一部が透過して前記第１の周回光となり、残りが反射して反射光となり、前記反射光が前記多重反射ミラーで反射して前記入力結合ミラーに照射され、前記反射光が前記入力結合ミラーと前記多重反射ミラーとの間で複数回反射し、最後に前記多重反射ミラーで反射した前記反射光が前記光検出器に入力し、前記多重反射ミラーで反射して前記入力結合ミラーに照射する複数の前記反射光の一部が透過して前記第２の周回光となることが好ましい。
以上により、入射光の利用率を向上することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、入力結合ミラーと対向する多重反射ミラーを設けることにより、入射光が入力結合ミラーで反射した反射光を、再度入力結合ミラーを透過させて共振器内に導入することができるため、共振器内を周回する周回光の経路を増加させ、入射光の利用率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の光波長変換装置の構造を示す図
【図２】実施の形態１における光の経路を示す図
【図３】実施の形態１における入力結合ミラー周囲の光の経路を示す概略図
【図４】実施の形態２における入力結合ミラー周囲の光の経路を示す概略図
【図５】従来の波長変換装置の構造を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
医療用機器や工業用製造装置等に用いられるレーザ光は用途に応じて所定の波長のレーザ光が用いられる。レーザ光は波長変換装置を用いて入射光の周波数を逓倍することにより生成される。
図１は本発明の光波長変換装置の構造を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明の光波長変換装置は、基本波光原３から入射光として入射される基本波を波長変換して高調波である出射光を出力するものであり、その基本構成は、非線形光学結晶１と、非線形光学結晶１に入射する周回光を共振させる共振器２と、共振中の周回光と反射光の一部を抽出する光検出器４と、光検出器４で抽出した信号を入力してそれらの位相差から共振器長を調整するための制御信号を出力する制御回路５とから構成される。非線形光学結晶１は入射した周回光の周波数を所定の倍数に逓倍する波長変換素子である。
【００１５】
共振器２は、入射光の一部を透過しながら残りを反射する入力結合ミラー６と、入力結合ミラー６を透過した光を反射する共振器内ミラー７と、共振器内ミラー７で反射した光を反射する共振器内ミラー８と、共振器内ミラー８で反射した光を反射して入力結合ミラー６に戻す共振器内ミラー９と、入力結合ミラー６の反射光を反射する多重反射ミラー１０と、制御回路５から出力される制御信号に応じて共振器長を調整するために共振器内ミラー７の位置を移動させるアクチュエータ１１と、制御回路５から出力される制御信号に応じて多重反射ミラー１０で反射した光の経路長を調整するために多重反射ミラー１０の位置を移動させるアクチュエータ１２とから構成される。
【００１６】
共振器内ミラー８で反射した光は非線形光学結晶１を通過し、その一部が波長変換されて共振器内ミラー９に入射される。また、共振器内ミラー９は波長変換前の波長の光を反射し、波長変換後の波長の光を透過させるミラーであり、波長変換されていない光は共振器２内を周回して共振し、波長変換された光は共振器内ミラー９を透過して出射光となる。
【００１７】
光検出器４では、入力結合ミラー６で反射した反射光と共振器２内を周回して入力結合ミラー６を透過した周回光との重合波が入力され、反射光と周回光との差周波の光の強度を位相誤差として電気信号に変換する。そして、制御回路５では、電気信号から位相差を検出し、位相差に応じた制御信号を出力する。
【００１８】
共振器２内を周回して共振する周回光として、入力結合ミラー６を透過し、共振器ミラー７，共振器ミラー８，共振器ミラー９で反射した後、さらに入力結合ミラー６で反射して周回を繰り返す周回光と、入射光が入力結合ミラー６で反射した反射光が、多重反射ミラー１０で反射して共振器２に入射し、共振器２内で周回する周回光との２系統の入力が存在することになる。
【００１９】
本発明の特徴は、多重反射ミラー１０を設けることにより入力結合ミラー６で反射した入射光を再び共振器内を周回させることができるため、入力系統が増加し、入射光が共振器内を周回する割合を増やすことができ、入射光の利用率を向上させることができることである。さらに、多重反射ミラー１０にアクチュエータ１２を設けることにより、多重反射ミラー１０で反射した光の、入力結合ミラー６と多重反射ミラー１０との間を反射する経路の経路長を調整することができる。
以下、本発明の波長変換装置における実施の形態について、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
まず、実施の形態１の波長変換装置の光の周回について図１〜図３を用いて説明する。
図２は実施の形態１における光の経路を示す図、図３は実施の形態１における入力結合ミラー周囲の光の経路を示す概略図である。
【００２０】
図１〜図３に示すように、本発明の波長変換装置では、非線形光学結晶１は共振器２内の共振器内ミラー８と共振器内ミラー９との間に配置される。また、非線形光学結晶１は共振器内ミラー８で反射した光の焦点位置であるビームウェストが非線形光学結晶１の中央になるように配置される。
【００２１】
本発明の波長変換装置は入射する基本波を非線形光学結晶１に応じた所定の逓倍に波長変換するものであるが、以下の説明では、波長が１０６４ｎｍの入力光を２逓倍して波長が５３２ｎｍの出射光を生成する場合を例に説明する。また、入力結合ミラー６は入射光の一部を透過して共振器内ミラー７に出射すると共に、残りを全反射ミラー１０に反射するが、以下の説明では、入射光の２％を透過し、９８％を反射する入力結合ミラー６を例に説明する。
【００２２】
基本波光源３から出射した波長が１０６４ｎｍの入力光の内、２％は入力結合ミラー６を透過して周回光１３となり、９８％は入力結合ミラー６で反射して反射光１４となる。入力結合ミラー６を透過した周回光１３は、共振器内ミラー７および共振器内ミラー８で反射して非線形光学結晶１の中央に入射され、少なくとも一部の周回光１３は５３２ｎｍの波長に変換される。その後、非線形光学結晶１を通過した周回光１３は共振器内ミラー９で反射されて入力結合ミラー６の入力光が透過した位置とずれた領域に照射され、再び共振器内ミラー７に反射される。ここでは、便宜上、入力結合ミラー６で反射された周回光を周回光１３と区別して周回光１５と称す。周回光１５は周回光１３と同様に、共振器内ミラー７，共振器内ミラー８，非線形光学結晶１および共振器内ミラー９を介して入力結合ミラー６の入力光が透過した位置に戻る。周回光１５は入力結合ミラー６で再び反射され周回光１３として共振器２内を周回する。また、入力結合ミラー６に入力された周回光１３の内、入力結合ミラー６を透過した光は多重反射ミラー１０で反射して光検出器４に入力される。
【００２３】
共振器内ミラー９としては、波長が１０６４ｎｍの光を全反射し、波長が５３２ｎｍの光を透過するミラーを用いる。そのため、非線形光学結晶１を通過した周回光１３および周回光１５の内、波長が５３２ｎｍのものは共振器内ミラー９を透過して出射光となり、波長が１０６４ｎｍのものは共振器内ミラー９で全反射してさらに共振器２内を波長変換が終了するまで周回する。
【００２４】
共振器２内の共振器内ミラー７，共振器内ミラー８，共振器内ミラー９および入力結合ミラー６を周回する周回光１３および周回光１５の合計距離として定義される共振器長は、周回する周回光１３，周回光１５が共振して強度を増すことができるように、基本波の波長の整数倍に調整される必要がある。そのため、制御回路５から出力される制御信号により、アクチュエータ１１が動作して共振器内ミラー７を移動させて共振器長を調整する。制御信号は多重反射ミラー１０で反射した光を光検出器４で受光し、受光光の波長を制御回路５で解析して生成され、共振器長がこの波長の整数倍になるように共振器内ミラー７を移動させるようにアクチュエータ１１を動作させて共振器長をこの波長の整数倍にする。同時に、反射光１４が入力結合ミラー６から多重反射ミラー１０で反射して入力結合ミラー６に戻るまでの経路長を基本波の波長の整数倍に調整する。これにより、反射光１４が再度入力結合ミラーを透過する場合も入射光と同じ位相となり、多重反射ミラー１０で反射した反射光１４も周回光１３と共振させることができる。反射光１４の経路長の調整はアクチュエータ１２を用いて多重反射ミラー１０を移動させることにより行う。この移動はアクチュエータ１２の制御も制御回路５からの制御信号により行う。制御はアクチュエータ１１の制御信号と同じ信号で行っても良いし、制御回路５で別の信号を生成し、その信号を用いてアクチュエータ１２の移動量を指示してもよい。
【００２５】
また、共振器２内を周回して入力結合ミラー６を透過した光が入力結合ミラー６に入射せず光検出器４に入射するように、入力結合ミラー６の長さと基本波光源３からの入射位置とを調整する。同時に、周回光１３，周回光１５がそれぞれ反射光１４が入力結合ミラー６を透過する位置と入力光が入力結合ミラー６を透過する位置で反射するように、共振器内ミラー７，共振器内ミラー８，共振器内ミラー９および入力結合ミラー６の角度や曲率を調整する。
【００２６】
このような共振器２を備えることにより、周回光として、基本波光源３から照射された入力光が入力結合ミラー６を透過して入力される周回光１３と、入力光が入力結合ミラー６および多重反射ミラー１０で反射した後入力結合ミラー６を透過して入力される周回光１５との２系統からの入射光を周回させることができるため、波長変換される入力光の利用率を向上させることができる。同時に、アクチュエータ１２を設けることにより、多重反射ミラー１０で反射して入力される周回光１５の位相を周回光１３と一致させることができ、周回光１３と周回光１５を共振させることができる。上記の例を用いると、入力光の２％が入力結合ミラー６を透過して周回光１３となると共に、９８％が入力結合ミラー６で反射して反射光１４となる。反射光１４は多重反射ミラー１０で反射して再び反射光１４の２％が入力結合ミラー６を透過して周回光１５となる。つまり、周回光１５は基本波の９８％の２％となり、基本波の１．９６％となる。よって、周回光として、合わせて入力光の３．９６％が共振器２を周回することになり、多重反射ミラー１０を設けない従来の波長変換装置が２％の利用率であったのに対して、周回経路を増加させ、入力光の利用率を向上させることができる。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２の波長変換装置の光の周回について図１，図２，図４を用いて説明する。
図４は実施の形態２における入力結合ミラー周囲の光の経路を示す概略図である。
【００２７】
実施の形態１では、入力結合ミラー６と多重反射ミラー１０との間で、２回反射を行う波長変換装置について説明したが、本実施の形態では、入力結合ミラー６と多重反射ミラー１０との間で３回以上反射を繰り返し、多重反射ミラー１０で最後に反射した光が光検出器４に入力することを特徴とする。そして、入力結合ミラー６に入射した光の内の一部は入力結合ミラー６を透過して共振器２内を周回し、残りが多重反射ミラー１０に照射される。
【００２８】
図４に示すように、基本波光源３から入射する入射光は、その一部が入力結合ミラー６を透過して周回光１３として共振器２内を周回する。残りの入射光は、入力結合ミラー６で反射して反射光１４として多重反射ミラー１０に照射される。反射光１４は多重反射ミラー１０で反射して入力結合ミラー６に入射され、その一部が入力結合ミラー６を透過して周回光１６として共振器２内を周回し、残りの反射光１４は、入力結合ミラー６で反射して反射光１７として再び多重反射ミラー１０に照射される。反射光１７は多重反射ミラー１０で反射して入力結合ミラー６に入射され、その一部が入力結合ミラー６を透過して周回光１８として共振器２内を周回し、残りの反射光１７は、入力結合ミラー６で反射して反射光１９として三度多重反射ミラー１０に照射される。このような入力結合ミラー６と多重反射ミラー１０との間での反射光の反射を繰り返し、最後に多重反射ミラー１０で反射した反射光が光検出器４に入射される。これ以外の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００２９】
例えば、実施の形態１と同様の例で説明すると、入射光の内の２％が入力結合ミラーを透過して周回光１３となって共振器２内を周回し、入射光の内の９８％が反射光１４となる。さらに、反射光１４の内の２％、つまり、入射光の９８％の２％である入射光の１．９６％が入力結合ミラーを透過して周回光１６となって共振器２内を周回し、反射光１４の内の９８％、つまり、入射光の９８％の９８％である入射光の約９６％が反射光１７となる。同様に反射光１７の２％である入射光の１．９２％が周回光１８となって共振器２内を周回する。このように複数回の反射を繰り返すことにより、周回光１３，周回光１６，周回光１８等の、入射光に対する２％，１．９６％，１．９２％等の周回光の和が共振器２内を周回する。
【００３０】
以上のように、アクチュエータ１２を備える多重反射ミラー１０を備えることにより、入力光の内、入力結合ミラー６で反射される光を複数回入力結合ミラー６を透過させて共振器２内を周回させることができるので、入力光の使用率をさらに向上することができる。
【００３１】
なお、上記各実施の形態における共振器として、４枚のミラーにより周回光を周回させる場合を例として説明したが、５枚以上のミラー間を周回光が周回する構成とすることも可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１    非線形光学結晶
２    共振器
３    基本波光原
４    光検出器
５    制御回路
６    入力結合ミラー
７    共振器内ミラー
８    共振器内ミラー
９    共振器内ミラー
１０    多重反射ミラー
１１    アクチュエータ
１２    アクチュエータ
１３    周回光
１４    反射光
１５    周回光
１６    周回光
１７    反射光
１８    周回光
１９    反射光
２２    共振器
２３    周回光
２６    入力結合ミラー
２７    共振器内ミラー
２８    共振器内ミラー
２９    共振器内ミラー
【図１】
2013195859.tif 000003
【図２】
2013195859.tif 000004
【図３】
2013195859.tif 000005
【図４】
2013195859.tif 000006
【図５】
2013195859.tif 000007