(57)【要約】【課題】従来の技術と比較すると、複雑な構成を必要とせず、かつ、機械的な波長同調機構を必要としない多波長発振型光パラメトリック発振装置および多波長発振型光パラメトリック発振方法を提供する。【解決手段】複数の波長のレーザー光を出力する多波長発振型光パラメトリック発振装置において、レーザー出力するレーザー光の波長毎に独立してユニット化された光パラメトリック発振装置たる光パラメトリック発振ユニットを構成し、レーザー出力として得たいレーザー光の波長にあわせて上記光パラメトリック発振ユニットを一つ以上設けるようにした。【選択図】        図２
2016218373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長のレーザー光を出力する多波長発振型光パラメトリック発振装置において、
レーザー出力するレーザー光の波長毎に独立してユニット化された光パラメトリック発振装置たる光パラメトリック発振ユニットを構成し、
レーザー出力として得たいレーザー光の波長にあわせて前記光パラメトリック発振ユニットを一つ以上設けるようにした
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多波長発振型光パラメトリック発振装置において、
前記光パラメトリック発振ユニットは、
光パラメトリック発生過程で得られるシグナル光とアイドラー光とのいずれか一方の波長領域において高回折効率が得られる体積型回折素子を用いて光パラメトリック共振器を構成した
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項３】
請求項１に記載の多波長発振型光パラメトリック発振装置において、
前記光パラメトリック発振ユニットは、
光パラメトリック発生過程で得られるシグナル光とアイドラー光とのいずれか一方の波長領域において高回折効率が得られる体積型回折素子を用いて光パラメトリック増幅器を構成した
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項４】
請求項１、請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の多波長発振型光パラメトリック発振装置において、
前記光パラメトリック発振ユニットは、励起光が非線形光学結晶のレーザー発振軸と同軸に入射される
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項５】
請求項１、請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の多波長発振型光パラメトリック発振装置において、
前記光パラメトリック発振ユニットは、励起光が非線形光学結晶のレーザー発振軸と異なる方向から入射される
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項６】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の多波長発振型光パラメトリック発振装置において、
前記光パラメトリック発振ユニットは、励起光が波長可変レーザーより出力されたレーザー光である
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項７】
請求項２、請求項３、請求項４、請求項５または請求項６のいずれか１項に記載の多波長発振型光パラメトリック発振装置において、
前記光パラメトリック発振ユニットは、
前記体積型回折素子を設置するヒートシンクを有し、
前記ヒートシンクにより前記体積型回折素子を温調して回折波長をシフトさせて波長同調を行う
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項８】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６または請求項７のいずれか１項に記載の多波長発振型光パラメトリック発振装置において、
励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の波長を長波長側に波長変換して出力する
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項９】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６または請求項７のいずれか１項に記載の多波長発振型光パラメトリック発振装置において、
励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の波長を短波長側に波長変換して出力する
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項１０】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８または請求項９のいずれか１項に記載の多波長発振型光パラメトリック発振装置において、
前記光パラメトリック発振ユニットの後段に、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の出力を種光とする光パラメトリック発振器を有する
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項１１】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８または請求項９のいずれか１項に記載の多波長発振型光パラメトリック発振装置において、
前記光パラメトリック発振ユニットの後段に、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の出力を種光とする光パラメトリック増幅器を有する
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項１２】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８または請求項９のいずれか１項に記載の多波長発振型光パラメトリック発振装置において、
前記光パラメトリック発振ユニットの後段に、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の出力を新たな励起光とする光パラメトリック発振器を有する
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項１３】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８または請求項９のいずれか１項に記載の多波長発振型光パラメトリック発振装置において、
前記光パラメトリック発振ユニットの後段に、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の出力を新たな励起光とする光パラメトリック増幅器を有する
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項１４】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１、請求項１２または請求項１３のいずれか１項に記載の多波長発振型光パラメトリック発振装置において、さらに、
前記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれのレーザー出力を同軸上へ合成する偏光結合プリズムと
を有することを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項１５】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１、請求項１２または請求項１３のいずれか１項に記載の多波長発振型光パラメトリック発振装置において、さらに、
前記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれのレーザー出力を同軸上へ合成するプリズムと
を有することを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項１６】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１、請求項１２または請求項１３のいずれか１項に記載の多波長発振型光パラメトリック発振装置において、さらに、
前記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれのレーザー出力を同軸上へ合成する誘電体ミラーと
を有することを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項１７】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１、請求項１２または請求項１３のいずれか１項に記載の多波長発振型光パラメトリック発振装置において、さらに、
前記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれのレーザー出力を同軸上へ合成する回折素子と
を有することを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振装置。
【請求項１８】
複数の波長のレーザー光を出力する多波長発振型光パラメトリック発振方法において、
レーザー出力するレーザー光の波長毎に独立してユニット化された光パラメトリック発振装置たる光パラメトリック発振ユニットを、レーザー出力として得たいレーザー光の波長にあわせて一つ以上設け、前記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれからレーザー光をレーザー出力する
ことを特徴とする多波長発振型光パラメトリック発振方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多波長発振型光パラメトリック発振装置および多波長発振型光パラメトリック発振方法に関し、さらに詳細には、二つあるいはそれ以上の複数の波長のレーザー光を出力するレーザー光源として用いることのできる多波長発振型光パラメトリック発振装置および多波長発振型光パラメトリック発振方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、差分吸収型レーザーレーダー（ＤＩＡＬ）により、大気中の水蒸気のモニタリングなどが行われていることが知られている（非特許文献１を参照する。）。
【０００３】
この差分吸収型レーザーレーダーによる大気中の水蒸気のモニタリングとは、大気中の水蒸気の吸収線の帯域に合わせた波長のパルスレーザー光と大気中の水蒸気の吸収線の帯域を外した波長のパルスレーザー光とを同軸で出射し、出射された二つのパルスレーザー光の進行に伴う各距離における散乱光の強さの差を測定することにより、対象物質たる大気中の水蒸気の分布を得るようにしたものである。
【０００４】
従って、差分吸収型レーザーレーダーにおいては、二つの波長のレーザー光を出力するレーザー光源が必要であり、こうしたレーザー光源としては、例えば、レーザー媒質としてアレキサンドライト結晶やＴｉ：サファイア結晶などを用いた波長可変レーザー装置が広く用いられてきた。
【０００５】
こうした波長可変レーザー装置は、パルス毎に２波長を切り替えるための手段として、レーザー共振器内に波長同調素子、複屈折フィルター、エタロンなどを設けており、これらの回転や角度を変化させることにより二つの波長のパルスレーザー光を出力するようになされていた。
【０００６】
即ち、予め指定された２波長を交互に出力するレーザー光源たる波長可変レーザー装置においては、波長同調可能な広帯域で利得のあるレーザー媒質と波長同調手段とが必要であった。
【０００７】
しかしながら、所望の２波長がレーザー媒質の利得帯域内で得られない場合には、非線形光学結晶を使用した光パラメトリック発振装置を用いる必要があるとともに、精密なスペクトル制御を行うためには、例えば、図１に示すような複雑な機械構造を備えた多波長発振型光パラメトリック発振装置を構築せざるを得なかった。
【０００８】
ここで、図１を参照しながら従来の多波長発振型光パラメトリック発振装置について説明すると、従来の多波長発振型光パラメトリック発振装置１００においては、高効率で所定の波長のレーザー光を反射する高反射鏡１０２と、所定の効率で所定の波長のレーザー光をレーザー出力として透過するとともにそれ以外のレーザー光を反射する出力結合鏡１０４とにより、レーザー共振器が構成されている。
【０００９】
このレーザー共振器内には、広帯域な光パラメトリック利得媒質としての非線形光学結晶たる二つのβ−ＢａＢ２Ｏ４（以下、本明細書においては適宜に「ＢＢＯ」と称する。）結晶１０６、１０８と、励起光をレーザー共振器内に入射するための入力結合鏡１１０と、周波数スケールで発振波長を精密制御するためのエタロン１１２とが設けられている。
【００１０】
なお、符号１１４はＢＢＯ結晶１０６の回転を制御するためのＢＢＯ結晶回転機構を示し、符号１１６はＢＢＯ結晶１０８の回転を制御するためのＢＢＯ結晶回転機構を示し、符号１１８はエタロン１１２の傾斜角度を制御するためのエタロン傾斜調整機構を示す。
【００１１】
以上の構成において、多波長発振型光パラメトリック発振装置１００によれば、レーザー共振器内に励起光を入射することにより、光パラメトリック発生過程（ＢＢＯ結晶などの非線形光学結晶が励起光の波長に応じたシグナル光とアイドラー光とを発生させる過程）による光パラメトリック発振によってレーザー光が出力される。
【００１２】
即ち、多波長発振型光パラメトリック発振装置１００は、広帯域な光パラメトリック利得媒質としてＢＢＯ結晶１０６を用い、波長同調する手段として、ＢＢＯ結晶回転機構１１４によりＢＢＯ結晶１０６の角度を主平面内で機械的に回転している。
【００１３】
そして、このＢＢＯ結晶１０６の回転により生じる光路ずれを補正するために、ＢＢＯ結晶１０６と同様のＢＢＯ結晶１０８を鏡像対称となるように配置し、ＢＢＯ結晶回転機構１１６によりＢＢＯ結晶１０８の角度を主平面内で逆方向に回転させる必要があった。
【００１４】
ここで、この多波長発振型光パラメトリック発振装置１００の発振波長は、励起レーザーから出力される励起光の光軸と、入力結合鏡１１０および出力結合鏡１０４で定められる共振器軸と、ＢＢＯ結晶１０６、１０８の光軸とのなす角度において、励起波長に応じた２波長のシグナル光とアイドラー光とにより得られ、通常、どちらかの発振波長を選択し、ＢＢＯ結晶１０６、１０８の角度調整あるいは温度調整をすることで所望の２波長を交互に同調させるようにしている。
【００１５】
また、多波長発振型光パラメトリック発振装置１００においては、上記したＢＢＯ結晶１０６、１０８の回転に加え、さらに周波数スケールで精密波長制御をするためにエタロン１１２の傾斜角度をエタロン傾斜調整機構１１８により機械的に同期させている。
【００１６】
従って、ＢＢＯ結晶１０６、１０８を回転させる二個の一対のＢＢＯ結晶回転機構１１４、１１６とエタロン１１２を傾斜角度を調整するエタロン傾斜調整機構１１８とを波長ごとに機械的に同調させる必要があり、システムが複雑になるという問題点に加え、２波長の同調速度はＢＢＯ結晶回転機構１１４、１１６ならびにエタロン傾斜調整機構１１８の機械的性能により制限されるという問題点があった。
【００１７】
一方、多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記したＢＢＯ結晶回転機構１１４、１１６のような機械的な波長同調機構を設けることなく、電子冷却機構などでＢＢＯ結晶を温度調整して発振波長を得る場合には、高速同調性に欠けるようになるという新たな問題点を招来するものであった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】長澤親生、阿保真、内野修、「ＰＡＳセルを用いた準同時２波長水蒸気差分吸収ライダー」、平成６年１２月、社団法人レーザー学会、レーザー研究、第２２巻、ｐｐ１０００−１００６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の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、従来の技術と比較すると、複雑な構成を必要とせず、かつ、機械的な波長同調機構を必要としない多波長発振型光パラメトリック発振装置および多波長発振型光パラメトリック発振方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明は、レーザー出力するレーザー光の波長毎にユニット化された光パラメトリック発振装置たる光パラメトリック発振ユニットを１ユニット以上設けるようにしたものである。
【００２１】
従って、本発明によれば、波長毎にコンパクトな光源をユニット化することができ、冗長性の高い複数の波長のレーザー出力を得ることのできる多波長発振型光パラメトリック発振装置が得られる。
【００２２】
また、本発明によれば、複雑で不安定な機械的な波長同調機構を用いないので、安定した波長出力が可能となる。
【００２３】
即ち、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、複数の波長のレーザー光を出力する多波長発振型光パラメトリック発振装置において、レーザー出力するレーザー光の波長毎に独立してユニット化された光パラメトリック発振装置たる光パラメトリック発振ユニットを構成し、レーザー出力として得たいレーザー光の波長にあわせて上記光パラメトリック発振ユニットを一つ以上設けるようにしたものである。
【００２４】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットは、光パラメトリック発生過程で得られるシグナル光とアイドラー光とのいずれか一方の波長領域において高回折効率が得られる体積型回折素子を用いて光パラメトリック共振器を構成するようにしたものである。
【００２５】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットは、光パラメトリック発生過程で得られるシグナル光とアイドラー光とのいずれか一方の波長領域において高回折効率が得られる体積型回折素子を用いて光パラメトリック増幅器を構成するようにしたものである。
【００２６】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットは、励起光が非線形光学結晶のレーザー発振軸と同軸に入射されるようにしたものである。
【００２７】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットは、励起光が非線形光学結晶のレーザー発振軸と異なる方向から入射されるようにしたものである。
【００２８】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットは、励起光が波長可変レーザーより出力されたレーザー光であるようにしたものである。
【００２９】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットは、上記体積型回折素子を設置するヒートシンクを有し、上記ヒートシンクにより上記体積型回折素子を温調して回折波長をシフトさせて波長同調を行うようにしたものである。
【００３０】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の波長を長波長側に波長変換して出力するようにしたものである。
【００３１】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の波長を短波長側に波長変換して出力するようにしたものである。
【００３２】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットの後段に、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の出力を種光とする光パラメトリック発振器を有するようにしたものである。
【００３３】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットの後段に、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の出力を種光とする光パラメトリック増幅器を有するようにしたものである。
【００３４】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットの後段に、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の出力を新たな励起光とする光パラメトリック発振器を有するようにしたものである。
【００３５】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、上記光パラメトリック発振ユニットの後段に、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の出力を新たな励起光とする光パラメトリック増幅器を有するようにしたものである。
【００３６】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、さらに、上記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれのレーザー出力を同軸上へ合成する偏光結合プリズムとを有するようにしたものである。  
【００３７】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、さらに、上記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれのレーザー出力を同軸上へ合成するプリズムとを有するようにしたものである。
【００３８】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、さらに、上記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれのレーザー出力を同軸上へ合成する誘電体ミラーとを有するようにしたものである。
【００３９】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記した本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置において、さらに、上記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれのレーザー出力を同軸上へ合成する回折素子とを有するようにしたものである。
【００４０】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振方法は、複数の波長のレーザー光を出力する多波長発振型光パラメトリック発振方法において、レーザー出力するレーザー光の波長毎に独立してユニット化された光パラメトリック発振装置たる光パラメトリック発振ユニットを、レーザー出力として得たいレーザー光の波長にあわせて一つ以上設け、上記光パラメトリック発振ユニットのそれぞれからレーザー光をレーザー出力するようにしたものである。
【発明の効果】
【００４１】
本発明は、以上説明したように構成されているため、従来の技術と比較すると、複雑な構成を必要とせず、かつ、機械的な波長同調機構を必要としない多波長発振型光パラメトリック発振装置および多波長発振型光パラメトリック発振方法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】
【００４２】
【図１】図１は、従来の多波長発振型光パラメトリック発振装置の一例の概念構成説明図である。
【図２】図２は、本発明による光パラメトリック発振ユニットの実施の形態の一例を示す概念構成説明図である。
【図３】図３は、非同軸位相整合により所望の波長を出力させる手法について示す概念構成説明図である。
【図４】図４は、本発明による光パラメトリック発振ユニットの他の実施の形態を示す概念構成説明図である。
【図５】図５は、本発明による光パラメトリック発振ユニットの他の実施の形態を示す概念構成説明図である。
【図６】図６は、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置の実施の形態の一例を示す概念構成説明図である。
【図７】図７は、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置の実施の形態の一例を示す概念構成説明図である。
【図８】図８は、本発明による光パラメトリック発振ユニットの他の実施の形態を示す概念構成説明図である。
【図９】図９は、本発明による光パラメトリック発振ユニットの他の実施の形態を示す概念構成説明図である。
【図１０】図１０は、本発明による光パラメトリック発振ユニットの他の実施の形態を示す概念構成説明図である。
【図１１】図１１は、複数の光パラメトリック発振ユニットから出射される複数の波長のレーザー光を同軸で多波長発振型光パラメトリック発振装置から出射する手法を示す概念構成説明図である。
【図１２】図１２は、複数の光パラメトリック発振ユニットから出射される複数の波長のレーザー光を同軸で多波長発振型光パラメトリック発振装置から出射する手法を示す概念構成説明図である。
【図１３】図１３は、複数の光パラメトリック発振ユニットから出射される複数の波長のレーザー光を同軸で多波長発振型光パラメトリック発振装置から出射する手法を示す概念構成説明図である。
【図１４】図１４は、複数の光パラメトリック発振ユニットから出射される複数の波長のレーザー光を同軸で多波長発振型光パラメトリック発振装置から出射する手法を示す概念構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置および多波長発振型光パラメトリック発振方法の実施の形態について詳細に説明するものとする。
【００４４】
なお、各図において同一または相当する構成については、同一の符号を付して示すことにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は適宜に省略する。
【００４５】
本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、レーザー出力するレーザー光の波長毎に独立してユニット化された光パラメトリック発振装置たる光パラメトリック発振ユニットを、レーザー出力として得たいレーザー光の波長にあわせて１ユニット以上設けるようにしたものである。
【００４６】
図２には、こうした光パラメトリック発振ユニットの概念構成説明図が示されている。この図２に示す光パラメトリック発振ユニット１０は、光パラメトリック発振によりレーザー出力としてある特定の所望の波長のレーザー光を出射するものであり、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置はこうした光パラメトリック発振ユニット１０を１ユニット以上設けることにより構成される。
【００４７】
ここで、光パラメトリック発振ユニット１０においては、高効率で所定の波長のレーザー光を回折する体積型回折格子などの体積型回折素子１２と、所定の効率で所定の波長のレーザー光をレーザー出力として透過するとともにそれ以外のレーザー光を反射する出力結合鏡１４とにより、レーザー共振器が構成されている。
【００４８】
そして、このレーザー共振器内に、非線形光学結晶としてＢＢＯ結晶１６が設けられている。
【００４９】
即ち、光パラメトリック発振ユニット１０は、非線形光学結晶としてＢＢＯ結晶１６を用い、高反射鏡として機能する体積型回折素子１２と出力結合鏡１４とによりレーザー共振器を構成しているものである。
【００５０】
また、符号１８は、レーザー共振器内に入射される励起光のプロファイルを整形してＢＢＯ結晶１６に入射するための励起光整形光学系である。こうした励起光整形光学系１８としては、例えば、球面レンズやシリンドリカルレンズなどを用いることができる。
【００５１】
体積型回折素子１２には、励起光整形光学系１８を介して励起光が垂直入射（入射角０度）で入射されるように設定されている。
【００５２】
なお、体積型回折素子１２としては、垂直入射（入射角０度）で、例えば、９９％以上の高回折効率が得られて正反射が行われる体積型回折素子を用いることが好ましい。
【００５３】
具体的には、体積型回折素子１２に用いることができる体積型回折素子としては、例えば、米国特許第７，３９４，８４２号に開示された体積型回折素子にかかる発明を利用することができる。この米国特許第７，３９４，８４２号に開示された体積型回折素子にかかる発明による体積型回折素子は、米国のＯｐｔｉＧｒａｔｅ社から市販されている。
【００５４】
こうした市販されている体積型回折素子を本発明における体積型回折素子１２として用いる場合には、光パラメトリック発振ユニット１０からレーザー出力されるレーザー光のパルス幅および繰り返し周波数は、光パラメトリック発振ユニット１０のレーザー共振器に入射される励起光の動作に準じることになる。
【００５５】
また、市販されている体積型回折素子は、最大回折効率が得られる波長を２０ｐｍ単位で設定することができ、また、入射角度が０度入射（垂直入射）で９９％以上の回折効率が得られ、かつ、シリケートガラスに回折格子が形成されているので、体積型回折素子の端面に励起光用の低反射率コーティングを施すことで、図２に示すように体積型回折素子１２越しに励起光をＢＢＯ結晶１６に照射することが可能である。
【００５６】
以上の構成において、光パラメトリック発振ユニット１０のレーザー共振器内に励起光整形光学系１８を介して励起光が入射されてＢＢＯ結晶１６に集光されると、光パラメトリック発振によりレーザー出力として出力結合鏡１４からレーザー光が出射される。
【００５７】
なお、この場合には、励起光は、体積型回折素子１２に垂直入射（入射角０度）され、かつ、非線形光学結晶たるＢＢＯ結晶１６のレーザー発振軸と同軸に入射されることになる。
【００５８】
つまり、定まった波長で回折効率を高く設計し製作した体積型回折素子１２をレーザー共振器の高反射鏡として用いて、単純な構成の光パラメトリック発振器を構築して光パラメトリック発振ユニット１０とすることで、レーザー出力として予め定められた波長のレーザー光を出力することができる。
【００５９】
ここで、光パラメトリック発振ユニット１０からの光出力は、励起光の波長とＢＢＯ結晶１６への励起光の入射角度とに応じて決まるが、第２次非線形光学効果を用いる場合には、シグナル光とアイドラー光とのそれぞれ異なる二つの波長が出力される。
【００６０】
励起光の波長（λｐｕｍｐ）とシグナル光の波長（λｓｉｇｎａｌ）とアイドラー光の波長（λｉｄｌｅｒ）との関係は、
１／λｐｕｍｐ＝１／λｓｉｇｎａｌ＋１／λｉｄｌｅｒ
で表される。
【００６１】
ここで、
λｓｉｇｎａｌ＜λｉｄｌｅｒ
と定義する。
【００６２】
非線形光学結晶たるＢＢＯ結晶１６の温度あるいは角度を調整することで、シグナル光とアイドラー光との波長を変えることが可能であり、縮退点においては両者は同一波長となる。
【００６３】
即ち、
λｓｉｇｎａｌ＝ λｉｄｌｅｒ
となる。
【００６４】
従って、光パラメトリック発振ユニット１０を使用する環境温度を想定し、特定の波長が得られる方向にＢＢＯ結晶１６をカットしたものを使用することで、体積型回折素子１２の設計波長と同調した光パラメトリック発振出力を得ることが可能となる。
【００６５】
ここで、光パラメトリック発振ユニット１０において、光パラメトリック発生過程で得られるシグナル光とアイドラー光とのいずれか一方の波長領域において高回折効率が得られる体積型回折素子１２を用いることにより、光パラメトリック発振ユニット１０からシグナル光とアイドラー光との二つの波長のレーザー出力を得ることができる。
【００６６】
具体的には、シグナル光の波長領域において高回折効率が得られる体積型回折素子１２を用いた場合には、共振したシグナル光とそれに応じて差周波発生するアイドラー光との二つの波長のレーザー出力が得られ、少なくともいずれか一方の波長を所望の波長に同調させることができる。一方、アイドラー光の波長領域において高回折効率が得られる体積型回折素子１２を用いた場合には、共振したアイドラー光とそれに応じて差周波発生するシグナル光との二つの波長のレーザー出力が得られ、少なくともいずれか一方の波長を所望の波長に同調させることができる。
【００６７】
ここで、一つの光パラメトリック発振ユニット１０において、二つの所望の波長を得る場合には、公知の波長可変レーザーを用いることで、励起光の波長を調整し、シグナル光の波長とアイドラー光の波長とをそれら二波長に容易に一致させることが可能となる。
【００６８】
波長可変レーザーとしては、例えば、アレキサンドライト結晶やＴｉ：サファイア結晶などを用いた固体レーザー、Ｙｂ添加ファイバーやＹｂ添加ファイバーを用いたファイバーレーザー、ＢＢＯ結晶やＫＴＰ結晶を使用した光パラメトリック発振器等に代表される、広帯域で利得を持つあらゆる媒質を使用したレーザー装置を用いることができる。
【００６９】
あらかじめ発振波長を共振器で固定してユニット化した光パラメトリック発振ユニット１０を必要な波長の数だけ設定し、それぞれの光パラメトリック発振ユニット１０からレーザー光を複数同軸上に出力することにより、信頼性の高い多波長発振型光パラメトリック発振装置を得ることができる。
【００７０】
次に、図３には、共振器軸に対して励起光の光軸が非線形光学結晶たるＢＢＯ結晶１６内にて交差するようにして励起光を入射する、所謂、非同軸位相整合により、所望の波長を出力させる手法について示している。
【００７１】
即ち、この場合には、励起光は、非線形光学結晶たるＢＢＯ結晶１６のレーザー発振軸とは異なる方向から入射されることになる。
【００７２】
ここで、シグナル光において体積型回折素子１２の回折効率を高く設計することで、反射シグナル光出力の発振方向は共振器軸により定められ、アイドラー光の出力方向は励起光およびシグナル光の波数ベクトルの整合により方向が定まるため、アイドラー光出力はシグナル光出力とは異なる方向に伝搬する。
【００７３】
従って、光学素子を使用せずに、励起光とアイドラー光とをシグナル光から分離することが可能となる。
【００７４】
次に、図４には、本発明による光パラメトリック発振ユニットの他の実施の形態が示されている。
【００７５】
この光パラメトリック発振ユニット２０は、体積型回折素子１２を通さずにＢＢＯ結晶１６の片側から励起するようにしたリング共振器を構成するものである。なお、符号２２は入力結合鏡であり、符号２４は出力結合鏡である。
【００７６】
光パラメトリック発振ユニット２０においては、体積型回折素子１２は波長に対して４５度入射で９９％以上の回折効率が得られるように設計し、共振器の一つのミラーとして使用する。
【００７７】
この図４に示す例においては、ＢＢＯ結晶１６直後の出力結合鏡２４を励起光波長とアイドラー光波長とに対して高透過率となるように設計することにより、体積型回折素子１２に励起光出力を通過させず、かつ、アイドラー光出力をシグナル光出力と分離することが可能となる。
【００７８】
次に、図５には、本発明による光パラメトリック発振ユニットの他の実施の形態が示されている。
【００７９】
この光パラメトリック発振ユニット３０は、ＳＨＧ結晶３２により体積型回折素子１２で反射される光出力の第二高調波の波長（λＳＨＧ）を発生させることで、所望の波長を出力させる手法を示した構成例である。
【００８０】
ここで、一つの所望の波長（λ１）との関係は、
λ１＝λＳＨＧ ＝λｓｉｇｎａｌ／２
で表される。
【００８１】
即ち、光パラメトリック発振ユニット３０において、共振器内に第二高調波発生用の非線形光学素子たるＳＨＧ結晶３２を設置することで、シグナル光の共振器内出力を入力として使用することが可能であり、非常に高い効率の第二高調波光を得ることができる。
【００８２】
さらに、体積型回折素子１２で反射される光と励起光との和周波混合光の波長（λＳＦＧ）を発生させること（１／λ１＝１／λＳＦＧ＝１／λｐｕｍｐ＋１／λｓｉｇｎａｌ）や、シグナル光とアイドラー光との差周波混合光の波長 （λＤＦＧ）を発生させること（１／λ１＝１／λＤＦＧ＝１／λｓｉｇｎａｌ−１／λｉｄｌｅｒ）も可能であり、種々の波長変換過程を組み合わせて使用することで波長選択性が向上し、容易に所望の波長を出力させることが可能である。
【００８３】
次に、図６には、光パラメトリック発振ユニット１０を二つ用いて、第一の波長として波長Ａと第二の波長として波長Ｂとの異なる二つの波長のレーザー光を出力する本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置の実施の形態の一例が示されている。
【００８４】
なお、図６に示す本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置４０においては、波長Ａのレーザー光（シグナル波長出力：波長λｓｉｇｎａｌ１）をレーザー出力する光パラメトリック発振ユニット１０は光パラメトリック発振ユニット１０−Ａの符号で示し、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａにおける体積型回折格子１２は波長Ａ用体積型回折格子として符号１２−Ａで示し、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａにおける波長Ａ用のＢＢＯ結晶１６はＢＢＯ結晶１６−Ａで示している。
【００８５】
同様に、図６に示す本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置４０においては、波長Ｂのレーザー光（シグナル波長出力：波長λｓｉｇｎａｌ２）をレーザー出力する光パラメトリック発振ユニット１０は光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂの符号で示し、光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂにおける体積型回折格子１２は波長Ｂ用体積型回折格子として符号１２−Ｂで示し、光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂにおける波長Ｂ用のＢＢＯ結晶１６はＢＢＯ結晶１６−Ｂで示している。
【００８６】
なお、ＢＢＯ結晶１６−ＡとＢＢＯ結晶１６−Ｂとの２個のＢＢＯ結晶は、通常、異なる設計のものを用いることになる。
【００８７】
また、符号４２、４４、４６は光パラメトリック発振ユニット１０−Ａにおける励起光高反射鏡であり、符号４８、５０、５２は光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂにおける励起光高反射鏡である。
【００８８】
この多波長発振型光パラメトリック発振装置４０は、さらなる高出力化を図ることができるものであり、共振器内部に励起光高反射鏡４２、４４、４６、４８、５０、５２を配置し、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂとを通過させずに励起光を非線形光学結晶たるＢＢＯ結晶１６−Ａ、１６−Ｂの片側から入射させ、励起光波長に応じたシグナル光出力より、波長Ａと波長Ｂとの所望の二波長をそれぞれ光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂとで発生するようにしたものである。
【００８９】
即ち、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂとはそれぞれ、中心にＢＢＯ結晶１６−Ａ、１６−Ｂを配置し、それぞれその両側の一方側（図６における左方側）に共振器の高反射鏡として波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａと波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂとを配置し、その両側の他方側（図６における右方側）に共振器の出力結合鏡４２、４８を配置するように配設した。
【００９０】
こうした多波長発振型光パラメトリック発振装置４０によれば、共振器内に配置した励起光高反射鏡４２、４４、４６、４８、５０、５２によって光パラメトリック出力と励起光出力との光路を分離できる。
【００９１】
多波長発振型光パラメトリック発振装置４０においては、励起光は波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａ、波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂを通過することがないため、励起光が波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａ、波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂを通過することに伴うレーザー強度の低減を避けることができるとともに、励起光が波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａ、波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂを通過することに伴う波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａ、波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂの損傷が防止され、結果として高出力化が可能となる。
【００９２】
また、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａ、１０−Ｂ内に入射された励起光を折り返す励起光折り返し鏡として機能する励起光高反射鏡４６、５２を設置したため、励起光はＢＢＯ結晶１６−Ａ、１６−Ｂを２回通過することになり、励起光の強度の閾値を最大で約２倍程度下げることが可能になる。
【００９３】
ここで、多波長発振型光パラメトリック発振装置４０における励起光としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波を使用することができ、例えば、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａ、１０−Ｂともそれぞれパルス幅１０ｎｓ程度のパルスレーザー光を用いればよい。
【００９４】
光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂとのそれぞれにパルス幅１０ｎｓの励起光を用いることで、レーザー出力として同等のパルス幅のレーザー光を得ることができる。
【００９５】
また、多波長発振型光パラメトリック発振装置４０は、共振器構成が上記した従来の多波長発振型光パラメトリック発振装置１００よりも単純で、かつ、共振器内素子が非線形光学結晶たるＢＢＯ結晶と鏡以外にないことから、従来の多波長発振型光パラメトリック発振装置１００に比べて２倍以上の発振効率を得ることができる。
【００９６】
また、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂとに入射する励起光は、同一の光源から得るものに限られるものではなく、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂとでそれぞれ異なる独立の光源から得ることができる。
【００９７】
光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂとでそれぞれ異なる独立の光源から励起光を得る場合には、励起用光源（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーである。）のそれぞれの規模を小さくすることができ、システム設計上、安定性の高い励起レーザーを使うことができるようになる。
【００９８】
なお、図１に示すような体積型回折素子を用いない従来の高反射鏡と出力結合鏡との２枚の鏡により構成される共振器構成においても、ＢＢＯ結晶でＴｙｐｅ−１位相整合の光パラメトリック発生過程の縮退点近辺を避けて使用する場合には、結晶角度調整だけで可視光から近赤外光の領域では数ｎｍのスペクトル線幅とｎｍ単位での中心波長精度で発振出力を得ることが可能である。
【００９９】
一方、多波長発振型光パラメトリック発振装置４０のように、波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａならびに波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂとして上記した市販の体積型回折格子を用いる場合には、その波長選択能は、温調された素子では２０ｐｍまで可能になっているため、通常の吸収スペクトルには容易に同調でき、２０ｐｍ単位で波長を設定することができる。
【０１００】
例えば、多波長発振型光パラメトリック発振装置４０において、波長λｐｕｍｐ＝５３２ｎｍの励起光をθ１＝２１°カットのＢＢＯ結晶１６−Ａに対して室温（Ｔ１＝２０℃）で垂直入射する場合には、シグナル光波長λｓｉｇｎａｌ１〜７００ｎｍ、アイドラー光波長約λｉｄｌｅｒ１〜２２１８ｎｍの出力が得られ、７００ｎｍで回折効率を９９％以上で設計した波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａを使用することで、温調によりさらに２０ｐｍ単位で正確に同調可能な７００ｎｍ帯の波長Ａを得ることができる。
【０１０１】
ここで、θ（θ１、θ２）はＢＢＯ結晶１６（ＢＢＯ結晶１６−Ａ、ＢＢＯ結晶１６−Ｂ）の主平面内における光軸とレーザー入射方向のなす角度として定義される。
【０１０２】
一方、同じ環境下で、励起光源からの分岐出力を使用し、θ２＝２２°カットのＢＢＯ結晶１６−Ｂに室温（Ｔ２＝２０℃）で垂直入射することで、シグナル光波長λｓｉｇｎａｌ２〜８００ｎｍ、アイドラー光波長λｉｄｌｅｒ２〜１５８９ｎｍの出力が得られ、８００ｎｍで回折効率を９９％以上で設計した波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂを使用することで、温調によりさらに２０ｐｍ単位で正確に同調可能な８００ｎｍ帯の波長Ｂを得ることができる。
【０１０３】
また、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂとのそれぞれにおける出力結合鏡１４をアイドラー光で高反射となるように設計することで、シグナル光から得られる特定の２波長（波長Ａおよび波長Ｂ）のみを、多波長発振型光パラメトリック発振装置４０から取り出すことが可能になる。
【０１０４】
次に、図７には、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置の他の実施の形態が示されている。
【０１０５】
この図７に示す多波長発振型光パラメトリック発振装置６０は、発振波長精度を高めるために、波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａと波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂとをそれぞれヒートシンク６２−Ａ、６２−Ｂに設置し、室温より高く設定する場合にはヒーターを内蔵させ、低く設定する場合には電子冷却機構を取り入れるようにした点において、多波長レーザー発振装置４０と異なっている。
【０１０６】
本願発明者の実験によると、多波長発振型光パラメトリック発振装置６０によれば、１Ｋあたりの変化で８ｐｍ回折波長をシフトすることができた。
【０１０７】
即ち、波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａと波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂとを同じ設計とし、ヒートシンク６２−Ａ、６２−Ｂにより設置温度を１０℃変えることで、発振波長を８０ｐｍ変えることができた。
【０１０８】
一方、波長５３２ｎｍの励起光を使用し、１ｃｍのＢＢＯ結晶をθ＝２２°でカットしたものを使用した場合には、共振器軸方向におけるシグナルのスペクトル線幅は５ｎｍ以下となり、シグナル光の共振器内のラウンドトリップ数で狭線化されるが、本発明による体積型回折素子の温度同調幅から比べると十分に広い。
【０１０９】
つまり、所望の波長Ａと波長Ｂとが近接している場合には、同じ設計の波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａおよび波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂと同じ設計のＢＢＯ結晶１６−ＡおよびＢＢＯ結晶１６−Ｂとを準備し、ヒートシンク６２−Ａ、６２−Ｂにより波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａと波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂとをそれぞれの波長に温度同調させることで、多波長発振型光パラメトリック発振装置６０を大気中の水蒸気観測のための差分吸収型レーザーレーダーの光源として利用可能である。
【０１１０】
一方、所望の波長Ａと波長Ｂが近接していない場合においては、波長Ａ用体積型回折格子１２−Ａと波長Ｂ用体積型回折格子１２−Ｂとは別設計とする必要があるが、ヒーターや電子冷却機構を装備することで、使用環境温度が多少変化した場合においても、正確に発振波長を定めることが可能となる。
【０１１１】
次に、図８には、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置を構成する光パラメトリック発振ユニットの他の実施の形態が示されている。
【０１１２】
この図８に示す光パラメトリック発振ユニット７０は、出力結合鏡を設置せずに光パラメトリック発生器および増幅器を構成し、所望の波長において高反射率の折り返しミラーとして波長Ａ用体積型回折素子１２−Ａを用いたものであり、出力結合鏡を設けていない点において光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと異なる。
【０１１３】
ここで、光パラメトリック発振ユニット７０において、励起光は高反射鏡４２によりＢＢＯ結晶１６−Ａに入射され、光パラメトリック発生過程により励起光の波長に応じたシグナル光とアイドラー光がＢＢＯ結晶１６−Ａから発生する。励起光は高反射鏡４４、４６により再度、ＢＢＯ結晶１６−Ａに入射され、波長Ａ用体積型回折素子１２−Ａにより反射されるシグナル光あるいはアイドラー光をＢＢＯ結晶１６−Ａ内で増幅するという、所謂、光パラメトリック発生・増幅器を構成する。このような光パラメトリック発振ユニットは、励起光のパルス幅がピコ秒やフェムト秒パルスのように、ピークパワーが高いが、共振器を組んだ際にラウンドトリップ数が稼げない場合に有効な手段となる。
【０１１４】
次に、図９には、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置を構成する光パラメトリック発振ユニットの他の実施の形態が示されている。
【０１１５】
この図９に示す光パラメトリック発振ユニット７２は、共振器内に波長Ａ用体積型回折素子１２−Ａを構成した光パラメトリック発振ユニット１０−Ａと、励起光高反射鏡７３と入力結合鏡７４と出力結合鏡７５と非線形光学結晶であるＢＢＯ結晶１６とで発振器を構成した公知の光パラメトリック発振器７６とを組み合わせて構成した例である。
【０１１６】
波長Ａ用体積型回折素子１２−Ａの効果により、狭線幅のシグナル光とアイドラー光とが得られるため、ここではシグナル光を狭線幅種光として、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａの後段に公知の光パラメトリック発振器７６を構成することで、増幅したシグナル光あるいはアイドラー光により、所望の波長において狭線幅でさらなる高出力化が可能となる。
【０１１７】
なお、光パラメトリック発振ユニット７２におけるＢＢＯ結晶１６と光パラメトリック発振器７６におけるＢＢＯ結晶１６との２個のＢＢＯ結晶は、通常、同じ設計のものを用いることになる。
【０１１８】
また、図９に示す光パラメトリック発振ユニット７２において、出力結合鏡１４を備えた光パラメトリック発振ユニット１０−Ａに代えて、光パラメトリック発振ユニット７０のように出力結合鏡を設置しない光パラメトリック発振ユニットからの出力を種光として用いることもできる。
【０１１９】
また、図９に示す光パラメトリック発振ユニット７２において、光パラメトリック発振器７６に代えて、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａの後段に出力結合鏡を設置しない公知の光パラメトリック増幅器を組み合わせて使用してもよい。
【０１２０】
次に、図１０には、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置を構成する光パラメトリック発振ユニットの他の実施の形態が示されている。
【０１２１】
この図１０に示す光パラメトリック発振ユニット７７は、共振器内に体積型回折素子１２を構成した光パラメトリック発振ユニット１１と、入力結合鏡７４と出力結合鏡７５と非線形光学結晶であるＢＢＯ結晶１６’とで発振器を構成した公知の光パラメトリック発振器７８とを組み合わせて構成した例である。
【０１２２】
なお、光パラメトリック発振ユニット１１におけるＢＢＯ結晶１６と光パラメトリック発振器７８におけるＢＢＯ結晶１６’との２個のＢＢＯ結晶は、通常、異なる設計のものを用いることになる。
【０１２３】
また、符号７９は、前段に位置する光パラメトリック発振器たる光パラメトリック発振ユニット１１のシグナル波長出力（前段シグナル波長出力）と、後段に位置する光パラメトリック発振器７８のシグナル波長出力（後段シグナル波長出力）およびアイドラー波長出力（後段アイドラー波長出力）とを弁別して出力する弁別鏡である。
【０１２４】
体積型回折素子１２の効果により、狭線幅のシグナル光とアイドラー光とが得られるため、ここではシグナル光を狭線幅励起光として、光パラメトリック発振ユニット１１の後段に公知の光パラメトリック発振器７８を構成することで、前段のシグナル光の波長に応じて新たに異なる波長のシグナル光とアイドラー光との発生が可能となり、少なくともいずれか一方を所望の波長へ同調することが可能となる。
【０１２５】
前段の光パラメトリック発振ユニット１１で発生されるシグナル光の波長（λｓｉｇｎａｌ１）と、後段の光パラメトリック発振器７８の励起光の波長（λｐｕｍｐ１’）と、後段の光パラメトリック発振器７８で新たに発生するシグナル光の波長(λｓｉｇｎａｌ１’)と、後段の光パラメトリック発振器７８で新たに発生するアイドラー光の波長(λｉｄｌｅｒ１’)との関係は、
１／λｓｉｇｎａｌ１  ＝１／λｐｕｍｐ１’＝１／λｓｉｇｎａｌ１’＋１／λｉｄｌｅｒ１’
で表される。
【０１２６】
つまり、光パラメトリック発振ユニット７７によれば、直列に配置した２段の光パラメトリック発振器から４波長、前段の励起光波長含めると５波長得られることになり、波長選択性が著しく向上し、容易に所望の波長を複数出力させることが可能である。
【０１２７】
また、図１０に示す光パラメトリック発振ユニット７７において、出力結合鏡１４を備えた光パラメトリック発振ユニット１１に代えて、光パラメトリック発振ユニット７０のように出力結合鏡を設置しない光パラメトリック発振ユニットからの出力を励起光として用いることもできる。
【０１２８】
また、図１０に示す光パラメトリック発振ユニット７７において、光パラメトリック発振器７８に代えて、光パラメトリック発振ユニット１１の後段に出力結合鏡を設置しない公知の光パラメトリック増幅器を組み合わせて使用してもよい。
【０１２９】
次に、図１１、図１２、図１３ならびに図１４を参照しながら、本発明による複数の光パラメトリック発振ユニットから出射される複数の波長のレーザー光を同軸で多波長発振型光パラメトリック発振装置から出射する手法について説明する。
【０１３０】
まず、図１１には、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａから出射される波長Ａのレーザー光と光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂから出射される波長Ｂのレーザー光とを光学手段で合成して同軸で出射する場合の例を示している。
【０１３１】
具体的には、波長Ａと波長Ｂとの二波長出力時の波長Ａと波長Ｂとの出力の合成を、光学手段たる偏光結合プリズム８０のｓ偏光入射とｐ偏光入射とによる偏光合成で同軸出力するようにしたものである。
【０１３２】
次に、図１２は、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａから出射される波長Ａのレーザー光と光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂから出射される波長Ｂのレーザー光とを光学手段で合成して同軸で出射する場合の例を示している。
【０１３３】
具体的には、波長Ａと波長Ｂとの二波長出力時の波長Ａと波長Ｂとの出力の合成を、光学手段たるプリズム８２の波長による光屈折角の違いを利用して、同軸出力するようにしたものである。
【０１３４】
次に、図１３は、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａから出射される波長Ａのレーザー光と光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂから出射される波長Ｂのレーザー光とを光学手段で合成して同軸で出射する場合の例を示している。
【０１３５】
具体的には、波長Ａと波長Ｂとの二波長出力時の波長Ａと波長Ｂとの出力の合成を、光学手段たる、誘電体多層膜を基盤の表面に蒸着した、所謂、誘電体ミラー８４を介して、波長Ａにおいて高透過率で波長Ｂにおいて高反射率で同軸出力するようにしたものである。
【０１３６】
次に、図１４は、光パラメトリック発振ユニット１０−Ａから出射される波長Ａのレーザー光と光パラメトリック発振ユニット１０−Ｂから出射される波長Ｂのレーザー光と光パラメトリック発振ユニット１０−Ｃから出射される波長Ｃのレーザー光と光パラメトリック発振ユニット１０−Ｄから出射される波長Ｄのレーザー光とを光学手段で合成して同軸で出射する場合の例を示している。
【０１３７】
同一軸で同等の偏波方向を持つ出力が必要な場合には、図１２に示すように、光学手段たる回折素子９０、９２、９４の回折によるビーム結合により光路合成すればよい。
【０１３８】
また、図１４に示す構成によれば、二波長以上の波長のレーザー出力の同軸出力が可能になる。
【０１３９】
以上において説明したように、上記した実施の形態による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、特定の第１の波長のレーザー光に関して、垂直入射で９９％以上の正反射が行われる体積型回折素子を高反射鏡とし、この高反射鏡と出力結合鏡とによりレーザー共振器を構成して、このレーザー共振器内に非線形光学結晶を配置して第１の光パラメトリック発振ユニットを構成するとともに、特定の第２の波長のレーザー光に関して、垂直入射で９９％以上の正反射が行われる体積型回折素子を高反射鏡とし、この高反射鏡と出力結合鏡とによりレーザー共振器を構成して、このレーザー共振器内に非線形光学結晶を配置して第２の光パラメトリック発振ユニットを構成するようにした。
【０１４０】
また、上記した実施の形態による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、さらに、それぞれの光パラメトリック発振ユニットより得られるシグナル光とアイドラー光との両方あるいはどちらか一方の出力を同軸で出力する光学手段を設けるようにした。
【０１４１】
従って、上記した実施の形態による多波長発振型光パラメトリック発振装置においては、第１の光パラメトリック発振ユニットと第２の光パラメトリック発振ユニットとの二つの波長のレーザー光の出力タイミングを検出器（公知の検出器を用いることができる。）で弁別できる範囲でずらして同軸で出力し、二波長光源とすることできる。
【０１４２】
これにより、従来の波長可変レーザー装置１００などと比較すると、全体の光学系を簡便で小さくすることができ、また、精密な波長同調機構を排することができる。
【０１４３】
なお、複数波長を同一光路で出射する用途では、予め出射すべき波長が決まっていることが多い。
【０１４４】
例えば、水蒸気をモニタリングするための差分吸収型レーザーレーダーの光源として上記した実施の形態による多波長発振型光パラメトリック発振装置を用いる場合には、大気の水蒸気の吸収の強い第１の波長（オン波長）と、大気の水蒸気の吸収が弱く他の大気構成物質の吸収の影響が小さい第２の波長（オフ波長）とを予め定め、これらの波長が発生できるように上記した実施の形態による多波長発振型光パラメトリック発振装置の波長を同調させておけばよい。
【０１４５】
即ち、出射のたびに波長同調を行う光源でなくとも、上記した実施の形態による多波長発振型光パラメトリック発振装置のように、小型の波長が定まった光源たる光パラメトリック発振ユニットからレーザー光を複数同軸に出射することで、予め出射すべき波長が決まっている光源とすることができる。
【０１４６】
また、差分吸収型レーザーレーダーにおける、オン波長とオフ波長とが、周波数スケールで１−５ＧＨｚレベルと近接している場合には、同じ設計の体積型回折素子を精密温調し、それぞれ異なる温度に設定することで第１の波長としてのオン波長と第２の波長としてのオフ波長とを得ることができる。
【０１４７】
また、上記した実施の形態による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、特定の二波長に限らず、複数の波長毎の独立した光源たる光パラメトリック発振ユニットの出力を同軸あるいは非同軸で重畳することにより、簡便な多波長発生光源を実現することができるので、種々の計測器搭載用の光源として好適である。
【０１４８】
上記したように、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、図１に示す従来の多波長発振型光パラメトリック発振装置１００がシグナル光あるいはアイドラー光のいずれか一方の波長を機械的に同調することにより、二波長のレーザー光を交互に出力することで二波長光源を実現したのに対し、レーザー出力するレーザー光の波長毎に独立してユニット化された光パラメトリック発振装置たる光パラメトリック発振ユニットを、レーザー出力として得たいレーザー光の波長にあわせて１ユニット以上設けるようにして、複数の波長のレーザー光を同軸または非同軸で同時または交互に出力する多波長光源を実現できる。
【０１４９】
従って、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置によれば、従来の技術と比較すると、複雑な構成を必要とせず、かつ、機械的な波長同調機構を必要としない。
【０１５０】
このように本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置においては、波長毎にコンパクトな光源をユニット化することができ、冗長性の高い複数波長出力可能な光パラメトリック発振装置を構成することができる。
【０１５１】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、その構成に複雑で不安定な機械的同調機構を含まないので、安定した波長出力が可能となる。
【０１５２】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置においては、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の波長を長波長側に波長変換して出力するようにしてもよい。
【０１５３】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置においては、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうち少なくともいずれか一方の波長を短波長側に波長変換して出力するようにしてもよい。
【０１５４】
なお、上記した各実施の形態において、非線形光学結晶の利得が高い場合は、出力結合鏡は必ずしも装置内に設ける必要はなく、体積型回折素子を折り返し鏡として使用した光パラメトリック発生・増幅器としても機能させることが可能である。
【０１５５】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置においては、体積型回折素子を高反射鏡として用いた一つの光パラメトリック発振装置を構成し、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうちいずれか一方の波長を種光として、後段に公知の光パラメトリック発振器あるいは増幅器を構成してもよい。
【０１５６】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置においては、体積型回折素子を高反射鏡として用いた一つの光パラメトリック発振装置を構成し、励起光に応じたシグナル光とアイドラー光とのうちいずれか一方の波長を新たな励起光として、後段に公知の光パラメトリック発振器あるいは増幅器を構成してもよい。
【０１５７】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置は、上記における説明に示されているように、一つの光パラメトリック発振ユニットで構成してもよいものであり、即ち、この場合には光パラメトリック発振ユニットが多波長発振型光パラメトリック発振装置そのものとなる。
【０１５８】
また、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置や光パラメトリック発振ユニットにおいて用いる励起光は、例えば、波長可変レーザーから出力されたレーザー光を用いることができる。
【０１５９】
ここで、波長可変レーザーとは、例えば、アレキサンドライト結晶やＴｉ：サファイア結晶などを用いた固体レーザー、Ｙｂ添加ファイバーやＹｂ添加ファイバーを用いたファイバーレーザー、ＢＢＯ結晶やＫＴＰ結晶を使用した光パラメトリック発振器や光パラメトリック増幅器などに代表される、広帯域で利得を持つあらゆる媒質を使用したレーザー装置を意味するものとする。
【０１６０】
また、上記した各実施の形態においては、非線形光学結晶としてＢＢＯ結晶を用いた場合について説明したが、非線形光学結晶の材質はこれに限られるものではなく、例えば、ＫＴｉＯＰＯ４、ＬｉＢ３Ｏ５、ＢｉＢ３Ｏ６、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３、ＡｇＧａＳ２、ＺｎＧｅＰ２などに代表されるような光パラメトリック発生過程を有するあらゆるバルク結晶あるいは反転分極型結晶、導波路型デバイスなどを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
本発明は、差分吸収型レーザーレーダーの光源や、特開２０１０−４２１５８に開示された光超音波断層画像化装置の光源として利用することができるものである。
【０１６２】
なお、上記した光超音波断層画像化装置の光源として利用する場合には、生体組織等の特定物質を吸収する第１の波長と生体組織等の特定物質を吸収しない第２の波長とを設定することにより、本発明による多波長発振型光パラメトリック発振装置および多波長発振型光パラメトリック発振方法を利用することができるものである。
【符号の説明】
【０１６３】
１０、１０−Ａ、１０−Ｂ、１１、２０、３０、７０、７２、７７      光パラメトリック発振ユニット
１２      体積型回折素子
１４、２４      出力結合鏡
１６、１６−Ａ、１６−Ｂ      ＢＢＯ結晶
１８      励起光整形光学系
２２      入力結合鏡
３２      ＳＨＧ結晶
４０、６０      多波長発振型光パラメトリック発振装置
４２、４４、４６、４８、５０、５２、７３      励起光高反射鏡
６２−Ａ、６２−Ｂ      ヒートシンク
７４      入力結合鏡
７５      出力結合鏡
７６、７８      光パラメトリック発振器
７９      弁別鏡
８０      偏光結合プリズム
８２      プリズム
８４      誘電体ミラー
９０、９２、９４      回折素子
１００      多波長発振型光パラメトリック発振装置
１０２      高反射鏡
１０４      出力結合鏡
１０６、１０８      ＢＢＯ結晶
１１０      入力結合鏡
１１２      エタロン
１１４      ＢＢＯ結晶回転機構
１１６      ＢＢＯ結晶回転機構
１１８      エタロン傾斜調整機構
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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