激光发生装置制造方法及图纸

使谐振器内损耗最小并有高波长转换效率的激光发生装置，其谐振器有线性配置的反射镜１和２及设在谐振器内的非线性光学晶体３。晶体３形成梯形，使一对相对的输入和输出侧对光传播轴斜置。基本激光沿传播轴导入光谐振器，由晶体３转换成二次谐波，并从反射镜２向外释放。激光通过晶体３的输入和输出侧时，可调节光束直径和光入射面（Ｙ－Ｚ面）上的聚焦角。可使入射面与晶体３的接受角限定为小角度的面一致，以提高波长转换效率。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于产生激光的激光发生装置，通过将基本激光从外引导至光谐振器或在光谐振器内产生基本激光，该激光具有由非线性光学晶体转变的波长。由于光谐振器内的激光功率密度高，希望波长能有效转换。在已知的用于激光发生装置的光谐振器中有外部谐振型二次谐波发生器(SHG)和内部谐振型SHG。内部揩振型SHG的结构为激光媒质和非线性光学晶体安置在一光谐振器内，通过在由激光媒质产生的基本激光和由非线性光学晶体产生的二次谐波激光之间满足相位匹配条件就能实现波长有效转换。外部谐振型SHG的结构为非线性光学晶体安置在与产生基本激光的激光谐振器分离的二次光谐振器内，通过在二次谐振器内基本激光的谐振完成将波长转换成二次谐波。这种外部谐振型SHG中，通过将表示光谐振器的谐振锐度的finnes值(Q值)设定成如10～1000的一个大值就能使光谐振器内的功率密度比入射光的功率密度增加数百倍，从而通过光谐振器的非线性光学晶体提高了波长转换的效率。图8A和8B为外部谐振型SHG的结构图。更具体地说，图8A表示使用Z形环光谐振器的例子，图8B表示使用三角形环光谐振器的例子。参考图8A，光谐振器有4个以所谓的蝴蝶结形状布置的反射镜M1～M4，谐振器的光轴相互交叉，非线性光学晶体50位于两个反射镜M1和M2之间。从外部激光装置发出的基本激光F通过反射镜M4传入光谐振器的内部进行谐振。在通过非线性光学晶体50后，基本激光转变为二次谐波，该二次谐波由两个反射镜M2和M3反射并作为二次谐波激光S从反射镜M3放出。参考图8B，光谐振器结构为三个反射镜M1～M3的布置使得光谐振器的光轴形成三角形，而非线性光学晶体50位于两个反射镜M1和M2之间。从外部激光装置发出的基本激光F通过反射镜M1传入光谐振器的内部进行谐振。在通过非线性光学晶体50后，基本激光F转变为二次谐波，并作为二次谐波激光S从反射镜M2向外放出。在提高光谐振器的finnes值的此方式中，最好将反射镜的数量减至最小以抑制激光在反射镜的损耗，使之尽可能少。如图8B所示的反射镜M3由于入射光的大入射角趋于降低入射光的反射系数，结果降低了光谐振器的finnes值。尤其在产生紫外光谱谐波的情况下，由于降低了非线性光学晶体的非线性常数，因此波长转换的效率降低。从而，如图8A所示的由4个反射镜构成的高finnes值环形谐振器常用作产生紫外线的光谐振器。另一方面，非线性光学晶体的波长转换效率与基本激光F的功率密度成正比增加。因此非线性光学晶体50位于功率密度最大处的光束中部。此外，非线性光学晶体中的相位匹配条件象取决于相位匹配条件的大接受角一样也很重要。当形成非临界相位匹配，即非线性光学晶体的光轴与激光的光程一致时，接受角达到最大值。定位非线性光学晶体，从而通过高精度装配和调节相应部件实现这样的非临界相位匹配是理想的但几乎不能实现的。一般地，临界相位匹配方案可应用于从晶轴的给定角度范围内形成相位匹配。然而这样的临界相位匹配在容差方面是不适宜的。而且，相位匹配的容差将在光程的两个垂直方向之间变化。例如，非线性光学晶体在通过波长转换从主要波长500nm的基波产生紫外光谱的二次谐波中达到非临界相位匹配并不为人所知。一般而言，β-硼酸钡(BBO)晶体用作临界相位匹配模式之一的角相位匹配的非线性光学晶体。详细解释角相位匹配。当基波沿水平方向入射BBO晶体时，BBO晶体的C轴在水平面上延伸达到相位匹配。在基波的光程位于的垂直平面和水平面上有两个接受角。假定从532nm波长的基波以I型相位匹配产生二次谐波，离BBO晶体C轴的φ方向上的容差(晶体长度和接受角的结果)为0.6(deg°cm)，比垂直于φ方向的θ方向上的容差0.016(deg°cm)要大得多。即使激光通过比θ方向的接受角要大的角度聚焦，波长转换效率也几乎没有提高。因此，在θ方向上可适度地聚焦激光，使得其聚焦角比接受角要小。图9A至9D为激光聚焦图。更准确地说，图9A和9B分别为一聚焦图的θ平面和φ平面的横截面图，图9C和9D分别为另一聚焦图的θ和φ平面的横截面图。如图9所示，实线P表示激光光束的强度由其最大值衰减至e-2(e为自然对数的基数)的位置分布。此外，虚线Q为光束分布的渐近线，实线R表示接受角范围。在高斯光束强度分布表示常规分布情况下，在聚焦角与光束中部的直径存在一定关系。假定在中心线和渐近线之间的聚焦角或开口半角为α，光束中部直径为ω，激光波光为λ，折射率为n，建立下列等式。α＝λ/(π·ω·n)……(1)通常在非线性光学晶体的c轴上在θ方向的接受角δθ与φ方向的接受角δφ相互不同。在接受角δφ比如图9A和9B所示的接受角δθ大的情况下(δφ＞＞δθ)，当使用轴对称激光时，聚焦角α2基本上与图9B的φ平面上的接受角δφ一致，因而获得有效的波长转换。然而，由于聚焦角α1比图9A的θ平面上的接受角δθ大得多，只有在接受角δθ范围内的部分激光参与波长转换。因此从非线性光学晶体发出的合成二次谐波的远场图是一沿θ方向延伸、波长转换效率低的近椭圆形。另一方面，如图9C和9D所示，当通过适当聚焦激光将光束中部直径W3设定成大，以致于θ方向的聚焦角α3小时，聚焦角α3基本上与接受角δθ一致。结果在两个平面上将保持高的波长转换效率。通过在一方向上集中聚焦和在垂直该方向的另一方向上适当聚焦可容易实现如图9C和9D所示分布的激光。这能够使用由球形凹透镜和柱面透镜组成的光学聚集系统(“应用物理，Vol.61，No.9，P.931，1992)。附图说明图10为现有激光发生装置例子的结构图。它在上述参考文献中公开，氩离子激光光谐振器由内充氩离子的等离子体管51和两个反射镜52和53组成。光谐振器含有用于波长转换的非线性光学晶体或BBO晶体54，以产生从反射镜53向外发出的二次谐波激光S。另外，设有用于控制BBO晶体54中的激光聚焦状态的球形透镜57和两个柱面透镜55和56。球形透镜57在垂直和平行于图10的纸面的两个平面上具有会聚能力，柱面透镜55和56只在平行于纸平面的平面上有会聚能力。相应地，使光束中部直径和激光聚焦角在相互正交的两平面之间不同的这样的聚集状态可在BBO晶体54上得以实现。然而，如图10所示，例如光谐振器中的聚焦透镜这样的光学部件的配置会引起激光损耗增大，结果使得谐振器的finnes值显著降低，导致波长转换效率减小。另一方面，如非线性光学晶体的接受角在两个相互正交的平面之间不同，不使用额外光学装置很难适当保持激光的聚焦状态。本专利技术的目的是提供能使谐振器内的损耗最小化以使波长转换高效率的激光发生装置。本专利技术提供一激光发生装置，包括具有至少一对反射装置的光谐振器和安置在光谐振器内的非线性光学晶体，该装置用于将基本激光导入光谐振器，使得基本激光产生谐振作用，以产生波长由非线性光学晶体转换的激光，其中非线性光学晶体有一对输入和输出侧，它们相对安置但互不平行，并且相对于光传播轴斜置。按本专利技术，非线性光学晶体的输入和输出侧相对于光传播轴斜置，因此允许非线性光学晶体中相互正交的两个方向上的基本激光的聚焦条件不同。这就保证了在光谐振器中不用额外光学装置就能使非线性光学晶体中的激光最佳聚焦，并抑制了光学谐振器内的损耗。当非线性光学晶体的输入和输出侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
激光发生装置，包含：具有至少一对反射装置的光谐振器；及设在光谐振器中的一非线性光学晶体，该装置用于将基本激光传入光谐振器，使基本激光发生谐振作用，产生其波长由非线性光学晶体转换的激光，其中非线性光学晶体有一对互为相对但互不平行布 置的输入和输出侧，并且输入和输出侧相对于光传播轴斜置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：七条司朗，
申请(专利权)人：三井化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]