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JP3465478B2 - 光パラメトリック発振装置 - Google Patents

光パラメトリック発振装置

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JP3465478B2
JP3465478B2 JP13284896A JP13284896A JP3465478B2 JP 3465478 B2 JP3465478 B2 JP 3465478B2 JP 13284896 A JP13284896 A JP 13284896A JP 13284896 A JP13284896 A JP 13284896A JP 3465478 B2 JP3465478 B2 JP 3465478B2
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light
crystal
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wavelength
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和幸 赤川
智之 和田
英夫 田代
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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Publication date
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H—ELECTRICITY
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光パラメトリック
発振装置に関し、さらに詳細には、励起光の波長を変化
させることによって、シグナル光とアイドラー光との波
長を変化させるようにした光パラメトリック発振装置に
関する。
【０００２】
【発明の背景および発明が解決しようとする課題】一般
に、所定の透過性を有する出射ミラーと全反射ミラーと
により共振器を構成し、この共振器内に非線形結晶を配
設し、励起光を共振器内に入射してこの非線形結晶を励
起し、励起光の波長に応じた２波長の光たるシグナル光
およびアイドラー光を出射するようにした、励起波長可
変型の光パラメトリック発振装置が知られている。
【０００３】こうした光パラメトリック発振装置におい
ては、非線形結晶の配設位置を固定しておき、励起光の
波長を変化させることにより、所望の波長のシグナル光
およびアイドラー光を得るようにしている。
【０００４】そして、任意の波長の励起光を発生するた
めの励起光源として、一般には波長可変レーザーが用い
られており、波長可変レーザーとしては、レーザー媒質
としてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3（チタンサファイア）などの結晶
を用いる固体レーザーと、レーザー媒質として色素溶液
などを用いる液体レーザーとが広く用いられている。従
来、こうした波長可変レーザーを所望な波長でレーザー
発振させるための波長選択の手法としては、例えば、波
長可変レーザー媒質を収容したレーザー共振器内に回折
格子や複屈折板などを配設し、こうした回折格子や複屈
折板などを機械的に回転することにより、波長可変レー
ザーから出射される出射光の中から所望の波長の出射光
のみを取り出し、取り出した出射光を波長可変レーザー
に対して反射させて増幅してレーザー発振を生ぜしめ、
レーザー共振器から所望の波長のレーザー光のみを出射
させるようにしていた。
【０００５】しかしながら、上記したような従来の波長
選択の手法を用いた場合においては、回析格子や複屈折
板などを機械的に回転させるため、励起光として出射さ
れるレーザー光の波長可変速度を速くすることが困難で
あり、その結果、シグナル光およびアイドラー光の波長
を高速で可変することができないという問題点があっ
た。
【０００６】本発明は、従来の技術の有するこのような
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、励起光の波長可変速度を高速化し、シグナル光
およびアイドラー光の波長を高速で可変することができ
るようにした光パラメトリック発振装置を提供しようと
するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による光パラメトリック発振装置は、所定の
透過性を有する出射ミラーと全反射ミラーとにより共振
器を構成し、上記共振器内に非線形結晶を配設し、レー
ザー発振装置から出射された出射レーザー光を励起光と
して上記共振器内に入射して上記非線形結晶を励起し、
上記励起光の波長に応じた２波長の光たるシグナル光お
よびアイドラー光を出射する光パラメトリック発振装置
において、上記レーザー発振装置は、対向する所定の反
射率を有するミラーにより構成されるレーザー共振器
と、上記レーザー共振器内に配設された所定範囲の波長
域においてレーザー発振可能な波長可変レーザー結晶
と、上記レーザー共振器内に配設され、上記波長可変レ
ーザー結晶からの出射光が入射される複屈折性の光音響
光学結晶と、上記光音響光学結晶に装着され、上記光音
響光学結晶に音響波を入力するための音響波入力手段
と、上記レーザー共振器内に配設され、上記光音響光学
結晶から出射される回折光の回折角度の分散を補正し、
上記レーザー発振装置から出射される出射レーザー光の
方向性を一定にする光学素子とを有するようにしたもの
である。
【０００８】
【０００９】また、本発明による光パラメトリック発振
装置は、上記レーザー発振装置を構成する上記レーザー
共振器内に配設され、上記光音響光学結晶に入射される
上記波長可変レーザー結晶からの出射光のビーム径を拡
大する拡大手段を有するようにしてもよい。
【００１０】従って、本発明による光パラメトリック発
振装置においては、レーザー発振装置から出射される励
起光たる出射レーザー光の波長選択は、光音響光学結晶
へ音響波入力手段により音響波を入力することで実現で
きるので、レーザー発振の際の波長同調を高速に行うこ
とができるようになって、出射レーザー光たる励起光の
高速かつランダムな波長選択が可能となり、結果とし
て、出射レーザー光たる励起光の波長可変速度を高速化
することができるようになる。そして、励起光の波長可
変速度の高速化に応じて、出射シグナル光および出射ア
イドラー光の波長を高速で可変することができるように
なる。
【００１１】ここで、レーザー発振装置から出射される
励起光たる出射レーザー光の波長選択作用を詳しく説明
するが、当該波長選択は、ＴｅＯ2結晶などの複屈折性
をもつ光音響光学結晶中に音響波を発生させると、当該
結晶に入射された光の中で当該音響波の周波数に応じた
特定波長の回折光の偏光面は、非回折光の偏光面と直交
するようになるばかりでなく、当該回折光の出射角度が
非回折光の出射角度と大きく異なるように偏角する点に
着目してなされたものである。
【００１２】図１は、音響波による特定波長の光の偏光
作用を用いた波長選択作用を示す概念図であるが、複屈
折の性質を有する光音響光学結晶１００中に、波長λ
ｉ、角周波数ωｉの入射光１０２を入射するものとす
る。さらに、光音響光学結晶１００中に、周波数ωａの
音響波１０４を与えると、回折光１０６が得られること
になる。
【００１３】上記の光音響光学結晶１００で回折される
光線成分たる回折光１０６に対して、全反射ミラー１１
０と所定の透過性を有する出射側ミラー１１２とを配置
すると、全反射ミラー１１０と出射側ミラー１１２とに
より両者の間を回折光１０６が往復するレーザー共振器
が構成されることになる。
【００１４】ここで、回折光１０６の波長は、光音響光
学結晶１００中に発生される音響波１０４の周波数によ
って決定されるので、例えば、光音響光学結晶１００に
対してＲＦ電源により駆動される圧電素子を添着し、Ｒ
Ｆ電源により圧電素子を駆動させて当該圧電素子に歪み
を生じさせることにより、当該歪みに応じた周波数の音
響波１０４を光音響光学結晶１００に入力する場合に
は、ＲＦ電源の周波数の制御によりレーザー波長の可変
制御が可能となる。
【００１５】また、回折光１０６への回折効率は音響波
強度により決定されるので、ＲＦ電源の入力強度の制御
よりレーザー共振器の損失を制御し、ひいてはレーザー
出力の可変制御が可能となる。
【００１６】しかしながら、回折角α１０９は、回折光
１０６の波長に対して完全に一定ではないので、回折光
１０６に対する全反射ミラー１１０の垂直反射により、
レーザー共振器を構成できる波長範囲は狭く、広い波長
領域でレーザー発振させるためには全反射ミラー１１０
の配置角度を少しづつ調整しなければならないので、実
用上その調整作業が煩雑になる恐れがある。このため、
全反射ミラー１１０の配置角度を変えることなく可変波
長範囲を広げるためには、何らかの手段により回折角α
１０９のぶれを補正する必要がある。
【００１７】この回折角α１０９のぶれを補正する手段
としては、例えば、三角プリズムなどの光の波長を分散
させる光学素子を用いて、波長λ１、λ２のぶれ角Δα
をもつ光線が三角プリズム通過後にほぼ平行に進行する
ように設定することができる。これにより、回折光１０
６を全反射ミラー１１０に常時垂直に入射させることが
できるようになり、広波長域用のレーザー共振器を構成
できる。
【００１８】また、レーザーの出力強度が上がり、レー
ザー共振器内の光音響光学結晶１００が光損傷を受ける
おそれがある時には（例えば、光音響光学結晶１００と
してＴｅＯ2結晶を用いた場合には、ＴｅＯ2結晶の結晶
損傷しきい値は、レーザー結晶や光学部品の損傷しきい
値に比べて小さいので損傷を受けやすい。）、レーザー
共振器内に、光音響光学結晶１００に入射される光のビ
ーム径を拡大するためのテレスコープのようなビーム拡
大鏡などの拡大手段を配置して、光音響光学結晶１００
の損傷の可能性を低減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面に基づいて、本
発明による光パラメトリック発振装置の実施の形態を詳
細に説明するものとする。
【００２０】図２には、本発明による光パラメトリック
発振装置の実施の形態の概略構成説明図が示されてい
る。
【００２１】この光パラメトリック発振装置において
は、所定の透過性を有する出射側ミラー１０と全反射ミ
ラー１２とにより共振器が構成されており、この共振器
内には非線形結晶としてＫＴＰ結晶１４が配設されてい
る。
【００２２】符号１６は励起光源としての電気的に波長
選択が可能なレーザー発振装置であり、このレーザー発
振装置１６から出射されたレーザー光である励起光Ａ
は、全反射ミラー１８、２０により反射されて集光レン
ズ２２に入射され、集光レンズ２２によって集光された
後に共振器内に入射されることになる。
【００２３】図３には、レーザー発振装置１６の構成が
示されており、このレーザー発振装置においては、所定
の透過性を有する出射側ミラー２００と全反射ミラー２
０２とによりレーザー共振器が構成されている。
【００２４】レーザー共振器内には、波長可変レーザー
としてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４と、波長選択
用の結晶として複屈折性の光音響光学結晶２０６とが、
出射側ミラー２００側から全反射ミラー２０２側へ向け
て順次配設されている。
【００２５】そして、光音響光学結晶２０６には、音響
波入力手段としてＲＦ電源２０８により駆動される圧電
素子２１０が添着されている。従って、ＲＦ電源２０８
により圧電素子２１０を駆動させて、圧電素子２１０に
歪みを生じさせると、この圧電素子２１０の歪みに基づ
いて、当該歪みに応じた周波数の音響波が光音響光学結
晶２０６に入力されることになる。
【００２６】また、全反射ミラー２０２は、光音響光学
結晶２０６によって所定の方向に回折された回折光Ｂの
みを反射するように構成されている。
【００２７】圧電素子２１０は、出射側ミラー２００か
ら励起光Ａとして出射させたい出射レーザー光の波長を
備えた光のみを回折させるように、光音響光学結晶２０
６に音響波を入力するように構成されている。
【００２８】なお、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４
には、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起するた
めの励起レーザー光Ｃが入射されるように構成されてい
る。以上の構成において、レーザー発振装置１６から出
射された励起光ＡによりＫＴＰ結晶１４を励起すると、
ＫＴＰ結晶１４から励起光Ａの波長に応じた波長のシグ
ナル光およびアイドラー光の２波長の光が出射される。
【００２９】これら２波長のシグナル光およびアイドラ
ー光は、出射側ミラー１０と全反射ミラー１２とにより
構成された共振器内を往復することにより増幅されて発
振を生ぜしめ、出射側ミラー１０から出射シグナル光お
よび出射アイドラー光として出射される。
【００３０】この際に、励起光Ａの波長を変化させるこ
とにより、所望の波長の出射シグナル光および出射アイ
ドラー光を出射させることができる。
【００３１】ここで、レーザー発振装置１６からの励起
光Ａの出射に関して説明すると、まず、励起レーザー光
ＣとしてＮｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波を用いてＴ
ｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起する。また、上
記した原理に基づいて、出射側ミラー２００から励起光
Ａとして出射させたい出射レーザー光の波長に応じてＲ
Ｆ電源２０８の周波数を制御し、圧電素子２１０を駆動
する。
【００３２】上記のようにすると、光音響光学結晶２０
６に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から
出射された広範囲の波長帯域の出射光の中で、ＲＦ電源
２０８の周波数に応じた波長の出射光に関しては、所定
の方向に回折されて回折光Ｂとして光音響光学結晶２０
６から出射されることになる。こうして、光音響光学結
晶２０６から出射された所定の方向に回折された回折光
Ｂのみが、全反射ミラー２０２によって反射され、レー
ザー共振器内を往復することになる。
【００３３】従って、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた
波長の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レ
ーザー共振器から当該波長の出射レーザー光のみを励起
光Ａとして出射させることができる。
【００３４】このように、レーザー発振装置１６からの
出射レーザー光たる励起光Ａの波長選択は、ＲＦ電源２
０８の周波数を選択して、ＲＦ電源２０８により圧電素
子２１０を振動させることで実現できるので、レーザー
発振の際の波長同調を高速に行うことができるようにな
って、出射レーザー光たる励起光Ａの高速かつランダム
な波長選択が可能となり、結果として、出射レーザー光
たる励起光Ａの波長可変速度を高速化することができる
ようになる。そして、励起光の波長可変速度の高速化に
応じて、出射シグナル光および出射アイドラー光の波長
を高速で可変することができるようになる。
【００３５】次に、図２および図３に示す光パラメトリ
ック発振装置を用いて、以下の実験条件により実験した
結果について説明する。
【００３６】（実験条件） 励起光Ａ：波長７０６ｎｍ〜９４８ｎｍ、最大エネルギ
ー４ｍＪ／パルス、パルス幅２０ｎｓ〜４０ｎｓのパル
ス・レーザー光 出射側ミラー１０：シグナル光の波長において９０％反
射 全反射ミラー１２：シグナル光の波長において９９．９
％反射 図４は励起光Ａの波長と出射シグナル光および出射アイ
ドラー光の波長との関係を示すグラフであり、図５は励
起光Ａの波長と出射シグナル光および出射アイドラー光
の出力との関係を示すグラフであり、図６は出射シグナ
ル光および出射アイドラー光の波長と出射シグナル光お
よび出射アイドラー光の出力との関係を示すグラフであ
る。
【００３７】これら図４乃至図６に示されるように、図
２および図３に示す光パラメトリック発振装置を用いる
と、出射シグナル光は約１０４５ｎｍ〜１３７０ｎｍの
波長域で任意の波長を選択してレーザー発振することが
でき、出射アイドラー光は約２１８０ｎｍ〜３０８０ｎ
ｍの波長域で任意の波長を選択してレーザー発振するこ
とができる。
【００３８】なお、上記した実施の形態においては、所
定の透過性を有する出射側ミラー１０と全反射ミラー１
２とにより共振器を構成したが、これら出射側ミラー１
０と全反射ミラー１２とにより共振器を設けることなし
に、図７に示すように、ＫＴＰ結晶１４の光の入射面に
全反射ミラー１２と同じ性能を示す反射膜３０をコーテ
ィングするとともに、ＫＴＰ結晶１４の光の出射面に出
射側ミラー１０と同じ性能を示す反射膜３２をコーティ
ングするようにして、光パラメトリック発振装置を構成
してもよい。なお、図７において、図２に示す実施の形
態による光パラメトリック発振装置の構成と同一あるい
は相当する構成には、図２と同一の符号を付して示すこ
とにより、その詳細な説明は省略する。
【００３９】この図７に示すように光パラメトリック発
振装置を構成すると、装置全体の構成をコンパクトにす
ることができる。
【００４０】また、レーザー発振装置１６の構成は、図
３に示した構成に限られることなしに、以下に示す各構
成を適宜選択して用いることができる。
【００４１】（レーザー発振装置１６の第２の構成）図
８には、レーザー発振装置１６の第２の構成の概略構成
説明図が示されている。なお、図３に示した構成と同一
の構成に関しては、理解を容易にするために、同一の符
号を付して示すものとする。
【００４２】このレーザー発振装置１６の第２の構成に
おいても、図３に示す構成と同様に、所定の透過性を有
する出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２とにより
レーザー共振器が構成されている。
【００４３】レーザー共振器内には、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レ
ーザー結晶２０４と、光音響光学結晶２０６と、回折光
Ｂの分散を補正するための分散補正用プリズム２１２と
が出射側ミラー２００側から全反射ミラー２０２側へ向
けて順次配設されており、全反射ミラー２０２は、分散
補正用プリズム２１２から出射した光を反射するように
なされている。
【００４４】この分散補正用プリズム２１２は、光音響
光学結晶２０６から出射された回折光Ｂの分散を補正す
ることにより、励起光Ａたる出射レーザー光の方向性を
一定にすることができる。
【００４５】さらに、図３に示す構成と同様に、圧電素
子２１０は、励起光Ａとして出射側ミラー２００から出
射させたい出射レーザー光の波長を備えた出射光のみを
所定の方向に回折するように、光音響光学結晶２０６に
音響波を入力するように構成されている。
【００４６】以上の構成において、励起レーザー光Ｃと
してＮｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波を用いてＴｉ：
Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起する。また、上記し
た原理に基づいて、出射側ミラー２００から励起光Ａと
して出射させたい出射レーザー光の波長に応じてＲＦ電
源２０８の周波数を制御し、圧電素子２１０を駆動す
る。
【００４７】上記のようにすると、光音響光学結晶２０
６に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から
出射された広範囲の波長帯域の出射光の中で、ＲＦ電源
２０８の周波数に応じた波長の出射光に関しては、所定
の方向に回折されて回折光Ｂとして光音響光学結晶２０
６から出射されることになる。さらに、光音響光学結晶
２０６から所定の方向に回折されて出射された回折光Ｂ
は、分散補正用プリズム２１２に入射され、一定の方向
に出射される。そして、分散補正用プリズム２１２から
出射された光は、全反射ミラー２０２によって反射さ
れ、レーザー共振器内を往復することになる。
【００４８】従って、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた
波長の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レ
ーザー共振器から当該波長の出射レーザー光のみを励起
光Ａとして出射させることができる。
【００４９】（レーザー発振装置１６の第３の構成）図
９には、レーザー発振装置１６の第３の構成の概略構成
説明図が示されている。なお、図３ならびに図８に示し
た構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするため
に、同一の符号を付して示すものとする。
【００５０】このレーザー発振装置１６の第３の構成に
おいても、図３に示す構成と同様に、所定の透過性を有
する出射側ミラー２００と全反射ミラー２０２とにより
レーザー共振器が構成されている。
【００５１】レーザー共振器内には、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レ
ーザー結晶２０４と、ビーム径調節用のテレスコープ２
１４と、光音響光学結晶２０６と、分散補正用プリズム
２１２とが出射側ミラー２００側から全反射ミラー２０
２側へ向けて順次配設されており、全反射ミラー２０２
は、分散補正用プリズム２１２から出射した光を反射す
るようになされている。
【００５２】ここで、テレスコープ２１４は、光音響光
学結晶２０６に入射される光のビーム径を所望の大きさ
に拡大することができるように構成されている。
【００５３】また、分散補正用プリズム２１２は、レー
ザー発振装置１６の第２の構成と同様に、光音響光学結
晶２０６から出射された回折光Ｂの分散を補正すること
により、励起光Ａたる出射レーザー光の方向性を一定に
することができる。
【００５４】さらに、図３に示す構成と同様に、圧電素
子２１０は、励起光Ａとして出射側ミラー２００から出
射させたい出射レーザー光の波長を備えた出射光のみを
所定の方向に回折するように、光音響光学結晶２０６に
音響波を入力するように構成されている。
【００５５】以上の構成において、励起レーザー光Ｃと
してＮｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波を用いてＴｉ：
Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を励起する。また、上記し
た原理に基づいて、出射ミラー２００から出射させたい
出射レーザー光の波長に応じてＲＦ電源２０８の周波数
を制御し、圧電素子２１０を駆動する。
【００５６】上記のようにすると、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レー
ザー結晶２０４から出射された広範囲の波長帯域の出射
光は、そのビーム径がテレスコープ２１４により所望の
大きさに拡大されて、光音響光学結晶２０６に入射され
ることになる。
【００５７】従って、レーザーの出力強度が上がった際
においても、テレスコープ２１４により光音響光学結晶
２０６に入射される光のビーム径が拡大されるので、光
音響光学結晶２０６に入射される光の光音響光学結晶２
０６の単位面積あたりの出力強度が低下するため、光音
響光学結晶２０６の損傷を抑止することができる。
【００５８】そして、テレスコープ２１４を介して光音
響光学結晶２０６に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー
結晶２０４から出射された広範囲の波長帯域の出射光の
中で、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた波長の出射光に
関しては、所定の方向に回折されて回折光Ｂとして光音
響光学結晶２０６から出射されることになる。さらに、
光音響光学結晶２０６から所定の方向に回折されて出射
された回折光Ｂは、分散補正用プリズム２１２に入射さ
れ、一定の方向に出射される。そして、分散補正用プリ
ズム２１２から出射された光は、全反射ミラー２０２に
よって反射され、レーザー共振器内を往復することにな
る。
【００５９】従って、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた
波長の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レ
ーザー共振器から励起光Ａとして当該波長の出射レーザ
ー光のみを出射させることができる。
【００６０】（レーザー発振装置１６の第４の構成）図
１０には、レーザー発振装置１６の第４の構成の概略構
成説明図が示されている。なお、図３、図８ならびに図
９に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易に
するために、同一の符号を付して示すものとする。
【００６１】このレーザー発振装置１６の第４の構成
は、レーザー共振器内を往復する光の光路がアルファベ
ットの「Ｚ」字形状になる、所謂、Ｚホールド型のレー
ザー共振器を用いており、このＺホールド型のレーザー
共振器は、所定の透過性を有する出射側ミラー２００と
全反射ミラー２０２とを有して構成されている。
【００６２】さらに、Ｚホールド型のレーザー共振器
は、励起レーザー光Ｃを入射するとともに出射側ミラー
２００と全反射ミラー２０２との間を往復する光を反射
する第１中間ミラー２１６と、出射側ミラー２００と全
反射ミラー２０２との間を往復する光を反射する第２中
間ミラー２１８とを備えて構成されており、レーザー共
振器内を往復する光Ｂの光路がアルファベットの「Ｚ」
字形状になるように配置されている。
【００６３】レーザー共振器の光路上の第１中間ミラー
２１６と第２中間ミラー２１８との間には、波長可変レ
ーザー媒質として入射光の入射端面がブルースターカッ
トされたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４が、その入
射端面が入射光の反射が０となるブルースターアングル
により配置されており、励起レーザー光Ｃにより縦方向
同軸励起によりレーザー発振が生じるように構成されて
いる。
【００６４】また、レーザー共振器の光路上の第２中間
ミラー２１８と全反射ミラー２０２との間には、波長選
択用の結晶としての複屈折の性質を有する光音響光学結
晶２０６が配設されている。
【００６５】そして、光音響光学結晶２０６には、音響
波入力手段として、パーソナル・コンピューター２２０
により周波数を制御されたＲＦ電源２０８により駆動さ
れる圧電素子２１０が添着されている。従って、パーソ
ナル・コンピューター２２０の制御により任意の周波数
に設定されたＲＦ電源２０８により圧電素子２１０を駆
動して、圧電素子２１０に歪みを生じさせると、この圧
電素子２１０の歪みに基づいて、当該歪みに応じた周波
数の音響波が光音響光学結晶２０６に入力されることに
なる。そして、光音響光学結晶２０６は入力された音響
波に応じた光のみを回折することになる。
【００６６】従って、圧電素子２１０は、出射側ミラー
２００から励起光Ａとして出射させたい出射レーザー光
の波長を備えた光のみを、光音響光学結晶２０６が所定
の方向に回折した回折光Ｂとして出射、レーザー発振す
ることができるように、パーソナル・コンピューター２
２０により光音響光学結晶２０６への音響波の入力が制
御されることになる。
【００６７】さらに、光音響光学結晶２０６と全反射ミ
ラー２０２との間には、回折光Ｂの分散を補正するため
の分散補正用プリズム２１２が配設されている。この分
散補正用プリズム２１２を用いることにより、励起光Ａ
たる出射レーザー光の方向性を一定にすることができ
る。
【００６８】そして、このレーザー発振装置１６の第４
の構成においては、レーザー共振器内へ励起レーザー光
Ｃを入射するためのレーザーとして、パルス励起レーザ
ー２２２を用いている。パルス励起レーザー２２２とし
ては、小型の高繰り返しレーザーダイオード（ＬＤ）励
起固体レーザーなどがあり、具体的には、ＣＷ−Ｑ−ス
イッチパルスＹＡＧレーザーや、ＣＷ−Ｑ−スイッチパ
ルスＮｄ：ＹＬＦレーザーなどを用いることができる。
【００６９】パルス励起レーザー２２２によって発生さ
れた励起レーザー光Ｃは全反射ミラー２２４により全反
射集光ミラー２２６に反射され、全反射集光ミラー２２
６により集光されて第１中間ミラー２１６を介してＴ
ｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を縦方向同軸励起する
ように入射される。
【００７０】以上の構成において、励起光Ａたる出射レ
ーザー光を得るには、パルス励起レーザー２２２により
入射された励起レーザ光Ｃを用いてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レー
ザー結晶２０４を励起する。また、上記した原理に基づ
いて、出射側ミラー２００から励起光Ａとして出射させ
たい出射レーザー光の波長に応じて、ＲＦ電源２０８の
周波数をパーソナル・コンピューター２２０により制御
し、圧電素子２１０を振動する。
【００７１】上記のようにすると、光音響光学結晶２０
６に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から
出射された広範囲の波長帯域の出射光の中で、ＲＦ電源
２０８の周波数に応じた波長の出射光に関しては、所定
の方向に回折されて回折光Ｂとして光音響光学結晶２０
６から出射されることになる。さらに、光音響光学結晶
２０６から所定の方向に回折されて出射された回折光Ｂ
は、分散補正用プリズム２１２を介して全反射ミラー２
０２に入射され、この全反射ミラー２０２によって反射
されて、「Ｚ」字形状の光路によりレーザー共振器内を
往復することになる。
【００７２】従って、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた
波長の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レ
ーザー共振器から励起光Ａとして当該波長の出射レーザ
ー光のみを出射させることができる。
【００７３】このように、励起光Ａたる出射レーザー光
の波長選択は、パーソナル・コンピューター２２０の制
御によりＲＦ電源２０８の周波数を選択して、ＲＦ電源
２０８により圧電素子２１０を振動させることで実現で
きるので、励起光Ａたる出射レーザー光の高速かつラン
ダムな波長選択が可能であり、結果として、励起光Ａた
る出射レーザー光の波長可変速度を高速化することがで
きる。
【００７４】また、分散補正用プリズム２１２が設けら
れているため、回折光Ｂの回折角度の分散が補正される
ことになる。回折光Ｂの回折角度の分散があるとレーザ
ー共振器内で光の光路が変わることになり、波長可変域
に制限を受けることになるが、分散補正用プリズム２１
２を設けることにより、こうした問題点を解消すること
ができる。
【００７５】さらに、レーザー共振器の構成をＺホール
ド型に構成して、励起レーザー光Ｃを全反射集光ミラー
２２６により集光してＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０
４へ入射するようにしたので、励起入力強度が低いパル
ス励起レーザー２２２による励起レーザー光Ｃによって
も、十分にレーザー発振を生じさせることができる。 （レーザー発振装置１６の第５の構成）図１１には、レ
ーザー発振装置１６の第５の構成の概略構成説明図が示
されている。なお、図３、図８、図９ならびに図１０に
示した構成と同一の構成に関しては、理解を容易にする
ために同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略
する。
【００７６】このレーザー発振装置１６の第５の構成
は、レーザー共振器の構成が、所謂、Ｘホールド型とさ
れている点についてのみ、図１０に示すレーザー発振装
置１６の第４の構成と相違する。
【００７７】このレーザー発振装置１６の第４の構成に
用いたＸホールド型のレーザー共振器においても、励起
レーザー光Ｃは、全反射集光ミラー２２６により集光さ
れてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶１８へ入射されるの
で、励起入力強度が低いパルス励起レーザー２２２によ
る励起レーザー光Ｃによっても、十分にレーザー発振を
生じさせることができる。
【００７８】しかも、このＸホールド型のレーザー共振
器によれば、Ｚホールド型のレーザー共振器に比べて、
レーザー共振器の構成をコンパクトにすることができ
る。
【００７９】（レーザー発振装置１６の第６の構成）図
１２には、レーザー発振装置１６の第６の構成の概略構
成説明図が示されている。なお、図３、図８、図９、図
１０ならびに図１１に示した構成と同一の構成に関して
は、理解を容易にするために同一の符号を付して示し、
その詳細な説明は省略する。
【００８０】このレーザー発振装置１６の第６の構成に
おいては、図１０における全反射ミラー２０２を出射側
ミラー２００により置換するとともに、図１０における
出射側ミラー２００および第１中間ミラー２１６を排除
し、その代わりに励起レーザー光Ｃが入射される側のＴ
ｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４の端面に、励起レーザ
ー光Ｃを入射するとともにＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶
２０４から出射される光を反射する鏡面コーティング２
２８を施した点についてのみ、図１０に示すレーザー発
振装置１６の第４の構成と相違する。
【００８１】従って、レーザー発振装置１６の第６の構
成においては、鏡面コーティング２２８と出射側ミラー
２００とによりレーザー共振器が構成されることにな
る。
【００８２】このため、レーザー発振装置１６の第６の
構成によれば、図１０に示すレーザー発振装置１６の第
４の構成ならびに図１１に示すレーザー発振装置１６の
第５の構成よりも構成部品点数を削減することができ、
装置全体を小型化することができるとともに、コスト低
減を図ることができる。
【００８３】（レーザー発振装置１６の第７の構成）図
１３には、レーザー発振装置１６の第７の構成の概略構
成説明図が示されている。なお、図３、図８、図９、図
１０、図１１ならびに図１２に示した構成と同一の構成
に関しては、理解を容易にするために同一の符号を付し
て示し、その詳細な説明は省略する。
【００８４】このレーザー発振装置１６の第７の構成に
おいては、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を入射光
の入射端面をブルースターカットしてブルースターアン
グルで配置するのではなく、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結
晶２０４を垂直入射カットするとともに無反射コーティ
ング２３０を施し、励起レーザー光Ｃが垂直に入射され
るように配置した点において、図１０に示すレーザー発
振装置１６の第４の構成と相違する。
【００８５】このように、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶
２０４を励起レーザー光Ｃが垂直に入射されるように配
置する場合には、ブルースターアングルに配置する場合
に比べてセッティングが容易であり、角度の分散も小さ
く広い波長領域を得ることができる。
【００８６】（レーザー発振装置１６の第８の構成） 図１４には、レーザー発振装置１６の第８の構成の概略
構成説明図が示されている。なお、図３、図８、図９、
図１０、図１１、図１２ならびに図１３に示した構成と
同一の構成に関しては、理解を容易にするために、同一
の符号を付して示すものとする。
【００８７】このレーザー発振装置１６の第８の構成
は、レーザー共振器内を往復する光の光路がアルファベ
ットの「Ｚ」字形状になる、所謂、Ｚホールド型のレー
ザー共振器を用いており、このＺホールド型のレーザー
共振器は、所定の透過性（例えば、入射された光の９８
％反射し、２％透過する。）を有する出射側ミラー２０
０と入射された光を全反射（１００％反射）する全反射
ミラー２０２とを有して構成されている。
【００８８】さらに、Ｚホールド型のレーザー共振器
は、励起レーザー光Ｃを入射するとともに出射側ミラー
２００と全反射ミラー２０２との間を往復する光を全反
射する第１中間ミラー２１６と、出射側ミラー２００と
全反射ミラー２０２との間を往復する光を全反射する第
２中間ミラー２１８とを備えて構成されており、レーザ
ー共振器内を往復する光の光路がアルファベットの
「Ｚ」字形状になるように配置されている。
【００８９】レーザー共振器の光路上の第１中間ミラー
２１６と第２中間ミラー２１８との間には、波長可変レ
ーザー媒質として入射光の入射端面がブルースターカッ
トされたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４が、その入
射端面が入射光の反射が０となるブルースターアングル
により配置されており、励起レーザー光Ｃにより縦方向
同軸励起によりレーザー発振が生じるように構成されて
いる。
【００９０】また、レーザー共振器の光路上の第２中間
ミラー２１８と全反射ミラー２０２との間には、波長選
択用の結晶としての複屈折の性質を有する光音響光学結
晶２０６が配設されている。
【００９１】そして、光音響光学結晶２０６には、音響
波入力手段として、パーソナル・コンピューター２２０
により周波数を制御されたＲＦ電源２０８により駆動さ
れる圧電素子２１０が添着されている。従って、パーソ
ナル・コンピューター２２０の制御により任意の周波数
に設定されたＲＦ電源２０８により圧電素子２１０を駆
動して、圧電素子２１０に歪みを生じさせると、この圧
電素子２１０の歪みに基づいて、当該歪みに応じた周波
数の音響波が光音響光学結晶２０６に入力されることに
なる。そして、光音響光学結晶２０６は入力された音響
波に応じた光のみを回折することになる。
【００９２】従って、圧電素子２１０は、出射側ミラー
２００から励起光Ａとして出射させたい出射レーザー光
の波長を備えた光のみを、光音響光学結晶２０６が所定
の方向に回折した回折光Ｂとして出射し、レーザー発振
することができるように、パーソナル・コンピューター
２２０により光音響光学結晶２０への音響波の入力が制
御されることになる。
【００９３】さらに、光音響光学結晶２０６と全反射ミ
ラー２０２との間には、回折光Ｂの分散を補正するため
の分散補正用プリズム２１２が配設されている。この分
散補正用プリズム２１２を用いることにより、励起光Ａ
たる出射レーザー光の方向性を一定にすることができ
る。
【００９４】そして、このレーザー発振装置１６の第８
の構成においては、レーザー共振器内へ励起レーザー光
Ｃを入射するためのレーザーとして、連続発振レーザー
（ＣＷ−レーザー）２３２を用いている。ＣＷ−レーザ
ー２３２としては、具体的には、連続発振Ａｒイオン・
レーザー（ＣＷ−Ａｒイオン・レーザー）などや連続発
振Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（ＣＷ−Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
ー）などの２倍高調波を用いることができる。
【００９５】また、波長可変レーザー媒質として、Ｔ
ｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４の代わりに、ＬｉＳＡ
Ｆレーザー結晶やＬｉＣＡＦレーザー結晶などを用いた
場合には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ
ー、Ｎｄ：ＹＵＯ4レーザーなどの固体レーザーの第２
高調波を、ＣＷ−レーザー２３２として用いることがで
きる。
【００９６】ＣＷ−レーザー２３２によって発生された
励起レーザー光Ｃは全反射ミラー２２４により全反射集
光ミラー２２６に反射され、全反射集光ミラー２２６に
より集光されて第１中間ミラー２１６を介してＴｉ：Ａ
ｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を縦方向同軸励起するように
入射される。
【００９７】ここで、励起レーザー光Ｃとしてレーザー
共振器内に入射される、ＣＷ−レーザー２３２のパワー
の低い連続発振レーザー光によってレーザー発振を生じ
させるために、光音響光学結晶２０６から出射される回
折光Ｂの回折効率のできるだけ高い光音響光学結晶２０
６を用いる必要がある。
【００９８】以上の構成において、励起光Ａたる出射レ
ーザー光を得るには、ＣＷ−レーザー２３２により入射
された励起レーザ光Ｃを用いてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー
結晶２０４を励起する。また、上記した原理に基づい
て、出射側ミラー２００から出射させたい励起光Ａたる
出射レーザー光の波長に応じて、ＲＦ電源２０８の周波
数をパーソナル・コンピューター２２０により制御し、
圧電素子２１０を振動する。
【００９９】上記のようにすると、光音響光学結晶２０
６に入射されたＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４から
出射された広範囲の波長帯域の出射光の中で、ＲＦ電源
２０８の周波数に応じた波長の出射光に関しては、所定
の方向に回折されて回折光Ｂとして光音響光学結晶２０
６から出射されることになる。さらに、光音響光学結晶
２０６から所定の方向に回折されて出射された回折光Ｂ
は、分散補正用プリズム２１２を介して全反射ミラー２
０２に入射され、この全反射ミラー２０２によって反射
されて、「Ｚ」字形状の光路によりレーザー共振器内を
往復することになる。
【０１００】従って、ＲＦ電源２０８の周波数に応じた
波長の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レ
ーザー共振器から励起光Ａとして当該波長の出射レーザ
ー光のみを出射させることができる。
【０１０１】このように、励起光Ａたる出射レーザー光
の波長選択は、パーソナル・コンピューター２２０の制
御によりＲＦ電源２０８の周波数を選択して、ＲＦ電源
２０８により圧電素子２１０を振動させることで実現で
きるので、レーザー発振の際の波長同調を高速に行うこ
とができるようになって、励起光Ａたる出射レーザー光
の高速かつランダムな波長選択が可能となり、結果とし
て、励起光Ａたる出射レーザー光の波長可変速度を高速
化することができる。
【０１０２】また、分散補正用プリズム２１２が設けら
れているため、回折光Ｂの分散が補正されることにな
る。回折光Ｂが分散されるとレーザー共振器内で光の光
路が変わることになり、波長可変域に制限を受けること
になるが、分散補正用プリズム２１２を設けることによ
り、こうした問題点を解消することができる。さらに、
それと同時に、波長同調時に起きる励起光Ａたる出射レ
ーザー光の出射方向の変動も補正することができる。
【０１０３】さらに、レーザー共振器の構成をＺホール
ド型に構成して、励起レーザー光Ｃを全反射集光ミラー
２２６により集光してＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０
４へ入射するようにしたので、パワーの低いＣＷ−レー
ザー２３２による励起レーザー光Ｃによっても、十分に
レーザー発振を生じさせることができる。
【０１０４】（レーザー発振装置１６の第９の構成）図
１５には、レーザー発振装置１６の第９の構成の概略構
成説明図が示されている。なお、図３、図８、図９、図
１０、図１１、図１２、図１３ならびに図１４に示した
構成と同一の構成に関しては、理解を容易にするために
同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【０１０５】このレーザー発振装置１６の第９の構成
は、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を入射端面をブ
ルースターカットしてブルースターアングルで配置する
のではなく、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶２０４を垂直
入射カットするとともに無反射コーティング２３０を施
し、励起レーザー光Ｃが垂直に入射されるように配置し
た点において、図１４に示すレーザー発振装置１６の第
８の構成と相違する。
【０１０６】このように、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶
２０４を励起レーザー光Ｃが垂直に入射されるように配
置する場合には、ブルースターアングルに配置する場合
に比べてセッティングが容易であり、角度の分散も小さ
く広い波長領域を得ることができる。
【０１０７】（レーザー発振装置１６の第１０の構成）
図１６には、レーザー発振装置１６の第１０の構成の概
略構成説明図が示されている。なお、図３、図８、図
９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４ならびに
図１５に示した構成と同一の構成に関しては、理解を容
易にするために同一の符号を付して示し、その詳細な説
明は省略する。
【０１０８】このレーザー発振装置１６の第１０の構成
は、図１４における出射側ミラー２００を１００％反射
の全反射ミラー２３４により置換し、非回折光Ｄを励起
光Ａたる出射レーザー光として出射するようにした点に
ついて、図１４に示すレーザー発振装置１６の第８の構
成と相違する。
【０１０９】このレーザー発振装置１６の第１０の構成
によれば、透過性の出射側ミラー２００を用いることが
ないでので、図１４に示すレーザー発振装置１６の第８
の構成と比べて、レーザー共振器による光の損失を低減
させることができ、光音響光学結晶２０６から出射され
る回折光Ｂと非回折光Ｄとの割合は、例えば、回折光Ｂ
が９８％であり、非回折光Ｄが２％であるように設定す
ることができるようになり、回折光Ｂの割合を小さくす
ることができる。従って、図１４に示すレーザー発振装
置１６の第８の構成よりも、光音響光学結晶２０６や分
散補正用プリズム２１２のセッティング、パーソナル・
コンピューター２２０を用いたＲＦ電源２０８による圧
電素子２１０の制御などの余裕度を向上することができ
る。
【０１１０】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、励起光の波長可変速度を高速化することが
でき、その結果、シグナル光およびアイドラー光の波長
を高速で可変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】
【図１】音響波による特定波長の光の回折作用を用いた
波長選択作用を示す概念図である。
【図２】本発明による光パラメトリック発振装置の実施
の形態の概略構成説明図である。
【図３】レーザー発振装置の第１の構成の概略構成説明
図である。
【図４】励起光の波長と出射シグナル光および出射アイ
ドラー光の波長との関係を示すグラフである。
【図５】励起光の波長と出射シグナル光および出射アイ
ドラー光の出力との関係を示すグラフである。
【図６】出射シグナル光および出射アイドラー光の波長
と出射シグナル光および出射アイドラー光の出力との関
係を示すグラフである。
【図７】本発明による光パラメトリック発振装置の他の
実施の形態の概略構成説明図である。
【図８】レーザー発振装置の第２の構成の概略構成説明
図である。
【図９】レーザー発振装置の第３の構成の概略構成説明
図である。
【図１０】レーザー発振装置の第４の構成の概略構成説
明図である。
【図１１】レーザー発振装置の第５の構成の概略構成説
明図である。
【図１２】レーザー発振装置の第６の構成の概略構成説
明図である。
【図１３】レーザー発振装置の第７の構成の概略構成説
明図である。
【図１４】レーザー発振装置の第８の構成の概略構成説
明図である。
【図１５】レーザー発振装置の第９の構成の概略構成説
明図である。
【図１６】レーザー発振装置の第１０の構成の概略構成
説明図である。
【符号の説明】
１０ 出射側ミラー １２ 全反射ミラー １４ ＫＴＰ結晶 １６ レーザー発振装置 １８ 全反射ミラー ２０ 全反射ミラー ２２ 集光レンズ １００ 光音響光学結晶 １０２ 入射光 １０４ 音響波 １０６ 回折光 １０８ 非回折光 １０９ 回折角α １１０ 全反射ミラー １１２ 出射側ミラー ２００ 出射側ミラー ２０２ 全反射ミラー ２０４ Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザー結晶 ２０６ 光音響光学結晶 ２０８ ＲＦ電源 ２１０ 圧電素子 ２１２ 分散補正用プリズム ２１４ テレスコープ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 智之 宮城県仙台市青葉区長町字越路19−1399 理化学研究所フォトダイナミクス研究 センター内 (72)発明者 田代 英夫 宮城県仙台市青葉区長町字越路19−1399 理化学研究所フォトダイナミクス研究 センター内 (56)参考文献 特開 平７−281228（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−193130（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−74888（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−172215（ＪＰ，Ａ) ＯＰＴＩＣＳ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴ ＩＯＮＳ，Ｖｏｌ．84，Ｎｏ．３−４ （Ｊｕｌｙ，1991）Ｐ．Ｉ．Ｒｉｃｈｔ ｅｖ，ｅｔ．ａｌ．「Ａｃｗｄｙｅ ｌ ａｓｅｒ ｔｕｎｅｄ ｂｙ ａｎ ａ ｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ ｆｉｌｔｅ ｒ」ｐ159−161 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/39 H01S 3/108 ＤＩＡＬＯＧ（ＷＰＩ／Ｌ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の透過性を有する出射ミラーと全反
    射ミラーとにより共振器を構成し、前記共振器内に非線
    形結晶を配設し、レーザー発振装置から出射された出射
    レーザー光を励起光として前記共振器内に入射して前記
    非線形結晶を励起し、前記励起光の波長に応じた２波長
    の光たるシグナル光およびアイドラー光を出射する光パ
    ラメトリック発振装置において、 前記レーザー発振装置は、 対向する所定の反射率を有するミラーにより構成される
    レーザー共振器と、 前記レーザー共振器内に配設された所定範囲の波長域に
    おいてレーザー発振可能な波長可変レーザー結晶と、 前記レーザー共振器内に配設され、前記波長可変レーザ
    ー結晶からの出射光が入射される複屈折性の光音響光学
    結晶と、 前記光音響光学結晶に装着され、前記光音響光学結晶に
    音響波を入力するための音響波入力手段と、 前記レーザー共振器内に配設され、前記光音響光学結晶
    から出射される回折光の回折角度の分散を補正し、前記
    レーザー発振装置から出射される出射レーザー光の方向
    性を一定にする光学素子とを有することを特徴とする光
    パラメトリック発振装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の光パラメトリック発振
    装置において、 前記レーザー発振装置を構成する前記レーザー共振器内
    に配設され、前記光音響光学結晶に入射される前記波長
    可変レーザー結晶からの出射光のビーム径を拡大する拡
    大手段とを有することを特徴とする光パラメトリック発
    振装置。
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