本发明专利技术涉及用于将基波(2)转换成波长比该基波(2)要短的高次谐波(3)的波长转换元件(1)，该波长转换元件(1)形成有折射率比其他区域要低的低折射率区域(4)。优选为低折射率区域(4)形成于热透镜的形成区域，进一步优选为形成于基波(2)的聚焦位置的射出侧。本发明专利技术的波长转换元件(1)通过设置降低取决于热透镜的折射能力的低折射率区域(4)，能获得在高输出时也较为稳定的输出。另一方面，使用该波长转换元件(1)的短波光发生装置包括基波光源、以及将基波进行聚焦的聚焦光学系统(5)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及波长转换元件及使用该元件的短波光发生装置，特别涉及利用非线性光学效应来产生高次谐波光的波长转换元件及使用该元件的短波光发生装置。
技术介绍
作为用于产生波长比来自光源的光要短的光的波长转换装置，已知有以下波长转换装置即，由基波激光束光源产生基波激光束，利用聚焦元件使该基波激光束聚焦至波长转换元件，并利用波长转换元件的非线性效应，来对基波激光束进行波长转换。另外，作为公知的其他波长转换装置，已知有以下波长转换装置即，通过使基波的光束位置在非线性光学结晶的内部移动，来降低功率密度，并由此力图实现输出的稳定化(专利文献I)。 专利文献I :日本专利特开2007-72134号公报
技术实现思路
在公知的波长转换元件及使用该元件的短波光发生装置中，存在以下问题S卩，在高输出时输出变得不稳定，转换效率发生变动。作为解决该问题的方法，在上述的专利文献I的方法中，使基波的光束位置发生变化，以力图降低平均功率密度。然而，在这样的结构中，因基波的光束位置发生变化，从而高次谐波输出的光束位置也同时发生变化，高次谐波的光束质量下降。因此，在公知的波长转换元件及使用该元件的短波光发生装置中，存在以下问题即，高次谐波输出的聚焦特性变差，聚焦点上的功率密度大幅下降。因此，本专利技术的目的在于，提供一种在高输出时也能稳定地产生短波光的波长转换元件及使用该元件的短波光发生装置。为了解决上述的问题，本专利技术的波长转换元件的特征在于，为了将基波转换成波长比该基波要短的高次谐波，而形成有折射率比其他区域要低的低折射率区域。本专利技术的短波光发生装置将基波聚焦至波长转换元件，并在波长转换元件内部将基波转换成波长较短的高次谐波，其特征在于，在波长转换元件内部的、基波光束所透过的区域中，形成有低折射率区域。在本专利技术的波长转换元件中，基波光束的传输区域内包括低折射率区域。因而，本专利技术的波长转换元件及使用该元件的短波光发生装置能抑制在高输出下产生高次谐波时产生成为问题的热透镜，从而能产生稳定的短波光。附图说明图I是本专利技术的短波光发生装置的结构图。图2是表示在短波光发生装置的波长转换元件中形成热透镜的情况的图。图3是表示波长转换元件中的输出不稳定现象的图。图4是表示波长转换元件的低折射率区域和除该区域以外的区域之间的折射率差、与波长转换元件的转换效率之间的关系的图。图5是对波长转换元件的聚焦点上的光束腰进行定义的图。图6是表示离开波长转换元件中的聚焦点的距离与光束直径之间的关系的图。图7是表示本专利技术的低折射率区域的形成位置的图。图8是表示将图7所示的聚焦点与入射端面之间的距离取为横轴、并将波长转换元件的内部的聚焦点与热透镜的中心位置之间的距离取为纵轴、以表示两者之间的关系的计算结果的图。图9A是用于对波长转换元件的制造方法的初始工序进行说明的图。图9B是用于对波长转换元件的制造方法的中间工序进行说明的图。 图9C是用于对波长转换元件的制造方法的结束工序进行说明的图。图10是表示本专利技术的波长转换元件的特性的一个例子的图。图IlA是表示来自未形成低折射率区域的波长转换元件的射出光束的图。图IlB是表示来自形成有低折射率区域的波长转换元件的射出光束的图。图12是表示通过从波长转换元件的端面进行内部观察、来对形成有低折射率区域的情况进行确定的方法的图。图13是表示波长转换元件的制造方法的其他例子的图。具体实施例方式借助利用了非线性光学效应的波长转换元件，能将红外区域的基波转换成从紫外区域到可视区域的高次谐波。由于非线性光学效应与基波的功率密度成正比，因此，为了高效地产生高次谐波，需要高功率密度的基波。但是，随着功率密度的增加，其他非线性效应可能会变得显著，从而妨碍输出稳定性。根据本专利技术，能抑制该高功率区域中的输出的不稳定性。本专利技术人阐明了成为问题的输出不稳定现象的原因。使用图2和图3，对输出不稳定现象进行说明。如图2所示，利用聚焦光学系统5将基波2聚焦至波长转换元件I的内部，并将其以发散状态从波长转换元件I射出。利用波长转换元件I的非线性光学效应，将被聚焦的基波2转换成高次谐波3。这里，对利用了二次非线性光学效应而产生二次谐波进行说明。例如设使用波长1064nm的红外光来作为基波2，利用作为SHG元件的波长转换元件I来产生波长532nm的高次谐波3。对于波长转换元件I的基板，使用具有周期状的极化反转结构的、掺入有Mg的LiNbO30作为波长转换，在相对于8W左右的基波2产生接近2. 5W的高次谐波3时，可以看到所输出的基波2和高次谐波3的光束形状发生变动的现象，从而转换效率变得不稳定。若对波长转换元件I的特性进行评价，则可以观察到，随着高次谐波3的功率增大，波长转换元件I的温度上升，所射出的高次谐波3的光束的扩散角度变小。可以考虑到这是由于传输光束因热透镜效应而聚焦，从而作为射出光束的高次谐波3的扩散角度下降。特别是对于输出变得不稳定的附近的高次谐波3，可以观察到其输出光束在波长转换元件I的内部的输出端面附近变成为聚焦状态。如图2所示，在波长转换元件I内的同一光束内，通过基波2与高次谐波3的混合，产生热透镜21。构成波长转换元件I的结晶利用可视光照射来吸收基波2，然后对可视光进行非线性吸收。因此，随着高次谐波3的功率密度增大，吸收系数变大。若因吸收而产生部分的温度上升，则如图2所示，产生热透镜21。热透镜21产生凸透镜效应，从而对进行传输的光产生聚焦作用。若热透镜21的透镜放大率变大，则传输光束从发散状态变成平行状态、聚焦状态。通过非线性的吸收，由于随着高次谐波3的功率密度增大，使其吸收率增加，因此，透镜放大率进一步变大。若热透镜21的透镜放大率变大，则如图3所示，由于进行传输的基波2、高次谐波3发生聚焦，因此，在波长转换元件I的射出端面附近功率密度增大，吸收进一步增加，从而使光的吸收加速增大。由于由伴随光吸收而产生的发热所引起的温度上升导致在波长转换元件I中产生温度分布，从而会破坏波长转换元件I的相位匹配条件，因此，转换效率会下降。通过重复这一过程，输出发生大幅变动。即，如图3所示，在波长转换元件I的射出端面附近，因光吸收而形成不稳定区域22，高次谐波输出变得不稳定。即，在图2的状态下，发散光束直径变小，基波2的功率密度的上升导致产生转换效率增大，另一方面，在形成有不稳定区域22的图3的状态下，因吸收增大导致输出发生大幅变动。此外，以上对掺入有Mg的LiNbO3结晶进行了说明，但在其他非线性光学结晶、例 如 LiNb03、LiTa03、KTP、或掺入有 Zn、In、Sc 等的 LiNb03、LiTa03 结晶、或掺入有 Mg 的 LiTaO3结晶中，也会发生相同的现象。本专利技术的波长转换元件降低了经由热透镜所产生的高输出特性的不稳定性。下面，进行详细说明。实施例图I是本专利技术的实施例的波长转换元件I、以及使用该波长转换元件的装置的结构图。在图I的装置中，利用聚焦光学系统5将基波2聚焦于波长转换元件1，将基波2进行波长转换成高次谐波3。然后，在波长转换元件I中的基波2的光束透射区域形成低折射率区域4。低折射率区域4是折射率比其他部分要低的区域。对形成有低折射率区域4的本专利技术的波长转换元件I的特性进行说明。本专利技术人对像这样的图I所示的本专利技术的波长转换元件本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：水内公典，青野晓史，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：
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