JP2002055368A - 波長変換レーザ装置 - Google Patents
波長変換レーザ装置Info
- Publication number
- JP2002055368A JP2002055368A JP2000244715A JP2000244715A JP2002055368A JP 2002055368 A JP2002055368 A JP 2002055368A JP 2000244715 A JP2000244715 A JP 2000244715A JP 2000244715 A JP2000244715 A JP 2000244715A JP 2002055368 A JP2002055368 A JP 2002055368A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- nonlinear optical
- wavelength conversion
- optical crystal
- phase matching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 125
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 82
- 229910009372 YVO4 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】レーザ発振器からのレーザ出力光を非線形光学
結晶２３によって高調波を発生させ短波長を得る波長変
換レーザにおいて，波長変換効率を向上させ，かつ非線
形光学結晶の寿命を延ばす事で，大出力で実用的な紫外
光源を得る事を目的とする。 【解決手段】非線形光学結晶２３に入射するレーザ光を
コリメート光学系２１によって，位相整合許容角度のビ
ーム広がり角とする事，かつ円筒レンズにより，位相整
合方向と垂直な方向にビームを収束する光学系とする。
結晶２３によって高調波を発生させ短波長を得る波長変
換レーザにおいて，波長変換効率を向上させ，かつ非線
形光学結晶の寿命を延ばす事で，大出力で実用的な紫外
光源を得る事を目的とする。 【解決手段】非線形光学結晶２３に入射するレーザ光を
コリメート光学系２１によって，位相整合許容角度のビ
ーム広がり角とする事，かつ円筒レンズにより，位相整
合方向と垂直な方向にビームを収束する光学系とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，１個または複数個
の非線形光学結晶を用いてレーザ光の波長を１／２以下
にし，短波長のレーザ光を得ようとするレーザ装置に関
する。
の非線形光学結晶を用いてレーザ光の波長を１／２以下
にし，短波長のレーザ光を得ようとするレーザ装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】非線形光学結晶を用いる波長変換レーザ
装置では，波長変換の効率を上げる為に，位相整合と結
晶内部のパワー密度を上げる事が２大要素である。前者
は非線形光学結晶に入射するレーザ光と発生する高調波
レーザ光の位相を整合する事であり，通常は非線形光学
結晶の複屈折特性を利用し，位相整合条件を満たす特定
の角度で結晶を切り出し，それに沿ってレーザ光を入射
することで達成される。位相整合の許容角度は非常に狭
い為，結晶の方向とと入射レーザ光の光軸の厳密な調整
が必要となる。後者は非線形光学結晶の特性であり，パ
ワー密度を上げる程変換効率が高くなる。
装置では，波長変換の効率を上げる為に，位相整合と結
晶内部のパワー密度を上げる事が２大要素である。前者
は非線形光学結晶に入射するレーザ光と発生する高調波
レーザ光の位相を整合する事であり，通常は非線形光学
結晶の複屈折特性を利用し，位相整合条件を満たす特定
の角度で結晶を切り出し，それに沿ってレーザ光を入射
することで達成される。位相整合の許容角度は非常に狭
い為，結晶の方向とと入射レーザ光の光軸の厳密な調整
が必要となる。後者は非線形光学結晶の特性であり，パ
ワー密度を上げる程変換効率が高くなる。
【０００３】しかしながら厳密な位相整合条件と高いパ
ワー密度を両立する事はきわめて難しい。これは以下の
理由による。
ワー密度を両立する事はきわめて難しい。これは以下の
理由による。
【０００４】レーザ光は理想的なTEM００モードであっ
ても，回折効果によりビーム直径に反比例するビーム広
がりを持つ。従ってパワー密度を上げようとして，ビー
ム直径を細くすると，回折によるビーム広がり角度が大
きくなって，位相整合条件を外れる様になり，効率が低
下する。逆に位相整合に主眼を置き，平行度の高いビー
ムを得ようとすると，パワー密度が上がらず，効率も上
がらない事になる。
ても，回折効果によりビーム直径に反比例するビーム広
がりを持つ。従ってパワー密度を上げようとして，ビー
ム直径を細くすると，回折によるビーム広がり角度が大
きくなって，位相整合条件を外れる様になり，効率が低
下する。逆に位相整合に主眼を置き，平行度の高いビー
ムを得ようとすると，パワー密度が上がらず，効率も上
がらない事になる。
【０００５】他の問題としては，非線形光学結晶の光学
損傷のであり，高い変更効率を得ようとしてレーザ光の
パワー密度を上げ過ぎると非線形光学結晶の損傷を生じ
る確立が高くなり，結晶の寿命が短くなる。
損傷のであり，高い変更効率を得ようとしてレーザ光の
パワー密度を上げ過ぎると非線形光学結晶の損傷を生じ
る確立が高くなり，結晶の寿命が短くなる。
【０００６】一般的な非線形光学結晶を用いた波長変換
レーザ装置の概略図を図１に示す。ここではレーザ発振
器からのレーザ出力光（１）を凸レンズ（２）を用いて
非線形光学結晶（３）に集束する。結晶内部のビームプ
ロフィールを図２に示す。入射レーザ光は円錐形状
（４）に集束されるが，中心部は回折広がりとバランス
して，一定の長さでビームが擬似平行の領域（５）が形
成される。この部分で高いパワー密度と，位相整合を両
立させようとする考え方である。
レーザ装置の概略図を図１に示す。ここではレーザ発振
器からのレーザ出力光（１）を凸レンズ（２）を用いて
非線形光学結晶（３）に集束する。結晶内部のビームプ
ロフィールを図２に示す。入射レーザ光は円錐形状
（４）に集束されるが，中心部は回折広がりとバランス
して，一定の長さでビームが擬似平行の領域（５）が形
成される。この部分で高いパワー密度と，位相整合を両
立させようとする考え方である。
【０００７】さらに特開平5-159530に示される様に，２
枚の円筒レンズを用いて非線形光学結に楕円状にレーザ
光を収束する方法がある。この方法の概略図を図３に示
す。入射レーザビーム（６）は円筒レンズ（７）によ
り，非線形光学結晶（８）の位相整合方向（９）には集
束されず，位相整合方向と垂直な方向（１０）にのみ集
束される。
枚の円筒レンズを用いて非線形光学結に楕円状にレーザ
光を収束する方法がある。この方法の概略図を図３に示
す。入射レーザビーム（６）は円筒レンズ（７）によ
り，非線形光学結晶（８）の位相整合方向（９）には集
束されず，位相整合方向と垂直な方向（１０）にのみ集
束される。
【０００８】また波長変換の効率を上げる為，外部光共
振器構造をとる場合もある。図４にその一例を示す。４
枚のミラー（１１）から成るリング共振器中に非線形光
学結晶（１２）が設置される。レーザ光が（１３）リン
グ共振器に入射され，波長変換された出力（１４）が得
られる。
振器構造をとる場合もある。図４にその一例を示す。４
枚のミラー（１１）から成るリング共振器中に非線形光
学結晶（１２）が設置される。レーザ光が（１３）リン
グ共振器に入射され，波長変換された出力（１４）が得
られる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】この様に，波長変換レ
ーザ装置では，非線形結晶に入射するレーザ光から波長
変換されたレーザ光への変換効率を高める為に，各種方
法が検討されている。実用的な波長変換レーザ装置に求
められる性能としては，変換効率が高い事，非線形光学
結晶の光学損傷が無く長時間使用できる事，位相整合等
の調整が簡単で長時間安定である事，等が条件となる。
従来これらの全ての満足させる事はできていない。特に
波長変換された光が紫外線の領域にある場合には，結晶
の損傷が大きな問題となる。
ーザ装置では，非線形結晶に入射するレーザ光から波長
変換されたレーザ光への変換効率を高める為に，各種方
法が検討されている。実用的な波長変換レーザ装置に求
められる性能としては，変換効率が高い事，非線形光学
結晶の光学損傷が無く長時間使用できる事，位相整合等
の調整が簡単で長時間安定である事，等が条件となる。
従来これらの全ての満足させる事はできていない。特に
波長変換された光が紫外線の領域にある場合には，結晶
の損傷が大きな問題となる。
【００１０】例えば，図１に示す凸レンズを用いてレー
ザ光を集束する方法では，位相整合条件より寧ろパワー
密度の増加に主眼をおいた構成である。一般に集束光学
系で，入射ビーム径を２ａ，入射ビームの広がり角を
θ，レンズの焦点距離をｆとすると，集束スポット径は
ｆθで表される。非線形光学結晶の位相整合の許容角度
Θとすると，レンズの集束と回折効果がバランスして形
成される擬似並行領域の長さは図２に示す様に，レーザ
光の収束が双曲線で行われる為，近似的にｆ３θΘ／ａ
２で求められる。ビーム径２ａ＝1ｍｍ，広がり角θ＝5
ｍｒａｄを焦点距離ｆ＝５０ｍｍのレンズで集束する
と，スポット径は２５０μm，非線形光学結晶の位相整
合の許容角度をΘ＜０．５ｍｒａｄとすれば，擬似平行
領域の長さは０．３mm程度となる。この方式の問題点は
パワー密度を上げようとして，集束スポット径を小さく
する程，有効な位相整合領域が短くなる事にあり，非線
形光学結晶のごく一部しか波長変換に寄与しない。総合
的な変換効率は高く出来ない。
ザ光を集束する方法では，位相整合条件より寧ろパワー
密度の増加に主眼をおいた構成である。一般に集束光学
系で，入射ビーム径を２ａ，入射ビームの広がり角を
θ，レンズの焦点距離をｆとすると，集束スポット径は
ｆθで表される。非線形光学結晶の位相整合の許容角度
Θとすると，レンズの集束と回折効果がバランスして形
成される擬似並行領域の長さは図２に示す様に，レーザ
光の収束が双曲線で行われる為，近似的にｆ３θΘ／ａ
２で求められる。ビーム径２ａ＝1ｍｍ，広がり角θ＝5
ｍｒａｄを焦点距離ｆ＝５０ｍｍのレンズで集束する
と，スポット径は２５０μm，非線形光学結晶の位相整
合の許容角度をΘ＜０．５ｍｒａｄとすれば，擬似平行
領域の長さは０．３mm程度となる。この方式の問題点は
パワー密度を上げようとして，集束スポット径を小さく
する程，有効な位相整合領域が短くなる事にあり，非線
形光学結晶のごく一部しか波長変換に寄与しない。総合
的な変換効率は高く出来ない。
【００１１】一方，図３に示す円筒凸レンズを用いてレ
ーザ光を集束する方法では，位相整合に主眼を置き，非
線形光学結晶の位相整合方向と垂直な方向でレーザ光の
入射角度に鈍感な方向に集束し，位相整合距離を十分に
とり，かつレーザ光パワー密度を上げることを目的とし
ている。この方式は図１の例で示した問題点は解消され
る。しかし通常レーザ発振器からのレーザ出力光はビー
ム広がり角度が数ｍｒａｄであるのに対し，非線形光学
結晶の位相整合の許容角度は１ｍｒａｄ以下となる場合
が多く，完全な位相整合は困難である。この方式の成功
例としては，文献Japanese Journal of Applied Physic
s Vol31 (1992)ppL682に発表されたArイオンレーザの光
共振器内部に設置した例がある。この場合は，光共振器
内部のレーザ光強度が外部のレーザ光強度に比較して１
桁程度高くなり，かつ光共振器内部での光の兵高度が十
分に高いため，高い効率で波長変換が行われている。こ
の形式で共振器外部で波長変換を行った場合，円凸筒レ
ンズは通常の凸レンズに比べて集束径が大きくレーザ光
のパワー密度が低い事，また位相整合条件も完全で無い
事から，高効率の波長変換は行われない。特に変換され
た波長が紫外線の領域に達する，可視レーザ光からの波
長変換では，位相整合角度の許容限度が１ｍｒａｄ以下
になる物が多く，高い変換効率は得られない。
ーザ光を集束する方法では，位相整合に主眼を置き，非
線形光学結晶の位相整合方向と垂直な方向でレーザ光の
入射角度に鈍感な方向に集束し，位相整合距離を十分に
とり，かつレーザ光パワー密度を上げることを目的とし
ている。この方式は図１の例で示した問題点は解消され
る。しかし通常レーザ発振器からのレーザ出力光はビー
ム広がり角度が数ｍｒａｄであるのに対し，非線形光学
結晶の位相整合の許容角度は１ｍｒａｄ以下となる場合
が多く，完全な位相整合は困難である。この方式の成功
例としては，文献Japanese Journal of Applied Physic
s Vol31 (1992)ppL682に発表されたArイオンレーザの光
共振器内部に設置した例がある。この場合は，光共振器
内部のレーザ光強度が外部のレーザ光強度に比較して１
桁程度高くなり，かつ光共振器内部での光の兵高度が十
分に高いため，高い効率で波長変換が行われている。こ
の形式で共振器外部で波長変換を行った場合，円凸筒レ
ンズは通常の凸レンズに比べて集束径が大きくレーザ光
のパワー密度が低い事，また位相整合条件も完全で無い
事から，高効率の波長変換は行われない。特に変換され
た波長が紫外線の領域に達する，可視レーザ光からの波
長変換では，位相整合角度の許容限度が１ｍｒａｄ以下
になる物が多く，高い変換効率は得られない。
【００１２】また図４に示す外部光共振器を用いる波長
変換では，共振器にレーザ光を閉じ込める事で高いパワ
ー密度が得られ，また共振器内部の定在波の条件により
レーザのパワー密度が高くすることが可能で高い波長変
換効率が可能である。しかしこの方式では入射レーザ光
の縦モード周波数と，外部光共振器の縦モード周波数を
厳密に整合させる必要があり，通常外部共振器のミラー
をピエゾエレクトロニクス素子等で位置の制御を可能と
し，外部光共振器へのレーザ光の入射光をモニターし
て，フィードバックをかける方法が必要になる。装置が
大掛かりで複雑になる問題があった。また光共振器の定
在波条件を得る為，４個のミラーの内の数個を凹面にす
る事が必須であり，光共振器内部でのビームの平行性は
あまり高く無く，位相整合条件が完全にはならないとい
う問題点があった。
変換では，共振器にレーザ光を閉じ込める事で高いパワ
ー密度が得られ，また共振器内部の定在波の条件により
レーザのパワー密度が高くすることが可能で高い波長変
換効率が可能である。しかしこの方式では入射レーザ光
の縦モード周波数と，外部光共振器の縦モード周波数を
厳密に整合させる必要があり，通常外部共振器のミラー
をピエゾエレクトロニクス素子等で位置の制御を可能と
し，外部光共振器へのレーザ光の入射光をモニターし
て，フィードバックをかける方法が必要になる。装置が
大掛かりで複雑になる問題があった。また光共振器の定
在波条件を得る為，４個のミラーの内の数個を凹面にす
る事が必須であり，光共振器内部でのビームの平行性は
あまり高く無く，位相整合条件が完全にはならないとい
う問題点があった。
【００１３】そこで，本発明は非線形光学素子を用いる
波長変換レーザ装置において，上記の問題点を解決し，
波長変換効率が高く，かつ非線形光学素子の寿命が長
く，簡単な光学構成で，高出力が可能な，波長変換レー
ザ装置を提供する事を目的とする。
波長変換レーザ装置において，上記の問題点を解決し，
波長変換効率が高く，かつ非線形光学素子の寿命が長
く，簡単な光学構成で，高出力が可能な，波長変換レー
ザ装置を提供する事を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため，レーザ発振器からのレーザ光を先ずコリメー
ト光学系により平行度を高め，この後非線形光学結晶に
入射させることを特徴とするものである。
するため，レーザ発振器からのレーザ光を先ずコリメー
ト光学系により平行度を高め，この後非線形光学結晶に
入射させることを特徴とするものである。
【００１５】さらにコリメート光学系により平行度を高
めたレーザ光を円筒レンズにより，非線形光学結晶の位
相整合方向と垂直方向に集束する手段を設けたものであ
る。
めたレーザ光を円筒レンズにより，非線形光学結晶の位
相整合方向と垂直方向に集束する手段を設けたものであ
る。
【００１６】レーザ発振器からのレーザ光を２個の非線
形光学結晶に順次入射する形式の波長変換レーザ装置に
おいて，非線形光学結晶に入射するレーザ光の一方また
は両方をコリメート光学系により，平行度を高めること
を特徴とする。
形光学結晶に順次入射する形式の波長変換レーザ装置に
おいて，非線形光学結晶に入射するレーザ光の一方また
は両方をコリメート光学系により，平行度を高めること
を特徴とする。
【００１７】さらに両方の結晶について，コリメート光
学系により平行度を高めたレーザ光を円筒レンズによ
り，非線形光学結晶の位相整合方向と垂直方向に集束す
る手段を設けたものである。
学系により平行度を高めたレーザ光を円筒レンズによ
り，非線形光学結晶の位相整合方向と垂直方向に集束す
る手段を設けたものである。
【００１８】上記のコリメート光学系を用いる波長変換
レーザ装置において，コリメート光学系の倍率を入射レ
ーザビームの広がり角θと非線形光学結晶の位相整合の
許容角度をΘの比率の逆数であるθ／Θに等しくなるよ
うにしたものである。
レーザ装置において，コリメート光学系の倍率を入射レ
ーザビームの広がり角θと非線形光学結晶の位相整合の
許容角度をΘの比率の逆数であるθ／Θに等しくなるよ
うにしたものである。
【００１９】上記の波長変換レーザ装置において，レー
ザ発振器と１個の非線形光学結晶を組み合わせた場合，
レーザ発振器がNd-YAGレーザ，Nd-YVO4レーザ，Nd-YLF
レーザであり，非線形光学結晶がBBO，LBO，KTPの構成
としたものである。
ザ発振器と１個の非線形光学結晶を組み合わせた場合，
レーザ発振器がNd-YAGレーザ，Nd-YVO4レーザ，Nd-YLF
レーザであり，非線形光学結晶がBBO，LBO，KTPの構成
としたものである。
【００２０】上記の波長変換レーザ装置において，レー
ザ発振器と２個の非線形光学結晶と組み合わせた場合，
レーザ発振器がNd-YAGレーザ，Nd-YVO4レーザ，Nd-YLF
レーザであり，第１の非線形光学結晶がBBO，LBO，KTP
で，第２の非線形光学結晶がBBOまたはCLBOの構成とし
たものである。
ザ発振器と２個の非線形光学結晶と組み合わせた場合，
レーザ発振器がNd-YAGレーザ，Nd-YVO4レーザ，Nd-YLF
レーザであり，第１の非線形光学結晶がBBO，LBO，KTP
で，第２の非線形光学結晶がBBOまたはCLBOの構成とし
たものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施例について
図面を用いて説明する。図5は本発明の実施例の原理を
説明する為の光学系の概略図である。レーザ発振器（１
５）のレーザ出力光（１６）を集束光学系を用いず，非
線形光学素子（１７）に入射する場合を示す。レーザ出
力光（１６）は必ず何らかの広がり角度θ（１８）を持
っている。これは，ビーム直径２ａに起因する回折広が
りと，レーザ光の共振器設計に起因する，広がりの２点
がある。レーザ波長をλ，レーザ発振器の共振器長をL
とすれば，前者は０．２４４×λ／２ａ，後者は０．９
４×√（λ／Ｌ）で表される。ビーム広がり角度θが非
線形光学結晶の位相整合許容角度Θに比較して小さけれ
ば，全てのビームを有効に位相整合することが可能であ
るが，通常その条件を満足させることは困難である。例
えばＮｄ−ＹＡＧレーザの出力ビーム広がりは通常数ｍ
ｒａｄあるのに対し，典型的な波長変換用非線形光学結
晶であるＢＢＯの許容角度は1ｍｒａｄ程度であり，位
相整合条件が成立しない。
図面を用いて説明する。図5は本発明の実施例の原理を
説明する為の光学系の概略図である。レーザ発振器（１
５）のレーザ出力光（１６）を集束光学系を用いず，非
線形光学素子（１７）に入射する場合を示す。レーザ出
力光（１６）は必ず何らかの広がり角度θ（１８）を持
っている。これは，ビーム直径２ａに起因する回折広が
りと，レーザ光の共振器設計に起因する，広がりの２点
がある。レーザ波長をλ，レーザ発振器の共振器長をL
とすれば，前者は０．２４４×λ／２ａ，後者は０．９
４×√（λ／Ｌ）で表される。ビーム広がり角度θが非
線形光学結晶の位相整合許容角度Θに比較して小さけれ
ば，全てのビームを有効に位相整合することが可能であ
るが，通常その条件を満足させることは困難である。例
えばＮｄ−ＹＡＧレーザの出力ビーム広がりは通常数ｍ
ｒａｄあるのに対し，典型的な波長変換用非線形光学結
晶であるＢＢＯの許容角度は1ｍｒａｄ程度であり，位
相整合条件が成立しない。
【００２２】図６は本発明の第１の実施例である。レー
ザ発振器（１９）からのレーザ出力光（２０）はビーム
広がり角度θを有し，発振器の出力端から次第に広が
る。前述の様にビーム広がり角度はビーム径に依存する
回折広がり角度と光共振器の構成に依存する部分があ
る。レーザ光をコリメータ光学系（２１）を通過したレ
ーザビーム（２２）は光共振器の構成に依存する角度広
がりを補償し，ビーム径に依存する回折広がりの限界値
まで広がり角度を減少させる事ができる。非線形光学結
晶（２３）の位相整合許容角度がビーム径に依存する回
折広がりと同程度の場合には，波長変換が効率よく行わ
れる。
ザ発振器（１９）からのレーザ出力光（２０）はビーム
広がり角度θを有し，発振器の出力端から次第に広が
る。前述の様にビーム広がり角度はビーム径に依存する
回折広がり角度と光共振器の構成に依存する部分があ
る。レーザ光をコリメータ光学系（２１）を通過したレ
ーザビーム（２２）は光共振器の構成に依存する角度広
がりを補償し，ビーム径に依存する回折広がりの限界値
まで広がり角度を減少させる事ができる。非線形光学結
晶（２３）の位相整合許容角度がビーム径に依存する回
折広がりと同程度の場合には，波長変換が効率よく行わ
れる。
【００２３】図７は本発明の第２の実施例を示す。本実
施例では，レーザ発振器の出力光はビーム広がり角度θ
を有している。ここではコリメータを倍率ｍの拡大光学
系とする。回折理論では，ビームの広がり角度がビーム
径に反比例するため，非線形光学結晶（２８）の部位で
のビーム広がり角度（２７）はθ／ｍとなる。この値が
非線形光学結晶（２８）の位相整合許容角度Θに等しく
する事で，波長変換が効率よく行われる。コリメータ光
学系の倍率ｍ＝θ／Θの条件が導き出される。この構成
によりコリメート光学系の倍率ｍを最適化する事で，レ
ーザ光のビーム広がり角度と，非線形光学結晶の位相整
合角度に拘らず，最適な位相整合条件を達成し，高い変
換効率を得る事が可能になる。
施例では，レーザ発振器の出力光はビーム広がり角度θ
を有している。ここではコリメータを倍率ｍの拡大光学
系とする。回折理論では，ビームの広がり角度がビーム
径に反比例するため，非線形光学結晶（２８）の部位で
のビーム広がり角度（２７）はθ／ｍとなる。この値が
非線形光学結晶（２８）の位相整合許容角度Θに等しく
する事で，波長変換が効率よく行われる。コリメータ光
学系の倍率ｍ＝θ／Θの条件が導き出される。この構成
によりコリメート光学系の倍率ｍを最適化する事で，レ
ーザ光のビーム広がり角度と，非線形光学結晶の位相整
合角度に拘らず，最適な位相整合条件を達成し，高い変
換効率を得る事が可能になる。
【００２４】図８は本発明の第４の実施例である。図８
（ａ）は非線形光学結晶（３３）の位相整合方向，図８
（ｂ）は位相整合と垂直の方向から見た図である。ここ
ではレーザ発振器（２９）の出力レーザ光（３０）をコ
リメート光学系（３１）により一旦ビーム広がり角度を
最適化し，更に円筒レンズ（３３）により非線形光学結
晶（３３）の位相整合方向と垂直な方向に集束する。こ
の光学構成では，位相整合方向については，図７に示す
コリメート光学系と同様なビーム広がり角度の最適化が
行われるのと同時に，波長変更に関して入射角度が鈍感
な位相整合と垂直な方向に集束する事で，非線形光学結
晶（３３）内部でのビーム断面積を小さくし，レーザ光
密度を高める事で，波長変換効率が高まる。本実施例の
他の特徴は，図１および図３で示す従来の単一のレンズ
で集束する方法に比べ，位相整合角度の最適化と集束に
よるレーザ光強度の最適化が，各々コリメート光学系
（３１）と円筒レンズ（３３）によって完全に独立に行
える点にあり，両者共に最適化が容易であるという特徴
がある。また非線形光学結晶内部のレーザ光強度は円筒
レンズ（３３）の焦点距離に反比例して一義的に決まる
為，結晶を劣化させることなく，高い波長変換効率を得
る最適なレーザ強度を得るための条件としてこの円筒レ
ンズの焦点距離の最適化のみで容易に行う事が可能であ
る。
（ａ）は非線形光学結晶（３３）の位相整合方向，図８
（ｂ）は位相整合と垂直の方向から見た図である。ここ
ではレーザ発振器（２９）の出力レーザ光（３０）をコ
リメート光学系（３１）により一旦ビーム広がり角度を
最適化し，更に円筒レンズ（３３）により非線形光学結
晶（３３）の位相整合方向と垂直な方向に集束する。こ
の光学構成では，位相整合方向については，図７に示す
コリメート光学系と同様なビーム広がり角度の最適化が
行われるのと同時に，波長変更に関して入射角度が鈍感
な位相整合と垂直な方向に集束する事で，非線形光学結
晶（３３）内部でのビーム断面積を小さくし，レーザ光
密度を高める事で，波長変換効率が高まる。本実施例の
他の特徴は，図１および図３で示す従来の単一のレンズ
で集束する方法に比べ，位相整合角度の最適化と集束に
よるレーザ光強度の最適化が，各々コリメート光学系
（３１）と円筒レンズ（３３）によって完全に独立に行
える点にあり，両者共に最適化が容易であるという特徴
がある。また非線形光学結晶内部のレーザ光強度は円筒
レンズ（３３）の焦点距離に反比例して一義的に決まる
為，結晶を劣化させることなく，高い波長変換効率を得
る最適なレーザ強度を得るための条件としてこの円筒レ
ンズの焦点距離の最適化のみで容易に行う事が可能であ
る。
【００２５】図９は本発明の第４の実施例であり，レー
ザ光を２回の波長変換を行い，４次高調波で短波長レー
ザ光を得るものである。レーザ発振器（３４）からの基
本波レーザ出力光（３５）は第１のコリメータ（３６）
により第１の非線形光学結晶（３８）の位相整合角度に
適合したビーム広がり角度に補正されたレーザビーム
（３７）となり非線形光学結晶（３８）に入射し，２次
高調波（３９）が発生する。２次高調波（３９）はダイ
クロイックミラー（４０）により，基本波成分を除去
し，第２の非線形光学結晶（４３）の位相整合角度に適
合したビーム広がり角度になるように，第２のコリメー
タ（４１）によって補正される。更に円筒レンズ（４
２）で第２の非線形光学結晶（４３）の位相整合方向と
垂直方向に集束され，４次高調波（４４）が発生する。
ザ光を２回の波長変換を行い，４次高調波で短波長レー
ザ光を得るものである。レーザ発振器（３４）からの基
本波レーザ出力光（３５）は第１のコリメータ（３６）
により第１の非線形光学結晶（３８）の位相整合角度に
適合したビーム広がり角度に補正されたレーザビーム
（３７）となり非線形光学結晶（３８）に入射し，２次
高調波（３９）が発生する。２次高調波（３９）はダイ
クロイックミラー（４０）により，基本波成分を除去
し，第２の非線形光学結晶（４３）の位相整合角度に適
合したビーム広がり角度になるように，第２のコリメー
タ（４１）によって補正される。更に円筒レンズ（４
２）で第２の非線形光学結晶（４３）の位相整合方向と
垂直方向に集束され，４次高調波（４４）が発生する。
【００２６】図９の実施例では，２次高調波発生の為に
第１のコリメータでビーム広がり角度を補正したが，レ
ーザ発振器からのレーザ出力光のビーム広がりが小さい
場合には，第１のコリメータを省略しても良い。
第１のコリメータでビーム広がり角度を補正したが，レ
ーザ発振器からのレーザ出力光のビーム広がりが小さい
場合には，第１のコリメータを省略しても良い。
【００２７】図９の実施例では，レーザ光強度が十分な
２次高調波発生については，第一の非線形光学結晶（３
８）に対して，特に集束光学系を用いず平行光のままで
高調波発生を行っている。基本波発振器のレーザ出力光
のビーム直径と出力光強度によって，円筒レンズによっ
て位相整合方向と垂直な方向についての集束光学系を形
成しても良い。
２次高調波発生については，第一の非線形光学結晶（３
８）に対して，特に集束光学系を用いず平行光のままで
高調波発生を行っている。基本波発振器のレーザ出力光
のビーム直径と出力光強度によって，円筒レンズによっ
て位相整合方向と垂直な方向についての集束光学系を形
成しても良い。
【００２８】図９の実施例において，基本波レーザ発振
器がNd-YAGレーザ，Nd-YVO4レーザ，またはNd-YLFレー
ザ等の１μ近傍の波長を有するレーザ光出力であり，第
１の非線形光学結晶がBBOまたはLBOまたはKTPであり，
第２の非線形光学結晶がBBOまたはCLBOを用いる事によ
り260nm近傍の紫外4次高調波を発生する。
器がNd-YAGレーザ，Nd-YVO4レーザ，またはNd-YLFレー
ザ等の１μ近傍の波長を有するレーザ光出力であり，第
１の非線形光学結晶がBBOまたはLBOまたはKTPであり，
第２の非線形光学結晶がBBOまたはCLBOを用いる事によ
り260nm近傍の紫外4次高調波を発生する。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
従来の波長変換レーザ装置にあった，変換効率の低さ，
結晶の劣化，装置の複雑化と調整の困難さ等の問題点が
解消され，効率が高く，長寿命で，かつ簡単な光学系の
構成の波長変換レーザ装置を得ることが可能となるもの
である。本発明による波長変換装置により，波長が３０
０ｎｍより短い紫外線レーザ光が容易に得られる。
従来の波長変換レーザ装置にあった，変換効率の低さ，
結晶の劣化，装置の複雑化と調整の困難さ等の問題点が
解消され，効率が高く，長寿命で，かつ簡単な光学系の
構成の波長変換レーザ装置を得ることが可能となるもの
である。本発明による波長変換装置により，波長が３０
０ｎｍより短い紫外線レーザ光が容易に得られる。
【図１】一般的な非線形光学結晶を用いた波長変換レー
ザの概略図
ザの概略図
【図２】非線形光学結晶に集束された，レーザビームの
形状
形状
【図３】円筒レンズを用いて非線形光学結晶にレーザ光
を集束させる概略図
を集束させる概略図
【図４】外部リング共振器による波長変換光学系の構成
図
図
【図５】本発明の実施例を説明する為の，光学構成図
【図６】本発明の第１の実施例
【図７】本発明の第２の実施例
【図８】本発明の第３の実施例
【図9】本発明の第４の実施例
１ レーザ発振器からのレーザ出力光 ２ 凸レンズ ３ 非線形光学結晶 ４ 入射レーザ光の円錐形状 ５ レーザビームが擬似平行の領域 ６ 入射レーザビーム ７ 円筒レンズ ８ 非線形光学結晶 ９ 位相整合方向 １０ 位相整合方向と垂直な方向 １１ ４枚のミラー １２ 非線形光学結晶 １３ レーザ光 １４ 波長変換した出力 １５ レーザ発振器 １６ レーザ出力光 １７ 非線形光学素子 １８ レーザ光の広がり角度 １９ レーザ発振器 ２０ レーザ出力光 ２１ コリメータ光学系 ２２ コリメートされたレーザビーム ２３ 非線形光学結晶 ２４ レーザ発振器 ２５ レーザ出力光 ２６ コリメータ光学系 ２７ コリメートされたレーザビームの広がり角度 ２８ 非線形光学結晶 ２９ レーザ発振器 ３０ コリメータ光学系 ３１ 円筒レンズ ３２ 非線形光学結晶 ３３ 円筒レンズ ３４ レーザ発振器 ３５ レーザ出力光 ３６ 第１のコリメータ光学系 ３７ コリメートされたレーザ光 ３８ 第１の非線形光学結晶 ３９ 発生した２次高調波 ４０ 基本波と２次高調波を分離するダイクロイック光
学系 ４１ 第２のコリメータ光学系 ４２ 円筒レンズ ４３ 第２の非線形光学結晶 ４４ 発生した4次高調波
学系 ４１ 第２のコリメータ光学系 ４２ 円筒レンズ ４３ 第２の非線形光学結晶 ４４ 発生した4次高調波
Claims (7)
- 【請求項１】レーザ発振器と非線形光学結晶を組み合わ
せ，該レーザ発振器の波長とは異なる波長のレーザ光を
得る，波長変換レーザ装置において，該レーザ発振器の
出力光の平行度を高める為のコリメータ光学系を具備す
る事を特徴とする，波長変換レーザ装置。 - 【請求項２】前記波長変換レーザ装置において，コリメ
ータ光学系を通過したレーザ光を，前記非線形光学結晶
の位相整合方向と直角な方向に集束する為の円筒レンズ
を具備する事を特徴とする，請求項２の波長変換レーザ
装置。 - 【請求項３】レーザ発振器と２個の非線形光学結晶を組
み合わせ，該レーザ発振器のレーザ光を一方の非線形光
学結晶により異なる波長のレーザ光に変換し，さらにそ
のレーザ光を他の非線形光学結晶によりさらに異なる波
長のレーザ光に変換する，波長変換レーザ装置におい
て，２個の非線形光学結晶にレーザ光を入射する光学系
の一方または両方が，前段のレーザ発振器または波長変
換レーザ装置の出力光の平行度を高める為のコリメータ
光学系を有することを特徴とする，波長変換レーザ装
置。 - 【請求項４】前記２個の非線形光学結晶にレーザを入射
する光学系でコリメータ光学系と，該非線形光学結晶の
位相整合方向と直角な方向に集束する為の円筒レンズを
併用する事を特徴とする，請求項３の波長変換レーザ装
置。 - 【請求項５】コリメータ光学系の倍率を，非線形光学結
晶の前段のレーザ発振器またはレーザ装置のビーム広が
り角と該非線形光学結晶の位相整合許容角度の比率の逆
数とする事を特徴とする請求項１，請求項２，請求項３
または請求項４の波長変換レーザ装置。 - 【請求項６】レーザ発振器がNd-YAGレーザ，Nd-YVO4レ
ーザまたはNd-YLFレーザであり，非線形光学結晶がBBO
またはLBOまたはKTPであり，レーザ発振器の波長の１／
２の波長のレーザ光を得る事を特徴とする請求項１，請
求項２または請求項５の波長変換レーザ装置。 - 【請求項７】レーザ発振器がNd-YAGレーザ，Nd-YVO4レ
ーザまたはNd-YLFレーザであり，第1の非線形光学結晶
がBBOまたはLBOまたはKTPであり，第2の非線形光学結晶
がBBOまたはCLBOであり，レーザ発振器の１／４の波長
のレーザ光を得る事を特徴とする請求項３，請求項４ま
たは請求項５の波長変換レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000244715A JP2002055368A (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | 波長変換レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000244715A JP2002055368A (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | 波長変換レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002055368A true JP2002055368A (ja) | 2002-02-20 |
Family
ID=18735363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000244715A Pending JP2002055368A (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | 波長変換レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002055368A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005331599A (ja) * | 2004-05-18 | 2005-12-02 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 波長変換レーザ装置 |
| JP2007298932A (ja) * | 2006-05-03 | 2007-11-15 | Mitsubishi Materials Corp | 波長変換方法 |
| JP2017191324A (ja) * | 2012-05-22 | 2017-10-19 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | １９３ｎｍレーザーを使用する固体レーザーおよび検査システム |
| US10199149B2 (en) | 2014-10-03 | 2019-02-05 | Kla-Tencor Corporation | 183NM laser and inspection system |
| US10439355B2 (en) | 2013-02-13 | 2019-10-08 | Kla-Tencor Corporation | 193nm laser and inspection system |
| US10495582B2 (en) | 2014-03-20 | 2019-12-03 | Kla-Tencor Corporation | System and method for reducing the bandwidth of a laser and an inspection system and method using a laser |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0196629A (ja) * | 1987-10-08 | 1989-04-14 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光波長変換モジュール |
| JPH0511287A (ja) * | 1991-06-04 | 1993-01-19 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | レーザー光波長変換装置 |
| JPH0750442A (ja) * | 1993-08-05 | 1995-02-21 | Hoya Corp | 加工用レーザ装置 |
| JPH07234428A (ja) * | 1994-02-22 | 1995-09-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 短波長光源モジュールおよび波長変換素子 |
| JPH08274402A (ja) * | 1995-03-31 | 1996-10-18 | Hitachi Ltd | スラブレーザ発振器 |
| JPH09292638A (ja) * | 1996-04-25 | 1997-11-11 | Sony Corp | 高出力紫外線レーザー光発生装置 |
| JPH1144897A (ja) * | 1997-07-25 | 1999-02-16 | Mitsubishi Electric Corp | 波長変換レーザ装置 |
| JPH11258645A (ja) * | 1998-03-13 | 1999-09-24 | Sony Corp | 波長変換装置 |
-
2000
- 2000-08-11 JP JP2000244715A patent/JP2002055368A/ja active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0196629A (ja) * | 1987-10-08 | 1989-04-14 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光波長変換モジュール |
| JPH0511287A (ja) * | 1991-06-04 | 1993-01-19 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | レーザー光波長変換装置 |
| JPH0750442A (ja) * | 1993-08-05 | 1995-02-21 | Hoya Corp | 加工用レーザ装置 |
| JPH07234428A (ja) * | 1994-02-22 | 1995-09-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 短波長光源モジュールおよび波長変換素子 |
| JPH08274402A (ja) * | 1995-03-31 | 1996-10-18 | Hitachi Ltd | スラブレーザ発振器 |
| JPH09292638A (ja) * | 1996-04-25 | 1997-11-11 | Sony Corp | 高出力紫外線レーザー光発生装置 |
| JPH1144897A (ja) * | 1997-07-25 | 1999-02-16 | Mitsubishi Electric Corp | 波長変換レーザ装置 |
| JPH11258645A (ja) * | 1998-03-13 | 1999-09-24 | Sony Corp | 波長変換装置 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005331599A (ja) * | 2004-05-18 | 2005-12-02 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 波長変換レーザ装置 |
| JP2007298932A (ja) * | 2006-05-03 | 2007-11-15 | Mitsubishi Materials Corp | 波長変換方法 |
| JP2017191324A (ja) * | 2012-05-22 | 2017-10-19 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | １９３ｎｍレーザーを使用する固体レーザーおよび検査システム |
| US10439355B2 (en) | 2013-02-13 | 2019-10-08 | Kla-Tencor Corporation | 193nm laser and inspection system |
| US10495582B2 (en) | 2014-03-20 | 2019-12-03 | Kla-Tencor Corporation | System and method for reducing the bandwidth of a laser and an inspection system and method using a laser |
| US10199149B2 (en) | 2014-10-03 | 2019-02-05 | Kla-Tencor Corporation | 183NM laser and inspection system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| USRE35215E (en) | Frequency converted laser diode and lens system therefor | |
| KR100411456B1 (ko) | 파장변환레이저장치 및 레이저가공장치 | |
| US20110243163A1 (en) | Wedge-faceted nonlinear crystal for harmonic generation | |
| KR102344775B1 (ko) | 제3 고조파 생성을 위한 고효율 레이저 시스템 | |
| JP5646040B2 (ja) | レーザービームの周波数変換のための装置及び方法 | |
| JPH0242778A (ja) | レーザ共振装置 | |
| JP2746315B2 (ja) | 波長変換装置 | |
| US6288832B1 (en) | Apparatus and methods for using achromatic phase matching at high orders of dispersion | |
| JP2000513829A (ja) | 光高調波発生器 | |
| JP2002055368A (ja) | 波長変換レーザ装置 | |
| US6069903A (en) | Method and device for frequency conversion, particularly for the frequency doubling of fixed frequency lasers | |
| US9543732B2 (en) | Laser wavelength conversion apparatus | |
| US6101022A (en) | High beam quality optical parametric oscillator | |
| US5870415A (en) | Lasers | |
| JP3197820B2 (ja) | 固体レーザ装置 | |
| JP3313049B2 (ja) | 広帯域高速波長変換方法およびその装置 | |
| JPH1115033A (ja) | レーザ光高調波発生装置 | |
| JP2003051635A (ja) | プリズムを用いるマルチパスラマンセル | |
| JP3046562B2 (ja) | レーザ装置 | |
| JPH07311396A (ja) | レーザ装置 | |
| JP2001272704A (ja) | 波長変換装置およびその波長変換装置を備えたレーザ装置 | |
| JP2704337B2 (ja) | 光波長変換装置 | |
| JP3429299B2 (ja) | 広帯域高速波長変換方法およびその装置 | |
| Kudryashov | Intracavity laser-beam control and formation | |
| Barnes et al. | Solid state laser ultraviolet source |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20060120 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070807 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100113 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100120 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100323 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100915 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101111 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110713 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20111109 |