DE10195608B4

DE10195608B4 - Wellenlängenumwandlungsverfahren, Wellenlängenumwandlungsvorrichtung und Laser-Bearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10195608B4
Application number: DE10195608T
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Kojima; Susumu Konno; Shuichi Fujikawa; Koji Yasui; Takatomo Suita Sasaki; Yusuke Katano Mori; Masashi Ikeda Yoshimura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2021-12-13
Also published as: WO2002048786A1; DE10195608T1

Abstract

Wellenlängenumwandlungsverfahren, bei dem die Wellenlänge eines Lichts von einem nichtlinearen optischen Kristall (2) umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine gasförmige Umgebung, die mit einer Oberfläche des nichtlinearen optischen Kristalls (2), aus der das wellenlängenumgewandelte Licht austritt, in Kontakt ist, ein Gas (16) mit Ausnahme von reinem Sauerstoff, einem oder mehreren Edelgasen oder einer Mischung davon ist, wobei der Gehalt dieses Gases (16) an Stickstoff geringer als der von Luft ist, und daß die Wellenlängenumwandlung in dem in dieser gasförmigen Umgebung angeordneten Kristall (2) durchgeführt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wellenlängenumwandlungsverfahren eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung und eine Laser-Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung eines nichtlinearen optischen Kristalls.
STAND DER TECHNIK
Aus der EP 1 048 974 A1 ist beispielsweise eine Haltevorrichtung für einen Kristall zur Durchführung einer Wellenlängenumwandlung bekannt. Die Haltevorrichtung umfaßt eine Haupt-Haltevorrichtung zur Aufnahme des Kristalls. Ein Gehäuse bildet um die Haupt-Haltevorrichtung herum eine hermetisch abgedichtete Kammer, welche mit reinem Sauerstoff oder einer Edelgas-Sauerstoff-Mischung befüllbar ist.
Aus der US 6 002 697 A ist ein Laser bekannt, bei welchem ein nicht linearer Kristall in einem Gehäuse angeordnet ist, welches es ermöglicht, den Kristall in einer Atmosphäre aus Stickstoff, trockener Luft oder aus Argon, Helium und Neon zu verwenden.
12 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren herkömmlichen Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, die beispielsweise in JP 11-271820 A angegeben ist. In 12 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Vakuumbehälter; 2 ist ein nichtlinearer optischer Kristall wie etwa Cäsium-Lithium-Borat (chemische Formel: CsLiB₆O₁₀); 3a und 3b sind optische Fenster; 4a, 4b und 4c sind O-Dichtringe; 5 bezeichnet ein Vakuumverschließventil; und 6 bezeichnet ein Befestigungsfitting. 7 bezeichnet die gesamte Wellenlängenumwandlungsvorrichtung.
Nachstehend wird die Betriebsweise beschrieben. Ein Laserstrahl tritt durch das optische Fenster 3a an einer Eintrittsseite in den Vakuumbehälter 1 ein und gelangt mit dem nichtlinearen optischen Kristall 2 in Wechselwirkung, so daß er eine Wellenlängenumwandlung erfährt. Danach wird der Laserstrahl durch das optische Fenster 3b an einer Austrittsseite abgegeben. Ein oberer Bereich des Vakuumbehälters 1 ist mit dem Vakuumverschließventil 5 versehen, und die Grenzflächen zwischen dem Hauptkörper des Vakuumbehälters 1 und den optischen Fenstern 3a, 3b und dem Vakuumverschließventil 5 sind mit den O-Dichtringen 4a, 4b und 4c abgedichtet, und das Innere des Vakuumbehälters 1 wird auf einem Vakuum gehalten.
Im Inneren des Vakuumbehälters 1 wird der nichtlineare optische Kristall 2 von dem Befestigungsfitting 6 von oben mit Druck beaufschlagt, so daß er auf einem Bodenbereich des Vakuumbehälters 1 festgelegt ist.
Da, wie oben beschrieben, die herkömmliche Wellenlängenumwandlungsvorrichtung die Atmosphäre um den Wellenlängenumwandlungskristall herum im Vakuum hält, besteht die Gefahr des Auftretens von Verunreinigungen von dem Vakuumbehälter, den O-Dichtringen, dem Befestigungsfitting usw., die dem Vakuum ausgesetzt sind, und die Verunreinigungen haften an dem nichtlinearen optischen Kristall 2 (dem Wellenlängenumwandlungskristall) und den optischen Fenstern, was zu den Problemen führt, daß der Wellenlängenumwandlungs-Laserstrahl (d. h. ein Licht, das von dem nichtlinearen optischen Kristall eine Wellenlängenumwandlung erfahren hat) nicht stabil über einen langen Zeitraum erzeugt werden kann und daß als Behälter der Vakuumbehälter erforderlich ist und die Vorrichtung teuer ist.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben angesprochenen Probleme zu lösen, und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wellenlängenumwandlungsverfahren und eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung sowie eine Laser-Bearbeitungsvorrichtung unter Verwendung des Wellenlängenumwandlungsverfahrens und der -vorrichtung bereitzustellen, wobei die Erzeugung eines Lichts, das von dem nichtlinearen optischen Kristall wellenlängenumgewandelt wurde, über einen langen Zeitraum auf stabile Weise realisiert wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Ein Wellenlängenumwandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung richtet sich auf ein Wellenlängenumwandlungsverfahren, das die Wellenlänge eines Lichts durch einen nichtlinearen optischen Kristall umwandelt, wobei eine gasförmige Umgebung, die mit einer Oberfläche des nichtlinearen optischen Kristalls, aus der das wellenlängeumgewandelte Licht austritt, in Kontakt ist, ein Gas mit Ausnahme von reinem Sauerstoff, einem oder mehreren Edelgasen oder einer Mischung davon ist, wobei der Gehalt dieses Gases an Stickstoff geringer als der von Luft ist, und wobei die Wellenlängenumwandlung in dem in dieser gasförmigen Umgebung angeordneten Kristall durchgeführt wird.
Bei diesem Verfahren kann der Vorteil erreicht werden, daß das von dem nichtlinearen optischen Kristall hinsichtlich der Wellenlänge umgewandelte Licht über einen langen Zeitraum stabil erzeugt werden kann.
Bei einem Wellenlängenumwandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sind ferner eine Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls, in die das in bezug auf die Wellenlänge umzuwandelnde Licht eintritt, und die Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls, aus der das wellenlängenumgewandelte Licht austritt, von dem genannten Gas umgeben.
Bei diesem Verfahren kann der Vorteil erreicht werden, daß das Licht, dessen Wellenlänge von dem nichtlinearen optischen Kristall umgewandelt wurde, über einen langen Zeitraum auf stabile Weise und mit Sicherheit erzeugt werden kann.
Bei einem Wellenlängenumwandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sind ferner die gasförmige Umgebung, die mit der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls, in die das hinsichtlich der Wellenlänge umzuwandelnde Licht eintritt, in Kontakt ist, und die gasförmige Umgebung, die mit der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls, aus der das hinsichtlich der Wellenlänge umgewandelte Licht austritt, in Kontakt ist, Gase mit den in Patentanspruch 1 genannten Eigenschaften, die jeweils verschiedene Komponenten enthalten.
Bei diesem Verfahren kann der Vorteil erreicht werden, daß eine Wechselwirkung des nichtlinearen optischen Kristalls mit der gasförmigen Umgebung, die durch das hinsichtlich der Wellenlänge umzuwandelnde Licht bewirkt wird, und eine Wechselwirkung des nichtlinearen optischen Kristalls mit der gasförmigen Umgebung, die durch das hinsichtlich der Wellenlänge umgewandelte Licht bewirkt wird, mit hohem Wirkungsgrad jeweils individuell verhindert werden können.
Ferner wird bei dem Wellenlängenumwandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das Gas zirkuliert.
Selbst wenn Verunreinigungen auftreten, kann bei diesem Verfahren dadurch, daß die Verunreinigungen gemeinsam mit dem zirku lierten Gas abgeführt werden, verhindert werden, daß die Verunreinigungen an dem nichtlinearen optischen Kristall oder den optischen Fenstern haften.
Bei einem Wellenlängenumwandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner, nachdem das Gas der Umgebung von mindestens der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls zugeführt wurde, das Gas abgezogen.
Bei diesem Verfahren kann der Vorteil erreicht werden, daß dadurch, daß der Umgebung des nichtlinearen optischen Kristalls ein Flash-Gas zugeführt wird, auch beim Auftreten von Verunreinigungen deren Anhaften an dem nichtlinearen optischen Kristall noch sicherer verhindert werden kann.
Ferner ist bei einem Wellenlängenumwandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das Gas ein Gas, dessen Volumenanteil 10% des Gases beträgt, das Stickstoff enthält.
Bei diesem Verfahren kann der Vorteil erreicht werden, daß das Licht, dessen Wellenlänge von dem nichtlinearen optischen Kristall umgewandelt wurde, mit einer einfachen Konstruktion über einen langen Zeitraum stabil erzeugt werden kann.
Ferner ist bei dem Wellenlängenumwandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung der nichtlineare optische Kristall ein Kristall, der Cäsium aufweist.
Bei diesem Verfahren kann der Vorteil erreicht werden, daß ein Hochleistungslicht im UV-Bereich, dessen Wellenlänge von dem nichtlinearen optischen Kristall umgewandelt wurde, über einen langen Zeitraum auf stabile Weise erzeugt werden kann.
Ferner ist bei einem Wellenlängenumwandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das Gas eines, das hauptsächlich Kohlendioxidgas enthält.
Bei diesem Verfahren kann der Vorteil erreicht werden, daß das Licht, dessen Wellenlänge von dem nichtlinearen optischen Kristall umgewandelt wurde, mit einer vereinfachten Konstruktion über einen langen Zeitraum stabil erzeugt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung angegeben, die die Wellenlänge eines Lichts durch einen nichtlinearen optischen Kristall umwandelt und Einrichtungen aufweist, um eine mit einer Oberfläche des nichtlinearen optischen Kristalls, aus der das wellenlängenumgewandelte Licht austritt, in Kontakt befindliche gasförmige Umgebung auf ein Gas mit Ausnahme von reinem Sauerstoff, einem oder mehreren Edelgasen oder einer Mischung davon einzustellen, wobei der Gehalt dieses Gases an Stickstoff geringer als der von Luft ist.
Bei dieser Vorrichtung kann der Vorteil erreicht werden, daß das Licht, dessen Wellenlänge von dem nichtlinearen optischen Kristall umgewandelt wurde, über einen langen Zeitraum stabil erzeugt werden kann.
Ferner wird bei einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das Licht, dessen Wellenlänge umgewandelt wurde, mit einer mittleren Leistung von 5 W oder höher abgegeben.
Bei dieser Vorrichtung kann der Vorteil erreicht werden, daß das von dem nichtlinearen optischen Kristall wellenlängenumgewan delte Licht mit hoher Ausgangsleistung über einen langen Zeitraum stabil erzeugt werden kann.
Ferner weist eine Wellenlängenumwandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung auf, um eine Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls mit dem genannten Gas zu umgeben.
Bei dieser Vorrichtung kann der Vorteil erreicht werden, daß das Licht, dessen Wellenlänge von dem nichtlinearen optischen Kristall umgewandelt wurde, über einen langen Zeitraum mit erhöhter Sicherheit stabil erzeugt werden kann.
Ferner weist eine Wellenlängenumwandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung auf, um die gasförmige Umgebung, die mit der Fläche des nichtlinearen optischen Kristalls in Kontakt ist, in die das Licht, dessen Wellenlänge umzuwandeln ist, eintritt, und die gasförmige Umgebung, die mit der Fläche des nichtlinearen optischen Kristalls in Kontakt ist, aus der das Licht, dessen Wellenlänge umgewandelt wurde, austritt, auf Gase mit den in Anspruch 9 genannten Eigenschaften einzustellen, wobei die Gase jeweils verschiedene Komponenten enthalten.
Mit dieser Vorrichtung kann der Vorteil erreicht werden, daß eine Wechselwirkung des nichtlinearen optischen Kristalls mit der gasförmigen Umgebung, die durch das in bezug auf die Wellenlänge umzuwandelnde Licht bewirkt ist, und eine Wechselwirkung des nichtlinearen optischen Kristalls mit der gasförmigen Umgebung, die durch das in bezug auf die Wellenlänge umgewandelte Licht bewirkt ist, jeweils mit hohem Wirkungsgrad verhindert werden kann.
Ferner weist eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung auf, die die Zirkulation des Gases zuläßt.
Bei dieser Vorrichtung kann der Vorteil erreicht werden, daß selbst dann, wenn Verunreinigungen auftreten, dadurch, daß die Verunreinigungen gemeinsam mit dem zirkulierenden Gas abgeführt werden, verhindert werden kann, daß die Verunreinigungen an dem nichtlinearen optischen Kristall oder den optischen Fenstern haften.
Ferner ist bei einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein nichtlinearer optischer Kristall in einem Behälter angeordnet, in dem ein Fenster oder eine Öffnung, die den Durchgang eines eintretenden oder eines austretenden Lichts zuläßt, teilweise angeordnet ist, und es ist eine Einrichtung zum Zuführen des genannten Gases zu der Umgebung von mindestens der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls innerhalb des Behälters sowie eine Einrichtung zum Abführen des zugeführten Gases aus dem Behälter vorgesehen.
Mit dieser Vorrichtung kann der Vorteil erreicht werden, daß selbst beim Auftreten von Verunreinigungen dadurch, daß der Umgebung des nichtlinearen optischen Kristalls ein Flash-Gas zugeführt wird, das Anhaften der Verunreinigungen an dem nichtlinearen optischen Kristall mit erhöhter Sicherheit verhindert werden kann.
Ferner ist bei der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das Gas ein Gas, das einen Volumenanteil von 10% oder weniger des Gases, das Stickstoff enthält, hat.
Mit dieser Vorrichtung kann der Vorteil erreicht werden, daß das Licht, dessen Wellenlänge von dem nichtlinearen optischen Kristall umgewandelt wurde, über einen langen Zeitraum mit einer einfachen Konstruktion stabil erzeugt werden kann.
Ferner ist bei der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der nichtlineare optische Kristall ein Kristall, der Cäsium aufweist.
Mit dieser Vorrichtung kann der Vorteil erreicht werden, daß ein Hochleistungslicht im UV-Bereich, das von dem nichtlinearen optischen Kristall wellenlängenumgewandelt wurde, über einen langen Zeitraum stabil erzeugt werden kann.
Bei der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner das Gas ein Gas, das hauptsächlich Kohlendioxidgas enthält.
Mit dieser Vorrichtung kann der Vorteil erreicht werden, daß das Licht, dessen Wellenlänge von dem nichtlinearen optischen Kristall umgewandelt wurde, über einen langen Zeitraum mit einer einfacheren Konstruktion stabil erzeugt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Laser-Bearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, die aufweist: eine Bearbeitungseinrichtung, eine Lasereinrichtung, die eine Lichtquelle zur Wellenlängenumwandlung als Bearbeitungslichtquelle ist, und eine Einrichtung zum Einstellen einer gasförmigen Umgebung, die mit einer Oberfläche eines nichtlinearen optischen Kristalls, von der ein wellenlängenumgewandeltes Licht abgegeben wird, in Kontakt ist, auf ein Gas mit Ausnahme von reinem Sauerstoff, einem oder mehreren Edelgasen oder einer Mischung davon, wobei der Ge halt dieses Gases an Stickstoff geringer als der von Luft ist, und eine Wellenlängenumwandlungseinrichtung, die die Wellenlänge eines Laserstrahls von der Lasereinrichtung durch den nichtlinearen optischen Kristall umwandelt.
Mit dieser Vorrichtung kann der Vorteil erreicht werden, daß eine gleichmäßige Bearbeitung mit hoher Präzision stabil über einen langen Zeitraum durchgeführt werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Querschnitt in Längsrichtung und zeigt eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Querschnitt in Querrichtung und zeigt eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Querschnitt in Längsrichtung und zeigt eine zweite Ausführungsform einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Querschnitt in Querrichtung und zeigt eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Querschnitt in Längsrichtung und zeigt eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein Querschnitt in Längsrichtung und zeigt eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein Querschnitt in Längsrichtung und zeigt eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Querschnitt in Längsrichtung und zeigt eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist ein Querschnitt in Längsrichtung und zeigt eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ist ein Querschnitt in Längsrichtung und zeigt eine Wellenlängenumwandlungs-Laservorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ist ein Querschnitt in Längsrichtung einer Laser-Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
12 ist ein Querschnitt in Längsrichtung einer herkömmlichen Wellenlängenumwandlungsvorrichtung.
BESTE ART DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Zur Untersuchung der Ursache für die Verschlechterung einer Wellenlängenumwandlungscharakteristik bei Verwendung eines CLBO-Kristalls führten die Erfinder über eine Zeitraum von 100 Stunden die kontinuierliche Erzeugung eines UV-Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 266 nm durch, die eine vierte höhere Harmonische eines Nd:YAG- Lasers ist, indem der CLBO-Kristall mit einer Laservorrichtung verwendet wurde, die eine zweite höhere Harmonische eines Neodym-YAG-(Nd:YAG)-Lasers, also eine Wellenlänge von 1064 nm, erzeugt, d. h. einen Laserstrahl einer Wellenlänge von 532 nm als Lichtquelle erzeugt. Wenn der kontinuierliche UV-Laserstrahl erzeugt wird, ist der CLBO-Kristall auf einem Heizelement in Luft angeordnet und wird mit einer konstanten Temperatur von 140°C verwendet. Die mittlere Leistung des erzeugten UV-Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 266 nm ist 20 W.
Ein neu anhaftendes Material wurde an einer UV-Laserstrahl-Austrittsendfläche des CLBO-Kristalls nach einem Test einer kontinuierlichen UV-Laserstrahlerzeugung über 100 Stunden entdeckt, also an einer Fläche des CLBO-Kristalls, von der das Licht, dessen Wellenlänge umgewandelt wurde, abgegeben wird. Als Ergebnis der Analyse des Elements und der Struktur des Materials wurde gezeigt, daß das anhaftende Material eine Salpetersäureverbindung ist, die Cäsiumnitrat enthält (CsNO₃). Da das Cäsiumnitrat nur an der UV-Laserstrahl-Austrittsendfläche des CLBO-Kristalls beobachtet wird und Cäsium ein Element ist, das nur in dem für die Wellenlängenumwandlung verwendeten CLBO-Kristall enthalten ist, ist ersichtlich, daß Cäsium, das ein Bestandteil des CLBO-Kristalls ist, und Stickstoff in der Atmosphäre miteinander in Reaktion treten und Cäsiumnitrat erzeugen aufgrund der Wirkung des UV-Laserstrahls, der eine Wellenlänge von 266 nm hat und durch Wellenlängenumwandlung erzeugt wird. Die Erzeugung von Cäsiumnitrat durch Wellenlängenumwandlung bei Verwendung des CLBO-Kristalls ist ferner eine Erscheinung, die erst durch den Langzeittest der kontinuierlichen UV-Laserstrahlerzeugung mit der mittleren Leistung von 5 W oder höher, der von den Erfindern durchgeführt wurde, sichtbar wird. Bisher wurde diese Erscheinung nicht beobachtet, weil kein Langzeitbetriebstest mit einer Ausgangsleistung von 4 W oder weniger durchgeführt wurde, wie beispielsweise in einem Dokument angegeben ist (Kyoichi Deki et al., the Institute of Electric Engineers of Japan, light/quantum device seminar material, vol. OQD-97, Nr. 53–69, S. 41–46, 1997).
Aus dem vorstehenden Resultat ist ersichtlich, daß bei der Durchführung der Wellenlängenumwandlung unter Verwendung des CLBO-Kristalls dann, wenn die Atmosphäre, die mit mindestens der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls in Kontakt ist, aus dem das wellenlängenumgewandelte Licht austritt, ein Gas ist, dessen Gehalt an Stickstoffelementen geringer als derjenige der Luft ist, und wenn vorteilhaft die Atmosphäre Luft ist, die kaum Stickstoffelemente (N) enthält, die Wellenlängenumwandlung mit hoher Ausgangsleistung gegenüber einem Fall, in dem die Atmosphäre Luft ist, über einen langen Zeitraum stabil durchgeführt werden kann.
Erste Ausführungsform
Die 1 und 2 sind Ansichten zur Erläuterung eines Wellenlängenumwandlungsverfahrens und einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zur Implementierung der vorliegenden Erfindung, und speziell ist 1 eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, und 2 ist eine Querschnittsansicht in Querrichtung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung.
In den 1 und 2 bezeichnet 2 einen nichtlinearen optischen Kristall. 3a und 3b sind optische Fenster, durch die ein Laserstrahl hindurchtritt. 4a und 4b sind O-Dichtringe. 11 bezeichnet einen Behälter zur Aufnahme des nichtlinearen optischen Kristalls 2. 12a und 12b sind Halterungen für die optischen Fenster. 13a und 13b sind in dem Behälter 11 definierte Öffnungen. 14a und 14b sind Hähne. 15a und 15b sind Rohre. 16 ist ein Gas, das kein Stickstoffelement (N) oder nur wenig Stickstoffelemente enthält. 17a und 17b sind Befestigungsfittings zum Befestigen des nichtlinearen optischen Kristalls 2 an dem Behälter 11. 7a bezeichnet die gesamte Wellenlängenumwandlungsvorrichtung.
Die beiden Endoberflächen des nichtlinearen optischen Kristalls 2 sind unter einem Phasenanpassungswinkel geschliffen und poliert, um einen UV-Laserstrahl zu erzeugen, dessen Wellenlänge aufgrund der Wellenlängenumwandlung 400 nm oder kürzer ist und der an dem Behälter 11 durch die Befestigungsfittings 17a und 17b befestigt ist. Bei diesem Beispiel ist der nichtlineare optische Kristall 2 ein CLBO-Kristall, und die beiden Endflächen des nichtlinearen optischen Kristalls 2 sind unter einem Phasenanpassungswinkel geschliffen und poliert zur Umwandlung des Laserstrahls, dessen Wellenlänge 532 nm ist, in einen UV-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 266 nm.
Die optischen Fenster 3a und 3b bestehen beispielsweise aus Quarz (chemische Formel: SiO₂) oder Calciumfluorid (chemische Formel: CaF₂), der für mindestens einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 200 nm bis 1500 nm durchlässig ist, und die beiden Endflächen der optischen Fenster 3a und 3b sind poliert und durch die Stützen 12a und 12b für die optischen Fenster über die O-Dichtringe in engen Kontakt mit dem Behälter 11 gebracht. Die Hähne 14a und 14b sind mit dem Behälter 11 durch eine PT-Schraube (konische Schraube für ein Rohr) direkt mit dem Behälter 11 verbunden. Der Behälter 11 wird von den optischen Fenstern 3a, 3b, den O-Dichtringen 4a, 4b und den Hähnen 14a, 14b luftdicht gehalten.
Nachdem der Laserstrahl durch das optische Fenster 3a an der Eintrittsseite in das Innere des Behälters 11 eingetreten ist und von dem nichtlinearen optischen Kristall 2 wellenlängenumgewandelt ist, tritt der Laserstrahl an einer Austrittsseite aus dem optischen Fenster 3b aus.
Das Gas 16 enthält kein Stickstoffelement (N) oder enthält eine geringe Menge Stickstoffelement als einen Bestandteil und enthält hauptsächlich beispielsweise Edelgas, Sauerstoffgas (O₂) oder Kohlendioxidgas (CO₂). Das Gas 16 kann in den Innenraum des Behälters 11 durch die Leitung 15a und den Hahn 14a, der geöffnet wird, einströmen und kann ständig aus dem Behälter 11 durch den geöffneten Hahn 14b und das Rohr 15b ausströmen. Daher wird der Behälter 11 mit dem Gas 16 gefüllt, das kein Stickstoffelement oder eine geringe Menge eines Stickstoffelements als eine Komponente enthält.
Bei der ersten Ausführungsform ist die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7a wie oben beschrieben aufgebaut, und die Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2, in die das in bezug auf die Wellenlänge umzuwandelnde Licht eintritt, und die Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2, aus der das wellenlängenumgewandelte Licht austritt, sind dem Gas 16 ausgesetzt, das kein Stickstoffelement oder eine geringe Menge Stickstoffelement als eine Komponente enthält. Selbst wenn also der UV-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 400 nm oder kürzer bei der Durchführung der Wellenlängenumwandlung des Laserstrahls auf den nichtlinearen optischen Kristall 2 auftrifft, wird keine Salpetersäureverbindung wie etwa Cäsiumnitrat erzeugt, und es gibt keinen Fall, in dem der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl durch die Salpetersäureverbindung belastet oder die Ausgangsleistung verringert wird. Da ferner das Innere der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7a keinem Vakuum ausgesetzt ist, werden in dem Behälter keine Verunreinigungen erzeugt, und es haften keine Verunreinigungen an dem nichtlinearen optischen Kristall 2 oder dem optischen Fenster. Daher kann der Vorteil erreicht werden, daß der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl hoher Güte und hoher Ausgangsleistung über einen langen Zeitraum stabil erzeugt werden kann.
Da ferner das Gas 16 zirkuliert, so daß es in den Innenraum des Behälters 11 einströmt und immer aus dem Behälter 11 ausströmt, werden selbst dann, wenn Verunreinigungen erzeugt werden, diese gemeinsam mit dem zirkulierenden Gas 16 abgeführt. Somit kann der Vorteil erreicht werden, daß ein Anhaften von Verunreinigungen an dem nichtlinearen optischen Kristall 2 oder den optischen Fenstern 3a, 3b verhindert wird.
Da es ferner nicht notwendig ist, die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7a als strikt hermetischen Behälter auszubilden, und der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl hoher Ausgangsleistung über einen langen Zeitraum stabil erzeugt werden kann, kann die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung kostengünstig bereitgestellt werden.
Der nichtlineare optische Kristall 2 besteht zweckmäßig aus einem Kristall, der Cäsium enthält, etwa einem Cäsium-Lithium-Borat-Kristall (chemische Formel CsLiB₆O₁₀, kurz CLBO), Cäsium-Borat-Kristall (chemische Formel CsB₃O₅, kurz CBO), aber auch dann, wenn der nichtlineare optische Kristall 2 aus einem Kristall besteht, der kein Cäsium enthält, wie etwa einem Lithium-Borat-Kristall (chemische Formel LiB₃O₅, kurz LBO), beta-Barium-Borat-Kristall (chemische Formel β-BaB₂O₄, kurz BBO) oder einem Gadolinium-Yttrium-Calcium-Oxyborat-Kristall (chemische Formel Gd_xY_1-xCa₄(BO₃)₃, kurz GdYCOB), können diese Kristalle verwendet werden, weil die Möglichkeit besteht, daß andere Elemente als Cäsium mit Stickstoff reagieren, um eine Stickstoffverbindung zu bilden.
Ferner ist beispielhaft als der Behälter 11 ein säulenförmiger Behälter gezeigt, aber es ist jede Form des Behälters 11 möglich, beispielsweise kann der Behälter 11 ein Kubus oder ein Quader sein.
Ferner ist beispielhaft gezeigt, daß die Hähne 14a und 14b mit dem Behälter 11 beispielsweise mittels einer PT- Schraube oder eines O-Dichtrings direkt verbunden sind, aber diese Hähne 14a und 14b können in der Mitte der Rohre angeordnet sein.
Ferner wird bei der vorstehenden ersten Ausführungsform das Beispiel beschrieben, daß das Gas 16, das kein Stickstoffgas oder eine geringe Menge Stickstoffelemente enthält, durch Öffnen der Hähne 14a und 14b ständig strömt. Nachdem der Behälter 11 mit dem Gas 16, das kein Stickstoffelement oder eine geringe Menge eines Stickstoffelements enthält, gefüllt ist, werden die Hähne 14a und 14b geschlossen, und das Gas 16 ist in dem Behälter 11 hermetisch eingeschlossen, d. h. der nichtlineare optische Kristall kann als eine hermetische Zelle verwendet werden, und dabei werden die gleichen Vorteile wie bei der ersten Ausführungsform erreicht. In diesem Fall wird der durch Zirkulation des Gases 16 erreichte Vorteil nicht erreicht.
Zweite Ausführungsform
Die 3 und 4 sind Ansichten zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform eines Wellenlängenumwandlungsverfahrens und einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung zur Implementierung der vorliegenden Erfindung, und speziell ist 3 ein Querschnitt in Längsrichtung durch die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, und 4 ist ein Querschnitt in Querrichtung durch die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung.
In den 3 und 4 sind die Bezugszeichen 2, 3a, 3b, 4a, 4b, 11, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b und 16 identisch mit denjenigen der obigen ersten Ausführungsform und haben die gleichen Bedeutungen. 17c und 17d bezeichnen Befestigungseinrichtungen zum Befestigen des nichtlinearen optischen Kristalls 2 an einer Heizeinheit 18. 18 bezeichnet eine Heizeinheit, die ein elektrothermisches Heizelement hat. 19 ist ein Wärmedämmaterial. 7b bezeichnet die gesamte Wellenlängenumwandlungsvorrichtung. Ferner ist ein nicht gezeigter Temperaturfühler zur Überwachung der Temperatur in der Heizeinheit 18 angeordnet, und die Heizeinheit 18 und der Temperaturfühler sind mit einer äußeren Temperatursteuerungseinrichtung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7b über einen nicht gezeigten elektrischen Draht verbunden.
Die Heizeinheit 18 hält über die Temperatursteuerungseinrichtung die Temperatur des nichtlinearen optischen Kristalls 2 auf einer Konstanttemperatur von 100°C oder höher durch Steuerung eines in dem elektrothermischen Heizelement fließenden Stroms in Übereinstimmung mit einem Signal von dem Temperaturfühler, so daß die Temperatur der Heizeinheit 18 auf eine Konstanttemperatur von mehr als 100°C gesteuert wird.
Der Laserstrahl tritt in das Innere des Behälters 11 durch das eintrittsseitige optische Fenster 3a ein und wird von dem nichtlinearen optischen Kristall 2 wellenlängenumgewandelt und tritt aus dem austrittsseitigen optischen Fenster 3b aus.
Bei der zweiten Ausführungsform ist die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7b wie beschrieben aufgebaut, und der nichtlineare optische Kristall 2 wird auf der Konstanttemperatur von 100°C oder höher gehalten. Selbst in einem Fall, in dem eine geringe Feuchtigkeitsmenge in dem Gas 16 enthalten ist, kann somit, weil der nichtlineare optische Kristall 2 die Feuchtigkeit nicht absorbiert, der Vorteil erreicht werden, daß der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl über einen langen Zeitraum stabil erzeugt wird.
Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform ist auch hier die Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2, in den das Licht, dessen Wellenlänge umzuwandeln ist, eintritt, und die Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2, aus dem das Licht mit umgewandelter Wellenlänge austritt, dem Gas 16 ausgesetzt, das kein Stickstoffelement oder eine geringe Menge eines Stickstoffelements als Bestandteil enthält. Auch wenn daher der UV-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 400 nm oder kürzer bei der Durchführung der Wellenlängenumwandlung des Laserstrahls auf den nichtlinearen optischen Kristall trifft, wird keine Salpetersäureverbindung wie Cäsiumnitrid erzeugt. Da außerdem das Innere der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7b keinem Vakuum ausgesetzt ist, werden in dem Behälter keine Verunreinigungen erzeugt, und es kann der Vorteil erreicht werden, daß ein wellenlängenumgewandelter Laserstrahl hoher Güte und hoher Leistung über einen langen Zeitraum stabil erzeugt wird. Da es ferner nicht erforderlich ist, daß die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7b als Vakuumbehälter ausgebildet ist, kann der Vorteil erreicht werden, daß die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung kostengünstig bereitgestellt werden kann.
Selbst wenn Verunreinigungen erzeugt werden, werden diese gemeinsam mit dem zirkulierenden Gas 16 abgeführt. Daher kann der Vorteil erreicht werden, daß ein Anhaften von Verunreinigungen an dem nichtlinearen optischen Kristall 2 oder den optischen Fenstern 3a, 3b verhindert wird.
Ferner ist beispielhaft als der Behälter 11 ein säulenförmiger Behälter gezeigt, aber es ist jede Form des Behälters 11 möglich, beispielsweise kann der Behälter 11 ein Kubus oder ein Quader sein.
Ferner ist beispielhaft gezeigt, daß die Hähne 14a und 14b mit dem Behälter 11 beispielsweise mittels einer PT-Schraube oder eines O-Dichtrings direkt verbunden sind, aber diese Hähne 14a und 14b können in der Mitte der Rohre angeordnet sein.
Das Beispiel zeigt, daß das elektrothermische Heizelement als Heizeinheit 18 vorgesehen ist, aber die Heizeinheit 18 ist nicht darauf beschränkt und kann aus einem aufheizbaren Element wie etwa einem Peltier-Element bestehen.
Bei der obigen zweiten Ausführungsform wird ferner das Beispiel beschrieben, daß das Gas 16, das kein Stickstoffelement oder eine geringe Menge eines Stickstoffelements enthält, durch Öffnen der Hähne 14a und 14b ständig strömen kann. Nachdem der Behälter 11 mit dem Gas 16 gefüllt ist, das kein Stickstoffelement oder eine geringe Menge Stickstoffelemente enthält, werden jedoch die Hähne 14a und 14b geschlossen, und damit ist das Gas 16 hermetisch in dem Behälter 11 zum Gebrauch eingeschlossen, und es werden die gleichen Vorteile wie bei der vorstehenden zweiten Ausführungsform erreicht. In diesem Fall wird jedoch der durch die Zirkulation des Gases 16 erreichte Vorteil nicht erhalten.
Dritte Ausführungsform
5 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Wellenlängenumwandlungsverfahrens und einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zur Implementierung der vorliegenden Erfindung, und speziell ist 5 ein Querschnitt in Längsrichtung durch die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung.
In 5 sind die Bezugszeichen 2, 16, 17a und 17b mit denen der ersten Ausführungsform identisch und bezeichnen die gleichen Funktionen. 35 bezeichnet einen Behälterhauptkörper; 36a und 36b sind Kappen; und 37 ist ein Behälter. 38a und 38b sind Öffnungen, die in den Kappen 36a und 36b gebildet sind und durch die Licht hindurchgeht. 13c ist eine Öffnung, die sich in den Behälterhauptkörper 35 öffnet. 14c ist ein Hahn. 15c ist ein Rohr, und 7c bezeichnet die gesamte Wellenlängenumwandlungsvorrichtung.
Der Behälter 37 besteht aus dem Behälterhauptkörper 35 und den Kappen 36a, 36b, und die Öffnungen 38a und 38b, durch die ein Licht hindurchgeht, öffnen sich in den Kappen 36a bzw. 36b.
Das Gas 16, das hauptsächlich ein von Stickstoff verschiedenes Gas enthält, beispielsweise ein Gas, das hauptsächlich ein Edelgas, ein Sauerstoffgas, ein Kohlendioxidgas oder dergleichen enthält, kann aus der in dem Behälterhauptkörper 35 gebildeten Öffnung 13c aus dem Rohr 154c durch den Hahn 14c strömen. Das Gas 16 füllt den Behälter 37 durch Verdrängen der im Behälter 37 befindlichen Luft und wird aus den Öffnungen 38a und 38b abgeführt.
Wie oben beschrieben wird, ist es nicht erforderlich, daß der Behälter 37 luftdicht ist, und die Atmosphäre des nichtlinearen optischen Kristalls 2 kann ein Gas sein, das keine oder eine geringe Menge Stickstoffelemente enthält. Ferner kann das Gas, das mit der Fläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 in Kontakt ist, aus der das wellenlängenumgewandelte Licht austritt, ein Gas sein, das keine Stickstoffelemente oder eine geringe Menge Stickstoffelemente enthält, und es werden die gleichen Vorteile wie bei der obigen ersten Ausführungsform erreicht.
Ebenso wie bei der vorstehenden zweiten Ausführungsform sind die Heizeinheit 18 und das Wärmedämmaterial 19 vorgesehen, so daß der nichtlineare optische Kristall 2 auf einer konstanten Temperatur von 100°C oder höher gehalten wird.
Bei den obigen Ausführungsformen eins bis drei ist die Atmosphäre des nichtlinearen optischen Kristalls 2 mit einem Gas eingestellt, das keine oder eine geringe Menge an Stickstoffelementen enthält. Wenn jedoch ein Gas ver wendet wird, dessen Anteil an Stickstoffelementen geringer als mindestens der von Luft ist, kann die Hochleistungs-Wellenlängenumwandlung im Gegensatz zu einem Fall, in dem die Atmosphäre Luft ist, über einen langen Zeitraum stabil durchgeführt werden. Es wird bevorzugt, daß der Volumenanteil von Stickstoff 10% oder weniger ist, und stärker bevorzugt ist der Volumenanteil von Stickstoff 1% oder weniger. Daher kann das Gas, das hauptsächlich ein Edelgas, ein Sauerstoffgas, ein Kohlendioxidgas oder dergleichen enthält und das man in den Behälter strömen läßt oder darin hermetisch einschließt, in dem der nichtlineare optische Kristall 2 angeordnet ist, durchaus ein Gas sein, das keinen hohen Reinheitsgrad hat, und kann ein billiges Gas minderer Güte sein. Bei dem Gas, das hauptsächlich ein Edelgas, ein Sauerstoffgas, ein Kohlendioxidgas oder dergleichen enthält, wird es bevorzugt, daß der Volumenanteil dieser Gase beispielsweise 50% oder mehr ist, und es wird stärker bevorzugt, daß der Volumenanteil dieser Gase 90% oder mehr oder sogar 99% oder mehr ist.
Vierte Ausführungsform
6 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Wellenlängenumwandlungsverfahrens und einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zur Implementierung der vorliegenden Erfindung; dabei ist 6 speziell eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung.
In 6 sind die Bezugszeichen 2, 3a, 3b, 4a, 4b, 11, 12a, 12b, 17c, 17d, 18 und 19 mit denen der ersten oder zweiten Ausführungsform identisch und bezeichnen die gleichen Elemente. Die Bezugszeichen 13a, 13b, 13c und 13d bezeichnen Öffnungen in dem Behälter 11. 14a, 14b, 14c und 14d bezeichnen Hähne. 15a, 15b, 15c und 15d bezeichnen Leitungen. 16b ist ein Gas, das kein Stickstoffelement (N) oder eine geringe Menge Stickstoffelement als Komponente enthält. 16a bezeichnet ein Gas, das eine Komponente hat, die von derjenigen des Gases 16b verschieden ist. 7d bezeichnet die gesamte Wellenlängenumwandlungsvorrichtung. Ein Raum, der mit der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls, in die das Licht eintritt, dessen Wellenlänge umzuwandeln ist, in Kontakt ist, und ein Raum, der mit der Austrittsendfläche in Kontakt ist, aus der das wellenlängenumgewandelte Licht austritt, sind beispielsweise durch ein Trennelement getrennt (nicht gezeigt).
Die beiden Endoberflächen des nichtlinearen optischen Kristalls 2 sind unter einem Phasenbearbeitungswinkel so geschliffen und poliert, daß der UV-Laserstrahl erzeugt wird, der durch Wellenlängenumwandlung 400 nm oder kürzer ist, und der Kristall ist an dem Behälter 11 durch die Befestigungshalterungen 17c und 17d befestigt. Bei diesem Beispiel besteht der nichtlineare optische Kristall 2 aus einem CLBO-Kristall, und die beiden Endflächen des nichtlinearen optischen Kristalls sind unter einem Phasenbearbeitungswinkel geschliffen und poliert, um den Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 532 nm in den UV-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 266 nm umzuwandeln.
Nachdem der Laserstrahl in das Innere des Behälters 11 durch das eintrittsseitige optische Fenster 3a eingetreten ist und von dem nichtlinearen optischen Kristall 2 wellenlängenumgewandelt worden ist, tritt der Laserstrahl an der Austrittsseite aus dem optischen Fenster 3b aus.
Das Gas 16a strömt in einen Raum, der mit der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 innerhalb des Behälters 11 in Kontakt ist, durch den Hahn 14b und die Öffnung 13b der Leitung 15b ein, und das Gas 16a wird aus dem Behälter 11 durch die Öffnung 13a, den Hahn 14a und die Leitung 15a mit der Atmosphäre, die mit der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 in Kontakt ist, als der Atmosphäre des Gases 16a abgezogen. Außerdem strömt das Gas 16b in einen Raum, der mit der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 innerhalb des Behälters 11 in Kontakt ist, durch den Hahn 14c und die Öffnung 13c aus der Leitung 15c ein, und das Gas 16b wird aus dem Behälter 11 durch die Öffnung 13d, den Hahn 14d und die Leitung 15d mit der Atmosphäre, die mit der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 in Kontakt ist, als der Atmosphäre des Gases 16b abgezogen.
Bei der vierten Ausführungsform ist die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7d wie oben beschrieben aufgebaut, und die Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 wird dem Gas 16b ausgesetzt, das kein Stickstoffelement oder eine geringe Menge eines Stickstoffelements als Komponente enthält. Selbst wenn also der UV-Laserstrahl, dessen Wellenlänge 400 nm oder kürzer ist, durch die Umwandlung der Wellenlänge des Laserstrahls an der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 austritt, wird keine Salpetersäureverbindung wie etwa Cäsiumnitrat erzeugt, und es tritt kein Fall auf, in dem der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl durch die Salpetersäureverbindung belastet oder die Ausgangsleistung weiter verringert wird. Es kann somit der Vorteil erreicht werden, daß der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl mit hoher Güte und hoher Ausgangsleistung über einen langen Zeitraum stabil erzeugt werden kann.
Da ferner die Atmosphäre, die mit der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 in Kontakt ist, und die Atmosphäre, die mit dessen Austrittsendfläche in Kontakt ist, durch das Gas 16a bzw. das Gas 16b gebildet sind, die jeweils verschiedene Zusammensetzung haben, kann der Vorteil erreicht werden, daß eine Wechselwirkung des nichtlinearen optischen Kristalls 2 mit der Atmosphäre, die durch das wellenlängenumgewandelte Licht, d. h. einen eintretenden Laserstrahl, der eine Grundschwingung des Wellenlängenumwandlungskristalls 2 ist, bewirkt wird, und eine Wechselwirkung des nichtlinearen optischen Kristalls 2 mit der Atmosphäre, die durch das wellenlängenumgewandelte Licht, d. h. den wellenlängenumgewandelten Laserstrahl, bewirkt ist, mit hohem Wirkungsgrad verhindert werden. Da es außerdem nicht erforderlich ist, daß die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7d aus einem Vakuumbehälter besteht, kann der Vorteil erreicht werden, daß in dem Behälter keine Verunreini gungen erzeugt werden und die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung kostengünstiger bereitgestellt werden kann.
Da ferner das Gas 16a so zirkuliert, daß es in den Raum strömt, der mit der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 in dem Behälter 11, in den das in bezug auf die Wellenlänge umzuwandelnde Licht eintritt, in Kontakt ist, und danach aus dem Raum ausströmt, werden Verunreinigungen, selbst wenn solche erzeugt werden, zusammen mit dem zirkulierenden Gas 16a abgeführt. Da ferner das Gas 16b so zirkuliert, daß es in den Raum strömt, der mit der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 innerhalb des Behälters 11 in Kontakt ist, aus der das wellenlängenumgewandelte Licht austritt, und danach aus dem Raum ausströmt, werden selbst dann, wenn Verunreinigungen erzeugt werden, diese gemeinsam mit dem zirkulierenden Gas 16b abgezogen. Es wird also der Vorteil erreicht, daß verhindert werden kann, daß Verunreinigungen an dem nichtlinearen optischen Kristall 2 oder den optischen Fenstern 3a, 3b haften.
Auf die gleiche Weise wie bei der zweiten Ausführungsform sind ferner die Heizeinheit 18 und das Wärmedämmaterial 19 angeordnet, und der nichtlineare optische Kristall 2 wird auf einer konstanten Temperatur von 100°C oder höher gehalten, so daß der nichtlineare optische Kristall 2 auch dann keine Feuchtigkeit absorbiert, wenn eine geringe Feuchtigkeitsmenge in den Gasen 16a und 16b enthalten ist, und somit wird der Vorteil erreicht, daß der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl über einen langen Zeitraum stabil erzeugt werden kann. Die Heizeinheit 18 und das Wärmedämmaterial 19 brauchen jedoch nicht unbedingt vorgesehen zu sein.
Wenn bei der vierten Ausführungsform als das Gas, das kein Stickstoffelement oder eine geringe Menge an Stickstoffelementen enthält, ein Gas eingesetzt wird, dessen Stickstoffelementanteil geringer als mindestens der von Luft ist, kann im Vergleich mit der Wellenlängenumwandlung unter Verwendung von Luft als der Atmosphäre eine Wellenlängenumwandlung erreicht werden, bei der eine hohe Ausgangsleistung auf stabile Weise über einen langen Zeitraum erhalten wird. Es wird bevorzugt, daß der Volumenanteil von Stickstoff 10% oder weniger beträgt, und stärker bevorzugt ist der Volumenanteil von Stickstoff 1% oder weniger.
Die Erfinder haben einen weiteren Test durchgeführt, um den Grund für die Verschlechterung der Wellenlängenumwandlungs-Charakteristik bei Anwendung des CLBO-Kristalls zu untersuchen. Wenn beispielsweise ein kontinuierlicher UV-Laserstrahlerzeugungstest über 100 Stunden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt wird: Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7b der zweiten Ausführungsform wird verwendet; der CLBO-Kristall wird als der nichtlineare optische Kristall 2 verwendet; ein Sauerstoffgas (Volumenanteil: 99,7%) wird als das Gas 16 eingesetzt, wenn ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 532 nm in den CLBO-Kristall eintritt und in einen UV-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 266 nm umgewandelt wird; und der CLBO-Kristall ist in einer Sauerstoffatmosphäre (O₂) angeordnet; dann wird keine Änderung der Laserstrahl-Eintrittsendfläche des CLBO-Kristalls mit der Wellenlänge von 532 nm gegenüber dem Beginn des Tests festgestellt, aber an dem Laserstrahldurchgangsbereich an der UV-Laserstrahl-Austrittsendfläche mit der Wellenlänge von 266 nm des CLBO-Kristalls tritt eine Verfärbung auf, jedoch ist abgesehen von dem Laserstrahldurchtrittsbereich keine Änderung in der Austrittsendfläche festzustellen, und die Ausgangsleistung kann auf 20 W gehalten werden. In dem Fall, in dem Argon (Volumenanteil 99,9%) als das Gas 16 eingesetzt wird und der CLBO-Kristall in der Argongas- bzw. Ar-Atmosphäre angeordnet ist, um den Test der UV-Laserstrahlerzeugung durchzuführen, findet sich ferner eine Verfärbung an dem Laserstrahldurchtrittsbereich an der Laserstrahl-Eintrittsendfläche von 532 nm des CLBO-Kristalls, aber es gibt den Fall, daß die UV-Laserstrahl-Austrittsendfläche von 266 nm des CLBO-Kristalls sich im Vergleich mit dem Beginn des Tests nicht verändert.
Wenn daher der CLBO-Kristall als der nichtlineare optische Kristall 2 verwendet wird, wenn die Atmosphäre, die mit der UV-Laserstrahl-Austrittsendfläche von 266 nm des CLBO-Kristalls in Kontakt ist, ein Gas ist, dessen Gehalt an Stickstoffelementen geringer als der von Luft ist, und ein von Sauerstoff verschiedenes Gas ist, beispielsweise eine Atmosphäre aus einem Gas, das hauptsächlich Argongas bzw. Ar enthält, wird als die Atmosphäre, die mit der Laserstrahl-Eintrittsendfläche mit der Wellenlänge von 532 nm in Kontakt ist, ein von Argongas verschiedenes Gas eingesetzt, beispielsweise eine Atmosphäre aus einem Gas oder aus Luft, die hauptsächlich Sauerstoffgas (O₂) enthält, so daß die Wechselwir kung des nichtlinearen optischen Kristalls 2 mit der Atmosphäre mit größerer Sicherheit verhindert werden kann, wodurch der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl hoher Güte und hoher Ausgangsleistung auf stabile Weise über einen längeren Zeitraum erzeugt werden kann.
Zweckmäßig besteht der nichtlineare optische Kristall 2 aus einem Cäsium enthaltenden Kristall, etwa einem Cäsium-Lithium-Borat-Kristall (chemische Formel CsLiB₆O₁₀, kurz CLBO), Cäsium-Borat-Kristall (chemische Formel CsB₃O₅, kurz CBO), aber auch dann, wenn der nichtlineare optische Kristall 2 aus einem Kristall besteht, der kein Cäsium enthält, wie etwa einem Lithium-Borat-Kristall (chemische Formel LiB₃O₅, kurz LBO), beta-Barium-Borat-Kristall (chemische Formel β-BaB₂O₄, kurz BBO) oder einem Gadolinium-Yttrium-Calcium-Oxyborat-Kristall (chemische Formel Gd_xY_1-xCa₄(BO₃)₃, kurz GdYCOB), können diese Kristalle verwendet werden, weil die Möglichkeit besteht, daß von Cäsium verschiedene Elemente mit Stickstoff unter Bildung einer Stickstoffverbindung reagieren.
Ferner wird bei der vorstehenden vierten Ausführungsform beispielhaft beschrieben, daß die Hähne 14a, 14b, 14c und 14d geöffnet werden, so daß die Gase 16a und 16b ständig strömen können. Alternativ ist es möglich, daß dann, wenn der Raum, der mit der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 in Kontakt ist, und der Raum, der mit der Austrittsendfläche desselben in Kontakt ist, mit dem Gas 16a bzw. 16b gefüllt ist, die Hähne 14a, 14b, 14c und 14d geschlossen werden und die Luft 16a und die Luft 16b in den jeweiligen Räumen in nerhalb des Behälters 11 hermetisch eingeschlossen ist, daß also der nichtlineare optische Kristall 2 als Zelle zum hermetischen Abschließen des nichtlinearen optischen Kristalls dienen kann, und es werden die gleichen Vorteile wie bei der obigen vierten Ausführungsform erreicht. In diesem Fall wird kein Vorteil durch zirkulierende Gase 16a und 16b erreicht.
Fünfte Ausführungsform
7 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Wellenlängenumwandlungsverfahrens und einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform zur Implementierung der vorliegenden Erfindung, und insbesondere ist 7 ein Querschnitt in Längsrichtung durch die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung.
In 7 sind die Bezugszeichen 2, 3a, 3b, 4a, 4b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b, 16, 17c, 17d, 18 und 19 mit denen der ersten oder zweiten Ausführungsform identisch und bezeichnen die gleichen Komponenten. 4c bezeichnet einen O-Dichtring; 11a ist ein Behälter; 11b ist eine Kappe des Behälters 11a; 45 ist eine Befestigungshalterung zum Befestigen des Wärmedämmaterials 19; 46 ist eine Winkeleinstelleinheit, die einer Einrichtung zum Einstellen eines Winkels des nichtlinearen optischen Kristalls 2 in bezug auf das einfallende Licht entspricht; 47 ist eine Lageeinstelleinheit, die einer Einrichtung zum Einstellen einer Eintrittslichtdurchgangslage des nichtlinearen optischen Kristalls 2 entspricht; und 7e bezeichnet die gesamte Wellenlängenumwandlungsvorrichtung.
Die optischen Fenster 3a, 3b, die O-Dichtringe 4a, 4b und die Hähne 14a, 14b sind an dem Behälter 11a angebracht, und der Winkel des nichtlinearen optischen Kristalls 2 in bezug auf den Laserstrahl wird von der Winkeleinstelleinheit 46 eingestellt, während der Laserstrahl durch den nichtlinearen optischen Kristall 2 durch die optischen Fenster 3a und 3b in einem Zustand, in dem die Kappe 11b geöffnet ist, hindurchgeht, und die Laserstrahl-Durchtrittslage des nichtlinearen optischen Kristalls 2 wird von der Lageeinstelleinheit 47 eingestellt, so daß die Ausgangsleistung des von dem nichtlinearen optischen Kristall 2 erzeugten, wellenlängenumgewandelten Laserstrahls auf eine gewünschte Ausgangsleistung eingestellt wird. Danach wird die Kappe 11b geschlossen, um den Behälter 11a luftdicht zu halten. Danach wird das Gas 16, das keine Stickstoffelemente (N) oder eine geringe Menge Stickstoffelemente als einen Bestandteil enthält, auf solche Weise zum Einströmen gebracht, daß der Behälter 11a mit dem Gas 16 gefüllt wird, das keine Stickstoffelemente (N) oder eine geringe Menge Stickstoffelemente als einen Bestandteil enthält.
Da bei der fünften Ausführungsform die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7e wie oben beschrieben ausgebildet ist und die Winkeleinstelleinheit 46 und die Lageeinstelleinheit 47 vorgesehen sind, kann in einem Fall, in dem die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7e mit hoher Ausgangsleistung über einen langen Zeitraum in Gebrauch ist und ein Gas verwendet, das als das Gas 16 beispielsweise, wie in der vierten Ausführungsform beschrieben, hauptsächlich ein Sauerstoffgas oder ein Argongas ent hält, der Laserstrahldurchgangsbereich an der Laserstrahl-Austrittsendfläche oder die Laserstrahl-Eintrittsfläche des CLBO-Kristalls, welcher der nichtlineare optische Kristall 2 ist, verfärbt werden. In diesem Fall wird jedoch der Laserstrahl-Durchgangsbereich des nichtlinearen optischen Kristalls 2 durch die Lageeinstelleinheit 47 zu einem Bereich verlagert, an dem keine Verfärbung vorhanden ist, und der Winkel des nichtlinearen optischen Kristalls 2 wird von der Winkeleinstelleinheit 46 eingestellt, und infolgedessen wird der Vorteil erreicht, daß die Ausgangsleistung des wellenlängenumgewandelten Laserstrahls auf den Wert vor der Verschlechterung des Laserstrahl-Durchgangsbereichs des nichtlinearen optischen Kristalls 2 zurückgebracht werden kann, und somit kann die Lebensdauer des nichtlinearen optischen Kristalls 2 erheblich verlängert werden.
Da ferner ebenso wie bei der ersten Ausführungsform der nichtlineare optische Kristall 2 dem Gas 16 ausgesetzt ist, das kein Stickstoffelement oder eine geringe Menge eines Stickstoffelements als einen Bestandteil enthält, wird ferner selbst dann, wenn der UV-Laserstrahl einer Wellenlänge von 400 nm oder kürzer an den nichtlinearen optischen Kristall 2 zur Durchführung der Wellenlängenumwandlung des Laserstrahls geführt wird, keine Salpetersäureverbindung wie etwa Cäsiumnitrat erzeugt, und da das Innere der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7e keinem Vakuum ausgesetzt ist, werden in dem Behälter keine Verunreinigungen erzeugt, und das Ergebnis ist, daß der Vorteil erreicht wird, daß ein wellenlängenumgewandelter Laserstrahl hoher Güte und mit hoher Ausgangs leistung auf stabile Weise über einen langen Zeitraum erzeugt werden kann.
Ferner sind auf die gleiche Weise wie bei der zweiten Ausführungsform die Heizeinheit 18 und das Wärmedämmaterial 19 vorgesehen, und der nichtlineare optische Kristall 2 wird auf einer konstanten Temperatur von 100°C oder darüber gehalten, so daß der nichtlineare optische Kristall selbst dann, wenn das Gas 16 eine geringe Feuchtigkeitsmenge enthält, die Feuchtigkeit nicht absorbiert; somit wird der Vorteil erreicht, daß der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl auf stabile Weise über einen langen Zeitraum erzeugt werden kann.
Bei der vorstehenden fünften Ausführungsform wird der Fall gezeigt, daß die Winkeleinstelleinheit 46 und die Lageeinstelleinheit 47 in der gleichen Wellenlängenumwandlungsvorrichtung angeordnet sind, die bei der zweiten Ausführungsform beschrieben wird; die Winkeleinstelleinheit 46 und die Lageeinstelleinheit 47 können auch in der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß der ersten, der dritten und der vierten Ausführungsform angeordnet sein, und dabei werden die gleichen Vorteile erreicht.
Sechste Ausführungsform
8 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Wellenlängenumwandlungsverfahrens und einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform zur Implementierung der vorliegenden Erfindung, und da bei ist 8 eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung.
In 8 sind die Bezugszeichen 2, 3a, 3b, 4a, 4b, 11, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b, 16a, 16b, 17c, 17d, 18 und 19 mit denen der obigen vierten Ausführungsform identisch und haben die gleichen Funktionen. 13e und 13f bezeichnen Öffnungen, die sich in den Behälter 11 öffnen; 14e und 14f sind Hähne; 15e und 15f sind Leitungen; und 15g ist eine Leitung, die der Einrichtung zur Zuführung eines Gases, dessen Stickstoffelementanteil geringer als der von Luft ist, in die Nähe der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 entspricht. Die Leitung 15g ist mit der Öffnung 13e zur Einleitung des Gases 16b in den Behälter 11 verbunden und so angeordnet, daß sie zu dem Bereich der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 verläuft. Ferner ist die Öffnung 13 an einer Position gegenüber der Leitung 15g angeordnet, und der nichtlineare optische Kristall 2 liegt zwischen beiden. 7f bezeichnet die gesamte Wellenlängenumwandlungsvorrichtung. Der Raum, der mit der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 in Kontakt ist, und der Raum, der mit der Austrittsendfläche in Kontakt ist, sind voneinander beispielsweise durch eine Trennwand wie bei der vierten Ausführungsform getrennt.
Die beiden Endflächen des nichtlinearen optischen Kristalls 2 sind unter einem Phasenanpassungswinkel geschliffen und poliert zur Erzeugung eines UV-Laserstrahls, der aufgrund der Wellenlängenumwandlung eine Wellenlänge von 400 nm oder kürzer hat, und der Kristall ist an dem Behälter 11 durch die Befestigungsfittings 17c und 17d befestigt. Bei diesem Beispiel ist der nichtlineare optische Kristall 2 ein CLBO-Kristall, und die beiden Endflächen des nichtlinearen optischen Kristalls 2 sind unter einem Phasenanpassungswinkel geschliffen und poliert zur Umwandlung des Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 532 nm in den UV-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 266 nm.
Nach dem Eintritt des Laserstrahls in das Innere des Behälters 11 durch das eintrittsseitige optische Fenster 3a und der Wellenlängenumwandlung durch den nichtlinearen optischen Kristall 2 tritt der Laserstrahl an der Austrittsseite durch das optische Fenster 3b aus.
Das Gas 16a strömt in den Raum, der in Kontakt mit der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 innerhalb des Behälters 11 ist, aus der Leitung 15b durch den Hahn 14b und die Öffnung 13b ein und wird dann zu der Außenseite des Behälters 11 durch die Öffnung 13a, den Hahn 14a und die Leitung 15a mit der Atmosphäre abgezogen, die mit der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 als die Atmosphäre des Gases 16a in Kontakt ist.
Man läßt das Gas 16b in den Bereich der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 innerhalb des Behälters 11 aus der Leitung 15e durch den Hahn 14e, die Öffnung 13e und die Leitung 15g mit einer gegebenen Durchflußrate (z. B. einer Durchflußrate von 0,1 l/min) strömen, und danach wird es zur Außenseite des Behälters 11 durch die Öffnung 13f, den Hahn 14f und die Leitung 15f mit der Atmosphäre, die mit der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 als die Atmosphäre des Gases 16b in Kontakt ist, abgezogen. Die Durchflußmenge des Gases 16b wird mit einem Durchflußmesser derart gemessen, daß beispielsweise eine in der Figur nicht gezeigte Gasflasche mit der Leitung 15e durch ein Durchflußrateneinstellventil (nicht gezeigt) und einen Durchflußmesser (nicht gezeigt) verbunden wird und die Durchflußrate des Gases 16b durch Einstellen des Durchflußrateneinstellventils eingestellt wird.
Bei der sechsten Ausführungsform ist die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7f wie oben beschrieben ausgebildet, und zusätzlich zu den Vorteilen, die in Verbindung mit der vierten Ausführungsform beschrieben werden, werden die nachstehenden Vorteile erreicht.
Da das Gas 16b in den Bereich der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 strömen kann, wird selbst dann, wenn durch das Konstruktionsmaterial usw. innerhalb des Behälters Verunreinigungen auftreten, durch das Strömen eines Flash-Gases 16 darin, das der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 zugeführt wird, verhindert, daß Verunreinigungen an der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 haften, und es wird verhindert, daß sie an einem Bereich des optischen Fensters 3b, der sich in der Nähe des nichtlinearen optischen Kristalls 2 befindet, haften; das Ergebnis ist, daß der Vorteil erreicht wird, daß der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl hoher Güte und hoher Ausgangsleistung, der über einen langen Zeitraum stabil erzeugt wird, verstärkt wird. Da ferner die Öffnung 13f an einer Position gegenüber der Leitung 15g ausgebildet ist, die ein Strömungseinlaß des Gases 16b in den Behälter 11 ist, wobei zwischen beiden der nichtlineare optische Kristall 2 angeordnet ist, wird auch dann, wenn aufgrund des Konstruktionsmaterials usw. innerhalb des Behälters 11 Verunreinigungen auftreten, verhindert, daß die Verunreinigungen an der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 und dem optischen Fenster 3b haften, weil die Verunreinigungen aus dem Inneren des Behälters wirkungsvoll entfernt werden können; somit wird der Vorteil noch verstärkt, daß der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl hoher Güte und hoher Ausgangsleistung über einen langen Zeitraum auf stabile Weise erzeugt wird.
Bei der vorstehenden sechsten Ausführungsform wird ferner das Beispiel beschrieben, daß man das Gas 16b mit einer Durchflußrate von 0,1 l/min strömen läßt; wenn aber die Durchflußrate auf 1 l/min oder noch weiter auf 10 l/min erhöht wird, kann selbst dann, wenn aufgrund des Konstruktionsmaterials usw. innerhalb des Behälters 11 Verunreinigungen auftreten, mit größerer Sicherheit verhindert werden, daß die Verunreinigungen an der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 und einem dem nichtlinearen optischen Kristall 2 nächstliegenden Bereich des optischen Fensters 3b anhaften mit dem Ergebnis, daß der Vorteil weiter verstärkt wird, daß der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl hoher Güte und hoher Ausgangsleistung auf stabile Weise über einen langen Zeitraum erzeugt werden kann.
Ferner wird bei der vorstehenden sechsten Ausführungsform eine Konstruktion verwendet, bei der das Gas 16b in die Umgebung nur der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 strömen kann und dann aus der Öffnung 13f, die der Einströmungsöffnung 15g gegenüberliegt, mit hohem Wirkungsgrad abgesaugt wird. Die gleiche Konstruktion wird ferner auf der Seite der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 angewandt, so daß auch dann, wenn aufgrund des Konstruktionsmaterials usw. in dem Behälter 11 Verunreinigungen erzeugt werden, verhindert wird, daß die Verunreinigungen an der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 und einem Bereich des optischen Fensters 3a, der sich nahe dem nichtlinearen optischen Kristall 2 befindet, haften; das Ergebnis ist, daß der Vorteil noch weiter verstärkt wird, daß der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl hoher Güte und hoher Ausgangsleistung über einen längeren Zeitraum stabiler erzeugt werden kann.
Die obige sechste Ausführungsform zeigt den Fall, daß die Leitung 15g als Einrichtung zur Zuführung des Gases 16 in die Nähe mindestens der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 in dem Behälter 11 dient, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Konstruktion beschränkt, und es ist beispielsweise möglich, daß die Innenwand des Behälters 11 so ausgebildet ist, daß sie bis in die Nähe der Endfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 reicht, und daß das Gas 16 dem Bereich der Endfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 direkt aus den Öffnungen 13b und 13e ohne Verwendung der Leitung 15g zugeführt wird; dabei werden die gleichen Vorteile wie bei der obigen sechsten Ausführungsform erreicht.
Siebte Ausführungsform
Bei der vorstehenden sechsten Ausführungsform wird der Fall beschrieben, daß bei dem Wellenlängenumwandlungsverfahren und der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, bei der die Atmosphäre, die mit der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 in Kontakt ist, und die Atmosphäre, die mit der Austrittsendfläche in Kontakt ist, aus den Gasen 16a und 16b besteht, die voneinander verschiedene Komponenten haben, das Gas, das einen geringeren Stickstoffelementanteil als Luft hat, dem Bereich der Eintrittsendfläche oder der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 zugeführt und danach abgezogen wird, und daß die Wellenlängenumwandlung entsprechend der Beschreibung der vierten Ausführungsform erfolgt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konstruktion beschränkt; beispielsweise ist es bei dem Wellenlängenumwandlungsverfahren und der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, bei der die Atmosphäre, die mit der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 in Kontakt ist, und die Atmosphäre, die mit seiner Austrittsendfläche in Kontakt ist, aus dem Gas 16 besteht, das dieselbe Komponente hat, und bei der die Wellenlängenumwandlung gemäß der Beschreibung der ersten bis dritten und der fünften Ausführungsform erfolgt, möglich, daß das Gas, dessen Stickstoffelementanteil geringer als der von Luft ist, der Umgebung der Eintrittsendfläche oder der Aus trittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls zugeführt und danach abgezogen wird.
9 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Wellenlängenumwandlungsverfahrens und einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform zur Implementierung der vorliegenden Erfindung, wobei 9 eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung ist.
In 9 sind die Bezugszeichen 2, 3a, 3b, 4a, 4b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b, 16, 17c, 17d, 18 und 19 mit denjenigen der ersten und der zweiten Ausführungsform identisch und bezeichnen die gleichen Elemente. 15g ist eine Leitung, wie sie in der vorstehenden sechsten Ausführungsform beschrieben wurde, die einer Einrichtung zur Zuführung eines Gases, dessen Anteil an Stickstoffelement geringer als der von Luft ist, zu der Umgebung der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls entspricht. 7g bezeichnet die gesamte Wellenlängenumwandlungsvorrichtung.
Nachdem der Laserstrahl in den Innenraum des Behälters 11 durch das eintrittsseitige optische Fenster 3a eingetreten ist und von dem nichtlinearen optischen Kristall 2 wellenlängenumgewandelt worden ist, tritt der Laserstrahl aus dem austrittsseitigen optischen Fenster 3b aus.
Man läßt das Gas 16 in den Bereich der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 innerhalb des Behälters 11 aus der Leitung 15b durch die Leitung 15g, die mit dem Hahn 14b, der Öffnung 13b und der Öffnung 13b verbunden ist, mit einer gegebenen Durchflußrate (z. B. einer Durchflußrate von 0,1 l/min) strömen, und danach wird es zur Außenseite des Behälters 11 durch die Öffnung 13a, den Hahn 14a und die Leitung 15a zusammen mit der Atmosphäre, die als die Atmosphäre des Gases 16 mit der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 in Kontakt ist, ausströmen. Die Durchflußrate des Gases 16 wird von einem Durchflußmesser derart gemessen, daß beispielsweise eine in der Figur nicht gezeigte Gasflasche mit der Leitung 15b über ein Durchflußrateneinstellventil, das in der Figur nicht gezeigt ist, und einen Durchflußmesser, der in der Figur nicht gezeigt ist, verbunden wird und die Durchflußrate des Gases 16 durch Einstellen des Durchflußrateneinstellventils eingestellt wird.
Bei der siebten Ausführungsform ist die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7g wie oben beschrieben ausgebildet, und zusätzlich zu den Vorteilen der zweiten Ausführungsform werden die nachstehenden Vorteile erreicht.
Da man das Gas 16 in den Bereich der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 strömen läßt, wird auch dann, wenn aufgrund des Konstruktionsmaterials usw. innerhalb des Behälters Verunreinigungen auftreten, durch die Zuführung eines gerade einströmenden Flash-Gases 16 zu der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 verhindert, daß Verunreinigungen an der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 haften, und ferner wird verhindert, daß sie an einem Bereich des optischen Fensters 3b haften, der sich in der Nähe des nichtlinearen optischen Kristalls 2 befindet; somit wird der Vorteil noch verstärkt, daß der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl hoher Güte und hoher Ausgangsleistung über einen langen Zeitraum auf stabile Weise erzeugt werden kann.
Ferner wird bei der vorstehenden siebten Ausführungsform das Beispiel beschrieben, bei dem man das Gas 16b mit der Durchflußrate von 0,1 l/min strömen läßt; wenn aber die Durchflußrate auf 1 l/min oder noch weiter auf 10 l/min erhöht wird, kann selbst dann, wenn infolge des Konstruktionsmaterials usw. innerhalb des Behälters Verunreinigungen auftreten, mit noch größerer Sicherheit verhindert werden, daß sie an der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 und an einem Bereich des optischen Fensters 3b, der nahe dem nichtlinearen optischen Kristall 2 ist, haften; das Ergebnis ist, daß der Vorteil noch verstärkt wird, daß der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl hoher Güte und hoher Ausgangsleistung über einen langen Zeitraum auf stabile Weise erzeugt werden kann.
Bei der obigen siebten Ausführungsform wird außerdem eine Konstruktion verwendet, bei der das Gas 16 der Umgebung der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 zugeführt wird; das Gas 16 kann aber auch sowohl der Austrittsendfläche als auch der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 zugeführt werden.
In Verbindung mit der vorstehenden siebten Ausführungsform wird der Fall beschrieben, daß eine Einrichtung (Leitung 15g), die das Gas 16 in die Nähe mindestens der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 innerhalb des Behälters 11 zuführt, in der gleichen Wellenlängenumwandlungsvorrichtung angeordnet ist, wie sie bei der zweiten Ausführungsform beschrieben wird. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diese Konstruktion beschränkt, und eine Einrichtung (Leitung 15g), die das Gas 16 dem Bereich von mindestens der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 innerhalb des Behälters 11 zuführt, kann in der gleichen Wellenlängenumwandlungsvorrichtung angeordnet sein, wie sie als die erste, dritte oder vierte Ausführungsform beschrieben wurde, und auch in diesem Fall werden die gleichen Vorteile erreicht.
Bei der obigen siebten Ausführungsform wird der Fall beschrieben, daß die Leitung 15g als die Einrichtung zur Zuführung des Gases 16 zu der Umgebung der Eintrittsendfläche oder der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 innerhalb des Behälters 11 dient. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diese Konstruktion beschränkt, und es ist beispielsweise möglich, daß die Innenwand des Behälters 11 so ausgebildet ist, daß sie bis in die Umgebung der Endfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 reicht und das Gas 16 direkt der Umgebung der Endfläche des nichtlinearen optischen Kristalls 2 aus den Öffnungen 13b und 13e ohne Verwendung der Leitung 15g zugeführt wird; dabei werden die gleichen Vorteile wie bei der vorstehenden siebten Ausführungsform erreicht.
Achte Ausführungsform
10 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform zur Implementierung der vorliegenden Erfindung und ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung durch die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung.
In 10 bezeichnet 2 einen nichtlinearen optischen Kristall; 7a ist eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß der obigen ersten Ausführungsform; 20 ist eine Lasereinrichtung, die einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 532 nm und eine zweite höhere Harmonische eines Neodym-YAG- bzw. Nd:YAG-Lasers erzeugt; 21 ist ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 532 nm, der von der Lasereinrichtung 20 abgegeben wird; und 21a ist ein Laserstrahl, der dadurch erhalten ist, daß ein Teil des Laserstrahls 21, der eine Wellenlänge von 532 nm hat, durch den nichtlinearen optischen Kristall in eine Wellenlänge von 266 nm umgewandelt wurde. 22 bezeichnet einen Wellenlängenwählspiegel, durch den der Laserstrahl mit der Wellenlänge von 266 nm durchgelassen wird und der eine Beschichtung aufweist, die den Laserstrahl mit der Wellenlänge von 532 nm reflektiert. 21b bezeichnet einen UV-Laserstrahl einer Wellenlänge von 266 nm; 23 ist eine Basis; und 24 ist eine Stütze zur Festlegung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7a auf der Basis 23. 25 ist eine Befestigungshalterung zur Befestigung des Wellenlängenwählspiegels 22 auf der Basis 23; und 26 bezeichnet die gesamte Wellenlängenumwandlungs-Laservorrichtung.
Der nichtlineare optische Kristall 2 besteht beispielsweise aus einem Cäsium enthaltenden Kristall, etwa einem Cäsium/Lithium/Borat-Kristall (chemische Formel CsLiB₆O₁₀, kurz CLBO), Cäsium/Borat-Kristall (chemische Formel CsB₃O₅, kurz CBO), einem Lithium/Borgt-Kristall (chemische Formel LiB₃O₅, kurz LBO), einem beta/Barium/Borat-Kristall (chemische Formel β-BaB₂O₄, kurz BBO) oder einem Gadolinium/Yttrium/Calcium/Oxyborat-Kristall (chemische Formel Gd_xY_1-xCa₄(BO₃)₃, kurz GdYCOB). Die beiden Endflächen des nichtlinearen optischen Kristalls 2 sind unter einem Phasenanpassungswinkel geschnitten und poliert, um einen UV-Laserstrahl zu erzeugen, der aufgrund der Wellenlängenumwandlung eine Wellenlänge von 400 nm oder kürzer hat, und der Kristall ist an dem Behälter 11 mit den Befestigungsfittings 17a und 17b befestigt. Bei diesem Beispiel besteht der nichtlineare Kristall 2 aus einem CLBO-Kristall, und die beiden Endflächen des nichtlinearen optischen Kristalls 2 sind unter einem Phasenanpassungswinkel vom Typ 1 geschnitten und poliert, um den Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 532 nm in den UV-Laserstrahl mit der Wellenlänge von 266 nm umzuwandeln.
Der Laserstrahl 21 mit der Wellenlänge von 532 nm, der aus der Lasereinrichtung 20 austritt, tritt in die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7a ein, und ein Teil des Laserstrahls 21 wird von dem nichtlinearen optischen Kristall 2 in eine Wellenlänge von 266 nm wellenlängenumgewandelt, um den Laserstrahl 21a zu ergeben. Nur die Laserstrahlkomponente mit der Wellenlänge von 266 nm wird durch den Wellenlängenwählspiegel 22 durchgelassen, und die Komponente mit der Wellenlänge von 532 nm wird in den UV-Laserstrahl 21b reflektiert, der die Wellenlänge von 266 nm hat.
Bei der achten Ausführungsform ist die Wellenlängenumwandlungs-Laservorrichtung wie oben beschrieben ausgebildet, und der nichtlineare optische Kristall 2 wird dem Gas ausgesetzt, das keine oder eine geringe Menge Stickstoffelemente enthält. Da auch dann, wenn der UV-Laserstrahl mit der Wellenlänge von 400 nm oder kürzer dem nichtlinearen optischen Kristall durch die Wellenlängenumwandlung zugeführt wird, keine Salpetersäureverbindung wie etwa Cäsiumnitrat erzeugt wird, kann der Vorteil erreicht werden, daß der Laserstrahl mit umgewandelter Wellenlänge mit hoher Güte und hoher Ausgangsleistung über einen langen Zeitraum stabil erzeugt werden kann. Da es ferner nicht notwendig ist, daß die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7a aus einem Vakuumbehälter besteht, wird der Vorteil erhalten, daß aus dem Behälter keine Verunreinigungen austreten und die Wellenlängenumwandlungs-Laservorrichtung kostengünstig bereitgestellt werden kann.
Bei der vorstehenden achten Ausführungsform wird die Verwendung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7a gemäß der ersten Ausführungsform beispielhaft verwendet, aber es kann jede Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7b bis 7g, die bei der zweiten bis siebten Ausführungsform beschrieben werden, verwendet werden, und es können die gleichen Vorteile wie bei der vorstehenden achten Ausführungsform erreicht werden.
Ferner wird bei der obigen achten Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, bei dem als eine Lichtquelle die Laservorrichtung 20 verwendet wird, die einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 532 nm und eine zweite höhere Harmonische eines Neodymium-YAG-Lasers (Nd:YAG, chemische Formel Nd:Y₃Al₅O₁₂) erzeugt. Die Wellenlänge der Lichtquelle ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Grundschwingung oder die zweite höhere Harmonische beispielsweise von Ytterbium-YAG (Yb:YAG, chemische Formel Yb:Y₃Al₅O₁₂), Neodymium-YLF (Nd:YLF, chemische Formel Nd:LiYF₄), Neodymium-YVO₄ (Nd:YVO₄) und Titanium-Saphir (Ti:Al₂O₃) kann verwendet werden, und dabei werden die gleichen Vorteile wie bei der vorstehenden achten Ausführungsform erreicht.
Neunte Ausführungsform
11 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Laser-Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform zur Implementierung der vorliegenden Erfindung und ist speziell eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der Laser-Bearbeitungsvorrichtung.
In 11 bezeichnet 26 eine Wellenlängenumwandlungs-Laservorrichtung, die in der achten Ausführungsform beschrieben wurde. 27 ist ein Galvanospiegel; 28 ist eine Galvanospiegel-Befestigungseinrichtung, die den Galvanospiegel 27 befestigt unter variabler Einstellung eines Winkels in bezug auf den UV-Laserstrahl 21b, der eine Wellenlänge von 266 nm hat und von der Wellenlängenumwandlungs-Laservorrichtung 26 abgegeben wird; 29 ist eine fθ-Linse; und 30 ist eine Befestigungseinrichtung für die fθ-Linse. 31 ist eine Befestigungseinrichtung für die Spiegellinse; 32 ist ein Werkstück wie etwa eine gedruckte Leiterplatte oder ein roher Flächenkörper, bei diesem Beispiel eine gedruckte Leiterplatte aus Epoxidglas; 33 ist eine Basis der Bearbeitungseinrichtung; und 34 ist eine Bearbeitungseinrichtung, die aus dem Galvanospiegel 27, der Galvanospiegel-Befestigungseinrichtung 28, der fθ-Linse 29, der fθ-Linsen-Befestigungseinrichtung 30, der Spiegellinsen-Befestigungseinrichtung 31 und der Basis 33 der Bearbeitungseinrichtung besteht.
Der Galvanospiegel 27 ist an der Spiegellinsen-Befestigungseinrichtung 31 mittels der Galvanospiegel-Befestigungseinrichtung 28 befestigt und an der Basis 33 der Bearbeitungseinrichtung befestigt. Die fθ-Linse 29 ist durch die fθ-Linsen-Befestigungseinrichtung 30 an der Spiegellinsen-Befestigungseinrichtung 31 befestigt und auf der Basis 33 der Bearbeitungseinrichtung befestigt.
Der von der Wellenlängenumwandlungs-Laservorrichtung 26 abgegebene wellenlängenumgewandelte Laserstrahl 21b wird dem Galvanospiegel 27 zugeführt, und seine Fortpflanzungsrichtung wird von dem Galvanospiegel 27 variabel geändert. Der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl 21b, dessen Fortpflanzungsrichtung geändert worden ist, tritt in die fθ-Linse 29 ein und wird auf dem Werkstück 32 konvergent gemacht. Der konvergent gemachte wellenlängenumgewandelte Laserstrahl 21b durchdringt das Werkstück 32.
Bei der neunten Ausführungsform wird dadurch, daß die Laser-Bearbeitungsvorrichtung wie oben beschrieben aufgebaut ist und die Wellenlängenumwandlungs-Laservorrichtung 26 den wellenlängenumgewandelten Laserstrahl 21b über einen langen Zeitraum stabil erzeugen kann, der Vorteil erreicht, daß eine gleichmäßige Bearbeitung über einen langen Zeitraum stabil und mit hoher Präzision durchführbar ist, und es wird dadurch ein Verfahren zum Herstellen einer gedruckten Leiterplatte mit hervorragender Qualität ermöglicht. Da es ferner nicht notwendig ist, die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 7a aus dem Vakuumbehälter zu bilden, wird der Vorteil erreicht, daß die Laser-Bearbeitungsvorrichtung kostengünstig bereitgestellt werden kann.
Es ist zu beachten, daß 11 beispielhaft zeigt, daß die Fortpflanzungsrichtung des wellenlängenumgewandelten Laserstrahls 21b durch Vorsehen des Galvanospiegels 27 variabel geändert wird; aber es kann auch ein bewegbarer Tisch wie etwa ein Koordinatentisch, der das Werkstück 32 bewegt, auf der Basis 33 angeordnet sein, und sowohl der Galvanospiegel 27 als auch der bewegbare Tisch können angeordnet sein.
11 zeigt ferner die fθ-Linse 29, aber statt dessen kann eine flache Konvexlinse oder eine Bikonvexlinse vorgesehen sein.
Bei der obigen neunten Ausführungsform wird beispielhaft ein Bearbeitungsvorgang beschrieben, bei dem das Werkstück 32 wie etwa die gedruckte Leiterplatte aus Epoxidglas durchbohrt wird, aber das Werkstück 32 ist nicht auf dieses spezielle Beispiel beschränkt, wenn es sich um ein zu bearbeitendes Werkstück wie etwa die gedruckte Leiterplatte aus einem anderen Material, ein Rohblech, ein Elektronikteil, ein Metall oder Glas handelt, und die Bearbeitung ist auf jede Bearbeitung wie Schneiden, Schweißen, Senken, Anzeichnen, Formen oder dergleichen anwendbar. und dabei werden die gleichen Vorteile wie bei der vorstehenden neunten Ausführungsform erzielt.
Beispielsweise in dem Fall, in dem eine vorbereitende Bearbeitung eines Lichtleitergitters durchgeführt wird, die den periodischen Brechungsfaktor des Lichtleiters ändert, wobei das Werkstück 32 der Lichtleiter ist, wird dadurch, daß die Wellenlängenumwandlungs-Laservorrichtung 26 den wellenlängenumgewandelten Laserstrahl 21b hoher Güte ohne jede Belastung über einen langen Zeitraum stabil erzeugen kann, der Vorteil erreicht, daß die gleichförmige Bearbeitung auf stabile Weise über lange Zeit mit hoher Präzision durchführbar ist, so daß ein Verfahren zum Herstellen eines Lichtleitergitters ausgezeichneter Güte bereitgestellt wird.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Das Wellenlängenumwandlungsverfahren und die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können beispielsweise in der Wellenlängenumwandlungs-Laservorrichtung verwendet werden, und es kann auch eine Laser-Bearbeitungsvorrichtung gebaut werden, die die Wellenlängenumwandlungs-Laservorrichtung verwendet. Da die Laser-Bearbeitungsvorrichtung dieses Typs eine gleichförmige Bearbeitung auf stabile Weise über einen langen Zeitraum mit hoher Präzision durchführen kann, kann die Laser-Bearbeitungsvorrichtung vorteilhaft bei verschiedenen Bearbeitungsvorgängen wie etwa der Herstellung einer gedruckten Leiterplatte oder der Herstellung eines Lichtleitergitters angewandt werden.

Claims

Wellenlängenumwandlungsverfahren, bei dem die Wellenlänge eines Lichts von einem nichtlinearen optischen Kristall (2) umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine gasförmige Umgebung, die mit einer Oberfläche des nichtlinearen optischen Kristalls (2), aus der das wellenlängenumgewandelte Licht austritt, in Kontakt ist, ein Gas (16) mit Ausnahme von reinem Sauerstoff, einem oder mehreren Edelgasen oder einer Mischung davon ist, wobei der Gehalt dieses Gases (16) an Stickstoff geringer als der von Luft ist, und daß die Wellenlängenumwandlung in dem in dieser gasförmigen Umgebung angeordneten Kristall (2) durchgeführt wird.
Wellenlängenumwandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls (2), in die das Licht, dessen Wellenlänge umzuwandeln ist, eintritt, und die Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls (2), aus der das wellenlängenumgewandelte Licht austritt, von dem genannten Gas (16) umgeben sind.
Wellenlängenumwandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmige Umgebung, die mit der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls (2), in die das Licht, dessen Wellenlänge umzuwandeln ist, eintritt, in Kontakt ist, und die gasförmige Umgebung, die mit einer Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls (2), aus der das wellenlängenumgewandelte Licht austritt, in Kontakt ist, Gase mit den im Anspruch 1 genannten Eigenschaften sind, und jeweils unterschiedliche Komponenten enthalten.
Wellenlängenumwandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (16) zirkuliert wird.
Wellenlängenumwandlungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (16), nachdem es dem Bereich von mindestens der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls (2) zugeführt wurde, abgeführt wird.
Wellenlängenumwandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (16) ein Gas ist, dessen Volumenanteil des Gases, das Stickstoff enthält, 10% oder geringer ist.
Wellenlängenumwandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare optische Kristall (2) ein Cäsium aufweisender Kristall ist.
Wellenlängenumwandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (16) ein Gas ist, das hauptsächlich Kohlendioxidgas enthält.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, die die Wellenlänge eines Lichts durch einen nichtlinearen optischen Kristall (2) umwandelt, gekennzeichnet durch Einrichtungen (13, 14, 15) zum Einstellen einer gasförmigen Umgebung, die mit einer Oberfläche des nichtlinearen optischen Kristalls (2), aus der das wellenlängenumgewandelte Licht austritt, in Kontakt ist, auf ein Gas (16) mit Ausnahme von reinem Sauerstoff, einem oder mehreren Edelgasen oder einer Mischung davon, wobei der Gehalt dieses Gases (16) an Stickstoff geringer als derjenige von Luft ist.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das wellenlängenumgewandelte Licht mit einer mittleren Ausgangsleistung von 5 W oder mehr abgegeben wird.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die eine Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls (2), in die das Licht, dessen Wellenlänge umzuwandeln ist, eintritt, und eine Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls (2), aus der das wellenlängenumgewandelte Licht austritt, mit dem genannten Gas (16) umgibt.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (13b, 14b, 15b; 13c, 14c, 15c) zum Einstellen der gasförmigen Umgebung, die mit der Eintrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls (2), in die das Licht, dessen Wellenlänge umzuwandeln ist, eintritt, in Kontakt ist, und der gasförmigen Umgebung, die mit der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls (2), aus der das wellenlängenumgewandelte Licht austritt, in Kontakt ist, auf Gase (16a, 16b) mit den in Anspruch 9 genannten Eigenschaften, wobei die Gase (16a, 16b) jeweils verschiedene Komponenten enthalten.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die es ermöglicht, das Gas (16) zu zirkulieren.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare optische Kristall (2) in einen Behälter (11) angeordnet ist, in dem ein Fenster oder eine Öffnung (3a, 3b), die den Durchtritt eines eintretenden oder eines austretenden Lichts zuläßt, teilweise angeordnet ist, und daß eine Einrichtung (13b, 14b, 15b) zur Zuführung des genannten Gases (16) in die Umgebung von mindestens der Austrittsendfläche des nichtlinearen optischen Kristalls (2) inner halb des Behälters (11) und eine Einrichtung (13a, 14a, 15a) zur Ableitung des zugeführten Gases (16) aus dem Behälter (11) vorgesehen sind.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (16) ein Gas ist, dessen Volumenanteil des Gases, in dem Stickstoff enthalten ist, 10% oder weniger ist.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare optische Kristall (2) ein Cäsium aufweisender Kristall ist.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas (16) ein Gas ist, das hauptsächlich Kohlendioxidgas enthält.
Laser-Bearbeitungsvorrichtung, enthaltend: eine Bearbeitungseinrichtung (34), eine Lasereinrichtung (26), die eine Lichtquelle zur Wellenlängenumwandlung als Bearbeitungslichtquelle ist, und eine Einrichtung zum Einstellen einer gasförmigen Umgebung, die mit einer Oberfläche eines nichtlinearen optischen Kristalls (2), aus der ein wellenlängenumgewandeltes Licht austritt, in Kontakt ist, auf ein Gas (16) mit Ausnahme von reinem Sauerstoff, einem oder mehreren Edelgasen oder einer Mischung davon, wobei der Gehalt dieses Gases (16) Stickstoff geringer als derjenige von Luft ist, und eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, die die Wellenlänge eines Laserstrahls von der Lasereinrichtung (26) durch den nichtlinearen optischen Kristall (2) umwandelt.