DE102012100755B4

DE102012100755B4 - Uv-lasersystem

Info

Publication number: DE102012100755B4
Application number: DE102012100755.1A
Authority: DE
Inventors: Syunji SEKINE; Takao Izawa
Original assignee: Showa Optronics Co Ltd
Current assignee: Kyocera Soc Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2017-11-09
Anticipated expiration: 2032-02-01
Also published as: JP5232884B2; JP2012177806A; US20120219027A1; DE102012100755A1

Abstract

UV-Lasersystem, umfassend: eine Laserlichtquelle (8), um ein Grundwellen-Laserlicht zu erzeugen (21); und einen Wellenlängenumrichtungskristall (10), um die Grundwellenlänge in UV-Laserlicht umzurichten (23); wobei der Wellenlängenumrichtungskristall (10) mit einer reflektierenden Ebene (14) versehen ist, die selektiv eines von dem Grundwellen-Laserlicht und dem UV-Laserlicht reflektiert, um das UV-Laserlicht zu veranlassen, von einem anderen Teil des Wellenlängenumrichtungskristalls (10) als von einem optischen Pfad des Grundwellen-Laserlichts in dem Wellenlängenumrichtungskristall (10) emittiert zu werden; dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängenumrichtungskristall (10) einen ersten Kristall (11) umfasst, der eine erste optische Oberfläche (11a) aufweist, die mit einer reflektierenden Beschichtung (13) beschichtet ist, und einen zweiten Kristall (12), der eine zweite optische Oberfläche (12a) umfasst, die über der ersten optischen Oberfläche (11a) liegt, um die reflektierende Ebene (14) zu definieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein UV-(ultraviolettes)Lasersystem, das UV-Laserlicht durch Frequenzumrichtung von Grundwellen-Laserlicht unter Verwendung eines Wellenlängenumrichtungskristalls erzeugt.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Aus der US 7 466 728 B2 ist ein UV-Lasersystem mit einer Laserlichtquelle zur Erzeugung von Grundwellen-Laserlicht bekannt. Um die Grundwellenlänge in UV-Laserlicht umzurichten, weist das bekannte UV-Lasersystem einen Wellenlängenumrichtungskristall mit einer reflektierenden Ebene auf, die selektiv das Grundwellen-Laserlicht oder das UV-Laserlicht reflektiert und auf einem anderen optischen Pfad das UV-Laserlicht emittiert.
Ein ähnliches Lasersystem ist aus der DE 100 63 977 A1 bekannt.
Wie in 9 abgebildet, kann ein UV-Laserlicht mit einer Frequenz von 355 nm erzeugt werden, indem ein Grundwellen-Laserlicht 21, das durch ein Festkörperlasermedium 8 erzeugt wird und eine Wellenlänge von 1064 nm aufweist, unter Verwendung eines Wellenlängenumrichtungskristalls 9, wie etwa KTP (KTiOPO₄), in ein zweites Oberwellen-Laserlicht 22 mit einer Wellenlänge von 532 nm umgerichtet werden, und indem eine Summenfrequenzumrichtung an dem Grundwellen-Laserlicht 21 und dem zweiten Oberwellen-Laserlicht 22 ausgeführt wird, um unter Verwendung eines Wellenlängenumrichtungskristalls 10, wie etwa LBO (LiB₃O₅), ein Summenfrequenz-Laserlicht 23 mit einer Wellenlänge von 355 nm zu erzielen.
Bei dem herkömmlichen UV-Lasersystem können das Grundwellen-Laserlicht 21 und das zweite Oberwellen-Laserlicht 22 durch den Wellenlängenumrichtungskristall 10 und einen Reflexionsspiegel 4 auf dem gleichen Lichtpfad wie das UV-Laserlicht oder das Summenfrequenz-Laserlicht 23 gehen. Wenn daher in der Luft im Innern des Gehäuses 3 des UV-Lasersystems 1 organische Substanzen enthalten sind, kann das UV-Laserlicht die Zersetzung der organischen Substanzen und die Abscheidung der erzeugten Rückstände auf den Teilen (X) der Oberflächen des Wellenlängenumrichtungskristalls 10 und eines Reflexionsspiegels 4, durch den das UV-Laserlicht geht, verursachen. Eine derartige Abscheidung reduziert die Durchlässigkeits- und Reflexionskoeffizienten des Grundwellen-Laserlichts 21 und des zweiten Oberwellen-Laserlichts 22 und/oder schädigt die räumliche Kohärenz des Laserlichts mit dem Ergebnis, dass sich die Laserleistung verringern kann.
Da sehr kleine Mengen von organischen Substanzen dieses Problem verursachen könnten und kleine Mengen von organischen Substanzen unvermeidlich von Bestandteilen und Leiterplatten innerhalb des Systems freigesetzt werden, ist es nicht einfach, organische Substanzen Von den optischen Bauteilen des Lasersystems fernzuhalten. Als eine Maßnahme, um ein derartiges Problem zu beheben, wurde vorgeschlagen, dem Gehäuse (insbesondere dem Resonator) ununterbrochen Reingas zuzuführen und dadurch die anorganischen Substanzen aus dem Gehäuse auszuspülen ( JP 10-244 392 A ) und die Verwendung von Haftmitteln und anderen organischen Substanzen, welche die Luft im Innern des Gehäuses mit beliebigen organischen Substanzen beim Aufbau des UV-Lasersystems verunreinigen könnten, ( JP 10-153 746 A ) zu vermeiden.
Das ununterbrochene Zuführen von Reingas in den Resonator, wie es in der JP 10-244 392 A vorgeschlagen wird, erfordert jedoch eine spezielle Gaszuführeinheit, welche die Kosten und die Größe des UV-Lasersystems erhöhen würde. Das Vermeiden der Verwendung von Haftmitteln und anderen organischen Substanzen in dem UV-Lasersystem erfordert eine spezifische Haftanordnung, wie etwa solche, die eine Metallisierung der Oberflächen von optischen Vorrichtungen mit Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt bedingen, und dies erhöht nicht nur die Kosten des UV-Lasersystems, sondern erschwert auch die Herstellungsschritte.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Angesichts dieser Probleme nach dem Stand der Technik ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein UV-Lasersystem bereitzustellen, das von dem Problem der Abscheidung von Rückständen von organischen Substanzen auf den Oberflächen der optischen Bauteile frei ist und dadurch die Reduzierung der Laserleistung über längere Zeit verhindern kann.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein UV-Lasersystem bereitzustellen, das die Abscheidung von Rückständen von organischen Substanzen auf den Oberflächen von optischen Bauteilen kostengünstig und ohne Erschwerung der Herstellungsschritte verhindern kann.
Im weitesten Sinne der vorliegenden Erfindung können diese Aufgaben dadurch erfüllt werden, dass das UV-Laserlicht (355 nm) von einem anderen Teil der Oberfläche des Wellenlängenumrichtungskristalls als dem Teil der Oberfläche des Wellenlängenumrichtungskristalls, durch den das Grundwellen-Laserlicht (1064 nm) geht, emittiert wird. Dies basiert darauf, dass die Erfinder erkannt haben, dass die Abscheidung der Rückstände von organischen Substanzen die Durchlässigkeits- und Reflexionskoeffizienten des Grundwellen-Laserlichts negativ beeinflusst und dadurch die räumliche Kohärenz des Laserlichts schädigt, wohingegen die Durchlässigkeit des UV-Laserlichts durch die Abscheidung der Rückstände von organischen Substanzen wenig beeinflusst wird.
Genauer gesagt erfüllt die vorliegende Erfindung diese Aufgaben durch das Bereitstellen eines UV-Lasersystems, das Folgendes umfasst: eine Laserlichtquelle, um ein Grundwellen-Laserlicht zu erzeugen; und einen Wellenlängenumrichtungskristall, um das Grundwellen-Laserlicht in UV-Laserlicht umzurichten; wobei der Wellenlängenumrichtungskristall mit einer reflektierenden Ebene versehen ist, die selektiv eines von dem Grundwellen-Laserlicht und dem UV-Laserlicht reflektiert, um das UV-Laserlicht zu veranlassen, von einem anderen Teil des Wellenlängenumrichtungskristalls als von einem optischen Pfad des Grundwellen-Laserlichts in dem Wellenlängenumrichtungskristall aus zu emittieren. Die reflektierende Ebene wird dadurch gebildet, dass man einen ersten Kristall, der eine erste optische Oberfläche aufweist, die mit einer reflektierenden Beschichtung beschichtet ist, und einen zweiten Kristall, der eine zweite optische Oberfläche aufweist, die über der ersten optischen Oberfläche liegt, an den ersten und zweiten optischen Oberflächen zusammenfügt.
Die Rückstände von organischen Substanzen können auf dem Teil des Wellenlängenumrichtungskristalls abgeschieden werden, von dem das UV-Laserlicht emittiert wird, jedoch nicht in den Teilen des Wellenlängenumrichtungskristalls, durch die das Grundwellen-Laserlicht geht. Daher kann die Effizienz der Generierung des UV-Laserlichts vermieden werden. Die Rückstände von organischen Substanzen können auf dem Teil des Wellenlängenumrichtungskristalls abgeschieden werden, von dem aus das UV-Laserlicht emittiert wird, doch dies wirkt sich nicht auf den Generierungsprozess des UV-Laserlichts aus und könnte nur eine geringe Verringerung der Durchlässigkeit des UV-Laserlichts verursachen. Diese Reduzierung beträgt meistens nicht mehr als 1% und kann in der Praxis vernachlässigt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das UV-Lasersystem ferner eine Vorrichtung zum Umrichten eines Teils des Grundwellen-Laserlichts in ein Oberwellen-Laserlicht, wobei der Wellenlängenumrichtungskristall konfiguriert ist, um das Grundwellen-Laserlicht und das Oberwellen-Laserlicht in UV-Laserlicht summenfrequenzmäßig umzurichten.
Gemäß einem gewissen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die reflektierende Ebene konfiguriert, um das UV-Laserlicht zu reflektieren und das Grundwellen-Laserlicht und das Oberwellen-Laserlicht durchzulassen. In diesem Fall kann die reflektierende Ebene konfiguriert sein, um das UV-Laserlicht in einer rechtwinkligen Richtung oder in einem schrägen Winkel von weniger als 90 Grad zu reflektieren.
Alternativ kann die reflektierende Ebene konfiguriert sein, um das Grundwellen-Laserlicht und das zweite Oberwellen-Laserlicht zu reflektieren und das UV-Laserlicht durchzulassen. Auch in diesem Fall kann die reflektierende Ebene konfiguriert sein, um das Grundwellen-Laserlicht und das zweite Oberwellen-Laserlicht in einer rechtwinkligen Richtung oder in einem schrägen Winkel von weniger als 90 Grad zu reflektieren.
Der erste Kristall und der zweite Kristall können durch optischen Kontakt an den ersten und zweiten optischen Oberflächen ohne Verwendung eines Haftmittels zusammengefügt werden, so dass die Probleme, die mit dem Abgeben von organischen Substanzen aus dem Haftmittel verbunden sind, vermieden werden können und die beiden Kristalle sehr genau zusammengefügt werden können.
Bevorzugt wird der erste Kristall in einem Kristallschnittwinkel geschnitten, der eine Phasenanpassungsbedingung erfüllt, und der zweite Kristall wird in einem Kristallschnittwinkel geschnitten, der von der Phasenanpassungsbedingung abweicht. Dadurch wird bzw. werden das Grundwellen-Laserlicht und/oder das Oberwellen-Laserlicht, das bzw. die durch die reflektierende Ebene gegangen ist bzw. sind, daran gehindert, in UV-Laserlicht umgerichtet zu werden, während sie durch den zweiten Kristall gehen, so dass die Abscheidung der Rückstände von organischen Substanzen an der Oberfläche, von der aus das Grundwellen-Laserlicht und/oder das Oberwellen-Laserlicht austritt bzw. austreten, vermieden werden kann.
Bevorzugt weicht der Kristallschnittwinkel des zweiten Kristalls von dem des ersten Kristalls um einen kleinen Winkel ab, wie etwa um 1 bis 5 Grad. Dadurch kann das Ablösen der beiden Kristalle an den optischen Oberflächen auf Grund einer ungleichmäßigen Wärmeausdehnung auch vermieden werden, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient der Kristalle je nach Kristallrichtung eventuell variiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nun nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 ein Diagramm, das eine erste Ausführungsform des UV-Lasersystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ehre vergrößerte Ansicht des in 1 gezeigten LBO-Kristalls;
3 ein Diagramm, das den Prozess der Herstellung des in 1 gezeigten LBO-Kristalls zeigt;
4 eine Ansicht ähnlich wie 2, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 eine Ansicht ähnlich wie 2, die eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine Ansicht ähnlich wie 1, die eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 eine vergrößerte Ansicht des in 6 gezeigten LBO-Kristalls;
8 eine Ansicht ähnlich wie 2, die eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
9 eine Ansicht ähnlich wie 1, die ein UV-Lasersystem zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Ein UV-Lasersystem 1, das die vorliegende Erfindung ausbildet, wird nachstehend mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben.
Dieses UV-Lasersystem 1 ist in einem Gehäuse 3 angeordnet, das mit einem Ausgangsfenster 2 versehen ist, und umfasst einen Resonator 7, der durch ein Paar Resonatorspiegel 5 und 6 gebildet wird, die sich über einen Reflexionsspiegel 4 gegenüberliegen, so dass die optischen Axiallinien der Resonatorspiegel 5 und 6 zueinander rechtwinklig sind. Ein Festkörperlasermedium (ND: YVO₄) 8 ist zwischen dem Resonatorspiegel 5 und dem Reflexionsspiegel 4 gesetzt. Dieses Festkörperlasermedium 8 wird durch einen Pumpdiodenlaser erregt (in den Zeichnungen nicht gezeigt) und erzeugt ein Grundwellen-Laserlicht 21 mit einer Wellenlänge von 1064 nm durch stimulierte Emission.
Der Resonatorspiegel 5 ist konfiguriert, um das Pumplaserlicht durchzulassen und um das Grundwellen-Laserlicht 21 mit der Wellenlänge von 1064 nm zu reflektieren. Der Resonatorspiegel 6 reflektiert auch das Grundwellen-Laserlicht 21 mit der Wellenlänge von 1064 nm. Die Begriffe ”durchlassen” und ”reflektieren”, wie sie hier verwendet werden, bedeuten, dass ein Großteil des Lichts durchgelassen oder reflektiert wird, und bedeuten nicht unbedingt, dass eine totale Durchlässigkeit oder totale Reflexion erfolgt.
Ein Wellenlängenumrichtungskristall KTP 9 und ein Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 werden in dieser Reihenfolge auf den Lichtpfad vom Resonatorspiegel 6 zum Reflexionsspiegel 4 gesetzt. Somit wird das Grundwellen-Laserlicht 21, das die Wellenlänge von Laserlicht auf 1064 nm aufweist, das von dem Festkörperlasermedium 8 emittiert wird, in dem Resonator 7 durch Resonanz verstärkt, und ein Teil des verstärkten Laserlichts wird durch den Wellenlängenumrichtungskristall KTP 9 in ein zweites Oberwellen-Laserlicht 22 mit einer Wellenlänge von 532 nm umgerichtet. Der Reflexionsspiegel 4 ist konfiguriert, um das Grundwellen-Laserlicht 21 mit der Wellenlänge von 1064 nm zu reflektieren und das zweite Oberwellenlicht mit einer Wellenlänge von 532 nm durchzulassen.
Das Grundwellen-Laserlicht 21 mit der Wellenlänge von Laserlicht auf 1064 nm und das zweite Oberwellen-Laserlicht 22 mit der Wellenlänge von 532 nm werden an der optischen Axiallinie A zwischen dem Reflexionsspiegel 4 und dem Resonatorspiegel 6 entlang geleitet, und ein Teil dieser Lichter wird frequenzmäßig gemischt (Summenfrequenzgenerierung), wenn sie durch den Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 gehen, so dass ein Summenfrequenz-Laserlicht 23 mit einer Wellenlänge von 355 nm erzeugt wird. Das Summenfrequenz-Laserlicht 23 besteht aus UV-Laserlicht. Diese Lichter 21, 22 und 23 gehen koaxial an der Lichtachse entlang, werden jedoch in den Zeichnungen der einfacheren Darstellung halber seitlich zueinander versetzt gezeigt.
Wie in 2 gezeigt, ist der Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 mit einer rechteckigen Würfelform versehen und definiert intern eine reflektierende Ebene 14, die im Verhältnis zu der optischen Axiallinie A des Grundwellen-Laserlichts 21 und des zweiten Oberwellen-Laserlichts 22 um 45 Grad geneigt ist. Die reflektierende Ebene 14 ist konfiguriert, um das Grundwellen-Laserlicht 21 mit der Wellenlänge von 1064 nm und das zweite Oberwellen-Laserlicht 22 mit der Wellenlänge von 532 nm durchzulassen und das Summenfrequenz-Laserlicht 23 mit der Wellenlänge von 355 nm zu reflektieren. Die reflektierende Ebene 14 bildet bevorzugt eine einzige reflektierende Ebene im Innern des Wellenlängenumrichtungskristalls LBO 10, es kann jedoch zwei oder mehrere reflektierende Ebenen in dem Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 geben, um das Laserlicht in die gewünschten Richtungen zu leiten.
Der Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 kann aus einem einzigen optischen Element oder aus einer Vielzahl von optischen Elementen, die in engen Kontakt miteinander gebracht werden, gebildet sein. Genauer gesagt kann der Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 durch ein Paar optischer Elemente gebildet werden, die in engem Kontakt miteinander stehen, wobei ein Zwischenraum in Richtung der optischen Axiallinie kleiner als die Wellenlänge des Laserlichts, das die kürzeste Wellenlänge aufweist, oder des zweiten Oberwellen-Laserlichts 22 mit der Wellenlänge von 532 nm ist.
Das Grundwellen-Laserlicht 21 und das zweite Oberwellen-Laserlicht 22, die in den Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 von einer ersten Oberfläche 10a desselben aus eingetreten sind, bewegen sich direkt durch die reflektierende Ebene 14 und treten aus einer zweiten Oberfläche 10b aus, die sich auf der gegenüberliegenden Seite an der optischen Axiallinie A entlang befindet und sich parallel zur ersten Oberfläche 10a erstreckt. Das Summenfrequenz-Laserlicht 23 mit der Wellenlänge von 355 nm, das in dem Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 generiert wird, wird durch die reflektierende Ebene 14 reflektiert und ändert dadurch seine Richtung um 90 Grad im Verhältnis zur optischen Axiallinie, um aus dem Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 von einer dritten Oberfläche 10c aus in einer dazu rechtwinkligen Richtung (von einer seitlichen Oberfläche des Wellenlängenumrichtungskristalls LBO 10, die zu der ersten Oberfläche 10a rechtwinklig ist) auszutreten. Das Summenfrequenz-Laserlicht 23 verlässt dann das Gehäuse 3 über das Ausgangsfenster 2 (1).
Wie in 3 gezeigt, besteht der Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 aus einem ersten LBO-Kristall 11 und einem zweiten LBO-Kristall 12, die jeweils eine schiefe Oberfläche (optische Oberfläche) 11a, 11b aufweisen. Die beiden Kristalle 11 und 12 sind derart geformt, dass ein rechteckiger Quader durch die beiden Kristalle 11 und 12 zusammen gebildet wird, indem die schiefen Oberflächen 11a und 11b aneinander stoßen. Die schiefe Oberfläche 11a des ersten LBO-Kristalls 11 ist mit einem dielektrischen mehrschichtigen Film 13 beschichtet, so dass die reflektierende Ebene 14 an der Schnittstelle zwischen den beiden schiefen Oberflächen 11a und 12a definiert ist, wenn die beiden schiefen Oberflächen in optischen Kontakt miteinander gebracht weiden.
Der erste LBO-Kristall 11 ist derart geschnitten, dass die Phase des einfallenden Lichts, das aus dem Grundwellen-Laserlicht 21 und dem zweiten Oberwellen-Laserlicht 22 besteht, und die Phase des generierten Summenfrequenz-Laserlichts 23 über die gesamte Länge des Lichtpfades angepasst sind, während der zweite LBO-Kristall 12 in einem anderen Kristallwinkel geschnitten ist als der des ersten LBO-Kristalls 11, so dass keine Phasenanpassung erfolgt. Daher werden das Grundwellen-Laserlicht 21 und das zweite Oberwellen-Laserlicht 22, die durch die reflektierende Ebene 14 gegangen sind, im Wesentlichen nicht zu Summenfrequenz-Laserlicht 23 umgerichtet, während sie durch den zweiten LBO-Kristall 12 gehen, so dass die Abscheidung der Rückstände von organischen Substanzen an der Oberfläche, von der aus diese Laserlichter aus dem zweiten LBO-Kristall 12 austreten, oder an der zweiten Oberfläche 10b desselben, vermieden werden kann.
Es ist bekannt, dass der LBO-Kristall einen relativ großen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist und je nach Kristallrichtung unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Wenn daher die ersten und zweiten LBO-Kristalle 11 und 12 unter im Wesentlichen unterschiedlichen Kristallwinkeln geschnitten werden, besteht ein Risiko, dass sich die beiden Kristalle auf Grund ihrer unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten voneinander lösen können. Basierend auf dieser Überlegung wird es bevorzugt, dass der Kristallschnittwinkel des zweiten LBO-Kristalls 12 möglichst nahe an dem des ersten LBO-Kristalls 11 liegt, ohne die Phasenanpassung zu bedingen. Aus diesem Grund wird der Kristallschnittwinkel des zweiten LBO-Kristalls 12 ausgewählt, um sich von dem des ersten LBO-Kristalls 11 um einen kleinen Winkel, wie etwa um ein bis fünf Grad, zu unterscheiden.
Auf Grund der reflektierenden Ebene 14, die das Summenfrequenz-Laserlicht 23 reflektiert, wird die Leistung des Summenfrequenz-Laserlichts 23 oder des UV-Laserlichts von der dritten Oberfläche 10c aus und nicht von den ersten und zweiten Oberflächen 10a und 10b aus emittiert, so dass die Abscheidung der Rückstände von organischen Substanzen an den ersten und zweiten Oberflächen 10a und 10b, die sich auf dem Lichtpfad des Grundwellen-Laserlichts 21, das von dem Festkörperlasermedium 8 emittiert wird, oder des zweiten Oberwellen-Laserlichts 22, das von Wellenlängenumrichtungskristall KTP 9 emittiert wird, befinden, vermieden werden kann.
Die Abscheidung der Rückstände von organischen Substanzen kann an der dritten Oberfläche 10c erfolgen, doch dies beeinflusst die Durchlässigkeitseffizienz für das Grundwellen-Laserlicht 21 oder das zweite Oberwellen-Laserlicht 22 nicht, so dass die Leistungseffizienz des UV-Lasersystems 1 über längere Zeit beibehalten werden kann. Der Abfall der Durchlässigkeit des UV-Laserlichts durch die dritte Oberfläche 10c des Wellenlängenumrichtungskristalls LBO 10 auf Grund der Abscheidung der Rückstände von organischen Substanzen darauf kann zwar erfolgen, beträgt jedoch nicht mehr als 1% und ist daher aus praktischer Sicht unbedeutend.
Da das UV-Laserlicht 23 von dem Grundwellen-Laserlicht 21 und dem zweiten Oberwellen-Laserlicht 22 getrennt werden kann, indem die reflektierende Ebene 14 in dem Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 gebildet wird, wie oben besprochen, kann die Lebensdauer des UV-Lasersystems 1 mit minimalen Kosten maximiert werden.
Gemäß der abgebildeten Ausführungsform, kann der Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 vorbereitet werden, indem die ersten und zweiten LBO-Kristalle 11 und 12 über die sich ergänzenden schiefen Oberflächen 11a und 12a derselben zusammengefügt werden, und indem die reflektierende Ebene 14 in dem Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 durch Abscheidung eines dielektrischen mehrschichtigen Films 13 oder einer anderen reflektierenden Schicht auf der schiefen Oberfläche 11a des ersten LBO-Kristalls 11 gebildet wird. Die ersten und zweiten LBO-Kristalle 11 und 12 können durch einen optischen Kontakt ohne Verwendung eines Haftmittels zusammengefügt werden, so dass die negativen Auswirkungen (wie etwa die Abgabe von organischen Substanzen) eines derartigen Haftmittels vermieden werden können, und die ersten und zweiten LBO-Kristalle 11 und 12 höchst genau zusammengefügt werden können.
Da die reflektierende Ebene 14 das Grundwellen-Laserlicht 21 und das zweite Oberwellen-Laserlicht 22 durchlässt, während sie das Summenfrequenz-Laserlicht 23 reflektiert, kann der Lichtpfad für das Grundwellen-Laserlicht 21 und das zweite Oberwellen-Laserlicht 22 gerade gehalten werden, so dass der Resonator 7 in einer herkömmlichen Anordnung gebildet werden kann, wobei der Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 auf einen geraden optischen Pfad gesetzt wird. Daher kann man vermeiden, dass die optische Anordnung für das UV-Lasersystem komplizierter wird, und es wird ein sehr kompaktes Modell möglich.
Da die reflektierende Ebene 14 im Verhältnis zur optischen Achse A des Grundwellen-Laserlichts 21 geneigt ist und das Summenfrequenz-Laserlicht 23 von der dritten Oberfläche 10c aus in einer dazu rechtwinkligen Richtung austreten kann, kann die Abscheidung der Rückstände von organischen Substanzen auf der dritten Oberfläche 10c minimiert werden, und dies trägt zur Erhöhung der Lebensdauer des UV-Lasersystems bei.
<Zweite Ausführungsform>
Eine zweite Ausführungsform des UV-Lasersystems der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf 4 beschrieben. In 4 und in anderen Zeichnungen, die verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abbilden, sind die Teile, die der vorhergehenden Ausführungsform entsprechen, mit den gleichen Zahlen bezeichnet, ohne die Beschreibung dieser Teile zu wiederholen.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die reflektierende Ebene 14 im Verhältnis zur optischen Linie A des Grundwellen-Laserlichts 21 und des zweiten Oberwellen-Laserlichts 22 um mehr als 45 Grad (jedoch weniger als 90 Grad) geneigt ist. Das Summenfrequenz-Laserlicht 22, das in dem Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 generiert wird, wird durch die reflektierende Ebene 14 reflektiert, um seine Richtung um mehr als 90 Grad zu ändern, und verlässt den Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 von der dritten Oberfläche 10c desselben aus in einem schrägen Winkel. Dieses Summenfrequenz-Laserlicht 22 kann das UV-Lasersystem 1 aus einem Fenster 2 verlassen, das in dem Gehäuse 3 bereitgestellt wird. Diese Ausführungsform bietet ähnliche Vorteile wie die der ersten Ausführungsform.
Als Änderung der zweiten Ausführungsform kann die reflektierende Ebene 14 im Verhältnis zur optischen Axiallinie A des Grundwellen-Laserlichts 21 und des zweiten Oberwellen-Laserlichts 22 um weniger als 45 Grad geneigt sein, so dass das Summenfrequenz-Laserlicht 22, das in dem Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 generiert wird, von der reflektierenden Ebene 14 reflektiert wird, um seine Richtung um weniger als 90 Grad zu ändern.
<Dritte Ausführungsform>
Bei der in 5 gezeigten dritten Ausführungsform ist die reflektierende Ebene 14 im Verhältnis zur optischen Axiallinie A des Grundwellen-Laserlichts 21 und des zweiten Oberwellen-Laserlichts 22 um wesentlich mehr als 45 Grad (jedoch weniger als 90 Grad) geneigt, so dass das Summenfrequenz-Laserlicht 22, das in dem Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 generiert wird, durch die reflektierende Ebene 14 reflektiert wird und den Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 von der ersten Oberfläche 10a desselben aus in einem schrägen Winkel an einem Teil desselben verlässt, der zur optischen Achse A versetzt ist.
<Vierte Ausführungsform>
Die vierte Ausführungsform wird nachstehend mit Bezug auf 6 und 7 beschrieben. Auch in diesem Fall wird ein Resonator 7 durch ein Paar Resonatorspiegel 5 und 6 gebildet, die eine reflektierende Ebene 14 eines Wellenlängenumrichtungskristalls LBO 10 dazwischen einschieben, der den Lichtpfad um 90 Grad biegt. Ein Festkörperlasermedium 8, ein Wellenlängenumrichtungskristall KTP 9 und ein Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 werden in dieser Reihenfolge auf den geraden Lichtpfad vom Resonatorspiegel 5 aus gesetzt. Der Resonatorspiegel 5 lässt das Pumplaserlicht durch und reflektiert das Grundwellen-Laserlicht 21, das in dem Festkörperlasermedium 8 generiert wird und eine Wellenlänge von 1064 nm aufweist. Der Resonatorspiegel 6 reflektiert das Grundwellen-Laserlicht 21 mit der Wellenlänge von 1064 nm und lässt das zweite Oberwellen-Laserlicht 22 mit einer Wellenlänge von 532 nm durch.
Wie ebenfalls in 7 gezeigt, ist die reflektierende Ebene 14 im Verhältnis zur optischen Axiallinie des Grundwellen-Laserlichts 21 und des zweiten Oberwellen-Laserlichts 22 um 45 Grad geneigt. Die reflektierende Ebene 14 ist konfiguriert, um das Grundwellen-Laserlicht 21 mit der Wellenlänge von 1064 nm und das zweite Oberwellen-Laserlicht 22 mit der Wellenlänge von 532 nm zu reflektieren und um das Summenfrequenz-Laserlicht 23 mit der Wellenlänge von 355 nm durchzulassen. Daher werden das Grundwellen-Laserlicht 21 und das zweite Oberwellen-Laserlicht 22, die in den Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 von der ersten Oberfläche 10a aus eingetreten sind, von der reflektierenden Ebene 14 reflektiert, um ihre Richtung um 90 Grad innerhalb des Wellenlängenumsichtungskristalls LBO 10 zu ändern und den Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 von der zweiten Oberfläche 10b aus (die zu der ersten Oberfläche 10a rechtwinklig ist) in einer rechtwinkligen Richtung zu verlassen. Andererseits kann das Summenfrequenz-Laserlicht 23 mit der Wellenlänge von 355 nm, das in dem Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 generiert wird, gerade durch die reflektierende Ebene 14 in dem Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 gehen und verlässt den Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 von der dritten Oberfläche 10c aus, die der ersten Oberfläche 10a gegenüberliegt und dazu parallel ist. Anschließend verlässt das Summenfrequenz-Laserlicht 23 das UV-Lasersystem 1 durch das Fenster 2.
Bei dieser Ausführungsform reflektiert die reflektierende Ebene 14 das Grundwellen-Laserlicht 21 mit der Wellenlänge von 1064 am und das zweite Oberwellen-Laserlicht 22 mit der Wellenlänge von 532 am und lässt das Summenfrequenz-Laserlicht 23 mit der Wellenlänge von 355 nm durch. Auch bei dieser Anordnung kann das Summenfrequenz-Laserlicht 23 den Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 von einer anderen Oberfläche (der dritten Oberfläche 10c) als den ersten und zweiten Oberflächen 10a und 10b, durch die der optische Pfad des Grundwellen-Laserlichts 21 und des zweiten Oberwellen-Laserlichts 22 geht, aus verlassen, und die Reduzierung der Leistung der UV-Laservorrichtung 1 kann vermieden werden.
In diesem Fall müssen die Kristallschnittwinkel der beiden Teile des Wellenlängenumrichtungskristalls LBO 10, die durch die reflektierende Ebene 14 getrennt sind, nicht unbedingt unterschiedlich sein (bzw. sie können gleich sein), da die Generierung in dem ganzen Teil des Wellenlängenumrichtungskristalls LBO 10 kein Problem darstellt und die anisotrope Eigenschaft des Koeffizienten keine Ablösung der beiden Teile des Wellenlängenumrichtungskristalls LBO 10 voneinander verursacht.
<Fünfte Ausführungsform>
Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform dadurch, dass die reflektierende Ebene 14 im Verhältnis zur optischen Axiallinie A des Grundwellen-Laserlichts 21 und des zweiten Oberwellen-Laserlichts 22 um mehr als 45 Grad (jedoch weniger als 90 Grad) geneigt ist. Das Grundwellen-Laserlicht 21 und das zweite Oberwellen-Laserlicht 22 werden durch die reflektierende Ebene 14 reflektiert, um ihre Richtung um mehr als 90 Grad zu ändern, und den Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 von der ersten Oberfläche 10a aus zu verlassen, von der aus das Grundwellen-Laserlicht 21 und das zweite Oberwellen-Laserlicht 22 in den Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 eingelassen werden. Das Summenfrequenz-Laserlicht 22, das in dem Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 generiert wird, wird durch die reflektierende Ebene 14 gelassen und verlässt den Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 von der dritten Oberfläche 10c aus, die der ersten Oberfläche 10a gegenüberliegt und dazu parallel ist.
Obwohl dies in den Zeichnungen nicht gezeigt wird, kann die reflektierende Ebene 14 im Verhältnis zur optischen Axiallinie A des Grundwellen-Laserlichts 21 und des zweiten Oberwellen-Laserlichts 22 auch etwas weniger geneigt sein, so dass das Grundwellen-Laserlicht 21 und das zweite Oberwellen-Laserlicht 22 den Wellenlängenumrichtungskristall LBO 10 von der zweiten Oberfläche 10b, die zu der ersten Oberfläche 10a rechtwinklig ist, in einem schrägen Winkel aus verlassen, ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Sinne von bevorzugten Ausführungsformen derselben beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass diverse Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt wird. Beispielsweise sind die Wellenlängen der diversen Laserlichter in den angegebenen Ausführungsformen rein beispielhaft und können anders als die der Ausführungsformen sein, ohne den Geist der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ebenso sind die Methoden der Frequenzumrichtung des Grundwellen-Laserlichts in UV-Laserlicht, die in den diversen Ausführungsformen angegeben werden, ebenfalls rein beispielhaft und können geändert werden, ohne den Geist der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Der Inhalt der ursprünglichen japanischen Patentanmeldung, auf welcher der Prioritätsanspruch gemäß der Pariser Vereinbarung für die vorliegende Anmeldung beruht, sowie der Inhalt der in dieser Anmeldung erwähnten in Betracht gezogenen Druckschriften nach dem Stand der Technik werden zur Bezugnahme in diese Anmeldung übernommen.

Claims

UV-Lasersystem, umfassend: eine Laserlichtquelle (8), um ein Grundwellen-Laserlicht zu erzeugen (21); und einen Wellenlängenumrichtungskristall (10), um die Grundwellenlänge in UV-Laserlicht umzurichten (23); wobei der Wellenlängenumrichtungskristall (10) mit einer reflektierenden Ebene (14) versehen ist, die selektiv eines von dem Grundwellen-Laserlicht und dem UV-Laserlicht reflektiert, um das UV-Laserlicht zu veranlassen, von einem anderen Teil des Wellenlängenumrichtungskristalls (10) als von einem optischen Pfad des Grundwellen-Laserlichts in dem Wellenlängenumrichtungskristall (10) emittiert zu werden; dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängenumrichtungskristall (10) einen ersten Kristall (11) umfasst, der eine erste optische Oberfläche (11a) aufweist, die mit einer reflektierenden Beschichtung (13) beschichtet ist, und einen zweiten Kristall (12), der eine zweite optische Oberfläche (12a) umfasst, die über der ersten optischen Oberfläche (11a) liegt, um die reflektierende Ebene (14) zu definieren.
UV-Lasersystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Vorrichtung (9) zum Umrichten eines Teils des Grundwellen-Laserlichts in Oberwellen-Laserlicht (22), wobei der Wellenlängenumrichtungskristall (10) konfiguriert ist, um das Grundwellen-Laserlicht und das Oberwellen-Laserlicht in UV-Laserlicht summenfrequenzmäßig umzurichten.
UV-Lasersystem nach Anspruch 2, wobei die reflektierende Ebene (14) konfiguriert ist, um das UV-Laserlicht zu reflektieren und das Grundwellen-Laserlicht und das Oberwellen-Laserlicht durchzulassen.
UV-Lasersystem nach Anspruch 3, wobei die reflektierende Ebene (14) konfiguriert ist, um das UV-Laserlicht in einer rechtwinkligen Richtung zu reflektieren.
UV-Lasersystem nach Anspruch 3, wobei die reflektierende Ebene (14) konfiguriert ist, um das UV-Laserlicht in einem schrägen Winkel von weniger als 90 Grad zu reflektieren.
UV-Lasersystem nach Anspruch 2, wobei die reflektierende Ebene (14) konfiguriert ist, um das Grundwellen-Laserlicht und das zweite Oberwellen-Laserlicht zu reflektieren und das UV-Laserlicht durchzulassen.
UV-Lasersystem nach Anspruch 6, wobei die reflektierende Ebene (14) konfiguriert ist, um das Grundwellen-Laserlicht und das zweite Oberwellen-Laserlicht in einer rechtwinkligen Richtung zu reflektieren.
UV-Lasersystem nach Anspruch 6, wobei die reflektierende Ebene (14) konfiguriert ist, um das Grundwellen-Laserlicht und das zweite Oberwellen-Laserlicht in einem schrägen Winkel von weniger als 90 Grad zu reflektieren.
UV-Lasersystem nach Anspruch 1, wobei der erste Kristall (11) und der zweite Kristall (12) durch optischen Kontakt an den ersten und zweiten optischen Oberflächen (11a; 12a) zusammengefügt sind.
UV-Lasersystem nach Anspruch 1, wobei der erste Kristall (11) in einem Kristallschnittwinkel geschnitten ist, der eine Phasenanpassungsbedingung erfüllt, und der zweite Kristall (12) in einem Kristallschnittwinkel geschnitten ist, der von der Phasenanpassungsbedingung abweicht.
UV-Lasersystem nach Anspruch 10, wobei der Kristallschnittwinkel des zweiten Kristalls (12) von dem des ersten Kristalls um 1 bis 5 Grad abweicht.