DE602004011694T2

DE602004011694T2 - Verfahren zur Herstellung eines QPM-Wellenlängenwandler-Bauelements

Info

Publication number: DE602004011694T2
Application number: DE602004011694T
Authority: DE
Inventors: Sunao Kurimura; Tsuyoshi Yamada
Original assignee: Nidek Co Ltd; National Institute for Materials Science
Current assignee: Nidek Co Ltd; National Institute for Materials Science
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2024-03-10
Also published as: EP1457814A3; EP1457814A2; US20080046043A1; EP1457814B1; US7329316B2; DE602004011694D1; US7878205B2; US20040181212A1

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für Quasiphasenanpassungs-Wellenlängenkonverterelemente (QPM-Vorrichtungen) unter Verwendung von Quarzkristallen als Basiswerkstoff (Grundwerkstoff).
2. Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren sind viele Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen an Festkörperlasern, die Wellenlängenkonverterelemente verwenden, ausgeführt worden. Vor kurzem hat die Einführung eines Verfahrens, das auf dem Anlegen einer Hochspannung basiert, die Herstellung von QRM-Wellenlängenkonverterelementen unter Verwendung ferroelektrischer Kristalle sehr gefördert. Dies hat es ermöglicht, dass eine Wellenlängenumsetzung mit hohem Wirkungsgrad in die sichtbaren bis infraroten Wellenlängenbereiche ausgeführt wird.
Für die Wellenlängenumsetzung in den ultravioletten Wellenlängenbereich wird die Herstellung von QPM-Wellenlängenkonverterelementen aus BaMgF₄-Kristallen, die ferroelektrisch sind, versucht. Die BaMgF₄-Kristalle besitzen jedoch eine sehr niedrige effektive nichtlineare Konstante. Aus diesem Grund wird die Herstellung der QPM-Wellenlängenkonverterelemente aus Quarzkristallen (SiO₂), deren effektive nichtlineare Konstante etwa 10-mal so groß wie die der BaMgF₄-Kristalle ist, untersucht.
Es muss hier angegeben werden, dass im Quarzkristall, der nicht ferroelektrisch ist, das Anlegen einer Hochspannung für die Herstellung einer QPM-Struktur nicht funktioniert. Deshalb ist ein alternatives Verfahren zum Hervorrufen periodischer Zwillinge (Hemitrope) durch das Zuführen einer Belastung an den Quarzkristall und dadurch das Verwirklichen einer Struktur mit invertierter Polarität vorgeschlagen worden. Dies führt zu einer Änderung des Vorzeichens der nichtlinearen optischen Konstanten d11 zwischen den Zwillingen, was die QPM mit der Periode der Zwillingsausrichtung (Zwillingsanordnung) ermöglicht.
Übrigens ist das Zuführen einer Belastung an den Quarzkristall vorher betrachtet worden, um das Wachstum der Zwillinge längs der Z-Achse des Quarzkristalls zu veranlassen. Aus diesem Grund wurde das Zuführen der Belastung so ausgeführt, dass für den Winkel θ des Zuführens der Belastung bezüglich der Z-Achse des Quarzkristalls 0° < θ < 60° galt. Ferner wurde bei dem Hervorrufen der Zwillinge im Quarzkristall das Zuführen der Belastung ausgeführt, während die Temperaturverteilung des Quarzkristalls in der Nähe der Phasenübergangstemperatur (573°C) des Quarzkristalls gleichförmig gemacht wurde.
In dieser Weise wird die Herstellung der QPM-Wellenlängenkonverterelemente, die als Wellenlängenkonverterelemente arbeiten würden, wenn die Richtung der Z-Achse des Quarzkristalls im Wesentlichen orthogonal zum einfallenden Lichtvektor angeordnet ist, versucht, indem eine Struktur mit invertierter Polarität ausgebildet wird, indem periodische Zwillinge hervorgerufen werden.
Das herkömmliche Herstellungsverfahren besitzt jedoch das Problem, dass zusätzlich zur niedrigen Steuerbarkeit der Zwillinge das Seitenverhältnis beim Wachstum der Zwillinge äußerst niedrig ist. Im Ergebnis ist es unmöglich gewesen, praktisch nutzbare QPM-Wellenlängenkonverterelemente im großen Umfang unter Verwendung eines Quarzkristalls als Basiswerkstoff zu erhalten.
Ein Beispiel eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens ist im Dokument JP 2003-75876 veranschaulicht, das die Merkmale des Oberbegriffs des beigefügten Anspruchs 1 offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der obigen Umstände gemacht worden, wobei sie die Aufgabe besitzt, die obigen Probleme zu überwinden und die Steuerung der Zwillinge im Quarzkristall zu verbessern, das Wachstum der Zwillinge mit einem hohen Seitenverhältnis zu verwirklichen und ein Herstellungsverfahren für QPM-Wellenlängenkonverterelemente, die insbesondere die praktische Verwendung der Wellenlängenumsetzung in den ultravioletten Bereich erlauben, wie z. B. für ein QPM-Wellenlängenkonverterelement und für eine medizinische Laser-Vorrichtung, die es verwendet, zu schaffen.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und sind teilweise aus der Beschreibung offensichtlich oder können durch die Praxis der Erfindung gelernt werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden mittels der in den Ansprüchen dargestellten Merkmale verwirklicht und gelöst.
Um die vorhergehenden Probleme zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung ein Herstellungsverfahren für Quasiphasenanpassungs-Wellenlängenkonverterelemente (QPM-Wellenlängenkonverterelemente) unter Verwendung von Quarzkristallen als einen Basiswerkstoff, bei dem die Zwillinge periodisch hervorgerufen werden, wie im beigefügten Anspruch 1 dargestellt ist.
Weitere Entwicklungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügte Zeichnung, die in diese Beschreibung aufgenommen ist und einen Teil dieser Beschreibung bildet, veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung und dient zusammen mit der Beschreibung dazu, die Aufgaben, Vorteile und Prinzipien der Erfindung zu erklären.
In den Zeichnungen zeigen
1 eine schematische Struktur eines Quasiphasenanpassungs-Wellenlängenkonverterelements (QPM-Quarzkristalls), das gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung erhalten worden ist, und die Wellenlängenumsetzung unter Verwendung des QPM-Quarzkristalls;
2 eine schematische Struktur eines QPM-Quarzkristalls, der gemäß einer weiteren Ausführungsform erhalten worden ist, und die Wellenlängenumsetzung unter Verwendung des QPM-Quarzkristalls;
3A bis 3C Ansichten, um ein Herstellungsverfahren des QPM-Quarzkristalls gemäß der bevorzugten Ausführungsform zu erklären;
4 ein Ergebnis der Berechnung der Winkelabhängigkeit der Koerzitivbelastung;
5 eine Ansicht, um ein Herstellungsverfahren des QPM-Quarzkristalls gemäß einer weiteren Ausführungsform zu erklären; und
6 eine schematische Struktur einer medizinischen Laser-Vorrichtung, die einen QPM-Quarzkristall verwendet, der gemäß des Verfahrens einer Ausführungsform der Erfindung erhalten worden ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. 1 veranschaulicht eine schematische Struktur eines Quasiphasenanpassungs-Wellenlängenkonverterelements (QPM-Quarzkristalls), das gemäß der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung erhalten worden ist, und die Wellenlängenumsetzung unter Verwendung des QPM-Quarzkristalls.
Ein Quasiphasenanpassungs-Wellenlängenkonverterelement (das im Folgenden als QPM-Quarzkristall bezeichnet wird) 10 verwendet den Quarzkristall 11 als den Basiswerkstoff. Quarzkristalle besitzen viele nützliche Merkmale, einschließlich einer hervorragenden chemischen Stabilität, einer hohen Beschädigungsschwelle, der Transparenz bis zum ultravioletten Bereich von 150 nm und niedrigerer Kosten als andere Kristalle. Folglich besitzt der Quarzkristall als ein Werkstoff für Wellenlängenkonverterelemente für die Erzeugung ultravioletter Strahlen Vorteile.
Es ist vorher angenommen worden, dass die Zwillinge im Quarzkristall in der Richtung der Z-Achse des Quarzkristalls wachsen, wenn das Wachstum der Zwillinge im Quarzkristall durch das Zuführen einer Belastung verursacht worden ist. Die experimentellen Entdeckungen der Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch gezeigt, dass die Zwillinge zuerst in der Richtung der Y-Achse des Quarzkristalls wachsen, gefolgt vom Wachstum in der Richtung der Z-Achse.
Dies gibt an, dass der QPM-Quarzkristall 10 die folgende Struktur besitzt. Im QPM-Quarzkristall 10 werden die periodischen Zwillinge 12 in der Richtung der Z-Achse des Quarzkristalls 11 als Basiswerkstoff hervorgerufen, was zur Bildung einer Struktur führt, deren Polarität periodisch invertiert ist. Die Grenzflächen 12a der Zwillinge 12 sind in einer Ebene ausgebildet, die die Y-Achse des Quarzkristalls 11 enthält. Indem das Grundwellen-Strahlenbündel 20 zum Einfall in der Richtung der Z-Achse dieses QPM-Quarzkristalls 10 gebracht wird, wird veranlasst, dass ein Strahlenbündel 21 mit umgesetzter Wellenlänge, das die zweite Harmonische des Grundwellen-Strahlenbündels 20 ist, emittiert wird.
Der Einfallsvektor des Grundwellen-Strahlenbündels 20 sollte vorzugsweise parallel zur Richtung der Z-Achse des Quarzkristalls 11 sein (im Wesentlichen orthogonal zur Ebene der ZY-Achsen in 1), wobei dies aber nicht absolut erforderlich ist. Weil die QPM im Quarzkristall 11 erreicht wird, weil das Vorzeichen seiner nichtlinearen optischen Konstante d11 periodisch invertiert wird, kann das Strahlenbündel 21 mit umgesetzter Wellenlänge entgenommen werden, wenn das polarisierte Strahlenbündel 20a des Grundwellen-Strahlenbündels 20 wenigstens eine X-Achsen-Komponente besitzt. Für praktische Zwecke sollte, wenn der durch die Richtung der Z-Achse und den Einfallsvektor des Grundwellen-Strahlenbündels 20 gebildete Winkel durch α repräsentiert wird, für α vorzugsweise 0° ≤ α ≤ 30° gelten.
Obwohl angenommen wird, dass die Grenzflächen 12a auch die X-Achse des Quarzkristalls 11 in ihren Ebenen enthalten, wie in 1 veranschaulicht ist, können die Grenzflächen 12a ebenso so ausgebildet sein, dass sie die X-Achse des Quarzkristalls 11 in ihren Ebenen nicht enthalten, wie in 2 veranschaulicht ist. Beim Entnehmen des Strahlenbündels 21 mit umgesetzter Wellenlänge muss das polarisierte Strahlenbündel 20a des Grundwellen-Strahlenbündels 20 die X-Achsen-Komponente besitzen. Folglich wird aus diesem Grund wenigstens verhindert, dass der durch die Grenzflächen 12a und die X-Achse gebildete Winkel ψ ein rechter Winkel ist, so dass die periodischen Zwillinge 12 in der Richtung der Z-Achse ausgebildet sind.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 3 das Herstellungsverfahren des QPM-Quarzkristalls 10 beschrieben. Zuerst wird, wie in 3A gezeigt ist, der Winkel θ der Richtung, in der die Belastung bezüglich der Z-Achse des Quarzkristalls zugeführt wird, auf 60° < θ < 90° gesetzt, während die Orientierung θ' des Ausschneidens bezüglich der Y-Achse des Quarzkristalls auf 0° < θ < 30° gesetzt wird. Der Grund, aus dem der Winkel θ der Richtung, in der die Belastung zugeführt wird, bezüglich der Z-Achse des Quarzkristalls auf 60° < θ < 90° gesetzt wird, ist, dass festgestellt worden ist, dass die Zwillinge in der Richtung der Y-Achse des Quarzkristalls wachsen. Vorzugsweise sollte für den Winkel θ der Richtung, in der die Belastung zugeführt wird, bezüglich der Z-Achse des Quarzkristalls 80° ≤ θ ≤ 88° (2° ≤ θ' ≤ 10°) gelten. In dieser Ausführungsform wird übrigens ein Quarzkristall-Substrat 30 mit einer Dicke von 3 mm, das in einer Orientierung von 5° von der Y-Achse (= 85° von der Z-Achse) geschnitten ist, verwendet.
Nun zeigt 4 das Ergebnis der Berechnung der Winkelabhängigkeit der Koerzitivbelastung bei einer Temperatur von 400°C. In der graphischen Darstellung repräsentiert die Kurve mit der strichpunktierten Linie ein Belastungsniveau, bei dem das Wachstum der Zwillinge beginnt, während jene mit der ausgezogenen Linie angibt, wo das Wachstum der Zwillinge abgeschlossen ist. Vorher ist der Winkel θ der Richtung des Zuführens der Belastung bezüglich der Richtung der Z-Achse auf 0° < θ ≤ 60°, z. B. θ = 13°, gesetzt worden. Dies wurde ausgeführt, weil berücksichtigt worden ist, dass die Zwillinge in der Richtung der Z-Achse wachsen. Im Gegensatz dazu ist in dieser Ausführungsform der Erfindung der Winkel θ der Richtung des Zuführens der Belastung bezüglich der Richtung der Z-Achse auf 60° < θ < 90° gesetzt. Dies ist so, weil festgestellt worden ist, dass die Zwillinge in der Richtung der Y-Achse des Quarzkristalls wachsen.
Als Nächstes wird die Bearbeitung ausgeführt, um auf der Oberfläche des Quarzkristall-Substrats 30 eine Stufenstruktur 31 auszubilden, die Niveaulücken mit einer Periode besitzt, die der Periode entspricht, die notwendig ist, um die gewünschte Wellenlängenumsetzung zu verwirklichen. Die Stufenstruktur 31 kann durch Photolithographie ausgebildet werden. Die Tiefe der Stufe beträgt z. B. 2 μm. Diese Stufenstruktur 31 kann sich auf der Seite des ersten Heizblocks 40 befinden, auf der die Belastung dem Quarzkristall-Substrat 30 zugeführt werden würde.
Als Nächstes wird das Quarzkristall-Substrat 30, über dem die Stufenstruktur 31 ausgebildet ist, zwischen dem ersten Heizblock 40 und dem zweiten Heizblock 41 schichtenweise angeordnet, wie in 3B gezeigt ist, wobei eine gleichmäßige einachsige vertikale Belastung mit einer Vorrichtung 43 zum Zuführen einer Belastung zugeführt wird. In diesem Prozess werden die Temperatur T1 des ersten Heizblocks 40, der auf der Seite der Stufenstruktur 31 angeordnet ist, und die Temperatur T2 des anderen zweiten Heizblocks 41 auf oder unterhalb der Phasenübergangstemperatur (573°C) aufrechterhalten. Um die Temperatur T1 höher als die Temperatur T2 (T1 > T2) zu halten, wird außerdem eine Temperaturdifferenz ΔT zwischen zwei Ebenen erzeugt, die zur Richtung des Zuführens der Belastung orthogonal sind. Die Temperaturdifferenz ΔT von 175°C wird z. B. erzeugt, indem T1 auf 375°C gesetzt wird und T2 auf 200°C gesetzt wird. Die Heizblöcke 40 und 41 werden durch eine Steuervorrichtung 42 gesteuert, damit ihre Temperatur einzeln veränderlich ist.
Dann wird in einem Zustand, in dem die Temperaturdifferenz ΔT auf einem Niveau unter der Phasenübergangstemperatur zwischen den zwei zur Richtung des Zuführens der Belastung orthogonalen Ebenen erzeugt wird, die gleichmäßige vertikale Belastung mit der Vorrichtung 43 zum Zuführen einer Belastung zugeführt. Dies verursacht, dass die anisotropen Zwillinge (die Zwillinge, die in der Richtung einer spezifischen Achse des Quarzkristalls wachsen), die die Niveaulücke der Stufenstruktur 31 über dem Quarzkristall-Substrat 30 widerspiegeln, in der Richtung der Y-Achse wachsen, wie in 3C gezeigt ist, wobei das Quarzkristall-Substrat 30, das periodische Zwillinge in der Richtung der Z-Achse besitzt, erhalten wird. Indem dieses Quarzkristall-Substrat 30 so geschnitten und geschliffen wird, dass die Endfläche des Quarzkristalls und die Z-Achse im Wesentlichen orthogonal zueinander sind, wird der in 1 veranschaulichte QPM-Quarzkristall 10 erhalten.
In einem von den Erfindern der vorliegenden Erfindung ausgeführten Experiment entstanden, wenn eine Belastung zugeführt wurde, während die Temperatur einfach in die Nähe der Phasenübergangstemperatur erhöht wurde, ohne die Temperatur zwischen den zwei zur Richtung des Zuführens der Belastung orthogonalen Ebenen zu differenzieren, isotrope Zwillinge (Zwillinge, die zufällig ohne Unterscheidung zwischen der Y-Achse und der Z-Achse des Quarzkristalls wachsen), wobei manchmal keine Zwillinge, die die Niveaulücke widerspiegeln, von der Seite der Stufenstruktur 31 hervorgerufen wurden. Wenn im Gegensatz die Temperaturdifferenz ΔT zwischen den zwei zur Richtung des Zuführens der Belastung orthogonalen Ebenen erzeugt wurde, wurden von der Seite der Stufenstruktur 31, wo die Temperatur höher war, Zwillinge hervorgerufen, die die Niveaulücke widerspiegeln, wobei sie lang in Richtung zur Seite mit niedrigerer Temperatur wuchsen.
Ferner wuchsen im Experiment der Erfinder der vorliegenden Erfindung, wenn die Temperatur T2 auf der Seite des zweiten Heizblocks 41 allmählich erhöht wurde, während die Temperatur T1 auf der Seite des ersten Heizblocks 40 auf 375°C gehalten wurde, anisotrope Zwillinge, bis T2 200°C erreichte. Dann wuchsen bei einem Anstieg der Temperatur T2 die anisotropen Zwillinge länger. Bei T2 = 225°C begann jedoch das Wachstum isotroper Zwillinge von der Seite mit niedrigerer Temperatur (der Seite des zweiten Heizblocks 41). Deshalb werden von der anderen Seite der Stufenstruktur 31 keine Zwillinge hervorgerufen, wobei, um das Wachstum anisotroper Zwillinge von der Seite der Stufenstruktur 31 wahlweise zu veranlassen, für die Temperatur T2 auf der Seite mit niedrigerer Temperatur (der Seite des zweiten Heizblocks 41) T2 < 225°C gelten sollte. Vorzugsweise sollte T2 ≤ 220°C gelten.
Wenn andererseits die Temperatur auf der Seite mit höherer Temperatur (der Seite des ersten Heizblocks 40) allmählich von 375°C erhöht wurde, während T2 auf 200°C gehalten wurde, wuchsen nur anisotrope Zwillinge, bis T1 450°C erreichte. Bei T1 = 475°C wurde jedoch das Wachstum isotroper Zwillinge anstelle von anisotropen Zwillingen vorherrschend. Um das Wachstum anisotroper Zwillinge von der Seite der Stufenstruktur 31 wahlweise zu veranlassen, sollte deshalb die Temperatur T1 auf der Seite mit höherer Temperatur (der Seite des ersten Heizblocks 40) höher als T2 sein, wobei 250°C < T1 < 475°C gelten sollte. Vorzugsweise sollte für T1 300°C ≤ T1 ≤ 470°C gelten. Noch bevorzugter sollte für T1 375°C ≤ T1 ≤ 450°C gelten.
Obwohl die graphische Darstellung nach 3C einen Fall veranschaulicht, in dem die in der Richtung der Y-Achse wach senden Zwillinge 12 das Quarzkristall-Substrat 30 so weit wie zu seiner Unterseite (der anderen Seite der Stufenstruktur 31) durchdringen, kann ebenso veranlasst werden, dass sie zu irgendeinem Mittelpunkt wachsen, wie in 5 gezeigt ist, anstatt die Zwillinge 12 das Quarzkristall-Substrat 30 so weit wie zu seiner Unterseite (der anderen Seite der Stufenstruktur 31) durchdringen zu lassen. Weil die Zwillinge in der Richtung der Z-Achse wachsen, nachdem sie in der Richtung der Y-Achse gewachsen sind, sind sie leichter zu steuern, falls ihnen nun erlaubt wird, das Quarzkristall-Substrat 30 so weit wie zu seiner Unterseite zu durchdringen. Die Länge der Zwillinge kann entsprechend den Bedingungen der Temperaturen T1 und T2 gesteuert werden. Falls die Zwillinge relativ kurz sein sollen, sollte T2 niedriger als 200°C sein und ΔT größer als 175°C sein. Bei der Verwendung des QPM-Quarzkristalls 10, der erhalten wurde, indem den Zwillingen nicht erlaubt wurde, das Quarzkristall-Substrat 30 so weit wie zu seiner Unterseite zu durchdringen, ist es ratsam, das Grundwellen-Strahlenbündel durch den Bereich gehen zu lassen, in dem die Zwillinge ausgebildet sind.
Es folgt unter Bezugnahme auf 6 eine Beschreibung einer Laser-Vorrichtung 150, in der ein QPM-Quarzkristall 10 verwendet wird, der so erhalten wurde, wie oben beschrieben worden ist. 6 veranschaulicht eine schematische Struktur der Laser-Vorrichtung 150. Sie wird beispielhaft unter Bezugnahme auf eine medizinische Laser-Vorrichtung für die Cornea-Ablatio unter Verwendung eines Strahlenbündels mit umgesetzter Wellenlänge im ultravioletten Bereich beschrieben.
In einer in der Laser-Vorrichtung 150 vorgesehenen Laser-Lichtquelleneinheit 100 sind eine Nd:YAG-Festkörperlaser-Lichtquelle 101, die Wellenlängenkonverterelemente 102, 103 und 104 und ein Paar von Prismen 105a und 105b angeordnet. Die Festkörperlaser-Lichtquelle 101 emittiert ein Impuls-La ser-Strahlenbündel mit 1064 nm. Das Wellenlängenkonverterelement 102 erzeugt durch das Umsetzen eines Grundwellen-Strahlenbündels mit einer Wellenlänge von 1064 nm in seine zweite Harmonische ein umgesetztes Strahlenbündel mit einer Wellenlänge von 532 nm. Das Wellenlängenkonverterelement 103 erzeugt durch das Umsetzen des umgesetzten Strahlenbündels mit 532 nm in seine zweite Harmonische ein umgesetztes Strahlenbündel mit einer Wellenlänge von 266 nm. Das Wellenlängenkonverterelement 104 erzeugt ein umgesetztes Strahlenbündel mit einer Wellenlänge von 213 nm, das das Summenfrequenz-Strahlenbündel der Wellenlänge 1064 nm der nicht durch das Wellenlängenkonverterelement 102 umgesetzten Komponenten und der durch das Wellenlängenkonverterelement 103 umgesetzten Wellenlänge 266 nm ist. Hier wird der in 1 gezeigte QPM-Quarzkristall 10 für die Wellenlängenkonverterelemente 103 und 104 für die Wellenlängenumsetzung in den ultravioletten Bereich verwendet. Als das Wellenlängenkonverterelement 102 kann ein KTP-Kristall oder dergleichen verwendet werden, es kann aber ebenso der gleiche QPM-Quarzkristall 10 verwendet werden.
Das Prisma 105a trennt die Laser-Strahlenbündel mit verschiedenen Wellenlängen voneinander. Aus den durch das Prisma 105a getrennten Laser-Strahlenbündeln fällt jenes mit einer Wellenlänge von 213 nm auf das Prisma 105b, wobei die anderen Strahlenbündel durch ein (nicht gezeigtes) Abschirmelement abgeschirmt werden. Das Laser-Strahlenbündel mit einer Wellenlänge von 213 nm als das Strahlenbündel für die therapeutische Verwendung wird in der Ausgangsrichtung eingestellt und von der Laser-Lichtquelleneinheit 100 emittiert.
Ein optisches Führungssystem 110 ist mit einem optischen Abtastsystem versehen, das zwei Galvanometerspiegel 111 und 112 und einen dichroitischen Spiegel 113 umfasst. Der dichroitische Spiegel 113 besitzt eine Eigenschaft des Reflektierens eines Laser-Strahlenbündels mit 213 nm und des Durchlassens sichtbarer Strahlenbündel. Ein mit hoher Geschwindigkeit durch die zwei Galvanometerspiegel 111 und 112 abgetastetes Laser-Strahlenbündel wird dann durch den dichroitischen Spiegel reflektiert und zu einer Cornea Ec des Auges des Patienten geführt. Obwohl das optische System im optischen Weg von der Laser-Lichtquelleneinheit 100 zum Galvanometerspiegel 111 nicht veranschaulicht ist, sind ein Spiegel zum Reflektieren des Laser-Strahlenbündels, ein optisches System, um das Laser-Strahlenbündel in einen kreisförmigen Fleck zu formen, und ein optisches Korrektursystem zum Korrigieren seiner Energieverteilung geeignet angeordnet. Es ist ratsam, dass die Fleckgröße des Laser-Strahlenbündels in dieser Laser-Vorrichtung 150 auf der Cornea Ec etwa 1 mm betragen sollte. Über dem dichroitischen Spiegel 113 ist ein optisches Beobachtungssystem 120 angeordnet.
Im Folgenden wird die Cornea-Chirurgie unter Verwendung dieser Laser-Vorrichtung 150 kurz beschrieben. Wenn die Daten für die Cornea-Chirurgie in die Laser-Vorrichtung 150 eingegeben werden, erhält eine (nicht gezeigte) Steuereinheit auf der Grundlage der Daten für die Cornea-Chirurgie die Steuerdaten für die Laser-Bestrahlung. Wo z. B. eine Kurzsichtigkeit zu korrigieren ist, wird eine Kombination der Überlagerung eines Impuls-Lasers und der Anzahl der Impulse (der Dauer der Bestrahlung) als die Steuerdaten für die Laser-Bestrahlung für die Ablatio verwendet, die im zentralen Abschnitt der Cornea Ec tief und zum Rand allmählich flacher sein soll. Von der Laser-Lichtquelleneinheit 100 wird durch die oben beschriebene Wellenlängenumsetzung ein ultraviolettes Strahlenbündel mit 213 nm geliefert, wobei die Abtastoperationen durch die auf der Grundlage der Steuerdaten gesteuerten Galvanometerspiegel 111 und 112 das Laser-Strahlenbündel auf die Cornea Ec führen. Dies veranlasst, dass die Cornea Ec in die gewünschte Form abgetragen wird.
Wie oben beschrieben worden ist, ist die Wellenlängenumsetzung durch den QPM-Quarzkristall 10 insbesondere in Laser-Vorrichtungen anwendbar, die die Wellenlängenumsetzung für Laser-Strahlenbündel in den ultravioletten Bereich ausführen, und für die Verwendung in Laser-Vorrichtungen für die medizinische Verwendung geeignet.
Wie oben beschrieben worden ist, können gemäß der vorliegenden Erfindung die Steuerung der Zwillinge in Quarzkristallen verbessert und das Wachstum der Zwillinge in einem hohen Seitenverhältnis verwirklicht werden. Außerdem ermöglicht sie die Wellenlängenumsetzung ultravioletter Strahlen für praktische Zwecke und ist für die Anwendung in Laser-Vorrichtungen für die medizinische Verwendung geeignet.
Während die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden ist, ist es selbstverständlich, dass diese Offenbarung dem Zweck der Veranschaulichung dient und dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Quasiphasenanpassungs-Wellenlängenkonverterelements, das den Schritt des Ausschneidens eines Quarzkristallsubstrates (30) aus einem Quarzkristall (11) aufweist und weiter aufweist: einen Schritt des Ausbildens einer periodischen Stufenstruktur (31) mit Aussparungen auf einer ersten Oberfläche des Quarzkristallsubstrates (30); einen Schritt des Heizens des Quarzkristallsubstrates (30) bei einer Temperatur unterhalb der Phasenübergangstemperatur des Quarzkristalls; und einen Schritt des Zuführens einer Belastung in einer Richtung senkrecht zu der ersten Oberfläche und zu einer zweiten Oberfläche des Quarzkristallsubstrats (30) gegenüber der ersten Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung, entlang derer die Belastung zugeführt wird, unter einem Winkel θ zu der Z-Achse der Dreifachsymmetrie des Quarzkristalls ausgerichtet ist und die Richtung unter einem Winkel θ' zu der Y-Achse des Quarzkristalls ausgerichtet ist, welche senkrecht zu der Z-Achse und der Achse des Quarzkristalls ist, deren elektrische Polarisation ausgedrückt durch die nichtlineare optische Konstante d₁₁, invertiert werden kann, wobei die Winkel θ und θ' die Beziehungen 60°< θ < 90° bzw. 0° < θ' < 30° erfüllen, und das Verfahren einen Schritt des Aufrechterhaltens der Temperatur (T1) der ersten Oberfläche auf einer höheren Tempera tur als der Temperatur (T2) der zweiten Oberfläche während des Schrittes des Zuführens der Belastung aufweist, wodurch eine Mehrzahl von Paaren von benachbarten Regionen in dem Quarzkristallsubstrat (30) ausgebildet wird, wobei die Regionen in jedem Paar ein entgegengesetztes Vorzeichen der nichtlinearen optischen Konstante d₁₁ aufweisen, wodurch anisotrope Zwillinge ausgebildet werden, wobei die Zwillinge periodisch in der Z-Achsenrichtung angeordnet sind mit einer Periode der Umkehr des Vorzeichens gleich der Periode der Stufenstruktur der ersten Oberfläche und wobei die Zwillinge von der ersten Oberfläche in der Y-Achsenrichtung wachsen.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Winkel θ und θ' die Beziehungen 80° < θ < 88° bzw. 2° < θ' < 10° erfüllen.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Temperatur T1 höher als 250°C und niedriger als 475°C gesetzt wird und die Temperatur T2 niedriger als 225°C gesetzt wird während des Schrittes des Haltens der Temperatur T1 der ersten Oberfläche auf einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur T2 der zweiten Oberfläche.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schritt des Heizens des Quarzkristallsubstrats (30) weiterhin einen Schritt des Haltens der Temperatur T2 unterhalb von 200°C und des Wählens der Temperatur T1 dergestalt, daß der Gradient zwischen der Temperatur T1 und der Temperatur T2 175°C übersteigt, beinhaltet.
Verfahren zum Herstellen eines Quasiphasenanpassungs-Wellenlängenkonverterelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Schritt des Heizens des Quarzkristallsubstrates (30) weiterhin einen Schritt des Heizens der ersten Oberfläche mittels eines ersten Heizblocks (40) in Kontakt zu der ersten Oberfläche mit dem Stufenaufbau und des Heizens der zweiten Oberfläche mittels eines zweiten Heizblocks (41) in Kontakt zu der zweiten, gegenüberliegenden, Oberfläche des Quarzkristallsubstrates (30) aufweist.