JP2000216467A - レ―ザ装置およびレ―ザ加工装置 - Google Patents
レ―ザ装置およびレ―ザ加工装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 パルス幅が短く、高効率で、取扱いが容易
で、再現性、安定性に優れ、波長変換結晶にダメージが
入り難くいコンパクトな内部共振器型の波長変換レーザ
装置を提供すること。 【解決手段】 安定型共振器内部のレーザ光軸上に、固
体レーザ活性媒質、共振器Ｑ値変調用素子、および非線
形素子でなる波長変換結晶を配置してＱパルス波長変換
レーザビームを発生するレーザ装置において、上記安定
型共振器を構成する上記波長変換結晶に近い側の共振器
ミラーを凸面鏡とした。
で、再現性、安定性に優れ、波長変換結晶にダメージが
入り難くいコンパクトな内部共振器型の波長変換レーザ
装置を提供すること。 【解決手段】 安定型共振器内部のレーザ光軸上に、固
体レーザ活性媒質、共振器Ｑ値変調用素子、および非線
形素子でなる波長変換結晶を配置してＱパルス波長変換
レーザビームを発生するレーザ装置において、上記安定
型共振器を構成する上記波長変換結晶に近い側の共振器
ミラーを凸面鏡とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、共振器内部に波
長変換結晶を配置して波長変換を行う、内部波長変換の
レーザ装置およびレーザ加工装置に関する。
長変換結晶を配置して波長変換を行う、内部波長変換の
レーザ装置およびレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１４は、特開平8-250797号公報に示さ
れた従来のレーザ装置を示す構成図である。図１４にお
いて、25は赤外光に対して高い反射率を有する共振器ミ
ラー、2c、2dは固体レーザ活性媒質、9aは90度偏光方向
回転ローテータ、4bは第２高調波発生用波長変換結晶、
5bは基本波レーザビームのレーザ光軸、6bは基本波レー
ザビーム、3bは基本波レーザビームに対して、高い反射
率を有する共振器折り返しミラーである。26は基本波お
よび第2高調波レーザビームに対して高い反射率を有す
る共振器ミラーである。第２高調波発生用波長変換結晶
4bは、角度を変化させたり、温度を変化させることによ
りその屈折率を変化させることによって、位相整合をと
らせる手段が設けてある。
れた従来のレーザ装置を示す構成図である。図１４にお
いて、25は赤外光に対して高い反射率を有する共振器ミ
ラー、2c、2dは固体レーザ活性媒質、9aは90度偏光方向
回転ローテータ、4bは第２高調波発生用波長変換結晶、
5bは基本波レーザビームのレーザ光軸、6bは基本波レー
ザビーム、3bは基本波レーザビームに対して、高い反射
率を有する共振器折り返しミラーである。26は基本波お
よび第2高調波レーザビームに対して高い反射率を有す
る共振器ミラーである。第２高調波発生用波長変換結晶
4bは、角度を変化させたり、温度を変化させることによ
りその屈折率を変化させることによって、位相整合をと
らせる手段が設けてある。
【０００３】図１４のように構成されたレーザ装置にお
いては、共振器ミラー25、26、90度偏光方向回転ローテ
ータ9a、固体レーザ活性媒質2c、2dによって発生した基
本波レーザビームの一部は共振器内部に配置された第２
高調波発生用波長変換結晶4bによって第２高調波発生用
波長変換結晶に変換され、波長変換レーザビーム取り出
しミラー3bから取り出される。ここで、共振器を構成す
る一方のミラー25は凸面鏡、もう一方の波長変換結晶4b
に近い側のミラー26は凹面鏡であり、波長変換結晶4bは
凹面鏡であるミラー26の作用により基本波レーザビーム
6bの径が細くなった位置に置かれている。
いては、共振器ミラー25、26、90度偏光方向回転ローテ
ータ9a、固体レーザ活性媒質2c、2dによって発生した基
本波レーザビームの一部は共振器内部に配置された第２
高調波発生用波長変換結晶4bによって第２高調波発生用
波長変換結晶に変換され、波長変換レーザビーム取り出
しミラー3bから取り出される。ここで、共振器を構成す
る一方のミラー25は凸面鏡、もう一方の波長変換結晶4b
に近い側のミラー26は凹面鏡であり、波長変換結晶4bは
凹面鏡であるミラー26の作用により基本波レーザビーム
6bの径が細くなった位置に置かれている。
【０００４】図１４のように構成されたレーザ装置にお
いてはレーザ活性媒質2c、2dの間に90度偏光方向回転ロ
ーテータ9aを配置しているため、2個のレーザ活性媒質
内部に発生する複屈折、複レンズを補償し、レーザ発振
の安定性、発振効率が向上する。
いてはレーザ活性媒質2c、2dの間に90度偏光方向回転ロ
ーテータ9aを配置しているため、2個のレーザ活性媒質
内部に発生する複屈折、複レンズを補償し、レーザ発振
の安定性、発振効率が向上する。
【０００５】図１５はW.Koechner,”Solid State Laser
Engineering”（3rd Edtion）にあるレーザ装置を示す
構成図である。図１４において、25aは曲率が凹の共振
器ミラー、8bは共振器のＱ値変調用素子、2eはレーザ活
性媒質、5cは基本波レーザビームのレーザ光軸、3cは基
本波レーザビームに対して高い反射率を有し、第２高調
波レーザビームに対しては、高い透過率を有する共振器
折り返しミラー兼波長変換レーザビーム取り出しミラ
ー、4cは第２高調波発生用波長変換結晶、26aは基本波
レーザビームと第２高調波レーザビームに対して高い反
射率を有する曲率が凹の共振器ミラーである。ここで、
波長変換結晶4Cは図１４の装置と同じく凹面鏡26aの作
用により6cで示される基本波レーザビームが細くなった
位置に置かれている。
Engineering”（3rd Edtion）にあるレーザ装置を示す
構成図である。図１４において、25aは曲率が凹の共振
器ミラー、8bは共振器のＱ値変調用素子、2eはレーザ活
性媒質、5cは基本波レーザビームのレーザ光軸、3cは基
本波レーザビームに対して高い反射率を有し、第２高調
波レーザビームに対しては、高い透過率を有する共振器
折り返しミラー兼波長変換レーザビーム取り出しミラ
ー、4cは第２高調波発生用波長変換結晶、26aは基本波
レーザビームと第２高調波レーザビームに対して高い反
射率を有する曲率が凹の共振器ミラーである。ここで、
波長変換結晶4Cは図１４の装置と同じく凹面鏡26aの作
用により6cで示される基本波レーザビームが細くなった
位置に置かれている。
【０００６】図１５のように構成された第２高調波レー
ザビーム発生装置においては、共振器ミラー25a、26a、
折り返しミラー3c、レーザ活性媒質2e、Ｑスイッチ素子
8bにより発生した基本波Ｑパルスレーザビームの一部
は、共振器内部に配置された第２高調波発生用波長変換
結晶4cにより、第２高調波レーザビームに変換され、第
２高調波レーザビーム取り出しミラー3cから取り出され
る。
ザビーム発生装置においては、共振器ミラー25a、26a、
折り返しミラー3c、レーザ活性媒質2e、Ｑスイッチ素子
8bにより発生した基本波Ｑパルスレーザビームの一部
は、共振器内部に配置された第２高調波発生用波長変換
結晶4cにより、第２高調波レーザビームに変換され、第
２高調波レーザビーム取り出しミラー3cから取り出され
る。
【０００７】図１４で示されたレーザも、図１５で示さ
れたレーザも波長変換結晶は共振器を構成する凹面鏡の
近くの、レーザビームが細くなった位置に置かれてい
る。波長変換結晶の波長変換効率はビーム強度が高いほ
ど高くなるため、通常、波長変換結晶はレーザビームが
絞られた位置に置かれる。すなわち、共振器ミラーとし
ては凹面鏡を用いるのが通常である。
れたレーザも波長変換結晶は共振器を構成する凹面鏡の
近くの、レーザビームが細くなった位置に置かれてい
る。波長変換結晶の波長変換効率はビーム強度が高いほ
ど高くなるため、通常、波長変換結晶はレーザビームが
絞られた位置に置かれる。すなわち、共振器ミラーとし
ては凹面鏡を用いるのが通常である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上のように構成され
た第２高調波レーザビーム発生装置においては、共振器
ミラーとして、少なくとも波長変換結晶が配置されてい
る側のミラーに凹面鏡を用いているため、共振器長さが
長くなり、コンパクトな波長変換レーザ装置を構成する
ことができず、また、共振器ミラーの振動に対する安定
性が低い共振器しか構成できなかった。さらには、パル
ス幅の短い波長変換レーザビームを発生させることが難
しかった。加えて、出力向上を図った場合、波長変換結
晶部分のレーザ強度が高くなり過ぎて波長変換結晶にダ
メージが入り易いという欠点があった。また、非線形定
数の小さい波長変換結晶を用いた場合には波長変換の効
率が高いものが得難かった。
た第２高調波レーザビーム発生装置においては、共振器
ミラーとして、少なくとも波長変換結晶が配置されてい
る側のミラーに凹面鏡を用いているため、共振器長さが
長くなり、コンパクトな波長変換レーザ装置を構成する
ことができず、また、共振器ミラーの振動に対する安定
性が低い共振器しか構成できなかった。さらには、パル
ス幅の短い波長変換レーザビームを発生させることが難
しかった。加えて、出力向上を図った場合、波長変換結
晶部分のレーザ強度が高くなり過ぎて波長変換結晶にダ
メージが入り易いという欠点があった。また、非線形定
数の小さい波長変換結晶を用いた場合には波長変換の効
率が高いものが得難かった。
【０００９】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、第１の目的は、パルス幅が短
く、高効率で、取扱いが容易で、再現性、安定性に優
れ、波長変換結晶にダメージが入り難くいコンパクトな
内部共振器型の波長変換レーザ装置を提供することであ
る。
ためになされたもので、第１の目的は、パルス幅が短
く、高効率で、取扱いが容易で、再現性、安定性に優
れ、波長変換結晶にダメージが入り難くいコンパクトな
内部共振器型の波長変換レーザ装置を提供することであ
る。
【００１０】また第２の目的は、波長変換係数が小さい
波長変換結晶を用いた場合でも高効率な波長変換レーザ
装置を提供することである。
波長変換結晶を用いた場合でも高効率な波長変換レーザ
装置を提供することである。
【００１１】さらに第３の目的は、取り扱いが簡単で、
安定に、微細で高精度かつ高速に加工できるレーザ加工
装置を提供することである。
安定に、微細で高精度かつ高速に加工できるレーザ加工
装置を提供することである。
【００１２】さらにまた第４の目的は、取り扱いが簡単
で、安定、高効率なレーザ励起のレーザ装置を提供する
ことである。
で、安定、高効率なレーザ励起のレーザ装置を提供する
ことである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
レーザ装置は、安定型共振器内部に、固体レーザ活性媒
質、共振器Ｑ値変調用素子、波長変換結晶を配置し、上
記安定型共振器を構成する上記波長変換結晶に近い側の
ミラーを凸面鏡としたものである。
レーザ装置は、安定型共振器内部に、固体レーザ活性媒
質、共振器Ｑ値変調用素子、波長変換結晶を配置し、上
記安定型共振器を構成する上記波長変換結晶に近い側の
ミラーを凸面鏡としたものである。
【００１４】本発明の請求項２記載のレーザ装置は、さ
らに、第２高調波発生要波長変換結晶として、タイプII
位相整合のLBO(LiB3O5)結晶を用いたものである。
らに、第２高調波発生要波長変換結晶として、タイプII
位相整合のLBO(LiB3O5)結晶を用いたものである。
【００１５】本発明の請求項３記載のレーザ装置は、さ
らに、共振器内部に少なくとも１個の偏光素子を挿入し
たものである。
らに、共振器内部に少なくとも１個の偏光素子を挿入し
たものである。
【００１６】本発明の請求項４記載のレーザ装置は、Ｑ
パルス波長変換レーザビームの出力が５０Ｗ以上とした
ものである。
パルス波長変換レーザビームの出力が５０Ｗ以上とした
ものである。
【００１７】本発明の請求項５記載のレーザ加工装置
は、上記レーザ装置から発生した波長変換レーザビーム
を加工に用いたものである。
は、上記レーザ装置から発生した波長変換レーザビーム
を加工に用いたものである。
【００１８】本発明の請求項６記載のレーザ装置は、上
記レーザ装置から発生した波長変換レーザビームを共振
器外部に波長変換結晶を配置して波長変換を行う外部波
長変換の光源に用いたものである。
記レーザ装置から発生した波長変換レーザビームを共振
器外部に波長変換結晶を配置して波長変換を行う外部波
長変換の光源に用いたものである。
【００１９】本発明の請求項７記載のレーザ装置は、上
記、請求項１乃至４記載のレーザ装置から発生した波長
変換レーザビームを他のレーザ活性媒質の励起に用いた
ものである。
記、請求項１乃至４記載のレーザ装置から発生した波長
変換レーザビームを他のレーザ活性媒質の励起に用いた
ものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態１を示す構成図であり、図１において、1は基
本波レーザビームに対して高い反射率を有する共振器ミ
ラー、２は固体レーザ活性媒質、3は基本波レーザビー
ムに対しては高い反射率を有し、第２高調波レーザビー
ムに対しては高い透過率を有する第２高調波レーザビー
ム取りだしミラー兼共振器折り返しミラー、4は第２高
調波発生用波長変換結晶、5は基本波レーザ発振のレー
ザ光軸を示す。6はレーザ発振の基本波レーザビームを
示す。７は第２高調波レーザビームおよび基本波レーザ
ビームに対して高い反射率を有する共振器ミラーであ
る。図１において、共振器ミラー1および7の曲率は凸で
あり、また、第２高調波発生用波長変換結晶4にはその
角度を変化させたり、温度を変えることによって、波長
変換結晶の屈折率を変化させる等の位相整合をとらせる
手段が設けてある。
施の形態１を示す構成図であり、図１において、1は基
本波レーザビームに対して高い反射率を有する共振器ミ
ラー、２は固体レーザ活性媒質、3は基本波レーザビー
ムに対しては高い反射率を有し、第２高調波レーザビー
ムに対しては高い透過率を有する第２高調波レーザビー
ム取りだしミラー兼共振器折り返しミラー、4は第２高
調波発生用波長変換結晶、5は基本波レーザ発振のレー
ザ光軸を示す。6はレーザ発振の基本波レーザビームを
示す。７は第２高調波レーザビームおよび基本波レーザ
ビームに対して高い反射率を有する共振器ミラーであ
る。図１において、共振器ミラー1および7の曲率は凸で
あり、また、第２高調波発生用波長変換結晶4にはその
角度を変化させたり、温度を変えることによって、波長
変換結晶の屈折率を変化させる等の位相整合をとらせる
手段が設けてある。
【００２１】図１のように構成された波長変換レーザ装
置においては、レーザ共振器を構成するレーザ共振器ミ
ラー1、7、ここでは図示していない励起源（半導体レー
ザやランプ）により励起された固体レーザ活性媒質2、
基本波レーザビームに対しては折り返しミラーとして機
能するミラー3、Ｑ値変調用素子8によって発生する基本
波Ｑパルスレーザビームの一部は第２高調波発生用波長
変換結晶4によって第２高調波レーザビームに変換され
る。発生した第２高調波レーザビーム（2ω）は、取り
出しミラー3より取り出される。
置においては、レーザ共振器を構成するレーザ共振器ミ
ラー1、7、ここでは図示していない励起源（半導体レー
ザやランプ）により励起された固体レーザ活性媒質2、
基本波レーザビームに対しては折り返しミラーとして機
能するミラー3、Ｑ値変調用素子8によって発生する基本
波Ｑパルスレーザビームの一部は第２高調波発生用波長
変換結晶4によって第２高調波レーザビームに変換され
る。発生した第２高調波レーザビーム（2ω）は、取り
出しミラー3より取り出される。
【００２２】以上のように構成されたレーザ装置にあっ
ては、波長変換結晶4は曲率が凸の共振器ミラー7の近傍
に置かれており、共振器内のレーザビーム6が絞られた
位置にはなっていない。しかしながら、以下に述べるよ
うに、図１の構成のレーザ装置にあっては、発振パルス
幅が短くなってパルスピーク強度が高くなるので、波長
変換結晶がビームが絞られた位置になくても高い波長変
換効率が得られることがわかった。すなわち、通常の波
長変換レーザではレーザビームが絞られた位置に波長変
換結晶を配置するが、本発明では、波長変換結晶はビー
ムの絞られた位置に置かないという点において従来では
考えられなかった動作、効果を提供する。
ては、波長変換結晶4は曲率が凸の共振器ミラー7の近傍
に置かれており、共振器内のレーザビーム6が絞られた
位置にはなっていない。しかしながら、以下に述べるよ
うに、図１の構成のレーザ装置にあっては、発振パルス
幅が短くなってパルスピーク強度が高くなるので、波長
変換結晶がビームが絞られた位置になくても高い波長変
換効率が得られることがわかった。すなわち、通常の波
長変換レーザではレーザビームが絞られた位置に波長変
換結晶を配置するが、本発明では、波長変換結晶はビー
ムの絞られた位置に置かないという点において従来では
考えられなかった動作、効果を提供する。
【００２３】図２はＱスイッチレーザの共振器長さに依
存したＱスイッチパルス幅の変化を模式的に示したもの
だが、共振器長さが短いほどパルス幅は短くなる性質が
ある。図１に示した本発明の実施の形態１においては、
以下に説明するように、ビーム品質を保ったまま共振器
長さを短くできるため、より短いパルス幅のＱスイッチ
パルス光を発生させることができ、パルスピーク強度が
高くなる。
存したＱスイッチパルス幅の変化を模式的に示したもの
だが、共振器長さが短いほどパルス幅は短くなる性質が
ある。図１に示した本発明の実施の形態１においては、
以下に説明するように、ビーム品質を保ったまま共振器
長さを短くできるため、より短いパルス幅のＱスイッチ
パルス光を発生させることができ、パルスピーク強度が
高くなる。
【００２４】また、高出力レーザの場合、波長変換結晶
をビームが絞られた位置に置かなくてもビーム強度が高
い。また、高出力レーザの場合はレーザ活性媒質の熱レ
ンズが強いために波長変換結晶の位置でのビームがある
程度細くなる。従って、高効率な波長変換ができる。特
に、波長変換レーザ出力が５０Ｗ以上になる場合にこの
ような効果が顕著になる。また、このような高出力レー
ザにあっては波長変換結晶はビームが絞られた位置にな
い方がダメージを受け難いという効果がある。
をビームが絞られた位置に置かなくてもビーム強度が高
い。また、高出力レーザの場合はレーザ活性媒質の熱レ
ンズが強いために波長変換結晶の位置でのビームがある
程度細くなる。従って、高効率な波長変換ができる。特
に、波長変換レーザ出力が５０Ｗ以上になる場合にこの
ような効果が顕著になる。また、このような高出力レー
ザにあっては波長変換結晶はビームが絞られた位置にな
い方がダメージを受け難いという効果がある。
【００２５】以下に、高出力レーザにつきまとう熱レン
ズを持つレーザ活性媒質における、共振器ミラーの曲
率、共振器長さに依存した、共振器から取り出されるビ
ームの収束性の変化と、安定な発振が得られる領域の変
化について独自に解析した内容を説明する。
ズを持つレーザ活性媒質における、共振器ミラーの曲
率、共振器長さに依存した、共振器から取り出されるビ
ームの収束性の変化と、安定な発振が得られる領域の変
化について独自に解析した内容を説明する。
【００２６】固体レーザ装置を発振させた場合、主とし
て励起により固体レーザ活性媒質に発熱が起こり、固体
レーザ活性媒質が熱レンズをもつことが広く知られてい
る。以下には、固体レーザ活性媒質が例えば、Nd：YAG
のように、熱レンズ焦点距離が正の熱レンズを持つ場合
に限って説明する。
て励起により固体レーザ活性媒質に発熱が起こり、固体
レーザ活性媒質が熱レンズをもつことが広く知られてい
る。以下には、固体レーザ活性媒質が例えば、Nd：YAG
のように、熱レンズ焦点距離が正の熱レンズを持つ場合
に限って説明する。
【００２７】図３から図５は、図３：凸ミラーを用いた
共振器、図４：凹ミラーを用いた共振器長の長い共振
器、図５：凹ミラーを用いた共振器長の短い共振器、の
共振器内ビームモードの形とレーザ活性媒質位置の固有
モードビーム径の計算値の励起強度に対する変化を模式
的に示したものであり、図４と図５の共振器ミラーは同
じ曲率である。また、図３から図５は、ロッド型のレー
ザ活性媒質を用いた場合について説明しており、固有モ
ードビーム径の実線は、ロッド断面内の動径方向偏光成
分（図６の偏光方向1）についての屈折率を用いて計算
したものであり、点線はロッド断面内の周方向偏光成分
（図６の偏光方向2）についての屈折率を用いて計算し
たものである。
共振器、図４：凹ミラーを用いた共振器長の長い共振
器、図５：凹ミラーを用いた共振器長の短い共振器、の
共振器内ビームモードの形とレーザ活性媒質位置の固有
モードビーム径の計算値の励起強度に対する変化を模式
的に示したものであり、図４と図５の共振器ミラーは同
じ曲率である。また、図３から図５は、ロッド型のレー
ザ活性媒質を用いた場合について説明しており、固有モ
ードビーム径の実線は、ロッド断面内の動径方向偏光成
分（図６の偏光方向1）についての屈折率を用いて計算
したものであり、点線はロッド断面内の周方向偏光成分
（図６の偏光方向2）についての屈折率を用いて計算し
たものである。
【００２８】レーザ共振器から取り出されるレーザビー
ムのビーム収束性は、レーザ活性媒質位置の固有モード
ビーム径が大きいほど良くなり、小さいほど悪くなるこ
とが知られている。また、励起強度のうち、図４のP1や
図５のP２のように動径方向の屈折率による活性媒質位
置のビーム径（実線）と周方向の偏光成分の屈折率によ
る活性媒質位置のビーム径（点線）が重なる位置におい
て安定な発振が得られることが知られている。
ムのビーム収束性は、レーザ活性媒質位置の固有モード
ビーム径が大きいほど良くなり、小さいほど悪くなるこ
とが知られている。また、励起強度のうち、図４のP1や
図５のP２のように動径方向の屈折率による活性媒質位
置のビーム径（実線）と周方向の偏光成分の屈折率によ
る活性媒質位置のビーム径（点線）が重なる位置におい
て安定な発振が得られることが知られている。
【００２９】図４と図５を比較すると、共振器長さが短
い図５の共振器の方が、レーザ活性媒質位置の固有モー
ドビーム径（図４のw0、図５のw1）が小さい。また、安
定な発振が得られる両偏光によるビーム径の計算値（点
線と実線）が等しくなる領域（図４のP1、図５のP2）が
広い。結果として、図４に示した構成より図５に示した
構成の方が取り出されるビーム収束性が悪い反面、安定
な発振が得られる励起強度に対する領域が広い。
い図５の共振器の方が、レーザ活性媒質位置の固有モー
ドビーム径（図４のw0、図５のw1）が小さい。また、安
定な発振が得られる両偏光によるビーム径の計算値（点
線と実線）が等しくなる領域（図４のP1、図５のP2）が
広い。結果として、図４に示した構成より図５に示した
構成の方が取り出されるビーム収束性が悪い反面、安定
な発振が得られる励起強度に対する領域が広い。
【００３０】次に、図３と図４について説明する。図３
のように、凸ミラーを用い、その曲率、ミラー間の距離
を適当に選べば、ビームモードの形が図３のように共振
器内にビームウエスト（ビームが絞られた部分）をもた
ない形となり、励起強度における安定発振領域の位置と
幅（図３のP1と図４のP1）、安定発振領域におけるビー
ムモードの径を図４とほぼ同程度としたまま、共振器長
さを短いものとすることができる。３種類の共振器構成
の発振特性をまとめると表１のようになる。表１から、
凸ミラーを用いることにより、凹ミラーを用いた場合に
比べて、発振特性（安定発振領域の幅、出力、ビーム収
束性）を同程度に保ちつつ、共振器長さを短いものとす
ることができる。
のように、凸ミラーを用い、その曲率、ミラー間の距離
を適当に選べば、ビームモードの形が図３のように共振
器内にビームウエスト（ビームが絞られた部分）をもた
ない形となり、励起強度における安定発振領域の位置と
幅（図３のP1と図４のP1）、安定発振領域におけるビー
ムモードの径を図４とほぼ同程度としたまま、共振器長
さを短いものとすることができる。３種類の共振器構成
の発振特性をまとめると表１のようになる。表１から、
凸ミラーを用いることにより、凹ミラーを用いた場合に
比べて、発振特性（安定発振領域の幅、出力、ビーム収
束性）を同程度に保ちつつ、共振器長さを短いものとす
ることができる。
【００３１】
【表１】 また、凹ミラーや平面ミラーだけを用いて共振器を構成
し、なおかつ共振器長さを短く設定する場合に、共振器
内部にレンズを入れる等の手段が考えられるが、レンズ
を共振器内部に挿入すると共振器ロスが増加し、また光
学素子のアライメントが複雑になるという欠点がある。
し、なおかつ共振器長さを短く設定する場合に、共振器
内部にレンズを入れる等の手段が考えられるが、レンズ
を共振器内部に挿入すると共振器ロスが増加し、また光
学素子のアライメントが複雑になるという欠点がある。
【００３２】以下に、凸ミラーを用いた共振器長さの短
い共振器は、凹ミラーを用いた共振器長さの長い共振器
に比べて、安定性が高く、精度の高いミラーのアライメ
ントを必要としないことを示す具体的な計算例について
説明する。図７の共振器1は曲率1mの凸ミラー2枚を用い
た、共振器長さ780mの共振器を模式的に示したものであ
る。また、共振器2は曲率1mの凹ミラー2枚を用いた、共
振器長さ1780mの共振器を模式的に示したものである。
これらの共振器は図３と図４で比較した共振器と同じよ
うに、ビーム収束性および安定動作領域が同じになる共
振器である。図８は図７の共振器1、2について、ミラー
の角度が動いた際に、共振器のレーザ活性媒質位置にお
ける光軸が、どの程度中心からずれるか示したものであ
る。図８から共振器2に比べて、共振器1の方が、はるか
にレーザ活性媒質位置での光軸ずれが小さいことがわか
る。
い共振器は、凹ミラーを用いた共振器長さの長い共振器
に比べて、安定性が高く、精度の高いミラーのアライメ
ントを必要としないことを示す具体的な計算例について
説明する。図７の共振器1は曲率1mの凸ミラー2枚を用い
た、共振器長さ780mの共振器を模式的に示したものであ
る。また、共振器2は曲率1mの凹ミラー2枚を用いた、共
振器長さ1780mの共振器を模式的に示したものである。
これらの共振器は図３と図４で比較した共振器と同じよ
うに、ビーム収束性および安定動作領域が同じになる共
振器である。図８は図７の共振器1、2について、ミラー
の角度が動いた際に、共振器のレーザ活性媒質位置にお
ける光軸が、どの程度中心からずれるか示したものであ
る。図８から共振器2に比べて、共振器1の方が、はるか
にレーザ活性媒質位置での光軸ずれが小さいことがわか
る。
【００３３】レーザ出力は、レーザ活性媒質位置での光
軸の位置ずれの大きさに依存して低下するため、共振器
ミラーの振動による出力の変動等は、共振器1に比べ共
振器2の方が大きい。また、共振器1に比べ、共振器2の
方がミラーの角度を変化させつつ、最適位置（最高の出
力が得られる位置）を探すアライメントの作業時におい
て、共振器1に比べ、共振器2の方が高い精度を必要とす
ることがわかる。つまり、凸ミラーを用いて短い共振器
を構成することによって、より、振動に強く、精度の高
いアライメントを要求されない装置を構成することがで
きる。
軸の位置ずれの大きさに依存して低下するため、共振器
ミラーの振動による出力の変動等は、共振器1に比べ共
振器2の方が大きい。また、共振器1に比べ、共振器2の
方がミラーの角度を変化させつつ、最適位置（最高の出
力が得られる位置）を探すアライメントの作業時におい
て、共振器1に比べ、共振器2の方が高い精度を必要とす
ることがわかる。つまり、凸ミラーを用いて短い共振器
を構成することによって、より、振動に強く、精度の高
いアライメントを要求されない装置を構成することがで
きる。
【００３４】内部波長変換レーザ装置において共振器ミ
ラー、波長変換結晶等の光学素子のアライメントを行う
際、SHG結晶の位相整合条件を満たした上で、レーザ発
振についても最適の条件を満たすよう、光学素子をアラ
イメントせねばならない。すなわち、共振器内部に波長
変換結晶を含まない基本波発振レーザ装置では共振器ミ
ラーのアライメントが必要なだけであるが、波長変換レ
ーザ装置の場合は加えて波長変換結晶のアライメントも
必要となるため、精度の高いミラーアライメントが要求
されないことは、ただの基本波発振だけに比べて、非常
に有効である。また、波長変換結晶の角度変動に対して
非常に強いため、非常に安定なレーザ装置を提供する。
ラー、波長変換結晶等の光学素子のアライメントを行う
際、SHG結晶の位相整合条件を満たした上で、レーザ発
振についても最適の条件を満たすよう、光学素子をアラ
イメントせねばならない。すなわち、共振器内部に波長
変換結晶を含まない基本波発振レーザ装置では共振器ミ
ラーのアライメントが必要なだけであるが、波長変換レ
ーザ装置の場合は加えて波長変換結晶のアライメントも
必要となるため、精度の高いミラーアライメントが要求
されないことは、ただの基本波発振だけに比べて、非常
に有効である。また、波長変換結晶の角度変動に対して
非常に強いため、非常に安定なレーザ装置を提供する。
【００３５】上述のようなミラーの角度変化に対する光
軸ずれの大きさに着目して、凸ミラーを用いた共振器
の、凹ミラーを用いた共振器に対する優位性を示し、波
長変換レーザに適用することで非常に安定なレーザを提
供できることは本発明で初めて示された。
軸ずれの大きさに着目して、凸ミラーを用いた共振器
の、凹ミラーを用いた共振器に対する優位性を示し、波
長変換レーザに適用することで非常に安定なレーザを提
供できることは本発明で初めて示された。
【００３６】図１の実施の形態１においては、第２高調
波発生用波長変換素子のみを共振器内部に配置し、第２
高調波レーザビームを発生させた場合について示した
が、例えば、第２高調波発生用波長変換結晶と第３高調
波発生用波長変換結晶等、複数の波長変換結晶を配置し
て、共振器内部和周波発生装置を構成して、よりパルス
幅の短いＱパルス和周波レーザビームを高効率に発生で
きるようにレーザ装置を構成しても良い。
波発生用波長変換素子のみを共振器内部に配置し、第２
高調波レーザビームを発生させた場合について示した
が、例えば、第２高調波発生用波長変換結晶と第３高調
波発生用波長変換結晶等、複数の波長変換結晶を配置し
て、共振器内部和周波発生装置を構成して、よりパルス
幅の短いＱパルス和周波レーザビームを高効率に発生で
きるようにレーザ装置を構成しても良い。
【００３７】図１の実施の形態１においては、Ｑスイッ
チ素子を1個用いた場合について示したが、Ｑスイッチ
素子を複数用いて、Ｑスイッチ素子の回折効率を高め
て、高出力の内部波長変換レーザ装置においてもホール
ドオフ（共振器のQ値が低い状態において、レーザ発振
を完全に止めること。）が得られるようにしてもよい。
また、Ｑスイッチの回折効率がレーザビーム偏光方向と
Ｑスイッチ素子の音波進行方向の関係によって変わる場
合には、Ｑスイッチ素子２個を互いに音波進行方向が直
交するように配置して回折効率を高めた構成としてもよ
い。
チ素子を1個用いた場合について示したが、Ｑスイッチ
素子を複数用いて、Ｑスイッチ素子の回折効率を高め
て、高出力の内部波長変換レーザ装置においてもホール
ドオフ（共振器のQ値が低い状態において、レーザ発振
を完全に止めること。）が得られるようにしてもよい。
また、Ｑスイッチの回折効率がレーザビーム偏光方向と
Ｑスイッチ素子の音波進行方向の関係によって変わる場
合には、Ｑスイッチ素子２個を互いに音波進行方向が直
交するように配置して回折効率を高めた構成としてもよ
い。
【００３８】実施の形態２．図９は本発明の実施の形態
２を示す構成図であり、図９においては、1aは基本波レ
ーザビームに対して高い反射率を有する共振器ミラー、
２a,2bは固体レーザ活性媒質、3aは基本波レーザビーム
に対しては高い反射率を有し、第２高調波レーザビーム
に対しては高い透過率を有する第２高調波レーザビーム
取りだしミラー兼共振器折り返しミラー、4aは第２高調
波発生用波長変換結晶、5aはレーザ発振の光軸を示す。
6aはレーザ発振の基本波レーザビームである。７aは第
２高調波レーザビームおよび基本波レーザビームに対し
て高い反射率を有する共振器ミラーであり、9は90度偏
光回転ローテータである。図９において、共振器ミラー
1aおよび７aの曲率は凸であり、また、第２高調波発生
用波長変換結晶4aにはその角度を変化させたり、温度を
変えることによって、波長変換結晶の屈折率を変化させ
る等の位相整合をとらせる手段が設けてある。
２を示す構成図であり、図９においては、1aは基本波レ
ーザビームに対して高い反射率を有する共振器ミラー、
２a,2bは固体レーザ活性媒質、3aは基本波レーザビーム
に対しては高い反射率を有し、第２高調波レーザビーム
に対しては高い透過率を有する第２高調波レーザビーム
取りだしミラー兼共振器折り返しミラー、4aは第２高調
波発生用波長変換結晶、5aはレーザ発振の光軸を示す。
6aはレーザ発振の基本波レーザビームである。７aは第
２高調波レーザビームおよび基本波レーザビームに対し
て高い反射率を有する共振器ミラーであり、9は90度偏
光回転ローテータである。図９において、共振器ミラー
1aおよび７aの曲率は凸であり、また、第２高調波発生
用波長変換結晶4aにはその角度を変化させたり、温度を
変えることによって、波長変換結晶の屈折率を変化させ
る等の位相整合をとらせる手段が設けてある。
【００３９】図９のように構成された波長変換レーザ装
置においては、レーザ共振器を構成するレーザ共振器ミ
ラー1a、７a、および基本波に対しては折り返しミラー
として機能するミラー3a、ここでは図示していない励起
源（半導体レーザやランプ）によって励起された固体レ
ーザ活性媒質2a、2b、Ｑスイッチ素子8a、偏光方向回転
ローテータ9によって発生するＱパルス基本波レーザビ
ームの一部は第２高調波発生用波長変換結晶4aによって
第２高調波レーザビームに変換される。発生した第２高
調波レーザビーム（2ω）は、ミラー3aより取り出され
る。
置においては、レーザ共振器を構成するレーザ共振器ミ
ラー1a、７a、および基本波に対しては折り返しミラー
として機能するミラー3a、ここでは図示していない励起
源（半導体レーザやランプ）によって励起された固体レ
ーザ活性媒質2a、2b、Ｑスイッチ素子8a、偏光方向回転
ローテータ9によって発生するＱパルス基本波レーザビ
ームの一部は第２高調波発生用波長変換結晶4aによって
第２高調波レーザビームに変換される。発生した第２高
調波レーザビーム（2ω）は、ミラー3aより取り出され
る。
【００４０】図９のように構成された波長変換レーザ装
置においては、レーザ活性媒質2a、2bの間に90度偏光方
向回転ローテータ9を配置して、レーザ活性媒質2a、お
よび2b内に発生する偏光方向に依存した熱複レンズを解
消する構成としているため、従来より広い安定発振領域
を確保することができ、なおかつ共振器ミラーとして、
凸のミラーを用いているため、従来に比べて、よりコン
パクトな装置を構成することができ、より短いパルス幅
でピーク強度の高いＱスイッチ波長変換パルス光を高効
率に発生させることができる。
置においては、レーザ活性媒質2a、2bの間に90度偏光方
向回転ローテータ9を配置して、レーザ活性媒質2a、お
よび2b内に発生する偏光方向に依存した熱複レンズを解
消する構成としているため、従来より広い安定発振領域
を確保することができ、なおかつ共振器ミラーとして、
凸のミラーを用いているため、従来に比べて、よりコン
パクトな装置を構成することができ、より短いパルス幅
でピーク強度の高いＱスイッチ波長変換パルス光を高効
率に発生させることができる。
【００４１】図９の実施の形態２においても、２個以上
の波長変換結晶を配置して共振器内部和周波発生装置を
構成しても良く、また、Ｑスイッチ素子を複数用いて
も、Ｑスイッチ素子２個を互いに音波進行方向が直交す
るように配置してもよいことは言うまでもない。
の波長変換結晶を配置して共振器内部和周波発生装置を
構成しても良く、また、Ｑスイッチ素子を複数用いて
も、Ｑスイッチ素子２個を互いに音波進行方向が直交す
るように配置してもよいことは言うまでもない。
【００４２】また、実施の形態１および２では共振器ミ
ラーとして両方のミラーを凸面鏡としたが、少なくとも
波長変換結晶側のミラーを凸とすれば、もう一方のミラ
ーが例えば平面鏡であっても凹面鏡であっても、上記し
た効果は多少下がるが、波長変換結晶がダメージを受け
難いといった効果は全く変わらない。
ラーとして両方のミラーを凸面鏡としたが、少なくとも
波長変換結晶側のミラーを凸とすれば、もう一方のミラ
ーが例えば平面鏡であっても凹面鏡であっても、上記し
た効果は多少下がるが、波長変換結晶がダメージを受け
難いといった効果は全く変わらない。
【００４３】実施の形態３．本発明の実施の形態３は図
１、９に示したＱパルス波長変換構成において、波長変
換結晶として、タイプII位相整合のLBO(LiB3O5)結晶を
用いたものである。以下に、タイプII位相整合のLBO(Li
B3O5)結晶を用いて内部波長変換を行った場合に、凸ミ
ラーを用いて短い共振器を構成した方が有利な理由を説
明する。
１、９に示したＱパルス波長変換構成において、波長変
換結晶として、タイプII位相整合のLBO(LiB3O5)結晶を
用いたものである。以下に、タイプII位相整合のLBO(Li
B3O5)結晶を用いて内部波長変換を行った場合に、凸ミ
ラーを用いて短い共振器を構成した方が有利な理由を説
明する。
【００４４】波長変換結晶の有効波長変換係数deffは
【数１】
【数２】 （ここで、Ｐωは結晶中の基本波パワー、Ｐ2 ωは発生
する第２高調波パワーである。）の式に基づいて波長変
換効率ｋと結び付けられる。数１の式より、有効波長変
換係数の２乗が波長変換効率に比例するため、有効波長
変換係数が小さいタイプII位相整合LBO結晶の波長変換
効率は、KTP結晶の波長変換効率の数１０分の１程度、
また、タイプI位相整合LBO結晶の数分の１程度の値とな
る。その反面タイプII位相整合LBO結晶は（1）耐光強度
が高い。（2）ランダム偏光でも第２高調波発生ができ
る。（3）屈折率の温度変化が低い等の、高出力第２高
調波発生において有利な特徴を持っている。
する第２高調波パワーである。）の式に基づいて波長変
換効率ｋと結び付けられる。数１の式より、有効波長変
換係数の２乗が波長変換効率に比例するため、有効波長
変換係数が小さいタイプII位相整合LBO結晶の波長変換
効率は、KTP結晶の波長変換効率の数１０分の１程度、
また、タイプI位相整合LBO結晶の数分の１程度の値とな
る。その反面タイプII位相整合LBO結晶は（1）耐光強度
が高い。（2）ランダム偏光でも第２高調波発生ができ
る。（3）屈折率の温度変化が低い等の、高出力第２高
調波発生において有利な特徴を持っている。
【００４５】従来、この波長変換効率が低い特性のため
に第２高調波発生に用いられることは少なく、用いるた
めには、高品質な結晶を製造することが技術的に難しい
上にコストがかかる、長い結晶を用いる必要があった。
また、用いられても、KTP等に比べると、発生第２高調
波出力は低かった。今回初めて、凸ミラーを用いた共振
器構成にタイプII位相整合LBO結晶を組み合わせること
が高出力化、高効率化、短パルス化に有利であることを
見い出し、第２高調波出力120W以上で、回折限界の10倍
以内という高収束性の第２高調波発生を実証した。
に第２高調波発生に用いられることは少なく、用いるた
めには、高品質な結晶を製造することが技術的に難しい
上にコストがかかる、長い結晶を用いる必要があった。
また、用いられても、KTP等に比べると、発生第２高調
波出力は低かった。今回初めて、凸ミラーを用いた共振
器構成にタイプII位相整合LBO結晶を組み合わせること
が高出力化、高効率化、短パルス化に有利であることを
見い出し、第２高調波出力120W以上で、回折限界の10倍
以内という高収束性の第２高調波発生を実証した。
【００４６】以下に短い共振器を用いることがＱパルス
内部波長変換において高出力化、高効率化に有利である
理由を理論的に説明する。図１０は、レート方程式
内部波長変換において高出力化、高効率化に有利である
理由を理論的に説明する。図１０は、レート方程式
【００４７】
【数３】
【数４】 （ここで、φは光子密度、ｃは光速、σは誘導放出断面
積、ｎは反転分布密度、Ｌは共振器ロス、ｋは波長変換
係数に比例する定数、ｌｃは共振器長さ、ｌは活性媒質
長さを表す。）を連立して現実の系を再現するように、
時間的境界条件（Ｑスイッチ素子によってもたらされる
共振器ロスを周期的に変化させ、現実のＱスイッチレー
ザ発振に近い状況を計算で再現する。）を設定したシミ
ュレータを用いて、共振器長さｌｃを変えて（0.5m、0.
7m、1m、1.2m、1.5m）計算した第２高調波出力の計算結
果である。図１０では、共振器長さが短いほど高い第２
高調波出力が得られる特性となっており、特にkが3×10
-7以下のkが小さい領域に短い共振器を用いた場合の方
が高い出力が得られる領域が存在する。一般にKTP結晶
やタイプI位相整合LBO結晶を用いた場合等にはこのよう
な小さな波長変換係数の値にはなりにくいが、上述した
ように、タイプII位相整合LBO結晶を用いた場合には、
このような小さな波長変換係数の値となりやすい。ま
た、波長変換係数を大きくする方法として、より長い結
晶を用いるという方法も考えられるが、長い結晶は高価
で、また、波長変換結晶の位相整合許容角が狭いため取
扱いが複雑になるという欠点がある。タイプII位相整合
LBO結晶を波長変換素子として用いた場合、その波長変
換係数が低いため、凸ミラーを用いて共振器長さを短く
することによって、第２高調波レーザビーム発生効率を
高めることができる領域が存在する。この事実は上記の
ような計算コードによる計算結果と実験結果から、今回
初めて明らかにされた。
積、ｎは反転分布密度、Ｌは共振器ロス、ｋは波長変換
係数に比例する定数、ｌｃは共振器長さ、ｌは活性媒質
長さを表す。）を連立して現実の系を再現するように、
時間的境界条件（Ｑスイッチ素子によってもたらされる
共振器ロスを周期的に変化させ、現実のＱスイッチレー
ザ発振に近い状況を計算で再現する。）を設定したシミ
ュレータを用いて、共振器長さｌｃを変えて（0.5m、0.
7m、1m、1.2m、1.5m）計算した第２高調波出力の計算結
果である。図１０では、共振器長さが短いほど高い第２
高調波出力が得られる特性となっており、特にkが3×10
-7以下のkが小さい領域に短い共振器を用いた場合の方
が高い出力が得られる領域が存在する。一般にKTP結晶
やタイプI位相整合LBO結晶を用いた場合等にはこのよう
な小さな波長変換係数の値にはなりにくいが、上述した
ように、タイプII位相整合LBO結晶を用いた場合には、
このような小さな波長変換係数の値となりやすい。ま
た、波長変換係数を大きくする方法として、より長い結
晶を用いるという方法も考えられるが、長い結晶は高価
で、また、波長変換結晶の位相整合許容角が狭いため取
扱いが複雑になるという欠点がある。タイプII位相整合
LBO結晶を波長変換素子として用いた場合、その波長変
換係数が低いため、凸ミラーを用いて共振器長さを短く
することによって、第２高調波レーザビーム発生効率を
高めることができる領域が存在する。この事実は上記の
ような計算コードによる計算結果と実験結果から、今回
初めて明らかにされた。
【００４８】実施の形態４．図１１は、本発明の実施の
形態４を示す構成図である。図１１において、10は図１
や図９に示したレーザ装置、11はレーザビームの光軸、
12はレーザビーム折り返しミラー、13はレーザビーム集
光整形素子、14は加工対象である。
形態４を示す構成図である。図１１において、10は図１
や図９に示したレーザ装置、11はレーザビームの光軸、
12はレーザビーム折り返しミラー、13はレーザビーム集
光整形素子、14は加工対象である。
【００４９】図１１のように構成された加工装置におい
ては、図１や図９に示したレーザ装置10から発生したレ
ーザビームは折り返しミラー12によって折り返され、13
によって集光整形され、加工対象14に入射する。図１や
図９に示したレーザ装置10から発生させた高収束かつ、
安定で、高効率なレーザビーム11を用いているため、微
細で精度のよい加工を提供する。
ては、図１や図９に示したレーザ装置10から発生したレ
ーザビームは折り返しミラー12によって折り返され、13
によって集光整形され、加工対象14に入射する。図１や
図９に示したレーザ装置10から発生させた高収束かつ、
安定で、高効率なレーザビーム11を用いているため、微
細で精度のよい加工を提供する。
【００５０】実施の形態５．図１２は、本発明の実施の
形態５を示す構成図である。図１２において、10aは図
１や図９に示した第２高調波発生用レーザ装置、11aは
レーザビーム光軸、13aはレーザビーム集光整形素子、1
5は、他の波長変換結晶としてのCLBO(CsLiB6O10)、BBO
(B-BaB2O4)等の第４高調波発生用波長変換結晶、16は第
４高調波レーザビームに対して全透過で、第2高調波レ
ーザビームに対して全反射であるようなビームスプリッ
ターミラーである。
形態５を示す構成図である。図１２において、10aは図
１や図９に示した第２高調波発生用レーザ装置、11aは
レーザビーム光軸、13aはレーザビーム集光整形素子、1
5は、他の波長変換結晶としてのCLBO(CsLiB6O10)、BBO
(B-BaB2O4)等の第４高調波発生用波長変換結晶、16は第
４高調波レーザビームに対して全透過で、第2高調波レ
ーザビームに対して全反射であるようなビームスプリッ
ターミラーである。
【００５１】図１２のように構成されたレーザ装置にお
いては、10aから発生した第２高調波レーザビーム11a
は、13aによって集光整形され、第４高調波発生用結晶1
5に入射し、一部、第4高調波レーザビームに変換され
る。発生した第4高調波レーザビームおよび、変換され
なかった第２高調波レーザビームは、ビームスプリッタ
ーミラー22によって第4高調波レーザビーム17と第２高
調波レーザビーム18に分離され取り出される。
いては、10aから発生した第２高調波レーザビーム11a
は、13aによって集光整形され、第４高調波発生用結晶1
5に入射し、一部、第4高調波レーザビームに変換され
る。発生した第4高調波レーザビームおよび、変換され
なかった第２高調波レーザビームは、ビームスプリッタ
ーミラー22によって第4高調波レーザビーム17と第２高
調波レーザビーム18に分離され取り出される。
【００５２】図１や図９に示したレーザ装置から発生し
た第２高調波レーザビームは、高出力かつ、高収束性で
なおかつ、短パルスなので、高効率な第４高調波レーザ
ビーム発生装置を提供する。
た第２高調波レーザビームは、高出力かつ、高収束性で
なおかつ、短パルスなので、高効率な第４高調波レーザ
ビーム発生装置を提供する。
【００５３】図１２には第４高調波レーザビームを発生
させる過程についてのみ示したが、第４高調波発生に限
る必要はなく、第２高調波レーザビームとともに、基本
波レーザビームもを和周波発生用結晶へ入射させること
により、第３高調波レーザビーム発生を行っても良い
し、第４高調波と基本波レーザビームを和周波発生用結
晶へ入射させて、第５高調波発生を行ってもよい。その
他、どのような和周波発生、高調波発生を行ってもよ
い。
させる過程についてのみ示したが、第４高調波発生に限
る必要はなく、第２高調波レーザビームとともに、基本
波レーザビームもを和周波発生用結晶へ入射させること
により、第３高調波レーザビーム発生を行っても良い
し、第４高調波と基本波レーザビームを和周波発生用結
晶へ入射させて、第５高調波発生を行ってもよい。その
他、どのような和周波発生、高調波発生を行ってもよ
い。
【００５４】実施の形態６．図１３は本発明の実施の形
態６を示す構成図である、図１３において、10bは図１
や図９に示した第２高調波発生用レーザ装置、11bは第
２高調波レーザビーム光軸、13bは第２高調波レーザビ
ーム集光整形素子、19、19a、19bは第２高調波レーザビ
ームに対して全透過、Ti：Sapphireレーザビームに対し
ては、全反射であるようなTi：Sapphireレーザ共振器ミ
ラー、20は他のレーザ活性媒質であるTi：Sapphire結
晶、21はTi：Sapphireレーザビームの光軸、22はTi：Sa
pphire結晶に吸収されなかった第２高調波レーザビー
ム、24はTi：Sapphireレーザ光部分透過であるTi：Sapp
hireレーザ光取り出しミラーである。
態６を示す構成図である、図１３において、10bは図１
や図９に示した第２高調波発生用レーザ装置、11bは第
２高調波レーザビーム光軸、13bは第２高調波レーザビ
ーム集光整形素子、19、19a、19bは第２高調波レーザビ
ームに対して全透過、Ti：Sapphireレーザビームに対し
ては、全反射であるようなTi：Sapphireレーザ共振器ミ
ラー、20は他のレーザ活性媒質であるTi：Sapphire結
晶、21はTi：Sapphireレーザビームの光軸、22はTi：Sa
pphire結晶に吸収されなかった第２高調波レーザビー
ム、24はTi：Sapphireレーザ光部分透過であるTi：Sapp
hireレーザ光取り出しミラーである。
【００５５】図１３のように構成されたレーザ装置にお
いては、10bによって発生した第２高調波レーザビーム
すなわちグリーン光は13bによって集光整形され、19を
透過した後、一部Ti：Sapphire結晶に吸収される。Ti：
Sapphire結晶に吸収されたグリーン光はTi：Sapphire結
晶を励起し、Ti：Sapphireレーザの発振が共振器ミラー
19、19a、19b、24によって構成される共振器内でおこ
る。発生したTi：Sapphireレーザ光は取り出しミラー24
から取り出される。
いては、10bによって発生した第２高調波レーザビーム
すなわちグリーン光は13bによって集光整形され、19を
透過した後、一部Ti：Sapphire結晶に吸収される。Ti：
Sapphire結晶に吸収されたグリーン光はTi：Sapphire結
晶を励起し、Ti：Sapphireレーザの発振が共振器ミラー
19、19a、19b、24によって構成される共振器内でおこ
る。発生したTi：Sapphireレーザ光は取り出しミラー24
から取り出される。
【００５６】図１３のように構成されたレーザ装置にお
いては、10bによって発生する高出力、高効率、高収束
性のグリーン光をTi：Sapphireレーザ励起に用いるた
め、Ti：Sapphire結晶を効率良く、高い強度で励起する
ことができる励起装置を提供する。ここでは他の活性媒
質を励起してレーザ発振器を構成した場合について説明
したが、増幅器を構成してもよいのは言うまでもない。
いては、10bによって発生する高出力、高効率、高収束
性のグリーン光をTi：Sapphireレーザ励起に用いるた
め、Ti：Sapphire結晶を効率良く、高い強度で励起する
ことができる励起装置を提供する。ここでは他の活性媒
質を励起してレーザ発振器を構成した場合について説明
したが、増幅器を構成してもよいのは言うまでもない。
【００５７】
【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００５８】この発明に係る請求項１記載のレーザ装置
は、安定型共振器内部のレーザ光軸上に、固体レーザ活
性媒質、共振器Ｑ値変調用素子、および非線形光学結晶
である波長変換結晶を配置してＱパルス波長変換レーザ
ビームを発生するレーザ装置において、上記安定型共振
器を構成する上記波長変換結晶に近い側の共振器ミラー
を凸面鏡としたため、共振器長さが短くコンパクトな装
置を構成でき、パルス幅の短いＱパルス波長変換レーザ
ビームを発生することができる。また、波長変換効率を
高めることができ、ミラーの振動に強い安定な装置が得
られる。さらに、アライメントについての高い精度を要
求されない装置が得られる。さらにまた、波長変換結晶
がダメージを受け難い装置が得られる。
は、安定型共振器内部のレーザ光軸上に、固体レーザ活
性媒質、共振器Ｑ値変調用素子、および非線形光学結晶
である波長変換結晶を配置してＱパルス波長変換レーザ
ビームを発生するレーザ装置において、上記安定型共振
器を構成する上記波長変換結晶に近い側の共振器ミラー
を凸面鏡としたため、共振器長さが短くコンパクトな装
置を構成でき、パルス幅の短いＱパルス波長変換レーザ
ビームを発生することができる。また、波長変換効率を
高めることができ、ミラーの振動に強い安定な装置が得
られる。さらに、アライメントについての高い精度を要
求されない装置が得られる。さらにまた、波長変換結晶
がダメージを受け難い装置が得られる。
【００５９】この発明に係る請求項２記載のレーザ装置
は、請求項１に示した波長変換レーザ装置において、第
２高調波発生用波長変換結晶として、タイプII位相整合
のLBO(LiB3O5)結晶を用いたため、タイプII位相整合LBO
結晶は波長変換係数が小さい結晶であるにもかかわらず
高効率な波長変換ができ、波長変換結晶へのダメージな
く、安定な発振を長時間にわたって行うことのできる装
置を提供できる。
は、請求項１に示した波長変換レーザ装置において、第
２高調波発生用波長変換結晶として、タイプII位相整合
のLBO(LiB3O5)結晶を用いたため、タイプII位相整合LBO
結晶は波長変換係数が小さい結晶であるにもかかわらず
高効率な波長変換ができ、波長変換結晶へのダメージな
く、安定な発振を長時間にわたって行うことのできる装
置を提供できる。
【００６０】この発明に係る請求項３記載のレーザ装置
は、請求項１に示した波長変換レーザ装置において、共
振器内部に少なくとも1個の偏光素子を挿入したため、
安定な発振を得ることのできる領域を広く保つことがで
き、安定で高効率な発振を得ると同時に、パルス幅の短
い波長変換パルスレーザビームを発生することができ
る。また、波長変換効率を高めることができる。
は、請求項１に示した波長変換レーザ装置において、共
振器内部に少なくとも1個の偏光素子を挿入したため、
安定な発振を得ることのできる領域を広く保つことがで
き、安定で高効率な発振を得ると同時に、パルス幅の短
い波長変換パルスレーザビームを発生することができ
る。また、波長変換効率を高めることができる。
【００６１】この発明に係る請求項４記載のレーザ装置
は、請求項１乃至３に記載のレーザ装置において、Ｑパ
ルス波長変換レーザビームの出力を５０Ｗ以上としたた
め、効率が良く、高出力にもかかわらず波長変換結晶に
ダメージの入り難いものが提供できる。
は、請求項１乃至３に記載のレーザ装置において、Ｑパ
ルス波長変換レーザビームの出力を５０Ｗ以上としたた
め、効率が良く、高出力にもかかわらず波長変換結晶に
ダメージの入り難いものが提供できる。
【００６２】この発明に係る請求項５記載のレーザ装置
は、請求項１〜４に示したレーザ装置を用いて発生した
波長変換レーザビームを加工に用いることを特徴とする
レーザ加工装置であるため、従来得られなかった高出力
かつ高収束性のレーザビームを加工に用いることがで
き、取り扱いが簡単で、安定な、微細で高精度かつ高速
な加工を提供する。
は、請求項１〜４に示したレーザ装置を用いて発生した
波長変換レーザビームを加工に用いることを特徴とする
レーザ加工装置であるため、従来得られなかった高出力
かつ高収束性のレーザビームを加工に用いることがで
き、取り扱いが簡単で、安定な、微細で高精度かつ高速
な加工を提供する。
【００６３】この発明に係る請求項６記載のレーザ装置
は、請求項１〜４に示した波長変換レーザ装置を用いて
発生した波長変換レーザビームを外部波長変換に用いた
ため、従来得られなかった高出力かつ高収束性のレーザ
ビームを外部波長変換の光源に用いることができ、従来
得られなかった高収束性、高繰り返しのＱパルス波長変
換レーザビームを高効率に発生させ、なおかつ、長時間
安定に動作させることができる。
は、請求項１〜４に示した波長変換レーザ装置を用いて
発生した波長変換レーザビームを外部波長変換に用いた
ため、従来得られなかった高出力かつ高収束性のレーザ
ビームを外部波長変換の光源に用いることができ、従来
得られなかった高収束性、高繰り返しのＱパルス波長変
換レーザビームを高効率に発生させ、なおかつ、長時間
安定に動作させることができる。
【００６４】この発明に係る請求項７記載のレーザ装置
は、請求項１〜４に示した波長変換レーザ装置を用いて
発生した波長変換レーザビームを他のレーザ活性媒質励
起に用いたため、従来得られなかった高出力かつ高収束
性のレーザビームを他レーザ活性媒質の励起光源に用い
ることができるため、取り扱いが簡単で、従来得られな
かった高収束性の他レーザ活性媒質から発生するレーザ
ビームを高効率に発生させ、なおかつ、長時間安定に動
作させることができる。
は、請求項１〜４に示した波長変換レーザ装置を用いて
発生した波長変換レーザビームを他のレーザ活性媒質励
起に用いたため、従来得られなかった高出力かつ高収束
性のレーザビームを他レーザ活性媒質の励起光源に用い
ることができるため、取り扱いが簡単で、従来得られな
かった高収束性の他レーザ活性媒質から発生するレーザ
ビームを高効率に発生させ、なおかつ、長時間安定に動
作させることができる。
【図１】本発明の実施の形態１による波長変換レーザ装
置を示す構成図である。
置を示す構成図である。
【図２】共振器長さに対するパルス幅の変化を模式的に
示す図である。
示す図である。
【図３】凸ミラーを用いたレーザ共振器におけるモード
の形および、安定発振領域の励起強度内における位置と
幅を示す図である。
の形および、安定発振領域の励起強度内における位置と
幅を示す図である。
【図４】凹ミラーを用いた長いレーザ共振器におけるモ
ードの形および、安定発振領域の励起強度内における位
置と幅を示す図である。
ードの形および、安定発振領域の励起強度内における位
置と幅を示す図である。
【図５】凹ミラーを用いた、短いレーザ共振器における
モードの形および、安定発振領域の励起強度内における
位置と幅を示す図である。
モードの形および、安定発振領域の励起強度内における
位置と幅を示す図である。
【図６】レーザ活性媒質（ロッド型）断面内の２方向偏
光方向を示す図である。
光方向を示す図である。
【図７】共振器ミラーとして凸ミラーを用いた場合と凹
ミラーを用いた場合を比較するための共振器を示す図で
ある。
ミラーを用いた場合を比較するための共振器を示す図で
ある。
【図８】図７の２つの共振器における、ミラーの角度変
化のレーザ活性媒質位置でのビームのずれの大きさを比
較した図である。
化のレーザ活性媒質位置でのビームのずれの大きさを比
較した図である。
【図９】本発明の実施の形態２によるレーザ装置を示す
構成図である。
構成図である。
【図１０】内部波長変換Ｑスイッチレーザの共振器長さ
を変えて、波長変換係数に対する第２高調波出力を計算
した結果を示す図である。
を変えて、波長変換係数に対する第２高調波出力を計算
した結果を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態４によるレーザ加工装置
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態５によるレーザ装置を示
す構成図である。
す構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態６によるレーザ装置を示
す構成図である。
す構成図である。
【図１４】従来のレーザ装置を示す構成図である。
【図１５】他の従来のレーザ装置を示す構成図である。
1、1a、7、7a、25、25a、26、26a 共振器ミラー 2、2a、2b、2c、2d、2e レーザ活性媒質 4、4a、4b、4c 波長変換結晶 5、5a、5b、5c レーザ光軸 8、8a、8b 共振器Ｑ値変調用素子 9、9a：90度偏光方向回転ローテーター 10、10a、10b レーザ装置 15 他の波長変換結晶としての第４高調波発生用波長変
換結晶 20 他のレーザ活性媒質としてのTi：Sapphire結晶
換結晶 20 他のレーザ活性媒質としてのTi：Sapphire結晶
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１０月１４日（１９９９．１０．
１４）
１４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
フロントページの続き (72)発明者 小島 哲夫 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 CA02 CA03 CB08 CD05 CD08 CD11 CK01 5F072 AB02 AB13 JJ01 JJ02 JJ03 JJ05 KK06 KK12 KK30 PP01 PP07 QQ02 YY06
Claims (7)
- 【請求項１】 安定型共振器内部のレーザ光軸上に、固
体レーザ活性媒質、共振器Ｑ値変調用素子、および非線
形光学結晶である波長変換結晶を配置してＱパルス波長
変換レーザビームを発生するレーザ装置において、上記
安定型共振器を構成する上記波長変換結晶に近い側の共
振器ミラーを凸面鏡としたことを特徴とするレーザ装
置。 - 【請求項２】 上記波長変換結晶は第２高調波を発生す
る第２高調波波長変換結晶であり、この第２高調波波長
変換結晶がタイプII位相整合のLBO（LiB3O5)結晶である
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。 - 【請求項３】 上記安定型共振器内部に偏光素子を挿入
したことを特徴とする請求項１および２記載のレーザ装
置。 - 【請求項４】 上記Ｑパルス波長変換レーザビームの出
力が５０Ｗ以上であることを特徴とする請求項１乃至３
記載のレーザ装置。 - 【請求項５】 請求項１乃至４記載のレーザ装置により
発生するレーザビームを用いて加工することを特徴とす
るレーザ加工装置。 - 【請求項６】 請求項１乃至４記載のレーザ装置により
発生したレーザビームを他の波長変換結晶を通過させて
さらに波長変換を行うことを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項７】 請求項１乃至４記載のレーザ装置により
発生したレーザビームを他のレーザ活性媒質の励起に用
いたことを特徴とするレーザ装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01693599A JP4008609B2 (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | レーザ装置およびレーザ加工装置 |
| US09/477,706 US6393034B1 (en) | 1999-01-26 | 2000-01-05 | Laser apparatus and laser processing apparatus |
| FR0000532A FR2788893B1 (fr) | 1999-01-26 | 2000-01-17 | Dispositif laser et dispositif de traitement par laser |
| DE10003244A DE10003244B4 (de) | 1999-01-26 | 2000-01-26 | Laservorrichtung mit Gütemodulation und Laserbearbeitungsvorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01693599A JP4008609B2 (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | レーザ装置およびレーザ加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000216467A true JP2000216467A (ja) | 2000-08-04 |
| JP4008609B2 JP4008609B2 (ja) | 2007-11-14 |
Family
ID=11929992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01693599A Expired - Lifetime JP4008609B2 (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | レーザ装置およびレーザ加工装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6393034B1 (ja) |
| JP (1) | JP4008609B2 (ja) |
| DE (1) | DE10003244B4 (ja) |
| FR (1) | FR2788893B1 (ja) |
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| JP2009231741A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Ihi Corp | レーザ共振器 |
| JP2009238983A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Ihi Corp | レーザ共振器 |
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| EP1462206A1 (fr) * | 2003-03-26 | 2004-09-29 | Lasag Ag | dispositif laser pour percer des trous dans des composants d'un dispositif d'injection d'un fluide |
| JP2006123004A (ja) * | 2004-09-29 | 2006-05-18 | Mitsubishi Materials Corp | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
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| DE102005028131A1 (de) * | 2005-06-10 | 2006-12-28 | Trumpf Laser Gmbh + Co. Kg | Lasersystem |
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| DE102008036254A1 (de) * | 2008-08-04 | 2010-02-11 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterlaser |
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