JP2001042369A - 波長変換ユニット - Google Patents
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 取り扱いが容易で安全性が高く、さらに波長
変換効率を向上させた波長変換ユニットを提供するこ
と。 【解決手段】 透過窓１ａを介して入射するレーザ光
は、偏光器２、ハーフミラーＭ１、ビーム整形手段３を
介して非線形光学結晶４に入射し、高調波に波長変換さ
れる。非線形光学結晶４から出射するレーザ光は、波長
選択フィルタ５、ビーム整形手段６、ハーフミラーＭ２
を介して、透過窓１ｂから出射される。ビーム整形手段
３は、入射するレーザ光を非線形光学結晶４の位相整合
角に関わる方向に対しては略平行となるように、かつ、
位相整合角に係わらない方向に対しては集光するように
整形する。また、波長変換光以外の波長の光は、波長選
択フィルタ５からパワー受け／パワーモニタ１２に入射
し熱に変換される。
変換効率を向上させた波長変換ユニットを提供するこ
と。 【解決手段】 透過窓１ａを介して入射するレーザ光
は、偏光器２、ハーフミラーＭ１、ビーム整形手段３を
介して非線形光学結晶４に入射し、高調波に波長変換さ
れる。非線形光学結晶４から出射するレーザ光は、波長
選択フィルタ５、ビーム整形手段６、ハーフミラーＭ２
を介して、透過窓１ｂから出射される。ビーム整形手段
３は、入射するレーザ光を非線形光学結晶４の位相整合
角に関わる方向に対しては略平行となるように、かつ、
位相整合角に係わらない方向に対しては集光するように
整形する。また、波長変換光以外の波長の光は、波長選
択フィルタ５からパワー受け／パワーモニタ１２に入射
し熱に変換される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用い
て、多層プリント基板等の被処理基板を加工する加工用
レーザ装置等に使用される波長変換ユニットに関する。
て、多層プリント基板等の被処理基板を加工する加工用
レーザ装置等に使用される波長変換ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】プリント基板のビアホールの孔あけ、フ
ィルム、金属の切断等の加工処理にレーザが使用され
る。被処理物であるプリント基板やフィルム材料である
樹脂や、金属は一般に波長が短い程、吸収率が高く処理
効率が良い。また、波長が短い程、微細加工に有利であ
る。このため、近年においては、加工処理に用いられる
レーザ光が短波長化している。短波長のレーザの発生に
は、波長変換素子（非線形光学結晶）による波長変換方
式を用いることが有利である。図８に波長変換素子によ
り波長変換したレーザ光により加工を行うレーザ装置の
概略構成を示す。レーザ光源２０から出射されるレーザ
光は、集光レンズ２１によって集光され、非線形光学結
晶２２に入射する。非線形光学結晶２２に入射されたレ
ーザ光の一部が波長変換されて、非線形光学結晶２２か
ら出射し、出射光は集光レンズ２３によって集光され被
加工物２４に照射される。使用される非線形光学結晶２
２としては、例えばＢＢＯ，ＬＢＯ，ＣＬＢＯ結晶等が
ある。
ィルム、金属の切断等の加工処理にレーザが使用され
る。被処理物であるプリント基板やフィルム材料である
樹脂や、金属は一般に波長が短い程、吸収率が高く処理
効率が良い。また、波長が短い程、微細加工に有利であ
る。このため、近年においては、加工処理に用いられる
レーザ光が短波長化している。短波長のレーザの発生に
は、波長変換素子（非線形光学結晶）による波長変換方
式を用いることが有利である。図８に波長変換素子によ
り波長変換したレーザ光により加工を行うレーザ装置の
概略構成を示す。レーザ光源２０から出射されるレーザ
光は、集光レンズ２１によって集光され、非線形光学結
晶２２に入射する。非線形光学結晶２２に入射されたレ
ーザ光の一部が波長変換されて、非線形光学結晶２２か
ら出射し、出射光は集光レンズ２３によって集光され被
加工物２４に照射される。使用される非線形光学結晶２
２としては、例えばＢＢＯ，ＬＢＯ，ＣＬＢＯ結晶等が
ある。
【０００３】これらの非線形光学結晶２２の多くは、潮
解性であり、そのまま空気中に放置すると劣化する。ま
た、非線形光学結晶２２ は温度と位相整合角（レーザ
光が結晶に入射する角度）が変化すると、出力するレー
ザパワーが変化することが知られている。したがって、
通常、非線形光学結晶２２は加熱手段や冷却手段を備
え、入射側と出射側にレーザビームを透過させる窓を有
するホルダ内に収納され、該ホルダ内に乾燥空気等を供
給する等して外部環境と遮断するとともに、結晶温度が
一定になるように制御している。非線形光学結晶２２の
温度制御は、非線形光学結晶２２の表面に熱電対のよう
な温度測定素子を接触させ、非線形光学結晶１全体をヒ
ータ等の加熱手段、もしくはペルチェ素子等で覆う。
解性であり、そのまま空気中に放置すると劣化する。ま
た、非線形光学結晶２２ は温度と位相整合角（レーザ
光が結晶に入射する角度）が変化すると、出力するレー
ザパワーが変化することが知られている。したがって、
通常、非線形光学結晶２２は加熱手段や冷却手段を備
え、入射側と出射側にレーザビームを透過させる窓を有
するホルダ内に収納され、該ホルダ内に乾燥空気等を供
給する等して外部環境と遮断するとともに、結晶温度が
一定になるように制御している。非線形光学結晶２２の
温度制御は、非線形光学結晶２２の表面に熱電対のよう
な温度測定素子を接触させ、非線形光学結晶１全体をヒ
ータ等の加熱手段、もしくはペルチェ素子等で覆う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】非線形光学結晶にレー
ザ光を入射して波長変換した光を出射させる場合、一般
に、非線形光学結晶に入射するレーザ光の断面積を小さ
くして（すなわちレーザ光を集光して）、パワー密度を
大きくする程、波長変換効率が向上する。したがって、
波長変換素子の入射側にはしンズ等のレーザ光を絞るビ
ーム整形手段が設けられる。図８においては、集光レン
ズ２１が波長変換素子に入射するレーザ光を集光するビ
ーム整形手段である。前記ホルダ内に収納された非線形
光学結晶２２を用いて加工用レーザ装置を組み立てる場
合、非線形光学結晶２２に対する上記ビーム整形手段の
位置は、通常、前記図８に示したように集光位置が非線
形光学結晶２２の略中央付近になるように配置する。非
線形光学結晶２２は高パワーのレーザ光が一点に集中し
て入射するとその部分が損傷する場合があるので、レー
ザ装置を組み立てる際には、上記ビーム整形手段による
集光位置が非線形光学結晶２２の入射面ないし出射面、
ホルダの窓部にならないように注意する必要がある。
ザ光を入射して波長変換した光を出射させる場合、一般
に、非線形光学結晶に入射するレーザ光の断面積を小さ
くして（すなわちレーザ光を集光して）、パワー密度を
大きくする程、波長変換効率が向上する。したがって、
波長変換素子の入射側にはしンズ等のレーザ光を絞るビ
ーム整形手段が設けられる。図８においては、集光レン
ズ２１が波長変換素子に入射するレーザ光を集光するビ
ーム整形手段である。前記ホルダ内に収納された非線形
光学結晶２２を用いて加工用レーザ装置を組み立てる場
合、非線形光学結晶２２に対する上記ビーム整形手段の
位置は、通常、前記図８に示したように集光位置が非線
形光学結晶２２の略中央付近になるように配置する。非
線形光学結晶２２は高パワーのレーザ光が一点に集中し
て入射するとその部分が損傷する場合があるので、レー
ザ装置を組み立てる際には、上記ビーム整形手段による
集光位置が非線形光学結晶２２の入射面ないし出射面、
ホルダの窓部にならないように注意する必要がある。
【０００５】従来においては、上記のように、非線形光
学結晶を収納したホルダと、ビーム整形手段等の波長変
換装置を構成する各種構成部材が別体で構成されてい
た。このため、これら構成部材の相互の位置を適切に調
整して波長変換ユニットを組み立てる必要があった。特
に、非線形光学結晶に対する上記ビーム整形手段の集光
位置が適切な位置に調整されていないと、場合によって
はホルダ窓部又は非線形光学結晶を損傷させる恐れもあ
る。また、上記のように従来においては、非線形光学結
晶を収納したホルダと、ビーム整形手段等の波長変換ユ
ニットを構成する各種構成部材が別体で構成されてお
り、これら構成部材を組み立てた後、集光レンズや非線
形光学結晶の入射面で反射したレーザ光が洩れないよう
に全体を筐体内に収納する必要がある。特に近年におい
ては、加工処理に用いられるレーザ光が短波長化、高パ
ワー化しており、レーザ光が外部に洩れると人体に危害
を与える可能性が高い。このため、安全性の確保に充分
配慮する必要があった。
学結晶を収納したホルダと、ビーム整形手段等の波長変
換装置を構成する各種構成部材が別体で構成されてい
た。このため、これら構成部材の相互の位置を適切に調
整して波長変換ユニットを組み立てる必要があった。特
に、非線形光学結晶に対する上記ビーム整形手段の集光
位置が適切な位置に調整されていないと、場合によって
はホルダ窓部又は非線形光学結晶を損傷させる恐れもあ
る。また、上記のように従来においては、非線形光学結
晶を収納したホルダと、ビーム整形手段等の波長変換ユ
ニットを構成する各種構成部材が別体で構成されてお
り、これら構成部材を組み立てた後、集光レンズや非線
形光学結晶の入射面で反射したレーザ光が洩れないよう
に全体を筐体内に収納する必要がある。特に近年におい
ては、加工処理に用いられるレーザ光が短波長化、高パ
ワー化しており、レーザ光が外部に洩れると人体に危害
を与える可能性が高い。このため、安全性の確保に充分
配慮する必要があった。
【０００６】一方、上記ビーム整形手段として前記図８
に示したような集光レンズ２１を用い、レーザ光を円形
のまま集光した場合、非線形光学結晶２２に入射するレ
ーザ光は平行光にならない。図９はレーザ光を円形のま
ま集光した場合に非線形光学結晶に入射するレーザ光を
示した図であり同図（ａ）は横方向から見た図、（ｂ）
は上方向から見た図である。同図（ａ）（ｂ）のいずれ
の方向においても非線形光学結晶２２に入射するレーザ
光は集光されている。非線形光学結晶２２の結晶軸の方
向が同図（ａ）に示す方向であると、集光レンズ２１に
より集光されたレーザ光の方向は、非線形光学結晶２２
の位相整合角に関わる方向であり、上記結晶軸の方向に
対して一定の角度にならない。このため、非線形光学結
晶２２の位相整合角に対してずれた成分の光が多く入射
することとなる。したがって、波長変換効率が悪くな
り、非線形光学結晶２２から出力される波長変換された
レーザ光のパワーが小さくなる。
に示したような集光レンズ２１を用い、レーザ光を円形
のまま集光した場合、非線形光学結晶２２に入射するレ
ーザ光は平行光にならない。図９はレーザ光を円形のま
ま集光した場合に非線形光学結晶に入射するレーザ光を
示した図であり同図（ａ）は横方向から見た図、（ｂ）
は上方向から見た図である。同図（ａ）（ｂ）のいずれ
の方向においても非線形光学結晶２２に入射するレーザ
光は集光されている。非線形光学結晶２２の結晶軸の方
向が同図（ａ）に示す方向であると、集光レンズ２１に
より集光されたレーザ光の方向は、非線形光学結晶２２
の位相整合角に関わる方向であり、上記結晶軸の方向に
対して一定の角度にならない。このため、非線形光学結
晶２２の位相整合角に対してずれた成分の光が多く入射
することとなる。したがって、波長変換効率が悪くな
り、非線形光学結晶２２から出力される波長変換された
レーザ光のパワーが小さくなる。
【０００７】なお、レーザ光源からの平行光を集光しな
いままレーザ光を波長変換素子に入射すると、位相整合
角とのずれは生じないが、入射するレーザ光のパワー密
度が小さくなり、前記したように波長変換効率が低下
し、出力されるレーザパワーも小さくなる。本発明は上
記した事情に鑑みなされたものであって、その目的とす
るところは、非線形光学結晶とビーム整形手段等の波長
変換に必要な構成部品を一体化することにより、取り扱
いが容易で安全性が高く、さらに波長変換効率を向上さ
せた波長変換ユニットを提供することである。
いままレーザ光を波長変換素子に入射すると、位相整合
角とのずれは生じないが、入射するレーザ光のパワー密
度が小さくなり、前記したように波長変換効率が低下
し、出力されるレーザパワーも小さくなる。本発明は上
記した事情に鑑みなされたものであって、その目的とす
るところは、非線形光学結晶とビーム整形手段等の波長
変換に必要な構成部品を一体化することにより、取り扱
いが容易で安全性が高く、さらに波長変換効率を向上さ
せた波長変換ユニットを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
課題を次のようにして解決する。 （１）レーザ光が入射する窓と、波長変換されたレーザ
光が出射する窓部を備えた筐体内に、少なくとも入射し
たレーザ光を整形するビーム整形手段と、該ビーム整形
手段で整形されたレーザ光が入射しその波長を変換する
波長変換素子とを設ける。上記ビーム整形手段は、入射
するレーザ光を、上記波長変換素子の位相整合角に関わ
る方向に対しては略平行となるように、かつ、位相整合
角に関わらない方向に対しては集光するように整形す
る。 （２）上記（１）において、匡体内に、上記波長変換素
子から出射するレーザ光の内、予め選定された波長のレ
ーザ光を選択的に取り出す波長分離手段と、該波長分離
手段により取り出されたレーザ光を熱に変換するパワー
受けを設ける。また、必要に応じて該パワー受けを冷却
する手段を設ける。
課題を次のようにして解決する。 （１）レーザ光が入射する窓と、波長変換されたレーザ
光が出射する窓部を備えた筐体内に、少なくとも入射し
たレーザ光を整形するビーム整形手段と、該ビーム整形
手段で整形されたレーザ光が入射しその波長を変換する
波長変換素子とを設ける。上記ビーム整形手段は、入射
するレーザ光を、上記波長変換素子の位相整合角に関わ
る方向に対しては略平行となるように、かつ、位相整合
角に関わらない方向に対しては集光するように整形す
る。 （２）上記（１）において、匡体内に、上記波長変換素
子から出射するレーザ光の内、予め選定された波長のレ
ーザ光を選択的に取り出す波長分離手段と、該波長分離
手段により取り出されたレーザ光を熱に変換するパワー
受けを設ける。また、必要に応じて該パワー受けを冷却
する手段を設ける。
【０００９】本発明においては、上記（１）のように構
成したので、レーザ光のパワー密度を低下させることな
く、非線形光学結晶の結晶軸の方向に対してレーザ光を
一定の角度に入射させることができる。このため、波長
変換効率を向上させることができるとともに、レーザ光
が一点に集中することがないので、後段に設けられた光
学部品のダメージも低下させることができる。また、非
線形光学結晶とビーム整形手段等を一体化して１つの筐
体内に配置したので、波長変換ユニットを製作するとき
に、ビーム整形手段と非線形光学結晶との位置調整を行
っておけば、レーザ光源と組み合わせるときに、これら
相互の位置の調整が不要であり、取り扱いが容易になる
とともに、誤って非線形光学結晶に損傷を与えることも
ない。さらに、上記（２）のように１つの筐体内にパワ
ーモニタやパワー受け等を設けることにより、出射光以
外の光が外部に放出されることがなく安全性を確保する
ことができる。
成したので、レーザ光のパワー密度を低下させることな
く、非線形光学結晶の結晶軸の方向に対してレーザ光を
一定の角度に入射させることができる。このため、波長
変換効率を向上させることができるとともに、レーザ光
が一点に集中することがないので、後段に設けられた光
学部品のダメージも低下させることができる。また、非
線形光学結晶とビーム整形手段等を一体化して１つの筐
体内に配置したので、波長変換ユニットを製作するとき
に、ビーム整形手段と非線形光学結晶との位置調整を行
っておけば、レーザ光源と組み合わせるときに、これら
相互の位置の調整が不要であり、取り扱いが容易になる
とともに、誤って非線形光学結晶に損傷を与えることも
ない。さらに、上記（２）のように１つの筐体内にパワ
ーモニタやパワー受け等を設けることにより、出射光以
外の光が外部に放出されることがなく安全性を確保する
ことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例の波長変換
ユニット１０の全体構成を示す図である。同図におい
て、７は筐体であり、筐体７はニッケルメッキされた金
属等で構成され、内面はテフロンコートされている。筐
体７の両側には、レーザ光を透過させる透過窓１ａ，１
ｂが設けられている。２は入射するレーザ光を偏光光に
変換する偏光器、３はレーザビームの形状を整形するた
めのビーム整形手段である。本実施例において使用され
るビーム整形手段３は、非線形光学結晶４に入射するレ
ーザ光の内、位相整合角に関わる方向については、略平
行光が入射するように整形し、位相整合角に関わらない
方向については、入射する光の断面積が小さくなるよう
に集光させる。このような集光レンズとしては例えばシ
リンドカルレンズを用いることができる。
ユニット１０の全体構成を示す図である。同図におい
て、７は筐体であり、筐体７はニッケルメッキされた金
属等で構成され、内面はテフロンコートされている。筐
体７の両側には、レーザ光を透過させる透過窓１ａ，１
ｂが設けられている。２は入射するレーザ光を偏光光に
変換する偏光器、３はレーザビームの形状を整形するた
めのビーム整形手段である。本実施例において使用され
るビーム整形手段３は、非線形光学結晶４に入射するレ
ーザ光の内、位相整合角に関わる方向については、略平
行光が入射するように整形し、位相整合角に関わらない
方向については、入射する光の断面積が小さくなるよう
に集光させる。このような集光レンズとしては例えばシ
リンドカルレンズを用いることができる。
【００１１】４はＢＢＯ，ＬＢＯまたはＣＬＢＯ結晶等
からなる非線形光学結晶であり、入射するレーザ光を高
調波に波長変換し、その波長変換光と入射するレーザ光
と同じ波長の光（ここでは基本レーザ光という）を出射
する。非線形光学結晶４には、入射するレーザ光に対す
る非線形光学結晶４の結晶軸の角度を調整するための位
相整合角調整手段４ａ、その温度を一定に保持するため
の温度調整手段４ｂ、および、非線形光学結晶をＸＺ方
向（Ｚはレーザ光の光軸方向、ＸはＺ方向に直交する方
向）に移動させるためのＸＺ移動手段４ｃが取り付けら
れている。５は例えばダイクロイックミラー等から構成
される波長選択フィルタであり、上記波長変換光を透過
させ、該波長変換光以外の波長の光（上記基本レーザ
光）を反射する。また、６は上記ビームの形状を整形す
るためのビーム整形手段である。
からなる非線形光学結晶であり、入射するレーザ光を高
調波に波長変換し、その波長変換光と入射するレーザ光
と同じ波長の光（ここでは基本レーザ光という）を出射
する。非線形光学結晶４には、入射するレーザ光に対す
る非線形光学結晶４の結晶軸の角度を調整するための位
相整合角調整手段４ａ、その温度を一定に保持するため
の温度調整手段４ｂ、および、非線形光学結晶をＸＺ方
向（Ｚはレーザ光の光軸方向、ＸはＺ方向に直交する方
向）に移動させるためのＸＺ移動手段４ｃが取り付けら
れている。５は例えばダイクロイックミラー等から構成
される波長選択フィルタであり、上記波長変換光を透過
させ、該波長変換光以外の波長の光（上記基本レーザ
光）を反射する。また、６は上記ビームの形状を整形す
るためのビーム整形手段である。
【００１２】図１において、筐体７の入射側に設けられ
た透過窓１ａを介して入射するレーザ光は、偏光器２を
介して、ハーフミラーＭ１に入射し、その一部がハーフ
ミラーＭ１で反射され、パワーモニタ１１に入射する。
パワーモニタ１１は入射する基本レーザ光のパワーを計
測し、計測値を外部に出力する。ハーフミラーＭ１を透
過したレーザ光は、ビーム整形手段３を介して非線形光
学結晶４に入射する。非線形光学結晶４は前記したよう
に基本レーザ光と、その波長変換光を出射し、該基本レ
ーザ光とその波長変換光は波長分離手段である波長選択
フィルタ５に入射する。波長選択フィルタ５は上記波長
変換光を透過させ、該波長変換光以外の波長の光（上記
基本レーザ光）を反射する。波長選択フィルタ５で反射
された光はパワー受け／パワーモニタ１２ に入射す
る。パワー受け／パワーモニタ１２は入射するレーザ光
を熱に変換するとともにレーザ光のパワーを計測し外部
出力する。パワーモニタ／パワー受け１２は、ヒートパ
イプ、水冷、ペルチェ素子等で冷却され、外部からその
ための電源、冷却水等が供給される。
た透過窓１ａを介して入射するレーザ光は、偏光器２を
介して、ハーフミラーＭ１に入射し、その一部がハーフ
ミラーＭ１で反射され、パワーモニタ１１に入射する。
パワーモニタ１１は入射する基本レーザ光のパワーを計
測し、計測値を外部に出力する。ハーフミラーＭ１を透
過したレーザ光は、ビーム整形手段３を介して非線形光
学結晶４に入射する。非線形光学結晶４は前記したよう
に基本レーザ光と、その波長変換光を出射し、該基本レ
ーザ光とその波長変換光は波長分離手段である波長選択
フィルタ５に入射する。波長選択フィルタ５は上記波長
変換光を透過させ、該波長変換光以外の波長の光（上記
基本レーザ光）を反射する。波長選択フィルタ５で反射
された光はパワー受け／パワーモニタ１２ に入射す
る。パワー受け／パワーモニタ１２は入射するレーザ光
を熱に変換するとともにレーザ光のパワーを計測し外部
出力する。パワーモニタ／パワー受け１２は、ヒートパ
イプ、水冷、ペルチェ素子等で冷却され、外部からその
ための電源、冷却水等が供給される。
【００１３】また、波長選択フィルタ５を透過した波長
変換光は、ビーム整形手段６でビーム形状が整形され、
ハーフミラーＭ２に入射し、その一部がハーフミラーＭ
２で反射され、レーザ光のパワーを測定するためのパワ
ーモニタ１３に入射する。ハワーモニタ１３は入射する
レーザ光のパワーを計測し、計測値を外部に出力する。
ハーフミラーＭ２を透過した波長変換光は透過窓１ｂを
介して出射される。上記筐体７の内部空間は与圧され乾
燥空気雰囲気に保持されている。また、フジエータ、ヒ
ートパイプ、ペルチェ素子等からなる恒温手段１４によ
り恒温状態に保たれている。なお、透過窓１ａ，１ｂは
開口であってもよく、また、透過窓１ａそのものをビー
ム整形手段としてもよい。
変換光は、ビーム整形手段６でビーム形状が整形され、
ハーフミラーＭ２に入射し、その一部がハーフミラーＭ
２で反射され、レーザ光のパワーを測定するためのパワ
ーモニタ１３に入射する。ハワーモニタ１３は入射する
レーザ光のパワーを計測し、計測値を外部に出力する。
ハーフミラーＭ２を透過した波長変換光は透過窓１ｂを
介して出射される。上記筐体７の内部空間は与圧され乾
燥空気雰囲気に保持されている。また、フジエータ、ヒ
ートパイプ、ペルチェ素子等からなる恒温手段１４によ
り恒温状態に保たれている。なお、透過窓１ａ，１ｂは
開口であってもよく、また、透過窓１ａそのものをビー
ム整形手段としてもよい。
【００１４】図２は非線形光学結晶４に入射するレーザ
ビームの形状を整形するビーム整形手段３の一例を示す
図である。本実施例で使用されるビーム整形手段３は、
例えば同図（ａ）に示すように断面が円弧状のシリンド
カルレンズであり、同図のＸ方向には集光するがＹ方向
には集光しない。このようなしンズから出射する光は、
集光したとき同図（ｂ）のＡ−Ａ断面に示すように光束
の断面が楕円状になる。
ビームの形状を整形するビーム整形手段３の一例を示す
図である。本実施例で使用されるビーム整形手段３は、
例えば同図（ａ）に示すように断面が円弧状のシリンド
カルレンズであり、同図のＸ方向には集光するがＹ方向
には集光しない。このようなしンズから出射する光は、
集光したとき同図（ｂ）のＡ−Ａ断面に示すように光束
の断面が楕円状になる。
【００１５】図３は上記ビーム整形手段３（シリンドカ
ルレンズ）の集光方向と非線形光学結晶４の結晶軸の関
係を示す図であり、同図（ａ）は前記図２におけるＸ方
向から見た図、（ｂ）はＹ方向から見た図である。シリ
ンドカルレンズは、非線形光学結晶４に入射するレーザ
光を、非線形光学結晶４の位相整合角に関わる方向の光
については、同図（ａ）に示すように略平行光が入射す
るように、また、位相整合角に関わらない方向の光につ
いては、同図（ｂ）に示すように光束の断面積が小さく
なるように集光させる。集光させる方向の幅は、集光さ
れない方向の幅に対して光の幅が１／２以下にすること
が望ましい。
ルレンズ）の集光方向と非線形光学結晶４の結晶軸の関
係を示す図であり、同図（ａ）は前記図２におけるＸ方
向から見た図、（ｂ）はＹ方向から見た図である。シリ
ンドカルレンズは、非線形光学結晶４に入射するレーザ
光を、非線形光学結晶４の位相整合角に関わる方向の光
については、同図（ａ）に示すように略平行光が入射す
るように、また、位相整合角に関わらない方向の光につ
いては、同図（ｂ）に示すように光束の断面積が小さく
なるように集光させる。集光させる方向の幅は、集光さ
れない方向の幅に対して光の幅が１／２以下にすること
が望ましい。
【００１６】上記のようなビーム整形手段３を用いるこ
とにより、レーザ光のパワー密度をそれほど低下させる
ことなく、非線形光学結晶４の結晶軸の方向に対してレ
ーザ光を一定の角度に入射させることができ、波長変換
効率を向上させることができる。また、非線形光学結晶
４から出射する波長変換光のビームの断面形状も楕円形
状となり、前記したようにレーザ光を円形のまま集光し
た場合に比べ、レーザ光が一点に集中することがないの
で、非線形光学結晶４の後段に設けられた光学部品にダ
メージを与えることも少ない。
とにより、レーザ光のパワー密度をそれほど低下させる
ことなく、非線形光学結晶４の結晶軸の方向に対してレ
ーザ光を一定の角度に入射させることができ、波長変換
効率を向上させることができる。また、非線形光学結晶
４から出射する波長変換光のビームの断面形状も楕円形
状となり、前記したようにレーザ光を円形のまま集光し
た場合に比べ、レーザ光が一点に集中することがないの
で、非線形光学結晶４の後段に設けられた光学部品にダ
メージを与えることも少ない。
【００１７】なお、非線形光学結晶４の出射側に設けた
ビーム整形手段６としては、前記した凸レンズ等から構
成される通常の集光レンズを用いることができるが、ビ
ーム整形手段６の位置は、ビーム整形手段６に入射する
レーザ光の断面積が、前記ビーム整形手段３に入射する
レーザ光の断面積より大きくなるような位置に設けるこ
とが望ましい。ビーム整形手段６に入射する光は、ビー
ム整形手段３に入射する光に比べて波長が短くエネルギ
ーが大きいので、断面積が小さいとパワー密度が大きく
なり、該ビーム整形手段６へのダメージが心配されるた
めである。本実施例においては、上記のように、非線形
光学結晶の位相整合角に関わる方向の光については略平
行光が入射するように、また、位相整合角に関わらない
方向の光については光束の断面積が小さくなるように集
光させるビーム整形手段を用いたので、レーザ光のパワ
ー密度をそれほど低下させることなく、非線形光学結晶
の結晶軸の方向に対してレーザ光を一定の角度に入射さ
せることができる。このため、波長変換効率を向上させ
ることができるとともに、後段に設けられた光学部品の
ダメージも低下させることができる。
ビーム整形手段６としては、前記した凸レンズ等から構
成される通常の集光レンズを用いることができるが、ビ
ーム整形手段６の位置は、ビーム整形手段６に入射する
レーザ光の断面積が、前記ビーム整形手段３に入射する
レーザ光の断面積より大きくなるような位置に設けるこ
とが望ましい。ビーム整形手段６に入射する光は、ビー
ム整形手段３に入射する光に比べて波長が短くエネルギ
ーが大きいので、断面積が小さいとパワー密度が大きく
なり、該ビーム整形手段６へのダメージが心配されるた
めである。本実施例においては、上記のように、非線形
光学結晶の位相整合角に関わる方向の光については略平
行光が入射するように、また、位相整合角に関わらない
方向の光については光束の断面積が小さくなるように集
光させるビーム整形手段を用いたので、レーザ光のパワ
ー密度をそれほど低下させることなく、非線形光学結晶
の結晶軸の方向に対してレーザ光を一定の角度に入射さ
せることができる。このため、波長変換効率を向上させ
ることができるとともに、後段に設けられた光学部品の
ダメージも低下させることができる。
【００１８】また、非線形光学結晶とビーム整形手段等
を一体化して１つの筐体内に配置したので、レーザ光源
と組み合わせる場合、これら相互の位置の調整が不要で
あり、取り扱いが容易になるとともに、誤って非線形光
学結晶に損傷を与えることもない。さらに、１つの筐体
内にパワーモニタやパワー受け等を設けたので、出射光
以外の光が外部に放出されることがなく安全性を確保す
ることができる。なお、上記実施例では、波長選択フイ
ルタ、複数のパワーモニタ、パワー受け等を１つの筐体
内に配置する場合について示したが、これらのうち、不
必要なものを除去したり、一部の部材を外部に設置する
など種々の変形が可能である。
を一体化して１つの筐体内に配置したので、レーザ光源
と組み合わせる場合、これら相互の位置の調整が不要で
あり、取り扱いが容易になるとともに、誤って非線形光
学結晶に損傷を与えることもない。さらに、１つの筐体
内にパワーモニタやパワー受け等を設けたので、出射光
以外の光が外部に放出されることがなく安全性を確保す
ることができる。なお、上記実施例では、波長選択フイ
ルタ、複数のパワーモニタ、パワー受け等を１つの筐体
内に配置する場合について示したが、これらのうち、不
必要なものを除去したり、一部の部材を外部に設置する
など種々の変形が可能である。
【００１９】以上の実施例では、一つの非線形光学結晶
を用いて波長変換ユニットを構成した場合について示し
たが、図４〜図７に示すように種々の変形が可能であ
る。いずれの場合も、上記図３に示したように、非線形
光学結晶の位相整合角に関する方向の光については、略
平行光が入射するように、また、位相整合角に関わらな
い方向の光については、光束の断面積が小さくなるよう
に集光し、非線形光学結晶に入射させる。なお、図４〜
図７では、非線形光学結晶とビーム整形手段のみが示さ
れており前記図１に示したこれ以外の構成要素は省略さ
れている。
を用いて波長変換ユニットを構成した場合について示し
たが、図４〜図７に示すように種々の変形が可能であ
る。いずれの場合も、上記図３に示したように、非線形
光学結晶の位相整合角に関する方向の光については、略
平行光が入射するように、また、位相整合角に関わらな
い方向の光については、光束の断面積が小さくなるよう
に集光し、非線形光学結晶に入射させる。なお、図４〜
図７では、非線形光学結晶とビーム整形手段のみが示さ
れており前記図１に示したこれ以外の構成要素は省略さ
れている。
【００２０】図４（ａ) は、非線形光学結晶として、２
倍波結晶（例えばＢＢＯ，ＬＢＯまたはＣＬＢＯ結晶）
と３倍波結晶（例えばＬＢＯまたはＣＬＢＯ結晶）を用
いた場合の構成例を示している。同図において、レーザ
光源２０から出射される基本波レーザ光は透過窓１ａを
介して波長変換ユニット１０のどーム整形手段３ａに入
射する。ビーム整形手段３ａは入射するレーザビームの
形状を前記図３で説明したように整形する。ビーム整形
手段３ａから出射するレーザ光は第１の非線形光学結晶
（２倍波結晶）４ａに入射して波長変換される。第１の
非線形光学結晶（２倍波結晶) ４ａから出射されるレー
ザ光は、ビーム整形手段３ｂに入射して前記図３に示し
たようにビーム整形され第２の非線形光学結晶（３倍波
結晶) ４ｂに入射する。第２の非線形光学結晶４ｂは、
第１の非線形光学結晶４ａから出射されるレーザ光を波
長変換し３倍波を出射する。この３倍波は透過窓１ｂを
介して外部に出力される。
倍波結晶（例えばＢＢＯ，ＬＢＯまたはＣＬＢＯ結晶）
と３倍波結晶（例えばＬＢＯまたはＣＬＢＯ結晶）を用
いた場合の構成例を示している。同図において、レーザ
光源２０から出射される基本波レーザ光は透過窓１ａを
介して波長変換ユニット１０のどーム整形手段３ａに入
射する。ビーム整形手段３ａは入射するレーザビームの
形状を前記図３で説明したように整形する。ビーム整形
手段３ａから出射するレーザ光は第１の非線形光学結晶
（２倍波結晶）４ａに入射して波長変換される。第１の
非線形光学結晶（２倍波結晶) ４ａから出射されるレー
ザ光は、ビーム整形手段３ｂに入射して前記図３に示し
たようにビーム整形され第２の非線形光学結晶（３倍波
結晶) ４ｂに入射する。第２の非線形光学結晶４ｂは、
第１の非線形光学結晶４ａから出射されるレーザ光を波
長変換し３倍波を出射する。この３倍波は透過窓１ｂを
介して外部に出力される。
【００２１】図４（ｂ) は非線形光学結晶として、２倍
波結晶４ａ（例えばＢＢＯ，ＬＢＯまたはＣＬＢＯ結
晶）と４倍波結晶４ｃ（例えばＬＢＯまたはＣＬＢＯ結
晶）を用いた場合の構成例を示しており、その他の構成
は図４（ａ) と同じである。図４（ｂ) において、第２
の非線形光学結晶４ｃは、第１の非線形光学結晶４ａか
ら出射されるレーザ光を波長変換し４倍波を出射する。
この４倍波は透過窓１ｂを介して外部に出射される。
波結晶４ａ（例えばＢＢＯ，ＬＢＯまたはＣＬＢＯ結
晶）と４倍波結晶４ｃ（例えばＬＢＯまたはＣＬＢＯ結
晶）を用いた場合の構成例を示しており、その他の構成
は図４（ａ) と同じである。図４（ｂ) において、第２
の非線形光学結晶４ｃは、第１の非線形光学結晶４ａか
ら出射されるレーザ光を波長変換し４倍波を出射する。
この４倍波は透過窓１ｂを介して外部に出射される。
【００２２】図５は、レーザ光源２０が出射するレーザ
光を２倍波に波長変換して出射する波長変換ユニット３
０と、波長変換ユニット３０が出射するレーザ光を波長
変換し、５倍波を出力する波長変換ユニット１０を設け
た実施例を示している。同図において、レーザ光源ユニ
ット３０に設けられたレーザ光源２０から出射されるレ
ーザ光は、第１のビーム整形手段３ａを介してＢＢＯ，
ＬＢＯまたはＣＬＢＯ結晶等から構成される第１の非線
形光学結晶（２倍波結晶) ４ａに入射する。第１の非線
形光学結晶（２倍波結晶) ４ａは上記レーザ光の２倍波
を出射する。第１の非線形光学結晶（２倍波結晶) ４ａ
が出射する２倍波は透過窓１ａを介してレーザ光源ユニ
ット３０から出射する。この２倍波は、透過窓１ｂを介
して波長変換ユニット１０に入射する。
光を２倍波に波長変換して出射する波長変換ユニット３
０と、波長変換ユニット３０が出射するレーザ光を波長
変換し、５倍波を出力する波長変換ユニット１０を設け
た実施例を示している。同図において、レーザ光源ユニ
ット３０に設けられたレーザ光源２０から出射されるレ
ーザ光は、第１のビーム整形手段３ａを介してＢＢＯ，
ＬＢＯまたはＣＬＢＯ結晶等から構成される第１の非線
形光学結晶（２倍波結晶) ４ａに入射する。第１の非線
形光学結晶（２倍波結晶) ４ａは上記レーザ光の２倍波
を出射する。第１の非線形光学結晶（２倍波結晶) ４ａ
が出射する２倍波は透過窓１ａを介してレーザ光源ユニ
ット３０から出射する。この２倍波は、透過窓１ｂを介
して波長変換ユニット１０に入射する。
【００２３】波長変換ユニット１０に入射した２倍波
は、第２のビーム整形手段３ｂを介してBBO またはCLBO
結晶等から構成される第２の非線形光学結晶（４倍波結
晶) ４ｃに入射し、第２の非線形光学結晶（４倍波結
晶) ４ｃは前記レーザ光の４倍波を出射する。第２の非
線形光学結晶（４倍波結晶) ４ｂから出射するレーザ光
は、さらに第３のビーム整形手段３ｃを介してＢＢＯま
たはＣＬＢＯ等から構成される第３の非線形光学結晶
（５倍波結晶) ４ｄに入射し、第３の非線形光学結晶
（５倍波結晶) ４ｄは前記レーザ光の５倍波を出射す
る。この５倍波は透過窓１ｃを介して波長変換ユニット
１０から出力される。
は、第２のビーム整形手段３ｂを介してBBO またはCLBO
結晶等から構成される第２の非線形光学結晶（４倍波結
晶) ４ｃに入射し、第２の非線形光学結晶（４倍波結
晶) ４ｃは前記レーザ光の４倍波を出射する。第２の非
線形光学結晶（４倍波結晶) ４ｂから出射するレーザ光
は、さらに第３のビーム整形手段３ｃを介してＢＢＯま
たはＣＬＢＯ等から構成される第３の非線形光学結晶
（５倍波結晶) ４ｄに入射し、第３の非線形光学結晶
（５倍波結晶) ４ｄは前記レーザ光の５倍波を出射す
る。この５倍波は透過窓１ｃを介して波長変換ユニット
１０から出力される。
【００２４】図６（ａ) 、（ｂ）、図７は波長変換ユニ
ット中に第１〜第３の非線形光学結晶を設け、第１、第
２の非線形光学結晶の入射側にビーム整形手段を設けた
実施例を示している。図６（ａ) において、レーザ光源
２０から出射されるレーザ光は透過窓l ａを介して波長
変換ユニット１０に入射する。波長変換ユニット１０に
入射したレーザ光はビーム整形手段３ａを介してＢＢ
Ｏ, ＬＢＯまたはＣＬＢＯ結晶等から構成される第１の
非線形光学結晶（２倍波結晶）４ａに入射して２倍波に
波長変換される。第１の非線形光学結晶（２倍波結晶)
４ａから出射されるレーザ光は、ビーム整形手段３ｂに
入射してビーム形状が整形され、ＢＢＯ,ＬＢＯまたは
ＣＬＢＯ結晶等から構成される第２の非線形光学結晶
（３倍波結晶) ４ｂに入射する。第２の非線形光学結晶
４ｂは、第１の非線形光学結晶４ａから出射されるレー
ザ光を波長変換し３倍波を出射する。このレーザ光はさ
らに、第３の非線形光学結晶（４倍波結晶) ４c に入射
し、第３の非線形光学結晶（４倍波結晶) ４c は４倍波
を出射する。この４倍波は透過窓１ｂを介して外部に出
力される。
ット中に第１〜第３の非線形光学結晶を設け、第１、第
２の非線形光学結晶の入射側にビーム整形手段を設けた
実施例を示している。図６（ａ) において、レーザ光源
２０から出射されるレーザ光は透過窓l ａを介して波長
変換ユニット１０に入射する。波長変換ユニット１０に
入射したレーザ光はビーム整形手段３ａを介してＢＢ
Ｏ, ＬＢＯまたはＣＬＢＯ結晶等から構成される第１の
非線形光学結晶（２倍波結晶）４ａに入射して２倍波に
波長変換される。第１の非線形光学結晶（２倍波結晶)
４ａから出射されるレーザ光は、ビーム整形手段３ｂに
入射してビーム形状が整形され、ＢＢＯ,ＬＢＯまたは
ＣＬＢＯ結晶等から構成される第２の非線形光学結晶
（３倍波結晶) ４ｂに入射する。第２の非線形光学結晶
４ｂは、第１の非線形光学結晶４ａから出射されるレー
ザ光を波長変換し３倍波を出射する。このレーザ光はさ
らに、第３の非線形光学結晶（４倍波結晶) ４c に入射
し、第３の非線形光学結晶（４倍波結晶) ４c は４倍波
を出射する。この４倍波は透過窓１ｂを介して外部に出
力される。
【００２５】図６（ｂ) は上記図６（ａ) における第２
の非線形光学結晶（３倍波結晶) ４ｂ、第３の非線形光
学結晶（４倍波結晶) ４ｃの換わりに、それぞれＢＢＯ
またはＣＬＢＯ結晶からなる４倍波結晶４ｃ、ＢＢＯま
たはＣＬＢＯ結晶からなる５倍波結晶４ｄを用いたもの
であり、また、図７は上記図６（ａ) における第３の非
線形光学結晶（４倍波結晶) ４ｃの換わりに、ＢＢＯま
たはＣＬＢＯ結晶からなる５倍波結晶４ｄを用いたもの
であり、共に、波長変換ユニット１０に入射するレーザ
光の５倍波を発生する。
の非線形光学結晶（３倍波結晶) ４ｂ、第３の非線形光
学結晶（４倍波結晶) ４ｃの換わりに、それぞれＢＢＯ
またはＣＬＢＯ結晶からなる４倍波結晶４ｃ、ＢＢＯま
たはＣＬＢＯ結晶からなる５倍波結晶４ｄを用いたもの
であり、また、図７は上記図６（ａ) における第３の非
線形光学結晶（４倍波結晶) ４ｃの換わりに、ＢＢＯま
たはＣＬＢＯ結晶からなる５倍波結晶４ｄを用いたもの
であり、共に、波長変換ユニット１０に入射するレーザ
光の５倍波を発生する。
【００２６】
【発明の効果】本発明においては、以下の効果を得るこ
とができる。 （１）筐体内に、少なくとも入射したレーザ光を整形す
るビーム整形手段と、該ビーム整形手段で整形されたレ
ーザ光が入射しその波長を変換する波長変換素子とを設
け、上記ビーム整形手段により、入射するレーザ光を、
上記波長変換素子の位相整合角に関わる方向に対しては
略平行となるように、かつ、位相整合角に関わらない方
向に対しては集光するように整形するようにしたので、
レーザ光のパワー密度を低下させることなく、非線形光
学結晶の結晶軸の方向に対してレーザ光を一定の角度に
入射させることができる。このため、波長変換効率を向
上させることができるとともに、後段に設けられた光学
部品のダメージも低下させることができる。 （２）非線形光学結晶とビーム整形手段等を一体化して
１つの筐体内に配置したので、これら相互の位置の調整
が不要であり、取り扱いが容易になるとともに、誤って
非線形光学結晶に損傷を与えることもない。 （３) １つの筐体内にパワーモニタやパワー受け等を設
けることにより、出射光以外の光が外部に放出されるこ
とがなく安全性を確保することができる。
とができる。 （１）筐体内に、少なくとも入射したレーザ光を整形す
るビーム整形手段と、該ビーム整形手段で整形されたレ
ーザ光が入射しその波長を変換する波長変換素子とを設
け、上記ビーム整形手段により、入射するレーザ光を、
上記波長変換素子の位相整合角に関わる方向に対しては
略平行となるように、かつ、位相整合角に関わらない方
向に対しては集光するように整形するようにしたので、
レーザ光のパワー密度を低下させることなく、非線形光
学結晶の結晶軸の方向に対してレーザ光を一定の角度に
入射させることができる。このため、波長変換効率を向
上させることができるとともに、後段に設けられた光学
部品のダメージも低下させることができる。 （２）非線形光学結晶とビーム整形手段等を一体化して
１つの筐体内に配置したので、これら相互の位置の調整
が不要であり、取り扱いが容易になるとともに、誤って
非線形光学結晶に損傷を与えることもない。 （３) １つの筐体内にパワーモニタやパワー受け等を設
けることにより、出射光以外の光が外部に放出されるこ
とがなく安全性を確保することができる。
【図１】本発明の実施例の波長変換ユニットの全体構成
を示す図である。
を示す図である。
【図２】本発明の実施例で使用されるビーム整形手段の
一例を示す図である。
一例を示す図である。
【図３】シリンドカルレンズの集光方向と非線形光学結
晶の結晶軸の関係を示す図である。
晶の結晶軸の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施例の波長変換ユニットの他の構成
例を示す図（１）である。
例を示す図（１）である。
【図５】本発明の実施例の波長変換ユニットの他の構成
例を示す図（２）である。
例を示す図（２）である。
【図６】本発明の実施例の波長変換ユニットの他の構成
例を示す図（３）である。
例を示す図（３）である。
【図７】本発明の実施例の波長変換ユニットの他の構成
例を示す図（４）である。
例を示す図（４）である。
【図８】波長変換素子により波長変換したレーザ光によ
り加工を行うレーザ装置の概略構成を示す図である。
り加工を行うレーザ装置の概略構成を示す図である。
【図９】レーザ光を円形のまま集光した場合に非線形光
学結晶に入射するレーザ光を示す図である。
学結晶に入射するレーザ光を示す図である。
１ａ，１ｂ 透過窓 ２ 偏光器 ３, ３ａ 〜３c ビーム整形手段 ４, ４ａ 〜４d 非線形光学結晶 ４ａ 位相整合角調整手段 ４ｂ 温度調整手段 ４c ＸＺ移動手段 ５ 波長選択フイルタ ６ ビーム整形手段 ７ 筐体 １０, ３０ 波長変換ユニット １１, １３ パワーモニタ １２ パワー受け／パワーモニタ １４ 恒温手段 ２０ レーザ光源
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザ光が入射する窓と、波長変換され
たレーザ光が出射する窓部を備えた筐体内に、少なくと
も、入射したレーザ光を整形するビーム整形手段と、該
ビーム整形手段で整形されたレーザ光が入射しその波長
を変換する波長変換素子とを備え、 上記ビーム整形手段は、入射するレーザ光を、上記波長
変換素子の位相整合角に関わる方向に対しては路平行と
なるように、かつ、位相整合角に関わらない方向に対し
ては集光するように整形して上記波長変換素子に入射す
ることを特徴とする波長変換ユニット。 - 【請求項２】 上記筐体内に、上記波長変換素子から出
射するレーザ光の内、予め選定された波長のレーザ光を
選択的に取り出す波長分離手段と、該波長分離手段によ
り取り出されたレーザ光を熱に変換するパワー受けを設
けたことを特徴とする請求項１の波長変換ユニット。
Priority Applications (3)
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| JP21262999A JP2001042369A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 波長変換ユニット |
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| JP21262999A JP2001042369A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 波長変換ユニット |
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