JP2001337354A

JP2001337354A - レーザ光発生装置

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Publication number: JP2001337354A
Application number: JP2000153636A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Masuda; 久増田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2001-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】波長１８５ｎｍ〜２００ｎｍで連続発光する
レーザ光をエネルギー効率よく安定して得る。【解決手段】波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の
連続光である第１のレーザ光をレーザ発振器１１により
出力する。この第１のレーザ光を第１の共振器１２に入
射して、固体レーザ結晶により波長変換して、波長が６
５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下である第２のレーザ光を発
生する。一方、第１のレーザ光を波長変換部１３にも入
射し、波長変換結晶４４により波長変換して、波長が２
５０ｎｍ以上２７５ｎｍ以下の第３のレーザ光を発生す
る。そして、第２のレーザ光と第３のレーザ光とを和周
波混合して、波長が１８５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の第
４のレーザ光を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非線形光学結晶を
利用して波長変換を行うことにより所定の波長のレーザ
光を出力するレーザ光発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光は、波長及び位相が揃った光で
あるため、単色性や指向性に優れ、通常の光線にみられ
ない干渉性を有している。また、極めて細く収束するこ
とができることから、微小な面積にエネルギーを集中し
て、照射する対象物を局部的・瞬間的に高温・高圧な状
態を実現できるといった特徴を有している。さらに、レ
ーザ光は、一般に、電波よりも周波数が高いため、情報
収容能力が大きい。

【０００３】レーザ光は、上述したような特徴を備える
ことから、情報通信・情報処理分野、計測分野、医療分
野、微細加工・精密加工分野など、多方面の技術分野に
応用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うなレーザ光のうちでも、波長が１８５ｎｍ〜２００ｎ
ｍ程度であるレーザ光は、従来、例えばエキシマレーザ
装置などのようなパルス発振するレーザ光発生装置を用
いたり、所望とする平均出力よりも遙かに高いピーク出
力を有するパルス光を非線形光学結晶に入射させるなど
して得ている。したがって、この波長域で得られるレー
ザ光は、通常、パルス光に限定されている。このため、
例えば光ディスクのマスタリングなどのように、連続光
や、モードロック光のような準連続光が必要となるよう
な技術分野に対しては、波長が１８５ｎｍ〜２００ｎｍ
程度であるレーザ光を利用することが困難であった。ま
た、例えば、半導体露光装置や微細構造検査装置などの
ようなレーザ光の利用分野では、パルス光を用いた場合
に、その高いピークパワーによって、光学系、露光対象
物、或いは検査対象物などに損傷が発生してしまう虞が
生じるといった問題があった。

【０００５】また、１８５ｎｍ〜２００ｎｍ程度の波長
域で連続発光するレーザ光を得るために、ガスレーザ装
置を用いた報告例（D.J.Berkeland et al, Applied Opt
ics,Vol.36, p.4159, 1997）がある。この報告例では、
アルゴンイオンレーザ（波長５１５ｎｍ）の２次高調波
（波長２４７ｎｍ）と、波長が７９２ｎｍである増幅さ
れた半導体レーザ光をＢＢＯ（ベータ硼酸バリウム：β
−ＢａＢ₂Ｏ₄）結晶に入射して和周波混合し、波長が１
９４ｎｍである連続光レーザ光を２ｍＷ程度の出力で発
生させている。しかしながら、この報告例に記載されて
いるように、ガスレーザ装置を用いる方法では、大きな
出力を得るためには、冷却水の配管や大容量な電源が必
要となる大型のガスレーザ装置となってしまう。また、
水冷装置や空冷ファンなどから振動が発生し、共振器の
共振を確保したり、光ディスクマスタリング等の精密な
制御に応用する際に大きな障害となっていた。このた
め、研究目的には利用可能であるが、産業上の利用分野
に十分なサイズと信頼性を確保することが困難であっ
た。

【０００６】また、１８５ｎｍ〜２００ｎｍ程度の波長
域で連続発光するレーザ光を得るために、例えば、アー
クランプからの出射光により励起させた固体レーザ光を
用いて非線形光学結晶により波長変換することも不可能
ではない。しかしながら、このような構成とした場合で
あっても、大出力を得るためには、大きな設備を必要と
する点、水冷装置から振動が発生する点、エネルギー効
率が低いという点、ノイズが大きい点などの問題があ
る。このため、連続光で良好な波長変換効率を得るため
に必要となる波長特性及び安定性を確保するのが困難で
あり、その実現と応用には多くの課題が挙げられてい
る。

【０００７】本発明は、上述したような従来の実状を鑑
みて創案されたものであり、１８５ｎｍ〜２００ｎｍ程
度の波長域で連続発光するレーザ光を、小型の装置でエ
ネルギー効率よく、高い信頼性で安定して得ることが可
能なレーザ光発生装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ光発
生装置は、第１のレーザ光発生部と、第２のレーザ光発
生部と、波長変換部と、非線形光学結晶とを備えるレー
ザ光発生装置である。第１のレーザ光発生部は、波長が
５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の連続光である第１のレ
ーザ光を発生する。第２のレーザ光発生部は、波長が６
５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下である第２のレーザ光を発
生する。波長変換部は、上記第１のレーザ光を波長変換
して、波長が２５０ｎｍ以上２７５ｎｍ以下の第３のレ
ーザ光を発生する。非線形光学結晶は、上記第２のレー
ザ光と上記第３のレーザ光とを和周波混合して、波長が
１８５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の第４のレーザ光を出力
する。

【０００９】以上のように構成された本発明に係るレー
ザ光発生装置は、第１のレーザ光発生部から発生した第
１のレーザ光を波長変換して得られた第３のレーザ光
と、第２のレーザ光発生部から発生した第２のレーザ光
とを非線形光学結晶により和周波混合することにより、
波長が１８５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の第４のレーザ光
を得ている。すなわち、第２のレーザ光と第３のレーザ
光とが連続光であることから、第４のレーザ光を連続光
で得ることができる。

【００１０】また、本発明に係るレーザ光発生装置は、
上記第２のレーザ光を共振させる第１の共振器と、上記
第３のレーザ光を共振させる第２の共振器とを備え、上
記非線形光学結晶を、上記第１及び第２の共振器との共
有部分に配設することが望ましい。これにより、非線形
光学結晶に対して高強度で第２及び第３のレーザ光を入
射させることができ、レーザ光のエネルギーを効率的に
利用して第４のレーザ光を出力することが可能となる。

【００１１】さらに、第１のレーザ光発生部及び第２の
レーザ光発生部としては、例えば半導体レーザ素子など
の固体レーザにより励起された固体レーザ光の２次高調
波として、第１のレーザ光を得ることができることか
ら、本発明に係るレーザ光発生装置を固体レーザ装置と
することができ、冷却水の配管や大容量な電源が不要と
なって、装置規模を小型化することが容易である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下では、本発明について、図面
を参照しながら詳細に説明する。以下では、先ず、本発
明を適用した第１の実施の形態として、図１に示すよう
なレーザ光発生装置１０について説明する。

【００１３】レーザ光発生装置１０は、図１に示すよう
に、波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の連続光であ
る第１のレーザ光を出力するレーザ発振器１１と、この
レーザ発振器１１から出力された第１のレーザ光を励起
源として、波長が６５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の連続
光である第２のレーザ光を発生する第１の共振器１２
と、レーザ発振器１１から出力された第１のレーザ光を
波長変換して、波長が２５０ｎｍ以上２７５ｎｍ以下の
連続光である第３のレーザ光を出力する波長変換部１３
と、この第３のレーザ光を共振させる第２の共振器１４
とを備えている。また、第１の共振器１２と第２の共振
器１４との共有部分、すなわち第１のレーザ光の光路上
で、且つ第２のレーザ光の光路上となる位置に、非線形
光学結晶１５が配設されている。そして、この非線形光
学結晶１５により、第２のレーザ光と第３のレーザ光と
を和周波混合して、波長が１８５ｎｍ以上２００ｎｍ以
下の第４のレーザ光を出力する構成とされている。

【００１４】また、レーザ光発生装置１０には、レーザ
発振器１１から出力される第１のレーザ光の光路上に、
この第１のレーザ光の一部を反射し、一部を透過するハ
ーフミラー２０が配設されている。そして、ハーフミラ
ー２０により反射された第１のレーザ光は、レンズ２１
を介して第１の共振器１２に入射される。また、ハーフ
ミラー２０により透過された第１のレーザ光は、レンズ
２２を介して波長変換部１３に入射される。

【００１５】なお、ハーフミラー２０の代わりに、波長
板（例えば半波長板など）と偏光ビームスプリッタによ
り反射光量と透過光量との比率を可変とすることによ
り、光学系の最適化を容易とすることができる。

【００１６】さらに、レーザ光発生装置１０には、波長
変換部１３から出力された第３のレーザ光の光路上に、
所定の波長域のレーザ光を選択する波長選択手段として
のミラー２３が配設されている。ミラー２３は、波長変
換部１３から出力される第３のレーザ光のうち、例えば
２５０ｎｍ以上２７５ｎｍ以下といった所定の波長域の
レーザ光を反射し、この波長域以外のレーザ光を透過す
る。そして、ミラー２３により反射された第３のレーザ
光は、レンズ２４を介して第２の共振器１４に入射され
る。

【００１７】なお、ミラー２３は、偏光分離ミラーであ
ってもよいし、波長分離ミラーであってもよい。

【００１８】レーザ光発生装置１０においては、第１の
共振器１２、波長変換部１３、及び第２の共振器１４の
前段に、それぞれ、レンズ２１、レンズ２２、及びレン
ズ２４が配設されていることにより、第１のレーザ光や
第２のレーザ光を集光して入射させることができ、レー
ザ光の利用効率を向上させる手法、すなわちモードマッ
チングを利用することができる。なお、レーザ光発生装
置１０においては、これらレンズ２１，２２，２４の他
に、例えば曲面ミラーなどの各種の集光素子や、ビーム
整形プリズムなどを組み合わせることにより、レーザ光
を集光して利用効率を向上させるとしてもよい。

【００１９】また、レーザ光発生装置１０においては、
ミラー２３が配設されていることにより、波長変換部１
３から出力される第３のレーザ光の波長のうち、所望と
する波長域のレーザ光だけを第２の共振器１４に入射さ
せることができ、不要な光による迷光の発生や、信頼性
・安定性の低下を防止することができる。

【００２０】なお、本発明において、所定の波長域のレ
ーザ光を選択する波長選択手段としては、ミラー２３に
限定されるものではなく、例えば、各種の偏光素子、複
屈折フィルタ、エタロン、プリズム、回折格子、ブラッ
グ開設素子、ホログラム、注入用レーザなどを、例えば
第１の共振器１２中などに配設するとしてもよい。ま
た、このような波長選択手段は、固定して配置するとせ
ずに、移動可能に配設することにより、目標とする波長
域を、所定の範囲で任意に選択可能とすることができ
る。

【００２１】また、本発明に係るレーザ光発生装置１０
においては、このような波長選択手段を、第１の共振器
１２に配設することに限定されるものではなく、例え
ば、レーザ発振器１１から出力される第１のレーザ光、
第２の共振器１２から発生する第２のレーザ光、或いは
波長変換部１３から出力される第３のレーザ光の光路上
にも配設するとしてもよい。これにより、上述と同様な
理由から、安定性・信頼性を向上することができるとと
もに、非線形光学結晶１５における波長変換効率を向上
させることができる。

【００２２】レーザ発振器１１は、本発明における第１
のレーザ発生部に相当し、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
発振器などのような各種のレーザ発振器を用いることが
できる。この場合に、このレーザ発振器１１は、１０６
４ｎｍの赤外光から２次高調波を発生し、波長が５３２
ｎｍの連続光である第１のレーザ光を出力する。

【００２３】なお、レーザ発振器１１としては、Ｎｄ：
ＹＡＧレーザ発振器に限定されるものではなく、波長が
５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の連続光であるレーザ光
を発生するような各種のレーザ発振器を用いればよい。
ただし、本発明においては、レーザ発振器１１として、
半導体レーザ素子、半導体レーザアレイ、半導体レーザ
スタックのうちの少なくとも１種からなる固体レーザに
より励起されたレーザ光の２次高調波として、波長が５
００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の連続光であるレーザ光を
発生するようなレーザ発振器を用いることが望ましい。

【００２４】これにより、レーザ光発生装置１０は、全
固体レーザ装置として用いることができ、例えばガスレ
ーザ装置の場合に必要となる外部冷却水の配管や大容量
の電源が不要となり、装置規模を小型化することができ
る。また、全固体レーザ装置であれば、大出力とする場
合であってもを良好な波長特性を安定して得ることが容
易となる。また、レーザ発振器１１が半導体レーザ素子
などにより励起されたレーザ光を出力する構成とするこ
とにより、例えばアークランプにより励起する場合に比
べて、エネルギー効率を向上させることができる。

【００２５】また、レーザ発振器１１としては、Ｎｄ：
ＹＡＧレーザ発振器を用いることに限定されるものでは
なく、例えば、Ｎｄイオン又はＹｂイオンをドープした
固体レーザ媒質やガラスレーザ媒質を有するような固体
レーザ発振器を用いてもよい。このような固体レーザ媒
質としては、具体的には、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ
₄、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＹＡＧなどの他、Ｎｄ：Ｇｌ
ａｓｓなどを挙げることができる。

【００２６】上述で挙げたような固体レーザ媒質を有す
る固体レーザ発振器は、産業用として広く浸透している
ため、信頼性が高く、長寿命であることから、レーザ光
発生装置１０におけるレーザ発振器１１として用いるこ
とが好適である。

【００２７】また、レーザ発振器１１は、マルチモード
で発振して第１のレーザ光を出力するとしてもよいが、
単一周波数で第１のレーザ光を出力することが望まし
い。レーザ発振器１１がマルチモードで発振するレーザ
発振器である場合には、単一周波数で発振するレーザ発
振器と比較して低コストで実現することができるが、外
部共振器における光路長を、レーザ発振器１１の内部に
おける光路長に対して所定の関係に保つ必要が生じ、装
置全体における光学系の調整が困難となってしまう。な
お、レーザ発振器１１は、マルチモードで発振するとし
た場合、その波長幅は１ｍｍ以下であることが望まし
い。波長幅が１ｍｍ以下であると、効率的に大出力を得
ることが困難となる。

【００２８】なお、レーザ発振器１１として、ＺｎＳｅ
やＧａＮ等の半導体レーザ発振器を用いることにより、
第１のレーザ光を出力することができるとともに、低コ
スト化を実現することが可能となるが、このような半導
体レーザ発振器により励起用として数Ｗ程度の高出力を
実現することは困難である。

【００２９】そこで、レーザ光発生装置１０において高
出力を実現するためには、単一周波数で発振するレーザ
発振器を波長変換部１３に導き、後述する第６の実施の
形態で示すように、第２のレーザ光発生部において、第
２のレーザ光を発生するための励起光を出力するため
に、マルチモードで発振するレーザ発振器をレーザ発振
器１１とは別に用いるとしてもよい。これにより、連続
発光する第４のレーザ光を高出力で得ることが容易とな
る。

【００３０】第１の共振器１２は、レーザ発振器１１か
ら出力された第１のレーザ光を励起光として、波長が６
５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の連続光である第２のレー
ザ光を発生する。すなわち、第１の共振器１２は、本発
明において、第２のレーザ光発生部としての機能を有し
ている。

【００３１】第１の共振器１２は、レンズ２１から入射
される第１のレーザ光の光路上に、順次、共振器ミラー
３０と、固体レーザ結晶３１と、複数の共振器ミラー３
２，３３，３４とが配設されて構成されてなる。また、
共振器ミラー３３と共振器ミラー３４との間には、非線
形光学結晶１５が配設されている。

【００３２】第１の共振器１２は、第１のレーザ光を固
体レーザ結晶３１に入射させることにより発生する光を
波長選択しながら、共振器ミラー３０と共振器ミラー３
４との間で繰り返し固体レーザ結晶３１に入射させ、こ
の光を増幅する。すなわち、この第１のレーザ光を励起
光として、固体レーザ結晶３１から波長が６５０ｎｍ以
上９００ｎｍ以下の連続光である第２のレーザ光を発生
するように構成されている。なお、レーザ光発生装置１
０においては、第１の共振器１２に配設する共振器ミラ
ー３０，３２，３３，３４の数に限定されるものではな
く、必要に応じて適宜配設すればよい。また、ミラーに
限定されず、例えば、コーナーキューブなどの各種プリ
ズムを配設するとしてもよい。また、波長選択素子を、
第１の共振器１２の内部又は外部に配設するとしてもよ
い。

【００３３】上述したように、第１の共振器１２では、
励起光が固体レーザ結晶３１に入射されることにより、
この固体レーザ結晶３１が蛍光を発し、この蛍光のスペ
クトラムと、第１の共振器１２内での分光反射特性によ
り、レーザ発振波長が決定される。ここで、第１の共振
器１２では、、共振器ミラー３０と共振器ミラー３４と
の間で第１のレーザ光を閉じこめながら、繰り返し固体
レーザ結晶３１に入射させる構成とされていることか
ら、入射された第１のレーザ光のエネルギーを効率よく
利用して、共振器内で比較的大出力で第２のレーザ光を
得ることが可能となる。

【００３４】また、レーザ光発生装置１０においては、
レーザ発振器１１から出力された第１のレーザ光を、第
１の共振器１２と波長変換部１３との両方へ入射させ、
第２及び第３のレーザ光を得るための励起光として用い
ていることから、１台のレーザ発振器１１だけで構成す
ることができ、装置規模を小型化することが容易とな
る。ただし、本発明では、後述するように、複数台のレ
ーザ発振器を用いて構成してもよく、半導体レーザ発振
器における外部共振器、増幅器、インジェクションロッ
キングなどにより構成するとしてもよい。このような構
成とした場合であっても、装置規模を小さくすることが
できるとともに、低コスト、高信頼性を確保することが
できる。

【００３５】固体レーザ結晶３１としては、例えば、Ｔ
ｉイオン又はＣｒイオンをドープした固体レーザ媒質を
用いることができる。このような固体レーザ媒質として
は、具体的には、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ、Ｃｒ：Ｌｉ
ＳＡＦ、Ｃｒ：ＬｉＣＡＦ、Ｃｒ：アレフサンドライト
などを挙げることができる。

【００３６】なお、上述で挙げたような固体レーザ媒質
を用いる場合には、発振する波長域が比較的広いことか
ら、上述したミラー２３のような波長選択手段を用いて
所望とする波長域のレーザ光を選択した上で、波長域選
択後の第２のレーザ光を非線形光学結晶１５に入射させ
るとしてもよい。

【００３７】波長変換部１３は、レーザ発振器１１から
出力された第１のレーザ光の光路上に配設されてなる入
射ミラー４０及び共振器ミラー４１，４２，４３と、入
射ミラー４０と共振器ミラー４１との間に配設されてな
る波長変換結晶４４とを備える。そして、波長変換部１
３では、入射ミラー４０を通して第１のレーザ光が入射
されるとともに、この第１のレーザ光を、入射ミラー４
０及び共振器ミラー４１，４２，４３で反射して共振さ
せながら、繰り返し波長変換結晶４４に入射させ、この
第１のレーザ光を励起光として波長変換結晶４４から発
生させた第３のレーザ光を、波長分離機能を有する共振
器ミラー４１を通して出力するように構成されている。
そして、波長変換部１３は、レーザ発振器１１の外部共
振器として第１のレーザ光を第２のレーザ光に波長変換
して出力する機能も有している。

【００３８】なお、レーザ光発生装置１０においては、
波長変換部１３に配設する入射ミラー４０や共振器ミラ
ー４１，４２，４３の数に限定されるものではなく、必
要に応じて適宜配設すればよい。また、ハーフミラーや
ミラーに限定されず、例えば、コーナーキューブなどの
各種プリズムを配設するとしてもよい。

【００３９】また、レーザ光発生装置１０においては、
波長変換結晶４４に入射する第１のレーザ光の出力が十
分に大きい場合には、上述したように波長変換部１３を
外部共振器として構成せずに、第１のレーザ光の光路上
に波長変換結晶４４を配設するだけで第２のレーザ光を
発生するとしてもよい。ただし、本発明のように、第１
のレーザ光が連続光である場合には、一般的に波長変換
効率を向上させることが困難であるため、この第１のレ
ーザ光を繰り返し波長変換結晶４４に入射させる構成と
することが望ましい。

【００４０】なお、このように、波長変換部１３内でレ
ーザ光を巡回させる構成とする場合には、巡回した後の
レーザ光の位相を常に同じにするために、例えば、ＰＺ
Ｔやボイスコイルモータなどの駆動手段を備えるミラー
を用いるなどして、ＦＭサイドバンド法などのロッキン
グ手法を組み合わせることにより、波長変換部１３内に
おける周回光路長が、レーザ光の波長の整数倍となるよ
うに調整することが有効である。

【００４１】また、波長変換部１３は、図１に示すよう
にレーザ発振器１１の外部共振器として構成せずに、レ
ーザ発振器１１の内部に波長変換結晶４４を備えるなど
して、このレーザ発振器１１と一体に構成してもよい。

【００４２】第２の共振器１４は、波長変換部１３から
出力された第３のレーザ光の光路上に配設されてなる入
射ミラー５０と、複数の共振器ミラー５１，５２，５３
とを備える。また、共振器ミラー５２，５３の間には非
線形光学結晶１５が配設されている。そして、第２の共
振器１４では、入射ミラー５０を通して第３のレーザ光
が入射されるとともに、この第３のレーザ光を共振器ミ
ラー５１，５２，５３及びハーフミラー５０で反射して
共振させながら、繰り返し非線形光学結晶１５に入射さ
せるように構成されている。

【００４３】なお、レーザ光発生装置１０においては、
第２の共振器１４に配設する入射ミラー５０や共振器ミ
ラー５１，５２，５３の数に限定されるものではなく、
必要に応じて適宜配設すればよい。また、ハーフミラー
やミラーに限定されず、例えば、コーナーキューブなど
の各種プリズムを配設するとしてもよい。

【００４４】また、レーザ光発生装置１０においては、
第２の共振器１４の空間モード及び縦モードと、入射さ
れる第３のレーザ光の縦横モードとが、互いにほぼ合致
する場合に、この第３のレーザ光を、第２の共振器１４
内で増倍させながら巡回させることができる。このと
き、入射ミラー５０又は共振器ミラー５１，５２，５３
のうちの少なくともいずれかに駆動手段を備えて、上述
と同様に、ロッキング手法を用いて共振を持続させると
してもよい。

【００４５】非線形光学結晶１５は、第１の共振器１２
内における第２のレーザ光の光路上で、且つ、第２の共
振器１４内における第３のレーザ光の光路上となる位置
に配設されており、第２のレーザ光と第３のレーザ光と
を和周波混合して、波長が１８５ｎｍ以上２００ｎｍ以
下の第４のレーザ光を出力する。

【００４６】この非線形光学結晶１５は、第２のレーザ
光と第３のレーザ光とがブリュースター角で入射される
ことが望ましい。また、非線形光学結晶１５としては、
例えば、ＢＢＯ（ベータ硼酸バリウム：β−ＢａＢ
₂Ｏ₄）結晶を用いることができる。このとき、例えば、
ＢＢＯ結晶のｃ軸に対して６５°以上の角度で位相整合
をとることができる。

【００４７】本発明に係るレーザ光発生装置１０では、
非線形光学結晶１５に入射される第２のレーザ光と第３
のレーザ光とが連続光であることから、第４のレーザ光
を連続光で得ることができる。したがって、１８５ｎｍ
〜２００ｎｍ程度の波長域で連続発光するレーザ光を得
ることができる。

【００４８】また、レーザ光発生装置１０においては、
上述したように、非線形光学結晶１５が、第２のレーザ
光を共振させる第１の共振器１２と、第３のレーザ光を
共振させる第２の共振器１４との共有部分に配設されて
いる。このように、非線形光学結晶１５を第１及び第２
の共振器１２，１４の共有部分に配設することにより、
第２のレーザ光及び第３のレーザ光を高強度で非線形光
学結晶１５に入射することができ、波長変換効率を大幅
に向上させることができる。

【００４９】次に、本発明を適用した第２の実施の形態
として、図２に示すようなレーザ光発生装置６０につい
て説明する。なお、レーザ光発生装置６０は、要部の構
成が上述したレーザ光発生装置１０と同等であるため、
以下の説明においては、このレーザ光発生装置１０の構
成と同一又は同等の部位についての説明は省略し、図２
において同一の符号を付すこととする。

【００５０】レーザ光発生装置６０は、図２に示すよう
に、レーザ発振器１１から出力された第１のレーザ光
を、モードマッチング手段としてのレンズ２２を介して
波長変換部１３のみに入射させる構成とされている。そ
して、この波長変換部１３から出力されるレーザ光の光
路上に波長分離ミラー２３が配設されており、波長が２
５０ｎｍ以上２７５ｎｍ以下である第３のレーザ光が波
長分離ミラー２３により反射されるとともに、この波長
域以外のレーザ光が波長分離ミラー２３を透過するよう
に構成されている。ここで、波長分離ミラー２３を透過
するレーザ光は、波長変換部１３で第３のレーザ光の波
長に変換されなかったレーザ光、すなわちレーザ発振器
１１から出力された第１のレーザ光であり、波長が５０
０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の連続光である。

【００５１】そして、波長分離ミラー２３により反射さ
れた第３のレーザ光が、レンズ２４を介して第２の共振
器１４に入射されるとともに、波長分離ミラー２３を透
過した第１のレーザ光が、ミラー６１とレンズ２１とを
介して第２の共振器１２に入射されるように構成されて
いる。なお、ミラー６１の反射面をレンズ２１に相当す
る曲面とすれば、レンズ２１を不要とすることができ
る。

【００５２】以上のように、本発明では、第１のレーザ
光を波長変換部１３にのみ入射させるとともに、この波
長変換部１３を通過したレーザ光を波長選択して分離
し、分離後の第１のレーザ光と第３のレーザ光とをそれ
ぞれ第１の共振器１２と第２の共振器１４とに入射させ
る構成としてもよい。

【００５３】次に、本発明を適用した第３の実施の形態
として、図３に示すようなレーザ光発生装置７０につい
て説明する。なお、レーザ光発生装置７０は、要部の構
成が上述したレーザ光発生装置１０と同等であるため、
以下の説明においては、このレーザ光発生装置１０の構
成と同一又は同等の部位についての説明は省略し、図２
において同一の符号を付すこととする。

【００５４】レーザ光発生装置７０は、図３に示すよう
に、レーザ発振器１１から出力された第１のレーザ光
を、モードマッチング手段としてのレンズ２２を介して
波長変換部１３のみに入射させる構成とされている。そ
して、波長変換部１３に入射した第１のレーザ光のうち
の一部を、例えば入射ミラー４０などから反射させて外
部に導き、ミラー７１及びレンズ２１を介して第１の共
振器１２に入射する構成とされている。なお、ミラー７
１の反射面をレンズ２１に相当する曲面とすれば、レン
ズ２１を不要とすることができる。

【００５５】以上のように、ハーフミラー４０において
波長変換部１３に入射した第１のレーザ光のうちの一部
を反射して外部に導くとともに、一部を透過させるため
には、例えば、インピーダンスマッチングと称される共
振器への結合係数を制御することによって容易に行うこ
とが可能である。

【００５６】次に、本発明を適用した第４の実施の形態
として、図４に示すようなレーザ光発生装置８０につい
て説明する。なお、レーザ光発生装置８０は、要部の構
成が上述したレーザ光発生装置１０と同等であるため、
以下の説明においては、このレーザ光発生装置１０の構
成と同一又は同等の部位についての説明は省略し、図２
において同一の符号を付すこととする。

【００５７】レーザ光発生装置８０は、図４に示すよう
に、レーザ光発振器１１から出力された第１のレーザ光
を、ミラー８１とレンズ２１とを介して第１の共振器１
２のみに入射させる構成とされている。そして、第１の
共振器１２に入射された第１のレーザ光を固体レーザ結
晶３１を用いて第２のレーザ光の励起光として用いると
ともに、この第１の共振器１２に入射された第１のレー
ザ光のうちの一部を、この第１の共振器１２内に配設さ
れた共振器ミラー８２により透過して、ミラー８３及び
レンズ２２を介して波長変換部１３に入射させる構成と
されている。なお、ミラー８１及びミラー８３の反射面
をそれぞれレンズ２１、レンズ２２に相当する曲面とす
ることにより、レンズ２１及びレンズ２２を不要とする
ことも可能である。

【００５８】以上のように、共振器ミラー８２において
波長変換部１３に入射した第１のレーザ光のうちの大部
分を透過して外部に導くためには、共振器ミラー８２に
波長分離機能を持たせることによって容易に行うことが
できる。

【００５９】次に、本発明を適用した第５の実施の形態
として、図５に示すようなレーザ光発生装置９０につい
て説明する。なお、レーザ光発生装置９０は、要部の構
成がレーザ光発生装置１０の構成と同等であるため、以
下の説明においては、このレーザ光発生装置１０の構成
と同一又は同等の部位についての説明は省略し、図５に
おいて同一の符号を付すこととする。

【００６０】レーザ光発生装置９０は、図５に示すよう
に、第１の共振器１２から出力された第２のレーザ光
を、ミラー９１及びミラー９２を介して第３の共振器９
３に入射させる構成とされている。第３の共振器９３
は、第２のレーザ光の光路上に、入射ミラー９４と、複
数の共振器ミラー９５，９６，９７とが配設されてな
る。そして、レーザ光発生装置９０では、第２のレーザ
光を第３の共振器９３内で増倍させながら巡回させる。

【００６１】また、レーザ光発生装置９０では、非線形
光学結晶１５が第１の共振器１２の内部ではなく、第２
の共振器１４内における第３のレーザ光の光路上となる
位置で、且つ、第３の共振器９３内における第２のレー
ザ光の光路上となる位置に配設されている。

【００６２】以上のように、レーザ光発生装置９０で
は、第１の実施の形態で示したレーザ光発生装置１０と
比較して、共振器が増加しているために構造が複雑とな
ってしまっているものの、第１の共振器１２を固体レー
ザ結晶３１を用いた波長変換のみに専ら用いることがで
きるという利点がある。これにより、第１の共振器１２
の固体レーザ結晶３１における熱的な外乱を排除するこ
とができ、特に、第２のレーザ光を単一周波数で発振さ
せる場合に、周波数の安定化を図ることが容易となる。

【００６３】また、レーザ光発生装置９０において、第
３の共振器９３は、第１の共振器１２に対する外部共振
器として機能していることから、第２のレーザ光発生部
としての機能を有する第１の共振器１２は、単一周波数
で第２のレーザ光を発生することが望ましい。第２のレ
ーザ光が単一周波数でなく、マルチモードで発振してい
る場合には、第１の共振器１２及び第３の共振器９３に
おける光路長が所定の関係を示すように、光路長を調整
することが必要となる。

【００６４】次に、本発明を適用した第６の実施の形態
として、図６に示すようなレーザ光発生装置１００につ
いて説明する。なお、レーザ光発生装置１００は、要部
の構成がレーザ光発生装置１０の構成と同等であるた
め、以下の説明においては、このレーザ光発生装置１０
の構成と同一又は同等の部位についての説明は省略し、
図６において同一の符号を付すこととする。

【００６５】レーザ光発生装置１００は、図６に示すよ
うに、レーザ発振器１１から出力された第１のレーザ光
を、レンズ２２を介して波長変換部１３のみに入射させ
るとともに、第１の共振器１２において第２のレーザ光
の励起光として用いる第１のレーザ光を、レーザ発振器
１１とは別に設けたレーザ発振器１０１により出力して
いる。そして、このレーザ発振器１０１と第１の共振器
１２とにより、第２のレーザ光を発生する第２のレーザ
光発生部としての機能を実現している。

【００６６】この第６の実施の形態においては、上述し
た第１の実施の形態における場合のように、レーザ発振
器１１から出力された第１のレーザ光を第２のレーザ光
を発生するための励起光として用いるとせずに、第２の
レーザ光発生部を第１のレーザ光を発生する第１のレー
ザ光発生部とは別に構成されていることにより、単一周
波数で連続発光する第４のレーザ光を高出力で得ること
が容易となる。

【００６７】具体的には、波長変換部１３に入射する第
１のレーザ光を出力するレーザ共振器１１として単一周
波数で発振するレーザ発振器を用い、第２のレーザ光の
励起光として用いる第１のレーザ光を出力するレーザ発
振器１０１としてマルチモードで発振するレーザ発振器
を用いることができる。一般に、マルチモードで発振す
るレーザ発振器により数Ｗ程度の高出力を得ることは容
易であるため、レーザ光発生装置１００のように、別々
のレーザ発振器を用いて機能を分散させることにより、
低コストでエネルギー効率よく高出力を得ることが可能
となる。

【００６８】また、この第６の実施の形態においては、
レーザ発振器１０１として、波長が６５０ｎｍ以上９０
０ｎｍ以下の連続光である第２のレーザ光を出力する半
導体レーザ素子を用いるとしてもよい。この場合には、
固体レーザ結晶３１を不要とすることができる。

【００６９】ところで、本発明においては、最終的な出
力光となる第４のレーザ光を単一周波数で得るかマルチ
モードで得るかに応じて、適宜、各部の構成を決定する
ことができる。例えば、第４のレーザ光を単一周波数で
得るとする場合には、非線形光学結晶１５で和周波混合
する第２のレーザ光と第３のレーザ光との両方が単一周
波数であることが望ましい。この場合には、第３のレー
ザ光の励起光となる第１のレーザ光も単一周波数で発振
していることが望ましい。また、第２のレーザ光を単一
周波数とするためには、例えば、インジェクションロッ
キング、複合共振器、エタロンの他、上述で波長選択手
段として示したような各種光学素子を用いることで実現
することができる。

【００７０】

【発明の効果】以上で説明したように、本発明に係るレ
ーザ光発生装置は、第１のレーザ光発生部から発生した
第１のレーザ光を波長変換して得られた第３のレーザ光
と、第２のレーザ光発生部から発生した第２のレーザ光
とを非線形光学結晶により和周波混合することにより、
波長が１８５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の第４のレーザ光
を得ている。すなわち、第２のレーザ光と第３のレーザ
光とが連続光であることから、第４のレーザ光を連続光
で得ることができる。また、第１のレーザ光発生部及び
第２のレーザ光発生部としては、例えば半導体レーザ素
子などの固体レーザにより励起されたレーザ光の２次高
調波として、第１のレーザ光を得ることができることか
ら、本発明に係るレーザ光発生装置を固体レーザ装置と
することができる。したがって、１８５ｎｍ〜２００ｎ
ｍ程度の波長域で連続発光するレーザ光を、小型の装置
でエネルギー効率よく、高い信頼性で安定して得ること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したレーザ光発生装置の第１の実
施の形態を示す概略図である。

【図２】本発明を適用したレーザ光発生装置の第２の実
施の形態を示す概略図である。

【図３】本発明を適用したレーザ光発生装置の第３の実
施の形態を示す概略図である。

【図４】本発明を適用したレーザ光発生装置の第４の実
施の形態を示す概略図である。

【図５】本発明を適用したレーザ光発生装置の第５の実
施の形態を示す概略図である。

【図６】本発明を適用したレーザ光発生装置の第６の実
施の形態を示す概略図である。

【符号の説明】

１０レーザ光発生装置、１１レーザ発振器、１２
第１の共振器、１３波長変換部、１４第２の共振器、
１５非線形光学結晶、３１固体レーザ結晶、４４
波長変換結晶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の
連続光である第１のレーザ光を固体レーザ媒質又はガラ
スレーザ媒質により発生する第１のレーザ光発生部と、波長が６５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の連続光である第
２のレーザ光を発生する第２のレーザ光発生部と、上記第１のレーザ光を波長変換して、波長が２５０ｎｍ
以上２７５ｎｍ以下の第３のレーザ光を発生する波長変
換部と、上記第２のレーザ光と上記第３のレーザ光とを和周波混
合して、波長が１８５ｎｍ以上２００ｎｍ以下の第４の
レーザ光を出力する非線形光学結晶とを備えることを特
徴とするレーザ光発生装置。
【請求項２】上記第２のレーザ光を共振させる第１の
共振器と、上記第３のレーザ光を共振させる第２の共振器とを備
え、上記非線形光学結晶は、上記第１及び第２の共振器の共
有部分に配設されていることを特徴とする請求項１記載
のレーザ光発生装置。
【請求項３】所定の波長域のレーザ光を選択する波長
選択手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の
レーザ光発生装置。
【請求項４】上記第１のレーザ光発生部は、単一周波
数で上記第１のレーザ光を発生することを特徴とする請
求項１記載のレーザ光発生装置。
【請求項５】上記第１のレーザ光発生部は、半導体レ
ーザ素子、半導体レーザアレイ、半導体レーザスタック
のうちの少なくとも１種からなる光源により励起された
固体レーザ光の２次高調波として、上記第１のレーザ光
を発生することを特徴とする請求項１記載のレーザ光発
生装置。
【請求項６】上記第１のレーザ光発生部は、Ｎｄイオ
ン又はＹｂイオンをドープした固体レーザ媒質又はガラ
スレーザ媒質を有することを特徴とする請求項１記載の
レーザ光発生装置。
【請求項７】上記第１のレーザ光発生部は、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ₄、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＹＡＧの
うちの少なくとも１種からなる固体レーザ媒質を有する
ことを特徴とする請求項６記載のレーザ光発生装置。
【請求項８】上記第２のレーザ光発生部は、単一周波
数で上記第２のレーザ光を発生することを特徴とする請
求項１記載のレーザ光発生装置。
【請求項９】上記第２のレーザ光発生部は、波長幅１
ｍｍ以下のマルチモードで発振して上記第２のレーザ光
を発生することを特徴とする請求項１記載のレーザ光発
生装置。
【請求項１０】上記第２のレーザ光発生部は、半導体
レーザ光、又は半導体レーザ光を増幅したレーザ光であ
ることを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。
【請求項１１】上記第２のレーザ光発生部は、Ｔｉイ
オン又はＣｒイオンをドープした固体レーザ媒質を有す
ることを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。
【請求項１２】上記第２のレーザ光発生部は、Ｔｉ：
Ｓａｐｐｈｉｒｅ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ、Ｃｒ：ＬｉＣＡ
Ｆ、Ｃｒ：アレフサンドライトのうちの少なくとも１種
からなる固体レーザ媒質を有することを特徴とする請求
項１１記載のレーザ光発生装置。
【請求項１３】上記第２のレーザ光発生部は、固体レ
ーザ結晶を備え、この固体レーザ結晶に上記第１のレー
ザ光発生部から発生した第１のレーザ光の一部が励起光
として入射されることにより上記第２のレーザ光を発生
することを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装
置。
【請求項１４】上記第２のレーザ光発生部は、上記第
１のレーザ光の分岐比率を調整する比率調整手段を備え
ていることを特徴とする請求項１３記載のレーザ光発生
装置。
【請求項１５】波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下
の連続光をマルチモードで発振して第５のレーザ光を発
生する第３のレーザ光発生部を備え、上記第２のレーザ光発生部は、固体レーザ結晶を備え、
この固体レーザ結晶に上記第３のレーザ光発生部から発
生した第５のレーザ光が励起光として入射されることに
より上記第２のレーザ光を発生することを特徴とする請
求項１記載のレーザ光発生装置。
【請求項１６】上記非線形光学結晶に入射する上記第
２のレーザ光と上記第３のレーザ光とは、共に水平面内
に偏光していることを特徴とする請求項１記載のレーザ
光発生装置。
【請求項１７】上記非線形光学結晶は、上記第２のレ
ーザ光と上記第３のレーザ光とが略々ブリュースター角
で入射されることを特徴とする請求項１記載のレーザ光
発生装置。
【請求項１８】上記非線形光学結晶は、ＢＢＯ（ベー
タ硼酸バリウム：β−ＢａＢ₂Ｏ₄）結晶であることを特
徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。
【請求項１９】上記ＢＢＯ結晶は、タイプ１の位相整
合が行われていることを特徴とする請求項１８記載のレ
ーザ光発生装置。
【請求項２０】上記非線形光学結晶は、上記ＢＢＯ結
晶のｃ軸に対して６５°以上の角度で位相整合が行われ
ていることを特徴とする請求項１８記載のレーザ光発生
装置。
【請求項２１】上記第４のレーザ光は、上記非線形光
学結晶から一方向のみに出力されることを特徴とする請
求項１記載のレーザ光発生装置。