JP2003098564A - レーザー基本周波数を他の周波数へ周波数変換するための装置および固体レーザー - Google Patents
レーザー基本周波数を他の周波数へ周波数変換するための装置および固体レーザーInfo
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- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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- G02F1/3534—Three-wave interaction, e.g. sum-difference frequency generation
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- G02F1/35—Non-linear optics
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Abstract
(57)【要約】
【課題】レーザー基本周波数を他の周波数へ周波数変換
するための装置において、非線形プロセスを連続して行
なう際の変換効率を、材料コストおよび位置調整コスト
を少なくして且つ省スペースのコンパクトな配置構成で
達成し、このために非臨界的位相整合の利点をも活用す
る。 【解決手段】光学的に非線形の両結晶の間(C1,
C2)に、レーザー光線対を貫通させる複屈折結晶(1
1)が設けられている。複屈折結晶(11)は、非線形
的な光学特性が防止されていることによりレーザー光線
対が不変の周波数で該複屈折結晶から射出されるような
結晶である。異常偏光したレーザー光線は、前記両結晶
(C1,C2)のうち一方の結晶内に生じるウォークオ
フとは逆の方向に指向するウォークオフを複屈折結晶内
で蒙る。
するための装置において、非線形プロセスを連続して行
なう際の変換効率を、材料コストおよび位置調整コスト
を少なくして且つ省スペースのコンパクトな配置構成で
達成し、このために非臨界的位相整合の利点をも活用す
る。 【解決手段】光学的に非線形の両結晶の間(C1,
C2)に、レーザー光線対を貫通させる複屈折結晶(1
1)が設けられている。複屈折結晶(11)は、非線形
的な光学特性が防止されていることによりレーザー光線
対が不変の周波数で該複屈折結晶から射出されるような
結晶である。異常偏光したレーザー光線は、前記両結晶
(C1,C2)のうち一方の結晶内に生じるウォークオ
フとは逆の方向に指向するウォークオフを複屈折結晶内
で蒙る。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、連続して配置され
る光学的に非線形の結晶を用いてレーザー基本周波数を
他の周波数へ周波数変換するための装置であって、前記
結晶のうち、新たな第1の周波数を生成するための第1
の結晶と周波数混合により新たな第2の周波数を生成す
るための第2の結晶とが設けられ、第1の結晶内に生成
されたレーザー光線対が互いに垂直に偏光したレーザー
光線を有し、これらレーザー光線のうち異常偏光したレ
ーザー光線としての1つのレーザー光線が光学的に非線
形の前記両結晶のうちの一方の結晶内でウォークオフを
蒙るようにした前記装置または固体レーザーに関するも
のである。
る光学的に非線形の結晶を用いてレーザー基本周波数を
他の周波数へ周波数変換するための装置であって、前記
結晶のうち、新たな第1の周波数を生成するための第1
の結晶と周波数混合により新たな第2の周波数を生成す
るための第2の結晶とが設けられ、第1の結晶内に生成
されたレーザー光線対が互いに垂直に偏光したレーザー
光線を有し、これらレーザー光線のうち異常偏光したレ
ーザー光線としての1つのレーザー光線が光学的に非線
形の前記両結晶のうちの一方の結晶内でウォークオフを
蒙るようにした前記装置または固体レーザーに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】光学的プロセスを周波数変換のために利
用するこの種の装置は特に固体レーザーにおいて使用さ
れる。これに関してはたとえばB. Ruffing, A. Nabel,
R.Wallenstein著、" High-power picosecond LiB3O5 op
tical parametric oscillatorstunable in the blue sp
ectral range " Appl. Phys. B72, 137-149 (2001)の刊
行物に記載されている。
用するこの種の装置は特に固体レーザーにおいて使用さ
れる。これに関してはたとえばB. Ruffing, A. Nabel,
R.Wallenstein著、" High-power picosecond LiB3O5 op
tical parametric oscillatorstunable in the blue sp
ectral range " Appl. Phys. B72, 137-149 (2001)の刊
行物に記載されている。
【0003】この種の周波数倍化固体レーザーが特に有
利であるのは、可視スペクトル範囲(VIS)または紫
外線スペクトル範囲(UV)の波長を持ったレーザー光
線を生成させることができるからである。周波数変換の
典型的なプロセスは第2高調波の生成(second harmonic
generation, SHG)と、2つのレーザー光線の和周波数
の生成(sum frequency generation, SFG)である。第2
高調波の生成ではレーザー光線の周波数は2倍にされ、
すなわち波長が半分になる。このような非線形的な光学
プロセス(NLO-Prozesse)は、周波数が1μmの範囲の近
赤外線の放射波長に相当している固体レーザーにおいて
適用されることが多い。たとえばNd:YVO 4レーザーは、
λ1=1064nmの基本波長で放射する。
利であるのは、可視スペクトル範囲(VIS)または紫
外線スペクトル範囲(UV)の波長を持ったレーザー光
線を生成させることができるからである。周波数変換の
典型的なプロセスは第2高調波の生成(second harmonic
generation, SHG)と、2つのレーザー光線の和周波数
の生成(sum frequency generation, SFG)である。第2
高調波の生成ではレーザー光線の周波数は2倍にされ、
すなわち波長が半分になる。このような非線形的な光学
プロセス(NLO-Prozesse)は、周波数が1μmの範囲の近
赤外線の放射波長に相当している固体レーザーにおいて
適用されることが多い。たとえばNd:YVO 4レーザーは、
λ1=1064nmの基本波長で放射する。
【0004】NLOプロセスは、出発レーザーがkW範
囲の高いピークパワーを持ったパルスまたはパルス列を
放射する場合に特に効果的である。Qスイッチングおよ
びモードカップリングのような通常のパルス発生方法は
当業者によく知られている。
囲の高いピークパワーを持ったパルスまたはパルス列を
放射する場合に特に効果的である。Qスイッチングおよ
びモードカップリングのような通常のパルス発生方法は
当業者によく知られている。
【0005】この点は、効率的な周波数変換を行うため
に必要な条件である位相整合に対しても適用される。位
相整合は、非線形的な複屈折結晶を特定の方向に方位付
けることにより、および(または)、適当な結晶温度を
選定することにより達成され、関与する3つの波動の波
数ベクトルにk3=k1+k2(SHGに対してはk 3
=2k1)なる条件を満たさせる。複屈折結晶の複屈折
特性のために、異常偏光波(異常e)のエネルギー流の
方向(ポインティングベクトルsの方向)は波数ベクト
ルkの方向と一致しない。異常偏光波のエネルギーは、
いわゆる「ウォークオフ」(Walk-Off)角度で正常偏光波
(正常o)から離間する。結晶の出口で両レーザー光線
は距離δだけ分離し、空間的なウォークオフを有してい
る。この現象は、位相整合が臨界的に行われる(critica
l phasematching, CPM)光学的に非線形のすべての結晶
で発生する。
に必要な条件である位相整合に対しても適用される。位
相整合は、非線形的な複屈折結晶を特定の方向に方位付
けることにより、および(または)、適当な結晶温度を
選定することにより達成され、関与する3つの波動の波
数ベクトルにk3=k1+k2(SHGに対してはk 3
=2k1)なる条件を満たさせる。複屈折結晶の複屈折
特性のために、異常偏光波(異常e)のエネルギー流の
方向(ポインティングベクトルsの方向)は波数ベクト
ルkの方向と一致しない。異常偏光波のエネルギーは、
いわゆる「ウォークオフ」(Walk-Off)角度で正常偏光波
(正常o)から離間する。結晶の出口で両レーザー光線
は距離δだけ分離し、空間的なウォークオフを有してい
る。この現象は、位相整合が臨界的に行われる(critica
l phasematching, CPM)光学的に非線形のすべての結晶
で発生する。
【0006】これに対して、LBO結晶におけるSHG
および第3高調波の生成(THG)の際の臨界的位相整
合の場合に基本波(λ1=1064nm)が正常であれ
ば、周波数を2倍にされた光線(λ2=532nm)は
異常偏光し、これにより波動の相互作用は結晶の全長に
わたって保証されない。よって変換効率が低下し、空間
的ビームプロフィールが変形し望ましくない。
および第3高調波の生成(THG)の際の臨界的位相整
合の場合に基本波(λ1=1064nm)が正常であれ
ば、周波数を2倍にされた光線(λ2=532nm)は
異常偏光し、これにより波動の相互作用は結晶の全長に
わたって保証されない。よって変換効率が低下し、空間
的ビームプロフィールが変形し望ましくない。
【0007】このため、ウォークオフを低減または補償
することができるような技術的解決法を見出す努力が成
されている。特に適しているのは非臨界的位相整合であ
り、非臨界的位相整合では前記ウォークオフ現象は発生
せず、臨界的位相整合に比べて多くの利点がある。すな
わち変換効率が高いこと、角度傾斜に対し反応しないこ
と、ラジアルシンメトリーが得られること、異常偏光レ
ーザー光線が発生してもビームクオリティが得られるこ
とである。
することができるような技術的解決法を見出す努力が成
されている。特に適しているのは非臨界的位相整合であ
り、非臨界的位相整合では前記ウォークオフ現象は発生
せず、臨界的位相整合に比べて多くの利点がある。すな
わち変換効率が高いこと、角度傾斜に対し反応しないこ
と、ラジアルシンメトリーが得られること、異常偏光レ
ーザー光線が発生してもビームクオリティが得られるこ
とである。
【0008】さらに、臨界的位相整合の場合と同じ程度
の変換効率でも、結晶の長さを適当により長くすればビ
ーム横断面はより大きくなり、反射防止層の破壊のよう
な、高いパワー密度に関連した諸問題が減少する。
の変換効率でも、結晶の長さを適当により長くすればビ
ーム横断面はより大きくなり、反射防止層の破壊のよう
な、高いパワー密度に関連した諸問題が減少する。
【0009】非臨界的位相整合は、光学的に非線形の結
晶の数量を限定し且つ相互作用するレーザー光線が特定
の波長の場合しか達成できないが、たとえばLBO結晶
のような利用価値の高い解決法も実際に存在する。LB
O結晶では、結晶温度がほぼ150℃の場合、1064
nmの基本波の周波数を2倍にすることが可能である。
晶の数量を限定し且つ相互作用するレーザー光線が特定
の波長の場合しか達成できないが、たとえばLBO結晶
のような利用価値の高い解決法も実際に存在する。LB
O結晶では、結晶温度がほぼ150℃の場合、1064
nmの基本波の周波数を2倍にすることが可能である。
【0010】これに対して、非臨界的位相整合はレーザ
ー周波数の3倍化(THG)には使用できない。この場
合臨界的位相整合が必ず必要であるので、ウォークオフ
を補償するためのさまざまな装置がすでに知られてい
る。
ー周波数の3倍化(THG)には使用できない。この場
合臨界的位相整合が必ず必要であるので、ウォークオフ
を補償するためのさまざまな装置がすでに知られてい
る。
【0011】米国特許第5047668号明細書から知
られているウォークオフを補償するための光学的にパラ
メトリックな発振器は、同一の非線形プロセスのために
同一の一対の非線形結晶を共振器軸線に沿って有してい
る。これらの非線形結晶の光軸は2Θの角度を成してい
る。ここでΘは、レーザー光線の伝播方向(レーザー光
軸)と非線形結晶の光軸との成す角度で、第1の結晶で
は正に、これに対して第2の結晶では負に方位付けられ
ている。第1の結晶内でのウォークオフは第2の結晶内
での「ウォークオン」によって補償される。
られているウォークオフを補償するための光学的にパラ
メトリックな発振器は、同一の非線形プロセスのために
同一の一対の非線形結晶を共振器軸線に沿って有してい
る。これらの非線形結晶の光軸は2Θの角度を成してい
る。ここでΘは、レーザー光線の伝播方向(レーザー光
軸)と非線形結晶の光軸との成す角度で、第1の結晶で
は正に、これに対して第2の結晶では負に方位付けられ
ている。第1の結晶内でのウォークオフは第2の結晶内
での「ウォークオン」によって補償される。
【0012】しかしながら、この種の解決法は異なる非
線形プロセスを連続して行う場合、たとえば第2高調波
の生成に引き続いて和周波数を形成させる場合に使用で
きない。米国特許第5835513号明細書に記載され
ているQスイッチングレーザーは、共振器を外部に配置
した非線形結晶を備えている。これらの非線形結晶のう
ち第1の結晶は第2高調波を生成させるためのもので、
第2の結晶は第3高調波を生成させるために設けられて
いる。両結晶は臨界的に位相整合されており、且つ第1
の結晶内でのウォークオフが第2の結晶内でのウォーク
オフを補償するように方向づけられている。前記米国特
許第5047668号明細書に記載の構成が2つの異な
る非線形結晶とプロセスに拡大適用されている。非臨界
的位相整合に比べて第1の結晶の臨界的位相整合が欠点
である。
線形プロセスを連続して行う場合、たとえば第2高調波
の生成に引き続いて和周波数を形成させる場合に使用で
きない。米国特許第5835513号明細書に記載され
ているQスイッチングレーザーは、共振器を外部に配置
した非線形結晶を備えている。これらの非線形結晶のう
ち第1の結晶は第2高調波を生成させるためのもので、
第2の結晶は第3高調波を生成させるために設けられて
いる。両結晶は臨界的に位相整合されており、且つ第1
の結晶内でのウォークオフが第2の結晶内でのウォーク
オフを補償するように方向づけられている。前記米国特
許第5047668号明細書に記載の構成が2つの異な
る非線形結晶とプロセスに拡大適用されている。非臨界
的位相整合に比べて第1の結晶の臨界的位相整合が欠点
である。
【0013】さらに米国特許第5384803号明細書
からは、2つの光学楔から成る装置を2つの非線形結晶
の間に設けて使用することが知られている。この装置を
用いると、波長が異なる2つの光線間の分離を変化させ
ることができる。この種の装置によれば、第1の結晶の
出口でウォークオフによって空間的に切り離された光線
を再び統合させて、次の和周波数形成を効果的に行うこ
とができるが、提案された解決法によれば、光学楔の発
散特性が比較的弱いためにかなりのスペースが必要であ
る。基本波(λ1=1064)と第2高調波(λ2=5
32)とがたとえば150μm切り離されていると(こ
れはSHG結晶による典型的な値である)、両波動が統
合されて約25cm後にようやく3゜の楔が生じる。
からは、2つの光学楔から成る装置を2つの非線形結晶
の間に設けて使用することが知られている。この装置を
用いると、波長が異なる2つの光線間の分離を変化させ
ることができる。この種の装置によれば、第1の結晶の
出口でウォークオフによって空間的に切り離された光線
を再び統合させて、次の和周波数形成を効果的に行うこ
とができるが、提案された解決法によれば、光学楔の発
散特性が比較的弱いためにかなりのスペースが必要であ
る。基本波(λ1=1064)と第2高調波(λ2=5
32)とがたとえば150μm切り離されていると(こ
れはSHG結晶による典型的な値である)、両波動が統
合されて約25cm後にようやく3゜の楔が生じる。
【0014】最後に、前記B. Ruffing, A. Nabel, R.Wa
llenstein著、" High-power picosecond LiB3O5 optica
l parametric oscillators tunable in the blue spect
ralrange " Appl. Phys. B72, 137-149 (2001)から、非
線形結晶に入射する光線を直交偏光により(oとe)別
個に位置調整して、ウォークオフによってそれ以前に生
じた分離後に再び統合させることが知られている。ミラ
ーにより最適な空間的重畳の設定が行われるのに対し、
最適な時間的重畳に対しては、ビームスプリッターとミ
ラーとから成る遅滞区間が設けられる。
llenstein著、" High-power picosecond LiB3O5 optica
l parametric oscillators tunable in the blue spect
ralrange " Appl. Phys. B72, 137-149 (2001)から、非
線形結晶に入射する光線を直交偏光により(oとe)別
個に位置調整して、ウォークオフによってそれ以前に生
じた分離後に再び統合させることが知られている。ミラ
ーにより最適な空間的重畳の設定が行われるのに対し、
最適な時間的重畳に対しては、ビームスプリッターとミ
ラーとから成る遅滞区間が設けられる。
【0015】このようにすれば、原理的には空間的ウォ
ークオフも「時間的」ウォークオフも補正できるが、多
数の光学部材を使用するのでかなりの材料コストを要す
るという欠点とともに、さらにダイクロイックミラーを
使用しているためにパワーロスが発生し、光学器械要素
の位置調整と安定性とのために比較的広いスペースとか
なりのコストが必要である。
ークオフも「時間的」ウォークオフも補正できるが、多
数の光学部材を使用するのでかなりの材料コストを要す
るという欠点とともに、さらにダイクロイックミラーを
使用しているためにパワーロスが発生し、光学器械要素
の位置調整と安定性とのために比較的広いスペースとか
なりのコストが必要である。
【0016】ピコ秒範囲およびそれ以下のパルス継続時
間で超短波レーザーパルスを周波数変換する場合、上述
した空間的ウォークオフ以外にも、重畳される個々のパ
ルス間の時間的ずれという形態で別の現象が生じる。こ
の現象は時間的ウォークオフと呼ばれ、変換効率に対し
て悪影響する。この現象が効力を発するのは、パルス長
が、波長と偏光に関し異なっている相互作用光パルスの
異なる群速度によりパルス重畳を阻害し分離を生じさせ
るようなオーダーに達したときである。
間で超短波レーザーパルスを周波数変換する場合、上述
した空間的ウォークオフ以外にも、重畳される個々のパ
ルス間の時間的ずれという形態で別の現象が生じる。こ
の現象は時間的ウォークオフと呼ばれ、変換効率に対し
て悪影響する。この現象が効力を発するのは、パルス長
が、波長と偏光に関し異なっている相互作用光パルスの
異なる群速度によりパルス重畳を阻害し分離を生じさせ
るようなオーダーに達したときである。
【0017】最後に挙げた文献の装置だけがこの時間的
ずれを組み込んだ遅滞区間により補正することが部分的
に可能であるが、米国特許第5047668号明細書、
米国特許第5835513号明細書、米国特許第538
4803号明細書に記載の装置はこれに適していない。
ずれを組み込んだ遅滞区間により補正することが部分的
に可能であるが、米国特許第5047668号明細書、
米国特許第5835513号明細書、米国特許第538
4803号明細書に記載の装置はこれに適していない。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、非線
形プロセスを連続して行なう際の変換効率を、材料コス
トおよび位置調整コストを少なくして且つ省スペースの
コンパクトな配置構成でさらに向上させ、このために非
臨界的位相整合の利点をも活用することである。
形プロセスを連続して行なう際の変換効率を、材料コス
トおよび位置調整コストを少なくして且つ省スペースの
コンパクトな配置構成でさらに向上させ、このために非
臨界的位相整合の利点をも活用することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、光学的に非線形の前記両結晶の間に、レー
ザー光線対を貫通させる複屈折結晶が設けられ、該複屈
折結晶は、非線形的な光学特性が防止されていることに
よりレーザー光線対が不変の周波数で該複屈折結晶から
射出されるような結晶であること、異常偏光したレーザ
ー光線が、前記両結晶のうち一方の結晶内に生じるウォ
ークオフとは逆の方向に指向するウォークオフを複屈折
結晶内で蒙ることを特徴とするものである。
決するため、光学的に非線形の前記両結晶の間に、レー
ザー光線対を貫通させる複屈折結晶が設けられ、該複屈
折結晶は、非線形的な光学特性が防止されていることに
よりレーザー光線対が不変の周波数で該複屈折結晶から
射出されるような結晶であること、異常偏光したレーザ
ー光線が、前記両結晶のうち一方の結晶内に生じるウォ
ークオフとは逆の方向に指向するウォークオフを複屈折
結晶内で蒙ることを特徴とするものである。
【0020】非線形的光学特性を回避するため、この特
性が効力を発しないような複屈折材料が使用される。し
かし、結晶軸の方位を選定することにより非線形的特性
がある程度抑止されるような結晶を使用してもよい。
性が効力を発しないような複屈折材料が使用される。し
かし、結晶軸の方位を選定することにより非線形的特性
がある程度抑止されるような結晶を使用してもよい。
【0021】本発明によれば、異常偏光要素が提供され
る。この異常偏光要素は薄い複屈折結晶板の形態であ
り、屈折率の差が大きいために空間的ウォークオフの補
正にも時間的ウォークオフの補正にも適している。した
がって、両非線形結晶を極めて密接して互いに並設させ
ることができる。第2の非線形結晶に合焦させるための
結像要素が必要である場合も、装置全体を常にコンパク
トにすることができる。
る。この異常偏光要素は薄い複屈折結晶板の形態であ
り、屈折率の差が大きいために空間的ウォークオフの補
正にも時間的ウォークオフの補正にも適している。した
がって、両非線形結晶を極めて密接して互いに並設させ
ることができる。第2の非線形結晶に合焦させるための
結像要素が必要である場合も、装置全体を常にコンパク
トにすることができる。
【0022】さらに、本発明の対象は、共振器を外部に
配置した光学的に非線形の結晶を備えた、レーザー基本
周波数を他の周波数へ周波数変換するための固体レーザ
ーであって、前記結晶のうち、新たな第1の周波数を生
成するための第1の結晶と周波数混合により新たな第2
の周波数を生成するための第2の結晶とが設けられ、第
1の結晶内に生成されたレーザー光線対が互いに垂直に
偏光したレーザー光線を有し、これらレーザー光線のう
ち異常偏光したレーザー光線が第2の結晶内でウォーク
オフを蒙るようにした前記固体レーザーにも関わる。光
学的に非線形の前記両結晶の間には、レーザー光線対を
貫通させる複屈折結晶が設けられ、該複屈折結晶は、非
線形的な光学特性が防止されていることによりレーザー
光線対が不変の周波数で該複屈折結晶から射出されるよ
うな結晶である。異常偏光したレーザー光線は、周波数
混合用の結晶内でのウォークオフとは逆の方向に指向す
るウォークオフを複屈折結晶内で蒙る。
配置した光学的に非線形の結晶を備えた、レーザー基本
周波数を他の周波数へ周波数変換するための固体レーザ
ーであって、前記結晶のうち、新たな第1の周波数を生
成するための第1の結晶と周波数混合により新たな第2
の周波数を生成するための第2の結晶とが設けられ、第
1の結晶内に生成されたレーザー光線対が互いに垂直に
偏光したレーザー光線を有し、これらレーザー光線のう
ち異常偏光したレーザー光線が第2の結晶内でウォーク
オフを蒙るようにした前記固体レーザーにも関わる。光
学的に非線形の前記両結晶の間には、レーザー光線対を
貫通させる複屈折結晶が設けられ、該複屈折結晶は、非
線形的な光学特性が防止されていることによりレーザー
光線対が不変の周波数で該複屈折結晶から射出されるよ
うな結晶である。異常偏光したレーザー光線は、周波数
混合用の結晶内でのウォークオフとは逆の方向に指向す
るウォークオフを複屈折結晶内で蒙る。
【0023】本発明の他の構成では、非臨界的に位相整
合された、光学的に非線形の結晶は、複屈折結晶ととも
に、基本周波数から新たな周波数を高効率で生成させる
ためのコンパクトな光学装置を形成する。新たな周波数
とは、基本周波数とともに更なる非線形的光学処理を行
うために適している周波数である。つまり、不変の周波
数で射出される両レーザー光線は、複屈折結晶内での伝
播特性が異なっているために、空間的に有効に調整可能
なずれを互いに有しているとともに、十分短いパルスの
場合には時間的に有効に調整可能なずれをも互いに有し
ている。
合された、光学的に非線形の結晶は、複屈折結晶ととも
に、基本周波数から新たな周波数を高効率で生成させる
ためのコンパクトな光学装置を形成する。新たな周波数
とは、基本周波数とともに更なる非線形的光学処理を行
うために適している周波数である。つまり、不変の周波
数で射出される両レーザー光線は、複屈折結晶内での伝
播特性が異なっているために、空間的に有効に調整可能
なずれを互いに有しているとともに、十分短いパルスの
場合には時間的に有効に調整可能なずれをも互いに有し
ている。
【0024】このような装置により、次の非線形的な更
なる処理の際の変換効率を著しく向上させることができ
る。本発明の他の構成は、互いに垂直に偏光して共線的
に延びるレーザー光線において光学的に非線形の結晶を
用いて周波数混合するための装置であって、光学的に非
線形の結晶内で両レーザー光線のうちの一方のレーザー
光線が異常偏光レーザー光線としてウォークオフを蒙る
前記装置に関わる。タイプIIの相互作用を行う光学的
に非線形の結晶の上流側には、レーザー光線を貫通させ
るウォークオフ用の複屈折結晶が設けられている。複屈
折結晶は非線形的な光学特性を有していないので、レー
ザー光線は不変の周波数で該複屈折結晶から射出され、
レーザー光線は該複屈折結晶内での伝播特性の相違に基
づき空間的および時間的に有効に設定可能なずれを互い
に有し、このずれにより周波数混合用の結晶内でウォー
クオフの修正が行なわれる。
なる処理の際の変換効率を著しく向上させることができ
る。本発明の他の構成は、互いに垂直に偏光して共線的
に延びるレーザー光線において光学的に非線形の結晶を
用いて周波数混合するための装置であって、光学的に非
線形の結晶内で両レーザー光線のうちの一方のレーザー
光線が異常偏光レーザー光線としてウォークオフを蒙る
前記装置に関わる。タイプIIの相互作用を行う光学的
に非線形の結晶の上流側には、レーザー光線を貫通させ
るウォークオフ用の複屈折結晶が設けられている。複屈
折結晶は非線形的な光学特性を有していないので、レー
ザー光線は不変の周波数で該複屈折結晶から射出され、
レーザー光線は該複屈折結晶内での伝播特性の相違に基
づき空間的および時間的に有効に設定可能なずれを互い
に有し、このずれにより周波数混合用の結晶内でウォー
クオフの修正が行なわれる。
【0025】複屈折結晶は、パルスレーザー光線におい
て空間的ウォークオフと時間的ウォークオフを補償する
ために設けられるが、空間的ウォークオフのみを、或い
は時間的ウォークオフのみを補償するために設けてもよ
い。
て空間的ウォークオフと時間的ウォークオフを補償する
ために設けられるが、空間的ウォークオフのみを、或い
は時間的ウォークオフのみを補償するために設けてもよ
い。
【0026】両レーザー光線が複屈折結晶から出射する
ときに空間的ウォークオフにより決定されるこれら両レ
ーザー光線の相互のずれは、周波数混合用の結晶内で最
大ビーム重畳が生じるように結晶材料、結晶光軸とレー
ザー光線の伝播方向との成す角度、光路長を選定するこ
とにより調整することができる。
ときに空間的ウォークオフにより決定されるこれら両レ
ーザー光線の相互のずれは、周波数混合用の結晶内で最
大ビーム重畳が生じるように結晶材料、結晶光軸とレー
ザー光線の伝播方向との成す角度、光路長を選定するこ
とにより調整することができる。
【0027】本発明の有利な構成によれば、両レーザー
光線が複屈折結晶から出射して周波数混合用の結晶内へ
入射する際のずれを、これら両レーザー光線に対し周波
数混合用の結晶内に生じさせるずれにほぼ等しいように
設定する。
光線が複屈折結晶から出射して周波数混合用の結晶内へ
入射する際のずれを、これら両レーザー光線に対し周波
数混合用の結晶内に生じさせるずれにほぼ等しいように
設定する。
【0028】複屈折結晶が時間的ウォークオフ効果のみ
を補償するために設けられている場合には、複屈折結晶
は、両レーザー光線に対し異なった群速度を持つ材料か
ら成っている必要があり、その光路長は、周波数混合用
の結晶内で重畳されるべき両レーザー光線パルスの走行
時間差を補償するような光路長でなければならない。
を補償するために設けられている場合には、複屈折結晶
は、両レーザー光線に対し異なった群速度を持つ材料か
ら成っている必要があり、その光路長は、周波数混合用
の結晶内で重畳されるべき両レーザー光線パルスの走行
時間差を補償するような光路長でなければならない。
【0029】最後に、複屈折光学結晶は、考慮されるパ
ルス減速効果または加速効果に応じて負または正の1軸
である。
ルス減速効果または加速効果に応じて負または正の1軸
である。
【0030】次に、本発明の実施形態を添付の図面を用
いて詳細に説明する。図1に図示した装置は、共振器外
部配置式周波数3倍型(third harmonic generation, TH
G)レーザー光線源であり、特にたとえば回路基板の露光
および穿孔、シリコンウェーハーの切断、或いはステレ
オリソグラフィーに使用されるNd:YVO4レーザー結晶
を備えたUV固体レーザーの形態のパルスレーザーであ
る。この種の応用分野においては、レーザーパワー、U
V生成効率、ビームクオリティ、寿命に関しレーザー光
線源に対する要求は高度である。
いて詳細に説明する。図1に図示した装置は、共振器外
部配置式周波数3倍型(third harmonic generation, TH
G)レーザー光線源であり、特にたとえば回路基板の露光
および穿孔、シリコンウェーハーの切断、或いはステレ
オリソグラフィーに使用されるNd:YVO4レーザー結晶
を備えたUV固体レーザーの形態のパルスレーザーであ
る。この種の応用分野においては、レーザーパワー、U
V生成効率、ビームクオリティ、寿命に関しレーザー光
線源に対する要求は高度である。
【0031】Nd:YVO4レーザーの周波数3倍化は通常
緑の範囲のSHG(λ2=532nm)と、残りのレー
ザー基本周波数によるグリーンレーザー光線の次のSF
Gとによって行われる。このようにして生じる第3高調
波の波長はλ3=355nmである。
緑の範囲のSHG(λ2=532nm)と、残りのレー
ザー基本周波数によるグリーンレーザー光線の次のSF
Gとによって行われる。このようにして生じる第3高調
波の波長はλ3=355nmである。
【0032】レーザーオシレータ1(Qスイッチレーザ
ーとして作動するか、或いはモードカプラー方式で作動
することができる)から出たレーザー光線2はレーザー
基本周波数を備え、オプティカルアイソレータ3を通過
した後、有利にはレーザー増幅器4で増幅される。増幅
率は、ディメンションを適当に選定することにより、次
の周波数変換ユニット5における周波数変換が特に効率
的に行われるように、或いは、その都度の適用例に対し
必要なUVパワーが達成されるように選定できる。
ーとして作動するか、或いはモードカプラー方式で作動
することができる)から出たレーザー光線2はレーザー
基本周波数を備え、オプティカルアイソレータ3を通過
した後、有利にはレーザー増幅器4で増幅される。増幅
率は、ディメンションを適当に選定することにより、次
の周波数変換ユニット5における周波数変換が特に効率
的に行われるように、或いは、その都度の適用例に対し
必要なUVパワーが達成されるように選定できる。
【0033】共振器を外部に配置した周波数変換ユニッ
ト5は、光学的に非線形の第1の結晶C1を備えた第2
高調波7を発生させるための第2高調波発生ユニット6
と、光学的に非線形の第2の結晶G2を備えた第3高調
波9を発生させるための第3高調波発生ユニット8とか
ら構成されている。適当なダイクロイックミラーまたは
発散要素10は第3高調波9を残存しているレーザー基
本周波数2および第2高調波7から切り離す。
ト5は、光学的に非線形の第1の結晶C1を備えた第2
高調波7を発生させるための第2高調波発生ユニット6
と、光学的に非線形の第2の結晶G2を備えた第3高調
波9を発生させるための第3高調波発生ユニット8とか
ら構成されている。適当なダイクロイックミラーまたは
発散要素10は第3高調波9を残存しているレーザー基
本周波数2および第2高調波7から切り離す。
【0034】図2によれば、周端数変換ユニット5は光
学的に非線形の結晶C1とC2のための2つのLBO結
晶(Lithiumtriborat, LiB3O5)を有している。非臨界位
相整合させた結晶C1が約150℃の位相整合温度でΘ
=90゜、φ=0゜の結晶方位を有しているのに対し、
Θがほぼ43゜で、φ=90゜の結晶C2はほぼ室温で
臨界位相整合されている。
学的に非線形の結晶C1とC2のための2つのLBO結
晶(Lithiumtriborat, LiB3O5)を有している。非臨界位
相整合させた結晶C1が約150℃の位相整合温度でΘ
=90゜、φ=0゜の結晶方位を有しているのに対し、
Θがほぼ43゜で、φ=90゜の結晶C2はほぼ室温で
臨界位相整合されている。
【0035】レーザー基本周波数2のレーザー光線と第
2高調波7のレーザー光線とは互いに垂直に偏光されて
おり、非臨界位相整合により結晶C1を共線的に離れ
る。本実施形態において正常偏光した本来のレーザー光
線と異常偏光した第2高調波とは、光学的に非線形の第
2の結晶C2で重畳して、非線形相互作用により第3高
調波9を生成させる。
2高調波7のレーザー光線とは互いに垂直に偏光されて
おり、非臨界位相整合により結晶C1を共線的に離れ
る。本実施形態において正常偏光した本来のレーザー光
線と異常偏光した第2高調波とは、光学的に非線形の第
2の結晶C2で重畳して、非線形相互作用により第3高
調波9を生成させる。
【0036】しかしながら、非線形相互作用に至る前
に、両レーザー光線2と7は複屈折結晶11を通過す
る。複屈折結晶11は、結晶C2内での空間的ウォーク
オフと時間的ウォークオフとを修正するため、両非線形
結晶C1とC2との間に配置されている。これにより結
晶C2内での相互作用長さが拡大される。複屈折結晶1
1は、両レーザー光線2と7が非線形周波数変換を受け
ずに不変の周波数で複屈折結晶11を出るような材料組
成を有しているか、或いは、そのように方位づけて配置
されている。他方複屈折結晶11は次のようにも配置さ
れており、すなわち異常偏光したレーザー光線(ここで
は第2高調波7)がウォークオフを蒙り、ウォークオフ
角度ρでレーザー基本周波数のレーザー光線2の伝播方
向から偏向し、その結果正常偏光したレーザー光線と異
常偏光したレーザー光線とが間隔δで複屈折結晶11か
ら出るようにも配置されている。このような事情を図3
において負の1軸複屈折結晶に対して図示した。図中k
は波数ベクトル、oは正常偏光したレーザー光線、eは
異常偏光したレーザー光線、Θは複屈折結晶11の光軸
Z(この光軸上では、正常偏光したレーザー光線と異常
偏光したレーザー光線とは同じ屈折率を持つ)と放射軸
線に沿ったレーザー光線の伝播方向zとの成す角度であ
る。
に、両レーザー光線2と7は複屈折結晶11を通過す
る。複屈折結晶11は、結晶C2内での空間的ウォーク
オフと時間的ウォークオフとを修正するため、両非線形
結晶C1とC2との間に配置されている。これにより結
晶C2内での相互作用長さが拡大される。複屈折結晶1
1は、両レーザー光線2と7が非線形周波数変換を受け
ずに不変の周波数で複屈折結晶11を出るような材料組
成を有しているか、或いは、そのように方位づけて配置
されている。他方複屈折結晶11は次のようにも配置さ
れており、すなわち異常偏光したレーザー光線(ここで
は第2高調波7)がウォークオフを蒙り、ウォークオフ
角度ρでレーザー基本周波数のレーザー光線2の伝播方
向から偏向し、その結果正常偏光したレーザー光線と異
常偏光したレーザー光線とが間隔δで複屈折結晶11か
ら出るようにも配置されている。このような事情を図3
において負の1軸複屈折結晶に対して図示した。図中k
は波数ベクトル、oは正常偏光したレーザー光線、eは
異常偏光したレーザー光線、Θは複屈折結晶11の光軸
Z(この光軸上では、正常偏光したレーザー光線と異常
偏光したレーザー光線とは同じ屈折率を持つ)と放射軸
線に沿ったレーザー光線の伝播方向zとの成す角度であ
る。
【0037】図2において破線で示した、異常偏光した
レーザー光線の変化7’は、複屈折結晶11による空間
的ウォークオフの補正効果を示している。このような両
レーザー光線の分岐は、修正しなければ相互作用長さを
縮小させることになる。これに対して、異常偏光したレ
ーザー光線7が複屈折結晶11内と非線形の結晶C2内
とで逆方向に偏向していると、この偏向は相互作用長さ
の縮小という作用を図示したようにして修正する。正常
偏光したレーザー光線と異常偏光したレーザー光線と
は、本実施形態で生じる間隔δの場合、ほぼ非線形の結
晶C2の結晶中心で交わっている。
レーザー光線の変化7’は、複屈折結晶11による空間
的ウォークオフの補正効果を示している。このような両
レーザー光線の分岐は、修正しなければ相互作用長さを
縮小させることになる。これに対して、異常偏光したレ
ーザー光線7が複屈折結晶11内と非線形の結晶C2内
とで逆方向に偏向していると、この偏向は相互作用長さ
の縮小という作用を図示したようにして修正する。正常
偏光したレーザー光線と異常偏光したレーザー光線と
は、本実施形態で生じる間隔δの場合、ほぼ非線形の結
晶C2の結晶中心で交わっている。
【0038】このような修正はレーザーのパルス作動に
限定されるものではなく、レーザー基本周波数を持った
レーザー光線がパルス状にkW範囲の高いピークパワー
を持っていれば、非線形の光学プロセスが特に効果的で
ある。いずれにしろ、この種の修正はQスイッチレーザ
ーのナノ秒パルスに対しても、モードカップリングレー
ザーのピコ秒パルスに対しても有利である。
限定されるものではなく、レーザー基本周波数を持った
レーザー光線がパルス状にkW範囲の高いピークパワー
を持っていれば、非線形の光学プロセスが特に効果的で
ある。いずれにしろ、この種の修正はQスイッチレーザ
ーのナノ秒パルスに対しても、モードカップリングレー
ザーのピコ秒パルスに対しても有利である。
【0039】パルスがピコ秒範囲またはより低い範囲に
あれば、空間的なウォークオフ以外に別の作用が生じ、
すなわち、正常偏光したレーザー光線のパルスは異常偏
光したレーザー光線のパルスに対し時間のずれを持つに
至り、これは時間的なウォークオフと呼ぶことができ
る。これを図では、パルス2’に対しシフトしている破
線のパルス7”で示した。この、すでに第1の非線形結
晶C1で発生する作用は、第2の非線形結晶C2でも発
生し、同様に複屈折結晶11を用いてパルス7”をパル
ス2’に対し時間的にシフトさせることにより修正する
ことができる。
あれば、空間的なウォークオフ以外に別の作用が生じ、
すなわち、正常偏光したレーザー光線のパルスは異常偏
光したレーザー光線のパルスに対し時間のずれを持つに
至り、これは時間的なウォークオフと呼ぶことができ
る。これを図では、パルス2’に対しシフトしている破
線のパルス7”で示した。この、すでに第1の非線形結
晶C1で発生する作用は、第2の非線形結晶C2でも発
生し、同様に複屈折結晶11を用いてパルス7”をパル
ス2’に対し時間的にシフトさせることにより修正する
ことができる。
【0040】本実施形態では2つのLBO結晶が設けら
れているが、両非線形結晶C1とC 2内での第2高調波
のパルスはレーザー基本周波数のパルスよりも緩速に伝
播する。それゆえパルス7”は、結晶11の特殊な複屈
折特性と、これに関連した、レーザー基本周波数のパル
スよりも早い第2高調波のパルスの群速度とにより、パ
ルス2’に対しこれに対応する「経過」を示す。
れているが、両非線形結晶C1とC 2内での第2高調波
のパルスはレーザー基本周波数のパルスよりも緩速に伝
播する。それゆえパルス7”は、結晶11の特殊な複屈
折特性と、これに関連した、レーザー基本周波数のパル
スよりも早い第2高調波のパルスの群速度とにより、パ
ルス2’に対しこれに対応する「経過」を示す。
【0041】他の有利な実施形態では、複屈折結晶11
は次のように構成され、すなわちたとえば正常偏光した
レーザー光線のパルスに対する異常偏光したレーザー光
線のパルスの減速のようなパルスの時間的制御だけを行
い、空間的なウォークオフは生じさせないように構成さ
れている。このような設定は、第2の非線形結晶C2が
第1の非線形結晶と同様に位相整合されている場合に特
に有利である。
は次のように構成され、すなわちたとえば正常偏光した
レーザー光線のパルスに対する異常偏光したレーザー光
線のパルスの減速のようなパルスの時間的制御だけを行
い、空間的なウォークオフは生じさせないように構成さ
れている。このような設定は、第2の非線形結晶C2が
第1の非線形結晶と同様に位相整合されている場合に特
に有利である。
【0042】以下では、複屈折結晶11とその作用を両
非線形結晶C1とC2と関連させて第3高調波(TH
G,355nm)の発生を例にとって説明する。この場
合Nd:YVO4レーザーは赤外線レーザー基本光線(10
64nm)と、これから周波数2倍化により得られる緑
色の第2高調波(SHG,532nm)から成り、2つ
のLBO結晶を用いる。
非線形結晶C1とC2と関連させて第3高調波(TH
G,355nm)の発生を例にとって説明する。この場
合Nd:YVO4レーザーは赤外線レーザー基本光線(10
64nm)と、これから周波数2倍化により得られる緑
色の第2高調波(SHG,532nm)から成り、2つ
のLBO結晶を用いる。
【0043】以下の表1に含まれる記載は、ウォークオ
フ角度ρと、相互群速度差(group velocity mismatch)
とで、相互群速度差は赤外線レーザー基本光線の光パル
スと緑色の2倍周波数の光パルスとの分岐性または発散
性を表わす量である。群速度差は次の式によって定義さ
れる。 GVMIR−GR=(1/vIR−1/vGR) ここでvは群速度で、GVMIR−GRが負であれば、
緑色のパルスが赤外線パルスの後を追っていることを意
味している。
フ角度ρと、相互群速度差(group velocity mismatch)
とで、相互群速度差は赤外線レーザー基本光線の光パル
スと緑色の2倍周波数の光パルスとの分岐性または発散
性を表わす量である。群速度差は次の式によって定義さ
れる。 GVMIR−GR=(1/vIR−1/vGR) ここでvは群速度で、GVMIR−GRが負であれば、
緑色のパルスが赤外線パルスの後を追っていることを意
味している。
【0044】
【表1】
このように、LBO結晶C1とC2の長さが典型的な長
さ(約10ないし20mm)の場合、緑色のパルスは赤
外線パルスに対し約1.5ないし3psの遅れをとる。
LBO結晶C2の出口における空間的ウォークオフδ
C2は約95ないし190μmである。
さ(約10ないし20mm)の場合、緑色のパルスは赤
外線パルスに対し約1.5ないし3psの遅れをとる。
LBO結晶C2の出口における空間的ウォークオフδ
C2は約95ないし190μmである。
【0045】複屈折結晶11は、LBO結晶C2内に生
じる空間的ウォークオフδC2の補正手段として、ほぼ
同じ大きさの空間的ウォークオフδ11を生じさせる必
要がある。たとえば異常偏光したレーザー光線と正常偏
光したレーザー光線とをδC 2/2だけ分離させること
も有利であるが、最適値はレーザー光線の径やパルスパ
ワーのような具体的な条件に依存している。この値はそ
れぞれの適用例で実験的に求めることができ、その際に
は最適変換係数を基準として用いるべきである。
じる空間的ウォークオフδC2の補正手段として、ほぼ
同じ大きさの空間的ウォークオフδ11を生じさせる必
要がある。たとえば異常偏光したレーザー光線と正常偏
光したレーザー光線とをδC 2/2だけ分離させること
も有利であるが、最適値はレーザー光線の径やパルスパ
ワーのような具体的な条件に依存している。この値はそ
れぞれの適用例で実験的に求めることができ、その際に
は最適変換係数を基準として用いるべきである。
【0046】複屈折結晶11が空間的ウォークオフとと
もに時間的ウォークオフをも補正する必要がある場合に
は、両波長に対し透過性があり、vIR<vGRを満た
す適当な材料を選定しなければならないが、同時にその
長さをも適宜選定しなければならない。
もに時間的ウォークオフをも補正する必要がある場合に
は、両波長に対し透過性があり、vIR<vGRを満た
す適当な材料を選定しなければならないが、同時にその
長さをも適宜選定しなければならない。
【0047】異常偏光した緑色のレーザー光線の場合に
は、補正材料として特に負の1軸結晶が適している。こ
の負の1軸結晶の場合、正常偏光したレーザー光線に対
してはno>neである。ここでne=ne(Θ=90
゜−(異常偏光したレーザー光線に対する屈折率)であ
る。
は、補正材料として特に負の1軸結晶が適している。こ
の負の1軸結晶の場合、正常偏光したレーザー光線に対
してはno>neである。ここでne=ne(Θ=90
゜−(異常偏光したレーザー光線に対する屈折率)であ
る。
【0048】相互作用する両レーザー光線が逆の群速度
の関係にある場合(vo<ve)、正の1軸結晶が適し
ている。これは、v1,o<v2,eであるので、たと
えば和周波数λ1=1535,λ2=1064→λ3=
628.5nmのケースである。
の関係にある場合(vo<ve)、正の1軸結晶が適し
ている。これは、v1,o<v2,eであるので、たと
えば和周波数λ1=1535,λ2=1064→λ3=
628.5nmのケースである。
【0049】これに対して、たとえば比較的長いナノ秒
パルスの相互作用の場合のように空間的ウォークオフの
みを補正したい場合には、複屈折結晶11は負または正
の1軸であればよい。
パルスの相互作用の場合のように空間的ウォークオフの
みを補正したい場合には、複屈折結晶11は負または正
の1軸であればよい。
【0050】本実施形態によれば、複屈折結晶11に対
し、両波長(532nm,1064nm)を透過させる
負の1軸方解石結晶を使用する。方解石はn0=1.6
629,ne=1.4885,GVMIR−GR=0.
5ps/mmである。
し、両波長(532nm,1064nm)を透過させる
負の1軸方解石結晶を使用する。方解石はn0=1.6
629,ne=1.4885,GVMIR−GR=0.
5ps/mmである。
【0051】複屈折結晶11のサイズ決定のために、図
4に図示した曲線を使用する。これらの曲線は、方解石
結晶の出口における空間的ウォークオフδと角度Θとの
関係を4つの異なる結晶長さに対し示したものである。
4に図示した曲線を使用する。これらの曲線は、方解石
結晶の出口における空間的ウォークオフδと角度Θとの
関係を4つの異なる結晶長さに対し示したものである。
【0052】最適な変換効率のために空間的ウォークオ
フδ=100μmが必要な場合は、たとえばL=2m
m,Θがほぼ75゜の結晶、或いはL=3mm,Θがほ
ぼ80゜の結晶、或いはL=4mm,Θがほぼ83゜の
結晶を使用する。
フδ=100μmが必要な場合は、たとえばL=2m
m,Θがほぼ75゜の結晶、或いはL=3mm,Θがほ
ぼ80゜の結晶、或いはL=4mm,Θがほぼ83゜の
結晶を使用する。
【0053】これと同時に、パルスの特定の時間制御を
行いたい場合、たとえば時間的ウォークオフを補正する
ために異常偏光したレーザー光線のパルスを減速させた
い場合には、Lを確定する。たとえば緑色のグリーンパ
ルスの走行時間1.5psが赤外線パルスの走行時間よ
りも短い必要がある場合は、本例に対してはL=3mm
の結晶長さを選定する。
行いたい場合、たとえば時間的ウォークオフを補正する
ために異常偏光したレーザー光線のパルスを減速させた
い場合には、Lを確定する。たとえば緑色のグリーンパ
ルスの走行時間1.5psが赤外線パルスの走行時間よ
りも短い必要がある場合は、本例に対してはL=3mm
の結晶長さを選定する。
【0054】図5の他の実施形態によれば、周波数変換
ユニット5のために、光学的に非線形の2つの結晶C3
とC4を設ける。このうち第1の結晶C3は臨界的に位
相整合されており、第2の結晶C4は非臨界的に位相整
合されている。
ユニット5のために、光学的に非線形の2つの結晶C3
とC4を設ける。このうち第1の結晶C3は臨界的に位
相整合されており、第2の結晶C4は非臨界的に位相整
合されている。
【0055】レーザー基本周波数2と第2高調波7のレ
ーザー光線とは互いに垂直に偏光しており、異常偏光し
た第2高調波7のレーザー光線は臨界的位相整合により
ウォークオフを蒙り、レーザー基本周波数2のレーザー
光線に対しずれて結晶C3を離れる。図示していない時
間的ウォークオフの効果はすでに述べた態様で作用す
る。光学的に非線形の第2の結晶C4内で最適な相互作
用を得るため、両結晶C 3とC4の間に、結晶C3内で
の空間的ウォークオフと時間的ウォークオフとを補正す
るための複屈折結晶12が配置されている。この複屈折
結晶12も、両レーザー光線2と7が非線形的な周波数
変換の影響を受けずに、複屈折結晶12から不変の周波
数で出るように材料組成を選定され、或いはそのように
指向して配置されている。他方複屈折結晶12は、異常
偏光したレーザー光線(ここでは第2高調波7)が第1
の結晶C3内とは逆の方向に空間的ウォークオフを蒙
り、その結果両レーザー光線が同軸に複屈折結晶12か
ら出るように配置されている。時間的ウォークオフを補
正するため、ここには図示していないパルスを複屈折結
晶12を用いて時間的にシフトさせることにより、結晶
C4内で最適な非線形相互作用を可能にする。
ーザー光線とは互いに垂直に偏光しており、異常偏光し
た第2高調波7のレーザー光線は臨界的位相整合により
ウォークオフを蒙り、レーザー基本周波数2のレーザー
光線に対しずれて結晶C3を離れる。図示していない時
間的ウォークオフの効果はすでに述べた態様で作用す
る。光学的に非線形の第2の結晶C4内で最適な相互作
用を得るため、両結晶C 3とC4の間に、結晶C3内で
の空間的ウォークオフと時間的ウォークオフとを補正す
るための複屈折結晶12が配置されている。この複屈折
結晶12も、両レーザー光線2と7が非線形的な周波数
変換の影響を受けずに、複屈折結晶12から不変の周波
数で出るように材料組成を選定され、或いはそのように
指向して配置されている。他方複屈折結晶12は、異常
偏光したレーザー光線(ここでは第2高調波7)が第1
の結晶C3内とは逆の方向に空間的ウォークオフを蒙
り、その結果両レーザー光線が同軸に複屈折結晶12か
ら出るように配置されている。時間的ウォークオフを補
正するため、ここには図示していないパルスを複屈折結
晶12を用いて時間的にシフトさせることにより、結晶
C4内で最適な非線形相互作用を可能にする。
【0056】本発明はもちろん以上説明した実施形態に
限定されるものではない。他の周波数と他の結晶を用い
た変形実施形態も可能である。本発明にとって重要なこ
とは、2つのレーザー光線の非線形周波数変換であり、
一方のレーザー光線は1つの結晶内でウォークオフを蒙
る。複屈折結晶は他の材料から成っていてもよく、たと
えばα−BBO結晶でもよい。
限定されるものではない。他の周波数と他の結晶を用い
た変形実施形態も可能である。本発明にとって重要なこ
とは、2つのレーザー光線の非線形周波数変換であり、
一方のレーザー光線は1つの結晶内でウォークオフを蒙
る。複屈折結晶は他の材料から成っていてもよく、たと
えばα−BBO結晶でもよい。
【0057】また、補助的な合焦光学系を使用してもよ
い。この場合に必要な修正は当業者の判断で行うことが
でき、本発明の思想の活用を妨げるものではない。
い。この場合に必要な修正は当業者の判断で行うことが
でき、本発明の思想の活用を妨げるものではない。
【図1】共振器外部配置式周波数変換型レーザー光線源
のブロック構成図である。
のブロック構成図である。
【図2】本発明に従って構成された周波数変換ユニット
を示す図である。
を示す図である。
【図3】空間的ウォークオフおよび時間的ウォークオフ
を補正するための複屈折結晶を示す図である。
を補正するための複屈折結晶を示す図である。
【図4】種々の長さの異なる複屈折結晶とウォークオフ
角度Θとの関係を示すグラフである。
角度Θとの関係を示すグラフである。
【図5】本発明による周波数変換ユニットの他の実施形
態を示す図である。
態を示す図である。
1 レーザーオシレータ
2 レーザー光線
3 オプティカルアイソレータ
4 レーザー増幅器
5 周波数変換ユニット
6 第2高調波発生ユニット
7 第2高調波
8 第3高調波発生ユニット
9 第3高調波
10 ダイクロイックミラーまたは発散
要素 11 複屈折結晶 C1、C2 光学的に非線形の結晶
要素 11 複屈折結晶 C1、C2 光学的に非線形の結晶
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Fターム(参考) 2K002 AB12 BA03 CA02 DA01 EA11
GA04 GA05 HA20
Claims (12)
- 【請求項1】連続して配置される光学的に非線形の結晶
を用いてレーザー基本周波数を他の周波数へ周波数変換
するための装置であって、前記結晶のうち、新たな第1
の周波数を生成するための第1の結晶と周波数混合によ
り新たな第2の周波数を生成するための第2の結晶とが
設けられ、第1の結晶内に生成されたレーザー光線対が
互いに垂直に偏光したレーザー光線を有し、これらレー
ザー光線のうち異常偏光したレーザー光線としての1つ
のレーザー光線が光学的に非線形の前記両結晶のうちの
一方の結晶内でウォークオフを蒙るようにした前記装置
において、 光学的に非線形の前記両結晶の間に、レーザー光線対を
貫通させる複屈折結晶が設けられ、該複屈折結晶は、非
線形的な光学特性が防止されていることによりレーザー
光線対が不変の周波数で該複屈折結晶から射出されるよ
うな結晶であること、 異常偏光したレーザー光線が、前記両結晶のうち一方の
結晶内に生じるウォークオフとは逆の方向に指向するウ
ォークオフを複屈折結晶内で蒙ること、を特徴とする装
置。 - 【請求項2】共振器を外部に配置した光学的に非線形の
結晶を備えた、レーザー基本周波数を他の周波数へ周波
数変換するための固体レーザーであって、前記結晶のう
ち、新たな第1の周波数を生成するための第1の結晶と
周波数混合により新たな第2の周波数を生成するための
第2の結晶とが設けられ、第1の結晶内に生成されたレ
ーザー光線対が互いに垂直に偏光したレーザー光線を有
し、これらレーザー光線のうち異常偏光したレーザー光
線が第2の結晶内でウォークオフを蒙るようにした前記
固体レーザーにおいて、 光学的に非線形の前記両結晶の間に、レーザー光線対を
貫通させる複屈折結晶が設けられ、該複屈折結晶は、非
線形的な光学特性が防止されていることによりレーザー
光線対が不変の周波数で該複屈折結晶から射出されるよ
うな結晶であること、 異常偏光したレーザー光線が、周波数混合用の結晶内で
のウォークオフとは逆の方向に指向するウォークオフを
複屈折結晶内で蒙ること、を特徴とする固体レーザー。 - 【請求項3】複屈折結晶がパルス化レーザー光線の空間
的ウォークオフと時間的ウォークオフとを補正するため
に設けられていることを特徴とする、請求項1または2
に記載の装置または固体レーザー。 - 【請求項4】複屈折結晶が空間的ウォークオフを補正す
るために設けられていることを特徴とする、請求項1ま
たは2に記載の装置または固体レーザー。 - 【請求項5】空間的ウォークオフにより決定される、複
屈折結晶から射出される際の両レーザー光線の相互のず
れが、周波数混合用の結晶内で最大光線重畳が生じるよ
うに、結晶材料の選定、結晶光軸とレーザー光線の伝播
方向および光路長との成す角度の選定により設定されて
いることを特徴とする、請求項3または4に記載の装置
または固体レーザー。 - 【請求項6】両レーザー光線が複屈折結晶から出て周波
数混合用の結晶内に入射するときのずれが、これらレー
ザー光線に対し周波数混合用の結晶内に生成されるずれ
にほぼ等しいことを特徴とする、請求項5に記載の装置
または固体レーザー。 - 【請求項7】複屈折結晶がパルス化レーザー光線の時間
的ウォークオフ作用の補正のためにのみ設けられている
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の装置また
は固体レーザー。 - 【請求項8】複屈折結晶が両レーザー光線に対し異なる
群速度を持った材料から成り、該複屈折結晶の光路長
は、周波数混合用の結晶内で重畳される両レーザー光線
パルスに対する走行時間差が補償されるような光路長で
あることを特徴とする、請求項3または7に記載の装置
または固体レーザー。 - 【請求項9】複屈折結晶が負の1軸結晶であることを特
徴とする、請求項1から8までのいずれか一つに記載の
装置または固体レーザー。 - 【請求項10】複屈折結晶が正の1軸結晶であることを
特徴とする、請求項1から8までのいずれか一つに記載
の装置または固体レーザー。 - 【請求項11】非臨界的に位相整合させた光学的に非線
形の結晶を用いて、レーザー基本周波数を持つレーザー
光線から第2高調波を生成するための装置において、 光学的に非線形の結晶の下流側に複屈折結晶が設けら
れ、この複屈折結晶内にレーザー基本周波数のレーザー
光線と第2高調波のレーザー光線とが共線的に入射し、
且つこの複屈折結晶により、不変の周波数で射出される
両レーザー光線が該複屈折結晶内での伝播特性の相違に
基づき空間的および時間的に有効に設定可能なずれを互
いに有していることを特徴とする装置。 - 【請求項12】互いに垂直に偏光して共線的に延びるレ
ーザー光線において光学的に非線形の結晶を用いて周波
数混合するための装置であって、光学的に非線形の結晶
内で両レーザー光線のうちの一方のレーザー光線が異常
偏光レーザー光線としてウォークオフを蒙る前記装置に
おいて、 光学的に非線形の結晶の上流側に、レーザー光線を貫通
させる複屈折結晶が設けられ、該複屈折結晶は、非線形
的な光学特性が防止されていることによりレーザー光線
が不変の周波数で該複屈折結晶から射出されるような結
晶であるとともに、レーザー光線が該複屈折結晶内での
伝播特性の相違に基づき空間的および時間的に有効に設
定可能なずれを互いに有し、このずれにより周波数混合
用の結晶内でウォークオフの修正が行なわれるような結
晶であることを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10143709A DE10143709A1 (de) | 2001-08-31 | 2001-08-31 | Einrichtung zur Frequenzkonversion einer Lasergrundfrequenz in andere Frequenzen |
DE10143709.9 | 2001-08-31 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003098564A true JP2003098564A (ja) | 2003-04-03 |
Family
ID=7697931
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002251005A Pending JP2003098564A (ja) | 2001-08-31 | 2002-08-29 | レーザー基本周波数を他の周波数へ周波数変換するための装置および固体レーザー |
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Country | Link |
---|---|
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JP (1) | JP2003098564A (ja) |
CA (1) | CA2391806A1 (ja) |
DE (1) | DE10143709A1 (ja) |
FR (1) | FR2830347A1 (ja) |
GB (1) | GB2379278A (ja) |
IT (1) | ITTO20020755A1 (ja) |
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JP2008541124A (ja) * | 2005-05-20 | 2008-11-20 | アイシス イノヴェーション リミテッド | 厚い非線形結晶を利用した超短光パルスの測定 |
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- 2002-07-12 GB GB0216269A patent/GB2379278A/en not_active Withdrawn
- 2002-07-22 FR FR0209257A patent/FR2830347A1/fr active Pending
- 2002-08-28 IT IT000755A patent/ITTO20020755A1/it unknown
- 2002-08-29 JP JP2002251005A patent/JP2003098564A/ja active Pending
- 2002-08-30 US US10/233,080 patent/US20030043452A1/en not_active Abandoned
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