JP2004220051A - Wavelength conversion method, wavelength conversion device, and laser working machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、非線形光学結晶による波長変換技術に関するものである The present invention relates to a wavelength conversion technique using a nonlinear optical crystal.
第12図は、例えば特許文献1に示された従来の波長変換装置を示す断面図である。第12図において、1は真空容器、2は例えばセシウム・リチウム・ボレート(化学式:CsLiB6010、略称:CLBO)結晶等の非線形光学結晶、3a、3bは光学窓、4a、4b、4cはOリング、5は真空封止弁、6は固定金具である。7は波長変換装置全体を示す。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a conventional wavelength converter disclosed in Patent Document 1, for example. In Figure 12, 1 denotes a vacuum vessel, 2 is for example the cesium-lithium-borate (Formula: CsLiB 6 0 10, abbreviated: CLBO) nonlinear optical crystal of a crystal such as, 3a, 3b is the optical window, 4a, 4b, 4c is O-ring, 5 is a vacuum sealing valve, and 6 is a fixture.
次に、動作について説明する。レーザビームは、入力側の光学窓3aから真空容器1内に入射し、非線形光学結晶2と相互作用して波長変換された後、出力側の光学窓3bから出射する。真空容器1の上部には、真空封止弁5が設けられており、真空容器1の本体と光学窓3a、3bおよび真空封止弁5の間は、Oリング4a、4b、4cによって封止されており、真空容器1の内部は真空に維持されている。
Next, the operation will be described. The laser beam enters the vacuum vessel 1 from the input side
真空容器1の内部において、非線形光学結晶2は固定金具6によって上部から押さえられ、真空容器1の底部に固定されている。
Inside the vacuum vessel 1, the nonlinear
上記のように、従来の波長変換装置は、波長変換結晶周囲の雰囲気が真空に維持されているので、真空にさらされる真空容器、Oリング、固定金具などから不純物が発生し易く、不純物が非線形光学結晶2(波長変換結晶)、光学窓に付着するため、波長変換レーザビーム(すなわち非線形光学結晶によって波長変換された光)を長期間安定に発生できない、また、容器を真空容器にすることが必要であり、装置が高価になるなどの問題点があった。 As described above, in the conventional wavelength conversion device, since the atmosphere around the wavelength conversion crystal is maintained in a vacuum, impurities are easily generated from a vacuum container, an O-ring, a fixture, and the like that are exposed to the vacuum, and the impurities are non-linear. Since the optical crystal 2 (wavelength conversion crystal) adheres to the optical window, a wavelength-converted laser beam (that is, light whose wavelength has been converted by the nonlinear optical crystal) cannot be generated stably for a long period of time. This is necessary, and there is a problem that the apparatus becomes expensive.
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、非線形光学結晶によって波長変換された光を長期間安定に発生することのできる波長変換方法および波長変換装置、並びにそれを用いた波長変換レーザ装置およびレーザ加工機を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in order to solve the above problems, and a wavelength conversion method and a wavelength conversion device capable of stably generating light whose wavelength has been converted by a nonlinear optical crystal for a long period of time, and a method thereof. It is an object of the present invention to provide a wavelength conversion laser device and a laser processing machine using the same.
本発明に係る波長変換方法は、光を非線形光学結晶に通して波長変換する波長変換方法において、前記非線形光学結晶の波長変換された光が出射する出射端面に接する雰囲気を、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体にして波長変換するものである。 The wavelength conversion method according to the present invention is the wavelength conversion method of passing light through a nonlinear optical crystal, wherein the atmosphere in contact with an emission end face of the nonlinear optical crystal that emits the wavelength-converted light has a nitrogen element content. Is converted into a gas smaller than air and wavelength-converted.
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、長期間安定に発生することができるという効果が得られる。 According to this, it is possible to obtain an effect that light whose wavelength has been converted by the nonlinear optical crystal can be stably generated for a long period of time.
また、非線形光学結晶の波長変換される光が入射する入射端面および波長変換された光が出射する出射端面を窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体で覆って波長変換するものである。 In addition, the wavelength conversion is performed by covering the incident end face of the nonlinear optical crystal on which the wavelength-converted light is incident and the emission end face from which the wavelength-converted light is emitted with a gas having a nitrogen element content smaller than that of air.
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、より確実に長期間安定に発生することができるという効果が得られる。 According to this, it is possible to obtain the effect that the light whose wavelength has been converted by the nonlinear optical crystal can be generated more reliably and stably for a long period of time.
また、非線形光学結晶の波長変換される光が入射する入射端面に接する雰囲気と、波長変換された光が出射する出射端面に接する雰囲気とを、異なる成分の気体にして波長変換するものである。 Further, an atmosphere in contact with the incident end face of the nonlinear optical crystal where the wavelength-converted light is incident and an atmosphere in contact with the emission end face from which the wavelength-converted light exits are converted into gases of different components to perform wavelength conversion.
これによれば、波長変換される光によって起こる非線形光学結晶と雰囲気との相互作用、および波長変換された光によって起こる非線形光学結晶と雰囲気との相互作用を、それぞれ個別に効率良く防止することができるという効果が得られる。 According to this, the interaction between the nonlinear optical crystal and the atmosphere caused by the wavelength-converted light and the interaction between the nonlinear optical crystal and the atmosphere caused by the wavelength-converted light can be individually and efficiently prevented. The effect that can be obtained is obtained.
また、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体を流通させるものである。 In addition, a gas in which the content of the nitrogen element is smaller than that of air is passed.
これによれば、仮に不純物が発生しても、流通する気体と共に排出されるので、不純物が非線形光学結晶や光学窓に付着するのを防ぐことができるという効果が得られる。 According to this, even if impurities are generated, the impurities are exhausted together with the flowing gas, so that the effect of preventing the impurities from adhering to the nonlinear optical crystal or the optical window can be obtained.
また、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体を、非線形光学結晶の少なくとも出射端面の近傍に供給した後、排出するものである。 In addition, a gas having a nitrogen content lower than that of air is supplied to at least the vicinity of the emission end face of the nonlinear optical crystal and then discharged.
これによれば、仮に不純物が発生しても、非線形光学結晶の近傍には新鮮な気体が供給されるので、不純物が非線形光学結晶に付着するのをより確実に防ぐことができるという効果が得られる。 According to this, even if an impurity is generated, a fresh gas is supplied to the vicinity of the nonlinear optical crystal, so that the effect of reliably preventing the impurity from adhering to the nonlinear optical crystal can be obtained. Can be
また、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体は、窒素元素を含むガスの体積含有率が10%以下の気体であるものである。 Further, the gas having a nitrogen element content lower than that of air is a gas having a nitrogen element gas having a volume content of 10% or less.
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、簡単な構成で長期間安定に発生することができるという効果が得られる。 According to this, it is possible to obtain an effect that light whose wavelength has been converted by the nonlinear optical crystal can be stably generated for a long period with a simple configuration.
また、非線形光学結晶が、セシウムを含む結晶であるものである。これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された紫外領域の高出力な光を、長期間安定に発生することができるという効果が得られる。 Further, the nonlinear optical crystal is a crystal containing cesium. According to this, it is possible to obtain an effect that high-output light in the ultraviolet region converted by the nonlinear optical crystal can be generated stably for a long period of time.
また、気体が、希ガス、酸素ガス、または炭酸ガスのいずれかを主体とする気体であるものである。 Further, the gas is a gas mainly containing any of a rare gas, an oxygen gas, and a carbon dioxide gas.
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、より簡単な構成で長期間安定に発生することができるという効果が得られる。 According to this, it is possible to obtain an effect that light whose wavelength has been converted by the nonlinear optical crystal can be stably generated for a long period with a simpler configuration.
また、非線形光学結晶1の波長変換された光が出射する面に接する劣囲気となる、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体が、アルゴンガスを主体とする気体であるものである。 Further, the gas having a nitrogen element content lower than that of air, which is inferior to the surface of the nonlinear optical crystal 1 from which the wavelength-converted light is emitted, is a gas mainly composed of argon gas.
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、より確実に長期間安定に発生することができるという効果が得られる。 According to this, it is possible to obtain the effect that the light whose wavelength has been converted by the nonlinear optical crystal can be generated more reliably and stably for a long period of time.
本発明に係る波長変換装置は、光を非線形光学結晶に通して波長変換する波長変換装置において、前記非線形光学結晶の波長変換された光が出射する面に接する雰囲気を、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体とする手段を備えたものである。 The wavelength conversion device according to the present invention is a wavelength conversion device for converting light by passing light through a nonlinear optical crystal, wherein the atmosphere in contact with the surface of the nonlinear optical crystal where the wavelength-converted light is emitted has a nitrogen element content. It is provided with means for making gas smaller than air.
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、長期間安定に発生することができるという効果が得られる。 According to this, it is possible to obtain an effect that light whose wavelength has been converted by the nonlinear optical crystal can be stably generated for a long period of time.
また、平均パワー5W以上の波長変換された光を出射するものである。 It also emits wavelength-converted light having an average power of 5 W or more.
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された高出力の光を、長期間安定に発生することができるという効果が得られる。 According to this, it is possible to obtain an effect that high-output light whose wavelength has been converted by the nonlinear optical crystal can be stably generated for a long period of time.
また、非線形光学結晶を窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体で覆う手段を備えたものである。 Further, there is provided means for covering the nonlinear optical crystal with a gas having a nitrogen element content smaller than that of air.
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、より確実に長期間安定に発生することができるという効果が得られる。 According to this, it is possible to obtain the effect that the light whose wavelength has been converted by the nonlinear optical crystal can be generated more reliably and stably for a long period of time.
また、非線形光学結晶の波長変換される光が入射する面に接する雰囲気と、波長変換された光が出射する面に接する雰囲気とを、異なる成分の気体とする手段を備えたものである。 Further, there is provided means for setting the atmosphere in contact with the surface of the nonlinear optical crystal on which the wavelength-converted light is incident, and the atmosphere in contact with the surface on which the wavelength-converted light is emitted, with gases of different components.
これによれば、波長変換される光によって起こる非線形光学結晶と雰囲気との相互作用、および波長変換された光によって起こる非線形光学結晶と雰囲気との相互作用を、それぞれ個別に効率良く防止することができるという効果が得られる。 According to this, the interaction between the nonlinear optical crystal and the atmosphere caused by the wavelength-converted light and the interaction between the nonlinear optical crystal and the atmosphere caused by the wavelength-converted light can be individually and efficiently prevented. The effect that can be obtained is obtained.
また、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体を流通させる手段を備えたものである。 Further, a means for flowing a gas having a nitrogen element content lower than that of air is provided.
これによれば、仮に不純物が発生しても、流通する気体と共に排出されるので、不純物が非線形光学結晶や光学窓に付着するのを防ぐことができるという効果が得られる。 According to this, even if impurities are generated, the impurities are exhausted together with the flowing gas, so that the effect of preventing the impurities from adhering to the nonlinear optical crystal or the optical window can be obtained.
また、一部に入射光および出射光を通過させる窓または開口を設けた容器内に非線形光学結晶を配置し、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体を前記容器内で非線形光学結晶の少なくとも出射端面の近傍に供給する手段と、前記供給された気体を前記容器から排出する手段とを備えたものである。 Further, a nonlinear optical crystal is arranged in a container provided with a window or an opening for partially passing incident light and output light, and a gas having a nitrogen element content smaller than that of air is provided in the container at least in the nonlinear optical crystal. Means for supplying the gas to the vicinity of the emission end face; and means for discharging the supplied gas from the container.
これによれば、仮に不純物が発生しても、非線形光学結晶の近傍には新鮮な気体が供給されるので、不純物が非線形光学結晶に付着するのをより確実に防ぐことができるという効果が得られる。 According to this, even if an impurity is generated, a fresh gas is supplied to the vicinity of the nonlinear optical crystal, so that the effect of reliably preventing the impurity from adhering to the nonlinear optical crystal can be obtained. Can be
また、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体は、窒素元素を含むガスの体積含有率が10%以下の気体であるものである。 Further, the gas having a nitrogen element content lower than that of air is a gas having a nitrogen element gas having a volume content of 10% or less.
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、簡単な構成で長期間安定に発生することができるという効果が得られる。 According to this, it is possible to obtain an effect that light whose wavelength has been converted by the nonlinear optical crystal can be stably generated for a long period with a simple configuration.
また、非線形光学結晶が、セシウムを含む結晶であるものである。 Further, the nonlinear optical crystal is a crystal containing cesium.
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された紫外領域の高出力な光を、長期間安定に発隼することができるという効果が得られる。 According to this, it is possible to obtain an effect that high-output light in the ultraviolet region converted in wavelength by the nonlinear optical crystal can be stably emitted for a long period of time.
また、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体が、希ガス、酸素ガス、または炭酸ガスのいずれかを主体とする気体であるものである。 Further, the gas having a nitrogen element content lower than that of air is a gas mainly composed of a rare gas, an oxygen gas, or a carbon dioxide gas.
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、より簡単な構成で長期間安定に発生することができるという効果が得られる。 According to this, it is possible to obtain an effect that light whose wavelength has been converted by the nonlinear optical crystal can be stably generated for a long period with a simpler configuration.
また、非線形光学結晶の光が出射する面に接する雰囲気となる、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体が、アルゴンガスを主体とする気体であるものである。 Further, the gas having a nitrogen element content lower than that of air, which is an atmosphere in contact with the surface of the nonlinear optical crystal from which light is emitted, is a gas mainly composed of argon gas.
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、より確実に長期間安定に発生することができるという効果が得られる。本発明に係るレーザ加工機は、加工機を備え、加工光源として、波長変換の光源となるレーザ装置と、非線形光学結晶の波長変換された光が出射する面に接する雰囲気を、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体とする手段を備え、前記レーザ装置からのレーザ光を前記非線形光学結晶に通して波長変換する波長変換装置とを有する波長変換レーザ装置を備えたものである。 According to this, it is possible to obtain the effect that the light whose wavelength has been converted by the nonlinear optical crystal can be generated more reliably and stably for a long period of time. The laser processing machine according to the present invention includes a processing machine, and as a processing light source, a laser device serving as a light source for wavelength conversion, and an atmosphere in contact with a surface of the nonlinear optical crystal from which the wavelength-converted light is emitted, containing a nitrogen element. A wavelength conversion device having means for converting the laser light from the laser device through the non-linear optical crystal into a gas having a rate smaller than that of air.
これによれば、長期間安定に精度良く均一な加工ができるという効果が得られる。 According to this, it is possible to obtain an effect that uniform processing can be performed accurately and uniformly for a long time.
本発明者らは、CLBO結晶を用いた波長変換特性の劣化原因を調べるため、波長1064nmのネオジム・ヤグ(Nd:YAG)レーザの第2高調波、すなわち波長532nmのレーザ光を発生するレーザ装置を光源とし、CLBO結晶を用いてNd:YAGレーザの第4高調波である波長266nmの紫外レーザビームの発生を100時間連続して行った。この連続紫外レーザビーム発生時には、CLBO結晶は、空気中でヒーター上に配置し、140℃の一定温度で用いた。また、発生した波長266nmの紫外レーザビームの平均パワーは20Wであった。 In order to investigate the cause of deterioration in wavelength conversion characteristics using a CLBO crystal, the present inventors have developed a laser device that generates a second harmonic of a neodymium-yag (Nd: YAG) laser having a wavelength of 1064 nm, that is, a laser beam having a wavelength of 532 nm. Using a CLBO crystal as a light source, an ultraviolet laser beam having a wavelength of 266 nm, which is the fourth harmonic of an Nd: YAG laser, was continuously generated for 100 hours. During generation of this continuous ultraviolet laser beam, the CLBO crystal was placed on a heater in air and used at a constant temperature of 140 ° C. The average power of the generated ultraviolet laser beam having a wavelength of 266 nm was 20 W.
この100時間連続紫外レーザビーム発生試験後のCLBO結晶の紫外レーザビーム出射端面すなわち波長変換された光が出射する面には、新たに付着した物質が観測された。こめ物質の元素分析および構造分析を行った結果、付着物質は硝酸セシウム(CsNO3)を含む硝酸化合物であることが判明した。この硝酸セシウムはCLBO結晶の紫外レーザビーム出射端面のみに観測され、また、セシウムは波長変換に用いたCLBO結晶以外の部品には含まれない元素であることから、波長変換により発生した波長266nmの紫外レーザビームの作用により、CLB○結晶の成分であるセシウムと大気中の窒素が反応を起こして硝酸セシウムが生成したことが明らかである。また、CLBO結晶を用いた波長変換により硝酸セシウムが生成することは、本発明者らの行った平均パワー5W以上での長期連続紫外レーザビーム発生試験により、初めて明らかになった現象である。従来は、例えば文献(出来恭一他、電気学会光・量子デバイス研究会資料、OQD-97巻、53-69号、41-46頁、1997年)に示されているように、出力4W以下での長期動作試験しか行われていなかったため、この現象は明らかになっていなかった。 After the 100-hour continuous ultraviolet laser beam generation test, newly attached substances were observed on the ultraviolet laser beam emission end face of the CLBO crystal, that is, the face from which the wavelength-converted light was emitted. Elemental analysis and structural analysis of the paddy substance revealed that the adhered substance was a nitric acid compound containing cesium nitrate (CsNO 3 ). This cesium nitrate is observed only at the UV laser beam emission end face of the CLBO crystal, and cesium is an element not contained in components other than the CLBO crystal used for wavelength conversion. It is clear that cesium, which is a component of the CLB * crystal, and nitrogen in the atmosphere caused a reaction of the ultraviolet laser beam to produce cesium nitrate. The generation of cesium nitrate by wavelength conversion using a CLBO crystal is a phenomenon first clarified by a long-term continuous ultraviolet laser beam generation test performed by the present inventors at an average power of 5 W or more. Conventionally, as shown in the literature (Kyoichi Nari, et al., Institute of Electrical and Optical Quantum Devices of the Institute of Electrical Engineers, OQD-97, 53-69, pp. 41-46, 1997), an output of 4 W or less was used. This phenomenon had not been clarified because only a long-term operation test was performed.
以上の結果より、CLBO結晶を用いて波長変換を行う際には、非線形光学結晶の少なくとも波長変換された光が出射する出射端面に接する雰囲気が空気よりも窒素元素の含有率が小さい気体となるようにして行い、望ましくは窒素元素(N)がほとんど含まれない気体となるようにして行えば、雰囲気が空気であるものに比較して長期間安定に高出力な波長変換をすることができることが明らかとなった。 From the above results, when performing wavelength conversion using a CLBO crystal, the atmosphere in contact with the emission end face at which the wavelength-converted light of the nonlinear optical crystal emits is a gas having a lower nitrogen element content than air. If it is carried out in such a manner that the gas is desirably made to contain almost no nitrogen element (N), it is possible to stably perform high-power wavelength conversion for a long period of time as compared with the case where the atmosphere is air. Became clear.
実施例1. Example 1.
第1図および第2図は、この発明を実施するための実施例1による波長変換方法および波長変換装置を説明するための図であり、より具体的には、第1図は波長変換装置の縦断面図であり、第2図は波長変換装置の横断面図である。 1 and 2 are views for explaining a wavelength conversion method and a wavelength conversion device according to a first embodiment for carrying out the present invention. More specifically, FIG. FIG. 2 is a longitudinal sectional view, and FIG. 2 is a transverse sectional view of the wavelength converter.
第1図および第2図において、2は非線形光学結晶である。3a、3bはレーザビームを透過する光学窓である。4a、4bはOリングである。11は非線形光学結晶2を収納するための容器である。12a、12bは光学窓押さえである。13a、13bは容器11にあけられた穴である。14a、14bは栓である。15a、15bは配管である。16は成分に窒素元素(N)を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体である。17a、17bは非線形光学結晶2を容器11に固定するための固定治具である。7aは波長変換装置全体を示す。
1 and 2,
非線形光学結晶2は、波長変換により波長400nm以下の紫外レーザビームを発生するための位相整合角度に両端面を切断、研磨され、固定治具17a、17bにより容器11上に固定される。ここでは、非線形光学結晶2はCLBO結晶からなり、波長532nmのレーザビームを波長266nmの紫外レーザビームに変換するための位相整合角度に両端面が切断、研磨されている。
The non-linear
光学窓3a、3bは少なくとも波長200nm〜1500nmのレーザビームに対して透明な例えば石英(化学式:SiO2)、弗化カルシウム(化学式:CaF2)などからなり、両端面研磨されており、Oリング4a、4bを介して光学窓押さえ12a、12bにより容器11に密着されている。栓14a、14bは、ここではPTネジ(管用テーパネジ)により容器11に直接接合するものを用いている。容器11は、光学窓3a、3bとOリング4a、4bおよび栓14a、14bにより気密に保たれている。
The
レーザビームは入力側の光学窓3aから容器11内に入射し、非線形光学結晶2によって波長変換された後、出力側の光学窓3bから出射する。
The laser beam enters the
気体16は成分に窒素元素(N)を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体であり、例えば希ガス、酸素ガス(O2)、炭酸ガス(CO2)などを主体とした気体を用いることができ、配管15a、穴のあけられた栓14aを通して容器11内に流入され、穴の開けられた栓14b、配管15bを通して容器11から常時流出するように流されている。このため、容器内11は成分に窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体16によって満たされる。
The
本実施例1においては、波長変換装置7aは上記のように構成されており、非線形光学結晶2の波長変換される光が入射する入射端面および波長変換された光が出射する出射端面は、成分に窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体16にさらされているため、レーザビームの波長変換を行って、波長400nm以下の紫外レーザビームの照射を受けても硝酸セシウムなどの硝酸化合物は生成することがなく、硝酸化合物により波長変換レーザビームに歪みが生じたり、さらに出力が低下したりすることはないため、また、波長変換装置7a内は真空にされていないので、容器から不純物が発生することがなく、不純物が非線形光学結晶2や光学窓に付着することがないため、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効架を奏する。
In the first embodiment, the
また、気体16は容器11内に流入され、容器11から常時流出するように流されており、流通しているので、仮に不純物が発生しても、流通する気体16と共に排出される。したがって、不純物が非線形光学結晶2や光学窓3a、3bに付着するのを防ぐことができるという効果を奏する。
In addition, the
また、波長変換装置7aは厳密な気密容器にする必要がなく、また、希ガス、酸素、炭酸ガスなどを少量流すだけで、長期間安定に高出力な波長変換レーザビームを発生することができるので、波長変換装置を安価に提供することができるという効果も奏する。
Further, the
なお、非線形光学結晶2としては、セシウム・リチウム・ボレート(化学式:CsLiB6O10、略称:CLBO)結晶、セシウム・ボレート(化学式:CsB3O5、略称:CBO)結晶などのセシウムを含む結晶が適しているが、リチウム・ボレート(化学式:LiB3O5、略称:LBO)結晶、ベータ・バリウム・ボレート(化学式:β−BaB2O4、略称:BBO)、ガドリニウム・イットリウム・カルシウム・オキシボレート(化学式:GdxY1−xCa4(BO3)3、略称:GdYCOB)結晶などのセシウムを含まない結晶であってもセシウム以外の元素が窒素と反応して窒素化合物を形成する可能性があるので、使用可能である。
As the nonlinear
また、容器11として円柱形のものを例として示したが、どのような形でもよく、例えば立方体あるいは直方体などでもよい。
Further, although the cylindrical shape is shown as an example of the
また、栓14a、14bとして例えばPTネジ、Oリングなどにより容器11に直接接合されるものを示したが、この他配管の途中に設けるものなどを用いることができる。
Also, the
また、上記実施例1では、栓14a、14bを開けて窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体16を常時流す例について説明したが、容器11内を窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体16で満たした後、栓14a、14bを閉めて気体16を容器11内に密封するようにして、すなわち非線形光学結晶を封止したセルにして使用してもよく、上記実施例1と同様の効果がある。ただし、この場合には、気体16が流通することによる効果は得られない。
Further, in the first embodiment, an example was described in which the
実施例2.
第3図および第4図は、この発明を実施するための実施例2による波長変換方法および波長変換装置を説明するための図であり、より具体的には、第3図は波長変換装置の縦断面図であり、第4図は波長変換装置の横断面図である。 FIGS. 3 and 4 are views for explaining a wavelength conversion method and a wavelength conversion device according to a second embodiment for carrying out the present invention. More specifically, FIG. FIG. 4 is a longitudinal sectional view, and FIG. 4 is a transverse sectional view of the wavelength converter.
第3図および第4図において、2、3a、3b、4a、4b、11、12a、12b、13a、13b、14a、14b、15a、15b、16は上記実施例1に示したものと同一のものであり、同一の作用をする。17c、17dは非線形光学結晶2を加熱素子18上に固定するための固定治具である。18は電熱ヒーターを備えた加熱素子である。19は断熱材である。7bは波長変換装置全体を示す。また、図示はされていないが、加熱素子18内には温度をモニタするための温度センサが設けられており、加熱素子18および温度センサは図示されていない電線を通じて波長変換装置7b外部の温度コントローラに接続されている。
In FIGS. 3 and 4, 2, 3a, 3b, 4a, 4b, 11, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b, 16 are the same as those shown in the first embodiment. And have the same effect. 17 c and 17 d are fixing jigs for fixing the nonlinear
加熱素子18は、温度コントローラにより温度センサからの信号に応じて電熱ヒーターに流される電流を制御され、100℃を超える一定温度に制御されることにより、固定治具17c、17dおよび非線形光学結晶2の温度を100℃以上の一定温度に保つ。
The
レーザビームは入力側の光学窓3aから容器11内に入射し、非線形光学結晶2によって波長変換された後、出力側の光学窓3bから出射する。
The laser beam enters the
本実施例2においては、波長変換装置7bは上記のように構成されており、非線形光学結晶2は100℃以上の一定温度に保たれている。その結果、気体16に微量の水分が含まれている場合でも非線形光学結晶2が水分を吸収することがないため、長期間安定に波長変換レーザビームを発生することができるという効果を奏する。
In the second embodiment, the
また、実施例1の場合と同様に、非線形光学結晶2の波長変換される光が入射する入射端面および波長変換された光が出射する出射端面は、成分に窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体16にさらされており、レーザビームの波長変換を行って、波長400nm以下の紫外レーザビームの照射を受けても硝酸セシウムなどの硝酸化合物は生成することがなく、また、波長変換装置7a内は真空にされていないので、容器から不純物が発生することがないため、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果を奏する。また、波長変換装軍7bは真空容器にする必要がないので・波長変換装置を安価に提供することができるという効果も奏する。
As in the case of the first embodiment, the incident end face of the nonlinear
また、仮に不純物が発生しても、流通する気体16と共に排出されるので、不純物が非線形光学結晶2や光学窓3a、3bに付着するのを防ぐことができるという効果も奏する。
Further, even if impurities are generated, the impurities are exhausted together with the flowing
なお、容器11として円柱形のものを例として示したが、どのような形状でもよく、例えば立方体あるいは直方体などでもよい。
Although the cylindrical shape of the
また、栓14a、14bとして例えばPTネジ、Oリングなどにより容器11に直接接合されるものを示したが、この他配管の途中に設けるものなどを用いることができる。
Also, the
また、加熱素子18として電熱ヒーターを備えた例を示したが、これに限るものでなく、例えばペルチェ素子など加熱できる素子を備えていればよい。
Further, an example in which an electric heater is provided as the
さらに、上記実施例2では、栓14a、14bを開けて窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体16を常時流す例について説明したが、容器11内を窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体16で満たした後、栓14a、14bを閉めて気体16を容器11内に密封するようにして使用してもよく、上記実施例2と同様の効果がある。ただし、この場合には、気体16が流通することによる効果は得られない。
Further, in the second embodiment, the
実施例3. Embodiment 3 FIG.
第5図は、この発明を実施するための実施例3による波長変換方法および波長変換装置を説明するための図であり、より具体的には、波長変換装置の縦断面図である。 FIG. 5 is a diagram for explaining a wavelength conversion method and a wavelength conversion device according to a third embodiment for carrying out the present invention, and more specifically, is a longitudinal sectional view of the wavelength conversion device.
第5図において、2、16、17a、17bは上記実施例1に示したものと同一のものであり、同一の作用をする。35は容器本体、36a、36bは蓋、37は容器である。38a、38bは蓋36a、36bにあけられた光が通過する穴である。13cは容器本体35にあけられた穴である。14cは栓である。15cは配管である。7cは波長変換装置全体を示す。
In FIG. 5, 2, 16, 17a, and 17b are the same as those shown in the first embodiment and have the same functions. 35 is a container main body, 36a and 36b are lids, and 37 is a container.
容器本体35と蓋36aおよび36bとで容器37を構成し、蓋36aおよび蓋36bにはそれぞれ光が通過する穴38aおよび穴38bが開けられている。
The
配管15cから栓14cを通じて、容器本体35に設けられた穴13cから容器37内に窒素以外の気体が主成分である気体16、例えば希ガス、酸素ガス、炭酸ガスなどを主体とした気体を流入させる。気体16は、容器37内の空気を置換して容器37内を気体16で満たすとともに穴38a、38bより排出される。
A
このように、容器37は必ずしも気密である必要はなく、非線形光学結晶2の雰囲気が窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体になればよい。また、少なくとも非線形光学結晶2の波長変換された光5が出射する面に接する気体が窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体になればよく、上記実施例1と同様の効果が得られる。なお、上記実施例2の場合と同様に、加熱素子18および断熱材19を備え、非線形光学結晶2を100℃以上の一定温度に保つようにしてもよい。
As described above, the
なお、これまでの実施例1〜3では、非線形光学結晶2の雰囲気が窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体になるようにしたが、少なくとも空気よりも窒素元素の含有率が小さい気体であれば、雰囲気が空気である場合に比較して長期間安定に高出力な波長変換をすることができる。ただし、窒素の体積含有率が10%以下であることが好ましく、さらには1%以下であることがより好ましい。従って、非線形光学結晶2を配置した容器内に流しまたは封入する希ガス、酸素ガス、炭酸ガス等を主体とした気体は、純度の高い気体でなくてもよく、グレードの低い安価な気体を使用できる。希ガス、酸素ガス、炭酸ガス等を主体とした気体は、それらのガスの体積含有率が例えば50%以上であることが好ましく、90%以上、さらには99%以上であることがより好ましい。
In the first to third embodiments, the atmosphere of the nonlinear
実施例4. Embodiment 4. FIG.
第6図は、この発明を実施するための実施例4による波長変換方法および波長変換装置を説明するための図であり、より具体的には、波長変換装置の縦断面図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining a wavelength conversion method and a wavelength conversion device according to a fourth embodiment for carrying out the present invention, and more specifically, is a longitudinal sectional view of the wavelength conversion device.
第6図において、2、3a、3b、4a、4b、11、12a、12b、17c、17d、18、19は上記実施例1または2に示したものと同一のものであり、同一の作用をする。13a、13b、13c、13dは容器11にあけられた穴である。14a、14b、14c、14dは栓である。15a、15b、15c、15dは配管である。16bは成分に窒素元素(N)を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体である。16aは気体16bとは異なる成分からなる気体である。7dは波長変換装置全体を示す。なお、第6図では明記していないが、容器11内において、非線形光学結晶2の波長変換される光が入射する入射端面に接する空間と、波長変換された光が出射する出射端面に接する空間とは、例えば隔壁などによって分離されている。
In FIG. 6, 2, 3a, 3b, 4a, 4b, 11, 12a, 12b, 17c, 17d, 18, and 19 are the same as those shown in the first or second embodiment, and have the same functions. I do. 13a, 13b, 13c and 13d are holes made in the
非線形光学結晶2は、波長変換により波長400nm以下の紫外レーザビームを発生するための位相整合角度に両端面を切断、研磨され、固定治具17c、17dにより容器11上に固定される。ここでは、非線形光学結晶2はCLBO結晶からなり、波長532nmのレーザビームを波長266nmの紫外レーザビームに変換するための位相整合角度に両端面が切断、研磨されている。
The non-linear
レーザビームは、入力側の光学窓3aから容器11内に入射し、非線形光学結晶2によって波長変換された後、出力側の光学窓3bから出射する。
The laser beam enters the
気体16aは、配管15bから栓14bおよび穴13bを通って容器11内における非線形光学結晶2の入射端面に接する空間に入り、非線形光学結晶2の入射端面に接する雰囲気を気体16aの雰囲気とし、穴13a、栓14a、配管15aを通って容器11外に排出される。また、気体16bは、配管15cから栓14c、穴13cを通って容器11内における非線形光学結晶2の出射端面に接する空間に入り、非線形光学結晶2の出射端面に接する雰囲気を気体16bの雰囲気とし、穴13d、栓14d、配管15dを通って容器11外に排出される。
The
本実施例4においては、波長変換装置7dは上記のように構成されており、非線形光学結晶2の出射端面は、成分に窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体16bにさらされていることから、レーザビームの波長変換を行って、非線形光学結晶2の出射端面に波長400nm以下の紫外レーザビームの照射を受けても、硝酸セシウムなどの硝酸化合物は生成することがなく、硝酸化合物により波長変換レーザビームに歪みが生じたり、出力が低下したりすることはないため、高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを長期間安定に発生することができるという効果を奏する。
In the fourth embodiment, the wavelength conversion device 7d is configured as described above, and the emission end face of the nonlinear
また、非線形光学結晶2の入射端面に接する雰囲気と出射端面に接する雰囲気とを異なる成分の気体16aと気体16bとしたので、波長変換される光すなわち波長変換の基本波となる入射レーザビームによって起こる非線形光学結晶2と雰囲気との相互作用、および、波長変換された光すなわち波長変換レーザビームによって起こる非線形光学結晶2と雰囲気との相互作用をそれぞれ個別に効率良く防止することができるという効果を奏する。さらに、波長変換装置7dは真空容器にする必要がないので、容器から不純物が発生することがなく、しかも波長変換装置をより安価に提供することができるという効果も奏する。
Further, since the atmosphere in contact with the incident end face and the atmosphere in contact with the output end face of the nonlinear
また、気体16aは、容器11内の非線形光学結晶2の波長変換される光が入射する入射端面に接する空間に流入された後、この空間から流出するように流されており、流通しているので、仮に不純物が発生しても、流通する気体16aと共に排出される。また、気体16bは容器11内の非線形光学結晶2の波長変換される光が出射する出射端面に接する空間に流入された後、この空間から流出するように流されており、流通しているので、仮に不純物が発生しても、流通する気体16bと共に排出される。したがって、不純物が非線形光学結晶2や光学窓3a、3bに付着するのを防ぐことができるという効果を奏する。
Further, the
また、実施例2の場合と同様に、加熱素子18および断熱材19を備えており、非線形光学結晶2を100℃以上の一定温度に保つことにより、気体16a、16bに微量の水分が含まれている場合でも水分を吸収することがないため、長期間安定に波長変換レーザビームを発生することができるという効果を奏する。しかしながら、加熱素子18および断熱材19は必ずしも備えなくてもよい。
As in the case of the second embodiment, a
なお、本実施例4で用いられる窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体としては、少なくとも空気よりも窒素元素の含有率が小さい気体であれば、雰囲気が空気であるものに比較して長期間安定に高出力な波長変換をすることができるものが得られる。ただし、窒素の体積含有率が10%以下であることが好ましく、さらには1%以下であることがより好ましい。 In addition, as a gas containing no nitrogen element or containing a small amount of nitrogen element used in Example 4, at least a gas having a lower nitrogen element content than air has a higher atmosphere than a gas in which the atmosphere is air. One that can perform high-power wavelength conversion stably for a long period of time is obtained. However, the volume content of nitrogen is preferably 10% or less, and more preferably 1% or less.
本発明者らは、CLBO結晶を用いた波長変換特性の劣化原因を調べるため、さらなる試験を行った。例えば、実施例2で示した波長変換装置7bを用い、非線形光学結晶2としてCLBO結晶を用い、波長532nmのレーザビームをCLBO結晶に入射させ、波長266nmの紫外レーザビームに変換する際、気体16として酸素ガス(体積含有率:99.7%)を用い、CLBO結晶を酸素(O2)雰囲気中に配置して100時間連続紫外レーザビーム発生試験を行った場合には、CLBO結晶の波長532nmのレーザビーム入射端面には試験開始前と変化がなかったが、CLBO結晶の波長266nm紫外レーザビーム出射端面のレーザビーム通過部分に変色が見られた場合があったが、この出射端面のレーザビーム通過部分以外には変化がなく、出力は20Wを保持することができた。また、気体16としてアルゴンガス(体積含有率:99.9%)を用い、CLBO結晶をアルゴンガス(Ar)雰囲気中に配置して紫外レーザビーム発生試験を行った揚合には、CLBO結晶の波長532nmのレーザビーム入射端面のレーザビーム通過部分に変色が見られたが、CLBO結晶の波長266nm紫外レーザビーム出射端面は試験開始前と変化がない場合があった。
The present inventors conducted further tests in order to investigate the cause of deterioration in wavelength conversion characteristics using a CLBO crystal. For example, by using the
したがって、非線形光学結晶2としてCLBO結晶を用いる場合、CLBO結晶の波長266nm紫外レーザビーム出射端面に接する雰囲気を、空気よりも窒素元素の含有率が小さい気体でかつ酸素以外の気体、例えばアルゴンガス(Ar)を主体とする気体の雰囲気とし、波長532nmのレーザビーム入射端面に接する雰囲気を、アルゴンガス以外の気体、例えば、酸素ガス(O2)を主体とする気体や空気などの雰囲気とすることにより、非線形光学結晶2と雰囲気との相互作用をより確実に防止できるので、高品質かつ高出力な波長変換レーザビームをより長期間より安定に発生することができる。なお、非線形光学結晶2としては、セシウム・リチウム・ボレート(化学式:CsLiB6O10、略称:CLBO)結晶、セシウム・ボレート(化学式:CsB3O5、略称:CBO)結晶などのセシウムを含む結晶が適しているが、リチウム・ボレート(化学式:LiB3O5、略称:LBO)結晶、ベータ・バリウム・ボレート(化学式:β−BaB2O4、略称:BBO)、ガドリニウム・イットリウム・カルシウム・オキシボレート(化学式:GdxY1−x、Ca4(BO3)3、略称:GdYCOB)結晶などのセシウムを含まない結晶であってもセシウム以外の元素が窒素と反応して窒素化合物を形成する可能性があるので、使用可能である。
Therefore, when a CLBO crystal is used as the nonlinear
また、上記実施例4では、栓14a、14b、14c、14dを開けて気体16a、16bを常時流す例について説明したが、容器11内における非線形光学結晶2の入射端面に接する空間および出射端面に接する空間をそれぞれ気体16aおよび気体16bで満たした後、栓14a、14b、14c、14dを閉めて気体16aおよび気体16bを容器11内のそれぞれの空間に密封するようにして、すなわち非線形光学結晶2を封止したセルにして使用してもよく、上記実施例4と同様の効果がある。ただし、この場合には、気体16a、16bが流通することによる効果は得られない。
Further, in the fourth embodiment, the example in which the
実施例5.
第7図は、この発明を実施するための実施例5による波長変換方法および波長変換装置を説明するための図であり、より具体的には、波長変換装置の縦断面図である。 FIG. 7 is a diagram for explaining a wavelength conversion method and a wavelength conversion device according to a fifth embodiment for carrying out the present invention, and more specifically, is a longitudinal sectional view of the wavelength conversion device.
第7図において、2、3a、3b、4a、4b、12a、12b、13a、13b、14a、14b、15a、15b、16、17c、17d、18、19は上記実施例1、2に示したものと同一のものであり、同一の作用をする。4cはOリングである。11aは容器である。11bは容器11aの蓋である。45は断熱材19を固定するための固定治具である。46は非線形光学結晶2の入射光に対する角度を調整する手段に相当する角度調整器である。47は非線形光学結晶2における入射光の通過位置を調整する手段に相当する位置調整器である。7eは波長変換装置全体を示す。
In FIG. 7, 2, 3a, 3b, 4a, 4b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b, 16, 17c, 17d, 18, 19 are shown in Examples 1 and 2 above. It is the same as the one and has the same function. 4c is an O-ring. 11a is a container. 11b is a lid of the container 11a. 45 is a fixing jig for fixing the
容器11aに、光学窓3a、3b、Oリング4a、4b、および栓14a、14bをつけ、蓋11bを開けた状態で、光学窓3a、3bを通して非線形光学結晶2にレーザビームを通しながら、角度調整器46により非線形光学結晶2のレーザビームに対する角度を調整し、位置調整器47により非線形光学結晶2のレーザビーム通過位置を調整することにより、非線形光学結晶2により発生する波長変換レーザビームの出力が所望の出力となるように調整した後、蓋11bを閉めることにより、容器11aを気密に保つ。その後、成分に窒素元素(N)を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体16を流すことにより、容器11a内は成分に窒素元素(N)を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体16により満たされる。
The
本実施例5においては、波長変換装置7eは上記のように構成されており、角度調整器46および位置調整器47を備えたので、例えば、実施例4で述べたように、気体16として酸素ガスやアルゴンガスを主体とする気体を用いて長時間、高出力で動作させた場合に、非線形光学結晶2であるCLBO結晶のレーザビーム出射端面や入射端面のレーザビーム通過部分に変色が生じることがあるが、このような場合に、位置調整器47により非線形光学結晶2のレーザビーム通過部を変色の無いところにずらし、角度調整器46により非線形光学結晶2の角度を調整することにより、波長変換レーザビームの出力を非線形光学結晶2のレーザビーム通過部が劣化する前の出力に戻すことができ、実質的に非線形光学結晶2の寿命を延ばすことができるという効果を奏する。
In the fifth embodiment, the wavelength converter 7e is configured as described above, and includes the
また、実施例1の場合と同様に、非線形光学結晶2は成分に窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体16にさらされているため、レーザビームの波長変換を行って、波長400nm以下の紫外レーザビームの照射を受けても硝酸セシウムなどの硝酸化合物は生成することがなく、また、波長変換装置7e内は真空にされていないので、容器から不純物が発生することがなく、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果を奏する。さらに、実施例2の場合と同様に、加熱素子18および断熱材19を備えており、非線形光学結晶2を100℃以上の一定温度に保つことにより、気体16に微量の水分が含まれている場合でも非線形光学結晶2が水分を吸収することがないため、長期間安定に波長変換レーザビームを発生することができるという効果を奏する。
Further, as in the case of the first embodiment, since the nonlinear
なお、上記実施例5では、実施例2で説明したのと同様の波長変換装置に角度調整器46および位置調整器47を備えた場合について示したが、これに限るものではなく、実施例1、3または4で説明したのと同様の波長変換装置に角度調整器46および位置調整器47を備えてもよく、この場合にも同様の効果が得られる。
In the fifth embodiment, the case where the wavelength converter similar to that described in the second embodiment is provided with the
実施例6. Embodiment 6 FIG.
第8図は、この発明を実施するための実施例6による波長変換方法および波長変換装置を説明するための図であり、より具体的には、波長変換装置の縦断面図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining a wavelength conversion method and a wavelength conversion device according to a sixth embodiment for carrying out the present invention, and more specifically, is a longitudinal sectional view of the wavelength conversion device.
第8図において、2、3a、3b、4a、4b、11、12a、12b、13a、13b、14a、14b、15a、15b、16a、16b、17c、17d、18、19は上記実施例4に示したものと同一のものであり、同一の作用をする。13e、13fは容器11にあけられた穴である。14e、14fは栓である。15e、15fは配管である。15gは配管であり、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体を非線形光学結晶2の出射端面の近傍に供給する手段に相当する。配管15gは、気体16bを容器11内に入れる穴13eに連結され、非線形光学結晶2の出射端面付近に延在して配置されている。また、穴13fは、非線形光学結晶2を挟んで、配管15gと対向する位置に設けられている。7fは波長変換装置全体を示す。なお、第8図では明記していないが、容器11内において、非線形光学結晶2の入射端面に接する空間と、出射端面に接する空間とは、例えば隔壁などによって分離されているのは、実施例4の場合と同様である。
In FIG. 8, 2, 3a, 3b, 4a, 4b, 11, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b, 16a, 16b, 17c, 17d, 18, and 19 correspond to the fourth embodiment. They are the same as those shown and perform the same functions. 13e and 13f are holes formed in the
非線形光学結晶2は、波長変換により波長400nm以下の紫外レーザビームを発生するための位相整合角度に両端面を切断、研磨され、固定治具17c、17dにより容器11上に固定される。ここでは、非線形光学結晶2はCLBO結晶からなり、波長532nmのレーザビームを波長266nmの紫外レーザビームに変換するための位相整合角度に両端面が切断、研磨されている。レーザビームは、入力側の光学窓3aから容器11内に入射し、非線形光学結晶2によって波長変換された後、出力側の光学窓3bから出射する。気体16aは、配管15bから栓14bおよび穴13bを通って容器11内における非線形光学結晶2の入射端面に接する空間に入り、非線形光学結晶2の入射端面に接する雰囲気を気体16aの雰囲気とし、穴13a、栓14a、配管15aを通って容器11外に排出される。気体16bは、所定の流量(例えば流量0.1リットル/分)で、配管15eから栓14e、穴13e、配管15gを通って容器11内における非線形光学結晶2の出射端面付近に流入され、非線形光学結晶2の出射端面に接する雰囲気を気体16bの雰囲気とし、穴13f、栓14f、配管15fを通って容器11外に排出される。気体16bの流量は、例えば、図には記載していないガスボンベから、図には記載していない流量調整バルブ、さらに、図には記載していない流量計を通して、配管15eにつなぎ、流量調整バルブを調整することにより調整され、流量計により測定される。
The non-linear
本実施例6においては、波長変換装置7fは上記のように構成されており、実施の形態4で説明したのと同様の効果が得られるのに加えて、以下のような効果も得られる。すなわち、気体16bを非線形光学結晶2の出射端面近傍に流入させるようにしたので、仮に容器11内の構成材などから不純物が発生しても、非線形光学結晶2の出射端面には流入したばかりの新鮮な気体16bが供給されるため、不純物が非線形光学結吊2の出射端面に付着することを防ぎ、さらには光学窓3bの非線形光学結晶2に近い部分に付着することも防ぎ、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果が高まる。また、非線形光学結晶2を挟んで、気体16bの容器11内への流入口である配管15gに対向する位置に、穴13fを設けたので、仮に容器11内の構成材などから不純物が発生しても、容器11内部から不純物を効率良く取り除くことができるため、不純物が非線形光学結晶2の出射端面や光学窓3bに付着することを防ぎ、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果がより高まる。
In the sixth embodiment, the
また、上記実施例6では、気体16bを流量0.1リットル/分で流す例について説明したが、流量を1リットル/分、さらには10リットル/分に増加させることにより、仮に容器11内の構成材などから不純物が発生しても、不純物が非線形光学結晶2の出射端面や光学窓3bの非線形光学結晶2に近い部分に付着することをより確実に防止でき、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果がさらに高まる。
In the sixth embodiment, an example in which the
また、上記実施例6では、非線形光学結晶2の出射端面側のみ気体16bを非線形光学結晶2の端面付近に流入させ、流入口15gと対向する穴13fから効率良く排出するように構成したが、非線形光学結晶2の入射端面側にも同様の構成を設けることにより、仮に容器11内の構成材などから不純物が発生しても、不純物が非線形光学結晶2の入射端面や光学窓3aの非線形光学結晶2に近い部分に付着することを防ぎ、より長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果がさらに高まる。
Further, in the sixth embodiment, the
なお、上記実施例6では、気体16を容器11内で非線形光学結晶2の少なくとも出射端面の近傍に供給する手段として配管15gを用いた場合について示したが、これに限るものではなく、例えば、容器11の内壁を非線形光学結晶2の端面の近傍にまで届くよう構成し、配管15gを用いずに穴13b、13eから直接非線形光学結晶2の端面近傍に気体16を供給してもよく、上記実施例6と同様の効果が得られる。
In the sixth embodiment, the case where the pipe 15g is used as a means for supplying the
実施例7.
上記実施例6では、実施例4で説明したような、非線形光学結晶2の入射端面に接する雰囲気と、出射端面に接する雰囲気とを、異なる成分の気体16aと16bにして波長変換する波長変換方法および波長変換装置において、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体を、非線形光学結晶2の入射端面または出射端面の近傍に供給した後、排出する場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば実施の形態1〜3や実施の形態5で説明したような、非線形光学結晶2の入射端面に接する雰囲気と、出射端面に接する雰囲気とを、同じ成分の気体16にして波長変換する波長変換方法および波長変換装置において、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体16を、非線形光学結晶の入射端面または出射端面の近傍に供給した後、排出するようにしてもよい。
In the sixth embodiment, as described in the fourth embodiment, the wavelength conversion method of converting the atmosphere in contact with the incident end face of the nonlinear
第9図は、この発明を実施するための実施例7による波長変換方法および波長変換装置を説明するための図であり、より具体的には、波長変換装置の縦断面図である。 FIG. 9 is a diagram for explaining a wavelength conversion method and a wavelength conversion device according to a seventh embodiment for carrying out the present invention, and more specifically, is a longitudinal sectional view of the wavelength conversion device.
第9図において、2、3a、3b、4a、4b、12a、12b、13a、13b、14a、14b、15a、15b、16、17c、17d、18、19は上記実施例1、2に示したものと同一のものであり、同一の作用をする。また、15gは、上記実施例6で説明したのと同様に配管であり、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体16を非線形光学結晶の出射端面の近傍に供給する手段に相当する。7gは波長変換装置全休を示す。
In FIG. 9, 2, 3a, 3b, 4a, 4b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b, 16, 17c, 17d, 18, and 19 are shown in Examples 1 and 2 above. It is the same as the one and has the same function. Further, 15 g is a pipe similar to that described in the sixth embodiment, and corresponds to a means for supplying a
レーザビームは、入力側の光学窓3aから容器11内に入射し、非線形光学結晶2によって波長変換された後、出力側の光学窓3bから出射する。
The laser beam enters the
気体16は、所定の流量(例えば流量0.1リットル/分)で、配管15bから栓14bおよび穴13bさらに穴13bに連結された配管15gを通って容器11内における非線形光学結晶2の出射端面付近に流入され、非線形光学結晶2の出射端面に接する雰囲気を気体16の雰囲気とし、穴13a、栓14a、配管15aを通って容器11外に排出される。気体16の流量は、例えば、図には記載していないガスボンベから、図には記載していない流量調整バルブ、さらに、図には記載していない流量計を通して、配管15bにつなぎ、流量調整バルブを調整することにより調整され、流量計により測定される。
At a predetermined flow rate (for example, a flow rate of 0.1 liter / minute), the
本実施例7においては、波長変換装置7gは上記のように構成されており、実施の形態2で説明したのと同様の効果が得られるのに加えて、以下のような効果も得られる。
In the seventh embodiment, the
すなわち、気体16を非線形光学結晶2の出射端面近傍に流入させるようにしたので、仮に容器11内の構成材などから不純物が発生しても、非線形光学結晶2の出射端面には流入したばかりの新鮮な気体16が供給されるため、不純物が非線形光学結晶2の出射端面に付着することを防ぎ、さらには光学窓3bの非線形光学結晶2に近い部分に付着することも防ぎ、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果が高まる。
That is, since the
また、上記実施例7では、気体16bを流量0.1リットル/分で流す例について説明したが、流量を1リットル/分、さらには10リットル/分に増加させることにより、仮に容器11内の構成材などから不純物が発生しても、不純物が非線形光学結晶2の出射端面や光学窓3bの非線形光学結晶2に近い部分に付着することをより確実に防止でき、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果がさらに高まる。
Further, in the above-described
また、上記実施例7では、非線形光学結晶2の出射端面の近傍に気体16を供給するように構成したが、非線形光学結晶2の出射端面および入射端面の両方に気体16を供給するように構成してもよい。
In the seventh embodiment, the
なお、上記実施例7では、実施例2で説明したのと同様の波長変換装置に、気体16を容器11内で非線形光学結晶2の少なくとも出射端面10の近傍に供給する手段(配管15g)を備えた場合について示したが、これに限るものではなく、実施例1、3または4で説明したのと同様の波長変換装置に、気体16を容器11内で非線形光学結晶2の少なくとも出射端面の近傍に供給する手段(配管15g)を備えてもよく、この場合にも同様の効果が得られる。
In the seventh embodiment, a means (pipe 15g) for supplying the
なお、上記実施例7では、気体16を容器11内で非線形光学結晶2の入射端面または出射端面の近傍に供給する手段として配管15gを用いた場合について示したが、これに限るものではなく、例えば、容器11の内壁を非線形光学結晶2の端面の近傍にまで届くよう構成し、配管15gを用いずに穴13b、13eから直接非線形光学結晶2の端面近傍に気体16を供給してもよく、上記実施例7と同様の効果が得られる。
In the seventh embodiment, the case where the pipe 15g is used as a means for supplying the
実施例8. Embodiment 8 FIG.
第10図は、この発明を実施するための実施例8による波長変換レーザ装置を説明するための図であり、より具体的には、波長変換レーザ装置の縦断面図である。 FIG. 10 is a view for explaining a wavelength conversion laser device according to an eighth embodiment for carrying out the present invention, and more specifically, is a longitudinal sectional view of the wavelength conversion laser device.
第10図において、2は非線形光学結晶である。7aは上記実施例1に示した波長変換装置である。20はネオジム・ヤグ(Nd:YAG)レーザの第2高調波である波長532nmのレーザビームを発生するレーザ装置である。21はレーザ装置20から出射される波長532nmのレーザビームである。21aは波長532nmのレーザビーム21の一部が非線形光学結晶2により波長266nmに波長変換されたレーザビームである。22は波長266nmのレーザビームを透過し、波長532nmのレーザビームを反射するコーティングの施された波長選択鏡である。21bは波長266nmの紫外レーザビームである。23は基台である。24は基台23上に波長変換装置7aを固定するための固定台である。25は波長選択鏡22を基台23上に固定するための固定治具である。26は波長変換レーザ装置全体を示す。
In FIG. 10,
非線形光学結晶2は、例えばセシウム・リチウム・ボレート(化学式:CsLiB6O10、略称:CLBO)結晶・セシウム・ボレート(化学式:CsB3O5、略称:CBO)結晶、リチウム・ボレート(化学式:LiB3O5、略称:LBO)結晶、ベータ・バリウム・ボレート(化学式:β−BaB2O4、略称:BBO)、ガドリニウム・イットリウム・カルシウム・オキシボレート(化学式:GdxY1−xCa4(BO3)3、略称:GdYCOB)結晶などからなり、波長変換により波長400nm以下の紫外レーザビームを発生するための位相整合角度に両端面を切断、研磨されており、固定治具17a、17bにより容器11上に固定されている。ここでは、非線形光学結晶2はCLBO結晶からなり、波長532nmのレーザビームを波長266nmの紫外レーザビームに変換するためのタイプ1位相整合角度に両端面が切断、研磨されている。
The nonlinear
レーザ装置20から出射された波長532nmのレーザビーム21は、波長変換装置7aに入射し、非線形光学結晶2によりその一部が波長266nmに波長変換され、レーザビーム21aとなる。レーザビーム21aは波長選択鏡22に波長266nm成分のみ透過され、波長532nm成分が反射されることにより、波長266nmの紫外レーザビーム21bとなる。
The
本実施例8においては、波長変換レーザ装置は上記のように構成されており、非線形光学結晶2は、成分に窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体にさらされている。その結果、波長変換により波長400nm以下の紫外レーザビームの照射を受けても硝酸セシウムなどの硝酸化合物は生成することがないため、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果を奏する。また、波長変換装置7aは真空容器にする必要がないので、容器から不純物が発生することがなく、しかも波長変換レーザ装置を安価に提供することができるという効果も奏する。
In the eighth embodiment, the wavelength conversion laser device is configured as described above, and the nonlinear
なお、上記実施例8では、実施例1に示した波長変換装置7aを用いる例について示したが、実施例2〜実施例7に示したいずれの波長変換装置7b〜7gを用いてもよく、上記実施例8と同様の効果を奏する。
In the eighth embodiment, the example using the
また、上記実施例8では、ネオジム・ヤグ(Nd:YAG、化学式Nd:Y3Al5O12)レーザの第2高調波である波長532nmのレーザビームを発生するレーザ装置20を光源として用いる例について説明したが、光源の波長はこれに限るものでなく、例えばイッテルビウム・ヤグ(Yb:YAG、化学式Yb:Y3Al5O12)、ネオジム・イルフ(Nd:YLF、化学式Nd:LiYF4)、ネオジム・ワイヴイオーフォー(Nd:YVO4)、チタン・サファイア(Ti:Al2O3)の基本波、第2高調波などでもよく、上記実施例8と同様の効果を奏する。
In the eighth embodiment, an example in which a
実施例9. Embodiment 9 FIG.
第11図は、この発明を実施するための実施例9によるレーザ加工機を説明するための図であり、より具体的にはレーザ加工機の縦断面図である。 FIG. 11 is a view for explaining a laser beam machine according to a ninth embodiment for carrying out the present invention, and is more specifically a longitudinal sectional view of the laser beam machine.
第11図において、26は実施例8に示した波長変換レーザ装置である。27はガルバノミラーである。28は波長変換レーザ装置26から出射された波長266nmの紫外レーザビーム21bに対する角度を可変にガルバノミラー27を固定するガルバノミラー固定治具である。29はfθレンズである。30はfθレンズ固定治具である。31はミラーレンズ固定治具である。32はプリント基板、グリーンシートなどの加工物であり、ここでは、ガラスエポキシプリント基板である。33は加工機基台である。34はガルバノミラー27、ガルバノミラー固定治具28、fθレンズ29、fθレンズ固定治具30、ミラーレンズ固定治具31、加工機基台33からなる加工機である。
In FIG. 11,
ガルバノミラー27はガルバノミラー固定治具28によりミラーレンズ固定治具31に固定され、加工機基台33上に固定される。fθレンズ29はfθレンズ固定治具30によりミラーレンズ固定治具31に固定され、加工機基台33上に固定される。
The
波長変換レーザ装置26から発せられた波長変換レーザビーム21bはガルバノミラー27に入射し、ガルバノミラー27によりその進行方向を可変的に変更される。進行方向を変更された波長変換レーザビーム21bはfθレンズ29に入射され、加工物32上に集光される。集光された波長変換レーザビーム21bは加工物32に穴をあける。
The wavelength conversion laser beam 21b emitted from the wavelength
本実施例9においては、レーザ加工機は上記のように構成されており、波長変換レーザ装置26は長期間安定に波長変換レーザビーム21bを発生することができるため、長期間安定に精度良く均一な加工ができるという効果を奏し、品質の良いプリント基板の製造方法を提供する。また、波長変換装置7aは真空容器にする必要がないので、レーザ加工機を安価に提供することができるという効果も奏する。
In the ninth embodiment, the laser processing machine is configured as described above, and the wavelength
なお、第11図では、ガルバノミラー27を設けて波長変換レーザビーム21bの進行方向を可変的に変更するものを示したが、基台33上にXYステージなどの加工物32を移動させる可動台を備えてもよく、また、ガルバノミラー27と可動台の両方を備えてもよい。
In FIG. 11, the
また、fθレンズ29を設けるものを示したが、平凸レンズ、両凸レンズなどを設けてもよい。
Further, although the case where the
なお、上記実施例9においては、ガラスエポキシプリント基板からなる加工物32に穴をあける加工の例について示したが、加工物32はその他の材質のプリント基板、グリーンシート、電子部品、金属、ガラスなど加工対象となるものであればどのようなものであってもよく、また、加工についても切断、溶接、型彫り、マーキング、形成など、どのような加工であってもよく、上記実施例9と同様の効果を奏する。
In the ninth embodiment, the example of the processing of making a hole in the
例えば、加工物32を光ファイバとして、光ファイバに周期的屈折率変化を生じさせるファイバグレーティング作成加工を行う場合、波長変換レーザ装置26は長期間安定に歪みの無い高品質な波長変換レーザビーム21bを発生することができるため、長期間安定に精度良く均一な加工ができるという効果を奏し、品質の良いファイバグレーティングの製造方法を提供することができる。
For example, when the
本発明による波長変換方法および波長変換装置は、例えば波長変換レーザ装置に用いることができ、さらに、この波長変換レーザ装置を用いてレーザ加工機を構成することができる。このようなレーザ加工機は、長期間安定に精度良く均一な加工ができるので、例えば、プリント基板の製造やファイバグレーティングの製造など種々の加工において有利に使用することができる。 The wavelength conversion method and the wavelength conversion device according to the present invention can be used for, for example, a wavelength conversion laser device, and a laser beam machine can be configured using the wavelength conversion laser device. Since such a laser processing machine can stably and accurately perform uniform processing for a long period of time, it can be advantageously used in various processing such as production of a printed circuit board and production of a fiber grating.
2 非線形光学結晶、 3a、3b 光学窓、 4a、4b Oリング、 7a 波長変換装置、 11 容器、 12a、12b 光学窓押さえ、 13a、13b 穴、 14a、14b 栓、 15a、15b 配管、 16 気体、 17a、17b 固定治具。 2 Nonlinear optical crystal, 3a, 3b optical window, 4a, 4b O-ring, 7a wavelength converter, 11 container, 12a, 12b optical window holder, 13a, 13b hole, 14a, 14b plug, 15a, 15b pipe, 16 gas, 17a, 17b Fixing jig.
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