JP2005069984A

JP2005069984A - レーザ光学素子検査装置及びレーザ光学素子検査方法

Info

Publication number: JP2005069984A
Application number: JP2003303304A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Yokoo; 雅一横尾; Tomoyuki Ishii; 智之石井; Kozo Mano; 晃造眞野; Yuji Ko; 雄司興; Mitsuo Maeda; 三男前田
Original assignee: Noritsu Koki Co Ltd
Current assignee: Noritsu Koki Co Ltd
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】可及的に信頼性の高い検査結果を得ることができながら、波長変換素子の整合波長を迅速に検査できるレーザ光学素子検査装置等を提供する。
【解決手段】特定波長の第２のレーザ光が出力され、入射される第１のレーザ光の波長を特定波長に変換して出力する波長変換素子の波長変換効率を検査するレーザ光学素子検査装置１であって、複数種類の波長で第１のレーザ光が個別に射出可能に構成され、射出された第１のレーザ光が前記波長変換素子に入射される可変レーザ光源部２と、出力された第２のレーザ光の強度を測定する測定手段９と、可変レーザ光源部から射出する第１のレーザ光の波長を複数種類のうちから選択的に切り換える波長切換手段とを備え、波長切換手段によって選択された波長の種類を示す波長情報と、選択毎に前記測定部で測定された第２のレーザ光の強度を示す強度情報とから、第２のレーザ光が最大強度となるときの波長情報が決定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、特定波長の第２のレーザ光が出力されるべく構成され、入射される第１のレーザ光の波長を特定波長に変換して出力する波長変換素子の波長変換効率を検査するレーザ光学素子検査装置及びレーザ光学検査方法に関するものである。

従来、レーザ露光装置には、PPLN（Periodically Polled Lithium Niobate）等を用いた波長変換素子が採用されている。このPPLNは、レーザ光源から入射されたレーザ光の波長を高調波等の特定波長（緑色、青色の波長）に所定の変換効率の下で変換して出力するもので、得られた短波長のレーザ光を写真処理用の光源として採用している。PPLNは結晶に薬液を導いて製造される微細な構造部を備えるところ、全てを同一の変換波長を得るようにして製造することは容易ではなく、個体差が存ずる。入力波長の高調波が特定波長と一致すれば（すなわち、整合すれば）、特定波長に最大効率で変換されるが、特にPPLNでは、整合する入力波長の許容幅が０．１〜０．３nm（ナノメータ）程度と非常に狭い。従って、PPLNを搭載する露光装置では、PPLNを管理する温度を制御することで、PPLNと入射されるレーザ光の波長との不整合を調節する等していた。

図１０（A）は、２個のPPLNのサンプル（Ｓ１、Ｓ２）に入射されるレーザ光の波長と、変換効率（出力光強度）との関係を示す図表であり、図１０（Ｂ）は、前記サンプル（Ｓ１、Ｓ２）の温度と出力強度との関係を示す図表である。図１０（Ａ）に示すように、PPLNに入射されるレーザ光の波長―出力強度特性は、変換効率に応じて山形を有し、サンプルＳ１とサンプルＳ２とは、出力光強度が最高となるときの（すなわち波長変換効率が最大となるときの）波長がλ１とλ２のように必ずしも一致しておらず、整合する波長に個体差があることが示される。また、図１０（Ｂ）に示すように、温度―出力光強度は山形を有し、サンプルＳ１、Ｓ２は、所定波長のレーザ光が入射された場合に、それぞれ異なる温度で最大出力光強度となるため、温度調節によってPPLNと入射されるレーザ光の波長との不整合が調整可能であることを示している。

図１１は、PPLNに整合する波長を検査するための従来のレーザ光学素子検査装置を示す概略構成図である。レーザ光学素子検査装置５００は、所定波長のレーザ光を射出する半導体レーザ５１０と、入射されたレーザ光を平行光線とするコリメータレンズ５２０と、入射されたレーザ光の例えば二次高調波乃至はその近傍の特定波長に変換して出力する波長変換素子であるPPLN５３０と、特定波長のレーザ光を平行光線にするコリメータレンズ５４０と、入射光から可視光成分を抽出するIR（Infrared Radiation）カットフィルタ５５０と、入力光の強度に応じたレベルの電気信号を出力する光検出部５６０と、光検出部５６０での検出結果を記憶すると共に、温度調節の制御を行う演算処理部５７０と、PPLN５３０の感光温度を調節する温度調節部５８０とを備えている。演算処理部５７０は、温度調節部５８０を制御してPPLN５３０の温度を順次変更すると共に、その都度、光検出部５６０からの検出結果を取り込むようにし、さらに取り込んだPPLN５３０の温度と検出結果との関係から、入力レーザ光の波長の二次高調波が特定波長と一致する、つまり整合するときの調節温度を決定する。すなわち、決定された温度でPPLN５３０の温度を保持する制御を行うことで、PPLN５３０は高い変換効率で特定波長を出力することが判別されるため、PPLN５３０を搭載するレーザ露光装置では、PPLN５３０を決定された温度で保持する制御が行われるように設定され、これによって、PPLN５３０と入射されるレーザ光の波長との不整合が調節されるようになっている。

しかしながら、従来のレーザ光学素子検査装置では、温度特定を得るために、波長変換素子を複数の温度に調温し、その都度、レーザ光の出力強度の測定作業を行う必要があったため、信頼性の高い測定結果を速やかに得ることが容易でなく、結果として波長変換素子を搭載する製品（例えば、写真処理装置等）の生産効率の向上を図ることが困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、可及的に信頼性の高い検査結果を確保しつつ、波長変換素子の整合波長を迅速に検査できるレーザ光学素子検査装置及びレーザ光学素子検査方法を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、特定波長の第２のレーザ光が出力されるべく構成され、入射される第１のレーザ光の波長を前記特定波長に変換して出力する波長変換素子の波長変換効率を検査するレーザ光学素子検査装置であって、複数種類の波長で第１のレーザ光が個別に射出可能に構成され、射出された第１のレーザ光が前記波長変換素子に入射される可変レーザ光源部と、前記波長変換素子から出力された第２のレーザ光の強度を測定する測定手段と、前記可変レーザ光源部から射出する第１のレーザ光の波長を前記複数種類のうちから選択的に切り換える波長切換手段とを備え、前記測定手段は、前記波長切換手段によって選択された波長の種類を示す波長情報と、選択毎に前記測定部で測定された第２のレーザ光の強度を示す強度情報とから、第２のレーザ光が最大強度となるときの波長情報を決定するものであることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、特定波長の第２のレーザ光が出力されるべく構成され、入射される第１のレーザ光の波長を前記特定波長に変換して出力する波長変換素子の波長変換効率を検査するレーザ光学素子検査方法であって、可変レーザ光源部が、複数種類の波長で第１のレーザ光を個別に射出し、射出した第１のレーザ光を前記波長変換素子に入射させるレーザ光出力ステップと、測定手段が、前記波長変換素子から出力された第２のレーザ光の強度を測定する測定ステップと、波長切換手段が、前記可変レーザ光源部から射出する第１のレーザ光の波長を前記複数種類のうちから選択的に切り換える波長切り換えステップと、前記測定手段が、前記波長切換手段によって選択された波長の種類を示す波長情報と、選択毎に前記測定部で測定された第２のレーザ光の強度を示す強度情報とから、第２のレーザ光が最大強度となるときの波長情報を決定する決定ステップとを含むことを特徴とする。

この構成によると、可変レーザ光源部では、複数種類の波長で第１のレーザ光が個別に射出され、射出された第１のレーザ光が前記波長変換素子に入射される。測定手段によって、波長変換素子から出力された第２のレーザ光の強度が測定され、可変レーザ光源部から射出する第１のレーザ光の波長が波長切換手段によって複数種類のうちから選択的に切り換えられる。波長切換手段によって選択された波長の種類を示す波長情報と、選択毎に測定部で測定された第２のレーザ光の強度を示す強度情報とから、測定手段によって、第２のレーザ光が最大強度となるときの波長情報が決定される。従って、第１のレーザ光の波長の変化にともなう第２のレーザ光の強度の変化が直接かつ即座にモニタされ、これらに基づいて波長変換素子に整合する波長が決定されることになるため、可及的に信頼性の高い検査結果を得ることが可能となると共に、波長変換素子の整合波長の検査作業が迅速になる。

請求項２に記載の発明は、前記波長情報と前記強度情報とを対応付けて記憶する記憶手段を備え、前記測定手段は、前記記憶された内容に基づいて第２のレーザ光の強度が最大強度となるときの波長情報を決定することを特徴とする。すなわち、波長情報と強度情報とが対応付けて記憶され、記憶された内容に基づいて第２のレーザ光の強度が最大強度となるときの波長情報が決定されるため、正確な検査結果を一層迅速に得ることが可能となる。

請求項３に記載の発明では、前記可変レーザ光源部は、異なった周期的屈折率分布を有するレーザ媒質から成る導波路が複数形成され、前記導波路の励起によって第１のレーザ光を射出する可変波長レーザと、前記導波路のうち励起光を入射させる前記導波路を順次切り換える波長切換部とを備えたものであることを特徴とする。この構成によると、波長切換部によって導波路のうち励起光源からの励起光を入射させる導波路が所定期間毎に順次切り換えられる。励起光が入射された導波路は、周期的屈折率分布を有するレーザ媒質から成るため、導波路を伝搬する光が屈折率分布の周期で決まる特定の波長で反射され（分布帰還法）、単色性の良い特定波長の第１のレーザ光が射出される。ここで、複数形成された導波路は異なった周期的屈折率分布を有するため、励起光が入射される導波路が所定期間毎に切り換えられると、可変波長レーザから出力される第１のレーザ光の波長が順次切り換えられることとなる。可変波長レーザから出力された第１のレーザ光は波長変換素子に入射され、波長変換素子によって波長が変換されて第２のレーザ光が出力され、測定手段によって第２のレーザ光の強度が測定される。そして、第１のレーザ光の波長を示す波長情報と、そのときの第２のレーザ光の強度を示す強度情報とを波長切換部の切り換え毎に取り込み、これらの情報に基づいて、波長変換素子に整合する、すなわち最大強度で第２のレーザ光を出力するときの第１のレーザ光の波長が測定手段によって決定される。ここで、第１のレーザ光の波長は励起される導波路の切り換えにより順次、即座に容易に変化させることが可能であるため、一層迅速に検査結果を得ることが可能となる。

請求項４に記載の発明では、前記可変レーザ光源部は、所定の周期的屈折率分布を有するレーザ媒質から成る導波路が形成され、前記導波路の励起によって第１のレーザ光を射出する可変波長レーザと、所定期間毎に前記導波路の周期的屈折率分布の周期を変化させる波長切換部とを備えたものであることを特徴とする。この構成によると、波長切換部によって導波路の周期的屈折率分布が順次変化される。励起光によって導波路が励起されると、導波路は、周期的屈折率分布を有するレーザ媒質から成るため、導波路を伝搬する光が屈折率分布の周期で決まる特定の波長で反射され（分布帰還法）、単色性の良い特定の波長の第１のレーザ光が出力される。ここで、導波路の周期的屈折率分布が順次変化されるため、可変波長レーザから出力される第１のレーザ光の波長が順次変化することとなる。可変波長レーザから出力された第１のレーザ光は波長変換素子に入射され、波長変換素子によって波長が変換されて第２のレーザ光が射出され、測定手段によって第２のレーザ光の強度が測定される。そして、第１のレーザ光の波長を示す波長情報と、そのときの第２のレーザ光の強度を示す強度情報とを波長切換部の切り換え毎に取り込み、これらの情報に基づいて、波長変換素子に整合する波長、すなわち最大強度で第２のレーザ光を出力するときの第１のレーザ光の波長が測定手段によって決定される。

すなわち、第２のレーザ光の波長は、導波路の周期的屈折率分布の周期を変化させることにより順次、即座に容易に変化させることが可能であるため、一層迅速に検査結果を得ることが可能となる。

請求項５に記載の発明では、前記測定手段は、前記波長情報と前記強度情報とから近似曲線を求め、前記近似曲線の示す最大強度となるときの波長情報を決定するものであることを特徴とする。すなわち、波長情報と、強度情報とから近似曲線が求められ、近似曲線の示す第２のレーザ光が最大強度になるときの波長情報が決定されるため、一層正確に波長変換素子に整合する波長を決定することが可能となる。

請求項６に記載の発明では、前記波長変換素子は、光導波路型ＳＨＧ素子であり、前記測定手段は、第２のレーザ光の強度を検出する光検出部を備え、前記波長変換素子と前記光検出部との間には、前記波長変換素子の導波路を通過した第２のレーザ光をコリメートするコリメータレンズが配置され、前記コリメータレンズと前記光検出部との間の距離は、前記導波路から漏れた光が焦点する位置より長く設定されていることを特徴とする。これによって、導波路から漏れた光に比較的影響されることなく、導波路を通過した光に基づいて第２のレーザ光の強度が検査される。

請求項１、請求項７に記載の発明によれば、第１のレーザ光の波長の変化にともなう第２のレーザ光の強度の変化が直接かつ即座にモニタされ、これらに基づいて波長変換素子に整合する波長が決定されることになるため、可及的に信頼性の高い検査結果を得ることが可能となると共に、波長変換素子の整合波長の決定作業が迅速になり、検査された波長変換調素子を搭載する製品の生産効率を向上させ、好適な高調波を得ることが可能な製品を提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、波長情報と強度情報とが対応付けて記憶され、記憶された内容に基づいて第２のレーザ光の強度が最大強度となるときの波長情報が決定されるため、正確な測定結果を一層迅速に得ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、第１のレーザ光の波長は励起される導波路の切り換えにより順次、即座に容易に変化させることが可能であるため、一層迅速に検査結果を得ることが可能となり、検査された波長変換素子を搭載する製品の生産効率を一層向上させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、第２のレーザ光の波長は、導波路の周期的屈折率分布の周期を変化させることにより順次、即座に容易に変化させることが可能であるため、一層迅速に検査結果を得ることが可能となり、検査された波長変換素子を搭載する製品の生産効率を向上させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、波長情報と、強度情報とから近似曲線が求められ、近似曲線の示す第２のレーザ光が最大強度になるときの波長情報が決定されるため、一層正確に波長変換素子に整合する波長を測定することができ、測定結果を踏まえ、好適な高調波を得ることができる製品を提供することができる。

請求項６に記載の発明によれば、導波路から漏れた光に比較的影響されることなく、導波路を通過した光に基づいて第２のレーザ光が最大強度になるときの波長情報が決定されることが可能となり、一層正確に波長変換素子に整合する波長を検査することができる。

（実施の形態１）
以下、図１〜図６を用いて、本発明のレーザ光学素子検査装置を写真処理装置に搭載する波長変換素子の整合波長を測定するためのレーザ光学素子検査装置１に適用した場合の第１の実施の形態について説明する。検査対象である波長変換素子は、入射されたレーザ光の波長を高調波乃至その近傍の波長に変調することで特定波長のレーザ光を出力するように構成されており、波長変換素子の整合波長とは、波長変換素子が出力するように構成された特定波長と入射されたレーザ光の高調波の波長とが一致するときの、入射されたレーザ光の波長である。波長変換素子は、全てを同一の変換波長を得るように製造されることは困難であり、その特定波長に個体差が存ずるため、波長変換素子の整合波長も個体間でばらつきがある。レーザ光学測定装置１は、このような性質を有する波長変換素子の整合波長を個別に検査するためのものである。

図１は本発明の第１の実施の形態にかかるレーザ光学素子検査装置１の構成図である。レーザ光学素子検査装置１は、所定時間毎に順次波長を変えて、複数種類の波長で個別にレーザ光（第１のレーザ光、以下「一次レーザ光」とする）を波長変換部３に対して射出する一次レーザ光射出部２と、一次レーザ光射出部２から一次レーザ光が入射され波長を変換して特定波長を有するレーザ光（第２のレーザ光、以下「二次レーザ光」とする）を射出する、検査対象である波長変換素子３１（図２を参照）を有する波長変換部３とを備える。一次レーザ光射出部２と波長変換部３とで、可視レーザ光源部を構成するものである。

レーザ光学素子検査装置１は、二次レーザ光を透過させてコリメートするコリメータレンズ４と、コリメートされた二次レーザ光の一部を偏向させるハーフミラー５と、偏向された二次レーザ光の強度を検出する光検出部６と、ハーフミラー５を通過した二次レーザ光から赤外光を除いて可視光を抽出するIR（Infrared Radiation）カットフィルタ７と、IRカットフィルタ７により抽出された可視光の強度を検出する光検出部８と、光検出部６、８から入力される検出結果に基づいて波長変換素子３の整合波長を測定する演算処理部９とを備える。

光検出部６は、例えばフォトダイオードから成り、ハーフミラー５に偏向されてきた二次レーザ光を電流に変換して、例えば電力（W）等として二次レーザ光の強度P１を検出して、一次レーザ光の波長が切り換わる毎に検出結果を演算処理部９へ出力するものである。なお、強度Ｐ１は、電力（W）に限らず、電圧（Ｖ）、電流（Ｉ）で表されてもよい。光検出部８は、例えばフォトダイオードから成り、IRカットフィルタ７により抽出された可視光を電流に変換して、例えば電力（W）等として可視光の強度P２を検出して、一次レーザ光の波長が切り換わる毎に検出結果を演算処理部９へ出力するものである。なお、強度Ｐ２は、電力（W）に限らず、電圧（Ｖ）、電流（Ｉ）で表されてもよい。演算処理部９は、記憶手段として機能し、波長変換部３に入力される一次レーザ光の波長の種類を示す波長情報を予め記憶すると共に、光検出部６から強度P１を、光検出部８から強度P２を入力されて、これら強度P１、P２から二次レーザ光の強度を示す強度情報を作成して波長情報と対応づけて記憶し、これら情報に基づいて二次レーザ光の強度が最大強度であるときの波長、すなわち波長変換部３の整合波長を示す波長情報を決定するものである。なお、光検出部６、８と演算処理部９とで、測定手段を構成する。

レーザ光学素子検査装置１は、波長変換部３の温度を調節するための調温部１０を備え、演算処理部９は、調温部１０を制御して波長変換部３を駆動効率の点から好適な所定温度に維持すると共に、一次レーザ光射出部２及び波長変換部３の動作を制御するものである。

図２は、図１に示す一次レーザ光射出部２と波長変換部３とをより詳細に示す構成図である。一次レーザ光射出部２は、ポンプ光（励起光）を射出する励起レーザ２１と、ポンプ光の射出方向に配置されてポンプ光を拡大するレンズ２２、２３と、拡大されたポンプ光が入力される位置に配置され、ポンプ光により有機色素分子が励起されて一次レーザ光を射出する色素レーザ２４と、色素レーザの配置位置を高さ方向に移動させる駆動部２５とから成る。

励起レーザ２１は、例えばLD（Laser Diode）レーザ励起Nd:YAG（Yttrium Aluminum Garnet）レーザからなり、図略のフラッシュランプ等の光源からの光によって励起されてポンプ光を射出するものである。なお、励起レーザ２１は、LDレーザ励起Nd:YAGレーザに限られず、アルゴンレーザ、エキシマレーザ、銅蒸気レーザ、窒素レーザ等、導波路２４１を励起可能なポンプ光を射出可能な他のレーザであってもよい。

色素レーザ２４は、略直方体形状のプラスチック基板からなり、励起レーザ２１側の一側壁に面して、複数の（例えば１００本の）導波路２４１（２４１ａ〜２４１ｎ）が横方向に延びるように高さ方向に並列に形成されている。導波路２４１ａ〜２４１ｎは、有機色素をドープしたアクリル樹脂（レーザ媒質）からなり、横方向に沿って所定間隔で回折格子２４２が形成されることで周期的屈折率分布を有しており、ポンプ光の入射に起因する有機色素の励起によって生じるレーザ光が回析格子の周期で決まる特定の波長で反射され、特定の波長の一次レーザ光が波長変換部３側の一端部から射出されるようになっている（分布帰還法：DFB（ Distributed Feedback）法）。各導波路２４１ａ〜２４１ｎでは、高さ位置が異なるにつれて回析格子２４２の周期が段階的に僅かづつ異なっているので、射出される一次レーザ光の特定波長も段階的に僅かづつ異なるようになっており、例えば、導波路２４１ａから射出される一次レーザ光の波長は１０６１．０nmならば、導波路２４１ｂから射出される一次レーザ光の波長は１０６１．１nmとなっている。

駆動部２５は、導波路２４１ａ〜２４１ｎのうちいずれか１にポンプ光が入射されるように色素レーザ２４の高さ位置を調整するものであり、ステップモータ等からなり、例えばステップモータのトルクにより色素レーザ２４の高さ位置を所定期間毎に所定高さずつ変えて（例えば所定期間経過毎、所定時刻毎の所定高さずつ変えて）、各導波路２４１ａ〜２４１ｎ間でポンプ光が入射される１の導波路を切り換えて、一次レーザ光の波長を所定期間毎に順次変えるものである。また、駆動部２５の動作は、演算処理部９によって制御されるものである。

波長変換部３は、検査対象であり、一次レーザ光が入射される波長変換素子３１と、波長変換素子３１の高さ位置を調整するための駆動部３２とから成る。波長変換素子３１は、光導波路型ＳＨＧ素子であり、例えばＬｉＮｂＯ₃からなり、分極反転層がレーザの進行方向に向かって周期的に配列形成された構造（PPLN：Periodically Polled Lithium Niobate）を有している。この分極反転層は、結晶に薬液を導いて製造される微細な構造を有するため、出力される二次レーザ光の特定波長には個体差が存じ、この個体差によって整合波長にばらつきがあるようになっている。波長変換素子３１は、略直方体形状であり、横方向（分極反転層の配列方向と直交する方向）に亘って、一次レーザ光を透過するための導波路３１０（３１０ａ〜３１０ｎ）が高さ方向（分極反転層の配列方向）に並列するように複数（例えば４つ）形成されている。導波路３１０は、いずれか１の一端部に一次レーザ光が透過されることで、一次レーザ光の波長を変調して他端部から二次レーザ光を射出するものである。

駆動部３２は、演算処理部９により動作を制御されるものであり、例えばステップモータ等からなり、導波路３１０ａ〜３１０ｎのうちいずれか１に一次レーザ光を入射させるように波長変換素子３１の高さを所定高さずつ変更する。駆動部３２は、１の導波路３１０に色素レーザ２４から射出される所定種類（例えば、全種類）の波長の一次レーザ光が入射されたときに、別の導波路３１０（例えば、一つ下段に位置するもの）に一次レーザ光を入射させるように高さ位置を変更し、色素レーザ２４からの所定種類の波長と複数種類（例えば、全種類）の導波路３１０とから、所望の２次高調波を得ることができる組み合わせを測定することを可能とするものである。

図３は、図１に示すコリメータレンズ４と光検出部６、８との好適な位置関係を説明するための図である。なお、ここでは説明の便宜のためにIRカットフィルタ７を省略している。レーザ光L1は導波路３１０ａ〜３１０ｎを通過しなかった漏れ光であり、レーザ光L2は導波路３１０を通過した二次レーザ光である。レーザ光L2はコリメータレンズ４によって平行光線にコリメートされるが、レーザ光L2はコリメータレンズ４によって位置ｐで焦点して拡散する。コリメータレンズ４の中心と光検出部８との距離ｌ３は、コリメータレンズ４の中心から位置ｐまでの距離ｌ１よりも長く設定されるため、レーザ光L1に影響されることなく二次レーザ光であるレーザ光L2のみに基づいて整合波長を正確に測定される。また、コリメータレンズ４の中心とハーフミラー５との距離ｌ２についても、同様の理由から、コリメータレンズ４の中心から位置ｐまでの距離ｌ１よりも長く設定される。

上述したレーザ光学素子検査装置１の動作及びレーザ光学素子検査装置１を用いたレーザ光学素子検査方法を説明する。レーザ光学素子検査方法は、レーザ光出力ステップ、測定ステップ、波長切り換えステップ及び決定ステップを含む。まず、レーザ光出力ステップでは、レーザ光学素子検査装置１を作動させるとフラッシュランプ等の図略の光源が点灯され、これによって励起レーザ２１からポンプ光が射出され、ポンプ光はレンズ２２、２３で拡張される。作動開始時には、駆動部２５は、最上段の導波路２４１ａにポンプ光を入射させる位置に色素レーザ２４の高さ位置を設定しており、拡張されたポンプ光は導波路２４１ａに入射される。導波路２４１ａは励起され、導波路２４１ａからの一次レーザ光が波長変換部３へ射出される。作動開始時に、波長変換部３では、駆動部３２は最上段の導波路３１０ａに一次レーザ光を入射させるように、波長変換素子３１の高さ位置を設定しており、導波路３１０ａに一次レーザ光が入射される。

導波路３１０ａは、一次レーザ光を入射して二次レーザ光を射出し、二次レーザ光はコリメータレンズ４でコリメートされた後、その一部がハーフミラー５で光検出部６の方へ偏向され、その他がハーフミラー５を透過してIRカットフィルタ７で可視光のみ抽出されて光検出部８に射出される。測定ステップでは、光検出部６は、IRカットフィルタ７を透過しない、すなわち一次レーザ光成分を含む二次レーザ光を電流に変換して、一次レーザ光成分を含む二次レーザ光の強度P１（W）を検出して検出結果を演算処理部９へ出力する。光検出部８は、IRカットフィルタ７により抽出された可視光を電流に変換して、可視光の強度P２（W）を検出し、この検出結果を演算処理部９へ出力する。演算処理部９は、強度P１と、強度P２とから下記（１）式を用いて一次レーザ光を二次レーザ光に変換する変換効率Nを算出する。

N＝P２／P１²・・・式（１）
なお、変換効率Ｎは、色素レーザ２４の出射光強度の個体間のばらつきによる測定結果の誤差を防ぐために、波長変換素子３１に入射される一次レーザ光を二次レーザ光に変換する効率で検査結果を求めることを目的として算出されるものである。従って、変換効率Ｎは、必ずしも式（１）で求められたものに限定されず、例えば、強度Ｐ１の代わりに、色素レーザ２４から射出される一次レーザ光の強度を用いる等して算出されてもよい。

演算処理部９は、算出された変換効率Ｎを正規化して二次レーザ光の強度ｉ１（Intensity）とし、強度情報として記憶する。演算処理部９は、入力されている一次レーザ光の波長を示す波長情報を参照して、一次レーザ光の波長と強度ｉ１とを対応づけて記憶する。なお、波長情報は、例えば、導波路２４１ａ〜２４１ｎの導波路番号と、測定開始時からの経過時間に対応する導波路番号とを示すものであり、演算処理部９によって記憶され、測定時の経過時間を基に波長情報が照会されることで、いずれの導波路２４１から一次レーザ光が射出されているかを特定するように、測定時に入力されている一次レーザ光の波長が判別される。

切り換えステップでは、駆動部２５は、所定期間経過毎に順次色素レーザ２４の高さ位置を調節して、導波路２４１ａ〜２４１ｎのうちポンプ光を入射するものを下段に向かって順次切り換える。これによって、所定期間毎に段階的に一次レーザ光の波長が切り換わることとなる。光検出部６、８が、一次レーザ光の波長が切り換わる毎に、強度Ｐ１、Ｐ２を演算処理部９へ出力し、演算処理部９が波長情報の示す一次レーザ光の波長と対応づけて強度情報を作成すると共に記憶する。

決定ステップでは、演算処理部９は、波長変換部３からの全種類の一次レーザ光の波長に対応する二次レーザ光の強度ｉ１をプロットして記憶し終えた後、記憶した内容（プロットした波長情報と強度情報と）から近似曲線を求めて最上段の導波路３１０ａの整合波長を決定する。

図４は、一次レーザ光の波長変化にともなう強度ｉ１の変化と、それから求められる近似曲線とを説明するためのグラフ図である。ここでは、横軸を導波路３１０ａに入射される一次レーザ光の波長（nm）を、縦軸を二次レーザ光の強度ｉ１を示すものとする。グラフｃ１は、一次レーザ光の波長とそのときの二次レーザ光の強度ｉ１をプロットした一例を示すものである。グラフｃ２は、グラフｃ１の示す一次レーザ光の波長と強度ｉ１とから、例えばローレンツ型の式を用いて求めた近似曲線の一例を示すものである。

演算処理部９は、グラフｃ１で示すような一次レーザ光の波長と強度ｉ１とから、グラフｃ２で示すような近似曲線を求めた上で、近似曲線が強度ｉ１のピークを示すときの波長（nm）を導波路３１０ａの整合波長と判定する。グラフｃ２では、波長が５２８．７５（nm）のときに強度ｉ１がピークとなるため、整合波長は５２８．７５（nm）と判定される。ここで、強度ｉ１がピークとなるときに入射される一次レーザ光の高調波が、特定波長と最も一致すると判別されるため、強度ｉ１がピークになるときに入射される一次レーザ光の波長が整合波長とされるのである。このように、演算処理部９では、波長情報の示す一次レーザ光の波長と強度情報の示す強度ｉ１とから近似曲線を求めて、この近似曲線から整合波長を判定するため、より詳細で正確に整合波長を求めることができ、判定結果の信頼性を一層高めることが可能となる。

上記のようにして、導波路３１０ａの整合波長の判定が終了した後、駆動部３２は、波長変換素子３１の高さ位置を変更して上から２段目の導波路３１０ｂに一次レーザ光を入射させるようにする。駆動部２５は、再度、導波路２４１ａにポンプ光が入射されるように色素レーザ２４の高さ位置を設定し、所定期間経過毎に下段に向かって導波路２４１ｂ〜２４１ｎまでの全ての導波路２４１にポンプ光が入射されるように色素レーザ２４の高さ位置を切り換える。導波路２４１ｎまでポンプ光が入射されたとき、導波路３１０ｂの整合波長が、導波路３１０ａの整合波長と同様にして判定される。そして、駆動部３２は順次波長変換素子３１の高さ位置を変更し、導波路３１０ａ、３１０ｂと同様にして、導波路３１０ａ〜３１０ｎまでの全ての整合波長が判定される。そして、演算処理部９は、導波路３１０ａ〜３１０ｎのうちでいずれが整合波長の入射により射出される二次レーザ光の強度が大きいかを判定する。これによって、波長変換素子３１を写真処理装置等の製品に搭載する場合に、導波路３１０ａ〜３１０ｎのうち整合波長の入射により射出される二次レーザ光の出力効率の最も高いものを用いることができる。

上記構成によって、レーザ光学素子検査装置１では、一次レーザ光の波長を所定時間毎に僅かづつ切り換え、一次レーザ光の変化にともなう二次レーザ光の強度の変化を直接モニタして、二次レーザ光の強度のピーク時に入射された一次レーザ光の波長が、波長変換素子３１に整合する一次レーザ光の波長と決定されることになるため、波長変換素子の整合波長を迅速に検査することができると共に、可及的に信頼性の高い検査結果を得ることが可能となる。これによって、検査された波長変換素子３１を搭載する製品の生産効率を向上させ、測定された波長変換素子３１を用いて好適な高調波を得ることが可能な製品を提供することができる。

図５は、レーザ光学素子検査装置１で測定された波長変換素子３１を搭載するレーザ発生装置１０の構成の一例を示す構成図である。レーザ発生装置１０は、写真処理装置に搭載される露光部で用いられ、露光部（図略）で感光材を露光するためのG（緑）又はB（青）のレーザ光を射出するためのものである。レーザ発生装置１０は、基準波長（例えばＧで波長１０６４nm、Ｂで波長９４６nm）を有するレーザビームを射出する半導体レーザ１０１と、射出されたレーザビームを所定の二次レーザ光（例えばＧで波長５３２nm、Ｂで波長４２３nmを有するレーザビーム）に変換して感光材を露光するために射出する波長変換素子３１と、コリメータレンズ１０２と、IRカットフィルタ１０３とを備えている。

半導体レーザ１０１には、半導体素子１０１０を内蔵する、例えばFBG(Fiber Bragg Grating)付LD（Laser Diode）ピグテール等が用いられ、半導体素子１０１０と導波路３１０ｃの一端部とは光ファイバー１０４を介して接続されており、光ファイバー１０４を伝達媒体として基準波長のレーザビームが導波路３１０ｃに射出されるようになっている。なお、導波路３１０ａ〜３１０ｎのうち、導波路３１０ｃに基準波長のレーザビームが射出されるのは、レーザ光学素子検査装置１によって導波路３１０ａ〜３１０ｎのうち導波路３１０ｃが最も出力効率が良く二次レーザ光を得るに好適であると判定されたからである。光ファイバー１０４の先端と導波路３１０ｃの一端部との接続位置は、一次レーザ光を導波路３１０ｃに正確に導くために、極めてずれのないように設定されている。

以下、光ファイバー１０４と導波路３１０ｃとの接続位置を極めてずれのないように設定する方法の一例を説明する。図６は図５で示す光ファイバー１０４と導波路３１０ｃとの接続位置を測定するための測定装置１１を示す図であり、図７は図６に示す光ファイバー１０４と導波路３１０ｃとの位置関係を説明するための図である。測定装置１１は、レーザ光学素子検査装置１と異なり、駆動部３２、ハーフミラー５、ＩＲカットフィルタ７及び光検出部８を備えず、一次レーザ光射出部２の代わりに、光ファイバ１０４が半導体素子１０１０に接続された半導体レーザ１０１を備える点のみがレーザ光学素子検査装置１と異なっている。図６では、レーザ光学素子検査装置１及びレーザ発生装置１０の部材と同様の部材については同じ符号を付している。

光ファイバ１０４は、一端を半導体素子に固着され、他端を導波路３１０ｃの端部に導波路３１０ｃに対して相対的に移動可能に接続されており、図７に示すＹ−Ｙ方向、Ｘ−Ｘ方向に所定寸法づつ移動される。光検出部６は、導波路３１０ｃから射出される二次レーザ光を電流に変換して、電力（Ｗ）として二次レーザ光の強度Ｐ３を検出し、演算処理部９に出力する。コリメータレンズ４の中心と光検出部６との距離は、レーザ光学素子検査装置１について図３を用いて説明したように、コリメータレンズ４の中心から導波路３１０ｃの漏れ光の焦点位置までの距離よりも長く設定され、漏れ光に影響されることなく、導波路３１０ｃを通過した二次レーザ光のみに基づいて二次レーザ光の強度を正確に測定することが可能になっている。

演算処理部９は、強度Ｐ３を０．０〜０．１までの値で表した強度ｉ２を求める。図８は測定装置１１で測定した光ファイバー１０４と導波路３１０ｃとの接続位置に対する二次レーザ光の強度の変化の一例を示すグラフ図であり、（Ａ）はＸ−Ｘ方向に所定寸法づつ光ファイバ１０４の先端と導波路３１０ｃの端部との位置を移動させた場合を示すグラフ図、（Ｂ）はＹ−Ｙ方向に所定寸法づつ光ファイバ１０４の先端と導波路３１０ｃの端部との位置を移動させた場合を示すグラフ図である。なお、縦軸が強度ｉを、横軸が光ファイバ１０４の先端と導波路３１０ｃとの配置位置のずれを示すものである。グラフｄ１で、強度ｉ２がピークとなるときの位置がＸ−Ｘ方向の位置ずれ０であると判定される。グラフｄ２で、強度ｉ２がピークとなるときの位置がＹ−Ｙ方向の位置ずれ０であると判定される。従って、双方のグラフｄ１、ｄ２で位置ずれ０と判定される位置で、光ファイバ１０４の先端と導波路３１０ｃの端部とが固着され、固着された状態で図５に示すレーザ発生装置に搭載される。

上記測定装置１１を用いた測定によって、導波路３１０ｃを通過した二次レーザ光のみに基づいて二次レーザ光の強度が正確に測定され、測定結果に基づいて、光ファイバー１０４の先端と導波路３１０ｃの一端部とがずれのないように配置され、一次レーザ光を導波路３１０ｃに精度よく導くことができるため、効率良く二次レーザ光を得ることができるレーザ発生装置１０を提供することができる。
なお、本発明では、強度Ｐ３から強度ｉ２を求めなくてもよく、強度Ｐ３から直接、二次レーザ光の強度が測定されてもよい。もっとも、強度ｉ２を求めることが、一層正確に二次レーザ光の強度を検出できるため好ましい。

（実施の形態２）
以下、図９を用いて、本発明の第２の実施の形態にかかるレーザ光学素子検査装置を説明する。第２の実施の形態にかかるレーザ光学素子検査装置では、一次レーザ光射出部２０の構成が一次レーザ光射出部２の構成と異なる点以外は、レーザ光学素子検査装置１と同様である。

図９は、第２の実施の形態にかかるレーザ光学素子検査装置の一次レーザ光射出部２０と波長変換部３との構成図である。一次レーザ光射出部２０では、一次レーザ光射出部２と同様の構成については同一の符号を付すものとする。一次レーザ光射出部２０は、励起レーザ２１ａ、２１ｂと、駆動部２０２ａ、２０２ｂと、コリメータレンズ２０１ａ、２０１ｂと、色素レーザ２４０とから成る。励起レーザ２１ａ、２１ｂは、励起レーザ２１と同様の構成を有し、それぞれ異なった方向から色素レーザ２４０に対してポンプ光を射出するものである。駆動部２０２ａ、２０２ｂは、励起レーザ２１ａ、２１ｂの配置位置をスライドさせて、色素レーザ２４０に対するポンプ光を射出する方向を調整するものである。コリメータレンズ２０１ａは、励起レーザ２１ａからのポンプ光をコリメートするものであり、コリメータレンズ２０１ｂは、励起レーザ２１ｂからのポンプ光をコリメートするものである。

色素レーザ２４０は、略直方体形状を有し、導波路２４１と同様の構成の導波路２４１０が一つだけ形成されている。導波路２４１０には、コリメータレンズ２０１ａ、２０１ｂを介してポンプ光が２方向から入射されることで、ポンプ光の干渉縞２４２０が所定周期で生じ、周期的屈折率分布が発生して分布帰還構造が形成され、干渉縞２４２０の周期で決まる特定波長の一次レーザ光が導波路２４１０の端部から導波路３１０に射出される。なお、干渉縞２４２０の周期はポンプ光の入射角θによって、下記式（２）によって決定され、駆動部２０２ａ、２０２ｂによって、励起レーザ２１ａ、２１ｂの配置位置が所定期間毎に変わるように調整されるため、一次レーザ光の波長が所定期間毎に順次段階的に変わるようになっている。
λ３＝２×ｎ×ｍ×λｐ／sinθ・・・（２）
なお、式（２）において、λ３は一次レーザ光の波長、ｎは導波路２４１０における実効屈折率、λｐはポンプ光の波長、ｍは次数（＝１，２，３・・・）を表している。

上記構成によっても、第１の実施の形態に係るレーザ光学素子検査装置１と同様の効果を奏することができる。なお、第２の実施の形態においては、２つの励起レーザ２１ａ、２１ｂと、これらの配置位置を調整する駆動部２０２ａ、２０２ｂとによって、ポンプ光の入射角度θを変えることで分布帰還を達成したが、これに限定されず、電子発振器で超音波発信器等を駆動して音波を導波路２４１０に電搬させ、同時にポンプ光を入射させることで分布帰還を達成させ、電子発振器の周波数を変えることで屈折率分布の周期を変える構成等、導波路２４１０の屈折率分布を変えうる他のいかなる構成を用いてもよい。

なお、本発明では、波長変換素子３１はPPLNから成るものに限られず、一次レーザ光の波長を変換して異なった波長のレーザ光を射出するものであればよいが、PPLNから成る波長変換素子３１では整合波長の許容幅が０．１〜０．３nmと狭く、整合波長の精度の高い測定が要求されているため、PPLNから成る波長変換素子３１を測定することで一層その効果が発揮される。

なお、本発明では、演算処理部９で、必ずしも、変換効率Ｎを正規化した強度ｉ１が強度情報として求められるに限られず、変換効率Ｎが強度情報として用いられても良い。もっとも、強度ｉ１が求められることが、一層正確に二次レーザ光の強度を検出できるため好ましい。更に、変換効率Ｎが求められる構成に限られず、例えば、強度Ｐ２を強度情報として、波長変換素子３１の整合波長が測定されてもよい。もっとも、強度ｉ１や変換効率Ｎが強度情報として用いられる方が、波長変換素子３１に入射される一次レーザ光を二次レーザ光に変換する効率で整合波長の測定が行われるため、色素レーザ２４の出射光強度の個体間のばらつきによる測定結果の誤差を効果的に防ぐことができるため好ましい。

本発明の第１の実施の形態にかかるレーザ光学素子検査装置の構成図である。図１に示す一次レーザ光射出部と波長変換部とをより詳細に示す構成図である。図１に示すコリメータレンズと光検出部との好適な位置関係を説明するための図である。一次レーザ光の波長変化にともなう強度ｉ１の変化と、それから求められる近似曲線とを説明するためのグラフ図である。レーザ光学素子検査装置で測定された波長変換素子を搭載するレーザ発生装置の構成の一例を示す構成図である。図５で示す光ファイバーと導波路との接続位置を測定するための測定装置を示す図である。図６に示す光ファイバーと導波路との位置関係を説明するための図である。図６で示す測定装置で測定した光ファイバーと導波路との接続位置に対する二次レーザ光の強度の変化の一例を示すグラフ図である。第２の実施の形態にかかるレーザ光学素子検査装置の一次レーザ光射出部と波長変換部との構成図である。（A）は、２個のPPLNのサンプル（Ｓ１、Ｓ２）に入射されるレーザ光の波長と、変換効率（出力光強度）との関係を示す図表であり、（Ｂ）は、サンプル（Ｓ１、Ｓ２）の温度と出力強度との関係を示す図表である。波長変換素子に整合する波長を測定するための従来のレーザ光学素子検査装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１、１１レーザ光学素子検査装置
２一次レーザ光射出部（可変レーザ光源部）
２４、２４０色素レーザ（可変波長レーザ）
２５駆動部（波長切換部）
２０２ａ、２０２ｂ駆動部（波長切換部）
２４１、２４１０導波路
３１波長変換素子
６光検出部（測定手段）
８光検出部（測定手段）
９演算処理部（測定手段、記憶手段）

Claims

特定波長の第２のレーザ光が出力されるべく構成され、入射される第１のレーザ光の波長を前記特定波長に変換して出力する波長変換素子の波長変換効率を検査するレーザ光学素子検査装置であって、
複数種類の波長で第１のレーザ光が個別に射出可能に構成され、射出された第１のレーザ光が前記波長変換素子に入射される可変レーザ光源部と、前記波長変換素子から出力された第２のレーザ光の強度を測定する測定手段と、前記可変レーザ光源部から射出する第１のレーザ光の波長を前記複数種類のうちから選択的に切り換える波長切換手段とを備え、前記測定手段は、前記波長切換手段によって選択された波長の種類を示す波長情報と、選択毎に前記測定部で測定された第２のレーザ光の強度を示す強度情報とから、第２のレーザ光が最大強度となるときの波長情報を決定するものであることを特徴とするレーザ光学素子検査装置。
前記波長情報と前記強度情報とを対応付けて記憶する記憶手段を備え、前記測定手段は、前記記憶された内容に基づいて第２のレーザ光の強度が最大強度となるときの波長情報を決定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ光学素子検査装置。
前記可変レーザ光源部は、異なった周期的屈折率分布を有するレーザ媒質から成る導波路が複数形成され、前記導波路の励起によって第１のレーザ光を射出する可変波長レーザと、前記導波路のうち励起光を入射させる前記導波路を順次切り換える波長切換部とを備えたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ光学素子検査装置。
前記可変レーザ光源部は、所定の周期的屈折率分布を有するレーザ媒質から成る導波路が形成され、前記導波路の励起によって第１のレーザ光を射出する可変波長レーザと、所定期間毎に前記導波路の周期的屈折率分布の周期を変化させる波長切換部とを備えたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ光学素子検査装置。
前記測定手段は、前記波長情報と前記強度情報とから近似曲線を求め、前記近似曲線の示す最大強度となるときの波長情報を決定するものであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のレーザ光学素子検査装置。
前記波長変換素子は、光導波路型ＳＨＧ素子であり、前記測定手段は、第２のレーザ光の強度を検出する光検出部を備え、前記波長変換素子と前記光検出部との間には、前記波長変換素子の導波路を通過した第２のレーザ光をコリメートするコリメータレンズが配置され、前記コリメータレンズと前記光検出部との間の距離は、前記導波路から漏れた光が焦点する位置より長く設定されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のレーザ光学素子検査装置。
特定波長の第２のレーザ光が出力されるべく構成され、入射される第１のレーザ光の波長を前記特定波長に変換して出力する波長変換素子の波長変換効率を検査するレーザ光学素子検査方法であって、
可変レーザ光源部が、複数種類の波長で第１のレーザ光を個別に射出し、射出した第１のレーザ光を前記波長変換素子に入射させるレーザ光出力ステップと、測定手段が、前記波長変換素子から出力された第２のレーザ光の強度を測定する測定ステップと、波長切換手段が、前記可変レーザ光源部から射出する第１のレーザ光の波長を前記複数種類のうちから選択的に切り換える波長切り換えステップと、前記測定手段が、前記波長切換手段によって選択された波長の種類を示す波長情報と、選択毎に前記測定部で測定された第２のレーザ光の強度を示す強度情報とから、第２のレーザ光が最大強度となるときの波長情報を決定する決定ステップとを含むことを特徴とするレーザ光学素子検査方法。