JP2005122094A - 波長変換レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 波長変換結晶3の出射側端面は、波長変換レーザ光10に対しブリュースター角となるように傾斜しており、かつ、容器の出射窓5は、そのレーザ光入射側の面とレーザ光出射側の面間の距離が波長変換結晶から出射した波長変換レーザ光の傾斜方向に短縮されたプリズム形状をなしている。
【選択図】 図6
Description
図1は、この発明を実施するための実施の形態1による波長変換レーザ装置の全体構成を示す概略構成図である。
基本波発生部12において基本波を発生する。基本波発生部12としては、例えばQ−スイッチNd:YAGレーザ発振器が用いられ、偏光は直線偏光、発振波長は1064nmである。上記レーザ発振器は出力を得るために増幅器を用いた構成としてもよい。なお、基本波発生部12は、上記のNd:YAGの他に、Nd:YVO4、Nd:YLF、Nd:GdVO4等のレーザ結晶を用いたレーザ発振器であってもよい。
発生した第3次高調波は、分離ミラー15A、15Bによって基本波及び第2次高調波と分離され、加工等に使用される。
波長変換結晶3は図2及び図3にそれぞれ示す波長変換結晶保持装置1によって保持されている。
図2は、波長変換結晶保持装置1を斜めから見た斜視図、図3は光軸に平行な面で切った断面図である。波長変換結晶密閉容器2の内部に波長変換結晶3が配置されている。波長変換結晶密閉容器2は、基本波及び第2次高調波(入射光)9を入射するための入射窓4を備えている。さらに、波長変換結晶14を通過したレーザ光、すなわち波長変換結晶14で発生した高調波(波長変換レーザ光)10を出射するための出射窓5を備えている。また、波長変換結晶密閉容器2の内部には、波長変換時の位相整合を取るための温度調節をおこなう熱電素子6(例えばペルチェ素子)、および熱電素子6を制御するためのコード8を備えている。波長変換結晶密閉容器2は、波長変換結晶3の位置を移動する移動手段に相当するクリスタルシフター11上に精度良く設置され、波長変換結晶保持装置1を構成している。
なお、特に、波長400nm以下の紫外線は反応性が高いため、高調波10の波長が400nm以下の時には、メンテナンス周期を長くするために、上記のような劣化若しくは不純物付着に対する対策が必要不可欠である。
このように、ブリュースターカットをおこなうことで、波長変換結晶3の出射側端面での反射ロスを低減することができる。しかも、波長変換結晶3の出射側端面上でのビーム面積が大きくなることで、高調波による波長変換結晶3の出射側端面の損傷確率及び不純物の付着速度を減少させることが可能である。
なお、このときのブリュースターカットの向きは、波長変換結晶3から出射する第3次高調波(波長変換結晶3からの出射高調波10)が波長変換結晶3の出射側端面に対して、p偏光となるように設定する。図3の例では、第3次高調波(波長変換結晶3からの出射高調波10)の偏光は紙面と平行な方向である。
θ1=tan−1(n2/n1) (1)
及び(2)式で示すスネルの法則、
n1sin(θ1)=n2sin(θ2) (2)
より、
θ3=90°−θ2
=90°−sin−1(n1/n2*sin(tan−1(n2/n1)))
=57.9°となる。
ただし、n2は第3次高調波に対する波長変換結晶3の屈折率、n1は第3次高調波に対する波長変換結晶密閉容器2内雰囲気の屈折率であり、n1=1.0、n2=1.60である。
なお、以下では、波長変換結晶3の出射側端面の波長変換結晶3を通過するレーザ光90の光軸に対する傾斜角度θ3をカット角度と言うこともある。
θ4=θ1−sin−1(1/n2*sin(θ1))
=25.9°となる。
なお、θ4は、より正確には、波長変換結晶3を通過するレーザ光90の光軸からの傾きであり、波長変換結晶3を通過するレーザ光90の光軸が水平方向となるように配置されている場合には水平からの傾きと同一となる。
δ2=δ1*tan(θ4)/tan(θ3)
≒0.3×δ1である。
なお、第3次高調波100は、移動前の波長変換レーザ光であり、第3次高調波101は、移動後の波長変換レーザ光である。
また、出射窓5のレーザ光出射側の面は波長変換結晶3を通過するレーザ光90の光軸に対して略垂直であり、出射窓5は、そのレーザ光入射側の面とレーザ光出射側の面間の距離が波長変換結晶3から出射した出射高調波(波長変換レーザ光)10の傾斜方向(図6における矢印Aで示す方向)に短縮されたプリズム形状をなしている。
なお、ここで言う波長変換結晶3から出射した波長変換レーザ光10の傾斜方向とは、波長変換結晶3を通過するレーザ光90の光軸に対する傾斜方向であり、特に波長変換結晶3を通過するレーザ光90の光軸に垂直な成分の方向である。すなわち、図6に矢印Aで示す方向である。
また、図7に示すように、クリスタルシフター11によって波長変換結晶3をδ1だけ移動させた場合、波長変換結晶密閉容器2より出射する高調波20の光軸の移動距離(光軸のずれ量)δ3は、δ3=0.0056×δ1となり、結晶密閉容器出射窓5に傾斜をつけなかった場合の移動量、すなわち図5を示して上述したδ2=0.3×δ1と比較して著しく低減される。
例えば、TYPE IIのLBO結晶によるNd:YAGレーザの第3次高調波(波長355nm)発生時には、出射窓5の材質の上記高調波に対する屈折率が、波長変換結晶3の屈折率の±3%以内であれば、波長変換結晶密閉容器2(出射窓5)から出射する高調波20の水平(波長変換結晶を通過するレーザ光90の光軸)からの傾きθ6はθ6≦1.7°、クリスタルシフター11によって波長変換結晶3を図7のようにδ1だけ移動させた場合、出射高調波20の光軸の移動距離δ3は、δ3=0.012×δ1以内とすることが出来る。
上記実施の形態では、出射窓5におけるレーザ光出射側の面は波長変換結晶3を通過するレーザ光90の光軸に対して略垂直であり、波長変換結晶3で波長変換された波長変換レーザ光に対する波長変換結晶3の屈折率と出射窓5の屈折率とは略等しく、かつ、波長変換結晶3の出射側端面の傾斜角度と出射窓5におけるレーザ光入射側の面の傾斜角度とは略等しい場合について説明したが、これに限るものではない。
例えば、出射窓5におけるレーザ光入射側の面は波長変換結晶3を通過するレーザ光90の光軸に対して略垂直であり、波長変換結晶3で変換された波長変換レーザ光に対する波長変換結晶3の屈折率と出射窓5の屈折率とが略等しく、かつ、出射窓5におけるレーザ光出射側の面が、波長変換結晶3の入射側端面の傾斜角度と略等しい角度だけ、波長変換結晶3の出射側端面と反対方向に傾斜していてもよく、この場合にも、上記実施の形態1と同様の効果が得られる。
また、波長変換結晶3で波長変換された波長変換レーザ光に対する波長変換結晶3の屈折率および出射窓5の屈折率に関係無く、さらに、波長変換結晶3の入射側端面の傾斜角度とも関係無く、波長変換結晶密閉容器2の出射窓5は、そのレーザ光入射側の面とレーザ光出射側の面間の距離が波長変換結晶3から出射した波長変換レーザ光の傾斜方向に短縮されたプリズム形状をなしていればよい。
例えば波長変換結晶密閉容器2の出射窓5に合成石英(Fused Silica)を用いた場合、例えば、TYPE IIのLBO結晶によるNd:YAGレーザの第3次高調波の波長355nmに対する屈折率は1.48である。この時、出射窓5の傾斜角度を56.5°とすると、結晶移動時の光軸移動量δ3をほぼ0にすることが出来る。この時の波長変換結晶密閉容器2(出射窓5)より出射する高調波20の水平(波長変換結晶3を通過するレーザ光90の光軸)からの傾きθ6は3.2°である。同様に、出射窓5の傾斜角度を52.8°とすると、高調波20の傾きθ6をほぼ0にすることが出来、この時の光軸移動量δ3はδ3=0.10×δ1となる。
さらに出射窓5にフッ化カルシウム(CaF2)を用いた場合、波長355nmに対する屈折率は1.45である。この時、出射窓5の傾斜角度を56.1°とすると、結晶移動時の光軸移動量δ3をほぼ0にすることが出来る。この時の高調波20の傾きはθ6=4.0°である。同様に出射窓5の傾斜を51.4°とすると、高調波20の傾きθ6をほぼ0にすることが出来、この時の光軸移動量δ3はδ3=0.14×δ1となる。
Claims (6)
- 波長変換結晶と、上記波長変換結晶が内部に配置され、上記波長変換結晶で波長変換された波長変換レーザ光が出射する出射窓を有する容器とを備える波長変換レーザ装置であって、上記波長変換結晶の出射側端面は、上記波長変換レーザ光に対しブリュースター角となるように傾斜しており、かつ、上記容器の出射窓は、そのレーザ光入射側の面とレーザ光出射側の面間の距離が上記波長変換結晶から出射した波長変換レーザ光の傾斜方向に短縮されたプリズム形状をなしていることを特徴とする波長変換レーザ装置。
- 出射窓におけるレーザ光出射側の面は波長変換結晶を通過するレーザ光の光軸に対して略垂直であり、波長変換レーザ光に対する波長変換結晶の屈折率と出射窓の屈折率とは略等しく、かつ、波長変換結晶を通過するレーザ光の光軸に対する、波長変換結晶の出射側端面の傾斜角度と出射窓におけるレーザ光入射側の面の傾斜角度とは略等しいことを特徴とする請求項1記載の波長変換レーザ装置。
- 波長変換レーザ光の波長が400nm以下であることを特徴とする請求項1記載の波長変換レーザ装置。
- 波長変換結晶の位置を移動する移動手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の波長変換レーザ装置。
- 波長変換結晶がLiB3O5、CsLiB6O10またはβ-BaB2O4結晶であることを特徴とする請求項1記載の波長変換レーザ装置。
- 波長変換結晶の出射側端面は無反射コーティングが施されていない請求項1記載の波長変換レーザ装置。
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