JP2006030594A

JP2006030594A - 波長変換光学系及びレーザ装置

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Publication number: JP2006030594A
Application number: JP2004209433A
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Inventors: Akira Tokuhisa; 章徳久; Masaaki Doi; 正明土肥
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Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-02
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Abstract

【課題】時間によって劣化が避けられない波長変換素子やダイクロイックミラーを長時間に亘って使用可能な波長変換光学系を提供する。
【解決手段】制御回路１７は、励起用光源部５を操作して、８倍波のパワーを一定に保っている。７倍波発生部９のＢＢＯ結晶の劣化により、基本波の出力が徐々に大きくなり所定値に達すると、ＢＢＯシフト操作部１８に指令を出してＢＢＯ結晶の光軸を所定量傾ける。これにより、今まで使用されていなかったＢＢＯ結晶の内部を光が通過することになり、ＢＢＯ結晶の変換効率が上がるので、基本波出力を低下させても８倍波の出力を一定に保てるようになる。これを繰り返し、ＢＢＯ結晶の傾きだけでは制御できなくなったとき、ＢＢＯ結晶の光軸の傾きを元に戻すと共に、ＢＢＯ結晶をシフトさせて、入射光の受光位置を変更する。これにより、８倍波出力を一定に保つための基本波出力は初期状態に戻る。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として固体パルスレーザから放出されるレーザ光をその高調波に変換する、波長変換光学系、及びこの波長変換光学系を有するレーザ装置に関するものである。

レーザ光は近年において種々の用途に用いられており、例えば、金属の切断や加工を行ったり、半導体製造装置におけるフォトリソグラフィー装置の光源として用いられたり、各種測定装置に用いられたり、外科、眼科、歯科等の手術および治療装置に用いられたりしている。

ところが、ＡｒＦエキシマレーザ発振装置は、チャンバー内にアルゴンガス、フッ素ガス、ネオンガス等を封入して構成されるものであり、これらガスを密封する必要がある。さらに、各ガスの充填、回収を行う必要もあり、装置が大型化且つ複雑化しやすいという問題がある。又、ＡｒＦエキシマレーザ発振装置は所定のレーザ光発生性能を保持するために、定期的に内部ガスの交換を行ったり、オーバホールを行ったりする必要があるという問題もある。

よって、レーザ光源としてはこのような気体レーザでなく、固体レーザを用いることが好ましい。ところが、固体レーザから放出されるレーザ光の波長は、通常、上記波長に比べて長波長であり、例えば角膜治療装置に使用するには向いていない。そこで、このような固体レーザから放出される長波長の光を、非線形光学結晶を用いることにより短波長の紫外光（例えば８倍波）に変換して用いる方法が開発され、例えば特開２００１−３５３１７６号公報（特許文献１）に記載されている。このような目的に用いられる非線形光学素子としては、ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶等が知られている。

このような、レーザ装置の概要を、図４〜図６により説明する。図４は、レーザ装置であり、固体レーザから放出されるレーザ光を波長変換して出力する装置の全体構成図を示す図である。すなわち、このレーザ装置は、基本波発生部１、波長変換部２から構成されている。

図５は基本波発生部１の概略構成を示す図である。
基本波を発生するレーザ光源は、Ｅｒ３＋添加光ファイバ増幅器を用いており、主に基準光源部３、ＥＤＦ部４、励起用光源部５から構成される。基準光源部３の基準光源となるＤＦＢからは波長1547ｎｍのパルス光が出力され、ＥＤＦ部４により増幅される。ＥＤＦ部４はＥＤＦ１、ＥＤＦ２、ＥＤＦ３の３段階のＥＤＦから構成され、それぞれに励起用光源５ａ、５ｂ、５ｃから励起光が供給される。ＥＤＦ３からの出力光が後に説明する波長変換部に入力される。

図６は波長変換部２の概略構成を示す図である。波長変換部２は基本波発生部１から出力される波長1547ｎｍのレーザ光の波長変換を行う。波長変換部２には、複数の波長変換手段、すなわち、２倍波発生部６、３倍波発生部７、４倍波発生部８、７倍波発生部９、８倍波発生部１０の各高調波発生部が設けられ、それぞれの高調波発生部間に、高調波を次の高調波発生部へ伝播させるための光学素子が配置されている。

この実施の形態では、各高調波発生部とも非線形光学結晶を用いている。具体的には、２倍波発生部６、３倍波発生部７、４倍波発生部８にはＬｉＢ_３Ｏ_５（ＬＢＯ）結晶を、７倍波発生部９にはβ−ＢａＢ_２Ｏ_４（ＢＢＯ）結晶を、８倍波発生部１０にはＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０（ＣＬＢＯ）結晶を用いている。これら、２倍波発生部６、３倍波発生部７、４倍波発生部８、７倍波発生部９、８倍波発生部１０は、それぞれ波長７７３ｎｍ、５１６ｎｍ、３８７ｎｍ、２２１ｎｍ、１９３ｎｍの光を発生する。

すなわち、入射した波長1547ｎｍのレーザ光は、レンズＬ１により集光されて２倍波発生部６に入射する。２倍波発生部６からは、この基本波と共に、２倍の周波数の光（２倍波）が出力される。これらの光は、レンズＬ２により集光されて３倍波発生部７に入って合成され、基本波、２倍波と共に、基本波の３倍の周波数（３倍波）が出力される。このうち、３倍波は、ダイクロイックミラーＭ１により反射され、レンズＬ３、Ｌ４を介して反射ミラーＭ２で反射された後、ダイクロイックミラーＭ３を通過して、後に述べる基本波の４倍の周波数を持つ光（４倍波）と合成される。レンズＬ３、Ｌ４は、３倍波を７倍波発生部９に集光するようになっている。

ダイクロイックミラーＭ１を通過した基本波と２倍波のうち、２倍波は、ダイクロイックミラーＭ４で反射され、レンズＬ５により集光されて４倍波発生部８に入射する。そして、４倍波発生部８からは、２倍波と共に４倍波が出力される。そして、２つのシリンドリカルレンズ１１ａ、１１ｂを組み合わせて１つのレンズ作用を持たせた光学素子により、７倍波発生部９に集光される。即ち、４倍波は、ダイクロイックミラーＭ３で反射され、前述の３倍波と合成されて７倍波発生部９に入力される。よって、７倍波発生部９からは３倍波、４倍波と共に、基本波の７倍の周波数を持つ光（７倍波）が出力される。

これらの光は、２つのシリンドリカルレンズ１２ａ、１２ｂを組み合わせて１つのレンズ作用を持たせた光学素子を介して、ダイクロイックミラーＭ５に入力され、７倍波のみが反射されて８倍波発生部１０に入力される。２つのシリンドリカルレンズ１２ａ、１２ｂを組み合わせた光学素子は、この７倍波を８倍波発生部１０に集光させるようになっている。

ダイクロイックミラーＭ４を透過した基本波は、反射ミラーＭ６、Ｍ７、Ｍ８と、レンズＬ６、Ｌ７からなる光学系と、ダイクロイックミラーＭ５を通過し、レンズＬ６、Ｌ７の働きにより、８倍波発生部１０に集光される。よって、８倍波発生部１０には基本波と７倍波が入力されることになり、基本波と７倍波の他に、基本波の８倍の周波数を持つ光（８倍波）が出力される。

このように、図６に示される波長変換部２では、基本波、２倍波、３倍波の集光には通常のレンズを使用し、４倍波、７倍波の集光には２つのシリンドリカルレンズを組み合わせた光学素子を使用している。シリンドリカルレンズを用いるのは、４倍波発生部８、７倍波発生部９から出力される４倍波、７倍波は、それぞれウォークオフのために楕円形になっているので、これらを円形にして、次の波長変換素子において変換効率を上げるためである。なお、図６において、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂは、シリンドリカルレンズの保持手段である。

特開２００１−３５３１７６号公報

波長変換結晶の内、ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶は、特に高周波（短波長）の波長変換に使用され、深紫外領域の光を受けることが多い。そのため、長時間使用すると波長変換結晶そのものがダメージを受けて変換効率が低下するという問題点がある。

例えば、図６に示す光学系において、１９３ｎｍの深紫外光で１００ｍＷの強さのものを発生する場合には、７倍波発生部９に用いられるＢＢＯ結晶の寿命が最も短く、約２０〜３０時間程度である。次に８倍波発生部１０に用いられるＣＬＢＯ結晶の寿命が短く約１００時間程度である。

従来、このような問題に対する対策として、使用時間が所定時間に達した場合、あるいは発生するパワーが低下した場合に、光の入射位置を変えることにより、これらの結晶内での光の通過路を変化させ、ダメージを受けていない部分を新たな光路とすることにより、変換効率低下の回復を図り、ＢＢＯ結晶やＣＬＢＯ結晶を長時間使用することが行われてきた。

しかしながら、このようにしても、比較的短い使用時間ごとにＢＢＯ結晶やＣＬＢＯ結晶を交換しなければならないという問題点があった。また、この他に、深紫外光が照射されるダイクロイックミラーも同様に損傷を受け、その寿命が、１９３ｎｍの深紫外光で１００ｍＷの強さのものを発生する場合には、２００〜３００時間程度であるという問題点もあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、時間によって劣化が避けられない波長変換素子やダイクロイックミラーを長時間に亘って使用可能な波長変換光学系、及びこの波長変換光学系を使用したレーザ装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、波長変換素子を用いて、入力される基本波からその高調波を発生させる波長変換光学系であって、波長変換素子としてＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶のうち少なくとも一つを用いている波長変換光学系において、出力される光のパワーをモニタリングする出力光モニタ装置と、当該出力光モニタ装置の出力を受け、出力される光のパワーが一定となるように前記入力される基本波のパワーを操作する出力光調整装置と、当該基本波のパワーをモニタする基本波モニタ装置と、前記基本波モニタ装置で検出された前記基本波のパワーが所定値に達したとき、前記ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶のうち少なくとも一つの、受光角度又は受光位置の少なくとも一方を、所定量だけ調整又はシフトする調整・シフト制御装置を有することを特徴とする波長変換光学系（請求項１）である。

本手段においては、従来から行われている波長変換結晶のシフトによる調整に加えて、結晶の角度調整を行う制御及び、入力される基本波のパワーを操作し、出力光のパワーを一定にする制御を加えている。よって、波長変換結晶のシフトを行わなければならなくなるまでの時間を従来よりも長くすることができて、その分、装置全体のオーバホールまでの時間を長くすることができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、波長変換素子を用いて、入力される基本波からその高調波を発生させる波長変換光学系であって、波長変換素子としてＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶のうち少なくとも一つを用いている波長変換光学系において、出力される光のパワーをモニタリングする出力光モニタ装置と、当該出力光モニタ装置の出力を受け、出力される光のパワーが一定となるように前記入力される基本波のパワーを操作する出力光調整装置と、前記基本波のパワーをモニタする基本波モニタ装置と、第１の所定使用時間ごとに前記ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶のうち少なくとも一つ（「調整可能結晶という」）の受光角度を所定量調整し、受光角度の所定量の調整を行っても前記基本波出力が所定値からほとんど下げられない状態となったとき、前記調整可能結晶の受光角度を当初の値にもどすと共に、前記調整可能結晶の受光位置を所定量シフトさせる動作を繰り返し行う調整・シフト制御装置を有することを特徴とする波長変換光学系（請求項２）である。

前記課題を解決するための第３の手段は、波長変換素子を用いて、入力される基本波からその高調波を発生させる波長変換光学系であって、波長変換素子としてＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶のうち少なくとも一つを用いている波長変換光学系において、出力される光のパワーをモニタリングする出力光モニタ装置と、当該出力光モニタ装置の出力を受け、出力される光のパワーが一定となるように前記入力される基本波のパワーを操作する出力光調整装置と、前記基本波のパワーをモニタする基本波モニタ装置と、第２の所定使用時間ごとに前記ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶のうち少なくとも一つ（「調整可能結晶という」）の受光位置を所定量シフトさせ、シフト回数が所定値に達したとき、前記調整可能結晶の受光位置を当初の値にもどすと共に、前記調整可能結晶の受光角度を所定量調整させる動作を繰り返し行う調整・シフト制御装置を有することを特徴とする波長変換光学系（請求項３）である。

これら、第２の手段、第３の手段は、制御の順番が異なるだけであって、本質的には前記第１の手段と等価なものであり、装置全体のオーバホールまでの時間を長くすることができる。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のうちいずれかの波長変換光学系であって、ダイクロイックミラーを使用しているものにおいて、前記ダイクロイックミラーの少なくとも一つの受光位置をシフトするダイクロイックミラーシフト制御装置を有することを特徴とするもの（請求項４）である。

本手段においては、ダイクロイックミラーの耐用時間を長くすることができ、装置全体のオーバホールまでの時間を長くすることができる。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のうちいずれかの波長変換光学系であって、角度調整、受光位置調整を行った波長変換素子から放出される光を、さらに後段の波長変換素子に、レンズ系を通して集光して入力させ、前記後段の波長変換素子に同時に入力される光との和又は差の周波数を有する光を得る機能を有するものにおいて、前記後段の波長変換素子からの出力光のパワーが最大となるように、角度調整を行った波長変換素子から放出される光、又は前記後段の波長変換素子に同時に入力される光の光軸を調整する光軸調節装置を有することを特徴とするもの（請求項５）である。

波長変換素子の角度調整や、受光位置の調整を行うと、その波長変換素子から出力される光の光軸がずれ、後にその光を使用して波長変換を行う波長変換素子の受光部において、他の光との光軸が合わなくなることがある。このようなことが起こると、後段の波長変換素子での変換効率が低下する。本手段においては、光軸調整装置により、複数の光の光軸を合わせるようにしているので、変換効率の低下を抑えることができる。

前記課題を解決するための第６の手段は、レーザ光源と、当該レーザ光源からの光、又はそれを光増幅器によって増幅した光を、前記入力される基本波とし、前記第１の手段から第５の手段のうちいずれかの波長変換光学系において形成された高調波を出力とするレーザ装置であって、前記出力光調整装置が、前記レーザ光源から放出される光のパワー、又は前記光増幅器の増幅率を操作するものであることを特徴とするレーザ装置（請求項６）である。

本手段においては、オーバホールまでの時間の長いレーザ装置とすることができる。

なお、本欄及び請求項に記載の「基本波のパワーをモニタする基本波モニタ装置」には、直接、基本波のパワーをモニタする装置の他に、基本波のパワーと相関関係がある励起用光源の出力をモニタして、間接的に基本波のパワーをモニタする装置も含む。また、「前記基本波モニタ装置で検出された前記基本波パワー」には、励起用光源の出力をモニタして基本波のパワーに変換して得られる基本波のパワーも含む。

本発明によれば、時間によって劣化が避けられない波長変換素子やダイクロイックミラーを長時間に亘って使用可能な波長変換光学系、及びこの波長変換光学系を使用したレーザ装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である波長変換光学系の概要を示す図である。図１に示す波長変換光学系の基本的な構成は、図６に示した従来の波長変換光学系と同じであるので、同じ部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみを説明する。

図１に示す波長変換光学系においては、出力される８倍波は、ハーフミラー１５によりその一部が反射され、光量モニタリング装置１６に導かれる。光量モニタリング装置１６は、出力される８倍波のパワーをモニタリングし、その出力を制御装置１７に伝送する。

制御装置１７は、出力される８倍波のパワーが一定となるように、励起用光源部５に指令を出し、励起用光源の強さを操作する。なお、励起用光源部５を操作するのではなく、基準光源部３を操作するようにしてもよいことは言うまでもない。

それと同時に、制御装置は、ＢＢＯシフト操作部１８、ＣＬＢＯシフト操作部１９、ダイクロイックミラー操作部２０に指令を出し、それぞれ、７倍波発生部９のＢＢＯ結晶の光軸の角度と入射光が入射する位置のシフト、８倍波発生部１０のＣＬＢＯ結晶の光軸の角度と入射光が入射する位置のシフト、及びダイクロイックミラーＭ５に入射光が入射する位置のシフトを行う機能を有している。

制御装置１７が行う第１の制御の例を図２を参照しながら説明する。図２は、横軸に使用時間、縦軸に基本波と８倍波の出力をとった図である。この図は、ＢＢＯシフト操作部１８と、励起用光源部５を操作して、８倍波の出力を一定に保っている状態を示す図である。なお、基本波の出力は、励起用光源の強さにほぼ比例するので、励起用光源の強さと読み替えてもよい。

図１に示す制御装置１７の働きにより、８倍波出力は一定に保たれている。初期状態から使用時間がＡ１までの間は、７倍波発生部９のＢＢＯ結晶の劣化により、そのままでは８倍波の出力が徐々に低下するので、基本波の出力を大きくするように励起用光源部５を操作して、８倍波の出力を一定に保っている。使用時間Ａ１で、励起光の出力がある所定の値に達する。

制御装置１７は、この状態を検知し、ＢＢＯシフト操作部１８に指令を出してＢＢＯ結晶の光軸を所定量傾ける。これにより、損傷により生じていた位相不整合が補償され、ＢＢＯ結晶の変換効率が上がるので、基本波出力を低下させても８倍波の出力を一定に保てるようになる。しかし、損傷により生じていた位相不整合は完全には補償されず、変換効率がやや低下するので、基本波の出力は初期の状態には戻らず少し高めになる。

その後、再び使用時間が経過すると共に基本波の出力が上昇し、使用時間Ａ２で、基本波の出力が所定値に達する。そこで、再び、制御装置１７は、この状態を検知し、ＢＢＯシフト操作部１８に指令を出してＢＢＯ結晶の光軸を所定量傾ける。基本波出力の「所定値」は、例えば、初期値の２割から５割増しの値で、ビーム品質が保持でき、波長変換後の出力に安定性が保持できる範囲内で決める。

この操作を所定回数（図では２回）繰り返した後では、それ以上光軸を傾けても、あまり効果が得られなくなる。

そこで、制御装置は、使用時問Ｂ１が経過してＢＢＯ結晶の光軸を傾けても効果が得られない状態（即ち、ＢＢＯ結晶の光軸を傾けても変換効率が向上せず、基本波出力を所定値からほとんど低下できなくなった状態）になったとき、ＢＢＯシフト操作部１８に指令を送り、ＢＢＯ結晶の光軸の傾きを元に戻すと共に、ＢＢＯ結晶をシフトさせて、入射光の受光位置を変更する。これにより、８倍波出力を一定に保つための基本波出力は初期状態に戻る。以後、再び、基本波出力が所定値に達するＡ３、Ａ４の時点でＢＢＯ結晶の光軸の傾きを変化させ、Ｂ２の時点でＢＢＯ結晶の光軸の傾きを元に戻すと共に、ＢＢＯ結晶をシフトさせて、入射光の受光位置を変更する。このような動作を繰り返し、所定回の光軸のシフトと、別の所定回の受光位置のシフトを終えたところで、ＢＢＯ結晶を交換する。このように、従来行われていた入射光の受光位置のシフトに加えて、ＢＢＯ結晶の角度の調整及び入射光の出力を変化させることにより、ＢＢＯ結晶の使用時間を大幅に伸ばすことができる。

図３は、制御装置１７が行う第２の制御の例を示す図である。この制御の例においても、図１示す制御回路１７の働きにより、８倍波出力は一定に保たれている。この例においては、使用時間が２０時間経過する毎に、制御装置１７がＢＢＯシフト操作部１８に指令を出して、ＢＢＯ結晶の光軸を所定量だけ傾けている。これにより、使用開始から６０時間が経過するまでは、基本波の出力は図のように変化する。６０時間経過したとき、基本波の出力が所定値に達するので、この段階で制御装置１７は、ＢＢＯシフト操作部１８に指令を出して、ＢＢＯ結晶の光軸の傾きを元に戻すと共に、ＢＢＯ結晶をシフトさせて、入射光の受光位置を変更する。これにより、８倍波出力を一定に保つための基本波出力は初期状態に戻る。

以後、再び、基本波のパワーが所定値に達するまで、２０時間を経過する毎にＢＢＯ結晶の光軸の傾きを変化させ、基本波出力が所定値に達した時点でＢＢＯ結晶の光軸の傾きを元に戻すと共に、ＢＢＯ結晶をシフトさせて、入射光の受光位置を変更する。

なお、図３においては、ちょうど６０時間、１２０時間経過したときに基本波出力が所定値に達するように図示しているが、例えば５０時間経過したときに基本波出力が所定値に達したような場合には、その時点でＢＢＯ結晶の光軸の傾きを元に戻すと共に、ＢＢＯ結晶をシフトさせて、入射光の受光位置を変更する。

図３に示す例においては、２０時間毎にＢＢＯ結晶の光軸の傾きを変化させていたが、所定時間毎にＢＢＯ結晶をシフトさせるようにし、シフト回数が所定値に達したような場合には、その時点でＢＢＯ結晶の受光位置を初期状態に戻すと共に、ＢＢＯ結晶の光軸を所定量傾けるようにし、これを繰り返しても同様の効果が得られる。

図２、図３は、７倍波発生部９のＢＢＯ結晶を操作する例を示したが、８倍波発生部１０のＣＬＢＯ結晶を操作する場合も同様に行うことができる。又、７倍波発生部９のＢＢＯ結晶と８倍波発生部１０のＣＬＢＯ結晶の双方を操作する場合には、例えば、初めにＢＢＯ結晶の操作のみを行い、ＢＢＯ結晶の操作では、８倍波の出力を一定に保つことができなくなった時点で、ＢＢＯ結晶の操作を止め、ＣＬＢＯ結晶の操作を開始するようにすればよい。

７倍波発生部９のＢＢＯ結晶と８倍波発生部１０のＣＬＢＯ結晶の双方を操作する方法としては、この他に、例えばＢＢＯ結晶を所定回数操作する毎の、又はＢＢＯ結晶の使用時間が予め定められた時間（複数）を経過した後でのＢＢＯ結晶の操作時に、ＣＬＢＯ結晶の操作をＢＢＯ結晶の操作に続いて行う等、種々のバリエーションが考えられる。

なお、７倍波発生部９のＢＢＯ結晶の光軸や入射光の入射位置のシフトを行った場合、７倍波発生部９からの出力光の光軸が僅かにずれ、８倍波発生部１０のＣＬＢＯ結晶に入射する７倍波と基本波の位置が合わなくなる。そのために、基本波を集光させるレンズＬ７には、図１に示すような集光位置調整装置２１が設けられている。

制御装置１７は、ＢＢＯ結晶のシフト動作が完了後、集光位置調整装置２１に信号を送って、基本波が８倍波発生部１０のＣＬＢＯ結晶に入射する位置を操作し、８倍波の出力が最大となる位置を見つけて、レンズＬ７をその位置に保持する。なお、集光レンズの調整は７倍波の方で行ってもよいが、図１に示す例では７倍波の集光はシリンドリカルレンズ１２ａ、１２ｂを用いて行っているので、基本波の方で調整した方が調整機構が簡単になる。

図１に示す光学系では、ダイクロイックミラーＭ５も深紫外光に曝されるので、ダイクロイックミラーＭ５を構成する薄膜が損傷を受けて劣化する。これを補償するために、ダイクロイックミラー操作部２０が設けられており、ダイクロイックミラーＭ５をそれが属する面内でシフトさせたり、回転させたりすることにより、未使用の領域に７倍波と基本波が入力するようにし、長寿命化を図っている。

例えば、７倍波発生部９のＢＢＯ結晶、８倍波発生部１０のＣＬＢＯ結晶の調整を行っても、８倍波の出力を一定位置に保つことができなくなったときに、制御装置１７がダイクロイックミラー操作部２０に指令を出し、ダイクロイックミラーＭ５の位置を調整するようにしてもよい。又、ＢＢＯ結晶、又はＣＬＢＯ結晶を所定回数調整する毎に、あるいは装置の使用時間が所定時間（複数）に達した後でのＢＢＯ結晶、又はＣＬＢＯ結晶の調整の直後にダイクロイックミラーＭ５の位置を調整を行うようにしてもよく、いろいろなバリエーションが考えられる。

本発明の実施の形態であるレーザ装置の基本的な構成は、図４、図５に示すものと基本的には変わりが無く、波長変換部２が、図１に示すような構成になっていること、及び、図５に示す基本波発生部の励起用光源部５が、制御装置１７の制御を受けているところのみが異なるだけであるので、その詳しい説明を省略する。

本発明の実施の形態の１例である波長変換光学系の概要を示す図である。制御装置が行う第１の制御の例を示す図である。制御装置が行う第２の制御の例を示す図である。固体レーザから放出されるレーザ光を波長変換して出力するレーザ装置の全体構成図である。基本波発生部の概略構成を示す図である。波長変換部の概略構成を示す図である。

符号の説明

１…基本波発生部、２…波長変換部、３…基準光源部、４…ＥＤＦ部、５…励起用光源部、５ａ…励起用光源、５ｂ…励起用光源、５ｃ…励起用光源、６…２倍波発生部、７…３倍波発生部、８…４倍波発生部、９…７倍波発生部、１０…８倍波発生部、１１ａ…シリンドリカルレンズ、１１ｂ…シリンドリカルレンズ、１２ａ…シリンドリカルレンズ、１２ｂ…シリンドリカルレンズ、１３ａ…保持手段、１３ｂ…保持手段、１４ａ…保持手段、１４ｂ…保持手段、１５…ハーフミラー、１６…光量モニタリング装置、１７…制御装置、１８…ＢＢＯシフト操作部、１９…ＣＬＢＯシフト操作部、２０…ダイクロイックミラー操作部、２１…集光位置調整装置、Ｌ１…レンズ、Ｌ２…レンズ、Ｌ３…レンズ、Ｌ４…レンズ、Ｌ６…レンズ、Ｌ７…レンズ、Ｍ１…ダイクロイックミラー、Ｍ２…反射ミラー、Ｍ３…ダイクロイックミラー、Ｍ４…ダイクロイックミラー、Ｍ５…ダイクロイックミラー、Ｍ６…反射ミラー、Ｍ７…反射ミラー、Ｍ８…反射ミラー

Claims

波長変換素子を用いて、入力される基本波からその高調波を発生させる波長変換光学系であって、波長変換素子としてＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶のうち少なくとも一つを用いている波長変換光学系において、出力される光のパワーをモニタリングする出力光モニタ装置と、当該出力光モニタ装置の出力を受け、出力される光のパワーが一定となるように前記入力される基本波のパワーを操作する出力光調整装置と、当該基本波のパワーをモニタする基本波モニタ装置と、前記基本波モニタ装置で検出された前記基本波のパワーが所定値に達したとき、前記ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶のうち少なくとも一つの、受光角度又は受光位置の少なくとも一方を、所定量だけ調整又はシフトする調整・シフト制御装置を有することを特徴とする波長変換光学系。
波長変換素子を用いて、入力される基本波からその高調波を発生させる波長変換光学系であって、波長変換素子としてＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶のうち少なくとも一つを用いている波長変換光学系において、出力される光のパワーをモニタリングする出力光モニタ装置と、当該出力光モニタ装置の出力を受け、出力される光のパワーが一定となるように前記入力される基本波のパワーを操作する出力光調整装置と、前記基本波のパワーをモニタする基本波モニタ装置と、第１の所定使用時間ごとに前記ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶のうち少なくとも一つ（「調整可能結晶という」）の受光角度を所定量調整し、受光角度の所定量の調整を行っても前記基本波出力が所定値からほとんど下げられない状態となったとき、前記調整可能結晶の受光角度を当初の値にもどすと共に、前記調整可能結晶の受光位置を所定量シフトさせる動作を繰り返し行う調整・シフト制御装置を有することを特徴とする波長変換光学系。
波長変換素子を用いて、入力される基本波からその高調波を発生させる波長変換光学系であって、波長変換素子としてＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶のうち少なくとも一つを用いている波長変換光学系において、出力される光のパワーをモニタリングする出力光モニタ装置と、当該出力光モニタ装置の出力を受け、出力される光のパワーが一定となるように前記入力される基本波のパワーを操作する出力光調整装置と、前記基本波のパワーをモニタする基本波モニタ装置と、第２の所定使用時間ごとに前記ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶のうち少なくとも一つ（「調整可能結晶という」）の受光位置を所定量シフトさせ、シフト回数が所定値に達したとき、前記調整可能結晶の受光位置を当初の値にもどすと共に、前記調整可能結晶の受光角度を所定量調整させる動作を繰り返し行う調整・シフト制御装置を有することを特徴とする波長変換光学系。
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の波長変換光学系であって、ダイクロイックミラーを使用しているものにおいて、前記ダイクロイックミラーの少なくとも一つの受光位置をシフトするダイクロイックミラーシフト制御装置を有することを特徴とする波長変換光学系。
請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の波長変換光学系であって、角度調整、受光位置調整を行った波長変換素子から放出される光を、さらに後段の波長変換素子に、レンズ系を通して集光して入力させ、前記後段の波長変換素子に同時に入力される光との和又は差の周波数を有する光を得る機能を有するものにおいて、前記後段の波長変換素子からの出力光のパワーが最大となるように、角度調整を行った波長変換素子から放出される光、又は前記後段の波長変換素子に同時に入力される光の光軸を調整する光軸調節装置を有することを特徴とする波長変換光学系。
レーザ光源と、当該レーザ光源からの光、又はそれを光増幅器によって増幅した光を、前記入力される基本波とし、請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の波長変換光学系において形成された高調波を出力とするレーザ装置であって、前記出力光調整装置が、前記レーザ光源から放出される光のパワー、又は前記光増幅器の増幅率を操作するものであることを特徴とするレーザ装置。