JP2007072134A - Wavelength conversion laser device - Google Patents

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Susumu Konno
進 今野
Tetsuo Kojima
哲夫 小島
Tatsuya Yamamoto
達也 山本
Tomotake Katsura
智毅 桂
Mitsuki Kurosawa
満樹 黒澤
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength conversion laser device that is superior in wavelength conversion efficiency and the variance of wavelength conversion efficiency to changes in the fundamental beam of which is small. <P>SOLUTION: The wavelength conversion laser device, which makes a fundamental laser beam travel in one direction and performs wavelength conversion of the fundamental laser beam by non-linear effects, comprises a fundamental wave laser beam source for generating the fundamental laser beam, a wavelength conversion element which is disposed on the optical axis of the fundamental laser beam outputted from the laser beam source, and performs wavelength conversion of the fundamental laser beam by non-linear effects, a plurality of light-collecting means which are disposed between the fundamental laser beam source on the optical axis of the fundamental laser beam and the wavelength conversion element, in such a manner that they can move reciprocatively on the optical axis of the fundamental laser beam for collecting the fundamental laser beam for the wavelength conversion element, and a moving means for moving the light-collecting means in the direction of the optical axis of the fundamental laser beam. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、波長変換レーザ装置に関するものであり、特に、非線形光学結晶を備えた波長変換レーザ装置に関するものである。   The present invention relates to a wavelength conversion laser device, and more particularly to a wavelength conversion laser device provided with a nonlinear optical crystal.

従来、波長変換装置としては、基本波レーザビーム光源から基本波レーザビームを発生させ、集光素子により波長変換素子に対して基本波レーザビームの集光を行い、波長変換素子の非線形効果により基本波レーザビームの波長変換を行っている。また、従来の波長変換装置では、集光素子として波長変換結晶1個に対し、単レンズを1枚使用していた(たとえば、特許文献1参照)。   Conventionally, as a wavelength conversion device, a fundamental laser beam is generated from a fundamental laser beam light source, and the fundamental laser beam is condensed on the wavelength conversion element by a condensing element. Wavelength laser beam wavelength conversion is performed. Moreover, in the conventional wavelength converter, the single lens was used with respect to one wavelength conversion crystal as a condensing element (for example, refer patent document 1).

特公平7−58378号公報(5頁〜6頁、第1図)Japanese Examined Patent Publication No. 7-58378 (pages 5-6, Fig. 1)

しかしながら、上記従来の波長変換レーザ装置にあっては、基本波光源レーザ装置の出射レーザビームの曲率やビーム径のばらつきにより波長変換効率が大きく変化する、という問題があった。また、波長の異なるビームを集光して和周波発生や差周波発生を行った場合に、十分な変換効率が得られない、基本波ビームの変化に依存して波長変換効率が大きく変動する、という問題があった。また、複数の波長のレーザビームを波長変換結晶近傍で集光する集光素子に対する高い配置精度が必要であり製造が困難である、という問題があった。   However, the conventional wavelength conversion laser device has a problem that the wavelength conversion efficiency changes greatly due to variations in the curvature and beam diameter of the emitted laser beam of the fundamental light source laser device. In addition, when sum frequency generation or difference frequency generation is performed by collecting beams with different wavelengths, sufficient conversion efficiency cannot be obtained, wavelength conversion efficiency varies greatly depending on the change of the fundamental beam, There was a problem. In addition, there is a problem that manufacturing is difficult because high arrangement accuracy is required for a condensing element that condenses laser beams having a plurality of wavelengths in the vicinity of the wavelength conversion crystal.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基本波ビームの変化に対し、波長変換効率の変動が小さい波長変換効率に優れた波長変換レーザ装置を得ることを得ることを目的とする。また、波長の異なるビームを集光して和周波発生や差周波発生を行った場合においても、十分な変換効率が得られる波長変換効率に優れた波長変換レーザ装置を得ることを得ることを目的とする。また、集光素子の配置精度の緩やかな、製造が容易な波長変換レーザ装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a wavelength conversion laser device excellent in wavelength conversion efficiency with a small variation in wavelength conversion efficiency with respect to changes in the fundamental wave beam. . Another object of the present invention is to obtain a wavelength conversion laser device excellent in wavelength conversion efficiency that can obtain sufficient conversion efficiency even when beams having different wavelengths are collected to generate sum frequency or difference frequency. And It is another object of the present invention to obtain a wavelength conversion laser device that is easy to manufacture and has a gentle arrangement accuracy of light converging elements.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる波長変換レーザ装置は、基本波レーザビームを1方向に進行させて非線形効果により該基本波レーザビームの波長変換を行う波長変換レーザ装置であって、基本波レーザビームを発生させる基本波レーザビーム光源と、レーザビーム光源から出射された基本波レーザビームの光軸上に配置され、非線形効果により基本波レーザビームの波長変換を行う波長変換素子と、基本波レーザビームの光軸上の基本波レーザビーム光源と波長変換素子との間に、該基本波レーザビームの光軸上において往復運動可能に設けられ、波長変換素子に対して基本波レーザビームの集光を行う複数の集光手段と、集光手段を前記基本波レーザビームの光軸方向において移動させる移動手段と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a wavelength conversion laser device according to the present invention is a wavelength conversion device that advances a fundamental laser beam in one direction and performs wavelength conversion of the fundamental laser beam by a nonlinear effect. A laser device that is arranged on the optical axis of a fundamental laser beam source that generates a fundamental laser beam and a fundamental laser beam emitted from the laser beam light source, and converts the wavelength of the fundamental laser beam by a non-linear effect. The wavelength conversion element is provided between the fundamental wave laser beam light source and the wavelength conversion element on the optical axis of the fundamental laser beam so as to be capable of reciprocating on the optical axis of the fundamental laser beam. A plurality of condensing means for condensing the fundamental laser beam and a moving means for moving the condensing means in the optical axis direction of the fundamental laser beam. And wherein the Rukoto.

この発明によれば、波長変換素子に集光する集光手段として複数の集光手段を使用している。また、複数のレンズに光軸方向の移動手段を設けている。これにより、基本波光源のレーザパラメータの変化により、基本波レーザビームのウエスト位置のビーム径が変化した場合でも、複数のレンズを光軸方向に移動させることにより集光点(集光点)の位置を大きく変動させることなく、容易にビーム径を変更することが可能であり、基本波レーザビームの変動に対して、波長変換結晶位置近傍のビームウエストの変動を補償することができる、という効果を奏する。   According to this invention, a plurality of condensing means are used as the condensing means for condensing on the wavelength conversion element. Further, a plurality of lenses are provided with moving means in the optical axis direction. As a result, even when the beam diameter at the waist position of the fundamental wave laser beam changes due to a change in the laser parameters of the fundamental wave light source, by moving the plurality of lenses in the direction of the optical axis, The effect is that the beam diameter can be easily changed without greatly changing the position, and the fluctuation of the beam waist near the wavelength conversion crystal position can be compensated for the fluctuation of the fundamental laser beam. Play.

したがって、この発明によれば、基本波ビームの変化に対し、波長変換効率の変動が小さい波長変換レーザ装置を実現することができる。また、基本波光源のレーザパラメータの変化により、基本波レーザビームのウエスト位置のビーム径が変化した場合においても、これを修正するための調整時間、調整に要する労力を低減することができ、さらに波長変換レーザ装置の熟練者以外のユーザでも容易にビーム径を調整可能な操作性に優れた波長変換レーザ装置を実現することができる、という効果を奏する。   Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a wavelength conversion laser device in which fluctuations in wavelength conversion efficiency are small with respect to changes in the fundamental wave beam. In addition, even when the beam diameter of the waist position of the fundamental wave laser beam changes due to a change in the laser parameters of the fundamental wave light source, the adjustment time for correcting this and the labor required for the adjustment can be reduced. There is an effect that it is possible to realize a wavelength conversion laser device with excellent operability that can be easily adjusted by a user other than those skilled in the wavelength conversion laser device.

以下に、本発明にかかる波長変換レーザ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。   Embodiments of a wavelength conversion laser device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.

実施の形態1.
図1−1は、本発明の実施の形態1にかかる波長変換レーザ装置の主要構成を示す構成図である。図1−1に示すように、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置は、基本波光源1と、第1の集光レンズ2と、第2の集光レンズ3と、波長変換結晶4と、集光レンズ移動手段52、53と、データ保持部54と、を備えて構成されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1-1 is a configuration diagram illustrating a main configuration of the wavelength conversion laser device according to the first embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 1A, the wavelength conversion laser device according to the present embodiment includes a fundamental wave light source 1, a first condenser lens 2, a second condenser lens 3, and a wavelength conversion crystal 4. Condensing lens moving means 52 and 53, and a data holding unit 54.

基本波光源1は、基本波レーザビームを発生させる基本波レーザビーム発生手段である。第1の集光レンズ2は、基本波光源1から発生した基本波レーザビームを集光する集光手段であり、該基本波レーザビームの光軸上に、該基本波レーザビームの光軸方向において一定の範囲で往復運動可能に設けられている。第2の集光レンズ3は、基本波光源1から発生して第1の集光レンズ2で集光された基本波レーザビームを集光する集光手段であり、該基本波レーザビームの光軸上に、該基本波レーザビームの光軸方向において一定の範囲で往復運動可能に設けられている。   The fundamental wave light source 1 is fundamental wave laser beam generating means for generating a fundamental wave laser beam. The first condensing lens 2 is a condensing unit that condenses the fundamental laser beam generated from the fundamental light source 1, and the optical axis direction of the fundamental laser beam is on the optical axis of the fundamental laser beam. Are provided so that they can reciprocate within a certain range. The second condensing lens 3 is condensing means for condensing the fundamental laser beam generated from the fundamental light source 1 and condensed by the first condenser lens 2, and the light of the fundamental laser beam. On the axis, a reciprocating motion is provided in a certain range in the optical axis direction of the fundamental laser beam.

波長変換結晶4は、基本波レーザビームの波長変換を行う波長変換素子であり、第2の集光レンズ3で集光された基本波レーザビームの一部を基本波レーザビームの1/2の波長のレーザビームに変換する第2高調波発生用の波長変換結晶(非線形光学結晶)からなり、基本波レーザビームの光軸上に配置される。集光レンズ移動手段52、53は、集光手段を基本波レーザビームの光軸方向において移動させる移動手段であり、それぞれ、第1の集光レンズ2と第2の集光レンズ3とを、基本波光源1から発生した基本波レーザビームの光軸方向において移動させる。データ保持部54は、集光レンズ移動手段52、53がそれぞれ第1の集光レンズ2と第2の集光レンズ3とを移動させる際に参照する補正データを保持する手段である。   The wavelength conversion crystal 4 is a wavelength conversion element that converts the wavelength of the fundamental laser beam, and a part of the fundamental laser beam condensed by the second condenser lens 3 is ½ of the fundamental laser beam. It consists of a wavelength conversion crystal (nonlinear optical crystal) for generating a second harmonic to be converted into a laser beam having a wavelength, and is disposed on the optical axis of the fundamental laser beam. The condensing lens moving means 52 and 53 are moving means for moving the condensing means in the optical axis direction of the fundamental wave laser beam, and the first condensing lens 2 and the second condensing lens 3, respectively, The fundamental wave laser beam generated from the fundamental wave light source 1 is moved in the optical axis direction. The data holding unit 54 is means for holding correction data to be referred to when the condenser lens moving means 52 and 53 move the first condenser lens 2 and the second condenser lens 3, respectively.

また、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においては、図1−1に示すように基本波レーザビームの外縁部1aが第1の集光レンズ2の外径からはみ出さないように基本波光源1から矢印Aの方向に基本波レーザビームが出射される。基本波レーザビームのビームウエスト(集光点)位置6は、図1−1における点線Bの位置であり、波長変換結晶4の近傍または波長変換結晶4内部に存在するビームウエスト(集光点)位置7は、図1−1における点線Cの位置である。   Further, in the wavelength conversion laser device according to the present embodiment, the fundamental wave so that the outer edge 1a of the fundamental wave laser beam does not protrude from the outer diameter of the first condenser lens 2 as shown in FIG. A fundamental laser beam is emitted from the light source 1 in the direction of arrow A. The beam waist (condensation point) position 6 of the fundamental laser beam is the position of the dotted line B in FIG. 1-1, and the beam waist (condensation point) existing in the vicinity of the wavelength conversion crystal 4 or inside the wavelength conversion crystal 4. The position 7 is the position of the dotted line C in FIG.

そして、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置は、図1−1に示すように基本波光源1から発生した基本波レーザビームが第1の集光レンズ2および第2の集光レンズ3の作用により、波長変換結晶4の内部または波長変換結晶4の近傍に集光点を有するように構成されている。   In the wavelength conversion laser device according to the present embodiment, the fundamental laser beam generated from the fundamental light source 1 is generated by the first condenser lens 2 and the second condenser lens 3 as shown in FIG. Due to the action, the condensing point is formed in the wavelength conversion crystal 4 or in the vicinity of the wavelength conversion crystal 4.

つぎに、以上のように構成された本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置の動作について説明する。図1−1に示すように基本波光源1から発生した基本波レーザビームは、基本波光源1から発生した基本波光源1から発生した基本波レーザビームは、該基本波レーザビームの光軸上に配置された第1の集光レンズにより集光される。つぎに、第1の集光レンズにより集光された基本波レーザビームは、該基本波レーザビームの光軸上に配置された第2の集光レンズ3により集光される。第2の集光レンズ3により集光された基本波レーザビームは、波長変換結晶4の内部または波長変換結晶4の近傍に集光点を有するように集光される。第2の集光レンズ3により集光された基本波レーザビームは、波長変換結晶4により、その一部を基本波レーザビームの1/2の波長のレーザビームに変換される。   Next, the operation of the wavelength conversion laser device according to this embodiment configured as described above will be described. As shown in FIG. 1-1, the fundamental laser beam generated from the fundamental light source 1 is the same as the fundamental laser beam generated from the fundamental light source 1 generated on the optical axis of the fundamental laser beam 1. The light is condensed by a first condenser lens disposed in the area. Next, the fundamental wave laser beam condensed by the first condenser lens is condensed by the second condenser lens 3 disposed on the optical axis of the fundamental laser beam. The fundamental laser beam condensed by the second condenser lens 3 is condensed so as to have a condensing point inside the wavelength conversion crystal 4 or in the vicinity of the wavelength conversion crystal 4. A part of the fundamental wave laser beam condensed by the second condenser lens 3 is converted by the wavelength conversion crystal 4 into a laser beam having a wavelength half that of the fundamental wave laser beam.

ここで、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においては、第1の集光レンズ2と第2の集光レンズ3の焦点距離、基本波レーザビームのビームウエスト(集光点)位置6から波長変換結晶4の近傍または波長変換結晶4内部に存在するビームウエスト(集光点)位置7までの距離、基本波レーザビームのビームウエスト(集光点)位置6でのビームウエスト径等を考慮し、第1の集光レンズ2および第2の集光レンズ3の位置と、集光点7のビーム径と、の関係を、あらかじめ計算し、テーブル(表)にまとめて補正データとして取得し、データ保持部54に保持している。そして、第1の集光レンズ2および第2の集光レンズ3の位置を、このデータ保持部54に保持している補正データに従って集光レンズ移動手段52、53集により移動させることにより、図1−2に示すようにビームウエスト位置をビームウエスト(集光点)位置7から変化させることなく、ビームウエスト径だけを連続的に変化させることができる。   Here, in the wavelength conversion laser device according to the present embodiment, the focal lengths of the first condenser lens 2 and the second condenser lens 3 and the beam waist (condensing point) position 6 of the fundamental laser beam are used. Consider the distance to the beam waist (condensing point) position 7 near or inside the wavelength conversion crystal 4, the beam waist diameter at the beam waist (condensing point) position 6 of the fundamental laser beam, etc. Then, the relationship between the positions of the first condenser lens 2 and the second condenser lens 3 and the beam diameter of the condensing point 7 is calculated in advance and collected as a correction data in a table. Are held in the data holding unit 54. Then, the positions of the first condenser lens 2 and the second condenser lens 3 are moved by the condenser lens moving means 52, 53 according to the correction data held in the data holding section 54, thereby Only the beam waist diameter can be continuously changed without changing the beam waist position from the beam waist (condensing point) position 7 as shown in 1-2.

また、第1の集光レンズ2および第2の集光レンズ3には、光軸に垂直な方向の上下、左右に微動調整可能な微動調整手段と、位置固定手段と、が設けてあり、第1の集光レンズ2と第2の集光レンズ3とを光軸上でどの場所へ移動しても、第1の集光レンズ2および第2の集光レンズ3を通過したレーザビームの光軸の変化が、実用上問題の生じない程度に抑えることができるように構成してある。   The first condenser lens 2 and the second condenser lens 3 are provided with fine adjustment means capable of fine adjustment in the vertical and horizontal directions in the direction perpendicular to the optical axis, and position fixing means. Regardless of where the first condenser lens 2 and the second condenser lens 3 are moved on the optical axis, the laser beam that has passed through the first condenser lens 2 and the second condenser lens 3 The configuration is such that the change of the optical axis can be suppressed to such an extent that no practical problem occurs.

上述したように本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置は、波長変換素子に集光する集光素子として複数のレンズを使用している。また、複数のレンズに光軸方向の移動手段を設けている。これにより、基本波光源のレーザパラメータの変化により、基本波レーザビームのウエスト位置のビーム径が変化した場合でも、複数のレンズを光軸方向に移動させることにより集光点(集光点)の位置を大きく変動させることなく、容易にビーム径を変更することが可能である。すなわち、基本波レーザビームの変動に対して、波長変換結晶位置近傍のビームウエストの変動を補償することができる。   As described above, the wavelength conversion laser device according to the present embodiment uses a plurality of lenses as a condensing element that focuses light on the wavelength conversion element. Further, a plurality of lenses are provided with moving means in the optical axis direction. As a result, even when the beam diameter at the waist position of the fundamental wave laser beam changes due to a change in the laser parameters of the fundamental wave light source, by moving the plurality of lenses in the direction of the optical axis, It is possible to easily change the beam diameter without greatly changing the position. That is, the fluctuation of the beam waist near the wavelength conversion crystal position can be compensated for the fluctuation of the fundamental laser beam.

また、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置は、ビームウエスト(集光点)位置を変化させずに、集光径(ビームウエスト径)が変化するレンズ位置をデータとして保持する。そして、これに従ってレンズ位置を調整できるようにしている。これにより、基本波光源のレーザパラメータの変化により、基本波レーザビームのウエスト位置のビーム径が変化した場合でも、あらかじめ用意した補正データに従って、集光点の位置を変えずに容易にビーム径を変更することが可能である。   Further, the wavelength conversion laser device according to the present embodiment holds, as data, the lens position at which the condensing diameter (beam waist diameter) changes without changing the beam waist (condensing point) position. The lens position can be adjusted accordingly. As a result, even if the beam diameter at the waist position of the fundamental wave laser beam changes due to a change in the laser parameter of the fundamental wave light source, the beam diameter can be easily adjusted without changing the position of the focal point according to the correction data prepared in advance. It is possible to change.

したがって、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置によれば、基本波ビームの変化に対し、波長変換効率の変動が小さい波長変換レーザ装置を実現することができる。また、基本波光源のレーザパラメータの変化により、基本波レーザビームのウエスト位置のビーム径が変化した場合においても、これを修正するための調整時間、調整に要する労力を低減することができ、さらに波長変換レーザ装置の熟練者以外のユーザでも容易にビーム径を調整可能な操作性に優れた波長変換レーザ装置を実現することが可能である。   Therefore, according to the wavelength conversion laser device according to the present embodiment, it is possible to realize a wavelength conversion laser device in which fluctuations in wavelength conversion efficiency are small with respect to changes in the fundamental beam. In addition, even when the beam diameter of the waist position of the fundamental wave laser beam changes due to a change in the laser parameters of the fundamental wave light source, the adjustment time for correcting this and the labor required for the adjustment can be reduced. It is possible to realize a wavelength conversion laser device with excellent operability that can be easily adjusted by a user other than those skilled in the wavelength conversion laser device.

図2、図3は、上述した構成の実施の形態1にかかる波長変換レーザ装置についての具体的な計算結果である。図2、図3の計算結果について以下に詳しく説明する。第1の集光レンズ2および第2の集光レンズ3の焦点距離は、ぞれぞれ、f=250mm、f=400mmであり、位置6から位置7までの距離は800mm、位置6におけるビーム径は240μm(半径)として計算を行った。   2 and 3 show specific calculation results for the wavelength conversion laser device according to the first embodiment having the above-described configuration. The calculation results of FIGS. 2 and 3 will be described in detail below. The focal lengths of the first condenser lens 2 and the second condenser lens 3 are f = 250 mm and f = 400 mm, respectively, the distance from the position 6 to the position 7 is 800 mm, and the beam at the position 6 The diameter was calculated as 240 μm (radius).

図2には、横軸を位置7のビーム径(半径)として、位置7におけるビーム径(半径)を70μmから170μmまで変化させたときについてプロットされている。縦軸は、位置6から第1の集光レンズ2までの距離である。また、図3には、横軸を位置7のビーム径(半径)として、位置7のビーム径(半径)=70μmから170μmまで変化させた場合の、位置6から第2の集光レンズ3までの距離がプロットしてある。縦軸は、第1の集光レンズ2と第2の集光レンズ3との距離である。図2、図3に従って集光レンズ3、4を移動させることにより、集光点位置を変えることなく、容易に、位置7のビーム径を変化させることができる。   In FIG. 2, the horizontal axis is the beam diameter (radius) at position 7, and the plot is made when the beam diameter (radius) at position 7 is changed from 70 μm to 170 μm. The vertical axis is the distance from the position 6 to the first condenser lens 2. Also, in FIG. 3, the horizontal axis is the beam diameter (radius) at position 7 and the beam diameter (radius) at position 7 is changed from 70 μm to 170 μm, from position 6 to the second condenser lens 3. The distance is plotted. The vertical axis represents the distance between the first condenser lens 2 and the second condenser lens 3. By moving the condensing lenses 3 and 4 according to FIGS. 2 and 3, the beam diameter at the position 7 can be easily changed without changing the condensing point position.

また、なんらかの原因で基本波レーザビームのビームウエスト(集光点)位置6が図1−1に点線Bでしめす初期位置からずれた場合においても、位置6から位置7の距離を変更した場合の補正データを複数用意しておき、現状に対応した異なる補正データを使用することにより対応することが可能である。   Further, even when the beam waist (focusing point) position 6 of the fundamental laser beam is deviated from the initial position indicated by the dotted line B in FIG. 1-1 for some reason, the distance from the position 6 to the position 7 is changed. It is possible to cope with this by preparing a plurality of correction data and using different correction data corresponding to the current situation.

以上のような本実施の形態は、たとえば基本波レーザビームの発生源が固体レーザ発振器であり、レーザ活性媒質の熱レンズがばらついた場合などに、波長変換結晶位置のビーム変動を抑え、波長変換ビームパラメータ等の変動を低く抑えることに効果を発揮する。すなわち、固体レーザ結晶の熱ひずみによる影響を大きく受けない高品質の波長変換レーザ装置を構成することができる。   In the present embodiment as described above, for example, when the generation source of the fundamental wave laser beam is a solid-state laser oscillator and the thermal lens of the laser active medium varies, the beam conversion at the wavelength conversion crystal position is suppressed, and the wavelength conversion is performed. This is effective in suppressing fluctuations in beam parameters and the like. That is, a high-quality wavelength conversion laser device that is not greatly affected by the thermal strain of the solid-state laser crystal can be configured.

また、以上のような基本波レーザビームの発生源が固体レーザ発振器だけでなく増幅器等を含み、レーザ活性媒質の熱レンズや熱ひずみがばらついた場合などに、波長変換結晶位置のビーム変動を抑え、波長変換ビームパラメータの変動を低く抑えるのに効果を発揮する。すなわち、増幅器中の固体レーザ結晶の熱ひずみによる影響を大きく受けない高品質の波長変換レーザ装置を構成することができる。   In addition, the fundamental laser beam source as described above includes not only a solid-state laser oscillator but also an amplifier, etc., and when the thermal lens of the laser active medium or thermal distortion varies, the beam fluctuation of the wavelength conversion crystal position is suppressed. It is effective in suppressing fluctuations in the wavelength conversion beam parameter. That is, it is possible to construct a high-quality wavelength conversion laser device that is not greatly affected by the thermal strain of the solid-state laser crystal in the amplifier.

なお、上記においては2枚の集光レンズを使用した構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、3枚以上の集光レンズを使用して同様の装置を構成しても良く、この場合においても上記と同様の本発明の効果を得ることができる。この場合には、位置7が位置6の転写点となるように集光レンズを移動させることもできる。このような構成により、基本波レーザビームの変動に対して、ビームウエスト位置を大きく変動させることなく、基本波レーザビーム通過点のあるポイントと波長変換結晶位置近傍のビームウエストとの2点を、転写の関係を保ちながら、波長変換結晶位置近傍のビームウエスト径の変動を補償することができる。   In the above description, the configuration using two condensing lenses has been described. However, the present invention is not limited to this, and a similar apparatus is configured using three or more condensing lenses. Even in this case, the same effects of the present invention as described above can be obtained. In this case, the condensing lens can be moved so that the position 7 becomes the transfer point of the position 6. With such a configuration, two points of a fundamental wave laser beam passing point and a beam waist in the vicinity of the wavelength conversion crystal position without greatly changing the beam waist position with respect to the fluctuation of the fundamental laser beam, While maintaining the transfer relationship, fluctuations in the beam waist diameter in the vicinity of the wavelength conversion crystal position can be compensated.

実施の形態2.
図4は、本発明の実施の形態2にかかる波長変換レーザ装置の主要構成を示す構成図である。また、図5は、基本波レーザビームのビームウエストを太く設定した場合のレーザビームを模式的に示した図である。図4、図5に示すように、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置は、基本波光源1と、集光レンズ8、と、波長変換結晶9、と、色消しレンズ10と、和周波(差周波)発生用波長変換結晶11と、ビームスプリッタミラー12と、を備えて構成されている。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a configuration diagram showing the main configuration of the wavelength conversion laser device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram schematically showing a laser beam when the beam waist of the fundamental laser beam is set thick. As shown in FIGS. 4 and 5, the wavelength conversion laser device according to the present embodiment includes a fundamental light source 1, a condenser lens 8, a wavelength conversion crystal 9, an achromatic lens 10, and a sum frequency. A (difference frequency) generating wavelength conversion crystal 11 and a beam splitter mirror 12 are provided.

基本波光源1は、基本波レーザビームを発生させる基本波レーザビーム発生手段である。集光レンズ8は、波長変換結晶9の内部またはその近傍において、基本波光源1から出射された基本波レーザビーム13を集光する集光レンズであり、基本波レーザビームの光軸上に配置される。波長変換結晶9は、基本波レーザビーム13の波長変換を行って波長変換レーザビーム14を発生する波長変換手段であり、基本波レーザビーム13の光軸上に配置される。   The fundamental wave light source 1 is fundamental wave laser beam generating means for generating a fundamental wave laser beam. The condensing lens 8 is a condensing lens that condenses the fundamental laser beam 13 emitted from the fundamental light source 1 in or near the wavelength conversion crystal 9 and is disposed on the optical axis of the fundamental laser beam. Is done. The wavelength conversion crystal 9 is wavelength conversion means for generating a wavelength conversion laser beam 14 by performing wavelength conversion of the fundamental wave laser beam 13, and is disposed on the optical axis of the fundamental wave laser beam 13.

色消しレンズ10は、和周波(差周波)発生用波長変換結晶11の近傍またはその内部において、基本波レーザビーム13と波長変換レーザビーム14との色収差を減少させてこれらのレーザビームの焦点距離がほぼ同等となるように作用するものであり、基本波レーザビームの光軸上に配置される。和周波(差周波)発生用波長変換結晶11は、和周波または差周波を発生するための波長変換結晶(非線形光学結晶)からなり、基本波レーザビームの光軸上に配置され、基本波レーザビーム13と波長変換レーザビーム14とから和周波(差周波)レーザビーム15を発生する。ビームスプリッタミラー12は、和周波(差周波)レーザビームに対して高い透過率を示し、且つ基本波レーザビームおよび波長変化レーザビームに対して高い反射率を示すようにコーティングが施されており、和周波(差周波)レーザビームを基本波レーザビームおよび波長変化レーザビームから分離する。   The achromatic lens 10 reduces the chromatic aberration of the fundamental laser beam 13 and the wavelength conversion laser beam 14 in the vicinity of or inside the wavelength conversion crystal 11 for generating the sum frequency (difference frequency), and the focal length of these laser beams. Are arranged on the optical axis of the fundamental laser beam. The sum frequency (difference frequency) generating wavelength conversion crystal 11 is composed of a wavelength conversion crystal (nonlinear optical crystal) for generating the sum frequency or difference frequency, and is disposed on the optical axis of the fundamental laser beam. A sum frequency (difference frequency) laser beam 15 is generated from the beam 13 and the wavelength converted laser beam 14. The beam splitter mirror 12 is coated so as to exhibit high transmittance with respect to the sum frequency (difference frequency) laser beam and high reflectance with respect to the fundamental laser beam and the wavelength change laser beam. The sum frequency (difference frequency) laser beam is separated from the fundamental laser beam and the wavelength changing laser beam.

つぎに、以上のように構成された本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置の動作について説明する。図4、図5に示すように基本波光源1から発生した基本波レーザビーム13は、該基本波レーザビーム13の光軸上に配置された集光レンズ8の作用により、波長変換結晶9の近傍またはその内部で集光される。たとえば図5における実線18の位置に集光される。なお、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においては、図5に示すように基本波レーザビーム13の外縁部16aが第1の集光レンズ2の外径からはみ出さないように基本波光源1から矢印Aの方向に基本波レーザビームが出射される。   Next, the operation of the wavelength conversion laser device according to this embodiment configured as described above will be described. As shown in FIGS. 4 and 5, the fundamental laser beam 13 generated from the fundamental wave light source 1 is generated by the wavelength conversion crystal 9 by the action of the condenser lens 8 disposed on the optical axis of the fundamental laser beam 13. It is collected in the vicinity or inside. For example, the light is condensed at the position of the solid line 18 in FIG. In the wavelength conversion laser device according to the present embodiment, the fundamental wave light source is arranged so that the outer edge portion 16a of the fundamental wave laser beam 13 does not protrude from the outer diameter of the first condenser lens 2 as shown in FIG. A fundamental laser beam is emitted from 1 in the direction of arrow A.

ここで、波長変換結晶9は、温度調整手段や角度調整手段等の位相整合をとる手段を有しており、基本波レーザビーム13の一部は、該波長変換結晶9により波長変換レーザビーム14に変換される。なお、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においては、図5に示すように基本波レーザビーム13の外縁部16aが第1の集光レンズ2の外径からはみ出さないように基本波光源1から基本波レーザビームが出射される。また、波長変換レーザビーム14の外縁部14aは基本波レーザビーム13の外縁部16aよりも内側に存在する。   Here, the wavelength conversion crystal 9 has means for phase matching such as temperature adjustment means and angle adjustment means, and a part of the fundamental wave laser beam 13 is converted by the wavelength conversion crystal 9 into the wavelength conversion laser beam 14. Is converted to In the wavelength conversion laser device according to the present embodiment, the fundamental wave light source is arranged so that the outer edge portion 16a of the fundamental wave laser beam 13 does not protrude from the outer diameter of the first condenser lens 2 as shown in FIG. A fundamental laser beam is emitted from 1. Further, the outer edge portion 14 a of the wavelength conversion laser beam 14 exists inside the outer edge portion 16 a of the fundamental wave laser beam 13.

そして、該波長変換レーザビーム14と、波長変換結晶9において波長変換されずに残った基本波レーザビーム13の一部とは、色消しレンズ10に入射され、該色消しレンズ10の作用により、和周波(差周波)発生用波長変換結晶11の内部または近傍で集光点がほぼ一致するように、たとえば図5における実線19の位置に集光される。そして、その一部が、和周波(差周波)レーザビーム15に変換される。   Then, the wavelength conversion laser beam 14 and a part of the fundamental laser beam 13 remaining without being wavelength-converted in the wavelength conversion crystal 9 are incident on the achromatic lens 10, and by the action of the achromatic lens 10, For example, the light is condensed at a position indicated by a solid line 19 in FIG. A part of the laser beam is converted into a sum frequency (difference frequency) laser beam 15.

つぎに、該波長変換レーザビーム14と基本波レーザビーム13と和周波(差周波)レーザビーム15とがビームスプリッタミラー12に入射され、該ビームスプリッタミラー12の作用により、和周波(差周波)レーザビーム15のみが基本波レーザビーム13および波長変換レーザビーム14から分離され、取り出される。   Next, the wavelength conversion laser beam 14, the fundamental wave laser beam 13, and the sum frequency (difference frequency) laser beam 15 are incident on the beam splitter mirror 12, and the sum frequency (difference frequency) is caused by the action of the beam splitter mirror 12. Only the laser beam 15 is separated from the fundamental laser beam 13 and the wavelength conversion laser beam 14 and extracted.

以上のような本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においては、基本波レーザビーム13および波長変換レーザビーム14を集光する手段として、波長に依存する焦点距離の違いを解消する手段を用いている。すなわち、基本波レーザビーム13および波長変換レーザビーム14を集光する手段として、基本波レーザビーム13と波長変換レーザビーム14との色収差を減少させてこれらのレーザビームの焦点距離がほぼ同等となるように作用する色消し集光レンズを使用している。これにより、和周波(差周波)発生用波長変換結晶11の近傍または内部に、2つの波長の間での集光点の位置ずれを小さくした状態で基本波レーザビーム13および波長変換レーザビーム14を集光することができるため、高効率な和周波(差周波)発生を実現できる。   In the wavelength conversion laser device according to the present embodiment as described above, means for eliminating the difference in focal length depending on the wavelength is used as means for condensing the fundamental laser beam 13 and the wavelength conversion laser beam 14. Yes. That is, as a means for condensing the fundamental wave laser beam 13 and the wavelength conversion laser beam 14, the chromatic aberration of the fundamental wave laser beam 13 and the wavelength conversion laser beam 14 is reduced, and the focal lengths of these laser beams become substantially equal. An achromatic condenser lens that works like this is used. As a result, the fundamental laser beam 13 and the wavelength conversion laser beam 14 are placed in the vicinity of or inside the wavelength conversion crystal 11 for generating the sum frequency (difference frequency) while the positional deviation of the focusing point between the two wavelengths is reduced. Therefore, highly efficient sum frequency (difference frequency) generation can be realized.

したがって、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においては、和周波(差周波)発生用結晶近傍で、ビームウエストを一致させて集光、波長変換するため、効果的に高い波長変換効率を得ることができる波長変換レーザ装置が実現されている。   Therefore, in the wavelength conversion laser device according to the present embodiment, the beam waist is made coincident and wavelength conversion is performed in the vicinity of the sum frequency (difference frequency) generating crystal, so that high wavelength conversion efficiency is effectively obtained. A wavelength conversion laser device that can be used has been realized.

なお、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においても、上述した実施の形態1で説明した構成を用いることができる。すなわち、基本波光源1と波長変換結晶9との間を上述した実施の形態1と同様の構成とする。これにより、上記と同様の効果を得ることが可能である。   In the wavelength conversion laser device according to the present embodiment, the configuration described in the first embodiment can be used. That is, the configuration between the fundamental wave light source 1 and the wavelength conversion crystal 9 is the same as that of the first embodiment described above. As a result, the same effect as described above can be obtained.

また、この場合、たとえば基本波レーザビームの発生源が固体レーザ発振器であり、レーザ活性媒質の熱レンズがばらついた場合などに、波長変換結晶位置のビーム変動を抑え、波長変換ビームパラメータ等の変動を低く抑えることに効果を発揮する。すなわち、固体レーザ結晶の熱ひずみによる影響を大きく受けない高品質の波長変換レーザ装置を構成することができる。   Also, in this case, for example, when the source of the fundamental wave laser beam is a solid-state laser oscillator and the thermal lens of the laser active medium varies, the fluctuation of the wavelength-converted crystal parameter is suppressed, and the fluctuation of the wavelength-converted beam parameter, etc. Demonstrates the effect of keeping low. That is, a high-quality wavelength conversion laser device that is not greatly affected by the thermal strain of the solid-state laser crystal can be configured.

また、以上のような基本波レーザビームの発生源が固体レーザ発振器だけでなく増幅器等を含み、レーザ活性媒質の熱レンズや熱ひずみがばらついた場合などに、波長変換結晶位置のビーム変動を抑え、波長変換ビームパラメータの変動を低く抑えるのに効果を発揮する。すなわち、増幅器中の固体レーザ結晶の熱ひずみによる影響を大きく受けない高品質の波長変換レーザ装置を構成することができる。   In addition, the fundamental laser beam source as described above includes not only a solid-state laser oscillator but also an amplifier, etc., and when the thermal lens of the laser active medium or thermal distortion varies, the beam fluctuation of the wavelength conversion crystal position is suppressed. It is effective in suppressing fluctuations in the wavelength conversion beam parameter. That is, it is possible to construct a high-quality wavelength conversion laser device that is not greatly affected by the thermal strain of the solid-state laser crystal in the amplifier.

実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態3にかかる波長変換レーザ装置の主要構成を示す構成図である。図6に示すように、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置は、基本波光源1と、集光レンズ8aと、波長変換結晶9aと、集光レンズ20と、和周波(差周波)発生用波長変換結晶11aと、ビームスプリッタミラー12aと、を備えて構成されている。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a configuration diagram showing the main configuration of the wavelength conversion laser device according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the wavelength conversion laser device according to this embodiment includes a fundamental wave light source 1, a condenser lens 8a, a wavelength conversion crystal 9a, a condenser lens 20, and a sum frequency (difference frequency) generation. The optical wavelength conversion crystal 11a and the beam splitter mirror 12a are provided.

基本波光源1は、基本波レーザビームを発生させる基本波レーザビーム発生手段である。集光レンズ8aは、波長変換結晶9aの内部またはその近傍において、基本波光源1から出射された基本波レーザビームを集光する集光レンズであり、基本波レーザビームの光軸上に配置される。波長変換結晶9aは、基本波レーザビームの波長変換を行う波長変換手段であり、基本波レーザビームの光軸上に配置される。   The fundamental wave light source 1 is fundamental wave laser beam generating means for generating a fundamental wave laser beam. The condensing lens 8a is a condensing lens that condenses the fundamental laser beam emitted from the fundamental wave light source 1 in or near the wavelength conversion crystal 9a, and is disposed on the optical axis of the fundamental laser beam. The The wavelength conversion crystal 9a is wavelength conversion means for performing wavelength conversion of the fundamental wave laser beam, and is disposed on the optical axis of the fundamental wave laser beam.

集光レンズ20は、基本波レーザビームと、波長変換結晶9aにおいて波長変換された波長変換レーザビームと、を集光する集光レンズであり、基本波レーザビームと波長変換レーザビームとで焦点距離が異なる特性を有し、基本波レーザビームの光軸上に配置される。ここでは、集光レンズ20として単レンズを使用している。和周波(差周波)発生用波長変換結晶11aは、和周波または差周波を発生するための波長変換結晶であり、基本波レーザビームの光軸上に配置される。   The condensing lens 20 is a condensing lens that condenses the fundamental wave laser beam and the wavelength-converted laser beam wavelength-converted by the wavelength conversion crystal 9a, and the focal length is determined by the fundamental wave laser beam and the wavelength-converted laser beam. Have different characteristics and are arranged on the optical axis of the fundamental laser beam. Here, a single lens is used as the condenser lens 20. The sum frequency (difference frequency) generating wavelength conversion crystal 11a is a wavelength conversion crystal for generating a sum frequency or a difference frequency, and is disposed on the optical axis of the fundamental laser beam.

ビームスプリッタミラー12aは、和周波(差周波)レーザビームに対して高い透過率を示し、且つ基本波レーザビームおよび波長変化レーザビームに対して高い反射率を示すようにコーティングが施され、和周波(差周波)レーザビーム15を基本波レーザビーム13および波長変化レーザビーム14から分離する。   The beam splitter mirror 12a is coated so as to exhibit a high transmittance with respect to the sum frequency (difference frequency) laser beam and a high reflectance with respect to the fundamental laser beam and the wavelength-change laser beam. The (difference frequency) laser beam 15 is separated from the fundamental laser beam 13 and the wavelength-change laser beam 14.

つぎに、以上のように構成された本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置の動作について説明する。図6に示すように基本波光源1から発生した基本波レーザビーム16は、該基本波レーザビーム16の光軸上に配置された集光レンズ8aの作用により、波長変換結晶9aの近傍またはその内部で集光される。たとえば、波長変換結晶9aの近傍またはその内部において、実線18aの位置を集光点として集光される。   Next, the operation of the wavelength conversion laser device according to this embodiment configured as described above will be described. As shown in FIG. 6, the fundamental laser beam 16 generated from the fundamental wave light source 1 is near or near the wavelength conversion crystal 9a by the action of the condenser lens 8a disposed on the optical axis of the fundamental laser beam 16. It is condensed inside. For example, in the vicinity of the wavelength conversion crystal 9a or in the inside thereof, the solid line 18a is focused as the focal point.

集光された基本波レーザビーム16は、その一部は、該波長変換結晶9aにより波長変換レーザビーム17に変換される。そして、該波長変換レーザビーム17と、波長変換結晶9aにおいて波長変換されずに残った基本波レーザビーム16の一部とは、集光レンズ20に入射される。なお、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においては、図6に示すように基本波レーザビーム16の外縁部16aが集光レンズ8aの外径からはみ出さないように基本波光源1から基本波レーザビームが出射される。また、波長変換レーザビーム17の外縁部17aは基本波レーザビーム16の外縁部16aよりも内側に存在する。   Part of the condensed fundamental wave laser beam 16 is converted into a wavelength conversion laser beam 17 by the wavelength conversion crystal 9a. The wavelength conversion laser beam 17 and a part of the fundamental wave laser beam 16 remaining without being wavelength-converted in the wavelength conversion crystal 9 a are incident on the condenser lens 20. In the wavelength conversion laser device according to the present embodiment, as shown in FIG. 6, the fundamental wave light source 1 fundamentally prevents the outer edge portion 16a of the fundamental wave laser beam 16 from protruding from the outer diameter of the condenser lens 8a. A wave laser beam is emitted. Further, the outer edge portion 17 a of the wavelength conversion laser beam 17 exists inside the outer edge portion 16 a of the fundamental wave laser beam 16.

ここで、集光レンズ20として単レンズを使用しているので、色収差を利用して波長変換レーザビーム17と基本波レーザビーム16との集光点をずらしている。これにより、波長変換レーザビーム17は、たとえば和周波(差周波)発生用波長変換結晶11a内または近傍において、実線19aの位置を集光点として集光される。また、基本波レーザビーム16は、たとえば和周波(差周波)発生用波長変換結晶11a内または近傍において実線21の位置を集光点として集光される。   Here, since a single lens is used as the condensing lens 20, the condensing points of the wavelength conversion laser beam 17 and the fundamental laser beam 16 are shifted using chromatic aberration. Thereby, the wavelength conversion laser beam 17 is condensed, for example in the wavelength conversion crystal 11a for sum frequency (difference frequency) generation, or near the position of the solid line 19a. The fundamental laser beam 16 is condensed with the position of the solid line 21 as the focal point in or near the wavelength conversion crystal 11a for generating sum frequency (difference frequency), for example.

そして、波長変換レーザビーム17と基本波レーザビーム16が入射されると、和周波(差周波)発生用波長変換結晶11aの作用により和周波(差周波)レーザビームを発生し、波長変換レーザビーム14と基本波レーザビーム13と和周波(差周波)レーザビームとがビームスプリッタミラー12に入射される。ビームスプリッタミラー12においては、和周波(差周波)レーザビームのみが、基本波レーザビーム13および波長変換レーザビーム14から分離され、取り出される。   When the wavelength conversion laser beam 17 and the fundamental wave laser beam 16 are incident, a sum frequency (difference frequency) laser beam is generated by the action of the wavelength conversion crystal 11a for generating the sum frequency (difference frequency), and the wavelength conversion laser beam is generated. 14, the fundamental laser beam 13, and the sum frequency (difference frequency) laser beam are incident on the beam splitter mirror 12. In the beam splitter mirror 12, only the sum frequency (difference frequency) laser beam is separated from the fundamental laser beam 13 and the wavelength conversion laser beam 14 and extracted.

以上のような本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においては、和周波(差周波)発生用波長変換結晶への集光素子として単レンズを使用し、色収差を利用して複数のレーザビームの集光点をずらしている。すなわち、和周波(差周波)発生用波長変換結晶11aの近傍または内部において基本波レーザビームと波長変換レーザビームの集光点が一致しておらず離れて形成されている。このため、光軸法における和周波(差周波)発生用波長変換結晶の集光レンズに対する相対的な配置精度を緩和し、和周波(差周波)発生用波長変換結晶の配置精度に対し、設置精度の許容範囲の広い波長変換レーザ装置が実現され、製造が容易な波長変換レーザ装置が実現されている。   In the wavelength conversion laser device according to the present embodiment as described above, a single lens is used as a condensing element to the wavelength conversion crystal for generating the sum frequency (difference frequency), and a plurality of laser beams are used by utilizing chromatic aberration. The focal point is shifted. That is, the condensing points of the fundamental laser beam and the wavelength conversion laser beam do not coincide with each other in the vicinity of or inside the wavelength conversion crystal 11a for generating the sum frequency (difference frequency). For this reason, the relative placement accuracy of the wavelength conversion crystal for generating the sum frequency (difference frequency) in the optical axis method with respect to the condenser lens is relaxed, and the placement accuracy for the wavelength conversion crystal for generating the sum frequency (difference frequency) is set. A wavelength conversion laser device with a wide accuracy tolerance is realized, and a wavelength conversion laser device that is easy to manufacture is realized.

また、基本波レーザビームパラメータがなんらかの原因で変動した場合においても、和周波(差周波)発生波長変換効率の変動を小さく抑えることが可能な装置を提供することができる。たとえば、Nd:YAG、Nd:YVO4等の赤外固体レーザを基本波光源として使用し、タイプ1位相整合LBO(LiB35)等の波長変換素子を波長変換結晶9aで示す第2高調波発生波長変換素子として使用し、和周波(差周波)発生用波長変換結晶11aをタイプ2位相整合LBO(LiB35)とした場合などには、波長変換素子LBO(LiB35)のサイズを10mm以上、最大20mm程度まで大きくすることが可能であるため、1mm以上10mm程度まで、集光点がずれていても和周波(差周波)発生波長変換を行うことが可能である。 In addition, even when the fundamental laser beam parameter fluctuates for some reason, it is possible to provide an apparatus that can suppress the fluctuation of the sum frequency (difference frequency) generation wavelength conversion efficiency. For example, an infrared solid-state laser such as Nd: YAG or Nd: YVO 4 is used as a fundamental light source, and a wavelength conversion element such as a type 1 phase matching LBO (LiB 3 O 5 ) is shown as a second harmonic shown by a wavelength conversion crystal 9a. When used as a wave generation wavelength conversion element and the wavelength conversion crystal 11a for generating sum frequency (difference frequency) is a type 2 phase matching LBO (LiB 3 O 5 ), the wavelength conversion element LBO (LiB 3 O 5 ) Therefore, the sum frequency (difference frequency) generation wavelength conversion can be performed even when the focal point is deviated from 1 mm to 10 mm.

また、波長変換結晶長さが長いほど、また、集光径が大きいほど、ビームウエスト位置が波長変換結晶の中心から位置ずれを起こした場合の影響が小さいため、波長変換結晶長さが略10mm以上で結晶位置近傍のウエストビーム直径が略100μm以上である場合、特に本発明の効果は大きい。   Further, the longer the wavelength conversion crystal length is, and the larger the condensing diameter is, the smaller the influence when the beam waist position is displaced from the center of the wavelength conversion crystal is. Therefore, the wavelength conversion crystal length is about 10 mm. When the waist beam diameter in the vicinity of the crystal position is about 100 μm or more, the effect of the present invention is particularly great.

図7は、第3高調波発生を行った場合の波長変換光(第3高調波出力)の相対値を計算コードを使用して計算した結果である。図7の計算に使用したパラメータは、入射1064nm光の平均パワーは50W、繰り返し周波数20kHz、パルス幅50ns、SHG結晶長さは15mm、SHG結晶位置の集光径は200μm、THG結晶長さは15mm、THG結晶位置の集光径は200μmである。図7からわかるように、略10mmウエスト位置がずれても、ビームウエスト位置のずれがない場合に対する出力の低下は5%以下とすることができることがわかる。   FIG. 7 shows the result of calculating the relative value of wavelength converted light (third harmonic output) when third harmonic generation is performed using a calculation code. The parameters used in the calculation of FIG. 7 are: the average power of incident 1064 nm light is 50 W, the repetition frequency is 20 kHz, the pulse width is 50 ns, the SHG crystal length is 15 mm, the condensing diameter at the SHG crystal position is 200 μm, and the THG crystal length is 15 mm. The condensing diameter at the THG crystal position is 200 μm. As can be seen from FIG. 7, even if the waist position is shifted by approximately 10 mm, the output can be reduced to 5% or less when there is no shift of the beam waist position.

なお、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においても、上述した実施の形態1で説明した構成を用いることができる。すなわち、基本波光源1と波長変換結晶9aとの間を上述した実施の形態1と同様の構成とする。これにより、上記と同様の効果を得ることが可能である。   In the wavelength conversion laser device according to the present embodiment, the configuration described in the first embodiment can be used. That is, the configuration between the fundamental wave light source 1 and the wavelength conversion crystal 9a is the same as that of the first embodiment described above. As a result, the same effect as described above can be obtained.

また、この場合、たとえば基本波レーザビームの発生源が固体レーザ発振器であり、レーザ活性媒質の熱レンズがばらついた場合などに、波長変換結晶位置のビーム変動を抑え、波長変換ビームパラメータ等の変動を低く抑えることに効果を発揮する。すなわち、固体レーザ結晶の熱ひずみによる影響を大きく受けない高品質の波長変換レーザ装置を構成することができる。   Also, in this case, for example, when the source of the fundamental wave laser beam is a solid-state laser oscillator and the thermal lens of the laser active medium varies, the fluctuation of the wavelength-converted crystal parameter is suppressed, and the fluctuation of the wavelength-converted beam parameter, etc. Demonstrates the effect of keeping low. That is, a high-quality wavelength conversion laser device that is not greatly affected by the thermal strain of the solid-state laser crystal can be configured.

また、以上のような基本波レーザビームの発生源が固体レーザ発振器だけでなく増幅器等を含み、レーザ活性媒質の熱レンズや熱ひずみがばらついた場合などに、波長変換結晶位置のビーム変動を抑え、波長変換ビームパラメータの変動を低く抑えるのに効果を発揮する。すなわち、増幅器中の固体レーザ結晶の熱ひずみによる影響を大きく受けない高品質の波長変換レーザ装置を構成することができる。   In addition, the fundamental laser beam source as described above includes not only a solid-state laser oscillator but also an amplifier, etc., and when the thermal lens of the laser active medium or thermal distortion varies, the beam fluctuation of the wavelength conversion crystal position is suppressed. It is effective in suppressing fluctuations in the wavelength conversion beam parameter. That is, it is possible to construct a high-quality wavelength conversion laser device that is not greatly affected by the thermal strain of the solid-state laser crystal in the amplifier.

以上のように、本発明にかかる波長変換レーザ装置は、基本波ビームの変化が生じた場合においても、波長変換効率の変動を小さいことが要求される場合に有用である。   As described above, the wavelength conversion laser device according to the present invention is useful when it is required that the fluctuation of the wavelength conversion efficiency is small even when the fundamental wave beam changes.

本発明の実施の形態1にかかる波長変換レーザ装置の主要構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the main structures of the wavelength conversion laser apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる波長変換レーザ装置の主要構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the main structures of the wavelength conversion laser apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる波長変換レーザ装置についての設計計算例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the example of design calculation about the wavelength conversion laser apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる波長変換レーザ装置についての設計計算例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the example of design calculation about the wavelength conversion laser apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる波長変換レーザ装置の主要構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the main structures of the wavelength conversion laser apparatus concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる波長変換レーザ装置の主要構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the main structures of the wavelength conversion laser apparatus concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる波長変換レーザ装置の主要構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the main structures of the wavelength conversion laser apparatus concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる波長変換レーザ装置の波長変換効率の相対値の計算結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the calculation result of the relative value of the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion laser apparatus concerning Embodiment 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

2 集光レンズ
3 集光レンズ
4 波長変換結晶
7 集光点
9 波長変換結晶
9a 波長変換結晶
10 色消しレンズ
11 発生用波長変換結晶
11a 発生用波長変換結晶
12 ビームスプリッタミラー
12a ビームスプリッタミラー
13 基本波レーザビーム
13a 基本波レーザビームの外縁部
14 波長変化レーザビーム
14a 波長変化レーザビームの外縁部
15 和周波(差周波)レーザビーム
16 基本波レーザビーム
17 波長変換レーザビーム
20 集光レンズ
52 集光レンズ移動手段
53 集光レンズ移動手段
54 データ保持部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Condensing lens 3 Condensing lens 4 Wavelength conversion crystal 7 Condensing point 9 Wavelength conversion crystal 9a Wavelength conversion crystal 10 Achromatic lens 11 Generation wavelength conversion crystal 11a Generation wavelength conversion crystal 12 Beam splitter mirror 12a Beam splitter mirror 13 Basic Wave laser beam 13a Outer edge of fundamental wave laser beam 14 Wavelength change laser beam 14a Outer edge of wavelength change laser beam 15 Sum frequency (difference frequency) laser beam 16 Fundamental laser beam 17 Wavelength conversion laser beam 20 Condensing lens 52 Condensing Lens moving means 53 Condensing lens moving means 54 Data holding unit

Claims (11)

基本波レーザビームを1方向に進行させて非線形効果により該基本波レーザビームの波長変換を行う波長変換レーザ装置であって、
前記基本波レーザビームを発生させる基本波レーザビーム光源と、
前記レーザビーム光源から出射された基本波レーザビームの光軸上に配置され、非線形効果により前記基本波レーザビームの波長変換を行う波長変換素子と、
前記基本波レーザビームの光軸上の前記基本波レーザビーム光源と前記波長変換素子との間に、該基本波レーザビームの光軸上において往復運動可能に設けられ、前記波長変換素子に対して前記基本波レーザビームの集光を行う複数の集光手段と、
前記集光手段を前記基本波レーザビームの光軸方向において移動させる移動手段と、
を備えることを特徴とする波長変換レーザ装置。
A wavelength conversion laser device that advances a fundamental wave laser beam in one direction and performs wavelength conversion of the fundamental wave laser beam by a nonlinear effect,
A fundamental laser beam source for generating the fundamental laser beam;
A wavelength conversion element that is disposed on the optical axis of the fundamental laser beam emitted from the laser beam light source and performs wavelength conversion of the fundamental laser beam by a nonlinear effect;
Provided between the fundamental laser beam light source on the optical axis of the fundamental laser beam and the wavelength conversion element so as to be able to reciprocate on the optical axis of the fundamental laser beam, with respect to the wavelength conversion element A plurality of condensing means for condensing the fundamental laser beam;
Moving means for moving the condensing means in the optical axis direction of the fundamental laser beam;
A wavelength conversion laser device comprising:
前記集光手段を2つ備えることを特徴とする請求項1に記載の波長変換レーザ装置。   The wavelength conversion laser device according to claim 1, comprising two condensing means. 前記集光手段を3つ備えることを特徴とする請求項1に記載の波長変換レーザ装置。   The wavelength conversion laser device according to claim 1, comprising three condensing means. 前記集光手段が、集光レンズであることを特徴とする請求項1または2に記載の波長変換レーザ装置。   3. The wavelength conversion laser device according to claim 1, wherein the condensing unit is a condensing lens. 前記複数の集光手段を移動させるための補正データを有し、該補正データに基づいて前記複数の集光手段を前記基本波レーザビームの光軸方向において移動させること
を特徴とする請求項1に記載の波長変換レーザ装置。
The correction data for moving the plurality of condensing means is provided, and the plurality of condensing means are moved in the optical axis direction of the fundamental laser beam based on the correction data. The wavelength conversion laser device described in 1.
前記基本波レーザビーム光源が、固体レーザ装置であること
を特徴とする請求項1に記載の波長変換レーザ装置。
The wavelength conversion laser device according to claim 1, wherein the fundamental laser beam light source is a solid-state laser device.
前記基本波レーザビーム光源が、増幅器を含む固体レーザ装置であること
を特徴とする請求項1に記載の波長変換レーザ装置。
The wavelength conversion laser device according to claim 1, wherein the fundamental laser beam light source is a solid-state laser device including an amplifier.
波長の異なる複数のレーザビームから他の波長のレーザビームを非線形効果により発生させる波長変換レーザ装置であって、
前記波長の異なる複数のレーザビームを発生させるレーザビーム光源と、
前記レーザビーム光源から出射されたレーザビームの光軸上に配置され、非線形効果により前記波長の異なる複数のレーザビームから他の波長のレーザビームを発生させる波長変換素子と、
複数の光学部材からなり前記複数のレーザビームの集光点が略同一となるように前記波長変換素子またはその近傍に対して前記複数のレーザビームの集光を行うこと
を特徴とする波長変換レーザ装置。
A wavelength conversion laser device that generates a laser beam of another wavelength from a plurality of laser beams having different wavelengths by a non-linear effect,
A laser beam light source for generating a plurality of laser beams having different wavelengths;
A wavelength conversion element that is arranged on an optical axis of a laser beam emitted from the laser beam light source and generates laser beams of other wavelengths from the plurality of laser beams having different wavelengths by a non-linear effect;
A wavelength conversion laser comprising: a plurality of optical members, wherein the plurality of laser beams are focused on the wavelength conversion element or the vicinity thereof so that the focal points of the plurality of laser beams are substantially the same. apparatus.
波長の異なる複数のレーザビームから他の波長のレーザビームを非線形効果により発生させる波長変換レーザ装置であって、
前記波長の異なる複数のレーザビームを発生させるレーザビーム光源と、
前記レーザビーム光源から出射されたレーザビームの光軸上に配置され、非線形効果により前記波長の異なる複数のレーザビームから他の波長のレーザビームを発生させる波長変換素子と、
前記複数のレーザビームの集光点を異ならせるように前記波長変換素子またはその近傍に対して前記複数のレーザビームの集光を行うこと
を特徴とする波長変換レーザ装置。
A wavelength conversion laser device that generates a laser beam of another wavelength from a plurality of laser beams having different wavelengths by a non-linear effect,
A laser beam light source for generating a plurality of laser beams having different wavelengths;
A wavelength conversion element that is arranged on an optical axis of a laser beam emitted from the laser beam light source and generates laser beams of other wavelengths from the plurality of laser beams having different wavelengths by a non-linear effect;
The wavelength conversion laser device characterized in that the plurality of laser beams are condensed on the wavelength conversion element or the vicinity thereof so that the condensing points of the plurality of laser beams are different.
前記レーザビーム光源が、固体レーザ装置であること
を特徴とする請求項8または9に記載の波長変換レーザ装置。
The wavelength conversion laser device according to claim 8 or 9, wherein the laser beam light source is a solid-state laser device.
前記レーザビーム光源が、増幅器を含む固体レーザ装置であること
を特徴とする請求項8または9に記載の波長変換レーザ装置。
The wavelength conversion laser device according to claim 8 or 9, wherein the laser beam light source is a solid-state laser device including an amplifier.
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