JP2012168498A - Wavelength conversion element, solid-state laser device, and laser system - Google Patents

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貴士 小野瀬
Kazu Mizoguchi
計 溝口
Osamu Wakabayashi
理 若林
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain stable laser light.SOLUTION: A wavelength conversion element may include a non-linear crystal having a first surface, a first film bonded to the first surface and having at least one layer, and a first prism bonded to the first film. The bond between the first film and the first prism may be optical contact. The non-linear crystal may be a KBBF crystal.

Description

本開示は、波長変換素子、固体レーザ装置およびレーザシステムに関する。   The present disclosure relates to a wavelength conversion element, a solid-state laser device, and a laser system.

半導体リソグラフィプロセスに使用される典型的な紫外線光源エキシマレーザは、波長がおよそ248nmのKrFエキシマレーザと波長がおよそ193nmのArFエキシマレーザである。   Typical ultraviolet light source excimer lasers used in semiconductor lithography processes are a KrF excimer laser with a wavelength of approximately 248 nm and an ArF excimer laser with a wavelength of approximately 193 nm.

そうしたArFエキシマレーザの殆どは発振段レーザと増幅段を含む2ステージレーザシステムとして市場に供給されている。2ステージのArFエキシマレーザシステムの発振段レーザと増幅段の共通する主要な構成を説明する。発振段レーザは第1チャンバを有し、増幅段は第2チャンバを有する。それらの第1、第2チャンバ内にレーザガス(F、Ar、Ne、Xeの混合ガス)が封入されている。発振段レーザと増幅段はまた、前記レーザガスを励起するために電気エネルギーを供給する高電圧パルス電源を有する。発振段レーザと増幅段とはそれぞれ高電圧パルス電源を有することができるが、1台の高電圧パルス電源を共有することもできる。前記第1チャンバ内には、それぞれが前記高電圧パルス電源に接続された第1アノードと第1カソードとを含む第1放電電極が設置され、前記第2チャンバ内にも同様にそれぞれが前記高電圧パルス電源に接続された第2アノードと第2カソードとを含む第2放電電極が設置されている。 Most of such ArF excimer lasers are supplied to the market as a two-stage laser system including an oscillation stage laser and an amplification stage. The main configuration common to the oscillation stage laser and the amplification stage of the two-stage ArF excimer laser system will be described. The oscillation stage laser has a first chamber and the amplification stage has a second chamber. Laser gas (a mixed gas of F 2 , Ar, Ne, and Xe) is sealed in the first and second chambers. The oscillation stage laser and amplification stage also have a high voltage pulse power supply that supplies electrical energy to excite the laser gas. Each of the oscillation stage laser and the amplification stage can have a high voltage pulse power supply, but can share one high voltage pulse power supply. A first discharge electrode including a first anode and a first cathode, each connected to the high voltage pulse power supply, is installed in the first chamber, and each of the first chambers is similarly provided in the second chamber. A second discharge electrode including a second anode and a second cathode connected to a voltage pulse power supply is provided.

発振段レーザ特有の構成は、例えば狭帯域モジュールである。狭帯域モジュールは典型的にはひとつのグレーティングと少なくともひとつのプリズムビームエキスパンダとを含む。半透過ミラーと前記グレーティングとが光共振器を構成し、これらの半透過ミラーとグレーティングとの間に発振段レーザの前記第1チャンバが設置されている。   A configuration unique to the oscillation stage laser is, for example, a narrow-band module. Narrowband modules typically include one grating and at least one prism beam expander. The semi-transmissive mirror and the grating constitute an optical resonator, and the first chamber of the oscillation stage laser is installed between the semi-transmissive mirror and the grating.

前記第1放電電極の第1アノードと第1カソードとの間に放電が生じると前記レーザガスが励起されて、その励起エネルギーを放出する際に光が発生する。その光が前記狭帯域モジュールによって波長選択されたレーザ光となって発振段レーザから出力される。   When a discharge is generated between the first anode and the first cathode of the first discharge electrode, the laser gas is excited and light is generated when the excitation energy is released. The light is output as a laser beam wavelength-selected by the narrowband module from the oscillation stage laser.

増幅段が共振器構造を含むレーザである場合の2ステージレーザシステムをMOPOと言い、増幅段が共振器構造を含まずレーザではない場合の2ステージレーザシステムをMOPAと言う。前記発振段レーザからのレーザ光が前記増幅段の第2チャンバ内に存在するときに、前記第2放電電極の第2アノードと第2カソードとの間に放電を発生させる制御が行なわれる。これにより前記第2チャンバ内のレーザガスが励起されて、前記レーザ光が増幅されて増幅段から出力される。   A two-stage laser system when the amplification stage is a laser including a resonator structure is referred to as MOPO, and a two-stage laser system when the amplification stage does not include a resonator structure and is not a laser is referred to as MOPA. When laser light from the oscillation stage laser is present in the second chamber of the amplification stage, control is performed to generate a discharge between the second anode and the second cathode of the second discharge electrode. As a result, the laser gas in the second chamber is excited, and the laser beam is amplified and output from the amplification stage.

米国特許第6859305号明細書US Pat. No. 6,859,305 特許第4074124号Patent No. 4074124

概要Overview

本開示の一態様による波長変換装置は、第1面を備える非線形結晶と、前記第1面に接合し、少なくとも1つの層を含む第1膜と、前記第1膜に接合する第1プリズムと、を備えてもよい。   A wavelength conversion device according to an aspect of the present disclosure includes a nonlinear crystal including a first surface, a first film bonded to the first surface and including at least one layer, and a first prism bonded to the first film. , May be provided.

本開示の他の態様による固体レーザ装置は、レーザ光を出力するレーザと、前記レーザ光を増幅する増幅部と、増幅後の前記レーザ光を波長変換する、上述の波長変換装置と、を備えてもよい。   A solid-state laser device according to another aspect of the present disclosure includes a laser that outputs laser light, an amplification unit that amplifies the laser light, and the above-described wavelength conversion device that converts the wavelength of the laser light after amplification. May be.

本開示の他の態様によるレーザシステムは、上述の固体レーザ装置と、前記固体レーザ装置から出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、を備えてもよい。   A laser system according to another aspect of the present disclosure may include the solid-state laser device described above and an amplifying device that amplifies laser light output from the solid-state laser device.

本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図1Aは、本開示の実施の形態1による波長変換素子を有する固体レーザ装置およびそれを用いた2ステージレーザ装置の一例の概略構成を示す。 図1Bは、図1Aに示す増幅装置の一例の概略構成を示す。 図2は、本開示の実施の形態2による波長変換素子の概略構成を示す。 図3は、本開示の実施の形態3による波長変換素子の概略構成を示す。 図4は、本開示の実施の形態4による波長変換素子の概略構成を示す。 図5は、本開示の実施の形態5による波長変換素子の概略構成を示す。 図6は、本開示の実施の形態6による波長変換素子の概略構成を示す。 図7は、本開示の実施の携帯7による波長変換素子の概略構成を示す。
Several embodiments of the present disclosure are described below by way of example only and with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1A shows a schematic configuration of an example of a solid-state laser device having a wavelength conversion element according to Embodiment 1 of the present disclosure and a two-stage laser device using the solid-state laser device. FIG. 1B shows a schematic configuration of an example of the amplifying apparatus shown in FIG. 1A. FIG. 2 shows a schematic configuration of a wavelength conversion element according to the second embodiment of the present disclosure. FIG. 3 shows a schematic configuration of the wavelength conversion element according to the third embodiment of the present disclosure. FIG. 4 shows a schematic configuration of a wavelength conversion element according to the fourth embodiment of the present disclosure. FIG. 5 shows a schematic configuration of a wavelength conversion element according to the fifth embodiment of the present disclosure. FIG. 6 shows a schematic configuration of a wavelength conversion element according to the sixth embodiment of the present disclosure. FIG. 7 shows a schematic configuration of a wavelength conversion element according to the mobile 7 according to the embodiment of the present disclosure.

実施の形態Embodiment

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示の一例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。なお、以下の説明では、下記目次の流れに沿って説明する。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Embodiment described below shows an example of this indication and does not limit the contents of this indication. In addition, all the configurations and operations described in the embodiments are not necessarily essential as the configurations and operations of the present disclosure. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the same component and the overlapping description is abbreviate | omitted. In addition, in the following description, it demonstrates along the flow of the following table of contents.

目次
1.概要
2.用語の説明
3.波長変換素子を有する固体レーザ装置とArF増幅器とを備えたレーザシステム(実施の形態1)
3.1 構成
3.2 動作
4.非線形光学結晶に2つのプリズムをオプティカルコンタクトした波長変換素子(実施の形態2)
4.1 構成
4.2 動作
4.3 作用
5.酸化物コーティング膜を施したプリズムと非線形光学結晶をオプティカルコンタクトした波長変換素子(実施の形態3)
5.1 構成
5.2 作用
6.酸化物コーティング膜やフッ化物コーティング膜を施した非線形光学結晶とプリズムをオプティカルコンタクトした波長変換素子(実施の形態4)
6.1 構成
6.2 作用
7.プリズムの膜と非線形光学結晶の膜との間をオプティカルコンタクトした波長変換装置(実施の形態5)
7.1 構成
7.2 作用
8.緩衝層と各緩衝層上の膜とを備える非線形光学結晶をプリズムとオプティカルコンタクトした波長変換装置(実施の形態6)
8.1 構成
8.2 作用
9.コーティング膜を施した非線形光学結晶に1つのプリズムをオプティカルコンタクトした波長変換素子(実施の形態7)
9.1 構成
9.2 動作
9.3 作用
Table of contents Outline 2. 2. Explanation of terms Laser system including a solid-state laser device having a wavelength conversion element and an ArF amplifier (Embodiment 1)
3.1 Configuration 3.2 Operation 4. Wavelength conversion element in which two prisms are in optical contact with a nonlinear optical crystal (Embodiment 2)
4.1 Configuration 4.2 Operation 4.3 Action 5. A wavelength conversion element in which a prism provided with an oxide coating film and a nonlinear optical crystal are in optical contact (Embodiment 3)
5.1 Configuration 5.2 Action 6. Wavelength conversion element in which nonlinear optical crystal with oxide coating film or fluoride coating film and prism are in optical contact (Embodiment 4)
6.1 Configuration 6.2 Action 7. Wavelength converter with optical contact between prism film and nonlinear optical crystal film (Embodiment 5)
7.1 Configuration 7.2 Action 8. A wavelength conversion device in which a nonlinear optical crystal including a buffer layer and a film on each buffer layer is in optical contact with a prism (Embodiment 6)
8.1 Configuration 8.2 Action 9. A wavelength conversion element in which one prism is optically contacted with a nonlinear optical crystal coated with a coating film (Embodiment 7)
9.1 Configuration 9.2 Operation 9.3 Operation

1.概要
以下で例示する実施の形態では、非線形光学結晶の表面が膜によりコートされ得る。この膜は、プリズムの表面にオプティカルコンタクトさせられ得る。
1. Overview In the embodiments illustrated below, the surface of a nonlinear optical crystal can be coated with a film. This film can be in optical contact with the surface of the prism.

2.用語の説明
KBBF結晶とは、化学式KBeBOで表される非線形光学結晶である。
バースト発振とは、所定の期間に、所定の繰返し周波数で、パルスレーザ光を出力することである。
光路とは、レーザ光が伝搬する経路のことである。
オプティカルコンタクトとは、一定以上の面精度あるいは表面粗さを持った面同士を密着させて接合する接合方法である。接合する各面に要求される面精度あるいは表面粗さは接合材料によって異なる。さらに、接合材料によっては、面同士を密着させた後、加熱することで界面の分子運動を高め接合強度を高めることもある。
2. Explanation of Terms A KBBF crystal is a nonlinear optical crystal represented by the chemical formula KBe 2 BO 3 F 2 .
Burst oscillation is to output pulsed laser light at a predetermined repetition rate in a predetermined period.
An optical path is a path along which laser light propagates.
The optical contact is a joining method in which surfaces having a surface accuracy or surface roughness of a certain level or more are brought into close contact with each other. The surface accuracy or surface roughness required for each surface to be joined varies depending on the joining material. Furthermore, depending on the bonding material, the surfaces are brought into close contact with each other and then heated to increase the molecular motion at the interface and increase the bonding strength.

3.波長変換素子を有する固体レーザ装置とArF増幅器とを備えたレーザシステム(実施の形態1)
3.1 構成
図1Aに本開示の実施の形態1による2ステージレーザ装置の一例の概略構成を示す。図1Bに、図1Aに示す増幅装置の一例の概略構成を示す。なお、図1Bは、図1Aに示す増幅装置3の断面とは異なる断面の概略構成を示す。
3. Laser system including a solid-state laser device having a wavelength conversion element and an ArF amplifier (Embodiment 1)
3.1 Configuration FIG. 1A shows a schematic configuration of an example of a two-stage laser apparatus according to Embodiment 1 of the present disclosure. FIG. 1B shows a schematic configuration of an example of the amplification device shown in FIG. 1A. 1B shows a schematic configuration of a cross section different from the cross section of the amplification device 3 shown in FIG. 1A.

図1Aおよび図1Bに示すように、2ステージレーザ装置(以下、レーザシステムという)1は、固体レーザ装置2と、増幅装置3とを含んでもよい。固体レーザ装置2は、たとえば波長変換素子を有してもよい。増幅装置3は、たとえば放電励起式ArFエキシマ増幅器であってよい。固体レーザ装置2と増幅装置3との間には、低コヒーレンス化光学システム4が設置されてもよい。低コヒーレンス化光学システム4としては、光学パルスストレッチャーやランダム位相板にコリメート光学系を組み合わせた光学素子群等の光学システムを使用してよい。   As shown in FIGS. 1A and 1B, a two-stage laser device (hereinafter referred to as a laser system) 1 may include a solid-state laser device 2 and an amplification device 3. The solid-state laser device 2 may have a wavelength conversion element, for example. The amplification device 3 may be, for example, a discharge excitation type ArF excimer amplifier. Between the solid-state laser device 2 and the amplifying device 3, a low coherence optical system 4 may be installed. As the low coherence optical system 4, an optical system such as an optical element group in which a collimating optical system is combined with an optical pulse stretcher or a random phase plate may be used.

次に、固体レーザ装置2について説明する。固体レーザ装置2は、ポンピングレーザ5と、Ti:サファイアレーザ6と、増幅器7と、ビームスプリッタ81と、高反射ミラー82と、波長変換装置9と、高反射ミラー11とを含んでもよい。   Next, the solid state laser device 2 will be described. The solid-state laser device 2 may include a pumping laser 5, a Ti: sapphire laser 6, an amplifier 7, a beam splitter 81, a high reflection mirror 82, a wavelength conversion device 9, and a high reflection mirror 11.

ポンピングレーザ5は、たとえば半導体レーザ励起Nd:YAGレーザの第2高調波光を出力するレーザであってもよい。Ti:サファイアレーザ6は、Ti:サファイア結晶と光共振器を含んでもよい。増幅器7は、Ti:サファイア結晶を含む増幅器であってよい。波長変換装置9は、第一波長変換素子91と第二波長変換素子92とを備えてもよい。第一波長変換素子91は、LBO結晶を含んでもよい。第二波長変換素子92は、KBBF結晶101を含んでもよい。   The pumping laser 5 may be, for example, a laser that outputs the second harmonic light of a semiconductor laser pumped Nd: YAG laser. The Ti: sapphire laser 6 may include a Ti: sapphire crystal and an optical resonator. The amplifier 7 may be an amplifier including a Ti: sapphire crystal. The wavelength conversion device 9 may include a first wavelength conversion element 91 and a second wavelength conversion element 92. The first wavelength conversion element 91 may include an LBO crystal. The second wavelength conversion element 92 may include a KBBF crystal 101.

次いで、増幅装置3について説明する。増幅装置3は、チャンバ20と、一対の放電電極(アノード21およびカソード22)と、出力結合ミラー14と、高反射ミラー15、16、および17とを含んでもよい。チャンバ20内には、レーザガスが封入されていてもよい。このレーザガスは、Ar、Ne、F、またはXeの混合ガスでもよい。アノード21およびカソード22は、チャンバ20内に設置されてもよい。アノード21およびカソード22は、図1Bに示すように、紙面に沿った方向に間隔を開けて配置されてもよい。アノード21およびカソード22は、図1Bの紙面に対して垂直方向に間隔を開けて配列されてもよい。アノード21およびカソード22の間は、放電空間23であってよい。チャンバ20には、パルスレーザ光32を透過するウィンドウ18および19が取り付けてあってもよい。また、図示を省略した高電圧パルス電源がチャンバ20の外に設置されていてもよい。 Next, the amplification device 3 will be described. The amplifying device 3 may include a chamber 20, a pair of discharge electrodes (anode 21 and cathode 22), an output coupling mirror 14, and high reflection mirrors 15, 16, and 17. Laser gas may be sealed in the chamber 20. This laser gas may be a mixed gas of Ar, Ne, F 2 , or Xe. The anode 21 and the cathode 22 may be installed in the chamber 20. As shown in FIG. 1B, the anode 21 and the cathode 22 may be arranged at intervals in the direction along the paper surface. The anode 21 and the cathode 22 may be arranged at intervals in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1B. A discharge space 23 may be provided between the anode 21 and the cathode 22. Windows 18 and 19 that transmit the pulse laser beam 32 may be attached to the chamber 20. Further, a high voltage pulse power supply (not shown) may be installed outside the chamber 20.

出力結合ミラー14と高反射ミラー15、16、および17とは、リング型光共振器を構成してもよい。出力結合ミラー14は、一部の光を透過し、一部の光を反射する素子であってもよい。   The output coupling mirror 14 and the high reflection mirrors 15, 16, and 17 may constitute a ring type optical resonator. The output coupling mirror 14 may be an element that transmits part of light and reflects part of light.

3.2 動作
固体レーザ装置2は、波長がおよそ193nmのパルスレーザ光31を出力してもよい。低コヒーレンス化光学システム4は、パルスレーザ光31のコヒーレンシーを低下させてもよい。増幅装置3は、コヒーレンシーの低下したパルスレーザ光32を増幅してパルスレーザ光33として出力してもよい。パルスレーザ光33は、例えば図示していない半導体露光機へ送られて、露光処理に使用されてもよい。
3.2 Operation The solid-state laser device 2 may output pulsed laser light 31 having a wavelength of about 193 nm. The low coherence optical system 4 may reduce the coherency of the pulse laser beam 31. The amplifying device 3 may amplify the pulsed laser beam 32 with reduced coherency and output it as a pulsed laser beam 33. For example, the pulse laser beam 33 may be sent to a semiconductor exposure machine (not shown) and used for the exposure process.

ポンピングレーザ5からは、波長がおよそ532nmの励起光(ポンピング光ともいう)51が出力されてもよい。励起光51の一部は、ビームスプリッタ81を透過してもよい。励起光51の他の一部は、ビームスプリッタ81で反射されてもよい。ビームスプリッタ81を透過した励起光51aは、Ti:サファイアレーザ6のTi:サファイア結晶を励起してもよい。励起されたTi:サファイアレーザ6からは、波長がおよそ773.6nmのパルスレーザ光31aが出力されてもよい。Ti:サファイアレーザ6は、図示しない波長選択素子を備える光共振器を含んでもよい。このTi:サファイアレーザ6からは、波長選択素子によってスペクトル幅が狭帯域化されたパルスレーザ光31aが出力されてもよい。   The pumping laser 5 may output pumping light (also called pumping light) 51 having a wavelength of about 532 nm. A part of the excitation light 51 may pass through the beam splitter 81. Another part of the excitation light 51 may be reflected by the beam splitter 81. The excitation light 51 a that has passed through the beam splitter 81 may excite the Ti: sapphire crystal of the Ti: sapphire laser 6. The excited Ti: sapphire laser 6 may output a pulsed laser beam 31a having a wavelength of approximately 773.6 nm. The Ti: sapphire laser 6 may include an optical resonator including a wavelength selection element (not shown). The Ti: sapphire laser 6 may output pulsed laser light 31a whose spectral width is narrowed by a wavelength selection element.

一方、ポンピングレーザ5から出力された励起光51のうち、ビームスプリッタ81で反射された励起光51bは、さらに高反射ミラー82で反射されてもよい。この反射された励起光51bは、Ti:サファイアの増幅器7に入射し、これが備えるTi:サファイア結晶を励起してもよい。増幅器7はその励起エネルギーによってTi:サファイアレーザ6から出力されたパルスレーザ光31aを増幅してもよい。この結果、増幅器7からは、波長がおよそ773.6nmのパルスレーザ光31bが出力されてもよい。   On the other hand, among the excitation light 51 output from the pumping laser 5, the excitation light 51 b reflected by the beam splitter 81 may be further reflected by the high reflection mirror 82. The reflected excitation light 51b may enter the Ti: sapphire amplifier 7 and excite the Ti: sapphire crystal included therein. The amplifier 7 may amplify the pulse laser beam 31a output from the Ti: sapphire laser 6 by the excitation energy. As a result, the amplifier 7 may output a pulse laser beam 31b having a wavelength of approximately 773.6 nm.

Ti:サファイアの増幅器7から出力されたパルスレーザ光31bは、波長変換装置9に入射してもよい。波長変換装置9に入射したパルスレーザ光31bは、まず、第一波長変換素子91に入射してもよい。そして、パルスレーザ光31b、非線形光学結晶であるLBO結晶を透過することで、波長がおよそ386.8nm(前記773.6nmの1/2)のパルスレーザ光31bに変換されてもよい。つぎに、波長変換後のパルスレーザ光31bは、第二波長変換素子92入射してもよい。そして、パルスレーザ光31bは、非線形光学結晶であるKBBF結晶101を透過することで、波長がおよそ193.4nm(前記386.8nmの1/2)のパルスレーザ光31にさらに変換されてもよい。   The pulsed laser light 31 b output from the Ti: sapphire amplifier 7 may enter the wavelength conversion device 9. The pulsed laser light 31 b incident on the wavelength conversion device 9 may first be incident on the first wavelength conversion element 91. Then, by passing through the pulse laser beam 31b and the LBO crystal which is a nonlinear optical crystal, the wavelength may be converted into the pulse laser beam 31b having a wavelength of about 386.8 nm (1/2 of the above-mentioned 773.6 nm). Next, the pulse laser beam 31b after wavelength conversion may be incident on the second wavelength conversion element 92. The pulse laser beam 31b may be further converted into the pulse laser beam 31 having a wavelength of about 193.4 nm (1/2 of the 386.8 nm) by passing through the KBBF crystal 101 which is a nonlinear optical crystal. .

KBBF結晶101を透過後のパルスレーザ光31は、高反射ミラー11によって進行方向を変えられて、低コヒーレンス化光学システム4に入射してもよい。パルスレーザ光31のコヒーレンスは、低コヒーレンス化光学システム4を透過することによって低下してもよい。そのコヒーレンスが低下したパルスレーザ光32は増幅装置3に入射してもよい。   The pulse laser beam 31 that has passed through the KBBF crystal 101 may be incident on the low-coherence optical system 4 with its traveling direction changed by the high-reflection mirror 11. The coherence of the pulsed laser light 31 may be reduced by passing through the low-coherence optical system 4. The pulsed laser light 32 whose coherence is reduced may be incident on the amplification device 3.

チャンバ20内のアノード21とカソード22に電気的に接続された図示しない高電圧パルス電源は、アノード21およびカソード22間に高電圧パルスを加えてもよい。これにより、アノード21およびカソード22間で放電が生じてもよい。この高電圧パルスは、パルスレーザ光32が放電空間23内に存在するときに放電空間23に放電を生じさせることが可能なタイミングで、アノード21およびカソード22間に与えられてもよい。   A high voltage pulse power source (not shown) electrically connected to the anode 21 and the cathode 22 in the chamber 20 may apply a high voltage pulse between the anode 21 and the cathode 22. Thereby, discharge may occur between the anode 21 and the cathode 22. The high voltage pulse may be applied between the anode 21 and the cathode 22 at a timing at which a discharge can be generated in the discharge space 23 when the pulse laser beam 32 exists in the discharge space 23.

低コヒーレンス化光学システム4を出射したパルスレーザ光32の一部は、出力結合ミラー14を透過して、高反射ミラー15により反射されてもよい。このパルスレーザ光32は、ウィンドウ18を透過して、アノード21とカソード22との間の放電空間23へ進行してもよい。パルスレーザ光32が放電空間23内に存在するときに放電空間23に放電を生じさせる制御が行われることによって、そのパルスレーザ光32が増幅されてもよい。増幅されたパルスレーザ光32は、ウィンドウ19を介してチャンバ20から出射してもよい。出射したパルスレーザ光32は、高反射ミラー16および17により高反射されて、再びウィンドウ19を介して、チャンバ20内の放電空間23へ進行して増幅されてもよい。そして、このパルスレーザ光32は、今度はウィンドウ18を介してチャンバ20から出射してもよい。出射したパルスレーザ光32は、出力結合ミラー14に入射してもよい。このパルスレーザ光32の一部は、出力結合ミラー14を透過して、パルスレーザ光33として増幅装置3から出射してもよい。パルスレーザ光32の他の一部は、出力結合ミラー14で反射することで、フィードバック光として、再びリング光共振器中に戻されてもよい。   A part of the pulse laser beam 32 emitted from the low coherence optical system 4 may be transmitted through the output coupling mirror 14 and reflected by the high reflection mirror 15. The pulsed laser light 32 may pass through the window 18 and travel to the discharge space 23 between the anode 21 and the cathode 22. The pulse laser beam 32 may be amplified by performing control to cause discharge in the discharge space 23 when the pulse laser beam 32 exists in the discharge space 23. The amplified pulsed laser light 32 may be emitted from the chamber 20 through the window 19. The emitted pulsed laser light 32 may be highly reflected by the high reflection mirrors 16 and 17, and again travel through the window 19 to the discharge space 23 in the chamber 20 to be amplified. Then, the pulse laser beam 32 may be emitted from the chamber 20 through the window 18 this time. The emitted pulsed laser light 32 may be incident on the output coupling mirror 14. A part of the pulse laser beam 32 may pass through the output coupling mirror 14 and be emitted from the amplification device 3 as the pulse laser beam 33. Another part of the pulsed laser light 32 may be reflected back by the output coupling mirror 14 and returned to the ring optical resonator again as feedback light.

本説明では、増幅装置3がリング光共振器を含む場合を例示したが、この例に限定されるものではない。たとえば、増幅装置3は、増幅器に光共振器が配置されたファブリーペロー型共振器を含んでもよい。   In this description, the case where the amplifying apparatus 3 includes a ring optical resonator is illustrated, but the present invention is not limited to this example. For example, the amplifying apparatus 3 may include a Fabry-Perot resonator in which an optical resonator is disposed in an amplifier.

なお、実施の形態1では、固体レーザの波長変換装置9及びそれを用いたレーザシステム1が例示されている。ここで、図1Aにおける低コヒーレンス化光学システム4及び増幅装置3等は、本開示の必須の構成ではない。また、波長変換装置9によって波長変換する前のパルスレーザ光31bは、Ti:サファイアレーザ6を含むレーザ装置から出力されたレーザ光でなくともよい。   In the first embodiment, a solid-state laser wavelength converter 9 and a laser system 1 using the same are illustrated. Here, the low-coherence optical system 4 and the amplifying device 3 in FIG. 1A are not essential components of the present disclosure. Further, the pulse laser beam 31 b before wavelength conversion by the wavelength conversion device 9 may not be a laser beam output from a laser device including the Ti: sapphire laser 6.

4.非線形光学結晶に2つのプリズムをオプティカルコンタクトした波長変換素子(実施の形態2)
つぎに、本開示の実施の形態2について説明する。実施の形態2では、実施の形態1として例示した第二波長変換素子92について、より具体的な構成である波長変換素子101Aを、実施の形態2として説明する。
4). Wavelength conversion element in which two prisms are in optical contact with a nonlinear optical crystal (Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present disclosure will be described. In the second embodiment, the second wavelength conversion element 92 exemplified as the first embodiment will be described as a second embodiment of the wavelength conversion element 101A having a more specific configuration.

ここで、KBBF結晶に関する課題について説明する。KBBF結晶は、現状では光学軸(Z軸)以外の方向への結晶成長が困難である。また、KBBF結晶は、現状では光学軸方向に2.5mm程度より厚く成長させることが困難である。そのため、KBBF結晶を位相整合方向に垂直な面で切断する場合、十分な厚みを得られないという課題が存在する。また、KBBF結晶は強いへき開性をもつため、現状では位相整合方向と垂直な面での良好な切断及びこの面に対する光学研磨が困難であるという課題が存在する。そのため、KBBF結晶は、光学軸方向と垂直な面を光入射面及び光出射面として使用されることもある。   Here, problems related to the KBBF crystal will be described. In the present situation, it is difficult for the KBBF crystal to grow in a direction other than the optical axis (Z axis). Also, at present, it is difficult to grow the KBBF crystal thicker than about 2.5 mm in the optical axis direction. Therefore, there is a problem that a sufficient thickness cannot be obtained when the KBBF crystal is cut along a plane perpendicular to the phase matching direction. Also, since the KBBF crystal has a strong cleavage property, there is a problem that it is difficult to perform satisfactory cutting on a surface perpendicular to the phase matching direction and optical polishing on this surface at present. For this reason, the KBBF crystal may be used as a light incident surface and a light emission surface in the plane perpendicular to the optical axis direction.

KBBF結晶は屈折率が大きい。そのため、KBBF結晶が大気中に配置された場合、KBBF結晶内で発生する第2高調波光(193.4nm)が、大気と光出射面との界面で全反射してしまう条件がある。そのため、第2高調波光をKBBF結晶から取り出すことができない場合が存在する。   KBBF crystals have a high refractive index. For this reason, when the KBBF crystal is disposed in the atmosphere, there is a condition that the second harmonic light (193.4 nm) generated in the KBBF crystal is totally reflected at the interface between the atmosphere and the light exit surface. Therefore, there are cases where the second harmonic light cannot be extracted from the KBBF crystal.

そこで、KBBF結晶の入射面と出射面とにそれぞれ膜をコーティングしてもよい。そして、膜がコーティングされたKBBF結晶を、入射面側と出射面側とから2つのプリズムで挟んでもよい。膜は、表面がオプティカルコンタクトを形成するのに十分な表面粗さを得られる程度の厚さを備えるとよい。膜を形成することにより、KBBF結晶の入射面と出射面とに一定の表面粗さがあったとしても、表面の表面粗さを膜の表面粗さとすることができる。これにより、この平坦な膜とプリズムとによってオプティカルコンタクトを形成することができる。このような構成によれば、第2高調波光の界面での全反射が防止され得る。   Therefore, a film may be coated on each of the incident surface and the exit surface of the KBBF crystal. Then, the KBBF crystal coated with the film may be sandwiched between two prisms from the incident surface side and the output surface side. The film may have a thickness sufficient to obtain a surface roughness sufficient for the surface to form an optical contact. By forming the film, the surface roughness of the surface can be made the surface roughness of the film even if the incident surface and the exit surface of the KBBF crystal have a certain surface roughness. Thereby, an optical contact can be formed by the flat film and the prism. According to such a configuration, total reflection at the interface of the second harmonic light can be prevented.

4.1 構成
図2に、実施の形態2による波長変換装置における波長変換素子101Aの概略構成を示す。以下では、非線形光学結晶としてKBBF結晶101を例示する。
4.1 Configuration FIG. 2 shows a schematic configuration of the wavelength conversion element 101A in the wavelength conversion device according to the second embodiment. Below, the KBBF crystal 101 is illustrated as a nonlinear optical crystal.

図2に示すように、波長変換素子101Aは、KBBF結晶101と、KBBF結晶101の一方の主面に形成されたコーティング膜(第3膜)102aと、KBBF結晶101の他方の主面に形成されたコーティング膜(第1膜)103aとを備えてもよい。以下では、一方の主面を入射面101aとし、他方の主面を出射面101bとする。コーティング膜102aおよび103aの膜厚は、表面がオプティカルコンタクトを形成するのに十分な表面粗さを得られる程度の厚さであってもよい。   As shown in FIG. 2, the wavelength conversion element 101A is formed on the KBBF crystal 101, the coating film (third film) 102a formed on one main surface of the KBBF crystal 101, and the other main surface of the KBBF crystal 101. The coated film (first film) 103a may be provided. Hereinafter, one main surface is referred to as an incident surface 101a, and the other main surface is referred to as an output surface 101b. The film thickness of the coating films 102a and 103a may be such a thickness that the surface can obtain a surface roughness sufficient to form an optical contact.

さらに、波長変換素子101Aは、プリズム(第2プリズム)102およびプリズム(第1プリズム)103を備えてもよい。プリズム102は、KBBF結晶101の入射面101a側に、コーティング膜102aを挟んで設けられてもよい。このプリズム102は、コーティング膜102aとオプティカルコンタクトによって接合していてもよい。   Furthermore, the wavelength conversion element 101A may include a prism (second prism) 102 and a prism (first prism) 103. The prism 102 may be provided on the incident surface 101a side of the KBBF crystal 101 with the coating film 102a interposed therebetween. The prism 102 may be bonded to the coating film 102a by an optical contact.

プリズム103は、KBBF結晶101の出射面101bに、コーティング膜103aを挟んで設けられてもよい。このプリズム103は、コーティング膜103aとオプティカルコンタクトにより接合してもよい。   The prism 103 may be provided on the emission surface 101b of the KBBF crystal 101 with the coating film 103a interposed therebetween. The prism 103 may be bonded to the coating film 103a by optical contact.

4.2 動作
たとえば第一波長変換素子91を透過したパルスレーザ光31b(386.8nm)は、プリズム102に入射してもよい。このパルスレーザ光31bは、プリズム102とコーティング膜102aとがオプティカルコンタクトによって接合されている面を通過してもよい。その後、パルスレーザ光31bは、コーティング膜102aを透過して、KBBF結晶101に入射してもよい。すると、KBBF結晶101内で、パルスレーザ光31bを基本波光(386.8nm)とした第2高調波光31c(193.4nm)が生成され得る。パルスレーザ光31bと第2高調波光31cとは、コーティング膜103aを透過し、コーティング膜103aとプリズム103とがオプティカルコンタクトによって接合されている面を通過してもよい。その後、パルスレーザ光31bと第2高調波光31cとは、プリズム103を透過し、プリズム103から出射してもよい。このとき、パルスレーザ光31bと第2高調波光31cとは、それぞれの屈折角度が異なるため、分離されてプリズム103から出射し得る。第2高調波光31cは、パルスレーザ光31として、波長変換装置9から出力されてもよい。このパルスレーザ光31は、ArFエキシマ増幅器などの増幅装置3で増幅されてもよい。
4.2 Operation For example, the pulse laser beam 31 b (386.8 nm) transmitted through the first wavelength conversion element 91 may be incident on the prism 102. The pulsed laser light 31b may pass through a surface where the prism 102 and the coating film 102a are joined by optical contact. Thereafter, the pulse laser beam 31 b may pass through the coating film 102 a and enter the KBBF crystal 101. Then, in the KBBF crystal 101, the second harmonic light 31c (193.4 nm) having the pulsed laser light 31b as the fundamental wave light (386.8 nm) can be generated. The pulsed laser light 31b and the second harmonic light 31c may pass through the coating film 103a and may pass through the surface where the coating film 103a and the prism 103 are joined by optical contact. Thereafter, the pulsed laser light 31 b and the second harmonic light 31 c may pass through the prism 103 and be emitted from the prism 103. At this time, the pulsed laser light 31b and the second harmonic light 31c have different refraction angles, and thus can be separated and emitted from the prism 103. The second harmonic light 31 c may be output from the wavelength conversion device 9 as the pulsed laser light 31. The pulse laser beam 31 may be amplified by an amplification device 3 such as an ArF excimer amplifier.

4.3 作用
波長変換素子101Aにおいては、プリズム102と、コーティング膜102aと、KBBF結晶101と、コーティング膜103aと、プリズム103との間のそれぞれの界面においてパルスレーザ光31bまたは第2高調波光31cが全反射されるのを防止できる。KBBF結晶101にプリズムを直接オプティカルコンタクトによって接合する場合、KBBF結晶101とプリズムとの間の界面がパルスレーザ光によるダメージを受ける場合がある。そのため、KBBF結晶101の寿命が短くなることもある。これに対し、実施の形態2では、KBBF結晶101の表面に膜をコーティングし、この膜とプリズムとをオプティカルコンタクトさせてもよい。それにより、パルスレーザ光によって受けるダメージを軽減できる。これにより、波長変換素子101Aの寿命を向上し得る。
4.3 Action In the wavelength conversion element 101A, the pulse laser beam 31b or the second harmonic light 31c is provided at each interface between the prism 102, the coating film 102a, the KBBF crystal 101, the coating film 103a, and the prism 103. Can be prevented from being totally reflected. When the prism is directly bonded to the KBBF crystal 101 by optical contact, the interface between the KBBF crystal 101 and the prism may be damaged by the pulse laser beam. Therefore, the lifetime of the KBBF crystal 101 may be shortened. On the other hand, in the second embodiment, a film may be coated on the surface of the KBBF crystal 101, and the film and the prism may be in optical contact. Thereby, damage received by the pulse laser beam can be reduced. Thereby, the lifetime of the wavelength conversion element 101A can be improved.

なお、実施の形態2では、KBBF結晶101の入射面101aと出射面101bとの両側に、コーティング膜102aおよび103aを形成している。また、これらのコーティング膜102aおよび103aとプリズム102および103とをそれぞれオプティカルコンタクトによって接合している。ただし、この構成に限定されない。たとえば、波長変換素子101Aは、コーティング膜102aおよび103aのいずれか一方のみを備えた構成であってもよい。この際、KBBF結晶101において、パルスレーザ光31bまたはパルスレーザ光31bまたは第2高調波光31cによって受けるダメージが大きい方の界面に膜をコーティングするとよい。膜をコーティングしない方の面は、KBBF結晶101とプリズムとを直接オプティカルコンタクトさせてもよい。   In the second embodiment, coating films 102a and 103a are formed on both sides of the entrance surface 101a and the exit surface 101b of the KBBF crystal 101. Also, these coating films 102a and 103a and the prisms 102 and 103 are joined by optical contact. However, it is not limited to this configuration. For example, the wavelength conversion element 101A may be configured to include only one of the coating films 102a and 103a. At this time, in the KBBF crystal 101, a film may be coated on the interface that is more damaged by the pulse laser beam 31b, the pulse laser beam 31b, or the second harmonic light 31c. The surface not coated with the film may be in direct optical contact between the KBBF crystal 101 and the prism.

5.酸化物を用いてオプティカルコンタクトした波長変換素子(実施の形態3)
つぎに、実施の形態2として例示した波長変換素子101Aのより具体的な構成を、実施の形態3として説明する。以下では、非線形光学結晶としてKBBF結晶101を例示する。
5. Wavelength conversion element optically contacted using oxide (Embodiment 3)
Next, a more specific configuration of the wavelength conversion element 101A exemplified as the second embodiment will be described as a third embodiment. Below, the KBBF crystal 101 is illustrated as a nonlinear optical crystal.

5.1 構成
図3に、実施の形態3による波長変換装置における波長変換素子101Bの概略構成を示す。図3に示すように、波長変換素子101Bは、KBBF結晶101と、コーティング膜(第3膜)112aと、コーティング膜(第1膜)113aと、プリズム(第2プリズム)112と、プリズム(第1プリズム)113とを備えてもよい。
5.1 Configuration FIG. 3 shows a schematic configuration of the wavelength conversion element 101B in the wavelength conversion device according to the third embodiment. As shown in FIG. 3, the wavelength conversion element 101B includes a KBBF crystal 101, a coating film (third film) 112a, a coating film (first film) 113a, a prism (second prism) 112, and a prism (first prism). 1 prism) 113.

コーティング膜112aは、KBBF結晶101の入射面101aに形成されてもよい。コーティング膜113aは、KBBF結晶101の出射面101bに形成されてもよい。コーティング膜112aおよび113aの膜厚は、表面がオプティカルコンタクトを形成するのに十分な表面粗さを得られる程度の厚さであってもよい。   The coating film 112 a may be formed on the incident surface 101 a of the KBBF crystal 101. The coating film 113 a may be formed on the emission surface 101 b of the KBBF crystal 101. The film thickness of the coating films 112a and 113a may be such a thickness that the surface can obtain a sufficient surface roughness to form an optical contact.

プリズム112は、KBBF結晶101の入射面101aに形成されたコーティング膜112aとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム113は、KBBF結晶101の出射面101bに形成されたコーティング膜113aとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム112、コーティング膜112a、コーティング膜113a、およびプリズム113は、それぞれの界面においてレーザ光が全反射しないような屈折率を有する材料で形成されていてもよい。   The prism 112 may be bonded to the coating film 112a formed on the incident surface 101a of the KBBF crystal 101 by optical contact. The prism 113 may be bonded to the coating film 113a formed on the emission surface 101b of the KBBF crystal 101 by optical contact. The prism 112, the coating film 112a, the coating film 113a, and the prism 113 may be formed of a material having a refractive index that does not totally reflect laser light at each interface.

コーティング膜112aは、酸化物およびフッ化物のうち少なくとも一方を含む膜であってもよい。もしくは、コーティング膜112aは、酸化物およびフッ化物のうち少なくとも一方を含む層(第2層)をプリズム112と接触する面に含む、多層膜であってもよい。同様に、コーティング膜113aは、酸化物およびフッ化物のうち少なくとも一方を含む膜であってもよい。もしくは、コーティング膜113aは、酸化物およびフッ化物のうち少なくとも一方を含む層(第1層)をプリズム113と接触する面に含む、多層膜であってもよい。   The coating film 112a may be a film containing at least one of oxide and fluoride. Alternatively, the coating film 112 a may be a multilayer film including a layer (second layer) including at least one of oxide and fluoride on a surface in contact with the prism 112. Similarly, the coating film 113a may be a film including at least one of an oxide and a fluoride. Alternatively, the coating film 113a may be a multilayer film including a layer (first layer) containing at least one of oxide and fluoride on a surface in contact with the prism 113.

コーティング膜112aまたはコーティング膜112aにおけるプリズム112と接触する面を形成する層(第2層)の材料は、SiO、MgF、LaF、およびGdFのうち少なくとも1つを含んでもよい。同様に、コーティング膜113aまたはコーティング膜113aにおけるプリズム113と接触する面を形成する層(第1層)の材料は、SiO、MgF、LaF、およびGdFのうち少なくとも1つを含んでもよい。 The material of the coating film 112a or the layer (second layer) that forms the surface in contact with the prism 112 in the coating film 112a may include at least one of SiO 2 , MgF 2 , LaF 3 , and GdF 3 . Similarly, the material of the coating film 113a or the layer (first layer) forming the surface in contact with the prism 113 in the coating film 113a may include at least one of SiO 2 , MgF 2 , LaF 3 , and GdF 3. Good.

プリズム112の材料は、SiO結晶、CaF結晶、およびMgF結晶のうち少なくとも1つを含んでもよい。同様に、プリズム113の材料は、SiO結晶、CaF結晶、およびMgF結晶のうち少なくとも1つを含んでもよい。 The material of the prism 112 may include at least one of SiO 2 crystal, CaF 2 crystal, and MgF 2 crystal. Similarly, the material of the prism 113 may include at least one of SiO 2 crystal, CaF 2 crystal, and MgF 2 crystal.

コーティング膜112aとプリズム112とに同一分子組成の材料を用いることで、コーティング膜112aのプリズム112に対する付着強度を向上し得る。また、同一分子組成の材料を用いることで、屈折率整合(index matching)が容易となり得る。同様に、コーティング膜113aとプリズム113とに同一分子組成の材料を用いることで、コーティング膜113aのプリズム113に対する付着強度を向上し得る。また、同一分子組成の材料を用いることで、屈折率整合が容易となり得る。   By using materials having the same molecular composition for the coating film 112a and the prism 112, the adhesion strength of the coating film 112a to the prism 112 can be improved. Also, index matching can be facilitated by using materials having the same molecular composition. Similarly, by using materials having the same molecular composition for the coating film 113a and the prism 113, the adhesion strength of the coating film 113a to the prism 113 can be improved. Moreover, refractive index matching can be facilitated by using materials having the same molecular composition.

なお、プリズム112および113には、例えば、合成石英や水晶が用いられてもよい。   For the prisms 112 and 113, for example, synthetic quartz or quartz may be used.

コーティング膜112aおよび113aの形成には、電子ビーム法やスパッタリング法などを用いてもよい。ただし、これに限定されることなく、種々の成膜方法を用いることができる。コーティング膜112aおよび113aを形成することで、KBBF結晶101の入射面101aと出射面101bとにおける表面粗さを、それぞれコーティング膜112aおよび113aで平坦化し得る。   For the formation of the coating films 112a and 113a, an electron beam method, a sputtering method, or the like may be used. However, the present invention is not limited to this, and various film formation methods can be used. By forming the coating films 112a and 113a, the surface roughness of the entrance surface 101a and the exit surface 101b of the KBBF crystal 101 can be planarized by the coating films 112a and 113a, respectively.

5.2 作用
実施の形態3によれば、同一分子組成からなるプリズムと膜とがオプティカルコンタクトし得る。これにより、パルスレーザ光によって界面が受けるダメージを軽減し、波長変換素子101Bの寿命を向上し得る。
5.2 Action According to the third embodiment, the prism and the film having the same molecular composition can be in optical contact. Thereby, the damage which an interface receives with a pulse laser beam can be reduced, and the lifetime of the wavelength conversion element 101B can be improved.

なお、プリズム112または113に水晶を用いる場合、水晶の光学軸とパルスレーザ光31bの偏光方向とが一致するように、プリズムを作製するとよい。また、コーティング膜112aおよび113aには、スパッタリング法を用いて形成したSiO膜を用いるとよい。これにより、第2高調波光31cによって発生するSiO膜のコンパクションを抑制し得る。水晶は、合成石英と比較すると波長が193.4nmのレーザ光によるコンパクションが発生し難いと考えられる。従って、水晶のプリズムは特に第1のプリズムに使用されるとよい。 Note that in the case where quartz is used for the prism 112 or 113, the prism may be manufactured so that the optical axis of the quartz coincides with the polarization direction of the pulsed laser light 31b. Further, as the coating films 112a and 113a, a SiO 2 film formed by a sputtering method may be used. Thereby, the compaction of the SiO 2 film generated by the second harmonic light 31c can be suppressed. Quartz is thought to be less susceptible to compaction due to laser light having a wavelength of 193.4 nm compared to synthetic quartz. Accordingly, the quartz prism is particularly preferably used for the first prism.

6.酸化物とフッ化物を用いてオプティカルコンタクトした波長変換素子(実施の形態4)
つぎに、実施の形態2として例示した波長変換素子101Aの他の具体的な構成を、実施の形態4として説明する。以下では、非線形光学結晶としてKBBF結晶101を例示する。
6). Wavelength conversion element in optical contact using oxide and fluoride (Embodiment 4)
Next, another specific configuration of the wavelength conversion element 101A illustrated as the second embodiment will be described as a fourth embodiment. Below, the KBBF crystal 101 is illustrated as a nonlinear optical crystal.

6.1 構成
図4に、実施の形態4による波長変換装置における波長変換素子101Cの概略構成を示す。図4に示すように、波長変換素子101Cは、KBBF結晶101と、コーティング膜(第3膜)122aと、コーティング膜(第1膜)123aと、プリズム(第2プリズム)122と、プリズム(第1プリズム)123とを備えてもよい。
6.1 Configuration FIG. 4 shows a schematic configuration of the wavelength conversion element 101C in the wavelength conversion device according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 4, the wavelength conversion element 101C includes a KBBF crystal 101, a coating film (third film) 122a, a coating film (first film) 123a, a prism (second prism) 122, and a prism (first prism). 1 prism) 123.

コーティング膜122aは、KBBF結晶101の入射面101aに形成されてもよい。コーティング膜123aは、KBBF結晶101の出射面101bに形成されてもよい。コーティング膜122aおよび123aの膜厚は、表面がオプティカルコンタクトを形成するのに十分な表面粗さを得られる程度の厚さであってもよい。   The coating film 122 a may be formed on the incident surface 101 a of the KBBF crystal 101. The coating film 123 a may be formed on the emission surface 101 b of the KBBF crystal 101. The film thickness of the coating films 122a and 123a may be such a thickness that the surface can obtain a surface roughness sufficient to form an optical contact.

プリズム122は、KBBF結晶101の入射面101aに形成されたコーティング膜122aとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム123は、KBBF結晶101の出射面101bに形成されたコーティング膜123aとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム122、コーティング膜122a、コーティング膜123a、およびプリズム123は、それぞれの界面においてレーザ光が全反射しないような屈折率を有する材料で形成されていてもよい。   The prism 122 may be bonded to the coating film 122a formed on the incident surface 101a of the KBBF crystal 101 by optical contact. The prism 123 may be bonded to the coating film 123a formed on the emission surface 101b of the KBBF crystal 101 by optical contact. The prism 122, the coating film 122a, the coating film 123a, and the prism 123 may be formed of a material having a refractive index so that laser light is not totally reflected at each interface.

パルスレーザ光31bの入射側に位置するコーティング膜122aおよびプリズム122の材料には、たとえば酸化物が用いられてもよい。コーティング膜122aは、酸化物を含む層(第2層)をプリズム122と接触する面に含む、多層膜であってもよい。コーティング膜122aとプリズム122との両方の接触面を酸化物とすることで、両者の接合しやすさを向上し得る。また、両方に酸化物を用いることで、屈折率整合が容易となり得る。なお、コーティング膜122aおよびプリズム122に用いられる酸化物は、SiO結晶などであってもよい。なお、コーティング膜122aおよびプリズム122の材料に、フッ化物が用いられてもよい。 For example, an oxide may be used as the material of the coating film 122a and the prism 122 positioned on the incident side of the pulse laser beam 31b. The coating film 122a may be a multilayer film including a layer containing an oxide (second layer) on the surface in contact with the prism 122. By making the contact surfaces of both the coating film 122a and the prism 122 into oxides, the ease of joining them can be improved. Moreover, refractive index matching can be facilitated by using oxides for both. The oxide used for the coating film 122a and the prism 122 may be SiO 2 crystal or the like. Note that fluoride may be used as the material of the coating film 122a and the prism 122.

一方、パルスレーザ光31bおよび第2高調波光31cの出射側に位置するコーティング膜123aおよびプリズム123の材料には、たとえばフッ化物が用いられてもよい。フッ化物材料は、酸化物材料に比べ、波長193.4nmのレーザ光に対する吸収率が小さい。そのため、フッ化物材料は、酸化物材料に比べ、第2高調波光31cによるコンパクションが発生し難いと考え得る。コーティング膜123aは、フッ化物を含む層(第1層)をプリズム123と接触する面に含む、多層膜であってもよい。コーティング膜123aとプリズム123との両方の接触面をフッ化物とすることで、両者の接合しやすさを向上し得る。また、両方にフッ化物を用いることで、屈折率整合が容易となり得る。なお、コーティング膜123aに用いられるフッ化物は、MgF、LaF、GdFなどであってもよい。プリズム123に用いられるフッ化物は、CaF、MgFなどであってもよい。 On the other hand, for example, fluoride may be used as the material of the coating film 123a and the prism 123 positioned on the emission side of the pulse laser beam 31b and the second harmonic light 31c. The fluoride material has a lower absorptance with respect to laser light having a wavelength of 193.4 nm than the oxide material. Therefore, it can be considered that the fluoride material is less likely to be compacted by the second harmonic light 31c than the oxide material. The coating film 123 a may be a multilayer film including a layer (first layer) containing fluoride on a surface in contact with the prism 123. By making the contact surfaces of both the coating film 123a and the prism 123 into fluorides, the ease of joining them can be improved. Moreover, refractive index matching can be facilitated by using fluoride for both. The fluoride used for the coating film 123a may be MgF 2 , LaF 3 , GdF 3 or the like. The fluoride used for the prism 123 may be CaF 2 , MgF 2 or the like.

コーティング膜122aおよび123aの形成には、電子ビーム法やスパッタリング法などを用いてもよい。ただし、これに限定されることなく、種々の成膜方法を用いることができる。コーティング膜122aおよび123aを形成することで、KBBF結晶101の入射面101aと出射面101bとにおける表面粗さを、それぞれコーティング膜122aおよび123aで平坦化し得る。   For the formation of the coating films 122a and 123a, an electron beam method, a sputtering method, or the like may be used. However, the present invention is not limited to this, and various film formation methods can be used. By forming the coating films 122a and 123a, the surface roughness of the entrance surface 101a and the exit surface 101b of the KBBF crystal 101 can be planarized by the coating films 122a and 123a, respectively.

6.2 作用
実施の形態4によれば、KBBF結晶101の入射面101a側と出射面101b側とのそれぞれで、同様の組成の材料からなるプリズムと膜とがオプティカルコンタクトし得る。これにより、パルスレーザ光によって界面が受けるダメージを軽減し、波長変換素子101Cの寿命を向上し得る。
6.2 Action According to the fourth embodiment, the prism and the film made of the material having the same composition can be in optical contact with each of the entrance surface 101a side and the exit surface 101b side of the KBBF crystal 101. Thereby, the damage which an interface receives with a pulse laser beam can be reduced, and the lifetime of the wavelength conversion element 101C can be improved.

また、プリズム123の材料にMgFを用いる場合、プリズム123の光学軸とパルスレーザ光31bの偏光方向とが一致するように、プリズム123を作製するとよい。 In addition, when MgF 2 is used as the material of the prism 123, the prism 123 may be manufactured so that the optical axis of the prism 123 and the polarization direction of the pulsed laser light 31b coincide.

7.プリズムの膜と結晶の膜との間をオプティカルコンタクトした波長変換素子(実施の形態5)
つぎに、実施の形態2として例示した波長変換素子101Aの他の具体的な構成を、実施の形態5として説明する。以下では、非線形光学結晶としてKBBF結晶101を例示する。
7). Wavelength conversion element having optical contact between prism film and crystal film (Embodiment 5)
Next, another specific configuration of the wavelength conversion element 101A exemplified as the second embodiment will be described as a fifth embodiment. Below, the KBBF crystal 101 is illustrated as a nonlinear optical crystal.

7.1 構成
図5に、実施の形態5による波長変換装置における波長変換素子101Dの概略構成を示す。図5に示すように、波長変換素子101Dは、KBBF結晶101と、コーティング膜132a(第3膜)と、コーティング膜(第1膜)133aと、プリズム(第2プリズム)132と、プリズム(第1プリズム)133とを備えてもよい。プリズム(第1プリズム)133は、コーティング膜(第1膜)133aと接触する面に、コーティング膜(第2膜)133bを含んでもよい。
7.1 Configuration FIG. 5 shows a schematic configuration of the wavelength conversion element 101D in the wavelength conversion device according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 5, the wavelength conversion element 101D includes a KBBF crystal 101, a coating film 132a (third film), a coating film (first film) 133a, a prism (second prism) 132, and a prism (first prism). 1 prism) 133. The prism (first prism) 133 may include a coating film (second film) 133b on the surface in contact with the coating film (first film) 133a.

コーティング膜132aは、KBBF結晶101の入射面101aに形成されてもよい。コーティング膜133aは、KBBF結晶101の出射面101bに形成されてもよい。コーティング膜133bは、プリズム133におけるKBBF結晶101側の面に形成されてもよい。コーティング膜132aおよび133aの膜厚は、表面がオプティカルコンタクトを形成するのに十分な表面粗さを得られる程度の厚さであってもよい。同様に、コーティング膜133bの膜厚は、表面がオプティカルコンタクトを形成するのに十分な表面粗さを得られる程度の厚さであってもよい。   The coating film 132 a may be formed on the incident surface 101 a of the KBBF crystal 101. The coating film 133 a may be formed on the emission surface 101 b of the KBBF crystal 101. The coating film 133b may be formed on the surface of the prism 133 on the KBBF crystal 101 side. The film thickness of the coating films 132a and 133a may be such a thickness that the surface can obtain a sufficient surface roughness to form an optical contact. Similarly, the film thickness of the coating film 133b may be such a thickness that the surface can obtain a surface roughness sufficient to form an optical contact.

プリズム132は、KBBF結晶101の入射面101aに形成されたコーティング膜132aとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム133については、コーティング膜133bが、KBBF結晶101の出射面101bに形成されたコーティング膜133aとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。この場合、コーティング膜同士がオプティカルコンタクトにより接合されるので、好適に接合し得る。なお、KBBF結晶101の入射面101a側においても出射面101b側と同様に、プリズム132にコーティング膜を形成し、このコーティング膜とKBBF結晶101のコーティング膜132aとをオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム132とコーティング膜132a、コーティング膜132aとKBBF結晶101、KBBF結晶101とコーティング膜133a、コーティング膜133aとコーティング膜133b、コーティング膜133bとプリズム133は、それぞれの界面においてレーザ光が全反射しないような屈折率を有する材料で形成されていてもよい。   The prism 132 may be bonded to the coating film 132a formed on the incident surface 101a of the KBBF crystal 101 by optical contact. As for the prism 133, the coating film 133b may be bonded to the coating film 133a formed on the emission surface 101b of the KBBF crystal 101 by optical contact. In this case, since the coating films are bonded to each other by optical contact, they can be bonded suitably. Note that a coating film may be formed on the prism 132 also on the incident surface 101a side of the KBBF crystal 101, and this coating film and the coating film 132a of the KBBF crystal 101 may be joined by optical contact. . The prism 132 and the coating film 132a, the coating film 132a and the KBBF crystal 101, the KBBF crystal 101 and the coating film 133a, the coating film 133a and the coating film 133b, and the coating film 133b and the prism 133 are not totally reflected at the respective interfaces. It may be formed of a material having a large refractive index.

パルスレーザ光31bの入射側に位置するコーティング膜132aおよびプリズム132の材料には、たとえば酸化物が用いられてもよい。コーティング膜132aは、酸化物を含む層(第2層)をプリズム132と接触する面に含む、多層膜であってもよい。コーティング膜132aとプリズム132との両方の接触面を酸化物とすることで、両者の接合しやすさを向上し得る。また、両方に酸化物を用いることで、屈折率整合が容易となり得る。なお、コーティング膜132aおよびプリズム132に用いられる酸化物は、SiOなどであってもよい。なお、コーティング膜132aの材料は、フッ化物であってもよい。このフッ化物としては、MgF、LaF、およびGdFのうち少なくとも1つを含んでもよい。プリズム132の材料には、SiO結晶に限らず、CaF結晶、およびMgF結晶のうち少なくとも1つを含む材料を用いてもよい。また、プリズム132にコーティング膜を形成する場合の材料は、MgF、LaF、GdF、およびSiOのうち少なくとも1つを含む材料などを用いてもよい。 For example, an oxide may be used as the material of the coating film 132a and the prism 132 positioned on the incident side of the pulse laser beam 31b. The coating film 132a may be a multilayer film including a layer containing an oxide (second layer) on the surface in contact with the prism 132. By making the contact surfaces of both the coating film 132a and the prism 132 into oxides, the ease of joining them can be improved. Moreover, refractive index matching can be facilitated by using oxides for both. The oxide used for the coating film 132a and the prism 132 may be SiO 2 or the like. The material of the coating film 132a may be fluoride. The fluoride may include at least one of MgF 2 , LaF 3 , and GdF 3 . The material of the prism 132 is not limited to SiO 2 crystal, but may be a material containing at least one of CaF 2 crystal and MgF 2 crystal. Further, as a material for forming the coating film on the prism 132, a material containing at least one of MgF 2 , LaF 3 , GdF 3 , and SiO 2 may be used.

一方、パルスレーザ光31bおよび第2高調波光31cの出射側に位置するコーティング膜133a、コーティング膜133b、およびプリズム133の材料には、たとえばフッ化物や酸化物が用いられてもよい。フッ化物材料は、酸化物材料に比べ、波長193.4nmのレーザ光に対する吸収率が小さい。そのため、フッ化物材料は、酸化物材料に比べ、第2高調波光31cによるコンパクションが発生し難いと考え得る。コーティング膜133aは、酸化物またはフッ化物を含む層(第1層)をコーティング膜133bと接触する面に含む、多層膜であってもよい。コーティング膜133bは、酸化物またはフッ化物を含む層をコーティング膜133aと接触する面に含む、多層膜であってもよい。コーティング膜133aおよびコーティング膜133bの各相対面側には、同様の組成の材料が用いられるとよい。コーティング膜133aとコーティング膜133bとの各相対面側に同様の組成の材料を用いることで、両者の接合しやすさを向上し得る。さらに、屈折率整合が容易となり得る。なお、コーティング膜133aおよび133bに用いられる材料は、MgF、LaF、GdF、SiOなどを含んでもよい。プリズム133に用いられる材料は、CaF結晶およびMgF結晶のうち少なくとも一方を含む材料などであってもよい。特に、コーティング膜133aおよび133bにSiOを用い、プリズム133にCaF結晶を用いるとよい。なお、プリズム133の材料としてSiO結晶を使用してもよい。 On the other hand, as materials for the coating film 133a, the coating film 133b, and the prism 133 positioned on the emission side of the pulse laser beam 31b and the second harmonic light 31c, for example, fluoride or oxide may be used. The fluoride material has a lower absorptance with respect to laser light having a wavelength of 193.4 nm than the oxide material. Therefore, it can be considered that the fluoride material is less likely to be compacted by the second harmonic light 31c than the oxide material. The coating film 133a may be a multilayer film including a layer (first layer) containing an oxide or fluoride on a surface in contact with the coating film 133b. The coating film 133b may be a multilayer film including a layer containing an oxide or fluoride on a surface in contact with the coating film 133a. A material having the same composition may be used for each of the relative surfaces of the coating film 133a and the coating film 133b. By using a material having the same composition on each of the relative surface sides of the coating film 133a and the coating film 133b, it is possible to improve the ease of joining the two. Furthermore, refractive index matching can be facilitated. The material used for the coating films 133a and 133b may include MgF 2 , LaF 3 , GdF 3 , SiO 2 and the like. The material used for the prism 133 may be a material including at least one of CaF 2 crystal and MgF 2 crystal. In particular, SiO 2 may be used for the coating films 133a and 133b, and CaF 2 crystal may be used for the prism 133. Note that a SiO 2 crystal may be used as the material of the prism 133.

コーティング膜132aおよび133aは、KBBF結晶101の入射面101aおよび出射面101bに、電子ビーム法やスパッタリング法などを用いて成膜されてもよい。コーティング膜133bは、プリズム133のKBBF結晶101側の面に電子ビーム法やスパッタリング法などを用いて成膜されてもよい。ただし、これに限定されることなく、種々の成膜方法を用いることができる。コーティング膜132aおよび133aを形成することで、KBBF結晶101の入射面101aと出射面101bとにおける表面粗さを改善できる。プリズム133のKBBF結晶101側の面における表面粗さを、コーティング膜133bで平坦化し得る。   The coating films 132a and 133a may be formed on the entrance surface 101a and the exit surface 101b of the KBBF crystal 101 by using an electron beam method, a sputtering method, or the like. The coating film 133b may be formed on the surface of the prism 133 on the KBBF crystal 101 side by using an electron beam method, a sputtering method, or the like. However, the present invention is not limited to this, and various film formation methods can be used. By forming the coating films 132a and 133a, the surface roughness of the entrance surface 101a and the exit surface 101b of the KBBF crystal 101 can be improved. The surface roughness of the prism 133 on the KBBF crystal 101 side surface can be flattened by the coating film 133b.

7.2 作用
実施の形態5によれば、KBBF結晶101の入射面101a側で、同様の組成の材料からなるプリズムと膜とがオプティカルコンタクトし得る。また、KBBF結晶101の出射面101b側で、同様の組成の材料からなる膜と膜とがオプティカルコンタクトし得る。これにより、パルスレーザ光31bによって界面が受けるダメージを軽減し、波長変換素子101Dの寿命を向上し得る。
7.2 Operation According to the fifth embodiment, on the incident surface 101a side of the KBBF crystal 101, a prism made of a material having the same composition and the film can be in optical contact. Further, on the emission surface 101b side of the KBBF crystal 101, a film made of a material having the same composition can be in optical contact. Thereby, the damage which an interface receives with the pulse laser beam 31b can be reduced, and the lifetime of the wavelength conversion element 101D can be improved.

なお、プリズム133の材料としては、CaF等のフッ化物結晶材料を使用した場合、酸化物材料を使用した場合と比較して、波長変換素子101Dの耐久性をより向上させ得る。 As the material of the prism 133, when using a fluoride crystal material such as CaF 2, as compared with the case of using an oxide material, it may further improve the durability of the wavelength conversion element 101D.

8.緩衝層と各緩衝層上の膜とを備える非線形光学結晶をプリズムとオプティカルコンタクトした波長変換素子(実施の形態6)
つぎに、実施の形態2として例示した波長変換素子101Aの他の具体的な構成を、実施の形態6として説明する。以下では、非線形光学結晶としてKBBF結晶101を例示する。
8). A wavelength conversion element in which a nonlinear optical crystal including a buffer layer and a film on each buffer layer is optically contacted with a prism (Embodiment 6)
Next, another specific configuration of the wavelength conversion element 101A exemplified as the second embodiment will be described as a sixth embodiment. Below, the KBBF crystal 101 is illustrated as a nonlinear optical crystal.

8.1 構成
図6に、実施の形態6による波長変換装置における波長変換素子101Eの概略構成を示す。図6に示すように、波長変換素子101Eは、KBBF結晶101と、コーティング膜(第3膜)142aと、コーティング膜(第1膜)143aと、緩衝層(第2緩衝層)142cと、緩衝層(第1緩衝層)143cと、プリズム(第2プリズム)142と、プリズム(第1プリズム)143とを備えてもよい。
8.1 Configuration FIG. 6 shows a schematic configuration of the wavelength conversion element 101E in the wavelength conversion device according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 6, the wavelength conversion element 101E includes a KBBF crystal 101, a coating film (third film) 142a, a coating film (first film) 143a, a buffer layer (second buffer layer) 142c, and a buffer. A layer (first buffer layer) 143c, a prism (second prism) 142, and a prism (first prism) 143 may be provided.

緩衝層142cは、KBBF結晶101の入射面101a上に形成されてもよい。コーティング膜142aは、緩衝層142c上に形成されてもよい。緩衝層143cは、KBBF結晶101の出射面101b上に形成されてもよい。コーティング膜143aは、緩衝層143c上に形成されてもよい。緩衝層142cおよびコーティング膜142aの合計の膜厚は、表面がオプティカルコンタクトを形成するのに十分な表面粗さを得られる程度の厚さであってもよい。同様に、緩衝層143cおよびコーティング膜143aの合計の膜厚は、表面がオプティカルコンタクトを形成するのに十分な表面粗さを得られる程度の厚さであってもよい。   The buffer layer 142 c may be formed on the incident surface 101 a of the KBBF crystal 101. The coating film 142a may be formed on the buffer layer 142c. The buffer layer 143c may be formed on the emission surface 101b of the KBBF crystal 101. The coating film 143a may be formed on the buffer layer 143c. The total film thickness of the buffer layer 142c and the coating film 142a may be such a thickness that the surface can obtain a surface roughness sufficient to form an optical contact. Similarly, the total film thickness of the buffer layer 143c and the coating film 143a may be a thickness that allows the surface to obtain a surface roughness sufficient to form an optical contact.

プリズム142は、KBBF結晶101の入射面101a側に形成されたコーティング膜142aとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム143は、KBBF結晶101の出射面101b側に形成されたコーティング膜143aとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム142とコーティング膜142a、コーティング膜142aと緩衝層142c、緩衝層142cとKBBF結晶101、KBBF結晶101と緩衝層143c、緩衝層143cとコーティング膜143a、コーティング膜143aとプリズム143は、それぞれの界面においてレーザ光が全反射しないような屈折率を有する材料で形成されていてもよい。   The prism 142 may be bonded to the coating film 142a formed on the incident surface 101a side of the KBBF crystal 101 by optical contact. The prism 143 may be bonded to the coating film 143a formed on the emission surface 101b side of the KBBF crystal 101 by optical contact. The prism 142 and the coating film 142a, the coating film 142a and the buffer layer 142c, the buffer layer 142c and the KBBF crystal 101, the KBBF crystal 101 and the buffer layer 143c, the buffer layer 143c and the coating film 143a, and the coating film 143a and the prism 143 have their interfaces. The laser beam may be formed of a material having a refractive index so that the laser beam is not totally reflected.

コーティング膜142aおよび143aの材料、および、プリズム142および143の材料には、たとえばフッ化物および酸化物のうち少なくとも一方を含む材料が用いられてもよい。コーティング膜142aは、酸化物またはフッ化物を含む層(第2層)をプリズム142と接触する面に含む、多層膜であってもよい。コーティング膜143aは、酸化物またはフッ化物を含む層(第1層)をプリズム143と接触する面に含む、多層膜であってもよい。KBBF結晶101の入射面101a側或いは出射面101b側では、プリズム142または143とコーティング膜142aまたは143aとに同様の組成の材料が用いられてもよい。同様の組成の材料を用いることで、両者の接合しやすさを向上し得る。また、両方にフッ化物を用いることで、屈折率マッチングが容易となり得る。なお、コーティング膜142aおよび143aに用いられる材料は、MgF、LaF、GdF、およびSiOのうち少なくとも1つを含む材料などであってもよい。プリズム142および143に用いられる材料は、CaF結晶、MgF結晶、およびSiO結晶のうち少なくとも1つを含む材料などであってもよい。特に、コーティング膜142aおよび143aにSiOを用い、プリズム142および143に合成石英(SiO)を用いるとよい。 For the material of the coating films 142a and 143a and the material of the prisms 142 and 143, for example, a material containing at least one of fluoride and oxide may be used. The coating film 142 a may be a multilayer film including a layer (second layer) containing an oxide or fluoride on a surface in contact with the prism 142. The coating film 143a may be a multilayer film including a layer (first layer) containing an oxide or fluoride on a surface in contact with the prism 143. On the entrance surface 101a side or the exit surface 101b side of the KBBF crystal 101, a material having the same composition may be used for the prism 142 or 143 and the coating film 142a or 143a. By using a material having a similar composition, it is possible to improve the ease of joining the two. Moreover, refractive index matching can be facilitated by using fluoride for both. The material used for the coating films 142a and 143a may be a material containing at least one of MgF 2 , LaF 3 , GdF 3 , and SiO 2 . The material used for the prisms 142 and 143 may be a material including at least one of CaF 2 crystal, MgF 2 crystal, and SiO 2 crystal. In particular, SiO 2 may be used for the coating films 142a and 143a, and synthetic quartz (SiO 2 ) may be used for the prisms 142 and 143.

緩衝層142cおよび143cの材料には、Al、HfO、ZrO、およびScOのうち少なくとも1つを含む材料などを用いてもよい。コーティング膜142aおよび緩衝層142cの積層膜、および、コーティング膜143aおよび緩衝層143cの積層膜を形成することで、KBBF結晶101の入射面101aと出射面101bとにおける表面粗さを、それぞれコーティング膜142aおよび緩衝層142cの積層膜、および、コーティング膜143aおよび緩衝層143cの積層膜で平坦化し得る。 As the material of the buffer layers 142c and 143c, a material including at least one of Al 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , and ScO 2 may be used. By forming the laminated film of the coating film 142a and the buffer layer 142c, and the laminated film of the coating film 143a and the buffer layer 143c, the surface roughnesses on the entrance surface 101a and the exit surface 101b of the KBBF crystal 101 are respectively determined as the coating film. 142a and the buffer layer 142c, and the coating film 143a and the buffer layer 143c.

緩衝層142cおよび143cの形成には、スパッタリング法やCVD法やALD(Atomic Layer Deposition)法などを用いてよい。コーティング膜142aおよび143aは、KBBF結晶101に形成された緩衝層142cおよび143c上に電子ビーム法やスパッタリング法などを用いて成膜してもよい。ただし、これに限定されることなく、種々の成膜方法を用いることができる。   For the formation of the buffer layers 142c and 143c, a sputtering method, a CVD method, an ALD (Atomic Layer Deposition) method, or the like may be used. The coating films 142a and 143a may be formed on the buffer layers 142c and 143c formed on the KBBF crystal 101 by using an electron beam method, a sputtering method, or the like. However, the present invention is not limited to this, and various film formation methods can be used.

8.2 作用
実施の形態6によれば、KBBF結晶101の入射面101a側と出射面101b側とのそれぞれで、同様の組成の材料からなるプリズムと膜とがオプティカルコンタクトし得る。これにより、パルスレーザ光31bによって界面が受けるダメージを軽減し、波長変換素子101Eの寿命を向上し得る。
8.2 Action According to the sixth embodiment, the prism and the film made of the material having the same composition can be in optical contact with each of the entrance surface 101a side and the exit surface 101b side of the KBBF crystal 101. Thereby, the damage which an interface receives with the pulse laser beam 31b can be reduced, and the lifetime of the wavelength conversion element 101E can be improved.

また、KBBF結晶101はフッ化物の結晶である。このため、コーティング膜142aおよび143aの材料としてSiOを使用した場合、KBBF結晶101とSiOのコーティング膜とが接することでSiF等が生成される可能性がある。SiFは紫外線を吸収するため、波長変換素子の変換効率低下を引き起こす場合がある。実施の形態6によれば、KBBF結晶101の入射面101aおよび出射面101b上にそれぞれ緩衝層142cおよび143cを形成しておくことで、SiF等が生成される可能性を低減することができる。その結果、SiFによる紫外光の吸収を低減し、波長変換素子の変換効率が低下する可能性を減じることができる。 The KBBF crystal 101 is a fluoride crystal. For this reason, when SiO 2 is used as the material of the coating films 142a and 143a, the KBBF crystal 101 and the SiO 2 coating film may come into contact with each other to generate SiF 4 or the like. Since SiF 4 absorbs ultraviolet rays, the conversion efficiency of the wavelength conversion element may be lowered. According to the sixth embodiment, by forming the buffer layers 142c and 143c on the entrance surface 101a and the exit surface 101b of the KBBF crystal 101, respectively, the possibility that SiF 4 or the like is generated can be reduced. . As a result, the absorption of ultraviolet light by SiF 4 can be reduced, and the possibility that the conversion efficiency of the wavelength conversion element will be reduced can be reduced.

また、KBBF結晶101とコーティング膜142aとの間に緩衝層142cを設けることで、KBBF結晶101とコーティング膜142aとの熱膨張係数の違いにより生じる内部応力を低減し得る。同様に、KBBF結晶101とコーティング膜143aとの間に緩衝層143cを設けることで、KBBF結晶101とコーティング膜143aとの熱膨張係数の違いにより生じる内部応力を低減し得る。その結果、温度変化に伴う内部応力によっておこる波長変換素子の機械的破壊の可能性を低減できる。   Further, by providing the buffer layer 142c between the KBBF crystal 101 and the coating film 142a, internal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the KBBF crystal 101 and the coating film 142a can be reduced. Similarly, by providing the buffer layer 143c between the KBBF crystal 101 and the coating film 143a, the internal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the KBBF crystal 101 and the coating film 143a can be reduced. As a result, the possibility of mechanical destruction of the wavelength conversion element caused by internal stress accompanying temperature change can be reduced.

9.コーティング膜を施した非線形光学結晶に1つのプリズムをオプティカルコンタクトした波長変換素子(実施の形態7)
つぎに、実施の形態1として例示した第二波長変換素子92の他の具体的な構成である波長変換素子101Fを、実施の形態7として説明する。
9. A wavelength conversion element in which one prism is optically contacted with a nonlinear optical crystal coated with a coating film (Embodiment 7)
Next, a wavelength conversion element 101F, which is another specific configuration of the second wavelength conversion element 92 exemplified as the first embodiment, will be described as a seventh embodiment.

9.1 構成
上述の実施の形態2〜3では、非線形光学結晶であるKBBF結晶101の対向する2面をレーザ光の入射面101aおよび出射面101bとし、そのそれぞれにコーティング膜を介してプリズムが設けられた場合を例示した。ただし、これに限らず、KBBF結晶101の1つの面をレーザ光の入出射面とし、この面にコーティング膜を介してプリズムが設けられてもよい。
9.1 Configuration In the above-described second to third embodiments, the two opposing surfaces of the KBBF crystal 101 which is a nonlinear optical crystal are the laser light incident surface 101a and the light emitting surface 101b, and a prism is provided on each of them via a coating film. The case where it was provided was illustrated. However, the present invention is not limited to this, and one surface of the KBBF crystal 101 may be a laser light incident / exit surface, and a prism may be provided on this surface via a coating film.

図7に、実施の形態7による波長変換装置における波長変換素子101Fの概略構成を示す。図7に示すように、波長変換素子101Fは、KBBF結晶101と、コーティング膜(第1膜)152aと、プリズム(第1プリズム)152とを備えてもよい。   FIG. 7 shows a schematic configuration of the wavelength conversion element 101F in the wavelength conversion device according to the seventh embodiment. As shown in FIG. 7, the wavelength conversion element 101F may include a KBBF crystal 101, a coating film (first film) 152a, and a prism (first prism) 152.

コーティング膜152aは、KBBF結晶101の入出射面101cに形成されてもよい。プリズム152は、KBBF結晶101の入出射面101cに形成されたコーティング膜152aとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム152およびコーティング膜152aは、その界面においてレーザ光が全反射しないような屈折率を有する材料で形成されていてもよい。   The coating film 152 a may be formed on the incident / exit surface 101 c of the KBBF crystal 101. The prism 152 may be bonded to the coating film 152a formed on the incident / exit surface 101c of the KBBF crystal 101 by optical contact. The prism 152 and the coating film 152a may be formed of a material having a refractive index such that the laser beam is not totally reflected at the interface.

プリズム152およびコーティング膜152aの材料は、上述の実施の形態2〜6において例示したプリズム材料およびコーティング膜材料であってもよい。好ましくは、プリズム152およびコーティング膜152aの材料は、波長193.4nmのレーザ光に対する吸収率が小さいフッ化物材料であるとよい。コーティング膜152aは、上述の多層膜であってもよい。   The material of the prism 152 and the coating film 152a may be the prism material and the coating film material exemplified in the above-described second to sixth embodiments. Preferably, the material of the prism 152 and the coating film 152a may be a fluoride material having a low absorption rate for laser light having a wavelength of 193.4 nm. The coating film 152a may be the multilayer film described above.

また、プリズム152は、コーティング膜152aと接触する面に、上述の実施の形態5と同様のコーティング膜(第2膜)を含んでもよい。さらに、上述の実施の形態6と同様の緩衝層(第1緩衝層)が、KBBF結晶101上に設けられ、その緩衝層の上にコーティング膜152aが設けられてもよい。   In addition, prism 152 may include a coating film (second film) similar to that of the above-described fifth embodiment on a surface that contacts coating film 152a. Furthermore, a buffer layer (first buffer layer) similar to that of the above-described sixth embodiment may be provided on the KBBF crystal 101, and the coating film 152a may be provided on the buffer layer.

9.2 動作
たとえば第一波長変換素子91を透過したパルスレーザ光31b(386.8nm)は、プリズム152に入射してもよい。このパルスレーザ光31bは、プリズム152中を透過し、コーティング膜152aを介して、KBBF結晶101に入射してもよい。
9.2 Operation For example, the pulse laser beam 31b (386.8 nm) transmitted through the first wavelength conversion element 91 may be incident on the prism 152. The pulse laser beam 31b may pass through the prism 152 and may enter the KBBF crystal 101 via the coating film 152a.

波長386.8nmであるパルスレーザ光31bの少なくとも一部は、KBBF結晶101を透過することによって、波長が193.4nmである第2高調波光31cに波長変換され得る。パルスレーザ光31bと波長変換された第2高調波光31cとは、KBBF結晶101における入出射面101cに対向する面101dで高反射してもよい。ここで、パルスレーザ光31bおよび第2高調波光31cは、KBBF結晶101の屈折率と空気の屈折率とで決まる全反射角度で面101dに入射することで面101dで高反射され得る。   At least part of the pulsed laser light 31b having a wavelength of 386.8 nm can be converted into the second harmonic light 31c having a wavelength of 193.4 nm by transmitting through the KBBF crystal 101. The pulsed laser light 31b and the wavelength-converted second harmonic light 31c may be highly reflected by a surface 101d facing the incident / exit surface 101c of the KBBF crystal 101. Here, the pulse laser beam 31b and the second harmonic light 31c can be highly reflected by the surface 101d by entering the surface 101d at a total reflection angle determined by the refractive index of the KBBF crystal 101 and the refractive index of air.

面101dで高反射したパルスレーザ光31bおよび第2高調波光31cは、再び、KBBF結晶101中を透過してもよい。この際、パルスレーザ光31bと第2高調波光31cとは、波長に依存する屈折率の違いによって互い異なる光路を進んでもよい。   The pulsed laser light 31b and the second harmonic light 31c that are highly reflected by the surface 101d may pass through the KBBF crystal 101 again. At this time, the pulsed laser light 31b and the second harmonic light 31c may travel on different optical paths depending on the difference in refractive index depending on the wavelength.

そして、異なる光路を伝搬するパルスレーザ光31bおよび31cは、コーティング膜152aを介して、再びプリズム152に入射し、このプリズム152により光路が屈折されて出力されてもよい。この結果、パルスレーザ光31bと第2高調波光31cとは、異なる光路で波長変換素子101Fから出力され得る。   The pulsed laser beams 31b and 31c propagating in different optical paths may be incident on the prism 152 again via the coating film 152a, and the optical path may be refracted by the prism 152 and output. As a result, the pulsed laser light 31b and the second harmonic light 31c can be output from the wavelength conversion element 101F through different optical paths.

9.3 作用
実施の形態7によれば、使用するプリズムが1つでよいため、波長変換素子101Fの構成を簡略化し得る。さらに、パルスレーザ光31bがKBBF結晶101中を往復するため、パルスレーザ光31bのKBBF結晶101中の光路長を長くすることができる。その結果、パルスレーザ光31bから第2高調波光31cへの変換効率を向上し得る。
9.3 Operation According to the seventh embodiment, since only one prism is used, the configuration of the wavelength conversion element 101F can be simplified. Furthermore, since the pulse laser beam 31b reciprocates in the KBBF crystal 101, the optical path length of the pulse laser beam 31b in the KBBF crystal 101 can be increased. As a result, the conversion efficiency from the pulsed laser light 31b to the second harmonic light 31c can be improved.

上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。   The above description is intended to be illustrative only and not limiting. Thus, it will be apparent to one skilled in the art that modifications may be made to the embodiments of the present disclosure without departing from the scope of the appended claims.

本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「1つの」は、「少なくとも1つ」又は「1又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。   Terms used throughout this specification and the appended claims should be construed as "non-limiting" terms. For example, the terms “include” or “included” should be interpreted as “not limited to those described as included”. The term “comprising” should be interpreted as “not limited to what is described as having”. Also, the indefinite article “a” or “an” in the specification and the appended claims should be interpreted to mean “at least one” or “one or more”.

上述の実施形態においては、増幅器7が1つである例を示したが、増幅器7を複数使用してもよい。また、Ti:サファイアレーザ6と増幅器7は共通のポンピングレーザ5によってポンピングしているが、別々のポンピングレーザを使用してもよい。また、ポンピングレーザ5としてNd:YLFレーザあるいはNd:YVOレーザの第2高調波光を出力するレーザを使用してもよい。また、Ti:サファイアレーザ6の代わりにエルビウムドープト光ファイバレーザの第2高調波光を発生するレーザを使用してもよい。このレーザは、半導体レーザによってポンピングしてもよい。また、波長変換装置9は、本開示の構成に限定されるものではなく、波長変換装置9に入射される光を増幅装置3の増幅波長帯域の波長、例えば略193.4nmの波長の光に変換するものであればよい。例えば、波長変換装置9に含まれる非線形光学結晶としては、LBO結晶の代わりにCLBO結晶を使用してもよい。 In the above-described embodiment, an example in which there is one amplifier 7 has been shown, but a plurality of amplifiers 7 may be used. The Ti: sapphire laser 6 and the amplifier 7 are pumped by the common pumping laser 5, but separate pumping lasers may be used. Further, as the pumping laser 5, a laser that outputs the second harmonic light of an Nd: YLF laser or an Nd: YVO 4 laser may be used. Instead of the Ti: sapphire laser 6, a laser that generates the second harmonic light of an erbium-doped optical fiber laser may be used. This laser may be pumped by a semiconductor laser. Further, the wavelength conversion device 9 is not limited to the configuration of the present disclosure, and the light incident on the wavelength conversion device 9 is converted into light having an amplification wavelength band of the amplification device 3, for example, light having a wavelength of about 193.4 nm. Anything can be used. For example, as the nonlinear optical crystal included in the wavelength converter 9, a CLBO crystal may be used instead of the LBO crystal.

1 2ステージレーザ装置(レーザシステム)
2 固体レーザ装置
3 増幅装置
31、31a、32,33 パルスレーザ光
31b パルスレーザ光
31c 第2高調波光
4 低コヒーレンス化光学システム
5 ポンピングレーザ
51、51a、51b 励起光
6 Ti:サファイアレーザ
7 増幅器
81 ビームスプリッタ
82 高反射ミラー
9 波長変換装置
91 第一波長変換素子
92 第二波長変換素子
101 KBBF結晶
101a 入射面
101b 出射面
101c 入出射面
14 出力結合ミラー
15〜17 高反射ミラー
18、19 ウィンドウ
20 チャンバ
21 アノード
22 カソード
23 放電空間
101A、101B、101C、101D、101E、101F 波長変換素子
102、112、122、132、142、103、113、123、133、143、152 プリズム
102a、112a、122a、132a、142a、103a、113a、123a、133a、143a、133b、152a コーティング膜
142c、143c 緩衝層
1 Two-stage laser equipment (laser system)
2 Solid-state laser device 3 Amplifying device 31, 31a, 32, 33 Pulse laser light 31b Pulse laser light 31c Second harmonic light 4 Low coherence optical system 5 Pumping laser 51, 51a, 51b Excitation light 6 Ti: sapphire laser 7 Amplifier 81 Beam splitter 82 High reflection mirror 9 Wavelength conversion device 91 First wavelength conversion element 92 Second wavelength conversion element 101 KBBF crystal 101a Incident surface 101b Outgoing surface 101c Incoming / exiting surface 14 Output coupling mirrors 15 to 17 High reflection mirror 18, 19 Window 20 Chamber 21 Anode 22 Cathode 23 Discharge space 101A, 101B, 101C, 101D, 101E, 101F Wavelength conversion element 102, 112, 122, 132, 142, 103, 113, 123, 133, 143, 152 Priz 102a, 112a, 122a, 132a, 142a, 103a, 113a, 123a, 133a, 143a, 133b, 152a Coating film 142c, 143c Buffer layer

Claims (23)

第1面を備える非線形結晶と、
前記第1面に接合し、少なくとも1つの層を含む第1膜と、
前記第1膜に接合する第1プリズムと、
を備える、波長変換装置。
A nonlinear crystal comprising a first surface;
A first film bonded to the first surface and including at least one layer;
A first prism bonded to the first film;
A wavelength conversion device comprising:
前記第1膜と前記第1プリズムとの前記接合は、オプティカルコンタクトである、請求項1記載の波長変換装置。   The wavelength converter according to claim 1, wherein the joint between the first film and the first prism is an optical contact. 前記非線形結晶は、KBBF結晶である、請求項1記載の波長変換装置。   The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the nonlinear crystal is a KBBF crystal. 前記第1膜は、酸化物およびフッ化物のうち少なくとも一方を含む第1層を、前記第1プリズムとの接合面に含む、請求項1記載の波長変換装置。   2. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the first film includes a first layer containing at least one of an oxide and a fluoride on a joint surface with the first prism. 前記第1膜は、SiO、MgF、LaF、およびGdFのうち少なくとも1つを含む第1層を、前記第1プリズムとの接合面に含む、請求項1記載の波長変換装置。 2. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the first film includes a first layer including at least one of SiO 2 , MgF 2 , LaF 3 , and GdF 3 on a bonding surface with the first prism. 前記第1プリズムの材料は、SiO結晶、CaF結晶、およびMgF結晶のうち少なくとも1つを含む、請求項1記載の波長変換装置。 The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the material of the first prism includes at least one of SiO 2 crystal, CaF 2 crystal, and MgF 2 crystal. 前記第1プリズムは、前記第1膜との接合面に、少なくとも1つの層を含む第2膜を備える、請求項1記載の波長変換装置。   The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the first prism includes a second film including at least one layer on a joint surface with the first film. 前記第2膜は、SiO、MgF、LaF、およびGdFのうち少なくとも1つを含む膜を、前記第1膜との前記接合面に備える、請求項7記載の波長変換装置。 The wavelength conversion device according to claim 7, wherein the second film includes a film including at least one of SiO 2 , MgF 2 , LaF 3 , and GdF 3 on the joint surface with the first film. 前記第1層は、前記第1プリズムとの接合面に第1緩衝層を含む、請求項1記載の波長変換装置。   The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the first layer includes a first buffer layer on a joint surface with the first prism. 前記第1緩衝層の材料は、Al、HfO、ZrO、およびScOのうち少なくとも1つを含む、請求項9記載の波長変換装置。 The wavelength conversion device according to claim 9, wherein the material of the first buffer layer includes at least one of Al 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , and ScO 2 . 前記第1プリズムの材料は、SiO結晶、CaF結晶、およびMgF結晶のうち少なくとも1つを含む、請求項10記載の波長変換装置。 The wavelength conversion device according to claim 10, wherein the material of the first prism includes at least one of SiO 2 crystal, CaF 2 crystal, and MgF 2 crystal. 前記非線形結晶における前記第1面と反対側の第2面に接合し、少なくとも1つの層を含む第3膜と、
前記第3膜に接合する第2プリズムと、
を備える、請求項1記載の波長変換装置。
A third film that is bonded to the second surface opposite to the first surface of the nonlinear crystal and includes at least one layer;
A second prism joined to the third film;
The wavelength converter of Claim 1 provided with.
前記第3膜と前記第2プリズムとの前記接合は、オプティカルコンタクトである、請求項12記載の波長変換装置。   The wavelength conversion device according to claim 12, wherein the joint between the third film and the second prism is an optical contact. 前記第3膜は、酸化物およびフッ化物のうち少なくとも一方を含む第2層を、前記第2プリズムとの接合面に含む、請求項12記載の波長変換装置。   The wavelength conversion device according to claim 12, wherein the third film includes a second layer including at least one of an oxide and a fluoride on a joint surface with the second prism. 前記第3膜は、SiO、MgF、LaF、およびGdFのうち少なくとも1つを含む第2層を、前記第2プリズムとの接合面に含む、請求項12記載の波長変換装置。 The wavelength conversion device according to claim 12, wherein the third film includes a second layer including at least one of SiO 2 , MgF 2 , LaF 3 , and GdF 3 on a bonding surface with the second prism. 前記第2プリズムの材料は、SiO結晶、合成石英ガラス、溶融石英ガラス、CaF結晶、およびMgF結晶のうち少なくとも1つを含む、請求項12記載の波長変換装置。 The wavelength conversion device according to claim 12, wherein the material of the second prism includes at least one of SiO 2 crystal, synthetic quartz glass, fused silica glass, CaF 2 crystal, and MgF 2 crystal. 前記第3膜は、前記第1プリズムとの接合面に第2緩衝層を備える、請求項12記載の波長変換装置。   The wavelength conversion device according to claim 12, wherein the third film includes a second buffer layer on a joint surface with the first prism. 前記第2緩衝層の材料は、Al、HfO、ZrO、およびScOのうち少なくとも1つを含む、請求項17記載の波長変換装置。 The wavelength conversion device according to claim 17, wherein the material of the second buffer layer includes at least one of Al 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , and ScO 2 . 前記第2プリズムの材料は、SiO結晶、合成石英ガラス、溶融石英ガラス、CaF結晶、およびMgF結晶のうち少なくとも1つを含む、請求項18記載の波長変換装置。 The wavelength conversion device according to claim 18, wherein the material of the second prism includes at least one of SiO 2 crystal, synthetic quartz glass, fused silica glass, CaF 2 crystal, and MgF 2 crystal. レーザ光を出力するレーザと、
前記レーザ光を増幅する増幅部と、
増幅後の前記レーザ光を波長変換する、請求項1記載の波長変換装置と、
を備える、固体レーザ装置。
A laser that outputs laser light;
An amplifying unit for amplifying the laser beam;
The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the wavelength of the amplified laser light is converted.
A solid-state laser device.
レーザ光を出力するレーザと、
前記レーザ光を増幅する増幅部と、
増幅後の前記レーザ光を波長変換する、請求項12記載の波長変換装置と、
を備える、固体レーザ装置。
A laser that outputs laser light;
An amplifying unit for amplifying the laser beam;
The wavelength converter according to claim 12, which converts the wavelength of the laser beam after amplification;
A solid-state laser device.
請求項20記載の固体レーザ装置と、
前記固体レーザ装置から出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、
を備える、レーザシステム。
A solid-state laser device according to claim 20,
An amplifying device for amplifying the laser beam output from the solid-state laser device;
A laser system comprising:
請求項21記載の固体レーザ装置と、
前記固体レーザ装置から出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、
を備える、レーザシステム。
A solid-state laser device according to claim 21;
An amplifying device for amplifying the laser beam output from the solid-state laser device;
A laser system comprising:
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