JP2018159896A - Wavelength conversion method, wavelength conversion device and laser light source device - Google Patents
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Description
本発明は、波長変換方法、波長変換装置及びレーザ光源装置に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion method, a wavelength conversion device, and a laser light source device.
近年、レーザ光は様々な加工に用いられている。波長が532nmから1064nm付近のレーザ光はエネルギー強度が大きく、金属やガラス等の切断または溶接等の各種の加工に好適に用いられている。また、波長が200nmから350nm付近の深紫外領域のレーザ光は電子材料や複合材料の加工に用いられている。 In recent years, laser light has been used for various processes. Laser light having a wavelength in the vicinity of 532 nm to 1064 nm has high energy intensity, and is suitably used for various processing such as cutting or welding of metal or glass. In addition, laser light in the deep ultraviolet region with a wavelength of 200 nm to 350 nm is used for processing electronic materials and composite materials.
近赤外領域よりも短い波長のレーザ光を出力するレーザ光源装置は、近赤外領域の波長のレーザ光を出力する種光源と、種光源から出力されるレーザ光を増幅する光増幅器と、光増幅器で増幅されたレーザ光の波長を第2高調波発生法や和周波発生法を用いて目的とする波長に変換する非線形光学素子を備えて構成されている。 A laser light source device that outputs laser light having a shorter wavelength than the near infrared region includes a seed light source that outputs laser light having a wavelength in the near infrared region, an optical amplifier that amplifies the laser light output from the seed light source, A nonlinear optical element that converts the wavelength of the laser light amplified by the optical amplifier into a target wavelength using a second harmonic generation method or a sum frequency generation method is provided.
このような非線形光学素子として、例えば種光源から出力された波長1064nmのレーザパルス光を波長532nmに波長変換するLBO結晶(LiB3O5)や、波長532nmのパルス光を波長266nmに波長変換するCLBO結晶(CsLiB6O10)等が用いられる。 As such a nonlinear optical element, for example, an LBO crystal (LiB 3 O 5 ) that converts a laser pulse light having a wavelength of 1064 nm output from a seed light source to a wavelength of 532 nm, or a pulse light having a wavelength of 532 nm is converted to a wavelength of 266 nm. A CLBO crystal (CsLiB 6 O 10 ) or the like is used.
特許文献1,2には、非線形光学結晶を用いて、安定的に高変換効率を達成し、実用化に耐える全固体紫外レーザ発振器を実現可能な光波長変換システムが開示されている。
当該光波長変換システムは、固有の波長λのコヒーレント光を発振するレーザ発振器と、このレーザ発振器からの光を入射光として、1/2λの波長の光を出射させる非線形光学結晶と、この非線形光学結晶を200〜600℃に加熱保持する加熱手段とを備えている。200℃以上に加熱保持することにより2光子吸収による影響が軽減されて変換効率の低下が解消され、安定して1〜2W程度のパワーを得ることができる。 The optical wavelength conversion system includes a laser oscillator that oscillates coherent light having a specific wavelength λ, a nonlinear optical crystal that emits light having a wavelength of 1 / 2λ using light from the laser oscillator as incident light, and the nonlinear optical Heating means for heating and holding the crystal at 200 to 600 ° C. By heating and holding at 200 ° C. or higher, the influence of two-photon absorption is reduced, the decrease in conversion efficiency is eliminated, and a power of about 1 to 2 W can be stably obtained.
特許文献3には、四ホウ酸リチウム単結晶で生じる2光子吸収に起因する発熱によって屈折率が変化して位相整合性が崩れ、その結果、出力のロスや不安定化が生じたりビーム品質が劣化したりするという問題を解決して、精密加工に適した紫外レーザを得ることを目的とする波長変換装置が開示されている。 In Patent Document 3, the refractive index changes due to heat generation caused by two-photon absorption generated in a lithium tetraborate single crystal, and phase matching is lost. As a result, output loss or destabilization occurs or beam quality is reduced. There has been disclosed a wavelength converter for solving the problem of deterioration and obtaining an ultraviolet laser suitable for precision processing.
当該波長変換装置は、波長変換素子の入射端面と出射端面を除く外表面を覆い、ヒータにて波長変換素子を外側より加熱する加熱ブロックと、加熱ブロックの温度を検出する温度センサと、当該温度センサの検出温度に基づき、加熱ブロックを一定温度に制御する温度制御部を有し、波長変換素子の長さをLとした時、当該波長変換素子の縦と横の幅をL/4以下とし、且つ、加熱ブロックを、波長変換素子の入射端面および出射端面より長さ方向にL/3以上突出させたことを特徴とする。 The wavelength conversion device includes a heating block that covers an outer surface excluding an incident end face and an emission end face of the wavelength conversion element and heats the wavelength conversion element from the outside with a heater, a temperature sensor that detects a temperature of the heating block, and the temperature Based on the temperature detected by the sensor, it has a temperature control unit that controls the heating block to a constant temperature. When the length of the wavelength conversion element is L, the vertical and horizontal widths of the wavelength conversion element are L / 4 or less. In addition, the heating block is protruded by L / 3 or more in the length direction from the incident end face and the outgoing end face of the wavelength conversion element.
特許文献4には、潮解性を有する波長変換光学素子による波長変換を、簡便な構成により高い変換効率で長期安定して行うことが可能な構成の波長変換装置が開示されている。 Patent Document 4 discloses a wavelength conversion device having a configuration capable of stably performing wavelength conversion by a wavelength conversion optical element having deliquescence for a long period of time with a high conversion efficiency with a simple configuration.
当該波長変換装置は、波長変換光学素子を加熱するヒータと、波長変換光学素子の温度を検出する温度検出部と、温度検出部による検出温度に基づいてヒータの駆動を制御して、波長変換光学素子の温度が所定温度範囲内に維持されるように調節する温度制御部と、波長変換光学素子の受光位置を所定量シフトさせるシフト機構とを備え、波長変換光学素子の受光位置をシフトさせたときに、温度制御部が、波長変換光学素子の温度を所定温度範囲内において波長変換されたレーザ光の出力強度が最大である最適温度となるように、ヒータの駆動を制御するように構成されている。 The wavelength conversion device includes: a heater that heats the wavelength conversion optical element; a temperature detection unit that detects a temperature of the wavelength conversion optical element; and a heater that controls driving of the heater based on the temperature detected by the temperature detection unit. A temperature control unit that adjusts the temperature of the element to be maintained within a predetermined temperature range, and a shift mechanism that shifts the light receiving position of the wavelength conversion optical element by a predetermined amount, the light receiving position of the wavelength conversion optical element is shifted Sometimes, the temperature control unit is configured to control the driving of the heater so that the temperature of the wavelength conversion optical element becomes the optimum temperature at which the output intensity of the laser light whose wavelength is converted within a predetermined temperature range is the maximum. ing.
上述した何れの波長変換装置も、波長変換光学素子を調温するためにヒータやペルチェ素子等が用いられている。 In any of the wavelength conversion devices described above, a heater, a Peltier element, or the like is used to adjust the temperature of the wavelength conversion optical element.
しかし、非線形光学素子を用いて得られる従来の紫外光のパワーよりも十分に大きな例えば200W〜400W程度のパワーの紫外光を得るために、非線形光学素子への入射光のパワーを上昇させると、波長変換過程で生じる2光子吸収等に起因する非線形光学素子の発熱によって、非線形光学素子の温度が、波長変換効率が最大となる温度域からずれるため、波長変換光の立上り特性が低下し、波長変換効率が低下するという問題が生じる。 However, in order to obtain ultraviolet light having a power of, for example, about 200 W to 400 W, which is sufficiently larger than the power of conventional ultraviolet light obtained by using a nonlinear optical element, when the power of incident light to the nonlinear optical element is increased, The temperature of the nonlinear optical element deviates from the temperature range where the wavelength conversion efficiency is maximized due to the heat generation of the nonlinear optical element caused by two-photon absorption that occurs in the wavelength conversion process. The problem that conversion efficiency falls arises.
そこで、非線形光学素子を調温するために用いられているヒータやペルチェ素子により温度変動を抑制することが考えられるが、一般的に非線形光学素子は熱伝達に時間を要するため、波長変換過程で生じる温度変動をヒータやペルチェ素子で抑制することは困難であった。 Therefore, it is conceivable to suppress temperature fluctuations with heaters and Peltier elements used to adjust the temperature of nonlinear optical elements. However, since nonlinear optical elements generally require time for heat transfer, the wavelength conversion process is necessary. It was difficult to suppress the generated temperature fluctuation with a heater or a Peltier element.
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、被波長変換光のパワーに起因する非線形光学素子の温度変動に対処して、安定して大きなパワーの波長変更を得ることができる波長変換方法、波長変換装置及びレーザ光源装置を提供する点にある。 In view of the above-described problems, the object of the present invention is to cope with the temperature fluctuation of the nonlinear optical element caused by the power of the wavelength-converted light, and to stably obtain a large power wavelength change, A wavelength converter and a laser light source device are provided.
上述の目的を達成するため、本発明による波長変換方法の第一特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項1に記載した通り、調温素子を用いて非線形光学素子を調温する第1調温ステップと、所定温度に調温された前記非線形光学素子の作用領域に特定波長のレーザ光を入射して高調波発生法または光混合法により所望の波長のレーザ光に波長変換する波長変換ステップと、を備えて構成される波長変換方法であって、第1補助光源から波長変換に寄与しない波長域の補助光を前記作用領域に照射して前記非線形光学素子に給熱する第2調温ステップと、前記第1調温ステップによる前記非線形光学素子への給熱量と、前記第2調温ステップによる前記非線形光学素子への給熱量に基づいて、前記非線形光学素子の温度を目標温度に調温する温度制御ステップと、を備えている点にある。
In order to achieve the above-mentioned object, the first characteristic configuration of the wavelength conversion method according to the present invention is the first feature of adjusting the temperature of the nonlinear optical element using the temperature control element as described in
非線形光学素子を目標温度に調温するために、調温素子を用いた第1調温ステップによる給熱量と、波長変換に寄与しない波長域の補助光を出力する第1補助光源を用いた第2調温ステップによる給熱量が調整される。第1調温ステップでは、発熱源である調温素子から熱時定数が大きな非線形光学素子に熱伝導により給熱されるのに対して、第2調温ステップでは、第1補助光源から出力される補助光により非線形光学素子を構成する原子や電子の状態がより高いエネルギー準位に遷移することにより給熱される。従って、第1調温ステップでは非線形光学素子が静的に温度調整され、第2調温ステップでは非線形光学素子が動的に温度調整されるようになり、非線形光学素子の緩やかな温度変動のみならず急激な温度変動も効果的に抑制することができるようになる。 In order to adjust the temperature of the nonlinear optical element to the target temperature, the amount of heat supplied by the first temperature adjustment step using the temperature adjustment element and the first auxiliary light source that outputs auxiliary light in a wavelength region that does not contribute to wavelength conversion are used. The amount of heat supplied by the two temperature adjustment steps is adjusted. In the first temperature control step, heat is supplied from the temperature control element that is a heat generation source to the nonlinear optical element having a large thermal time constant by heat conduction, whereas in the second temperature control step, the light is output from the first auxiliary light source. Heat is supplied by the transition of the state of atoms and electrons constituting the nonlinear optical element to a higher energy level by the auxiliary light. Accordingly, the temperature of the nonlinear optical element is statically adjusted in the first temperature adjustment step, and the temperature of the nonlinear optical element is dynamically adjusted in the second temperature adjustment step. In addition, sudden temperature fluctuations can be effectively suppressed.
同第二の特徴構成は、同請求項2に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記温度制御ステップは、前記特定波長のレーザ光に対する波長変換過程で生じる前記非線形光学素子の温度変動を抑制するように前記第2調温ステップにおける前記第1補助光源からの給熱量を制御する点にある。
According to the second characteristic configuration described in
非線形光学素子に入射される特定波長のレーザ光つまり被波長変換光が、高調波発生法または光混合法によって波長変換される過程で、2光子吸収等によって非線形光学素子の温度が上昇して波長変換効率が低下するような場合でも、第1補助光源から作用領域に照射される補助光のエネルギーを調整して、非線形光学素子の温度上昇を抑制することにより、波長変換効率の低下を抑制することができるようになる。 In the process of wavelength conversion of laser light having a specific wavelength incident on the nonlinear optical element, that is, wavelength-converted light, by the harmonic generation method or the light mixing method, the temperature of the nonlinear optical element rises due to two-photon absorption or the like. Even when the conversion efficiency decreases, the energy of the auxiliary light emitted from the first auxiliary light source to the working region is adjusted to suppress the temperature increase of the nonlinear optical element, thereby suppressing the wavelength conversion efficiency from decreasing. Will be able to.
同第三の特徴構成は、同請求項3に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記第2調温ステップは、前記第1補助光源からの補助光を波長変換光の出力側から前記非線形光学素子に照射するように構成されている点にある。 In the third feature configuration, as described in claim 3, in addition to the first or second feature configuration described above, the second temperature adjustment step uses the wavelength of the auxiliary light from the first auxiliary light source. The nonlinear optical element is irradiated from the output side of the converted light.
非線形光学素子の入射端面から出射端面に到る作用領域のうち、波長変換過程で生じる発熱分布は出射端面側で高くなる傾向を示す。第1補助光源からの補助光を波長変換光の出力側から非線形光学素子に照射することにより、波長変換過程で生じる発熱分布に合わせた温度分布を波長変換前に実現することができ、その結果、波長変換過程で生じる発熱分布に対応した温度分布を維持するように第1補助光源からの補助光のエネルギーを調整すれば、常に良好な波長変換効率での波長変換が実現できる。 Of the working region from the incident end face to the exit end face of the nonlinear optical element, the heat generation distribution generated in the wavelength conversion process tends to be higher on the exit end face side. By irradiating the nonlinear optical element with the auxiliary light from the first auxiliary light source from the output side of the wavelength converted light, a temperature distribution matched to the heat generation distribution generated in the wavelength conversion process can be realized before the wavelength conversion. If the energy of the auxiliary light from the first auxiliary light source is adjusted so as to maintain the temperature distribution corresponding to the heat generation distribution generated in the wavelength conversion process, wavelength conversion with always good wavelength conversion efficiency can be realized.
同第四の特徴構成は、同請求項4に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記第2調温ステップは、第2補助光源から波長変換に寄与しない波長域の補助光を前記特定波長のレーザ光の入力側から前記非線形光学素子に照射するステップを含む点にある。 In the fourth feature configuration, as described in the fourth aspect, in addition to the third feature configuration described above, the second temperature control step may assist the wavelength region from the second auxiliary light source that does not contribute to wavelength conversion. The method includes a step of irradiating the nonlinear optical element with light from the input side of the laser beam having the specific wavelength.
第2補助光源からの補助光を非線形光学素子の入力側から照射することにより、波長変換過程で然程昇温しない作用領域の温度を波長変換効率のよい温度に調温することで、全体として波長変換効率を向上させることができるようになる。 By irradiating the auxiliary light from the second auxiliary light source from the input side of the nonlinear optical element, the temperature of the working region that does not rise so much in the wavelength conversion process is adjusted to a temperature with good wavelength conversion efficiency, so that the wavelength conversion as a whole Efficiency can be improved.
本発明による波長変換装置の第一の特徴構成は、同請求項5に記載した通り、作用領域に入射された特定波長のレーザ光から高調波発生法または光混合法により所望の波長のレーザ光に波長変換する非線形光学素子と、調温素子により前記非線形光学素子を調温する第1調温機構とを備えて構成される波長変換装置であって、第1補助光源から出力される波長変換に寄与しない波長域の補助光を前記作用領域に照射する第2調温機構と、前記第1調温機構からの給熱量と、前記第2調温機構からの給熱量に基づいて、前記非線形光学素子の温度を目標温度に調温する温度制御部と、を備えている点にある。 The first characteristic configuration of the wavelength converter according to the present invention is that, as described in claim 5, a laser beam having a desired wavelength is generated from a laser beam having a specific wavelength incident on the working region by a harmonic generation method or an optical mixing method. A wavelength conversion device configured to include a nonlinear optical element that converts the wavelength into a wavelength and a first temperature control mechanism that adjusts the temperature of the nonlinear optical element using a temperature control element, the wavelength conversion being output from the first auxiliary light source Based on a second temperature control mechanism that irradiates the working region with auxiliary light in a wavelength region that does not contribute to the non-linearity, a heat supply amount from the first temperature control mechanism, and a heat supply amount from the second temperature control mechanism, the nonlinearity And a temperature controller that adjusts the temperature of the optical element to a target temperature.
同第二の特徴構成は、同請求項6に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記温度制御部は、前記特定波長のレーザ光に対する波長変換過程で生じる前記非線形光学素子の温度変動を抑制するように前記第2調温機構からの給熱量を制御する点にある。 According to the second characteristic configuration described in the sixth aspect, in addition to the first characteristic configuration described above, the temperature control unit includes the nonlinear optical element generated in a wavelength conversion process with respect to the laser beam having the specific wavelength. The amount of heat supplied from the second temperature control mechanism is controlled so as to suppress the temperature fluctuation.
同第三の特徴構成は、同請求項7に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記第2調温機構は、前記第1補助光源からの補助光を波長変換光の出力側から前記非線形光学素子に照射するように構成されている点にある。 In the third feature configuration, as described in claim 7, in addition to the first or second feature configuration described above, the second temperature control mechanism is configured such that the auxiliary light from the first auxiliary light source has a wavelength. The nonlinear optical element is irradiated from the output side of the converted light.
同第四の特徴構成は、同請求項8に記載した通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記第2調温機構は、前記特定波長のレーザ光の入力側から前記非線形光学素子に補助光を照射する第2の補助光源を備えている点にある。 In the fourth feature configuration, as described in claim 8, in addition to the third feature configuration described above, the second temperature control mechanism may be configured such that the nonlinear optical element is provided from the laser light input side of the specific wavelength. Is provided with a second auxiliary light source for irradiating auxiliary light.
同第五の特徴構成は、同請求項9に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記第2調温機構に備えた補助光源から出力される補助光の波長は1〜11μmの範囲である点にある。 In the fifth feature configuration, in addition to any one of the first to fourth feature configurations described above, the auxiliary feature output from the auxiliary light source provided in the second temperature control mechanism is provided. The wavelength of the light is in the range of 1 to 11 μm.
本発明によるレーザ光源装置の特徴構成は、同請求項10に記載した通り、ゲインスイッチング法でパルス光を出力する種光源と、前記種光源から出力されるパルス光を増幅するファイバ増幅器と、前記ファイバ増幅器から出力されるパルス光を増幅する固体増幅器と、前記固体増幅器から出力されるパルス光を波長変換して出力する上述した第一から第五の何れかの特徴構成を備えた波長変換装置と、を備えている点にある。 The characteristic configuration of the laser light source device according to the present invention includes a seed light source that outputs pulsed light by a gain switching method, a fiber amplifier that amplifies pulsed light output from the seed light source, and A solid-state amplifier for amplifying pulsed light output from a fiber amplifier, and a wavelength converter having any one of the first to fifth characteristic configurations described above for wavelength-converting and outputting pulsed light output from the solid-state amplifier It is in the point equipped with.
以上説明した通り、本発明によれば、被波長変換光のパワーに起因する非線形光学素子の温度変動に対処して、安定して大きなパワーの波長変更を得ることができる波長変換方法、波長変換装置及びレーザ光源装置を提供することができるようになった。 As described above, according to the present invention, the wavelength conversion method and the wavelength conversion capable of stably changing the wavelength of the large power in response to the temperature variation of the nonlinear optical element due to the power of the wavelength-converted light. An apparatus and a laser light source device can be provided.
以下、本発明による波長変換方法、波長変換装置及びレーザ光源装置の実施形態を説明する。図1には、レーザ光源装置1の一例となる構成が示されている。レーザ光源装置1は、光源部1Aと、ファイバ増幅部1Bと、固体増幅部1Cと、波長変換部1Dとが光軸Lに沿って配置され、さらに光源部1Aや波長変換部1D等を制御する制御部100を備えて構成されている。
Hereinafter, embodiments of a wavelength conversion method, a wavelength conversion device, and a laser light source device according to the present invention will be described. FIG. 1 shows an exemplary configuration of the laser
光源部1Aには、種光源10と、種光源用のドライバD1と、光アイソレータISL1等を備えている。ファイバ増幅部1Bには、それぞれレーザダイオードで構成される励起用光源21,31及び合波器22,32を備えた二段のファイバ増幅器20,30と、光アイソレータISL2,ISL3と、光スイッチ素子40等を備えている。また、ファイバ増幅器20の後段にはバンドパスフィルタBPF1を備えている。
The light source unit 1A includes a
固体増幅部1Cには、固体増幅器50と、反射ミラーM1,M2,M3と、レンズL1,コリメータCL2等を備えている。波長変換部1Dは、第1波長変換部1E及び第2波長変換部1Fで構成され、それぞれに非線形光学素子60,70を備え、高調波発生法により所望の波長に変換可能に構成されている。第2波長変換部1Fが本発明による波長変換装置となる。
The solid-state amplifier 1C includes a solid-
光源部1Aとファイバ増幅部1Bと固体増幅部1Cとがアルミニウム等で構成される一つの金属ケースに収容され、波長変換部1Dが別の金属ケースに収容され、さらに波長変換部1Dの金属ケースに第2波長変換部1Fがさらに別の金属ケースに収容されている。尚、各ケースに収容される機能ブロック1A〜1Dの区分けは特に制限されることはないが、第2波長変換部1Fは内部に収容される非線形光学素子の特性等によりパージガスによりパージ可能な金属ケースに収容されている。
The light source unit 1A, the fiber amplification unit 1B, and the solid amplification unit 1C are accommodated in one metal case made of aluminum, the wavelength conversion unit 1D is accommodated in another metal case, and the metal case of the wavelength conversion unit 1D. In addition, the second
種光源10から出力された波長1064nmのレーザパルス光(以下、単に「パルス光」とも記す。)が二段のファイバ増幅器20,30で増幅され、さらに一段の固体増幅器50で所望のレベルまで増幅される。固体増幅器50で増幅されたパルス光は非線形光学素子60で波長532nmに波長変換され、さらに非線形光学素子70で波長266nmに波長変換されて出力される。
Laser pulse light with a wavelength of 1064 nm output from the seed light source 10 (hereinafter also simply referred to as “pulse light”) is amplified by the two-
種光源10として単一縦モードのレーザ光を出力する分布帰還型レーザダイオード(以下、「DFBレーザ」と記す。)が用いられ、ゲインスイッチング法を適用する制御部100から出力される制御信号によって、DFBレーザから単発または数メガヘルツ以下の所望の周波数で、数百ピコ秒以下の所望のパルス幅のパルス光が出力される。
A distributed feedback laser diode (hereinafter referred to as “DFB laser”) that outputs a single longitudinal mode laser beam is used as the
種光源10から出力された数ピコジュールから数百ピコジュールのパルスエネルギーのパルス光が、ファイバ増幅器20,30及び固体増幅器50によって最終的に数十マイクロジュールから数十ミリジュールのパルスエネルギーのパルス光に増幅された後に、二段の非線形光学素子60,70に入力されることによって波長266nmの深紫外線に波長変換される。
Pulse light having a pulse energy of several picojoules to several hundred picojoules output from the
種光源10から出力されたパルス光は、光アイソレータISL1を介して、初段のファイバ増幅器20で増幅される。ファイバ増幅器20,30として、所定波長(例えば975nm)の励起用光源21で励起されるイッテルビウム(Yb)添加ファイバ増幅器等の希土類添加光ファイバが用いられる。このようなファイバ増幅器20の反転分布の寿命はミリ秒の位数であるため、励起用光源21で励起されたエネルギーは1キロヘルツ以上の周波数のパルス光に効率的に転移されるようになる。
The pulsed light output from the
初段のファイバ増幅器20で約30デシベル増幅されたパルス光は、光アイソレータISL2を介して後段のファイバ増幅器30に入力されて約25デシベル増幅される。後段のファイバ増幅器30で増幅されたパルス光は、コリメータCL1によってビーム成形され、光アイソレータISL3,ISL4を通過した後に固体増幅器50に導かれて約25デシベル増幅される。
The pulse light amplified by about 30 dB by the first-
コリメータCL1と固体増幅器50との間には、音響光学素子が組み込まれ光スイッチ素子40として機能する音響光学変調器AOM(Acousto-Optic Modulator)、一対の反射ミラーM1,M2が配置され、反射ミラーM1,M2間には固体増幅器50で増幅されたパルス光を非線形光学素子60に導く光アイソレータISL4が配置されている。
Between the collimator CL1 and the solid-
尚、上述の光アイソレータISL1〜ISL4は、何れも磁気光学効果を利用して順方向と逆方向で偏光面を逆方向に回転させることで戻り光を遮断する偏光依存型の光アイソレータであり、光軸に沿って上流側に配置された各光学素子が、高強度の戻り光によって熱破壊されることを回避する等のために設けられている。 The optical isolators ISL1 to ISL4 described above are polarization-dependent optical isolators that block the return light by rotating the polarization plane in the reverse direction and the reverse direction using the magneto-optic effect, Each optical element disposed on the upstream side along the optical axis is provided for avoiding thermal destruction by high-intensity return light.
固体増幅器50としてNd:YVO4結晶やNd:YAG結晶等の固体レーザ媒体が好適に用いられる。発光波長808nmまたは888nmのレーザダイオードで構成される励起用光源51から出力され、コリメータCL2によってビーム成形された励起光によって固体レーザ媒体が励起されるように構成されている。
As the solid-
光スイッチ素子40を通過したパルス光は、反射ミラーM1,M2を経由して固体増幅器50に入射して増幅された後に、さらに反射ミラーM3で反射されて固体増幅器50に再入射して再度増幅される。つまり、固体増幅器50の往路及び復路でそれぞれ増幅されるように構成されている。尚、レンズL1はビーム整形用である。
The pulsed light that has passed through the
固体増幅器50で増幅されたパルス光は反射ミラーM2、光アイソレータISL4で反射されて波長変換部1Dの非線形光学素子60,70に入射して高調波発生法により所望の波長に変換された後に出力される。
The pulse light amplified by the solid-
第1波長変換部1Eには非線形光学素子60であるLBO結晶(LiB3O5)が組み込まれ、第2波長変換部1Fには非線形光学素子70であるCLBO結晶(CsLiB6O10)が組み込まれている。種光源10から出力された波長1064nmのパルス光が非線形光学素子60で波長532nmに波長変換され、さらに非線形光学素子70で波長266nmに波長変換される。
The first wavelength conversion unit 1E incorporates an LBO crystal (LiB 3 O 5 ) that is a nonlinear
反射ミラーM4,M8は非線形光学素子60から出力される波長1064nmのパルス光を分離するためのフィルタとして機能し、反射ミラーM6は非線形光学素子70から出力される波長532nmのパルス光を分離するためのフィルタとして機能し、分離されたパルス光はそれぞれ光ダンパで減衰される。
The reflection mirrors M4 and M8 function as a filter for separating pulsed light with a wavelength of 1064 nm output from the nonlinear
第2波長変換部1FにはCLBO結晶(CsLiB6O10)を光軸と直交する面内で移動させる走査機構であるステージ71が設けられている。紫外線が長時間同一箇所に照射されるとCLBO結晶(CsLiB6O10)に光学損傷が生じて強度分布の劣化と波長変換出力の低下を招くため、所定時期にCLBO結晶(CsLiB6O10)へのパルス光の照射位置をシフトするためである。
The second
ステージ71には非線形光学素子70を調温する調温素子が設けられ、非線形光学素子70の温度が所定の温度に維持されるように調温素子を制御する第1調温機構が制御部100に組み込まれている。調温素子としてヒータやペルチェ素子が好適に用いられる。
The
制御部100はFPGA(Field Programmable Gate Array)及び周辺回路等を備えた回路ブロックで構成され、予めFPGA内の記憶部に記憶したプログラムに基づいて複数の論理素子を駆動することにより、レーザ光源装置1を構成する各ブロックが例えばシーケンシャルに制御される。また、制御部100には、後述する位相整合方法を実行するために必要な記憶部が接続されている。
The
尚、制御部100はFPGAで構成される以外に、マイクロコンピュータと記憶部及びIO等の周辺回路で構成されていてもよいし、プログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)等で構成されていてもよい。
In addition to the FPGA, the
具体的に、制御部100はゲインスイッチング法を用いて種光源10を発光させるべく、種光源10であるDFBレーザのドライバD1に所定パルス幅のトリガ信号を出力する。当該駆動回路からDFBレーザにトリガ信号に応じたパルス電流が印加されると緩和振動が発生し、緩和振動による発光開始直後の最も発光強度が大きな第1波のみからなり第2波以降のサブパルスを含まないパルス状のレーザ光が出力される。ゲインスイッチング法とは、このような緩和振動を利用した短いパルス幅でピークパワーが大きいパルス光を発生させる方法をいう。
Specifically, the
また、制御部100は光スイッチ素子40である音響光学変調器AOMを駆動するRFドライバD2にゲート信号を出力する。RFドライバD2から高周波信号が印加されたトランスジューサ(ピエゾ変換素子)によって音響光学素子を構成する結晶に回折格子が生成され、音響光学素子に入射するパルス光の回折光が反射ミラーM1に入射する。RFドライバD2が停止すると音響光学素子に入射したパルス光は回折せずにそのまま通過し、反射ミラーM1に入射することはない。尚、RFドライバD2の停止時に音響光学素子を通過した光は光ダンパによって減衰されるように構成されている。
Further, the
ゲート信号によって光スイッチ素子40がオンすると回折された光がファイバ増幅器30から固体増幅器50へ伝播し、ゲート信号によって光スイッチ素子40がオフするとファイバ増幅器30から固体増幅器50へ光の伝播が阻止される。
When the
さらに、制御部100は所定時期にCLBO結晶(CsLiB6O10)へのパルス光の照射位置をシフトするためにステージ71を制御してステップ的に移動させる。例えば、制御部100は、波長変換された紫外線の強度をモニタし、モニタした強度の履歴が所定のパターンに一致するとステージ71を移動させてCLBO結晶(CsLiB6O10)へのパルス光の照射位置をシフトする。
Further, the
パルス光の光軸に直交するX−Y平面でステージ71が移動可能となるように、ステージ71は制御部100によりモータドライバD3を介して制御されるX方向移動モータ及び/またはY方向移動モータに駆動連結されている。
The
種光源10から出力された中心波長1064nmの狭帯域のパルス光がファイバ増幅器20に導かれて増幅される過程で自己位相変調やラマン散乱等によって不必要にスペクトル幅が広がり、さらに自然放出光ノイズ(以下、「ASEノイズ(amplified spontaneous emission noise)」と記す。)が発生して光パルスのS/N比が低下する。そのようなパルス光が後段のファイバ増幅器30に導かれて増幅される過程でさらに広帯域化され、ASEノイズレベルが増大する。
In the process in which narrowband pulsed light having a center wavelength of 1064 nm outputted from the
波長変換部1Dで波長変換可能な波長範囲のパルス光を効率的に増幅して、所望の強度の深紫外のパルス光を得るために光スイッチ素子40が設けられている。制御部100は、種光源10からのパルス光の出力期間に光の伝播を許容し、種光源10からのパルス光の出力期間と異なる期間に光の伝播を阻止するように光スイッチ素子40を制御するように構成されている。
An
制御部100によって種光源10からのパルス光の出力期間と異なる期間に光スイッチ素子40がオフされると、その間は、後段の固体増幅器50へのASEノイズの伝播が阻止されるようになり、固体増幅器50の活性領域のエネルギーが無駄に消費されることが回避されるようになる。
When the
光スイッチ素子40として、EO変調の強度変調を利用して電界により光をオンオフする電気光学素子を用いてもよく、マイクロマシーニング技術で製作した微少な搖動ミラー(MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)で構成されたミラー)を用いて、ファイバ増幅器30の出力が固体増幅器50に伝播するか否かを微少な搖動ミラーの搖動角度によって切り替えるように構成してもよい。また、偏光状態を動的に切替えて光の透過と遮断を制御可能な偏光デバイスを用いてもよい。つまり、光スイッチ素子は動的光学素子で構成されていればよい。
As the
固体増幅器50で増幅されたパルス光は、光アイソレータISL4の入力側のエスケープポートから第1波長変換部1Eの非線形光学素子60であるLBO結晶に入射して波長532nmのパルス光に波長変換される。
The pulsed light amplified by the solid-
さらに、パルス光はレンズL2,L3によって0.2〜0.3mmのビーム径が2〜3mm程度に拡径された後に、第2波長変換部1Fの非線形光学素子70であるCLBO結晶に入射して波長266nmのパルス光に波長変換され、複数の光学レンズを介して真円にビーム整形された後に出力される。尚、レンズL2,L3で拡径されたパルス光は、レーザ光源装置1の後段に配置された光学系で縮径され、単位面積当たりのパワーを増大した後に照射対象に照射される。
Further, the pulsed light is expanded into a beam diameter of 0.2 to 0.3 mm to about 2 to 3 mm by the lenses L2 and L3, and then enters the CLBO crystal which is the nonlinear
非線形光学素子70で波長変換された後、波長266nmのパルス光が反射ミラーM6で反射され、さらに反射ミラーM5で反射されて出射窓から出力される。非線形光学素子70から出力された波長532nmのパルス光は反射ミラーM6を透過して光ダンパで減衰される。
After wavelength conversion by the nonlinear
反射ミラーM5と出射窓との間にサンプラーとなる反射ミラーM10が配置され、波長266nmのパルス光のごく一部(0.5%程度)が反射されるように構成されている。反射ミラーM10からの反射光はさらに反射ミラーM9で反射されて受光素子PS1に入射する。受光素子PS1によってそのパワーが検出される。受光素子PS1で検出されたパワーは制御部100に入力され、その値に基づいて非線形光学素子70の位相整合条件等が調整される。
A reflection mirror M10 serving as a sampler is disposed between the reflection mirror M5 and the exit window, and is configured to reflect a small part (about 0.5%) of pulsed light having a wavelength of 266 nm. The reflected light from the reflection mirror M10 is further reflected by the reflection mirror M9 and enters the light receiving element PS1. The power is detected by the light receiving element PS1. The power detected by the light receiving element PS1 is input to the
図2(a)上段には、上述した第1調温機構により目標温度Toが最適温度Toptに維持された状態で、時刻t0に波長532nmのパルス光が入射され、波長変換処理が開始された状態が示されている。最適温度Toptとは、波長変換効率が最も高い温度域の温度である。 In the upper part of FIG. 2A, pulse light having a wavelength of 532 nm is incident at time t0 and the wavelength conversion process is started in a state where the target temperature To is maintained at the optimum temperature Topt by the first temperature control mechanism described above. The state is shown. The optimum temperature Topt is the temperature in the temperature range where the wavelength conversion efficiency is the highest.
図2(a)下段には、非線形光学素子70の作用領域、つまり非線形光学素子70の入力端から出力端にかけて波長変換作用を受ける領域で入射したパルス光の光軸周りの筒状領域に、波長532nmのエネルギー強度の高いパルス光が入射すると、当該作用領域の温度が次第に上昇して最適温度ToptからΔTの温度上昇を招く様子が示されている。
2A, the cylindrical region around the optical axis of the pulsed light incident on the action region of the nonlinear
図2(a)中段には、非線形光学素子70の作用領域の温度上昇に伴い波長変換効率が低下する様子が示されている。その結果、波長266nmの深紫外光のパワーが次第に低下して安定するようになる。
The middle stage of FIG. 2A shows a state in which the wavelength conversion efficiency decreases as the temperature of the working region of the nonlinear
図2(b)上段には、上述した第1調温機構により目標温度Toが最適温度Toptより低い温度に維持された状態で、時刻t0に波長532nmのパルス光が入射され、波長変換処理が開始された状態が示されている。 In the upper part of FIG. 2B, pulse light having a wavelength of 532 nm is incident at time t0 while the target temperature To is maintained at a temperature lower than the optimum temperature Topt by the first temperature control mechanism described above, and wavelength conversion processing is performed. The started state is shown.
図2(b)下段には、非線形光学素子70の作用領域に、波長532nmのエネルギー強度の高いパルス光が入射すると、当該作用領域の温度が次第に上昇して最適温度ToからΔTの温度上昇を招き最適温度Toptで安定する様子が示されている。
In the lower part of FIG. 2B, when pulse light having a high energy intensity with a wavelength of 532 nm is incident on the working region of the nonlinear
図2(b)中段には、非線形光学素子70の作用領域の温度上昇に伴い波長変換効率が次第に上昇し、最適温度Toptで波長変換効率が最大となる様子が示されている。
In the middle part of FIG. 2 (b), it is shown that the wavelength conversion efficiency gradually increases as the temperature of the working region of the nonlinear
図2(a)の場合は最大の波長変換効率で波長変換される状態から次第に波長変換効率が低下するという問題があり、図2(b)の場合は最大の波長変換効率で波長変換されるまでに時間を要するという問題がある。この様な場合に、発熱源である調温素子により熱時定数が大きな非線形光学素子70を調温すると、最適温度Toptに調温するのに非常に時間がかかり、早期に最適温度Toptに調温するのが困難である。そこで、本発明では、第1補助光源から出力される波長変換に寄与しない波長域の補助光を作用領域に照射する第2調温機構を備えている。
In the case of FIG. 2A, there is a problem that the wavelength conversion efficiency gradually decreases from the state where the wavelength is converted with the maximum wavelength conversion efficiency. In the case of FIG. 2B, the wavelength conversion is performed with the maximum wavelength conversion efficiency. There is a problem that it takes time to complete. In such a case, if the temperature of the nonlinear
図3に示すように、第2波長変換部1Fには、作用領域Rに入射した特定波長(本実施形態では532nm)のレーザ光から高調波発生法または光混合法により所望の波長(本実施形態では266nm)のレーザ光に波長変換する非線形光学素子70と、調温素子72により非線形光学素子70を調温する第1調温機構73と、第1補助光源74から出力される波長変換に寄与しない波長域の補助光を作用領域Rに照射する第2調温機構75と、第1調温機構73からの給熱量と、第2調温機構75からの給熱量に基づいて、非線形光学素子70の温度を目標温度に調温する温度制御部78が設けられている。温度制御部78は制御部100に組み込まれている。なお、符号77は温度センサである。第1調温機構73は例えばヒータ制御回路で構成され、第2調温機構75は半導体レーザ駆動回路で構成されている。
As shown in FIG. 3, the second
温度制御部78は、特定波長のレーザ光に対する波長変換過程で生じる非線形光学素子70の温度変動を抑制するように第2調温機構75から非線形光学素子70への給熱量を制御するように構成されている。
The
第2調温機構75は、第1補助光源74からの補助光を波長変換光の出力端側から非線形光学素子70の作用領域Rに照射するように構成されていることが好ましい。非線形光学素子70の入射端面から出射端面に到る作用領域Rのうち、波長変換過程で生じる発熱分布は出射端面側で高くなる傾向を示す。
It is preferable that the second
第1補助光源74からの補助光を波長変換光の出力側から非線形光学素子に照射することにより、波長変換過程で生じる発熱分布に合わせた温度分布を波長変換前に実現することができ、その結果、波長変換過程で生じる発熱分布に対応した温度分布を維持するように第1補助光源74からの補助光のエネルギーを調整すれば、常に良好な波長変換効率での波長変換が実現できる。
By irradiating the nonlinear optical element with the auxiliary light from the first auxiliary
また、第2調温機構75は、特定波長のレーザ光の入力端面側から非線形光学素子70の作用領域Rに補助光を照射する第2の補助光源76を備えていることがさらに好ましい。第2補助光源76からの補助光を非線形光学素子70の入力端面側から照射することにより、波長変換過程で然程昇温しない作用領域の温度を波長変換効率のよい温度に調温することで、全体として波長変換効率を向上させることができるようになる。
Further, it is more preferable that the second
第1補助光源74及び第2補助光源76として、近赤外から遠赤外にわたる波長1μmから11μmの範囲、好ましくは波長1μmから3μmの範囲の補助光を出力可能な光源が好適に用いられる。コヒーレント光を出力する半導体レーザ等のレーザ光源が好適に用いられ、LEDやランプ等のインコヒーレント光を出力する光源を用いることも可能である。
As the first auxiliary
第1補助光源74及び第2補助光源76から出力される波長の補助光は波長変換に寄与することがなく、非線形光学素子70に給熱するために用いられる。第1補助光源74からの補助光を作用領域Rに照射することにより作用領域Rが効率的に昇温され、照射を停止することにより効率的に降温させることができる。
The auxiliary light having the wavelength output from the first auxiliary
図4には非線形光学素子70として用いられるCLBO結晶(CsLiB6O10)の光透過特性が示されている。波長変換が行なわれているCLBO結晶に適度な吸収を持つ電磁波を照射することにより、内部または表面が直接加熱される。図4に基づけば、波長1μmから11μmの範囲の光であれば補助光として有効に用いることができ、特に波長1μmから3μmの範囲の光であれば結晶内部でも調温用の補助光として有効に機能することが判る。本実施形態では、第1補助光源74及び第2補助光源76として半導体レーザを用いているので、以下では「補助光」を「レーザ光」と表現する場合もある。
FIG. 4 shows the light transmission characteristics of a CLBO crystal (CsLiB 6 O 10 ) used as the nonlinear
図5(a)には、光混合法により所望の波長のレーザ光に波長変換する例が示されている。光混合法の一例である和周波発生法により、波長ω1と波長ω2のパルス光を非線形光学素子70に入射し、波長ω3の波長を得る例である。得られる波長変換光の波長ω3は、ω3=1/{(1/ω1)+(1/ω2)}となる。さらに、非線形光学素子70の出力端面側から第1補助光源74により波長ω4のレーザ光を照射するように構成されている。
FIG. 5A shows an example of wavelength conversion to a laser beam having a desired wavelength by a light mixing method. In this example, pulsed light having a wavelength ω1 and a wavelength ω2 is incident on the nonlinear
図5(c)に示すように、初期に第1調温機構73からの給熱量により非線形光学素子70の温度がToに調温された状態で、時刻t0から第1補助光源74である加熱用レーザが駆動され(図5(d)参照。)、そのエネルギーにより非線形光学素子70の温度が最大の波長変換効率が得られる温度Toptに制御される。
As shown in FIG. 5C, the first auxiliary
図5(b)に示すように、その後時刻t1で波長変換のために波長ω1と波長ω2のパルス光が入力されて、和周波発生法により波長ω3のパルス光が出力されると、当該波長変換過程で非線形光学素子70の作用領域で温度上昇が発生する。
As shown in FIG. 5B, when the pulsed light of wavelength ω1 and wavelength ω2 is input for wavelength conversion at time t1 and the pulsed light of wavelength ω3 is output by the sum frequency generation method, In the conversion process, a temperature rise occurs in the action region of the nonlinear
図5(d)に示すように、時刻t1以降に、第1補助光源74から照射される波長ω4のレーザ光の強度を低下させることにより、波長変換過程で生じる温度上昇が相殺されて、非線形光学素子70の作用領域の温度が最大の波長変換効率が得られる温度Toptに維持される。
As shown in FIG. 5D, after the time t1, by reducing the intensity of the laser light having the wavelength ω4 emitted from the first auxiliary
図6(a)には、長さLcの非線形光学素子70の右側端面から波長ω1,ω2のパルス光が入射され、左側端面から波長ω3のパルス光が出力されるとともに、左側端面から第1補助光源74により波長ω4のレーザ光が照射されるように構成された波長変換装置の例が示されている。図6(b),(c),(d)には、波長ω1,ω2のパルス光の光軸に沿った非線形光学素子70の長手方向に沿った波長変換パワー分布または温度分布が示されている。
In FIG. 6A, pulsed light with wavelengths ω1 and ω2 is incident from the right end face of the nonlinear
図6(b)には、波長変換過程で生じる非線形光学素子70の長手方向に沿った波長変換パワーの分布が示されている。長手方向に沿う作用領域のうち中央部から出力端側にかけて発熱の原因となる波長変換パワーが次第に大きくなる。図6(c)には、波長変換を行なわずに第1補助光源74から波長ω4のレーザ光が照射された場合に生じる非線形光学素子70の長手方向に沿った温度分布が示されている。図6(d)には、第1補助光源74をオフした状態で波長変換した場合の非線形光学素子70の長手方向に沿って生じる温度分布が示されている。
FIG. 6B shows the wavelength conversion power distribution along the longitudinal direction of the nonlinear
波長変換過程で生じる発熱分布を示す図6(d)と、第1補助光源74からの光の照射で生じる発熱分布を示す図6(c)が一致するように、第1補助光源74から出力される光の波長ω4を近赤外の1μmから中赤外の3μmの範囲で選択することにより、初期から効率的に波長変換処理を行うことができる。
Output from the first auxiliary
図7(a)には、長さLcの非線形光学素子70の右側端面から波長ω1,ω2のパルス光が入射され、左側端面から波長ω3のパルス光が出力されるとともに、左側端面から第1補助光源74により波長ω4のレーザ光が照射され、右側端面から第2補助光源76により波長ω5のレーザ光が照射されるように構成された波長変換装置の例が示されている。図7(b),(c),(d)には、波長ω1,ω2のパルス光の光軸に沿った非線形光学素子70の長手方向に沿った波長変換パワー分布または温度分布が示されている。
In FIG. 7A, pulsed light with wavelengths ω1 and ω2 is incident from the right end face of the nonlinear
図7(b)には、波長変換過程で生じる非線形光学素子70の長手方向に沿った波長変換パワーの分布が示されている。長手方向に沿う作用領域のうち中央部から出力端側にかけて発熱の原因となる波長変換パワーが次第に大きくなる。図7(c)には、波長変換を行なわずに第1補助光源74から波長ω4のレーザ光が照射され、第2補助光源76から波長ω5のレーザ光が照射された場合に生じる非線形光学素子70の長手方向に沿った温度分布が示されている。図7(d)には、第1補助光源74をオフし第2補助光源76をオンした状態で波長変換した場合の非線形光学素子70の長手方向に沿って生じる温度分布が示されている。
FIG. 7B shows the wavelength conversion power distribution along the longitudinal direction of the nonlinear
第2補助光源76により非線形光学素子70の入射端面から長手方向中央部にいたる領域をも波長変換効率の高い最適温度Toptに調整することができ、波長変換効率を一向良好にすることができる。
The region extending from the incident end face of the nonlinear
補助光源74として、例えば非線形光学素子70の吸収率が低い波長1μmから3μmのレーザ光を出力する半導体レーザを用いる場合には、非線形光学素子70の内部を適正に調温できるように、波長変換光の光軸に沿うようにレーザ光を照射することが好ましい。
For example, when a semiconductor laser that outputs laser light with a wavelength of 1 μm to 3 μm with a low absorptance of the nonlinear
この様な構成が図8(a)に示されている。図8(a)では、非線形光学素子70から出力される波長変換光の光軸が半透過ミラー79で下方に偏向されるとともに、光軸に沿うように補助光源74からのレーザ光が半透過ミラー79を透過して非線形光学素子70に入射されるように構成されている。尚、補助光源74からの出力光を平行光に整形し、或いは非線形光学素子70の入射面に向けて集光する光学系を備えていてもよい。
Such a configuration is shown in FIG. In FIG. 8A, the optical axis of the wavelength-converted light output from the nonlinear
補助光源74として、例えば波長10.6μmのレーザ光を出力するCO2ガスレーザを用いる場合には、非線形光学素子70の吸収率が非常に高く、ほぼ表面のみで吸収されるようになるので、非線形光学素子70の出射端面に向けて照射することで、少なくとも第1調温機構73を用いる場合よりも速やかに所望の温度勾配を得ることができるようになる。
When a CO 2 gas laser that outputs laser light having a wavelength of 10.6 μm, for example, is used as the auxiliary
この様な構成が図8(b)に示されている。図8(b)では、非線形光学素子70から出力される波長変換光の光軸を偏向する半透過ミラー79とは無関係に、補助光源74からのレーザ光を任意の角度で非線形光学素子70の出射端面に向けて照射することができる。
Such a configuration is shown in FIG. In FIG. 8B, the laser light from the auxiliary
以上説明したように、温度制御部78により、調温素子72を用いて非線形光学素子70を調温する第1調温ステップと、所定温度に調温された非線形光学素子70の作用領域に特定波長のレーザ光を入射して高調波発生法または光混合法により所望の波長のレーザ光に波長変換する波長変換ステップと、を備えて構成される波長変換方法が実行される。
As described above, the
詳述すると、当該波長変換方法では、第1補助光源74から波長変換に寄与しない波長域のレーザ光を作用領域Rに照射して非線形光学素子70に給熱する第2調温ステップと、第1調温ステップによる非線形光学素子70への給熱量と、第2調温ステップによる非線形光学素子70への給熱量に基づいて、非線形光学素子70の温度を目標温度に調温する温度制御ステップが実行される。
More specifically, in the wavelength conversion method, the second temperature control step of irradiating the working region R with laser light in a wavelength region that does not contribute to wavelength conversion from the first auxiliary
また、温度制御ステップは、特定波長のレーザ光に対する波長変換過程で生じる非線形光学素子70の温度変動を抑制するように第2調温ステップにおける第1補助光源74からの給熱量を制御するように構成されている。
In the temperature control step, the amount of heat supplied from the first auxiliary
そして、第2調温ステップは、特定波長のレーザ光に対する波長変換過程で生じる非線形光学素子70の発熱分布と一致するように、第1補助光源74からのレーザ光を波長変換光の出力側から非線形光学素子70に照射するように構成されている。
Then, the second temperature adjustment step changes the laser light from the first auxiliary
さらに、第2調温ステップは、第2補助光源76から波長変換に寄与しない波長域のレーザ光を特定波長のレーザ光の入力側から非線形光学素子70に照射するステップを含む。第2補助光源76からのレーザ光を非線形光学素子70の入力側から照射することにより、波長変換過程で然程昇温しない作用領域の温度を波長変換効率のよい温度に調温することで、全体として波長変換効率を向上させることができるようになる。
Further, the second temperature adjustment step includes a step of irradiating the nonlinear
本発明による波長変換装置が組み込まれるレーザ光源装置は、発振波長が1064nmとなる種光源に限定されるものでもなく、例えば、1030nm、1550nm、976nm等、用途によって適宜異なる波長の種光源を選択することが可能である。さらに、非線形光学素子を介してこれらの波長を基本波とする高調波、和周波、差周波を発生させることも可能である。非線形光学素子として、上述以外の非線形光学素子を用いることも可能である。例えば、CLBO結晶に代えて、BBO結晶、KBBF結晶、SBBO結晶、KABO結晶、BABO結晶等を用いることができる。 The laser light source device in which the wavelength conversion device according to the present invention is incorporated is not limited to a seed light source with an oscillation wavelength of 1064 nm. It is possible. Furthermore, it is possible to generate harmonics, sum frequencies, and difference frequencies having these wavelengths as fundamental waves through a nonlinear optical element. Nonlinear optical elements other than those described above can be used as the nonlinear optical element. For example, a BBO crystal, a KBBF crystal, an SBBO crystal, a KABO crystal, a BABO crystal, or the like can be used instead of the CLBO crystal.
上述した複数の実施形態は、何れも本発明の一実施態様の説明であり、該記載により本発明の範囲が限定されるものではない。また、各部の具体的な回路構成や回路に使用する光学素子は、本発明の作用効果が奏される範囲で適宜選択し、或いは変更設計可能であることはいうまでもない。 The plurality of embodiments described above are all descriptions of one embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the description. Needless to say, the specific circuit configuration of each part and the optical elements used in the circuit can be appropriately selected or modified as long as the effects of the present invention can be achieved.
1:レーザ光源装置
1F:波長変換装置
10:種光源
20,30:ファイバ増幅器
40:光スイッチ素子
50:固体増幅器
60:非線形光学素子(LBO結晶)
70:非線形光学素子(CLBO結晶)
71:ステージ
72:調温素子
73:第1調温機構
74:第1補助光源
75:第2調温機構
76:第2補助光源
77:温度センサ
78:温度制御部
R:作用領域
1: Laser
70: Nonlinear optical element (CLBO crystal)
71: Stage 72: Temperature control element 73: First temperature control mechanism 74: First auxiliary light source 75: Second temperature control mechanism 76: Second auxiliary light source 77: Temperature sensor 78: Temperature control unit R: Action region
Claims (10)
所定温度に調温された前記非線形光学素子の作用領域に特定波長のレーザ光を入射して高調波発生法または光混合法により所望の波長のレーザ光に波長変換する波長変換ステップと、を備えて構成される波長変換方法であって、
第1補助光源から波長変換に寄与しない波長域の補助光を前記作用領域に照射して前記非線形光学素子に給熱する第2調温ステップと、
前記第1調温ステップによる前記非線形光学素子への給熱量と、前記第2調温ステップによる前記非線形光学素子への給熱量に基づいて、前記非線形光学素子の温度を目標温度に調温する温度制御ステップと、
を備えている波長変換方法。 A first temperature adjustment step of adjusting the temperature of the nonlinear optical element using the temperature adjustment element;
A wavelength conversion step of allowing laser light of a specific wavelength to enter the working region of the nonlinear optical element adjusted to a predetermined temperature and converting the wavelength of the laser light to a desired wavelength by a harmonic generation method or an optical mixing method. A wavelength conversion method comprising:
A second temperature control step of irradiating the working region with auxiliary light in a wavelength region that does not contribute to wavelength conversion from the first auxiliary light source and supplying heat to the nonlinear optical element;
A temperature at which the temperature of the nonlinear optical element is adjusted to a target temperature based on the amount of heat supplied to the nonlinear optical element in the first temperature adjustment step and the amount of heat supplied to the nonlinear optical element in the second temperature adjustment step Control steps;
A wavelength conversion method comprising:
(前記特定波長のレーザ光に対する波長変換過程で生じる前記非線形光学素子の発熱分布と一致する) 3. The wavelength conversion method according to claim 1, wherein the second temperature adjusting step is configured to irradiate the nonlinear optical element with auxiliary light from the first auxiliary light source from an output side of the wavelength converted light.
(This coincides with the heat generation distribution of the nonlinear optical element generated in the wavelength conversion process for the laser light of the specific wavelength)
第1補助光源から出力される波長変換に寄与しない波長域の補助光を前記作用領域に照射する第2調温機構と、
前記第1調温機構からの給熱量と、前記第2調温機構からの給熱量に基づいて、前記非線形光学素子の温度を目標温度に調温する温度制御部と、
を備えている波長変換装置。 A non-linear optical element that converts the wavelength of laser light incident on the active region into laser light of a desired wavelength by a harmonic generation method or a light mixing method, and a first temperature adjusting the non-linear optical element by a temperature adjusting element A wavelength conversion device configured to include a temperature control mechanism,
A second temperature control mechanism that irradiates the working region with auxiliary light in a wavelength region that does not contribute to wavelength conversion output from the first auxiliary light source;
A temperature control unit that regulates the temperature of the nonlinear optical element to a target temperature based on a heat supply amount from the first temperature control mechanism and a heat supply amount from the second temperature control mechanism;
A wavelength conversion device comprising:
(前記特定波長のレーザ光に対する波長変換過程で生じる前記非線形光学素子の発熱分布と一致する) The wavelength conversion device according to claim 5 or 6, wherein the second temperature control mechanism is configured to irradiate the nonlinear optical element with auxiliary light from the first auxiliary light source from an output side of wavelength converted light.
(This coincides with the heat generation distribution of the nonlinear optical element generated in the wavelength conversion process for the laser light of the specific wavelength)
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