JP2629621B2 - 紫外レーザ装置 - Google Patents
紫外レーザ装置Info
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- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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- H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/3501—Constructional details or arrangements of non-linear optical devices, e.g. shape of non-linear crystals
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、紫外レーザ装置に関
し、特に非線形光学素子により波長変更を行って紫外線
レーザ光を出力する固体紫外レーザ装置に関するもので
ある。
し、特に非線形光学素子により波長変更を行って紫外線
レーザ光を出力する固体紫外レーザ装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】緑−青レーザ装置、紫外レーザ装置は、
第二高調波発生素子（以下ＳＨＧ素子と記す）などの非
線形光学素子を利用して波長変換を行うものが一般的で
あり、従来より多くの提案がなされてきている。以下
に、この種２倍波固体レーザについての２、３の従来例
について説明する。
第二高調波発生素子（以下ＳＨＧ素子と記す）などの非
線形光学素子を利用して波長変換を行うものが一般的で
あり、従来より多くの提案がなされてきている。以下
に、この種２倍波固体レーザについての２、３の従来例
について説明する。
【０００３】図７に示すよものは、応用物理 第６１巻
第９号（１９９２）ｐｐ．９３１−９３４「連続発振イ
オンレーザの高効率周波数逓倍」にて提案された固体レ
ーザ装置の例であって、このレーザ発振器は、Ａｒレー
ザ管１０１と、反射ミラー１０２と、出力ミラー１０３
と、集光レンズ１０４と、ＳＨＧ素子としてのβほう酸
バリウム結晶（β−ＢａＢ２Ｏ４：以下、ＢＢＯ結晶と
記す）１０５と、一対のシリンドリカルレンズ１０６と
により構成されている。
第９号（１９９２）ｐｐ．９３１−９３４「連続発振イ
オンレーザの高効率周波数逓倍」にて提案された固体レ
ーザ装置の例であって、このレーザ発振器は、Ａｒレー
ザ管１０１と、反射ミラー１０２と、出力ミラー１０３
と、集光レンズ１０４と、ＳＨＧ素子としてのβほう酸
バリウム結晶（β−ＢａＢ２Ｏ４：以下、ＢＢＯ結晶と
記す）１０５と、一対のシリンドリカルレンズ１０６と
により構成されている。
【０００４】この２倍波固体レーザ装置において、光共
振器は、反射ミラー１０２と出力ミラー１０３の間で形
成され、利得はＡｒレーザ管１０１により供給される。
波長変換は、光共振器内に配置されたＳＨＧ素子１０５
にて行われ、出力ミラー１０３より紫外光を出射し、出
力を得る。波長変換効率は、レーザ電場密度の２乗に比
例するため、集光レンズ１０４にて集光し変換効率を上
げている。また、このレーザ装置では、ＢＢＯ結晶１０
５の角度位相整合許容幅（波長変換効率が半分になるレ
ーザの入射角のずれ）が図の水平方向（Ａｒレーザの偏
向方向）と垂直方向を比較した場合ＢＢＯ結晶１０５の
光学軸を水平方向にして設置する第１種位相整合では、
水平方向の角度位相整合許容幅の方が垂直方向の角度位
相整合許容幅よりも大きいため、レーザビームをシリン
ドリカルレンズ１０６によって高め、変換効率を向上さ
せている。
振器は、反射ミラー１０２と出力ミラー１０３の間で形
成され、利得はＡｒレーザ管１０１により供給される。
波長変換は、光共振器内に配置されたＳＨＧ素子１０５
にて行われ、出力ミラー１０３より紫外光を出射し、出
力を得る。波長変換効率は、レーザ電場密度の２乗に比
例するため、集光レンズ１０４にて集光し変換効率を上
げている。また、このレーザ装置では、ＢＢＯ結晶１０
５の角度位相整合許容幅（波長変換効率が半分になるレ
ーザの入射角のずれ）が図の水平方向（Ａｒレーザの偏
向方向）と垂直方向を比較した場合ＢＢＯ結晶１０５の
光学軸を水平方向にして設置する第１種位相整合では、
水平方向の角度位相整合許容幅の方が垂直方向の角度位
相整合許容幅よりも大きいため、レーザビームをシリン
ドリカルレンズ１０６によって高め、変換効率を向上さ
せている。
【０００５】図８は、特開平１−１７２９３２号公報に
て提案されたレーザ装置の概略構成図である。このレー
ザ装置は、レーザダイオード２０１と、導波路形非線形
光学素子２０２と、導波路２０３とから構成され、非線
形光学素子２０２は、曲率の変化する凸シリドリカルレ
ンズ状に加工された出射端面２０８を持つ。
て提案されたレーザ装置の概略構成図である。このレー
ザ装置は、レーザダイオード２０１と、導波路形非線形
光学素子２０２と、導波路２０３とから構成され、非線
形光学素子２０２は、曲率の変化する凸シリドリカルレ
ンズ状に加工された出射端面２０８を持つ。
【０００６】このレーザ装置では、レーザダイオード２
０１から出射された基本波は、導波路形非線形光学素子
２０２の中心部である導波路２０３に入射する。基本波
は、導波路２０３を伝播し、非線形光学効果によって基
本波の一部が高調波２０４、２０５に波長変換される。
高調波２０４、２０５は、チェレンコフ放射角をもって
広がっていくため、このままでは平行光線は得られな
い。そこで、この従来例では、出射端面２０８を曲率の
変化する凸シリンドリカルに加工して、出射端面２０８
を離れる高調波が平行光に変換された高調波２０６、２
０７になるようにしている。
０１から出射された基本波は、導波路形非線形光学素子
２０２の中心部である導波路２０３に入射する。基本波
は、導波路２０３を伝播し、非線形光学効果によって基
本波の一部が高調波２０４、２０５に波長変換される。
高調波２０４、２０５は、チェレンコフ放射角をもって
広がっていくため、このままでは平行光線は得られな
い。そこで、この従来例では、出射端面２０８を曲率の
変化する凸シリンドリカルに加工して、出射端面２０８
を離れる高調波が平行光に変換された高調波２０６、２
０７になるようにしている。
【０００７】図９は、特開平２−２３７１９１号公報に
て提案されたレーザ装置の概略構成図である。このレー
ザ装置では、マウント基板３０５上にレーザダイオード
３０１と、分布屈折率レンズ３０２と、非線形光学素子
３０３が搭載されている。非線形光学素子３０３の表面
には、光波を集中させるための光導波路３０４が形成さ
れている。レーザダイオード３０１より出射した基本波
は、非線形光学素子と一体的に形成された分布屈折率レ
ンズ３０２に入射され、該レンズにより集光された後、
非線形光学素子３０３の表面に設けられた光導波路３０
４に導かれる。これにより、基本波は効率よく第２高調
波に変換され、端面より第２高調波３０６が出射され
る。
て提案されたレーザ装置の概略構成図である。このレー
ザ装置では、マウント基板３０５上にレーザダイオード
３０１と、分布屈折率レンズ３０２と、非線形光学素子
３０３が搭載されている。非線形光学素子３０３の表面
には、光波を集中させるための光導波路３０４が形成さ
れている。レーザダイオード３０１より出射した基本波
は、非線形光学素子と一体的に形成された分布屈折率レ
ンズ３０２に入射され、該レンズにより集光された後、
非線形光学素子３０３の表面に設けられた光導波路３０
４に導かれる。これにより、基本波は効率よく第２高調
波に変換され、端面より第２高調波３０６が出射され
る。
【０００８】図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、特開平３
−１４８８８８号公報にて提案されたレーザ装置の概略
構成図とそこに用いられている非線形光学素子の斜視図
である。この従来例で用いられる非線形光学素子は、非
線形光学結晶４０３と、入射面側に設けられた反射膜４
０４と、その出射面側に設けられた、基本波を反射し第
２高調波を透過させる２ω反射防止膜４０５を備えてお
り、反射膜４０４にはレーザ光の入射部となるスリット
４０６が開けられている。このスリットは非線形光学結
晶４０３の曲率の中心を結ぶ線よりずらして開けられて
いる。
−１４８８８８号公報にて提案されたレーザ装置の概略
構成図とそこに用いられている非線形光学素子の斜視図
である。この従来例で用いられる非線形光学素子は、非
線形光学結晶４０３と、入射面側に設けられた反射膜４
０４と、その出射面側に設けられた、基本波を反射し第
２高調波を透過させる２ω反射防止膜４０５を備えてお
り、反射膜４０４にはレーザ光の入射部となるスリット
４０６が開けられている。このスリットは非線形光学結
晶４０３の曲率の中心を結ぶ線よりずらして開けられて
いる。
【０００９】レーザ発振器４０１から出射された波長ω
のレーザ光は、集光レンズ４０２にて集光され、スリッ
ト４０６から非線形光学結晶４０３へ入射し、この非線
形光学結晶４０３内にて、レーザ光ωの一部が第２高調
波に波長変換され、また変換されなかったレーザ光ωは
非線形光学結晶４０３の両端面にコートされている反射
膜４０４および２ω反射防止膜の間を多重反射して波長
変換される。そなため、効率のよい波長変換が可能であ
る。
のレーザ光は、集光レンズ４０２にて集光され、スリッ
ト４０６から非線形光学結晶４０３へ入射し、この非線
形光学結晶４０３内にて、レーザ光ωの一部が第２高調
波に波長変換され、また変換されなかったレーザ光ωは
非線形光学結晶４０３の両端面にコートされている反射
膜４０４および２ω反射防止膜の間を多重反射して波長
変換される。そなため、効率のよい波長変換が可能であ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述した図７の従来例
では、２つのシリンドリカルレンズ間にＳＨＧ素子を配
置するものであったため、実使用中における振動、衝
撃、環境温度変化によりＳＨＧ素子の位相整合角に対し
て基本波の実入射角にずれが生じ易くかつその調整が困
難であり、そのため波長変換効率が低下してしまうとい
う問題点があった。特に、紫外光用の代表的ＳＨＧ素子
であるＢＢＯ結晶では、僅か０．１度のずれにて波長変
換効率が半減してしまうため、図７の従来例のように多
くの光学部品を配置して調整を行うものでは、簡単に発
振を見失ってしまうという問題点があった。
では、２つのシリンドリカルレンズ間にＳＨＧ素子を配
置するものであったため、実使用中における振動、衝
撃、環境温度変化によりＳＨＧ素子の位相整合角に対し
て基本波の実入射角にずれが生じ易くかつその調整が困
難であり、そのため波長変換効率が低下してしまうとい
う問題点があった。特に、紫外光用の代表的ＳＨＧ素子
であるＢＢＯ結晶では、僅か０．１度のずれにて波長変
換効率が半減してしまうため、図７の従来例のように多
くの光学部品を配置して調整を行うものでは、簡単に発
振を見失ってしまうという問題点があった。
【００１１】さらに、図７の例では、シリンドリカルレ
ンズとＳＨＧ素子との間での反射損失が大きく高効率の
波長変換が困難であった。
ンズとＳＨＧ素子との間での反射損失が大きく高効率の
波長変換が困難であった。
【００１２】これに対し、図８、図９に示したような光
導波路型波長変換素子では、基本波が光導波路内を反射
しながら伝播する過程で最適角度を見い出すので、上述
の入射角度ずれによる波長変換効率の低下は起こらず、
また、光学部品を非線形光学結晶と一体化したことによ
り部品間での反射による効率低下の問題も回避されてい
る。しかし、得られた第二高調波のビーム径はガウシア
ン形となっていないので、レーザビームを集光した時、
小さくビームを絞ることができず、短波長化の利点であ
る集光ビーム径の縮小という利点が損なわれている。さ
らに、図１０の従来例では、基本波が多重反射されてい
るため、第２高調波が散乱光となってしまい集光が困難
であるという問題点があった。
導波路型波長変換素子では、基本波が光導波路内を反射
しながら伝播する過程で最適角度を見い出すので、上述
の入射角度ずれによる波長変換効率の低下は起こらず、
また、光学部品を非線形光学結晶と一体化したことによ
り部品間での反射による効率低下の問題も回避されてい
る。しかし、得られた第二高調波のビーム径はガウシア
ン形となっていないので、レーザビームを集光した時、
小さくビームを絞ることができず、短波長化の利点であ
る集光ビーム径の縮小という利点が損なわれている。さ
らに、図１０の従来例では、基本波が多重反射されてい
るため、第２高調波が散乱光となってしまい集光が困難
であるという問題点があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本願発明によれば、レー
ザ光軸上に第２高調波発生素子などの非線形光学素子を
配置して周波数変換されたレーザ光を出力するレーザ装
置において、非線形光学素子のレーザ光入出射面をシリ
ンドリカルレンズ状の凸面とし、かつ両凸面の曲率中心
軸が一致するような形状にするとともにその曲率中心軸
がレーザ光軸に直交するように構成した。
ザ光軸上に第２高調波発生素子などの非線形光学素子を
配置して周波数変換されたレーザ光を出力するレーザ装
置において、非線形光学素子のレーザ光入出射面をシリ
ンドリカルレンズ状の凸面とし、かつ両凸面の曲率中心
軸が一致するような形状にするとともにその曲率中心軸
がレーザ光軸に直交するように構成した。
【００１４】また本願発明によれば、上記曲率中心軸を
回転軸として非線形光学素子を回転可能にすることによ
り、位相整合角の最適制御を行えるようにした。レーザ
光入出射面の局率中心軸が回転軸と一致しているので非
線形光学素子を回転してもレーザ光源の基本波の光軸ズ
レを生じないので基本波レーザ出力の低下を抑制でき
る。
回転軸として非線形光学素子を回転可能にすることによ
り、位相整合角の最適制御を行えるようにした。レーザ
光入出射面の局率中心軸が回転軸と一致しているので非
線形光学素子を回転してもレーザ光源の基本波の光軸ズ
レを生じないので基本波レーザ出力の低下を抑制でき
る。
【００１５】さらに本願発明によれば、非線形光学素子
に微小回転角変動を与えて第２高調波出力光などの出力
レーザ光の変化を検出して上記位相整合角を自動的に制
御することにより、非線形光学素子の波長変換効率が常
に最大に保てるようにする機構も付加できる。
に微小回転角変動を与えて第２高調波出力光などの出力
レーザ光の変化を検出して上記位相整合角を自動的に制
御することにより、非線形光学素子の波長変換効率が常
に最大に保てるようにする機構も付加できる。
【００１６】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１７】図１（ａ）は、本発明の第１の実施例の全
体構成図であり、図１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、その
中のＳＨＧ素子５についての説明図である。また、図２
は、第１の実施例の出力安定化部の説明図であり、図３
は、出力安定化部の動作説明図である。
体構成図であり、図１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、その
中のＳＨＧ素子５についての説明図である。また、図２
は、第１の実施例の出力安定化部の説明図であり、図３
は、出力安定化部の動作説明図である。
【００１８】本実施例の紫外レーザ装置は、基本波発
振部、波長変換部、および出力安定化部から構成さ
れている。
振部、波長変換部、および出力安定化部から構成さ
れている。
【００１９】基本波発振部は、Ａｒレーザ管１と、光共
振器を構成する反射ミラー２および出力ミラー３と、エ
タロン４から構成され、波長変換部はＳＨＧ素子５によ
り構成され、出力安定化部は、ＳＨＧ素子５を保持する
テーブル１１と、テーブル１１を駆動する電歪素子６お
よび金属棒７と、金属棒７を加熱または冷却するベルチ
ェ効果素子８と、モニタ光を分岐するためのビームスプ
リッタ９と、出力光モニタするための受光素子１０を含
んで構成される。
振器を構成する反射ミラー２および出力ミラー３と、エ
タロン４から構成され、波長変換部はＳＨＧ素子５によ
り構成され、出力安定化部は、ＳＨＧ素子５を保持する
テーブル１１と、テーブル１１を駆動する電歪素子６お
よび金属棒７と、金属棒７を加熱または冷却するベルチ
ェ効果素子８と、モニタ光を分岐するためのビームスプ
リッタ９と、出力光モニタするための受光素子１０を含
んで構成される。
【００２０】基本波発振部において、利得はＡｒレーザ
管１によって与え、その出力光を反射ミラー２、出力ミ
ラー３間で反射させて波長５１４ｎｍでのレーザ発振を
行わせている。そして、そのレーザ光軸上にエタロン４
を配置して、単一縦モード化を実現している。
管１によって与え、その出力光を反射ミラー２、出力ミ
ラー３間で反射させて波長５１４ｎｍでのレーザ発振を
行わせている。そして、そのレーザ光軸上にエタロン４
を配置して、単一縦モード化を実現している。
【００２１】波長変換部であるＳＨＧ素子５は、基本波
発振部の光共振器内に設置されており、５１４ｎｍの基
本波を２５７ｎｍの第２高調波に変換している。本発明
において、ＳＨＧ素子５は、特徴的形状に加工されてい
る。すなわち、図１（ｂ）、（ｃ）に示されるように、
ＳＨＧ素子５は円柱の中心線の上下を平行にカットした
形状になされている。したがって、ＳＨＧ素子５に対す
る基本波ωの入射面はシリンドリカルレンズ状になって
おり、かつ両曲面の曲率中心は一致している。基本波ω
は、この曲率中心を通るよう光軸調整する。その様子を
図１（ｂ）に示す。このように調整した場合、ＳＨＧ素
子５の位相整合を行う際、中心軸ＯＸを中心としてＳＨ
Ｇ素子５を回転させてもレーザ光の光軸は常に保存され
るため、光軸に左右される基本波ωの出力は低下しな
い。位相整合は、図１（ｄ）に示すように、基本波ωの
常光屈折率と、第２高調波２ωの異常光屈折率が一致し
た角度θにて行われる。ＢＢＯ結晶の場合のこの角度は
４６度である。この角度調整は図１（ｃ）に示すθｚｘ
方向およびθｚｙ方向の２方向に対して行わなければな
らない。しかし、上記の形状のＢＢＯを用いる場合に
は、θｚｘ方向については、光が絞られていないため、
そして光学系が単一部品によって構成されたことにより
狂いが生じにくい構成となっているため、最初の設置時
に調整を行えば実使用時における調整は省略することが
できる。これに対し、θｚｙ方向の調整は、本来θｚｘ
方向に対して余裕を持っているが、光が絞られたことに
より角度をもって入射することになり角度の余裕は少な
い。よって環境温度によるレーザ光軸ずれを考慮する
と、間断なく角度調整が行われた方がレーザ出力安定性
の点で好ましい。
発振部の光共振器内に設置されており、５１４ｎｍの基
本波を２５７ｎｍの第２高調波に変換している。本発明
において、ＳＨＧ素子５は、特徴的形状に加工されてい
る。すなわち、図１（ｂ）、（ｃ）に示されるように、
ＳＨＧ素子５は円柱の中心線の上下を平行にカットした
形状になされている。したがって、ＳＨＧ素子５に対す
る基本波ωの入射面はシリンドリカルレンズ状になって
おり、かつ両曲面の曲率中心は一致している。基本波ω
は、この曲率中心を通るよう光軸調整する。その様子を
図１（ｂ）に示す。このように調整した場合、ＳＨＧ素
子５の位相整合を行う際、中心軸ＯＸを中心としてＳＨ
Ｇ素子５を回転させてもレーザ光の光軸は常に保存され
るため、光軸に左右される基本波ωの出力は低下しな
い。位相整合は、図１（ｄ）に示すように、基本波ωの
常光屈折率と、第２高調波２ωの異常光屈折率が一致し
た角度θにて行われる。ＢＢＯ結晶の場合のこの角度は
４６度である。この角度調整は図１（ｃ）に示すθｚｘ
方向およびθｚｙ方向の２方向に対して行わなければな
らない。しかし、上記の形状のＢＢＯを用いる場合に
は、θｚｘ方向については、光が絞られていないため、
そして光学系が単一部品によって構成されたことにより
狂いが生じにくい構成となっているため、最初の設置時
に調整を行えば実使用時における調整は省略することが
できる。これに対し、θｚｙ方向の調整は、本来θｚｘ
方向に対して余裕を持っているが、光が絞られたことに
より角度をもって入射することになり角度の余裕は少な
い。よって環境温度によるレーザ光軸ずれを考慮する
と、間断なく角度調整が行われた方がレーザ出力安定性
の点で好ましい。
【００２２】次に、第２高調波出力の安定化について説
明する。テーブル１１には突起１１ａが設けらており、
この突起１１ａは、図２（ｂ）に示すように、電歪素子
６および金属棒７に接着剤により結合されている。基本
的には、電歪素子６の伸縮によりテーブルの回転角変化
を与え、金属棒７がその回転部 値を決める。したがっ
てこれらの部材の伸縮に応じて図２（ｂ）の上下方向に
移動せしめられる。これにより、テーブル１１は、微小
角度回転する。このとき、テーブル１１の回転中心をＳ
ＨＧ素子の円柱の中心ＯＸと一致させれば、ＳＨＧ素子
５の角度調整を行うことが可能となる。受光素子で第２
高調波出力をモニターして駆動部をフィードバック制御
することによりＳＨＧ素子の位相整合をとることができ
るようになる。金属棒７としては１８−８スランレス剛
などの剛性があり、熱膨張係数の高い金属が好ましい。
明する。テーブル１１には突起１１ａが設けらており、
この突起１１ａは、図２（ｂ）に示すように、電歪素子
６および金属棒７に接着剤により結合されている。基本
的には、電歪素子６の伸縮によりテーブルの回転角変化
を与え、金属棒７がその回転部 値を決める。したがっ
てこれらの部材の伸縮に応じて図２（ｂ）の上下方向に
移動せしめられる。これにより、テーブル１１は、微小
角度回転する。このとき、テーブル１１の回転中心をＳ
ＨＧ素子の円柱の中心ＯＸと一致させれば、ＳＨＧ素子
５の角度調整を行うことが可能となる。受光素子で第２
高調波出力をモニターして駆動部をフィードバック制御
することによりＳＨＧ素子の位相整合をとることができ
るようになる。金属棒７としては１８−８スランレス剛
などの剛性があり、熱膨張係数の高い金属が好ましい。
【００２３】図２（ｃ）は、テーブル１１の駆動系電気
回路のブロック図であり、図３はその動作説明図であ
る。変調器１２は、図３（ａ）に示す変調出力にて電歪
素子６を駆動する。これにより電歪素子６は図３（ａ）
の信号に追随して伸縮し、ＳＨＧ素子５の第２高調波出
力を例えば図３（ｂ）に示すように変化させる。この変
化は受光素子１０によって検出され、受光素子１０の出
力信号は位相敏感検出器（以下、ＰＳＤと記す）１３に
入力されている。ＰＳＤ１３にはまた変調器１２の出力
が入力されている。ＰＳＤ１３は、受光素子１０と変調
器１２との出力信号から第２高調波２ωの微分出力を算
出し、これにより温度制御電源１４を制御してペルチェ
効果素子８を発熱または吸熱させる。
回路のブロック図であり、図３はその動作説明図であ
る。変調器１２は、図３（ａ）に示す変調出力にて電歪
素子６を駆動する。これにより電歪素子６は図３（ａ）
の信号に追随して伸縮し、ＳＨＧ素子５の第２高調波出
力を例えば図３（ｂ）に示すように変化させる。この変
化は受光素子１０によって検出され、受光素子１０の出
力信号は位相敏感検出器（以下、ＰＳＤと記す）１３に
入力されている。ＰＳＤ１３にはまた変調器１２の出力
が入力されている。ＰＳＤ１３は、受光素子１０と変調
器１２との出力信号から第２高調波２ωの微分出力を算
出し、これにより温度制御電源１４を制御してペルチェ
効果素子８を発熱または吸熱させる。
【００２４】以上の回路動作は定性的には以下のように
行われる。電歪素子６がＳＨＧ素子５への基本波ωの入
射角を初期値より微小量（０．００１度程度）増大させ
たとき、第２高調波２ωの出力増大が検出された場合に
は、金属棒７をベルチェ効果素子８にて加熱して膨張さ
せる。よってＳＨＧ素子５の回転基準位置が増大し基本
波ωの入射角をさらに増大させる。この動作を繰り返す
ことにより第２高調波２ωの出力を極大値へ近付ける。
極大値を越えるとＰＳＤ１３からの微分信号が反転し、
ペルチュ高架素子を冷却し、金属棒を収縮させてＳＨＧ
素子５の基本波ωの入射角を減少させ、再び第２高調波
２ωの出力を増大させる方向へ制御する。この動作を５
００Ｈｚ程度の周期で絶えず繰り返すことにより、第２
高調波２ωの出力は周囲温度変化に関係なく極大値をと
り続けることになり、結果的に位相整合条件が満たされ
ることになる。ＳＰＤ１３を用いたレーザ出力安定化の
基本的制御回路は米国特許第３．５５５．４５３号明細
書に開示されているように周知事項なので詳細説明は省
く。
行われる。電歪素子６がＳＨＧ素子５への基本波ωの入
射角を初期値より微小量（０．００１度程度）増大させ
たとき、第２高調波２ωの出力増大が検出された場合に
は、金属棒７をベルチェ効果素子８にて加熱して膨張さ
せる。よってＳＨＧ素子５の回転基準位置が増大し基本
波ωの入射角をさらに増大させる。この動作を繰り返す
ことにより第２高調波２ωの出力を極大値へ近付ける。
極大値を越えるとＰＳＤ１３からの微分信号が反転し、
ペルチュ高架素子を冷却し、金属棒を収縮させてＳＨＧ
素子５の基本波ωの入射角を減少させ、再び第２高調波
２ωの出力を増大させる方向へ制御する。この動作を５
００Ｈｚ程度の周期で絶えず繰り返すことにより、第２
高調波２ωの出力は周囲温度変化に関係なく極大値をと
り続けることになり、結果的に位相整合条件が満たされ
ることになる。ＳＰＤ１３を用いたレーザ出力安定化の
基本的制御回路は米国特許第３．５５５．４５３号明細
書に開示されているように周知事項なので詳細説明は省
く。
【００２５】以上のように構成された紫外レーザ装置で
は、ＳＨＧ素子自体がレンズ作用を有するように形成さ
れたことにより、部品点数が削減されまた光学部品間で
の光損失が抑止されている。そして、基本波を円柱の中
心を通るように設定することにより、ＢＢＯが円柱の中
心を回転しても基本波を屈折することなく入射しかつ光
軸が変化することはないので、安定した動作が可能とな
り位相整合条件を満たすことが容易となる。一方、θｚ
ｘ方向の調整については、単一の光学部品にて波長変換
を行うことによりまた入射光を絞らずに導入しているこ
とにより、この方向の角度調整を行わなくても、安定し
た出力の紫外レーザを得ることができる。
は、ＳＨＧ素子自体がレンズ作用を有するように形成さ
れたことにより、部品点数が削減されまた光学部品間で
の光損失が抑止されている。そして、基本波を円柱の中
心を通るように設定することにより、ＢＢＯが円柱の中
心を回転しても基本波を屈折することなく入射しかつ光
軸が変化することはないので、安定した動作が可能とな
り位相整合条件を満たすことが容易となる。一方、θｚ
ｘ方向の調整については、単一の光学部品にて波長変換
を行うことによりまた入射光を絞らずに導入しているこ
とにより、この方向の角度調整を行わなくても、安定し
た出力の紫外レーザを得ることができる。
【００２６】図４は、本発明の第２の実施例を示す概略
構成図である。反射ミラー２、出力ミラー３およびＡｒ
レーザ管１によって基本波ωを発振させ、前記出力ミラ
ー３より波長５１４ｎｍの基本波ωを出射させる。出射
された基本波ωは、外部に設置された反射ミラー１５ａ
に入射される。入射した基本波ωは出力ミラー１６およ
びもう一枚の反射ミラー１５ｂの合計３枚のミラーによ
ってリング状に進行させられる。ＳＨＧ素子５は、この
リング状ミラーの光軸状に配置され、基本波ωを波長２
５７の第２高調波２ωに波長変換する。ＳＨＧ素子５に
て波長変換された第２高調波２ωの出力はビームスプリ
ッタ９にて分割され、第２高調波２ωの出力の一部は受
光素子１０によって検知される。ＳＨＧ素子５はステー
ジ５に載せられており、先の実施例の場合と同様に、角
度調整が行われ位相整合がとられる。
構成図である。反射ミラー２、出力ミラー３およびＡｒ
レーザ管１によって基本波ωを発振させ、前記出力ミラ
ー３より波長５１４ｎｍの基本波ωを出射させる。出射
された基本波ωは、外部に設置された反射ミラー１５ａ
に入射される。入射した基本波ωは出力ミラー１６およ
びもう一枚の反射ミラー１５ｂの合計３枚のミラーによ
ってリング状に進行させられる。ＳＨＧ素子５は、この
リング状ミラーの光軸状に配置され、基本波ωを波長２
５７の第２高調波２ωに波長変換する。ＳＨＧ素子５に
て波長変換された第２高調波２ωの出力はビームスプリ
ッタ９にて分割され、第２高調波２ωの出力の一部は受
光素子１０によって検知される。ＳＨＧ素子５はステー
ジ５に載せられており、先の実施例の場合と同様に、角
度調整が行われ位相整合がとられる。
【００２７】本実施例では、基本波発進部を波長変換部
と分離したことおよび波長変換部において光の進行方向
が一方向に限定されたことにより先の実施例の場合より
もノイズの低い紫外レーザ光を得ることができる。
と分離したことおよび波長変換部において光の進行方向
が一方向に限定されたことにより先の実施例の場合より
もノイズの低い紫外レーザ光を得ることができる。
【００２８】図５は、本発明の第３の実施例を示す概略
構成図である。本実施例の第２の実施例と相違する点
は、基本波ωがレーザダイオードによって励起される固
体レーザにより与えられている点である。すなわち、レ
ーザダイオード１７の波長１０６４ｎｍの励起光を集光
レンズ１８にて集光し、固体レーザ媒質１９（例えばＥ
ｒ：ＹＶＯ４）を励起し、この固体レーザ媒質１９の両
面に形成された多層膜を光共振器として可視光の発振を
起こさせる。この可視光を基本波ωとして第２の実施例
の場合と同様の方法により波長変換を行う。
構成図である。本実施例の第２の実施例と相違する点
は、基本波ωがレーザダイオードによって励起される固
体レーザにより与えられている点である。すなわち、レ
ーザダイオード１７の波長１０６４ｎｍの励起光を集光
レンズ１８にて集光し、固体レーザ媒質１９（例えばＥ
ｒ：ＹＶＯ４）を励起し、この固体レーザ媒質１９の両
面に形成された多層膜を光共振器として可視光の発振を
起こさせる。この可視光を基本波ωとして第２の実施例
の場合と同様の方法により波長変換を行う。
【００２９】図６は、本発明の第４の実施例を示す概略
構成図である。先に述べた第３の実施例との相違点は、
ＳＨＧ素子を光共振器内に設置した点である。
構成図である。先に述べた第３の実施例との相違点は、
ＳＨＧ素子を光共振器内に設置した点である。
【００３０】レーザダイオード１７より出射した励起光
を集光レンズ１８によって固体レーザ媒質（Ｅｒ：ＹＶ
Ｏ４）１９へ集光し、これを光励起する。基本波ωの光
共振器は固体レーザ媒質１９の励起光入射側端面および
出力ミラー３によって形成される。ＳＨＧ素子５は、第
１の実施例の場合と同様に、光共振器内に設置されてお
り、同様の方法により角度調整が行われている。
を集光レンズ１８によって固体レーザ媒質（Ｅｒ：ＹＶ
Ｏ４）１９へ集光し、これを光励起する。基本波ωの光
共振器は固体レーザ媒質１９の励起光入射側端面および
出力ミラー３によって形成される。ＳＨＧ素子５は、第
１の実施例の場合と同様に、光共振器内に設置されてお
り、同様の方法により角度調整が行われている。
【００３１】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、特許
請求の範囲に記載された本願発明の要旨内において各種
の変更が可能である。例えば、実施例では、固体レーザ
媒質としてＥｒ：ＹＶＯ４を用いていたが、これに代え
てＮｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＬＦなどの他の固体レーザ媒
質を用いることができる。また、ＳＨＧ素子を載せるテ
ーブルへ微小振動を与える手段として電歪素子に代え磁
歪素子やマータマイクロの撫で知られるステップモータ
内蔵の変位調整器を用いることができる。
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、特許
請求の範囲に記載された本願発明の要旨内において各種
の変更が可能である。例えば、実施例では、固体レーザ
媒質としてＥｒ：ＹＶＯ４を用いていたが、これに代え
てＮｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＬＦなどの他の固体レーザ媒
質を用いることができる。また、ＳＨＧ素子を載せるテ
ーブルへ微小振動を与える手段として電歪素子に代え磁
歪素子やマータマイクロの撫で知られるステップモータ
内蔵の変位調整器を用いることができる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、円柱形
状のＳＨＧ素子により可視光を波長変換するものである
ので、本発明によれば、波長変換部の部品点数を削減す
ることができるとともに後部品間で起こる光損失を抑止
することができる。また、本発明によればＳＨＧ素子の
円柱の中心線を軸として回転させても、基本波ωのＳＨ
Ｇ素子に対する入射角は、常に垂直入射が保たれるの
で、基本波ωの屈折によるアライメントずれは起こらな
い。したがって、円柱の中心線を軸とした回転方向の角
度調整は容易になる。
状のＳＨＧ素子により可視光を波長変換するものである
ので、本発明によれば、波長変換部の部品点数を削減す
ることができるとともに後部品間で起こる光損失を抑止
することができる。また、本発明によればＳＨＧ素子の
円柱の中心線を軸として回転させても、基本波ωのＳＨ
Ｇ素子に対する入射角は、常に垂直入射が保たれるの
で、基本波ωの屈折によるアライメントずれは起こらな
い。したがって、円柱の中心線を軸とした回転方向の角
度調整は容易になる。
【図１】本発明の第１の実施例の概略構成図とそこに用
いられているＳＨＧ素子の説明図。
いられているＳＨＧ素子の説明図。
【図２】本発明の第１の実施例の出力安定化部の構成を
示す図。
示す図。
【図３】本発明の第１の実施例の出力安定化部の動作説
明図。
明図。
【図４】本発明の第２の実施例の概略構成図。
【図５】本発明の第３の実施例の概略構成図。
【図６】本発明の第４の実施例の概略構成図。
【図７】第１の従来例の概略構成図。
【図８】第２の従来例の概略構成図。
【図９】第３の従来例の概略構成図。
【図１０】第４の従来例の概略構成図。
１，１０１ Ａｒレーザ管 ２，１０２ 反射ミラー ３，１０３ 出力ミラー ４ エタロン ５，１０５ ＳＨＧ素子 ６ 電歪素子 ７ 金属棒 ８ ペルチェ効果素子 ９ ビームスプリッタ １０ 受光素子 １１ ステージ １２ 変調器 １３ 位相敏感検波器（ＰＳＤ） １４ 温度制御電源 １５ａ，１５ｂ 反射ミラー １６ 出射ミラー １７ レーザダイオード １８ 集光レンズ １９ 固体レーザ媒質 １０４ 集光レンズ １０６ シリンドリカルレンズ ２０１ レーザダイオード ２０２ 導波路形非線形光学素子 ２０３ 導波路 ２０４，２０５ 高調波 ２０６，２０７ 平行光に変換された高調波 ２０８ 出射端面 ３０１ レーザダイオード ３０２ 分布屈折率レンズ ３０３ 非線形光学素子 ３０４ 光導波路 ３０５ マウント基板 ３０６ 第２高調波 ４０１ レーザ発振器 ４０２ 集光レンズ ４０３ 非線形光学結晶 ４０４ 反射膜 ４０５ ２ω反射防止膜 ４０６ スリット
Claims (14)
- 【請求項１】 レーザ光源と、前記レーザ光源の光軸上
に配置された円筒状凸面を有する柱状の非線形光学素子
とを有し、前記非線形光学素子のレーザ光入出射面は前
記光軸と直交する方向に延在する円筒状凸面を有し、前
記円筒状凸面はレーザ光入射側の曲率中心軸とレーザ光
出射側の曲率中心軸とが一致するような形状でかつその
曲率中心軸がレーザ光軸に直交するように構成されてい
ることを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項２】 前記曲率中心軸を回転軸として前記非線
形光学素子へのレーザ光入射角度を微小回転制御できる
ようにして前記非線形光学素子の位相整合角を前記光軸
に一致させる回転角制御手段をさらに有することを特徴
とする請求項１記載のレーザ装置。 - 【請求項３】 前記回転角制御手段は前記非線形光学素
子を前記曲率中心が回転軸となるように搭載する回転テ
ーブルを有し、さらに変動信号により前記テーブルを前
記回転軸の回りに微小回転角変動を常時与える手段と、
前記非線形光学素子からの出力光強度が前記微小回転各
変動により変化することを検出する受光素子と、前記受
光素子からの出力信号の変化と前記変動信号とから前記
非線形光学素子の位相整合角と前記光軸とのズレ方向を
検出する手段により前記出力高強度が最大になる方向に
前記テーブルの回転角基準を移動する機構を有すること
を特徴とする請求項２記載のレーザ装置。 - 【請求項４】 前記微小回転角変動を与える手段は前記
テーブルに結合された圧電素子であることを特徴とする
請求項３記載のレーザ装置。 - 【請求項５】 前記テーブルの回転角基準を移動する手
段は前記圧電素子に結合された熱膨張係数の大きな金属
棒と前記金属棒の温度を制御する手段とを有して構成さ
れていることを特徴とする請求項４記載のレーザ装置。 - 【請求項６】 前記ズレ方向の検出手段は前記受光素子
からの出力信号と前記変動信号とを入力とし前記出力信
号および変動信号の位相検出により微分信号を出力する
位相敏感検波器で構成されていることを特徴とする請求
項５記載のレーザ装置。 - 【請求項７】 前記レーザ光源がアルゴンレーザであ
り、前記非線形光学素子がβほう酸バリウム結晶である
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。 - 【請求項８】 前記アルゴンレーザのレーザ共振器内に
エタロンが配置されていることを特徴とする請求項１記
載のレーザ装置。 - 【請求項９】 前記レーザ光源が半導体レーザによって
励起される固体レーザであることを特徴とする請求項１
記載のレーザ装置。 - 【請求項１０】 前記レーザ光源の出力光がリング状に
配置されたミラー群に入力され、ミラー群のリング光軸
上に前記非線形光学素子を配置したことを特徴とする請
求項１記載のレーザ装置。 - 【請求項１１】 レーザ光源と、前記レーザ光源の光軸
上に配置された円柱の非線形光学素子とを有し、前記非
線形光学素子の中心軸が前記光軸と直交する方向に延在
することを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項１２】 前記中心軸を回転軸として前記非線形
光学素子へのレーザ光入射角度を微小回転制御できるよ
うにして前記非線形光学素子の位相整合角を前記光軸に
一致させる回転角度制御手段をさらに有することを特徴
とする請求項１記載のレーザ装置。 - 【請求項１３】 前記レーザ光源がアルゴンレーザであ
り、前記非線形光学素子がβほう酸バリウム結晶からな
る第２高調波発生素子であることを特徴とする請求項１
記載のレーザ装置。 - 【請求項１４】 レーザ光源と、前記レーザ光源の光軸
と直交する回転軸を回転ステージと、前記回転ステージ
に微小回転角を与える手段と、前記ステージ上に搭載さ
れた円筒状凸面を有する柱状の非線形光学素子とを有
し、前記非線形光学素子のレーザ光入出射面は前記回転
軸と平行方向に延在する円筒状凸面を有し、前記円筒状
凸面はレーザ光入射側の曲率中心軸とレーザ光出射側の
曲率中心軸とが一致するような形状でかつその曲率中心
軸が前記回転軸と一致するように形成されており、前記
レーザ光源の基本波の光軸が前記非線形光学素子の回転
によっても光軸ずれを生じないように構成されているこ
とを特徴とするレーザ装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30576693 | 1993-11-11 | ||
| JP5-305766 | 1993-11-11 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07181534A JPH07181534A (ja) | 1995-07-21 |
| JP2629621B2 true JP2629621B2 (ja) | 1997-07-09 |
Family
ID=17949094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6277352A Expired - Lifetime JP2629621B2 (ja) | 1993-11-11 | 1994-11-11 | 紫外レーザ装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5459744A (ja) |
| JP (1) | JP2629621B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AUPN442695A0 (en) * | 1995-07-27 | 1995-08-17 | Electro Optic Systems Pty Limited | Eyesafe optical parametric system pumped by solid state lasers |
| JP3212931B2 (ja) * | 1997-11-26 | 2001-09-25 | 日本電気株式会社 | 波長変換方法及び波長変換素子 |
| FR2771519B1 (fr) * | 1997-11-27 | 2003-09-05 | Univ Bourgogne | Moyens pour la generation de rayonnements optiques accordables au moins en frequence |
| WO2008050685A1 (fr) * | 2006-10-24 | 2008-05-02 | Panasonic Corporation | Source lumineuse shg à résonateur interne |
| US8050302B2 (en) * | 2007-12-07 | 2011-11-01 | Panasonic Corporation | Wavelength conversion laser light source, laser light source device and two-dimensional image display device adopting the same, and method of setting temperature of wavelength conversion element |
| WO2009093431A1 (ja) * | 2008-01-23 | 2009-07-30 | Panasonic Corporation | 波長変換レーザ及び画像表示装置 |
| US8102887B2 (en) * | 2009-05-26 | 2012-01-24 | Corning Incorporated | Edge bonded optical packages |
| US20100303109A1 (en) * | 2009-05-26 | 2010-12-02 | Venkata Adiseshaiah Bhagavatula | Proximity Coupled Athermal Optical Package Comprising Laser Source And Compound Facet Wavelength Conversion Device |
| US8111452B2 (en) * | 2010-02-22 | 2012-02-07 | Corning Incorporated | Wavelength conversion device with microlens and optical package incorporating the same |
| GB2559970B (en) * | 2017-02-22 | 2021-09-01 | M Squared Lasers Ltd | Nonlinear Crystal |
| CN107946891B (zh) * | 2017-12-14 | 2019-09-17 | 湖北工业大学 | 一种大功率紫外固体激光器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03148888A (ja) * | 1989-11-06 | 1991-06-25 | Toshiba Corp | 高調波発生装置 |
-
1994
- 1994-11-11 JP JP6277352A patent/JP2629621B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1994-11-14 US US08/340,369 patent/US5459744A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5459744A (en) | 1995-10-17 |
| JPH07181534A (ja) | 1995-07-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19970225 |