JP3053147B2 - レーザ光波長変換装置及びレーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大出力で安定な波長変
換レーザ出力を得ることができるレーザ光波長変換装置
及びこのレーザ光波長変換装置を備えたレーザ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レーザ光波長変換装置としては
「Bruce P.Boczar“Second Hamonic generation of sla
b lasers”SPIE Vol.736 New Slab and Solid-State La
ser Technologies and Applications pp60-64(1987) 」
に開示されているようなものが知られている。

【０００３】図２はこのレーザ光波長変換装置の要部を
示す図である。図２中、符号２１はヒートシンク及びシ
ャーシー、符号２２はＫＤ₂ ＰＯ₄ 又はＫＤ＊Ｐと表さ
れる非線形光学結晶である。この非線形光学結晶２２
は、非線形光学結晶の屈折率楕円体の方位を表すＸ，
Ｙ，Ｚ軸のＸ，Ｙ軸を含むＸーＹ面に垂直な上面２２Ａ
及び下面２２Ｂのみがヒートシンク及びシャーシー２１
に当接して保持され、この上・下面２２Ａ，２２Ｂを介
して非線形光学結晶２２で発生した熱をヒートシンク及
びシャーシー２１に伝達させて放熱するようになってい
る。この非線形光学結晶２２に、最適位相整合角度方向
光軸５に沿ってレーザ光が入射し、波長変換レーザ光を
出力する。

【０００４】このとき、非線形光学結晶２２は入射レー
ザ光及び波長変換レーザ光のエネルギーの一部を吸収し
て発熱する。この結果、非線形光学結晶２２内に温度分
布及び温度差が生じ、屈折率勾配が生じて波長変換の効
率を低下させたり、熱膨張による疲労で非線形光学結晶
２２が破壊されることがある。これを解消するために、
非線形光学結晶２２を薄板状にしＸーＹ面に垂直な上・
下面２２Ａ，２２Ｂの面積を広くとって熱伝達率を向上
させ、効率良く冷却して非線形光学結晶２２内での温度
上昇を低く抑えている。

【０００５】また、非線形光学結晶２２内での入射レー
ザ光及び波長変換レーザ光の吸収による発熱が一様であ
れば、図３のように非線形光学結晶２２内部での温度分
布が上・下面２２Ａ，２２Ｂの幅方向（図２中の横方
向）Ｓに現れず、側面（図２中の横方向Ｓにおいて対向
する両側面）２２Ｃ，２２Ｄの幅方向（図２中の縦方
向）Ｐのみに生ずる。

【０００６】なお、図３は非線形光学結晶２２内部での
温度分布を示す説明図で、図３（ａ）は非線形光学結晶
２２内の厚さ方向Ｐの温度の分布状態を示す。即ち、縦
軸が温度の変化、横軸が側面２２Ａから側面２２Ｂに亘
る方向の位置を示す。図３（ｂ）は非線形光学結晶２２
内の幅方向Ｓの温度の分布状態を示す。即ち、縦軸が温
度の変化、横軸が最適位相整合角度方向光軸５に直交す
る面内で側面２２Ｃから側面２２Ｄに亘る方向の位置を
示す。

【０００７】Ｘ−Ｙ面に平行な非線形光学結晶直方体の
回転対称軸（図２中のＰ方向に平行な軸）回りに変化す
る入射レーザ光の回転偏光は、波長変換効率に与える影
響が大きいので、温度分布がＸ−Ｙ面に垂直な側面２２
Ａ，２２Ｂの幅方向Ｓに関して一様であれば、温度分布
に起因する前記回転偏光は起こらず、非線形光学結晶２
２の発熱による波長変換効率の低下はない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザ光波
長変換装置に入射するレーザ光は、一般には強度分布が
一様ではなく横モードの断面形状も矩形以外の形状（例
えば、楕円形状）をしている。このような形状の横モー
ドのレーザ光をレーザ光波長変換装置に入射すると、こ
のレーザ光吸収による非線形光学結晶２２の発熱は、非
線形光学結晶２２内部の側面２２Ａ，２２Ｂの幅方向Ｓ
に変化を生じ、中央部で高温に、両側に向けて順次低温
に変化する。即ち、温度分布が側面２２Ａ，２２Ｂの幅
方向Ｓで不均一になり、屈折率勾配が生じる。

【０００９】このため、前記入射レーザ光の回転偏光が
起こり、波長変換の効率が低下し高い出力の波長変換レ
ーザ光が出力できなくなるという問題がある。

【００１０】本発明はこの様な問題点を解決するために
なされたもので、ガウス型で楕円形の横モードのレーザ
光を入射しても、温度分布の変化を抑え、回転偏光によ
る波長変換効率の低下を確実に防止できるレーザ光波長
変換装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明にかかるレーザ波長変換装置は、 （１）レーザ光を入射してその波長を変換する非線形光
学結晶を有するレーザ光波長変換装置において、前記非
線形光学結晶内に生ずる温度分布であって前記非線形光
学結晶内の中央部から外部に向かって温度が低下する温
度分布の分布幅を該結晶内の少なくとも１方向に沿って
抑制する加熱手段を前記非線形光学結晶の外部に設け、
前記非線形光学結晶は、板状の直方体をなしており、こ
の板状の厚さ方向において対向する外表面を上面及び下
面とし、これら上・下面に直交する４つの外表面のうち
の前後方向に対向する２つの外表面を前面及び後面と
し、幅方向に対向する他の２つの外表面を側面としたと
き、 前記上面及び下面が該非線形光学結晶の屈折率楕円
体の方位を表すＸ，Ｙ，Ｚ軸のＸ，Ｙ軸を含むＸーＹ面
にほぼ垂直とされ、前記前面及び後面が前記非線形光学
結晶の最適位相整合角度方向にほぼ垂直な面とされてレ
ーザ光の入射面及び出射面とされたものであり、 前記加
熱手段は、前記対向する２つの側面から前記非線形光学
結晶を加熱することで温度分布の分布幅を該非線形光学
結晶の幅方向において抑制する少なくとも１対のヒータ
からなるとともに、 前記非線形光学結晶の厚さ方向にお
いて対向する２つの面である上・下面には、該非線形光
学結晶を冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする構
成とした。

【００１２】

【００１３】また、構成１の態様として、 （２） 構成１ のレーザ光波長変換装置において、前記
ヒータは、前記２つの側面の前記前面寄りの領域から後
面寄りの領域にかけてそれぞれ別個に設けられた複数対
のヒータで構成されているとともに、前記前面寄りの領
域に設けられたヒータの加熱量を後面寄りの領域に設け
られたヒータの加熱量に比較して大になるように設定し
たことを特徴とする構成とし、また、構成１又は２の態
様として、 （３） 構成１又は２ のレーザ光波長変換装置におい
て、前記非線形光学結晶を透過させる基準レーザ光を発
生するレーザ発生装置と、このレーザ発生装置で発生し
て前記非線形光学結晶を透過した基準レーザ光が前記非
線形光学結晶内の温度分布の変化によって受ける変位を
検出するレーザ光変位検出機構と、このレーザ光変位検
出機構による検出値と基準値とを比較して差信号を出力
する比較信号増幅器と、この比較信号増幅器からの差信
号により前記ヒータの温度を調整するヒータ駆動電源と
を備えたことを特徴とする構成とした。

【００１４】また、本発明にかかるレーザ装置は、（４） 基本波レーザ光を出射するレーザ発生装置と、
このレーザ発生装置から出射した基本波レーザ光の波長
を変換するレーザ光波長変換装置とを備えたレーザ装置
において、前記レーザ光波長変換装置が構成１ないし３
のいずれかのレーザ光波長変換装置であることを特徴と
する構成とし、この構成４の態様として、（５） 構成４ のレーザ装置において、前記レーザ発生
装置から出射した基本波レーザ光の断面形状を、非線形
光学結晶の入射面の形状に応じて整形する光学手段を前
記レーザ発生装置と非線形光学結晶との間に設けたこと
を特徴とする構成とし、さらに、構成５の態様として、（６） 構成５ のレーザ装置において、前記光学手段が
シリンドリカルレンズであることを特徴とした構成とし
た。

【００１５】

【作用】上述の構成１によれば、上記加熱手段を設けた
ことにより、非線形結晶内の少なくとも１方向に沿った
温度分布が均一化され、波長変換効率の低下が防止され
る。また、構成２によれば、板状の非線形光学結晶の幅
方向の温度分布が均一化されるから、例えば、楕円形状
の横モードを有するレーザ光がこの非線形光学結晶に入
射した場合にも温度分布による波長変換効率の低下を防
止することができる。さらに、構成３によれば、２つの
側面の前面寄りの領域から後面寄りの領域にかけて複数
対のヒータを設け、前面寄りの領域に設けたヒータの加
熱量を後面寄りの領域に設けられたヒータの加熱量に比
較して大になるように設定したことによって、前面から
後面へ進むにつれて入射レーザ光に基づく発熱による温
度上昇が低下することによって生ずる温度分布を抑制す
ることをできる。そして、構成４によれば、例えば、差
信号がゼロになるようにヒータ駆動電源からヒータに供
給する電力を制御することにより自動的に温度分布を均
一に保持することが可能になる。

【００１６】また、構成５ないし７によれば、基本波レ
ーザ光を波長変換したレーザ光を発生できるレーザ装置
を得ることができる。

【００１７】

【実施例】第１実施例 図１は本発明の第１実施例に係るレーザ光波長変換装置
及びレーザ装置の要部を示す斜視図である。

【００１８】図１において、符号１はヒートシンクで、
内部に温度を一定に保たれた冷却水が流入、流出し、後
述の非線形光学結晶２からの熱を吸収して一定温度に保
つ作用をなす。

【００１９】符号２はβ−Ｂ_a Ｂ₂ Ｏ₄ と表せる非線形
光学結晶で、この非線形光学結晶２は、板状の直方体を
なしており、この板状の厚さ方向において対向する外表
面を上面２Ａ及び下面２Ｂとし、これら上・下面に直交
する４つの外表面のうちの前後方向に対向する２つの外
表面を前面２Ｅ及び後面２Ｆとし、幅方向に対向する他
の２つの外表面を側面２Ｃ，２Ｄとしたとき、前記上面
２Ａ及び下面２Ｂが該非線形光学結晶２の屈折率楕円体
の方位を表すＸ，Ｙ，Ｚ軸のＸ，Ｙ軸を含むＸーＹ面に
ほぼ垂直であり、前面２Ｅ及び後面２Ｆが非線形光学結
晶２の最適位相整合角度方向にほぼ垂直な面とされてレ
ーザ光の入射面及び出射面とされたものである。

【００２０】したがって、この非線形光学結晶２に、最
適位相整合角度方向光軸（レーザ光入射方向）５からレ
ーザ光が入射することにより第二高調波を発生させる。
最適位相整合角度方向光軸５は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光
の２倍波で波長５３２ｎｍのレーザ光に対してＴＹＰＥ
Ｉで第二高調波発生に位相整合する角度で、非線形光学
結晶２の前・後面（入・出射面）２Ｅ，２Ｆが、この最
適位相整合角度方向光軸５に対して±５゜以内で垂直で
ある。非線形光学結晶２の各部の寸法は、前・後面２
Ｅ，２Ｆに垂直な外表面のうちの上・下面２Ａ，２Ｂの
幅Ｗ₁ が１０ｍｍ、側面２Ｃ，２Ｄの幅Ｗ₂ が３．５ｍ
ｍ、レーザ光入射方向の深さＷ₃ が７ｍｍになってい
る。また前・後面（レーザ光の入・出射面）２Ｅ，２Ｆ
（図４参照）には、５３２ｎｍ、２６６ｎｍの波長の光
に対して反射を防ぐための誘電体多層膜による無反射コ
ートが施されている。

【００２１】符号３はペルチェ素子であり、この発明の
ヒータの作用をなすもので、非線形光学結晶２内で生じ
る温度分布を解消する。このペルチェ素子３は４個設け
られ、２個づつ非線形光学結晶２の側面２Ｃ，２Ｄに貼
設されている。同一の側面２Ｃ又は２Ｄに設けられた２
つのペルチェ素子３は設定温度が独立に変化し、対向す
る２つのペルチェ素子３が一対として機能する。これ
は、前面（入射面）２Ｅから出射面２Ｆへ進むにつれて
レーザ光により発熱する温度が低下するためで、前面
（入射面）２Ｅ側のペルチェ素子３を高温に設定する。

【００２２】符号４は断熱性の支持材料で、一定温度に
冷却するためのヒートシンク１と加熱するためのペルチ
ェ素子３との間での熱伝達を防止している。また、ヒー
トシンク１と非線形光学結晶２との間及びペルチェ素子
３と非線形光学結晶２との間には、当接支持状態及び熱
伝達を良好にするために、０．５ｍｍ厚の弾性良熱電動
材料が満たされている。

【００２３】図４は本実施例に係るレーザ光波長変換装
置及びレーザ装置の全体構成を示すブロック図である。

【００２４】図４において、符号６は波長６３３ｎｍの
基準レーザ光を出力するＨｅ−Ｎｅレーザ発生装置で、
このレーザ発生装置６からの基準レーザ光を非線形光学
結晶２に透過させ、非線形光学結晶２内での温度分布の
変化による屈折率勾配を検出する。符号７はダイクロイ
ックミラーである。このダイクロイックミラー７は、非
線形光学結晶２の前・後面（入・出射面）２Ｅ，２Ｆに
面して４５゜の角度をもって配設され、波長５３２ｎｍ
及び２６６ｎｍのレーザ光を入射角度４５°で９５％以
上反射し、波長６３３ｎｍのレーザ光を８０％以上透過
するものである。

【００２５】符号８は６３３ｎｍのレーザ光のバンドパ
スフィルタ、符号９は結像レンズ、符号１０はＰＳＤ半
導体素子（位置検出型半導体検出器）で、これらバンド
パスフィルタ８，結像レンズ９及びＰＳＤ半導体素子１
０によって基準レーザ光変位検出機構が構成されてい
る。この基準レーザ光変位検出機構は、レーザ発生装置
６からの基準レーザ光が非線形光学結晶２を透過する際
に、非線形光学結晶２内での温度分布の変化によって屈
折率勾配が生じた場合に、この屈折率勾配による基準レ
ーザ光の光路の変化を検出する。

【００２６】符号１１は比較信号増幅器で、ＰＳＤ半導
体素子１０からの検出値と基準値とを比較し、これらに
ずれが生じた場合にそのずれた量に比例した大きさの差
信号を出力する。符号１２は比較信号増幅器１１からの
差信号の大きさに応じてペルチェ素子３を制御する駆動
電源で、差信号が大きい程温度分布の変化量が大きいた
め、ペルチェ素子３の温度を上昇させ、非線形光学結晶
２内の温度分布の変化量が小さくなるにつれて差信号が
小さくなり、これに伴ってペルチェ素子３の温度を低下
させる。なお、２系統のペルチェ素子３の間での温度上
昇率は、前述したように非線形光学結晶２の特性に合せ
て設定されている。

【００２７】上述の構成の装置において、いま、最大強
度１／ｅ² で、その強度の形状が長軸方向に８ｍｍ、短
軸方向に３ｍｍの楕円である横モード強度分布を有する
波長５３２ｎｍのレーザ光を、ダイクロイックミラー７
で反射させ非線形光学結晶２に入射させると、非線形光
学効果により５３２ｎｍのレーザ光の第２高調波（２倍
波）である２６６ｎｍのレーザ光を発生する。

【００２８】この場合、非線形光学結晶２内がレーザ光
及び第２高調波の吸収に起因して発熱し、ＸーＹ面に垂
直な側面２２Ａ，２２Ｂの幅方向Ｓの中央部の温度が高
く、両側が低くなると、幅方向Ｓに屈折率勾配が生じ、
レーザ発生装置６からの基準レーザ光の進行方向が変位
する。そして、この変位量をＰＳＤ半導体素子１０で検
出し、比較信号増幅器１１でＰＳＤ半導体素子１０の検
出値と基準値とを比較して差信号を駆動電源１２に出力
する。駆動電源１２では、差信号の大きさに応じてペル
チェ素子３の温度を調整し、非線形光学結晶２内での温
度分布を均一に近づけるように加熱する。これにより、
非線形光学結晶２内の各部での温度分布の変化量が小さ
くなり、比較信号増幅器１１からの差信号が小さくな
る。そして、基準レーザ光の進行変位をＰＳＤ半導体素
子１０が検出しなくなるまでペルチェ素子３の温度を調
整する。

【００２９】そして、ＰＳＤ半導体素子１０での検出値
と基準値とに差がなくなった時点で、温度分布が均一化
する。これにより、温度分布に起因して起こるＸ−Ｙ面
に平行な非線形光学結晶直方体の回転対称軸に関する入
射レーザ光の回転偏光を解消でき、波長変換の効率が低
下することがなくなる。

【００３０】図５は本実施例における非線形光学結晶の
ＸーＹ面に平行な断面における温度分布を計算によって
求めた結果を示す図であり、図６は図５の温度分布断面
の説明図である。この場合、非線形光学結晶２に約５Ｗ
の基本波レーザ光（波長５３２ｎｍ）を入射し、非線形
結晶２内で約２Ｗの２倍波（波長２６６ｎｍ）が発生し
たと仮定した。また、図７は図２に示される従来の場合
について上記と同様にして計算によって求めた温度分布
を示す図である。これらの計算結果から、本実施例によ
って非線形光学結晶２の幅方向の温度分布が著しく改善
されることがわかる。

【００３１】本実施例の装置を用い、実際に平均出力が
約５Ｗの基本波レーザ光（波長５３２ｎｍ）を入力した
ところ、平均出力２ワット以上の第２高調波（＝２倍
波；波長２６６ｎｍ）レーザ光を安定的に発生させるこ
とができた。これに対して、図２に示される従来の装置
で同様の条件で発振実験を行ったところ、得られた第２
高調波（２倍波）の出力は約１．２Ｗであった。

【００３２】なお、上述した実施例では、非線形光学結
晶２内に温度分布が生じてはじめて温度制御が開始す
る。すなわち、レーザ発生前であって非線形光学結晶に
温度分布が生じていないときは温度制御は行われない。
したがって、レーザ発生開始直後から温度制御が安定す
るまでの間は非線形光学結晶２内に温度分布が生ずる。
それゆえ、これを防止するために、例えば、レーザ発生
の際に生ずる温度分布を調べ、レーザ発生の際にこの温
度分布を解消するために必要な加熱量を予め求めておい
て、レーザ発生開始前からこの求めた加熱量で非線形光
学結晶２を予め加熱しておけば、レーザ発生開始直後か
ら非線形光学結晶２の温度分布を均一に保つことができ
る。

【００３３】また、本実施例では、ペルチェ素子３を２
組設け、非線形光学結晶２内で入射面２Ｅから出射面２
Ｆへ向けて低下する発熱温度を調整したが、１組又は３
組以上であってもよい。そして、ペルチェ素子３の個数
を増やす程、より緻密に温度調整をすることができる。

【００３４】また、本実施例では一対のペルチェ素子３
はともに同一条件で駆動電源１２によって制御されるよ
うにしたが、レーザ発生装置６、基準レーザ光変位検出
機構８，９，１０、比較信号増幅器１１及び駆動電源１
２からなるペルチェ素子３を制御する装置部分を、非線
形光学結晶２の両側に２組設け、非線形光学結晶２の両
側部分の温度変化をそれぞれ独立に検出し、非線形光学
結晶２の両側にそれぞれ設けられた一対のペルチェ素子
３を検出値に合せて独立に制御するようにしてもよい。

【００３５】さらに、レーザ発生装置６、基準レーザ光
変位検出機構８，９，１０、比較信号増幅器１１及び駆
動電源１２からなるペルチェ素子３を制御する装置部分
を、３組以上設けてもよい。これにより、さらに緻密に
温度分布を補正することができるようになる。

【００３６】第２実施例 図８は本発明の第２実施例にかかるレーザ光波長変換装
置及びレーザ装置の全体構成を示す図である。以下、図
８を参照にしながら第２実施例を説明する。なお、この
実施例は上述の第１実施例と一部共通するので、共通す
る部分には同一の符号を付して説明する。

【００３７】図８において、符号１３はＮｄ：ＹＡＧの
２倍波である波長５３２ｎｍのレーザ光（基本波レーザ
光）を出力するレーザ発生装置である。このレーザ発生
装置１３から出射したレーザ光の光路上には、順次、ダ
イクロイックミラー７１、波長５３２ｎｍに対するλ／
２板１４、シリンドリカルレンズ１５ａ、βーＢａＢ₂
Ｏ₄ からなる非線形光学結晶２、シリンドリカルレンズ
１５ｂ、ダイクロイックミラー７２及び分散プリズム２
３が配置されている。

【００３８】ダイクロイックミラー７１及び７２は、基
本波レーザ光の光路方向に対して４５°なすように配置
されており、波長５３２ｎｍのＰ偏光の光を９９％以上
透過し、波長６３３ｎｍのＳ偏光の光を８８％以上反射
するものである。ダイクロイックミラー７１は、基本波
レーザ光（波長５３２ｎｍ）は通過させる一方で、基本
波レーザ光の光路と直交する方向に配置された基準レー
ザ光の発生装置６から出射された波長６３３ｎｍの基準
レーザ光を反射し、この基準レーザ光が基本波レーザ光
の光路と平行な光路辿ってλ／２板１４、シリンドリカ
ルレンズ１５ａ、非線形光学結晶２及びシリンドリカル
レンズ１５ｂを通過するようにしてダイクロイックミラ
ー７２に至るようにする。また、ダイクロイックミラー
７２は、基本波レーザ光（波長５３２ｎｍ）は透過させ
る一方で、基準レーザ光（波長６３３ｎｍ）を反射し、
この基準レーザ光をバンドパスフィルタ８、結像レンズ
９及びＰＳＤ半導体素子で構成される基準レーザ光変位
検出機構に導くものである。

【００３９】ダイクロイックミラー７１を通過した基本
波レーザ光は、λ／２板１４によってその偏光方位が調
整され、ついで、シリンドリカルレンズ１５ａによっ
て、横モードがガウシアンでビーム断面が楕円形状にな
るように整形された後、非線形光学結晶２に入射する。
これにより、非線形光学結晶２内で基本波レーザ光の２
倍波である波長２６６ｎｍのレーザ光が発生する。した
がって、非線形光学結晶２からは基本波レーザ光ととも
にこの２倍波が出射される。これらのレーザ光はシリン
ドリカルレンズ１５ａと同じ構成のシリンドリカルレン
ズ１５ｂによって整形された後、分散プリム２３によっ
て分離され、２倍波２６が取り出される。なお、シリン
ドリカルレンズ１５ａ，１５ｂは、本発明における基本
波レーザ光の断面形状を整形する光学手段であり、焦点
距離が３００ｍｍで、表面に波長５３２ｎｍのレーザ光
に対する反射防止膜が施されている。また、非線形光学
結晶２は第１実施例と同じ構成であり、同様に４つのペ
ルチェ素子３が設けられており、図示しないがこれらペ
ルチェ素子３は同様に駆動電源によって温度制御され、
この駆動電源はＰＳＤ半導体素子１０の検出値と基準値
との差に対応して非線形光学結晶２の温度分布が均一に
なるようにペルチェ素子３に加える電力を調節するもの
である。

【００４０】この実施例によれば、平均出力５Ｗの基本
波レーザ光を加えたときに、平均出力２ｗの２倍波２６
を得ることができた。なお、ペルチェ素子３による加熱
調整を行わない従来の場合には、同じ条件で平均出力
１．２Ｗの２倍波２６しか得られなかった。

【００４１】第３実施例 図９は本発明の第３実施例にかかるレーザ光波長変換装
置及びレーザ装置の全体構成を示す図である。以下、図
９を参照にしながら第３実施例を説明する。なお、この
実施例は上述の第１実施例及び第２実施例と一部共通す
るので、共通する部分には同一の符号を付して説明す
る。

【００４２】図９において、符号１９及び２４はレーザ
共振器を構成する全反射ミラーであり、符号１７はこの
レーザ共振器内に配置され、図示しない励起光源から励
起光Ｌ0 を照射することにより波長１０６４ｎｍのレー
ザ光を出射するＮｄ：ＹＡＧレーザロッドである。さら
に、符号１８はＱスイッチ素子、符号２０はダイクロイ
ックシリンドリカルミラー、符号２５はＫＴＰ結晶から
なる非線形光学結晶である。なお、符号２，６，８，
９，１０は上記第１及び第２実施例の場合と同じであ
る。

【００４３】Ｑスイッチ素子１８はレーザ共振器内のＱ
値をスイッチングすることにより波長１０６４ｎｍのパ
ルスレーザを発振させるものである。また、ダイクロイ
ックシリンドリカルミラー２０は、１０６４ｎｍのレー
ザ光をそのビーム断面形状を整形しながら全反射し、一
方、波長５３２ｎｍ及び２６６ｎｍのレーザ光は透過す
るもので、Ｎｄ：ＹＡＧレーザロッド１７から出射した
波長１０６４ｎｍのレーザ光を折り返して非線形光学結
晶２及び２５を通過させ、全反射ミラー２４に導き、全
反射ミラー１９との間で往復させる。

【００４４】非線形光学結晶２５は波長１０６４ｎｍの
レーザ光が入射されるとその２倍波である波長５３２ｎ
ｍのレーザ光を発生するものである。この非線形光学結
晶２５で発生した波長５３２ｎｍのレーザ光（本発明に
おける基本波レーザ光）が非線形光学結晶２に入射する
とその２倍波である波長２６６ｎｍのレーザ光が発生す
る。ここで、非線形光学結晶２５の内部に生ずる温度分
布はそれほど大きな問題とならないが、非線形光学結晶
２内に生ずる温度分布は、波長２６６ｎｍのレーザ光の
発生効率に大きく影響する。それゆえ、この実施例にお
いても上述の各実施例と同様に、非線形光学結晶２の両
側面にペルチェ素子３を設けて同様の温度制御を行う。
この場合、基準レーザ光は、全反射ミラー２４を波長６
３３ｎｍのレーザ光を透過するダイクロイックシリンド
リカルミラーで構成し、該全反射ミラー２４の外部に配
置したレーザ発生装置６から出射させ、全反射ミラー２
４を透過させて導く。全反射ミラー２４を透過した基準
レーザ光は、非線形光学結晶２５を透過した後、非線形
光学結晶２を透過して温度分布に応じた変位を受け、つ
いで、ダイクロイックシリンドリカルミラー２０を透過
して分散プリズム２３に至り、この分散プリズム２３に
よって所定の角度方向を変えられてＰＳＤ半導体素子１
０でその変位が検出される。なお、検出された変位に基
づいてペルチェ素子３の温度制御がなされることは上述
の各実施例と同じである。

【００４５】一方、非線形光学結晶２で発生した波長２
６６ｎｍのレーザ光は、波長５３２ｎｍのレーザ光とと
もにダイクロイックシリンドリカルミラー２０を透過し
て分散プリズム２３に至るが、該分散プリズムによって
波長５３２ｎｍのレーザ光から分離されて取り出され
る。

【００４６】この実施例では、非線形光学結晶２５から
発生される波長５３２ｎｍのレーザ光の出力が平均約１
０Ｗである場合に、平均出力が約２Ｗの波長２６６ｎｍ
のレーザ光が得られた。これに対して、同様の条件で、
非線形光学結晶２の温度を制御しない場合には、波長２
６６ｎｍのレーザ光の出力は１．２Ｗ程度しか得られな
かった。

【００４７】なお、上述の実施例において、レーザビー
ムの横モードの整形に第２実施例ではシリンドリカルレ
ンズを用い、第３実施例ではシリンドリカルミラーを用
いたが、これらの代わりに、例えば、アナモルフィック
プリズムやアナモルフィックプリズムペア等のアナモル
フィック光学素子を用いてもよい。

【００４８】また、上述の各実施例では、非線形光学結
晶２として、βーＢａＢ₂ Ｏ₄ を用いたが、この代わり
に、例えば、ＫＤＰ、ＫＤ＊Ｐ、ＮＹＡＢ等の結晶を用
いてもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明にかかるレ
ーザ光波長変換装置及びレーザ装置によれば、非線形光
学結晶内に生ずる温度分布であって前記非線形光学結晶
内の中央部から外部に向かって温度が低下する温度分布
の分布幅を該結晶内の少なくとも１方向に沿って抑制す
る加熱手段を前記非線形光学結晶の外部に設けたことに
より、温度分布に起因する波長変換効率の低下を確実に
防止し、高い出力の波長変換レーザ光を安定的に得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかるレーザ光波長変換
装置及びレーザ装置の主要部を示す斜視図である。

【図２】従来のレーザ光波長変換装置の主要部を示す斜
視図である。

【図３】非線形光学結晶内部での温度分布を示す説明図
である。

【図４】本発明の第１実施例にかかるレーザ光波長変換
装置及びレーザ装置の全体構成を示すブロック図であ
る。

【図５】第１実施例における非線形光学結晶の断面の温
度分布を示す図である。

【図６】温度分布断面の説明図である。

【図７】従来例における非線形光学結晶の断面の温度分
布を示す図である。

【図８】第２実施例の全体構成を示すブロック図であ
る。

【図９】第３実施例の全体構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１…ヒートシンク、２…非線形光学結晶、３…ペルチェ
素子、４…断熱保持部材、５…最適位相整合角度方向光
軸、６…基準レーザ発生装置、７，７１，７２…ダイク
ロイックミラー、８…バンドパスフィルタ、９…結像レ
ンズ、１０…ＰＳＤ半導体素子、１１…比較信号増幅
器、１２…駆動電源、１３…基本波レーザ光発生装置、
１４…λ／２板、１５ａ，１５ｂ…シリンドリカルレン
ズ、１７…Ｎｄ：ＹＡＧレーザロッド、１８…Ｑスイッ
チ素子、１９，２４…全反射ミラー、２０…ダイクロイ
ックシリンドリカルミラー、２３…分散プリズム、２５
…ＫＴＰ非線形光学結晶。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を入射してその波長を変換する
   非線形光学結晶を有するレーザ光波長変換装置におい
   て、 前記非線形光学結晶内に生ずる温度分布であって前記非
   線形光学結晶内の中央部から外部に向かって温度が低下
   する温度分布の分布幅を該結晶内の少なくとも１方向に
   沿って抑制する加熱手段を前記非線形光学結晶の外部に
   設け、 前記非線形光学結晶は、板状の直方体をなしており、こ
   の板状の厚さ方向において対向する外表面を上面及び下
   面とし、これら上・下面に直交する４つの外表面のうち
   の前後方向に対向する２つの外表面を前面及び後面と
   し、幅方向に対向する他の２つの外表面を側面としたと
   き、 前記上面及び下面が該非線形光学結晶の屈折率楕円体の
   方位を表すＸ，Ｙ，Ｚ軸のＸ，Ｙ軸を含むＸーＹ面にほ
   ぼ垂直とされ、前記前面及び後面が前記非線形光学結晶
   の最適位相整合角度方向にほぼ垂直な面とされてレーザ
   光の入射面及び出射面とされたものであり、 前記加熱手段は、前記対向する２つの側面から前記非線
   形光学結晶を加熱することで温度分布の分布幅を該非線
   形光学結晶の幅方向において抑制する少なくとも１対の
   ヒータからなるとともに、 前記非線形光学結晶の厚さ方向において対向する２つの
   面である上・下面には、該非線形光学結晶を冷却する冷
   却手段を設けたことを 特徴とするレーザ光波長変換装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のレーザ光波長変換装置
   において、 前記ヒータは、前記２つの側面の前記前面寄りの領域か
   ら後面寄りの領域にかけてそれぞれ別個に設けられた複
   数対のヒータで構成されているとともに、 前記前面寄りの領域に設けられたヒータの加熱量を後面
   寄りの領域に設けられたヒータの加熱量に比較して大に
   なるように設定したことを特徴とするレーザ光波長変換
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のレーザ光波長変
   換装置において、 前記非線形光学結晶を透過させる基準レーザ光を発生す
   るレーザ発生装置と、 このレーザ発生装置で発生して前記非線形光学結晶を透
   過した基準レーザ光が前記非線形光学結晶内の温度分布
   の変化によって受ける変位を検出するレーザ光変位検出
   機構と、 このレーザ光変位検出機構による検出値と基準値とを比
   較して差信号を出力する比較信号増幅器と、 この比較信号増幅器からの差信号により前記ヒータの温
   度を調整するヒータ駆動電源とを備えたことを特徴とす
   るレーザ光波長変換装置。
4. 【請求項４】 基本波レーザ光を出力するレーザ発生装
   置と、 このレーザ発生装置から出射した基本波レーザ光の波長
   を変換するレーザ光波長変換装置とを備えたレーザ装置
   において、 前記レーザ光波長変換装置が請求項１ないし３のいずれ
   かに記載のレーザ光波長変換装置であることを特徴とす
   るレーザ装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のレーザ装置において、 前記レーザ発生装置から出射した基本波レーザ光の断面
   形状を、非線形光学結晶の入射面の形状に応じて整形す
   る光学手段を前記レーザ発生装置と非線形光学結晶との
   間に設けたことを特徴とするレーザ装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のレーザ装置において、 前記光学手段がシリンドリカルレンズであることを特徴
   としたレーザ装置。