JP3428437B2 - Wavelength converter - Google Patents

Wavelength converter

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JP3428437B2
JP3428437B2 JP15822998A JP15822998A JP3428437B2 JP 3428437 B2 JP3428437 B2 JP 3428437B2 JP 15822998 A JP15822998 A JP 15822998A JP 15822998 A JP15822998 A JP 15822998A JP 3428437 B2 JP3428437 B2 JP 3428437B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光等の所定
波長の光を非線形光学結晶に入射させて高調波(第2高
調波、第3高調波、第4高調波等)を発生させ波長変換
を行う波長変換装置、例えば、第2高調波発生(SH
G)装置や2波以上の電磁波の和周波、差周波を合成す
るパラメトリック発振器等に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the generation of a harmonic (a second harmonic, a third harmonic, a fourth harmonic, etc.) by injecting light of a predetermined wavelength such as laser light into a non-linear optical crystal to generate a wavelength. A wavelength conversion device that performs conversion, for example, second harmonic generation (SH
G) A device, a parametric oscillator for synthesizing a sum frequency and a difference frequency of two or more electromagnetic waves, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、短波長の光(特にコヒーレント
光)を利用する技術、例えば、半導体製造に係るリソグ
ラフィ装置や3次元物体モデルを形成する光造形装置等
において、紫外線レーザ光の光源が利用されている。こ
の紫外線レーザ光の光源としては、例えばエキシマレー
ザ装置等が用いられているが、エキシマレーザ装置は反
応性の高いハロゲンガスを使用するため保守等の取扱い
が面倒であるとともに高コストであるという問題があっ
た。
2. Description of the Related Art In recent years, a light source of ultraviolet laser light has been used in a technology utilizing short-wavelength light (especially coherent light), for example, in a lithography apparatus for semiconductor manufacturing or a stereolithography apparatus for forming a three-dimensional object model. Has been done. As a light source of this ultraviolet laser light, for example, an excimer laser device or the like is used, but since the excimer laser device uses a halogen gas having high reactivity, it is troublesome to handle such as maintenance and the cost is high. was there.

【0003】この対策として、非線形光学結晶をSHG
(Second Harmonic Generation)として用いて短波長光
を得る技術が提案されている。例えば、Nd:YAGレ
ーザのレーザ光(1064nm)を基本波として複数の
非線形光学結晶に入射して第2高調波(532nm)を
発生させ、1/2波長の光を得る光高調波発生技術が知
られている。
As a countermeasure against this, a nonlinear optical crystal is SHG.
(Second Harmonic Generation) has been proposed as a technique for obtaining short wavelength light. For example, there is an optical harmonic generation technique in which laser light (1064 nm) of an Nd: YAG laser is used as a fundamental wave and is incident on a plurality of nonlinear optical crystals to generate a second harmonic (532 nm) to obtain light of 1/2 wavelength. Are known.

【0004】非線形光学結晶における高調波への波長変
換効率は、主に材料そのものの物性定数によって決定さ
れるものであって、波長変換効率を向上させるために
は、光源側で工夫する方法、例えば、入射する光のパワ
ー密度を増加させたり、光のビーム形状を変形(楕円状
に)させたりする等の方法や、材料側で工夫する方法、
すなわち材料自体の性質に関するものとして温度や圧力
を結晶に施して位相整合を行う等の方法がある。
The wavelength conversion efficiency to a harmonic in a non-linear optical crystal is mainly determined by the physical constants of the material itself, and in order to improve the wavelength conversion efficiency, a method devised on the light source side, for example, , A method such as increasing the power density of incident light or deforming the beam shape of light (elliptical), a method devised on the material side,
That is, there is a method of performing phase matching by applying temperature or pressure to the crystal as a property of the material itself.

【0005】しかしながら、これらによる波長変換効率
の向上には、以下の理由によって限界があった。上記非
線形光学結晶では、入射角と結晶との配置において分散
(波長に対する屈折率)が等価になるような位相整合角
を満足するように設定する必要があるが、材料の複屈折
性に起因する正常光線と異常光線とのウォーク・オフ分
離が生じるために結晶の有効長に一定の限界が生じるこ
とが知られている。
However, there is a limit to the improvement of the wavelength conversion efficiency due to these reasons for the following reasons. In the above nonlinear optical crystal, it is necessary to set so as to satisfy a phase matching angle such that dispersion (refractive index with respect to wavelength) becomes equivalent in the arrangement of the incident angle and the crystal. It is known that there is a certain limit on the effective length of the crystal due to the walk-off separation between the normal ray and the extraordinary ray.

【0006】すなわち、非線形光学結晶内を透過する基
本波(レーザ光)は、常光線として伝播するが、発生し
た高調波は異常光線として伝播するため、複屈折によっ
て基本波と異なる方向へ伝播され、基本波と高調波の重
なり部分が次第に小さくなるウォーク・オフ現象が生じ
てしまう問題がある。このウォーク・オフ現象によっ
て、高調波の発生する領域に寄与するための領域が少な
くなり、波長変換の効率が低下してしまい高い強度の高
調波を得ることが困難となる。
That is, the fundamental wave (laser light) that passes through the nonlinear optical crystal propagates as an ordinary ray, but the generated harmonic wave propagates as an extraordinary ray, and therefore propagates in a direction different from the fundamental wave due to birefringence. However, there is a problem that a walk-off phenomenon occurs in which the overlapping portion of the fundamental wave and the harmonic becomes gradually smaller. Due to this walk-off phenomenon, the area for contributing to the area where harmonics are generated is reduced, and the efficiency of wavelength conversion is reduced, making it difficult to obtain high-intensity harmonics.

【0007】このため、従来、例えば、図7に示すよう
に、一対の非線形光学結晶、すなわち第1の非線形光学
結晶C1および第2の非線形光学結晶C2を用いて、互
いの結晶のc軸(光学軸)を入射する光L1の進行方向
中心に反転するように配置することで、発生する高調波
H1、H2のウォーク・オフによる影響を補償するよう
にした波長変換技術が提案されている。
Therefore, conventionally, for example, as shown in FIG. 7, a pair of non-linear optical crystals, that is, a first non-linear optical crystal C1 and a second non-linear optical crystal C2 are used, and the c-axis ( There has been proposed a wavelength conversion technique in which the optical axis) is arranged so as to be inverted with respect to the center of the traveling direction of the incident light L1, thereby compensating the influence of the walk-off of the generated harmonics H1 and H2.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記波
長変換技術では、以下のような課題が残されていた。す
なわち、非線形光学結晶に入射される光は、一定のビー
ム径を有しているので、図8の(a)(b)に示すよう
に、最初に光L1が入射する第1の非線形光学結晶C1
で発生した高調波H1と次に光L1が入射する第2の非
線形光学結晶C2で発生した高調波H2とでは、出射端
において互いにずれた状態となってしまう。したがっ
て、このような一対の非線形光学結晶を用いても、実際
には、ウォーク・オフによる影響を完全に補償すること
ができないため、高強度の高調波を得ることができなか
った。
However, the above-mentioned wavelength conversion technique has the following problems. That is, since the light incident on the nonlinear optical crystal has a constant beam diameter, as shown in (a) and (b) of FIG. C1
The harmonic H1 generated in 1 and the harmonic H2 generated in the second nonlinear optical crystal C2 on which the light L1 is incident next are shifted from each other at the exit end. Therefore, even if such a pair of nonlinear optical crystals is used, the effect of walk-off cannot be completely compensated in practice, so that high-intensity harmonics cannot be obtained.

【0009】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、ウォーク・オフによる影響を低減して高い変換効率
で高調波を得ることができる波長変換装置を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a wavelength conversion device capable of reducing the influence of walk-off and obtaining harmonics with high conversion efficiency.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために以下の構成を採用した。すなわち、請求項
1記載の波長変換装置では、直列に配置され所定波長の
光を一端側から入射させ透過させて高調波光を発生する
3以上の非線形光学結晶からなる結晶ユニットを備え、
該結晶ユニットの各非線形光学結晶は、それぞれの結晶
におけるc軸の方向を前記光の進行方向に対して交互に
反転させて配されるとともに、最初に光が入射される第
1の結晶と該第1の結晶の次に光が入射される第2の結
晶と該第2の結晶以降に光が順次入射される非線形光学
結晶の光路同一結晶群とから構成され、該光路同一結晶
群の各非線形光学結晶は、c軸の方向が同一である前記
第1の結晶または前記第2の結晶のいずれか一方の結晶
と同一の結晶長に設定されている技術が採用される。
The present invention has the following features to attain the object mentioned above. That is, in the wavelength conversion device according to claim 1, a crystal unit, which is arranged in series and includes three or more nonlinear optical crystals that generate harmonic light by allowing light having a predetermined wavelength to enter from one end side and transmit the light,
Each nonlinear optical crystal of the crystal unit is arranged such that the direction of the c-axis in each crystal is alternately inverted with respect to the traveling direction of the light, and the first crystal to which light is first incident and The first crystal includes a second crystal to which light is incident next, and a non-linear optical crystal to which light is sequentially incident after the second crystal. For the nonlinear optical crystal, a technique is adopted in which the crystal length is set to be the same as that of either the first crystal or the second crystal having the same c-axis direction.

【0011】この波長変換装置では、光路同一結晶群の
各非線形光学結晶が、c軸の方向が同一である第1の結
晶または第2の結晶のいずれか一方の結晶と同一の結晶
長に設定されているので、光路同一結晶群の各非線形光
学結晶で発生する高調波光は、同一の結晶長となる第1
の結晶または第2の結晶で発生した高調波光と全く同一
の光路を通ることになる。例えば、4個の非線形光学結
晶を直列に配列した場合、3個目の非線形光学結晶で発
生する高調波光が第1の結晶で発生する高調波光と同一
の光路に、また4個目の非線形光学結晶で発生する高調
波光が第2の結晶で発生する高調波光と同一の光路にな
る。すなわち、光路同一結晶群において、ウォーク・オ
フ補償が可能となって波長変換効率が向上し、高強度の
高調波光を得ることができる。
In this wavelength converter, each of the nonlinear optical crystals in the same optical path crystal group is set to the same crystal length as either one of the first crystal and the second crystal having the same c-axis direction. Therefore, the harmonic light generated in each nonlinear optical crystal of the same crystal group in the optical path has the same crystal length as the first harmonic light.
Will pass through exactly the same optical path as that of the harmonic light generated in the second crystal or the second crystal. For example, when four nonlinear optical crystals are arranged in series, the harmonic light generated in the third nonlinear optical crystal is in the same optical path as the harmonic light generated in the first crystal, and the fourth nonlinear optical crystal The harmonic light generated in the crystal has the same optical path as the harmonic light generated in the second crystal. That is, in the crystal group having the same optical path, the walk-off compensation can be performed, the wavelength conversion efficiency can be improved, and high-intensity harmonic light can be obtained.

【0012】請求項2記載の波長変換装置では、請求項
1記載の波長変換装置において、前記第1の結晶と前記
第2の結晶とは、第1の結晶で発生した高調波光と第2
の結晶で発生した高調波光とが第2の結晶の他端側で少
なくとも一部が重なり合う結晶長にそれぞれ設定され、
前記結晶ユニットの各非線形光学結晶の間隔は、それぞ
れの非線形光学結晶で発生した高調波光の位相が整合す
る距離に設定されている技術が採用される。
According to a second aspect of the present invention, in the wavelength converter of the first aspect, the first crystal and the second crystal are the harmonic light generated in the first crystal and the second crystal.
And the harmonic light generated in the crystal of the second crystal is set to a crystal length in which at least a part of the second crystal overlaps with the other crystal,
A technique is adopted in which the distance between the nonlinear optical crystals of the crystal unit is set to a distance at which the phases of the harmonic light generated in the respective nonlinear optical crystals match.

【0013】この波長変換装置では、結晶ユニットの各
非線形光学結晶の間隔が、それぞれの非線形光学結晶で
発生した高調波光の位相が整合する距離に設定されてい
るので、それぞれの高調波光が互いに重なり合う部分に
おいて強め合い、さらに変換効率が向上する。
In this wavelength conversion device, the intervals between the nonlinear optical crystals of the crystal unit are set to the distances at which the phases of the harmonic lights generated in the respective nonlinear optical crystals are matched, so that the harmonic lights overlap each other. The parts strengthen each other and further improve the conversion efficiency.

【0014】請求項3記載の波長変換装置では、請求項
1記載の波長変換装置において、前記第1の結晶と前記
第2の結晶とは、第1の結晶で発生した高調波光と第2
の結晶で発生した高調波光とが第2の結晶の他端側で少
なくとも一部が重なり合う結晶長にそれぞれ設定され、
前記結晶ユニットの各非線形光学結晶の結晶間は、真空
状態とされている技術が採用される。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the wavelength conversion device according to the first aspect, wherein the first crystal and the second crystal are the harmonic light generated in the first crystal and the second crystal.
And the harmonic light generated in the crystal of the second crystal is set to a crystal length in which at least a part of the second crystal overlaps with the other crystal,
A technique is used in which a vacuum state is maintained between the crystals of each nonlinear optical crystal of the crystal unit.

【0015】この波長変換装置では、結晶ユニットの各
非線形光学結晶の結晶間が真空状態とされているので、
結晶間における導波媒体が無分散であり結晶間距離によ
る位相への影響がなくなって、位相整合を別個に調整し
なくてもそれぞれの高調波光が互いに重なり合う部分に
おいて強め合い、さらに変換効率が向上する。
In this wavelength conversion device, since the crystals of the nonlinear optical crystals of the crystal unit are in a vacuum state,
The waveguiding medium between crystals is non-dispersive, and the influence of the distance between crystals on the phase is eliminated, so that the harmonic light beams strengthen each other without adjusting the phase matching separately, further improving the conversion efficiency. To do.

【0016】請求項4記載の波長変換装置では、請求項
1記載の波長変換装置において、前記第1の結晶と前記
第2の結晶とは、第1の結晶で発生した高調波光と第2
の結晶で発生した高調波光とが第2の結晶の他端側で少
なくとも一部が重なり合う結晶長にそれぞれ設定され、
前記結晶ユニットの各非線形光学結晶の結晶間に、それ
ぞれの非線形光学結晶で発生した高調波光の位相を整合
させる複屈折媒体が配設されている技術が採用される。
A wavelength converter according to a fourth aspect is the wavelength converter according to the first aspect, wherein the first crystal and the second crystal are the harmonic light generated in the first crystal and the second light.
And the harmonic light generated in the crystal of the second crystal is set to a crystal length in which at least a part of the second crystal overlaps with the other crystal,
A technique in which a birefringent medium for matching the phase of the harmonic light generated in each nonlinear optical crystal is arranged between the crystals of each nonlinear optical crystal of the crystal unit is adopted.

【0017】この波長変換装置では、結晶ユニットの各
非線形光学結晶の結晶間にそれぞれの非線形光学結晶で
発生した高調波光の位相を整合させる複屈折媒体が配設
されているので、結晶間の分散を所定の複屈折媒体(例
えば、方解石)によって意図的に調整して位相整合を図
り、それぞれの高調波光が互いに重なり合う部分におい
て強め合い、さらに波長変換効率が向上する。
In this wavelength converter, a birefringent medium for matching the phase of the harmonic light generated in each of the nonlinear optical crystals is arranged between the crystals of the nonlinear optical crystals of the crystal unit, so that the dispersion between the crystals is dispersed. Is intentionally adjusted by a predetermined birefringent medium (for example, calcite) to achieve phase matching, strengthen each other at the portions where the respective harmonic lights overlap with each other, and further improve the wavelength conversion efficiency.

【0018】請求項5記載の波長変換装置では、請求項
1から4のいずれかに記載の波長変換装置において、前
記光が順次入射可能に複数の前記結晶ユニットが直列に
配置され、前記各結晶ユニットで発生した高調波光だけ
を結晶ユニット毎に前記光から分光器で分離して取り出
す高調波光分離手段が設けられている技術が採用され
る。
A wavelength converter according to a fifth aspect is the wavelength converter according to any one of the first to fourth aspects, in which a plurality of the crystal units are arranged in series so that the light can be sequentially incident, and each of the crystals. A technique is adopted in which only the harmonic light generated in the unit is provided for each crystal unit, and a harmonic light separating means is provided for separating the light from the light by a spectroscope.

【0019】この波長変換装置では、各結晶ユニットで
発生した高調波光だけを結晶ユニット毎に前記光から分
光器で分離して取り出す高調波光分離手段が設けられて
いるので、発生した高調波光を、次の結晶ユニットに入
射されて内部で減衰する前に、出力を維持した状態で取
り出すことができる。
Since this wavelength conversion device is provided with a harmonic light separating means for extracting only the harmonic light generated in each crystal unit from the light for each crystal unit by a spectroscope, the generated harmonic light is It can be taken out while maintaining the output before being incident on the next crystal unit and being internally attenuated.

【0020】請求項6記載の波長変換装置では、請求項
5記載の波長変換装置において、前記高調波光分離手段
により前記結晶ユニット毎に取り出された各高調波光を
一つに統合する高調波統合手段が設けられている技術が
採用される。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the wavelength conversion device according to the fifth aspect of the present invention, in which the harmonic light integrating means integrates the harmonic light beams extracted by the crystal unit by the harmonic light separating means into one. Is adopted.

【0021】この波長変換装置では、高調波光分離手段
により結晶ユニット毎に取り出された各高調波光を一つ
に統合する高調波統合手段が設けられているので、各高
調波光の合成波として高出力の高調波光を得ることがで
きる。
In this wavelength conversion device, since the harmonic light unifying means for unifying the respective harmonic light extracted for each crystal unit by the harmonic light separating means into one is provided, a high output as a combined wave of the respective harmonic light is provided. It is possible to obtain higher harmonic light.

【0022】請求項7記載の波長変換装置では、請求項
6記載の波長変換装置において、前記高調波光分離手段
により前記結晶ユニット毎に取り出された各高調波光を
互いに異なる偏光方位に変換する高調波偏光変換手段が
設けられている技術が採用される。
A wavelength converter according to a seventh aspect is the wavelength converter according to the sixth aspect, wherein a harmonic wave for converting each of the harmonic lights extracted for each crystal unit by the harmonic light separating means into polarization directions different from each other. The technology in which the polarization conversion means is provided is adopted.

【0023】この波長変換装置では、高調波光分離手段
により結晶ユニット毎に取り出された各高調波光を互い
に異なる偏光方位に変換する高調波偏光変換手段が設け
られているので、高調波偏光変換手段によって各高調波
光が互いに異なる偏光方位に変換した後に一つに統合さ
れることから、統合時に互いに相殺され難く、より高出
力の高調波の合成波を得ることができる。すなわち、各
高調波光の偏光方位が同一である場合は、各高調波光が
互いに光路長の相違によって位相差を生じているため
に、統合時に互い弱めあって合成波の出力が低下してし
まうが、本発明では、統合時に各高調波光の偏光方向が
互いに相違するため、位相差による影響が大幅に低減さ
れる。
Since this wavelength conversion device is provided with the harmonic polarization conversion means for converting the respective harmonic lights extracted for each crystal unit by the harmonic light separation means into polarization directions different from each other, the harmonic polarization conversion means Since the respective harmonic lights are converted into polarization directions different from each other and then integrated into one, it is difficult for the harmonic lights to cancel each other at the time of integration, and it is possible to obtain a higher-harmonic composite wave. That is, when the polarization directions of the respective harmonic lights are the same, since the respective harmonic lights generate a phase difference due to the difference in the optical path lengths, they weaken each other at the time of integration and the output of the composite wave decreases. In the present invention, since the polarization directions of the respective harmonic lights are different from each other at the time of integration, the influence of the phase difference is significantly reduced.

【0024】請求項8記載の波長変換装置では、請求項
6記載の波長変換装置において、前記各結晶ユニットに
順次入射して透過させる前記光を結晶ユニット毎に互い
に異なる偏光方位に変換させる光偏光変換手段が設けら
れている技術が採用される。
The wavelength converter according to claim 8 is the wavelength converter according to claim 6, wherein the light incident on the crystal units and transmitted therethrough is converted into polarization directions different from each other. The technology in which the conversion means is provided is adopted.

【0025】この波長変換装置では、各結晶ユニットに
順次入射して透過させる前記光を結晶ユニット毎に互い
に異なる偏光方位に変換させる光偏光変換手段が設けら
れているので、各結晶ユニットで発生する高調波光はそ
れぞれ異なる偏光方位となり、統合時において、位相差
による影響が大幅に低減され、高出力の高調波光を得る
ことができる。
Since this wavelength conversion device is provided with a light polarization conversion means for converting the above-mentioned light sequentially incident on and transmitted through each crystal unit into different polarization directions for each crystal unit, it is generated in each crystal unit. The harmonic lights have different polarization directions, and when integrated, the influence of the phase difference is significantly reduced, and high-power harmonic lights can be obtained.

【0026】請求項9記載の波長変換装置では、請求項
1から8のいずれかに記載の波長変換装置において、前
記非線形光学結晶は、Li247である技術が採用さ
れる。
According to a ninth aspect of the wavelength conversion apparatus, in the wavelength conversion apparatus according to any of the first to eighth aspects, the nonlinear optical crystal is Li 2 B 4 O 7 .

【0027】この波長変換装置では、非線形光学結晶が
耐損傷しきい値が比較的高いLi247であるので、
熱的に損傷し難く高出力のレーザ光を入射させることが
できる。また、上記Li247では、ウォーク・オフ
現象が比較的小さく、いわゆるウォーク・オフ角が小さ
いため、高調波の発生に有効に寄与する領域が広くなっ
て高調波発生効率が向上する。
In this wavelength converter, since the nonlinear optical crystal is Li 2 B 4 O 7 having a relatively high damage resistance threshold,
High-power laser light that is hard to be thermally damaged can be made incident. In addition, since the walk-off phenomenon is relatively small and the so-called walk-off angle is small in Li 2 B 4 O 7 , the region that effectively contributes to the generation of harmonics is widened and the harmonic generation efficiency is improved. .

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る波長変換装置
の第1実施形態を図1から図5を参照しながら説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A first embodiment of a wavelength conversion device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5.

【0029】第1実施形態の波長変換装置1は、図1に
示すように、波長532nmのYAG2倍波2を放出す
るレーザ装置3と、直列に配置されYAG2倍波(レー
ザ光)2を一端側から入射させ透過させて第1のYAG
4倍波(高調波光)4Aおよび第2のYAG4倍波(高
調波光)4Bを発生させるための第1の結晶ユニット5
Aおよび第2の結晶ユニット5Bと、各結晶ユニットで
発生した第1のYAG4倍波4Aおよび第2のYAG4
倍波4Bだけを結晶ユニット毎にYAG2倍波2から第
1のYAG4倍波セパレータ(分光器)6Aおよび第2
のYAG4倍波セパレータ(分光器)6Bで分離して取
り出す高調波光分離手段7と、高調波光分離手段7によ
り結晶ユニット毎に取り出された各YAG4倍波を一つ
に統合する高調波統合手段8と、高調波光分離手段7に
より結晶ユニット毎に取り出された各YAG4倍波を互
いに異なる偏光方位に変換する高調波偏光変換手段9と
を備えている。
As shown in FIG. 1, the wavelength conversion device 1 of the first embodiment includes a laser device 3 for emitting a YAG second harmonic wave 2 having a wavelength of 532 nm and a YAG second harmonic wave (laser light) 2 arranged in series. The first YAG is made incident from the side and transmitted.
First crystal unit 5 for generating fourth harmonic wave (harmonic light) 4A and second YAG fourth harmonic wave (harmonic light) 4B
A and the second crystal unit 5B, and the first YAG4 harmonic 4A and the second YAG4 generated in each crystal unit.
For each crystal unit, only the harmonic wave 4B is applied to the YAG second harmonic wave 2 to the first YAG fourth harmonic wave separator (spectrometer) 6A and the second harmonic wave 4B.
Harmonic light separating means 7 for separating and extracting by the YAG fourth harmonic wave separator (spectrometer) 6B, and harmonic integrating means 8 for integrating each YAG fourth harmonic wave extracted for each crystal unit by the harmonic light separating means 7 into one. And a harmonic polarization conversion means 9 for converting each YAG fourth harmonic extracted by each crystal unit by the harmonic light separation means 7 into polarization directions different from each other.

【0030】前記レーザ装置3は、Nd:YAGレーザ
(図示せず)で発生させた波長1064nmのレーザ光
をLBO(Li247)結晶(図示せず)に入射させ
て第2高調波である波長532nmのYAG2倍波2を
発生させるものである。このYAG2倍波2は、波長変
換装置1における基本波とされる。
The laser device 3 causes a laser beam having a wavelength of 1064 nm generated by an Nd: YAG laser (not shown) to be incident on an LBO (Li 2 B 4 O 7 ) crystal (not shown) to generate a second harmonic. A YAG second harmonic wave 2 having a wavelength of 532 nm, which is a wave, is generated. This YAG second harmonic 2 is a fundamental wave in the wavelength conversion device 1.

【0031】第1の結晶ユニット5Aおよび第2の結晶
ユニット5Bは、図2に示すように、直列に配置されY
AG2倍波2を一端側から入射させ透過させてYAG4
倍波を発生する4つの非線形光学結晶、すなわち、図3
に示すように、それぞれの結晶におけるc軸の方向cを
YAG2倍波2の進行方向Xに対して所定の角度θをも
って交互に反転させて配されるとともに、最初にYAG
2倍波2が入射される第1の結晶5aと該第1の結晶5
aの次にYAG2倍波2が入射される第2の結晶5bと
該第2の結晶5b以降にYAG2倍波2が順次入射され
る第3の結晶5cおよび第4の結晶5dからなる光路同
一結晶群10とからそれぞれ構成されている。さらに、
該光路同一結晶群10の第3の結晶5cおよび第4の結
晶5dは、第1の結晶5aおよび第2の結晶5bと同一
の結晶長lに設定されている。
The first crystal unit 5A and the second crystal unit 5B are arranged in series as shown in FIG.
YAG4
Four nonlinear optical crystals that generate harmonics, that is, FIG.
As shown in FIG. 5, the c-axis direction c in each crystal is alternately inverted with respect to the traveling direction X of the YAG second harmonic wave 2 at a predetermined angle θ, and the
First crystal 5a on which the second harmonic wave 2 is incident and first crystal 5a
The same optical path as that of the second crystal 5b to which the YAG second harmonic wave 2 is incident after a and the third crystal 5c and the fourth crystal 5d to which the YAG second harmonic wave 2 is sequentially incident after the second crystal 5b. And a crystal group 10. further,
The third crystal 5c and the fourth crystal 5d of the same optical path crystal group 10 are set to have the same crystal length l as the first crystal 5a and the second crystal 5b.

【0032】第1の結晶ユニット5Aおよび第2の結晶
ユニット5Bにおける第1,第2、第3および第4の結
晶5a、5b、5c、5dは、それぞれLBO(Li2
4 7)結晶であり、YAG2倍波2の光路上に直列配
置されている。前記第1のYAG4倍波セパレータ6A
は、第1の結晶ユニット5Aと第2の結晶ユニット5B
との間のYAG2倍波2の光路上に配され、第2のYA
G4倍波セパレータ6Bは、第2の結晶ユニット5Bの
他端側におけるYAG2倍波2の光路上に配されてい
る。
First crystal unit 5A and second crystal
The first, second, third and fourth connections in the unit 5B
Crystals 5a, 5b, 5c and 5d are LBO (Li2
BFourO 7) It is a crystal and is arranged in series on the optical path of the YAG second harmonic wave 2.
It is placed. The first YAG fourth harmonic separator 6A
Is a first crystal unit 5A and a second crystal unit 5B.
Is arranged on the optical path of the YAG second harmonic wave 2 between
The G4 harmonic separator 6B is the same as that of the second crystal unit 5B.
It is arranged on the optical path of the YAG second harmonic 2 at the other end.
It

【0033】なお、各非線形光学結晶の結晶長lに対す
る変換効率(4倍波出力/2倍波入力)の特性は、図4
に示すように、一定の結晶長(lx)を越えると一定と
なってしまうため、第1、第2、第3および第4の結晶
5a、5b、5c、5dの結晶長lは、変換効率が結晶
長lの二乗および一乗で比例する領域内である結晶長l
xまでの範囲内に設定される。すなわち、変換効率が高
い領域の結晶長を用いて変換効率の向上を図るためであ
る。
The conversion efficiency (4th harmonic output / 2nd harmonic input) with respect to the crystal length l of each nonlinear optical crystal is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the crystal length l of the first, second, third and fourth crystals 5a, 5b, 5c and 5d becomes constant when the crystal length (lx) is exceeded. Is within a region proportional to the square and the square of the crystal length l
It is set within the range up to x. That is, this is to improve the conversion efficiency by using the crystal length of the region where the conversion efficiency is high.

【0034】また、第1の結晶5aと第2の結晶5bと
は、第1の結晶5aで発生したYAG4倍波4aと第2
の結晶5bで発生したYAG4倍波4bとが第2の結晶
5bの他端側で少なくとも一部が重なり合う結晶長lに
それぞれ設定されている。さらに、第1の結晶ユニット
5Aおよび第2の結晶ユニット5Bにおける各非線形光
学結晶の間隔d1、d2、d3は、それぞれの非線形光
学結晶で発生した高調波の位相が整合する距離に設定さ
れている。
The first crystal 5a and the second crystal 5b are the second harmonic 4a of the YAG generated in the first crystal 5a and the second crystal 4a.
And the YAG fourth harmonic wave 4b generated in the crystal 5b is set to a crystal length l at which at least a part of the second crystal 5b overlaps with the other side of the second crystal 5b. Further, the distances d1, d2, d3 between the nonlinear optical crystals in the first crystal unit 5A and the second crystal unit 5B are set to distances in which the phases of the harmonics generated in the respective nonlinear optical crystals are matched. .

【0035】第1のYAG4倍波セパレータ6Aおよび
第2のYAG4倍波セパレータ6Bは、第1の結晶ユニ
ット5Aおよび第2の結晶ユニット5Bで発生した第1
のYAG4倍波4Aおよび第2のYAG4倍波4B(Y
AG2倍波の第2高調波:波長266nm)をそれぞれ
YAG2倍波2から分離してその光路を変更させて外部
に取り出すものである。
The first YAG fourth harmonic wave separator 6A and the second YAG fourth harmonic wave separator 6B are composed of the first crystal unit 5A and the second crystal unit 5B.
YAG fourth harmonic 4A and second YAG fourth harmonic 4B (Y
The second harmonic of the AG second harmonic: the wavelength of 266 nm is separated from the YAG second harmonic 2 and the optical path thereof is changed to be extracted to the outside.

【0036】前記高調波偏光変換手段9は、第2のYA
G4倍波セパレータ6Bによって分離された第2のYA
G4倍波4Bの光路上に配されたλ/2水晶波長板11
を備えている。該λ/2水晶波長板11は、第2のYA
G4倍波4Bを透過させる際に、その偏光方位を90゜
回転させるものである。
The harmonic polarization conversion means 9 includes a second YA
Second YA separated by G4 harmonic separator 6B
Λ / 2 crystal wave plate 11 arranged on the optical path of the G4 harmonic 4B
Is equipped with. The λ / 2 crystal wave plate 11 is a second YA
When transmitting the G4 harmonic wave 4B, the polarization direction is rotated by 90 °.

【0037】前記高調波統合手段8は、第1のYAG4
倍波セパレータ6Aによって分離された第1のYAG4
倍波4Aの光路を変更する第3のYAG4倍波セパレー
タ6Cと、該第3のYAG4倍波セパレータ6Cからの
第1のYAG4倍波4Aと第2のYAG4倍波セパレー
タ6Bからの第2のYAG4倍波4Bとの光路が交差す
る位置に配された偏光ビームスプリッタ12とを備えて
いる。該偏光ビームスプリッタ12は、互いに偏光方位
が直交する第1のYAG4倍波4Aと第2のYAG4倍
波4Bとを統合して合成波13を生じさせるものであ
る。
The harmonics integrating means 8 is the first YAG 4
First YAG 4 separated by the harmonic separator 6A
A third YAG fourth harmonic wave separator 6C for changing the optical path of the fourth harmonic wave 4A, a first YAG fourth harmonic wave 4A from the third YAG fourth harmonic wave separator 6C, and a second YAG fourth harmonic wave separator 6B from the second YAG fourth harmonic wave separator 6B. The polarization beam splitter 12 is provided at a position where the optical path of the YAG fourth harmonic 4B intersects. The polarization beam splitter 12 integrates a first YAG fourth harmonic 4A and a second YAG fourth harmonic 4B whose polarization directions are orthogonal to each other to generate a composite wave 13.

【0038】次に、第1実施形態の波長変換装置1にお
ける光の波長変換方法について説明する。
Next, the wavelength conversion method of light in the wavelength conversion device 1 of the first embodiment will be described.

【0039】まず、レーザ装置3から縦波のみの偏波で
ある波長532nmのYAG2倍波2を出射させ、第1
の結晶ユニット5Aにその一端側から入射させる。この
とき、YAG2倍波2がまず第1の結晶5aに入射する
と、図2および図5の(a)に示すように、YAG4倍
波4aが一定のウォーク・オフ角をもって発生し、他端
側から出射される。次に、YAG2倍波2およびYAG
4倍波4aが第2の結晶5bに入射すると、図2および
図5の(b)に示すように、第1の結晶5aの場合に対
して正負が逆になったウォーク・オフ角をもってYAG
4倍波4bが発生し、他端側からYAG2倍波2ととも
に出射される。
First, the laser device 3 emits a YAG second harmonic wave 2 having a wavelength of 532 nm, which is a polarization of only a longitudinal wave, and the first
The light is incident on the crystal unit 5A from one end side thereof. At this time, when the YAG second harmonic wave 2 first enters the first crystal 5a, as shown in FIGS. 2 and 5 (a), the YAG fourth harmonic wave 4a is generated with a constant walk-off angle, and the other end side Is emitted from. Next, YAG second harmonic 2 and YAG
When the fourth harmonic wave 4a is incident on the second crystal 5b, as shown in FIGS. 2 and 5 (b), the YAG has a walk-off angle whose sign is opposite to that of the case of the first crystal 5a.
The fourth harmonic wave 4b is generated and emitted from the other end side together with the YAG second harmonic wave 2.

【0040】この時点で、YAG4倍波4aとYAG4
倍波4bとは、一部が重なった状態でずれて第2の結晶
5bから出射され、透過したYAG2倍波2とともに次
の第3の結晶5cに入射する。そして、第3の結晶5c
に入射したYAG2倍波2の一部は、図2および図5の
(c)に示すように、第1の結晶5aのときと同様のウ
ォーク・オフ角をもってYAG4倍波4aと同一の光路
でYAG4倍波4cに変換される。すなわち、第3の結
晶5c内において、YAG4倍波4aとYAG4倍波4
cとが重なって導波され、他端側から重なり合って出射
される。なお、第3の結晶5cでは、YAG4倍波4b
もYAG4倍波4cと同様のウォーク・オフ角をもって
導波される。
At this point, the YAG fourth harmonic 4a and the YAG4
The second harmonic wave 4b is shifted from the second crystal 5b in a partially overlapped state, and is incident on the next third crystal 5c together with the transmitted YAG second harmonic wave 2. And the third crystal 5c
As shown in FIGS. 2 and 5C, a part of the YAG second harmonic wave 2 incident on the same optical path as that of the YAG fourth harmonic wave 4a has the same walk-off angle as that of the first crystal 5a. Converted to YAG fourth harmonic 4c. That is, in the third crystal 5c, the YAG fourth harmonic 4a and the YAG fourth harmonic 4
c is superposed and guided, and is superposed and emitted from the other end side. In the third crystal 5c, the YAG fourth harmonic 4b
Is also guided with a walk-off angle similar to that of the YAG fourth harmonic 4c.

【0041】さらに、第3の結晶5cから出射されたY
AG4倍波4a、4b、4cおよびYAG2倍波2は、
第4の結晶5dに入射し、図2および図5の(d)に示
すように、YAG2倍波2の一部は、第2の結晶5bの
ときと同様のウォーク・オフ角をもってYAG4倍波4
bと同一の光路でYAG4倍波4dに変換される。な
お、第4の結晶5dでは、YAG4倍波4a、4cもY
AG4倍波4dと同様のウォーク・オフ角をもって導波
される。
Further, Y emitted from the third crystal 5c
The AG fourth harmonic 4a, 4b, 4c and the YAG second harmonic 2 are
After being incident on the fourth crystal 5d, as shown in FIGS. 2 and 5 (d), a part of the YAG second harmonic wave 2 has a walk-off angle similar to that of the second crystal 5b, and thus the YAG fourth harmonic wave is generated. Four
It is converted into a YAG fourth harmonic 4d in the same optical path as b. In the fourth crystal 5d, the YAG fourth harmonics 4a and 4c are also Y
The wave is guided with a walk-off angle similar to that of the AG fourth harmonic 4d.

【0042】したがって、第4の結晶5dの他端側から
は、YAG4倍波4a、4b、4c、4dからなるYA
G4倍波4Aおよび透過したYAG2倍波2が出射され
る。このとき、YAG4倍波4aおよびYAG4倍波4
c、またYAG4倍波4bおよびYAG4倍波4dは、
完全に重なり合って出射されるとともに、YAG4倍波
4a、4cとYAG4倍波4b、4dとは、一部が重な
り合った状態で出射される。
Therefore, from the other end side of the fourth crystal 5d, the YA consisting of the YAG fourth harmonic waves 4a, 4b, 4c and 4d is formed.
The G4 harmonic wave 4A and the transmitted YAG second harmonic wave 2 are emitted. At this time, the YAG fourth harmonic 4a and the YAG fourth harmonic 4
c, and the YAG fourth harmonic 4b and the YAG fourth harmonic 4d are
The YAG fourth harmonic waves 4a and 4c and the YAG fourth harmonic waves 4b and 4d are emitted in a state where they are partially overlapped and emitted.

【0043】また、互いに重なり合った部分でYAG4
倍波の位相差が生じないように各結晶間距離d1、d
2、d3が調整されているので、互いに干渉して強め合
うとともに、4つのYAG4倍波の重なり合いによって
出射端から高い強度のビームを得ることができる。この
ようにして、第1の結晶ユニット5A内でYAG2倍波
2の一部が波長266nmの第1のYAG4倍波4Aに
変換され、該第1のYAG4倍波4AはYAG2倍波2
とともに他端側から出射される。
In addition, YAG4
The inter-crystal distances d1 and d are set so that the phase difference of harmonics does not occur.
Since 2 and d3 are adjusted, it is possible to obtain a high-intensity beam from the exit end by the interference of the four YAG fourth harmonics and the mutual interference of the two and d3. In this way, a part of the YAG second harmonic wave 2 is converted into the first YAG fourth harmonic wave 4A having the wavelength of 266 nm in the first crystal unit 5A, and the first YAG fourth harmonic wave 4A is converted into the YAG second harmonic wave 2A.
And is emitted from the other end side.

【0044】なお、第1のYAG4倍波4Aは、YAG
2倍波2の偏光方位に対して90゜回転した状態で横波
のみの偏波として出射される。そして、第1のYAG4
倍波4AおよびYAG2倍波2は、第1のYAG4倍波
セパレータ6Aに入射され、第1のYAG4倍波4Aが
YAG2倍波2から分離され光路が変更される。
The first YAG fourth harmonic 4A is the YAG
It is emitted as a polarized wave of only the transverse wave in a state rotated by 90 ° with respect to the polarization direction of the second harmonic wave 2. And the first YAG4
The second harmonic wave 4A and the second harmonic wave YAG 2 are incident on the first YAG fourth harmonic wave separator 6A, the first YAG fourth harmonic wave 4A is separated from the YAG second harmonic wave 2, and the optical path is changed.

【0045】次に、第1のYAG4倍波セパレータ6A
を透過したYAG2倍波2は、第2の結晶ユニット5B
にその一端側から入射されるとともに、第1の結晶ユニ
ット5Aと同様に、第2の結晶ユニット5B内で第1、
第2、第3および第4の結晶5a、5b、5c、5dに
よって、YAG2倍波2の一部が波長266nmの第2
のYAG4倍波4Bに変換され、該第2のYAG4倍波
4BはYAG2倍波2とともに他端側から出射される。
なお、第2のYAG4倍波4Bは、YAG2倍波2の偏
光方位に対して90゜回転した状態で横波のみの偏波と
して出射される。
Next, the first YAG fourth harmonic separator 6A
YAG second harmonic wave 2 transmitted through the second crystal unit 5B
Is incident on one end side of the second crystal unit 5B in the same manner as the first crystal unit 5A.
Due to the second, third and fourth crystals 5a, 5b, 5c and 5d, a part of the YAG second harmonic 2 has a second wavelength of 266 nm.
Is converted into the YAG fourth harmonic 4B, and the second YAG fourth harmonic 4B is emitted from the other end side together with the YAG second harmonic 2.
It should be noted that the second YAG fourth harmonic 4B is emitted as a polarization of only the transverse wave in a state of being rotated by 90 ° with respect to the polarization direction of the YAG second harmonic 2.

【0046】そして、第2のYAG4倍波4BおよびY
AG2倍波2は、第2のYAG4倍波セパレータ6Bに
入射され、第2のYAG4倍波4BがYAG2倍波2か
ら分離され光路が変更される。さらに、この第2のYA
G4倍波4Bは、λ/2水晶波長板11を透過するとと
もに、この際に偏光方位が90゜回転させられ、縦波の
偏波に変換される。
Then, the second YAG fourth harmonic 4B and Y
The AG 2nd harmonic wave 2 is incident on the second YAG 4th harmonic wave separator 6B, the second YAG 4th harmonic wave 4B is separated from the YAG 2nd harmonic wave 2, and the optical path is changed. Furthermore, this second YA
The G4 harmonic 4B is transmitted through the λ / 2 crystal wave plate 11, and the polarization azimuth is rotated by 90 ° at this time to be converted into a longitudinal polarized wave.

【0047】前記第1のYAG4倍波4Aは、第3のY
AG4倍波セパレータ6Cによって光路が変更され偏光
ビームスプリッタ12に入射される。一方、偏光方位が
回転させられた前記第2のYAG4倍波4Bも、偏光ビ
ームスプリッタ12に入射される。したがって、偏光ビ
ームスプリッタ12内で、互いに偏光方位が直交する横
波の第1のYAG4倍波4Aと縦波の第2のYAG4倍
波4Bとが統合され、波長266nmの合成波13が偏
光ビームスプリッタ12から出射される。
The first YAG fourth harmonic 4A has a third Y
The optical path is changed by the AG quadruple wave separator 6C and is incident on the polarization beam splitter 12. On the other hand, the second YAG fourth harmonic 4B whose polarization direction is rotated is also incident on the polarization beam splitter 12. Therefore, in the polarization beam splitter 12, the transverse first YAG fourth harmonic 4A and the longitudinal second YAG fourth harmonic 4B whose polarization directions are orthogonal to each other are integrated, and the composite wave 13 of the wavelength 266 nm is integrated into the polarization beam splitter. It is emitted from 12.

【0048】この波長変換装置1では、光路同一結晶群
10の第3の結晶5cおよび第4の結晶5dが、c軸の
方向がそれぞれ同一である第1の結晶5aおよび第2の
結晶5bと同一の結晶長lに設定されているので、光路
同一結晶群10の第3の結晶5cおよび第4の結晶5d
で発生するYAG4倍波4c、4dは、同一の結晶長と
なる第1の結晶5aおよび第2の結晶5bで発生するY
AG4倍波4a、4bと全く同一の光路を通ることにな
る。すなわち、光路同一結晶群10において、ウォーク
・オフ補償が可能となって波長変換効率が向上し、高強
度のYAG4倍波を得ることができる。
In the wavelength conversion device 1, the third crystal 5c and the fourth crystal 5d of the same optical path crystal group 10 are the same as the first crystal 5a and the second crystal 5b having the same c-axis direction. Since the same crystal length l is set, the third crystal 5c and the fourth crystal 5d of the same optical path crystal group 10 are formed.
YAG fourth harmonics 4c and 4d generated in Y are generated in the first crystal 5a and the second crystal 5b having the same crystal length.
The light passes through exactly the same optical path as the AG fourth harmonics 4a and 4b. That is, in the crystal group 10 having the same optical path, walk-off compensation can be performed, wavelength conversion efficiency can be improved, and a high-strength YAG fourth harmonic wave can be obtained.

【0049】そして、第1の結晶ユニット5Aおよび第
2の結晶ユニット5Bの各非線形光学結晶の結晶間距離
(間隔)d1、d2、d3が、それぞれの非線形光学結
晶で発生したYAG4倍波の位相が整合する距離に設定
されているので、それぞれのYAG4倍波が互いに重な
り合う部分において強め合い、さらに変換効率が向上す
る。
The inter-crystal distances (distances) d1, d2 and d3 of the respective nonlinear optical crystals of the first crystal unit 5A and the second crystal unit 5B are the phases of the YAG fourth harmonic generated in the respective nonlinear optical crystals. Are set to match each other, so that the YAG fourth harmonics are strengthened at a portion where they overlap each other, and the conversion efficiency is further improved.

【0050】また、直列に配置させた第1の結晶ユニッ
ト5Aおよび第2の結晶ユニット5Bの一端側からYA
G2倍波2を入射して順次各結晶ユニットを透過させる
とともに各結晶ユニットで第1のYAG4倍波4Aおよ
び第2のYAG4倍波4Bを順に発生させているので、
基本波であるYAG2倍波2は分割されず第1の結晶ユ
ニット5Aで第1のYAG4倍波4Aに変換されるとと
もに次の第2の結晶ユニット5Bに入射されることとな
り、一つの基本波を元に入射順に高い変換効率で第2高
調波が発生する。
In addition, from the first crystal unit 5A and the second crystal unit 5B arranged in series, one end side of YA
Since the G2 overtone 2 is made incident and sequentially transmitted through each crystal unit, and each crystal unit sequentially generates the first YAG fourth overtone 4A and the second YAG fourth overtone 4B,
The YAG second harmonic 2 which is the fundamental wave is not divided and is converted into the first YAG fourth harmonic wave 4A by the first crystal unit 5A and is incident on the second crystal unit 5B, which is one fundamental wave. The second harmonic is generated with high conversion efficiency in the order of incidence.

【0051】さらに、各結晶ユニットで発生したYAG
4倍波だけを結晶ユニット毎にYAG2倍波からYAG
4倍波セパレータで分離して取り出すので、発生した第
1のYAG4倍波4Aを、次の第2の結晶ユニット5B
に入射されて内部で減衰する前に、出力を維持した状態
で取り出すことができる。
Furthermore, YAG generated in each crystal unit
YAG from the second harmonic to YAG for each crystal unit
Since it is separated by the fourth harmonic wave separator and taken out, the generated first YAG fourth harmonic wave 4A is transferred to the next second crystal unit 5B.
It can be taken out while maintaining the output before it is incident on and attenuated internally.

【0052】また、結晶ユニット毎に取り出された各Y
AG4倍波を一つに統合するので、各YAG4倍波の合
成波13として高出力の第2高調波を得ることができ
る。そして、結晶ユニット毎に取り出された各YAG4
倍波を互いに異なる偏光方位に変換した後に一つに統合
するので、位相差による影響が大幅に低減され、統合時
に互いに相殺され難く、より高出力のYAG4倍波の合
成波13を得ることができる。
Further, each Y extracted for each crystal unit
Since the AG 4th harmonic is integrated into one, a high-output second harmonic can be obtained as the composite wave 13 of each YAG 4th harmonic. Then, each YAG4 taken out for each crystal unit
Since the harmonics are converted into polarization directions different from each other and then integrated into one, the influence of the phase difference is significantly reduced, it is difficult for the harmonics to cancel each other during integration, and a higher output YAG fourth harmonic composite wave 13 can be obtained. it can.

【0053】次に、本発明に係る波長変換装置の第2実
施形態を図6を参照しながら説明する。
Next, a second embodiment of the wavelength conversion device according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0054】第2実施形態の波長変換装置21は、図6
に示すように、波長532nmのYAG2倍波2を放出
するレーザ装置3と、直列に配置されYAG2倍波2を
一端側から入射させ透過させて第1のYAG4倍波4A
および第2のYAG4倍波4Bを発生する第1の結晶ユ
ニット5Aおよび第2の結晶ユニット5Bと、各結晶ユ
ニットで発生したYAG4倍波だけを結晶ユニット毎に
YAG2倍波2から第1のYAG4倍波セパレータ(分
光器)6Aおよび第2のYAG4倍波セパレータ(分光
器)6Bで分離して取り出す高調波光分離手段7と、高
調波光分離手段7により結晶ユニット毎に取り出された
各YAG4倍波を一つに統合する高調波統合手段8と、
各結晶ユニットに順次入射して透過させるYAG2倍波
2を結晶ユニット毎に互いに異なる偏光方位に変換させ
る光偏光変換手段22を備えている。
The wavelength conversion device 21 of the second embodiment is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, a laser device 3 that emits a YAG second harmonic wave 2 having a wavelength of 532 nm and a YAG second harmonic wave 2 that is arranged in series are made incident from one end side to be transmitted therethrough and the first YAG fourth harmonic wave 4A
And a first crystal unit 5A and a second crystal unit 5B that generate a second YAG fourth harmonic wave 4B, and only the YAG fourth harmonic wave generated in each crystal unit from the YAG second harmonic wave 2 to the first YAG4. Harmonic light separating means 7 separated and taken out by the harmonic wave separator (spectrometer) 6A and the second YAG 4th harmonic wave separator (spectrometer) 6B, and each YAG 4th harmonic wave taken out for each crystal unit by the harmonic light separating means 7 Harmonic unifying means 8 for unifying
An optical polarization conversion means 22 is provided for converting the YAG second harmonic wave 2 which is sequentially incident on and transmitted through each crystal unit into different polarization directions for each crystal unit.

【0055】なお、前記レーザ装置3、第1の結晶ユニ
ット5A、第2の結晶ユニット5B、高調波光分離手段
7(第1のYAG4倍波セパレータ6Aおよび第2のY
AG4倍波セパレータ6B)および高調波統合手段8
(第3のYAG4倍波セパレータ6Cおよび偏光ビーム
スプリッタ12)は、第1実施形態における波長変換装
置1のものと同様のものである。
The laser device 3, the first crystal unit 5A, the second crystal unit 5B, the harmonic light separation means 7 (the first YAG fourth harmonic wave separator 6A and the second Y unit).
AG 4th harmonic separator 6B) and harmonic integration means 8
The (third YAG fourth harmonic separator 6C and the polarization beam splitter 12) is the same as that of the wavelength conversion device 1 in the first embodiment.

【0056】前記光偏光変換手段22は、レーザ装置3
と第1の結晶ユニット5Aとの間のYAG2倍波2の光
路上に配され該YAG2倍波2の偏光方位を90゜回転
させる第1のλ/2水晶波長板22Aと、第3のYAG
4倍波セパレータ6Cと偏光ビームスプリッタ12との
間の第1のYAG4倍波4Aの光路上に配され該第1の
YAG4倍波4Aの偏光方位を90゜回転させる第2の
λ/2水晶波長板22Bとを備えている。
The light polarization conversion means 22 is the laser device 3
And the first crystal unit 5A between the YAG second harmonic 2 and the first λ / 2 crystal wave plate 22A for rotating the polarization direction of the YAG second harmonic 2 by 90 °, and the third YAG.
A second λ / 2 crystal arranged on the optical path of the first YAG fourth harmonic 4A between the fourth harmonic separator 6C and the polarization beam splitter 12 and rotating the polarization direction of the first YAG fourth harmonic 4A by 90 °. And a wave plate 22B.

【0057】次に、第2実施形態の波長変換装置21に
おける光の波長変換方法について説明する。
Next, a wavelength conversion method of light in the wavelength conversion device 21 of the second embodiment will be described.

【0058】まず、レーザ装置3から縦波のみの偏波で
ある波長532nmのYAG2倍波2を出射させ、第1
のλ/2水晶波長板22Aに入射させる。このとき、Y
AG2倍波2は、その偏光方位が90゜回転させられ横
波のみの偏波に変換させられる。この後、偏光変換され
たYAG2倍波2は、第1の結晶ユニット5Aにその一
端側から入射し、第1、第2、第3および第4の結晶5
a、5b、5c、5dによって、YAG2倍波2の一部
が波長266nmの第1のYAG4倍波4Aに変換さ
れ、該第1のYAG4倍波4AはYAG2倍波2ととも
に他端側から出射される。
First, the laser device 3 emits a YAG second harmonic wave 2 having a wavelength of 532 nm, which is a polarization of only a longitudinal wave, and the first
It is incident on the λ / 2 crystal wave plate 22A. At this time, Y
The polarization azimuth of the second harmonic wave 2 of AG is rotated by 90 ° and converted into the polarized wave of only the transverse wave. Thereafter, the polarization-converted YAG second harmonic wave 2 is incident on the first crystal unit 5A from one end side thereof, and the first, second, third, and fourth crystals 5
By a, 5b, 5c, 5d, a part of the YAG second harmonic wave 2 is converted into the first YAG fourth harmonic wave 4A having a wavelength of 266 nm, and the first YAG fourth harmonic wave 4A is emitted from the other end side together with the YAG second harmonic wave 2. To be done.

【0059】なお、第1のYAG4倍波4Aは、YAG
2倍波2の偏光方位に対して90゜回転した状態で縦波
のみの偏波として出射される。そして、第1のYAG4
倍波4AおよびYAG2倍波2は、第1のYAG4倍波
セパレータ6Aに入射され、第1のYAG4倍波4Aが
YAG2倍波2から分離され光路が変更される。
It should be noted that the first YAG fourth harmonic 4A is a YAG
It is emitted as a polarized wave of only the longitudinal wave in a state of being rotated by 90 ° with respect to the polarization direction of the second harmonic wave 2. And the first YAG4
The second harmonic wave 4A and the second harmonic wave YAG 2 are incident on the first YAG fourth harmonic wave separator 6A, the first YAG fourth harmonic wave 4A is separated from the YAG second harmonic wave 2, and the optical path is changed.

【0060】次に、第1のYAG4倍波セパレータ6A
を透過したYAG2倍波2は、第2の結晶ユニット5B
にその一端側から入射されるとともに、第1の結晶ユニ
ット5Aと同様に、第2の結晶ユニット5B内でYAG
2倍波2の一部が波長266nmの第2のYAG4倍波
4Bに変換され、該第2のYAG4倍波4BはYAG2
倍波2とともに他端側から出射される。なお、第2のY
AG4倍波4Bは、YAG2倍波2の偏光方位に対して
90゜回転した状態で縦波のみの偏波として出射され
る。
Next, the first YAG fourth harmonic separator 6A
YAG second harmonic wave 2 transmitted through the second crystal unit 5B
To the YAG in the second crystal unit 5B in the same manner as in the first crystal unit 5A.
A part of the second harmonic wave 2 is converted into a second YAG fourth harmonic wave 4B having a wavelength of 266 nm, and the second YAG fourth harmonic wave 4B is converted to YAG2.
It is emitted from the other end side together with the harmonic wave 2. The second Y
The AG fourth harmonic 4B is emitted as a polarized wave of only a longitudinal wave in a state of being rotated by 90 ° with respect to the polarization direction of the YAG second harmonic 2.

【0061】そして、第2のYAG4倍波4BおよびY
AG2倍波2は、第2のYAG4倍波セパレータ6Bに
入射され、第2のYAG4倍波4BがYAG2倍波2か
ら分離され光路が変更されて偏光ビームスプリッタ12
に入射される。
Then, the second YAG fourth harmonic 4B and Y
The AG 2nd harmonic wave 2 is incident on the second YAG 4th harmonic wave separator 6B, the second YAG 4th harmonic wave 4B is separated from the YAG 2nd harmonic wave 2, the optical path is changed, and the polarization beam splitter 12 is inserted.
Is incident on.

【0062】一方、前記第1のYAG4倍波4Aは、第
3のYAG4倍波セパレータ6Cによって光路が変更さ
れるとともに第2のλ/2水晶波長板22Bに入射され
る。このとき、第1のYAG4倍波4Aは、その偏光変
位が90゜回転させられて再び横波の偏波に変換され
る。さらに、この第2のYAG4倍波4Bは、第2のλ
/2水晶波長板22Bを透過するとともに、この際に偏
光方位が90゜回転させられ、縦波の偏波に変換され
る。
On the other hand, the first YAG fourth harmonic wave 4A has its optical path changed by the third YAG fourth harmonic wave separator 6C and is incident on the second λ / 2 crystal wave plate 22B. At this time, the polarization displacement of the first YAG fourth harmonic wave 4A is rotated by 90 ° and is converted again into the transverse wave polarization. In addition, the second YAG fourth harmonic 4B has a second λ
While passing through the / 2 crystal wave plate 22B, the polarization azimuth is rotated by 90 ° at this time, and is converted into a longitudinal polarized wave.

【0063】この後、偏光変換された第2のYAG4倍
波4Bは、偏光ビームスプリッタ12に入射される。し
たがって、偏光ビームスプリッタ12内で、横波の第1
のYAG4倍波4Aと縦波の第2のYAG4倍波4Bと
が統合され、波長266nmの合成波13が偏光ビーム
スプリッタ12から出射される。
After that, the polarization-converted second YAG fourth harmonic 4B is incident on the polarization beam splitter 12. Therefore, in the polarization beam splitter 12, the first shear wave
The YAG fourth harmonic 4A and the longitudinal second YAG fourth harmonic 4B are integrated, and the combined wave 13 having a wavelength of 266 nm is emitted from the polarization beam splitter 12.

【0064】この波長変換装置21では、第1実施形態
の波長変換装置1と同様に、直列に配置させた第1の結
晶ユニット5Aおよび第2の結晶ユニット5Bの一端側
からYAG2倍波2を入射して順次各結晶ユニットを透
過させるとともに各結晶ユニットで第1のYAG4倍波
4Aおよび第2のYAG4倍波4Bを順に発生させてい
るので、基本波であるYAG2倍波2は分割されず第1
の結晶ユニット5Aで第1のYAG4倍波4Aに変換さ
れるとともに次の第2の結晶ユニット5Bに入射される
こととなり、一つの基本波を元に入射順に高い変換効率
で高調波が発生する。
In the wavelength converter 21, the YAG second harmonic wave 2 is applied from one end side of the first crystal unit 5A and the second crystal unit 5B arranged in series, as in the wavelength converter 1 of the first embodiment. Since the first YAG fourth harmonic 4A and the second YAG fourth harmonic 4B are sequentially generated in each crystal unit after being incident and sequentially transmitted through each crystal unit, the fundamental YAG second harmonic 2 is not divided. First
Will be converted into the first YAG fourth harmonic wave 4A by the crystal unit 5A and will be incident on the next second crystal unit 5B, and harmonics will be generated with high conversion efficiency in the order of incidence based on one fundamental wave. .

【0065】また、各結晶ユニットで発生したYAG4
倍波だけを結晶ユニット毎にYAG2倍波からYAG4
倍波セパレータで分離して取り出すので、発生した第1
のYAG4倍波4Aを、次の第2の結晶ユニット5Bに
入射されて内部で減衰する前に、出力を維持した状態で
取り出すことができる。そして、結晶ユニット毎に取り
出された各YAG4倍波を一つに統合するので、各YA
G4倍波の合成波13として高出力の高調波を得ること
ができる。
In addition, YAG4 generated in each crystal unit
YAG2 to YAG4 for each crystal unit
Since it is separated and taken out by the harmonic separator, the first
The YAG fourth harmonic wave 4A can be taken out in a state where the output is maintained before the YAG fourth harmonic wave 4A is incident on the next second crystal unit 5B and is internally attenuated. Then, since each YAG fourth harmonic extracted for each crystal unit is integrated into one, each YA
High-output harmonics can be obtained as the G4 harmonic composite wave 13.

【0066】さらに、各結晶ユニットに順次入射して透
過させるYAG2倍波2を結晶ユニット毎に互いに異な
る偏光方位に変換した後に入射させるので、各結晶ユニ
ットで発生する第2高調波光は、それぞれ異なる偏光方
位となる。したがって、統合時において、位相差による
影響が大幅に低減され、高出力のYAG4倍波の合成波
13を得ることができる。
Further, since the YAG second harmonic wave 2 which is sequentially incident on and transmitted through each crystal unit is converted into a different polarization direction for each crystal unit and then is incident, the second harmonic light generated in each crystal unit is different. It becomes the polarization direction. Therefore, at the time of integration, the influence of the phase difference is significantly reduced, and the high-output YAG fourth harmonic composite wave 13 can be obtained.

【0067】なお、本発明は、次のような実施形態をも
含むものである。 (1)上記各実施形態では、第1、第2の結晶ユニット
5A、5Bにおける第1、第2、第3および第4の結晶
5a、5b、5c、5dで発生したYAG4倍波4a、
4b、4c、4dの位相整合を行うために、各結晶間距
離を調整しているが、他の位相整合手段として、各結晶
間を真空状態としても構わない。すなわち、各結晶間が
真空状態とされているので、結晶間における導波媒体が
無分散であり結晶間距離による位相への影響がなくなっ
て、位相整合を別個に調整しなくてもそれぞれのYAG
4倍波が互いに重なり合う部分において強め合い、さら
に変換効率を向上させることができる。
The present invention also includes the following embodiments. (1) In each of the above embodiments, the YAG fourth harmonic wave 4a generated in the first, second, third and fourth crystals 5a, 5b, 5c and 5d in the first and second crystal units 5A and 5B,
In order to perform the phase matching of 4b, 4c, and 4d, the distance between the crystals is adjusted, but other phase matching means may be used in a vacuum state between the crystals. That is, since the crystals are in a vacuum state, the waveguide medium between the crystals is non-dispersive, and the influence of the inter-crystal distance on the phase is eliminated, so that each YAG can be adjusted without separately adjusting the phase matching.
It is possible to reinforce each other in a portion where the fourth harmonic waves overlap each other, and further improve the conversion efficiency.

【0068】(2)また、別の位相整合手段として、各
結晶間に第1、第2、第3、第4の結晶5a、5b、5
c、5dで発生したYAG4倍波4a、4b、4c、4
dの位相を整合させる複屈折媒体を配設しても構わな
い。すなわち、結晶間の分散を方解石等の所定の複屈折
媒体によって意図的に調整して位相整合を図り、それぞ
れのYAG4倍波が互いに重なり合う部分において強め
合い、さらに波長変換効率を向上させることができる。
この場合、位相整合の調整は、配設する複屈折媒体の種
類、厚さおよび配置等によって行われる。
(2) As another phase matching means, the first, second, third and fourth crystals 5a, 5b, 5 are provided between the respective crystals.
YAG 4th harmonics 4a, 4b, 4c, 4
A birefringent medium that matches the phase of d may be provided. That is, it is possible to intentionally adjust the dispersion between crystals by a predetermined birefringent medium such as calcite to achieve phase matching, to strengthen each other at the portions where the respective fourth harmonics of YAG overlap each other, and further improve the wavelength conversion efficiency. .
In this case, the adjustment of the phase matching is performed depending on the type, thickness and arrangement of the birefringent medium to be arranged.

【0069】(3)第1、第2、第3および第4の結晶
5a、5b、5c、5dは、それぞれ同一の結晶長lに
設定したが、第1の結晶5aと第3の結晶5cとの一対
の結晶長が同一であるとともに、第2の結晶5bと第4
の結晶5dとの一対の結晶長が同一であれば、両対同士
の結晶長が同一でなくても構わない。すなわち、第1の
結晶5aと第3の結晶5cとが結晶長l1に設定され、
第2の結晶5bと第4の結晶5dとが結晶長l1と異な
る結晶長l2に設定されてもよい。したがって、直列に
配列された非線形光学結晶のうち、ひとつおきの非線形
光学結晶同士において、結晶長が同一となるように設定
すればよい。
(3) The first, second, third and fourth crystals 5a, 5b, 5c and 5d are set to have the same crystal length l, but the first crystal 5a and the third crystal 5c And the second crystal 5b and the fourth crystal have the same crystal length.
If the crystal length of the pair of crystals is the same as that of the crystal 5d, the crystal lengths of the two pairs may not be the same. That is, the first crystal 5a and the third crystal 5c are set to the crystal length l1,
The second crystal 5b and the fourth crystal 5d may be set to a crystal length l2 different from the crystal length l1. Therefore, among the nonlinear optical crystals arranged in series, every other nonlinear optical crystal may be set to have the same crystal length.

【0070】(4)非線形光学結晶として、Li24
7を用いたが、他の非線形光学結晶でも構わない。例え
ば、従来から用いられている非線形光学結晶として、L
iB 35、KTP、KNbO3、KDP等でもよい。な
お、前述したように、Li2 47は熱的特性およびウ
ォーク・オフ角等の点で優れている。
(4) As a nonlinear optical crystal, Li2BFourO
7However, other nonlinear optical crystals may be used. example
For example, as a conventionally used nonlinear optical crystal, L
iB 3OFive, KTP, KNbO3, KDP or the like. Na
As mentioned above, Li2B FourO7Are thermal characteristics and
Excellent in terms of fork / off angle.

【0071】(5)基本波として波長532nmのYA
G2倍波を用いて、波長266nmのYAG4倍波を発
生させる波長変換を行ったが、他の波長の基本波を用い
ても構わない。例えば、波長1064nmのレーザ光を
基本波として、波長532nmのYAG2倍波を発生さ
せる波長変換を行ってもよい。
(5) YA having a wavelength of 532 nm as a fundamental wave
Although the wavelength conversion for generating the YAG fourth harmonic having the wavelength of 266 nm is performed using the G2 harmonic, the fundamental wave of another wavelength may be used. For example, wavelength conversion may be performed to generate a YAG second harmonic wave having a wavelength of 532 nm using a laser light having a wavelength of 1064 nm as a fundamental wave.

【0072】(6)第1の結晶ユニット5Aおよび第2
の結晶ユニット5Bは、光路同一結晶群10として第3
の結晶5cおよび第4の結晶5dの2つの非線形光学結
晶を配設し、第1、第2、第3および第4の結晶5a、
5b、5c、5dの4つの非線形光学結晶から構成した
が、光路同一結晶群が1以上の非線形光学結晶で構成さ
れれば、3または5以上の非線形光学結晶からなる結晶
ユニットでも構わない。
(6) First crystal unit 5A and second crystal unit
The crystal unit 5B of No. 3 has the same optical path crystal group 10
Two non-linear optical crystals of a first crystal, a second crystal, a third crystal, and a fourth crystal 5d.
Although it is composed of four nonlinear optical crystals 5b, 5c, and 5d, a crystal unit composed of three or more nonlinear optical crystals may be used as long as the same optical path crystal group is composed of one or more nonlinear optical crystals.

【0073】(7)第1の結晶ユニット5Aと第2の結
晶ユニット5Bの2つを直列に配置したが、3以上の結
晶ユニットを直列配置しても構わない。なお、該直列配
置は、基本波の光路がミラーやレンズ等で屈曲されてい
ても、その基本波の光路上に各結晶ユニットが順次直列
に配列されていればよい。
(7) Although the first crystal unit 5A and the second crystal unit 5B are arranged in series, three or more crystal units may be arranged in series. In the serial arrangement, even if the optical path of the fundamental wave is bent by a mirror, a lens, or the like, the crystal units may be sequentially arranged in series on the optical path of the fundamental wave.

【0074】(8)非線形光学結晶内部で発生する高調
波等による加熱を抑制し、結晶を一定温度に制御するた
め、ペルチェ素子等による温度調整機構を付設しても構
わない。 (9)上記各実施形態の波長変換装置を並列に並べ、そ
れぞれから発生した第2高調波を、上記と同様に偏光ビ
ームスプリッタにより合成しても構わない。すなわち、
3以上の上記波長変換装置を並べて第2高調波を合成し
てもよい。
(8) A temperature adjusting mechanism such as a Peltier element may be additionally provided in order to suppress heating due to higher harmonics generated inside the nonlinear optical crystal and control the crystal to a constant temperature. (9) The wavelength conversion devices of the above embodiments may be arranged in parallel, and the second harmonics generated from each may be combined by the polarization beam splitter as in the above. That is,
You may synthesize | combine a 2nd harmonic by arranging three or more said wavelength converters.

【0075】[0075]

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏する。 (1)請求項1記載の波長変換装置では、光路同一結晶
群の各非線形光学結晶が、c軸の方向が同一である第1
の結晶または第2の結晶のいずれか一方の結晶と同一の
結晶長に設定されているので、光路同一結晶群の各非線
形光学結晶で発生する高調波光は、同一の結晶長となる
第1の結晶または第2の結晶で発生した高調波光と全く
同一の光路を通ることになり、光路同一結晶群におい
て、ウォーク・オフ補償を実現することができる。した
がって、アパーチャー長(入射光ビーム径のウォーク・
オフ角に対する割合)、見かけ上のコヒーレント長を人
工的に長くすることができ、回折限界寸前まで波長変換
効率を向上させ、高強度の高調波光を得ることができ
る。
The present invention has the following effects. (1) In the wavelength conversion device according to claim 1, the nonlinear optical crystals in the same optical path crystal group have the same c-axis direction.
Since the crystal length is set to be the same as that of either one of the first crystal and the second crystal, the harmonic light generated in each nonlinear optical crystal of the same crystal group of the optical path has the same crystal length as the first crystal. The harmonic light generated in the crystal or the second crystal passes through exactly the same optical path, and walk-off compensation can be realized in the same optical path crystal group. Therefore, the aperture length (walk of the incident light beam diameter
It is possible to artificially increase the apparent coherence length (ratio to the off-angle), improve the wavelength conversion efficiency to the point just before the diffraction limit, and obtain high-intensity harmonic light.

【0076】(2)請求項2記載の波長変換装置では、
結晶ユニットの各非線形光学結晶の間隔が、それぞれの
非線形光学結晶で発生した高調波光の位相が整合する距
離に設定されているので、それぞれの高調波光が互いに
重なり合う部分において強め合い、さらに変換効率が向
上する。
(2) In the wavelength converter according to claim 2,
Since the distance between the nonlinear optical crystals of the crystal unit is set to a distance at which the phases of the harmonic lights generated in the respective nonlinear optical crystals match, they strengthen each other at the portions where the harmonic lights overlap with each other, and the conversion efficiency is further improved. improves.

【0077】(3)請求項3記載の波長変換装置では、
結晶ユニットの各非線形光学結晶の結晶間が真空状態と
されているので、結晶間における導波媒体が無分散であ
り結晶間距離による位相への影響がなくなって、位相整
合を別個に調整しなくてもそれぞれの高調波光が互いに
重なり合う部分において強め合い、さらに変換効率を向
上させることができる。
(3) In the wavelength converter according to claim 3,
Since the non-linear optical crystals of the crystal unit are kept in a vacuum state between the crystals, the waveguide medium between the crystals is non-dispersive, and the influence of the inter-crystal distance on the phase is eliminated, and the phase matching is not adjusted separately. However, it is possible to reinforce each other in the portions where the respective harmonic lights overlap with each other, and further improve the conversion efficiency.

【0078】(4)請求項4記載の波長変換装置では、
結晶ユニットの各非線形光学結晶の結晶間にそれぞれの
非線形光学結晶で発生した高調波光の位相を整合させる
複屈折媒体が配設されているので、結晶間の分散を所定
の複屈折媒体によって意図的に調整して位相整合を図
り、それぞれの高調波光が互いに重なり合う部分におい
て強め合い、さらに波長変換効率を向上させることがで
きる。
(4) In the wavelength converter according to claim 4,
Since a birefringent medium for matching the phase of the harmonic light generated in each nonlinear optical crystal is arranged between the crystals of each nonlinear optical crystal of the crystal unit, the dispersion between the crystals is intentionally controlled by a predetermined birefringent medium. It is possible to achieve phase matching by adjusting to, strengthen each other at the portions where the respective harmonic lights overlap with each other, and further improve the wavelength conversion efficiency.

【0079】(5)請求項5記載の波長変換装置では、
各結晶ユニットで発生した高調波光だけを結晶ユニット
毎に前記光から分光器で分離して取り出す高調波光分離
手段が設けられているので、基本波であるレーザ光自体
は分割させずに順次結晶ユニットで高効率で高調波に変
換させることができるとともに、発生した高調波光のみ
を次の結晶ユニットに入射されて減衰される前に効率的
に取り出すことができる。
(5) In the wavelength converter according to claim 5,
Since harmonic light separating means for separating only the harmonic light generated in each crystal unit from the light by the spectroscope for each crystal unit is provided, the laser light itself, which is the fundamental wave, is not divided, and the crystal units are sequentially separated. It is possible to convert into high harmonics with high efficiency, and it is possible to efficiently take out only the generated harmonic light before it is incident on the next crystal unit and attenuated.

【0080】(6)請求項6記載の波長変換装置では、
高調波光分離手段により結晶ユニット毎に取り出された
各高調波光を一つに統合する高調波統合手段が設けられ
ているので、各高調波光の合成波として高出力の高調波
を得ることができる。
(6) In the wavelength converter according to claim 6,
Since the harmonic light unifying means for unifying the respective harmonic light beams taken out for each crystal unit by the harmonic light separating means is provided, a high output harmonic wave can be obtained as a composite wave of the respective harmonic light beams.

【0081】(7)請求項7記載の波長変換装置では、
高調波光分離手段により結晶ユニット毎に取り出された
各高調波光を互いに異なる偏光方位に変換する高調波偏
光変換手段が設けられているので、統合時に互いに相殺
され難く、より高出力の高調波の合成波を得ることがで
きる。
(7) In the wavelength converter according to claim 7,
Harmonic polarization conversion means for converting each harmonic light extracted for each crystal unit by the harmonic light separation means into different polarization directions is provided, so it is difficult to cancel each other at the time of integration, and synthesis of higher output harmonics You can get the waves.

【0082】(8)請求項8記載の波長変換装置では、
各結晶ユニットに順次入射して透過させる前記光を結晶
ユニット毎に互いに異なる偏光方位に変換させる光偏光
変換手段が設けられているので、各結晶ユニットで発生
する高調波光がそれぞれ異なる偏光方位となり、統合時
に互いに相殺され難く、より高出力の高調波の合成波を
得ることができる。
(8) In the wavelength converter according to claim 8,
Since light polarization conversion means for converting the light sequentially incident on and transmitted through each crystal unit into different polarization directions for each crystal unit, the harmonic light generated in each crystal unit has different polarization directions, It is difficult to cancel each other at the time of integration, and it is possible to obtain a higher-power harmonic composite wave.

【0083】(9)請求項9記載の波長変換装置では、
非線形光学結晶が耐損傷しきい値が比較的高いとともに
ウォーク・オフ角が小さいLi247であるので、熱
的に損傷し難く高出力のレーザ光を入射させることがで
きるとともに、高調波の発生に有効に寄与する領域が広
くなって高調波発生効率が向上する。
(9) In the wavelength conversion device according to claim 9,
Since the nonlinear optical crystal is Li 2 B 4 O 7 which has a relatively high damage resistance threshold and a small walk-off angle, it is hard to be thermally damaged and a high-power laser beam can be made incident. The region that effectively contributes to the generation of waves is widened and the harmonic generation efficiency is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に係る波長変換装置の第1実施形態を
示す概略配置図である。
FIG. 1 is a schematic layout diagram showing a first embodiment of a wavelength conversion device according to the present invention.

【図2】 本発明に係る波長変換装置の第1実施形態に
おける結晶ユニットを示す概略配置図である。
FIG. 2 is a schematic layout diagram showing a crystal unit in the first embodiment of the wavelength conversion device according to the present invention.

【図3】 本発明に係る波長変換装置の第1実施形態に
おける結晶ユニット内の各非線形光学結晶のc軸方向を
示した概略配置図である。
FIG. 3 is a schematic layout diagram showing the c-axis direction of each nonlinear optical crystal in the crystal unit in the first embodiment of the wavelength conversion device according to the present invention.

【図4】 本発明に係る波長変換装置の第1実施形態に
おける非線形光学結晶の変換効率と結晶長との関係を示
すグラフ図である。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the conversion efficiency and the crystal length of the nonlinear optical crystal in the first embodiment of the wavelength conversion device according to the present invention.

【図5】 本発明に係る波長変換装置の第1実施形態に
おける結晶ユニット内の各非線形光学結晶他端側におけ
るビーム位置を示す配置図である。
FIG. 5 is an arrangement diagram showing beam positions on the other end side of each nonlinear optical crystal in the crystal unit in the wavelength conversion device according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 本発明に係る波長変換装置の第2実施形態を
示す概略配置図である。
FIG. 6 is a schematic layout diagram showing a second embodiment of the wavelength conversion device according to the present invention.

【図7】 本発明に係る波長変換装置の従来例を示す概
略配置図である。
FIG. 7 is a schematic layout diagram showing a conventional example of a wavelength conversion device according to the present invention.

【図8】 本発明に係る波長変換装置の従来例における
各非線形光学結晶出力端におけるビーム位置を示す配置
図である。
FIG. 8 is an arrangement diagram showing beam positions at output ends of respective nonlinear optical crystals in a conventional example of the wavelength conversion device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、21 波長変換装置 2 YAG2倍波(光) 3 レーザ装置 4a、4b、4c、4d YAG4倍波(高調波光) 4A 第1のYAG4倍波(高調波光) 4B 第2のYAG4倍波(高調波光) 5a 第1の結晶(非線形光学結晶) 5b 第2の結晶(非線形光学結晶) 5c 第3の結晶(非線形光学結晶) 5d 第4の結晶(非線形光学結晶) 5A 第1の結晶ユニット 5B 第2の結晶ユニット 6A 第1のYAG4倍波セパレータ(分光器) 6B 第2のYAG4倍波セパレータ(分光器) 7 高調波光分離手段 8 高調波統合手段 22 光偏光変換手段 d1、d2、d3 結晶ユニットの各非線形光学結晶の
間隔 l 結晶長
1, 21 Wavelength converter 2 YAG second harmonic (light) 3 Laser devices 4a, 4b, 4c, 4d YAG fourth harmonic (harmonic light) 4A First YAG fourth harmonic (harmonic light) 4B Second YAG fourth harmonic (harmonic) Wave light 5a First crystal (nonlinear optical crystal) 5b Second crystal (nonlinear optical crystal) 5c Third crystal (nonlinear optical crystal) 5d Fourth crystal (nonlinear optical crystal) 5A First crystal unit 5B 2 crystal unit 6A 1st YAG 4th harmonic separator (spectrometer) 6B 2nd YAG 4th harmonic separator (spectrometer) 7 Harmonic light separating means 8 Harmonic integrating means 22 Optical polarization converting means d1, d2, d3 Crystal unit Interval of each nonlinear optical crystal of l Crystal length

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Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 直列に配置され所定波長の光を一端側か
ら入射させ透過させて高調波光を発生する3以上の非線
形光学結晶からなる結晶ユニットを備え、 該結晶ユニットの各非線形光学結晶は、それぞれの結晶
におけるc軸の方向を前記光の進行方向に対して交互に
反転させて配されるとともに、最初に光が入射される第
1の結晶と該第1の結晶の次に光が入射される第2の結
晶と該第2の結晶以降に光が順次入射される非線形光学
結晶の光路同一結晶群とから構成され、 該光路同一結晶群の各非線形光学結晶は、c軸の方向が
同一である前記第1の結晶または前記第2の結晶のいず
れか一方の結晶と同一の結晶長に設定されていることを
特徴とする波長変換装置。
1. A crystal unit comprising three or more nonlinear optical crystals that are arranged in series and generate harmonic light by allowing light of a predetermined wavelength to enter from one end side and transmit the light, and each nonlinear optical crystal of the crystal unit comprises: The c-axis direction of each crystal is alternately inverted with respect to the traveling direction of the light, and the first crystal to which light is first incident and the light to be incident next to the first crystal are incident. A second crystal and a group of non-linear optical crystals having the same optical path on which light is sequentially incident after the second crystal. Each non-linear optical crystal of the same group of optical paths has a c-axis direction. A wavelength conversion device, wherein the crystal length is set to be the same as that of either one of the first crystal and the second crystal that are the same.
【請求項2】 請求項1記載の波長変換装置において、 前記第1の結晶と前記第2の結晶とは、第1の結晶で発
生した高調波光と第2の結晶で発生した高調波光とが第
2の結晶の他端側で少なくとも一部が重なり合う結晶長
にそれぞれ設定され、 前記結晶ユニットの各非線形光学結晶の間隔は、それぞ
れの非線形光学結晶で発生した高調波光の位相が整合す
る距離に設定されていることを特徴とする波長変換装
置。
2. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the first crystal and the second crystal are composed of a harmonic light generated in the first crystal and a harmonic light generated in the second crystal. The length of the second crystal is set so that at least a part thereof overlaps with the other end of the second crystal, and the distance between the nonlinear optical crystals of the crystal unit is set to a distance at which the phases of the harmonic light generated in the respective nonlinear optical crystals match. A wavelength conversion device characterized by being set.
【請求項3】 請求項1記載の波長変換装置において、 前記第1の結晶と前記第2の結晶とは、第1の結晶で発
生した高調波光と第2の結晶で発生した高調波光とが第
2の結晶の他端側で少なくとも一部が重なり合う結晶長
にそれぞれ設定され、 前記結晶ユニットの各非線形光学結晶の結晶間は、真空
状態とされていることを特徴とする波長変換装置。
3. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the first crystal and the second crystal are composed of harmonic light generated in the first crystal and harmonic light generated in the second crystal. A wavelength conversion device characterized in that a crystal length is set such that at least a part of the second crystal overlaps at the other end side thereof, and a vacuum state is maintained between the crystals of the respective nonlinear optical crystals of the crystal unit.
【請求項4】 請求項1記載の波長変換装置において、 前記第1の結晶と前記第2の結晶とは、第1の結晶で発
生した高調波光と第2の結晶で発生した高調波光とが第
2の結晶の他端側で少なくとも一部が重なり合う結晶長
にそれぞれ設定され、 前記結晶ユニットの各非線形光学結晶の結晶間に、それ
ぞれの非線形光学結晶で発生した高調波光の位相を整合
させる複屈折媒体が配設されていることを特徴とする波
長変換装置。
4. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the first crystal and the second crystal are composed of a harmonic light generated in the first crystal and a harmonic light generated in the second crystal. A crystal length is set such that at least a part of the second crystal is overlapped on the other end side, and a phase of harmonic light generated in each nonlinear optical crystal is matched between the crystals of the nonlinear optical crystals of the crystal unit. A wavelength conversion device comprising a refraction medium.
【請求項5】 請求項1から4のいずれかに記載の波長
変換装置において、 前記光が順次入射可能に複数の前記結晶ユニットが直列
に配置され、 前記各結晶ユニットで発生した高調波光だけを結晶ユニ
ット毎に前記光から分光器で分離して取り出す高調波光
分離手段が設けられていることを特徴とする波長変換装
置。
5. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the plurality of crystal units are arranged in series so that the light can be sequentially incident, and only the harmonic light generated in each of the crystal units is generated. A wavelength conversion device, characterized in that harmonic light separating means for separating and extracting the light from the light by a spectroscope is provided for each crystal unit.
【請求項6】 請求項5記載の波長変換装置において、 前記高調波光分離手段により前記結晶ユニット毎に取り
出された各高調波光を一つに統合する高調波統合手段が
設けられていることを特徴とする波長変換装置。
6. The wavelength conversion device according to claim 5, further comprising a harmonic integration unit that integrates each of the harmonic lights extracted for each crystal unit by the harmonic light separation unit. Wavelength converter.
【請求項7】 請求項6記載の波長変換装置において、 前記高調波光分離手段により前記結晶ユニット毎に取り
出された各高調波光を互いに異なる偏光方位に変換する
高調波偏光変換手段が設けられていることを特徴とする
波長変換装置。
7. The wavelength conversion device according to claim 6, further comprising: a harmonic polarization conversion means for converting each of the harmonic lights extracted by the crystal light unit by the harmonic light separation means into polarization directions different from each other. A wavelength conversion device characterized by the above.
【請求項8】 請求項6記載の波長変換装置において、 前記各結晶ユニットに順次入射して透過させる前記光を
結晶ユニット毎に互いに異なる偏光方位に変換させる光
偏光変換手段が設けられていることを特徴とする波長変
換装置。
8. The wavelength conversion device according to claim 6, further comprising a light polarization conversion means for converting the light, which is sequentially incident on and transmitted through each of the crystal units, into polarization directions different from each other for each crystal unit. A wavelength conversion device.
【請求項9】 請求項1から8のいずれかに記載の波長
変換装置において、 前記非線形光学結晶は、Li247であることを特徴
とする波長変換装置。
9. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the nonlinear optical crystal is Li 2 B 4 O 7 .
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