JP3508611B2 - 結晶保持装置 - Google Patents
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- 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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- 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
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- G—PHYSICS
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- 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
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Lasers (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は紫外線を放出する非
線形光学結晶を保持するための結晶保持装置に関し、さ
らに詳細には、結晶温度を室温よりも昇温して用いる場
合に生ずるビーム揺らぎを防止した結晶保持装置に関す
るものである。
線形光学結晶を保持するための結晶保持装置に関し、さ
らに詳細には、結晶温度を室温よりも昇温して用いる場
合に生ずるビーム揺らぎを防止した結晶保持装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、非線形光学結晶を用いた波長変換
により紫外光を発生させ、該紫外光を産業用に応用する
試みがなされている。このような用途に使用される非線
形光学結晶としては、ＣＬＢＯ（Ｃs Ｌi Ｂ6 Ｏ10）、
ＬＢＯ（Ｌi Ｂ3 Ｏ5 ）、ＢＢＯ（β−Ｂa Ｂ
2 Ｏ4 ）、ＣＢＯ（Ｃs Ｂ3 Ｏ5 ）等の各種の結晶が知
られている。これらの非線形結晶のうち、例えばＬＢ
Ｏ，ＣＬＢＯ，ＣＢＯ，ＰＰＮＬ，ＫＴＰ，ＬＮ結晶、
あるいは、ＫＤＰ，ＫＤＰ＊Ｐ等は、結晶温度を常温よ
り上昇させて使用する場合が多い。このように結晶温度
を室温よりも昇温して用いる場合、結晶保持装置の光線
入射出射部分の空気は、高温の結晶保持装置に直接触れ
るため、その密度に揺らぎが発生し、結晶保持装置の光
線入射出射部分に屈折率の絶えず変動する不安定な空間
が発生する。いわゆる陽炎現象である。
により紫外光を発生させ、該紫外光を産業用に応用する
試みがなされている。このような用途に使用される非線
形光学結晶としては、ＣＬＢＯ（Ｃs Ｌi Ｂ6 Ｏ10）、
ＬＢＯ（Ｌi Ｂ3 Ｏ5 ）、ＢＢＯ（β−Ｂa Ｂ
2 Ｏ4 ）、ＣＢＯ（Ｃs Ｂ3 Ｏ5 ）等の各種の結晶が知
られている。これらの非線形結晶のうち、例えばＬＢ
Ｏ，ＣＬＢＯ，ＣＢＯ，ＰＰＮＬ，ＫＴＰ，ＬＮ結晶、
あるいは、ＫＤＰ，ＫＤＰ＊Ｐ等は、結晶温度を常温よ
り上昇させて使用する場合が多い。このように結晶温度
を室温よりも昇温して用いる場合、結晶保持装置の光線
入射出射部分の空気は、高温の結晶保持装置に直接触れ
るため、その密度に揺らぎが発生し、結晶保持装置の光
線入射出射部分に屈折率の絶えず変動する不安定な空間
が発生する。いわゆる陽炎現象である。
【０００３】図９（ａ）に示すように、結晶保持装置１
０の光線入射出射部分１０ａ，１０ｂの温度が周囲温度
より高いと、その近傍で空気の揺らぎが生じる。空気の
屈折率は温度に応じて異なるので、光線入射出射部分１
０ａ，１０ｂの近傍に温度の異なる領域が形成され、そ
の領域の境界が揺らぐと、結晶保持装置１０に入出射す
るレーザビームも揺らぐこととなる。例えば同図（ｂ）
に示す領域Ａと領域Ｂにおける温度差が１０°Ｃである
とすると、空気の屈折率差が紫外域の波長域では、約１
０-5桁で発生する。このため、同図（ｂ）の領域Ａから
領域Ｂに入射する光の入射角をθ１、領域Ｂへの出射角
をθ２とし、領域Ａにおける屈折率をｎ１、領域Ｂにお
ける屈折率をｎ２とすると、θ２／θ１＝ｎ１／ｎ２≒
１０-5となり、概略計算すると屈折率差により生ずるビ
ーム位置変位はおよそ１０μｒａｄ程度となる。
０の光線入射出射部分１０ａ，１０ｂの温度が周囲温度
より高いと、その近傍で空気の揺らぎが生じる。空気の
屈折率は温度に応じて異なるので、光線入射出射部分１
０ａ，１０ｂの近傍に温度の異なる領域が形成され、そ
の領域の境界が揺らぐと、結晶保持装置１０に入出射す
るレーザビームも揺らぐこととなる。例えば同図（ｂ）
に示す領域Ａと領域Ｂにおける温度差が１０°Ｃである
とすると、空気の屈折率差が紫外域の波長域では、約１
０-5桁で発生する。このため、同図（ｂ）の領域Ａから
領域Ｂに入射する光の入射角をθ１、領域Ｂへの出射角
をθ２とし、領域Ａにおける屈折率をｎ１、領域Ｂにお
ける屈折率をｎ２とすると、θ２／θ１＝ｎ１／ｎ２≒
１０-5となり、概略計算すると屈折率差により生ずるビ
ーム位置変位はおよそ１０μｒａｄ程度となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、結晶温
度を室温よりも昇温して使用する結晶保持装置において
は、いわゆる陽炎現象によりビーム揺らぎが生じた。こ
れまでのレーザ応用装置ではこの程度のビーム位置変位
は問題ではなかった。しかし、近年, 紫外レーザパワー
の増加にともなって高密度実装用精密プリント基板の穴
あけ加工にも紫外レーザが用いられるようになってき
た。この場合には直径数１０μｍの穴あけ加工が要求さ
れ、この場合の要求位置決め精度は数μｍであり、レー
ザに要求されるビーム位置安定度も角度変位換算で数μ
ｒａｄとなっている。現状市販の波長変換装置を含むレ
ーザ装置では、通常波長変換装置を高温に維持するもの
が多く、この市場が要求するビーム位量安定度を実現で
きない状況であった。本発明は上記のような事情に鑑み
なされたものであって、本発明の目的は、結晶温度を室
温よりも昇温して使用する結晶保持装置の入出射端にお
けるビームの揺らぎを改善し、新しい市場要求に対応す
ることである。
度を室温よりも昇温して使用する結晶保持装置において
は、いわゆる陽炎現象によりビーム揺らぎが生じた。こ
れまでのレーザ応用装置ではこの程度のビーム位置変位
は問題ではなかった。しかし、近年, 紫外レーザパワー
の増加にともなって高密度実装用精密プリント基板の穴
あけ加工にも紫外レーザが用いられるようになってき
た。この場合には直径数１０μｍの穴あけ加工が要求さ
れ、この場合の要求位置決め精度は数μｍであり、レー
ザに要求されるビーム位置安定度も角度変位換算で数μ
ｒａｄとなっている。現状市販の波長変換装置を含むレ
ーザ装置では、通常波長変換装置を高温に維持するもの
が多く、この市場が要求するビーム位量安定度を実現で
きない状況であった。本発明は上記のような事情に鑑み
なされたものであって、本発明の目的は、結晶温度を室
温よりも昇温して使用する結晶保持装置の入出射端にお
けるビームの揺らぎを改善し、新しい市場要求に対応す
ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、非線形光学結
晶を高温に保持するために発生するビーム揺らぎを防止
するため、結晶保持装置の非線形光学結晶の光線の出射
側と入射側に中空部材のビーム通過部材を設け、該ビー
ム通過部材の結晶と反対側の端部温度が、その周囲雰囲
気温度との差において、ビーム位置安定度を所望の値Ｓ
（μｒａｄ）以下となるように上記中空部材の長さを選
定したものである。上記ビーム通過部材としては、内部
に空気の対流が生じない程度の内径を持つ中空部材を用
いることができる。
晶を高温に保持するために発生するビーム揺らぎを防止
するため、結晶保持装置の非線形光学結晶の光線の出射
側と入射側に中空部材のビーム通過部材を設け、該ビー
ム通過部材の結晶と反対側の端部温度が、その周囲雰囲
気温度との差において、ビーム位置安定度を所望の値Ｓ
（μｒａｄ）以下となるように上記中空部材の長さを選
定したものである。上記ビーム通過部材としては、内部
に空気の対流が生じない程度の内径を持つ中空部材を用
いることができる。
【０００６】また、上記ビーム通過部材の結晶と反対側
の端部が、周囲温度に近い温度になるように冷却すると
より効果的である。実験によれば、ビーム位置安定度を
所望の値Ｓ（μｒａｄ）以下とするためには、前記結晶
の出射側と入射側に設けられたビーム通過部材の結晶と
反対側の端部温度を、該温度とその周囲雰囲気温度との
差Ｔにおいて、Ｔ≦１２＋３．５Ｓとなるようにすれば
よいことがわかった。
の端部が、周囲温度に近い温度になるように冷却すると
より効果的である。実験によれば、ビーム位置安定度を
所望の値Ｓ（μｒａｄ）以下とするためには、前記結晶
の出射側と入射側に設けられたビーム通過部材の結晶と
反対側の端部温度を、該温度とその周囲雰囲気温度との
差Ｔにおいて、Ｔ≦１２＋３．５Ｓとなるようにすれば
よいことがわかった。
【０００７】一般に、レーザビームが照射される被処理
物と、レーザビームの出射端の間には集光レンズが設け
られ、集光レンズにより被処理物の表面でのビームの揺
らぎ量は、出射端でのビームの揺らぎ量の数分の１とな
る。したがって、仮に被処理物とレーザビームの出射端
の距離が１ｍであるとすると、出射端でのビーム揺らぎ
量が５μｒａｄの場合、被処理物の表面ではビームは５
μｍ揺らぐことになるが、上記集光レンズにより被処理
物の表面での揺らぎ量は、数分の１となるので、被処理
物の表面ではビーム揺らぎ量は１μｍ程度以下となり、
必要な加工精度を保つことが可能となる。
物と、レーザビームの出射端の間には集光レンズが設け
られ、集光レンズにより被処理物の表面でのビームの揺
らぎ量は、出射端でのビームの揺らぎ量の数分の１とな
る。したがって、仮に被処理物とレーザビームの出射端
の距離が１ｍであるとすると、出射端でのビーム揺らぎ
量が５μｒａｄの場合、被処理物の表面ではビームは５
μｍ揺らぐことになるが、上記集光レンズにより被処理
物の表面での揺らぎ量は、数分の１となるので、被処理
物の表面ではビーム揺らぎ量は１μｍ程度以下となり、
必要な加工精度を保つことが可能となる。
【０００８】なお、上記したビーム通過部材は、結晶の
光入射側と出射側の両方に設けることが必要なことが実
験により明らかとなった。すなわち、出射側だけに光学
部材を設けた場合には、光入射側でビームが揺らぐた
め、入射側と出射側の両方に光学部材を設けた場合に比
べビーム位置安定度が悪化する。また、ビーム通過部材
として、中空部材を用いる場合には、その断面積が小さ
いほど、内部での気体の揺らぎは小さく押さえられるの
で効果的であるのは勿論であるが、実験では、中空部材
の最長径が、結晶の対角線の３倍の長さ以下であれば、
効果があることが確認された。
光入射側と出射側の両方に設けることが必要なことが実
験により明らかとなった。すなわち、出射側だけに光学
部材を設けた場合には、光入射側でビームが揺らぐた
め、入射側と出射側の両方に光学部材を設けた場合に比
べビーム位置安定度が悪化する。また、ビーム通過部材
として、中空部材を用いる場合には、その断面積が小さ
いほど、内部での気体の揺らぎは小さく押さえられるの
で効果的であるのは勿論であるが、実験では、中空部材
の最長径が、結晶の対角線の３倍の長さ以下であれば、
効果があることが確認された。
【０００９】この理由は以下のように考えられる。中空
部材の内部の気体の流れは自然対流であり、各中空部材
の一端は結晶ホルダ本体と接続される部分であり側面か
らの気体の流入はない。このため、その反対側の開放端
との間の温度差をある程度以下にすれば、中空部材の気
体の流動速度は極端に小さくなる。したがって、屈折率
の揺らぎはほとんど解消され、中空部材の内部を通過す
るビームに位置変動はほとんど発生しない。
部材の内部の気体の流れは自然対流であり、各中空部材
の一端は結晶ホルダ本体と接続される部分であり側面か
らの気体の流入はない。このため、その反対側の開放端
との間の温度差をある程度以下にすれば、中空部材の気
体の流動速度は極端に小さくなる。したがって、屈折率
の揺らぎはほとんど解消され、中空部材の内部を通過す
るビームに位置変動はほとんど発生しない。
【００１０】また、ビーム通過部材の内径の最短値は、
レーザビーム径の２倍あれば、レーザビームの通過に支
障がないことが確認されている。ここで、ビーム径は、
レーザビームのエネルギー分布がＭ2 ＝１（Ｍ2 ：ビー
ムの品質を評価するためのパラメータ）のガウス分布を
するとして、エネルギー分布のピーク値をｐとしたと
き、ｐ／ｅ2 （ｅは自然対数の底：2.71828 ）の位置に
おける幅（ｅ値幅）である。なお、光学結晶と、ビーム
通過部材で囲まれる空間を真空とすれば、光学結晶とビ
ーム通過部材、および中空部材から構成されるビーム通
過部材内でのビーム揺らぎを確実に防止することができ
る。
レーザビーム径の２倍あれば、レーザビームの通過に支
障がないことが確認されている。ここで、ビーム径は、
レーザビームのエネルギー分布がＭ2 ＝１（Ｍ2 ：ビー
ムの品質を評価するためのパラメータ）のガウス分布を
するとして、エネルギー分布のピーク値をｐとしたと
き、ｐ／ｅ2 （ｅは自然対数の底：2.71828 ）の位置に
おける幅（ｅ値幅）である。なお、光学結晶と、ビーム
通過部材で囲まれる空間を真空とすれば、光学結晶とビ
ーム通過部材、および中空部材から構成されるビーム通
過部材内でのビーム揺らぎを確実に防止することができ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例の結晶保持
装置の構成を示す図であり、同図は断面構造を示してい
る。なお、以下の実施例では非線形結晶としてＣＬＢＯ
結晶を用いる場合について説明するが、本発明は、ＣＬ
ＢＯ結晶以外に、前記したＬＢＯ，ＣＬＢＯ，ＣＢＯ，
ＰＰＮＬ，ＫＴＰ，ＬＮ結晶、あるいは、ＫＤＰ，ＫＤ
Ｐ＊Ｐ等の結晶温度を常温より上昇させて使用する各種
結晶の保持装置に適用することができる。図１におい
て、１はＣＬＢＯ結晶であり、ＣＬＢＯ結晶１は純アル
ミニウムで形成された結晶保持体２中に設置されてお
り、結晶保持体２内で移動しないように保持されてい
る。また、結晶保持体２にはヒータ４が設けられてお
り、ヒータ４には温度計測用制御用の熱電対ＴＣが取り
付けられている。
装置の構成を示す図であり、同図は断面構造を示してい
る。なお、以下の実施例では非線形結晶としてＣＬＢＯ
結晶を用いる場合について説明するが、本発明は、ＣＬ
ＢＯ結晶以外に、前記したＬＢＯ，ＣＬＢＯ，ＣＢＯ，
ＰＰＮＬ，ＫＴＰ，ＬＮ結晶、あるいは、ＫＤＰ，ＫＤ
Ｐ＊Ｐ等の結晶温度を常温より上昇させて使用する各種
結晶の保持装置に適用することができる。図１におい
て、１はＣＬＢＯ結晶であり、ＣＬＢＯ結晶１は純アル
ミニウムで形成された結晶保持体２中に設置されてお
り、結晶保持体２内で移動しないように保持されてい
る。また、結晶保持体２にはヒータ４が設けられてお
り、ヒータ４には温度計測用制御用の熱電対ＴＣが取り
付けられている。
【００１２】結晶保持体２は、さらに、セラミック等で
形成されたホルダ本体３内に収納されており、結晶保持
体２およびホルダ本体３の上記ＣＬＢＯ結晶１の両端面
部分は開口している（同図中のＡ，Ｂ部分）。また、ホ
ルダ本体３の両側には、銅、ステンレス（ＳＵＳ）、セ
ラミック、石英、ガラス等から形成されたビーム通過部
材である中空管５，５’が取り付けられており、中空管
５，５は上記結晶保持体２、ホルダ本体３の上記開口部
分Ａ，Ｂと連通している。図示しないレーザ光源から放
出されるレーザ光は、中空管５と、結晶保持体２とホル
ダ本体３に設けられた上記開口部分Ａを介してＣＬＢＯ
結晶１の一方の端面に入射し、ＣＬＢＯ結晶１の他方の
端面から出射する光は、結晶保持体２とホルダ本体３に
設けられた上記開口部分Ｂ、中空管５’を介して外部に
放出される。
形成されたホルダ本体３内に収納されており、結晶保持
体２およびホルダ本体３の上記ＣＬＢＯ結晶１の両端面
部分は開口している（同図中のＡ，Ｂ部分）。また、ホ
ルダ本体３の両側には、銅、ステンレス（ＳＵＳ）、セ
ラミック、石英、ガラス等から形成されたビーム通過部
材である中空管５，５’が取り付けられており、中空管
５，５は上記結晶保持体２、ホルダ本体３の上記開口部
分Ａ，Ｂと連通している。図示しないレーザ光源から放
出されるレーザ光は、中空管５と、結晶保持体２とホル
ダ本体３に設けられた上記開口部分Ａを介してＣＬＢＯ
結晶１の一方の端面に入射し、ＣＬＢＯ結晶１の他方の
端面から出射する光は、結晶保持体２とホルダ本体３に
設けられた上記開口部分Ｂ、中空管５’を介して外部に
放出される。
【００１３】本発明においては、上記構成の結晶保持装
置を用いて種々の実験を行い、ビーム位置安定度（ビー
ム揺らぎ量）について調べた。まず、ヒータ５によりＣ
ＬＢＯ結晶１を加熱し、ホルダ本体３に中空管５，５’
を取り付け場合および上記ホルダ本体３のみの場合（中
空管５，５’を取り付けない場合）について、ビーム位
置安定度（ビームゆらぎ量）を調べた。中空管５，５’
としてはステンレス（ＳＵＳ）パイプ（内径４．２ｍ
ｍ）、セラミックパイプ（内径１７．５ｍｍ）等の各種
の材質のものを用いた。ここで、使用したレーザ光のビ
ーム径は１ｍｍ（前記したｅ値幅）、ＣＬＢＯ結晶１の
光の入出射面の形状は縦約８ｍｍ、横約７ｍｍの矩形で
ある。
置を用いて種々の実験を行い、ビーム位置安定度（ビー
ム揺らぎ量）について調べた。まず、ヒータ５によりＣ
ＬＢＯ結晶１を加熱し、ホルダ本体３に中空管５，５’
を取り付け場合および上記ホルダ本体３のみの場合（中
空管５，５’を取り付けない場合）について、ビーム位
置安定度（ビームゆらぎ量）を調べた。中空管５，５’
としてはステンレス（ＳＵＳ）パイプ（内径４．２ｍ
ｍ）、セラミックパイプ（内径１７．５ｍｍ）等の各種
の材質のものを用いた。ここで、使用したレーザ光のビ
ーム径は１ｍｍ（前記したｅ値幅）、ＣＬＢＯ結晶１の
光の入出射面の形状は縦約８ｍｍ、横約７ｍｍの矩形で
ある。
【００１４】図２に、中空管５，５’としてステンレス
（ＳＵＳ）パイプ、セラミックパイプを用いた場合の実
験結果を示す。同図において、横軸はＣＬＢＯ結晶の温
度（°Ｃ）、縦軸はビーム位置安定度（μｒａｄ）であ
り、Ａはホルダ本体のみ、ＢはＳＵＳパイプ、Ｃはセラ
ミックパイプを用いた場合を示している。同図に示すよ
うに、ホルダ本体のみの場合には、結晶温度の上昇につ
れてビーム位置安定度は低下し、結晶温度が２００°Ｃ
のときには１１０μｒａｄ程度まで悪化した。これに対
し、中空管５，５’を取り付けた場合には、結晶温度を
２００°Ｃまで上昇させてもビーム位置安定度は１０μ
ｒａｄ以下であり、中空管５，５’を取り付けることに
より、大きくビーム位置安定度を改善できることがわか
った。また、その他、中空管５，５’として、銅パイプ
等の種々の材質のものを用いてビーム位置安定度を調べ
たが、ビーム位置安定度はパイプの材質に大きく影響さ
れないこともわかった。
（ＳＵＳ）パイプ、セラミックパイプを用いた場合の実
験結果を示す。同図において、横軸はＣＬＢＯ結晶の温
度（°Ｃ）、縦軸はビーム位置安定度（μｒａｄ）であ
り、Ａはホルダ本体のみ、ＢはＳＵＳパイプ、Ｃはセラ
ミックパイプを用いた場合を示している。同図に示すよ
うに、ホルダ本体のみの場合には、結晶温度の上昇につ
れてビーム位置安定度は低下し、結晶温度が２００°Ｃ
のときには１１０μｒａｄ程度まで悪化した。これに対
し、中空管５，５’を取り付けた場合には、結晶温度を
２００°Ｃまで上昇させてもビーム位置安定度は１０μ
ｒａｄ以下であり、中空管５，５’を取り付けることに
より、大きくビーム位置安定度を改善できることがわか
った。また、その他、中空管５，５’として、銅パイプ
等の種々の材質のものを用いてビーム位置安定度を調べ
たが、ビーム位置安定度はパイプの材質に大きく影響さ
れないこともわかった。
【００１５】また、中空管の内径を変えて同様の実験を
行ったところ、中空管の内径が３０ｍｍであってもビー
ム位置安定度は悪化しなかった。この場合に使用したＣ
ＬＢＯ結晶１の対角線の長さは約１０ｍｍであるので、
中空管の内径をＣＬＢＯ結晶１の対角線の長さの３倍程
度としても、ビーム位置安定度が悪化しないことが確認
された。
行ったところ、中空管の内径が３０ｍｍであってもビー
ム位置安定度は悪化しなかった。この場合に使用したＣ
ＬＢＯ結晶１の対角線の長さは約１０ｍｍであるので、
中空管の内径をＣＬＢＯ結晶１の対角線の長さの３倍程
度としても、ビーム位置安定度が悪化しないことが確認
された。
【００１６】次に、上記中空管５，５’として種々の長
さの銅パイプ（内径４．７ｍｍ）を取り付け、上記ヒー
タ４によりＣＬＢＯ結晶１を所定の温度まで加熱し、銅
パイプの長さと、銅パイプの先端部分の温度と室温との
差と、ビーム位置安定度との関係を調べた。その結果、
図３に示す特性が得られた。同図において、横軸は銅パ
イプの長さ（ｍｍ）、左縦軸はビーム位置安定度（μｒ
ａｄ）、右縦軸はパイプ先端部の温度と室温との差（°
Ｃ）であり、同図中のＡは銅パイプの長さに対する上記
温度差、Ｂは銅パイプの長さに対するビーム位置安定度
を示している。同図Ａに示すように、銅パイプの長さが
長くなるにしたがって、パイプ先端部の温度差は低下す
る。また、ビーム位置安定度も、銅パイプの長さが長く
なるにしたがって、同図Ｂに示すように小さくなる。
さの銅パイプ（内径４．７ｍｍ）を取り付け、上記ヒー
タ４によりＣＬＢＯ結晶１を所定の温度まで加熱し、銅
パイプの長さと、銅パイプの先端部分の温度と室温との
差と、ビーム位置安定度との関係を調べた。その結果、
図３に示す特性が得られた。同図において、横軸は銅パ
イプの長さ（ｍｍ）、左縦軸はビーム位置安定度（μｒ
ａｄ）、右縦軸はパイプ先端部の温度と室温との差（°
Ｃ）であり、同図中のＡは銅パイプの長さに対する上記
温度差、Ｂは銅パイプの長さに対するビーム位置安定度
を示している。同図Ａに示すように、銅パイプの長さが
長くなるにしたがって、パイプ先端部の温度差は低下す
る。また、ビーム位置安定度も、銅パイプの長さが長く
なるにしたがって、同図Ｂに示すように小さくなる。
【００１７】図４は、図３の結果からビーム位置安定度
と、パイプ先端部と室温との差との関係を求め、横軸を
ビーム位置安定度Ｓ、縦軸をパイプ先端部と周囲温度と
の差Ｔとしてプロットしたものである。同図より中空管
として銅パイプを使った実験では、ビーム位置安定度Ｓ
と結晶温度と室温との差Ｔの関係はＴ＝３．５Ｓ＋１２
にあることがわかる。つまり、この実験では所望のビー
ム位置安定度Ｓを得るためには、結晶温度と室温の差Ｔ
を概ねＴ≦３．５Ｓ＋１２にすればよいこととなる。
と、パイプ先端部と室温との差との関係を求め、横軸を
ビーム位置安定度Ｓ、縦軸をパイプ先端部と周囲温度と
の差Ｔとしてプロットしたものである。同図より中空管
として銅パイプを使った実験では、ビーム位置安定度Ｓ
と結晶温度と室温との差Ｔの関係はＴ＝３．５Ｓ＋１２
にあることがわかる。つまり、この実験では所望のビー
ム位置安定度Ｓを得るためには、結晶温度と室温の差Ｔ
を概ねＴ≦３．５Ｓ＋１２にすればよいこととなる。
【００１８】次に、上記ヒータ４によりＣＬＢＯ結晶１
を加熱し、上記中空管５，５内に、ビーム通過部材とし
て中実の石英ロッドを取り付けた場合と、ホルダ本体の
み（中空管５，５’、石英ロッドを設けない）の場合に
ついて、ビーム位置安定度を調べた。ここで、使用した
石英ロッドの長さは図１に示した中空管１の長さとほぼ
同じであり、該石英ロッドを、石英ロッドの先端が中空
管５，５’から若干突出する位置に取り付けて実験を行
った。図５にその結果を示す。同図において、横軸はＣ
ＬＢＯ結晶の温度（°Ｃ）、縦軸はビーム位置安定度
（μｒａｄ）であり、Ａはホルダ本体のみ、Ｂは石英ロ
ッドを設けた場合を示している。同図に示すように、ビ
ーム通過部材として石英ロッドを用いても、ビーム位置
安定度を大幅に改善できることが確認された。
を加熱し、上記中空管５，５内に、ビーム通過部材とし
て中実の石英ロッドを取り付けた場合と、ホルダ本体の
み（中空管５，５’、石英ロッドを設けない）の場合に
ついて、ビーム位置安定度を調べた。ここで、使用した
石英ロッドの長さは図１に示した中空管１の長さとほぼ
同じであり、該石英ロッドを、石英ロッドの先端が中空
管５，５’から若干突出する位置に取り付けて実験を行
った。図５にその結果を示す。同図において、横軸はＣ
ＬＢＯ結晶の温度（°Ｃ）、縦軸はビーム位置安定度
（μｒａｄ）であり、Ａはホルダ本体のみ、Ｂは石英ロ
ッドを設けた場合を示している。同図に示すように、ビ
ーム通過部材として石英ロッドを用いても、ビーム位置
安定度を大幅に改善できることが確認された。
【００１９】なお、図１では、中空管５，５’の両端部
が開口している場合を示しているが、中空管５，５’の
両端開口部あるいは中空管５，５’とホルダ本体３の取
り付け部分に波長変換に関する波長に対し透明度の高い
石英等からなる窓部材を取り付け、ホルダ本体３、結晶
保持部材２および中空管５，５’で囲まれる空間、ある
いは、ホルダ本体３および結晶保持部材２で囲まれる空
間を密封できる構造としてもよい。このような構成とす
れば、上記空間を真空に保持することができ、ホルダ本
体３内、あるいは、中空管５，５’内におけるビーム揺
らぎを確実に防止することができる。また、ＣＬＢＯ結
晶１を外部空間と遮断することができるので、ＣＬＢＯ
結晶１が吸水すること等による劣化を防止することがで
きる。
が開口している場合を示しているが、中空管５，５’の
両端開口部あるいは中空管５，５’とホルダ本体３の取
り付け部分に波長変換に関する波長に対し透明度の高い
石英等からなる窓部材を取り付け、ホルダ本体３、結晶
保持部材２および中空管５，５’で囲まれる空間、ある
いは、ホルダ本体３および結晶保持部材２で囲まれる空
間を密封できる構造としてもよい。このような構成とす
れば、上記空間を真空に保持することができ、ホルダ本
体３内、あるいは、中空管５，５’内におけるビーム揺
らぎを確実に防止することができる。また、ＣＬＢＯ結
晶１を外部空間と遮断することができるので、ＣＬＢＯ
結晶１が吸水すること等による劣化を防止することがで
きる。
【００２０】以下、本発明を適用した結晶保持装置のそ
の他の構成例について説明する。 （１）中空管と結晶保持体を一体構造とした結晶保持装
置 図６は中空管と結晶保持体を一体構造とした結晶保持装
置の断面構造を示す図である。同図において、１はＣＬ
ＢＯ結晶、５は例えばセラミック等で形成された中空
管、３は例えばセラミック等で形成されたホルダ本体で
あり、中空管５内には、ＣＬＢＯ結晶１が収納され、Ｃ
ＬＢＯ結晶１は中空管５内で移動しないように保持され
ている。また、中空管５の外周にはヒータ４が設けら
れ、また前記したように熱電対が取り付けられている
（図示せず）。ＣＬＢＯ結晶１の両端面は中空管５を介
して外部と連通しており、図示しないレーザ光源から放
出されるレーザ光は、中空管５を介してＣＬＢＯ結晶１
の一方の端面に入射し、ＣＬＢＯ結晶１の他方の端面か
ら出射する光は、中空管５を介して外部に放出される。
上記構成とすることにより、中空管５とホルダ本体を一
体構造にすることができ、構造を簡単化することができ
る。また、ホルダ本体３の中央（図６に一点鎖線で示し
た部分）でホルダ本体３と中空管５を左右に分割できる
構造にすれば、ＣＬＢＯ結晶の収納、交換、ＣＬＢＯ結
晶の結晶軸の向きの変更等を容易に行うことができる。
の他の構成例について説明する。 （１）中空管と結晶保持体を一体構造とした結晶保持装
置 図６は中空管と結晶保持体を一体構造とした結晶保持装
置の断面構造を示す図である。同図において、１はＣＬ
ＢＯ結晶、５は例えばセラミック等で形成された中空
管、３は例えばセラミック等で形成されたホルダ本体で
あり、中空管５内には、ＣＬＢＯ結晶１が収納され、Ｃ
ＬＢＯ結晶１は中空管５内で移動しないように保持され
ている。また、中空管５の外周にはヒータ４が設けら
れ、また前記したように熱電対が取り付けられている
（図示せず）。ＣＬＢＯ結晶１の両端面は中空管５を介
して外部と連通しており、図示しないレーザ光源から放
出されるレーザ光は、中空管５を介してＣＬＢＯ結晶１
の一方の端面に入射し、ＣＬＢＯ結晶１の他方の端面か
ら出射する光は、中空管５を介して外部に放出される。
上記構成とすることにより、中空管５とホルダ本体を一
体構造にすることができ、構造を簡単化することができ
る。また、ホルダ本体３の中央（図６に一点鎖線で示し
た部分）でホルダ本体３と中空管５を左右に分割できる
構造にすれば、ＣＬＢＯ結晶の収納、交換、ＣＬＢＯ結
晶の結晶軸の向きの変更等を容易に行うことができる。
【００２１】（２）ビーム通過部材の先端の冷却装置を
設けた結晶保持部材 前述の実験では、中空管の長さを選択することにより中
空管の先端部の温度と室温との差を変えるようにした
が、中空管の先端部に冷却装置を取り付け、ビーム通過
部材である中空管の先端部が、周囲温度に近い温度にな
るように冷却するとより効果的である。図７は、上記の
ように中空管の先端部に冷却装置を取り付けた場合の構
成例を示しており、同図は中空管の先端部に冷却装置を
取り付けた場合を示し、中空管として比較細い管を用い
た場合を示している。
設けた結晶保持部材 前述の実験では、中空管の長さを選択することにより中
空管の先端部の温度と室温との差を変えるようにした
が、中空管の先端部に冷却装置を取り付け、ビーム通過
部材である中空管の先端部が、周囲温度に近い温度にな
るように冷却するとより効果的である。図７は、上記の
ように中空管の先端部に冷却装置を取り付けた場合の構
成例を示しており、同図は中空管の先端部に冷却装置を
取り付けた場合を示し、中空管として比較細い管を用い
た場合を示している。
【００２２】図７において、１はＣＬＢＯ結晶、５は中
空管、３は例えばセラミック等で形成されたホルダ本体
であり、前記したようにホルダ本体３内の構成は前記図
１と同様であり、前記したようにヒータ４等が内蔵され
ている。また、７は冷却装置であり、例えば、中空管の
先端部に冷却用のフィンを取り付けて空冷したり、液冷
できるような構造にしたり、さらにペルチェ素子等を用
いた冷却装置を用いることもできる。上記のように中空
管５の先端部に冷却装置を設けることにより、中空管５
の長さが短くてもその先端部の温度を室温近くまで冷却
することができ、結晶保持装置をコンパクトに構成する
ことが可能となる。
空管、３は例えばセラミック等で形成されたホルダ本体
であり、前記したようにホルダ本体３内の構成は前記図
１と同様であり、前記したようにヒータ４等が内蔵され
ている。また、７は冷却装置であり、例えば、中空管の
先端部に冷却用のフィンを取り付けて空冷したり、液冷
できるような構造にしたり、さらにペルチェ素子等を用
いた冷却装置を用いることもできる。上記のように中空
管５の先端部に冷却装置を設けることにより、中空管５
の長さが短くてもその先端部の温度を室温近くまで冷却
することができ、結晶保持装置をコンパクトに構成する
ことが可能となる。
【００２３】（３）中空管としてベローズを用いた結晶
保持装置 図８に金属等から構成されたベローズを中空管として用
いた例を示す。同図において１はＣＬＢＯ結晶、８は薄
肉厚の金属をベローズ形状に形成し筒状とした中空管、
３はホルダ本体であり、前記したようにホルダ本体３内
の構成は前記図１と同様であり、前記したようにヒータ
４等が内蔵されている。同図に示すように、ベローズ形
状の中空管８を用いることにより中空管内部の気体の冷
却効果を向上させることができ、中空管の先端部におけ
るビームの揺らぎを効果的に抑制することができる。ま
た、ベローズ形状の中空管はフレキシブルであるので、
非線形結晶の角度の微調整を行い、位相整合角を合わせ
るためにも有効である。
保持装置 図８に金属等から構成されたベローズを中空管として用
いた例を示す。同図において１はＣＬＢＯ結晶、８は薄
肉厚の金属をベローズ形状に形成し筒状とした中空管、
３はホルダ本体であり、前記したようにホルダ本体３内
の構成は前記図１と同様であり、前記したようにヒータ
４等が内蔵されている。同図に示すように、ベローズ形
状の中空管８を用いることにより中空管内部の気体の冷
却効果を向上させることができ、中空管の先端部におけ
るビームの揺らぎを効果的に抑制することができる。ま
た、ベローズ形状の中空管はフレキシブルであるので、
非線形結晶の角度の微調整を行い、位相整合角を合わせ
るためにも有効である。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、結晶保持装置の結晶の出射側と入射側に中空部材の
ビーム通過部材を設け、各々のビーム通過部材の結晶と
反対側の端部温度と周囲雰囲気温度との差を、ビーム揺
らぎが安定する温度になるようにしたので、結晶を常温
より高い温度にしても、結晶保持装置の光入出射部分で
ビーム揺らぎが生ずることがなく、ビーム位置安定度を
向上させることができる。このため、レーザビームによ
る高精度な加工が可能となる。
は、結晶保持装置の結晶の出射側と入射側に中空部材の
ビーム通過部材を設け、各々のビーム通過部材の結晶と
反対側の端部温度と周囲雰囲気温度との差を、ビーム揺
らぎが安定する温度になるようにしたので、結晶を常温
より高い温度にしても、結晶保持装置の光入出射部分で
ビーム揺らぎが生ずることがなく、ビーム位置安定度を
向上させることができる。このため、レーザビームによ
る高精度な加工が可能となる。
【図１】本発明の実施例の結晶保持装置の構成を示す図
である。
である。
【図２】中空管を用いた場合の結晶温度に対するビーム
位置安定度を示す図である。
位置安定度を示す図である。
【図３】中空管の長さに対する先端部温度と室温との差
およびビーム位置安定度を示す図である。
およびビーム位置安定度を示す図である。
【図４】中空管の先端部温度と室温との差に対するビー
ム位置安定度を示す図である。
ム位置安定度を示す図である。
【図５】中実管を用いた場合の結晶温度に対するビーム
位置安定度を示す図である。
位置安定度を示す図である。
【図６】中空管と結晶保持体を一体構造とした結晶保持
装置の構成例を示す図である。
装置の構成例を示す図である。
【図７】中空管の先端部に冷却装置を取り付けた結晶保
持装置の構成例を示す図である。
持装置の構成例を示す図である。
【図８】中空管をベローズ形状とした結晶保持装置の構
成例を示す図である。
成例を示す図である。
【図９】結晶保持装置の光線入射出射部分におけるビー
ム揺らぎを説明する図である。
ム揺らぎを説明する図である。
１ ＣＬＢＯ結晶
２ 結晶保持部材
３ ホルダ本体
４ ヒータ
５，５ 中空管
７ 冷却装置
８ 中空管（ベローズ形状）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 北栃 直樹
静岡県御殿場市駒門１丁目90番地 株式
会社ウシオ総合技術研究所内
(56)参考文献 特開 平８−220406（ＪＰ，Ａ)
実開 昭60−59225（ＪＰ，Ｕ)
米国特許4968121（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02F 1/37
Claims (3)
- 【請求項１】 非線形光学結晶と、この結晶の保持部材
と、この保持部材を囲み結晶の温度を制御する温度詞整
機構を収容するホルダ本体とからなる結晶保持装置であ
って、 前記結晶の出射側と入射側に、中空部材のビーム通過部
材を設け、各々のビーム通過部材の結晶と反対側の端部温度とその
周囲雰囲気温度との温度差をＴとし、出射するビームの
所望のビーム位置安定度をＳ（μｒａｄ）としたとき、 上記温度差Ｔが、Ｔ≦１２＋３．５Ｓとなるように上記
中空部材の長さを選定した ことを特徴とする結晶保持装
置。 - 【請求項２】 上記ビーム通過部材のビーム通過部分の
最短径は、ビーム径の２倍より大きく、最長径は、結晶
の対角線の３倍の長さに等しいか、これより短いことを
特徴とする請求項１の結晶保持装置。 - 【請求項３】 前記光学結晶と、ビーム通過部材で囲ま
れる空間が真空であることを特徴とする請求項１または
請求項２の結晶保持装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08775399A JP3508611B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 結晶保持装置 |
| TW089101217A TW538298B (en) | 1999-03-30 | 2000-01-25 | Crystal holding device |
| EP00106746A EP1041427A3 (en) | 1999-03-30 | 2000-03-29 | Crystal support device |
| KR1020000016198A KR20010006909A (ko) | 1999-03-30 | 2000-03-29 | 결정유지장치 |
| US09/537,714 US6414784B1 (en) | 1999-03-30 | 2000-03-30 | Crystal support device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08775399A JP3508611B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 結晶保持装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000284334A JP2000284334A (ja) | 2000-10-13 |
| JP3508611B2 true JP3508611B2 (ja) | 2004-03-22 |
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ID=13923713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08775399A Expired - Fee Related JP3508611B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 結晶保持装置 |
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| JP4249922B2 (ja) * | 2001-11-19 | 2009-04-08 | 株式会社ニデック | 波長変換装置及びこれを備えるレーザ装置 |
| JP2004295088A (ja) * | 2003-03-11 | 2004-10-21 | Ngk Insulators Ltd | 波長変換素子 |
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| JP2005208294A (ja) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Institute Of Physical & Chemical Research | レーザー装置における非線形結晶保持箱およびそれを用いたレーザー装置 |
| DE102007034485A1 (de) * | 2007-07-20 | 2009-01-22 | Oc Oerlikon Balzers Ag | Heizvorrichtung für ein optisches Element |
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| WO2019038825A1 (ja) * | 2017-08-22 | 2019-02-28 | ギガフォトン株式会社 | 波長変換装置 |
| US11204536B1 (en) * | 2020-12-17 | 2021-12-21 | Raytheon Company | Ultra-stable dual-mode operation optical crystal assembly for harmonic conversion |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4968121A (en) | 1988-12-07 | 1990-11-06 | Hughes Aircraft Company | Hermetically sealed apparatus and method for maintaining crystals at a controlled operating temperature |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2436623A1 (de) * | 1974-07-30 | 1976-02-26 | Licentia Gmbh | Nichtlinearen kristall enthaltende anordnung zur beeinflussung kohaerenter optischer strahlung |
| US3947688A (en) * | 1974-08-26 | 1976-03-30 | Oregon Graduate Center For Study And Research | Method of generating tunable coherent ultraviolet light at wavelengths below 2500 A |
| US4913533A (en) * | 1987-12-22 | 1990-04-03 | Spectra-Physics, Inc. | KTP crystal nonlinear optical device with reduced drift and damage |
| US5093832A (en) * | 1991-03-14 | 1992-03-03 | International Business Machines Corporation | Laser system and method with temperature controlled crystal |
| US5353292A (en) * | 1991-10-31 | 1994-10-04 | Hoya Corporation | Laser light wavelength conversion apparatus capable of providing a uniform temperature distribution |
| JP3221586B2 (ja) * | 1993-04-27 | 2001-10-22 | 富士写真フイルム株式会社 | 光波長変換装置 |
| JPH1020351A (ja) * | 1996-07-01 | 1998-01-23 | Sony Corp | レーザ光源装置および当該装置の制御方法 |
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2000
- 2000-01-25 TW TW089101217A patent/TW538298B/zh not_active IP Right Cessation
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- 2000-03-29 KR KR1020000016198A patent/KR20010006909A/ko not_active Application Discontinuation
- 2000-03-30 US US09/537,714 patent/US6414784B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
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