JP3735975B2 - Wavelength conversion element - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続して発振する紫外光に対して耐久性の高い紫外光学薄膜を光学結晶の表面に形成した波長変換素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、レーザ光を利用した情報処理や計測制御等を行うオプトエレクトロニクス分野の発展は著しいものがある。一方、その発展に伴い、処理速度の高速化、制御性能の向上、および取り扱い情報量の大容量化が求めらることになり、従ってレーザ光源の短波長化および高出力化が重要な問題となってきている。
【0003】
レーザ光を短波長化する方法として、例えばUSP5473409に記載されているように、非線形光学結晶を用いて基本波光の第2高調波や第4高調波を発生させる方法がある。この波長変換素子である非線形光学結晶を用いてレーザ光を短波長化する構成が図9に示されている。
【0004】
しかしながら、波長の短い領域で半導体レーザを発振させることは困難であり、従って非線形光学結晶を用いて波長変換素子を構成し、短波長光を得ている。図9に示すように、レーザ発振回路1により半導体レーザ2を発振させ、レーザ光6を出射させる。このレーザ光6はYAG等の固体レーザ3を励起する。励起された固体レーザ3から出射されたレーザ光は非線形光学結晶4に入射し、第2高調波発生(SHG)の現象を利用して波長変換される。波長変換されたレーザ光は非線形光学結晶5に入射し、第4高調波発生(FHG)の現象を利用して、更に波長変換される。この波長変換により紫外光7を得るものである。
【0005】
図示していないが前記非線形光学結晶5の表面には、真空蒸着により、紫外光7に対して反射率の低い紫外光学薄膜が形成されている。しかし、従来の紫外光学薄膜は、高出力の紫外光7により発生する熱で短時間のうちに、例えば数秒から数分で壊されてしまうものであって、長期信頼性を有するものではない。そのため、効率よく波長変換をする波長変換素子を得ることができなかった。
【0006】
図10は紫外光学薄膜の経時変化の様子を示す。従来の紫外光学薄膜の経時変化の様子は図10のbで示されていて、短時間で劣化していることがわかる。これは出力100mW、パワー密度1kW/cm2 で波長266nmの紫外光を波長266nm用の紫外光学薄膜に照射し、反射、散乱、吸収に起因した損失の経時変化を示したものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、高調波を発する非線形光学結晶の表面に、高出力の紫外光に対して耐久力の優れた薄膜を形成して、レーザ光の短波長化を実現する効果的で長期信頼性を有する波長変換素子を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明波長変換素子は、波長が200nm以上300nm以下の紫外光を連続して発生する光学結晶の表面に、熱伝導率が0.01(J・cm−1・sec−1・K−1)以上の紫外光学薄膜が形成されている波長変換素子において、この紫外光学薄膜の材料として、この光学結晶の表面に密着して形成される第一層に酸化ハフニウム(HfO)を用い、更にこの第一層の上に形成される第二層にフッ化マグネシウム(MgF)を用いたものである。
【0009】
また、本発明波長変換素子は、波長が200nm以上300nm以下の紫外光を連続して発生する光学結晶の表面に、熱伝導率が0.01(J・cm−1・sec−1・K−1)以上の紫外光学薄膜が形成されている波長変換素子において、この紫外光学薄膜の材料として、この光学結晶の表面に密着して形成される第一層に酸化ハフニウム(HfO)を用い、この第一層上に形成される第二層に酸化マグネシウム(MgO)を用い、更にこの第二層の上に形成される第三層にフッ化マグネシウム(MgF)を用いたものである。
【0015】
斯る本発明による波長変換素子は、紫外光に対して耐久性が高い紫外光学薄膜を光学結晶の表面に形成しているので、連続して発振する紫外光に対して長期信頼性が保持される。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図1ないし図8を参照して説明する。
【0017】
まず、レーザ光を短波長化するための構成について図1を参照して説明する。レーザ発振回路1により半導体レーザ2を発振させ、レーザ光6を出射させる。このレーザ光6はYAG等の固体レーザ3を励起する。励起された固体レーザ3から出射されたレーザ光は非線形光学結晶4に入射し、第2高調波発生(SHG)の現象を利用して波長変換される。波長変換されたレーザ光は非線形光学結晶5に入射し、第4高調波発生(FHG)の現象を利用して、更に波長変換され、紫外光7が得られる。前記非線形光学結晶5の表面には真空蒸着により、紫外光7に対して反射率の低い紫外光学薄膜8が形成されている。
【0018】
つぎに、比較的波長の短い半導体レーザを使用した構成例を図2に示す。この例では非線形光学結晶5を1個使用して紫外光を発生させている。レーザ発振回路1により半導体レーザ2を発振させ、レーザ光6を出射させる。このレーザ光6は非線形光学結晶5に入射し、第2高調波発生(SHG)の現象を利用して波長変換され、紫外光7が得られる。前記非線形光学結晶5の表面には真空蒸着により、紫外光7に対して反射率の低い紫外光学薄膜8が形成されている。
【0019】
紫外光学薄膜8は膜材料として熱伝導率の高い蒸着物質を用いて形成される。紫外光に対して耐久性が高く長期信頼性のある薄膜である。即ち、図3(a)に示すように非線形光学結晶5に接する第一層に熱伝導率が0.01(J・cm-1・sec-1・K-1)以上の蒸着物質であるHfO2 10〔伝導率0.016(J・cm-1・sec-1・K-1)〕、および第二層にMgF2 11〔伝導率0.15(J・cm-1・sec-1・K-1)〕を用いて紫外光学薄膜8を形成する。
【0020】
前述した物質からなる紫外光学薄膜8を非線形光学結晶5の表面に形成して波長変換素子9を構成する。例えば、波長532nmの入射光に対して波長266nmの紫外光を出射する第4高調波発生機能を有する非線形光学結晶5の表面に前記紫外光学薄膜8を形成して波長変換素子9を構成する。
【0021】
また、前記非線形光学結晶5としては、リン酸二水素カリウム(KDP)やβ−ホウ酸バリウム(BBO)等の単結晶を用いる。後述する実施形態例1ないし実施形態例4の項において、非線形光学結晶5にBBO単結晶を用い、その表面に上述した2層からなる紫外光学薄膜8を形成した、波長532nmの基本波に対して反射率の低い波長変換素子9に関して説明する。
【0022】
また、図3(b)はHfO10とMgF11の間にMgO12の膜を形成した紫外光学薄膜8を示している。この紫外光学薄膜8も非線形光学結晶5の表面に形成して波長変換素子9を構成する。後述する実施形態例5の項において、非線形光学結晶5にBBO単結晶を用い、その表面に上述した3層からなる紫外光学薄膜8を形成した、波長532nmの基本波に対して反射率の低い波長変換素子9に関して説明する。
【0023】
ここで、一軸性のBBO単結晶の波長分散式は、
0 2 =1.9595+0.7892λ2/(λ2 −0.02161) (1)
e 2 =1.6932+0.6782λ2/(λ2 −0.01816) (2)
e(θ) 2 =1/(cos2 θ/n0 2 +sin2 θ/ne 2 ) (3)
にて与えられる。尚、λは波長であり、no は常光線屈折率であり、ne は異常光線屈折率であり、ne(θ) は単結晶の光軸から角度θの方向から入射した光の異常光線屈折率である。従って、波長分散式(1)ないし(3)より、基本波長532nmに対するBBO単結晶の位相整合条件は47.6°となる。この方位でBBO単結晶に基本波光を入射させた場合、第4高調波を最も効率よく発生する。
【0024】
次に、上述した紫外光学薄膜8と、非線形光学結晶5としてBBO単結晶を用いた波長変換素子9の構成について図4〜図7、および、表1〜表5を参照して説明する。表1〜表5には実施形態例1ないし実施形態例5の波長変換素子9を構成する物質の屈折率と位相膜厚を示す。位相膜厚とは、物理膜厚dに屈折率nを乗じたものを基本波長λO で割ったもので、nd/λO で示される。また、屈折率は波長532nmの光に対する値である。
【0025】
実施形態例1
実施形態例1の構成を表1に示す。
【表1】

Figure 0003735975
【0026】
この形態例は、非線形光学結晶5としてBBO単結晶と、BBO単結晶側の第一層のHfO2 10と第二層のMgF2 11とからなる紫外光学薄膜8とで構成された波長変換素子9である。第一層のHfO2 10はイオンプレーティングにより成膜し、また第二層のMgF2 11は通常蒸着で成膜して2層構造の紫外光学薄膜8を形成する。
【0027】
図4はこの紫外光学薄膜8の分光光度測定の測定結果を示す図で、532nmの基本波に対して低反射特性が実現されていることが分かる。尚、図4において、横軸は測定光の波長を表し、縦軸は波長に対する反射率を表している。
【0028】
また、図10の曲線aはこの紫外光学薄膜8の膜面上に出力100mW、パワー密度1kW/cm2 で波長266nmの紫外光を照射し、反射、散乱、吸収に起因した損失の経時変化を測定した結果を示している。この損失が増加することは光学薄膜の劣化を意味するが、図10の曲線aから実施形態例1の紫外光学薄膜8は100時間以上、紫外光に露光されていてもほとんど劣化していないことがわかる。
【0029】
実施形態例2
実施形態例2の構成を表2に示す。
【表2】
Figure 0003735975
【0030】
この形態例は、実施形態例1と同一の構成で、第一層のHfO2 10と第二層のMgF2 11の膜厚が異なるものである。また、その紫外光学薄膜8の形成方法も実施形態例1と同一であり、ここでの説明は省略する。
【0031】
図5はこの紫外光学薄膜8の分光光度測定の測定結果を示す図で、532nmの基本波に対して低反射特性が実現されていることが分かる。尚、図5において、横軸は測定光の波長を表し、縦軸は波長に対する反射率を表している。
また、損失についても図示はしていないが、略実施形態例1と同様の結果が得られていて、紫外光に対する耐久性の高さが確認されている。
【0032】
実施形態例3
実施形態例3の構成を表3に示す。
【表3】
Figure 0003735975
【0033】
この形態例は、実施形態例1と同一の構成で、実施形態例2と同様に第一層のHfO2 10と第二層のMgF2 11の膜厚が異なるものである。また、その紫外光学薄膜8の形成方法も実施形態例1と同一であり、ここでの説明は省略する。
【0034】
図6はこの紫外光学薄膜8の分光光度測定の測定結果を示す図で、532nmの基本波に対して低反射特性が実現されていることが分かる。尚、図6において、横軸は測定光の波長を表し、縦軸は波長に対する反射率を表している。
また、損失についても図示はしていないが、略実施形態例1と同様の結果が得られていて、紫外光に対する耐久性の高さが確認されている。
【0035】
実施形態例4
実施形態例4の構成を表4に示す。
【表4】
Figure 0003735975
【0036】
この形態例は、実施形態例1と同一の構成で、実施形態例2および実施形態例3と同様に第一層のHfO2 10と第二層のMgF2 11の膜厚が異なるものである。また、その紫外光学薄膜8の形成方法も実施形態例1と同一であり、ここでの説明は省略する。
【0037】
図7はこの紫外光学薄膜8の分光光度測定の測定結果を示す図で、532nmの基本波に対して低反射特性が実現されていることが分かる。尚、図7において、横軸は測定光の波長を表し、縦軸は波長に対する反射率を表している。
また、損失についても図示はしていないが、略実施形態例1と同様の結果が得られていて、紫外光に対する耐久性の高さが確認されている。
【0038】
実施形態例5
実施形態例5の構成を表5に示す。
【表5】
Figure 0003735975
【0039】
この形態例は、非線形光学結晶5としてBBO単結晶と、BBO単結晶側の第一層のHfO2 10と第二層のMgO12と第三層のMgF2 11とからなる紫外光学薄膜8とで構成された波長変換素子9である。第一層のHfO2 10はイオンプレーティングにより成膜し、また第二層のMgO12および第三層のMgF2 11は通常蒸着で成膜して3層構造の紫外光学薄膜8を形成する。
【0040】
図8はこの紫外光学薄膜8の分光光度測定の測定結果を示す図で、532nmの基本波に対して低反射特性が実現されていることが分かる。尚、図8において、横軸は測定光の波長を表し、縦軸は波長に対する反射率を表している。
また、損失についても図示はしていないが、略実施形態例1と同様の結果が得られていて、紫外光に対する耐久性の高さが確認されている。
【0041】
上述したように本発明の紫外光学薄膜を非線形光学結晶に用いてレーザ光の波長変換をする耐久性の高い波長変換素子を構成することができる。前記紫外光学薄膜はこれに限らず、他の紫外光に曝される光学部品に用いて効果が大きいことは論を待たない。
【0042】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明では、膜材料として熱伝導率が0.01(J・cm−1・sec−1・K−1)以上の蒸着物質を使用することにより高出力の連続して発振する紫外光が照射されても、熱を逃がすことができるので長期信頼性のある紫外光学薄膜が得られる。従って、この紫外光学薄膜を光学結晶に用いて、その光学結晶の低反射化および高反射化ができ、高出力紫外光に対して長期信頼性のある波長変換素子が実現できる。
【0043】
また、前述した光学薄膜は、光学結晶への水分の侵入を防ぎ、特にBBO単結晶の潮解性による表面の化学変化や表面の酸化に対する保護膜としての機能を有し、この点からも長期信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 レーザ光の短波長化に関し、波長変換素子を用いてレーザ光を短波長化するための概略構成を示す図である。
【図2】 レーザ光の短波長化に関し、波長変換素子を用いてレーザ光を短波長化するための、他の概略構成を示す図である。
【図3】 本発明の光学薄膜に関し、(a)は光学薄膜の一構成例であり、(b)は他の構成例である。
【図4】 本発明の第一の実施形態例に係わる紫外光学薄膜の分光光度測定の測定結果を示す特性図である。
【図5】 本発明の第二の実施形態例に係わる紫外光学薄膜の分光光度測定の測定結果を示す特性図である。
【図6】 本発明の第三の実施形態例に係わる紫外光学薄膜の分光光度測定の測定結果を示す特性図である。
【図7】 本発明の第四の実施形態例に係わる紫外光学薄膜の分光光度測定の測定結果を示す特性図である。
【図8】 本発明の第五の実施形態例に係わる紫外光学薄膜の分光光度測定の測定結果を示す特性図である。
【図9】 従来におけるレーザ光の短波長化に関し、波長変換素子を用いてレーザ光を短波長化するための構成を示す図である。
【図10】 本発明の第一の実施形態例に係わる紫外光学薄膜の経時変化と従来の紫外光学薄膜の経時変化を示す特性図である。
【符号の説明】
1…レーザ発振回路、2…半導体レーザ、3…固体レーザ、4,5…非線形光学結晶、6…レーザ光、7…紫外光、8…紫外光学薄膜、9…波長変換素子、10…HfO2 、11…MgF2 、12…MgO[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wavelength conversion element formed high ultraviolet optical thin durable surface optical crystal to ultraviolet light which oscillates continuously.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there has been a remarkable development in the field of optoelectronics that performs information processing and measurement control using laser light. On the other hand, with the development, it is required to increase the processing speed, improve the control performance, and increase the amount of information to be handled. Therefore, it is important to shorten the wavelength and output of the laser light source. It has become to.
[0003]
As a method for shortening the wavelength of laser light, for example, as described in US Pat. No. 5,473,409, there is a method of generating second and fourth harmonics of fundamental light using a nonlinear optical crystal. FIG. 9 shows a configuration in which laser light is shortened using a nonlinear optical crystal that is a wavelength conversion element.
[0004]
However, it is difficult to oscillate a semiconductor laser in a short wavelength region. Therefore, a wavelength conversion element is configured using a nonlinear optical crystal to obtain short wavelength light. As shown in FIG. 9, the laser oscillation circuit 1 oscillates the semiconductor laser 2 and emits the laser beam 6. This laser beam 6 excites a solid-state laser 3 such as YAG. The laser light emitted from the excited solid-state laser 3 enters the nonlinear optical crystal 4 and is wavelength-converted by utilizing the phenomenon of second harmonic generation (SHG). The wavelength-converted laser light is incident on the nonlinear optical crystal 5 and further wavelength-converted by utilizing the phenomenon of fourth harmonic generation (FHG). The ultraviolet light 7 is obtained by this wavelength conversion.
[0005]
Although not shown, an ultraviolet optical thin film having a low reflectance with respect to the ultraviolet light 7 is formed on the surface of the nonlinear optical crystal 5 by vacuum deposition. However, the conventional ultraviolet optical thin film is broken by heat generated by the high-output ultraviolet light 7 in a short time, for example, in a few seconds to a few minutes, and does not have long-term reliability. For this reason, it has been impossible to obtain a wavelength conversion element that performs wavelength conversion efficiently.
[0006]
FIG. 10 shows the temporal change of the ultraviolet optical thin film. The state of change with time of the conventional ultraviolet optical thin film is shown by b in FIG. This shows the time-dependent change in loss caused by reflection, scattering, and absorption when an ultraviolet optical thin film for wavelength 266 nm is irradiated with ultraviolet light of wavelength 266 nm at an output of 100 mW and a power density of 1 kW / cm 2 .
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to form a thin film having excellent durability against high-power ultraviolet light on the surface of a nonlinear optical crystal that emits higher harmonics, thereby realizing an effective and long-term reduction in the wavelength of laser light. it is intended to provide a wavelength conversion element that have a reliability.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The wavelength conversion element of the present invention has a thermal conductivity of 0.01 (J · cm −1 · sec −1 · K −1 ) on the surface of an optical crystal that continuously generates ultraviolet light having a wavelength of 200 nm to 300 nm. In the wavelength conversion element in which the ultraviolet optical thin film is formed, hafnium oxide (HfO 2 ) is used as a material for the ultraviolet optical thin film in the first layer formed in close contact with the surface of the optical crystal. Magnesium fluoride (MgF 2 ) is used for the second layer formed on the first layer.
[0009]
The wavelength conversion element of the present invention has a thermal conductivity of 0.01 (J · cm −1 · sec −1 · K − on the surface of an optical crystal that continuously generates ultraviolet light having a wavelength of 200 nm to 300 nm. 1 ) In the wavelength conversion element in which the above-described ultraviolet optical thin film is formed, hafnium oxide (HfO 2 ) is used as the first layer formed in close contact with the surface of the optical crystal as the material of the ultraviolet optical thin film. Magnesium oxide (MgO) is used for the second layer formed on the first layer, and magnesium fluoride (MgF 2 ) is used for the third layer formed on the second layer.
[0015]
Such a wavelength conversion element according to the present invention has a long-term reliability against continuously oscillating ultraviolet light because an ultraviolet optical thin film having high durability against ultraviolet light is formed on the surface of the optical crystal. The
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0017]
First, a configuration for reducing the wavelength of laser light will be described with reference to FIG. The laser oscillation circuit 1 oscillates the semiconductor laser 2 and emits laser light 6. This laser beam 6 excites a solid-state laser 3 such as YAG. The laser light emitted from the excited solid-state laser 3 enters the nonlinear optical crystal 4 and is wavelength-converted by utilizing the phenomenon of second harmonic generation (SHG). The wavelength-converted laser light is incident on the nonlinear optical crystal 5 and is further wavelength-converted using the phenomenon of fourth harmonic generation (FHG) to obtain ultraviolet light 7. On the surface of the nonlinear optical crystal 5, an ultraviolet optical thin film 8 having a low reflectance with respect to the ultraviolet light 7 is formed by vacuum deposition.
[0018]
Next, FIG. 2 shows a configuration example using a semiconductor laser having a relatively short wavelength. In this example, one nonlinear optical crystal 5 is used to generate ultraviolet light. The laser oscillation circuit 1 oscillates the semiconductor laser 2 and emits laser light 6. The laser beam 6 enters the nonlinear optical crystal 5 and is wavelength-converted using the phenomenon of second harmonic generation (SHG) to obtain ultraviolet light 7. On the surface of the nonlinear optical crystal 5, an ultraviolet optical thin film 8 having a low reflectance with respect to the ultraviolet light 7 is formed by vacuum deposition.
[0019]
The ultraviolet optical thin film 8 is formed using a vapor deposition material having a high thermal conductivity as a film material. It is a thin film with high durability and long-term reliability against ultraviolet light. That is, as shown in FIG. 3A, the first layer in contact with the nonlinear optical crystal 5 has a thermal conductivity of 0.01 (J · cm −1 · sec −1 · K −1 ) or more, which is HfO, which is a vapor deposition material. 2 10 [conductivity 0.016 (J · cm −1 · sec −1 · K −1 )] and MgF 2 11 [conductivity 0.15 (J · cm −1 · sec −1 · K −1 )] is used to form the ultraviolet optical thin film 8.
[0020]
The wavelength conversion element 9 is configured by forming the ultraviolet optical thin film 8 made of the above-described material on the surface of the nonlinear optical crystal 5. For example, the wavelength conversion element 9 is configured by forming the ultraviolet optical thin film 8 on the surface of the nonlinear optical crystal 5 having a fourth harmonic generation function for emitting ultraviolet light having a wavelength of 266 nm to incident light having a wavelength of 532 nm.
[0021]
The nonlinear optical crystal 5 is a single crystal such as potassium dihydrogen phosphate (KDP) or β-barium borate (BBO). In the paragraphs of Embodiment Examples 1 to 4 to be described later, with respect to a fundamental wave having a wavelength of 532 nm, a BBO single crystal is used as the nonlinear optical crystal 5 and the above-described ultraviolet optical thin film 8 having two layers is formed on the surface thereof. The wavelength conversion element 9 having a low reflectance will be described.
[0022]
FIG. 3B shows an ultraviolet optical thin film 8 in which a film of MgO 12 is formed between HfO 2 10 and MgF 2 11. This ultraviolet optical thin film 8 is also formed on the surface of the nonlinear optical crystal 5 to constitute the wavelength conversion element 9. In the section of Embodiment 5 to be described later, a BBO single crystal is used for the nonlinear optical crystal 5 and the above-described ultraviolet optical thin film 8 composed of three layers is formed on the surface thereof, and has a low reflectance with respect to a fundamental wave with a wavelength of 532 nm. The wavelength conversion element 9 will be described.
[0023]
Here, the wavelength dispersion formula of the uniaxial BBO single crystal is
n 0 2 = 1.9595 + 0.7892λ 2 / (λ 2 −0.02161) (1)
n e 2 = 1.6932 + 0.6782λ 2 / (λ 2 -0.01816) (2)
ne ( θ ) 2 = 1 / (cos 2 θ / n 0 2 + sin 2 θ / ne 2 ) (3)
Given in Incidentally, lambda is the wavelength, n o is the ordinary refractive index, n e is the extraordinary ray refraction index, n e (θ) is the light incident from a direction at an angle theta from the optical axis of the single crystal abnormal It is a light refractive index. Therefore, from the wavelength dispersion equations (1) to (3), the phase matching condition of the BBO single crystal with respect to the fundamental wavelength of 532 nm is 47.6 °. When the fundamental wave light is incident on the BBO single crystal in this orientation, the fourth harmonic is generated most efficiently.
[0024]
Next, the configuration of the above-described ultraviolet optical thin film 8 and the wavelength conversion element 9 using a BBO single crystal as the nonlinear optical crystal 5 will be described with reference to FIGS. 4 to 7 and Tables 1 to 5. FIG. Tables 1 to 5 show the refractive indexes and phase film thicknesses of the substances constituting the wavelength conversion element 9 of Embodiments 1 to 5. The phase film thickness is obtained by multiplying the physical film thickness d by the refractive index n and dividing it by the fundamental wavelength λ O and is represented by nd / λ O. The refractive index is a value for light having a wavelength of 532 nm.
[0025]
Embodiment 1
Table 1 shows the configuration of the first embodiment.
[Table 1]
Figure 0003735975
[0026]
In this embodiment, a wavelength conversion element composed of a BBO single crystal as the nonlinear optical crystal 5 and an ultraviolet optical thin film 8 made of the first layer HfO 2 10 and the second layer MgF 2 11 on the BBO single crystal side. Nine. The first layer of HfO 2 10 is formed by ion plating, and the second layer of MgF 2 11 is formed by ordinary vapor deposition to form the ultraviolet optical thin film 8 having a two-layer structure.
[0027]
FIG. 4 is a diagram showing the measurement result of the spectrophotometric measurement of the ultraviolet optical thin film 8, and it can be seen that the low reflection characteristic is realized with respect to the fundamental wave of 532 nm. In FIG. 4, the horizontal axis represents the wavelength of the measurement light, and the vertical axis represents the reflectance with respect to the wavelength.
[0028]
Curve a in FIG. 10 shows the time-dependent change in loss due to reflection, scattering, and absorption by irradiating the ultraviolet optical thin film 8 with ultraviolet light having an output of 100 mW and a power density of 1 kW / cm 2 and a wavelength of 266 nm. The measurement results are shown. Increasing this loss means deterioration of the optical thin film. From the curve a in FIG. 10, the ultraviolet optical thin film 8 of Example 1 is hardly deteriorated even when exposed to ultraviolet light for 100 hours or more. I understand.
[0029]
Embodiment 2
Table 2 shows the configuration of the second embodiment.
[Table 2]
Figure 0003735975
[0030]
This embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, and the film thicknesses of the first layer HfO 2 10 and the second layer MgF 2 11 are different. Further, the method for forming the ultraviolet optical thin film 8 is the same as that in the first embodiment, and the description thereof is omitted here.
[0031]
FIG. 5 is a diagram showing the measurement result of the spectrophotometric measurement of the ultraviolet optical thin film 8, and it can be seen that the low reflection characteristic is realized with respect to the fundamental wave of 532 nm. In FIG. 5, the horizontal axis represents the wavelength of the measurement light, and the vertical axis represents the reflectance with respect to the wavelength.
Although the loss is not shown in the figure, the same result as in the first embodiment is obtained, and the high durability against ultraviolet light is confirmed.
[0032]
Embodiment 3
Table 3 shows the configuration of the third embodiment.
[Table 3]
Figure 0003735975
[0033]
This embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, and the film thicknesses of the first layer of HfO 2 10 and the second layer of MgF 2 11 are different from those of the second embodiment. Further, the method for forming the ultraviolet optical thin film 8 is the same as that in the first embodiment, and the description thereof is omitted here.
[0034]
FIG. 6 is a diagram showing the measurement result of the spectrophotometric measurement of the ultraviolet optical thin film 8, and it can be seen that the low reflection characteristic is realized with respect to the fundamental wave of 532 nm. In FIG. 6, the horizontal axis represents the wavelength of the measurement light, and the vertical axis represents the reflectance with respect to the wavelength.
Although the loss is not shown in the figure, the same result as in the first embodiment is obtained, and the high durability against ultraviolet light is confirmed.
[0035]
Embodiment 4
Table 4 shows the configuration of the fourth embodiment.
[Table 4]
Figure 0003735975
[0036]
This embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, and the film thicknesses of the first layer of HfO 2 10 and the second layer of MgF 2 11 are different from those of the second and third embodiments. . Further, the method for forming the ultraviolet optical thin film 8 is the same as that in the first embodiment, and the description thereof is omitted here.
[0037]
FIG. 7 is a diagram showing the measurement result of the spectrophotometric measurement of the ultraviolet optical thin film 8, and it can be seen that the low reflection characteristic is realized with respect to the fundamental wave of 532 nm. In FIG. 7, the horizontal axis represents the wavelength of the measurement light, and the vertical axis represents the reflectance with respect to the wavelength.
Although the loss is not shown in the figure, the same result as in the first embodiment is obtained, and the high durability against ultraviolet light is confirmed.
[0038]
Embodiment 5
Table 5 shows the configuration of the fifth embodiment.
[Table 5]
Figure 0003735975
[0039]
This embodiment is composed of a BBO single crystal as the nonlinear optical crystal 5, and an ultraviolet optical thin film 8 composed of HfO 2 10 as the first layer, MgO 12 as the second layer, and MgF 2 11 as the third layer on the BBO single crystal side. This is a configured wavelength conversion element 9. The first layer of HfO 2 10 is formed by ion plating, and the second layer of MgO 12 and the third layer of MgF 2 11 are formed by ordinary vapor deposition to form the ultraviolet optical thin film 8 having a three-layer structure.
[0040]
FIG. 8 is a diagram showing the measurement result of the spectrophotometric measurement of the ultraviolet optical thin film 8, and it can be seen that the low reflection characteristic is realized with respect to the fundamental wave of 532 nm. In FIG. 8, the horizontal axis represents the wavelength of the measurement light, and the vertical axis represents the reflectance with respect to the wavelength.
Although the loss is not shown in the figure, the same result as in the first embodiment is obtained, and the high durability against ultraviolet light is confirmed.
[0041]
As described above, it is possible to configure a highly durable wavelength conversion element that converts the wavelength of laser light by using the ultraviolet optical thin film of the present invention for a nonlinear optical crystal. The ultraviolet optical thin film is not limited to this, and it is not a matter of course that the ultraviolet optical thin film is effective when used for other optical parts exposed to ultraviolet light.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, a high output is continuously obtained by using a vapor deposition material having a thermal conductivity of 0.01 (J · cm−1 · sec −1 · K −1 ) or more as a film material. Even when irradiated with oscillating ultraviolet light, heat can be released, so that a long-term reliable ultraviolet optical thin film can be obtained. Therefore, by using this ultraviolet optical thin film for an optical crystal , the optical crystal can be reduced in reflection and reflection, and a wavelength conversion element having long-term reliability for high output ultraviolet light can be realized.
[0043]
The optical thin film described above prevents moisture from entering the optical crystal , and has a function as a protective film against surface chemical changes and surface oxidation due to deliquescence of the BBO single crystal. Sex can be secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration for shortening a wavelength of a laser beam by using a wavelength conversion element with respect to shortening the wavelength of the laser beam.
FIG. 2 is a diagram showing another schematic configuration for shortening the wavelength of laser light by using a wavelength conversion element with respect to shortening the wavelength of laser light.
3A is a structural example of an optical thin film, and FIG. 3B is another structural example of the optical thin film of the present invention.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the measurement result of the spectrophotometric measurement of the ultraviolet optical thin film according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing measurement results of spectrophotometric measurement of an ultraviolet optical thin film according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a measurement result of spectrophotometric measurement of an ultraviolet optical thin film according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a measurement result of spectrophotometric measurement of an ultraviolet optical thin film according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a measurement result of spectrophotometric measurement of an ultraviolet optical thin film according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration for shortening the wavelength of a laser beam by using a wavelength conversion element with respect to shortening the wavelength of the conventional laser beam.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a change with time of an ultraviolet optical thin film according to the first embodiment of the present invention and a change with time of a conventional ultraviolet optical thin film.
[Explanation of symbols]
1 ... laser oscillator, 2 ... semiconductor laser, 3 ... solid-state laser, 4,5 ... nonlinear optical crystal, 6 ... laser light, 7 ... ultraviolet light, 8 ... ultraviolet optical thin film, 9 ... wavelength conversion element, 10 ... HfO 2 11 ... MgF 2 , 12 ... MgO

Claims (2)

波長が200nm以上300nm以下の紫外光を連続して発生する光学結晶の表面に、熱伝導率が0.01(J・cm−1・sec−1・K−1)以上の紫外光学薄膜が形成されている波長変換素子において、
前記紫外光学薄膜の材料として、前記光学結晶の表面に密着して形成される第一層に酸化ハフニウム(HfO)を用い、更に前記第一層の上に形成される第二層にフッ化マグネシウム(MgF)を用いることを特徴とする波長変換素子。
An ultraviolet optical thin film having a thermal conductivity of 0.01 (J · cm −1 · sec −1 · K −1 ) or more is formed on the surface of an optical crystal that continuously generates ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or more and 300 nm or less. In the wavelength conversion element that has been
As a material for the ultraviolet optical thin film, hafnium oxide (HfO 2 ) is used for the first layer formed in close contact with the surface of the optical crystal, and further, the second layer formed on the first layer is fluorinated. A wavelength conversion element characterized by using magnesium (MgF 2 ).
波長が200nm以上300nm以下の紫外光を連続して発生する光学結晶の表面に、熱伝導率が0.01(J・cm−1・sec−1・K−1)以上の紫外光学薄膜が形成されている波長変換素子において、
前記紫外光学薄膜の材料として、前記光学結晶の表面に密着して形成される第一層に酸化ハフニウム(HfO)を用い、前記第一層上に形成される第二層に酸化マグネシウム(MgO)を用い、更に前記第二層の上に形成される第三層にフッ化マグネシウム(MgF)を用いることを特徴とする波長変換素子。
An ultraviolet optical thin film having a thermal conductivity of 0.01 (J · cm −1 · sec −1 · K −1 ) or more is formed on the surface of an optical crystal that continuously generates ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or more and 300 nm or less. In the wavelength conversion element that has been
As a material for the ultraviolet optical thin film, hafnium oxide (HfO 2 ) is used for the first layer formed in close contact with the surface of the optical crystal, and magnesium oxide (MgO) is used for the second layer formed on the first layer. ) And magnesium fluoride (MgF 2 ) is used for the third layer formed on the second layer.
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