JP3939928B2

JP3939928B2 - Wavelength converter

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Publication number: JP3939928B2
Application number: JP2001054119A
Authority: JP
Inventors: 純佐久間; 哲実住吉; 明白鳥; 仁志関田; 奉文富高
Original assignee: サイバーレーザー株式会社
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: JP2002258339A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー光の波長を特定の波長に変換する波長変換装置に係り、例えば、特定波長の紫外コヒーレント光を発生させる光源装置等に利用可能な波長変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種半導体装置の製造に用いられる露光装置では、波長１９３ｎｍで発振する高出力のパルスレーザーであるＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザーが用いられようとしている。このような半導体産業分野の趨勢に対し、露光技術を支える各種検査用ないし校正用等の光源としては、２００ｎｍ未満の深紫外域で発振し、かつ、数１０ｋＨｚ以上の高い周波数での繰返し出力ないし連続出力が可能なコヒーレント光源が不可欠になってくる。また、近年のレーザー冷却応用分野の進展等に伴い、半導体産業以外の分野でも深紫外域で発振する同様の光源が強く求められている。そして、これらの半導体産業やレーザー冷却応用等の分野で用いる深紫外光源としては、いずれも数１０ｍＷ〜数１００ｍＷ程度の出力が必要と考えられている。しかし、深紫外の波長域で一般的に用いられているＡｒＦエキシマレーザーは、最大繰返し周波数が精々５ｋＨｚで高ピークパワー出力のパルスレーザーであるため、かかる半導体産業やレーザー冷却応用等の分野における種々の要請には適さない。さらに、そのパルスレーザー発振器は、大型でかつ取扱いが困難であるという難点があるため、この点でも前記要請には適さない。このようなことから、非線形光学結晶を用いた波長変換による紫外コヒーレント光源が広く検討されている。
【０００３】
波長変換によって２００ｎｍ近傍の紫外光を発生させる技術としては、例えば、波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザー光の第５高調波（波長２１３ｎｍ）発生や波長１０４７ｎｍのＮｄ：ＹＬＦレーザー光の第５高調波（波長２０９ｎｍ）発生等が比較的よく用いられる技術として知られており、これらの高調波は連続出力させることも可能である。連続出力の他の紫外光発生例としては、Optics Letter誌, Vol.25, No.19, p.1457, 2000（以下「公知文献１」という。）において、チタンサファイアレーザー光の第２高調波（波長３７３ｎｍ）と半導体レーザーからの近赤外光（波長７８０ｎｍ）をＢＢＯ結晶により和周波混合して波長２５２ｎｍの連続出力紫外光を得たことが報告されている。文献BerkLand et al, Applied Optics, Vol.36, P4159, 1997（以下「公知文献２」という。）には、連続出力の波長１９４ｎｍの紫外光を発生させる技術が開示されている。この公知文献２の技術では、アルゴンイオンレーザー（発振波長５１５ｎｍ）の第２高調波（波長２５７ｎｍ）と半導体レーザー光（波長７９２ｎｍ）をＢＢＯ結晶により和周波混合させることとしている。また、特開平１１−２５８６４５号公報（以下「公知文献３」という。）では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波（波長２６６ｎｍ）にチタンサファイアレーザー光（波長約７００ｎｍ）の光をＢＢＯ結晶により和周波混合して波長１９０ｎｍ付近の光を得る技術が提案されている。さらに、文献Applied Optics, Vol.39, No.30, p.5505, 2000（以下「公知文献４」という。）には、Ｎｄ：ＹＬＦレーザーの第３高調波（波長３４９ｎｍ）とチタンサファイアレーザー光（波長７８０ｎｍ）を和周波混合して波長２４２ｎｍの紫外光を得、この紫外光とＮｄ：ＹＬＦレーザー光（波長１０４７ｎｍ）をＣＬＢＯ結晶により和周波混合して波長１９６ｎｍの光を得たことが報告されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、波長変換による様々な紫外光源が従来より検討されているが、従来の紫外光源では、装置構成が複雑ないし大型であるなどの解決すべき課題が少なくなく、上述した半導体産業分野等における要請を満たすにも至っていない。すなわち、従来より比較的よく用いられている上記Ｎｄ：ＹＡＧレーザーないしＮｄ：ＹＬＦレーザーの第５高調波発生は、３段階の波長変換が必要なために装置構成が複雑で大型なものとなってしまう上に、その発生波長が２１３ｎｍないし２０９ｎｍ近傍に限られるので波長同調が実質不可能であるという問題がある。さらに、それらの発生波長は、ＡｒＦエキシマレーザー露光の検査用光源としても、露光波長である１９３ｎｍから１０％以上離れている。ＡｒＦエキシマレーザー露光の検査用光源の波長としては、理想的には１９３．４ｎｍが望ましく、波長の誤差が最大でも±５％程度以内であることが実用上求められると考えられるので、かかる１９３ｎｍから１０％以上も離れているような発生波長の光源では、十分な検査精度は期待できないという問題もある。
【０００５】
また、上記公知文献１の技術では、発生波長が２５０ｎｍ近傍であり、その更なる短波長化、高出力化は困難という課題がある。上記公知文献２の技術では、半導体レーザー光を和周波混合するため、和周波光の出力としては２ｍＷ程度の低出力しか得られないという問題がある。上記公知文献３の技術では、３段階の波長変換を行う上に、第２高調波からの実質的な波長変換をするチタンサファイアレーザーを用いるため、装置構成が比較的複雑で大型なものになることが予想される。そして、公知文献１、２及び３のいずれの技術においても、和周波混合用結晶としてＢＢＯ結晶を用いることとしているが、ＢＢＯ結晶は、短波長側の吸収端が１９０ｎｍ近傍にあり、かつ、位相許容幅が狭いので、たとえ混合する光の出力を増大させても発生する紫外光の出力をあまり増加させることはできないという問題がある。一方、上記公知文献４の技術では、高出力が可能なＮｄ：ＹＬＦレーザー光を用い、和周波混合用結晶としてＣＬＢＯ結晶を採用した構成とすることにより、低出力という課題の解決が図られており、平均出力１．５Ｗの紫外光を得ている。しかし、４段階の波長変換を行う等、装置構成が複雑なものとなっている上に、周波数５ｋＨｚ程度のパルス発振による出力しか得られないので、これも上述した半導体産業分野等の要請に応えるものにはなっていない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、上述した様々な問題を解決し、波長２００ｎｍ付近の紫外光等の所望波長の光を簡易な構成により高い出力で発生させることができ、かつ、その所望波長の光を高い繰返し周波数で出力し、あるいは、連続出力することもできる波長変換技術を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明に係る波長変換装置は、第１の波長（例えば４５０ｎｍ〜５４０ｎｍ）のレーザー光を発生する第１のレーザー発振器と、そのレーザー光を波長変換して第２の波長（例えば２２５ｎｍ〜２７０ｎｍ）の光を発生させる第１の非線形光学結晶と、第３の波長（例えば１０００ｎｍ〜１１００ｎｍ）で発振する第２のレーザー発振器と、前記第１の非線形光学結晶で発生させた前記第２の波長の光と前記第２のレーザー発振器からのレーザー光を和周波混合する第２の非線形光学結晶とを有する。これにより、比較的簡素な構成で高出力な波長２００ｎｍ付近の紫外コヒーレント光を発生させる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による波長変換装置の構成を示す図である。この波長変換装置は、波長２００ｎｍ付近の紫外コヒーレント光を発生させる基本的な形態によるものであり、図示のようにレーザー発振器１、非線形光学結晶２、レーザー発振器３、反射部材４、結合ミラー５及び非線形光学結晶６を具備している。
【０００９】
レーザー発振器１は、波長４５０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下のレーザー光（以下、この発明の実施の形態において「第１波長光」といい、符号「Ｌ１」で表す。）を発生する第１のレーザー発振器である。このレーザー発振器１としては、例えば、波長４５０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下で発振する数Ｗ出力の装置が一般に市販されているアルゴンイオンレーザー等を用いることができる。非線形光学結晶２は、レーザー発振器１からの第１波長光Ｌ１を第２高調波に波長変換して波長２２５ｎｍ以上２７０ｎｍ以下の光（以下、この発明の実施の形態において「第２波長光」といい、符号「Ｌ２」で表す。）を発生させる第１の非線形光学結晶である。この非線形光学結晶２としては、例えば、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４（ベータ硼酸バリウム））結晶やＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）結晶等を用いることができる。
【００１０】
レーザー発振器３は、波長１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下のレーザー光（以下、この発明の実施の形態において「第３波長光」といい、符号「Ｌ３」で表す。）を発生する第２のレーザー発振器である。このレーザー発振器３としては、例えば、ネオジウムイオン又はイッテルビウムイオンをドープした固体のレーザー媒質を有するものを用いることができる。具体的には、波長変換に適した小さい広がり角で１０Ｗ以上の高出力も容易に得られる発振波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザー発振器や、発振波長が１０３０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下のＹｂ：ＹＡＧレーザー発振器、発振波長が１０３０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下のＹｂ：ｇｌａｓｓレーザー発振器、発振波長が１０４７ｎｍ以上１０５３ｎｍ以下のＮｄ：ＹＬＦレーザー発振器、発振波長が１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ４レーザー発振器等を用いることができる。反射部材４は、レーザー発振器３からの第３波長光Ｌ３を反射して結合ミラー５へ導くものであり、レーザー発振器３の設置位置等に応じて適宜設ける。
【００１１】
結合ミラー５は、図示のように第２波長光Ｌ２を透過して第３波長光Ｌ３を反射すると共に、その透過と反射の際に第２波長光Ｌ２と第３波長光Ｌ３とを同軸化する結合ミラーである。非線形光学結晶６は、結合ミラー５を介した第２波長光Ｌ２と第３波長光Ｌ３を和周波混合する第２の非線形光学結晶である。この非線形光学結晶６としては、例えば、ＣＬＢＯ結晶等を用いることができる。また、非線形光学結晶６の幾何学的形態としては、入出射する各光の光軸と結晶法線の為す角が３５度以上７０度未満であり、かつ、位相整合するように切断されているもの等を採用することができ、矩形型や平行四辺形型等の非線形光学結晶６を用いることもできる。
【００１２】
以上のような構成において、レーザー発振器１からの第１波長光Ｌ１は、非線形光学結晶２に入射して第２波長光Ｌ２を発生させ、その第２波長光Ｌ２が結合ミラー５へ送られる。一方、レーザー発振器３からの第３波長光Ｌ３は、反射部材４によって結合ミラー５へと導かれ、結合ミラー５によって第２波長光Ｌ２と同軸化される。これにより、第２波長光Ｌ２と第３波長光Ｌ３は、結合ミラー５から非線形光学結晶６へ入射され、非線形光学結晶６によって和周波混合される。この結果、非線形光学結晶６からは、波長１９０ｎｍ以上２１７ｎｍ以下の紫外光（以下、この発明の実施の形態において「第４波長光」といい、符号「Ｌ４」で表す。）が和周波光として発生し、出力される。
【００１３】
例えば、アルゴンイオンレーザーをレーザー発振器１として用いて非線形光学結晶２に波長２４４ｎｍの第２波長光Ｌ２を発生させ、発振波長が１０３０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下のＹｂ：ＹＡＧレーザー発振器ないしＹｂ：ｇｌａｓｓレーザー発振器をレーザー発振器３として用いた場合には、非線形光学結晶６で発生する和周波光（第４波長光Ｌ４）の波長は１９７．３ｎｍ以上１９９．７ｎｍ以下になる。また、アルゴンイオンレーザーをレーザー発振器１として用いて非線形光学結晶２に波長２３８ｎｍないし２４４ｎｍの第２波長光Ｌ２を発生させ、発振波長が１０４７ｎｍないし１０５３ｎｍのＮｄ：ＹＬＦレーザー発振器をレーザー発振器３として用いた場合には、発生する和周波光の波長は１９３．９ｎｍ以上１９８．１ｎｍ以下になる。さらに、アルゴンイオンレーザーをレーザー発振器１として用いて非線形光学結晶２に波長２３８ｎｍないし２４４ｎｍの第２波長光Ｌ２を発生させ、発振波長が１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザー発振器ないしＮｄ：ＹＶＯ４レーザー発振器をレーザー発振器３として用いた場合には、発生する和周波光の波長は１９４．６ｎｍないし１９８．５ｎｍになる。
【００１４】
なお、上記レーザー発振器１とレーザー発振器３については、いずれか一方ないし両方が単一周波数で発振するもの（単一周波数レーザー、インジェクションロック機構、フィルタ等、単一周波数で発振する手段を有するもの）であってもよく、両方共に連続発振出力をするものであってもよい。また、上記非線形光学結晶２と非線形光学結晶６については、一方ないし両方にＣＬＢＯ結晶を用いることとしてもよい（少なくとも非線形光学結晶６の方にＣＬＢＯ結晶を用いることとすると、高出力の第４波長光Ｌ４が得られることになる。）。
【００１５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。上記レーザー発振器１が連続発振出力をするものである場合には、そのレーザー共振器内に上記非線形光学結晶２を設置することによって第２波長光Ｌ２の発生効率を高められる。すなわち、レーザー発振器１に少なくとも２枚の反射部材からなる光共振器を設け、その光共振器の内部に非線形光学結晶２を設置すれば、第２波長光Ｌ２の発生効率が高まる。あるいは、レーザー共振器内に設置された光分散素子等により単一周波数発振を行えば、第１波長光Ｌ１用の外部共振器（以下「第１の外部共振器」という。）内に非線形光学結晶２を設置し、その共振器間隔をレーザー光波長の整数倍に制御することにより、光強度を高めて第２波長光Ｌ２の発生効率が高められる。この場合の第１の外部共振器としては、例えば、第１波長光Ｌ１に対して８０％以上の反射率を有する少なくとも３枚の反射部材を具備し、入射する第１波長光Ｌ１を共振させる調整手段を備えたものを用いる。そして、その第１の外部共振器の内部（反射部材間）に非線形光学結晶２を設置する。
【００１６】
図２は、かかる第１の外部共振器を用い、その内部に非線形光学結晶２を設置した第２実施形態による波長変換装置の構成を示す図である（図２中、上記第１実施形態と共通する構成要素には図１と同一の符号が付してある。）。第１の外部共振器は、３枚の反射部材１０ａ、１０ｂ及び１０ｃと、調整手段に当たる光検出器１１、制御器１２及びアクチュエータ１３とによって構成されており、レーザー発振器１からの第１波長光入射側にある反射部材１０ａと結合ミラー５への第２波長光出射側にある反射部材１０ｂとの間に非線形光学結晶２が位置している。
【００１７】
反射部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、それぞれ第１波長光Ｌ１に対して８０％以上の反射率を有しており、図示のように第１波長光Ｌ１が反射部材１０ａから入射し、第１の外部共振器内で第１波長光Ｌ１が反射部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃの順に反射周回するように設置されている（非線形光学結晶２では、通常一部の入射第１波長光Ｌ１が波長変換されずに通過する。波長変換された第２波長光Ｌ２については、反射部材１０ｂが透過させて結合ミラー５側へ送る。）。反射部材１０ｂ、１０ｃを周回して戻った第１波長光Ｌ１は、その一部が反射部材１０ａを透過して光検出器１１へ供給される。光検出器１１は、反射部材１０ａを介して受けた第１波長光Ｌ１の強度を検出し、検出強度を制御器１２へ供給する。制御器１２は、光検出器１１からの検出強度に応じてアクチュエータ１３の動作を制御する。アクチュエータ１３は、ピエゾ素子等によって構成され、その可動部位に反射部材１０ｂが取り付けられており、制御器１２による制御の下で反射部材１０ｂの位置調整をする。
【００１８】
このような構成において、レーザー発振器１からの第１波長光Ｌ１は、反射部材１０ａから第１の外部共振器に入射し、第１の外部共振器内（反射部材間）を一周して反射部材１０ａに戻る。そして、反射部材１０ａから出射する第１波長光Ｌ１を光検出器１１によりとらえ、そのとらえられる第１波長光Ｌ１が増すように制御器１２がアクチュエータ１３に取り付けられた反射部材１０ｂの位置を調整する。これにより、第１の外部共振器の光学長が制御されて非線形光学結晶２に入射するレーザー光強度が高められ、第２波長光Ｌ２の発生効率が高まる。
【００１９】
なお、以上の第２実施形態では、レーザー発振器１として例えばアルゴンイオンレーザーを用いた場合、非線形光学結晶２としては、ＢＢＯ結晶の他、ＣＬＢＯ結晶を用いることができる。また、共振器でのレーザー光の共振は、レーザー光の波長を適宜変化させることによって実現することとしてもよい。
【００２０】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。レーザー発振器１が単一周波数で発振するものである場合、その第２高調波である第２波長光Ｌ２も単一周波数となるので、必要に応じて和周波混合用の非線形光学結晶６を第２波長光Ｌ２の強度を高めるための外部共振器（以下「第２の外部共振器」という。）内に設置することが可能である。この場合の第２の外部共振器としては、例えば、第２波長光Ｌ２に対して８０％以上の反射率を有する少なくとも３枚の反射部材を具備し、入射する第２波長光Ｌ２を共振させる調整手段を備えたものを用いる。そして、その第２の外部共振器の内部（反射部材間）に非線形光学結晶６を設置する。
【００２１】
図３は、かかる第２の外部共振器を用い、その内部に非線形光学結晶６を設置した第３実施形態による波長変換装置の構成を示す図である（図３中、上記第１実施形態と共通する構成要素には図１と同一の符号が付してある。）。第２の外部共振器は、３枚の反射部材１４ａ、１４ｂ及び１４ｃと、調整手段に当たる光検出器１５、制御器１６及びアクチュエータ１７とによって構成されており、結合ミラー５からの第２波長光入射側にある反射部材１４ａと第４波長光Ｌ４の出力側にある反射部材１４ｂとの間に非線形光学結晶６が位置している。なお、本実施形態は、レーザー発振器１が単一周波数で発振する場合の形態なので、上述した第１の外部共振器を併用して図示のように上記反射部材１０ａ、１０ｂ及び１０ｃ、光検出器１１、制御器１２並びにアクチュエータ１３をも備えた構成にすることができる。
【００２２】
反射部材１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、それぞれ第２波長光Ｌ２に対して８０％以上の反射率を有しており、図示のように第２波長光Ｌ２が反射部材１４ａから入射し、第２の外部共振器内で第２波長光Ｌ２が反射部材１４ａ、１４ｂ、１４ｃの順に反射周回するように設置されている（共に入射する第３波長光Ｌ３は、反射部材１４ａを透過して非線形光学結晶６へ向かう。和周波混合後の第４波長光Ｌ４については、反射部材１４ｂが透過させて出力光とする。）。反射部材１４ｂ、１４ｃを周回して戻った第２波長光Ｌ２は、その一部が反射部材１４ａを透過して光検出器１５へ供給される。光検出器１５は、反射部材１４ａを介して受けた第２波長光Ｌ２の強度を検出し、検出強度を制御器１６へ供給する。制御器１６は、光検出器１５からの検出強度に応じてアクチュエータ１７の動作を制御する。アクチュエータ１７は、ピエゾ素子等によって構成され、その可動部位に反射部材１４ｂが取り付けられており、制御器１６による制御の下で反射部材１４ｂの位置調整をする。
【００２３】
このような構成において、結合ミラー５側からの第２波長光Ｌ２は、反射部材１４ａから第２の外部共振器に入射し、第２の外部共振器内（反射部材間）を一周して反射部材１４ａに戻る。そして、反射部材１４ａを透過した第２波長光Ｌ２を光検出器１５によりとらえ、そのとらえられる第２波長光Ｌ２が増すように制御器１６がアクチュエータ１７を制御して反射部材１４ｂの位置を調整する。これにより、第２の外部共振器の光学長が制御されて非線形光学結晶６に入射するレーザー光強度が高められ、和周波紫外光として出力される第４波長光Ｌ４の発生効率が高まる。なお、レーザー発振器３としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーのような高出力のレーザー発振器を利用できるので、このような簡素な構成で紫外光を発生させることができる。
【００２４】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。レーザー発振器３に対しては、非線形光学結晶６に入射する第３波長光Ｌ３の強度を高めるための外部共振器（以下「第３の外部共振器」という。）を設けることとしてもよい。この場合の第３の外部共振器は、例えば、第３波長光Ｌ３に対して８０％以上の反射率を有する少なくとも３枚の反射部材と、レーザー発振器３の発振周波数を制御して単一の周波数で発振させる発振周波数制御手段とによって構成し、その第３の外部共振器の内部（反射部材間）に非線形光学結晶６を設置する。
【００２５】
図４は、かかる第３の外部共振器を用いた第４実施形態による波長変換装置の構成を示す図である。第３の外部共振器は、３枚の反射部材１８ａ、１８ｂ及び１８ｃと、発振周波数制御手段に当たる光検出器１９及び制御器２０とによって構成されており、非線形光学結晶６として所定の角度でカットされた平行四辺形型のものを用いている。なお、図４中、上記第１実施形態と共通する構成要素には図１と同一の符号が付してあるが、本実施形態では、結合ミラー５は不要となる（後述する反射部材の配置と非線形光学結晶６の屈折率によって代用される。）。また、本実施形態では、上述した第１の外部共振器と第２の外部共振器を併用し、図示のように反射部材１０ａ、１０ｂ及び１０ｃと反射部材１４ａ、１４ｂ及び１４ｃとを設けることができる（光検出器１１、制御器１２及びアクチュエータ１３並びに光検出器１５、制御器１６及びアクチュエータ１７も有するが、煩雑になるので図示は省略してある。）。
【００２６】
第２波長光Ｌ２の波長は紫外であり、第３波長光Ｌ３の波長は赤外であるので、本実施形態では、非線形光学結晶６の波長分散による屈折角の違いを利用して第２、第３の外部共振器をそれぞれ独立に設けている。図５は、この非線形光学結晶６の波長分散による屈折角の違いの例を示している。第３波長光Ｌ３、第２波長光Ｌ２、第４波長光Ｌ４の波長がそれぞれ１０６４ｎｍ、２４４ｎｍ、１９８．５ｎｍである場合に非線形光学結晶６としてＣＬＢＯ結晶を用いると、タイプ１型位相整合が得られ、その場合の各波長に対する屈折率は、それぞれ１．５６、１．４８５、１．５４６であることが見出される。図５の非線形光学結晶６は、一つの頂角が３２．７°でカットされた平行四辺形型のＣＬＢＯ結晶であり、このＣＬＢＯ結晶を用いた場合、結晶内で３つの光はほぼ同軸であるが、波長１０６４ｎｍの第３波長光Ｌ３（実線）、波長２４４ｎｍの第２波長光Ｌ２（点線）、波長１９８．５ｎｍの第４波長光Ｌ４（破線）の入出射角は、それぞれ５３．３°、５６．５°、５７．３°となり、図示のようにそれぞれの入出射角が異なるものとなる。このようなことから、本実施形態では、反射部材１４ａ、１４ｂ及び１４ｃと反射部材１８ａ、１８ｂ及び１８ｃの配置を図４に示したようにずらして第２の外部共振器と第３の外部共振器を独立に設け、第２の外部共振器と第３の外部共振器の双方の内部に当たる位置に非線形光学結晶６を設置している。
【００２７】
反射部材１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、それぞれ第３波長光Ｌ３に対して８０％以上の反射率を有しており、図示のように第３波長光Ｌ３が反射部材１８ｃから入射し、第３の外部共振器内で第３波長光Ｌ３が反射部材１８ｃ、１８ａ、１８ｂの順に反射周回するように設置されている。反射部材１８ａ、１８ｂを周回して戻った第３波長光Ｌ３は、その一部が反射部材１８ｃを透過して光検出器１９へ供給される。光検出器１９は、反射部材１８ｃを介して受けた第３波長光Ｌ３の強度を検出し、検出強度を制御器２０へ供給する。制御器２０は、光検出器１９からの検出強度に応じてレーザー発振器３の発振周波数（単一の発振周波数）を制御する。
【００２８】
このような構成において、第３波長光Ｌ３は、反射部材１８ｃから第３の外部共振器に入射し、第３の外部共振器内（反射部材間）を一周して反射部材１８ｃに戻る。そして、反射部材１８ｃを透過した第３波長光Ｌ３を光検出器１９によりとらえ、そのとらえられる第３波長光Ｌ３が増すように制御器２０がレーザー発振器３の発振周波数を制御する。これにより、第３波長光Ｌ３の整数倍が反射部材の間隔（反射部材１８ｃ、１８ａ及び１８ｂを一周する光路長）と等しくなるようにレーザー発振器３の単一発振周波数が制御され、非線形光学結晶６に入射するレーザー光強度が高められて和周波紫外光として出力される第４波長光Ｌ４の発生効率が高まる。
【００２９】
レーザー発振器３に対しては外部共振器を用いなくとも良いが、上述したように単一周波数発振の手段と少なくとも３枚の反射部材からなる第３の外部共振器を設けて、その発振波長の整数倍が和周波混合用光共振器の間隔と等しくなるよう制御することにより強度を高めてもよい。
【００３０】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。上記第４実施形態のように平行四辺形型の非線形光学結晶６を用いずに矩形型（長方形型ないし正方形型）の非線形光学結晶６を用いることにすれば、波長の違いによる屈折角の違いは生じないので、第２の外部共振器と第３の外部共振器の反射部材を共用することができる。この場合の外部共振器としては、例えば、第２波長光Ｌ２と第３波長光Ｌ３の双方に対して８０％以上の反射率を有する少なくとも３枚の反射部材と、第２波長光Ｌ２と第３波長光Ｌ３の双方を共振させる調整手段とによって構成し、その外部共振器の内部（反射部材間）に非線形光学結晶６を設置する。
【００３１】
図６は、かかる外部共振器を用いた第５実施形態による波長変換装置の構成を示す図である。本実施形態での外部共振器は、上述した第２の外部共振器における反射部材１４ａ、１４ｂ及び１４ｃを第２波長光Ｌ２と第３波長光Ｌ３の双方に対して８０％以上の反射率を有する反射部材１４ａ′、１４ｂ′及び１４ｃ′に置き換え、第２波長光Ｌ２用の調整手段として上記第２の外部共振器同様の光検出器１５、制御器１６及びアクチュエータ１７を有し、第３波長光Ｌ３用の調整手段として上記第３の外部共振器同様の光検出器１９及び制御器２０を有するものとなっている。なお、図６中、上記第１実施形態と共通する構成要素には図１と同一の符号が付してあるが、本実施形態でも結合ミラー５は不要となる（レーザー発振器３からの第３波長光Ｌ３を反射部材１４ｃ′へ入射させるように反射部材４が設置され、この反射部材４と反射部材１４ａ′、１４ｂ′及び１４ｃ′の配置によって結合ミラー５の機能が代用される。）。また、本実施形態では、上記第１の外部共振器を併用し、図示のように反射部材１０ａ、１０ｂ及び１０ｃを設けることができる（光検出器１１、制御器１２及びアクチュエータ１３も有するが、煩雑になるので図示は省略してある。）。
【００３２】
反射部材１４ａ′、１４ｂ′及び１４ｃ′においては、第２波長光Ｌ２が反射部材１４ａ′から入射し、反射部材１４ａ′、１４ｂ′、１４ｃ′の順に反射周回して戻った第２波長光Ｌ２の一部を反射部材１４ａ′が透過させて光検出器１５へ供給する。また、第３波長光Ｌ３が反射部材１４ｃ′から入射し、反射部材１４ｃ′、１４ａ′、１４ｂ′の順に反射周回して戻った第３波長光Ｌ３の一部を反射部材１４ｃ′が透過させて光検出器１９へ供給する。和周波混合後の第４波長光Ｌ４については、反射部材１４ｂ′が透過させて出力光とする。
【００３３】
このような構成において、第２波長光Ｌ２と第３波長光Ｌ３が外部共振器に入射し、それぞれ反射部材間を一周して反射部材１４ａ′、１４ｃ′に戻る。そして、反射部材１４ａ′を透過した第２波長光Ｌ２を光検出器１５によりとらえ、そのとらえられる第２波長光Ｌ２が増すように制御器１６がアクチュエータ１７を制御して反射部材１４ｂ′の位置を調整する。さらに、反射部材１４ｃ′を透過した第３波長光Ｌ３を光検出器１９によりとらえ、そのとらえられる第３波長光Ｌ３が増すように制御器２０がレーザー発振器３の発振周波数を制御する。これにより、第２波長光Ｌ２については、反射部材の位置変化によって光路長が調整されて非線形光学結晶６に入射するレーザー光強度が高められ、第３波長光Ｌ３については、その波長変化によって第３波長光Ｌ３の波長の整数倍が反射部材の間隔（反射部材１４ｃ′、１４ａ′及び１４ｂ′を一周する光路長）と等しくなるようにレーザー発振器３の単一発振周波数が制御されて非線形光学結晶６に入射するレーザー光強度が高められ、和周波紫外光として出力される第４波長光Ｌ４の発生効率が高まる。
【００３４】
非線形光学結晶６に矩形型の結晶を用いれば波長の違いによる屈折角の違いは生じないので、第２、第３の外部共振器を共通化できる。この場合には、上述したように第２波長光Ｌ２を参照して共振器長を制御しつつ、第３波長光Ｌ３の波長を変化させて両方の光が共振するように制御すればよい。なお、この制御形態を従来の波長変換技術に適用した例は、例えば、Optics Letter誌, Vol.25, No.19, p.1457, 2000に述べられている。
【００３５】
＜他の具体例、変形例、応用例等＞
（１）上記レーザー発振器１として発振波長４８８ｎｍのアルゴンイオンレーザー発振器を用いた場合、１０本程度ある発振線の中でもレーザー利得が２番目に高く、１Ｗ以上の高出力も容易に得られる。また、その第２高調波である波長２４４ｎｍの光としても数１００ｍＷが得られる。そして、波長２４４ｎｍの光は、ＣＬＢＯ結晶により、波長１０４７ｎｍないし１０５３ｎｍのＮｄ：ＹＬＦレーザー光、または波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザー光と和周波混合することができ、１９８ｎｍ近傍において１００ｍＷ程度以上の高出力紫外光が発生可能である。したがって、上記レーザー発振器１として発振波長４８８ｎｍのアルゴンイオンレーザー発振器を用いると共に、上記レーザー発振器３として発振波長１０４７ｎｍないし１０５３ｎｍのＮｄ：ＹＬＦレーザー発振器又は発振波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザー発振器を用い、上記非線形光学結晶６としてＣＬＢＯ結晶を用いることとすれば、波長１９８ｎｍ近傍の高出力（１００ｍＷ程度以上の）紫外光を発生させることができる。
【００３６】
（２）レーザー研究誌第２７巻５２９頁に述べられているように、ＣＬＢＯ結晶はその屈折率に温度依存性があり、波長２４０ｎｍ付近の光と波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザー光を和周波混合する場合、その温度を制御することにより位相整合する角度が９０度の臨界位相整合とすることができる。この場合、位相整合許容幅が増大し、より高効率な波長変換が可能となる。したがって、例えば、上記非線形光学結晶６にＣＬＢＯ結晶を用い、そのＣＬＢＯ結晶を位相整合許容幅が増大するように温度制御して波長変換効率の向上を図ることとしてもよい。
【００３７】
（３）特開２０００−１６２６５５号公報には、ＣＬＢＯ結晶を冷却し、特に−１８０℃以下に冷却することにより、波長１９３ｎｍ付近の光を発生させる技術が開示されている。これに対し、発明者らは、上述の実施形態で波長２４４ｎｍの光を和周波混合に用いる構成により、発生波長は１９８ｎｍ近傍となるものの、結晶は逆に１００℃以上の高温に保つことで臨界位相整合に近い条件が得られることを発見した。この構成では、結露等を防止する手段が必要な結晶の冷却に比して扱いが格段に容易となる上、吸湿性が高いＣＬＢＯ結晶が安定に動作できるという利点がある。したがって、上記実施形態においては、例えば、非線形光学結晶６にＣＬＢＯ結晶を用いると共に、そのＣＬＢＯ結晶の温度を１００℃以上２００℃未満に維持するオーブンや高温チャンバ等の温度維持手段を設けることとしてもよい。そのようにすれば、所望波長の紫外光を非線形光学結晶６の安定した和周波混合動作によって発生させることができ、波長変換装置の取扱も容易になる。
【００３８】
（４）以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明の実施形態は上述した形態に限定されるものではない。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーやＮｄ：ＹＬＦレーザーの代わりに同様の近赤外波長帯で発振するＹｂ：ＹＡＧレーザーやＹｂ：ｇｌａｓｓレーザー等を用いてもよい。また、和周波混合用の結晶は、ＣＬＢＯ結晶だけではなく、ＢＢＯ結晶やＬＢ４結晶等も必要とする出力等に応じて利用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、次の顕著な効果を得ることができる。
（１）第１のレーザー発振器として、波長４５０ｎｍ〜５４０ｎｍで発振するレーザー発振器、例えば、数Ｗ出力の装置が一般に市販されているアルゴンイオンレーザー発振器等を用いることができる。その基本波を非線形光学結晶で第２高調波に変換することにより、第２の波長（例えば２２５ｎｍ〜２７０ｎｍ）で最大１Ｗ程度の紫外光を発生させることができる。したがって、波長２６６ｎｍの紫外光を発するＮｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波やチタンサファイアレーザー光の高調波発生等に比して、より簡素な構成でかつ安定して和周波混合に必要な光を発生させることができる。
【００４０】
（２）第３の波長（例えば１０００ｎｍ〜１１００ｎｍ）のレーザー光を発生させる第２のレーザーとしては、例えば、波長変換に適した低広がり角で１０Ｗ以上の高出力も容易に得られるＮｄ：ＹＡＧレーザー発振器等を使用することができる。よって、第２の非線形光学結晶による第２の波長の紫外光との和周波混合においては、第２のレーザー発振器として半導体レーザーやチタンサファイアレーザーを用いる場合に比してより高出力の紫外光を発生させることができる。
【００４１】
（３）和周波混合用結晶である第２の非線形光学結晶としては、ＢＢＯ結晶の他にＣＬＢＯ結晶を用いることができる。ＣＬＢＯ結晶は、ＢＢＯ結晶より短波長の吸収端が短いので、第２の非線形光学結晶としてＣＬＢＯ結晶を用いることにより、より高出力な２００ｎｍ近傍の紫外光を発生させることができる。
【００４２】
（４）従来の和周波混合による２００ｎｍ近傍の紫外光発生装置に比して簡素な装置構成であるため、メンテナンスが容易である。また、比較的高出力のレーザー光源で構成するため、連続発振出力も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による波長変換装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による波長変換装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態による波長変換装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態による波長変換装置の構成を示す図である。
【図５】非線形光学結晶での波長分散による屈折角の違いの例を示す図である。
【図６】本発明の第５の実施形態による波長変換装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１レーザー発振器
２非線形光学結晶
３レーザー発振器
６非線形光学結晶
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ反射部材
１１光検出器
１２制御器
１３アクチュエータ
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ反射部材
１４ａ′、１４ｂ′、１４ｃ′ 反射部材
１５光検出器
１６制御器
１７アクチュエータ
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ反射部材
１９光検出器
２０制御器
Ｌ１第１波長光
Ｌ２第２波長光
Ｌ３第３波長光
Ｌ４第４波長光[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wavelength conversion device that converts the wavelength of laser light into a specific wavelength, for example, a wavelength conversion device that can be used for a light source device that generates ultraviolet coherent light of a specific wavelength.
[0002]
[Prior art]
In an exposure apparatus used for manufacturing various semiconductor devices, an ArF (argon fluoride) excimer laser, which is a high-power pulse laser oscillating at a wavelength of 193 nm, is about to be used. In response to such a trend in the semiconductor industry, as a light source for various inspections or calibrations that support the exposure technology, it oscillates in the deep ultraviolet region of less than 200 nm and repeatedly outputs at a high frequency of several tens of kHz or more. A coherent light source capable of continuous output becomes indispensable. In addition, with the recent progress in laser cooling application fields, there is a strong demand for similar light sources that oscillate in the deep ultraviolet region in fields other than the semiconductor industry. And as a deep ultraviolet light source used in fields such as these semiconductor industries and laser cooling applications, it is considered that an output of about several tens mW to several hundreds mW is necessary. However, since the ArF excimer laser generally used in the deep ultraviolet wavelength region is a pulse laser with a maximum repetition frequency of 5 kHz and a high peak power output, it can be used in various fields such as the semiconductor industry and laser cooling applications. It is not suitable for the request. Further, the pulse laser oscillator has a drawback that it is large and difficult to handle, and this point is not suitable for the above request. For this reason, ultraviolet coherent light sources using wavelength conversion using nonlinear optical crystals have been widely studied.
[0003]
As a technique for generating ultraviolet light near 200 nm by wavelength conversion, for example, generation of fifth harmonic (wavelength 213 nm) of Nd: YAG laser light having a wavelength of 1064 nm or fifth harmonic of Nd: YLF laser light having a wavelength of 1047 nm ( Generation of a wavelength of 209 nm) is known as a technique that is relatively frequently used, and these harmonics can be continuously output. As another example of generation of ultraviolet light with continuous output, the second harmonic of titanium sapphire laser light in Optics Letter, Vol.25, No.19, p.1457, 2000 (hereinafter referred to as “publicly known document 1”). It has been reported that near-infrared light (wavelength 780 nm) from a semiconductor laser (wavelength 373 nm) is sum-frequency mixed by a BBO crystal to obtain continuous output ultraviolet light having a wavelength 252 nm. The document BerkLand et al, Applied Optics, Vol. 36, P4159, 1997 (hereinafter referred to as “publicly known document 2”) discloses a technique for generating ultraviolet light having a continuous output wavelength of 194 nm. In the technique of this publicly known document 2, the second harmonic (wavelength 257 nm) of an argon ion laser (oscillation wavelength 515 nm) and semiconductor laser light (wavelength 792 nm) are sum-frequency mixed by a BBO crystal. In Japanese Patent Laid-Open No. 11-258645 (hereinafter referred to as “publicly known document 3”), light of titanium sapphire laser light (wavelength of about 700 nm) is applied to the fourth harmonic (wavelength of 266 nm) of the Nd: YAG laser by a BBO crystal. A technique has been proposed in which light having a wavelength of around 190 nm is obtained by sum frequency mixing. Furthermore, the document Applied Optics, Vol.39, No.30, p.5505, 2000 (hereinafter referred to as “publicly known document 4”) describes the third harmonic of Nd: YLF laser (wavelength 349 nm) and titanium sapphire laser light. It is reported that UV light with a wavelength of 242 nm was obtained by sum frequency mixing (wavelength 780 nm), and this ultraviolet light and Nd: YLF laser light (wavelength 1047 nm) were sum frequency mixed with a CLBO crystal to obtain light with a wavelength of 196 nm. Has been.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, various ultraviolet light sources by wavelength conversion have been conventionally studied. However, in the conventional ultraviolet light source, there are not a few problems to be solved such as a complicated or large device configuration, and the above-mentioned semiconductor industry field etc. It has not yet fulfilled the demands in Japan. That is, the fifth harmonic generation of the Nd: YAG laser or Nd: YLF laser, which has been used comparatively well in the past, requires a three-stage wavelength conversion, resulting in a complicated and large apparatus configuration. In addition, since the generated wavelength is limited to the vicinity of 213 nm to 209 nm, there is a problem that wavelength tuning is substantially impossible. Further, the generated wavelength is 10% or more away from the exposure wavelength of 193 nm, as an inspection light source for ArF excimer laser exposure. Ideally, the wavelength of the inspection light source for ArF excimer laser exposure is preferably 193.4 nm, and it is considered that the wavelength error is within about ± 5% at the maximum. There is also a problem that sufficient inspection accuracy cannot be expected with a light source having a generated wavelength that is 10% or more away.
[0005]
Moreover, in the technique of the known document 1, the generated wavelength is in the vicinity of 250 nm, and there is a problem that it is difficult to further shorten the wavelength and increase the output. The technique of the known document 2 has a problem that since the semiconductor laser light is sum-frequency mixed, only a low output of about 2 mW can be obtained as the output of the sum-frequency light. In the technique of the above-mentioned known document 3, since the titanium sapphire laser that performs the wavelength conversion from the second harmonic in addition to performing the wavelength conversion in three stages, the apparatus configuration is relatively complicated and large. It is expected that. In any of the techniques of the known documents 1, 2, and 3, a BBO crystal is used as the sum frequency mixing crystal. However, the BBO crystal has an absorption edge on the short wavelength side in the vicinity of 190 nm and a phase. Since the allowable width is narrow, there is a problem that even if the output of the light to be mixed is increased, the output of the generated ultraviolet light cannot be increased so much. On the other hand, in the technique of the above-mentioned well-known document 4, the Nd: YLF laser beam capable of high output is used and the CLBO crystal is adopted as the sum frequency mixing crystal, thereby solving the problem of low output. Thus, ultraviolet light having an average output of 1.5 W is obtained. However, since the apparatus configuration is complicated, such as four-stage wavelength conversion, and only output by pulse oscillation with a frequency of about 5 kHz can be obtained, this also meets the above-mentioned demands in the semiconductor industry and the like. It is not a thing.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and solves the various problems described above, and generates light of a desired wavelength such as ultraviolet light having a wavelength of around 200 nm with a simple configuration at a high output. An object of the present invention is to provide a wavelength conversion technique that can output light having a desired wavelength at a high repetition frequency or can continuously output the light.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, a wavelength conversion device according to the present invention includes a first laser oscillator that generates laser light having a first wavelength (for example, 450 nm to 540 nm), and wavelength conversion of the laser light to perform second conversion. A first nonlinear optical crystal that generates light having a wavelength (for example, 225 nm to 270 nm), a second laser oscillator that oscillates at a third wavelength (for example, 1000 nm to 1100 nm), and the first nonlinear optical crystal. And a second nonlinear optical crystal for sum-frequency mixing the light of the second wavelength and the laser light from the second laser oscillator. As a result, ultraviolet coherent light having a relatively simple configuration and a high output near the wavelength of 200 nm is generated.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wavelength conversion device according to the first embodiment of the present invention. This wavelength converter has a basic form for generating ultraviolet coherent light having a wavelength of around 200 nm. As shown in the figure, a laser oscillator 1, a nonlinear optical crystal 2, a laser oscillator 3, a reflecting member 4, a coupling mirror 5, and A nonlinear optical crystal 6 is provided.
[0009]
The laser oscillator 1 is a first laser oscillator that generates laser light having a wavelength of 450 nm or more and 540 nm or less (hereinafter referred to as “first wavelength light” and represented by the symbol “L1” in the embodiment of the present invention). . As this laser oscillator 1, for example, an argon ion laser or the like on which a device of several W output that oscillates at a wavelength of 450 nm or more and 540 nm or less is generally available can be used. The nonlinear optical crystal 2 converts the wavelength of the first wavelength light L1 from the laser oscillator 1 into a second harmonic and converts it into light having a wavelength of 225 nm or more and 270 nm or less (hereinafter referred to as “second wavelength light” in the embodiment of the present invention). This is the first nonlinear optical crystal that generates the symbol “L2”. As this nonlinear optical crystal 2, for example, a BBO (β-BaB 2 O 4 (beta barium borate)) crystal, a CLBO (CsLiB 6 O 10) crystal, or the like can be used.
[0010]
The laser oscillator 3 is a second laser oscillator that generates laser light having a wavelength of 1000 nm to 1100 nm (hereinafter referred to as “third wavelength light” in the embodiment of the present invention and represented by “L3”). . As this laser oscillator 3, for example, one having a solid laser medium doped with neodymium ions or ytterbium ions can be used. Specifically, an Nd: YAG laser oscillator with an oscillation wavelength of 1064 nm, a Yb: YAG laser oscillator with an oscillation wavelength of 1030 nm or more and 1100 nm or less, which can easily obtain a high output of 10 W or more with a small divergence angle suitable for wavelength conversion, oscillation A Yb: glass laser oscillator having a wavelength of 1030 nm to 1100 nm, an Nd: YLF laser oscillator having an oscillation wavelength of 1047 nm to 1053 nm, an Nd: YVO4 laser oscillator having an oscillation wavelength of 1064 nm, and the like can be used. The reflection member 4 reflects the third wavelength light L3 from the laser oscillator 3 and guides it to the coupling mirror 5, and is provided as appropriate according to the installation position of the laser oscillator 3 and the like.
[0011]
The coupling mirror 5 transmits the second wavelength light L2 and reflects the third wavelength light L3, as shown in the figure, and coaxializes the second wavelength light L2 and the third wavelength light L3 during transmission and reflection. It is a coupled mirror. The nonlinear optical crystal 6 is a second nonlinear optical crystal that mixes the second wavelength light L <b> 2 and the third wavelength light L <b> 3 via the coupling mirror 5 with a sum frequency. As this nonlinear optical crystal 6, for example, a CLBO crystal can be used. Further, as a geometric form of the nonlinear optical crystal 6, the angle formed between the optical axis of each light entering and exiting and the crystal normal is not less than 35 degrees and less than 70 degrees and is cut so as to be phase-matched. A non-linear optical crystal 6 such as a rectangular type or a parallelogram type can also be used.
[0012]
In the configuration as described above, the first wavelength light L1 from the laser oscillator 1 enters the nonlinear optical crystal 2 to generate the second wavelength light L2, and the second wavelength light L2 is sent to the coupling mirror 5. On the other hand, the third wavelength light L3 from the laser oscillator 3 is guided to the coupling mirror 5 by the reflecting member 4, and is coaxially formed with the second wavelength light L2 by the coupling mirror 5. Thus, the second wavelength light L2 and the third wavelength light L3 are incident on the nonlinear optical crystal 6 from the coupling mirror 5 and are sum-frequency mixed by the nonlinear optical crystal 6. As a result, from the non-linear optical crystal 6, ultraviolet light having a wavelength of 190 nm or more and 217 nm or less (hereinafter referred to as “fourth wavelength light” in the embodiment of the present invention, and represented by the symbol “L4”) is used as sum frequency light. Generated and output.
[0013]
For example, an argon ion laser is used as the laser oscillator 1 to form the nonlinear optical crystal 2. Wavelength 244 When a Yb: YAG laser oscillator or Yb: glass laser oscillator having an oscillation wavelength of 1030 nm or more and 1100 nm or less is used as the laser oscillator 3 by generating the second wavelength light L2 of nm, the sum frequency generated in the nonlinear optical crystal 6 The wavelength of the light (fourth wavelength light L4) is 197.3nm This is 199.7 nm or less. Also, an argon ion laser was used as the laser oscillator 1 to generate the second wavelength light L2 having a wavelength of 238 nm to 244 nm in the nonlinear optical crystal 2, and an Nd: YLF laser oscillator having an oscillation wavelength of 1047 nm to 1053 nm was used as the laser oscillator 3. In this case, the wavelength of the generated sum frequency light is 193.9 nm or more and 198.1 nm or less. Further, an argon ion laser is used as the laser oscillator 1 to generate a second wavelength light L2 having a wavelength of 238 nm to 244 nm in the nonlinear optical crystal 2, and an Nd: YAG laser oscillator or an Nd: YVO4 laser oscillator having an oscillation wavelength of 1064 nm is used as the laser oscillator. When used as 3, the wavelength of the generated sum frequency light is 194.6 nm to 198.5 nm.
[0014]
Note that either one or both of the laser oscillator 1 and the laser oscillator 3 oscillate at a single frequency (having means for oscillating at a single frequency, such as a single frequency laser, an injection lock mechanism, and a filter). It is also possible that both of them output continuous oscillation. Further, regarding the nonlinear optical crystal 2 and the nonlinear optical crystal 6, a CLBO crystal may be used for one or both of them (if a CLBO crystal is used for at least the nonlinear optical crystal 6, a high-output fourth wavelength). Light L4 will be obtained.)
[0015]
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. When the laser oscillator 1 has a continuous oscillation output, the generation efficiency of the second wavelength light L2 can be increased by installing the nonlinear optical crystal 2 in the laser resonator. That is, if the laser resonator 1 is provided with an optical resonator composed of at least two reflecting members, and the nonlinear optical crystal 2 is installed inside the optical resonator, the generation efficiency of the second wavelength light L2 is increased. Alternatively, if single frequency oscillation is performed by an optical dispersion element or the like installed in the laser resonator, nonlinear optics is provided in the external resonator for the first wavelength light L1 (hereinafter referred to as “first external resonator”). By installing the crystal 2 and controlling the resonator interval to an integral multiple of the laser light wavelength, the light intensity is increased and the generation efficiency of the second wavelength light L2 is enhanced. The first external resonator in this case includes, for example, at least three reflecting members having a reflectance of 80% or more with respect to the first wavelength light L1, and resonates the incident first wavelength light L1. A thing provided with the adjustment means is used. Then, the nonlinear optical crystal 2 is installed inside the first external resonator (between the reflecting members).
[0016]
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a wavelength conversion device according to the second embodiment in which the first external resonator is used and the nonlinear optical crystal 2 is installed therein (in FIG. 2, the first embodiment and the first embodiment are the same as those in the first embodiment). Common components are given the same reference numerals as in FIG. The first external resonator is composed of three reflecting members 10a, 10b and 10c, a photodetector 11, which is an adjusting means, a controller 12 and an actuator 13, and a first wavelength light from the laser oscillator 1. The nonlinear optical crystal 2 is located between the reflecting member 10a on the incident side and the reflecting member 10b on the second wavelength light emission side to the coupling mirror 5.
[0017]
Each of the reflecting members 10a, 10b, and 10c has a reflectance of 80% or more with respect to the first wavelength light L1, and the first wavelength light L1 enters from the reflecting member 10a as shown in the drawing, and In the external resonator, the first wavelength light L1 is installed so as to be reflected in the order of the reflecting members 10a, 10b, and 10c (in the nonlinear optical crystal 2, usually a part of the incident first wavelength light L1 is wavelength-converted. The wavelength-converted second wavelength light L2 is transmitted by the reflecting member 10b and sent to the coupling mirror 5 side). Part of the first wavelength light L1 that has returned around the reflecting members 10b and 10c passes through the reflecting member 10a and is supplied to the photodetector 11. The photodetector 11 detects the intensity of the first wavelength light L <b> 1 received via the reflecting member 10 a and supplies the detected intensity to the controller 12. The controller 12 controls the operation of the actuator 13 according to the detection intensity from the light detector 11. The actuator 13 is constituted by a piezoelectric element or the like, and a reflecting member 10b is attached to a movable part thereof, and the position of the reflecting member 10b is adjusted under the control of the controller 12.
[0018]
In such a configuration, the first wavelength light L1 from the laser oscillator 1 is incident on the first external resonator from the reflecting member 10a, goes around the inside of the first external resonator (between the reflecting members), and the reflecting member. Return to 10a. The first wavelength light L1 emitted from the reflecting member 10a is captured by the photodetector 11, and the controller 12 adjusts the position of the reflecting member 10b attached to the actuator 13 so that the first wavelength light L1 captured is increased. To do. As a result, the optical length of the first external resonator is controlled to increase the intensity of the laser light incident on the nonlinear optical crystal 2 and increase the generation efficiency of the second wavelength light L2.
[0019]
In the second embodiment described above, when an argon ion laser, for example, is used as the laser oscillator 1, a CLBO crystal can be used as the nonlinear optical crystal 2 in addition to the BBO crystal. Further, the resonance of the laser beam in the resonator may be realized by appropriately changing the wavelength of the laser beam.
[0020]
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. When the laser oscillator 1 oscillates at a single frequency, the second wavelength light L2 that is the second harmonic of the laser oscillator 1 also has a single frequency. It can be installed in an external resonator (hereinafter referred to as “second external resonator”) for increasing the intensity of the two-wavelength light L2. The second external resonator in this case includes, for example, at least three reflecting members having a reflectance of 80% or more with respect to the second wavelength light L2, and resonates the incident second wavelength light L2. A thing provided with the adjustment means is used. Then, the nonlinear optical crystal 6 is placed inside the second external resonator (between the reflecting members).
[0021]
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a wavelength conversion device according to the third embodiment in which the second external resonator is used and the nonlinear optical crystal 6 is installed therein (in FIG. 3, the first embodiment and the above-described first embodiment). Common components are given the same reference numerals as in FIG. The second external resonator includes three reflecting members 14 a, 14 b and 14 c, a photodetector 15 which hits the adjusting means, a controller 16 and an actuator 17, and the second wavelength light from the coupling mirror 5. The nonlinear optical crystal 6 is located between the reflecting member 14a on the incident side and the reflecting member 14b on the output side of the fourth wavelength light L4. In addition, since this embodiment is a form in which the laser oscillator 1 oscillates at a single frequency, the reflection members 10a, 10b and 10c, the photodetector as shown in FIG. 11, a controller 12 and an actuator 13 can also be provided.
[0022]
Each of the reflecting members 14a, 14b, and 14c has a reflectance of 80% or more with respect to the second wavelength light L2, and the second wavelength light L2 is incident from the reflecting member 14a as shown in the drawing, The second wavelength light L2 is installed in the external resonator so as to go around the reflecting members 14a, 14b, and 14c in the order of reflection (the third wavelength light L3 incident on the second resonator L1 passes through the reflecting member 14a and passes through the nonlinear optical crystal). 6) The fourth wavelength light L4 after the sum frequency mixing is transmitted through the reflecting member 14b to be output light. Part of the second wavelength light L2 that has returned around the reflecting members 14b and 14c passes through the reflecting member 14a and is supplied to the photodetector 15. The photodetector 15 detects the intensity of the second wavelength light L <b> 2 received via the reflecting member 14 a and supplies the detected intensity to the controller 16. The controller 16 controls the operation of the actuator 17 according to the detection intensity from the light detector 15. The actuator 17 is constituted by a piezo element or the like, and a reflecting member 14b is attached to a movable part thereof, and the position of the reflecting member 14b is adjusted under the control of the controller 16.
[0023]
In such a configuration, the second wavelength light L2 from the coupling mirror 5 side is incident on the second external resonator from the reflecting member 14a, and is reflected around the second external resonator (between the reflecting members). Return to member 14a. Then, the second wavelength light L2 transmitted through the reflecting member 14a is captured by the photodetector 15, and the controller 16 controls the actuator 17 to adjust the position of the reflecting member 14b so that the captured second wavelength light L2 increases. To do. As a result, the optical length of the second external resonator is controlled to increase the intensity of the laser light incident on the nonlinear optical crystal 6, and the generation efficiency of the fourth wavelength light L4 output as the sum frequency ultraviolet light is increased. As the laser oscillator 3, a high-power laser oscillator such as an Nd: YAG laser can be used, so that ultraviolet light can be generated with such a simple configuration.
[0024]
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The laser oscillator 3 may be provided with an external resonator (hereinafter referred to as “third external resonator”) for increasing the intensity of the third wavelength light L3 incident on the nonlinear optical crystal 6. In this case, the third external resonator has, for example, at least three reflecting members having a reflectance of 80% or more with respect to the third wavelength light L3 and a single oscillation frequency by controlling the oscillation frequency of the laser oscillator 3. The non-linear optical crystal 6 is installed inside the third external resonator (between the reflecting members).
[0025]
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the wavelength conversion device according to the fourth embodiment using such a third external resonator. The third external resonator is composed of three reflecting members 18a, 18b and 18c, and a photodetector 19 and a controller 20 corresponding to the oscillation frequency control means, and is cut as a nonlinear optical crystal 6 at a predetermined angle. The parallelogram type is used. In FIG. 4, the same reference numerals as those in FIG. 1 are attached to the same components as those in the first embodiment. However, in this embodiment, the coupling mirror 5 is not necessary (arrangement of reflecting members described later). And is substituted by the refractive index of the nonlinear optical crystal 6). In the present embodiment, the first external resonator and the second external resonator described above are used in combination, and the reflecting members 10a, 10b, and 10c and the reflecting members 14a, 14b, and 14c are provided as illustrated. (Although it also has the photodetector 11, the controller 12, and the actuator 13, and the photodetector 15, the controller 16, and the actuator 17, it is not shown in the figure because it becomes complicated.)
[0026]
Since the wavelength of the second wavelength light L2 is ultraviolet and the wavelength of the third wavelength light L3 is infrared, in the present embodiment, the second, A third external resonator is provided independently. FIG. 5 shows an example of the difference in refraction angle due to the wavelength dispersion of the nonlinear optical crystal 6. If the CLBO crystal is used as the nonlinear optical crystal 6 when the wavelengths of the third wavelength light L3, the second wavelength light L2, and the fourth wavelength light L4 are 1064 nm, 244 nm, and 198.5 nm, respectively, type 1 type phase matching is obtained. And the refractive indices for each wavelength in that case are found to be 1.56, 1.485, and 1.546, respectively. The nonlinear optical crystal 6 in FIG. 5 is a parallelogram type CLBO crystal whose one apex angle is cut at 32.7 °. When this CLBO crystal is used, three lights are almost coaxial in the crystal. However, the incident and exit angles of the third wavelength light L3 (solid line) having a wavelength of 1064 nm, the second wavelength light L2 (dotted line) having a wavelength of 244 nm, and the fourth wavelength light L4 (dashed line) having a wavelength of 198.5 nm are 53.3 respectively. °, 56.5 °, and 57.3 °, and the respective incident and output angles are different as shown in the figure. For this reason, in the present embodiment, the arrangement of the reflecting members 14a, 14b, and 14c and the reflecting members 18a, 18b, and 18c is shifted as shown in FIG. 4 to shift the second external resonator and the third external resonance. A non-linear optical crystal 6 is provided at a position corresponding to both the second external resonator and the third external resonator.
[0027]
Each of the reflecting members 18a, 18b, and 18c has a reflectance of 80% or more with respect to the third wavelength light L3. As illustrated, the third wavelength light L3 is incident from the reflecting member 18c, and the third wavelength light L3 enters the third wavelength light L3. Within the external resonator, the third wavelength light L3 is installed so as to go around the reflecting member 18c, 18a, 18b in order of reflection. Part of the third wavelength light L3 that has returned around the reflecting members 18a and 18b passes through the reflecting member 18c and is supplied to the photodetector 19. The photodetector 19 detects the intensity of the third wavelength light L3 received via the reflecting member 18c, and supplies the detected intensity to the controller 20. The controller 20 controls the oscillation frequency (single oscillation frequency) of the laser oscillator 3 in accordance with the detection intensity from the photodetector 19.
[0028]
In such a configuration, the third wavelength light L3 enters the third external resonator from the reflection member 18c, goes around the inside of the third external resonator (between the reflection members), and returns to the reflection member 18c. The third wavelength light L3 transmitted through the reflecting member 18c is captured by the photodetector 19, and the controller 20 controls the oscillation frequency of the laser oscillator 3 so that the third wavelength light L3 captured is increased. Thereby, the single oscillation frequency of the laser oscillator 3 is controlled so that the integral multiple of the third wavelength light L3 is equal to the interval between the reflecting members (the optical path length that goes around the reflecting members 18c, 18a, and 18b). As a result, the generation efficiency of the fourth wavelength light L4 output as sum frequency ultraviolet light is increased.
[0029]
The laser oscillator 3 does not need to use an external resonator. However, as described above, a third external resonator comprising a single-frequency oscillation means and at least three reflecting members is provided, and the oscillation wavelength of the laser oscillator 3 is reduced. The intensity may be increased by controlling the integral multiple to be equal to the interval of the sum frequency mixing optical resonator.
[0030]
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. If the rectangular (rectangular or square) nonlinear optical crystal 6 is used instead of the parallelogram nonlinear optical crystal 6 as in the fourth embodiment, the difference in refraction angle due to the difference in wavelength. Therefore, the reflecting member of the second external resonator and the third external resonator can be shared. As an external resonator in this case, for example, at least three reflecting members having a reflectance of 80% or more with respect to both the second wavelength light L2 and the third wavelength light L3, the second wavelength light L2, and the second wavelength light L2 The non-linear optical crystal 6 is provided inside the external resonator (between the reflecting members) by adjusting means for resonating both the three-wavelength light L3.
[0031]
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a wavelength conversion device according to the fifth embodiment using such an external resonator. The external resonator in this embodiment has a reflectance of 80% or more for the reflection members 14a, 14b, and 14c in the second external resonator described above with respect to both the second wavelength light L2 and the third wavelength light L3. The reflecting members 14a ', 14b' and 14c 'are replaced with the light detector 15, the controller 16 and the actuator 17 similar to the second external resonator as the adjusting means for the second wavelength light L2. As the adjusting means for the wavelength light L3, the light detector 19 and the controller 20 similar to the third external resonator are provided. In FIG. 6, the same reference numerals as those in FIG. 1 are attached to the same components as those in the first embodiment, but the coupling mirror 5 is not necessary in this embodiment (third from the laser oscillator 3). The reflecting member 4 is installed so that the wavelength light L3 is incident on the reflecting member 14c ′, and the function of the coupling mirror 5 is substituted by the arrangement of the reflecting member 4 and the reflecting members 14a ′, 14b ′ and 14c ′. In the present embodiment, the first external resonator can be used in combination, and the reflecting members 10a, 10b, and 10c can be provided as shown (the photodetector 11, the controller 12, and the actuator 13 are also provided. Since it becomes complicated, the illustration is omitted.)
[0032]
In the reflecting members 14a ′, 14b ′, and 14c ′, the second wavelength light L2 is incident on the reflecting member 14a ′, and is reflected and circulated in the order of the reflecting members 14a ′, 14b ′, and 14c ′. Part of the light is transmitted by the reflecting member 14 a ′ and supplied to the photodetector 15. Further, the third wavelength light L3 is incident from the reflecting member 14c ′, and the reflecting member 14c ′ transmits a part of the third wavelength light L3 which is returned after being reflected around the reflecting members 14c ′, 14a ′ and 14b ′. To the photodetector 19. The fourth wavelength light L4 after the sum frequency mixing is transmitted through the reflecting member 14b 'to be output light.
[0033]
In such a configuration, the second wavelength light L2 and the third wavelength light L3 are incident on the external resonator and return to the reflecting members 14a 'and 14c' after making a round between the reflecting members. Then, the second wavelength light L2 transmitted through the reflecting member 14a ′ is captured by the photodetector 15, and the controller 16 controls the actuator 17 so that the second wavelength light L2 captured is increased, and the position of the reflecting member 14b ′ is increased. Adjust. Further, the third wavelength light L3 transmitted through the reflecting member 14c ′ is captured by the photodetector 19, and the controller 20 controls the oscillation frequency of the laser oscillator 3 so that the third wavelength light L3 captured is increased. Thereby, for the second wavelength light L2, the optical path length is adjusted by the position change of the reflecting member, and the intensity of the laser light incident on the nonlinear optical crystal 6 is increased. For the third wavelength light L3, The single oscillation frequency of the laser oscillator 3 is controlled so that an integral multiple of the wavelength of the three-wavelength light L3 is equal to the interval between the reflecting members (the optical path length that goes around the reflecting members 14c ′, 14a ′, and 14b ′). The intensity of the laser beam incident on the crystal 6 is increased, and the generation efficiency of the fourth wavelength light L4 output as the sum frequency ultraviolet light is increased.
[0034]
If a rectangular crystal is used for the nonlinear optical crystal 6, the difference in refraction angle due to the difference in wavelength does not occur, so the second and third external resonators can be shared. In this case, as described above, while controlling the resonator length with reference to the second wavelength light L2, the wavelength of the third wavelength light L3 may be changed to control both lights to resonate. An example in which this control form is applied to a conventional wavelength conversion technique is described in, for example, Optics Letter, Vol. 25, No. 19, p. 1457, 2000.
[0035]
<Other specific examples, modifications, application examples, etc.>
(1) When an argon ion laser oscillator with an oscillation wavelength of 488 nm is used as the laser oscillator 1, the laser gain is the second highest among about 10 oscillation lines, and a high output of 1 W or more can be easily obtained. Also, several hundreds mW can be obtained as light having a wavelength of 244 nm, which is the second harmonic. Light with a wavelength of 244 nm can be sum-frequency mixed with Nd: YLF laser light with a wavelength of 1047 nm to 1053 nm or Nd: YAG laser light with a wavelength of 1064 nm by a CLBO crystal, and a high output of about 100 mW or more in the vicinity of 198 nm. Ultraviolet light can be generated. Accordingly, an argon ion laser oscillator with an oscillation wavelength of 488 nm is used as the laser oscillator 1, and an Nd: YLF laser oscillator with an oscillation wavelength of 1047 nm to 1053 nm or an Nd: YAG laser oscillator with an oscillation wavelength of 1064 nm is used as the laser oscillator 3. If a CLBO crystal is used as the optical crystal 6, high output (about 100 mW or more) ultraviolet light having a wavelength of about 198 nm can be generated.
[0036]
(2) As described in Laser Research Journal Vol. 27, p. 529, CLBO crystals have a temperature dependence on the refractive index, and the sum frequency mixing of light with a wavelength around 240 nm and Nd: YAG laser light with a wavelength of 1064 nm In this case, by controlling the temperature, it is possible to achieve a critical phase matching with a phase matching angle of 90 degrees. In this case, the phase matching tolerance increases, and more efficient wavelength conversion becomes possible. Therefore, for example, a CLBO crystal may be used for the nonlinear optical crystal 6, and the wavelength conversion efficiency may be improved by controlling the temperature of the CLBO crystal so as to increase the phase matching tolerance.
[0037]
(3) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-162655 discloses a technique for generating light having a wavelength of around 193 nm by cooling a CLBO crystal, in particular by cooling to −180 ° C. or lower. On the other hand, the inventors used the light having a wavelength of 244 nm for the sum frequency mixing in the above-described embodiment, so that the generated wavelength is close to 198 nm, but the crystal is kept critical at a high temperature of 100 ° C. or higher. We found that a condition close to phase matching can be obtained. In this configuration, there is an advantage that the CLBO crystal having a high hygroscopic property can be stably operated as compared with the cooling of the crystal that requires a means for preventing condensation and the like. Therefore, in the above embodiment, for example, a CLBO crystal is used for the nonlinear optical crystal 6 and temperature maintaining means such as an oven or a high temperature chamber for maintaining the temperature of the CLBO crystal at 100 ° C. or more and less than 200 ° C. may be provided. Good. By doing so, ultraviolet light having a desired wavelength can be generated by the stable sum frequency mixing operation of the nonlinear optical crystal 6, and the wavelength converter can be easily handled.
[0038]
(4) Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, instead of an Nd: YAG laser or Nd: YLF laser, a Yb: YAG laser or Yb: glass laser that oscillates in a similar near-infrared wavelength band may be used. Further, the sum frequency mixing crystal can be used not only according to the CLBO crystal but also according to the output required for the BBO crystal, the LB4 crystal, and the like.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following remarkable effects can be obtained.
(1) As the first laser oscillator, a laser oscillator that oscillates at a wavelength of 450 nm to 540 nm, for example, an argon ion laser oscillator on which a device with several W output is generally available can be used. By converting the fundamental wave into a second harmonic with a nonlinear optical crystal, it is possible to generate ultraviolet light of about 1 W at the maximum at the second wavelength (for example, 225 nm to 270 nm). Therefore, compared with the fourth harmonic of Nd: YAG laser that emits ultraviolet light with a wavelength of 266 nm and the generation of harmonics of titanium sapphire laser light, the light necessary for sum frequency mixing is more stable and stable. Can be generated.
[0040]
(2) As a second laser that generates laser light having a third wavelength (for example, 1000 nm to 1100 nm), for example, Nd: YAG that can easily obtain a high output of 10 W or more with a low divergence angle suitable for wavelength conversion A laser oscillator or the like can be used. Therefore, in the sum frequency mixing with the ultraviolet light of the second wavelength by the second nonlinear optical crystal, higher output ultraviolet light is used compared to the case where a semiconductor laser or a titanium sapphire laser is used as the second laser oscillator. Can be generated.
[0041]
(3) As the second nonlinear optical crystal which is a sum frequency mixing crystal, a CLBO crystal can be used in addition to the BBO crystal. Since the CLBO crystal has a shorter absorption edge at a shorter wavelength than the BBO crystal, the use of the CLBO crystal as the second nonlinear optical crystal can generate higher-power ultraviolet light in the vicinity of 200 nm.
[0042]
(4) Since the apparatus configuration is simpler than that of a conventional ultraviolet light generation apparatus near 200 nm by sum frequency mixing, maintenance is easy. In addition, since it is constituted by a relatively high output laser light source, continuous oscillation output is also possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wavelength conversion device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a wavelength conversion device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a wavelength conversion device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a wavelength conversion device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a difference in refraction angle due to wavelength dispersion in a nonlinear optical crystal.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a wavelength conversion device according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Laser oscillator
2 Nonlinear optical crystal
3 Laser oscillator
6 Nonlinear optical crystal
10a, 10b, 10c Reflective member
11 Photodetector
12 Controller
13 Actuator
14a, 14b, 14c Reflective member
14a ', 14b', 14c 'Reflective member
15 Photodetector
16 Controller
17 Actuator
18a, 18b, 18c Reflective member
19 Photodetector
20 Controller
L1 First wavelength light
L2 Second wavelength light
L3 3rd wavelength light
L4 4th wavelength light

Claims

An argon ion laser oscillator that generates laser light having a first wavelength with a continuous oscillation output wavelength of 488 nm ;
A first nonlinear optical crystal that converts the wavelength of the laser light of the first wavelength to generate light of the second wavelength whose continuous oscillation output wavelength is 244 nm;
A Yb: YAG laser oscillator that generates laser light of a third wavelength having a continuous oscillation output wavelength of 1030 nm to 1100 nm ;
A second nonlinear optical crystal that generates a fourth wavelength light having a continuous oscillation output wavelength of 197.3 nm or more and 199.7 nm or less by sum frequency mixing the light of the second wavelength and the laser light of the third wavelength. Have
A wavelength converter using a CLBO crystal as the second nonlinear optical crystal.

An argon ion laser oscillator that generates laser light having a first wavelength with a continuous oscillation output wavelength of 488 nm ;
A first nonlinear optical crystal that converts the wavelength of the laser light of the first wavelength to generate light of the second wavelength whose continuous oscillation output wavelength is 244 nm;
An Nd: YAG laser oscillator or an Nd: YVO4 laser oscillator that generates laser light of a third wavelength having a continuous oscillation output wavelength of 1064 nm;
A second nonlinear optical crystal that generates a fourth wavelength light having a continuous oscillation output wavelength of 198.5 nm by sum frequency mixing the second wavelength light and the third wavelength laser light;
A wavelength converter using a CLBO crystal as the second nonlinear optical crystal.

The wavelength conversion device according to claim 1 or 2 , wherein a CLBO crystal is used as at least the second nonlinear optical crystal, and means for maintaining the temperature of the CLBO crystal at 100 ° C or higher and lower than 200 ° C is provided.

The second nonlinear optical crystal is characterized in that the angle formed between the optical axis of each incident and outgoing light and the crystal normal is not less than 35 degrees and less than 70 degrees, and is cut so as to be phase-matched. The wavelength conversion device according to claim 3 .

3. The wavelength converter according to claim 1, wherein the laser beam generated by the argon ion laser oscillator is an optical resonator having at least two reflecting members, or 80 with respect to the first wavelength light. A first external resonator having at least three reflecting members having a reflectance of at least% and adjusting means for resonating the light of the first wavelength;
The wavelength conversion device according to claim 1, wherein the first nonlinear optical crystal is installed in the optical resonator or in the first external resonator.

3. The wavelength conversion device according to claim 1, wherein at least three reflecting members having a reflectance of 80% or more with respect to the light of the second wavelength and an adjusting unit that resonates the light of the second wavelength. A second external resonator having
The wavelength converter according to claim 2, wherein the second nonlinear optical crystal is disposed inside the second external resonator.

In the wavelength conversion device according to claim 1 or 2, and adjusting means for resonating at least three said third wavelength light and reflecting member having a reflectivity of 80% or more for light in the third wavelength A third external resonator having
The wavelength converter according to claim 2, wherein the second nonlinear optical crystal is disposed inside the third external resonator.

The wavelength conversion device according to claim 6 , wherein the at least three reflecting members have a reflectance of 80% or more with respect to both of the light of the second and third wavelengths, and the second external resonance. The apparatus further includes adjusting means for resonating the light of the third wavelength,
The wavelength conversion device, wherein the reflection member is shared by resonance of the second wavelength light and resonance of the third wavelength light.

9. The wavelength conversion device according to claim 8 , wherein the second external resonator has an adjustment unit that resonates the light of the second wavelength adjusts the position of the reflecting member to change the light of the third wavelength. The wavelength conversion device, wherein the adjusting means for resonating adjusts by changing the third wavelength.