JP4146207B2 - Nonlinear wavelength conversion laser device - Google Patents

Nonlinear wavelength conversion laser device Download PDF

Info

Publication number
JP4146207B2
JP4146207B2 JP2002306039A JP2002306039A JP4146207B2 JP 4146207 B2 JP4146207 B2 JP 4146207B2 JP 2002306039 A JP2002306039 A JP 2002306039A JP 2002306039 A JP2002306039 A JP 2002306039A JP 4146207 B2 JP4146207 B2 JP 4146207B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
laser
wavelength conversion
reflecting mirror
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002306039A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004146398A (en
Inventor
正美 鈴木
和雄 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Takano Co Ltd
Original Assignee
Takano Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Takano Co Ltd filed Critical Takano Co Ltd
Priority to JP2002306039A priority Critical patent/JP4146207B2/en
Publication of JP2004146398A publication Critical patent/JP2004146398A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4146207B2 publication Critical patent/JP4146207B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は固体レーザー装置に係り、特に非線型波長変換により高次の高調波レーザを安定に発生させるための波長変換型固体レーザ発振器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
固体レーザ装置においては対向した一対の反射鏡の内側にレーザ媒体を配置し、これを電気光学的に例えば励起用のクリプトンアークランプによる励起光の照射などにより励起させてレーザ媒体固有の波長の発光を得、これを一対の反射鏡により繰り返し往復反射させることでレーザ媒体内部に誘導放出現象を生じさせてこれを増幅する光共振器を形成している。
【0003】
通常は上記の光共振器を構成する一方の反射鏡は前記のレーザ媒体固有の発振波長の光に対して反射率100%の完全反射ミラーとし、他方を例えば90%程度の反射率になるように誘電体多層膜をコーティングした部分反射ミラーとしており、光共振器内部に生成された光定在波の一部を部分反射ミラーを介して光共振器の外へレーザビームとして出力するようにしている。
【0004】
これに加えて波長変換レーザの場合には光共振器内部に生成された光定在波または光共振器外部に出力されたレーザビーム出力波の光路中に別の波長変換媒体を挿入し、光共振器によって直接発振生成された基本波長のレーザビームと波長変換媒体とを物性光学的に相互干渉させることで高次高調波成分を発生させている。
【0005】
このように波長変換媒体により基本波長の光を高次高調波へと変換するレーザを波長変換レーザと呼び、特にベータ・バリウム・ボレート(β−BaB24=BBO)やリチウム・トリボレート(LiB35=LBO)などの非線型光学効果を有する結晶を波長変換媒体として使用するレーザ装置を非線型波長変換レーザという。
【0006】
非線型波長変換レーザでは例えば、ネオジム・イットリウム・アルミナム・ガーネット(Y3Al512=YAG)をレーザ光学媒体に用いたYAGレーザにて波長1064nmの基本レーザビームを発振し、出力ミラーから射出したレーザビームを前記のBBO結晶などに照射して非線型光学効果による波長532nmの2倍高調波を生成している。
【0007】
この場合は光共振器内で発振している1064nmの光のうち10%のエネルギを光共振器外部に取り出して波長変換に使用する構成であり、波長変換効率はそれほど大きくすることができない。
【0008】
一方、YAGレーザの光共振器を形成する2個の反射鏡の一方を1064nmの光に対して完全反射するようにし、もう一方(出力側)のミラーは1064nmの光を完全反射するとともに532nmの光を完全透過するようにしておいて、光共振器内部の基本定在波の光路の中に直接BBO結晶などの波長変換媒体を挿入する方法もある。
【0009】
この場合は1064nmの基本レーザビームは光共振器の内部に完全に閉じ込められることになるので光共振器内の基本定在波の電磁場ポテンシャルが前者に比べて大きく、BBO結晶の非線型光学効果による波長変換の効率が飛躍的に向上するため前記532nmの光を完全透過する出力ミラーを通して高い出力の2次高調波を取り出すことが可能である。
【0010】
上記の公知例として特開平05−95144ではレーザ光学媒体としてYAGと同じ波長出力を有するネオジム・イットリウム・オルソバナデート(Nd−YVO4=YVO4)を、2次高調波発生用の波長変換媒体にポタジウム・チタニル・ポスペート(KTiOPO=KTP)を使用し、光共振器の内部にKTPを挿入して532nmの2次高調波レーザを生成する構成を記述している。
【0011】
このほか先の2つの方法を組み合わせて波長266nmの4次高調波を発生する紫外線レーザ装置もある。
【0012】
この場合は共振器内部に2次高調波発生用のBBOを挿入して出力ミラーから532nmのレーザビームを射出し、これを別に設けた4次高調波発生用のBBOに照射して最終的に266nmの紫外線レーザビームを生成するようになっている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
これら光共振器の構成要素である反射ミラー、波長変換媒体である光学結晶、基本波ビームや高次高調波ビームの形状を整形するためのレンズやピンホールなどの光学素子を配置する目的で通常は位置姿勢調整機能つきの位置決めステージやミラーホルダーを使用することが一般的であった。
【0014】
たとえば光共振器を構成する2枚の反射ミラーは厳密に角度を調整して光共振器が最も効率良く、かつ安定に基本定在波を発振し続けるようにする必要がある。
【0015】
また、波長変換媒体として使われることの多いBBO結晶やLBO結晶などは角度依存性を有し、波長変換効率を最適化するために、照射するレーザビームに対する結晶の傾きを厳密に角度調整する必要がある。
【0016】
実際の非線型波長変換レーザでは上記の調整を最適に行なうことができるように、調整の必要な夫々の光学要素を位置決めステージやミラーホルダーで保持しており、レーザを発振させて得られる出力ビームの形状や出力を指標として最適化調整を行なっている。
【0017】
上記の方法では時に、ある光学要素の最適調整が別の光学要素の最適位置と矛盾することがあり、そのような場合に出力ビームを指標とした調整作業ではシステム全体を最適な光学配置に調整することがきわめて困難であって、試行錯誤を繰り返しながらの長時間の調整作業を行なうことも多い。
【0018】
このうち最も困難な場合を以下に説明する。
【0019】
レーザビームの中心を光軸と呼び、光軸が通過する経路を光学パスと呼ぶが、反射ミラーを調整して基本波発振の最適化を行なうと反射ミラーの傾きの変化に応じて光共振器内の定在波の光軸角度や出力ビームの光軸角度が変化する。
【0020】
一方、波長変換媒体である非線型光学結晶は基本波ビームの光学パスに一致するように位置決めして配置されており、基本波ビームの光軸に対して厳密に角度調整されている。
【0021】
基本波ビームの最適化調整の際に光共振器の反射ミラーを角度調整するとその光軸の角度が変わってしまうために波長変換ができなくなり、結果として調整の指標である2次高調波レーザの出力が低下するので調整作業そのものができなくなってしまう。
【0022】
指標としている2次高調波レーザの出力が低下した原因が、基本波発振の最適点からのずれによるものなのか、あるいは基本波ビームの光軸の変化によるものなのかを判断することができないので光共振器と波長変換媒体までを含む光学系全体の最適化調整はこのように極めて困難であり、偶然に頼った試行錯誤を繰り返さざるを得ないのが実情であった。
【0023】
このため真の最適化調整は現実的に不可能に近く、調整後のわずかな温度の変化や状態の変化でレーザ出力が不安定になったり、あるいはビームの形状が劣化したりと長期間の安定稼動にも問題が生じていた。
【0024】
本発明は上記の従来技術の問題点を解消するためになされたもので,光学調整が容易で光学要素の最適化を簡単に実現でき、結果的に長期間の安定稼動を可能とする非線型波長変換レーザ装置を提供することである。
【0025】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る非線型波長変換レーザ装置は、レーザ光学媒体を励起してレーザ光学媒体の特有の波長の励起光を得、この励起光を射出する光学ユニットと、この光学ユニットを挟むように光学ベースの上に対向して配置した第一の反射ミラー及び第二の反射ミラーを有する光共振器と、この光共振器から得る基本波レーザビームを非線型波長変換を行う少なくとも1個の光学的要素を備える非線型波長変換レーザ装置であって、ベース上に、y方向及びx方向への移動とθx方向,θy方向及びθz方向の傾きを調整可能な位置決めステージを設け、位置決めステージ上に、第一の反射ミラーと少なくとも1個の前記光学的要素を配し、かつ位置決めステージの存在しないベース上に、第二の反射ミラーと光学ユニットを配し、又は位置決めステージ上に、第二の反射ミラーと光学ユニットを配し、かつ位置決めステージの存在しないベース上に、第一の反射ミラーと少なくとも1個の前記光学的要素を配してなることを特徴とする。
【0026】
【作用】
以下本発明の作用につき説明する。
【0027】
レーザー発振器の光共振器内では対向する一対の反射ミラーを節とした基本定在波が発振しており、その光軸は必ず両端の反射ミラーの反射面に対して垂直である。
【0028】
一方の反射ミラーを部分反射ミラーとして基本定在波の一部を光共振器の外へ取り出す場合でも通常は光共振器内の基本定在波の光軸と一致した光軸のレーザビームとして出力されることになる。
【0029】
以上のように波長変換のもとになる基本波長のレーザビームの光軸の向きが光共振器の反射ミラーによって決まるので光共振器を調整して基本レーザビームの発振を最適化する際には反射ミラーの角度調整につれて常に反射ミラーと垂直になる方向に光軸も変化することになる。
【0030】
一方、基本波レーザビームの光軸に位置決めされて基本波レーザビームを波長変換し、高次高調波を生成する非線型光学結晶は基本波レーザビームの光軸と厳密に角度調整してそのまま保持する必要があるため位置姿勢調整機能を有する位置決め用のホルダーなどに固定されている。
【0031】
ここで反射ミラーと非線型光学結晶用の位置決めホルダーとを結合しておけば反射ミラーの調整に合わせて位置決めホルダーの向きも同じように変化し、結局反射ミラーと位置決めホルダーとの相対的な角度は常に同じに保つことができる。
【0032】
すなわち位置決めホルダーに保持される非線型光学結晶を光共振器の調整に関わりなく、常に基本波レーザビームの光軸と一定の角度に保持することができる。
【0033】
このようにして光共振器を基本波レーザビームが最適となるように調整した後に、位置決めホルダーにて非線型光学結晶を基本波レーザビームの光軸に対して最適となるように角度調整すれば基本波レーザビームと非線型光学結晶の両方を容易に最適化できる。
【0034】
位置決めホルダーによって一度非線型光学結晶の角度を最適化しておけば、その後なんらかの要因で光共振器の再調整が必要になった場合でも、反射ミラーの調整に応じて基本波レーザビームと非線型光学結晶との相対角度が変わることがなく、波長変換された2次高調波レ−ザビームの出力変化は単純に光共振器の状態すなわち基本波レーザビームの変化に依存するのみである。
【0035】
このことから2次高調波レーザビームの出力を指標にして基本波レーザビームの調整を行なうが可能となる。
【0036】
【発明の実施例】
以下、本発明の実施例につき図1に従って説明する。
図1は本発明の一実施例の全体構成図である。
【0037】
YAGなどのレーザ光学媒体とこれを電気光学的に励起するためのクリプトンアークランプを内蔵し、レーザ光学媒体を電気的に励起することで射出口からレーザ光学媒体特有の波長の励起光を射出するようになっている光学ユニット2と、これを挟むように光学ベース1の上に対向して配置された第一の反射ミラー4および第二の反射ミラー5とによって光共振器が構成される。
【0038】
第一の反射ミラー4はYAGの基本発振波長1064nmの光を完全反射し、その2倍高調波である532nmの光を完全透過するように光学コーティングされ、第二の反射ミラー5は1064nmの波長の光を完全反射するように光学コーティングされている。
【0039】
また、光共振器によって励起発振される波長1064nmのYAG基本レーザビームのビーム径を制限して光学的なノイズ成分を除去する目的のピンホール6と光共振器内で高速に基本波のレ−ザ発振を遮断・開放し、パルス上のレーザビームを生成する目的の音響光学素子10が光共振器内に設けてある。
【0040】
非線型波長変換レーザにおいては基本波レーザビームの発振エネルギのピーク値が高くなるにつれ、非線型光学結晶による波長変換の効率が非線型的に大きくなるため通常は本実施例のごとく音響光学素子を用いてパルス上のレーザ発振を生成させ、パルスごとのエネルギのピーク値が最大になるようにしている。
【0041】
図1に示す光軸7は、上記の方法で励起発振される基本波長1064nmのYAGレーザビームの光共振器内での光軸であり、ピンホール6によって制約されてピンホール6の中心を通り、かつ第一の反射ミラー4に垂直となるただひとつの光学パスに沿って励起発振される。
【0042】
第二の反射ミラー5はホルダーh1に保持されていて、つまみの調整によって自由に傾きを調整できるようになっている。
【0043】
また第一の反射ミラー4も同じく傾きの調整を行なうためにベース1上に設けられた位置決めステージ3に固定してある。
【0044】
位置決めステージ3は調整つまみT1、T2、T3、T4、T5を適宜回転させることで方向y、zへの微小な移動とθx、θy、θzの方向の微小な傾き調整が可能なようになっており、これにより第一の反射ミラー4の傾きを調節することが可能になっている。
【0045】
以上が基本波レーザの光共振器の構成であるが、本実施例ではこれにより励起発振された1064nmの波長の基本レーザビームから第二、第四高調波へと波長変換し、最終的に波長266nmの紫外線レーザビームを生成するためにこれに加えて第二高調波発生用のBBO結晶8と第四高調波発生用のBBO結晶9を夫々ホルダーh2とh3に保持して設けている。
【0046】
これらのBBO結晶は図1では点線で示してある。
【0047】
ホルダーh2とh3はともに第二の反射ミラー5を保持するホルダーh1と同じ機構のものであり、調整用つまみによって保持するBBO結晶8と9の傾きを調整することができる。
【0048】
第二高調波発生用のBBO結晶8は光共振器を構成する第一と第二の反射ミラー4と5の内側に配置して光共振器内の強度の高い基本レーザビームから波長変換するようにし、第四高調波発生用のBB0結晶9は光共振器内で波長変換生成された532nmの第二高調波レーザビームを第一の反射ミラー4を透過して一旦射出した後にこれを照射して第四高調波へと変換するようになっている。
【0049】
図1に示す光軸11は2回の波長変換を経て最終的に266nmの紫外線レーザとして出力される出力レーザビームの光軸である。
【0050】
本実施例の特徴は、第一の反射ミラー4を傾き調整するための位置決めステージ3の上にピンホール6、第二高調波発生用のBBO結晶8を保持したホルダーh2、および第四高調波発生用のBBO結晶9を保持したホルダーh3を配置したことであり、これにより第一の反射ミラー4を傾き調整するために位置決めステージ3の調整つまみT1〜T5を回転させた際に第一の反射ミラー4だけでなく、ピンホール6、ホルダーh2、ホルダーh3がすべて一体となって傾くため第一の反射ミラー4に対する第二高調波発生用のBBO結晶8と第四高調波発生用のBBO結晶9の相対的な角度が反射ミラーの調整に関わらず常に一定に保持できることである。
【0051】
光共振器内のYAG基本波レーザビームは、これを制約するピンホール6を通りかつ第一の反射ミラー4に垂直なただひとつの光学パスに沿って励起発振され、位置決めステージ3によってピンホール6および第一の反射ミラー4を微小移動あるいは微小回転させることで光学ユニット2や第二の反射ミラー5に対するYAG基本波レーザビームの光学パスの位置と傾きを変えることができる。
【0052】
このようにしてYAG基本波レーザビームの発振が最適となるような光学パスを探りつつ、これに合わせて第二の反射ミラー5を従属的に傾き調整するとYAG基本波レーザの発振を最適に調整することができる。
【0053】
こうして定めたYAG基本波レーザビームの光軸7に対して次に、第二高調波発生用のBBO結晶8の角度が波長変換に最適となるよう、ホルダーh2のつまみにより傾きの調整を行なうが、この際には調整の結果BBO結晶8によって波長変換され、第一の反射ミラー4を透過して出力される波長532nmの第二高調波の出力や形状を観察しながらこれが良好な状態となるようにする。
【0054】
次に第四高調波発生用のBBO結晶9はこれに照射する532nmの第二高調波の光軸に対して傾き調整を行なうが、今度はBBO結晶9により波長変換されて射出される波長266nmの紫外線レーザビーム11の出力や形状を指標とし、これを最適化するように行なえば良い。
【0055】
以上のような手順にて、一旦第一の反射ミラー4すなわち光軸7に対するBBO結晶8と9の傾きを決めてしまった後は、何らかの要因で光共振器の再調整が必要になって位置決めステージ3による反射ミラーの再調整を行なっても光軸7に対するBBO結晶8と9の相対的な傾きが変わることがなく、最終的に出力される266nmの第四高調波レーザビームの出力と形状は単純に光共振器の調整によるYAG基本波レーザ発振の状態のみによって決まる。
【0056】
このため、最終出力ビームを観察しながら調整作業を容易に行なうことができ、その結果光共振器とBBO結晶の角度を含むレーザ発振器全体の配置を容易に最適化することが可能である。
【0057】
図2は本発明の別の実施例を示し、基本的には図1の場合と同等の構成である。
【0058】
図1との違いは、光学ユニット2および第二の反射ミラー5、音響光学素子10など、図1において光学ベース1に設置されていた光学要素を位置決めステージ3の上に配置し、逆に第一の反射ミラー4、ピンホール6、BBO結晶8と9を光学ベース1の上に設置したものであり、両者の相対的な関係は同じである。
【0059】
本実施例によると、非線型波長変換結晶を用いた紫外線レーザ発振器を短時間で容易に最適化調整することが可能である。
【0060】
【発明の効果】
本発明により、非線型波長変換レーザ装置の最適化調整が容易となり、その結果長期間にわたり安定で信頼性が高く、かつ再調整など保守の容易な非線型波長変換レーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例であり、非線型波長変換レーザ発振器の模式図である。
【図2】図1と同じく本発明の別の実施例である。
【記号の説明】
1:光学ベース
2:光学ユニット
3:位置決めステージ
4:第一の反射ミラー
5:第二の反射ミラー
6:ピンホール
7:YAG基本波レーザビームの光軸
8:第二高調波発生用のBBO結晶
9:第四高調波発生用のBBO結晶
10:音響光学素子
11:第四高調波の光軸
T1〜T5:位置決めステージの調整つまみ
x、y、z:位置決めステージの移動方向
θx、θy、θz:位置決めステージの傾き調整方向
h1、h2、h3:ホルダー
[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a solid-state laser device, and more particularly to a wavelength-converted solid-state laser oscillator for stably generating a higher-order harmonic laser by nonlinear wavelength conversion.
[0002]
[Prior art]
In a solid-state laser device, a laser medium is arranged inside a pair of opposing mirrors, and this is excited optically by, for example, irradiation of excitation light by a krypton arc lamp for excitation, thereby emitting light having a wavelength unique to the laser medium. This is repeatedly reflected back and forth by a pair of reflecting mirrors, thereby generating a stimulated emission phenomenon inside the laser medium and forming an optical resonator that amplifies the phenomenon.
[0003]
Normally, one of the reflecting mirrors constituting the above-described optical resonator is a complete reflecting mirror having a reflectance of 100% with respect to light having an oscillation wavelength unique to the laser medium, and the other has a reflectance of, for example, about 90% A partially reflecting mirror coated with a dielectric multilayer film, and a part of the optical standing wave generated inside the optical resonator is output as a laser beam to the outside of the optical resonator through the partially reflecting mirror. Yes.
[0004]
In addition to this, in the case of a wavelength conversion laser, another wavelength conversion medium is inserted into the optical path of the optical standing wave generated inside the optical resonator or the laser beam output wave output outside the optical resonator. A high-order harmonic component is generated by causing the laser beam of the fundamental wavelength directly generated by the resonator and the wavelength conversion medium to interfere with each other in terms of physical properties.
[0005]
A laser that converts light of a fundamental wavelength into a higher-order harmonic using a wavelength conversion medium is called a wavelength conversion laser, and in particular, beta barium borate (β-BaB 2 O 4 = BBO) or lithium triborate (LiB). A laser device using a crystal having a nonlinear optical effect such as 3 O 5 = LBO) as a wavelength conversion medium is referred to as a nonlinear wavelength conversion laser.
[0006]
In a nonlinear wavelength conversion laser, for example, a basic laser beam with a wavelength of 1064 nm is oscillated by a YAG laser using neodymium, yttrium, aluminum, garnet (Y 3 Al 5 O 12 = YAG) as a laser optical medium, and emitted from an output mirror The above-mentioned laser beam is irradiated on the BBO crystal or the like to generate a second harmonic wave having a wavelength of 532 nm due to the nonlinear optical effect.
[0007]
In this case, 10% of the 1064 nm light oscillating in the optical resonator is extracted outside the optical resonator and used for wavelength conversion, and the wavelength conversion efficiency cannot be increased so much.
[0008]
On the other hand, one of the two reflecting mirrors forming the optical resonator of the YAG laser is completely reflected with respect to 1064 nm light, and the other (output side) mirror completely reflects 1064 nm light and 532 nm. There is also a method of inserting a wavelength conversion medium such as a BBO crystal directly into the optical path of the fundamental standing wave inside the optical resonator while completely transmitting light.
[0009]
In this case, since the fundamental laser beam of 1064 nm is completely confined in the optical resonator, the electromagnetic field potential of the fundamental standing wave in the optical resonator is larger than the former, and is due to the nonlinear optical effect of the BBO crystal. Since the efficiency of wavelength conversion is drastically improved, it is possible to extract high-output second-order harmonics through an output mirror that completely transmits the 532 nm light.
[0010]
As a known example, in Japanese Patent Laid-Open No. 05-95144, neodymium yttrium orthovanadate (Nd-YVO 4 = YVO4) having the same wavelength output as YAG is used as a wavelength conversion medium for generating second harmonics. A configuration is described in which a second-harmonic laser with a wavelength of 532 nm is generated by using potassium titanyl postate (KTiOPO = KTP) and inserting KTP inside the optical resonator.
[0011]
In addition, there is also an ultraviolet laser device that generates a fourth harmonic having a wavelength of 266 nm by combining the above two methods.
[0012]
In this case, BBO for second harmonic generation is inserted into the resonator, a laser beam of 532 nm is emitted from the output mirror, and this is finally irradiated to the BBO for fourth harmonic generation provided separately. An ultraviolet laser beam of 266 nm is generated.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
Usually for the purpose of arranging optical elements such as reflection mirrors, optical crystals as wavelength conversion media, lenses and pinholes for shaping the fundamental wave and higher-order harmonic beams. It is common to use a positioning stage or mirror holder with a position and orientation adjustment function.
[0014]
For example, it is necessary to adjust the angles of the two reflecting mirrors constituting the optical resonator strictly so that the optical resonator continues to oscillate the fundamental standing wave most efficiently and stably.
[0015]
In addition, BBO crystals and LBO crystals, which are often used as wavelength conversion media, have angle dependence, and it is necessary to strictly adjust the angle of the crystal with respect to the laser beam to be irradiated in order to optimize wavelength conversion efficiency. There is.
[0016]
In an actual nonlinear wavelength conversion laser, each optical element that needs to be adjusted is held by a positioning stage or mirror holder so that the above adjustment can be performed optimally, and an output beam obtained by oscillating the laser Optimization adjustment is performed using the shape and output of the image as an index.
[0017]
In the above method, the optimal adjustment of one optical element sometimes contradicts the optimal position of another optical element. In such a case, the adjustment operation using the output beam as an index adjusts the entire system to the optimal optical arrangement. It is extremely difficult to do so, and it is often the case that adjustment work for a long time is performed while repeating trial and error.
[0018]
The most difficult case will be described below.
[0019]
The center of the laser beam is called the optical axis, and the path through which the optical axis passes is called the optical path. However, if the fundamental oscillation is optimized by adjusting the reflecting mirror, the optical resonator is adjusted according to the change in the tilt of the reflecting mirror. The optical axis angle of the standing wave and the optical axis angle of the output beam change.
[0020]
On the other hand, the nonlinear optical crystal as the wavelength conversion medium is positioned and arranged so as to coincide with the optical path of the fundamental wave beam, and is strictly adjusted in angle with respect to the optical axis of the fundamental wave beam.
[0021]
If the angle of the reflection mirror of the optical resonator is adjusted during the optimization adjustment of the fundamental wave beam, the angle of the optical axis changes, so that wavelength conversion cannot be performed. As a result, the second harmonic laser that is an adjustment index Since the output decreases, the adjustment work itself cannot be performed.
[0022]
Since it is impossible to determine whether the output of the second harmonic laser used as an indicator is due to a deviation from the optimum point of the fundamental oscillation or due to a change in the optical axis of the fundamental beam. As described above, it is extremely difficult to optimize and adjust the entire optical system including the optical resonator and the wavelength conversion medium, and it has been necessary to repeat trial and error depending on chance.
[0023]
Therefore, true optimization adjustment is practically impossible, and the laser output becomes unstable due to slight temperature changes and state changes after adjustment, or the shape of the beam deteriorates for a long time. There was also a problem with stable operation.
[0024]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and is a non-linear type that allows easy optical adjustment and easy optimization of optical elements, resulting in long-term stable operation. A wavelength conversion laser device is provided.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
A nonlinear wavelength conversion laser device according to the present invention obtains excitation light having a specific wavelength of a laser optical medium by exciting a laser optical medium, and an optical unit for emitting the excitation light and an optical unit sandwiching the optical unit. An optical resonator having a first reflecting mirror and a second reflecting mirror disposed opposite to each other on the base, and at least one optical unit that performs nonlinear wavelength conversion on the fundamental laser beam obtained from the optical resonator A non-linear wavelength conversion laser device including an element, provided on a base is a positioning stage capable of adjusting movement in the y direction and x direction and inclination in the θx direction, θy direction, and θz direction. A first reflecting mirror and at least one optical element are arranged, and a second reflecting mirror and an optical unit are arranged on a base where no positioning stage is present, A second reflecting mirror and an optical unit are disposed on the substrate, and the first reflecting mirror and at least one of the optical elements are disposed on a base on which no positioning stage exists. To do.
[0026]
[Action]
The operation of the present invention will be described below.
[0027]
In the optical resonator of the laser oscillator, a fundamental standing wave oscillating with a pair of opposing reflecting mirrors oscillates, and its optical axis is always perpendicular to the reflecting surfaces of the reflecting mirrors at both ends.
[0028]
Even if one reflection mirror is used as a partial reflection mirror and part of the fundamental standing wave is taken out of the optical resonator, it is normally output as a laser beam with an optical axis that matches the optical axis of the fundamental standing wave in the optical resonator. Will be.
[0029]
As described above, the direction of the optical axis of the laser beam of the fundamental wavelength, which is the basis for wavelength conversion, is determined by the reflection mirror of the optical resonator, so when adjusting the optical resonator and optimizing the oscillation of the basic laser beam As the angle of the reflecting mirror is adjusted, the optical axis always changes in a direction perpendicular to the reflecting mirror.
[0030]
On the other hand, the nonlinear optical crystal, which is positioned on the optical axis of the fundamental laser beam and converts the wavelength of the fundamental laser beam to generate higher-order harmonics, is precisely adjusted in angle with the optical axis of the fundamental laser beam and held as it is. Therefore, it is fixed to a positioning holder or the like having a position and orientation adjustment function.
[0031]
If the reflecting mirror and the positioning holder for the non-linear optical crystal are combined here, the orientation of the positioning holder will change in the same way as the reflecting mirror is adjusted, and eventually the relative angle between the reflecting mirror and the positioning holder Can always keep the same.
[0032]
That is, the nonlinear optical crystal held by the positioning holder can always be held at a constant angle with the optical axis of the fundamental laser beam regardless of the adjustment of the optical resonator.
[0033]
After adjusting the optical resonator so that the fundamental laser beam is optimized in this way, the angle of the nonlinear optical crystal can be adjusted to the optimum with respect to the optical axis of the fundamental laser beam by the positioning holder. Both the fundamental laser beam and the nonlinear optical crystal can be easily optimized.
[0034]
Once the angle of the nonlinear optical crystal is optimized by the positioning holder, even if the optical resonator needs to be readjusted for some reason after that, the fundamental laser beam and the nonlinear optics will be adjusted according to the adjustment of the reflecting mirror. The relative angle with the crystal does not change, and the output change of the wavelength-converted second harmonic laser beam simply depends on the state of the optical resonator, that is, the change of the fundamental laser beam.
[0035]
Therefore, the fundamental laser beam can be adjusted using the output of the second harmonic laser beam as an index.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an embodiment of the present invention.
[0037]
A laser optical medium such as YAG and a krypton arc lamp for electro-optically exciting the laser optical medium are built in, and the laser optical medium is electrically excited to emit excitation light having a wavelength specific to the laser optical medium from the exit. The optical unit 2 configured as described above, and the first reflection mirror 4 and the second reflection mirror 5 disposed on the optical base 1 so as to sandwich the optical unit 2 constitute an optical resonator.
[0038]
The first reflecting mirror 4 is optically coated so as to completely reflect light having a fundamental oscillation wavelength of 1064 nm of YAG and completely transmit light having a wavelength of 532 nm, which is the second harmonic, and the second reflecting mirror 5 has a wavelength of 1064 nm. It is optically coated so as to completely reflect the light.
[0039]
In addition, the fundamental wave label is rapidly generated in the optical resonator with a pinhole 6 for the purpose of removing the optical noise component by limiting the beam diameter of the YAG basic laser beam having a wavelength of 1064 nm excited and oscillated by the optical resonator. An acousto-optic device 10 for interrupting and releasing the oscillation and generating a laser beam on a pulse is provided in the optical resonator.
[0040]
In the nonlinear wavelength conversion laser, the efficiency of wavelength conversion by the nonlinear optical crystal increases nonlinearly as the peak value of the oscillation energy of the fundamental laser beam increases. It is used to generate laser oscillation on the pulse so that the peak value of energy for each pulse is maximized.
[0041]
An optical axis 7 shown in FIG. 1 is an optical axis in an optical resonator of a YAG laser beam having a fundamental wavelength of 1064 nm that is excited and oscillated by the above method, and is constrained by the pinhole 6 and passes through the center of the pinhole 6. And excited and oscillated along only one optical path perpendicular to the first reflecting mirror 4.
[0042]
The second reflecting mirror 5 is held by a holder h1, and the tilt can be freely adjusted by adjusting a knob.
[0043]
The first reflecting mirror 4 is also fixed to the positioning stage 3 provided on the base 1 in order to adjust the tilt.
[0044]
The positioning stage 3 is capable of minute movement in the directions y and z and fine inclination adjustment in the directions of θx, θy, and θz by appropriately rotating the adjustment knobs T1, T2, T3, T4, and T5. Thus, the tilt of the first reflecting mirror 4 can be adjusted.
[0045]
The above is the configuration of the optical resonator of the fundamental wave laser. In this embodiment, the wavelength conversion is performed from the fundamental laser beam having a wavelength of 1064 nm excited and oscillated thereby to the second and fourth harmonics, and finally the wavelength is changed. In order to generate a 266 nm ultraviolet laser beam, a BBO crystal 8 for generating a second harmonic and a BBO crystal 9 for generating a fourth harmonic are held in holders h2 and h3, respectively.
[0046]
These BBO crystals are indicated by dotted lines in FIG.
[0047]
Both the holders h2 and h3 have the same mechanism as the holder h1 that holds the second reflecting mirror 5, and the inclination of the BBO crystals 8 and 9 held by the adjustment knob can be adjusted.
[0048]
The BBO crystal 8 for generating the second harmonic is arranged inside the first and second reflecting mirrors 4 and 5 constituting the optical resonator so as to convert the wavelength from the high intensity basic laser beam in the optical resonator. Then, the BB0 crystal 9 for generating the fourth harmonic irradiates the second harmonic laser beam of 532 nm generated by wavelength conversion in the optical resonator after passing through the first reflecting mirror 4 and then emitting it. And converted to the fourth harmonic.
[0049]
An optical axis 11 shown in FIG. 1 is an optical axis of an output laser beam that is finally output as a 266 nm ultraviolet laser after two wavelength conversions.
[0050]
The feature of this embodiment is that the pinhole 6, the holder h2 holding the BBO crystal 8 for generating the second harmonic on the positioning stage 3 for adjusting the tilt of the first reflecting mirror 4, and the fourth harmonic. The holder h3 holding the generating BBO crystal 9 is arranged, whereby the first adjusting mirror T1 to T5 of the positioning stage 3 is rotated in order to adjust the tilt of the first reflecting mirror 4, so that the first Since not only the reflection mirror 4 but also the pinhole 6, the holder h2, and the holder h3 are all tilted together, the BBO crystal 8 for generating the second harmonic and the BBO for generating the fourth harmonic for the first reflection mirror 4 are used. The relative angle of the crystal 9 can always be kept constant regardless of the adjustment of the reflecting mirror.
[0051]
The YAG fundamental wave laser beam in the optical resonator is excited and oscillated along a single optical path that passes through the pinhole 6 that restricts the YAG and is perpendicular to the first reflecting mirror 4. Further, the position and inclination of the optical path of the YAG fundamental wave laser beam with respect to the optical unit 2 and the second reflection mirror 5 can be changed by minutely moving or rotating the first reflection mirror 4.
[0052]
While searching for an optical path that optimizes the oscillation of the YAG fundamental laser beam in this way, adjusting the tilt of the second reflecting mirror 5 accordingly adjusts the oscillation of the YAG fundamental laser optimally. can do.
[0053]
Next, with respect to the optical axis 7 of the YAG fundamental wave laser beam thus determined, the tilt is adjusted by the knob of the holder h2 so that the angle of the BBO crystal 8 for generating the second harmonic is optimum for wavelength conversion. In this case, the wavelength is converted by the BBO crystal 8 as a result of adjustment, and this is in a good state while observing the output and shape of the second harmonic wave having a wavelength of 532 nm that is transmitted through the first reflecting mirror 4 and output. Like that.
[0054]
Next, the BBO crystal 9 for generating the fourth harmonic performs tilt adjustment with respect to the optical axis of the second harmonic of 532 nm irradiated to the fourth harmonic, but this time the wavelength is 266 nm which is emitted after being converted by the BBO crystal 9. The output and shape of the ultraviolet laser beam 11 may be used as an index and optimized.
[0055]
Once the inclination of the BBO crystals 8 and 9 with respect to the first reflecting mirror 4, that is, the optical axis 7, is determined by the above procedure, the optical resonator needs to be readjusted for some reason and positioned. Even if the read mirror is readjusted by the stage 3, the relative inclination of the BBO crystals 8 and 9 with respect to the optical axis 7 does not change, and the output and shape of the 266 nm fourth harmonic laser beam that is finally output. Is simply determined only by the state of YAG fundamental wave laser oscillation by adjusting the optical resonator.
[0056]
For this reason, adjustment work can be easily performed while observing the final output beam, and as a result, the arrangement of the entire laser oscillator including the angle between the optical resonator and the BBO crystal can be easily optimized.
[0057]
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, which basically has the same configuration as that of FIG.
[0058]
1 is different from FIG. 1 in that optical elements such as the optical unit 2, the second reflecting mirror 5, and the acousto-optic element 10 which are installed on the optical base 1 in FIG. One reflecting mirror 4, pinhole 6, and BBO crystals 8 and 9 are installed on the optical base 1, and the relative relationship between them is the same.
[0059]
According to this embodiment, it is possible to easily optimize and adjust the ultraviolet laser oscillator using the nonlinear wavelength conversion crystal in a short time.
[0060]
【The invention's effect】
According to the present invention, optimization adjustment of a nonlinear wavelength conversion laser device can be facilitated, and as a result, it is possible to provide a nonlinear wavelength conversion laser device that is stable and reliable for a long period of time and is easy to maintain such as readjustment. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a nonlinear wavelength conversion laser oscillator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, similar to FIG.
[Explanation of symbols]
1: Optical base 2: Optical unit 3: Positioning stage 4: First reflecting mirror 5: Second reflecting mirror 6: Pinhole 7: Optical axis 8 of YAG fundamental wave laser beam: BBO for generating second harmonic Crystal 9: BBO for fourth harmonic generation 10: Acoustooptic element 11: Optical axes T1 to T5 of fourth harmonic: Positioning stage adjustment knobs x, y, z: Positioning stage moving directions θx, θy, θz: tilt adjustment direction of positioning stage h1, h2, h3: holder

Claims (1)

レーザ光学媒体を励起してレーザ光学媒体の特有の波長の励起光を得、この励起光を射出する光学ユニットと、前記光学ユニットを挟むように光学ベースの上に対向して配置した第一の反射ミラー及び第二の反射ミラーを有する光共振器と、前記光共振器内に配置され、この光共振器から得る基本波レーザビームを非線型波長変換を行う少なくとも1個の光学的要素を備える非線型波長変換レーザ装置において、ベース上に、y方向及びx方向への移動とθx方向,θy方向及びθz方向の傾きを調整可能な位置決めステージを設け、前記位置決めステージ上に、前記第一の反射ミラーと少なくとも1個の前記光学的要素を配し、かつ前記位置決めステージの存在しない前記ベース上に、前記第二の反射ミラーと前記光学ユニットを配し、又は前記位置決めステージ上に、前記第二の反射ミラーと前記光学ユニットを配し、かつ前記位置決めステージの存在しない前記ベース上に、前記第一の反射ミラーと少なくとも1個の前記光学的要素を配してなることを特徴とする非線型波長変換レーザ装置。  A laser optical medium is excited to obtain excitation light having a specific wavelength of the laser optical medium, an optical unit that emits the excitation light, and a first that is disposed on the optical base so as to sandwich the optical unit. An optical resonator having a reflecting mirror and a second reflecting mirror, and at least one optical element disposed in the optical resonator and performing nonlinear wavelength conversion on a fundamental laser beam obtained from the optical resonator In the nonlinear wavelength conversion laser apparatus, a positioning stage capable of adjusting movement in the y direction and x direction and inclination in the θx direction, θy direction, and θz direction is provided on the base, and the first stage is provided on the positioning stage. Disposing a reflection mirror and at least one optical element, and disposing the second reflection mirror and the optical unit on the base without the positioning stage; or The second reflecting mirror and the optical unit are arranged on the positioning stage, and the first reflecting mirror and at least one optical element are arranged on the base where the positioning stage does not exist. A non-linear wavelength conversion laser device characterized by comprising:
JP2002306039A 2002-10-21 2002-10-21 Nonlinear wavelength conversion laser device Expired - Fee Related JP4146207B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002306039A JP4146207B2 (en) 2002-10-21 2002-10-21 Nonlinear wavelength conversion laser device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002306039A JP4146207B2 (en) 2002-10-21 2002-10-21 Nonlinear wavelength conversion laser device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004146398A JP2004146398A (en) 2004-05-20
JP4146207B2 true JP4146207B2 (en) 2008-09-10

Family

ID=32452951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002306039A Expired - Fee Related JP4146207B2 (en) 2002-10-21 2002-10-21 Nonlinear wavelength conversion laser device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4146207B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004146398A (en) 2004-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6590911B1 (en) Passively modelocked harmonic-generating laser
JP6453844B2 (en) High-efficiency single-pass harmonic generator for circular output beams
JP4969021B2 (en) Harmonic laser device and harmonic laser welding method
JPH11258645A (en) Wavelength converting device
JP2004048049A (en) Diode pumped multiaxial mode intracavity frequency doubled laser
JP3939928B2 (en) Wavelength converter
JP4231829B2 (en) Internal cavity sum frequency mixing laser
JP2022518740A (en) Diode-excited solid-state laser device for laser annealing
JPH1084155A (en) Solid laser
JPH09162470A (en) 2-wavelength laser oscillator
EP0957546A2 (en) solid-state laser device and solid-state laser amplifier provided therewith
JP2000124533A (en) Solid laser
JP4146207B2 (en) Nonlinear wavelength conversion laser device
WO2021161556A1 (en) Ultraviolet laser device
JPH0388380A (en) Solid state laser device
JPH09232665A (en) Output stabilizing second harmonics light source
JPH065962A (en) Laser light generator
WO2021006236A1 (en) Laser device
JP4518843B2 (en) Solid state laser equipment
JP2003304019A (en) Wavelength conversion laser device
JP2002368312A (en) Very-short pulse laser
JPH08102564A (en) Wavelength converting laser device
JP2000138405A (en) Semiconductor laser-excited solid-state laser system
JPH06164048A (en) Harmonic generation apparatus
JP2004281598A (en) Laser device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051012

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20060120

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070926

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080305

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080430

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080521

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080619

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110627

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110627

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140627

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees