JP5047887B2 - 短波長光源 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1による短波長光源の構成図である。図1に示す短波長光源は、コヒーレント光源であり、基本波光源1、多段構成の波長変換素子2、3及び2個の集光光学系4、5を備える。波長変換素子2、3は、周期状の分極反転構造2a、3aを有する非線形光学結晶からなり、波長変換素子2の非線形光学結晶の材料又は組成は、波長変換素子3の非線形光学結晶の材料又は組成と異なる。
図2は、本発明の実施の形態2による短波長光源の構成図である。図2に示す短波長光源は、基本波光源1、波長変換素子2、3、集光光学系4、5及び波長フィルタ6を備える。図2に示す短波長光源では、集光光学系5の光学設計により、さらに高出力化が図れる。
図3は、本発明の実施の形態3による短波長光源の構成図である。図3に示す短波長光源は、基本波光源1、波長変換素子21、31、集光光学系4、5及び波長フィルタ7を備える。本実施の形態の構成は、多段での波長変換素子を用いる構成において、高調波成分を分離する構成である。
次に、本発明の実施の形態4として、上記の実施の形態1の構成における位相補償による高出力化について、図4を用いて説明する。図4は、本発明の実施の形態4による短波長光源の構成図である。図4に示す短波長光源は、基本波光源1、波長変換素子2、3、集光光学系4、5、位相補償板8及び制御部9を備える。
図8は、本発明の実施の形態5による短波長光源の構成図である。図8に示す短波長光源は、基本波光源1、波長変換素子2、32及び集光光学系4、5を備える。図9は、図8に示す波長変換素子32の拡大図である。
本実施の形態では、複数の波長変換素子により第2高調波を発生する構成において、それぞれの波長変換素子で発生する第2高調波のビームが重ならない構成を採用することにより、高出力化を図る方法について説明する。図14は、本発明の実施の形態6による短波長光源の構成図である。図14に示す短波長光源は、基本波光源1、波長変換素子23、35及び集光光学系4、51〜53を備える。
本実施の形態では、複数の波長変換素子を重ねて、ジグザグパスで波長変換を行う短波長光源について説明する。図16は、本発明の実施の形態7による短波長光源の構成図である。図16に示す短波長光源は、基本波光源1、波長変換素子24、36及び集光光学系4を備える。波長変換素子24、36は、上下方向に2段に並列に配置されている。波長変換素子24、36の端面T1、T2には、基本波及び第2高調波を反射する反射膜24b、36bが基本波及び第2高調波の光軸に対して傾けて形成されている。
本実施の形態では、複数の波長変換素子を厚み方向に接合(又は光学的に接着)した構成について図19を用いて説明する。図19は、本発明の実施の形態8による短波長光源の構成図である。図19に示す短波長光源は、基本波光源1、波長変換素子101〜103及び集光光学系4を備える。本実施の形態の波長変換素子は、波長変換素子102、103が波長変換素子101をサンドイッチする形になっている。
図22は、本発明の実施の形態9による短波長光源の構成図である。図22に示す短波長光源は、基本波光源1、波長変換素子220、230及び集光光学系4、51〜53を備える。高出力耐性を向上させる他の方法として、図22に示した構成が有効である。
2、3、21〜26、31〜38、101、102、220〜224、230〜234 波長変換素子
2a、3a、21a〜26a、31a〜38a、101a、102a、220a〜224a、230a〜234a 分極反転構造
4、5、51〜53 集光光学系
6、7 波長フィルタ
8、8a、8b、12a、12b 位相補償板
9 制御部
11、11a、11b 凹面ミラー
13、16 偏光版
14、15a、15b プリズム
17 分離プリズム
81、82 ウェッジ板
83 光学ゲル
84、85 光学基板
Claims (14)
- 基本波を発生する基本波光源と、
周期状の分極反転構造を有する非線形光学結晶からなり、前記基本波の一部を第2高調波に変換する複数の波長変換素子とを備え、
前記複数の波長変換素子は、
周期状の分極反転構造を有する第1の非線形光学結晶からなり、前記基本波光源からの前記基本波の一部を前記第2高調波に変換する第1の波長変換素子と、
周期状の分極反転構造を有する第2の非線形光学結晶からなり、前記第1の波長変換素子を通過した前記基本波の一部を前記第2高調波に変換する第2の波長変換素子とを含み、
前記複数の波長変換素子の非線形光学結晶は、異なる材料又は組成からなり、
前記複数の波長変換素子のうち一の波長変換素子が発生する第2高調波と前記基本波との位相差を補償する位相補償部をさらに備え、
前記位相補償部は、前記基本波及び前記第2高調波に対して屈折率の異なる材料からなるウェッジ板である
ことを特徴とする短波長光源。 - 前記位相補償部は、前記基本波及び前記第2高調波に対して屈折率の異なる材料からなる2つのウェッジ板を含み、
前記2つのウェッジ板の相対的な位置及び角度を調整する調整部をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の短波長光源。 - 前記ウェッジ板の頂角θ1は、前記基本波の波長λ、前記ウェッジ板を通過する前記基本波のビーム半径R1、及び前記ウェッジ板における前記基本波と前記第2高調波との屈折率差Δnに対して、θ1<λ/(2×R1×Δn)/10の関係を満足することを特徴とする請求項1記載の短波長光源。
- 前記複数の波長変換素子は、前記基本波の経路に順次配置され、
前記基本波の経路の最終端に配置された波長変換素子に前記基本波を集光する集光光学系をさらに備え、
前記集光光学系の前記第2高調波に対する焦点位置は、前記最終端に配置された波長変換素子の非線形光学結晶の入射端近傍に配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の短波長光源。 - 前記第2の非線形光学結晶における分極反転構造の光軸と入射部の端面の法線とが成す角度θ2は、前記基本波の波長λ、前記第2の非線形光学結晶の入射部の近傍における前記基本波のビーム半径R2、及び前記第2の非線形光学結晶における前記基本波と前記第2高調波との屈折率差Δnに対して、θ2<λ/(2×R2×Δn)/10の関係を満足することを特徴とする請求項1記載の短波長光源。
- 前記複数の波長変換素子は、前記基本波の経路に順次配置され、
前記波長変換素子を通過する前記基本波を集光する集光光学系をさらに備え、
前記基本波の経路の最終端に配置された波長変換素子の非線形光学結晶の熱伝導度は、他の波長変換素子の非線形光学結晶の熱伝導度より大きいことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の短波長光源。 - 前記集光光学系は、凹面ミラーであることを特徴とする請求項6記載の短波長光源。
- 前記複数の波長変換素子のうち一部の波長変換素子の端部に設けられ、前記基本波及び前記第2高調波を反射する反射膜をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の短波長光源。
- 第1及び第2の凹面ミラーをさらに備え、
前記第1及び第2の波長変換素子は、前記第1及び第2の凹面ミラーの間に配置され、
前記基本波は、前記第1及び第2の凹面ミラー間を複数回往復しながら、前記第1の非線形光学結晶により少なくとも一回以上波長変換された後、前記第2の非線形光学結晶により波長変換され、
前記第2の非線形光学結晶の熱伝導度は、前記第1の非線形光学結晶の熱伝導度より大きいことを特徴とする請求項1記載の短波長光源。 - 前記複数の波長変換素子の非線形光学結晶は、光学的に接合又は接着されていることを特徴とする請求項1又は5に記載の短波長光源。
- 前記複数の波長変換素子の非線形光学結晶は、
MgドープLiNbO3からなる非線形光学結晶と、
MgドープLiTaO3からなる非線形光学結晶とを含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の短波長光源。 - 前記複数の波長変換素子は、前記周期状の分極反転構造の光軸と前記基本波の伝搬方向との成す角が互いに異なる複数の非線形光学結晶からなることを特徴とする請求項1記載の短波長光源。
- 前記複数の波長変換素子は、前記基本波の経路に順次配置され、
前記複数の波長変換素子の間に配置され、前記波長変換素子から出力する前記基本波と前記第2高調波とを分離する波長分離ミラーをさらに備えることを特徴とする請求項1記載の短波長光源。 - 前記基本波光源に最も近い位置に配置された前記波長変換素子の非線形光学結晶の熱伝導度は、他の波長変換素子の非線形光学結晶の熱伝導度より大きいことを特徴とする請求項13記載の短波長光源。
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