JP5353798B2 - 波長変換装置及びこれを用いた波長変換レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、波長変換結晶により波長変換を行う波長変換装置、及びこれを用いた波長変換レーザ装置に関し、特に、波長変換装置の汚染を低減できるようにした外部波長変換型ＵＶレーザ装置に関する。

従来の波長変換装置では、クリーンエア、酸素ガス、または不活性ガスを充填した結晶密閉セルの内部に波長変換結晶を配置し、さらにクリスタルシフタを用いて結晶密封セルを移動する構成としていた。結晶密封セルの内部には外気に含まれる粉塵がないため、発生した紫外レーザ光と当該粉塵とが反応して汚損物質が結晶端面に付着するのを防ぐことができる。また、クリスタルシフタを用いて結晶密封セルを移動し、結晶の劣化していない部位を使用することで、メンテナンス周期を長くしていた。（特許文献１）

特開２００５−１２２０９４号公報（図３）

従来の波長変換紫外線（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：ＵＶ）レーザ装置では、波長変換結晶を結晶密閉セル内で保護することで、波長変換結晶端面の汚損を回避する。しかしながら、結晶密閉セルの出射ウインドウの外側では、出射されるＵＶレーザ光と外気に含まれる粉塵とが反応して汚損物質が生成される。汚損物質は一般にシリコンと酸素の化合物であることが多く、出射ウインドウの外側、特に出射ウインドウのレーザ光通過部に集中的に発生してレンズのように盛り上がって堆積する。このため、レーザ光の透過波面に影響を与え、例えばレーザ光のビームモード形状が崩れたり、または発散角が変化してしまう。その結果、ビーム品質の低下を招き、加工不良の原因となる問題があった。

特に、出射ビームのビーム径が小さくかつ高出力のＵＶレーザ装置では、このような問題が顕著であり、所定の値以上のビーム強度で出射した場合に汚損が発生する。これに対して従来の波長変換レーザ装置では、結晶密閉セル内の波長変換結晶と出射ウインドウとを、結晶密封セルの筐体の長手方向の両端部に設置することでビーム径を広げ、出射ウインドウの外面の汚損を低減していた。（特許文献１）
しかしながら、次の理由により、汚損を十分に低減することは困難であった。すなわち、一般に結晶密封セルに入射するビーム径は１００マイクロメートル程度であるが、出射ウインドウにおける汚損を防ぐには数ミリメートル程度までビーム径を拡大する必要がある。ところが結晶密封セル内で何ら積極的なビーム径拡大を行なわない従来技術では、必然的に結晶密封セルを長くしなければならず、波長変換レーザ装置全体の大きさに依る制約のため、長くするには限界がある。したがって、出射ウインドウの汚損を低減するのは困難であった。

この発明に係る波長変換装置は、所定のビーム径で入射する基本波レーザ光を３倍波以上の高調波レーザ光に波長変換する波長変換結晶と、変換された高調波レーザ光のビーム径を所望の大きさに拡大するビーム径拡大手段とを備え、ビーム径拡大手段は、複数の反射ミラーから構成され、複数のミラーにより折り返し光路を形成するものである。

この発明によれば、結晶密封セルの内部でレーザ光の光径を拡大することができるため、出射ウインドウの外面への汚損物質の付着を防止できるという効果を奏する。

以下この発明を、その実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における波長変換レーザ装置を示す図である。図１において、固体レーザ発振器で構成されるレーザ発振器１が周波数ωの基本波レーザ光Ｌ０を出力する。出力された基本波レーザ光Ｌ０は波長変換装置である結晶密封セル２において高周波レーザ光である３倍波レーザ光Ｌ４が生成され、波長変換されたレーザ光として、結晶密封セル２から出力される。

次に結晶密封セル２の構成を説明する。結晶密封セル２には、長手方向の一端部に結晶密封セル２の内部と外部とを分離しつつ基本波レーザ光Ｌ０を通過させる入射ウインドウ３が設けられる。一方、長手方向の他端部には結晶密封セル２の内部と外部とを分離しつつ３倍波レーザ光Ｌ４を通過させる出射ウインドウ４が設けられる。結晶密封セル２内には、クリーンエア、酸素ガス、または不活性ガスのいずれかが充填され、気密状態が保たれる。これにより、結晶密封セル２へ外部から粉塵等が混入するのを防ぎ、結晶密封セル２内部に設けた後述の波長変換結晶や出射ウインドウ３内面等の光学部品の汚損によるレーザ特性の劣化を防止する。

結晶密封セル２内部には、レーザ光が通過または反射する順に、第１の波長変換結晶である第二次高調波発生（Ｓｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：ＳＨＧ）結晶５、第２の波長変換結晶である第三次高調波発生（Ｔｈｉｒｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：ＴＨＧ）結晶６、分光ミラー７、及びビーム径拡大手段であるビーム径拡大部８が配置される。また、分光ミラー７で反射されるレーザ光を吸収する減衰手段であるダンパー９が設けられる。ＳＨＧ結晶５及びＴＨＧ結晶６は入射ウインドウ３の近傍に設けられ、ビーム径拡大部８は出射ウインドウ４の近傍に設けられる。ＳＨＧ結晶５とＴＨＧ結晶６には、それぞれの入射端面と反射端面の双方に、不要な反射を抑圧するための誘電体多層膜からなる無反射コーティングがされている。

次に、実施の形態１における波長変換レーザ装置の動作を説明する。図１において、Ｎｄ：ＹＡＧレーザやＮｄ：ＹＶＯ４レーザ等の固体レーザ発振器で構成されるレーザ発振器１では、内部でレーザ発振がなされ、周波数ωの基本波レーザ光Ｌ０を出力する。出力された基本波レーザ光Ｌ０は、結晶密封セル２の一端部に設けられた入射ウインドウ３を通って結晶密封セル２に入射される。このときの基本波レーザ光Ｌ０の光径をｒ０とする。

結晶密封セル２に入射した基本波レーザ光Ｌ０は、ＳＨＧ結晶５に入射される。ＳＨＧ結晶５は、入射された基本波レーザ光Ｌ０の一部を透過するとともに、残りの一部を、２倍の周波数の第二次高調波である２倍波レーザ光Ｌ１に波長変換する。従って、ＳＨＧ結晶５から出力された第１の混合レーザ光Ｍ１には、基本波レーザ光Ｌ０と２倍波レーザ光Ｌ１が含まれる。次に、第１の混合レーザ光Ｍ１はＴＨＧ結晶６に入射される。ＴＨＧ結晶６は、入射された第１の混合レーザ光Ｍ１の一部を透過するとともに、残りの一部である基本波レーザ光Ｌ０と２倍波レーザ光Ｌ１を、基本波レーザ光の３倍の周波数の第三次高調波である３倍波レーザ光Ｌ２に波長変換して出力する。

出力された第２の混合レーザ光Ｍ２には、基本波レーザ光Ｌ０、２倍波レーザ光Ｌ１、及び３倍波レーザ光Ｌ２が含まれる。次に、第２の混合レーザ光Ｍ２は、分光ミラー７で分光される。すなわち、第２の混合レーザ光Ｍ２に含まれる基本波レーザ光Ｌ０成分と２倍波レーザ光Ｌ１成分は反射され、３倍波レーザ光Ｌ２だけが分光ミラー７を透過する。分光ミラー７で反射された基本波レーザ光Ｌ０成分と２倍波レーザ光Ｌ１成分は、ダンパー９で吸収され、熱エネルギーに変換される。すなわち、これらの成分は減衰する。

一方、分光ミラー７を透過した３倍波レーザ光Ｌ２は、ビーム径拡大部８でビーム径が拡大される。ビーム径拡大部８の構成の例を図２（ａ）に示す。図２（ａ）において、ビーム径拡大部８は２枚のレンズから構成され、破線矢印はビーム径が広がる様子を模式的に表している。

一般にレーザ光は進んだ距離に比例して光径が広がるため、結晶密封セル２の入射時の光径をｒ０とすれば、ビーム径拡大部８に入射する３倍波レーザ光Ｌ２の光径ｒ１は、ｒ１＞ｒ０となる。次に、３倍波レーザ光Ｌ２は、凹レンズ１０により拡大光Ｌ３１にされ、凸レンズ１１に入射される。凸レンズ１１に入射する拡大光Ｌ３１の光径をｒ２とすれば、ｒ２＞＞ｒ１となる。

拡大光Ｌ３１は、凸レンズ１１により平行な３倍波レーザ光Ｌ４にコリメートされて、ビーム径拡大部８から出力される。このときの３倍波レーザ光Ｌ４の光径はｒ２である。ビーム径拡大部８から出力された３倍波レーザ光Ｌ４は、出射ウインドウ４から、波長変換された高調波レーザ光として出力される。

以上述べたように、実施の形態１における波長変換レーザ装置では、結晶密封セル２内の他端部の近傍に設けたビーム径拡大部８によって、結晶密封セル２内でレーザ光の光径を拡大することができる。これにより、ビーム強度は低減されるので、高出力のＵＶレーザであっても出射ウインドウの外面の汚損防止を実現できる。

なお、本発明の発明者らは、実施の形態１の構成を例えば３倍波レーザ光Ｌ４の波長が３５５ナノメートルのＵＶレーザ光に適用した場合、出射ウインドウ４における平均ビーム強度を４０Ｗ／ｃｍ２以下とすれば、長期間にわたる使用でも、出射ウインドウ４の外部に汚損の発生はないことを見出した。しかしながら、本発明で用いるレーザ光の波長や平均ビーム強度は、何ら具体的な数値に限定されるものではない。

また、実施の形態１では、ビーム径拡大部８を出射ウインドウ４の近傍に設けるものとして説明したが、これは必ずしも必要ではない。ビーム径拡大部８は積極的にレーザ光のビーム径を拡大するので、十分なビーム径を確保できれば、波長変換結晶の近傍に設けてもよい。このような構成により結晶密封セル２に必要な長手方向のスペースを小さくできるので、結晶密封セル２の筐体の大きさを小さくすることができ、波長変換レーザ装置を小型化することができる。

また、実施の形態１では、ビーム径拡大部８は凹レンズ１０と凸レンズ１１から構成されるものとして説明したが、これは必ずしも必要ではなく、例えば２枚の凸レンズ１２及び１１から構成されるものとしてもよい。この場合のビーム径拡大部８の構成の例を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）に示すように、ビーム径拡大部８に入射した３倍波レーザ光Ｌ２は、凸レンズ１２によって焦点に集光された後、拡大光Ｌ３２となる。拡大光Ｌ３２は、図２（ａ）と同様に凸レンズ１１により平行な３倍波レーザ光Ｌ４にされて、ビーム径拡大部８から出力される。このような構成により、上記に述べたのと同様に、ビーム強度を低減し出射ウインドウの外面の汚損防止を実現できる効果を得ることができる。

実施の形態２．
次に実施の形態２について説明する。図３は、実施の形態２における波長変換レーザ装置を示す図である。図３において、図１と同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図３において、結晶密封セル２内には、第１の反射ミラー１３及び第２の反射ミラー１４が配置される。第２の反射ミラー１４は結晶密封セル２の入射ウインドウ３近傍に設けられ、第１の反射ミラー１３は結晶密封セル２の出射ウインドウ４近傍に設けられる。これらの反射ミラーにより、レーザ光の折り返し光路が形成される。なお、図３における破線はビーム径が広がる様子を模式的に表している。

次に、実施の形態２における波長変換レーザ装置の動作を説明する。実施の形態１と同様に、結晶密封セル２に入射した基本波レーザ光Ｌ０は、ＳＨＧ結晶５及びＴＨＧ結晶６により波長変換され、第２の混合レーザ光Ｍ２が出力される。出力された第２の混合レーザ光Ｍ２は、結晶密封セル２の内部を長手方向に進み、他端部の近傍に設けられた第１の反射ミラー１３で反射される。一般にレーザ光は進んだ距離に比例して光径が広がるため、第１の反射ミラー１３におけるレーザ光の光径ｒ１は、ｒ１＞ｒ０となる。

実施の形態２において、第１の反射ミラー１３は分光ミラーで構成される。すなわち、第１の反射ミラー１３では、第２の混合レーザ光Ｍ２に含まれる基本波レーザ光Ｌ０成分と２倍波レーザ光Ｌ１成分は透過し、３倍波レーザ光だけが反射して、３倍波レーザ光Ｌ３となる。透過した基本波レーザ光Ｌ０成分と２倍波レーザ光Ｌ１成分は、ダンパー９で吸収され、熱エネルギーに変換される。

次に、第１の反射ミラー１３で反射した３倍波レーザ光Ｌ３は、再び結晶密封セル２内で長手方向（ただしＴＨＧ結晶６からの出力時とは略反対の方向）に進み、一端部の近傍に設けられた第２の反射ミラー１４で反射される。第２の反射ミラー１４におけるレーザ光の光径ｒ２は、レーザ光が進んだ分だけ光径が広がるため、ｒ２＞ｒ１となる。さらに、第２の反射ミラー１４で反射された３倍波レーザ光Ｌ４は、再び結晶密封セル２内で長手方向（ただしＴＨＧ結晶６からの出力時とは略同一の方向）に進み、結晶密封セル２の他端部に設けられた出射ウインドウ４を通って結晶密封セル２から出射される。上述と同様にして、結晶密封セル２から出射される３倍波レーザ光Ｌ４の光径ｒ３は、ｒ３＞ｒ２となる。

以上述べたように、実施の形態２における波長変換レーザ装置では、結晶密封セル２内の他端部に設けた第１の反射ミラー１３と一端部に設けた第２の反射ミラー１４によって、結晶密封セル２内でレーザ光の折り返し光路を形成することができる。これにより、結晶密封セル２の出射ウインドウ４から出射される３倍波レーザ光Ｌ４の光径がｒ３に拡大され、ビーム強度は低減されるので、高出力のＵＶレーザであっても出射ウインドウ４の外面の汚損防止を実現できる。

なお、実施の形態２では、レーザ光の光径を拡大するために第１の反射ミラー１３及び第２の反射ミラー１４を用いたことにより、レンズを用いる場合と比較してＵＶレーザ光による劣化を抑えることができる。すなわち、レンズの場合は入射面と出射面の両側にコーティングがあるため、ＵＶレーザ光の照射により２面のコーティングが劣化する。一方、ミラーの場合は反射面のみにコーティングが設けられるため、紫外線劣化の対象となるコーティングは１面のみである。従って、ＵＶレーザ光の照射に対しては、相対的にレンズよりも反射ミラーの方が劣化の影響を低く抑えることができるので、例えば実施の形態１と比較して波長変換レーザ装置の長寿命化を図ることができるという効果を得ることができる。

また、実施の形態２では、第１の反射ミラー１３を分光ミラーであるものとして説明したが、これは必ずしも必要ではなく、例えば、第２の反射ミラー１４を分光ミラーとしてもよいし、または第１の反射ミラー１３及び第２の反射ミラー１４の双方を分光ミラーとしてもよい。すなわち、第１の反射ミラー１３または第２の反射ミラー１４のいずれかまたは双方において、第２の混合レーザ光Ｍ２から、基本波レーザ光Ｌ０成分と２倍波レーザ光Ｌ１成分とを分光する機能を備えていればよい。

また、実施の形態２では、第１の反射ミラー１３を分光ミラーであるものとして説明したが、これは必ずしも必要ではない。例えば、第１の反射ミラー１３を全反射ミラーとし、実施の形態１のように光路の途中で分光ミラー７を設けて、基本波レーザ光Ｌ０成分と２倍波レーザ光Ｌ１成分を分光する構成としてもよい。そして、分光した基本波レーザ光Ｌ０成分と２倍波レーザ光Ｌ１成分は、ダンパー９により吸収して熱エネルギーに変換することができる。このような構成により、ミラーを安価な全反射ミラーとすることができる。

また、実施の形態２では、第１の反射ミラー１３と第２の反射ミラー１４の２枚のミラーで折り返し光路を形成するものとして説明したが、これは必ずしも必要ではない。例えば、３つ以上のミラーを用いて折り返し光路を形成してもよく、この場合には、レーザ光の光路が長くなる分、ビーム径を拡大することができるので、ビーム強度をさらに低減し、出射ウインドウ４の外面の汚損防止を実現できる。

また、実施の形態２では、入射ウインドウ３を結晶密封セル２の長手方向の一端部に設け、第１の反射ミラー１３と第２の反射ミラー１４で長手方向に折り返し光路を形成するものとして説明したが、これは必ずしも必要ではない。例えば、入射ウインドウ３を長手方向に垂直な側部に設け、入射した基本波レーザ光Ｌ０を反射ミラーやプリズム等で略９０度曲げることで、長手方向に略平行なレーザ光としてもよい。また、出射ウインドウ４を長手方向に垂直な側部に設け、波長変換された高調波レーザ光Ｌ４を反射ミラーやプリズム等で略９０度曲げることで、出射ウインドウ４から出射する構成としてもよい。すなわち、少なくとも結晶密封セル２の長手方向の長さ以上の光路を形成すればよく、この場合でも、本発明と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
次に実施の形態３について説明する。図４は、実施の形態３における波長変換レーザ装置を示す図である。図４において、図３と同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。結晶密封セル２には、入射ウインドウ３が設けられた長手方向の一端部に出射ウインドウ４が設けられる。また、結晶密封セル２内には、第１の反射ミラー１３及び第２の反射ミラー１４の代わりに、第１の分光プリズム１５及び第２の分光プリズム１６が配置される。第１の分光プリズム１５及び第２の分光プリズム１６にはコーティングを施さず、例えばペランブロッカプリズムやブリュースタープリズム等で構成される。

次に、実施の形態３における波長変換レーザ装置の動作を説明する。実施の形態１と同様に、レーザ発振器１から結晶密封セル２に入射された基本波レーザ光Ｌ０は、ＳＨＧ結晶５及びＴＨＧ結晶６により波長変換され、第２の混合レーザ光Ｍ２が出力される。

出力された第２の混合レーザ光Ｍ２は、結晶密封セル２の内部を長手方向に進み、第１の分光プリズム１５により光軸が略９０度曲げられて第２の混合レーザ光Ｍ３となり、第２の分光プリズム１６へ進む。そして、第２の混合レーザ光Ｍ３は、第２の分光プリズム１６により光軸がさらに略９０度曲げられて、３倍波レーザ光Ｌ４となり、結晶密封セル２の一端部に設けられた出射ウインドウ４へ進む。

ここで、第２の分光プリズム１６から出射されるレーザ光には、３倍波レーザ光Ｌ４の他に、２倍波レーザ光Ｌ１成分及び基本波レーザ光Ｌ０成分も含まれる。２倍波レーザ光Ｌ１成分及び基本波レーザ光Ｌ０成分は、３倍波レーザ光Ｌ４よりも周波数が低いため、第２の分光プリズム１６から出射される方向が３倍波レーザ光Ｌ４と異なる。そこで、出射ウインドウ４を３倍波レーザ光Ｌ４が出力される方向に設けることで、第２の分光プリズム１６の出力から、２倍波レーザ光Ｌ１成分と基本波レーザ光Ｌ０成分を分光することができる。これにより、出射ウインドウ４から出射されるレーザ光は３倍波レーザ光Ｌ４だけとなる。なお、分光された２倍波レーザ光Ｌ１成分及び基本波レーザ光Ｌ０成分は、ダンパー９により吸収されて熱エネルギーに変換される。

実施の形態３においても、実施の形態２と同様に、結晶密封セル２内でレーザ光の折り返し光路を形成することができる。これにより、３倍波レーザ光Ｌ４のビーム強度を低減し、高出力のＵＶレーザであっても出射ウインドウ４の外面の汚損防止を実現できる。さらに、第１の分光プリズム１５及び第２の分光プリズム１６にコーティングを施さないため、ＵＶレーザ光の照射によるコーティングの劣化を抑圧し、波長変換レーザ装置を長寿命化することができる。また、第１の分光プリズム１５及び第２の分光プリズム１６により折り返し光路を形成するのに加えて分光も行うことができるため、光学部材の数を減らすことができる。

なお、上記実施の形態では、ＳＨＧ結晶５とＴＨＧ結晶６を用いて３倍波レーザ光Ｌ２に波長変換するものとして説明したが、これは必ずしも必要ではなく、例えば４倍波レーザ光や、それ以上の高調波に変換する波長変換結晶を用いてもよい。この場合であっても、本発明と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。

なお、上記実施の形態における構成を組合せることで、さらに出射ウインドウ４における３倍波レーザ光Ｌ４のビーム径を拡大してもよい。例えば実施の形態３における第１の分光プリズム１５及び第２の分光プリズム１６により折り返し光路を形成し、さらに実施の形態１におけるビーム径拡大部８を出射ウインドウ４の近傍に設けてもよい。この場合の構成を図５に示す。図５に示すように、折り返し光路によりビームが拡大された３倍波レーザ光Ｌ４を、ビーム径拡大部８によりさらにビームが拡大された３倍波レーザ光Ｌ５とすることができる。このように、複数にわたる実施の形態の構成を併せて適用することで、さらに出射ウインドウ４における３倍波レーザ光のビーム径を拡大することができ、高出力のＵＶレーザであっても出射ウインドウの外面の汚損防止を実現できる。

また、実施の形態においてレーザ発振器１は固体レーザ発振器で構成されるものとして説明したが、これは必ずしも必要ではなく、用途に応じて半導体レーザ発振器やガスレーザ発振器を用いて構成されていてもよい。このような構成であっても、本発明と同様な効果を得ることができることは言うまでもない。

また、実施の形態においてレーザ発振器１と結晶密封セル２は別体で構成されるものとして説明したが、これは必ずしも必要ではなく、レーザ発振器１と結晶密封セルが空間的に分離されていれば一体に構成されていてもよい。一体に構成されていても、本発明と同様な効果を得ることができることは言うまでもない。

この発明の実施の形態１における波長変換レーザ装置を示す図である。 この発明の実施の形態１におけるビーム径拡大部８の構成の例を示す図である。 この発明の実施の形態２における波長変換レーザ装置を示す図である。 この発明の実施の形態３における波長変換レーザ装置を示す図である。 この発明の実施の形態１と３とを組み合わせた場合の波長変換レーザ装置を示す図である。

１ レーザ発振器
２ 結晶密封セル
３ 入射ウインドウ
４ 出射ウインドウ
５ ＳＨＧ結晶
６ ＴＨＧ結晶
７ 分光ミラー
８ ビーム径拡大部
９ ダンパー
１０ 凹レンズ
１１、１２ 凸レンズ
１３ 第１の反射ミラー
１４ 第２の反射ミラー
１５ 第１の分光プリズム
１６ 第２の分光プリズム

Claims (19)

1. 所定のビーム径で入射する基本波レーザ光を３倍波以上の高調波レーザ光に波長変換する波長変換結晶と、
   変換された高調波レーザ光のビーム径を所望の大きさに拡大するビーム径拡大手段とを備え、
   前記ビーム径拡大手段は、
   複数の反射ミラーから構成され、
   前記複数のミラーにより折り返し光路を形成することを特徴とする波長変換装置。
2. 所定のビーム径で入射する基本波レーザ光を３倍波以上の高調波レーザ光に波長変換する波長変換結晶と、
   変換された高調波レーザ光のビーム径を所望の大きさに拡大するビーム径拡大手段とを備え、
   前記ビーム径拡大手段は、
   複数のプリズムから構成され、
   前記複数のプリズムにより折り返し光路を形成することを特徴とする波長変換装置。
3. 所定のビーム径で入射する基本波レーザ光を高調波レーザ光に波長変換する波長変換結晶と、
   変換された高調波レーザ光のビーム径を所望の大きさに拡大するビーム径拡大手段と、を備え、
   前記波長変換結晶は、
   基本波レーザ光を２倍波レーザ光に変換する第１の波長変換結晶と、
   基本波レーザ光と２倍波レーザ光を３倍波レーザ光に変換する第２の波長変換結晶とからなることを特徴とする波長変換装置。
4. 所定のビーム径で入射する基本波レーザ光を高調波レーザ光に波長変換する波長変換結晶と、
   変換された高調波レーザ光の平均ビーム強度が４０Ｗ／ｃｍ ^２ 以下となるように、前記変換された高調波レーザ光のビーム径を拡大するビーム径拡大手段と、
   を備えることを特徴とする波長変換装置。
5. 前記波長変換結晶は、
   基本波レーザ光を２倍波レーザ光に変換する第１の波長変換結晶と、
   基本波レーザ光と２倍波レーザ光を３倍波レーザ光に変換する第２の波長変換結晶と
   からなることを特徴とする請求項１、２または４に記載の波長変換装置。
6. 前記ビーム径拡大手段は、
   複数のレンズから構成されることを特徴とする請求項３または４に記載の波長変換装置。
7. 前記複数のレンズは、
   １枚の凹レンズと１枚の凸レンズであることを特徴とする請求項６に記載の波長変換装置。
8. 前記複数のレンズは、
   ２枚の凸レンズであることを特徴とする請求項６に記載の波長変換装置。
9. 前記ビーム径拡大手段は、
   複数の反射ミラーから構成され、
   前記複数のミラーにより折り返し光路を形成することを特徴とする請求項３または４に記載の波変換装置。
10. 前記ビーム径拡大手段は、
    複数のプリズムから構成され、
    前記複数のプリズムにより折り返し光路を形成することを特徴とする請求項３または４に記載の波長変換装置。
11. 前記複数のプリズムは、ペランブロッカプリズムまたはブリュースタープリズムであることを特徴とする、請求項２または１０に記載の波長変換装置。
12. 前記波長変換装置は、さらに、
    前記波長変換結晶とビーム径拡大手段とを内部に収め密封する筐体と、
    筐体の内部と外部を分離するとともに基本波レーザ光が入射される入射ウインドウと、
    筐体の内部と外部を分離するとともに高調波レーザ光が出射される出射ウインドウと、を備えることを特徴とする請求項１乃至４に記載の波長変換装置。
13. 前記入射ウインドウは前記筐体の長手方向の一端部に設けられ、
    前記出射ウインドウは前記筐体の長手方向の一端部又は他端部に設けられる、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の波長変換装置。
14. 前記波長変換装置は、さらに
    前記高調波レーザ光から不要波を分光する分光手段と、
    分光した前記不要波を減衰させる減衰手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１乃至４に記載の波長変換装置。
15. 前記分光手段は分光ミラーであることを特徴とする、請求項１４に記載の波長変換装置。
16. 所定のビーム径の基本波レーザ光を出射するレーザ発振器と、
    前記基本波レーザ光を３倍波以上の高調波レーザ光に波長変換する波長変換結晶と、
    変換された高調波レーザ光のビーム径を所望の大きさに拡大するビーム径拡大手段とを備え、
    前記ビーム径拡大手段は、
    複数の反射ミラーから構成され、
    前記複数のミラーにより折り返し光路を形成することを特徴とする波長変換レーザ装置。
17. 所定のビーム径の基本波レーザ光を出射するレーザ発振器と、
    前記基本波レーザ光を３倍波以上の高調波レーザ光に波長変換する波長変換結晶と、
    変換された高調波レーザ光のビーム径を所望の大きさに拡大するビーム径拡大手段とを備え、
    前記ビーム径拡大手段は、
    複数のプリズムから構成され、
    前記複数のプリズムにより折り返し光路を形成することを特徴とする波長変換レーザ装置。
18. 所定のビーム径の基本波レーザ光を出射するレーザ発振器と、
    前記基本波レーザ光を高調波レーザ光に波長変換する波長変換結晶と、
    変換された高調波レーザ光のビーム径を所望の大きさに拡大するビーム径拡大手段と、
    を備え、
    前記波長変換結晶は、
    基本波レーザ光を２倍波レーザ光に変換する第１の波長変換結晶と、
    基本波レーザ光と２倍波レーザ光を３倍波レーザ光に変換する第２の波長変換結晶とからなることを特徴とする波長変換レーザ装置。
19. 所定のビーム径の基本波レーザ光を出射するレーザ発振器と、
    前記基本波レーザ光を高調波レーザ光に波長変換する波長変換結晶と、
    変換された高調波レーザ光の平均ビーム強度が４０Ｗ／ｃｍ ^２ 以下となるように、前記変換された高調波レーザ光のビーム径を拡大するビーム径拡大手段と、
    を備えることを特徴とする波長変換レーザ装置。

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