JPH01189182A - 高調波発生装置の波長変換効率低下防止方法およびそれに用いるセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高繰返しレーザー光を水溶性非線形光学結晶
に照射して波長変換を行なわせる高調波発生装置におい
て、結晶の温度上昇による波長変換効率の低下を防止す
る装置に関する。

〔従来の技術］ 高繰返し固体レーザーに非線形光学結晶を用い、安定で
高効率の短波長レーザーに変換する技術は、その高調波
光で発生させたレーザープラズマ生成Ｘ線について、Ｘ
線リソグラフィーを初め、Ｘ線顕微鏡、半導体の微細加
工等の分野における広汎な応用が期待されるため、その
開発が強く要望されている。

光変調素子としてのＫＤＰ、ＤＫＤＰ等の水溶性非線形
光学結晶は、潮解性があるため、これらの結晶を使用す
る場合はそれらの表面を空気中の水分から保護すること
が必要となる。そのために従来技術では、 （イ）結晶表面に蒸着膜を付着させる、（ロ）セル中に
結晶を装着し、そのセルの中を乾燥した気体で満たす、 （ハ）・セルの中に結晶を装着し、そのセルの中を結晶
と屈折率が略々等しい液体で充満させる、等の方法を用
いていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが上述の方法では、結晶がレーザー光を吸収した
り、あるいは周囲の温度が変化した場合には結晶の温度
が変化し、その結果結晶の動作機能が劣化するという問
題があった。特に最近のレーザー技術の進歩は目醒まし
く、高繰返し高出力パルスレーザ−の出現により、この
問題は増幅され、上述の従来技術では到底対応ができな
くなってきた。すなわち、このような高繰返しレーザー
光を結晶に照射して波長変換を行なわせる場合、結晶は
レーザー光の一部を吸収して加熱され、パルスレートが
高まると吸熱が放熱を上回って結晶の温度上昇が起こり
、遂には破壊に至ることすらもある。このような温度上
昇によって生ずる位相整合角のずれは波長変換効率を大
幅に低下させるという重大な問題を招来する。

本発明の目的は、パルスレーザ−を水溶性非線形光学結
晶に通して波長変換を行なう高調波発生装置において、
波長変換効率の低下を有効に防止し、安定で高効率の短
波長レーザーに変更し得る装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明装置である高出力レー
ザー用水溶性結晶循環冷却セルは、相対峙するレーザー
光透過板の窓を具えた密閉セル内に光変調素子としての
水溶性非線形光学結晶を装着してなる高調波発生装置に
おいて、上記密閉セルに流体供給口と流体排出口とを、
該供給口より供給した冷却用液媒が前記光学結晶表面上
を通って排出されるような関係配置をもって設けるとと
もに、上記排出口よりの排出液媒を上記供給口へ再び導
く循環系を具えてなり、該循環系が液媒温度を一定に保
持する温度制御手段と、強制送液手段とを含むことを特
徴とする。

上記循環冷却セルに適用する冷却用液媒は、前記光学結
晶と実質的に等しい屈折率を有し、レーザー光の吸収お
よび非線形散乱を実質的に示さず、かつ水分を含有しな
いものであることが最も望ましく、さらに前記循環系内
にフィルターを設けることは、本発明の目的に良く適合
する。

以下、本発明の構成をさらに添付図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は本発明の水溶性結晶循環冷却セルの概要図であ
る。

同図において本発明装置の基部をなす高調波発生装置は
、密閉したセル１とその中に封入装着した光変調素子と
しての水溶性非線形光学結晶２とよりなり、セルｌは相
対峙するレーザー光透過板よりなる窓３．３′を具える
。セル１は一般にアルミニウム、ステンレススチール、
真鍮等の金属類またはプラスチックスを以って形成され
、光学結晶２はＫＤＰ、ＤＫＤＰ、ＡＤＰ結晶等よりな
る。また、レーザー光透過板は、ＢＫ−７や石英で製作
され、通常、空気側の表面には反射防止膜を蒸着したう
え、セルに、０リング、ガスケットなどの液漏れ防止手
段４を介して液密に装着される。

このような高調波発生装置において、本発明装置は、上
記セル１に流体供給口５と流体排出口６とを設け、冷却
用液媒７を該流体供給口５よりセル内へ供給すると共に
、流体排出口６より排出される上記液媒を再び供給口５
へ導く循環系を備える。この際、流体供給口５と流体排
出口６とは、冷却用液媒がセル内において光学結晶２の
表面全体を概ね均等に通過して流れるような関係配置を
以って設けることが肝要であり、通常、レーザー光透過
方向に垂直な結晶の軸線の延長線上に相対峙して設ける
ことがよい。

上記の循環系は、液媒温度を一定に保持するための温度
制御手段、例えば温度調節器８を備えた液媒貯槽９、お
よび強制送液手段１０、例えばボンプを含む。温度調節
器８は、好ましくは、液媒貯槽９に設けた温度検知器ま
たは温度モニタリング装置よりの信号で作働するヒータ
ーと冷凍機とを以って構成され、貯槽９内の液媒を一定
温度に保つ役目を果す。

冷却用液媒７としては光学結晶２と実質的に等しい屈折
率を有し、レーザー光の吸収および非線形散乱を実質的
に示さず、かつ水分を含有しないものが望まれ、例えば
シリコンオイル、フロリナート（Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ
）ＦＣ−１０４またはＦＣ−７５（住友スリーエム社販
売）の商品名で市販されているフン化物系液体、または
デカリン等を結晶の種類に応じて適宜に適用する。

前記循環系内にフィルターＩｆを設けて、液媒中の塵埃
・異物を除去することは、セルｌ中を通過するレーザー
光の液媒部分における散乱・吸収損失を防止するうえで
好ましいことである。かかるフィルターとしては通常、
約０．８μｍ以下の平均孔径を有する連続多孔質材料が
好適に用いられる。

循環系を構成する液媒貯槽、強制送液手段、配管などは
、適用する液媒の種類に応じて、ステンレススチール、
ガラス、石英ガラス、またはポリテトラフロロエチレン
、ポリプロピレンなどのプラスチックを以って製作する
。これら材料としては、冷却用液媒によって影響されな
いことが重要であり、材料選択は冷媒に依存する。

（作　用〕 上記のような構成になる本発明高出力レーザー用水溶性
結晶循環冷却セルの作用を第１図に示した具体例に基き
説明する。

本発明装置の操作は以下の手順に従う。

先ず温度調節器８を作働させて液媒貯槽９中の冷却用液
媒７を所定温度に保持する。次いで強制送液手段１０、
例えばポンプを稼働し、流体供給口５を経てセル１内に
液媒７を供給する。液媒はセル１と光学結晶２との間隙
を通り、結晶表面上に略々均等に接触しながら流体排出
口６より排出され液媒貯槽９へ戻る。このような液媒の
循環により約５分でセル内の液媒温度が所定温度となる
。

このような状態となった時を見計らって、レーザー光を
セルの窓３，３′を通して透過させると、光変調素子と
しての水溶性非線形光学結晶２の温度がレーザー光吸収
によって上昇しても液媒で直ちに冷却され、大きな温度
上昇を来たすことがないので、レーザー光の波長変換効
率の大幅な低下を良く防止することができる。

また冷却用液媒として、光学結晶と実質的に等しい屈折
率を有し、レーザー光の吸収および非線形散乱を実質的
に示すことなく、かつ水分を含有しない液体を適用する
と、結晶の潮解を生ずることなく、結晶表面における反
射を防止するとともに高い波長変換効率を長時間維持す
ることができる。かかる変換効率の維持は、循環系内に
設置された適宜なフィルター〇液媒浄化作用に基く、レ
ーザー光の散乱、吸収損失の防止によってさらに確実な
ものとなる。

〔実施例〕

本発明を実施例についてさらに説明する。

（冷却用液媒の循環系に用いた条件） 液媒貯槽：パイレックスガラス製、容量１２温度調節器
：調節範囲、１５°Ｃ〜４０″Ｃ冷却用液媒：シリコン
オイル、８００ｃｃ循環用ポンプ：テフロン■（ポリテ
トラフロロエチレンの商品名）製、 マグネットカップリングポンプ フィルター＝０．８μｍ粒子カット用、源材料、テフロ
ン■ （高調波発生装置に用いた条件） セル　　　ニアルミニウム製 水溶性結晶：　ＤＫＤＰ　（重水素置換第一りん酸カリ
）水溶性結晶と窓ガラス内表面との間隔：１００μ頂上
記の装置を用いて、冷却用液媒温度を２１°Ｃに保ち、
水溶性結晶循環冷却セル内を循環させた。

セル内を流れる液媒は、透過レーザー光の波面がセルを
劣化することがないように層流とし、レーザー光がセル
内の液媒を透過する距離が２００μｍとなるようにした
。セルに窓を通して、波長１．０６４μｍ、パワー密度
２０Ｈ／ｃｍｚのＹＡＧレーザー光を透過させたところ
、液媒循環がない場合はＤＫＤＰ結晶の温度が約１°Ｃ
上昇したが、２１℃の冷却用液媒を循環させたところ、
ＤＫＤＰ結晶の温度は略々２１°Ｃに保持された。この
ため、１．０６４　μｍの高調波変換効率の低下は認め
られなかった。この実験結果から、水溶性結晶循環冷却
セルの有効性が確められた。

［発明の効果］ 本発明装置は以上のような構成と作用とを有するため、
高繰返し、高出力パルスレーザ−を水溶性非線形光学結
晶に通して波長変換をしたり、あるいは電気信号を加え
て変調したりする場合、結晶によるレーザー光の高調波
変換効率や光変調の機能を低下させることがなく、また
結晶の性能を長時間良好に維持することができる。さら
に本発明装置の出現により、レーザー出力を更に増大す
ることも可能となった。

本発明は高調波発生器、レーザー用高速光スイッチ等に
広く利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の概要説明図である。 １・・・セル　　　　　　２・・・水溶性非線形光学結
晶３．３′・・・窓　　　　４・・・液漏れ防止手段５
・・・流体供給口　　　６・・・流体排出ロア・・・冷
却用液媒　　　８・・・温度調節器９・・・液媒貯槽　
　　　１０・・・強制送液手段１１・・・フィルター

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、相対峙するレーザー光透過板の窓を具えた密閉セル
   内に光変調素子としての水溶性非線形光学結晶を装着し
   てなる高調波発生装置において、上記密閉セルに流体供
   給口と流体排出口とを、該供給口より供給した冷却用液
   媒が前記光学結晶表面上を通って排出されるような関係
   配置をもって設けるとともに、上記排出口よりの排出液
   媒を上記供給口へ再び導く循環系を具えてなり、該循環
   系が液媒温度を一定に保持する温度制御手段と、強制送
   液手段とを含むことを特徴とする高出力レーザー用水溶
   性結晶循環冷却セル。 ２、冷却用液媒が、前記光学結晶と実質的に等しい屈折
   率を有し、レーザー光の吸収および非線形散乱を実質的
   に示さず、かつ水分を含有しない請求項１記載の高出力
   レーザー用水溶性結晶循環冷却セル。 ３、前記循環系内にフィルターを設けた請求項１記載の
   高出力レーザー用水溶性結晶循環冷却セル。