JPH022194A - レーザ光波長変換方法とその発振装置 - 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】 く技術分野） この発明は、レーザ光波長変換方法とその発振装置に関
するものである。さらに詳しくは、この発明は、レーザ
発振線の和および周波数あるいは第二高調波のレーザ光
を効率よく高出力で得られるようにするレーザ光の波長
変換方法およびレーザ光発振装置に関するものである。

（背景技術） 近年、レーザ光は種々の分野への応用が益々盛んになっ
ており、それぞれの分野において所望の波長のレーザ光
を利用できるようにするという要請が強い。

たとえば、各種の基礎研究用光源、光化学反応、アイソ
トープの分離、バイオテクノロジーの分野ではコヒーレ
ントな紫外光として紫外領域のレーザ光が必要とされて
いる。また特に、最近では超ＬＳＩの進歩に伴い、半導
体製造用微細加工装置、計測装置等の分野においてもコ
ヒーレントな紫外光を使用できるようにする要請が強い
、実際、１９９０年頃までに開発されると期待されてい
る４〜１６Ｍｂ　ｉ　ｔのＤ　ＲＡ　Ｍ　（Ｄｙｎａｎ
ｉｃ　Ｒａｎｄａ１１１＾ｃｃｅｓｓ　Ｈｅｎｏｒｙ　
）の製造に関しては、０．５μｍの精度の微細加工を実
現するために、紫外線レーザを利用したステッパー（遂
次移動式露光装置）を用いることが試みられている。

このため、紫外領域のレーザ光が得られるようにする技
術が重要になってきている。

従来、紫外領域のレーザ光を得る方法としては、可視域
の波長を有するレーザ光の第二高調波を発生させたり、
二つの異なった波長のレーザ光を空間的に重ね合わせた
後、ＫＨＰ０４単結晶、Ｌｉ　ＩＯ単結晶、ＫＢ５０８
・４Ｈ２０単結晶、あるいは尿素単結晶等の特定の複屈
折率を有する単結晶に入射させ光混合する方法が知られ
ている。

しかしながら、この方法においては、使用する大部分の
単結晶が大きな潮解性を有しているので、レーザ光を入
射させるためにその端面を光学研磨しても研磨面が潮解
により劣化し、光学素子として使用不能になるという問
題点がある。特に、尿素単結晶は室内で数時間の内に使
用不能になる。

さらに、これらの単結晶はその屈折率が温度に応じて変
化するので、単結晶の温度が入射光の吸収等により上昇
した場合には屈折率も変化し、位相整合条件が破壊され
る。このため、単結晶を所定の温度範囲に制御すること
が必要となるが、その際の許容温度範囲は通常０．１°
Ｃ以下と狭いので、その制御は容易でない。

以上のような単結晶を用いる方法に対して、化学的に安
定でかつ取扱いの容易なベータ型硼酸バリウム単結晶を
第二高調波素子として用い、可視レーザ光から紫外レー
ザ光を得る試みが、既に本発明者によりなされている。

しかしながらこの方法は、従来のレーザ光発振器と同様
に、第二高調波素子を共振器の外部に設置したものであ
り、得られるレーザ光の出力が非常に低くまた良質なコ
ヒーレントビームにならないという問題点を有していた
。

これは、共振器の外部においては光フィールドの強度が
低いこと等の理由によると考えられる。

すなわち、一般に連続波（ＣＷ）レーザの出力強度はＱ
スイッチレーザ等のパルスレーザ光のピーク出力強度に
比べて著しく低いので、上記の方法においてはこのよう
な出力レベルの低いレーザ光を第二高調波素子に入射さ
せることになる。

方、第二高調波素子は、その波長変換動作効率が入射レ
ーザ光の強度の二乗に比例して高くなるという性質を有
する。したがって、単に共振器の外部に取り出した低出
力のＣＷレーザを第二高調波素子に入射させても、高い
波長変換効率は得られない。高い波長変換効率を得るた
めには、第二高調波素子に入射させるレーザ光の出力密
度を上げなくてはならない、このため、従来より、焦点
距離の短いレンズを用いてレーザ光を強力に集光し、光
密度を上げて第二高調波素子に入射させるという方法か
とられている。しかしながら、このような方法をベータ
型硼酸バリウム単結晶に適用すると、ベータ型硼酸バリ
ウム単結晶は第二高調波素子に入射させる際の許容角度
が極めて狭いので、レンズを用いて集光させた場合には
かえって変換ロスが大きくなり、波長変換動作効率を高
めることができなくなる。たとえば、上記の方法による
と、出力ＩＷのアルゴンレーザ光の第二高調波への変換
効率は、せいぜい０．０２％にしかならない。

このため、非線形光学結晶体として化学的に安定かつ取
扱いの容易なベータ型硼酸バリウム単結晶を使用し、し
かも波長変換効率を高くして強力なレーザを得られるよ
うにすること、特に所望の波長の紫外線レーザ光を高出
力で得ることが望まれていた。

一方、近赤外から赤外領域（０，９μｍ〜５μｍ）での
ＣＷ波長可変レーザ光は、各種の基礎研究用光源、分光
計測用光源、光通信分野での応用にとってきわめて重要
であるが、１．４０〜１．７３μｍおよび２．２〜３．
３μｍの限られた範囲で波長可変のＦセンターレーザが
わずかに知られた程度であった。

このため、広範囲にわたる赤外領域をカバーし、しかも
高出力な連続赤外線レーザの出現が待たれていた。

（発明の目的） この発明は、以上の通りの事情を踏まえてなされたもの
であり、化学的に安定でかつ取扱いの容易なベータ型＠
酸バリウム単結晶を用いて、効率のよい波長変換を可能
にし、可視光から紫外光領域に至る所望の波長のレーザ
光を高出力でかつ良好なコヒーレンスで得ることを目的
としている。

また、広範囲にわたって波長可変の連続赤外線レーザを
高効率に得ることを目的としている。

（発明の開示） この発明は、上記の目的を実現するため、共振器の内部
にベータ型硼酸バリウム単結晶からなる非線形光学結晶
体を設置し、和周波数のレーザ光を発生させ゛ることを
特徴とするレーザ光の波長変換方法を提供する。

まなこの発明は、上記の方法により和周波数のレーザ光
を発生させるに際し、和周波数をとるレーザ光の二つの
発振周波数が一致している場合として、第二高調波のレ
ーザ光を発生させるレーザ光の波長変換方法を提供する
。

さらにこの発明は、このようなレーザ光の波長変換方法
を実施するのに好適な装置として、ベータ型硼酸バリウ
ム単結晶からなる非線形光学結晶体を共振器の内部に設
置し、レーザ発振器から発振したレーザ光の和周波数の
レーザ光を取り出せるようにしたことを特徴とするレー
ザ光発振装置を提供する。

この発明の方法および装置においては、波長変換素子あ
るいは第二高調波素子として用いる非線形光学結晶体と
して、ベータ型硼酸バリウム（β−Ｂ　ａ　Ｂ　２０４
　）の単結晶を使用する。この単結晶は、使用するレー
ザ光と変換レーザ光とが位相整合するように、通常の方
法により加工し、レーザ光の透過面を光学研磨したもの
を用いるのが好ましい。またこの単結晶の大きさは、径
に関してはレーザ光のビーム径にもよるが、通常はビー
ム径の２倍程度とし、長さはＷａｌｋ−ｏｆｆ効果で限
定される長さとすることができる。

この発明においてはこのようなベータ型硼酸バリウム単
結晶体を、従来のように共振器の外部に設置するのでは
なく、発振レーザ光が高い光密度状態にある共振器の内
部に設置することを特徴としている。これにより、波長
変換効率の向上を図ると共に共振器内の繰返し効果が亭
受できるようにし、強度の高い良好なコヒーレントの和
周波数あるいは第二高調波のレーザ光を発生させる。な
お、この単結晶体を共振器の内部に設置するに際しては
、その光軸に対する設置角度はレーザ光の波長に応じて
適宜室める。

ベータ型硼酸バリウムの単結晶体に入射させるレーザ光
は、特に限定されるものではなく、ＣＷレーザ光あるい
はモードロックＣＷレーザ光のいずれも用いることがで
きる。また、アルゴンレーザ、クリプトンレーザ、ＹＡ
Ｇレーザ、ヘリウム・カドミウムレーザ、半導体レーザ
、色素レーザ等のいずれか１種またはそれらのうちの２
種を組み合わせたレーザ光も用いることができる。この
場合、波長可変にレーザ光を発生させる場合には、アル
ゴンレーザ、クリプトンレーザまたはＹＡＧレーザによ
るレーザ光と色素レーザによるレーザ光とを合わせて用
いることが好ましい。また、この発明は、和周波の場合
と同様に差周波の発生にも利用される。

以下、この発明を図面に基づいて具体的に説明する。な
お、各図面において共通の要素には同一の符号か付しで
ある。

第１図は、ＣＷレーザあるいはモードロックＣＷレーザ
として典型的なアルゴンレーザ発振器（１）を示したも
のである。その共振器の内部にはベータ型硼酸バリウム
単結晶体からなる非線形光学結晶体（２）を設置してい
る。

このアルゴンレーザ発振器（１）は、レーザ管（３）内
にレーザ物質としてアルゴンカスを封入したものであり
、レーザ管（３）の両端面にはブリュースター窓（４）
が取り付けである。

アルゴンレーザ発振器（１）の共振器としては、ブリュ
ースター窓（４）に対向するように曲率半径６ｍの全反
射ミラー（６）と平面全反射ミラー（７）とが設けてあ
り、さらにビーム径調整用として凹レンズおよび凸レン
ズより構成したコリメータ（１４）を内装しである。さ
らに光軸を９０°折り曲げるためのビームスプリッタ−
（１６）を設けである。

この全反射ミラー（６）の凹面側には、アルゴンレーザ
発振線の波長領域（５１４，５ｒｖ〜４５７．９ｎｍ）
と、その半波長に対応する波長光（２５７，２ｎｍ〜２
２８．９ｒｖ）に対しての全反射用誘電体多層膜が蒸着
してあり、さらにビームスプリッタ−（１６）には５１
４．５ｎｎ〜４５７．９ｒｖの波長領域の光を全反射し
、かつ２５７．２ｎｎ＋〜２２８．９ｎｎの波長領域の
光の透過率を向上させた誘電体多層膜が蒸着しである。

またコリメータ（１４）の凹および凸レンズの両面には
５１４．５ｒ＋ｎ＋〜４５７．９ｎｌの領域の無反射コ
ーティングを施しである。

この発明の装置においては、ベータ型硼酸バリウム単結
晶からなる非線形光学結晶体（２）を、以上のような共
振器の内部に設置する。すなわち、非線形光学結晶体（
２）を、ビームスプリッタ−（１６）と全反射ミラー（
６）との間の部分に設ける。

この場合、ベータ型硼酸バリウム単結晶からなる非線形
光学結晶体（２）は、単一固定波長の第二高調波または
アルゴンレーザが発振する複数のレーザ光の和周波を発
生させる位相整合条件に適合す、よう、：結晶加工し、
光学研磨し、所定の位置に設置する。

この位相整合条件に対する適合について説明を加えると
、たとえばアルゴンレーザが発振する複数のレーザ光の
一つである波長５１４．５ｎｏ＋のレーザ光に対して第
二高調波を発生させる場合、その位相整合条件の適合例
としては、−例として、非線形光学結晶体（２）のレー
ザ光の入射面を、結晶のＹ軸に平行にかつＺ軸となす角
度（位相整合角度）θが５０．１°となるように加工し
、その面をレーザ光の進行方向に対して垂直となるよう
に設置する。なおその場合、非線形光学結晶体（２）の
表面には第２図に示すように、５１４．５ｒｖの波長光
に対する反射防止膜（８ａ）（８ｂ）を設けておくこと
が好ましい、ただし、この反射防止膜は、発生する第二
高周波に対しては透過率を防げないようにする。

また、他の位相整合条件の適合例としては、レーザ光の
入射面を結晶のＹ軸に平行にかつＺ軸となす角度θが５
０，１°となるように、さらに結晶のＸ７面とのなす角
度（ブリュースター角度）φが５９．２°となるように
加工し、第３図に示すように、その面かレーザ光の進行
方向に対して５９．２°となるように設置する。

上記の位相整合条件の適合例においては、アルゴンレー
ザか発振するレーザ光のうち波長５１４．５ｎｌのレー
ザ光に対して第二高調波を発生させる場合について述べ
たが、アルゴンレーザが発振する他の波長のレーザ光・
に対してもそれぞれ位相整合条件を満足させることがで
きる。その場合の位相整合角度θとブリュースター角度
φは、たとえば以下のようにすることができる。

乙とヱＺ２ニヱ洸　　グ　　　　　ｆ ５０１、７ｎｎ　　　　　５２．１°　　　５９．２゜
４９６、５ｎｎ　　　　　５３．０　　　　５９．２４
８８．０ｎ１５４．０　　　　５９．２４７６．５ｎｎ
　　　　　５６．８　　　　５９．２４５７．９ｎ１１
ｆ３１．１　　　　５９．３なお、ベータ型硼酸バリウ
ム単結晶からなる非線形光学結晶体（２）の大きさに関
しては、その径は入射させるアルゴンレーザ光のビーム
径のほぼ２倍とし、長さは−ａｌｋ−ｏｆｆ効果で限定
される８、３Ｉｌ′ｌｌとすることができる。

第４図は、第１図に示した方法とは異なる方法で位相整
合させる場合の非線形光学結晶体（２）の設置態様を示
すものであり、この発明の装置の非線形光学結晶体（２
）付近の部分構成断面図である。

第４図に示す非線形光学結晶体（２）の設置態様では、
ベータ型硼酸バリウム単結晶からなる非線形光学結晶体
（２）は、整合液（９）を充填したセル容器（１０）の
内部に回転移動台（１１）を介して回転自在に設けであ
る。

このような設置形態においては、非線形光学結晶体（２
）の位置は、セル容器（１０）の端面に設けた光学窓（
１２）を通して非線形光学結晶体（２）に入射するレー
ザ光に応じて、位相整合条件を満たすように調節し保持
する。

この場合、整合液（９）としてはシクロヘキサン等を用
いることができる。

また、セル容器（１０）の外側の端面（整合液（９）と
接しない側の面）の表面には、５ｉｏｎＩｌ〜４５０ｎ
ｎの波長範囲に対する反射防止膜を施す。

なお、上記第４図に示した非線形光学結晶体（２）の設
置態様も勿論第１図に示したレーザ光発振装置に適用す
ることができ、そのように適用したものも本発明のレー
ザ光発振装置の一態様となる。

第５図は、レーザ発振器として、アルゴンレーザまたは
クリプトンレーザ（１ａ）とＹＡＧレーザ（１ｂ）を組
み合わせて使用し、双方のレーザ光の和周波数のレーザ
光を発生させるようにした実施例を示している。

第５図に示した装置には、全反射ミラー（７ａ）（７ｂ
）および（７ｃ）間にアルゴンレーザまたはクリプトン
レーザ（１ａ）とＹＡＧレーザ（１ｂ）およびベータ型
硼酸バリウム単結晶からなる非線形光学結晶体（２）が
設置しである。

この装置においては、アルゴンレーザまたはクリプトン
レーザ（１ａ）が発振したレーザ光は、ミラー（１３）
、ビーム径調整用レンズ系（１４）を介してビームスプ
リッタ−（１５）に入射し、そのビームスプリッタ−（
１５）で反射されて紫外光を透過させるビームスプリッ
タ−（１６）に入射し、さらにそのビームスプリッタ−
（１６）で反射されて非線形光学結晶体（２）に入射す
る。

なお、ここで使用するビームスプリッタ−（１６）は、
紫外光は透過するが、アルゴンレーザまたはクリプトン
レーザ（１ａ）およびＹＡＧレーザ（１ｂ）が発振する
領域の光は反射するようにしたものである。

一方、ＹＡＧレーザ（１ｂ）が発振したレーザ光は、ビ
ームスプリッタ−（１５）を透過し、ビームスプリッタ
−（１６）で反射されて非線形光学結晶体（２）に入射
する。

このように第５図に示した装置においては、非線形光学
結晶体（２）に双方のレーザ光が入射してそれらの和周
波数のレーザ光が発生する。発生した和周波数のレーザ
光は、共振器内での基本波の繰返し効果を亭受し、ビー
ムスプリッタ−（１６）から取り出される。

第６図は、第５図に示したレーザ光発信装置に全反射ミ
ラー（７ｂ）のＹＡＧロッド（１ｂ）に面する表面にア
クティブモードロッカー（１７）を設けた例を示してい
る。和周波数のピコ秒バルスレーサが得られるようにし
たものである。

第７図は、レーザ発振器として、アルゴンレーザまたは
クリプトンレーザ（１ａ）とＹＡＧレーザ同期励起ピコ
秒・フェムト秒パルス色素レーザ（１ｃ）とを組み合わ
せ、双方のレーザ光の和周波数のパルスレーザ光を発生
させるようにしたものである。このレーザ光発振装置は
、発振波長が可変である色素レーザをレーザ発振器とし
て用いるので、波長可変の和周波数レーザ光が得られる
ものとなる。

この実施例の装置において、アルゴンレーザまたはクリ
プトンレーザ（１ａ）が発振したレーザ光は、ミラー（
１３）、ビーム径調整用のコリメータ（１４）を介して
ビームスプリッタ−（１５）に入射し、そこで反射され
て紫外光を透過するビームスプリッタ−（１６）方向に
入射し、そのビームスプリッタ−（１６）によりさらに
反射されて非線形光学結晶体（２）に入射する。

一方、ＹＡＧレーザ同期励起ピコ秒・フェムト秒パルス
色素レーザ（１ｃ）においては、アクティブモードロッ
カー（１７＞、を共振用のミラー（７ｂ）に備えたＹＡ
Ｇレーザ（１ｂ）から色素レーザ発振用のパルスレーザ
か発振し、そのパルスレーザがＹＡＧ出力ミラー（１８
）から取り出され、ＹＡＧレーザ光の２倍波発生用ある
いは３倍波発生用のＫＴＰまたはＢＢＯ（ベータ型硼酸
バリウム単結晶）素子（１９）、ミラー（２０）、ミラ
ー（２１）、ミラー（２２）を介して色素ジェット（２
３）に入射し、パルス色素レーザを発振させる。発振し
たパルス色素レーザ光は、ビームスプリッタ−（１５）
を透過し、ビームスプリッタ−（１６）で反射されて非
線形光学結晶体（２）に入射する。

このように第７図に示した装置においては、非線形光学
結晶体（２）に、アルゴンレーザ光またはクリプトンレ
ーザ光と色素レーザ光との双方のレーザ光が入射し、そ
れらの和周波数として波長可変なパルスレーザ光が発生
する。

第８図は、レーザ発振器として、アルゴンレーザ（１ａ
　）とクリプトンレーザ（ｌａｌ）とを組み合わせて使
用し、双方のレーザ光の和周波数（第二高調波を含む）
のレーザ光を発生させるようにした例を示している。

この実施例の装置は、原理的には５２８．７ｎｎ＋〜３
３４、Ｏｎｌにある１３本のアルゴンレーザ発振線と７
９９．３ｎｎ　〜３３７．４ｎｎにある１４本のクリプ
トンレーザ発振線の組み合わせにより３７８本の発振線
を発振し得るが、実際にはそのうち位相整合条件を満た
す波長範囲にあるものを発振する。

第９図は、レーザ発振器として、色素励起用発振レーザ
Ｌ　と和周波数発生用発振レーザＬ２との二つを発振す
るＣＷ２波長発振アルゴンレーザ（１ａ）とアルゴンレ
ーザ励起色素レーザ（ＩＣ）とを組み合わせ、双方のレ
ーザ光の和周波数のレーザ光を発生させるようにした例
を示している。

このレーザ光発振装置は、第７図に示した装置と同様に
発振波長が可変である色素レーザをレーザ発振器として
用いるので、波長可変の和周波数レーザ光が得られるも
のとなる。

なお、このレーザ光発振装置に使用するアルゴンレーザ
（１ａ）はクリプトンレーザに代えてもよい。

また、第９図に示したレーザ光発振装置は、アルゴンレ
ーザ（１ａ）に対向する全反射ミラー（７ａ）にモード
ロッカーを設置し、かつ色素レーザの共振器長をアルゴ
ンレーザの共振器長に一致させて、いわゆる同期励起型
の色素レーザを構成するようした場合には、ピコ秒ある
いはフェムト秒の波長可変紫外線レーザ光を発振するも
のとなる。

さらに第９図に示した装置は、色素励起用発振レーザＬ
１、と差周波発生用発振レーザＬ２との二つを発振する
ＣＷ二波長発振アルゴンレーザ（１ａ）とアルゴンレー
ザ励起色素レーザ（１ｃ）とを組み合わせ、双方のレー
ザ光の差周波数のレーザ光を発生することができ、差周
波発生の一つの形態として使用された。

以下、実施例を示し、さらに具体的にこの発明を説明す
る。

実施例１ 第１図に示したレーザ光発振装置を用いてアルゴンレー
ザ光から第二高調波および和周波を発生させた。

その結果、アルゴンレーザとして出力ＩＷ、５１４．５
ｎｎのＣＷレーザを用いた場合には５ｍ−の第一高調波
が得られ、そのアルゴンレーザをモードロックシステム
にした場合には、平均出力８ｎ＋Ｗの第二高調波が得ら
れた。また、５１４．５ｎｌにおいて出力ＩＷ、４８８
ｎｍにおいて出力０．７Ｗを同時発振させた場合には、
１２ｍ　Ｗの和周波である２５０、４ｍｍの紫外線光出
力を得た。

実施例２ 第１図に示したレーザ光発振装置に、第４図に示した非
線形光学結晶体（２）の設置態様を適用してアルゴンレ
ーザ光から第二高調波および和周波を発生させた。

すなわち、アルゴンレーザが発振する波長５１４．５ｍ
ｍ　〜４５７．９ｎｎの８本のレーザ光に対してそれぞ
れ位相整合するように回転移動台（１１）を回転させた
。

その結果、すべてのレーザ光に対して高い変換効率で第
二高調波および和周波を得ることができた。

これにより、このような位相整合の方法を用いると、所
望の出力波長に応じて常時位相適合条件を満足させつつ
この発明を実施できることが確認された。

実施例３ 上記第５図に示した装置において、アルゴンレーザ（１
ａ）としてオールライン・出力４ｗのアルゴンレーザを
使用し、ＹＡＧレーザ（１ｂ）として波長１．６４．ｕ
ｍ・出力２５Ｗ−ＴＥＭｏｏＣＷＹＡＧレーザを使用し
なところ、次に示す和周波数のレーザ光をはじめとして
３５３．２ｒ＋ｎ＋　〜２５４．２ｎｎ＋の１３種の和
周波数の紫外線レーザが得られた。

ＹＡＧ　　　　　アルゴン　　杷亙盈２ニヱーにユニ　
　　　レーザ　　　し　　裏方１．０６４　μｍ　　　
５２８．７ｍｍ　　　３５３．２ｍｍ　　３．４ｍＷ１
．０６４　　　　５１４．５　　　３４６．８　　１９
１．０６４　　　　　　３３４．０　　　　　２．５４
．２　　　０．２実施例４ 実施例３と同様にして、アルゴンレーザ（１ａ）として
オールライン・出力２０Ｗのアルゴンレーザを使用し、
ＹＡＧレーザ（１ｂ）として波長１．３２μｍ−出力５
Ｗ−ＴＥＭｏｏＣＷＹＡＧレーサを使用したとレー、次
に示す和周波数のレーザ光をはじめとして３７７．５ｒ
ｖ〜２６６、５ｍｍの１３種の和周波数のレーザが得ら
れた。

ＹＡＧ　　　　アルゴン　　扛亙墓２ユＪレーザ　　　
レーザ　　　痕退　　裏方１．３２μｍ　　　５２８．
７ｎｌｎ　　　３７７．５ｎｌ１１　１９．２ｎＷ１．
３２　　　　５１４．５　　　３７０．２　　９６実施
例５ 実施例３と同様にして、クリプトンレーザ（１ａ）とし
てＩＲオールライン・出力１，６ｗ、Ｒｅｄオールライ
ン・出力４　、６Ｗ　、　Ｇｒｅｅｎ／Ｙｅｌ　ｌｏｗ
オールライン・出力３．３Ｗ、Ｂ　Ｉｕｅ／Ｇｒｅｅｎ
オールライン・出力３　、５Ｗ　、　Ｖｉｏｌｅｔオー
ルライン・出力３．０Ｗ、ＵＶオールライン・出力２．
Ｏｗの各クリプトンレーザを使用し、ＹＡＧレーザ（１
ｂ）として波長１．０６４μｍ・出力２５Ｗ−ＴＥＭｏ
ｏＣＷＹＡＧレーザを使用したところ、次に示す和周波
数のレーザ光をはじめとして４５６．４ｍｍ　〜２５６
．２ｎｌの１４種の和周波数のレーザが得られた。

ＹＡＧ　　　　クリプトン　相しΩ：ヱレーザ　　　レ
ーザ　　　■　　鋤 １．０６４　）ｔ、ｍ　　７９９．３ｎ１１　　４５６
．４ｎ１　１７１１Ｗ１．０６４　　　７５２．５　　
　４４０．８　　６７１．０６４　　　　　６７６．４
　　　　　４１３．５　　　　５０１．０６４　　　　
　６４７．１　　　　　４０２．４　　　１９０１．３
２　　　　　　３３４．０　　　　　２６６．５　　　
　５．６１．０６４　　　　　３３７．４　　　　　２
５６．２　　　２８実施例６ 実施例５と同様に、クリ１トンレーザ（１ａ）を使用し
、ＹＡＧレーザ（１ｂ）として波長１．３２μｍ　・出
力５Ｗ−ＴＥＭｏｏＣＷＹＡＧレーザを使用したところ
、次に示す和周波数のレーザ光をはじめとして４９７．
８ｒｖ　〜２６８．７ｒ＋ｎの１４種の和周波数のレー
ザが得られた。

ＹＡＧ　　　クリ１トン　　釦ししこ！レーザ　　　レ
ーザ　　　痕五　　肋 １．３２μｍ　　　７９９．３ｎ１１　　４９７．８ｎ
１１　３．４ｔｌＷ１．３２　　　　７５２．５　　　
４７９．３　　１３．４１．３２　　　　６７６．４　
　　４４７．２　　１０１．３２　　　　６４７．１　
　　４３４．２　　３８１．３２　　　　　　３３７．
４　　　　　２６８．７　　　　５．６実施例　７ 第６図に示したレーザ光発振装置において、アルゴンレ
ーザ（１ａ）としてオールライン・出力４Ｗ−ＣＷアル
ゴンレーザを使用し、ＹＡＧレーザ（１ｂ）として波長
１．０６４μｍ・平均出力２２Ｗ・モードロックＹＡＧ
レーザを使用した。

その結果、次に示す和周波数のレーザ光をはじめとして
３５３．２ｎ＋ｎ〜２５４．２ａｍの１３種の和周波数
の紫外線ピコ秒パルスレーザが得られた。

ＹＡＧ　　　アルゴン　　　　扛匡反且二ル−ザ　　　
とニエー　　皮−五−１互■去１．０６４　μｍ　　　
５２８．７ａｍ　　　３５３．２ｎｌｌｌ　　　１７１
１１Ｗ１．０６４　　　　５１４．５　　　３４６．８
　　　９５１．０６４　　　　　　　３３４．０　　　
　　　２５４．２　　　　　　１実施例８ 上記実施例７と同様に、第６図に示したレーザ光発振装
置において、アルゴンレーザ（１ａ）としてオールライ
ン・出力２０Ｗ−ＣＷアルゴンレーザを使用し、ＹＡＧ
レーザ（１ｂ）として波長１．３２μｍ・平均出力４．
４Ｗ−モードロックＹ　Ａ　Ｇレーザを使用した。

その結果、次に示す和周波数のレーザ光をはじめとして
３７７．５ｒ＋ｎ＋〜２６６．５ｎ＋ｎの１３種の和周
波数のピコ秒パルスレーザが得られた。

ＹＡＧ　　　アルゴン　　　　扛凰墓２ユヱ以二１　　
　以二ニー　　失−ｌ−ｉ曳■力１、３２μｍ　　　５
２８．７ｎｌｌｌ　　　３７７、５ｎ１１　　９６ｍ１
４１．３２　　　　５１１１．５　　　３７０．２　　
　４８０１．３２　　　　　　３３４．０　　　　　２
６６．５　　　　　２８実施例９ 実施例７と同様に、第６図に示したレーザ光発振装置に
おいて、アルゴンレーザの代わりにクリ１トンレーザを
使用した。クリプトンレーザ。

（１ａ）としては、ＩＲオールライン・出力１．６Ｗ、
Ｒｅｄオールラインー出力４　、６Ｗ、　Ｇｒｅｅｎ／
ｖｅ＋＋ｏｗオールライン・出力３　、３Ｗ　、Ｂｌｕ
ｅ／Ｇｒｅｅｎオールライン・出力３　、５Ｗ　、　Ｖ
ｉｏｌｅｔオールライン・出力３．０Ｗ、ＵＶオールラ
イン・出力２．０Ｗの各クリプトンレーザを使用した。

また、ＹＡＧレーザ（１ｂ）としては波長１．０６４μ
ｍ・平均出力２２Ｗ・モードロックＹＡＧレーザを使用
した。

その結果・次に示す和周波数のレーザ光をはじめとして
４５６．４ａｍ　〜２５６．２ｒ＋ｍの１４種の和周波
数のピコ秒パルスレーザが得られた。

ＹＡＧ　　　クリプトン　　　製しし＝ｊレーザ　　　
レーザ　　　皮−医−ｉ曳工力１．０６４μｍ　　　　
７９９．３ｎＴ１　　　　４５６．４ｎｌｌｌ　　　　
　８５ｍＷ１．０６４　　　　　　７５２．５　　　　
　４４０．８　　　　　３３５１．０６４　　　　　　
６７６．４　　　　　４１３．５　　　　２５０１．０
６４　　　　　　６４７．１　　　　　４０２．４　　
　　９５０１．０６４　　　　　　３３７．４　　　　
　２５６．２　　　　　１４０実施例１０ 実施例つと同様に、クリ１トンレーザ（１ａ）を使用し
、ＹＡＧレーザ（１ｂ）として波長１．３２μｍ・平均
出力４．４Ｗ・モードロックＹＡＧレーザを使用した。

その結果、次に示す和周波数のレーザ光をはじめとして
４９７．８ｎｌ〜２６８．７ｎｎの１４種の和周波数の
レーザが得られた。

ＹＡＧ　　　クリプトン　　　樵夙崖２ニゴに二１　　
　レーザ　　　Ｌ−五一　上皇里方１．３２μｍ　　　
７９９．３ｎｌｌｌ　　　４９７．８ｍｍ　　　１７Ｔ
ＩＷ１．３２　　　　７５２．５　　　４７９．３　　
　６７１．３２　　　　　　６７６．４　　　　　　４
４７．２　　　　　　５０１　３２　　　　　　　６４
７．１　　　　　　４３４．２　　　　　１９０１．３
２　　　　　　　３３７．４　　　　　　２６８．７　
　　　　　２８実施例１１ 第７図に示した装置において、アルゴンレーザ（１ａ）
として波長３５１．ｌｎｍ−出力ＩＷ−ＣＷアルゴンレ
ーザを使用し、ＹＡＧレーザ同期励起ピコ秒・フェムト
秒パルス色素レーザ（ＩＣ）として平均出力２２Ｗ−Ｃ
Ｗモードロック２倍波同期励起ピコ秒色素レし−（ｒｊ
！用色素；　５ｔｙｒｙｌ　９　Ｍ、波長８６８．２ｒ
ｖ、平均出力３００ｍＷ　＞を使用した。

その結果、波長２５０ｎｎ、平均出力０．７ｍ−の紫外
光か得られた。

実施例１２ 第８図に示した装置において、アルゴンレーザ（ｌａｏ
＞としてオールラインｌ０Ｗ−ＣＷアルゴンレーザを使
用し、クリプトンレーザ（１ａ１）としてＩＲオールラ
イン・出力１　、６Ｗ、　Ｒｅｄオールライン・出力４
　、６Ｗ、　Ｇｒｅｅｎ／Ｙｅｌｌｏｗオールライン・
出力３　、３Ｗ　、　Ｂｌｕｅ／Ｇｒｅｅｎオールライ
ン・出力３、５Ｗ、　Ｖｉｏｌｅｔオールライン・出力
３．０Ｗ、ＵＶオールライン・出力２．ＯＷの各クリプ
トンレーザを使用した。

その結果、２００．９ｍｍ　〜３１８．２ｒ＋＋＋＋の
範囲に約２３０本の和周波数（第二高調波を含む）のレ
ーザ光が観測された。そのうち、代表的なものを以下に
示す。

１五昆旦二ヱ　　　　柾亙墓玖上二ヱ 波長（ｎｌ）　　　　　波長（ｎｍ）　　出力（１）Ｋ
ｒ６４７．１．にｒ６４７．１　　　３２３．５　　　
　　６．９にｒ６４７．１．にｒ５３０．９　　　２９
１．６　　　　１１．９八ｒ５１４．５．　　Ｋｒ６４
７．１　　　　　　　２８６．６　　　　　　　　３５
．６Ａｒ４８８．Ｏ，にｒ６４７．１　　　２７８．２
　　　　２７．７にｒ５３０．９．にｒ５３０．９　　
　２６５．４　　　　　１．３八ｒ５１４．５．　　Ａ
ｒ５１４．５　　　　　　２５７．２　　　　　　　　
１１．４Ａｒ４８８．０．　Ｋｒ５３０．９　　　２５
４．３　　　　１１．９実施例１３ 第９図に示した装置において、ＣＷ２波長発振アルゴン
レーザ（１ａ）については、その５１４ｎｌｍの発振レ
ーザ光を色素励起用とし、４８８ｎ１１の発振レーザ光
を和周波数発生用として用いた。また色素レーザ光とし
ては、アルゴンレーザの５１４ｎｌの発振レーザ光励起
により５７ｏｎ１１〜６４０ｒｖの可変波長発振域を示
すロータミツ６Ｇ色素レーザを使用した。

その結果、２６３ｒ＋ｎ＋〜２７７ｎｌの波長可変のレ
ーザ光を得た。

実施例１４ 、第９図に示した装置において、ＣＷ２波長発振アルゴ
ンレーザ（１ａ）については、その５１４ｎｎの発振レ
ーザ光を和周波数発生用とし、４８８ｎ１１の発振レー
ザ光を色素励起用として用いた。また色素レーザとして
は、アルゴンレーザの４８８ｒｖの発振レーザ光励起に
よつ６２０ｎｌ〜７３０ｎ１１の可変波長発振域を示す
ＤＣＭ色素レーザを使用した。

その結果、２８０ｎｍ〜３００ｎｍの波長可変のレーザ
光を得た。

実施例１５ 第９図に示した装置において、ＣＷ２波長発振アルゴン
レーザ（１ａ）については、その４７６．５ｎｌの発振
レーザ光を和周波数発生用とし、４８８ｎｎの発振レー
ザ光を色素励起用として用いた。また色素レーザとして
は、アルゴンレーザの４８８ｎｒａの発振レーザ光励起
により６２０ｎｌ〜７３０ｎｎ＋の可変波長発振域を示
すＤＣＭ色素レーザを使用した。その結果、２７ＯｎＩ
ｌ〜２８８ｎｍの波長可変のレーザ光を得た。

実施例１６ 第９図に示した装置において、ＣＷ２波長発振クリプト
ンレーザ（１ａ）については、その３５１．１ｎｌの発
振レーザ光を和周波数発生用とし、Ｂ　Ｉｕｅ／Ｇｒｅ
ｅｎ線の発振レーザ光を色素励起用として用いた。また
色素レーザとしては、Ｂｌｕｅ／Ｇｒｅｅｎ線の発振レ
ーザ光励起により５４０ｎｍ〜６００ｒ＋ｎ＋の可変波
長発振域を示すローダミツ１１０Ｍ色素レーザを使用し
た。

その結果、２１２ｎｎ〜２２１ｒｖの波長可変のレーザ
光を得た。

以上の実施例１３〜１６から、２波長発振レーザと種々
の色素レーザとを組み合わせることにより、２００ｎｍ
〜４５０ｎｌのレーザ光を波長可変に得られることがわ
かった。

実施例１７ 第９図に示した装置において、ＣＷ二波長発振アルゴン
レーザ（１ａ）についてはその４８８ｎｎの発振レーザ
光を色素励起用とし、５１４ｎｌの発振レーザ光を差周
波発生用として用いた。

また、色素レーザとしてはアルゴンレーザの４８８ｒ＋
ｎ＋の発振レーザ光励起により６２０〜７３０ｎｎの可
変波長発振域を示すＤＣＭ色素レーザを使用した。また
非線形光学結晶は和周波発生の場合と同様にベータ型硼
酸バリウムを用いた。

その結果、１．７４μｍ〜３．０μｍの波長可変赤外線
レーザを得た。

（発明の効果） この発明のレーザ光の波長変換方法あるいはレーザ光発
振装置によれば、化学的に安定でかつ取板いの容易なベ
ータ型硼酸バリウム単結晶からなる非線形光学結晶体を
共振器の内部に設置してレーザ光の波長変換を行うこと
により、波長変換効率を高くすることかでき、さらに共
振器内の繰返し効果を享受させることができるので、赤
外光から紫外光に至る所望の波長のレーザ光を高出力で
良好なコヒーレントビームとして得ることができる。

また特に、アルゴンレーザまたはクリ１トンレーザと色
素レーザとを組み合わせて使用し、それらのレーザ光が
ベータ型硼酸バリウム単結晶からなる非線形光学結晶体
に入射するようにすると、赤外光から紫外光に至るレー
ザ光を波長可変に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のレーザ光発振器の実施例を示した
配置図である。 第２図〜第４図は、この発明のレーザ光発振器のベータ
型硼酸バリウム単結晶からなる非線形光学結晶体近傍を
示した部分図である。 第５図〜第９図は、それぞれこの発明のレーザ光発振器
の実施例を示した配置図である。 １・・・アルゴンレーザ発振器 １ａ・・・アルゴンレーザまたはクリプトンレーザｌａ
ｏ・・・アルゴンレーザ １ａ１・・・クリプトンレーザ １ｂ・・・ＹＡＧレーザ ＩＣ・・・ＹＡＧレーザ励起パルス色素レーザ２・・・
ベータ型硼酸バリウム単結晶からなる非線形光学結晶体 ６・・・全反射ミラー ７・・・平面全反射ミラー ７ａ、７ｂ、７　ｃ　−全反射ミラー ８・・・反射防止膜　　　９・・・整合液１０・・・セ
ル容器　　　１１・・・回転移動台１２・・・光学窓　
　　　１３・・・ミラー１４・・・ビーム径調整用コリ
メータ １５．１６・・・ビームスプリッタ− １７・・・アクティブモードロッカー １８・・・ＹＡＧ出力ミラー １９・・・ＹＡＧレーザ光の２倍波発生用、３倍波発生
用ＫＴＰ、ＢＢＯ（ベータ型硼酸バリウム単結晶）素子 ２０．２１．２２・・・ミラー ２３・・・色素ジェット 代理人　弁理士　　西　　澤　　利　　夫第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）共振器の内部にベータ型硼酸バリウム単結晶から
   なる非線形光学結晶体を設置し、変換波長レーザ光を発
   生させることを特徴とするレーザ光波長変換方法。
2. （２）第二高調波のレーザ光を発生させる請求項第（１
   ）項記載のレーザ光の波長変換方法。
3. （３）紫外線レーザ光を発生させる請求項第（１）項ま
   たは第（２）項記載のレーザ光波長変換方法。
4. （４）ＣＷレーザ光の波長および／またはモードロック
   ＣＷレーザ光の波長をベータ型硼酸バリウム単結晶から
   なる非線形光学結晶体を用いて変換する請求項第（１）
   項または第（２）項記載のレーザ光波長変換方法。
5. （５）アルゴンレーザ、クリプトンレーザ、ＹＡＧレー
   ザ、ヘリウム・カドミウムレーザ、半導体レーザおよび
   色素レーザによるレーザ光の波長をベータ型硼酸バリウ
   ムからなる非線形光学結晶体を用いて変換する請求項第
   （１）項または第（２）項記載のレーザ光波長変換方法
   。
6. （６）ベータ型硼酸バリウム単結晶からなる非線形光学
   結晶体を共振器の内部に設置し、レーザ光の和周波数の
   レーザ光を取り出すことを特徴とするレーザ光の発振装
   置。
7. （７）紫外線レーザ光を取り出せるようにした請求項第
   （１）項または第（６）項記載のレーザ光発振装置。
8. （８）レーザ発振器として、ＣＷレーザおよび／または
   モードロックＣＷレーザを有する請求項第（１）項また
   は第（６）項記載のレーザ光発振装置。
9. （９）レーザ発振器として、アルゴンレーザ、クリプト
   ンレーザ、ＹＡＧレーザ、ヘリウム・カドミウムレーザ
   、半導体レーザおよび色素レーザの１種または２種を有
   する請求項第（１）項または第（６）項記載のレーザ光
   発振装置。
10. （１０）レーザ発振器として、アルゴンレーザ、クリプ
    トンレーザまたはＹＡＧレーザと色素レーザとを有し、
    波長可変にレーザ光を取り出せるようにした請求項第（
    １）項または第（６）項記載のレーザ光発振装置。
11. （１１）共振器の内部にベータ型硼酸バリウム単結晶、
    ＬｉＮｂ＿３単結晶、ＬｉＩＯ＿３の単結晶およびＫＴ
    Ｐ等の非線形光学結晶体を設置し、レーザ発振器として
    、アルゴンレーザ、クリプトンレーザ、ＹＡＧレーザ、
    ヘリウム・カドミウムレーザ、半導体レーザおよび色素
    レーザの１種または２種を用い、差周波数のレーザ光を
    発生させることを特徴とするレーザ光の波長変換方法。
12. （１２）請求項（１）の差周波数レーザ光を取り出すレ
    ーザ光の発振装置。