JPH0722686A - Laser wavelength conversion device - Google Patents

Laser wavelength conversion device

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JPH0722686A
JPH0722686A JP16210693A JP16210693A JPH0722686A JP H0722686 A JPH0722686 A JP H0722686A JP 16210693 A JP16210693 A JP 16210693A JP 16210693 A JP16210693 A JP 16210693A JP H0722686 A JPH0722686 A JP H0722686A
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laser beam
laser
nonlinear optical
optical crystal
crystal
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Ken Ishikawa
憲 石川
Hirotaka Koyama
博隆 小山
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Abstract

PURPOSE:To perform stable wavelength conversion by diffusing heat due to a laser beam in amorphous optical crystallization besides holding the direction of the laser beam polarization and crystal orientation required for phase matching. CONSTITUTION:At the time of transmitting a laser beam through a nonlinear optical crystal 9 inside the laser resonators 1, 2 so as to generate high harmonic for converting wavelength, a transmission plate 10 arranged on the incident side of the laser beam of the nonlinear optical crystal 9 is made to oscillate by an oscillation mechanism 11 so as to shift an optical path of the laser beam. This shifting expands the pass part of the laser beam in the nonlinear optical crystal in the nonlinear optical crystal 9 so as to ease a temperature rise. Further, since an optical path of the laser beam is oscillatingly shifted, the relation of the laser beam to the polarization direction and the crystal orientation is not changed so as to allow it to continuously fill a phase matching condition.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、発振されたレーザビー
ムを非線形光学結晶に透過させることにより波長変換す
るレーザ波長変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser wavelength conversion device for converting a wavelength by transmitting an oscillated laser beam through a nonlinear optical crystal.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ発振装置において、レーザビーム
の発振波長を非線形光学結晶に透過させて高調波を発生
させ、これにより波長変換することが行われている。こ
のような波長変換では、非線形光学結晶内におけるレー
ザビームのパワー密度の高い方が、波長変換効率が高
い。そこで、非線形光学結晶に入射するレーザビームを
レンズ等により集光してパワー密度を高くし、変換効率
を高くすることが行われている。
2. Description of the Related Art In a laser oscillating device, the oscillation wavelength of a laser beam is transmitted through a nonlinear optical crystal to generate a harmonic wave, which causes wavelength conversion. In such wavelength conversion, the higher the power density of the laser beam in the nonlinear optical crystal, the higher the wavelength conversion efficiency. Therefore, the laser beam incident on the nonlinear optical crystal is focused by a lens or the like to increase the power density and increase the conversion efficiency.

【0003】このように波長変換に使用される非線形光
学結晶は、レーザビームの入出射端面が光学研磨され、
その上に反射防止コーティングが施されている。このよ
うに光学研磨された入出射端面や反射防止コーティン
グ、さらには結晶自体は、高いパワー密度のレーザビー
ムの照射によって損傷を受けてしまい、長時間安定して
波長変換を持続することは困難となっている。
As described above, in the nonlinear optical crystal used for wavelength conversion, the input and output end faces of the laser beam are optically polished,
An antireflection coating is applied on it. Thus, the optically polished input / output end faces, the antireflection coating, and the crystal itself are damaged by the irradiation of the laser beam having a high power density, and it is difficult to stably maintain the wavelength conversion for a long time. Has become.

【0004】波長変換により赤外線のレーザビームを紫
外線の領域まで波長変換し、この紫外線領域のレーザビ
ームを加工等に利用することが試みられているが、これ
を実用化するあたっては、高いパワー密度のレーザビー
ムの照射による非線形光学結晶の劣化により安定して加
工ができなくなっている。
Attempts have been made to convert the wavelength of an infrared laser beam into the ultraviolet region by wavelength conversion and utilize this laser beam in the ultraviolet region for processing and the like. Due to the deterioration of the non-linear optical crystal due to the irradiation of the high density laser beam, stable processing cannot be performed.

【0005】このように非線形光学結晶の劣化により長
時間安定して波長変換を持続することができないので、
これを解決するために、非線形光学結晶自体の材料を改
良したり、表面コートの改良を行っているが、上記の如
く照射されるレーザビームのパワー密度が高い方が波長
変換効率が高くなるので、非線形光学結晶の損傷ぎりぎ
りまでレーザビームのパワー密度を高くして利用するこ
とが多い。このため、レーザ波長変換装置の信頼性は、
非線形光学結晶により低下する要因となっている。
As described above, the wavelength conversion cannot be stably maintained for a long time due to the deterioration of the nonlinear optical crystal.
In order to solve this, the material of the nonlinear optical crystal itself is improved, and the surface coating is improved. However, the higher the power density of the laser beam irradiated as described above, the higher the wavelength conversion efficiency becomes. In many cases, the power density of the laser beam is increased up to the point where the nonlinear optical crystal is almost damaged. Therefore, the reliability of the laser wavelength converter is
This is a factor causing the deterioration due to the nonlinear optical crystal.

【0006】このようなことから波長の変換効率を改良
する技術として、特開平4−39975号公報がある。
この技術は、平行平板を、その法線と傾いた方向が回転
軸の方向となるように回転可能に取り付けてある部材を
設け、レーザビームの非線形結晶を通過する位置を、円
形状に走査して温度分布を均一化したものとなってい
る。
As a technique for improving the wavelength conversion efficiency from the above, there is JP-A-4-39975.
In this technique, a parallel plate is provided with a member that is rotatably attached so that the direction inclined with respect to the normal line is the direction of the rotation axis, and the position where the laser beam passes through the nonlinear crystal is scanned in a circular shape. The temperature distribution is made uniform.

【0007】しかしながら、この技術では、温度分布の
均一化において見掛け上効果があるものの、その温度分
布は円形走査の中心位置では高い温度となり、円周位置
では低い温度分布を形成する。
However, although this technique has an apparent effect in making the temperature distribution uniform, the temperature distribution has a high temperature at the center position of the circular scan and a low temperature distribution at the circumferential position.

【0008】このため、非線形光学結晶を通過するレー
ザビームは、絶えず温度勾配方向が変化するところを通
過して波長変換を行うことになり、回転角の方向によっ
ては位相整合条件が結晶の温度勾配に基づく屈折率勾配
の存在のために最適角度からずれてしまう。このため、
位相整合角度の許容範囲が小さい非線形光学結晶では、
波長変換効率が低下する。
For this reason, the laser beam passing through the nonlinear optical crystal constantly passes through a portion where the temperature gradient direction changes to perform wavelength conversion. Depending on the direction of the rotation angle, the phase matching condition may be the temperature gradient of the crystal. Due to the existence of the refractive index gradient due to For this reason,
For a nonlinear optical crystal with a small phase matching angle tolerance,
The wavelength conversion efficiency is reduced.

【0009】従って、平行平板の回転中どの位置におい
ても波長変換作用を行う連続的レーザ出力の波長変換で
は、回転角方位によって位相整合角の中心位置から外
れ、波長変換効率が低下し、出力安定度の低下をもたら
す。
Therefore, in the wavelength conversion of the continuous laser output that performs the wavelength conversion function at any position during the rotation of the parallel plate, the phase conversion angle deviates from the center position due to the rotation angle azimuth, the wavelength conversion efficiency decreases, and the output is stabilized. Cause a decrease in degree.

【0010】又、他の技術として特開平4−82284
号公報は、非線形光学結晶を回転可能に取り付け、非線
形光学結晶を回転させて温度の拡散を図り、温度上昇を
防止するものである。しかしながら、この技術では、上
記同様に結晶方位がレーザビームの偏光方向に対して回
転して定まらず、波長変換効率が低下する。
Another technique is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-82284.
In the publication, a non-linear optical crystal is rotatably attached, and the non-linear optical crystal is rotated to diffuse the temperature and prevent the temperature from rising. However, in this technique, the crystal orientation is not fixed by being rotated with respect to the polarization direction of the laser beam as in the above, and the wavelength conversion efficiency is reduced.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】以上のようにレーザビ
ームのパワー密度を高めて連続的にレーザビームの波長
変換を行うと、結晶の温度上昇や反射防止コーティング
が損傷し、高い信頼性が得られない。
As described above, when the power density of the laser beam is increased and the wavelength of the laser beam is continuously converted, the temperature rise of the crystal and the antireflection coating are damaged, and high reliability is obtained. I can't.

【0012】これを解決するために非線形光学結晶を回
転させる方法では、位相整合の取れる偏光方向と結晶方
位との関係が満足されない場合が生じる。そこで本発明
は、非結晶光学結晶におけるレーザビームによる発熱を
分散させ、かつ位相整合に必要なレーザビームの偏光方
向と結晶方位とを保持して安定な波長変換ができるレー
ザ波長変換装置を提供することを目的とする。
In the method of rotating the non-linear optical crystal in order to solve this, there are cases in which the relationship between the polarization direction and the crystal orientation that can achieve phase matching is not satisfied. Therefore, the present invention provides a laser wavelength conversion device that disperses heat generated by a laser beam in an amorphous optical crystal and that can maintain stable polarization direction and crystal orientation of the laser beam necessary for phase matching for stable wavelength conversion. The purpose is to

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1によれば、レー
ザ共振器内におけるレーザビームを非線形光学結晶内に
透過させて高調波を発生させ、レーザビームの波長変換
を行うレーザ波長変換装置において、レーザ共振器内に
おける非線形光学結晶のレーザビームの入射側に配置さ
れたレーザビーム光路シフト用の透過板と、この透過板
を振動させる振動手段とを備えて上記目的を達成しよう
とするレーザ波長変換装置である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a laser wavelength conversion device for converting a wavelength of a laser beam by transmitting a laser beam in a laser resonator into a nonlinear optical crystal to generate a harmonic. , A laser wavelength for achieving the above object, comprising a transmission plate for shifting a laser beam optical path, which is arranged on the laser beam incident side of the nonlinear optical crystal in the laser resonator, and a vibrating means for vibrating the transmission plate. It is a conversion device.

【0014】請求項2によれば、レーザ共振器により発
振したレーザビームを非線形光学結晶内に透過させて高
調波を発生させ、レーザビームの波長変換を行うレーザ
波長変換装置において、非線形光学結晶におけるレーザ
ビームの入射側に配置されたレーザビーム光路シフト用
の第1の透過板と、この第1の透過板を振動させる第1
の振動手段と、非線形光学結晶におけるレーザビームの
出射側に配置されたレーザビーム光路シフト用の第2の
透過板と、この第2の透過板を第1の透過板の振動に応
動して振動させる第2の振動手段とを備えて上記目的を
達成しようとするレーザ波長変換装置である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a laser wavelength converter for converting a wavelength of a laser beam by transmitting a laser beam oscillated by a laser resonator into a nonlinear optical crystal to generate a harmonic wave. A first transmitting plate for shifting the laser beam optical path, which is arranged on the laser beam incident side, and a first transmitting plate which vibrates the first transmitting plate.
Vibrating means, a second transmission plate for shifting the optical path of the laser beam arranged on the emission side of the laser beam in the nonlinear optical crystal, and the second transmission plate vibrates in response to the vibration of the first transmission plate. And a second vibrating means for achieving the above object.

【0015】請求項3によれば、レーザ共振器により発
振したレーザビームを、このレーザ発振器外に配置され
た非線形光学結晶に透過させて高調波を発生させ、レー
ザビームの波長変換を行うレーザ波長変換装置におい
て、レーザ発振器内に配置されたレーザビーム光路シフ
ト用の透過板と、この透過板を振動させる振動手段とを
備えて上記目的を達成しようとするレーザ波長変換装置
である。
According to a third aspect of the present invention, the laser beam oscillated by the laser resonator is transmitted through a nonlinear optical crystal arranged outside the laser oscillator to generate a harmonic wave, and a laser wavelength for wavelength conversion of the laser beam is generated. A laser wavelength conversion device for achieving the above object, which is provided with a transmissive plate for shifting a laser beam optical path arranged in a laser oscillator and a vibrating means for vibrating the transmissive plate.

【0016】[0016]

【作用】請求項1によれば、レーザ共振器内における非
線形光学結晶内にレーザビームを透過させて高調波を発
生させて波長変換する際に、非線形光学結晶のレーザビ
ームの入射側に配置された透過板を、振動手段により振
動させることによりレーザビームの光路をシフトさせ
る。このシフトにより非線形光学結晶におけるレーザビ
ームの通過部分が拡大し、温度上昇は緩和される。又、
レーザビームの光路を振動的にシフトさせるので、レー
ザビームの偏光方向と結晶方位との関係は変化せず、位
相整合条件を満たし続けることができる。
According to the first aspect of the present invention, when the laser beam is transmitted through the nonlinear optical crystal in the laser resonator to generate higher harmonics and wavelength conversion is performed, the nonlinear optical crystal is arranged on the incident side of the laser beam. The optical path of the laser beam is shifted by vibrating the transparent plate by vibrating means. Due to this shift, the portion of the nonlinear optical crystal through which the laser beam passes is enlarged and the temperature rise is moderated. or,
Since the optical path of the laser beam is oscillatingly shifted, the relationship between the polarization direction of the laser beam and the crystal orientation does not change, and the phase matching condition can be continuously satisfied.

【0017】請求項2によれば、非線形光学結晶内にレ
ーザビームを透過させて高調波を発生させて波長変換す
る際に、非線形光学結晶のレーザビームの入射側に配置
された透過板を振動させてレーザビームの光路をシフト
させ、非線形光学結晶の出射側で再び透過板を振動させ
てレーザビームの光路をシフトして元に戻す。請求項3
によれば、レーザ発振器内に透過板を配置し、この透過
板を振動させてレーザビームの光路をシフトする。
According to a second aspect of the present invention, when the laser beam is transmitted through the nonlinear optical crystal to generate harmonics and the wavelength is converted, the transmission plate disposed on the incident side of the laser beam of the nonlinear optical crystal is vibrated. Then, the optical path of the laser beam is shifted, and the transmitting plate is vibrated again on the emission side of the nonlinear optical crystal to shift the optical path of the laser beam back to the original state. Claim 3
According to the method, a transmission plate is arranged in the laser oscillator, and the transmission plate is vibrated to shift the optical path of the laser beam.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明の第1の実施例について図面を
参照して説明する。図1はレーザ波長変換装置の構成図
である。レーザ共振器ミラー1、2は、周波数f(波長
λ)で高い反射率を有し、周波数2fで透過率の高い分
光特性を有するもので、それぞれ対向配置されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a laser wavelength converter. The laser resonator mirrors 1 and 2 have a high reflectance at a frequency f (wavelength λ) and a spectral characteristic of a high transmittance at a frequency 2f, and are arranged to face each other.

【0019】これらレーザ共振器ミラー1、2の間に
は、レーザロッド3が配置されている。このレーザロッ
ド3は、周波数fの光で発振利得を持っている。このレ
ーザロッド3には、レーザ励起用のランプ4が並設され
ている。
A laser rod 3 is arranged between the laser resonator mirrors 1 and 2. This laser rod 3 has an oscillation gain with light of frequency f. A lamp 4 for laser excitation is arranged in parallel on the laser rod 3.

【0020】又、レーザ共振器内におけるレーザロッド
3とミラー1との間には、Qスイッチ素子5及び偏光板
6が配置されている。なお、Qスイッチ素子5は、ドラ
イバ7により動作するものとなっている。
A Q switch element 5 and a polarizing plate 6 are arranged between the laser rod 3 and the mirror 1 in the laser resonator. The Q switch element 5 is operated by the driver 7.

【0021】又、レーザ共振器内におけるレーザロッド
3とミラー2との間には、モード制御用のアパーチャ
8、非線形光学結晶9、及びレーザビーム光路シフト用
としての平行平板透過板10が配置されている。
Further, between the laser rod 3 and the mirror 2 in the laser resonator, an aperture 8 for mode control, a nonlinear optical crystal 9 and a parallel plate transmission plate 10 for shifting the optical path of the laser beam are arranged. ing.

【0022】このうち平行平板透過板10は、振動機構
11に連結され、その回転軸が往復回動、つまり振動す
るものとなっている。具体的には、ガルバノミラースキ
ャナー等に用いられるスキャナ機構と同様の機構となっ
ている。
Of these, the parallel plate transmission plate 10 is connected to a vibrating mechanism 11, and its rotary shaft reciprocally rotates, that is, vibrates. Specifically, it has the same mechanism as the scanner mechanism used in a galvanometer mirror scanner or the like.

【0023】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。レーザ励起用のランプ4が点灯してレー
ザロッド3が励起され、この励起によりレーザ発振利得
が得られると、レーザ遷移波長λでレーザ発振が起き
る。このときのレーザ発振光路は、平行平板透過板1
0、アパーチャ8、レーザロッド3、レーザ共振器ミラ
ー1、2等により決まる。
Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described. When the laser excitation lamp 4 is turned on to excite the laser rod 3 and a laser oscillation gain is obtained by this excitation, laser oscillation occurs at the laser transition wavelength λ. At this time, the laser oscillation optical path is parallel plate transmission plate 1
0, the aperture 8, the laser rod 3, the laser resonator mirrors 1, 2, etc.

【0024】ここで、平行平板透過板10の法線方向
が、レーザビームの光軸と一致していれば、平行平板透
過板10でのレーザビーム軸はアパーチャ8の中心軸上
にのって光軸のシフトは起こらない。
Here, if the normal line direction of the parallel flat plate transmission plate 10 coincides with the optical axis of the laser beam, the laser beam axis of the parallel flat plate transmission plate 10 lies on the central axis of the aperture 8. No optical axis shift occurs.

【0025】ところが、平行平板透過板10が振動機構
11の振動駆動により図2に示すように角度aに傾け
ば、発振光軸は、アパーチャ7の中心軸位置Aから横方
向に平行にシフトし、その光軸位置はA1となる。
However, when the parallel flat plate transmission plate 10 is tilted at an angle a as shown in FIG. 2 by vibrating the vibrating mechanism 11, the oscillation optical axis is shifted from the central axis position A of the aperture 7 in the horizontal direction. , Its optical axis position is A1.

【0026】又、平行平板透過板10が角度bに傾け
ば、発振光軸は、アパーチャ8の中心軸位置Aから横方
向に平行にシフトし、その光軸位置はA2となる。この
ようにして平行平板透過板10が角度a〜bの範囲で高
速に往復回動、つまり振動すると、非線形光学結晶9を
透過するレーザビームの光路は、その振動範囲に広が
る。
When the parallel plate transmission plate 10 is tilted at the angle b, the oscillation optical axis shifts from the central axis position A of the aperture 8 in the horizontal direction, and the optical axis position becomes A2. In this way, when the parallel flat plate transmission plate 10 reciprocally rotates at a high speed in the range of the angles a to b, that is, vibrates, the optical path of the laser beam passing through the nonlinear optical crystal 9 spreads in the vibration range.

【0027】一方、レーザビームの偏光方向に関して
は、偏光板6で規定されている。又、非線形光学結晶9
の結晶方向も位相整合の取れる方位に設定されており、
この状態で平行平板透過板10が上記の如く振動してレ
ーザビームの光路をシフトさせても、レーザ発振偏光方
向と非線形光学結晶9との関係は変化せず、高調波発生
の位相整合条件を保持し続けることができる。
On the other hand, the polarization direction of the laser beam is defined by the polarizing plate 6. In addition, the nonlinear optical crystal 9
The crystal orientation of is also set to an orientation that allows phase matching,
Even if the plane-parallel plate 10 vibrates as described above and shifts the optical path of the laser beam in this state, the relationship between the polarization direction of the laser oscillation and the nonlinear optical crystal 9 does not change, and the phase matching condition for harmonic generation is set. You can keep holding.

【0028】従って、レーザビームは、非線形光学結晶
9により高調波に変換され、波長変換されたレーザビー
ム12として出力される。このように上記第1の実施例
においては、レーザ共振器内における非線形光学結晶9
内にレーザビームを透過させて高調波を発生させて波長
変換する際に、非線形光学結晶9のレーザビームの入射
側に配置された平行平板透過板10を、振動機構11に
より振動させることによりレーザビームの光路をシフト
させるので、非線形光学結晶9におけるレーザビームの
スポットの通過部分がシフトし、レーザビームの照射さ
れる面積が拡大されたのと同等となり、これにより非線
形光学結晶9における温度上昇を固定ビーム条件よりも
緩和することができる。
Therefore, the laser beam is converted into a harmonic by the non-linear optical crystal 9 and output as a wavelength-converted laser beam 12. As described above, in the first embodiment, the nonlinear optical crystal 9 in the laser resonator is used.
When a laser beam is transmitted through the inside to generate a higher harmonic wave and the wavelength is converted, the parallel flat plate transmission plate 10 arranged on the laser beam incident side of the nonlinear optical crystal 9 is vibrated by a vibrating mechanism 11 to generate a laser beam. Since the optical path of the beam is shifted, the passing portion of the spot of the laser beam in the non-linear optical crystal 9 is shifted, which is equivalent to expanding the area irradiated with the laser beam, thereby increasing the temperature in the non-linear optical crystal 9. More relaxed than fixed beam conditions.

【0029】このことは、非線形光学結晶9の結晶表面
はもとより、結晶内部における平均光エネルギー密度の
低下が図れ、結晶母材の劣化速度と表面コートの劣化速
度を遅くできる。
This means that not only the crystal surface of the nonlinear optical crystal 9 but also the average light energy density inside the crystal can be reduced, and the deterioration rate of the crystal base material and the deterioration rate of the surface coat can be slowed down.

【0030】又、非線形光学結晶9の内部の温度上昇に
よって結晶と通過レーザビームとの位相不整合条件の誘
起の緩和にも役立つ。すなわち、一方向にレーザビーム
を振動させて走査させると、平行平板透過板10の振動
走査方向の範囲内で走査端部を除いては、レーザビーム
照射部分における温度分布の均一化を図ることができ
る。
Further, the rise in temperature inside the nonlinear optical crystal 9 also serves to alleviate the induction of the phase mismatch condition between the crystal and the passing laser beam. That is, when the laser beam is oscillated and scanned in one direction, the temperature distribution in the laser beam irradiation portion can be made uniform except for the scanning end portion within the range of the vibration scanning direction of the parallel plate transmission plate 10. it can.

【0031】従って、この方向に非線形光学結晶9の位
相整合条件の角度敏感な結晶方位を向けて配置すれば、
それと直角方向には角度許容範囲のより広い結晶方位を
向けて配置することで、波長変換効率の高い条件を実現
できる。これにより、角度整合がより一層理想に近くな
り、高調波への変換効率を高くできる。
Therefore, if the angle-sensitive crystal orientation of the phase matching condition of the nonlinear optical crystal 9 is oriented in this direction,
A condition with high wavelength conversion efficiency can be realized by arranging the crystal orientation having a wider angle permissible range in the direction perpendicular thereto. As a result, the angle matching becomes even closer to the ideal, and the conversion efficiency into harmonics can be increased.

【0032】そして、走査方向が円形に走査した場合に
おける非線形光学結晶の角度許容範囲との不整合も回避
できる。次に本発明の第2の実施例について説明する。
Further, inconsistency with the angle allowable range of the nonlinear optical crystal when the scanning direction is circularly scanned can be avoided. Next, a second embodiment of the present invention will be described.

【0033】図3はレーザ波長変換装置の構成図であ
る。このレーザ波長変換装置は、レーザ共振器外に非線
形光学結晶を配置した場合の適用例を示している。レー
ザ共振器ミラー20、21は、ダイクロイックミラー2
2を介して対向配置されている。
FIG. 3 is a block diagram of a laser wavelength converter. This laser wavelength conversion device shows an application example in which a nonlinear optical crystal is arranged outside the laser resonator. The laser resonator mirrors 20 and 21 are the dichroic mirror 2.
The two are opposed to each other.

【0034】これらレーザ共振器ミラー20、21の間
には、レーザロッド23、Qスイッチ素子24及び第2
高調波発生用の非線形光学結晶25が配置されている。
このうちレーザロッド23にはレーザ励起用のランプ2
6が並設され、Qスイッチ素子24はそのドライバ27
に接続されている。
Between the laser resonator mirrors 20 and 21, a laser rod 23, a Q switch element 24, and a second switch are provided.
A nonlinear optical crystal 25 for generating harmonics is arranged.
Of these, the laser rod 23 has a lamp 2 for exciting the laser.
6 are arranged side by side, and the Q switch element 24 has its driver 27
It is connected to the.

【0035】ダイクロイックミラー22の出力光路上に
は、集光レンズ28、非線形光学結晶29及びコリメー
タレンズ30が配置されている。又、この光路上におけ
る集光レンズ28と非線形光学結晶29との間には、平
行平板透過板31が配置されるとともに、非線形光学結
晶29とコリメータレンズ30との間には、平行平板透
過板32が配置されている。
On the output optical path of the dichroic mirror 22, a condenser lens 28, a nonlinear optical crystal 29 and a collimator lens 30 are arranged. Further, a parallel plate transmission plate 31 is arranged between the condenser lens 28 and the nonlinear optical crystal 29 on this optical path, and a parallel plate transmission plate is provided between the nonlinear optical crystal 29 and the collimator lens 30. 32 are arranged.

【0036】これら平行平板透過板31、32は、それ
ぞれ振動機構33、34によりその回転軸が往復回動、
つまり振動するものとなっている。これら振動機構3
3、34は、振動制御装置35により動作制御されてお
り、平行平板透過板32によるレーザビームのシフト
は、平行平板透過板31によるシフトに対して180度
反対になっている。
These parallel flat plate transmission plates 31 and 32 have their rotation axes reciprocally rotated by vibrating mechanisms 33 and 34, respectively.
That is, it vibrates. These vibrating mechanism 3
The vibration control device 35 controls the movement of the laser beams 3, 34, and the shift of the laser beam by the parallel flat plate transmission plate 32 is 180 degrees opposite to the shift by the parallel flat plate transmission plate 31.

【0037】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。レーザ励起用のランプ26が点灯してレ
ーザロッド23が励起され、この励起によりレーザ発振
利得が得られると、レーザ遷移波長λでレーザ発振が起
きる。
Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described. When the laser excitation lamp 26 is turned on to excite the laser rod 23 and a laser oscillation gain is obtained by this excitation, laser oscillation occurs at the laser transition wavelength λ.

【0038】このレーザビームは、非線形光学結晶25
を透過することにより周波数2fの高調波に変換され、
これがダイクロイックミラー22から放出される。この
周波数2fに変換されたレーザビームは、集光レンズ2
8により集光されて非線形光学結晶29に入射し、ここ
で周波数4fの高調波に変換される。
This laser beam is used by the nonlinear optical crystal 25.
Is converted to a harmonic with a frequency of 2f by passing through
This is emitted from the dichroic mirror 22. The laser beam converted to the frequency 2f is collected by the condenser lens 2
The light is focused by 8 and enters the nonlinear optical crystal 29, where it is converted into a harmonic having a frequency of 4f.

【0039】ここで、平行平板透過板31は、振動機構
33の振動駆動により振動しているので、上記第1の実
施例と同様に、非線形光学結晶29を透過するレーザビ
ームの光路は、その振動範囲に広がる。
Since the parallel plate transmission plate 31 is vibrating by vibrating the vibrating mechanism 33, the optical path of the laser beam passing through the nonlinear optical crystal 29 is the same as in the first embodiment. Spread in the vibration range.

【0040】そして、非線形光学結晶29を透過し、周
波数4fの高調波に変換されたレーザビームは、平行平
板透過板32に入射し、ここで元の光路位置に戻る。一
方、レーザビームの偏光方向に関しては、非線形光学結
晶29の結晶方向も位相整合の取れる方位に設定されて
おり、この状態で平行平板透過板31、32が上記の如
く振動してレーザビームの光路をシフトさせても、レー
ザ発振偏光方向と非線形光学結晶29の結晶方位関係は
変化せず、高調波発生の位相整合条件を保持し続けるこ
とができる。
Then, the laser beam transmitted through the non-linear optical crystal 29 and converted into the harmonic of the frequency 4f is incident on the parallel flat plate transmission plate 32, where it returns to the original optical path position. On the other hand, with respect to the polarization direction of the laser beam, the crystal direction of the non-linear optical crystal 29 is also set to an orientation capable of achieving phase matching. In this state, the parallel flat plate transmission plates 31 and 32 vibrate as described above and the optical path of the laser beam. Even if is shifted, the laser oscillation polarization direction and the crystal orientation relationship of the nonlinear optical crystal 29 do not change, and the phase matching condition for harmonic generation can be maintained.

【0041】従って、レーザビームは、各非線形光学結
晶25、29により周波数4fの高調波に変換され、波
長変換されたレーザビーム36として出力される。この
ように上記第2の実施例によれば、レーザ共振器外に配
置された非線形光学結晶29に対してレーザビームをシ
フトするに適用することができる。この場合、周波数2
fに変換する非線形光学結晶25よりも波長の短い周波
数4fに変換する非線形光学結晶29に対する方が、損
傷が起きやすいので、この結晶29に対する損傷を減少
できる。
Therefore, the laser beam is converted into a harmonic having a frequency of 4f by each of the nonlinear optical crystals 25 and 29, and is output as a wavelength-converted laser beam 36. As described above, according to the second embodiment, it can be applied to shift the laser beam with respect to the nonlinear optical crystal 29 arranged outside the laser resonator. In this case, frequency 2
Since the nonlinear optical crystal 29 converting to the frequency 4f having a shorter wavelength than the nonlinear optical crystal 25 converting to f is more likely to be damaged, the damage to the crystal 29 can be reduced.

【0042】なお、非線形光学結晶25に対しても、振
動する平行平板透過板を配置して入射するレーザビーム
をシフトさせてもよい。このように周波数4fまで短波
長化を行う技術は、紫外線レーザの発生に効果がある。
例えば、Nd:YAGレーザのような波長1.06μm
の発振波長を周波数4fまで高調波発生で短波長化する
と、266nmの紫外線が得られる。
An oscillating parallel plate transmission plate may be arranged for the nonlinear optical crystal 25 to shift the incident laser beam. The technique of shortening the wavelength up to the frequency 4f is effective in generating an ultraviolet laser.
For example, a wavelength of 1.06 μm such as Nd: YAG laser
When the oscillation wavelength of is shortened to the frequency 4f by generation of harmonics, ultraviolet light of 266 nm is obtained.

【0043】従来であれば、エキシマレーザを利用して
大出力を得、大型の材料処理等に用いたが、これらの用
途の一部を本実施例のように固体レーザでも適用できる
ものとなる。
Conventionally, an excimer laser was used to obtain a large output, and it was used for processing a large-scale material. However, some of these applications can be applied to a solid-state laser as in this embodiment. .

【0044】従って、同一のレーザ発振器を用いて赤外
線から紫外線までの領域の波長を発生でき、加工する材
料に応じた波長を使って微細な加工ができる。次に本発
明の第3の実施例について説明する。
Therefore, the same laser oscillator can be used to generate wavelengths in the range from infrared rays to ultraviolet rays, and fine processing can be performed using wavelengths depending on the material to be processed. Next, a third embodiment of the present invention will be described.

【0045】図4はレーザ波長変換装置の構成図であ
る。このレーザ波長変換装置は、レーザ共振器内に平行
平板透過板を配置し、レーザ共振器外に非線形光学結晶
を配置した場合の適用例を示している。
FIG. 4 is a block diagram of a laser wavelength converter. This laser wavelength conversion device shows an application example in which a parallel plate transmission plate is arranged inside the laser resonator and a nonlinear optical crystal is arranged outside the laser resonator.

【0046】レーザ共振器ミラー40、41は、ビーム
スプリッタ42を介して対向配置されている。これらレ
ーザ共振器ミラー40、41の間には、レーザロッド4
3、平行平板透過板44及び第2高調波発生用の非線形
光学結晶45が配置されている。このうちレーザロッド
43にはレーザ励起用のランプ46が並設されている。
The laser resonator mirrors 40 and 41 are arranged to face each other with a beam splitter 42 in between. The laser rod 4 is provided between the laser resonator mirrors 40 and 41.
3, the parallel plate transmission plate 44 and the nonlinear optical crystal 45 for generating the second harmonic are arranged. Of these, a laser excitation lamp 46 is arranged in parallel on the laser rod 43.

【0047】ビームスプリッタ42の出力光路上には、
第4高調波発生用の非線形光学結晶47及び平行平板透
過板48が配置されている。各平行平板透過板44、4
8は、それぞれ振動機構によりその回転軸が往復回動、
つまり振動するものとなっている。なお、平行平板透過
板48によるレーザビームのシフトは、平行平板透過板
44によるシフトに対して180度反対になっている。
On the output optical path of the beam splitter 42,
A nonlinear optical crystal 47 for generating a fourth harmonic and a parallel plate transmission plate 48 are arranged. Parallel plate transmission plates 44, 4
8, the rotation axis of each of them is reciprocally rotated by a vibration mechanism,
That is, it vibrates. The shift of the laser beam by the parallel plate transmission plate 48 is 180 degrees opposite to the shift by the parallel plate transmission plate 44.

【0048】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。レーザ励起用のランプ46が点灯してレ
ーザロッド43が励起され、レーザ発振利得が得られる
と、レーザ遷移波長λでレーザ発振が起きる。
Next, the operation of the device configured as described above will be described. When the laser excitation lamp 46 is turned on to excite the laser rod 43 and a laser oscillation gain is obtained, laser oscillation occurs at the laser transition wavelength λ.

【0049】ここで、平行平板透過板44は振動してい
るので、非線形光学結晶45を透過するレーザビームの
光路は、その振動範囲に広がる。このレーザビームは、
非線形光学結晶45を透過することにより周波数2fの
高調波に変換され、これがビームスプリッタ42から放
出される。
Here, since the parallel flat plate transmission plate 44 is vibrating, the optical path of the laser beam passing through the nonlinear optical crystal 45 spreads in the vibration range. This laser beam
By passing through the nonlinear optical crystal 45, it is converted into a harmonic wave having a frequency of 2f, which is emitted from the beam splitter 42.

【0050】この周波数2fに変換されたレーザビーム
は、続いて非線形光学結晶47に入射し、ここで周波数
4fの高調波に変換される。この非線形光学結晶47に
入射するレーザビームは、平行平板透過板44の振動範
囲に広がっている。
The laser beam converted to the frequency 2f subsequently enters the nonlinear optical crystal 47 and is converted into a harmonic of the frequency 4f here. The laser beam incident on the nonlinear optical crystal 47 spreads in the vibration range of the parallel plate transmission plate 44.

【0051】そして、非線形光学結晶47を透過し、周
波数4fの高調波に変換されたレーザビームは、平行平
板透過板48に入射し、ここで元の光路位置に戻る。一
方、レーザビームの偏光方向に関しては、非線形光学結
晶45、47の結晶方向が位相整合の取れる方位に設定
されており、この状態で平行平板透過板44が上記の如
く振動してレーザビームの光路をシフトさせても、レー
ザ発振偏光方向と非線形光学結晶45、47との関係は
変化せず、高調波発生の位相整合条件を保持し続けるこ
とができる。
Then, the laser beam transmitted through the nonlinear optical crystal 47 and converted into the harmonic of the frequency 4f is incident on the parallel flat plate transmission plate 48, where it returns to the original optical path position. On the other hand, with respect to the polarization direction of the laser beam, the crystal directions of the non-linear optical crystals 45 and 47 are set so as to achieve phase matching. In this state, the parallel flat plate transmission plate 44 vibrates as described above and the optical path of the laser beam. Even if is shifted, the relation between the laser oscillation polarization direction and the nonlinear optical crystals 45 and 47 does not change, and the phase matching condition for harmonic generation can be maintained.

【0052】従って、レーザビームは、非線形光学結晶
45、47により周波数4fの高調波に変換され、波長
変換されたレーザビーム49として出力される。このよ
うに上記第3実施例によれば、レーザ共振器内に平行平
板透過板44を配置し、レーザ共振器外に配置した非線
形光学結晶47に対してレーザビームの透過部分を拡大
することができ、非線形光学結晶47の温度上昇を防止
できる。又、レーザ発振偏光方向と非線形光学結晶4
5、47との関係は変化せず、高調波発生の位相整合条
件を保持し続けることができる。
Therefore, the laser beam is converted into a harmonic having a frequency of 4f by the non-linear optical crystals 45 and 47 and output as a wavelength-converted laser beam 49. As described above, according to the third embodiment, it is possible to dispose the parallel plate transmission plate 44 inside the laser resonator and expand the transmission portion of the laser beam with respect to the nonlinear optical crystal 47 arranged outside the laser resonator. Therefore, the temperature rise of the nonlinear optical crystal 47 can be prevented. Also, the laser oscillation polarization direction and the nonlinear optical crystal 4
The relationship with Nos. 5 and 47 does not change, and the phase matching condition for harmonic generation can be maintained.

【0053】以上、上記各実施例により説明したよう
に、非線形光学結晶の入射側に平行平板透過板を配置
し、この平行平板透過板を往復回転振動させることによ
り、レーザビームを非線形光学結晶の入射面で一方向に
拡大して走査し、単位面積当たりの平均入射パワーをの
低減を図るとともに、非線形光学結晶の温度分布を一方
向に平坦化し、その方向には結晶の位相整合角の許容角
度の狭い方位で結晶を配置し、入射集光レーザビームに
より結晶及び表面損傷の防止と波長変換効率の向上を図
ることができる。
As described above with reference to the above embodiments, the parallel plate transmission plate is arranged on the incident side of the nonlinear optical crystal, and the parallel plate transmission plate is oscillated in a reciprocating rotary manner, whereby the laser beam of the nonlinear optical crystal is changed. The incident surface is enlarged and scanned in one direction to reduce the average incident power per unit area, the temperature distribution of the nonlinear optical crystal is flattened in one direction, and the phase matching angle of the crystal is allowed in that direction. By arranging the crystal in a direction with a narrow angle, it is possible to prevent the crystal and the surface from being damaged by the incident condensed laser beam and improve the wavelength conversion efficiency.

【0054】なお、本発明は、上記一実施例に限定され
るものでなくその要旨を変更しない範囲で変形してもよ
い。例えば、第1の実施例に示す非線形光学結晶8とミ
ラー2との間に平行平板透過板を配置し、平行平板透過
板9によりシフトしたレーザビームを元の光軸位置に戻
すようにしてもよい。
The present invention is not limited to the above-mentioned one embodiment, and may be modified within the scope of the invention. For example, a parallel plate transmission plate may be arranged between the nonlinear optical crystal 8 and the mirror 2 shown in the first embodiment, and the laser beam shifted by the parallel plate transmission plate 9 may be returned to the original optical axis position. Good.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、非
結晶光学結晶におけるレーザビームによる発熱を分散さ
せ、かつ位相整合に必要なレーザビームの偏光方向と結
晶方位とを保持して安定な波長変換ができるレーザ波長
変換装置を提供できる。
As described in detail above, according to the present invention, the heat generated by the laser beam in the amorphous optical crystal is dispersed, and the polarization direction and crystal orientation of the laser beam necessary for phase matching are maintained and stable. It is possible to provide a laser wavelength converter that can perform various wavelength conversions.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わるレーザ波長変換装置の第1の実
施例を示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a laser wavelength conversion device according to the present invention.

【図2】同装置によるレーザビームのシフト作用を示す
図。
FIG. 2 is a diagram showing a laser beam shifting action of the apparatus.

【図3】本発明に係わるレーザ波長変換装置の第2の実
施例を示す構成図。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the laser wavelength conversion device according to the present invention.

【図4】本発明に係わるレーザ波長変換装置の第3の実
施例を示す構成図。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a third embodiment of a laser wavelength conversion device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2,20,21,40,41…レーザ共振器ミラ
ー、 3,23,43…レーザロッド、 4,26…ランプ、 5,24…Qスイッチ素子、 6…偏光板、 8…アパーチャ、 9,29,45,47…非線形光学結晶、 10,31,32,44,48…平行平板透過板、 11,33,34…振動機構、 22…ダイクロイックミラー、 35…振動制御装置。
1, 2, 20, 21, 40, 41 ... Laser resonator mirror, 3, 23, 43 ... Laser rod, 4, 26 ... Lamp, 5, 24 ... Q switch element, 6 ... Polarizing plate, 8 ... Aperture, 9 , 29, 45, 47 ... Non-linear optical crystal, 10, 31, 32, 44, 48 ... Parallel plate transmission plate, 11, 33, 34 ... Vibration mechanism, 22 ... Dichroic mirror, 35 ... Vibration control device.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ共振器内におけるレーザビームを
非線形光学結晶内に透過させて高調波を発生させ、前記
レーザビームの波長変換を行うレーザ波長変換装置にお
いて、 前記レーザ共振器内における前記非線形光学結晶のレー
ザビームの入射側に配置されたレーザビーム光路シフト
用の透過板と、この透過板を振動させる振動手段とを具
備したことを特徴とするレーザ波長変換装置。
1. A laser wavelength converter for converting a wavelength of the laser beam by transmitting a laser beam in the laser resonator through a nonlinear optical crystal to generate harmonics, the nonlinear optical device in the laser resonator. A laser wavelength conversion device comprising: a transmission plate for shifting a laser beam optical path, which is disposed on a laser beam incident side of a crystal; and vibrating means for vibrating the transmission plate.
【請求項2】 レーザ共振器により発振したレーザビー
ムを非線形光学結晶内に透過させて高調波を発生させ、
前記レーザビームの波長変換を行うレーザ波長変換装置
において、 前記非線形光学結晶におけるレーザビームの入射側に配
置されたレーザビーム光路シフト用の第1の透過板と、
この第1の透過板を振動させる第1の振動手段と、前記
非線形光学結晶におけるレーザビームの出射側に配置さ
れたレーザビーム光路シフト用の第2の透過板と、この
第2の透過板を前記第1の透過板の振動に応動して振動
させる第2の振動手段とを具備したことを特徴とするレ
ーザ波長変換装置。
2. A laser beam oscillated by a laser resonator is transmitted through a nonlinear optical crystal to generate a harmonic wave,
In a laser wavelength conversion device that performs wavelength conversion of the laser beam, a first transmission plate for shifting a laser beam optical path, which is arranged on the incident side of the laser beam in the nonlinear optical crystal,
The first vibrating means for vibrating the first transmission plate, the second transmission plate for shifting the laser beam optical path disposed on the emission side of the laser beam in the nonlinear optical crystal, and the second transmission plate And a second vibrating unit that vibrates in response to the vibration of the first transmission plate.
【請求項3】 レーザ共振器により発振したレーザビー
ムを、このレーザ発振器外に配置された非線形光学結晶
に透過させて高調波を発生させ、前記レーザビームの波
長変換を行うレーザ波長変換装置において、 前記レーザ発振器内に配置されたレーザビーム光路シフ
ト用の透過板と、この透過板を振動させる振動手段とを
具備したことを特徴とするレーザ波長変換装置。
3. A laser wavelength converter for converting a wavelength of the laser beam by transmitting a laser beam oscillated by a laser resonator to a nonlinear optical crystal arranged outside the laser oscillator to generate a harmonic. A laser wavelength conversion device comprising: a transmission plate for shifting the optical path of a laser beam arranged in the laser oscillator; and a vibrating means for vibrating the transmission plate.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003102665A1 (en) * 2002-05-30 2003-12-11 Clvr Pty Ltd Solid state uv laser
JP2017069323A (en) * 2015-09-29 2017-04-06 三菱重工業株式会社 Laser amplifier system
CN115210973A (en) * 2020-03-10 2022-10-18 三菱电机株式会社 Wavelength conversion laser device and wavelength conversion laser processing machine

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