JPH0836198A - 高ピークパワー波長変換パルスレーザ装置 - Google Patents
高ピークパワー波長変換パルスレーザ装置Info
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- JPH0836198A JPH0836198A JP17131894A JP17131894A JPH0836198A JP H0836198 A JPH0836198 A JP H0836198A JP 17131894 A JP17131894 A JP 17131894A JP 17131894 A JP17131894 A JP 17131894A JP H0836198 A JPH0836198 A JP H0836198A
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- optical crystal
- nonlinear optical
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、非線形光学結晶３による波長変換レ
ーザ光のピークパワー変換効率と出力安定度を改善す
る。 【構成】励起パルスレーザ光は、ブレークダウン媒質(1
0)を透過することによりそのパルス幅が短くなって非線
形光学結晶(3) に入射し、異なる波長のパルスレーザ光
が発生する。このように非線形光学結晶(3) に入射する
励起パルスレーザ光のパルス幅が短い程、高いピーク強
度の励起レーザ光を入射でき、結果として得られる波長
変換されたパルスレーザ光のピーク強度も高くなり、か
つ非線形光学結晶(3) に入射するエネルギーが少ない分
だけ非線形光学結晶(3) に与えるダメージを軽減でき
る。
ーザ光のピークパワー変換効率と出力安定度を改善す
る。 【構成】励起パルスレーザ光は、ブレークダウン媒質(1
0)を透過することによりそのパルス幅が短くなって非線
形光学結晶(3) に入射し、異なる波長のパルスレーザ光
が発生する。このように非線形光学結晶(3) に入射する
励起パルスレーザ光のパルス幅が短い程、高いピーク強
度の励起レーザ光を入射でき、結果として得られる波長
変換されたパルスレーザ光のピーク強度も高くなり、か
つ非線形光学結晶(3) に入射するエネルギーが少ない分
だけ非線形光学結晶(3) に与えるダメージを軽減でき
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学結晶を用い
て波長変換を行なう高ピークパワー波長変換パルスレー
ザ装置に関する。
て波長変換を行なう高ピークパワー波長変換パルスレー
ザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は波長変換パルスレーザ装置の構成
図である。レーザ光発生装置１から出力された励起パル
スレーザ光は、レンズ等から成る集光光学系２により集
束され強度を高めて非線形光学結晶３に入射される。
図である。レーザ光発生装置１から出力された励起パル
スレーザ光は、レンズ等から成る集光光学系２により集
束され強度を高めて非線形光学結晶３に入射される。
【０００３】この非線形光学結晶３は、励起パルスレー
ザ光の入射によって異なる波長のレーザ光を発生、例え
ば励起パルスレーザ光の波長ω１から波長ω２の変換パ
ルスレーザ光を発生する。
ザ光の入射によって異なる波長のレーザ光を発生、例え
ば励起パルスレーザ光の波長ω１から波長ω２の変換パ
ルスレーザ光を発生する。
【０００４】ここで、非線形光学結晶３により波長変換
されたパルスレーザ光には、変換されない元の励起パル
スレーザ光の波長ω１と変換されたレーザ光の波長ω２
とが混在している。
されたパルスレーザ光には、変換されない元の励起パル
スレーザ光の波長ω１と変換されたレーザ光の波長ω２
とが混在している。
【０００５】このために非線形光学結晶３により波長変
換されたパルスレーザ光は、ビームスプリッタ４により
波長ω１のレーザ光と波長ω２のレーザ光とに分離され
る。なお、非線形光学結晶３により変換された波長ω２
（又はω３）のレーザ光を分離する方法としては、図８
に示すように非線形光学結晶３の入射側と出射側とにそ
れぞれ適切な反射特性を有する複数のミラー、例えば入
力ミラー５、出力ミラー６を配置して光共振器を構成す
る場合もある。励起パルスレーザ光から異なる波長に変
換する際の効率ηは、ピークパワーについて次式の関係
がある。
換されたパルスレーザ光は、ビームスプリッタ４により
波長ω１のレーザ光と波長ω２のレーザ光とに分離され
る。なお、非線形光学結晶３により変換された波長ω２
（又はω３）のレーザ光を分離する方法としては、図８
に示すように非線形光学結晶３の入射側と出射側とにそ
れぞれ適切な反射特性を有する複数のミラー、例えば入
力ミラー５、出力ミラー６を配置して光共振器を構成す
る場合もある。励起パルスレーザ光から異なる波長に変
換する際の効率ηは、ピークパワーについて次式の関係
がある。
【０００６】
【数１】
【０００７】この式から分かるように効率ηは、励起パ
ルスレーザの強度Ｉo の増加とともに単調に増加するの
で、変換効率ηを高めるためには成るべく強度Ｉo を高
くする必要がある。この強度Ｉo の増加とともに効率η
は、１に近付き、原理上１００％に近い変換が可能とな
る。
ルスレーザの強度Ｉo の増加とともに単調に増加するの
で、変換効率ηを高めるためには成るべく強度Ｉo を高
くする必要がある。この強度Ｉo の増加とともに効率η
は、１に近付き、原理上１００％に近い変換が可能とな
る。
【０００８】しかしながら、実際に非線形光学結晶３に
入射できる励起パルスレーザ光の強度は、非線形光学結
晶３にダメージを与えないですむダメージ限界によって
制限される。これによって、非線形光学結晶３により変
換されるレーザ光のピークパワーも、上記式(1) におい
てダメージ限界の励起パルスレーザ光に対応する値に制
限される。
入射できる励起パルスレーザ光の強度は、非線形光学結
晶３にダメージを与えないですむダメージ限界によって
制限される。これによって、非線形光学結晶３により変
換されるレーザ光のピークパワーも、上記式(1) におい
てダメージ限界の励起パルスレーザ光に対応する値に制
限される。
【０００９】又、非線形光学結晶３により波長変換され
るパルスレーザ光のピークパワーは、励起パルスレーザ
光のピークパワーのほぼ２乗に比例するので、励起パル
スレーザ光の出力値がパルス毎に変動する場合、波長変
換されるレーザ光の出力変動もほぼその２乗に強調され
て不安定となる。
るパルスレーザ光のピークパワーは、励起パルスレーザ
光のピークパワーのほぼ２乗に比例するので、励起パル
スレーザ光の出力値がパルス毎に変動する場合、波長変
換されるレーザ光の出力変動もほぼその２乗に強調され
て不安定となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】以上のように非線形光
学結晶３により波長変換されるパルスレーザ光は、一般
に励起パルスレーザ光よりもずっとピークパワーが低
く、かつその出力が不安定となり、例えばレーザ加工等
の応用に適用する場合のネックとなっている。
学結晶３により波長変換されるパルスレーザ光は、一般
に励起パルスレーザ光よりもずっとピークパワーが低
く、かつその出力が不安定となり、例えばレーザ加工等
の応用に適用する場合のネックとなっている。
【００１１】そこで本発明は、非線形光学結晶３による
波長変換レーザ光のピークパワー変換効率と出力安定度
を改善した高ピークパワー波長変換パルスレーザ装置を
提供することを目的とする。
波長変換レーザ光のピークパワー変換効率と出力安定度
を改善した高ピークパワー波長変換パルスレーザ装置を
提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１によれば、励起
レーザ光を非線形光学結晶に入射させて波長の異なるパ
ルスレーザ光を発生させる高ピークパワー波長変換パル
スレーザ装置において、非線形光学結晶の入射側に励起
レーザ光に対する光学的なブレークダウン媒質を配置し
て上記目的を達成しようとする高ピークパワー波長変換
パルスレーザ装置である。
レーザ光を非線形光学結晶に入射させて波長の異なるパ
ルスレーザ光を発生させる高ピークパワー波長変換パル
スレーザ装置において、非線形光学結晶の入射側に励起
レーザ光に対する光学的なブレークダウン媒質を配置し
て上記目的を達成しようとする高ピークパワー波長変換
パルスレーザ装置である。
【００１３】請求項２によれば、励起レーザ光を非線形
光学結晶に入射させて波長の異なるパルスレーザ光を発
生させる高ピークパワー波長変換パルスレーザ装置にお
いて、非線形光学結晶の入射側に配置され励起レーザ光
に対する光学的なブレークダウン媒質と、このブレーク
ダウン媒質の入射側に配置されて励起レーザ光を集光し
てブレークダウン媒質に入射させる入力ミラーと、ブレ
ークダウン媒質の出射側に配置されてブレークダウン媒
質からの出射光を平行光に戻すコリメートレンズと、を
備えて上記目的を達成しようとする高ピークパワー波長
変換パルスレーザ装置である。
光学結晶に入射させて波長の異なるパルスレーザ光を発
生させる高ピークパワー波長変換パルスレーザ装置にお
いて、非線形光学結晶の入射側に配置され励起レーザ光
に対する光学的なブレークダウン媒質と、このブレーク
ダウン媒質の入射側に配置されて励起レーザ光を集光し
てブレークダウン媒質に入射させる入力ミラーと、ブレ
ークダウン媒質の出射側に配置されてブレークダウン媒
質からの出射光を平行光に戻すコリメートレンズと、を
備えて上記目的を達成しようとする高ピークパワー波長
変換パルスレーザ装置である。
【００１４】請求項３によれば、ブレークダウン媒質
は、少なくとも空気、Ｎ2 、又はＨｅのガスである。請
求項４によれば、ブレークダウン媒質は、少なくともガ
ス圧力により励起レーザ光に対するブレークダウン強度
を調整するものである。請求項５によれば、ブレークダ
ウン媒質中における励起レーザ光の集光点に空間フィル
タを配置する。
は、少なくとも空気、Ｎ2 、又はＨｅのガスである。請
求項４によれば、ブレークダウン媒質は、少なくともガ
ス圧力により励起レーザ光に対するブレークダウン強度
を調整するものである。請求項５によれば、ブレークダ
ウン媒質中における励起レーザ光の集光点に空間フィル
タを配置する。
【００１５】
【作用】請求項１によれば、励起レーザ光は、ブレーク
ダウン媒質を透過することによりそのパルス幅が短くな
って非線形光学結晶に入射し、異なる波長のレーザ光が
発生する。
ダウン媒質を透過することによりそのパルス幅が短くな
って非線形光学結晶に入射し、異なる波長のレーザ光が
発生する。
【００１６】このように非線形光学結晶に入射する励起
レーザ光のパルス幅が短い程、高いピーク強度の励起レ
ーザ光を入射でき、結果として得られる波長変換された
レーザ光のピーク強度も高くなり、かつ非線形光学結晶
に入射するエネルギーが少ない分だけ非線形光学結晶に
与えるダメージを軽減できる。
レーザ光のパルス幅が短い程、高いピーク強度の励起レ
ーザ光を入射でき、結果として得られる波長変換された
レーザ光のピーク強度も高くなり、かつ非線形光学結晶
に入射するエネルギーが少ない分だけ非線形光学結晶に
与えるダメージを軽減できる。
【００１７】請求項２によれば、励起レーザ光は、入力
ミラーにより集束されてブレークダウン媒質に入射し、
このブレークダウン媒質を透過することによりそのパル
ス幅が短くなり、コリメートレンズにより平行光に変換
されて非線形光学結晶に入射する。そして、この非線形
光学結晶で異なる波長のレーザ光が発生する。
ミラーにより集束されてブレークダウン媒質に入射し、
このブレークダウン媒質を透過することによりそのパル
ス幅が短くなり、コリメートレンズにより平行光に変換
されて非線形光学結晶に入射する。そして、この非線形
光学結晶で異なる波長のレーザ光が発生する。
【００１８】請求項３によれば、ブレークダウン媒質
は、少なくとも空気、Ｎ2 、又はＨｅのガスが用いられ
て励起レーザ光のパルス幅を短くする。請求項４によれ
ば、ブレークダウン媒質は、少なくともガス圧力により
励起レーザ光に対するブレークダウン強度が調整され
る。
は、少なくとも空気、Ｎ2 、又はＨｅのガスが用いられ
て励起レーザ光のパルス幅を短くする。請求項４によれ
ば、ブレークダウン媒質は、少なくともガス圧力により
励起レーザ光に対するブレークダウン強度が調整され
る。
【００１９】請求項５によれば、ブレークダウン媒質中
における励起レーザ光の集光点に空間フィルタを配置す
ることにより、波長変換に寄与しない空間周波数成分も
同時に除去され、非線形光学結晶の寿命を長くできる。
における励起レーザ光の集光点に空間フィルタを配置す
ることにより、波長変換に寄与しない空間周波数成分も
同時に除去され、非線形光学結晶の寿命を長くできる。
【００２０】
【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。なお、図７と同一部分には同一符号
を付してその詳しい説明は省略する。図１は高ピークパ
ワー波長変換パルスレーザ装置の構成図である。
参照して説明する。なお、図７と同一部分には同一符号
を付してその詳しい説明は省略する。図１は高ピークパ
ワー波長変換パルスレーザ装置の構成図である。
【００２１】レーザ光発生装置１と非線形光学結晶３と
の間のレーザ光路上には、光学的なブレークダウン媒質
１０が配置されている。なお、このブレークダウン媒質
１０は、媒質用の容器１１内に封入されており、この容
器１１には互いに対向する面にそれぞれ入射窓１２、出
射窓１３が設けられている。
の間のレーザ光路上には、光学的なブレークダウン媒質
１０が配置されている。なお、このブレークダウン媒質
１０は、媒質用の容器１１内に封入されており、この容
器１１には互いに対向する面にそれぞれ入射窓１２、出
射窓１３が設けられている。
【００２２】このブレークダウン媒質１０は、入射する
励起パルスレーザ光のパルス幅を短くし、かつプレーク
ダウンするしきい値をほぼ一定として出力する機能を有
している。
励起パルスレーザ光のパルス幅を短くし、かつプレーク
ダウンするしきい値をほぼ一定として出力する機能を有
している。
【００２３】このブレークダウン媒質１０は、具体的に
空気やＮ2 、Ｈｅ等のガスである。又、このブレークダ
ウン媒質１０によりブレークダウンの起こる強度は、媒
質の種類及びガス圧力の関数となっており、このガス圧
力により調整されるものとなっている。
空気やＮ2 、Ｈｅ等のガスである。又、このブレークダ
ウン媒質１０によりブレークダウンの起こる強度は、媒
質の種類及びガス圧力の関数となっており、このガス圧
力により調整されるものとなっている。
【００２４】このブレークダウン媒質１０の入射側には
短焦点レンズ１４が配置され、かつブレークダウン媒質
１０の出射側にはコリメートレンズ１５が配置されてい
る。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。
短焦点レンズ１４が配置され、かつブレークダウン媒質
１０の出射側にはコリメートレンズ１５が配置されてい
る。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。
【００２５】レーザ光発生装置１から出力された励起パ
ルスレーザ光は、短焦点レンズ１４により集束されて容
器１１の入射窓１２を通してブレークダウン媒質１０内
に入射する。
ルスレーザ光は、短焦点レンズ１４により集束されて容
器１１の入射窓１２を通してブレークダウン媒質１０内
に入射する。
【００２６】このブレークダウン媒質１０では、ブレー
クダウンが励起パルスレーザ光のある強度で起こると、
プラズマが発生してシールド効果が起き、その後の励起
パルスレーザ光が遮られる。
クダウンが励起パルスレーザ光のある強度で起こると、
プラズマが発生してシールド効果が起き、その後の励起
パルスレーザ光が遮られる。
【００２７】これにより、励起パルスレーザ光は、図２
(a) に示すようにそのピーク強度がやや減少するが、そ
のパルス幅はｔ１からｔ２へと非常に短くなる。このパ
ルス幅は、一般には半分以下となる。
(a) に示すようにそのピーク強度がやや減少するが、そ
のパルス幅はｔ１からｔ２へと非常に短くなる。このパ
ルス幅は、一般には半分以下となる。
【００２８】又、図２(a)(b)に示すようにブレークダウ
ンの起こるしきい値は、励起パルスレーザ光のピーク強
度が異なっていてもほぼ一定となる。これにより、励起
パルスレーザ光の出力値が変動したとしても、ブレーク
ダウン媒質１０から出射される励起パルスレーザ光のピ
ーク強度はほぼ一定となる。
ンの起こるしきい値は、励起パルスレーザ光のピーク強
度が異なっていてもほぼ一定となる。これにより、励起
パルスレーザ光の出力値が変動したとしても、ブレーク
ダウン媒質１０から出射される励起パルスレーザ光のピ
ーク強度はほぼ一定となる。
【００２９】このように励起パルスレーザ光は、ブレー
クダウン媒質１０を透過することによりパルス幅が短く
なるとともにピーク強度一定となり、これがコリメータ
レンズ１５により平行光に戻されて非線形光学結晶３に
入射する。
クダウン媒質１０を透過することによりパルス幅が短く
なるとともにピーク強度一定となり、これがコリメータ
レンズ１５により平行光に戻されて非線形光学結晶３に
入射する。
【００３０】この非線形光学結晶３は、励起パルスレー
ザ光の入射によって異なる波長のレーザ光を発生、例え
ば励起パルスレーザ光の波長ω１から波長ω２のパルス
レーザ光を発生する。
ザ光の入射によって異なる波長のレーザ光を発生、例え
ば励起パルスレーザ光の波長ω１から波長ω２のパルス
レーザ光を発生する。
【００３１】この非線形光学結晶３により波長変換され
たパルスレーザ光には、波長変換されない元の励起パル
スレーザ光の波長ω１と変換されたパルスレーザ光の波
長ω２とが混在しているので、ビームスプリッタ４によ
り波長ω１のパルスレーザ光と波長ω２のパルスレーザ
光とに分離される。
たパルスレーザ光には、波長変換されない元の励起パル
スレーザ光の波長ω１と変換されたパルスレーザ光の波
長ω２とが混在しているので、ビームスプリッタ４によ
り波長ω１のパルスレーザ光と波長ω２のパルスレーザ
光とに分離される。
【００３２】ところで、非線形光学結晶３のダメージ限
界は、その非線形光学結晶３の種類にもよるが、ほぼ単
位面積あたりに入射する励起パルスレーザ光のエネルギ
ーに依存する。
界は、その非線形光学結晶３の種類にもよるが、ほぼ単
位面積あたりに入射する励起パルスレーザ光のエネルギ
ーに依存する。
【００３３】すなわち、図３(a)(b)に示すように非線形
光学結晶３に対してダメージ限界のエネルギー（図示中
斜線部分）を単位面積に入射させた場合、励起パルスレ
ーザ光のパルス幅が短い程、非線形光学結晶３に高いピ
ーク強度の励起パルスレーザ光を入射できる。
光学結晶３に対してダメージ限界のエネルギー（図示中
斜線部分）を単位面積に入射させた場合、励起パルスレ
ーザ光のパルス幅が短い程、非線形光学結晶３に高いピ
ーク強度の励起パルスレーザ光を入射できる。
【００３４】この結果として非線形光学結晶３により得
られる波長変換されたパルスレーザ光のピーク強度は高
くなる。又、図４に示すようにそれぞれパルス幅の異な
る各励起パルスレーザ光Ｅ１、Ｅ２を用いた場合、これ
ら励起パルスレーザ光Ｅ１、Ｅ２の各ピーク強度が同一
であれば、非線形光学結晶３の波長変換により得られる
各パルスレーザ光の各ピーク強度は等しくなるが、これ
ら励起パルスレーザ光では、それぞれ非線形光学結晶３
に入射するエネルギーが、パルス幅の短い方が少ないの
で、その分だけ非線形光学結晶３に対するダメージが軽
減され、非線形光学結晶３の寿命を長くできる。
られる波長変換されたパルスレーザ光のピーク強度は高
くなる。又、図４に示すようにそれぞれパルス幅の異な
る各励起パルスレーザ光Ｅ１、Ｅ２を用いた場合、これ
ら励起パルスレーザ光Ｅ１、Ｅ２の各ピーク強度が同一
であれば、非線形光学結晶３の波長変換により得られる
各パルスレーザ光の各ピーク強度は等しくなるが、これ
ら励起パルスレーザ光では、それぞれ非線形光学結晶３
に入射するエネルギーが、パルス幅の短い方が少ないの
で、その分だけ非線形光学結晶３に対するダメージが軽
減され、非線形光学結晶３の寿命を長くできる。
【００３５】例えば、励起パルスレーザ光のパルス幅が
５０nsecの場合、ピーク強度１０ＭＷ／cm2 がダメージ
限界とすれば、パルス幅２０nsecの励起パルスレーザ光
に対して非線形光学結晶３のダメージ限界は２５ＭＷ／
cm2 程度となる。
５０nsecの場合、ピーク強度１０ＭＷ／cm2 がダメージ
限界とすれば、パルス幅２０nsecの励起パルスレーザ光
に対して非線形光学結晶３のダメージ限界は２５ＭＷ／
cm2 程度となる。
【００３６】励起パルスレーザ光からのエネルギーが、
例えば１００ｍＪ、励起パルスレーザ光のビーム面積１
cm2 とすれば、ピーク強度Ｉは、 Ｉ＝１００ｍＪ／５０nsec・１cm2 ＝２ＭＷ／cm2 …(2) となるので、最大の変換効率ηを得ようとすれば、励起
パルスレーザ光のビーム面積を５分の１になるように集
束させればよい。
例えば１００ｍＪ、励起パルスレーザ光のビーム面積１
cm2 とすれば、ピーク強度Ｉは、 Ｉ＝１００ｍＪ／５０nsec・１cm2 ＝２ＭＷ／cm2 …(2) となるので、最大の変換効率ηを得ようとすれば、励起
パルスレーザ光のビーム面積を５分の１になるように集
束させればよい。
【００３７】このときの変換効率ηを１０％とすれば、
非線形光学結晶３により波長変換されたパルスレーザ光
のエネルギーは、 １００ｍＪ・０．１＝１０ｍＪ …(3) となり、パルス幅は、
非線形光学結晶３により波長変換されたパルスレーザ光
のエネルギーは、 １００ｍＪ・０．１＝１０ｍＪ …(3) となり、パルス幅は、
【００３８】
【数２】 程度となり、ピークパワーは、
【００３９】
【数３】 となる。
【００４０】これに対し、上記本発明装置の場合、ブレ
ークダウン媒質１０のブレークダウンにより励起パルス
レーザ光が、例えばパルス幅２０nsec、エネルギー３０
ｍＪになれば、ピーク強度Ｉは、 Ｉ＝３０ｍＪ／２０nsec・１cm2 ＝１．５ＭＷ／cm2 …(6) となる。
ークダウン媒質１０のブレークダウンにより励起パルス
レーザ光が、例えばパルス幅２０nsec、エネルギー３０
ｍＪになれば、ピーク強度Ｉは、 Ｉ＝３０ｍＪ／２０nsec・１cm2 ＝１．５ＭＷ／cm2 …(6) となる。
【００４１】このようにピーク強度Ｉ（１．５ＭＷ／cm
2 ）は、上記ブレークダウン媒質１０の無いピーク強度
Ｉ（２ＭＷ／cm2 ）と比較して減少するものの、ダメー
ジ限界は上記の如く約２５ＭＷ／cm2 となるので、最大
の変換効率ηを得るのに励起パルスレーザ光のビーム面
積を、
2 ）は、上記ブレークダウン媒質１０の無いピーク強度
Ｉ（２ＭＷ／cm2 ）と比較して減少するものの、ダメー
ジ限界は上記の如く約２５ＭＷ／cm2 となるので、最大
の変換効率ηを得るのに励起パルスレーザ光のビーム面
積を、
【００４２】
【数４】 程度まで小さくできる。
【００４３】このときの変換効率ηは、２０％程度とな
るので、波長変換されたパルスレーザ光は、そのエネル
ギーが、 ３０×０．２＝６ｍＪ …(8) パルス幅が、
るので、波長変換されたパルスレーザ光は、そのエネル
ギーが、 ３０×０．２＝６ｍＪ …(8) パルス幅が、
【００４４】
【数５】 となる。従って、波長変換されたレーザ光のエネルキー
は小さくなるが、ピークパワーＰは、
は小さくなるが、ピークパワーＰは、
【００４５】
【数６】 となって大きくなる。
【００４６】このように上記第１の実施例においては、
励起パルスレーザ光を入力ミラー１４により集束してブ
レークダウン媒質１０に入射し、このブレークダウン媒
質１０を透過することによりそのパルス幅を短くして非
線形光学結晶３に入射し、この非線形光学結晶３で異な
る波長のパルスレーザ光を発生するようにしたので、非
線形光学結晶３に入射する励起パルスレーザ光のパルス
幅が短い程、高いピーク強度の励起レーザ光を入射で
き、結果として得られる波長変換されたレーザ光のピー
ク強度も高くなり、かつ非線形光学結晶３に入射するエ
ネルギーが少ない分だけ非線形光学結晶３に与えるダメ
ージを軽減でき、寿命を長くできる。
励起パルスレーザ光を入力ミラー１４により集束してブ
レークダウン媒質１０に入射し、このブレークダウン媒
質１０を透過することによりそのパルス幅を短くして非
線形光学結晶３に入射し、この非線形光学結晶３で異な
る波長のパルスレーザ光を発生するようにしたので、非
線形光学結晶３に入射する励起パルスレーザ光のパルス
幅が短い程、高いピーク強度の励起レーザ光を入射で
き、結果として得られる波長変換されたレーザ光のピー
ク強度も高くなり、かつ非線形光学結晶３に入射するエ
ネルギーが少ない分だけ非線形光学結晶３に与えるダメ
ージを軽減でき、寿命を長くできる。
【００４７】又、ブレークダウンの起こるしきい値は、
励起パルスレーザ光のピーク強度が異なっていてもほぼ
一定となるので、励起パルスレーザ光の出力値が変動し
たとしても、ブレークダウン媒質１０から出射される励
起パルスレーザ光のピーク強度をほぼ一定にできる。こ
れにより、レーザ加工等の応用に適用できる。
励起パルスレーザ光のピーク強度が異なっていてもほぼ
一定となるので、励起パルスレーザ光の出力値が変動し
たとしても、ブレークダウン媒質１０から出射される励
起パルスレーザ光のピーク強度をほぼ一定にできる。こ
れにより、レーザ加工等の応用に適用できる。
【００４８】又、容器１１内に封入されているブレーク
ダウン媒質１０のガス圧力を調整すれば、変換される波
長を調整して所望の波長を取り出すことができる。 (2) 次に本発明の第２の実施例について説明する。な
お、図１とと同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。
ダウン媒質１０のガス圧力を調整すれば、変換される波
長を調整して所望の波長を取り出すことができる。 (2) 次に本発明の第２の実施例について説明する。な
お、図１とと同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。
【００４９】図５は高ピークパワー波長変換パルスレー
ザ装置の構成図である。ブレークダウン媒質１０を封入
する容器１１における励起パルスレーザ光の焦点位置に
は、空間フィルターとしてのピンホール２０が配置され
ている。
ザ装置の構成図である。ブレークダウン媒質１０を封入
する容器１１における励起パルスレーザ光の焦点位置に
は、空間フィルターとしてのピンホール２０が配置され
ている。
【００５０】このピンホール２０は、波長変換に寄与し
ない空間周波数成分を除去する機能を有している。かか
る構成であれば、レーザ光発生装置１から出力された励
起パルスレーザ光は、短焦点レンズ１４により集束され
てブレークダウン媒質１０内に入射する。
ない空間周波数成分を除去する機能を有している。かか
る構成であれば、レーザ光発生装置１から出力された励
起パルスレーザ光は、短焦点レンズ１４により集束され
てブレークダウン媒質１０内に入射する。
【００５１】このブレークダウン媒質１０では、ブレー
クダウンが励起パルスレーザ光のある強度で起こると、
プラズマが発生してシールド効果が起き、その後の励起
パルスレーザ光が遮られる。
クダウンが励起パルスレーザ光のある強度で起こると、
プラズマが発生してシールド効果が起き、その後の励起
パルスレーザ光が遮られる。
【００５２】これにより、励起パルスレーザ光は、上記
の如くそのピーク強度がやや減少するが、そのパルス幅
は非常に短くなる。又、励起パルスレーザ光は、ピンホ
ール２０を通過することにより、波長変換に寄与しない
空間高調波成分が除去される。
の如くそのピーク強度がやや減少するが、そのパルス幅
は非常に短くなる。又、励起パルスレーザ光は、ピンホ
ール２０を通過することにより、波長変換に寄与しない
空間高調波成分が除去される。
【００５３】このように励起パルスレーザ光は、ブレー
クダウン媒質１０を透過することによりパルス幅が短く
なるとともにピーク強度一定となり、かつ波長変換に寄
与しない空間高調波成分が除去され、これがコリメータ
レンズ１５により平行光に戻されて非線形光学結晶３に
入射する。
クダウン媒質１０を透過することによりパルス幅が短く
なるとともにピーク強度一定となり、かつ波長変換に寄
与しない空間高調波成分が除去され、これがコリメータ
レンズ１５により平行光に戻されて非線形光学結晶３に
入射する。
【００５４】この非線形光学結晶３は、励起パルスレー
ザ光の入射によって異なる波長のレーザ光を発生、例え
ば励起パルスレーザ光の波長ω１から波長ω２のパルス
レーザ光を発生する。
ザ光の入射によって異なる波長のレーザ光を発生、例え
ば励起パルスレーザ光の波長ω１から波長ω２のパルス
レーザ光を発生する。
【００５５】ここで、図６は非線形光学結晶３を透過す
る励起パルスレーザ光の広がり角を示しており、ピンホ
ール２０を励起パルスレーザ光が通過することにより、
広がり角は小さくなる。
る励起パルスレーザ光の広がり角を示しており、ピンホ
ール２０を励起パルスレーザ光が通過することにより、
広がり角は小さくなる。
【００５６】これにより、非線形光学結晶３の位相整合
許容角が小さい場合には、励起パルスレーザ光をピンホ
ール２０に通過させて励起パルスレーザ光の広がり角を
小さくすることが最適となる。
許容角が小さい場合には、励起パルスレーザ光をピンホ
ール２０に通過させて励起パルスレーザ光の広がり角を
小さくすることが最適となる。
【００５７】すなわち、非線形光学結晶３の位相整合許
容角が小さい場合には、励起パルスレーザ光の広がり角
が大きいと、波長変換に寄与しない空間高調波成分を入
射して余分な成分を波長変換するからである。
容角が小さい場合には、励起パルスレーザ光の広がり角
が大きいと、波長変換に寄与しない空間高調波成分を入
射して余分な成分を波長変換するからである。
【００５８】この非線形光学結晶３を透過後のレーザ光
は、ビームスプリッタ４により波長ω１のレーザ光と波
長ω２のパルスレーザ光とに分離される。このように第
２の実施例においては、ブレークダウン媒質１０中の励
起パルスレーザ光の焦点位置にピンホール２０を配置し
たので、上記第１の実施例の効果に加え、非線形光学結
晶３の位相整合許容角が小さい場合に問題となる波長変
換に寄与しない空間高調波成分を除去できて非線形光学
結晶３の寿命を長くできる。
は、ビームスプリッタ４により波長ω１のレーザ光と波
長ω２のパルスレーザ光とに分離される。このように第
２の実施例においては、ブレークダウン媒質１０中の励
起パルスレーザ光の焦点位置にピンホール２０を配置し
たので、上記第１の実施例の効果に加え、非線形光学結
晶３の位相整合許容角が小さい場合に問題となる波長変
換に寄与しない空間高調波成分を除去できて非線形光学
結晶３の寿命を長くできる。
【００５９】なお、本発明は、上記各実施例に限定され
るものでなく次の通りに変形してもよい。例えば、非線
形光学結晶３により変換された各波長のレーザ光を分離
する方法としては、非線形光学結晶３の入射側と出射側
とにそれぞれ適切な反射特性を有する複数のミラー、例
えば図８に示す入力ミラー５、出力ミラー６を配置して
光共振器を構成してもよい。
るものでなく次の通りに変形してもよい。例えば、非線
形光学結晶３により変換された各波長のレーザ光を分離
する方法としては、非線形光学結晶３の入射側と出射側
とにそれぞれ適切な反射特性を有する複数のミラー、例
えば図８に示す入力ミラー５、出力ミラー６を配置して
光共振器を構成してもよい。
【００６０】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、非
線形光学結晶３による波長変換レーザ光のピークパワー
変換効率と出力安定度を改善した高ピークパワー波長変
換パルスレーザ装置を提供できる。
線形光学結晶３による波長変換レーザ光のピークパワー
変換効率と出力安定度を改善した高ピークパワー波長変
換パルスレーザ装置を提供できる。
【図１】本発明に係わる高ピークパワー波長変換パルス
レーザ装置の第１の実施例を示す構成図。
レーザ装置の第１の実施例を示す構成図。
【図２】ブレークダウン媒質によりブレークダウンした
ときのパルス波形を示す図。
ときのパルス波形を示す図。
【図３】パルス幅の異なる各励起パルスレーザ光に対す
る各波長変換光の波形図。
る各波長変換光の波形図。
【図４】同一のピーク強度でパルス幅の異なる各励起パ
ルスレーザ光に対する各波長変換光の波形図。
ルスレーザ光に対する各波長変換光の波形図。
【図５】本発明に係わる高ピークパワー波長変換パルス
レーザ装置の第２の実施例を示す構成図。
レーザ装置の第２の実施例を示す構成図。
【図６】励起パルスレーザ光の広がり角を示す図。
【図７】従来の波長変換パルスレーザ装置の構成図。
【図８】従来の波長変換パルスレーザ装置の構成図。
１…レーザ光発生装置、３…非線形光学結晶、１０…ブ
レークダウン媒質、１１…媒質用の容器、１２…入射
窓、１３…出射窓、１４…短焦点レンズ、１５…コリメ
ートレンズ。
レークダウン媒質、１１…媒質用の容器、１２…入射
窓、１３…出射窓、１４…短焦点レンズ、１５…コリメ
ートレンズ。
Claims (5)
- 【請求項１】 励起レーザ光を非線形光学結晶に入射さ
せて波長の異なるパルスレーザ光を発生させる高ピーク
パワー波長変換パルスレーザ装置において、 前記非線形光学結晶の入射側に前記励起レーザ光に対す
る光学的なブレークダウン媒質を配置することを特徴と
する高ピークパワー波長変換パルスレーザ装置。 - 【請求項２】 励起レーザ光を非線形光学結晶に入射さ
せて波長の異なるパルスレーザ光を発生させる高ピーク
パワー波長変換パルスレーザ装置において、 前記非線形光学結晶の入射側に配置され前記励起レーザ
光に対する光学的なブレークダウン媒質と、 このブレークダウン媒質の入射側に配置されて前記励起
レーザ光を集光して前記ブレークダウン媒質に入射させ
る入力ミラーと、 前記ブレークダウン媒質の出射側に配置されて前記ブレ
ークダウン媒質からの出射光を平行光に戻すコリメート
レンズと、を具備したことを特徴とする高ピークパワー
波長変換パルスレーザ装置。 - 【請求項３】 ブレークダウン媒質は、少なくとも空
気、Ｎ2 、又はＨｅのガスであることを特徴とする請求
項１又は２記載の高ピークパワー波長変換パルスレーザ
装置。 - 【請求項４】 ブレークダウン媒質は、少なくともガス
圧力により励起レーザ光に対するブレークダウン強度を
調整することを特徴とする請求項１又は２記載の高ピー
クパワー波長変換パルスレーザ装置。 - 【請求項５】 ブレークダウン媒質中における励起レー
ザ光の集光点に空間フィルタを配置することを特徴とす
る請求項１又は２記載の高ピークパワー波長変換パルス
レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17131894A JPH0836198A (ja) | 1994-07-22 | 1994-07-22 | 高ピークパワー波長変換パルスレーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17131894A JPH0836198A (ja) | 1994-07-22 | 1994-07-22 | 高ピークパワー波長変換パルスレーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0836198A true JPH0836198A (ja) | 1996-02-06 |
Family
ID=15921027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17131894A Pending JPH0836198A (ja) | 1994-07-22 | 1994-07-22 | 高ピークパワー波長変換パルスレーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0836198A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107810443A (zh) * | 2015-07-01 | 2018-03-16 | 科磊股份有限公司 | 功率可扩展的非线性光波长转换器 |
-
1994
- 1994-07-22 JP JP17131894A patent/JPH0836198A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107810443A (zh) * | 2015-07-01 | 2018-03-16 | 科磊股份有限公司 | 功率可扩展的非线性光波长转换器 |
| CN107810443B (zh) * | 2015-07-01 | 2021-05-14 | 科磊股份有限公司 | 功率可扩展的非线性光波长转换器 |
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