JPH10186428A - レーザ光発生装置 - Google Patents
レーザ光発生装置Info
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- JPH10186428A JPH10186428A JP8348869A JP34886996A JPH10186428A JP H10186428 A JPH10186428 A JP H10186428A JP 8348869 A JP8348869 A JP 8348869A JP 34886996 A JP34886996 A JP 34886996A JP H10186428 A JPH10186428 A JP H10186428A
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- nonlinear optical
- optical crystal
- crystal
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/3501—Constructional details or arrangements of non-linear optical devices, e.g. shape of non-linear crystals
- G02F1/3507—Arrangements comprising two or more nonlinear optical devices
-
- G—PHYSICS
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3534—Three-wave interaction, e.g. sum-difference frequency generation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 基本波Ｒ1より、２次高調波発生用非線形光
学結晶２、４次高調波発生用非線形光学結晶１０及び５
次高調波発生用非線形光学結晶１２を用いて、５次高調
波を発生せしめる装置において、結晶を含む光学系の損
傷を減少させつつ、限られた基本平均パワーから最大限
の５次高調波平均パワーを得る。 【解決手段】 ２次高調波発生用非線形光学結晶２の結
晶長、結晶温度、結晶の角度、結晶印加電圧、入射光の
中心波長、入射光の波長分布のうちのいずれか１以上を
選択または制御することにより、２次高調波発生用非線
形光学結晶２内での２次高調波の時間平均発生出力を結
晶内部へ入射する基本波Ｒ1の時間平均出力に対する５
０％から７０％の間に設定する。
学結晶２、４次高調波発生用非線形光学結晶１０及び５
次高調波発生用非線形光学結晶１２を用いて、５次高調
波を発生せしめる装置において、結晶を含む光学系の損
傷を減少させつつ、限られた基本平均パワーから最大限
の５次高調波平均パワーを得る。 【解決手段】 ２次高調波発生用非線形光学結晶２の結
晶長、結晶温度、結晶の角度、結晶印加電圧、入射光の
中心波長、入射光の波長分布のうちのいずれか１以上を
選択または制御することにより、２次高調波発生用非線
形光学結晶２内での２次高調波の時間平均発生出力を結
晶内部へ入射する基本波Ｒ1の時間平均出力に対する５
０％から７０％の間に設定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微細加工、露光装
置用光源、照明装置等に用いられるレーザ光発生装置に
関する技術分野に属する。
置用光源、照明装置等に用いられるレーザ光発生装置に
関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】従来、レーザ光の５次高調波発生は、繰
返し周波数の小さい、ピークパワーの高いレーザで行わ
れてきた。固体レーザであれば、毎秒１パルスから１０
０パルス程度の繰返し周波数で、ピークパワーの極めて
高いパルスを用い、波長変換用結晶の損傷を回避するた
めに、ほぼ平行光でビーム径を大きくとる方式が一般的
であるが、結晶の損傷が大きいため、一部の科学実験的
な用途以外の産業用に利用されたことは少なかった（加
藤洌、レーザ研究、第１８巻、ｐｐ．３−７）（W.Wiec
hmann，他、“ Post Deadline Papers of CLEO”１９９
５、ＣＰＤ１９．）（出来恭一、他、１９９６年秋季第
５７回応用物理学会学術講演会予稿集、７ａ−Ｍ−９、
ｐａｇｅ８２７．）。したがって、効率の最適化につい
ての提案はされていない。また、露光装置用の紫外光源
では繰返し周波数が高いことが、スペックル除去の観点
から有利である。しかし、波長変換の各段階で効率を最
大にしたり、ビーム形状を制御する提案（久保田重夫、
他、の発明による特許出願「紫外レーザのビームフォー
カスの最適化」）以外には、やはり、全体としての効率
についての最適化の提案はなされていない。
返し周波数の小さい、ピークパワーの高いレーザで行わ
れてきた。固体レーザであれば、毎秒１パルスから１０
０パルス程度の繰返し周波数で、ピークパワーの極めて
高いパルスを用い、波長変換用結晶の損傷を回避するた
めに、ほぼ平行光でビーム径を大きくとる方式が一般的
であるが、結晶の損傷が大きいため、一部の科学実験的
な用途以外の産業用に利用されたことは少なかった（加
藤洌、レーザ研究、第１８巻、ｐｐ．３−７）（W.Wiec
hmann，他、“ Post Deadline Papers of CLEO”１９９
５、ＣＰＤ１９．）（出来恭一、他、１９９６年秋季第
５７回応用物理学会学術講演会予稿集、７ａ−Ｍ−９、
ｐａｇｅ８２７．）。したがって、効率の最適化につい
ての提案はされていない。また、露光装置用の紫外光源
では繰返し周波数が高いことが、スペックル除去の観点
から有利である。しかし、波長変換の各段階で効率を最
大にしたり、ビーム形状を制御する提案（久保田重夫、
他、の発明による特許出願「紫外レーザのビームフォー
カスの最適化」）以外には、やはり、全体としての効率
についての最適化の提案はなされていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、５次高調波
は３段階の波長変換を経て得られるために５次高調波を
得るための光学系が複雑になること、紫外光が発生する
と光学部品に損傷が入りやすいこと、産業用にあまり用
いられてこなかったことなどから、上述のように、定量
的最適化の問題が省みられてこなかった。
は３段階の波長変換を経て得られるために５次高調波を
得るための光学系が複雑になること、紫外光が発生する
と光学部品に損傷が入りやすいこと、産業用にあまり用
いられてこなかったことなどから、上述のように、定量
的最適化の問題が省みられてこなかった。
【０００４】しかるに、５次高調波の発生効率は、波長
変換の段階が多いため、効率が低いという面を有する。
したがって、５次高調波を産業用途に応用するにあたっ
ては、発生効率を最大にする必要がある。そのため、２
次高調波発生効率を最大にすると、極論すれば１００％
の変換を行うと、２次高調波から４次高調波発生後に、
これと基本波を和周波混合して５次高調波を発生するこ
とができず、効率は０になってしまう。したがって、２
次高調波発生の最適効率が存在することになるが、現在
までこの定量化がされていない。
変換の段階が多いため、効率が低いという面を有する。
したがって、５次高調波を産業用途に応用するにあたっ
ては、発生効率を最大にする必要がある。そのため、２
次高調波発生効率を最大にすると、極論すれば１００％
の変換を行うと、２次高調波から４次高調波発生後に、
これと基本波を和周波混合して５次高調波を発生するこ
とができず、効率は０になってしまう。したがって、２
次高調波発生の最適効率が存在することになるが、現在
までこの定量化がされていない。
【０００５】本発明は、上述の実情に鑑みて提案される
ものであって、基本波の平均出力に対する５次高調波の
平均出力の効率を最大限に近づけるためには、２次高調
波の発生効率を一定範囲内に制御することが必要である
ことを示し、さらに、この範囲を定量化することで、効
率の高い５次高調波発生を行うレーザ光発生装置の提供
という課題を解決しようとするものである。
ものであって、基本波の平均出力に対する５次高調波の
平均出力の効率を最大限に近づけるためには、２次高調
波の発生効率を一定範囲内に制御することが必要である
ことを示し、さらに、この範囲を定量化することで、効
率の高い５次高調波発生を行うレーザ光発生装置の提供
という課題を解決しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明は、５次高調波発生を行うレーザ光発生装置
においては、５次高調波の発生効率が２次高調波の発生
効率の関数になっており、最適な２次高調波の発生効率
が存在することを示し、さらに、最適な発生効率の範囲
を明かにすることで、５次高調波の最大効率での使用を
可能にする。
め、本発明は、５次高調波発生を行うレーザ光発生装置
においては、５次高調波の発生効率が２次高調波の発生
効率の関数になっており、最適な２次高調波の発生効率
が存在することを示し、さらに、最適な発生効率の範囲
を明かにすることで、５次高調波の最大効率での使用を
可能にする。
【０００７】すなわち、本発明に係るレーザ光発生装置
は、基本波となる連続波レーザ光を発する光源と、基本
波が入射される２次高調波発生用非線形光学結晶と、２
次高調波発生用非線形光学結晶において発生された２次
高調波が入射される４次高調波発生用非線形光学結晶
と、２次高調波発生用非線形光学結晶を透過した基本波
及び４次高調波発生用非線形光学結晶において発生され
た４次高調波が入射されこれらを和周波混合して５次高
調波を発生する５次高調波発生用非線形光学結晶とを備
え、２次高調波発生用非線形光学結晶内での２次高調波
の時間平均発生出力は、この２次高調波発生用非線形光
学結晶内部へ入射される基本波の時間平均出力に対し
て、５０％乃至７０％の間に設定されているものであ
る。
は、基本波となる連続波レーザ光を発する光源と、基本
波が入射される２次高調波発生用非線形光学結晶と、２
次高調波発生用非線形光学結晶において発生された２次
高調波が入射される４次高調波発生用非線形光学結晶
と、２次高調波発生用非線形光学結晶を透過した基本波
及び４次高調波発生用非線形光学結晶において発生され
た４次高調波が入射されこれらを和周波混合して５次高
調波を発生する５次高調波発生用非線形光学結晶とを備
え、２次高調波発生用非線形光学結晶内での２次高調波
の時間平均発生出力は、この２次高調波発生用非線形光
学結晶内部へ入射される基本波の時間平均出力に対し
て、５０％乃至７０％の間に設定されているものであ
る。
【０００８】また、本発明に係るレーザ光発生装置は、
基本波となるパルスレーザ光を発する光源と、基本波が
入射される２次高調波発生用非線形光学結晶と、２次高
調波発生用非線形光学結晶において発生された２次高調
波が入射される４次高調波発生用非線形光学結晶と、２
次高調波発生用非線形光学結晶を透過した基本波及び４
次高調波発生用非線形光学結晶において発生された４次
高調波が入射され、これらを和周波混合して５次高調波
を発生する５次高調波発生用非線形光学結晶とを備え、
２次高調波発生用非線形光学結晶内での２次高調波の時
間平均発生出力は、この２次高調波発生用非線形光学結
晶内部へ入射される基本波の時間平均出力に対して、４
７％乃至５７％の間に設定されているものである。
基本波となるパルスレーザ光を発する光源と、基本波が
入射される２次高調波発生用非線形光学結晶と、２次高
調波発生用非線形光学結晶において発生された２次高調
波が入射される４次高調波発生用非線形光学結晶と、２
次高調波発生用非線形光学結晶を透過した基本波及び４
次高調波発生用非線形光学結晶において発生された４次
高調波が入射され、これらを和周波混合して５次高調波
を発生する５次高調波発生用非線形光学結晶とを備え、
２次高調波発生用非線形光学結晶内での２次高調波の時
間平均発生出力は、この２次高調波発生用非線形光学結
晶内部へ入射される基本波の時間平均出力に対して、４
７％乃至５７％の間に設定されているものである。
【０００９】このレーザ光発生装置において、２次高調
波発生用非線形光学結晶内での２次高調波の時間平均発
生出力は、この２次高調波発生用非線形光学結晶の結晶
長、結晶温度、結晶の角度、結晶印加電圧、入射光の中
心波長、入射光の波長分布の選択または制御のうちのい
ずれか一以上により、制御することができる。
波発生用非線形光学結晶内での２次高調波の時間平均発
生出力は、この２次高調波発生用非線形光学結晶の結晶
長、結晶温度、結晶の角度、結晶印加電圧、入射光の中
心波長、入射光の波長分布の選択または制御のうちのい
ずれか一以上により、制御することができる。
【００１０】本発明においては、基本波の一定の時間平
均出力から、最大限に近い５次高調波平均出力を得るこ
とができるので、基本波を出力する光源における必要パ
ワーを低減し、あるいは、最大出力の５次高調波を発生
させることができる。さらに、本発明においては、必要
以上に紫外光を発生して光学系の損傷を拡大することが
ないので、装置の寿命を延長させることができる。
均出力から、最大限に近い５次高調波平均出力を得るこ
とができるので、基本波を出力する光源における必要パ
ワーを低減し、あるいは、最大出力の５次高調波を発生
させることができる。さらに、本発明においては、必要
以上に紫外光を発生して光学系の損傷を拡大することが
ないので、装置の寿命を延長させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。
を参照しながら説明する。
【００１２】本発明に係るレーザ光発生装置は、連続波
またはパルス光を発する光源を有し、この光源より、図
１に示すように、連続波またはパルス光である基本波
（入射レーザ光）Ｒ1が入射される。この基本波Ｒ1は、
レンズ１により、２次高調波発生（ＳＨＧ）用非線形光
学結晶２中に絞り込まれる。基本波Ｒ1のピークパワー
が高い場合には、そのピーク強度が２次高調波発生用非
線形光学結晶２の損傷限界を越えない程度に絞り込む
か、または、全く絞らなくても、所望の効率を得られる
こともある。この２次高調波発生用非線形光学結晶２か
らは、２次高調波Ｒ3と、変換されずにこの２次高調波
発生用非線形光学結晶２を透過する基本波Ｒ2とが射出
される。
またはパルス光を発する光源を有し、この光源より、図
１に示すように、連続波またはパルス光である基本波
（入射レーザ光）Ｒ1が入射される。この基本波Ｒ1は、
レンズ１により、２次高調波発生（ＳＨＧ）用非線形光
学結晶２中に絞り込まれる。基本波Ｒ1のピークパワー
が高い場合には、そのピーク強度が２次高調波発生用非
線形光学結晶２の損傷限界を越えない程度に絞り込む
か、または、全く絞らなくても、所望の効率を得られる
こともある。この２次高調波発生用非線形光学結晶２か
らは、２次高調波Ｒ3と、変換されずにこの２次高調波
発生用非線形光学結晶２を透過する基本波Ｒ2とが射出
される。
【００１３】２次高調波発生用非線形光学結晶２から出
射された２次高調波Ｒ3と基本波Ｒ2とは、レンズ３によ
りほぼ平行光にコリメートされ、ダイクロイックミラー
４により、基本波Ｒ2と２次高調波Ｒ3とに分離される。
このダイクロイックミラー４において、２次高調波Ｒ3
は、ほぼ９０°偏向される（ただし、この偏向角は、９
０°に限られるものではない）。また、このダイクロイ
ックミラー４において、基本波Ｒ2は、そのまま進む。
射された２次高調波Ｒ3と基本波Ｒ2とは、レンズ３によ
りほぼ平行光にコリメートされ、ダイクロイックミラー
４により、基本波Ｒ2と２次高調波Ｒ3とに分離される。
このダイクロイックミラー４において、２次高調波Ｒ3
は、ほぼ９０°偏向される（ただし、この偏向角は、９
０°に限られるものではない）。また、このダイクロイ
ックミラー４において、基本波Ｒ2は、そのまま進む。
【００１４】そして、２次高調波Ｒ3は、ミラー８で反
射された後、レンズ９により、４次高調波発生用非線形
光学結晶（ＦＨＧ）１０中に絞り込まれる。この４次高
調波発生用非線形光学結晶１０においては、４次高調波
Ｒ4が発生し、射出される。この４次高調波Ｒ4は、レン
ズ１１で絞られ、ダイクロイックミラー７に至る。
射された後、レンズ９により、４次高調波発生用非線形
光学結晶（ＦＨＧ）１０中に絞り込まれる。この４次高
調波発生用非線形光学結晶１０においては、４次高調波
Ｒ4が発生し、射出される。この４次高調波Ｒ4は、レン
ズ１１で絞られ、ダイクロイックミラー７に至る。
【００１５】一方、上記基本波Ｒ2は、反射ミラー５及
びレンズ６を経て、上記ダイクロイックミラー７に至
る。なお、反射ミラー５とレンズ６との位置関係は、逆
にしても（入れ換えても）よい。このダイクロイックミ
ラー７において、４次高調波Ｒ4と基本波Ｒ2とは、合波
され、５次高調波発生用非線形光学結晶１２に入射され
る。この５次高調波発生用非線形光学結晶１２中では、
４次高調波Ｒ4と基本波Ｒ2との和周波混合により５次高
調波Ｒ5が発生する。発生した５次高調波Ｒ5は、５次高
調波発生用非線形光学結晶１２より射出され、三角プリ
ズム１３を透過することにより他の波長の光より分離さ
れ、パワーメータ１４の受光部に入射される。この５次
高調波Ｒ5は、パワーメータ１４により、パワーをモニ
タされる。
びレンズ６を経て、上記ダイクロイックミラー７に至
る。なお、反射ミラー５とレンズ６との位置関係は、逆
にしても（入れ換えても）よい。このダイクロイックミ
ラー７において、４次高調波Ｒ4と基本波Ｒ2とは、合波
され、５次高調波発生用非線形光学結晶１２に入射され
る。この５次高調波発生用非線形光学結晶１２中では、
４次高調波Ｒ4と基本波Ｒ2との和周波混合により５次高
調波Ｒ5が発生する。発生した５次高調波Ｒ5は、５次高
調波発生用非線形光学結晶１２より射出され、三角プリ
ズム１３を透過することにより他の波長の光より分離さ
れ、パワーメータ１４の受光部に入射される。この５次
高調波Ｒ5は、パワーメータ１４により、パワーをモニ
タされる。
【００１６】具体例として、光源としては、連続波の半
導体レーザで励起され、波長１０６４ｎｍで発振する繰
返し周波数７ｋＨｚ前後のＱスイッチＮｄ：ＹＡＧパル
スレーザが考えられる。２次高調波発生用非線形光学結
晶としては、損傷閾値の高いＬＢＯ結晶（リチウムトリ
ボレート結晶）、または、ＢＢＯ結晶（バリウムボレイ
ト結晶）等が適している。
導体レーザで励起され、波長１０６４ｎｍで発振する繰
返し周波数７ｋＨｚ前後のＱスイッチＮｄ：ＹＡＧパル
スレーザが考えられる。２次高調波発生用非線形光学結
晶としては、損傷閾値の高いＬＢＯ結晶（リチウムトリ
ボレート結晶）、または、ＢＢＯ結晶（バリウムボレイ
ト結晶）等が適している。
【００１７】ＬＢＯ結晶については、例えば常温でタイ
プ１の位相整合が可能な結晶が市販、実用化されてい
る。このＬＢＯ結晶では、ウォークオフが小さく、相互
作用長が長くとれる。また、ＬＢＯ結晶には、出射され
る基本波Ｒ2と２次高調波Ｒ3との近視野における位置ず
れが小さいという特徴がある。特に、約１５０°Ｃで使
用するノンクリティカルなタイプ１位相整合結晶では、
ウォークオフをゼロにできる。
プ１の位相整合が可能な結晶が市販、実用化されてい
る。このＬＢＯ結晶では、ウォークオフが小さく、相互
作用長が長くとれる。また、ＬＢＯ結晶には、出射され
る基本波Ｒ2と２次高調波Ｒ3との近視野における位置ず
れが小さいという特徴がある。特に、約１５０°Ｃで使
用するノンクリティカルなタイプ１位相整合結晶では、
ウォークオフをゼロにできる。
【００１８】４次高調波発生用非線形光学結晶として
は、ＢＢＯ結晶、β−ＢＢＯ結晶（ベータバリウムボレ
イト結晶）、ＣＬＢＯ結晶等が有名である。繰返し周波
数の遅い場合はＣＬＢＯ結晶が適しているが、繰返し周
波数が早く（例えば１ｋＨｚ以上）なると、熱伝導性の
勝るＢＢＯ結晶が有利であると考えられる。このＢＢＯ
結晶では、ウォークオフが大きいので、この方向のビー
ム径が細くなると相互作用長が短くなる。また、４次高
調波の波長は２６６ｎｍになるので、ビームの細い部分
や空間ピークのある部分で、結晶、または、コーティン
グを損傷する可能性があるので注意を要する。
は、ＢＢＯ結晶、β−ＢＢＯ結晶（ベータバリウムボレ
イト結晶）、ＣＬＢＯ結晶等が有名である。繰返し周波
数の遅い場合はＣＬＢＯ結晶が適しているが、繰返し周
波数が早く（例えば１ｋＨｚ以上）なると、熱伝導性の
勝るＢＢＯ結晶が有利であると考えられる。このＢＢＯ
結晶では、ウォークオフが大きいので、この方向のビー
ム径が細くなると相互作用長が短くなる。また、４次高
調波の波長は２６６ｎｍになるので、ビームの細い部分
や空間ピークのある部分で、結晶、または、コーティン
グを損傷する可能性があるので注意を要する。
【００１９】また、この例において、発生した波長２１
３ｎｍの５次高調波を三角プリズム１３で分光する場合
において、プリズム面での反射を低減して最大限５次高
調波を有効利用するためには、この５次高調波は、プリ
ズム面に対するＰ偏光（図１における紙面内の偏光）で
あることが望ましい。５次高調波がプリズム面に対する
Ｓ偏光で得られた場合には、波長２１３ｎｍに対する２
分の１波長板（旋光子）を用いて、偏光方向を回転させ
る必要があるが、この場合には、４次高調波を含む紫外
光での損失が多少存在すること、及び、２分の１波長板
でＰ偏光に回転させる際にも２分の１波長板の材質とな
る例えば水晶自体及びコーティングが損傷を受けやすい
ためである。５次高調波発生用非線形光学結晶として
は、β−ＢＢＯ結晶が適している。
３ｎｍの５次高調波を三角プリズム１３で分光する場合
において、プリズム面での反射を低減して最大限５次高
調波を有効利用するためには、この５次高調波は、プリ
ズム面に対するＰ偏光（図１における紙面内の偏光）で
あることが望ましい。５次高調波がプリズム面に対する
Ｓ偏光で得られた場合には、波長２１３ｎｍに対する２
分の１波長板（旋光子）を用いて、偏光方向を回転させ
る必要があるが、この場合には、４次高調波を含む紫外
光での損失が多少存在すること、及び、２分の１波長板
でＰ偏光に回転させる際にも２分の１波長板の材質とな
る例えば水晶自体及びコーティングが損傷を受けやすい
ためである。５次高調波発生用非線形光学結晶として
は、β−ＢＢＯ結晶が適している。
【００２０】また、本発明に係るレーザ光発生装置は、
図２に示すように、一部のレンズの代わりに凹面ミラー
を用いて構成することもできる（Laser Focus World ,M
ay 1995 表紙）。凹面ミラーの場合、レンズ材質の波長
分散による色収差がないため、基本波Ｒ2と４次高調波
Ｒ4とを同軸上に配置しても、５次高調波発生用非線形
光学結晶１２内での焦点のずれは小さい。また、この例
では、４次高調波発生用非線形光学結晶１０で発生され
た４次高調波と、同時にこの４次高調波発生用非線形光
学結晶１０を透過する基本波Ｒ2との近視野での位置ず
れを補正するために、ウェッジプリズム１６を平行光中
に配置し、５次高調波発生用非線形光学結晶１２内での
両者の重なりを改善し効率を上げている。また、この例
では、波長変換主要部を基板上に配設して安定性を改善
している。
図２に示すように、一部のレンズの代わりに凹面ミラー
を用いて構成することもできる（Laser Focus World ,M
ay 1995 表紙）。凹面ミラーの場合、レンズ材質の波長
分散による色収差がないため、基本波Ｒ2と４次高調波
Ｒ4とを同軸上に配置しても、５次高調波発生用非線形
光学結晶１２内での焦点のずれは小さい。また、この例
では、４次高調波発生用非線形光学結晶１０で発生され
た４次高調波と、同時にこの４次高調波発生用非線形光
学結晶１０を透過する基本波Ｒ2との近視野での位置ず
れを補正するために、ウェッジプリズム１６を平行光中
に配置し、５次高調波発生用非線形光学結晶１２内での
両者の重なりを改善し効率を上げている。また、この例
では、波長変換主要部を基板上に配設して安定性を改善
している。
【００２１】すなわち、基本波Ｒ1は、レンズ１によ
り、２次高調波発生用非線形光学結晶２中に絞り込まれ
る。この２次高調波発生用非線形光学結晶２からは、２
次高調波Ｒ3と、変換されずにこの２次高調波発生用非
線形光学結晶２を透過する基本波Ｒ2とが射出される。
り、２次高調波発生用非線形光学結晶２中に絞り込まれ
る。この２次高調波発生用非線形光学結晶２からは、２
次高調波Ｒ3と、変換されずにこの２次高調波発生用非
線形光学結晶２を透過する基本波Ｒ2とが射出される。
【００２２】２次高調波発生用非線形光学結晶２から出
射された２次高調波Ｒ3と基本波Ｒ2とは、レンズ３を経
て、４次高調波発生用非線形光学結晶１０中に絞り込ま
れる。この４次高調波発生用非線形光学結晶１０におい
ては、２次高調波Ｒ3より４次高調波Ｒ4が発生し、射出
される。また、基本波Ｒ2の大部分は、この４次高調波
発生用非線形光学結晶１０をそのまま透過する。これら
基本波Ｒ2及び４次高調波Ｒ4は、第１の凹面ミラー１５
でほぼ平行光となされ、ウェッジプリズム１６を透過し
て、第２の凹面ミラー１７に至る。基本波Ｒ2及び４次
高調波Ｒ4は、ウェッジプリズム１６により、近視野で
の位置ずれを補正される。第２の凹面ミラー１７は、基
本波Ｒ2及び４次高調波Ｒ4を５次高調波発生用非線形光
学結晶１２内に絞り込む。この５次高調波発生用非線形
光学結晶１２中では、４次高調波Ｒ4と基本波Ｒ2との和
周波混合により、５次高調波Ｒ5が発生する。発生した
５次高調波Ｒ5は、５次高調波発生用非線形光学結晶１
２より射出され、三角プリズム１３を透過することによ
り他の波長の光より分離され、パワーメータ１４の受光
部に入射される。この５次高調波Ｒ5は、パワーメータ
１４により、パワーをモニタされる。
射された２次高調波Ｒ3と基本波Ｒ2とは、レンズ３を経
て、４次高調波発生用非線形光学結晶１０中に絞り込ま
れる。この４次高調波発生用非線形光学結晶１０におい
ては、２次高調波Ｒ3より４次高調波Ｒ4が発生し、射出
される。また、基本波Ｒ2の大部分は、この４次高調波
発生用非線形光学結晶１０をそのまま透過する。これら
基本波Ｒ2及び４次高調波Ｒ4は、第１の凹面ミラー１５
でほぼ平行光となされ、ウェッジプリズム１６を透過し
て、第２の凹面ミラー１７に至る。基本波Ｒ2及び４次
高調波Ｒ4は、ウェッジプリズム１６により、近視野で
の位置ずれを補正される。第２の凹面ミラー１７は、基
本波Ｒ2及び４次高調波Ｒ4を５次高調波発生用非線形光
学結晶１２内に絞り込む。この５次高調波発生用非線形
光学結晶１２中では、４次高調波Ｒ4と基本波Ｒ2との和
周波混合により、５次高調波Ｒ5が発生する。発生した
５次高調波Ｒ5は、５次高調波発生用非線形光学結晶１
２より射出され、三角プリズム１３を透過することによ
り他の波長の光より分離され、パワーメータ１４の受光
部に入射される。この５次高調波Ｒ5は、パワーメータ
１４により、パワーをモニタされる。
【００２３】さらに、本発明に係るレーザ光発生装置
は、図３に示すように、ウェッジプリズムによる位置補
正を行わず、有限倍率で投影する構成としてもよい。す
なわち、基本波Ｒ1は、レンズ１により、２次高調波発
生用非線形光学結晶２中に絞り込まれる。この２次高調
波発生用非線形光学結晶２からは、２次高調波Ｒ3と、
変換されずにこの２次高調波発生用非線形光学結晶２を
透過する基本波Ｒ2とが射出される。
は、図３に示すように、ウェッジプリズムによる位置補
正を行わず、有限倍率で投影する構成としてもよい。す
なわち、基本波Ｒ1は、レンズ１により、２次高調波発
生用非線形光学結晶２中に絞り込まれる。この２次高調
波発生用非線形光学結晶２からは、２次高調波Ｒ3と、
変換されずにこの２次高調波発生用非線形光学結晶２を
透過する基本波Ｒ2とが射出される。
【００２４】２次高調波発生用非線形光学結晶２から出
射された２次高調波Ｒ3と基本波Ｒ2とは、レンズ３を経
て、４次高調波発生用非線形光学結晶１０中に絞り込ま
れる。この４次高調波発生用非線形光学結晶１０におい
ては、２次高調波Ｒ3より４次高調波Ｒ4が発生し、射出
される。また、基本波Ｒ2は、この４次高調波発生用非
線形光学結晶１０をそのまま透過する。これら基本波Ｒ
2及び４次高調波Ｒ4は、第１の凹面ミラー１５で反射さ
れ、５次高調波発生用非線形光学結晶１２内に絞り込ま
れる。この５次高調波発生用非線形光学結晶１２内にお
いて、基本波Ｒ2及び４次高調波Ｒ4は、一定の大きさを
有するスポットとして集光されて、互いに重なり合う。
この５次高調波発生用非線形光学結晶１２中では、４次
高調波Ｒ4と基本波Ｒ2との和周波混合により、５次高調
波Ｒ5が発生する。発生した５次高調波Ｒ5は、５次高調
波発生用非線形光学結晶１２より射出され、三角プリズ
ム１３を透過することにより他の波長の光より分離さ
れ、パワーメータ１４の受光部に入射される。この５次
高調波Ｒ5は、パワーメータ１４により、パワーをモニ
タされる。
射された２次高調波Ｒ3と基本波Ｒ2とは、レンズ３を経
て、４次高調波発生用非線形光学結晶１０中に絞り込ま
れる。この４次高調波発生用非線形光学結晶１０におい
ては、２次高調波Ｒ3より４次高調波Ｒ4が発生し、射出
される。また、基本波Ｒ2は、この４次高調波発生用非
線形光学結晶１０をそのまま透過する。これら基本波Ｒ
2及び４次高調波Ｒ4は、第１の凹面ミラー１５で反射さ
れ、５次高調波発生用非線形光学結晶１２内に絞り込ま
れる。この５次高調波発生用非線形光学結晶１２内にお
いて、基本波Ｒ2及び４次高調波Ｒ4は、一定の大きさを
有するスポットとして集光されて、互いに重なり合う。
この５次高調波発生用非線形光学結晶１２中では、４次
高調波Ｒ4と基本波Ｒ2との和周波混合により、５次高調
波Ｒ5が発生する。発生した５次高調波Ｒ5は、５次高調
波発生用非線形光学結晶１２より射出され、三角プリズ
ム１３を透過することにより他の波長の光より分離さ
れ、パワーメータ１４の受光部に入射される。この５次
高調波Ｒ5は、パワーメータ１４により、パワーをモニ
タされる。
【００２５】そして、本発明に係るレーザ光発生装置
は、図４に示すように、レンズを使わず、凹面ミラーの
みで集光する構成としてもよい。すなわち、基本波Ｒ1
は、第１の凹面ミラー１８により、２次高調波発生用非
線形光学結晶２中に絞り込まれる。この２次高調波発生
用非線形光学結晶２からは、２次高調波Ｒ3と、変換さ
れずにこの２次高調波発生用非線形光学結晶２を透過す
る基本波Ｒ2とが射出される。２次高調波発生用非線形
光学結晶２から出射された２次高調波Ｒ3と基本波Ｒ2と
は、第２の凹面ミラー１５を経て、一対の４次高調波発
生用非線形光学結晶１０ａ，１０ｂ中に絞り込まれる
（一対の４次高調波発生用非線形光学結晶１０ａ，１０
ｂの代わりに１つの結晶としてもよいが、ウォークオフ
の相殺効果をもつので、あえて２つの４次高調波発生用
非線形光学結晶１０ａ，１０ｂを使用する例を挙げてい
る）。
は、図４に示すように、レンズを使わず、凹面ミラーの
みで集光する構成としてもよい。すなわち、基本波Ｒ1
は、第１の凹面ミラー１８により、２次高調波発生用非
線形光学結晶２中に絞り込まれる。この２次高調波発生
用非線形光学結晶２からは、２次高調波Ｒ3と、変換さ
れずにこの２次高調波発生用非線形光学結晶２を透過す
る基本波Ｒ2とが射出される。２次高調波発生用非線形
光学結晶２から出射された２次高調波Ｒ3と基本波Ｒ2と
は、第２の凹面ミラー１５を経て、一対の４次高調波発
生用非線形光学結晶１０ａ，１０ｂ中に絞り込まれる
（一対の４次高調波発生用非線形光学結晶１０ａ，１０
ｂの代わりに１つの結晶としてもよいが、ウォークオフ
の相殺効果をもつので、あえて２つの４次高調波発生用
非線形光学結晶１０ａ，１０ｂを使用する例を挙げてい
る）。
【００２６】これら４次高調波発生用非線形光学結晶１
０ａ，１０ｂにおいては、２次高調波Ｒ3より４次高調
波Ｒ4が発生し、射出される。また、基本波Ｒ2の大部分
は、これら４次高調波発生用非線形光学結晶１０ａ，１
０ｂをそのまま透過する。これら４次高調波発生用非線
形光学結晶１０ａ，１０ｂは、光軸上に直列状に配置さ
れ、ウォークオフの方向が互いに逆方向となされてい
る。すなわち、これら４次高調波発生用非線形光学結晶
１０ａ，１０ｂにおいては、４次高調波Ｒ4と基本波Ｒ2
との位置ずれ方向が互いに逆方向であるために、これら
の位置ずれが互いに相殺され、位置ずれのない状態で、
４次高調波Ｒ4と基本波Ｒ2とが射出される。
０ａ，１０ｂにおいては、２次高調波Ｒ3より４次高調
波Ｒ4が発生し、射出される。また、基本波Ｒ2の大部分
は、これら４次高調波発生用非線形光学結晶１０ａ，１
０ｂをそのまま透過する。これら４次高調波発生用非線
形光学結晶１０ａ，１０ｂは、光軸上に直列状に配置さ
れ、ウォークオフの方向が互いに逆方向となされてい
る。すなわち、これら４次高調波発生用非線形光学結晶
１０ａ，１０ｂにおいては、４次高調波Ｒ4と基本波Ｒ2
との位置ずれ方向が互いに逆方向であるために、これら
の位置ずれが互いに相殺され、位置ずれのない状態で、
４次高調波Ｒ4と基本波Ｒ2とが射出される。
【００２７】これら基本波Ｒ2及び４次高調波Ｒ4は、第
３の凹面ミラー１７で反射され、５次高調波発生用非線
形光学結晶１２内に絞り込まれる。この５次高調波発生
用非線形光学結晶１２中では、４次高調波Ｒ4と基本波
Ｒ2との和周波混合により、５次高調波Ｒ5が発生する。
発生した５次高調波Ｒ5は、５次高調波発生用非線形光
学結晶１２より射出され、三角プリズム１３を透過する
ことにより他の波長の光より分離され、パワーメータ１
４の受光部に入射される。この５次高調波Ｒ5は、パワ
ーメータ１４により、パワーをモニタされる。
３の凹面ミラー１７で反射され、５次高調波発生用非線
形光学結晶１２内に絞り込まれる。この５次高調波発生
用非線形光学結晶１２中では、４次高調波Ｒ4と基本波
Ｒ2との和周波混合により、５次高調波Ｒ5が発生する。
発生した５次高調波Ｒ5は、５次高調波発生用非線形光
学結晶１２より射出され、三角プリズム１３を透過する
ことにより他の波長の光より分離され、パワーメータ１
４の受光部に入射される。この５次高調波Ｒ5は、パワ
ーメータ１４により、パワーをモニタされる。
【００２８】なお、このレーザ光発生装置においては、
光源として使用するレーザの種類、波長変換の配置に関
して、上述したものは一例に過ぎず、さらにさまざまな
変形例が考えられる。
光源として使用するレーザの種類、波長変換の配置に関
して、上述したものは一例に過ぎず、さらにさまざまな
変形例が考えられる。
【００２９】次に、２次高調波の発生効率の最適化のた
めの計算を行う。
めの計算を行う。
【００３０】最初に示す計算式は、連続波入力で、各波
長変換の過程における変換効率が低く、波長変換中の入
力波の低減効果を無視した場合の計算法である。結果か
らわかるように、最適点では変換効率が大きくなり、近
似の正当性に疑問があるが、判りやすいので導入に使用
する。
長変換の過程における変換効率が低く、波長変換中の入
力波の低減効果を無視した場合の計算法である。結果か
らわかるように、最適点では変換効率が大きくなり、近
似の正当性に疑問があるが、判りやすいので導入に使用
する。
【００３１】図５に示すように、Ｐ0ωを入力基本波の
平均パワー（パワーの単位はＷ：ワット）、η2を単位
入力パワーあたりの変換効率、Ｐ0２ωを発生した２次
高調波の平均パワーとすると、波長変換中の入力波の低
減効果を無視した場合、
平均パワー（パワーの単位はＷ：ワット）、η2を単位
入力パワーあたりの変換効率、Ｐ0２ωを発生した２次
高調波の平均パワーとすると、波長変換中の入力波の低
減効果を無視した場合、
【００３２】
【数１】
【００３３】の関係がある。以下も含め、結晶内部表面
における吸収、散乱やレンズ等光学部品での損失は簡単
のため充分に小さいとして話を進める。４次高調波は同
様に、
における吸収、散乱やレンズ等光学部品での損失は簡単
のため充分に小さいとして話を進める。４次高調波は同
様に、
【００３４】
【数２】
【００３５】と表せる。ここで、η4は単位入力パワー
あたりの変換効率、Ｐ0４ωは、発生する４次高調波パ
ワーである。５次高調波は、２次高調波に変換されなか
った基本波と、４次高調波の和周波で得られるとする。
２次高調波に変換されなかった基本波パワーは、
あたりの変換効率、Ｐ0４ωは、発生する４次高調波パ
ワーである。５次高調波は、２次高調波に変換されなか
った基本波と、４次高調波の和周波で得られるとする。
２次高調波に変換されなかった基本波パワーは、
【００３６】
【数３】
【００３７】で与えられるから、η5を単位パワー入力
あたり変換効率として、発生する５次高調波パワーは、
あたり変換効率として、発生する５次高調波パワーは、
【００３８】
【数４】
【００３９】で与えられる。〔数１〕−〔数３〕を代入
して計算すると、〔数４〕は、
して計算すると、〔数４〕は、
【００４０】
【数５】
【００４１】と書き直せる。これにより５次高調波出力
は、η4，η5に単純に比例することがが判り、η4，η5
がなるべく大きくなるように設計すればよい。しかる
に、最大の場合、利用できる入力パワーには限界があ
り、Ｐ0ωを利用できる最大パワーとして固定して考え
ると、〔数５〕をさらに変形した
は、η4，η5に単純に比例することがが判り、η4，η5
がなるべく大きくなるように設計すればよい。しかる
に、最大の場合、利用できる入力パワーには限界があ
り、Ｐ0ωを利用できる最大パワーとして固定して考え
ると、〔数５〕をさらに変形した
【００４２】
【数６】
【００４３】より、５次高調波はη2に関して最適化の
可能性があることになる。入力一定としてＰ0５ωをη2
で微分して極値を与えるη2を求めると、
可能性があることになる。入力一定としてＰ0５ωをη2
で微分して極値を与えるη2を求めると、
【００４４】
【数７】
【００４５】となる。このとき、５次高調波は、最大値
【００４６】
【数８】
【００４７】をとる。したがって、与えられた基本波パ
ワーから最大限の５次高調波を得るには、４倍波、５倍
波の発生効率を上げるための方向は自明であるが、２次
高調波発生効率に関しては、最大にせずに、
ワーから最大限の５次高調波を得るには、４倍波、５倍
波の発生効率を上げるための方向は自明であるが、２次
高調波発生効率に関しては、最大にせずに、
【００４８】
【数９】
【００４９】とすれば良いことになり、自明でない。す
なわち、この単純なモデルで考えると、基本入力パワー
に対して６７％の２次高調波パワーが出るように、結晶
長、結晶温度、結晶角度等の条件を決めてやればよい。
この変換効率が５０％から８０％において、図７に示す
ように、５次高調波パワーが最大値の８５％以上になる
が、６７％以上の変換効率は、最大値に近づけるために
は意味がないこと、ガウス型パルス波形では７０％近く
の変換効率を得にくいこと、また、次の段階で紫外線出
力を余計に得るので、特に連続波においては、吸収によ
る熱の発生や損傷の問題が大きくなることを考慮して、
変換効率は、６７％以下にすることが望ましい。
なわち、この単純なモデルで考えると、基本入力パワー
に対して６７％の２次高調波パワーが出るように、結晶
長、結晶温度、結晶角度等の条件を決めてやればよい。
この変換効率が５０％から８０％において、図７に示す
ように、５次高調波パワーが最大値の８５％以上になる
が、６７％以上の変換効率は、最大値に近づけるために
は意味がないこと、ガウス型パルス波形では７０％近く
の変換効率を得にくいこと、また、次の段階で紫外線出
力を余計に得るので、特に連続波においては、吸収によ
る熱の発生や損傷の問題が大きくなることを考慮して、
変換効率は、６７％以下にすることが望ましい。
【００５０】次に、時間依存性がガウス型をしたパルス
光の場合について考える。図６に示すように、基本波の
パルス（１／ｅ2）値全幅を２Δｔ（秒）、ピークパワ
ーをＰ0ω、ピークに達する時間をｔ0とすると、一発の
パルスに対してパルスパワーの時間変化ｐ0ω（ｔ）
は、ｔを時刻（秒）として、
光の場合について考える。図６に示すように、基本波の
パルス（１／ｅ2）値全幅を２Δｔ（秒）、ピークパワ
ーをＰ0ω、ピークに達する時間をｔ0とすると、一発の
パルスに対してパルスパワーの時間変化ｐ0ω（ｔ）
は、ｔを時刻（秒）として、
【００５１】
【数１０】
【００５２】となり、このパルスに含まれるエネルギー
は、
は、
【００５３】
【数１１】
【００５４】で与えられる。〔数１０〕を用いて計算す
ると、
ると、
【００５５】
【数１２】
【００５６】となる。連続波の場合と同様、２次高調波
パワーは、
パワーは、
【００５７】
【数１３】
【００５８】で与えられ、４次高調波は、
【００５９】
【数１４】
【００６０】となる。また、５次高調波は、
【００６１】
【数１５】
【００６２】で与えられる。ここに、
【００６３】
【数１６】
【００６４】は、２次高調波に変換されなかった基本波
である。〔数１６〕を用いて〔数１５〕を計算してみる
と、
である。〔数１６〕を用いて〔数１５〕を計算してみる
と、
【００６５】
【数１７】
【００６６】となる。５次高調波のパルスエネルギー
は、〔数１７〕を積分して、
は、〔数１７〕を積分して、
【００６７】
【数１８】
【００６８】を得る。これもη4，η5を大きくする自明
な効率改善以外に、Ｐ0ω一定のもとでη2に関して最適
化を行うと、
な効率改善以外に、Ｐ0ω一定のもとでη2に関して最適
化を行うと、
【００６９】
【数１９】
【００７０】のとき５次高調波への変換効率が最大にな
り、最大効率
り、最大効率
【００７１】
【数２０】
【００７２】が得られる。このときの基本波から２次高
調波への平均パワーでの変換効率は、
調波への平均パワーでの変換効率は、
【００７３】
【数２１】
【００７４】で与えられる。Ｐ0ωが一定のもとで〔数
１８〕をパルスエネルギー変換効率Ｅ0２ω／Ｅ0ωの関
数としてプロットすると、図８に示すようになる。パル
スの場合、１パルスのエネルギーにパルス繰返し周波数
を乗ずると平均出力になるから、パルスエネルギーの変
換効率は、平均パワーの変換効率に等しい。したがっ
て、以下では、パルスエネルギー変換効率と平均出力変
換効率とを同様に扱う。図８に示すように、基本波から
２次高調波への平均出力についての変換効率を５２％に
近い値とすることで、効率を最大限上げることが可能で
ある。
１８〕をパルスエネルギー変換効率Ｅ0２ω／Ｅ0ωの関
数としてプロットすると、図８に示すようになる。パル
スの場合、１パルスのエネルギーにパルス繰返し周波数
を乗ずると平均出力になるから、パルスエネルギーの変
換効率は、平均パワーの変換効率に等しい。したがっ
て、以下では、パルスエネルギー変換効率と平均出力変
換効率とを同様に扱う。図８に示すように、基本波から
２次高調波への平均出力についての変換効率を５２％に
近い値とすることで、効率を最大限上げることが可能で
ある。
【００７５】逆に、最適変換効率以上に２次高調波への
変換効率を上げると、５次高調波の発生は減少すること
になる。Ｅ0２ω／Ｅ0ωが４７％から５７％のとき、５
次高調波の発生出力は最大値の９６％以上になり、有利
である。また、９０％以上にするためには４２％から６
０％にすれば良いことがわかる。
変換効率を上げると、５次高調波の発生は減少すること
になる。Ｅ0２ω／Ｅ0ωが４７％から５７％のとき、５
次高調波の発生出力は最大値の９６％以上になり、有利
である。また、９０％以上にするためには４２％から６
０％にすれば良いことがわかる。
【００７６】以上、波長変換中の入力波の低減効果を無
視した場合の変換効率を最適化したが、実際には、入力
波の低減効果のために最適値は多少変化する可能性はあ
る。この場合、基本波低減効果がないとして計算したパ
ルスピークでの変換効率η2Ｐ0ωを１＋η2Ｐ0ωで除す
ることで、図９に示すように、近似的な実際の変換効率
を見積もることができる。図８及び図９を比較すると、
そのピーク位置の差は小さく、見積に用いるための数式
は上述したもので充分と考えられる。この場合も、Ｅ0
２ω／Ｅ0ωが４７％から５７％のとき、５次高調波の
発生出力は最大値の９６％以上になる等、ほぼ同様であ
る。
視した場合の変換効率を最適化したが、実際には、入力
波の低減効果のために最適値は多少変化する可能性はあ
る。この場合、基本波低減効果がないとして計算したパ
ルスピークでの変換効率η2Ｐ0ωを１＋η2Ｐ0ωで除す
ることで、図９に示すように、近似的な実際の変換効率
を見積もることができる。図８及び図９を比較すると、
そのピーク位置の差は小さく、見積に用いるための数式
は上述したもので充分と考えられる。この場合も、Ｅ0
２ω／Ｅ0ωが４７％から５７％のとき、５次高調波の
発生出力は最大値の９６％以上になる等、ほぼ同様であ
る。
【００７７】
【発明の効果】上述のように、本発明に係るレーザ光発
生装置においては、５次高調波発生時に２次高調波発生
効率を最適化し、かつ、４次高調波、５次高調波の効率
を上昇させることで、限られた基本発明の時間平均出力
から最大限の５次高調波の時間平均出力を得ることがで
きる。
生装置においては、５次高調波発生時に２次高調波発生
効率を最適化し、かつ、４次高調波、５次高調波の効率
を上昇させることで、限られた基本発明の時間平均出力
から最大限の５次高調波の時間平均出力を得ることがで
きる。
【００７８】また、このレーザ光発生装置は、従来のレ
ーザ光発生装置と比較して、４次高調波の発生出力も必
要最小限でよいので、結晶を含む光学系の発熱や損傷を
減少させることができる。さらに、このレーザ光発生装
置は、従来のレーザ光発生装置に比較して、初期コスト
や交換費用を低減することができる。
ーザ光発生装置と比較して、４次高調波の発生出力も必
要最小限でよいので、結晶を含む光学系の発熱や損傷を
減少させることができる。さらに、このレーザ光発生装
置は、従来のレーザ光発生装置に比較して、初期コスト
や交換費用を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザ光発生装置の第１の構成を
示す光路図である。
示す光路図である。
【図２】上記レーザ光発生装置の第２の構成を示す光路
図である。
図である。
【図３】上記レーザ光発生装置の第３の構成を示す光路
図である。
図である。
【図４】上記レーザ光発生装置の第４の構成を示す光路
図である。
図である。
【図５】上記レーザ光発生装置における波長変換を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図６】上記レーザ光発生装置におけるガウス型パルス
波形を示すタイムチャートである。
波形を示すタイムチャートである。
【図７】上記レーザ光発生装置における５次高調波出力
の２次高調波変換効率依存性を示すグラフである。
の２次高調波変換効率依存性を示すグラフである。
【図８】上記レーザ光発生装置において、パルス入力に
おける基本波低減効果を無視した場合の効率最適化の効
果を示すグラフである。
おける基本波低減効果を無視した場合の効率最適化の効
果を示すグラフである。
【図９】上記レーザ光発生装置において、パルス入力に
おける基本波低減効果の近似式を用いて計算した場合の
効率最適化の効果を示すグラフである。
おける基本波低減効果の近似式を用いて計算した場合の
効率最適化の効果を示すグラフである。
２ ２次高調波発生用非線形光学結晶、１０ ４次高調
波発生用非線形光学結晶、１２ ５次高調波発生用非線
形光学結晶、Ｒ1 入力レーザ光（基本波）、Ｒ2 基本
波、Ｒ3 ２次高調波、Ｒ4 ４次高調波、Ｒ5 ５次高
調波
波発生用非線形光学結晶、１２ ５次高調波発生用非線
形光学結晶、Ｒ1 入力レーザ光（基本波）、Ｒ2 基本
波、Ｒ3 ２次高調波、Ｒ4 ４次高調波、Ｒ5 ５次高
調波
Claims (12)
- 【請求項１】 基本波となる連続波レーザ光を発する光
源と、 上記基本波が入射される２次高調波発生用非線形光学結
晶と、 上記２次高調波発生用非線形光学結晶において発生され
た２次高調波が入射される４次高調波発生用非線形光学
結晶と、 上記２次高調波発生用非線形光学結晶を透過した基本波
及び上記４次高調波発生用非線形光学結晶において発生
された４次高調波が入射され、これらを和周波混合して
５次高調波を発生する５次高調波発生用非線形光学結晶
とを備え、 上記２次高調波発生用非線形光学結晶内での２次高調波
の時間平均発生出力は、この２次高調波発生用非線形光
学結晶内部へ入射される基本波の時間平均出力に対し
て、５０％乃至７０％の間に設定されているレーザ光発
生装置。 - 【請求項２】 光源は、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、
または、Ｎｄ：ＹＶＯ4を含むネオジムイオンをドープ
した固体レーザである請求項１記載のレーザ光発生装
置。 - 【請求項３】 ２次高調波発生用非線形光学結晶とし
て、リチウムトリボレート結晶を用い、４次高調波発生
用非線形光学結晶として、ベータバリウムボレイト結晶
を用い、５次高調波発生用非線形光学結晶として、ベー
タバリウムボレイト結晶を用いた請求項１記載のレーザ
光発生装置。 - 【請求項４】 ５次高調波発生用非線形光学結晶からの
５次高調波出射光の偏光方向がＰ偏光となる入射面を有
する三角プリズムによって５次高調波を他の波長の光よ
り分光することとした請求項１記載のレーザ光発生装
置。 - 【請求項５】 ４次高調波発生用非線形光学結晶から４
次高調波と基本波とが出射する光路において、これらを
ウェッジプリズムに透過させ、近視野における中心位置
ずれを補正することとなされた請求項１記載のレーザ光
発生装置。 - 【請求項６】 基本波となるパルスレーザ光を発する光
源と、 上記基本波が入射される２次高調波発生用非線形光学結
晶と、 上記２次高調波発生用非線形光学結晶において発生され
た２次高調波が入射される４次高調波発生用非線形光学
結晶と、 上記２次高調波発生用非線形光学結晶を透過した基本波
及び上記４次高調波発生用非線形光学結晶において発生
された４次高調波が入射され、これらを和周波混合して
５次高調波を発生する５次高調波発生用非線形光学結晶
とを備え、 上記２次高調波発生用非線形光学結晶内での２次高調波
の時間平均発生出力は、この２次高調波発生用非線形光
学結晶内部へ入射される基本波の時間平均出力に対し
て、４７％乃至５７％の間に設定されているレーザ光発
生装置。 - 【請求項７】 光源は、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、
または、Ｎｄ：ＹＶＯ4を含むネオジムイオンをドープ
した固体レーザである請求項６記載のレーザ光発生装
置。 - 【請求項８】 光源は、Ｑスイッチレーザである請求項
６記載のレーザ光発生装置。 - 【請求項９】 光源は、半導体レーザ励起で繰返し周波
数が１ｋＨｚ以上のパルスレーザである請求項６記載の
レーザ光発生装置。 - 【請求項１０】 ２次高調波発生用非線形光学結晶とし
て、リチウムトリボレート結晶を用い、４次高調波発生
用非線形光学結晶として、ベータバリウムボレイト結晶
を用い、５次高調波発生用非線形光学結晶として、ベー
タバリウムボレイト結晶を用いた請求項６記載のレーザ
光発生装置。 - 【請求項１１】 ５次高調波発生用非線形光学結晶から
の５次高調波出射光の偏光方向がＰ偏光となる入射面を
有する三角プリズムによって５次高調波を他の波長の光
より分光することとした請求項６記載のレーザ光発生装
置。 - 【請求項１２】 ４次高調波発生用非線形光学結晶から
４次高調波と基本波とが出射する光路において、これら
をウェッジプリズムに透過させ、近視野における中心位
置ずれを補正することとなされた請求項６記載のレーザ
光発生装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8348869A JPH10186428A (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | レーザ光発生装置 |
| US08/995,747 US6055249A (en) | 1996-12-26 | 1997-12-22 | Laser light emitting apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8348869A JPH10186428A (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | レーザ光発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10186428A true JPH10186428A (ja) | 1998-07-14 |
Family
ID=18399942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8348869A Pending JPH10186428A (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | レーザ光発生装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6055249A (ja) |
| JP (1) | JPH10186428A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002071143A1 (fr) * | 2001-03-02 | 2002-09-12 | Nikon Corporation | Dispositif de source lumineuse, dispositifs d'illumination et d'exposition, et procede de production de dispositif |
| JP2010054547A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Lasertec Corp | 紫外レーザ装置 |
| JP2010535361A (ja) * | 2007-08-01 | 2010-11-18 | ディープ フォトニクス コーポレーション | パルス状高調波紫外レーザのための方法および装置 |
| JP2012014047A (ja) * | 2010-07-02 | 2012-01-19 | Nikon Corp | 波長変換光学系及びレーザ装置 |
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| US6587487B2 (en) * | 2000-12-19 | 2003-07-01 | Photonics Industries International, Inc. | Harmonic laser |
| US6804287B2 (en) * | 2002-02-02 | 2004-10-12 | The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate | Ultrashort pulse amplification in cryogenically cooled amplifiers |
| US20070104231A1 (en) * | 2002-08-30 | 2007-05-10 | Jochen Schwarz | Wavelength tunable resonator with a prism |
| JP2013222173A (ja) * | 2012-04-19 | 2013-10-28 | Gigaphoton Inc | レーザ装置 |
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| US5134622A (en) * | 1990-12-20 | 1992-07-28 | Deacon Research | Diode-pumped optical parametric oscillator |
| US5144630A (en) * | 1991-07-29 | 1992-09-01 | Jtt International, Inc. | Multiwavelength solid state laser using frequency conversion techniques |
| US5408481A (en) * | 1992-10-26 | 1995-04-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Intracavity sum frequency generation using a tunable laser containing an active mirror |
| US5742626A (en) * | 1996-08-14 | 1998-04-21 | Aculight Corporation | Ultraviolet solid state laser, method of using same and laser surgery apparatus |
-
1996
- 1996-12-26 JP JP8348869A patent/JPH10186428A/ja active Pending
-
1997
- 1997-12-22 US US08/995,747 patent/US6055249A/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| JP2014059578A (ja) * | 2007-08-01 | 2014-04-03 | Deep Photonics Corp | パルス状高調波紫外レーザのための方法および装置 |
| JP2010054547A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Lasertec Corp | 紫外レーザ装置 |
| JP2012014047A (ja) * | 2010-07-02 | 2012-01-19 | Nikon Corp | 波長変換光学系及びレーザ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6055249A (en) | 2000-04-25 |
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