JPH1130792A - Arレーザ用波長変換素子 - Google Patents
Arレーザ用波長変換素子Info
- Publication number
- JPH1130792A JPH1130792A JP18613997A JP18613997A JPH1130792A JP H1130792 A JPH1130792 A JP H1130792A JP 18613997 A JP18613997 A JP 18613997A JP 18613997 A JP18613997 A JP 18613997A JP H1130792 A JPH1130792 A JP H1130792A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- angle
- laser
- wavelength conversion
- conversion element
- laser beam
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- Lasers (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 Arレーザ光を紫外レーザ光に効率よく変換
することができ、かつ角度許容幅が大きく、ウオークオ
フ角度が小さく、かつ損傷しきい値が大きいArレーザ
用波長変換素子を得る。 【解決手段】 波長変換素子10は四ほう酸リチウム単
結晶からなり、この単結晶のc軸に対してθm=90度
±15度傾けて切出されたカット面10aをArレーザ
光11の入射面とする。
することができ、かつ角度許容幅が大きく、ウオークオ
フ角度が小さく、かつ損傷しきい値が大きいArレーザ
用波長変換素子を得る。 【解決手段】 波長変換素子10は四ほう酸リチウム単
結晶からなり、この単結晶のc軸に対してθm=90度
±15度傾けて切出されたカット面10aをArレーザ
光11の入射面とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、四ほう酸リチウム
単結晶(Li2B4O7)を用いたArレーザ用波長変換
素子に関するものである。
単結晶(Li2B4O7)を用いたArレーザ用波長変換
素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】Arレーザは512nm、488nmの
レーザ波長を有する。このArレーザを非線形光学単結
晶の波長変換素子により1/2の波長に変換すると、そ
れぞれ256nm、244nmの紫外レーザ光になる。
従来この波長領域のレーザ光を発するレーザとしてはエ
キシマレーザのみが用いられている。この波長領域のレ
ーザは、高分子材料の加工(アブレーション加工)、表
面改質、マーキング、薄膜作製などに用いられ、更に医
薬品の製造、同位体の分離、レーザレーダなどの技術分
野に対しても多くの研究が進められている。エキシマレ
ーザの不具合の1つに発光時間が極端に短い、短パルス
性がある。これは繰返し数百pps(pulse per second)
のパルスレーザを例にとると、10-2秒毎に10-9秒間
のパルス光が発生することになり、インターバルに比べ
てレーザ発光時間が著しく短いことから、応用分野にお
ける加工や成膜過程での障害になっている。更にエキシ
マレーザは、媒質ガスとして有毒性のものを用い、その
寿命が短く、レーザ装置の小型化が困難であって、メン
テナンスが容易でなく、運転コストが高い等の問題点が
あった。これに反して、Arレーザと非線形光学単結晶
からなる波長変換素子とを組合せて紫外レーザ光を発生
させると、上記問題点が解消され、また任意のパルス幅
が得られるなどの多くの利点が出てくる。
レーザ波長を有する。このArレーザを非線形光学単結
晶の波長変換素子により1/2の波長に変換すると、そ
れぞれ256nm、244nmの紫外レーザ光になる。
従来この波長領域のレーザ光を発するレーザとしてはエ
キシマレーザのみが用いられている。この波長領域のレ
ーザは、高分子材料の加工(アブレーション加工)、表
面改質、マーキング、薄膜作製などに用いられ、更に医
薬品の製造、同位体の分離、レーザレーダなどの技術分
野に対しても多くの研究が進められている。エキシマレ
ーザの不具合の1つに発光時間が極端に短い、短パルス
性がある。これは繰返し数百pps(pulse per second)
のパルスレーザを例にとると、10-2秒毎に10-9秒間
のパルス光が発生することになり、インターバルに比べ
てレーザ発光時間が著しく短いことから、応用分野にお
ける加工や成膜過程での障害になっている。更にエキシ
マレーザは、媒質ガスとして有毒性のものを用い、その
寿命が短く、レーザ装置の小型化が困難であって、メン
テナンスが容易でなく、運転コストが高い等の問題点が
あった。これに反して、Arレーザと非線形光学単結晶
からなる波長変換素子とを組合せて紫外レーザ光を発生
させると、上記問題点が解消され、また任意のパルス幅
が得られるなどの多くの利点が出てくる。
【0003】しかしながら、エキシマレーザに代って、
Arレーザ光を紫外レーザ光に変換してレーザ光を発す
るArレーザ用波長変換素子として、BBO(BaB2
O4)、CLBO(CsLiB6O10)等の非線形光学結
晶の利用が試みられたが、十分でなかった。即ち、この
波長変換素子に要求される主な物性項目としては、Ar
レーザ光を紫外レーザ光に変換する基本的な機能の他
に、その変換効率、角度許容幅、ウオークオフ角度及び
損傷しきい値があるが、上記非線形光学結晶はこれらの
項目の物性値を十分に満足していなかった。ここで変換
効率は、結晶の長さに大きく影響されるので、長い結晶
が育成可能であれば使用上問題はない。一方、角度許容
幅は、位相整合角度(波長変換素子が二次高周波を発生
するときのレーザ光と光軸(c軸)との角度)から微少
角度を振ったときに、波長変換されたレーザ光の出力が
正確な位相整合角度での半波長レーザ光出力の半分にな
るときの角度の幅を意味する。この角度許容幅の単位は
mrad・cmであり、材料である結晶や波長により異なる。
実際の使用に際しては大きな角度許容幅が望まれる。
Arレーザ光を紫外レーザ光に変換してレーザ光を発す
るArレーザ用波長変換素子として、BBO(BaB2
O4)、CLBO(CsLiB6O10)等の非線形光学結
晶の利用が試みられたが、十分でなかった。即ち、この
波長変換素子に要求される主な物性項目としては、Ar
レーザ光を紫外レーザ光に変換する基本的な機能の他
に、その変換効率、角度許容幅、ウオークオフ角度及び
損傷しきい値があるが、上記非線形光学結晶はこれらの
項目の物性値を十分に満足していなかった。ここで変換
効率は、結晶の長さに大きく影響されるので、長い結晶
が育成可能であれば使用上問題はない。一方、角度許容
幅は、位相整合角度(波長変換素子が二次高周波を発生
するときのレーザ光と光軸(c軸)との角度)から微少
角度を振ったときに、波長変換されたレーザ光の出力が
正確な位相整合角度での半波長レーザ光出力の半分にな
るときの角度の幅を意味する。この角度許容幅の単位は
mrad・cmであり、材料である結晶や波長により異なる。
実際の使用に際しては大きな角度許容幅が望まれる。
【0004】図1に示すように、ウオークオフ角度αは
屈折率の波長分散から求められ、レーザ入射光11に対
して波長変換光12のなす角度を意味する。ウオークオ
フ角度αが大きいと、実際の波長変換の変換効率が計算
値と相違し、二倍波の出力パターンが楕円になり、共振
器の構造の設計が難しくなる等の不都合が生じる。この
ウオークオフ角度も材料である結晶や波長により異な
り、実際の使用に際しては小さなウオークオフ角度が望
まれる。ウオークオフ角度が大きな結晶は結晶の長さL
(図1)を短くせざるを得ず、短い結晶では高い変換効
率が得られない不都合を生じる。損傷しきい値は耐レー
ザ損傷を意味し、この値が小さいと、レーザのエネルギ
によって結晶が損傷する恐れがあり、波長変換素子とし
ての耐久性が問題になる。
屈折率の波長分散から求められ、レーザ入射光11に対
して波長変換光12のなす角度を意味する。ウオークオ
フ角度αが大きいと、実際の波長変換の変換効率が計算
値と相違し、二倍波の出力パターンが楕円になり、共振
器の構造の設計が難しくなる等の不都合が生じる。この
ウオークオフ角度も材料である結晶や波長により異な
り、実際の使用に際しては小さなウオークオフ角度が望
まれる。ウオークオフ角度が大きな結晶は結晶の長さL
(図1)を短くせざるを得ず、短い結晶では高い変換効
率が得られない不都合を生じる。損傷しきい値は耐レー
ザ損傷を意味し、この値が小さいと、レーザのエネルギ
によって結晶が損傷する恐れがあり、波長変換素子とし
ての耐久性が問題になる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述のBBO及びCL
BOは非線形定数(単位長さ当りの変換効率)が大きい
という長所を有するが、角度許容幅が小さく、ウオーク
オフ角度が大きく、かつ損傷しきい値が小さい等の問題
点があり、Arレーザ用波長変換素子に適さない。本発
明の目的は、Arレーザ光を紫外レーザ光に効率よく変
換することができ、かつ角度許容幅が大きく、ウオーク
オフ角度が小さく、かつ損傷しきい値が大きいArレー
ザ用波長変換素子を提供することにある。
BOは非線形定数(単位長さ当りの変換効率)が大きい
という長所を有するが、角度許容幅が小さく、ウオーク
オフ角度が大きく、かつ損傷しきい値が小さい等の問題
点があり、Arレーザ用波長変換素子に適さない。本発
明の目的は、Arレーザ光を紫外レーザ光に効率よく変
換することができ、かつ角度許容幅が大きく、ウオーク
オフ角度が小さく、かつ損傷しきい値が大きいArレー
ザ用波長変換素子を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
図1に示すように四ほう酸リチウム単結晶からなり、こ
の単結晶のc軸に対してθm=90度±15度傾けて切
出されたカット面10aをArレーザ光11の入射面と
することを特徴とするArレーザ用波長変換素子10で
ある。c軸に対してθm=90度±15度傾けて切出さ
れたカット面10aをArレーザ光11の入射面とする
波長変換素子は、512nm、488nmの波長のAr
レーザ光をそれぞれ256nm、244nmの紫外レー
ザ光に効率よく変換する。同時に四ほう酸リチウム単結
晶は角度許容幅が大きく、ウオークオフ角度が小さく、
かつ損傷しきい値が大きいため、優れた波長変換素子と
なる。
図1に示すように四ほう酸リチウム単結晶からなり、こ
の単結晶のc軸に対してθm=90度±15度傾けて切
出されたカット面10aをArレーザ光11の入射面と
することを特徴とするArレーザ用波長変換素子10で
ある。c軸に対してθm=90度±15度傾けて切出さ
れたカット面10aをArレーザ光11の入射面とする
波長変換素子は、512nm、488nmの波長のAr
レーザ光をそれぞれ256nm、244nmの紫外レー
ザ光に効率よく変換する。同時に四ほう酸リチウム単結
晶は角度許容幅が大きく、ウオークオフ角度が小さく、
かつ損傷しきい値が大きいため、優れた波長変換素子と
なる。
【0007】請求項2に係る発明は、請求項1に係る発
明であって、カット面10aのc軸に対する角度θmが
90度±5度であるArレーザ用波長変換素子10であ
る。θmを90度±5度にすることにより、高効率で紫
外レーザ光が得られる。
明であって、カット面10aのc軸に対する角度θmが
90度±5度であるArレーザ用波長変換素子10であ
る。θmを90度±5度にすることにより、高効率で紫
外レーザ光が得られる。
【0008】請求項3に係る発明は、請求項2に係る発
明であって、カット面10aのc軸に対する角度θmが
90度であるArレーザ用波長変換素子10である。θ
mを90度にすることにより、より一層高効率で紫外レ
ーザ光が得られる。
明であって、カット面10aのc軸に対する角度θmが
90度であるArレーザ用波長変換素子10である。θ
mを90度にすることにより、より一層高効率で紫外レ
ーザ光が得られる。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の波長変換素子を構成する
四ほう酸リチウム単結晶は、負の一軸結晶であるため、
図2に示すように波長変換素子として二次高調波を発生
させるときのレーザ光と光軸(c軸)との角度である位
相整合角度θmのみを位相整合条件として考慮すればよ
く、c面上の回転角Φは考慮する必要がない特性を有す
る。また四ほう酸リチウム単結晶は、他の結晶に比べて
レーザ損傷しきい値が著しく大きく、レーザ入射光の波
長に対する透明領域が広く、良質の大型結晶の育成が可
能で、加工性に優れる。更に四ほう酸リチウム単結晶は
潮解性が小さく取扱いが容易で、赤外線から本発明に適
する紫外線領域のレーザ光を得るための波長変換素子と
して好適な特性を有する。
四ほう酸リチウム単結晶は、負の一軸結晶であるため、
図2に示すように波長変換素子として二次高調波を発生
させるときのレーザ光と光軸(c軸)との角度である位
相整合角度θmのみを位相整合条件として考慮すればよ
く、c面上の回転角Φは考慮する必要がない特性を有す
る。また四ほう酸リチウム単結晶は、他の結晶に比べて
レーザ損傷しきい値が著しく大きく、レーザ入射光の波
長に対する透明領域が広く、良質の大型結晶の育成が可
能で、加工性に優れる。更に四ほう酸リチウム単結晶は
潮解性が小さく取扱いが容易で、赤外線から本発明に適
する紫外線領域のレーザ光を得るための波長変換素子と
して好適な特性を有する。
【0010】本発明の波長変換素子として、四ほう酸リ
チウム単結晶のカット面のc軸に対する角度θmが75
度未満又は105度を超えた場合には、このカット面に
入射してきたArレーザ光を殆ど紫外レーザ光に変換す
ることができない。このθmの望ましい角度は85〜9
5度であり、90度が最も望ましい。θmを90度にす
れば、チョクラルスキー法やブリッジマン法により四ほ
う酸リチウム単結晶の<110>方位に切出した種結晶
でこの四ほう酸リチウム単結晶を育成した場合に、育成
した単結晶のカット面を容易に決めることができる利点
もある。
チウム単結晶のカット面のc軸に対する角度θmが75
度未満又は105度を超えた場合には、このカット面に
入射してきたArレーザ光を殆ど紫外レーザ光に変換す
ることができない。このθmの望ましい角度は85〜9
5度であり、90度が最も望ましい。θmを90度にす
れば、チョクラルスキー法やブリッジマン法により四ほ
う酸リチウム単結晶の<110>方位に切出した種結晶
でこの四ほう酸リチウム単結晶を育成した場合に、育成
した単結晶のカット面を容易に決めることができる利点
もある。
【0011】
【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともに説明す
る。 <実施例1>単結晶のc軸に対して90度傾けて切出さ
れたカット面を有する四ほう酸リチウム単結晶を準備し
た。このカット面を光学研磨して入射面とした。 <実施例2>単結晶のc軸に対して85度傾けて切出さ
れたカット面を有する実施例1と同一の四ほう酸リチウ
ム単結晶を準備した。このカット面を光学研磨して入射
面とした。
る。 <実施例1>単結晶のc軸に対して90度傾けて切出さ
れたカット面を有する四ほう酸リチウム単結晶を準備し
た。このカット面を光学研磨して入射面とした。 <実施例2>単結晶のc軸に対して85度傾けて切出さ
れたカット面を有する実施例1と同一の四ほう酸リチウ
ム単結晶を準備した。このカット面を光学研磨して入射
面とした。
【0012】<比較例1>単結晶のc軸に対して55度
傾けて切出されたカット面を有するBBO(BaB
2O4)単結晶を準備した。このカット面を光学研磨して
入射面とした。 <比較例2>単結晶のc軸に対して77度傾けて切出さ
れたカット面を有するCLBO(CsLiB6O10)単
結晶を準備した。このカット面を光学研磨して入射面と
した。
傾けて切出されたカット面を有するBBO(BaB
2O4)単結晶を準備した。このカット面を光学研磨して
入射面とした。 <比較例2>単結晶のc軸に対して77度傾けて切出さ
れたカット面を有するCLBO(CsLiB6O10)単
結晶を準備した。このカット面を光学研磨して入射面と
した。
【0013】<比較試験>実施例1、実施例2、比較例
1及び比較例2の単結晶に対して、それぞれの入射面に
波長が512nm及び488nmのArレーザ光をそれ
ぞれ入射して半分の波長に波長変換し、256nm及び
244nmの紫外レーザ光をそれぞれ得た。この時のウ
オークオフ角度(deg.)、角度許容幅(mrad・cm)、非線形
定数(単位長さ当りの変換効率)(pm/V)及び損傷しきい
値(GW/cm2)をそれぞれ測定した。その結果を表1に示
す。
1及び比較例2の単結晶に対して、それぞれの入射面に
波長が512nm及び488nmのArレーザ光をそれ
ぞれ入射して半分の波長に波長変換し、256nm及び
244nmの紫外レーザ光をそれぞれ得た。この時のウ
オークオフ角度(deg.)、角度許容幅(mrad・cm)、非線形
定数(単位長さ当りの変換効率)(pm/V)及び損傷しきい
値(GW/cm2)をそれぞれ測定した。その結果を表1に示
す。
【0014】
【表1】
【0015】表1から明らかなように、非線形定数(単
位長さ当りの変換効率)を除いて、実施例1及び実施例
2の波長変換素子はウオークオフ角度、角度許容幅及び
損傷しきい値の全てについて比較例1及び比較例2より
も優れており、特に実施例1の波長変換素子は顕著に優
れていることが判った。
位長さ当りの変換効率)を除いて、実施例1及び実施例
2の波長変換素子はウオークオフ角度、角度許容幅及び
損傷しきい値の全てについて比較例1及び比較例2より
も優れており、特に実施例1の波長変換素子は顕著に優
れていることが判った。
【0016】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のArレーザ
用波長変換素子は、四ほう酸リチウム単結晶のc軸に対
して75〜105度傾けて切出されたカット面をArレ
ーザ光の入射面とすることにより、Arレーザ光を紫外
レーザ光に効率よく変換することができ、かつ角度許容
幅が大きく、ウオークオフ角度が小さく、かつ損傷しき
い値が大きい優れた効果を奏する。この結果、問題点の
多いエキシマレーザに代って、Arレーザと本発明の波
長変換素子を組合せることにより、紫外レーザ光の発生
源とすることができ、この紫外レーザ光を超精密加工や
医薬品の製造、同位体の分離、レーザレーダなどの技術
分野に対して利用することができる。
用波長変換素子は、四ほう酸リチウム単結晶のc軸に対
して75〜105度傾けて切出されたカット面をArレ
ーザ光の入射面とすることにより、Arレーザ光を紫外
レーザ光に効率よく変換することができ、かつ角度許容
幅が大きく、ウオークオフ角度が小さく、かつ損傷しき
い値が大きい優れた効果を奏する。この結果、問題点の
多いエキシマレーザに代って、Arレーザと本発明の波
長変換素子を組合せることにより、紫外レーザ光の発生
源とすることができ、この紫外レーザ光を超精密加工や
医薬品の製造、同位体の分離、レーザレーダなどの技術
分野に対して利用することができる。
【図1】本発明のArレーザ用波長変換素子の構成図。
【図2】四ほう酸リチウム単結晶の位相整合角度の定義
を示す概略図。
を示す概略図。
10 Arレーザ用波長変換素子 10a カット面(入射面) 11 レーザ入射光 12 波長変換光 θm c軸に対する角度 α ウオークオフ角度
Claims (3)
- 【請求項1】 四ほう酸リチウム単結晶からなり、前記
単結晶のc軸に対してθm=90度±15度傾けて切出
されたカット面(10a)をArレーザ光(11)の入射面とす
ることを特徴とするArレーザ用波長変換素子。 - 【請求項2】 カット面(10a)のc軸に対する角度(θm)
が90度±5度である請求項1記載のArレーザ用波長
変換素子。 - 【請求項3】 カット面(10a)のc軸に対する角度(θm)
が90度である請求項2記載のArレーザ用波長変換素
子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18613997A JPH1130792A (ja) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | Arレーザ用波長変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18613997A JPH1130792A (ja) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | Arレーザ用波長変換素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1130792A true JPH1130792A (ja) | 1999-02-02 |
Family
ID=16183067
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18613997A Pending JPH1130792A (ja) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | Arレーザ用波長変換素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1130792A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002350913A (ja) * | 2001-05-25 | 2002-12-04 | Mitsubishi Materials Corp | 光波長変換方法、光波長変換システム、プログラム及び媒体 |
JP2004219530A (ja) * | 2003-01-10 | 2004-08-05 | Mitsubishi Materials Corp | 波長変換素子および基本波処理方法 |
JP2006249597A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Kanazawa Univ | レーザー光を用いた発色方法及び発色装置 |
JP2007298932A (ja) * | 2006-05-03 | 2007-11-15 | Mitsubishi Materials Corp | 波長変換方法 |
JP2008181151A (ja) * | 2001-05-29 | 2008-08-07 | Mitsubishi Materials Corp | 全固体紫外レーザー発振器 |
DE10014139B4 (de) * | 1999-03-23 | 2008-09-25 | Mitsubishi Materials Corp. | Verfahren zum Umwandeln von Wellenlängen unter Verwendung eines Lithiumtetraborat-Einkristalls |
-
1997
- 1997-07-11 JP JP18613997A patent/JPH1130792A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10014139B4 (de) * | 1999-03-23 | 2008-09-25 | Mitsubishi Materials Corp. | Verfahren zum Umwandeln von Wellenlängen unter Verwendung eines Lithiumtetraborat-Einkristalls |
JP2002350913A (ja) * | 2001-05-25 | 2002-12-04 | Mitsubishi Materials Corp | 光波長変換方法、光波長変換システム、プログラム及び媒体 |
JP2008181151A (ja) * | 2001-05-29 | 2008-08-07 | Mitsubishi Materials Corp | 全固体紫外レーザー発振器 |
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JP2007298932A (ja) * | 2006-05-03 | 2007-11-15 | Mitsubishi Materials Corp | 波長変換方法 |
JP2007298934A (ja) * | 2006-05-03 | 2007-11-15 | Mitsubishi Materials Corp | 波長変換方法およびレーザー発振器 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020627 |