JPH1138458A - レーザ光の波長変換方法および波長変換素子 - Google Patents
レーザ光の波長変換方法および波長変換素子Info
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- JPH1138458A JPH1138458A JP9191191A JP19119197A JPH1138458A JP H1138458 A JPH1138458 A JP H1138458A JP 9191191 A JP9191191 A JP 9191191A JP 19119197 A JP19119197 A JP 19119197A JP H1138458 A JPH1138458 A JP H1138458A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ビームの形状およびエネルギー分布を点対称
にして高精度加工に寄与するレーザ光の波長変換方法お
よび素子を提供する。 【解決手段】 第１波長変換素子４と第２波長変換素子
５を位相整合角度許容幅の小さい方位が直交となるよう
に設置し、基本波１を集光レンズ２を介して第１素子４
と第２素子５と続けて入射して高調波を出力させ、楕円
が直交する十字形状の第２高調波７を得る。第１波長変
換素子４と第２波長変換素子５とを一体化した構造とす
ると、角度の微調整が不要となり効率が向上する。
にして高精度加工に寄与するレーザ光の波長変換方法お
よび素子を提供する。 【解決手段】 第１波長変換素子４と第２波長変換素子
５を位相整合角度許容幅の小さい方位が直交となるよう
に設置し、基本波１を集光レンズ２を介して第１素子４
と第２素子５と続けて入射して高調波を出力させ、楕円
が直交する十字形状の第２高調波７を得る。第１波長変
換素子４と第２波長変換素子５とを一体化した構造とす
ると、角度の微調整が不要となり効率が向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明のはレーザ光に関し、
特にレーザ光の波長変換光を半導体プロセス、微細加工
等に応用する場合に重要となるビームの形状およびエネ
ルギー分布を、点対称に近くするための波長変換方法お
よび波長変換素子に関する。
特にレーザ光の波長変換光を半導体プロセス、微細加工
等に応用する場合に重要となるビームの形状およびエネ
ルギー分布を、点対称に近くするための波長変換方法お
よび波長変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】角度位相整合を用いた波長変換素子を用
いてレーザ光の波長変換を行う場合、位相整合角度許容
幅に異方性がるために得られる高調波のビーム形状は楕
円になる。変換効率を高くするために基本波をレンズで
絞ってパワー密度を上昇させることが必須となるが、こ
の場合ビームの楕円化が図１０に示す高調波４４のよう
に顕著になる。この楕円化を補正するための図１１に示
すようにシリンドリカルレンズＳ２が用いられている、
この方法ではビームの形状およびエネルギー分布を点対
称にすることはできない。第４高調波を発生させる場合
には、第２高調波の入射パワーを大きくするための短焦
点レンズを用いる場合が多く第４高調波ビームの楕円率
は大きくなるため、シリンドリカルレンズで補正しても
円形に近いビーム形状を得ることは難しい。
いてレーザ光の波長変換を行う場合、位相整合角度許容
幅に異方性がるために得られる高調波のビーム形状は楕
円になる。変換効率を高くするために基本波をレンズで
絞ってパワー密度を上昇させることが必須となるが、こ
の場合ビームの楕円化が図１０に示す高調波４４のよう
に顕著になる。この楕円化を補正するための図１１に示
すようにシリンドリカルレンズＳ２が用いられている、
この方法ではビームの形状およびエネルギー分布を点対
称にすることはできない。第４高調波を発生させる場合
には、第２高調波の入射パワーを大きくするための短焦
点レンズを用いる場合が多く第４高調波ビームの楕円率
は大きくなるため、シリンドリカルレンズで補正しても
円形に近いビーム形状を得ることは難しい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の波長変
換方法は、レーザ光の波長変換されたビームを用いて加
工等に応用する場合ビーム形状およびエネルギー分布は
点対称であることが望まれるが、位相整合角度許容幅に
異方性がある波長変換素子を用いるとビーム形状が楕円
になってしまい、特に、焦点距離の短いレンズで絞った
場合はビームの変形が大きく、楕円になると加工される
形状も楕円になってしまうため高精度の加工の際に問題
を生じる。また、シリンドリカルレンズを使用してもビ
ーム形状およびエネルギー分布を点対称に近くなるまで
補正することはできないという欠点がある。
換方法は、レーザ光の波長変換されたビームを用いて加
工等に応用する場合ビーム形状およびエネルギー分布は
点対称であることが望まれるが、位相整合角度許容幅に
異方性がある波長変換素子を用いるとビーム形状が楕円
になってしまい、特に、焦点距離の短いレンズで絞った
場合はビームの変形が大きく、楕円になると加工される
形状も楕円になってしまうため高精度の加工の際に問題
を生じる。また、シリンドリカルレンズを使用してもビ
ーム形状およびエネルギー分布を点対称に近くなるまで
補正することはできないという欠点がある。
【０００４】本発明の目的は、位相整合角度の許容幅に
異方性のある波長変換素子を用いて波長変換する場合、
波長変換されたビームの形状およびエネルギー分布を点
対称に近付けることができるレーザ光の波長変換方法お
よび波長変換素子を提供することである。
異方性のある波長変換素子を用いて波長変換する場合、
波長変換されたビームの形状およびエネルギー分布を点
対称に近付けることができるレーザ光の波長変換方法お
よび波長変換素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の第１のレーザ光
の波長変換方法は、基本波を集光レンズを介して波長変
換素子に入射してレーザ光の波長変換を行う方法におい
て、目的とする高調波が得られる位相整合方位に加工し
た２個の波長変換素子を用い、位相整合角度許容幅の小
さい方位が直交するように第１の波長変換素子と第２の
波長変換素子を設置し、基本波を前記２個の波長変換素
子に続けて入射して高調波を出力させる。
の波長変換方法は、基本波を集光レンズを介して波長変
換素子に入射してレーザ光の波長変換を行う方法におい
て、目的とする高調波が得られる位相整合方位に加工し
た２個の波長変換素子を用い、位相整合角度許容幅の小
さい方位が直交するように第１の波長変換素子と第２の
波長変換素子を設置し、基本波を前記２個の波長変換素
子に続けて入射して高調波を出力させる。
【０００６】第１波長変換素子で得られる高調波出力と
第２波長変換素子で得られる高調波出力の割合を８０〜
１００％以内で一致させるように、前記２個の波長変換
素子の長さを調整して波長変換を行うものを含む。
第２波長変換素子で得られる高調波出力の割合を８０〜
１００％以内で一致させるように、前記２個の波長変換
素子の長さを調整して波長変換を行うものを含む。
【０００７】第１波長変換素子で得られる高調波出力と
第２波長変換素子で得られる高調波出力の割合を８０〜
１００％以内で一致させるように、前記２個の波長変換
素子中の基本波のエネルギー密度を調整して波長変換を
行うものを含む。
第２波長変換素子で得られる高調波出力の割合を８０〜
１００％以内で一致させるように、前記２個の波長変換
素子中の基本波のエネルギー密度を調整して波長変換を
行うものを含む。
【０００８】前記集光レンズと２個の波長変換素子面と
の距離により前記波長変換素子中の基本波のエネルギー
密度を調整するものを含む。
の距離により前記波長変換素子中の基本波のエネルギー
密度を調整するものを含む。
【０００９】第１および第２の波長変換素子の各々が、
位相整合方位軸に互いに１８０°回転されている２個の
波長変換素子により構成されたものを含む。
位相整合方位軸に互いに１８０°回転されている２個の
波長変換素子により構成されたものを含む。
【００１０】本発明の第１のレーザ光の波長変換素子
は、前記レーザ光の波長変換方法に用いられる波長変換
素子であって、第１波長変換素子と第２波長変換素子と
が一体化されてなる。
は、前記レーザ光の波長変換方法に用いられる波長変換
素子であって、第１波長変換素子と第２波長変換素子と
が一体化されてなる。
【００１１】第１波長変換素子と第２波長変換素子と
が、オプティカルコンタクト、融着、接着剤、および一
つのモールドに固定する方法のいずれか１によって一体
化されてなるものを含む。
が、オプティカルコンタクト、融着、接着剤、および一
つのモールドに固定する方法のいずれか１によって一体
化されてなるものを含む。
【００１２】本発明の第２のレーザ光の波長変換方法
は、レーザ光の第４高調波を得るための波長変換方法に
おいて、基本波を集光レンズで絞って第２高調波発生素
子に入射して第２高調波ビームを楕円形状とする段階
と、前記楕円形状とされた第２高調波ビームの長軸方向
を第４高調波発生素子の位相整合角度許容幅の小さい方
位に一致させて第４高調波を発生させる段階とを有す
る。
は、レーザ光の第４高調波を得るための波長変換方法に
おいて、基本波を集光レンズで絞って第２高調波発生素
子に入射して第２高調波ビームを楕円形状とする段階
と、前記楕円形状とされた第２高調波ビームの長軸方向
を第４高調波発生素子の位相整合角度許容幅の小さい方
位に一致させて第４高調波を発生させる段階とを有す
る。
【００１３】第２高調波発生素子と第４高調波発生素子
とを一体化した構造の波長変換素子を用いて波長変換を
行うものを含む。
とを一体化した構造の波長変換素子を用いて波長変換を
行うものを含む。
【００１４】本発明の第２のレーザ光の波長変換素子
は、前記レーザ光の波長変換方法に用いられる波長変換
素子であって、第２高調波発生素子と第４高調波素子と
が一体化されてなる。
は、前記レーザ光の波長変換方法に用いられる波長変換
素子であって、第２高調波発生素子と第４高調波素子と
が一体化されてなる。
【００１５】第２高調波素子と第４高調波素子とがオプ
ティカルコンタクト、融着、接着剤、および一つのモー
ルドに固定する方法のいずれか１によって一体化されて
なるものを含む。
ティカルコンタクト、融着、接着剤、および一つのモー
ルドに固定する方法のいずれか１によって一体化されて
なるものを含む。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
【００１７】図１は本発明のレーザ光の波長変換方法の
第１実施形態を示す斜視図、図２は波長変換素子の位相
整合角度許容幅の方位異方性を説明する図である。
第１実施形態を示す斜視図、図２は波長変換素子の位相
整合角度許容幅の方位異方性を説明する図である。
【００１８】この実施形態のレーザ光の波長変換方法で
は、第１波長変換素子（以下第１素子と称する）４と第
２波長変換素子（以下第２素子と称する）５は位相整合
角度許容幅の小さい方位が直交するように設置され、基
本波１を集光レンズ２を介して第１素子４、第２素子５
と続いて入射して高調波を出力させる。ここで第１素子
４と第２素子５は目的とする高調波が得られる位相整合
方位に加工されている。
は、第１波長変換素子（以下第１素子と称する）４と第
２波長変換素子（以下第２素子と称する）５は位相整合
角度許容幅の小さい方位が直交するように設置され、基
本波１を集光レンズ２を介して第１素子４、第２素子５
と続いて入射して高調波を出力させる。ここで第１素子
４と第２素子５は目的とする高調波が得られる位相整合
方位に加工されている。
【００１９】一般に、角度位相整合を用いた波長変換を
行う場合、基本波と高調波の屈折率を素子中で一致させ
るために屈折率の角度分散を利用する。屈折率の角度分
散は異方性を持つため、図２に示すように、光軸１０に
対する位相整合方位１３の許容幅１１および１２は縦方
向に小さく、横方向に広くなる。そのため入射するレー
ザ光のビームに角度がついていると、変換される高調波
ビームは図１０のように楕円になってしまうことは避け
られない。この屈折率の角度分散が大きな素子ほど、角
度許容幅の異方性も大きくなり、楕円化は顕著になる。
行う場合、基本波と高調波の屈折率を素子中で一致させ
るために屈折率の角度分散を利用する。屈折率の角度分
散は異方性を持つため、図２に示すように、光軸１０に
対する位相整合方位１３の許容幅１１および１２は縦方
向に小さく、横方向に広くなる。そのため入射するレー
ザ光のビームに角度がついていると、変換される高調波
ビームは図１０のように楕円になってしまうことは避け
られない。この屈折率の角度分散が大きな素子ほど、角
度許容幅の異方性も大きくなり、楕円化は顕著になる。
【００２０】位相整合許容幅が常光の振動方向に対して
大きく、異常光の振動方向に対して小さな波長変換素子
を用いて常光の基本波（ω）をレンズで絞って異常光の
高調波（２ω）に変換するType Iの位相整合方法の場
合、図１のように第１素子４に常光の偏光に対して４５
°の角度でωを入射することで素子中で変換された２ω
は横偏光、ωは縦と横に偏光した光になる。第１素子４
から出射される２ωのパターン６は縦に長い楕円とな
る。次に、位相整合軸は９０°回転させた第２素子５に
これらの光を入射することで、横偏光したωからは縦偏
光した２ωが発生し、横偏光した２ω光はそのまま第２
素子５の結晶を透過する。第２素子５で発生した２ωは
横方向に長い楕円となるので、最終的には図１の７に示
すように楕円が直交する十字形状の２ωが得られる。常
光と異常光のωから異常光の２ωを得るType II の位相
整合の場合も同じような結果が得られる。
大きく、異常光の振動方向に対して小さな波長変換素子
を用いて常光の基本波（ω）をレンズで絞って異常光の
高調波（２ω）に変換するType Iの位相整合方法の場
合、図１のように第１素子４に常光の偏光に対して４５
°の角度でωを入射することで素子中で変換された２ω
は横偏光、ωは縦と横に偏光した光になる。第１素子４
から出射される２ωのパターン６は縦に長い楕円とな
る。次に、位相整合軸は９０°回転させた第２素子５に
これらの光を入射することで、横偏光したωからは縦偏
光した２ωが発生し、横偏光した２ω光はそのまま第２
素子５の結晶を透過する。第２素子５で発生した２ωは
横方向に長い楕円となるので、最終的には図１の７に示
すように楕円が直交する十字形状の２ωが得られる。常
光と異常光のωから異常光の２ωを得るType II の位相
整合の場合も同じような結果が得られる。
【００２１】図３は本発明のレーザ光の波長変換素子の
第１実施形態の斜視図である。
第１実施形態の斜視図である。
【００２２】図３に示された波長変換素子１５は図１の
第１素子４と第２素子５とを一体化したもので、図１の
レーザ光の波長変換方法において本実施形態の波長変換
素子を用いて波長変換を行うことができる。
第１素子４と第２素子５とを一体化したもので、図１の
レーザ光の波長変換方法において本実施形態の波長変換
素子を用いて波長変換を行うことができる。
【００２３】この波長変換素子では第１素子４と第２素
子５の角度の微調節の必要がなくなり、１個の素子とし
て取り扱うことが可能である。一体化する方法としては
素子の入出力面をλ／８以上の高精度に研磨してオプテ
ィカルコンタクトする方法、研磨して密着させた後加熱
圧着する方法、光学ボンドを用いる方法、またエアギャ
ップを設けて素子を一つのモールドにマウントする方法
等がある。
子５の角度の微調節の必要がなくなり、１個の素子とし
て取り扱うことが可能である。一体化する方法としては
素子の入出力面をλ／８以上の高精度に研磨してオプテ
ィカルコンタクトする方法、研磨して密着させた後加熱
圧着する方法、光学ボンドを用いる方法、またエアギャ
ップを設けて素子を一つのモールドにマウントする方法
等がある。
【００２４】図４は本発明のレーザ光の波長変換方法の
第２実施形態を示す斜視図である。
第２実施形態を示す斜視図である。
【００２５】このレーザ光の波長変換方法は第１素子４
と第２素子５を用い、基本波を集光レンズ２を介して第
１素子４と第２素子５を続けて入射して高調波を出力さ
せる点では図１の方法と同様であるが、第１素子長１1
１８と第２素子長１2 １９を変化させることで、各素子
の２ωへの変換効率を変化させることができ、最終的に
得られる十字形状の２ωビーム１６，１７のエネルギー
分布を点対称にすることができる。また集光レンズ２と
素子入射面との距離Ｌ1 ２０，Ｌ2 ２１を調整すること
でも同様に２ω出力を変化させることができ、十字形状
の２ωビーム１６，１７のエネルギー分布を点対称にす
ることが可能である。
と第２素子５を用い、基本波を集光レンズ２を介して第
１素子４と第２素子５を続けて入射して高調波を出力さ
せる点では図１の方法と同様であるが、第１素子長１1
１８と第２素子長１2 １９を変化させることで、各素子
の２ωへの変換効率を変化させることができ、最終的に
得られる十字形状の２ωビーム１６，１７のエネルギー
分布を点対称にすることができる。また集光レンズ２と
素子入射面との距離Ｌ1 ２０，Ｌ2 ２１を調整すること
でも同様に２ω出力を変化させることができ、十字形状
の２ωビーム１６，１７のエネルギー分布を点対称にす
ることが可能である。
【００２６】この実施形態のレーザ光の波長変換方法に
おいても、図３に示された、第１素子４と第２素子５を
一体化した波長変換素子１５を用いて波長変換を行うこ
とができる。
おいても、図３に示された、第１素子４と第２素子５を
一体化した波長変換素子１５を用いて波長変換を行うこ
とができる。
【００２７】図５は本発明のレーザ光の波長変換方法の
第３の実施形態を示す斜視図、図６は図３のレーザ光の
波長変換方法においてウォークオフのために高調波ビー
ムの中心がずれた十字ビームを示す図である。
第３の実施形態を示す斜視図、図６は図３のレーザ光の
波長変換方法においてウォークオフのために高調波ビー
ムの中心がずれた十字ビームを示す図である。
【００２８】第３実施形態の波長変換方法は図５に示す
ように、ウォークオフ角を補償した第１素子対２２とウ
ォークオフ角を補償した第２素子対２３を用い、基本波
を第１素子対２２と第２素子対２３を続けて入射して高
調波を出力される。第１素子対２２は、素子２２１と２
２２とからなり、素子２２１は素子２２２に対して、位
相整合方位を軸に１８０°回転されている。同様に第２
素子２３は素子２３１と２３２とからなり、素子２３１
は素子２３２に対し、位相整合方位を軸に１８０°回転
されている。このことによって第１素子対２２、第２素
子対２３はレーザ光のウォークオフ角が補償されてい
る。
ように、ウォークオフ角を補償した第１素子対２２とウ
ォークオフ角を補償した第２素子対２３を用い、基本波
を第１素子対２２と第２素子対２３を続けて入射して高
調波を出力される。第１素子対２２は、素子２２１と２
２２とからなり、素子２２１は素子２２２に対して、位
相整合方位を軸に１８０°回転されている。同様に第２
素子２３は素子２３１と２３２とからなり、素子２３１
は素子２３２に対し、位相整合方位を軸に１８０°回転
されている。このことによって第１素子対２２、第２素
子対２３はレーザ光のウォークオフ角が補償されてい
る。
【００２９】図４の波長変換方法において、波長変換素
子のウォークオフ角が大きいと、第１素子４を透過して
きたωと２ωが結晶中で分かれてしまうので、第１素子
４で発生した２ωと第２素子５で発生した２ωの光軸が
図６のようにずれてしまう。そこで、これを同軸に戻す
ために図５の波長変換方法では特願昭４２−１２４７６
で示されている、２個の結晶を対として結晶軸を１８０
°回転させてウォークオフ角を補償する方法を第１素子
対２２および第２素子対２３の両方に用い、両素子対か
ら得られた楕円形状の２ωを同軸にすることで、２ωの
パターン２４を完全に点対称としている。
子のウォークオフ角が大きいと、第１素子４を透過して
きたωと２ωが結晶中で分かれてしまうので、第１素子
４で発生した２ωと第２素子５で発生した２ωの光軸が
図６のようにずれてしまう。そこで、これを同軸に戻す
ために図５の波長変換方法では特願昭４２−１２４７６
で示されている、２個の結晶を対として結晶軸を１８０
°回転させてウォークオフ角を補償する方法を第１素子
対２２および第２素子対２３の両方に用い、両素子対か
ら得られた楕円形状の２ωを同軸にすることで、２ωの
パターン２４を完全に点対称としている。
【００３０】図７は本発明のレーザ光の波長変換素子の
第２実施形態の斜視図である。
第２実施形態の斜視図である。
【００３１】図７に示された波長変換素子２５は図５の
第１素子対２２と第２素子対２３を一体化したもので、
図５のレーザ光の波長変換方法において本実施形態の波
長変換素子を用いて波長変換を行うことができる。
第１素子対２２と第２素子対２３を一体化したもので、
図５のレーザ光の波長変換方法において本実施形態の波
長変換素子を用いて波長変換を行うことができる。
【００３２】この波長変換素子では第１素子対２２と第
２素子対２３の角度の微調節の必要となくなり、１個の
素子として取り扱うことが可能である。一体化する方法
としては素子の入出力面をλ／８以上の高精度に研磨し
てオプティカルコンタクトする方法、研磨して密着させ
た後加熱圧着する方法、光学ボンドを用いる方法、また
はエアギャップを設けて素子の一つのモールドにマウン
トする方法等がある。
２素子対２３の角度の微調節の必要となくなり、１個の
素子として取り扱うことが可能である。一体化する方法
としては素子の入出力面をλ／８以上の高精度に研磨し
てオプティカルコンタクトする方法、研磨して密着させ
た後加熱圧着する方法、光学ボンドを用いる方法、また
はエアギャップを設けて素子の一つのモールドにマウン
トする方法等がある。
【００３３】図８は本発明のレーザ光の波長変換方法の
第４実施形態の斜視図である。
第４実施形態の斜視図である。
【００３４】この実施形態のレーザ光の波長変換方法
は、位相整合角度許容幅の異方性が大きな波長変換素子
を用いて第４高調波を発生させる方法であって、第２高
調波発生素子２６にも角度許容幅の異方性を持つ素子を
用い、ωを集光レンズ２で絞って第２高調波発生素子２
６に入射し得られる２ωのビームパターン２８を意図的
に楕円とする。この楕円ビームの長軸方向を４高調波発
生素子２７の角度許容幅の小さな方向となるように入射
することで、４ωのビーム形状２９は図のように円形に
近い形に形成される。集光レンズの焦点距離を調整する
ことで第４高調波のビーム形状を変化させることがで
き、円に近いビームに調整することが可能である。
は、位相整合角度許容幅の異方性が大きな波長変換素子
を用いて第４高調波を発生させる方法であって、第２高
調波発生素子２６にも角度許容幅の異方性を持つ素子を
用い、ωを集光レンズ２で絞って第２高調波発生素子２
６に入射し得られる２ωのビームパターン２８を意図的
に楕円とする。この楕円ビームの長軸方向を４高調波発
生素子２７の角度許容幅の小さな方向となるように入射
することで、４ωのビーム形状２９は図のように円形に
近い形に形成される。集光レンズの焦点距離を調整する
ことで第４高調波のビーム形状を変化させることがで
き、円に近いビームに調整することが可能である。
【００３５】図９は本発明のレーザ光の波長変換素子の
第３形態の斜視図である。
第３形態の斜視図である。
【００３６】図９において、波長変換素子３０は図８の
第２高調波発生素子２６と第４高調波発生素子２７とを
一体化した波長変換素子であって、図８のレーザ光の波
長変換方法において、本実施形態の波長変換素子を用い
て波長変換をすることができる。この波長変換素子を用
いることで、一つの素子で基本波から円形に近いビーム
パターンの第４高調波を得ることが可能となる。素子を
一体化する方法としては、図３の場合と同様に、素子の
表面をλ／８以上の高精度に研磨してオプティカルコン
タクトする方法、研磨して密着させた後加熱圧着する方
法、光学ボンドを用いる方法、またはエアギャップを設
けて素子の一つのモールドにマウントする方法等があ
る。
第２高調波発生素子２６と第４高調波発生素子２７とを
一体化した波長変換素子であって、図８のレーザ光の波
長変換方法において、本実施形態の波長変換素子を用い
て波長変換をすることができる。この波長変換素子を用
いることで、一つの素子で基本波から円形に近いビーム
パターンの第４高調波を得ることが可能となる。素子を
一体化する方法としては、図３の場合と同様に、素子の
表面をλ／８以上の高精度に研磨してオプティカルコン
タクトする方法、研磨して密着させた後加熱圧着する方
法、光学ボンドを用いる方法、またはエアギャップを設
けて素子の一つのモールドにマウントする方法等があ
る。
【００３７】次に、実施例について説明する。
【００３８】［第１実施例］位相整合角度許容幅の異方
性が大きな波長変換素子であるベータバリウムボレイド
β−ＢａＢ2 Ｏ4 （以下ＢＢＯと称する）を用いて、ネ
オジウムヤグレーザ（以下Ｎｄ：ＹＡＧレーザと称す
る）の発振する１０６４ｎｍの基本波ωを第２高調波発
生（以下ＳＨＧと称する）で２ω（５３２ｎｍ）に変換
する場合、位相整合角度は約２３°となる。この方位に
加工した４ｍｍ×４ｍｍの入射面積で素子長ｌ＝４ｍｍ
の素子を２個用意した。許容幅はθ＝０．０３°（横偏
光（異常光）方向）、φ＝５°（縦偏光（常光）方向）
となる。図１に示した集光レンズをｆ＝２００ｍｍと
し、第１素子および第２素子のＢＢＯを設置し、縦偏光
から４５°傾けたビーム径約１ｍｍのω光を入射したと
ころ、第２個目の結晶から長軸と短軸の比が約５：１の
楕円が直交している十字の２ωが得られた。
性が大きな波長変換素子であるベータバリウムボレイド
β−ＢａＢ2 Ｏ4 （以下ＢＢＯと称する）を用いて、ネ
オジウムヤグレーザ（以下Ｎｄ：ＹＡＧレーザと称す
る）の発振する１０６４ｎｍの基本波ωを第２高調波発
生（以下ＳＨＧと称する）で２ω（５３２ｎｍ）に変換
する場合、位相整合角度は約２３°となる。この方位に
加工した４ｍｍ×４ｍｍの入射面積で素子長ｌ＝４ｍｍ
の素子を２個用意した。許容幅はθ＝０．０３°（横偏
光（異常光）方向）、φ＝５°（縦偏光（常光）方向）
となる。図１に示した集光レンズをｆ＝２００ｍｍと
し、第１素子および第２素子のＢＢＯを設置し、縦偏光
から４５°傾けたビーム径約１ｍｍのω光を入射したと
ころ、第２個目の結晶から長軸と短軸の比が約５：１の
楕円が直交している十字の２ωが得られた。
【００３９】［第２実施例］第１実施例で得られた十字
の２ωパターンは点対称に近かったが、１個目の素子で
得られた２ωと２個目で得られた２ωの出力強度が違う
ため、ビームのエネルギー分布は点対称とならなかっ
た。そこで、ビームプロファイラーでビームの強度分布
をモニターしながら図４で示したＬ1 ，Ｌ2 を調整した
ところ、Ｌ1 ＝１８５ｍｍ、Ｌ2 ＝１９５ｍｍの場合に
十字ビームの強度を点対称とすることができた。
の２ωパターンは点対称に近かったが、１個目の素子で
得られた２ωと２個目で得られた２ωの出力強度が違う
ため、ビームのエネルギー分布は点対称とならなかっ
た。そこで、ビームプロファイラーでビームの強度分布
をモニターしながら図４で示したＬ1 ，Ｌ2 を調整した
ところ、Ｌ1 ＝１８５ｍｍ、Ｌ2 ＝１９５ｍｍの場合に
十字ビームの強度を点対称とすることができた。
【００４０】［第３実施例］位相整合角度許容幅の異方
性が大きな波長変換素子であるＢＢＯを用いて、Ｎｄ：
ＹＡＧレーザの発振する１０６４ｎｍの基本波の内部共
振ＳＨＧで得られた平行光線である２ω（５３２ｎｍ）
を４ω（２６６ｎｍ）に変換するためのＢＢＯの位相整
合角度は４７．６°となる。この方位に加工した４ｍｍ
×４ｍｍの入射面積で素子長ｌ＝２ｍｍの素子を２個用
意した。許容幅はθ＝０．０１°（横偏光（異常光）方
向）、φ＝５°（縦偏光（常光）方向）となる。図１の
ようにｆ＝１００ｍｍのレンズと、第１および第２素子
のＢＢＯを設置し、縦偏光から４５°傾けたビーム径約
１ｍｍの２ωを入射したところ、第２素子から長軸と短
軸の比が約７：１の楕円が直交している十字の４ωが得
られた。
性が大きな波長変換素子であるＢＢＯを用いて、Ｎｄ：
ＹＡＧレーザの発振する１０６４ｎｍの基本波の内部共
振ＳＨＧで得られた平行光線である２ω（５３２ｎｍ）
を４ω（２６６ｎｍ）に変換するためのＢＢＯの位相整
合角度は４７．６°となる。この方位に加工した４ｍｍ
×４ｍｍの入射面積で素子長ｌ＝２ｍｍの素子を２個用
意した。許容幅はθ＝０．０１°（横偏光（異常光）方
向）、φ＝５°（縦偏光（常光）方向）となる。図１の
ようにｆ＝１００ｍｍのレンズと、第１および第２素子
のＢＢＯを設置し、縦偏光から４５°傾けたビーム径約
１ｍｍの２ωを入射したところ、第２素子から長軸と短
軸の比が約７：１の楕円が直交している十字の４ωが得
られた。
【００４１】［参考例］第３実施例と同じ構成で１＝４
ｍｍの素子長のＢＢＯの第４高調波発生（以下ＦＨＧと
称する）素子を２個用いた場合、２ωと４ωのウォーク
オフ角が約４°あるため、各素子中で２ωと４ωのビー
ムの進行方向がずれてしまい、得られる４ωの十字ビー
ムの中心が図６のように約１ｍｍずれてしまった。
ｍｍの素子長のＢＢＯの第４高調波発生（以下ＦＨＧと
称する）素子を２個用いた場合、２ωと４ωのウォーク
オフ角が約４°あるため、各素子中で２ωと４ωのビー
ムの進行方向がずれてしまい、得られる４ωの十字ビー
ムの中心が図６のように約１ｍｍずれてしまった。
【００４２】［第４実施例］参考例の十字ビームの中心
がすれることを改善するために、図５のようにウォーク
オフを補償するように第１素子を長さ４ｍｍの素子を１
８０°回転させてオプティカルコンタクトさせた長さ８
ｍｍの素子対を用いた。第２素子も同様にして作製し、
光軸に対して９０°回転させて設置することで、第１素
子対と第２素子対から得られた楕円ビームの中心を一致
させることができ、点対称のビームパターンが得られ
た。
がすれることを改善するために、図５のようにウォーク
オフを補償するように第１素子を長さ４ｍｍの素子を１
８０°回転させてオプティカルコンタクトさせた長さ８
ｍｍの素子対を用いた。第２素子も同様にして作製し、
光軸に対して９０°回転させて設置することで、第１素
子対と第２素子対から得られた楕円ビームの中心を一致
させることができ、点対称のビームパターンが得られ
た。
【００４３】［第５実施例］第４実施例の素子の第１素
子対の出射面と第２素子対の入射面をλ／１０で研磨し
てオプティカルコンタクトして図７のように一体化し、
レンズから入射面までの距離を９０ｍｍとすることで、
得られる十字形状のビームの強度分布を点対称にするこ
とができた。
子対の出射面と第２素子対の入射面をλ／１０で研磨し
てオプティカルコンタクトして図７のように一体化し、
レンズから入射面までの距離を９０ｍｍとすることで、
得られる十字形状のビームの強度分布を点対称にするこ
とができた。
【００４４】［第６実施例］Ｎｄ：ＹＡＧレーザの発振
する１０６４ｎｍの基本波ωの第４高調波４ωを位相整
合角度許容幅の異方性が大きなＢＢＯで得るために、ま
ずωから２ωを得るためのＳＨＧ素子としても角度許容
幅の異方性が大きなＢＢＯを用いる。ｆ＝５０ｍｍの集
光レンズを用いてビーム経約１ｍｍの縦偏光のωをＢＢ
ＯのＳＨＧ素子に入射することで、まず楕円率が８：１
のＳＨＧ光を得る。この楕円になった２ωは縦方向に長
く、また横方向に偏光している。この偏光方向が常光と
なるようにＢＢＯのＦＨＧ素子に入射すると、図８のよ
うに楕円の長軸方向はＢＢＯの許容角が小さな方位と一
致するため得られるＦＨＧ光のビーム形状は１．１：１
の楕円率の小さなビーム形状とすることができた。
する１０６４ｎｍの基本波ωの第４高調波４ωを位相整
合角度許容幅の異方性が大きなＢＢＯで得るために、ま
ずωから２ωを得るためのＳＨＧ素子としても角度許容
幅の異方性が大きなＢＢＯを用いる。ｆ＝５０ｍｍの集
光レンズを用いてビーム経約１ｍｍの縦偏光のωをＢＢ
ＯのＳＨＧ素子に入射することで、まず楕円率が８：１
のＳＨＧ光を得る。この楕円になった２ωは縦方向に長
く、また横方向に偏光している。この偏光方向が常光と
なるようにＢＢＯのＦＨＧ素子に入射すると、図８のよ
うに楕円の長軸方向はＢＢＯの許容角が小さな方位と一
致するため得られるＦＨＧ光のビーム形状は１．１：１
の楕円率の小さなビーム形状とすることができた。
【００４５】［第７実施例］第６実施例で示したＢＢＯ
のＳＨＧ素子の出射面とＦＨＧの出射面をλ／８で研磨
して密着させた後、９００℃に１００時間保持して図９
のように一体化し同じ実験を試みたところ、楕円率が
１．１：１と第６実施例とほとんど同じ形状のビームが
得られた。
のＳＨＧ素子の出射面とＦＨＧの出射面をλ／８で研磨
して密着させた後、９００℃に１００時間保持して図９
のように一体化し同じ実験を試みたところ、楕円率が
１．１：１と第６実施例とほとんど同じ形状のビームが
得られた。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、位相整合
方位を考慮して２個の波長変換素子を用いてレーザ光の
波長変換を行うことにより、位相整合角度許容幅の異方
性が大きな素子を用いた波長変換を行う場合、シリンド
リカルレンズ等で補正しきれないビームも点対称に近い
ビームパターンおよびエネルギー分布にすることできる
ので、点対称のビームを必要としているデバイスプロセ
ス、微細加工等への応用が可能となる効果があり、ま
た、２個の波長変換素子を一体化した構造の波長変換素
子とすることにより、前記２個の波長変換素子の角度の
微調節の必要がなくなり、１個の波長変換素子としての
取り扱いができて作業効率が向上するという効果があ
る。
方位を考慮して２個の波長変換素子を用いてレーザ光の
波長変換を行うことにより、位相整合角度許容幅の異方
性が大きな素子を用いた波長変換を行う場合、シリンド
リカルレンズ等で補正しきれないビームも点対称に近い
ビームパターンおよびエネルギー分布にすることできる
ので、点対称のビームを必要としているデバイスプロセ
ス、微細加工等への応用が可能となる効果があり、ま
た、２個の波長変換素子を一体化した構造の波長変換素
子とすることにより、前記２個の波長変換素子の角度の
微調節の必要がなくなり、１個の波長変換素子としての
取り扱いができて作業効率が向上するという効果があ
る。
【００４７】また、第２高調波発生素子に位相整合許容
幅の異方性が大きな素子を用いて第２高調波ビームを楕
円形状とし、このビームの長軸を第４高調波発生素子の
位相整合許容幅の小さな方位に一致させることにより、
シリンドリカルレンズ等を用いることなく円形に近い第
４高調波ビームを得ることができ、上記同様の応用が可
能となり、また第２高調波発生素子と第４高調波発生素
子を一体化することで上記同様作業効率が向上する効果
がある。
幅の異方性が大きな素子を用いて第２高調波ビームを楕
円形状とし、このビームの長軸を第４高調波発生素子の
位相整合許容幅の小さな方位に一致させることにより、
シリンドリカルレンズ等を用いることなく円形に近い第
４高調波ビームを得ることができ、上記同様の応用が可
能となり、また第２高調波発生素子と第４高調波発生素
子を一体化することで上記同様作業効率が向上する効果
がある。
【図１】本発明のレーザ光の波長変換方法の第１実施形
態を示す斜視図である。
態を示す斜視図である。
【図２】波長変換素子の位相整合角許容幅の方位異方性
を説明する図である。
を説明する図である。
【図３】本発明のレーザ光の波長変換方法の第１実施形
態の斜視図である。
態の斜視図である。
【図４】本発明のレーザ光の波長変換方法の第２実施形
態を示す斜視図である。
態を示す斜視図である。
【図５】本発明のレーザ光の波長変換方法の第３実施形
態を示す斜視図である。
態を示す斜視図である。
【図６】図３のレーザ光の波長変換方法においてウォー
クオフのために高調波ビームの中心がずれた十字ビーム
を示す図である。
クオフのために高調波ビームの中心がずれた十字ビーム
を示す図である。
【図７】本発明のレーザ光の波長変換素子の第２実施形
態の斜視図である。
態の斜視図である。
【図８】本発明のレーザ光の波長変換方法の第４実施形
態を示す斜視図である。
態を示す斜視図である。
【図９】本発明のレーザ光の波長変換素子の第３実施形
態の斜視図である。
態の斜視図である。
【図１０】レーザ光の波長変換方法の第１従来例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図１１】レーザ光の波長変換方法の第２従来例を示す
斜視図である。
斜視図である。
１ 偏光方向を４５°傾けた基本波のω ２ 集光レンズ ４ 第１素子 ５ 第２素子 ６，１６ 第１素子で得られた２ω ７，１７ 第２素子で得られた２ω ８ ωの常光の屈折率楕円体 ９ ２ωの異常光の屈折率楕円体 １０ 光軸 １１ 許容幅大（φ：横方向） １２ 許容幅小（θ：縦方向） １３ 位相整合方位 １５，２５，３０ 波長変換素子 １８ 第１素子長ｌ1 １９ 第２素子長ｌ2 ２０ 第１素子とレンズの距離Ｌ1 ２１ 第２素子とレンズの距離Ｌ2 ２２ 第１素子対 ２３ 第２素子対 ２２１，２２２，２３１，２３２ 素子 ２４ 中心対象の十字ビーム ２６ 第２高調波発生素子 ２７ 第４高調波発生素子 ２８ 縦方向に長い楕円形状の２ω ２９ 円形に近い形状に補正された４ω
Claims (11)
- 【請求項１】 基本波を集光レンズを介して波長変換素
子に入射してレーザ光の波長変換を行う方法において、
目的とする高調波が得られる位相整合方位に加工した２
個の波長変換素子を用い、位相整合角度許容幅の小さい
方位が直交するように第１の波長変換素子と第２の波長
変換素子を設置し、基本波を前記２個の波長変換素子に
続けて入射して高調波を出力させることを特徴とするレ
ーザ光の波長変換方法。 - 【請求項２】 第１波長変換素子で得られる高調波出力
と第２波長変換素子で得られる高調波出力の割合を８０
〜１００％以内で一致させるように、前記２個の波長変
換素子の長さを調整して波長変換を行う請求項１記載の
レーザ光の波長変換方法。 - 【請求項３】 第１波長変換素子で得られる高調波出力
と第２波長変換素子で得られる高調波出力の割合を８０
〜１００％以内で一致させるように、前記２個の波長変
換素子中の基本波のエネルギー密度を調整して波長変換
を行う請求項１記載のレーザ光の波長変換方法。 - 【請求項４】 前記集光レンズと２個の波長変換素子面
との距離により前記波長変換素子中の基本波のエネルギ
ー密度を調整する請求項３記載のレーザ光の波長変換方
法。 - 【請求項５】 第１および第２の波長変換素子の各々
が、位相整合方位軸に互いに１８０°回転されている２
個の波長変換素子により構成された、請求項１ないし４
記載のレーザ光の波長変換方法。 - 【請求項６】 請求項１ないし５のいづれか１記載のレ
ーザ光の波長変換方法に用いられる波長変換素子であっ
て、第１波長変換素子と第２波長変換素子とが一体化さ
れてなる波長変換素子。 - 【請求項７】 第１波長変換素子と第２波長変換素子と
が、オプティカルコンタクト、融着、接着剤、および一
つのモールドに固定する方法のいずれか１によって一体
化されてなる請求項６記載の波長変換素子。 - 【請求項８】 レーザ光の第４高調波を得るための波長
変換方法において、 基本波を集光レンズで絞って第２高調波発生素子に入射
して第２高調波ビームを楕円形状とする段階と、 前記楕円形状とされた第２高調波ビームの長軸方向を第
４高調波発生素子の位相整合角度許容幅の小さい方位に
一致させて第４高調波を発生させる段階とを有すること
を特徴とするレーザ光の波長変換方法。 - 【請求項９】 第２高調波発生素子と第４高調波発生素
子とを一体化した構造の波長変換素子を用いて波長変換
を行う請求項７記載のレーザ光の波長変換方法。 - 【請求項１０】 請求項９記載のレーザ光の波長変換方
法に用いられる波長変換素子であって、第２高調波発生
素子と第４高調波素子とが一体化されてなる波長変化素
子。 - 【請求項１１】 第２高調波素子と第４高調波素子とが
オプティカルコンタクト、融着、接着剤、および一つの
モールドに固定する方法のいずれか１によって一体化さ
れてなる請求項１０記載の波長変換素子。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP19119197A JP3479205B2 (ja) | 1997-07-16 | 1997-07-16 | レーザ光の波長変換方法および波長変換素子 |
| US09/109,733 US6172800B1 (en) | 1997-07-16 | 1998-07-02 | Laser wavelength conversion method and device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19119197A JP3479205B2 (ja) | 1997-07-16 | 1997-07-16 | レーザ光の波長変換方法および波長変換素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1138458A true JPH1138458A (ja) | 1999-02-12 |
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Family
ID=16270425
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP2005107449A (ja) * | 2003-10-02 | 2005-04-21 | National Institute Of Information & Communication Technology | 偶数個の非線形結晶を用いた緑色コヒーレント光の発生装置 |
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- 1997-07-16 JP JP19119197A patent/JP3479205B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1998
- 1998-07-02 US US09/109,733 patent/US6172800B1/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP3479205B2 (ja) | 2003-12-15 |
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