JPS63198386A

JPS63198386A - レ−ザ−発振装置

Info

Publication number: JPS63198386A
Application number: JP3117987A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Soma; 相馬　弘年; Isamu Shindo; 勇進藤
Original assignee: ASUKARU KK
Current assignee: ASUKARU KK
Priority date: 1987-02-13
Filing date: 1987-02-13
Publication date: 1988-08-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】光咀Ω技五圀皿本発明は、レーザー発振装置に係り、さらに詳しくは、
レーザー光を第２高調波発生素子としての非線形光学結
晶体に入射させてその波長を変換させるようにしたレー
ザー発振装置に関する。

−ＥＩノー、ｒ１北”　”ｕ　ニ”　（７）　ＩＪ”ｆ
ｆ近年、レーザー光の各種分野への応用は益々盛んにな
っており、そのなかで、レーザー光の波長を変換しよう
とする試みが盛んになされている。

例えば、レーザー光の波長を変換することによっユニＪてコヒーレントな紫外線を得ることができ、コヒーレン
トな紫外線は、基礎研究用光源としてばかりでなく、光
化学反応、アイソトープの分離、バイオフノロジー等の
各社分野での用途が期待されている。特に最近、超ＬＳ
Ｉの目覚ましい進歩に伴って、周辺計測装置の精密化の
要請からコヒーレントな紫外線の利用が望まれていると
ともに、単導体製造工程における各種微細加工装置への
応用も考えられている。例えば、ＤＲＡＭ　（ＤＶｎａ
−ｍｉｃ　Ｒａｎｄａｍ　Ａｃｃｅｓｓ　）ｌｅｍｏｒ
ｙ）は、１９９０年までに４〜１６Ｍｂｉｔのものが出
現すると予想されており、０．５μｍの精度の微細加工
をエキシマレーザ−を代表とする紫外線レーザーを用い
たステッパー（逐次移動式露光装置）を用いて実現しよ
うとの計画が各所において進行中である。

−ｆｆｌに、コヒーレントな短波長の紫外線を得る方法
としては、二つの異なった波長のレーザー光を空間的に
重ね合せた後、特定の複屈折率を有する単結晶体、例え
ば、ＫＨ２ＰＯ４の単結晶体やＫＢ５０ｇ　・４Ｈ２Ｏ
の単結晶体、あるいは尿素の単結晶体等に通過させる方
法が知られている。

ところが、これらの結晶体は、潮解性が強いという問題
点があり、特に尿素単結晶体においては、室内で数時間
で使用不能になってしまうこともある。すなわち、レー
ザ光を入射させるために単結晶体の端面を光学研磨して
いても、その研磨面が潮解により劣化して使用不能とな
ってしまうこととなり、実用上大きな問題となっている
。

しかも、上述した単結晶体は、いずれも温度によって屈
折率が変化することがある。このため、従来から、単結
晶体を常時冷却して所定温度に維持しておき、紫外線の
吸収による温度上昇を防止して位相整合条件が破壊され
ないようにしている。

しかし、この温度許容幅は０．１℃以下と極めて狭く、
操作条件は非常に複雑になってしまっている。

このような問題点を解決するため、化学的に安定で、か
つ、取扱の容易なベータ型ホウ酸バリウム（β−Ｂ　ａ
　Ｂ２Ｏ４　）の単結晶体を第２高調波素子として用い
、可視レーザー光からコヒーレントな紫外線を得ようと
する試みが本発明者等によって既に提案されている。し
かし、ベータ型ホウ酸バリウムの単結晶体を第２高調波
素子として用いる従来のレーザー発振装置においては、
第２高調波素子すなわちベータ型ホウ酸バリウムの単結
晶体を共振器の外部に設置したものであり、得られる紫
外線レーザーの出力レベルは非常に低いものとなってい
るとともに、良質なレーザービームが得られないという
問題がある。これは、共振器の外部における光フィール
ドの強度が低いことや、共振器の外部では、内部におけ
るような繰返し効果が得らないこと等の理由によるもの
である。

また−最に、連続波（ＣＷ）であるアルゴンレーザー光
等における光強度は、ＱスイッチレーザーやＱスイッチ
レーザー励起色素レーザー等のパルスレーザ−光のピー
ク出力強度に比して、その出力レベルは極端に低い。こ
れに対して、第２高調波素子の変換動作効率は、入射レ
ーザー光の密度に比例して高くなる性質がある。したが
って、レーザー共振器の外部で波長変換を行なう場合の
変換動作効率を高めるには、レーザー光の出力レベルを
高くしなければならないこととなる。このため従来から
、焦点距離の短いレンズを用いてレーザー光を強力に集
光さぜな上で第２高調波素子に入射させ、レーザー光の
出力密度を上げるようにしている。しかし、ベータ型ホ
ウ酸バリウムの単結晶体は、波長変換に際しての許容角
度が極めて狭いことが知られており、上記のようにレン
ズを用いて集光させると変換ロスが大きくなってしまい
、変換効率が低下せざるを得ないという間だがある。例
えば、これまでのＩＷ比出力アルゴンレーザーにおける
第２高調波への変換効率は、せいぜい０．０２％程度で
しかない。

光■ム且旬本発明は、上記のような問題点を解決しようとするもの
であって、高い変換効率を得ることができるとともに、
良質なレーザービームを得ることができるようにした第
２高調波素子を備えてなるレーザー発振装置を提供する
ことを目的とする。

−哩ム概ヌ上記目的を達成するため本発明は、共振器から発生され
るレーザー光を、非線形光学結晶体から形成される第２
高調波発生素子に入射させることによりレーザー光の波
長を変換させるようにしたレーザー発振装置において、
前記第２高調波素子を構成する非線形光学結晶体が、ベ
ータ型ホウ酸バリウム（β−Ｂ　ａ　Ｂ２Ｏ４）の単結
晶体から形成されているとともに、該非線形光学結晶体
は、共振器の内部に設置されていることを特徴としてい
る。

このような構成からなるレーザー発振装置では、共振器
内部における高強度の光フィールドにおいて波長変換が
行なわれるとともに、共振器内部での繰返し効果により
光強度が高められることとなる。

見哩ム具体皿説朋以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図に示す実施例は、ＣＷレーザーおよびモードロッ
クＣＷレーザーの典型的な例としてのアルゴンイオンレ
ーザ−発振装置の共振器に本発明を適用した場合を示し
たものである。この共振器におけるレーザー管１内には
、レーザー物質としてのアルゴンガスが封入されており
、このレーザー管１の両端部にブルースター窓２，２が
取付けられている。さらに、上記各ブルースター窓２゜
２に対向するようにして曲率半径６ｍの出力ミラー３お
よび平面全反射ミラー４が設置されている。

上記出力ミラー３の前面には、アルゴンレーザーの発振
線の波長領域である５１４．５ｎｍから４５７．９ｎｍ
までの半波長に対応する２５７．２ｎｍから２２８゜９
ｎｍにわたって無反射コーティングが施されているとと
もに、該出力ミラー３の後面には、５１４．５ｎ…から
４５７．９ｎｍの範囲の光を全反射し、かつその半波長
である２５７．２ｎｍから２２８．９ｎｍの範囲の光を
できるだけ透過せしめるように誘電体多層膜蒸着が施さ
れている。一方、上記全反射ミラー４にも誘電体多層膜
蒸着が施されており、５１４．５ｎｍから４５７．９０
ｍの範囲の光およびその半波長である２５７．２ｎｍか
ら２２８．９ｎｍの範囲の光をすべて全反射するように
なされている。

さらに、上記のような共振器の内部には、レーザー光の
波長変換機能を備える非線形光学結晶体から形成された
第２高調波発生素子５が設置されている。この第２高調
波発生素子５は、前記ブルースター窓２と出力ミラー３
との間部分く実線図示部分〉あるいはブルースター窓２
と平面全反射ミラー４との間部分く一点鎖線図示部分）
に配置されている。該第２高調波発生素子５を構成する
非線形光学結晶体としては、ベータ型ホウ酸バリウムく
β−Ｂ　ａ　Ｂ２Ｏ４＞の単結晶体が採用されている。

上記第２高調波発生素子５は、本実施例では単一固定波
長の第２高調波を発生ずるように設定されており、例え
ば波長５１４．５ｎｍの波長に対応した位相整合条件を
満足するように結晶加工および設置が行なわれている。

結晶加工条件の一つは、光の透過面である結晶表面を光
学研磨するとともに、この結晶表面が、該結晶のＹ軸に
平行で、かつＺ軸とのなす角度（位相整合角）Ｏが５０
，１°となるように加工することであり、この場合には
第２図に示すように、結晶表面に対して、波長５１４．
５ｎｍに対応する反射防止膜５ａが一層蒸着されるとと
もに、結晶素子が光の進行方向に対して垂直となるよう
に設置されることとなる。結晶加工条件の他の一つは、
光の透過面である結晶表面を光学研磨するとともに、こ
の結晶表面が、該結晶のＹ軸に平行で、かつＺ軸とのな
す角度θが５０．１°となり、しかも結晶のＸ７面との
なす角度（ブリュースター角）Φが５９．２°となるよ
うに加工することであり、この場合には第３図に示すよ
うに、結晶素子が光の進行方向に対して５９．２°をな
ずように設置されることとなる。

また、アルゴンレーザー装置から発生されるレーザー光
には、その他に、４５７．９ｎｍ、４７６．５０ｍ、４
８８、　Ｏｎｍ、５０１．７ｎｍ等の各波長線があるが
、このうち比較的強い線である４８８．　Ｏｎｍのもの
に対しては、Ｚ軸とのなす角度Ｏが５４．５°、Ｘ７面
とのなす角度Φが５９．２°の角度設定が最も良好であ
る。

その他の波長に対する最適角度は、それぞれ次の通りで
ある。５０１　、７ｎｍの波長の場合には、θは５２．
１°であり、Φは５９，２°である。また４９６．５０
ｍの波長の場合には、θは５３．０’であり、Φは５９
．２’である。さらに４７６．５ｎｍの波長の場合には
、θは５Ｇ、８°であり、Φは５９．２°である。さら
にまた４５７．９ｎｍの波長の場合には、θは６１．１
°であり、Φは５つ、３°である。

なお、結晶の大きさは、レーザービームの径に依存する
ものであるが、おおむねレーザービームの径の２倍程度
であれば差支えない。また、レーザービーム径を１．４
ｍｍΦとした場合、長さ方向の大きさは、Ｗａｌｋ−ｏ
ｆｆ効果で限定される長さ８．３ｍｍの結晶が用いられ
ている。また図示には、直流電源や放電安定化抵抗等は
省略している。

このような実施例においては、共振器内部における高強
度の光フィールドにおいて波長変換が行なわれるととも
に、共振器内部での繰返し効果により光強度が高められ
ることとなる。例えば、出力ＩＷ（ワット）のＣＷ（連
続波）アルゴンレーザーの場合には、５ｍＷの第２高調
波が得られた。

さらに、アルゴンレーザーをモードロックシステムに替
えて出力を測定したところ、８ｍＷの第２高調波が得ら
れた。

第４図に示す実施例は、整合液１１が充填されたセル容
器１２内に、回転移動台１３を介して第２高調波発生素
子らが保持されるようにしたものであり、セル容器１２
の壁部に設置された光学窓１４を通してレーザービーム
が第２高調波発生素子５に当てられるようになっている
。整合液１１としては、シクロヘキサンが用いられてい
るとともに、光学窓１４の整合液と触れない側の表面上
に、５１０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲に対応する反射
防止膜が蒸着されている。

このようなセル容器内１２に保持された第２高調波発生
素子５を共振器内に設置し、該第２高調波発生素子５が
、アルゴンレーザーの５１４．５ｎｍから４５７．９ｎ
ｍに至る８本の発振線に対して位相整合するように回転
移動台１３を回転させたところ、すべての発振線に対し
て高い変換効率で第２高調波を得ることができた。すな
わち、このような実施例では、出力波長にしたがって最
適な発振条件を常時維持することができ、単一波長のみ
ならず波長可変の場合にも好適に採用することができる
ものである。

また本発明は、アルゴンレーザー、クリプトンレーザー
、ヘリウム−カドニウムレーザー等のＣＷ（連続波）イ
オンレーザ−の他、これらにモードロック機能を付与し
てなるモードロックＣＷレーザー、ＣＷ色素レーザー、
リング色素レーザー、ＣＷモモ−ロックＮｄ；ＹＡＧレ
ーザー励起色素レーザー、ＣＷモモ−ロツタアルゴンレ
ーザー励起色素レーザー等にも好適に適用することが可
能である。

灸咀ぬガ呈以上述べたように本発明におけるレーザー発振装置は、
共振器の内部に、ベータ型ホウ酸バリウム（β−Ｂ　ａ
　Ｂ２Ｏ４）の単結晶体から形成されてなる第２高調波
素子を設置するようにしたから、高い変換効率により第
２高調波を得ることができる。特に、従来のエキシマレ
ーザ−等のパルスレーザ−としてではなく、安定的にＣ
Ｗ（連続）発振し、しかも良質でコヒーレントな紫外線
レーザーを発振することができるようにしたレーザー発
振装置を得ることができる。そして、このようなレーザ
ー発振装置は、学術界においては生物学や化学等の分野
で使用されるスペクトロスコピーや光化学反応等の基礎
研究用光源として、また、産業界においては各種精密加
工用光源あるいは精密計測用光源等として大いに利用さ
れるものと期待されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるレーザー発振装置の
概略構成説明図、第２図、第３図および第４図は第２高
調波発生素子の配置関係を示した説明的断面図である。１・・・レーザー管、２・・・ブルースター窓２．３・
・・出力ミラー、４・・・全反射ミラー、５・・・第２
高調波発生素子。代理人　　弁理士　　銘木　俊一部第　　２　　図 ζ 第　　３　　図第　　４　　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）共振器から発生されるレーザー光を、非線形光学
結晶体から形成される第２高調波発生素子に入射させて
上記レーザー光の波長変換を行なうようにしたレーザー
発振装置において、前記第２高調波素子として用いられ
る非線形光学結晶体が、ベータ型ホウ酸バリウム（β−
ＢａＢ＿２Ｏ＿４）の単結晶体から形成されているとと
もに、該非線形光学結晶体は、共振器の内部に設置され
ていることを特徴とするレーザー発振装置。
（２）第２高調波素子として用いられる非線形光学結晶
体は、レーザー発振波長に対応するブリュースター角を
満足するように所定量傾斜して設置されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザー発振装置
。
（３）第２高調波素子として用いられる非線形光学結晶
体の表面には、レーザー光の反射防止膜が蒸着されてい
るとともに、該第２高調波素子は、その結晶素子が光の
進行方向に対して垂直となるように設置されていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザー発振
装置。
（４）共振器として、ＣＷ（連続波）およびモードロッ
クＣＷレーザー共振器が用いられていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のレーザー発振装置。