JPWO2006129502A1 - 固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

固体レーザ装置において、略密閉構造を有する単一の外部筐体（１）を備え、前記外部筐体（１）内に単数もしくは複数の内部筐体（２）を設け、前記内部筐体（２）の一部もしくは全部に外部筐体（１）内の空気を浄化し内部筐体（２）内に供給する空気清浄ユニット（４）を備え、前記外部筐体（１）内に、固体レーザ媒質（５０１）ならびに光共振器を含むレーザ光源（５、６、７）、ならびに前記レーザ光源より発せられたレーザ光（８）を伝送、もしくは遮断する光学系（１０、１１、９０１）を配設するとともに、前記レーザ光源（５，６，７）、および前記光学系（１０、１１、９０１）、もしくはその一部を、前記内部筐体（２）内へ収納することにより、簡易、小型かつ安価な構成のもとで、光学部品の劣化、ならびに結露を防止し、安定にレーザ光を供給することができる。

Description

この発明は、固体レーザ装置の高信頼化に関する。

固体レーザ装置では、光路外部からの粉塵の混入によって、光路中に設置される光学部品が汚染され、レーザ光の透過率が低下するという問題点があった。また光学部品表面に付着した粉塵が、この光学部品を通過するレーザ光を散乱し、レーザ光の集光性を低下させるという問題点があった。また、光学部品表面への付着物がレーザ光を吸収し、光学部品表面に施したコーティングを破壊するとともに、光学部品の母材に対しても損傷を与えるという問題点があった。

そこで、従来の固体レーザ加工装置においては、粉塵を除去するために、密閉された容器内に光学素子を配置し、この容器内に気体清浄器を設け、容器内の気体を浄化することで、上記問題を解決していた（例えば、特許文献１）。また、光学系をカバーで覆い、ダストフィルタを介して外部より導入した清浄化気体によってカバー内部を加圧することで、光学系への粉塵付着を防止していた（例えば、特許文献２）。

特開平５−７０４３号公報（第００１３乃至第００１７段落、第１図） 特開平８−３３２５８６号公報（第００２８段落、第１図）

レーザ光路への粉塵の混入を防止するためには、特許文献１に記載のように、光学系を完全に密閉した容器に配することが望ましい。しかし、完全密閉構造とするためには、Ｏリング等シール手段が必要になることに加え、堅固な箱体構造にて光学部品周囲を覆う必要があるため、構成が複雑になり、保守性が低下するとともに、製造コストも増加するという問題点があった。

ただし、特許文献１に記載されたように、光学素子数が少ない光学系を有した小型のレーザ装置においては、光学系を収容する容器も小さくて済み、光学系を配した容器を密閉することは可能である。一方、例えば出力が１ｋＷを超えるような大型のレーザ装置においては、光学素子数が多くなり光学系が大型化し、光学系を収容する容器が大型化もしくは複数必要となり、光学系を配した容器の完全密閉化は困難であった。また、光学素子が増加することにより、光学素子の駆動や冷却に必要な電気配線や冷却配管も多く、容器内部への配線もしくは配管用の穴が多数必要であり、容器の密閉度の低下を招く要因となり、光学系を収容する容器を完全に密閉することは実際上不可能であった。

そのため、光学系を収容する容器の完全密閉が困難なレーザ装置については、光学系を略密閉されたカバーで覆い、各カバー間をダクトで連通し、そのダクト内にレーザ光を通す防塵構造を採用したが、十分な防塵効果は得られなかった。そこで、レーザ装置をクリーンルーム等外部雰囲気の清浄度が管理された環境中へ配置し、粉塵の影響を完全密閉に近い状態にするという方法が一般的に用いられており、レーザ装置の設置にクリーンルーム等が必要となり、コストや設置面積の増加、設置場所が限定される等が問題となっていた。

また、特許文献２に記載のように、外気を浄化して光学系を収容する容器内に送り込み容器内を正圧にする場合、容器の完全密閉は必要でないので大型のレーザ装置にも摘要できる。しかし、外部の空気を直接浄化して容器内に送り込んでいるため、クリーンルーム等へ配置しない限り、浄化するダストフィルタの目詰まりが短時間で発生し、消耗部品交換にともなう生産性の低下やランニングコストの増加をもたらすという問題点がある。

さらに、従来のレーザ装置においては、光学系の雰囲気湿度が管理されておらず、レーザ装置の周囲温度の上昇によって光学部品に結露が発生し、光学部品表面のコーティングが劣化するとともに、結露した光学部品を通過するレーザ光の集光性を低下させるという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、簡易、小型かつ安価な構成のもとで、光学部品の劣化、ならびに結露を防止し、安定にレーザ光を供給することが可能な、信頼性の高い固体レーザ装置を提供することを目的としている。

この発明に係る固体レーザ装置においては、固体レーザ媒質と光共振器を有したレーザ光源と、前記レーザ光源より発せられたレーザ光を伝送または遮断する光学系と、略密閉構造を有し前記レーザ光源と前記光学系を内部に配置する外部筐体と、前記外部筐体内部に設けられ前記レーザ光源、前記光学系または前記光学系の一部を内部に配置する単数もしくは複数の内部筐体と、前記外部筐体内の空気を浄化し、前記内部筐体内にこの浄化した空気を供給し、前記内部筐体内の気圧を前記外部筐体内の気圧よりも高くする清浄空気供給手段と、を備えたものである。

この発明は以上説明したように、レーザ光を伝送もしくは遮蔽する光学系の周囲雰囲気を、常に清浄な状態に維持することができるので、クリーンルーム等外部雰囲気の清浄度が管理された環境中へ配置しなくても、光学部品の劣化、ならびに異物付着にともなう光学部品の損傷を防止し、固体レーザ装置の信頼性向上を図ることができる効果がある。

この発明の実施の形態１における固体レーザ装置の構成を示す模式図である。 この発明の実施の形態２における固体レーザ装置の構成を示す模式図である。 この発明の実施の形態３における固体レーザ装置の構成を示す模式図である。 この発明の実施の形態４における固体レーザ装置の構成を示す模式図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における固体レーザ装置の構成を示す模式図である。図１において、１は略密閉構造を有する外部筐体で、レーザ光、ならびに散乱光の外部への漏洩を防止する保護筐体を兼ねる。ここで、略密閉構造とはＩＥＣ規格５２９に基づき規定された異物浸入保護等級で、ＩＰ２１乃至ＩＰ５６、もしくは当該等級相当の密閉性を有した構造を意味する（以下同様）。２は、外部筐体１内に配設された内部筐体である。３は、外部筐体１の側壁面に設置された除湿手段である除湿機で、外部筐体１内の水分を外部筐体１外へ放出する。３０１、３０２は、外部筐体１内の水分３０１、ならびに外部筐体１外へ放出される水分３０２を、模式的に示した点線である。なお本実施の形態では、除湿機３に固体高分子電解質膜を利用し、外部筐体１内の水分３０１を電気分解する菱彩テクニカ株式会社製のＳＰ除湿機ロサールを使用している。４は、内部筐体２の天板部に配設された清浄空気供給手段である空気清浄ユニットで、粒径数１０乃至数１００ミクロンの粉塵を予め除去するプレフィルタ４０１、外部筐体１内の空気を内部筐体２中へ導入するファン４０２、粒径１０ミクロン以下の粉塵まで除去することができるメインフィルタ４０３から構成されている。本実施の形態では、プレフィルタ４０１には、グラスウールを使用しており、またメインフィルタ４０３には、粒径０．３ミクロンの粒子を９９．９７％以上捕集することができるＨＥＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）フィルタを使用している。４０４は、外部筐体１中の空気、４０５は、空気清浄ユニット４によって内部筐体２中へ導入される空気、４０６は、内部筐体２の排気口２０１から外部筐体１中へ排出される空気を示す一点鎖線である。ここで、排気口２０１は特別に設けなくとも、内部筐体２への配線や配管に伴う隙間等を利用してもかまわない。

５ａ、５ｂは、キャビティユニットを示しており、カバーにより略密閉されたキャビティユニット５ａ、５ｂの内部には、ロッド型固体レーザ媒質５０１ａ、５０１ｂ、ならびにロッド型固体レーザ媒質５０１ａ、５０１ｂを光励起するための励起光源である半導体レーザ５０２ａ、５０２ｂが配設されている。なお本実施の形態においては、ロッド型固体レーザ媒質５０１ａ、５０１ｂに活性媒質としてＮｄ（ネオジウム）がドープされたＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）結晶を使用しており、単一のキャビティユニット５０１ａ、５０１ｂから約５００Ｗのレーザ出力を取り出すことができる。また図１中には図示してはいないが、実際のキャビティユニット５ａ、５ｂ中には、ロッド型固体レーザ媒質５０１ａ、５０１ｂを固定するための手段や、半導体レーザ５０２ａ、５０２ｂを冷却するための手段等が設置されている。６はＴＲ（Ｔｏｔａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）ユニットであり、略密閉されたカバー内部に、全反射鏡６０１、ならびに全反射鏡６０１を保持し、かつ全反射鏡６０１の角度調整機構が設けられた全反射鏡ホルダ６０２が配設されている。７はＰＲ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）ユニットで、ＴＲユニット６と同じく略密閉されたカバー内部に、部分反射鏡７０１、ならびに部分反射鏡７０１を保持し、かつ部分反射鏡７０１の角度調整機構が設けられた全反射鏡ホルダ７０２が配設されている。なお全反射鏡６０１と部分反射鏡７０１は光共振器を構成しており、半導体レーザ５０２ａ、５０２ｂによって光励起されたロッド型固体レーザ媒質５０１ａ、５０１ｂより、レーザ光８を発生させる。

９０１は、内部筐体２中に配設されたコリメートレンズで、レーザ光８を平行化する。９０２は、コリメートレンズ９０１を保持し、かつコリメートレンズ９０１の上下、水平方向に対する調整機構が設けられたコリメートレンズホルダである。１０は、内部筐体２中に配設されたプロセスシャッタユニットで、プロセスシャッタミラー１０１を、サーボモータ１０２によって、レーザ光８の光軸中に挿入、退避させることで、レーザ光８の出射、遮断を制御する。１１は、内部筐体２中に配設された安全シャッタユニットで、レーザ運転中はサーボモータ１１２によって、安全シャッタミラー１１１をレーザ光８の光軸から退避させ、レーザ停止時には、安全シャッタミラー１１１をレーザ光８の光軸中へ挿入することにより、レーザ光８が外部へ出射することを確実に防止する。

１２はファイバ入射ユニットで、略密閉されたカバー内部に、結合レンズ１２１、ならびに結合レンズ１２１を保持し、かつ結合レンズ１２１の上下、水平、光軸方向に対する調整機構を有する結合レンズホルダ１２２が配設されている。１３は、レーザ光を伝送する光ファイバで、１３１は光ファイバ１３のレーザ光入射側に配設された入射側ファイバコネクタ、１３２は光ファイバ１３のレーザ光出射側に配設された出射側ファイバコネクタである。入射側ファイバコネクタ１３１は、ファイバ入射ユニット１２に配設されたレセプタクル１２３によって、ファイバ入射ユニット１２へ堅固に固定されている。コリメートレンズ９０１によって平行化されたレーザ光８を、結合レンズ１２１によって集光し、光ファイバ１３中へ導入する。なお、光ファイバ１３を外部筐体１の外側へ取り出すための開口部では、ウレタンゴム製のパッキン１４を使用し、密閉性を維持している。１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅは、各ユニット間において、レーザ光８、ならびに散乱光の漏洩を防止するために設けたビームダクトであり、図示はしていないが、各ユニットとの接続部では、シリコンゴム製のＯリングを使用し、密閉性を維持している。

本実施の形態によれば、略密閉構造を有する外部筐体１中に内部筐体２を設け、空気清浄ユニット４により外部筐体１内の空気を清浄化して内部筐体２中へ供給することにより、内部筐体２内の気圧を外部筐体１内の気圧より高めているので、クリーンルーム等外部雰囲気の清浄度が管理された環境中へ配置しなくても、内部筐体２中への粉塵等異物の浸入を防止するとともに、内部筐体２中に設置された光学部品周囲の雰囲気を常に清浄な状態に維持することができる。また、内部筐体２中でアウトガスが発生した場合であっても、清浄な空気とともに排気口２０１から排出されるため、１ｋＷを越える高出力レーザ光を、内部筐体２中に設置された光学部品で透過もしくは反射させた場合であっても、光学部品の劣化、ならびに損傷を効果的に防止し、長寿命化を図ることができる。また定期的に実施する光学部品のクリーニング周期を長くすることができるので、装置のメンテナンスに要するダウンタイムの短縮が可能であることに加え、ランニングコストの低減も図ることができる。また本実施の形態では、ＰＲユニット７、ならびにファイバ入射ユニット１２は、密閉構造を有するビームダクト１５ｄ、１５ｅを介してそれぞれ連通しているため、ＰＲユニット７、ならびにファイバ入射ユニット１２中も常に清浄な空気で満たされ、内部筐体２中に配置した場合と同様な効果を得ることができる。

また本実施の形態によれば、略密閉構造を有する外部筐体１内の空気を、空気清浄ユニット４を介して循環させる構成としているため、粉塵量が管理されていない環境に設置された場合であっても、空気清浄ユニット４中のフィルタが短時間で目詰まりすることを防止し、消耗部品交換にともなう生産性の低下やランニングコストの増加を抑えることができる。またメンテナンス等により、外部筐体１、内部筐体２を開放した場合であっても、短時間で空気の清浄度が回復するため、メンテナンスに要するダウンタイムを更に短縮することが可能である。

また本実施の形態によれば、外部筐体１の側壁に開口を設け、除湿機３を設置することにより、外部筐体１中の空気に含まれる水分を外部筐体１外へ排出する構成としているので、温度および湿度が管理されていない環境に設置された場合であっても、外部筐体１内の相対湿度は、常に設定値以下に維持され、光学部品の結露を防止するとともに、周囲環境に依らず常に安定したレーザ光の供給が可能になる。

なお本実施の形態によれば、保護筐体を兼ねた単一の外部筐体１中に、キャビティユニット５ａ、５ｂ、ＴＲユニット６、ＰＲユニット７からなるレーザ光源と、レーザ光源より発せられたレーザ光８を光ファイバ１３へ結合するための光学系の両者を配設するとともに、外部筐体１中に内部筐体２を設け、該内部筐体２中へ光学系を配設する構成としているため、簡易、かつコンパクトな構成のもとで、光学部品周囲の空気清浄度を効果的に改善し、光学部品の長寿命化を図ることができる。更に、振動や機械的な外乱が生じた場合であっても、レーザ光源の光軸と光学系の光軸は乖離することがないため、光軸ずれにともなう光ファイバ１３の入射端面での損傷を防止し、信頼性に優れたレーザ光のファイバ伝送を行い、安定したレーザ光の供給が可能になる。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２における固体レーザ装置の構成を示す模式図である。本実施の形態においては、略密閉構造を有する単一の外部筐体１中に、２つの内部筐体２ａ、２ｂを設けている。第１の内部筐体２ａ中には、前記実施の形態１と同じく、コリメートレンズ９０１、ならびにプロセスシャッタユニット１０、安全シャッタユニット１１が配設されている。また第２の内部筐体２ｂ中には、２台のキャビティユニット５ａ、５ｂ、ならびに全反射鏡６０１、部分反射鏡７０１からなるレーザ光源が配設されている。

本実施の形態に示すように、単一の外部筐体１中に複数の内部筐体２ａ、２ｂを設ける構成としても、前記実施の形態１と同様な効果が得られるばかりでなく、キャビティユニット５ａ、５ｂを内部筐体２ｂ中に配設すれば、キャビティユニット５ａ、５ｂ単体での密閉性に対する要求を緩和することができるばかりでなく、励起光源として使用する半導体レーザ５０１ａ、５０１ｂの発光部周囲を常に清浄な状態に維持することができるので、半導体レーザ５０１ａ、５０１ｂの劣化を効果的に防止し、長寿命化を図ることができる。更に全反射鏡６０１、部分反射鏡７０１、キャビティユニット５ａ、５ｂ間の光路を、ビームダクトにて密閉する必要がないため、レーザ光源の組立、ならびに保守調整が容易なるという効果もある。

なお本実施の形態においては、第１、第２の内部筐体２ａ、２ｂにそれぞれ空気清浄ユニット４ａ、４ｂを設置する構成を示したが、第１の内部筐体２ａと第２の内部筐体２ｂは、ビームダクト１５ａによって連通しているため、第１、第２の内部筐体２ａ、２ｂのうち、どちらか一方にのみ空気清浄ユニット４を設置しても、内部筐体４内の空気洗浄度を維持し、本実施の形態と同様な効果が得られるばかりでなく、空気清浄ユニット４の台数を削減できるので、製造、組立ならびにランニングコストの低減を図ることができる。

一方、本実施の形態と同様に、複数個の内部筐体２に対し、複数個の空気清浄ユニット４を設置する構成とすれば、任意の空気清浄ユニット４が、フィルタ目詰まり等により機能が低下、もしくは故障により機能を停止した場合であっても、各内部筐体２内の空気清浄度が維持され、空気清浄ユニット４の故障に対するリスクを低減することができる。また、メンテナンス等によって内部筐体２を外気へ開放した際にも、復旧時に短時間で清浄度を回復できるので、メンテナンスにともなうダウンタイムを短縮することができるという効果がある。

なお単一の内部筐体２に対し、複数の空気清浄ユニット４を設置する構成としても、空気清浄ユニット４の故障に対するリスクを低減し、外気開放時の清浄度回復時間を短縮することができる効果があることは言うまでもない。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３における固体レーザ装置の構成を示す模式図である。本実施の形態においては、レーザ光８を光ファイバ１３へ伝送する光学系を構成するユニットであるコリメートレンズ９０１、プロセスシャッタユニット１０、安全シャッタユニット１１に対し、内部筐体２ａ、２ｂ、２ｃを個別に設置している。本実施の形態によっても、前記実施の形態１乃至実施の形態２と同様な効果が得られるばかりでなく、各ユニットに対し個別に内部筐体２ａ、２ｂ、２ｃを設けているので、各ユニットのメンテナンス作業を実施する際、対象となるユニット部分のみ内部筐体２を開放すればよいので、他のユニットの内部筐体２中へ、粉塵等が浸入するリスクを効果的に低減し、更に信頼性を高めることができる。

なお本実施の形態においては、内部筐体２ａ、２ｂ、２ｃ中へ、それぞれコリメートレンズ９０１、プロセスシャッタユニット１０、安全シャッタユニット１１を収容する構成について示したが、内部筐体２中に設置するユニットはこれに限るものではない。例えば、複数の光ファイバ１３にレーザ光８を結合する構成であれば、レーザ光８を複数の光路へ分割するためのユニットを内部筐体２内に設置してもよい。

要はレーザ光８を透過、もしくは反射する光学部品を含むユニットを、外部筐体１中に設置された内部筐体２中へ設置し、空気清浄ユニットにより光学部品周囲を清浄な状態に維持すれば、光学部品の劣化、損傷を効果的に防止し、信頼性に優れた固体レーザ装置を得ることができる。外部筐体１中へ配置する内部筐体２の個数、内部筐体内に配置する光学部品の数、種類については、大きさや構成、メンテナンス方法等目的に応じて適宜設計すればよい。例えば、レーザ光源と光学系の両者を、単一の内部筐体２中へ設置する構成としてもよい。

実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４における固体レーザ装置の構成を示す模式図である。なお本実施の形態においては、非線形光学結晶を用いた波長変換技術により、第２高調波を発生する構成を示している。図４中、１６１は、第１の内部筐体２ａ中において、ロッド型固体レーザ媒質５０１と全反射鏡６０１の間に配設された音響光学素子で、一定の周期で共振器損失に変調を与えることで、Ｑスイッチパルス発振を行う。１６２は、音響光学素子１６１を保持し、かつ音響光学素子１６１の角度調整機構が設けられた音響光学素子ホルダである。本実施の形態においても、ロッド型固体レーザ媒質５０１には、Ｎｄ（ネオジウム）がドープされたＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）結晶を使用しており、第１の内部筐体２ａ中に設置されたレーザ光源からは、波長が１０６４ｎｍ（ナノメータ）で、パルス幅が６０乃至７０ｎｓ（ナノ秒）程度の基本波パルス光８が発せられる。

１７１は、第２の内部筐体２ｂ中に設置され基本波パルス光８を集光する集光レンズ、１７２は、集光レンズ１７１を保持し、かつ集光レンズ１７１の上下、水平方向に対する調整機構が設けられた集光レンズホルダである。１８１は非線形光学結晶で、本実施の形態では、基本波波長１０６４ｎｍの第２高調波発生において、タイプ２型の位相整合条件が得られる長さ１５ｍｍのＬＢＯ（リチウムトリボレイト）結晶を使用している。１８２は、非線形光学結晶１８１を保持し、かつ非線形結晶１８１に対する温度調整機能が設けられた非線形光学結晶ホルダである。集光レンズ１７１によって集光された基本波パルス光８が、非線形光学結晶１８１へ入射すると、基本波パルス光８の一部が波長５３２ｎｍの第２高調波１９に変換される。２１１は、波長１０６４ｎｍの光は反射し、波長５３２ｎｍの波長は透過する２波長コーティングが施されたセパレートミラーで、第２高調波１９の光軸に対し、入射角度４５度に設置されている。２１２は、セパレートミラーを保持するセパレートミラーホルダである。非線形光学結晶１８１に入射した基本波パルス光８のうち、一部は第２高調波１９に変換され、残りは１０６４ｎｍの波長を維持したまま非線形光学結晶１８１を透過する。従って、非線形光学結晶１８１から出射するレーザ光には、波長１０６４ｎｍの基本波パルス光８と、波長５３２ｎｍの第２高調波１９が混在している。基本波パルス光８と第２高調波１９が混在したレーザ光をセパレートミラー２１１へ入射させ、第２高調波１９のみ透過させることで、基本波パルス光８と第２高調波１９を分離することができる。セパレートミラー２１１に入射した基本波パルス光８は、セパレートミラー２１１によって反射作用を被り、光軸が直角に折り曲げられる。なお、セパレートミラー２１１によって反射された基本波パルス光８は、図示はしていないが同じく第２の内部筐体２ｂ中に配設されたダンパによって吸収される。

セパレートミラー２１１によって、基本波パルス光８から分離された第２高調波１９は、第３の内部筐体２ｃ中に設置されたコリメートレンズ９０１によって平行化され、出射窓２２１、外部筐体１の側壁面に設けられた出射口２４を通じ外部へ出射する。なお２２２は、出射窓２２１を第３の内部筐体２ｃの側壁へ固定するための出射窓ホルダであり、図示はしていないが、弗素ゴム性のＯリングを使用し出射窓２２１固定部での密閉性が保たれるようシールしている。２３は、発泡性のＰＴＦＥ（四弗化エチレン）にて作製したリング状のパッキンであり、出射口２４における密閉性を維持している。

本実施の形態に示すように、Ｑスイッチパルス発振を行うレーザ光源を使用した場合、平均出力が比較的低い場合であっても、パルス光の尖頭出力は高く、湿度にともなう光学部品の劣化や、異物付着にともなう光学部品の損傷に対するリスクは増大する。本実施の形態に示すように、略密閉構造を有する外部筐体１を設け、外部筐体１内の相対湿度を、除湿機３を用いて規定値以下に管理するとともに、外部筐体１中に内部筐体２を設け、内部筐体２内に光学部品を配設し、内部筐体２の天板部に設置した空気清浄ユニット４を用いて、清浄化した空気を循環させる構成とすれば、前記実施の形態１乃至実施の形態３と同様な効果が得られるばかりでなく、Ｑスイッチパルス発振を行うレーザ光源を使用した場合であっても、光学部品の劣化、損傷に対するリスクを低減し、高い信頼性のもとで、安定に高尖頭出力のＱスイッチパルス光を供給することが可能になる。

また、第２高調波１９への波長変換効率は、非線形光学結晶１８１に対する基本波入射強度の二乗に略比例する。従って、高い波長変換効率を得るためには、基本波パルス光８を、集光レンズ１７１によって細径にまで絞り込む必要がある。このため、僅かな粉塵等異物が非線形光学結晶１８１の入射面に付着した場合であっても、集光された基本波パルス光８の照射によって、非線形光学結晶１８１は容易に破壊される。更に、本実施の形態にて非線形光学結晶１８１として使用しているＬＢＯ結晶は吸湿性を有するため、湿度の高い環境中で使用した場合、空気中の水分を吸収し変色等劣化が促進される。本実施の形態によれば、前記実施の形態１乃至実施の形態３と同様な効果が得られるばかりでなく、非線形光学結晶１８１の周囲雰囲気を、清浄、かつ湿度が管理された空気にて維持することが可能になるので、非線形光学結晶１８１の劣化を抑制するとともに、基本波パルス光８を細径に集光し非線形光学結晶１８１に入射させる場合であっても、非線形光学結晶１８１の損傷、破壊を防止し、高い信頼性を維持しながら、効率よく波長変換を行うことができる。

本実施の形態においては、第２高調波の発生を行う非線形光学結晶１８１に、ＬＢＯ結晶を使用する構成を示したが、非線形光学結晶１８１の種類はこれに限るものではない。例えば、非線形光学結晶１８１にＫＴＰ（ポタジウムタイタニルフォスファ）結晶を使用すれば、基本波の吸収係数は大きくなるものの、高い非線形定数を有するため、基本波が低出力であっても比較的高い波長変換効率を得ることができるし、周期反転分極型のＬＮ（リチウムナイオベート）結晶を使用すれば、相互作用長（コヒーレント長）を長くすることができるので、連続発振の基本波を使用した場合であっても、効率よく波長変換を行うことができる。要は所望する仕様、性能に応じて、適切な非線形光学結晶を選定すればよい。

また、本実施の形態においては、第２高調波を発生させる構成について示したが、波長変換の種類はこれに限るものではなく、更に高次の第３高調波や、第４、第５高調波を発生させる構成においても、非線形光学結晶を内部筐体２中へ配置すれば、本実施の形態と同様な効果を得ることができる。また高調波発生に限らず、光パラメトリック発振や和周波混合による波長変換についても、同様な効果が得られることは言うまでもない。要は、波長変換を行う非線形光学結晶を内部筐体２内に設置すれば、本実施の形態と同様な効果を得ることができる。

また、本実施の形態においては、音響光学素子１６１を用いてＱスイッチパルス発振を行う構成について示したが、電気光学素子を使用してＱスイッチパルス発振を行う構成についても、本実施の形態と同様な効果を得ることができる。また高尖頭パルスを発生する構成として、モード同期レーザに対し本発明を適用してもよい。例えば、ＫＬＭ（カーレンズモード同期）技術を使用した超短パルス光をＣＰＡ（チャープパルス増幅）方式にて増幅する構成に対しては、レーザ光源である発振器、発振器から取り出したレーザ光のパルス幅を延長するパルス拡張器、パルス幅が拡張されたレーザ光を増幅する再生増幅器、増幅されたレーザ光のパルス幅を圧縮するパルス圧縮器に対し、それぞれ内部筐体２を設け、内部筐体２内の清浄度、ならびに湿度を管理すれば、本実施の形態と同様な効果を得ることができる。

なお、前記実施の形態１乃至実施の形態４においては、ロッド型固体レーザ媒質を光励起する励起光源として、半導体レーザを使用する構成を示したが、励起光源の種類はこれに限るものではなく、励起光源として放電ランプを使用しても、同様な効果を得ることができる。

また、前記実施の形態１乃至実施の形態４においては、レーザ光源に使用する固体レーザ媒質に、Ｎｄ（ネオジウム）がドープされたロッド型のＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）結晶を使用する構成を示したが、固体レーザ媒質の母材、活性媒質、形状はこれに限るものではない。例えば、固体レーザ媒質としてＴｉ（チタン）やＣｒ（クロム）をドープしたアルミナの単結晶を使用してもよいし、Ｙｂ（イットリビウム）をドープしたスラブ型のＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）結晶を使用してもよい。また、固体レーザ媒質として半導体を利用する所謂半導体レーザをレーザ光源として使用する構成に対しても、本発明は適用することができる。

また、前記実施の形態１乃至実施の形態４においては、いずれも空気清浄器ユニットのメインフィルタとして、ＨＥＰＡフィルタを使用する構成を示したが、空気清浄ユニットの種類はこれに限るものではない。例えば、メインフィルタとしてＵＬＰＡ（Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）フィルタを使用すれば、更に集塵率を高めることができるし、有機成分物質やイオン性物質等を除去したい場合には、ケミカルフィルタを併用してもよい。要は除去すべき不純物や粉塵に応じ、最適な空気清浄方法を選定すればよい。また、前記実施の形態１乃至実施の形態４においては、いずれも空気清浄ユニットを内部筐体の天板部に設置する構成を示したが、内部筐体に対する空気清浄ユニットの設置個所はこれに限るものではなく、レーザ光源や光学系の配置に応じ、最適な位置に配置すればよい。

また、前記実施の形態１乃至実施の形態４においては、いずれも固体高分子電解質膜方式の除湿機を使用する構成を示したが、除湿機の構成はこれに限るものではなく、例えば、外部筐体内に乾燥剤であるシリカゲルを設置しても、同様な効果が得られる。更に、除湿機を駆動するための電源が必要ないため、装置停止時や停電時であっても、外部筐体内の湿度を略一定に維持することができる。

また、外部筐体の湿度、ならびに内部筐体内の粉塵量をモニタするための検出器を設け、湿度、および粉塵量が規定値以上に達した場合に、装置を停止させるインタロック機構等を設ければ、更に固体レーザ装置の信頼性の向上が可能である。

この発明に係る波長変換レーザ装置は、レーザ装置の設置のためにクリーンルーム等を準備するのが困難な場合に適している。

Claims (12)

1. 固体レーザ媒質と光共振器を有したレーザ光源と、
   前記レーザ光源より発せられたレーザ光を伝送または遮断する光学系と、
   略密閉構造を有し前記レーザ光源と前記光学系を内部に配置する外部筐体と、
   前記外部筐体内部に設けられ前記レーザ光源、前記光学系または前記光学系の一部を内部に配置する単数もしくは複数の内部筐体と、
   前記外部筐体内の空気を浄化し、前記内部筐体内にこの浄化した空気を供給し、前記内部筐体内の気圧を前記外部筐体内の気圧よりも高くする清浄空気供給手段と、
   を備えたことを特徴とする固体レーザ装置。
2. 前記内部筐体に、前記清浄空気供給手段より前記内部筐体内に供給された浄化空気を前記外部筐体内に排気する排気口を設けたことを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ装置。
3. 前記内部筐体と、略密閉構造を有し前記光学系の一部を内部に設けたユニットとをダクトで連通したことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の固体レーザ装置。
4. 前記内部筐体を複数備え、前記内部筐体間をダクトで連通したことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の固体レーザ装置。
5. 前記複数の内部筐体のうち一部の内部筐体のみに前記清浄空気供給手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載の固体レーザ装置。
6. １つの前記内部筐体に複数の前記清浄空気供給手段を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の固体レーザ装置。
7. 前記外部筐体内の水分を除去する除湿手段を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の固体レーザ装置。
8. 非線形光学結晶を前記内部筐体内に配置したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の固体レーザ装置。
9. 前記固体レーザ媒質を光励起する励起光源が半導体レーザであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の固体レーザ装置。
10. 前記固体レーザ媒質が半導体であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の固体レーザ装置。
11. 前記レーザ光源がＱスイッチパルス発振を行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の固体レーザ装置。
12. レーザ光源がモード同期パルス発振を行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の固体レーザ装置。
    

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