JPWO2019038825A1 - 波長変換装置 - Google Patents

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Abstract

波長変換装置であって、以下を備える：Ａ．入射したレーザ光を波長変換して出射する非線形結晶を保持する結晶ホルダ；Ｂ．結晶ホルダを収容し、非線形結晶に入射するレーザ光の光路上に設けられた入射ウィンドウと、非線形結晶から出射されるレーザ光の光路上に設けられた出射ウィンドウとを含む第１の容器；Ｃ．第１の容器を収容する第２の容器；Ｄ．少なくとも前記第１の容器の位置調整を行う位置調整機構；及び、Ｅ．入射ウィンドウ及び出射ウィンドウを、位置調整機構から空間的に隔離する隔離機構。

Description

本開示は、レーザ装置に用いられる波長変換装置に関する。
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という。このため露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用レーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３．４ｎｍの紫外線を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。
現在の露光技術としては、露光装置側の投影レンズとウエハ間の間隙を液体で満たして、当該間隙の屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけ上の波長を短波長化する液浸露光が実用化されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として用いて液浸露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光という。ＡｒＦ液浸露光はＡｒＦ液浸リソグラフィーとも呼ばれる。
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振におけるスペクトル線幅は約３５０〜４００ｐｍと広いため、露光装置側の投影レンズによってウエハ上に縮小投影されるレーザ光（紫外線光）の色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には、狭帯域化素子を有する狭帯域化モジュール（Line Narrowing Module）が設けられている。この狭帯域化モジュールによりスペクトル線幅の狭帯域化が実現されている。狭帯域化素子は、エタロンやグレーティング等であってもよい。このようにスペクトル線幅が狭帯域化されたレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
また、露光装置用レーザ装置には、省エネルギの観点から、固体レーザ装置を用いたものがある。固体レーザ装置は、半導体レーザ、非線形結晶等を含んで構成される。
特開２００１−２９６５７０号公報 特表２０１１−５０７３０５号公報 特開２０００−３４７２３４号公報 特開２０１０−１２８１１９号公報 特開２０１１−２１１２３４号公報
概要
本開示の１つの観点に係る波長変換装置は、以下を備える：
Ａ．入射したレーザ光を波長変換して出射する非線形結晶を保持する結晶ホルダ；
Ｂ．結晶ホルダを収容し、非線形結晶に入射するレーザ光の光路上に設けられた入射ウィンドウと、非線形結晶から出射されるレーザ光の光路上に設けられた出射ウィンドウとを含む第１の容器；
Ｃ．第１の容器を収容する第２の容器；
Ｄ．少なくとも前記第１の容器の位置調整を行う位置調整機構；及び、
Ｅ．入射ウィンドウ及び出射ウィンドウを、位置調整機構から空間的に隔離する隔離機構。
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、比較例に係る固体レーザシステムの構成を概略的に示す図である。 図２は、位置調整機構の構成を示すである。 図３は、比較例に係る固体レーザシステムの課題を説明する図である。 図４は、第１の実施形態に係る波長変換装置の構成を示す図である。 図５は、第２の実施形態に係る波長変換装置の構成を示す図である。 図６は、第３の実施形態に係る波長変換装置の構成を示す図である。 図７は、第３の実施形態に係る波長変換装置の変形例を示す図である。 図８は、回転軸部付近の拡大図である。 図９は、第４の実施形態に係る波長変換装置の構成を示す図である。 図１０は、遮蔽膜が設けられた入射ウィンドウの断面図である。 図１１は、遮蔽膜が設けられた入射ウィンドウの正面図である。
実施形態
＜内容＞
１．比較例
１．１ 構成
１．２ 動作
１．３ 課題
２．第１の実施形態
２．１ 構成
２．２ 動作
２．３ 効果
３．第２の実施形態
３．１ 構成
３．２ 動作
３．３ 効果
４．第３の実施形態
４．１ 構成
４．２ 動作
４．３ 効果
４．４ 変形例
５．第４の実施形態
５．１ 構成
５．２ 効果
６．各種変形例
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
１．比較例
１．１ 構成
１．１．１ 全体構成
図１は、比較例に係る固体レーザシステム１０の構成を概略的に示す。図１において、固体レーザシステム１０は、第１の固体レーザ装置１１と、第２の固体レーザ装置１２と、ダイクロイックミラー１３と、高反射ミラー１４と、波長変換システム１５と、同期回路１６と、制御部１７と、を含む。
第１の固体レーザ装置１１は、第１のシードレーザ２０と、第１の光強度可変部２１と、第１の増幅器２２と、波長変換部２３と、を含む。第１の増幅器２２は、ファイバ増幅器２２ａと、固体増幅器２２ｂと、図示しないＣＷ励起半導体レーザと、を含む。波長変換部２３は、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶２３ａと、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）結晶２３ｂと、を含む。ＬＢＯ結晶２３ａとＣＬＢＯ結晶２３ｂとは、非線形結晶である。
第１のシードレーザ２０は、シングル縦モードであって、波長が約１０３０ｎｍのＣＷ光またはパルス光を第１のシード光として出力する。第１のシードレーザ２０は、例えば、分布帰還型の半導体レーザである。第１の光強度可変部２１は、第１のシードレーザ２０から第１のシード光が入射される半導体素子を含む。第１の光強度可変部２１は、図示しない電流制御部によって、半導体素子にパルス電流を印加することによって、第１のシード光を所定のパルス幅のレーザ光に変換する。以下、第１の光強度可変部２１によって変換された第１のシード光を、第１のシードパルス光という。
ファイバ増幅器２２ａは、Ｙｂがドープされた複数の石英ファイバが多段に接続されたものである。固体増幅器２２ｂは、ＹｂがドープされたＹＡＧ結晶である。ファイバ増幅器２２ａ及び固体増幅器２２ｂは、図示しないＣＷ励起半導体レーザから入力されるＣＷ励起光によって光励起される。第１の増幅器２２は、第１の光強度可変部２１から入射する第１のシードパルス光を増幅する。
波長変換部２３は、第１の増幅器２２によって増幅された第１のシードパルス光を、高調波に変換して、第１のパルスレーザ光ＰＬ１として出力する。具体的には、波長変換部２３は、ＬＢＯ結晶２３ａとＣＬＢＯ結晶２３ｂとを含むことにより、第１のシードパルス光を、波長が約２５７．５ｎｍの第４高調波を生成し、第４高調波を第１のパルスレーザ光ＰＬ１として出力する。
第２の固体レーザ装置１２は、第２のシードレーザ３０と、第２の光強度可変部３１と、第２の増幅器３２と、を含む。第２の増幅器３２は、ＥｒとＹｂが共にドープされた複数の石英ファイバが多段に接続された図示しないＥｒファイバ増幅器と、図示しないＣＷ励起半導体レーザと、を含む。
第２のシードレーザ３０は、シングル縦モードであって、波長が約１５５４ｎｍのＣＷ光またはパルス光を第２のシード光として出力する。第２のシードレーザ３０は、例えば、分布帰還型の半導体レーザである。第２の光強度可変部３１は、第２のシードレーザ３０から第２のシード光が入射される半導体素子を含む。第２の光強度可変部３１は、図示しない電流制御部によって、半導体素子にパルス電流を印加することによって、第２のシード光を所定のパルス幅のレーザ光に変換する。以下、第２の光強度可変部３１によって変換された第２のシード光を、第２のシードパルス光という。
第２の増幅器３２に含まれるＥｒファイバ増幅器は、図示しないＣＷ励起半導体レーザから入力されるＣＷ励起光によって光励起される。第２の増幅器３２は、第２の光強度可変部３１から入射する第２のシードパルス光を増幅する。第２の増幅器３２は、増幅した第２のシードパルス光を、第２のパルスレーザ光ＰＬ２として出力する。
ダイクロイックミラー１３は、第１の固体レーザ装置１１から出力される第１のパルスレーザ光ＰＬ１が入射する位置に配置されている。高反射ミラー１４は、第２の固体レーザ装置１２から出力される第２のパルスレーザ光ＰＬ２を高反射し、高反射された第２のパルスレーザ光ＰＬ２がダイクロイックミラー１３に入射するように配置されている。
ダイクロイックミラー１３には、波長が約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光ＰＬ１を高透過し、波長が約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光ＰＬ２を高反射する膜がコートされている。ダイクロイックミラー１３は、高透過した第１のパルスレーザ光ＰＬ１の光路軸と、高反射した第２のパルスレーザ光ＰＬ２の光路軸とが一致するように配置されている。
波長変換システム１５は、第１のＣＬＢＯ結晶４０と、第２のＣＬＢＯ結晶４１と、第１の位置調整機構４２と、第２の位置調整機構４３と、第１のダイクロイックミラー４４と、第２のダイクロイックミラー４５と、高反射ミラー４６と、を含む。第１のＣＬＢＯ結晶４０と第２のＣＬＢＯ結晶４１とは、非線形結晶である。
第１のＣＬＢＯ結晶４０と、第１のダイクロイックミラー４４と、第２のＣＬＢＯ結晶４１と、第２のダイクロイックミラー４５とは、この順序で、第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２の光路上に配置されている。第１のＣＬＢＯ結晶４０には、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが入射する。
第１のＣＬＢＯ結晶４０では、第１のパルスレーザ光ＰＬ１と第２のパルスレーザ光ＰＬ２とが重なり、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波に対応する波長約２２０．９ｎｍの第３のパルスレーザ光ＰＬ３が生成される。第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２は、第１のＣＬＢＯ結晶４０を透過する。
第１のダイクロイックミラー４４は、第１のパルスレーザ光ＰＬ１を高反射し、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と第３のパルスレーザ光ＰＬ３とを高透過する膜がコートされている。第１のダイクロイックミラー４４を高透過した第２及び第３のパルスレーザ光ＰＬ２，ＰＬ３が、第２のＣＬＢＯ結晶４１に入射する。
第２のＣＬＢＯ結晶４１では、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と第３のパルスレーザ光ＰＬ３とが重なり、波長約１５５４ｎｍと波長約２２０．９ｎｍとの和周波に対応する波長約１９３．４ｎｍの第４のパルスレーザ光ＰＬ４が生成される。第２及び第３のパルスレーザ光ＰＬ２，ＰＬ３は、第２のＣＬＢＯ結晶４１を透過する。
第２のダイクロイックミラー４５は、第４のパルスレーザ光ＰＬ４を高反射し、第２のパルスレーザ光ＰＬ２と第３のパルスレーザ光ＰＬ３とを高透過する膜がコートされている。高反射ミラー４６は、第２のダイクロイックミラー４５により高反射された第４のパルスレーザ光ＰＬ４が高反射されて、波長変換システム１５から出力される位置に配置されている。
第１の位置調整機構４２は、第１のＣＬＢＯ結晶４０の位置調整を行う。具体的には、第１の位置調整機構４２は、Ｖ軸方向及びＨ軸方向への直線駆動と、Ｈ軸を中心とした回転方向であるθ方向への回転駆動とを行う。Ｈ軸、Ｖ軸、及びＺ軸は、互いに直交している。Ｚ軸方向は、波長変換システム１５に入射する第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２の光路軸方向である。Ｈ軸方向は、例えば、鉛直方向である。
第２の位置調整機構４３は、第２のＣＬＢＯ結晶４１の位置調整を行う。第２の位置調整機構４３の構成は、位置調整機構４２の構成と同様である。第２の位置調整機構４３は、Ｖ軸方向及びＨ軸方向への直線駆動と、θ方向への回転駆動とを行う。
制御部１７は、第１及び第２の位置調整機構４２，４３と電気的に接続されており、第１及び第２の位置調整機構４２，４３の駆動を制御する。また、制御部１７は、同期回路１６と電気的に接続されている。同期回路１６は、第１及び第２の光強度可変部２１，３１と電気的に接続されている。同期回路１６は、制御部１７から入力されるトリガ信号Ｔｒに基づき、第１及び第２の光強度可変部２１，３１を制御し、第１及び第２のシードパルス光の生成タイミングを同期させる。さらに、制御部１７は、第１及び第２のシードレーザ２０，３０と、第１及び第２の増幅器２２，３２に含まれる各ＣＷ励起半導体レーザと、図示しない信号線を介して電気的に接続されている。
制御部１７は、図示しない露光装置に含まれる外部装置制御部２からレーザ発振準備信号、発光トリガ信号、目標波長データを受信し、第１及び第２の位置調整機構４２，４３、同期回路１６、第１及び第２のシードレーザ２０，３０等を制御する。
１．１．２ 位置調整機構の構成
次に、第１の位置調整機構４２及び第２の位置調整機構４３の構成を説明する。図２は、前述の第１の位置調整機構４２または第２の位置調整機構４３として用いられる位置調整機構５１を示す。非線形結晶５０は、結晶ホルダ５０ａにより着脱自在に保持されている。位置調整機構５１は、結晶ホルダ５０ａの位置調整を行う。非線形結晶５０は、第１のＣＬＢＯ結晶４０または第２のＣＬＢＯ結晶４１である。
位置調整機構５１は、直線駆動部としてのＶＺＨステージ５１ａと、回転駆動部としてのθステージ５１ｂと、を含む。ＶＺＨステージ５１ａの上には、θステージ５１ｂが載置されている。θステージ５１ｂの上には、結晶ホルダ５０ａが載置されている。ＶＺＨステージ５１ａは、結晶ホルダ５０ａを、Ｖ軸方向、Ｚ軸方向、及びＨ軸方向に直線移動可能とし、レーザ光に対する非線形結晶５０の位置を変更する。θステージ５１ｂは、結晶ホルダ５０ａを、Ｈ軸を中心としたθ方向に回転可能とし、レーザ光の非線形結晶５０への入射角度を変更する。
ＶＺＨステージ５１ａ及びθステージ５１ｂは、たとえば、それぞれ図示しないステッピングモータにより構成されている。また、ＶＺＨステージ５１ａ及びθステージ５１ｂには、それぞれ配線５１ｃ及び配線５１ｄが接続されている。ＶＺＨステージ５１ａ及びθステージ５１ｂは、それぞれ配線５１ｃ及び配線５１ｄを介して駆動される。
１．２ 動作
次に、比較例に係る固体レーザシステム１０の動作を説明する。制御部１７は、外部装置制御部２からレーザ発振準備信号を受信すると、第１及び第２のシードレーザ２０，３０と、第１及び第２の増幅器２２，３２に含まれる各ＣＷ励起半導体レーザとの発振動作を開始させる。
これにより、第１のシードレーザ２０から第１のシード光が出力され、第１の光強度可変部２１に入力される。後述する制御信号が第１の光強度可変部２１に入力されるまでの間は、第１の光強度可変部２１により第１のシード光の増幅が抑制される。同様に、第２のシードレーザ３０から第２のシード光が出力され、第２の光強度可変部３１に入力される。後述する制御信号が第２の光強度可変部３１に入力されるまでの間は、第２の光強度可変部３１により第２のシード光の増幅が抑制される。また、第１及び第２の増幅器２２，３２は、それぞれ図示しないＣＷ励起半導体レーザから入力されるＣＷ励起光によって光励起される。
制御部１７は、外部装置制御部２から発光トリガ信号を受信すると、同期回路１６にトリガ信号Ｔｒを同期回路１６に送信する。同期回路１６は、トリガ信号Ｔｒを受信すると、第１及び第２の光強度可変部２１，３１に制御信号をそれぞれ送信する。第１の光強度可変部２１は、制御信号を受信すると、所定の期間のみ第１のシード光を増幅させることにより、所定のパルス幅を有する第１のシードパルス光を生成し、第１の増幅器２２に入射させる。同様に、第２の光強度可変部３１は、制御信号を受信すると、所定の期間のみ第２のシード光を増幅させることにより、所定のパルス幅を有する第２のシードパルス光を生成し、第２の増幅器３２に入射させる。
第１及び第２のシードパルス光は、それぞれ第１及び第２の増幅器２２，３２に入射すると、誘導放出が生じて増幅される。第１の増幅器２２により増幅された第１のシードパルス光は、波長変換部２３に入射する。波長変換部２３に入射された第１のシードパルス光は、第４高調波に変換され、第１のパルスレーザ光ＰＬ１として第１の固体レーザ装置１１から出力される。一方、第２の増幅器３２により増幅された第２のシードパルス光は、第２のパルスレーザ光ＰＬ２として第２の固体レーザ装置１２から出力される。
第１の固体レーザ装置１１から出力された第１のパルスレーザ光ＰＬ１は、ダイクロイックミラー１３を高透過することにより波長変換システム１５に入射する。第２の固体レーザ装置１２から出力された第２のパルスレーザ光ＰＬ２は、高反射ミラー１４により高反射され、ダイクロイックミラー１３により高反射されることにより波長変換システム１５に入射する。
同期回路１６は、波長変換システム１５に入射した第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２が、ほぼ同時に第１のＣＬＢＯ結晶４０に入射するように、第１及び第２の光強度可変部２１，３１への前述の制御信号の入力タイミングを調節する。
第１及び第２のパルスレーザ光ＰＬ１，ＰＬ２が第１のＣＬＢＯ結晶４０上で重なることにより、両者の和周波光である第３のパルスレーザ光ＰＬ３が生成される。第１のＣＬＢＯ結晶４０を透過した第１のパルスレーザ光ＰＬ１は、第１のダイクロイックミラー４４により高反射される。第１のＣＬＢＯ結晶４０を透過した第２のパルスレーザ光ＰＬ２と、第３のパルスレーザ光ＰＬ３とは、第１のダイクロイックミラー４４を高透過して第２のＣＬＢＯ結晶４１に入射する。
第２及び第３のパルスレーザ光ＰＬ２，ＰＬ３が第２のＣＬＢＯ結晶４１上で重なることにより、両者の和周波光である第４のパルスレーザ光ＰＬ４が生成される。第２のＣＬＢＯ結晶４１を透過した第２及び第３のパルスレーザ光ＰＬ２，ＰＬ３は、第２のダイクロイックミラー４５を高透過する。一方、第４のパルスレーザ光ＰＬ４は、第２のダイクロイックミラー４５により高反射され、さらに高反射ミラー４６により高反射されることにより、波長変換システム１５から出力される。
波長変換システム１５から出力された第４のパルスレーザ光ＰＬ４は、固体レーザシステム１０から出力され、図示しないＡｒＦエキシマ増幅器によって増幅された後、図示しない露光装置に入力され、露光光として用いられる。
制御部１７は、外部装置制御部２から発光トリガ信号を受信するたびに、同期回路１６にトリガ信号Ｔｒを同期回路１６に送信する。これにより、固体レーザシステム１０から第４のパルスレーザ光ＰＬ４の出力が繰り返し行われる。
制御部１７は、外部装置制御部２からの発光トリガ信号の受信回数をカウントし、カウント値、すなわちショット数が所定回数となるたびに第１及び第２の位置調整機構４２，４３を動作させて、レーザ光の光路軸方向に直交する方向に直線駆動させる。具体的には、制御部１７は、Ｖ軸方向とＨ軸方向との少なくとも一方に所定の距離だけ第１及び第２のＣＬＢＯ結晶４０，４１を移動させる。これは、第１及び第２のＣＬＢＯ結晶４０，４１の特定の部分に紫外のパルスレーザ光が入射し続けることや、紫外の波長変換光が生成され続けることによる損傷を低減するためである。これにより、第１及び第２のＣＬＢＯ結晶４０，４１の結晶寿命を延ばすことができる。
また、制御部１７は、外部装置制御部２から受信する目標波長データに応じて、第１のシードレーザ２０または第２のシードレーザ３０の発振波長を変更する。さらに、制御部１７は、目標波長データに応じて、第１及び第２の位置調整機構４２，４３を動作させて、θ方向に回転駆動させる。具体的には、制御部１７は、第１及び第２のＣＬＢＯ結晶４０，４１に入射するレーザ光の入射角度が、目標波長に対応した位相整合角となるように第１及び第２のＣＬＢＯ結晶４０，４１をそれぞれθ方向に回転させる。これにより、目標波長が変更された場合においても、レーザ光の入射角度が位相整合角に常に一致し、第１及び第２のＣＬＢＯ結晶４０，４１で、強度の強い和周波光が生成される。
１．３ 課題
位置調整機構５１は、前述のようにステッピングモータ等の駆動部を含む。ステッピングモータ等の駆動部は、ギアなどの機械構成部品を含むことから、機械構成部品の摩擦等を低減するために、油等の有機物を含む潤滑材が塗布されている。このため、潤滑材に含まれる有機物がアウトガスとして放出されることや、紫外のパルスレーザ光によってアウトガスが光分解されることにより、非線形結晶５０を汚染する恐れがある。
具体的には、位置調整機構５１内の各駆動部から放出されたアウトガスが、紫外のパルスレーザ光によって光分解され、汚染物質として非線形結晶５０の表面に付着する可能性がある。非線形結晶５０の表面に汚染物質が付着した状態でレーザ光が照射されると、レーザ光の透過率の低下や、結晶表面の損傷を引き起こし、固体レーザシステム１０の動作性能の低下を招いてしまう。
非線形結晶５０の汚染を防止するためには、非線形結晶５０を容器に収容し、容器内をパージガスによってパージすることが考えられる。具体的には、たとえば、図３に示すように、非線形結晶５０を保持した結晶ホルダ５０ａを容器６０内に収容し、容器６０内をパージ機構７０によってパージする。この場合、結晶ホルダ５０ａは、容器６０の内部に固定される。容器６０は、容器本体６１と、入射ウィンドウ６３と、出射ウィンドウ６４と、を含む。
容器本体６１は、アルミニウムやステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成されている。容器本体６１には、非線形結晶５０に入射するレーザ光の光路上に入射側開口部６２ａが形成されている。また、容器本体６１には、非線形結晶５０から出射されるレーザ光の光路上に出射側開口部６２ｂが形成されている。入射ウィンドウ６３は、入射側開口部６２ａを塞ぐように、Ｏリング６５ａを介して容器本体６１に接合されている。出射ウィンドウ６４は、出射側開口部６２ｂを塞ぐように、Ｏリング６５ｂを介して容器本体６１に接合されている。
Ｏリングとは、断面がほぼ円形である環状のシール部材である。Ｏリングとしては、テフロン（登録商標）やゴム等で形成された樹脂リングや、セラミックリングが用いられる。なお、本明細書中に記載の各Ｏリングの構成及び材料は、上記の構成及び材料と同様である。
入射ウィンドウ６３及び出射ウィンドウ６４は、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）結晶または合成石英により形成された基板の両面に、図示しない反射抑制膜をコートしたものである。入射ウィンドウ６３は、レーザ光を透過させて非線形結晶５０に入射させる。出射ウィンドウ６４は、非線形結晶５０から出射されたレーザ光を透過させる。
パージ機構７０は、容器本体６１内にパージガスを導入するガス導入管７１と、容器本体６１内からパージガスを排出するガス排出管７２とを含む。ガス導入管７１は、図示しないガスタンクに接続されている。ガス排出管７２は、大気中にパージガスを放出する。なお、ガス排出管７２は、図示しない外気連通配管に接続されていてもよい。パージガスは、非線形結晶としてのＣＬＢＯ結晶との反応性が低いガスであり、たとえば、アルゴン（Ａｒ）ガスが用いられる。このパージガスは、ほぼ一定の流速で容器本体６１内に導入されて排気される。なお、窒素（Ｎ2）ガスは、ＣＬＢＯ結晶との反応性が高いため、パージガスとして用いることはできない。
容器６０内は、位置調整機構５１上に載置されており、位置調整機構５１により、Ｖ軸方向、Ｚ軸方向、及びＶ軸方向への直線駆動と、θ方向への回転駆動とが行われる。ガス導入管７１及びガス排出管７２は、容器６０の移動を許容するために、可撓性を有する配管により形成されている。このような可撓性配管としては、樹脂チューブを用いることが好ましい。また、この樹脂チューブはアウトガスの放出が少ないことが好ましい。例えば、テフロン（登録商標）等のフッ素系の樹脂チューブが可撓性配管として用いられる。
このように、非線形結晶５０を容器６０内に収容すると、非線形結晶５０の汚染を抑制することができる一方で、入射ウィンドウ６３及び出射ウィンドウ６４が汚染される恐れがある。入射ウィンドウ６３及び出射ウィンドウ６４に汚染物質が付着すると、透明度が低下し、レーザ光の透過率を低下させる恐れがある。なお、容器６０の全体を窒素ガス等でパージしたとしても、位置調整機構５１から放出されるアウトガスに起因する入射ウィンドウ６３及び出射ウィンドウ６４の汚染を防止することはできない。
また、ガス導入管７１及びガス排出管７２を構成するフッ素系の樹脂チューブは、水分を透過させる恐れがある。ＣＬＢＯ結晶等の非線形結晶５０は、潮解性を有するため、ガス導入管７１またはガス排出管７２から容器６０内に水分が進入すると、水分を吸収して腐食が進行し、結晶寿命が低下する恐れがある。なお、ガス導入管７１及びガス排出管７２を、水分透過が生じない金属配管により形成した場合には、金属配管の可撓性が低いことから、非線形結晶５０の位置調整が困難となる。
２．第１の実施形態
次に、本開示の第１の実施形態に係る固体レーザ装置について説明する。第１の実施形態に係る固体レーザ装置は、波長変換装置の構成が異なること以外は、図１に示した比較例に係る固体レーザ装置の構成と同一である。以下では、図１に示した比較例に係る固体レーザ装置の構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
２．１ 構成
図４は、第１の実施形態に係る波長変換装置の構成を示す。第１の実施形態に係る波長変換装置は、非線形結晶５０を保持した結晶ホルダ５０ａと、位置調整機構５１と、第１の容器６０と、第２の容器８０と、を含む。第１の容器６０は、比較例に係る容器６０と同一の構成であり、非線形結晶５０を保持した結晶ホルダ５０ａを収容している。結晶ホルダ５０ａは、たとえば、銅により形成されている。
第２の容器８０は、容器本体８１と、入射側開口部８２ａと、出射側開口部８２ｂと、を含む。容器本体８１は、たとえば、アルミニウムやＳＵＳによって形成されている。入射側開口部８２ａは、第１の容器６０の入射ウィンドウ６３に入射するレーザ光の光路上に設けられている。出射側開口部８２ｂは、第１の容器６０の出射ウィンドウ６４から出射されるレーザ光の光路上に設けられている。
比較例と同様に、位置調整機構５１は、ＶＺＨステージ５１ａと、θステージ５１ｂと、を含む。容器本体８１の底部には、凹部８１ａが形成されている。θステージ５１ｂは、凹部８１ａに収容されている。第１の容器６０は、θステージ５１ｂの上に載置されている。θステージ５１ｂは、容器本体６１をθ方向に回転させる。また、第１の容器６０は、凹部８１ａを覆うように配置されている。また、凹部８１ａの底面には、貫通孔８１ｂが形成されている。この貫通孔８１ｂには、前述の配線５１ｃが挿通されている。
凹部８１ａは、Ｈ軸方向から見た形状が円形である。凹部８１ａの上端で、かつ第１の容器６０の底部が接触する部分には、隔離機構としてのＯリング８３が配置されている。Ｏリング８３は、第１の容器６０の底部と凹部８１ａの上端とに接触することにより、第１の容器６０の入射ウィンドウ６３及び出射ウィンドウ６４を、位置調整機構５１から空間的に隔離する。Ｏリング８３は、θステージ５１ｂによる第１の容器６０の回転を妨げないように、気密性の低いものであってもよい。
第２の容器８０は、ＶＺＨステージ５１ａの上に載置されている。ＶＺＨステージ５１ａは、第２の容器８０を、Ｖ軸方向、Ｚ軸方向、及びＨ軸方向にそれぞれ移動させる。
第２の容器８０の入射側開口部８２ａの周囲には、第１のベローズ８４が接続されている。第１のベローズ８４は、ベローズ本体８４ａと、第１のフランジ８４ｂと、第２のフランジ８４ｃと、を含む。第１のフランジ８４ｂは、ベローズ本体８４ａの一端に設けられており、入射側開口部８２ａの周囲に固定されている。第１のフランジ８４ｂと入射側開口部８２ａの周囲との間には、Ｏリング８４ｄが設けられている。また、第２のフランジ８４ｃは、ベローズ本体８４ａの他端に設けられており、第１の光路管８５に接続されている。第２のフランジ８４ｃと第１の光路管８５との間には、Ｏリング８４ｅが設けられている。
第２の容器８０の出射側開口部８２ｂの周囲には、第２のベローズ８６が接続されている。第２のベローズ８６は、ベローズ本体８６ａと、第１のフランジ８６ｂと、第２のフランジ８６ｃと、を含む。第１のフランジ８６ｂは、ベローズ本体８６ａの一端に設けられており、出射側開口部８２ｂの周囲に固定されている。第１のフランジ８６ｂと出射側開口部８２ｂの周囲との間には、Ｏリング８６ｄが設けられている。また、第２のフランジ８６ｃは、ベローズ本体８６ａの他端に設けられており、第２の光路管８７に接続されている。第２のフランジ８６ｃと第２の光路管８７との間には、Ｏリング８６ｅが設けられている。
第１の光路管８５と第２の光路管８７とは、固定配置されている。第１の光路管８５と第２の光路管８７とは、レーザ光の光路を覆い、それぞれの内部にはダイクロイックミラー等の光学素子が配置されている。第１のベローズ８４と第２のベローズ８６とは、ＶＺＨステージ５１ａによる第２の容器８０の移動を許容するように伸縮または変形する。
また、第１の実施形態に係る波長変換装置は、第１の容器６０内をパージするための第１のパージ機構９０を含む。第１のパージ機構９０は、第１の容器６０内にパージガスを導入するガス導入管９１と、第１の容器６０内からパージガスを排出するガス排出管９２とを含む。ガス導入管９１とガス排出管９２とは、それぞれ第２の容器８０を貫通して第１の容器６０に接続されている。
ガス導入管９１は、第１の可撓性導入管９１ａと、固定配管９１ｂと、第２の可撓性導入管９１ｃと、を含む。第１の可撓性導入管９１ａは、第１の容器６０の容器本体６１と、第２の容器８０の容器本体８１との間に接続され、容器本体６１の内部に連通している。第１の可撓性導入管９１ａは、たとえば、テフロン（登録商標）等のフッ素系の樹脂チューブにより形成されている。固定配管９１ｂは、高剛性の配管である。固定配管９１ｂは、第１の可撓性導入管９１ａに連通するように、一端が第２の容器８０の容器本体８１に接続されている。第２の可撓性導入管９１ｃは、固定配管９１ｂと連通するように、固定配管９１ｂの他端に接続されている。固定配管９１ｂ及び第２の可撓性導入管９１ａは、水分を透過させないＳＵＳ等の金属材料により形成されている。すなわち、ガス導入管９１のうち、第２の容器８０の外側の部分は、水分を透過させない材料により形成されている。
ガス排出管９２は、第１の可撓性排出管９２ａと、固定配管９２ｂと、第２の可撓性排出管９２ｃと、を含む。第１の可撓性排出管９２ａは、第１の容器６０の容器本体６１と、第２の容器８０の容器本体８１との間に接続され、容器本体６１の内部に連通している。第１の可撓性排出管９２ａは、たとえば、テフロン（登録商標）等のフッ素系の樹脂チューブにより形成されている。固定配管９２ｂは、高剛性の配管である。固定配管９２ｂは、第１の可撓性排出管９２ａに連通するように、一端が第２の容器８０の容器本体８１に接続されている。第２の可撓性排出管９２ｃは、固定配管９２ｂと連通するように、固定配管９２ｂの他端に接続されている。固定配管９２ｂ及び第２の可撓性排出管９２ａは、水分を透過させないＳＵＳ等の金属材料により形成されている。すなわち、ガス排出管９２のうち、第２の容器８０の外側の部分は、水分を透過させない材料により形成されている。
第１の可撓性導入管９１ａ及び第１の可撓性排出管９２ａは、その可撓性により、θステージ５１ｂによる第１の容器６０の回転を許容する。また、第２の可撓性導入管９１ｃ及び第２の可撓性排出管９２ｃは、その可撓性により、ＶＺＨステージ５１ａによる第２の容器８０の移動を許容する。
ガス導入管９１は、図示しないガスタンクに接続されており、第１のパージガスを、ほぼ一定の流速で容器本体６１内に導入する。ガス排出管９２は、容器本体６１内から大気中に第１のパージガスを放出する。なお、この第１のパージガスは、非線形結晶と５０してのＣＬＢＯ結晶との反応性が低いアルゴンガスを用いることが好ましい。なお、第１のパージガスとして、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、または水素（Ｈ2）ガスを用いることも可能である。
さらに、第１の実施形態に係る波長変換装置は、第２の容器８０内をパージするための第２のパージ機構９５を含む。第２のパージ機構９５は、ガス導入管９６と、ガス排出管９７とを含む。ガス導入管９６は、第１の光路管８５に接続され、第１の光路管８５の内部に連通している。ガス排出管９７は、第２の光路管８７に接続され、第２の光路管８７の内部に連通している。
ガス導入管９６は、図示しないガスタンクに接続されており、第２のパージガスとして、窒素ガスを、ほぼ一定の流速で第１の光路管８５に導入する。第１の光路管８５に導入された第２のパージガスは、第１のベローズ８４を介して第２の容器８０内に導入される。ガス排出管９７は、第２の容器８０内から、第２のベローズ８６及び第２の光路管８７を介して大気中に第２のパージガスを放出する。なお、第２のパージガスとして、アルゴンガス、ヘリウムガス、または水素ガスを用いることも可能である。
２．２ 動作
レーザ光に対する非線形結晶５０の位置調整は、位置調整機構５１に含まれるＶＺＨステージ５１ａとθステージ５１ｂとを駆動することにより行われる。θステージ５１ｂを駆動して第１の容器６０を回転させることにより、θ方向に関する非線形結晶５０の位置を調整することができる。また、ＶＺＨステージ５１ａを駆動して第２の容器８０を移動させることにより、Ｖ軸方向、Ｚ軸方向、及びＨ軸方向に関する非線形結晶５０の位置を調整することができる。
第１の容器６０の回転は、第１の可撓性導入管９１ａ及び第１の可撓性排出管９２ａの可撓性により許容される。第２の容器８０の移動は、第１及び第２のベローズ８４，８６と、第２の可撓性導入管９１ｃ及び第２の可撓性排出管９２ｃとにより許容される。
２．３ 効果
第１の実施形態によれば、第１の容器６０の入射ウィンドウ６３及び出射ウィンドウ６４は、隔離機構としてのＯリング８３により位置調整機構５１から空間的に隔離されている。これにより、位置調整機構５１から放出されるアウトガスに起因する汚染が抑制され、入射ウィンドウ６３及び出射ウィンドウ６４の汚染による透明度の低下が抑制される。
また、第１の実施形態では、第１の容器６０を第２の容器８０内に収容し、第２の容器８０を水分を含まないガスでパージしているので、第１の可撓性導入管９１ａ及び第１の可撓性排出管９２ａの水分透過が抑制される。これにより、第１の容器６０内への水分の進入が抑制され、非線形結晶５０の結晶寿命の低下が抑制される。
また、第１の実施形態では、ガス導入管９１及びガス排出管９２のうち、第２の容器８０外の部分を、水分を透過させない材料により形成しているので、第１の容器６０内への水分の進入がさらに抑制され、非線形結晶５０の結晶寿命の低下がさらに抑制される。
また、第１の実施形態では、θステージ５１ｂの上に第１の容器６０のみを載置しているので、θステージ５１ｂの上に第１の容器６０と第２の容器８０とを載置する場合と比べて、非線形結晶５０を回転させる際の負荷が小さい。このため、θステージ５１ｂは、レーザ光の非線形結晶５０への入射角度を弱い力で細かく変更することができる。
３．第２の実施形態
次に、本開示の第２の実施形態に係る固体レーザ装置は、波長変換装置の構成が異なること以外は、第１の実施形態に係る固体レーザ装置の構成と同一である。
３．１ 構成
図５は、第２の実施形態に係る波長変換装置の構成を示す。第２の実施形態に係る波長変換装置は、非線形結晶５０を保持した結晶ホルダ５０ａと、位置調整機構５１と、第１の容器６０と、第２の容器１００と、を含む。第１の容器６０は、比較例及び第１の実施形態に係る容器６０と同一の構成であり、非線形結晶５０を保持した結晶ホルダ５０ａを収容している。
第２の容器１００は、容器本体１０１と、入射ウィンドウ１０３と、出射ウィンドウ１０４と、を含む。容器本体１０１は、第１の容器６０と位置調整機構５１とを内部に収容している。容器本体１０１には、非線形結晶５０に入射するレーザ光の光路上に入射側開口部１０２ａが形成されている。また、容器本体１０１には、非線形結晶５０から出射されるレーザ光の光路上に出射側開口部１０２ｂが形成されている。入射ウィンドウ１０３は、入射側開口部１０２ａを塞ぐように、Ｏリング１０５ａを介して容器本体１０１に接合されている。出射ウィンドウ１０４は、出射側開口部１０２ｂを塞ぐように、Ｏリング１０５ｂを介して容器本体１０１に接合されている。本実施形態では、第２の容器１００は、固定配置されている。
入射ウィンドウ１０３及び出射ウィンドウ１０４は、ＣａＦ2結晶または合成石英により形成された基板の両面に、図示しない反射抑制膜をコートしたものである。入射ウィンドウ１０３は、レーザ光を透過させて第１の容器６０の入射ウィンドウ６３に入射させる。出射ウィンドウ１０４は、第１の容器６０の出射ウィンドウ６４から出射されたレーザ光を透過させる。
位置調整機構５１は、ＶＺＨステージ５１ａと、θステージ５１ｂと、を含む。容器本体１０１の底部には、凹部１０１ａが形成されている。ＶＺＨステージ５１ａは、凹部１０１ａの底部に載置されている。θステージ５１ｂは、ＶＺＨステージ５１ａの上に載置されている。第１の容器６０は、θステージ５１ｂの上に載置されている。θステージ５１ｂは、容器本体６１をθ方向に回転させる。また、凹部１０１ａには、前述の配線５１ｃ，５１ｄを挿通させるための貫通孔１０１ｂが形成されている。
第２の容器１００の凹部１０１ａの周囲と、第１の容器６０の容器本体６１の底面との間には、ベローズ１０６が配置されている。ベローズ１０６は、ベローズ本体１０６ａと、第１のフランジ１０６ｂと、第２のフランジ１０６ｃと、を含む。第１のフランジ１０６ｂは、ベローズ本体１０６ａの一端に設けられており、凹部１０１ａの周囲に固定されている。第１のフランジ１０６ｂと凹部１０１ａの周囲との間には、Ｏリング１０６ｄが設けられている。また、第２のフランジ１０６ｃは、ベローズ本体１０６ａの他端に設けられており、第１の容器６０の底面に接続されている。第２のフランジ１０６ｃと第１の容器６０の底面との間には、Ｏリング１０６ｆが設けられている。
ベローズ１０６は、位置調整機構５１の周囲を覆っている。Ｏリング１０６ｆは、θステージ５１ｂによる第１の容器６０の回転と、ＶＺＨステージ５１ａによる第１の容器６０のＶ軸方向及びＺ軸方向への移動を妨げないように、気密性の低いものであってもよい。ベローズ１０６は、ＶＺＨステージ５１ａによるＨ軸方向への第１の容器６０の移動を許容するように伸縮する。
本実施形態では、ベローズ１０６及びＯリング１０６ｄ，１０６ｆが、第１の容器６０の入射ウィンドウ６３及び出射ウィンドウ６４を、位置調整機構５１から空間的に隔離する隔離機構として機能している。
また、本実施形態に係る波長変換装置は、第１の容器６０内をパージするための第１のパージ機構１１０を含む。第１のパージ機構１１０は、第１の容器６０内に第１のパージガスを導入するガス導入管１１１と、第１の容器６０内から第１のパージガスを排出するガス排出管１１２とを含む。ガス導入管１１１とガス排出管１１２とは、それぞれ第２の容器１００を貫通して第１の容器６０に接続されている。
ガス導入管１１１は、可撓性導入管１１１ａと、固定配管１１１ｂと、を含む。可撓性導入管１１１ａは、第１の容器６０の容器本体６１と、第２の容器１００の容器本体１０１との間に接続され、容器本体６１の内部に連通している。可撓性導入管１１１ａは、たとえば、テフロン（登録商標）等のフッ素系の樹脂チューブにより形成されている。固定配管１１１ｂは、高剛性の配管である。固定配管１１１ｂは、可撓性導入管１１１ａに連通するように、一端が第２の容器１００の容器本体１０１に接続されている。固定配管１１１ｂは、水分を透過させないＳＵＳ等の金属材料により形成されている。
ガス排出管１１２は、可撓性排出管１１２ａと、固定配管１１２ｂと、を含む。可撓性排出管１１２ａは、第１の容器６０の容器本体６１と、第２の容器１００の容器本体１０１との間に接続され、容器本体６１の内部に連通している。可撓性排出管１１２ａは、たとえば、テフロン（登録商標）等のフッ素系の樹脂チューブにより形成されている。固定配管１１２ｂは、高剛性の配管である。固定配管１１２ｂは、可撓性排出管１１２ａに連通するように、一端が第２の容器１００の容器本体１０１に接続されている。固定配管１１２ｂは、水分を透過させないＳＵＳ等の金属材料により形成されている。
可撓性導入管１１１ａ及び可撓性排出管１１２ａは、その可撓性により、θステージ５１ｂによる第１の容器６０の回転と、ＶＺＨステージ５１ａによる第１の容器６０のＶ軸方向、Ｚ軸方向、及びＨ軸方向への移動を許容する。
ガス導入管１１１は、図示しないガスタンクに接続されており、前述の第１のパージガスを、ほぼ一定の流速で容器本体６１内に導入する。ガス排出管１１２は、容器本体６１内から大気中に第１のパージガスを放出する。
さらに、本実施形態に係る波長変換装置は、第２の容器１００内をパージするための第２のパージ機構１１３を含む。第２のパージ機構１１３は、ガス導入管１１４と、ガス排出管１１５とを含む。ガス導入管１１４とガス排出管１１５とは、それぞれ一端が第２の容器１００の容器本体１０１に接続され、容器本体１０１内に連通している。ガス導入管１１４とガス排出管１１５とは、それぞれ高剛性の固定配管であり、水分を透過させないＳＵＳ等の金属材料により形成されている。
ガス導入管１１４は、図示しないガスタンクに接続されており、前述の第２のパージガスを、ほぼ一定の流速で第２の容器１００に導入する。ガス排出管１１５は、第２の容器１００内から大気中に第２のパージガスを放出する。
３．２ 動作
レーザ光に対する非線形結晶５０の位置調整は、位置調整機構５１に含まれるＶＺＨステージ５１ａとθステージ５１ｂとを駆動することにより行われる。θステージ５１ｂを駆動して第１の容器６０を回転させることにより、θ方向に関する非線形結晶５０の位置を調整することができる。また、ＶＺＨステージ５１ａを駆動してθステージ５１ｂ及び第１の容器６０を移動させることにより、Ｖ軸方向、Ｚ軸方向、及びＨ軸方向に関する非線形結晶５０の位置を調整することができる。第１の容器６０の回転及び移動は、可撓性導入管１１１ａ及び可撓性排出管１１２ａにより許容される。
３．３ 効果
本実施形態によれば、第１の容器６０の入射ウィンドウ６３及び出射ウィンドウ６４は、隔離機構としてのベローズ１０６及びＯリング１０６ｄ，１０６ｆにより位置調整機構５１から空間的に隔離されている。これにより、位置調整機構５１から放出されるアウトガスに起因する汚染が抑制され、入射ウィンドウ６３及び出射ウィンドウ６４の汚染による透明度の低下が抑制される。
また、本実施形態では、第１の容器６０を第２の容器１００内に収容し、第２の容器１００内を水分を含まないガスでパージしているので、第１の容器６０と第２の容器１００との間に接続される可撓性導入管１１１ａ及び可撓性排出管１１２ａの水分透過が抑制される。これにより、第１の容器６０内への水分の進入が抑制され、非線形結晶５０の結晶寿命の低下が抑制される。
また、本実施形態では、ガス導入管１１１及びガス排出管１１２のうち、第２の容器１００外の部分を、水分を透過させない材料により形成しているので、第１の容器６０内への水分の進入がさらに抑制され、非線形結晶５０の結晶寿命の低下がさらに抑制される。
また、本実施形態では、第２の容器１００は、位置調整機構５１により移動されず、固定配置されるので、第１の実施形態において示した第１及び第２のベローズ８４，８６は不要となる。また、本実施形態では、第２の容器１００が密閉されているため、波長変換装置を個別にメンテナンスすることができる。これにより、波長変換装置のメンテナンス時に空気に晒される部分を最小限に留め、メンテナンス後に再度パージを行うのに要する時間を短縮することができる。
なお、本実施形態において、入射側開口部１０２ａ及び出射側開口部１０２ｂにそれぞれ、前述の第１の光路管８５及び第２の光路管８７を接続してもよい。この場合、入射ウィンドウ１０３及び出射ウィンドウ１０４は、設けなくてもよい。
４．第３の実施形態
次に、本開示の第３の実施形態に係る固体レーザ装置は、波長変換装置の構成が異なること以外は、第１の実施形態に係る固体レーザ装置の構成と同一である。
４．１ 構成
図６は、第３の実施形態に係る波長変換装置の構成を示す。第３の実施形態に係る波長変換装置は、非線形結晶５０を保持した結晶ホルダ５０ａと、位置調整機構５１と、第１の容器６０と、第２の容器１００と、を含む。第２の容器１００は、第２の実施形態に係る第２の容器１００と同一の構成である。
第１の容器６０は、容器本体６１の底部に貫通孔６１ａが設けられていること以外は、第２の実施形態に係る第１の容器６０と同一の構成である。また、結晶ホルダ５０ａの底部には、回転軸部５０ｂが接続されている。回転軸部５０ｂは、貫通孔６１ａに挿通されている。回転軸部５０ｂの下端は、θステージ５１ｂに接続されている。回転軸部５０ｂは、たとえば、銅により形成されている。本実施形態では、θステージ５１ｂは、回転軸部５０ｂを介して結晶ホルダ５０ａを回転させる。
貫通孔６１ａの内壁と回転軸部５０ｂとの間には、Ｏリング１２０が配置されている。Ｏリング１２０は、θステージ５１ｂによる第１の容器６０の回転を妨げないように、気密性が低いものであってもよい。
また、容器本体６１の底部には、保持部６１ｃが設けられている。保持部６１ｃは、上部が開口された箱形状であって、上部が容器本体６１の底部に接続されている。保持部６１ｃは、θステージ５１ｂを内部に収容して保持している。保持部６１ｃには、配線５１ｃを挿通させる貫通孔６１ｄが形成されている。保持部６１ｃは、ＶＺＨステージ５１ａの上に載置されている。
第２の実施形態と同様に、第２の容器１００の凹部１０１ａの周囲と、第１の容器６０の容器本体６１の底面との間には、ベローズ１０６が配置されている。ベローズ１０６は、第２の実施形態と同様の構成である。ベローズ１０６は、位置調整機構５１及び保持部６１ｃの周囲を覆っている。本実施形態では、Ｏリング１０６ｆは、ＶＺＨステージ５１ａによる第１の容器６０のＶ軸方向及びＺ軸方向への移動を妨げないように、気密性の低いものであってもよい。ベローズ１０６は、ＶＺＨステージ５１ａによるＨ軸方向への第１の容器６０の移動を許容するように伸縮する。
本実施形態では、ベローズ１０６及びＯリング１０６ｄ，１０６ｆが、第１の容器６０の入射ウィンドウ６３及び出射ウィンドウ６４を、位置調整機構５１から空間的に隔離する隔離機構として機能している。
また、本実施形態に係る波長変換装置は、第１の容器６０内をパージするための第１のパージ機構１１０と、第２の容器１００内をパージするための第２のパージ機構１１３とを含む。第１のパージ機構１１０と第２のパージ機構１１３とは、第２の実施形態と同様の構成である。
４．２ 動作
レーザ光に対する非線形結晶５０の位置調整は、位置調整機構５１に含まれるＶＺＨステージ５１ａとθステージ５１ｂとを駆動することにより行われる。θステージ５１ｂを駆動して結晶ホルダ５０ａを回転させることにより、θ方向に関する非線形結晶５０の位置を調整することができる。また、ＶＺＨステージ５１ａを駆動してθステージ５１ｂ及び第１の容器６０を移動させることにより、Ｖ軸方向、Ｚ軸方向、及びＨ軸方向に関する非線形結晶５０の位置を調整することができる。第１の容器６０の回転及び移動は、可撓性導入管１１１ａ及び可撓性排出管１１２ａにより許容される。
４．３ 効果
本実施形態によれば、第２の実施形態と同様に、位置調整機構５１から放出されるアウトガスに起因する汚染が抑制され、入射ウィンドウ６３及び出射ウィンドウ６４の汚染による透明度の低下が抑制される。また、第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様に、第１の容器６０内への水分の進入が抑制され、非線形結晶５０の結晶寿命の低下が抑制される。
また、本実施形態では、θステージ５１ｂは、第１の容器６０ではなく、結晶ホルダ５０ａを回転させるので、回転時の慣性力が小さく、非線形結晶５０のθ方向への角度調整が容易となる。
４．４ 変形例
次に、第３の実施形態に係る波長変換装置の変形例を示す。図７は、本変形例に係る波長変換装置の構成を示す。図８は、回転軸部５０ｂ付近の拡大図である。本変形例に係る波長変換装置は、回転軸部５０ｂ付近の構成以外は、第３の実施形態に係る波長変換装置と同一の構成である。
本変形例では、Ｏリング１２０に代えて、回転軸部５０ｂの周囲に環状リング１２１が設けられている。この環状リング１２１は、テフロン（登録商標）やゴム等の樹脂リングや、セラミックリングである。本変形例では、図８に示すように、回転軸部５０ｂ及び環状リング１２１と、貫通孔６１ａの内壁との間は気密性が低く、空隙が存在する。
本変形例では、第１のパージ機構１１０は、第１の容器６０の内圧を外部より高い状態に保持するように、第１の容器６０内への第１のパージガスの流量を調整することが好ましい。これにより、第１のパージガスは、第１の容器６０内から前述の空隙を介して、第２の容器１００内へ流れる。したがって、位置調整機構５１から放出されるアウトガスが、第１の容器６０内に侵入することが抑制される。
また、本変形例では、回転軸部５０ｂ及び環状リング１２１と、貫通孔６１ａの内壁との間の気密性が低いので、結晶ホルダ５０ａの回転時の抵抗が小さく、非線形結晶５０のθ方向への角度調整が容易となる。
なお、本変形例では、ガス排出管１１２を第１の容器６０に接続しているが、これに代えて、ガス排出管１１２を第２の容器１００の凹部１０１ａに接続してもよい。これにより、第１の容器６０内から前述の空隙を介して第２の容器１００内へ流れる第１のパージガスの流量を高めることができる。
５．第４の実施形態
次に、本開示の第４の実施形態に係る固体レーザ装置は、波長変換装置の構成が異なること以外は、第１の実施形態に係る固体レーザ装置の構成と同一である。
５．１ 構成
図９は、第４の実施形態に係る波長変換装置の構成を示す。第４の実施形態に係る波長変換装置は、非線形結晶５０を保持した結晶ホルダ５０ａと、位置調整機構５１と、第１の容器６０と、ベローズ１０６とを、それぞれ２組ずつ第２の容器２００内に含む。結晶ホルダ５０ａ、位置調整機構５１、及び第１の容器６０は、第２の実施形態と同様の構成である。
第２の容器２００は、容器本体２０１と、入射ウィンドウ２０３と、出射ウィンドウ２０４と、を含む。容器本体２０１内に含まれる２つの非線形結晶５０は、レーザ光の光路上に沿って配置されている。容器本体２０１には、レーザ光の入射光路上に入射側開口部２０２ａが形成されている。また、容器本体２０１には、レーザ光の出射光路上に出射側開口部２０２ｂが形成されている。入射ウィンドウ２０３は、入射側開口部２０２ａを塞ぐように、Ｏリング２０５ａを介して容器本体２０１に接合されている。出射ウィンドウ２０４は、出射側開口部２０２ｂを塞ぐように、Ｏリング２０５ｂを介して容器本体２０１に接合されている。第２の容器２００は、固定配置されている。
容器本体２０１の底部には、２つの凹部２０１ａが形成されている。各凹部２０１ａには、位置調整機構５１が配置されており、各位置調整機構５１の上に第１の容器６０が配置されている。また、本実施形態に係る波長変換装置は、２組の第１のパージ機構１１０を含む。各第１のパージ機構１１０は、第２の実施形態と同様の構成であり、ガス導入管１１１とガス排出管１１２とを含む。ガス導入管１１１とガス排出管１１２とは、それぞれ第１の容器６０に接続されている。
また、本実施形態に係る波長変換装置は、第２の容器２００内をパージするための第２のパージ機構１１３を含む。第２のパージ機構１１３は、第２の実施形態と同様の構成であり、ガス導入管１１４と、ガス排出管１１５とを含む。ガス導入管１１４とガス排出管１１５とは、それぞれ第２の容器２００に接続されている。
さらに、本実施形態に係る波長変換装置は、第２の容器２００内において、２つの第１の容器６０の間のレーザ光の光路上に光学素子が配置されている。この光学素子は、たとえば、図１に示す第１のダイクロイックミラー４４である。この場合、第１のダイクロイックミラー４４より上流側の非線形結晶５０は、第１のＣＬＢＯ結晶４０に対応する。第１のダイクロイックミラー４４より下流側の非線形結晶５０は、第２のＣＬＢＯ結晶４１に対応する。なお、第１のダイクロイックミラー４４に限られず、他の光学素子を第２の容器２００内に配置してもよい。
５．２ 効果
本実施形態によれば、第２の容器２００内に複数の第１の容器６０や光学素子を配置することにより、波長変換装置を全体として小型化することができる。
なお、本実施形態では、第２の容器２００内に、第２の実施形態と同様の構成の第１の容器６０や位置調整機構５１を収容しているが、これらの構成は適宜変更可能である。また、第２の容器２００内に収容する第１の容器６０の数は２に限られず、３以上であってもよい。
６．各種変形例
以下に、上記各実施形態に対する各種変形例について説明する。上記各実施形態において、第１の容器６０の入射ウィンドウ６３は、入射側開口部６２ａを塞ぐようにＯリング６５ａを介して容器本体６１に接合されている。図１０は、Ｏリング６５ａにレーザ光の散乱光が照射されることを抑制するために、入射ウィンドウ６３に遮蔽膜１３０を形成した例を示す。遮蔽膜１３０は、入射ウィンドウ６３に、たとえばアルミニウムを蒸着することにより形成されている。図１１に示すように、遮蔽膜１３０は、Ｏリング６５ａの形状に対応するように、ドーナツ状に形成されている。
このように、入射ウィンドウ６３に遮蔽膜１３０を形成することによりＯリング６５ａへの散乱光の照射が抑制され、Ｏリング６５ａに散乱光が照射されることにより生じる有機物の発生を抑制することができる。これにより、非線形結晶５０や、入射ウィンドウ６３及び出射ウィンドウ６４の汚染をさらに抑制することができる。
また、遮蔽膜１３０は、入射ウィンドウ６３に限られず、出射ウィンドウ６４に設けてもよい。さらに、遮蔽膜１３０を、図５〜図７に示される第２の容器１００の入射ウィンドウ１０３及び出射ウィンドウ１０４に設けてもよい。さらに、遮蔽膜１３０を、図９に示される第２の容器２００の入射ウィンドウ２０３及び出射ウィンドウ２０４に設けてもよい。
また、上記各実施形態では、第１の容器と第２の容器との間に接続された可撓性導入管及び可撓性排出管に用いる樹脂チューブとして、テフロン（登録商標）等のフッ素系の樹脂チューブを例示している。この樹脂チューブの材料として、ＴＨＶを用いることも好ましい。ＴＨＶとは、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、キサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、ビニリデンフルオライド（ＶＤＦ）の３種類のフッ素モノマーから重合された３元供重体である。
また、第１の容器と第２の容器との間に接続された可撓性導入管及び可撓性排出管を、水分を透過させないＳＵＳ等の金属材料により形成することも可能である。但し、これらの可撓性導入管及び可撓性排出管は、金属製であると、位置調整機構による第１の容器の移動時の負荷が増加する恐れがあるため、樹脂製であることがより好ましい。
また、上記各実施形態では、非線形結晶５０としてＣＬＢＯ結晶を用いているが、ＣＬＢＯ結晶に代えて、ＫＢＢＦ（ＫＢｅ2ＢＯ3Ｆ2）結晶やＢＢＯ（β−ＢａＢ2Ｏ4）結晶を用いることも可能である。
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の各実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

Claims (20)

  1. 波長変換装置であって、以下を備える：
    Ａ．入射したレーザ光を波長変換して出射する非線形結晶を保持する結晶ホルダ；
    Ｂ．前記結晶ホルダを収容し、前記非線形結晶に入射する前記レーザ光の光路上に設けられた入射ウィンドウと、前記非線形結晶から出射される前記レーザ光の光路上に設けられた出射ウィンドウとを含む第１の容器；
    Ｃ．前記第１の容器を収容する第２の容器；
    Ｄ．少なくとも前記第１の容器の位置調整を行う位置調整機構；及び
    Ｅ．前記入射ウィンドウ及び前記出射ウィンドウを、前記位置調整機構から空間的に隔離する隔離機構。
  2. 請求項１に記載の波長変換装置であって、さらに以下を備える：
    Ｆ．前記第１の容器内を第１のパージガスによってパージする第１のパージ機構；及び
    Ｇ．前記第２の容器内を第２のパージガスによってパージする第２のパージ機構。
  3. 請求項２に記載の波長変換装置であって、
    前記第１のパージ機構は、
    前記第２の容器を貫通して前記第１の容器に接続され、前記第１の容器内に前記第１のパージガスを導入する第１のガス導入管と、
    前記第２の容器を貫通して前記第１の容器に接続され、前記第１の容器内から前記第１のパージガスを排出する第１のガス排出管と、を含む。
  4. 請求項３に記載の波長変換装置であって、
    前記第１のパージガスは、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス、または水素ガスであり、
    前記第２のパージガスは、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、または水素ガスである。
  5. 請求項３に記載の波長変換装置であって、
    前記第２のパージ機構は、
    前記第２の容器内に前記第２のパージガスを導入する第２のガス導入管と、
    前記第２の容器内から前記第２のパージガスを排出する第２のガス排出管と、を含む。
  6. 請求項３に記載の波長変換装置であって、
    前記第１のガス導入管は、前記第１の容器と前記第２の容器との間に接続された可撓性導入管を含み、
    前記第１のガス排出管は、前記第１の容器と前記第２の容器との間に接続された可撓性排出管を含む。
  7. 請求項６に記載の波長変換装置であって、
    前記可撓性導入管及び前記可撓性排出管は、フッ素系の樹脂チューブである。
  8. 請求項１に記載の波長変換装置であって、
    前記位置調整機構は、前記レーザ光の前記非線形結晶への入射角度を変更するように前記非線形結晶を回転させる回転駆動部と、前記非線形結晶を直線移動させる直線駆動部と、を含む。
  9. 請求項８に記載の波長変換装置であって、
    前記第１の容器は、前記回転駆動部の上に載置されており、前記第２の容器は、前記直線駆動部の上に載置されている。
  10. 請求項９に記載の波長変換装置であって、
    前記第１の容器には、前記回転駆動部を収容する凹部が形成されており、
    前記凹部の上端と前記第１の容器との間に前記隔離機構が配置されている。
  11. 請求項１０に記載の波長変換装置であって、
    前記隔離機構は、Ｏリングを含む。
  12. 請求項８に記載の波長変換装置であって、
    前記第２の容器は、前記回転駆動部及び前記直線駆動部を収容しており、
    前記第１の容器は、前記回転駆動部の上に載置されており、前記回転駆動部は、前記直線駆動部の上に載置されている。
  13. 請求項１２に記載の波長変換装置であって、
    前記隔離機構は、前記位置調整機構の周囲を覆い、前記第１の容器と前記第２の容器との間に配置されたベローズを含む。
  14. 請求項１３に記載の波長変換装置であって、
    前記隔離機構は、前記ベローズと前記第１の容器との間に配置されたＯリングを含む。
  15. 請求項８に記載の波長変換装置であって、
    前記第１の容器は、底部に設けられた貫通孔を介して前記回転駆動部に接続されており、
    前記前記回転駆動部は、前記第１の容器の底部に設けられた保持部に保持されており、
    前記保持部は、前記第２の容器に収容された前記直線駆動部の上に載置されている。
  16. 請求項１５に記載の波長変換装置であって、
    前記隔離機構は、前記位置調整機構の周囲を覆い、前記第１の容器と前記第２の容器との間に配置されたベローズを含む。
  17. 請求項１５に記載の波長変換装置であって、さらに以下を備える：
    Ｆ．前記第１の容器内を第１のパージガスによってパージする第１のパージ機構；及び
    Ｇ．前記第２の容器内を第２のパージガスによってパージする第２のパージ機構、
    ここで、前記第１のパージ機構は、前記第１の容器の内圧を外部より高い状態に保持する。
  18. 請求項１に記載の波長変換装置であって、
    前記第２の容器は、前記結晶ホルダ、前記第１の容器、前記位置調整機構、及び前記隔離機構を複数組収容している。
  19. 請求項１に記載の波長変換装置であって、
    前記入射ウィンドウは、Ｏリングを介して前記第１の容器の本体に設けられた入射側開口部に接続されており、
    前記入射ウィンドウには、前記Ｏリングを前記レーザ光の散乱光から遮蔽する遮蔽膜が形成されている。
  20. 請求項１に記載の波長変換装置であって、
    前記非線形結晶は、ＣＬＢＯ結晶、ＫＢＢＦ結晶、またはＢＢＯ結晶である。
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