KR100664800B1 - 파장 변환 레이저 장치 - Google Patents

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Abstract

파장 변환 결정에서 파장 변환되어 출사창으로부터 출사하는 파장 변환 레이저광의 출사 방향을, 파장 변환 결정을 통과하는 레이저광의 광축의 방향에 접근시킬 수 있고, 게다가 파장 변환 결정을 이동시킨 경우에도 파장 변환 결정에서 파장 변환되어 출사창으로부터 출사하는 파장 변환 레이저광의 광축이 어긋나는 것을 저감할 수 있는 파장 변환 레이저 장치를 얻는다. 파장 변환 결정(3)의 출사측 단면은 파장 변환 레이저광(10)에 대하여 브루스터(Brewster) 각으로 되도록 경사져 있으며, 또한, 용기의 출사창(5)은 그 레이저광 입사측의 면과 레이저광 출사측의 면 사이의 거리가 파장 변환 결정으로부터 출사한 파장 변환 레이저광의 경사 방향으로 단축된 프리즘 형상을 하고 있다.

Description

파장 변환 레이저 장치{WAVELENGTH CONVERSION LASER APPARATUS}
도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 파장 변환 레이저 장치의 전체 구성을 나타내는 개략 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 파장 변환 레이저 장치에 이용되는 파장 변환 결정 유지 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 파장 변환 레이저 장치에 이용되는 파장 변환 결정 유지 장치의 구성을 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 파장 변환 레이저 장치에 이용되는 파장 변환 결정의 고조파 출사측 단면의 형상을 설명하기 위한 정면도,
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 파장 변환 결정 이동시에 있어서의 발생 고조파의 광축 이동의 상태를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따라 파장 변환 결정 밀폐 용기의 출사창의 형상을 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따라 파장 변환 결정 이동시의 파장 변환 결정 밀폐 용기로부터 출사하는 고조파의 광축 이동의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 파장 변환 결정 유지 장치 2 : 파장 변환 결정 밀폐 용기
3, 14 : 파장 변환 결정 4 : 입사창
5 : 출사창 6 : 열전 소자
7 : O링 8 : 열전 소자 제어용 코드
11 : 크리스탈 시프터 12 : 기본파 발생부
13 : 집광 렌즈 15 : 분리 미러
본 발명은 파장 변환 결정에서 고조파 발생을 실행하는 파장 변환 레이저 장치에 관한 것으로, 특히, 파장 변환 결정의 고조파 출사측 단면 및 이를 수납하는 용기의 고조파 출사창(出射窓)의 형상에 관한 것이다.
종래의 파장 변환 레이저 장치에서는 파장 변환 결정의 고조파 출사측 단면을 브루스터 커트(Brewster-cutting)함으로써, 파장 변환 결정 단면에서의 고조파의 반사 손실을 저감하고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
[특허 문헌 1] 미국 특허 제5850407호 명세서(제 4 단락, 도 1-A 및 도 1-B)
종래의 파장 변환 레이저와 같이, 브루스터 커트한 파장 변환 결정을 이용한 경우, 고조파의 출사 방향이 파장 변환 결정을 통과하는 광의 광축에 대하여 경사지게 되어, 뒤의 도광(導光) 시스템의 배치가 곤란하게 된다고 한 문제가 있었다. 또한, 고조파에 의한 파장 변환 결정의 단면의 열화 또는 불순물 부착 등 때문에 고조파 출력이 저하했을 때에, 파장 변환 결정의 위치를 이동시키면, 고조파의 광축이 어긋난다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 파장 변환 결정에서 파장 변환되어 파장 변환 결정 용기의 출사창으로부터 출사하는 파장 변환 레이저광(고조파)의 출사 방향을, 파장 변환 결정을 통과하는 레이저광의 광축의 방향에 접근시킬 수 있고, 게다가 파장 변환 결정의 위치를 이동시킨 경우에도 파장 변환 결정에서 파장 변환되어 출사창으로부터 출사하는 파장 변환 레이저광(고조파)의 광축이 어긋나는 것을 저감할 수 있는 파장 변환 레이저 장치를 얻는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 파장 변환 레이저 장치는 파장 변환 결정과, 상기 파장 변환 결정이 내부에 배치되고, 상기 파장 변환 결정에서 파장 변환된 파장 변환 레이저광이 출사하는 출사창을 갖는 용기를 구비하는 파장 변환 레이저 장치로서, 상기 파장 변환 결정의 출사측 단면은 상기 파장 변환 레이저광에 대하여 브루스터 각으 로 되도록 경사져 있으며, 또한, 상기 용기의 출사창은 그 레이저광입사측의 면과 레이저광 출사측의 면 사이의 거리가 상기 파장 변환 결정으로부터 출사한 파장 변환 레이저광의 경사 방향으로 단축된 프리즘 형상을 하고 있는 것이다.
또한, 여기서 말하는 파장 변환 결정으로부터 출사한 파장 변환 레이저광의 경사 방향이란, 파장 변환 결정을 통과하는 레이저광의 광축에 대한 경사 방향이고, 특히, 파장 변환 결정을 통과하는 레이저광의 광축에 수직인 성분의 방향이다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명을 실시하기 위한 실시예 1에 의한 파장 변환 레이저 장치의 전체 구성을 나타내는 개략 구성도이다.
기본파 발생부(12)에서 기본파를 발생한다. 기본파 발생부(12)로서는, 예를 들면 Q-스위치 Nd:YAG 레이저 발진기가 이용되고, 편광은 직선 편광, 발진 파장은 1064㎚이다. 상기 레이저 발진기는 출력을 얻기 위해서 증폭기를 이용한 구성으로서도 무방하다. 또한, 기본파 발생부(12)는 상기의 Nd:YAG 외에 Nd:YVO4, Nd:YLF, Nd:GdVO4 등의 레이저 결정을 이용한 레이저 발진기이어도 무방하다.
발생한 기본파를 집광 렌즈(13A)에 의해서 파장 변환 결정(14)에 집광하여 파장 변환 결정(14)에서 파장 변환하고, 고조파(파장 변환 레이저광)를 발생한다. 이 때 이용하는 파장 변환 결정(14)은, 예를 들면 무반사 코팅이 실시되어 있지 않은, 즉 무반사 코팅 없음의 TYPE I의 LBO(LiB3O5) 결정이다. 파장 변환 결정(14)에 무반사 코팅을 실시하지 않음으로써, 발생 고조파에 의해서 무반사 코팅이 열화하거나 손상하거나 하는 것에 의한 고조파의 출력 저하를 막을 수 있다. 이 때 발생하는 고조파는 제 2차 고조파이고, 파장은 532㎚이다.
또한, 제 2차 고조파 발생용 결정(파장 변환 결정(14))은 이하에서 설명하는 제 3차 고조파 발생용 결정(파장 변환 결정(3))과 비교하여 열화 속도가 느리기 때문에, 제 3차 고조파 발생용 결정에 이용하는 파장 변환 결정 유지 장치(뒤에서 상세하게 설명함)를 사용할 필요성은 낮다. 그러나, 집광 강도가 강한 조건에서 사용하는 경우 등은 마찬가지의 파장 변환 결정 유지 장치를 사용해도 무방하다.
파장 변환 결정(14)을 통과한 레이저광, 즉, 파장 변환 결정(14)에서 발생한 제 2차 고조파와, 파장 변환되지 않은 기본파를 집광 렌즈(13B)를 이용하여 파장 변환 결정(3)에 집광하고, 합주파 발생에 의해서 제 3차 고조파(파장 355㎚)를 발생한다. 이 때 이용하는 파장 변환 결정(3)은, 예를 들면 무반사 코팅 없음의 TYPE II의 LBO(LiB3O5) 결정이다. 파장 변환 결정(14)의 경우와 마찬가지로, 파장 변환 결정(3)에 무반사 코팅을 실시하지 않음으로써, 발생 고조파에 의해서 무반사 코팅이 열화하거나 손상하거나 하는 것에 의한 고조파의 출력 저하를 막을 수 있다.
발생한 제 3차 고조파는 분리 미러(15A, 15B)에 의해서 기본파 및 제 2차 고조파로 분리되어 가공 등에 사용된다.
이하, 파장 변환 결정(3) 및 파장 변환 결정(3)을 수납하는 파장 변환 결정 유지 장치(1)에 대해서 설명한다.
파장 변환 결정(3)은 도 2 및 도 3에 각각 나타내는 파장 변환 결정 유지 장치(1)에 의해서 유지되고 있다.
도 2는 파장 변환 결정 유지 장치(1)를 비스듬하게 본 사시도, 도 3은 광축에 평행한 면으로 자른 단면도이다. 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)의 내부에 파장 변환 결정(3)이 배치되어 있다. 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)는 기본파 및 제 2차 고조파(입사광)(9)를 입사하기 위한 입사창(4)을 구비하고 있다. 또한, 파장 변환 결정(3)을 통과한 레이저광, 즉 파장 변환 결정(3)에서 발생한 고조파(파장 변환 레이저광)(10)를 출사하기 위한 출사창(5)을 구비하고 있다. 또한, 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)의 내부에는, 파장 변환시의 위상 정합을 취하기 위한 온도 조절을 실행하는 열전 소자(6)(예를 들면, 펠체 소자), 및 열전 소자(6)를 제어하기 위한 코드(8)를 구비하고 있다. 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)는 파장 변환 결정(3)의 위치를 이동하는 이동 수단에 상당하는 크리스탈 시프터(crystal shifter)(11)상에 양호한 정밀도로 설치되어 파장 변환 결정 유지 장치(1)를 구성하고 있다.
파장 변환 결정(3)의 출사측 단면의 고조파 출사부가 고조파에 의해서 열화하고 또는 불순물이 부착되어 출사 고조파의 출력이 저하한 때에, 크리스탈 시프터(11)에 의해서 열화한 지점으로부터 파장 변환 결정(3)을 이동하여 출력을 회복시킨다.
또한, 특히 파장 400㎚ 이하의 자외선은 반응성이 높기 때문에, 고조파(10)의 파장이 400㎚ 이하인 때에는, 유지 보수 주기를 길게 하기 위해서 상기한 바와 같은 열화 또는 불순물 부착에 대한 대책이 필요 불가결하다.
파장 변환 결정 밀폐 용기(2)에 입사창(4) 및 출사창(5)을 장착할 때는, O링(7)을 이용하여 파장 변환 결정 밀폐 용기(2) 내부를 밀폐한다. 이 때에, 건조 공기, 산소, 질소 등을 봉입함으로써, 파장 변환 결정(3)의 단면의 불순물 부착 속도 및 열화 속도를 억제할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)를 완전히 밀폐했지만, 작은 출입구를 마련하여 기체를 계속 흐르게 하는 것도 가능하다.
또한, 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)내에 파장 변환 결정(3)을 수납할 때는, 파장 변환 결정(3)과 출사창(5)의 거리가, 파장 변환 결정(3)과 입사창(4)의 거리에 비교하여 길게 되도록 파장 변환 결정(3)을 배치하면, 출사창(5)상의 고조파(예를 들면, 자외선)(10)의 빔 직경을 크게 할 수 있다. 따라서, 고조파(10)에 의한 출사창(5)으로의 불순물 부착 속도 및 출사창(5)의 열화 속도를 억제할 수 있다.
파장 변환 결정(3)의 고조파 출사측 단면(도 3에서는 좌측 단면)은 파장 변환 결정(3)에서 파장 변환된 파장 변환 레이저광(제 3차 고조파)이 그 단면으로부터 브루스터 각 θ1으로 출사하도록, 즉, 파장 변환 레이저광에 대하여 브루스터 각으로 되도록, 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축에 대하여 소정 각도 θ3(단, 0<θ3<90°) 경사지게 하고 있다. 즉, 파장 변환 결정(3)의 고조파 출사측 단면은 제 3차 고조파에 대한 브루스터 커트를 실행하고 있다.
이와 같이, 브루스터 커트를 실행함으로써 파장 변환 결정(3)의 출사측 단면 에서의 반사 손실을 저감할 수 있다. 게다가, 파장 변환 결정(3)의 출사측 단면상에서의 빔 면적이 커짐으로써, 고조파에 의한 파장 변환 결정(3)의 출사측 단면의 손상 확률 및 불순물의 부착 속도를 감소시키는 것이 가능하다.
또한, 이 때의 브루스터 커트의 방향은 파장 변환 결정(3)으로부터 출사하는 제 3차 고조파(파장 변환 결정(3)으로부터의 출사 고조파(10))가 파장 변환 결정(3)의 출사측 단면에 대하여 p편광으로 되도록 설정한다. 도 3의 예에서는, 제 3차 고조파(파장 변환 결정(3)으로부터의 출사 고조파(10))의 편광은 지면과 평행한 방향이다.
도 4에 파장 변환 결정(3)의 브루스터 커트의 상태를 나타낸다. 예를 들면, 파장 변환 결정(3)으로서 TYPE II의 LBO 결정을 이용한 경우, 파장 변환 결정(3)에 의한 Nd:YAG 레이저의 제 3차 고조파(파장 355㎚) 발생시에는, 파장 변환 결정(3)의 출사측 단면의 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축에 대한 경사 각도 θ3는 수학식 1에서 나타내는 브루스터 커트(θ1)의 정의,
Figure 112004043769759-pat00001
및 수학식 2에서 나타내는 스넬의 법칙,
Figure 112004043769759-pat00002
로부터
Figure 112004043769759-pat00003
로 된다.
단, n2는 제 3차 고조파에 대한 파장 변환 결정(3)의 굴절률, n1은 제 3차 고조파에 대한 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)내 분위기의 굴절률로서, n1=1.0, n2= 1.60이다.
또한, 이하에서는 파장 변환 결정(3)의 출사측 단면의 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축에 대한 경사 각도 θ3를 커트 각도라고 하는 경우도 있다.
이 때, 파장 변환 결정(3)으로부터 출사하는 제 3차 고조파(10)의 광축의 수평으로부터의 기울기 θ4는,
Figure 112004043769759-pat00004
로 된다.
또한, θ4는 보다 정확하게는, 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축으로부터의 경사이고, 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축이 수평 방향으로 되도록 배치되어 있는 경우에는 수평으로부터의 경사와 동일하게 된다.
또한, 파장 변환 결정(3)을 크리스탈 시프터(11)에 의해서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축과 직교하는 방향으 로 δ1만큼 이동시킨 경우, 파장 변환 결정(3)으로부터 출사되는 제 3차 고조파(100과 101)의 광축의 이동 거리 δ2는
Figure 112004043769759-pat00005
이다.
또한, 제 3차 고조파(100)는 이동 전의 파장 변환 레이저광이고, 제 3차 고조파(101)는 이동 후의 파장 변환 레이저광이다.
종래의 구성에서는 이러한 발생 고조파(파장 변환 결정(3)으로부터 출사되는 제 3차 고조파)의 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축으로부터의 기울기, 및 크리스탈 시프터(11)에 의한 결정 이동시의 광축 이동이 문제로 되고 있었다.
다음에, 도 6을 이용하여 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)의 고조파 출사창(5)의 형상에 대해서 설명한다. 본 실시예에서는 고조파에 대한 굴절률이 파장 변환 결정(3)과 동등하거나, 또는 비슷한 재료로 이루어지는 출사창(5)을 이용하고 있고, 게다가 그 레이저광 입사측의 면에 파장 변환 결정(3)의 고조파 출사측 단면과 동일한 각도 θ3의 커트를 실시하고 있다. 예를 들면, TYPE II의 LBO 결정에 의한 Nd:YAG 레이저의 제 3차 고조파(파장 355㎚)를 발생하는 경우, 파장 변환 결정(3)의 굴절률은 1.60이지만, 수정은 이에 비슷한 굴절률을 가진다. 즉, 수정의 이상 편광에 대한 굴절률은 파장 355㎚에서 1.57이다.
또한, 출사창(5)의 레이저광 출사측의 면은 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축에 대하여 대략 수직으로서, 출사창(5)은 그 레이저광 입사측의 면(501)과 레이저광 출사측의 면(502) 사이의 거리가 파장 변환 결정(3)으로부터 출사한 출사 고조파(파장 변환 레이저광)(10)의 경사 방향(도 6에서의 화살표 A로 나타내는 방향)으로 단축된 프리즘 형상을 하고 있다.
또한, 여기서 말하는 파장 변환 결정(3)으로부터 출사한 파장 변환 레이저광(10)의 경사 방향이란, 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축에 대한 경사 방향이고, 특히 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축에 수직인 성분의 방향이다. 즉, 도 6에 화살표 A로 나타내는 방향이다.
이와 같이, 본 실시예에서는 출사창(5)으로서 수정을 이용하고, 파장 변환 결정(3)의 출사측 단면과 출사창(5)의 고조파 입사측의 면에, 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축으로부터의 기울기가 동일한(동시에 경사 각도 θ3임) 커트를 실시하고 있다. 이 때, 출사창(5)에 대한 고조파의 입사 각도 θ5와, 출사창(5)(수정)에 대한 제 3차 고조파(파장 355㎚)의 브루스터 각과의 차이는 0.4°이고, 제 3차 고조파의 반사율은 0.1% 미만이다. 그러나, 특히 이 경우, 편광 방향이 상이한 파장 532㎚의 광선(제 2차 고조파)에 대해서는 출사창(5)은 반사율을 가진다. 그래서, 출사창(5)에, 파장 532㎚에 대한, 또는 파장 532㎚과 파장 1064㎚(기본파)의 양쪽에 대한 무반사 코팅을 실시해도 무방하다. 또한, 반사광에 의한 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)의 내면의 가열을 피하기 위해서, 출사창(5)에 상기한 바와 같은 무반사 코팅을 실시하지 않고, 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)상의 반사광 이 부딪치는 부위의 부근에 냉각수를 흐르게 하도록 구성해도 무방하다. 이 때, 출사창(5)으로부터의 반사광이 해당하는 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)의 내면 부분을 도장하는 등 하여, 반사광을 효율적으로 흡수할 수 있도록 해도 무방하다.
이 때, 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)(출사창(5))로부터 출사하는 고조파(20)의 수평(파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축)으로부터의 기울기 θ6는 θ6 = 0.8°로서, 결정 밀폐 용기 출사창(5)에 경사지지 않은 경우의 기울기 θ4 = 25.9°와 비교하여 32분의 1 이하로 저감된다.
또한, 도 7에 나타내는 바와 같이 크리스탈 시프터(11)에 의해서 파장 변환 결정(3)을 δ1만큼 이동시킨 경우, 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)로부터 출사하는 고조파(20)의 광축의 이동 거리(광축의 편차량) δ3는 δ3 = 0.0056 ×δ1으로 되고, 결정 밀폐 용기 출사창(5)에 경사지지 않은 경우의 이동량, 즉 도 5를 나타내어 상술한 δ2 = 0.3 ×δ1과 비교하여 다소 저감된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 크리스탈 시프터(11)에 의해서 파장 변환 결정(3)을 이동시킨 때에, 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)(출사창(5))로부터 출사하는 고조파(파장 변환 레이저 빔)(20)의 광축의 편차량 δ3를 실용적인 범위로까지 저감할 수 있다. 또한, 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)(출사창(5))로부터 출사하는 고조파(20)의 수평(파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축)으로부터의 기울기 θ6를 실용적인 범위로까지 저감할 수 있기 때문에, 파장 변환 후의 도광 시스템의 배치가 용이하게 된다.
또한, 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)의 출사창(5)의 재질은 파장 변환 결정(3)과 발생 고조파에 대한 굴절률이 동등한 것이 이상이지만, 본 실시예와 같이 굴절률이 비슷한 재질로 실시해도 무방하다.
예를 들면, TYPE II의 LBO 결정에 의한 Nd:YAG 레이저의 제 3차 고조파(파장 355㎚) 발생시에는, 출사창(5)의 재질의 상기 고조파에 대한 굴절률이 파장 변환 결정(3)의 굴절률의 ±3% 이내이면, 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)(출사창(5))로부터 출사하는 고조파(20)의 수평(파장 변환 결정을 통과하는 레이저광(90)의 광축)으로부터의 기울기 θ6는 θ6 ≤1.7°, 크리스탈 시프터(11)에 의해서 파장 변환 결정(3)을 도 7과 같이 δ1만큼 이동시킨 경우, 출사 고조파(20)의 광축의 이동 거리 δ3는 δ3 = 0.012 ×δ1 이내로 할 수 있다.
또한, 이러한 출사 고조파(20)의 수평으로부터의 기울기 θ6 및 광축의 이동 거리 δ3를 보다 작게 하기 위해서, 출사창(5)에서의 레이저광 출사측의 면을, 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축에 대하여 수직으로부터 파장 변환 결정(3)의 출사측 단면과 반대 방향으로 약간 기울여도 무방하다.
또한, 출사창(5)에서의 레이저광 입사측의 면의 경사 각도는, 파장 변환 결정(3)의 출사측 단면의 경사 각도와 동등한 것이 이상이지만, 이에 한하는 것은 아니다. 예를 들면, 상기한 바와 같이, 출사창(5)의 출사 고조파(10)(파장 변환 레 이저광)에 대한 굴절률이 파장 변환 결정(3)의 출사 고조파(10)에 대한 굴절률과 정확하게 동일하지 않고 약간 상이한 경우, 출사창(5)에서의 레이저광 입사측의 면의 경사 각도를, 파장 변환 결정(3)에서 변환된 파장 변환 레이저광(출사 고조파(10))이 레이저광 입사측의 면에 브루스터 각으로 입사하는 경사 각도, 즉 파장 변환 레이저광에 대하여 브루스터 각으로 되는 경사 각도로서도 무방하다.
이 경우에도, 출사 고조파의 수평(파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축)으로부터의 기울기 θ6, 및 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)로부터 출사하는 고조파(20)의 광축의 이동 거리 δ3는 0으로는 되지 않는다. 그러나, 이들 기울기 θ6 및 이동 거리 δ3를 보다 작게 하기 위해서, 출사창(5)에서의 레이저광 출사측의 면을, 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축에 대하여 수직으로부터 파장 변환 결정(3)의 출사측 단면과 반대 방향으로 약간 기울여도 무방하다.
또한, 출사창(5)에서의 레이저광 입사측의 면의 경사 각도를, 파장 변환 결정(3)에서 파장 변환된 파장 변환 레이저광이 레이저광 입사측의 면에 브루스터 각으로 입사하는 경사 각도로 하는 것에 의해, 출사창(5)에서의 레이저광 입사측의 면에서의 반사를 방지할 수 있다.
또한, 상기에서는 파장 변환 결정(3)이 LiB3O5(LBO) 결정인 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한하는 것은 아니고, 예를 들면 CsLiB6O10(CLBO) 결정이나 BBO(β- BaB2O4) 결정이어도 무방하다. 또한, 파장 변환 결정(14)에 대해서도 마찬가지이 다.
(실시예 2)
상기 실시예에서는, 출사창(5)에서의 레이저광 출사측의 면은 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축에 대하여 대략 수직이고, 파장 변환 결정(3)에서 파장 변환된 파장 변환 레이저광에 대한 파장 변환 결정(3)의 굴절률과 출사창(5)의 굴절률은 대략 동등하고, 또한, 파장 변환 결정(3)의 출사측 단면의 경사 각도와 출사창(5)에서의 레이저광 입사측의 면의 경사 각도는 대략 동등한 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한하는 것은 아니다.
예를 들면, 출사창(5)에서의 레이저광 입사측의 면은 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축에 대하여 대략 수직이고, 파장 변환 결정(3)에서 변환된 파장 변환 레이저광에 대한 파장 변환 결정(3)의 굴절률과 출사창(5)의 굴절률이 대략 동등하고, 또한, 출사창(5)에서의 레이저광 출사측의 면이 파장 변환 결정(3)의 입사측 단면의 경사 각도와 대략 같은 동등한 각도만큼 파장 변환 결정(3)의 출사측 단면과 반대 방향으로 경사져 있어도 무방하며, 이 경우에도 상기 실시예 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(실시예 3)
또한, 파장 변환 결정(3)에서 파장 변환된 파장 변환 레이저광에 대한 파장 변환 결정(3)의 굴절률 및 출사창(5)의 굴절률에 관계없이, 또한, 파장 변환 결정 (3)의 입사측 단면의 경사 각도와도 관계없이, 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)의 출사창(5)은 그 레이저 광입사측의 면과 레이저광 출사측의 면 사이의 거리가 파장 변환 결정(3)으로부터 출사한 파장 변환 레이저광의 경사 방향으로 단축된 프리즘 형상을 하고 있으면 된다.
이와 같이 구성된 경우에는, 파장 변환 결정(3)의 출사측 단면으로부터 브루스터 각으로 출사한 파장 변환 레이저광(고조파)은 프리즘 형상의 출사창(5)에 의해서 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축의 방향으로 굴곡된다. 따라서, 파장 변환 결정(3)에서 파장 변환되어 출사창(5)으로부터 출사하는 파장 변환 레이저광(20)의 출사 방향을, 파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축의 방향에 접근시킬 수 있고, 게다가 크리스탈 시프터(11)를 이용하여 파장 변환 결정(3)을 이동시킨 경우에도 출사창(5)으로부터 출사한 파장 변환 레이저광(20)의 광축이 어긋나는 것을 저감할 수 있다.
예를 들면, 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)의 출사창(5)에 합성 석영(Fused Silica)을 이용한 경우, 예를 들면 Nd:YAG 레이저의 제 3차 고조파의 파장 355㎚에 대한 굴절률은 1.48이다. 이 때, 출사창(5)의 경사 각도를 56.5°로 하면, 결정 이동시의 광축 이동량 δ3를 거의 0으로 할 수 있다. 이 때의 파장 변환 결정 밀폐 용기(2)(출사창(5))로부터 출사하는 고조파(20)의 수평(파장 변환 결정(3)을 통과하는 레이저광(90)의 광축)으로부터의 기울기 θ6는 3.2°이다. 마찬가지로, 출사창(5)의 경사 각도를 52.8°로 하면, 고조파(20)의 기울기 θ6를 거의 0으로 할 수 있고, 이 때의 광축 이동량 δ3는 δ3 = 0.10 ×δ1로 된다.
또한 출사창(5)에 불화 칼슘(CaF2)을 이용한 경우, 파장 355㎚에 대한 굴절률은 1.45이다. 이 때, 출사창(5)의 경사 각도를 56.1°로 하면, 결정 이동시의 광축 이동량 δ3를 거의 0으로 할 수 있다. 이 때의 고조파(20)의 기울기는 θ6 = 4.0°이다. 마찬가지로 출사창(5)의 경사를 51.4°로 하면, 고조파(20)의 기울기 θ6를 거의 0으로 할 수 있고, 이 때의 광축 이동량 δ3는 δ3 = 0.14 ×δ 1으로 된다.
또한, 상기 각 도면에서 제 2차 고조파(입사광)(9), 파장 변환 결정으로부터의 출사 고조파(파장 변환 레이저광)(10), 출사창(파장 변환 결정 밀폐 용기)으로부터의 출사 고조파(20), 파장 변환 결정을 통과하는 레이저광(90), 파장 변환 결정으로부터의 출사 고조파(크리스탈 시프터에 의한 이동 전)(100) 및 파장 변환 결정으로부터의 출사 고조파(크리스탈 시프터에 의한 이동 후)(101)의 각 레이저광은 전부 그 광축을 나타내고 있다.
본 발명에 의하면, 파장 변환 결정의 출사측 단면은 상기 파장 변환 결정에서 파장 변환된 파장 변환 레이저광에 대하여 브루스터 각으로 되도록 경사져 있으며, 또한, 상기 파장 변환 결정이 내부에 배치된 용기의 출사창은 그 레이저광 입사측의 면과 레이저광 출사측의 면 사이의 거리가 상기 파장 변환 결정으로부터 출 사한 파장 변환 레이저광의 경사 방향으로 단축된 프리즘 형상을 하고 있기 때문에, 파장 변환 결정의 단면으로부터 브루스터 각으로 출사한 파장 변환 레이저광은, 용기의 출사창이 상기 프리즘 형상을 하고 있는 것에 의해, 파장 변환 결정을 통과하는 레이저광의 광축의 방향으로 굴곡된다. 따라서, 파장 변환 결정에서 파장 변환되어 출사창으로부터 출사하는 파장 변환 레이저광의 출사 방향을, 파장 변환 결정을 통과하는 광의 광축의 방향에 접근시킬 수 있고, 게다가 파장 변환 결정의 위치를 이동시킨 경우에도 출사창으로부터 출사한 파장 변환 레이저광의 광축이 어긋나는 것을 저감할 수 있다.

Claims (6)

  1. 파장 변환 결정과, 상기 파장 변환 결정이 내부에 배치되고 상기 파장 변환 결정에서 파장 변환된 파장 변환 레이저광이 출사하는 출사창(出射窓)을 갖는 용기를 구비하는 파장 변환 레이저 장치로서,
    상기 파장 변환 결정의 출사측 단면은 상기 파장 변환 레이저광에 대하여 브루스터(Brewster) 각으로 되도록 경사져 있으며, 또한, 상기 용기의 출사창은 그 레이저광 입사측의 면과 레이저광 출사측의 면 사이의 거리가 상기 파장 변환 결정으로부터 출사한 파장 변환 레이저광의 경사 방향으로 단축된 프리즘 형상을 하고 있는 것
    을 특징으로 하는 파장 변환 레이저 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    출사창에서의 레이저광 출사측의 면은 파장 변환 결정을 통과하는 레이저광의 광축에 대하여 대략 수직이고, 파장 변환 레이저광에 대한 파장 변환 결정의 굴절률과 출사창의 굴절률은 대략 동등하고, 또한, 파장 변환 결정을 통과하는 레이저광의 광축에 대한 파장 변환 결정의 출사측 단면의 경사 각도와 출사창에서의 레이저광 입사측의 면의 경사 각도는 대략 동등한 것
    을 특징으로 하는 파장 변환 레이저 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    파장 변환 레이저광의 파장이 400㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 파장 변환 레이저 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    파장 변환 결정의 위치를 이동하는 이동 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 파장 변환 레이저 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    파장 변환 결정이 LiB3O5, CsLiB6O10 또는 β- BaB2O 4 결정인 것을 특징으로 하는 파장 변환 레이저 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    파장 변환 결정의 출사측 단면은 무반사 코팅이 실시되어 있지 않은 파장 변환 레이저 장치.
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