KR102033657B1 - 파장 변환 장치 - Google Patents

파장 변환 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102033657B1
KR102033657B1 KR1020197016176A KR20197016176A KR102033657B1 KR 102033657 B1 KR102033657 B1 KR 102033657B1 KR 1020197016176 A KR1020197016176 A KR 1020197016176A KR 20197016176 A KR20197016176 A KR 20197016176A KR 102033657 B1 KR102033657 B1 KR 102033657B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser beam
intensity
temperature
shg crystal
crystal
Prior art date
Application number
KR1020197016176A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190068635A (ko
Inventor
노조미 히라야마
도모타카 가츠라
히데노리 후카호리
Original Assignee
미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 filed Critical 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Publication of KR20190068635A publication Critical patent/KR20190068635A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102033657B1 publication Critical patent/KR102033657B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/05—Function characteristic wavelength dependent

Abstract

파장 변환 장치(1)는 펄스 발진된 기본파인 제1 빔(21)을, 기본파의 고조파인 제2 빔(22)으로 변환하는 제1 비선형 매질(11)과, 제2 빔과, 제1 비선형 매질을 투과한 제1 빔을 기초로, 제3 빔(23)을 발생시키는 제2 비선형 매질(12)과, 제1 빔으로부터 제2 빔으로의 변환 효율을 조절하는 조절 수단(30)을 구비한다. 제1 빔의 펄스 발진 주파수가 변경되었을 경우에, 조절 수단은, 변환 효율을 조절함으로써, 제1 비선형 매질의 온도에 있어서의 제3 빔의 강도의 온도 의존성이 단일의 극댓값을 나타내고, 또한 극댓값을 나타내는 제1 비선형 매질의 온도와 제2 빔의 강도가 극댓값을 나타내는 제1 비선형 매질의 온도가 같은 상태를 유지시킨다.

Description

파장 변환 장치
본 발명은 비선형 매질로 발생시킨 고조파를 출력하는 파장 변환 장치에 관한 것이다.
종래, 기본파의 제2 고조파를 발생시키는 비선형 매질과, 기본파와 제2 고조파의 합주파인 제3 고조파를 발생시키는 비선형 매질을 구비하는 파장 변환 장치가 알려져 있다. 제2 고조파는 기본파의 파장의 절반의 파장의 고조파이다. 제3 고조파는 기본파의 파장의 3분의 1의 파장의 고조파이다. 파장 변환 장치로부터 출력되는 고조파의 강도는, 비선형 매질의 온도에 의존하여 변화하는 것이 알려져 있다. 파장 변환 장치에서는, 출력되는 고조파의 강도를 향상시키는 것과 함께 안정된 강도의 고조파가 얻어지도록, 비선형 매질의 온도 제어가 행해지는 일이 있다.
특허문헌 1에는, 제3 고조파 발생(Third Harmonic Generation, THG) 결정의 출력을 기초로, 제2 고조파 발생(Second Harmonic Generation, SHG) 결정의 온도를 설정하는 기술이 개시되어 있다. SHG 결정은 제2 고조파를 발생시키는 비선형 매질이다. THG 결정은 제3 고조파를 발생시키는 비선형 매질이다. SHG 결정과 THG 결정은, SHG 결정의 온도와 THG 결정으로부터 출력되는 제3 고조파의 강도의 대응 관계에 있어서 제3 고조파의 강도의 복수의 피크가 발생하도록 형성되어 있다. SHG 결정의 온도는, 복수의 피크에 대응하는 온도의 중간 온도로 설정된다. 파장 변환 장치로부터 일정 강도 이상의 강도의 제3 고조파를 출력 가능하게 하는 SHG 결정의 온도의 범위가 확장됨으로써, 파장 변환 장치는, SHG 결정의 온도의 변화에 의한 제3 고조파의 강도에의 영향을 줄일 수 있다.
일본 특개 2013-205426호 공보
특허문헌 1의 기술에 의하면, 제3 고조파의 강도의 피크에 대응하는 온도 이외의 온도로 SHG 결정의 온도가 설정됨으로써, 출력되는 제3 고조파의 강도는, 피크시의 강도보다 저하되게 된다. 이것과는 별도로, 제3 고조파의 강도의 피크에 대응하는 온도로 SHG 결정의 온도가 설정되었을 경우, 일정 강도 이상의 강도의 제3 고조파를 출력 가능한 SHG 결정의 온도의 범위가 축소된다. 이 경우, SHG 결정의 온도의 변화에 의한 제3 고조파의 강도에의 영향이 커진다. 이 때문에, 파장 변환 장치는 출력되는 고조파의 강도의 향상과, 고조파의 강도의 안정화의 양립이 곤란하게 된다.
펄스 레이저빔인 기본파로부터 고조파로의 변환에 있어서, 기본파의 펄스 발진 주파수가 어느 값일 때에, SHG 결정의 온도에 대한 제3 고조파의 강도의 피크가 단일의 피크였다고 한다. 이 상태로부터, 광원의 평균 파워를 일정하게 하여 펄스 발진 주파수의 값이 낮은 값으로 변경되었을 경우, SHG 결정에 있어서의 기본파로부터 제2 고조파로의 변환 효율은 높아진다. 변환 효율이 높아짐으로써, 제3 고조파의 강도의 피크가 단일의 피크로부터 복수의 피크로 변화하는 경우가 있다. 이 경우, SHG 결정으로부터 사출되는 기본파의 강도가 저하됨으로써, THG 결정에서 발생하는 제3 고조파의 강도가 낮아지는 일이 있다. 또한, 제3 고조파의 강도의 피크가 복수의 피크로 됨으로써, SHG 결정의 온도 변화에 의한 제3 고조파의 강도의 변화가 커지는 일이 있다. 이 때문에, 파장 변환 장치는 출력되는 고조파의 강도의 향상과, 고조파의 강도의 안정화의 양립이 곤란하게 된다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 출력되는 고조파의 강도의 향상과 안정화를 가능하게 하는 파장 변환 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 파장 변환 장치는, 펄스 발진된 기본파인 제1 빔을, 기본파의 고조파인 제2 빔으로 변환하는 제1 비선형 매질과, 제2 빔과, 제1 비선형 매질을 투과한 제1 빔을 기초로, 제3 빔을 발생시키는 제2 비선형 매질과, 제1 빔으로부터 제2 빔으로의 변환 효율을 조절하는 조절 수단을 구비한다. 제1 빔의 펄스 발진 주파수가 변경되었을 경우에, 조절 수단은, 변환 효율을 조절함으로써, 제1 비선형 매질의 온도에 있어서의 제3 빔의 강도의 온도 의존성이 단일의 극댓값을 나타내고, 또한 극댓값을 나타내는 제1 비선형 매질의 온도와 제2 빔의 강도가 극댓값을 나타내는 제1 비선형 매질의 온도가 같은 상태를 유지시킨다.
본 발명에 따른 파장 변환 장치는, 출력되는 고조파의 강도의 향상과 안정화가 가능하게 된다고 하는 효과를 달성한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 파장 변환 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타내는 SHG 결정에 있어서의 레이저빔에 대해 설명하는 제1 도면이다.
도 3은 도 1에 나타내는 SHG 결정에 있어서의 레이저빔에 대해 설명하는 제2 도면이다.
도 4는 도 1에 나타내는 SHG 결정의 온도와 레이저빔의 강도의 관계를 나타내는 제1 도면이다.
도 5는 도 1에 나타내는 SHG 결정의 온도와 레이저빔의 강도의 관계를 나타내는 제2 도면이다.
도 6은 도 1에 나타내는 SHG 결정의 온도와 레이저빔의 강도의 관계를 나타내는 제3 도면이다.
도 7은 실시 형태 1에 있어서의 SHG 결정의 변환 효율을 조절하는 절차의 예를 나타내는 플로차트이다.
도 8은 도 1에 나타내는 SHG 결정의 온도 변화와 레이저빔의 강도의 관계의 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 1에 나타내는 이동 기구에 의한 조절에 대한 변형예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 파장 변환 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10에 나타내는 SHG 결정에 있어서의 레이저빔에 대해 설명하는 제1 도면이다.
도 12는 도 10에 나타내는 SHG 결정에 있어서의 레이저빔에 대해 설명하는 제2 도면이다.
도 13은 실시 형태 2에 있어서의 SHG 결정의 변환 효율을 조절하는 절차의 예를 나타내는 플로차트이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태 3에 따른 파장 변환 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시 형태 4에 따른 파장 변환 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
이하에, 본 발명의 실시 형태에 따른 파장 변환 장치를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 파장 변환 장치(1)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 파장 변환 장치(1)는 펄스 발진된 기본파인 제1 빔을, 기본파의 고조파인 제2 빔으로 변환하는 제1 비선형 매질인 제2 고조파 발생(SHG) 결정(11)과, 제2 빔과 SHG 결정(11)을 투과한 제1 빔을 기초로, 제3 빔을 발생시키는 제2 비선형 매질인 제3 고조파 발생(THG) 결정(12)을 구비한다. 실시 형태 1에 있어서, 제3 빔은, 기본파와 고조파의 합주파이다.
파장 변환 장치(1)는 제1 빔인 레이저빔(21)을 사출하는 레이저 광원(10)을 구비한다. 이하의 설명에서는, 레이저빔(21)의 파장을, 제1 파장이라고 칭하는 일이 있다. 실시 형태 1에 있어서, 제1 파장은 1064nm로 한다.
레이저 광원(10)은 YAG 레이저 혹은 YVO4 레이저이다. YAG 레이저는 레이저 매질에 이트륨(Yttrium), 알루미늄(Aluminum) 및 가넷(Garnet)이 이용된 고체 레이저이다. YVO4 레이저는 레이저 매질에 이트륨(Yttrium) 및 사산화 바나듐(Vanadium tetraoxide, VO4)이 이용된 고체 레이저이다. 하나의 예에서는, 레이저 광원(10)은 Q 스위치 발진에 의해 레이저빔(21)을 발생시킨다. Q 스위치 발진은, 레이저 매질에 있어서의 여기 상태의 원자가 증가되고 나서 발진을 행하게 함으로써, 발생시키는 레이저의 강도를 향상시키는 발진 수법이다. 또한, 레이저 광원(10)은 YAG 레이저 및 YVO4 레이저 이외의 고체 레이저여도 된다.
집광 광학계(13)는 레이저 광원(10)과 SHG 결정(11)의 사이에 마련되어 있다. 집광 광학계(13)는 레이저빔(21)을 SHG 결정(11)으로 수렴시키는 광학 소자인 렌즈(15)를 구비한다. 집광 광학계(13)에 포함되는 렌즈(15)는 1개인 경우로 한정되지 않고, 복수여도 된다.
SHG 결정(11)은, 레이저 광원(10)으로부터의 레이저빔(21)이 입사되면, 제2 빔인 레이저빔(22)을 발생시킨다. SHG 결정(11)은, 기본파인 레이저빔(21)을, 제2 고조파인 레이저빔(22)으로 변환한다. 레이저빔(22)의 파장인 제2 파장은, 제1 파장의 절반이다. 실시 형태 1에 있어서, 제2 파장은 532nm로 한다. SHG 결정(11)은 발생시킨 레이저빔(22)을 사출한다. 또한, SHG 결정(11)은 레이저빔(22)으로 변환되지 않고 남겨진 레이저빔(21)을 사출한다. SHG 결정(11)에는, LBO 결정(LiB3O5), KTP 결정(KTiPO4), BBO 결정(β-BaB2O4), 혹은 그 외의 비선형 광학 결정이 이용된다.
집광 광학계(14)는 SHG 결정(11)과 THG 결정(12)의 사이에 마련되어 있다. 집광 광학계(14)는 레이저빔(21, 22)을 THG 결정(12)으로 수렴시키는 광학 소자인 렌즈(16)를 구비한다. 집광 광학계(14)에 포함되는 렌즈(16)는 1개인 경우로 한정되지 않고, 복수여도 된다. 또한, 파장 변환 장치(1)에 있어서, 집광 광학계(14)는 마련되지 않아도 된다.
THG 결정(12)은, SHG 결정(11)으로부터 입사된 레이저빔(21)과 레이저빔(22)을 기초로, 제3 빔인 레이저빔(23)을 발생시킨다. THG 결정(12)은 기본파인 레이저빔(21)과 제2 고조파인 레이저빔(22)을, 합주파로서 제3 고조파인 레이저빔(23)으로 변환한다. 레이저빔(23)의 파장인 제3 파장은, 제1 파장의 3분의 1이다. 실시 형태 1에 있어서, 제3 파장은 355nm로 한다. THG 결정(12)은 발생시킨 레이저빔(23)을 사출한다. 또한, THG 결정(12)은 레이저빔(23)으로 변환되지 않고 남겨진 레이저빔(21, 22)을 사출한다. THG 결정(12)에는, LBO 결정, YCOB 결정(YCa4O(BO3) 3), BBO 결정, CLBO 결정(CsLiB6O10), 혹은 그 외의 비선형 광학 결정이 이용된다.
파장 분리 소자(17)는 제1 파장과 제2 파장을 포함하는 파장역의 광을 투과시키고, 또한 제3 파장을 포함하는 파장역의 광을 반사시키는 특성을 구비한다. 파장 분리 소자(17)는 THG 결정(12)으로부터의 레이저빔(21, 22, 23)을, 레이저빔(23)과 레이저빔(21, 22)으로 분리시킨다. 파장 분리 소자(17)의 하나의 예는, 다이크로익 미러이다.
파장 변환 장치(1)는 파장 분리 소자(17)에서 반사된 레이저빔(23)을 사출한다. 댐퍼(18)는 파장 분리 소자(17)로부터의 레이저빔(21, 22)을 흡수한다. 파장 분리 소자(17)로부터의 레이저빔(21, 22)은, 댐퍼(18)에서 열에너지로 변환된다. 또한, 파장 분리 소자(17)는 제1 파장의 광과 제2 파장의 광을 반사시키고, 또한 제3 파장의 광을 투과시키는 특성을 구비하는 것이어도 된다. 파장 분리 소자(17)는 파장의 차이에 기초하여 광을 분리 가능하면 되고, 다이크로익 미러 이외의 광학 소자여도 된다. 파장 분리 소자(17)는 파장에 의한 광의 굴절률의 차이를 이용하여 광을 분리시키는 프리즘이어도 된다.
파장 변환 장치(1)는 SHG 결정(11)의 온도를 제어하는 온도 제어기(24)와, THG 결정(12)의 온도를 제어하는 온도 제어기(25)를 구비한다. 온도 제어기(24)는 SHG 결정(11)의 온도를 모니터하여, 미리 설정된 온도로 SHG 결정(11)의 온도를 조절한다. 온도 제어기(25)는 THG 결정(12)의 온도를 모니터하여, 미리 설정된 온도로 THG 결정(12)의 온도를 조절한다. 하나의 예에서는, 온도 제어기(24, 25)는 열의 공급과 흡수를 행하는 열전 소자인 펠티에 소자와, 온도 센서인 서미스터를 구비한다. SHG 결정(11)의 설정 온도와 THG 결정(12)의 설정 온도는, 서로 독립해서 설정 가능한 것으로 한다.
또한, 파장 변환 장치(1)는 레이저빔(21)을 수렴시키는 광학 소자인 렌즈(15)를 이동시키는 이동 기구(30)를 구비한다. 이동 기구(30)는 SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)으로부터 레이저빔(22)으로의 변환 효율을 조절하는 조절 수단이다. 이동 기구(30)는 렌즈(15)를 유지하는 홀더(31)를 직선 방향에 있어서 이동시킨다. 하나의 예에서는, 이동 기구(30)는 모터와, 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환시키는 기구를 포함한다.
제어 회로(26)는 명령에 따른 처리를 실행함으로써 파장 변환 장치(1) 전체를 제어하는 하드웨어이다. 제어 회로(26)는 SHG 결정(11)의 설정 온도에 따라서 온도 제어기(24)를 제어한다. 제어 회로(26)는 THG 결정(12)의 설정 온도에 따라서 온도 제어기(25)를 제어한다. 또한, 제어 회로(26)는 레이저 광원(10)의 구동과 이동 기구(30)의 구동을 제어한다. 제어 회로(26)는 CPU(Central Processing Unit) 혹은 마이크로 컴퓨터여도 된다.
광 검출기(27)는 이동 기구(30)에 의한 변환 효율의 조절시에 있어서 레이저빔(23)의 강도를 검출한다. 광 검출기(27)는, 이동 기구(30)에 의한 변환 효율의 조절시에, 파장 변환 장치(1)로부터의 레이저빔(23)이 입사되는 위치에 설치된다. 또한, 광 검출기(27)는 파장 변환 장치(1)의 외부에 설치된 것으로 한정되지 않고, 파장 변환 장치(1)의 내부에 마련된 것이어도 된다. 파장 변환 장치(1)는 THG 결정(12)으로부터 파장 변환 장치(1)의 외부로 향하는 레이저빔(23)의 일부를 분기시키는 분광 소자를 구비하고 있어도 된다. 광 검출기(27)는 분광 소자로 분기된 광을 검출해도 된다.
SHG 결정(11)에서의 레이저빔(22)의 발생에 있어서의 위상 부정합 Δk는, 다음의 식(1)로 나타내진다. 식(1)에 있어서, k1은 레이저빔(21)의 파수 벡터의 크기, k2는 레이저빔(22)의 파수 벡터의 크기, λ1은 레이저빔(21)의 파장인 제1 파장으로 한다. n1은 레이저빔(21)에 대한 SHG 결정(11)의 굴절률, n2는 레이저빔(22)에 대한 SHG 결정(11)의 굴절률로 한다.
Figure 112019057625256-pct00001
SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(22)의 변환 효율 η은, Δk=0을 만족할 때에 최대가 된다. Δk=0은, SHG 결정(11)의 위상 정합을 나타낸다. SHG 결정(11)은, 기본파의 편광 방향과 제2 고조파의 편광 방향이 서로 수직이 되는 경우의, 이른바 타입 1의 위상 정합에 있어서 레이저빔(22)을 발생시킨다. SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(22)의 변환 효율 η은, SHG 결정(11)으로부터 사출한 레이저빔(22)의 강도를, SHG 결정(11)에 입사한 레이저빔(21)의 강도로 나눈 결과를 나타낸다. 또한, 위상 정합 조건을 만족할 때의 SHG 결정(11)의 온도는, SHG 결정(11)의 위상 정합 온도라고 칭해진다.
굴절률 n1 및 n2는 SHG 결정(11)의 온도에 의존하는 것으로부터, 식(1)에서 나타내지는 위상 부정합 Δk는, SHG 결정(11)의 온도에 의존한다. SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(22)의 변환 효율 η과, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 강도 I1의 관계는, 다음의 식(2)로 나타내진다. 식(2)에 있어서, L은 SHG 결정(11)의 길이로 한다. 또한, 식(2)에서 나타내지는 관계는, SHG 결정(11)에 입사한 레이저빔(21)의 강도와 SHG 결정(11)으로부터 사출한 레이저빔(21)의 강도의 차가 무시할 수 있을 정도로 작고, 레이저빔(22)의 변환 효율 η이 낮은 경우에 성립되는 것으로 한다.
Figure 112019057625256-pct00002
식(2)에 의하면, 변환 효율 η은, 위상 부정합 Δk와 강도 I1에 비례한다. 위상 부정합 Δk는 SHG 결정(11)의 온도에 의존하는 것으로부터, 변환 효율 η은 SHG 결정(11)의 온도에 의존한다. 또한, 식(2)의 관계가 성립되는 경우에 비해 레이저빔(22)의 변환 효율 η이 높은 경우여도, 변환 효율 η이 SHG 결정(11)의 온도와 레이저빔(21)의 강도 I1에 의존하는 것이 알려져 있다. 또한, THG 결정(12)에 있어서의 레이저빔(23)의 변환 효율은, THG 결정(12)의 온도와, THG 결정(12)에 입사하는 레이저빔(21) 및 레이저빔(22)의 각 강도에 의존한다.
도 2는 도 1에 나타내는 SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)에 대해서 설명하는 제1 도면이다. 이하의 설명에서, X축과, Y축과, Z축은, 서로 수직인 3개의 축으로 한다. Z축은 파장 변환 장치(1)의 광학계의 광 축에 평행한 축으로 한다. X축은 수평 방향의 축으로 한다. Y축은 수직 방향의 축으로 한다. 중심축(32)은 레이저빔(21)의 광속(光束)의 중심을 나타낸다. 중심축(32)은 Z축과 평행하다. 플러스 Z방향은, Z축에 평행한 방향으로서, SHG 결정(11)의 입사면(33)으로부터 사출면(34)을 향하는 방향으로 한다. 마이너스 Z방향은, 플러스 Z방향과는 반대의 방향으로 한다. 길이 L는, Z축 방향에 있어서의 SHG 결정(11)의 길이로서, 입사면(33)과 사출면(34)의 사이의 길이이다.
여기서, 다음의 식(3)에 나타내는 바와 같이, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 실효 빔 지름 Weff를 정의한다. 실효 빔 지름 Weff는, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 수렴 정도를 나타내는 지표로 한다. 식(3)에 있어서, w(z)는, Z축 방향의 위치 z에 있어서의 레이저빔(21)의 빔 지름으로 한다. z=0은, 입사면(33)의 위치를 나타낸다. z=L은, 사출면(34)의 위치를 나타낸다. 하나의 예에서는, 실효 빔 지름 Weff는, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 빔 지름 w(z)의 평균값을 나타낸다.
Figure 112019057625256-pct00003
하나의 예에서는, 빔 지름 w(z)는, X축 방향 또는 Y축 방향에 있어서의 빔의 강도 분포의 표준 편차 σ의 4배의 폭인 D4σ폭으로 한다. D4σ폭은, 빔 폭에 있어서의 ISO(International Organization for Standardization)의 국제 표준 규격에 정의되어 있다. 또한, 빔 지름 w(z)는, D4σ폭 이외여도 되고, 반값 전폭 혹은 1/e2폭이어도 된다. 실효 빔 지름 Weff에는, 식(3) 이외의 정의에 따른 것이 사용되어도 된다. 레이저빔(21)의 수렴 정도는, 실효 빔 지름 Weff 이외의 지표로 나타내져도 된다.
레이저빔(21)은, SHG 결정(11)의 내부에 있어서 일단 수렴하고 나서, 확산한다. 레이저빔(21)의 빔 지름 w(z)는, 입사면(33)으로부터 진행함에 따라서 축소되어, 빔 웨이스트(35)에서 최소가 된다. 빔 지름 w(z)는, 빔 웨이스트(35)로부터 사출면(34)으로 진행함에 따라서 확장된다. 도 2에 있어서, 레이저빔(21)이 수렴하는 위치인 빔 웨이스트(35)의 위치는, z=L/2의 위치이다. z=L/2의 위치는, Z축 방향에 있어서의 SHG 결정(11)의 중심 위치이다. 또한, 도 2에 나타내는 렌즈(15)에는, 평행광인 레이저빔(21)이 입사되고 있다. 렌즈(15)에 입사하는 레이저빔(21)은, 평행광으로 한정되지 않고, 수렴광 혹은 확산광이어도 된다.
도 3은 도 1에 나타내는 SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)에 대해서 설명하는 제2 도면이다. 도 2에 나타내는 상태로부터, 이동 기구(30)는, 렌즈(15)를 플러스 Z방향으로 이동시킴으로써, 렌즈(15)와 SHG 결정(11)의 사이의 거리를 변화시킨다. 렌즈(15)를 플러스 Z방향으로 이동시킴으로써, SHG 결정(11)에 있어서의 빔 웨이스트(35)의 위치는, z=L/2로부터 플러스 Z방향으로 이동한다. 이동 기구(30)는, Z축 방향에 있어서의 SHG 결정(11)의 중심 위치로부터, 빔 웨이스트(35)의 위치를 이동시킨다. 도 3에는, z=L/2과 z=L의 사이의 위치에 빔 웨이스트(35)를 이동시킨 상태를 나타내고 있다. 빔 웨이스트(35)를 이동시킴으로써, 실효 빔 지름 Weff는, 도 2에 나타내는 상태에 비해 증대된다. 이와 같이, 이동 기구(30)는, Z축 방향으로 렌즈(15)를 이동시킴으로써, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 수렴 정도를 변화시킨다.
상기의 식(2)에서 나타내지는 바와 같이, 변환 효율 η은, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 강도 I1에 비례한다. 실효 빔 지름 Weff가 증대됨으로써, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 수렴 정도가 저하되기 때문에, 변환 효율 η은 저하되게 된다. 이와 같이, 이동 기구(30)는 빔 웨이스트(35)의 위치를 이동시킴으로써 변환 효율 η을 조절한다. 변환 효율 η이 조절됨으로써, SHG 결정(11)으로부터 사출되는 레이저빔(22)의 강도가 조절된다. 또한, 집광 광학계(13)에 복수의 렌즈(15)가 구비되어 있는 경우, 이동 기구(30)는 각 렌즈(15)를 개별로 이동시켜도 된다. 복수의 렌즈(15)를 개별로 이동시키는 경우의 변형예에 대해서는 후술한다.
도 4는 도 1에 나타내는 SHG 결정(11)의 온도와 레이저빔(21, 22, 23)의 강도의 관계를 나타내는 제1 도면이다. 도 4에서는, SHG 결정(11)의 온도와 레이저빔(21, 22, 23)의 강도의 관계를 그래프로 나타내고 있다. 그래프의 가로축은 SHG 결정(11)의 온도를 나타낸다. 세로축은 레이저빔(21, 22, 23)의 강도를 나타낸다. 도 4에 나타내는 레이저빔(21, 22)의 강도는, SHG 결정(11)으로부터 사출되는 레이저빔(21, 22)의 강도로 한다. 도 4에 나타내는 레이저빔(23)의 강도는, THG 결정(12)으로부터 사출되는 레이저빔(23)의 강도로 한다.
도 4에는, 실효 빔 지름 Weff가 최소값일 때, 즉 SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 수렴 정도가 최대인 경우에 있어서의 온도와 강도의 관계를 나타내고 있다. 여기에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이 빔 웨이스트(35)가 z=L/2의 위치에 있을 때에, 실효 빔 지름 Weff는 최소값이 되는 것으로 한다.
SHG 결정(11)의 온도가 Ta1일 때, SHG 결정(11)으로부터 사출되는 레이저빔(22)의 강도가 피크가 된다. SHG 결정(11)의 온도가 Ta1 부근일 때에, SHG 결정(11)에서의 변환 효율 η이 높아진다. 변환 효율 η이 높을수록, SHG 결정(11)에서는 많은 레이저빔(21)이 레이저빔(22)으로 변환되게 되기 때문에, SHG 결정(11)으로부터 사출되는 레이저빔(21)의 강도는 저하된다.
SHG 결정(11)의 설정 온도를 Ta1으로 하여, SHG 결정(11)의 실제의 온도가 Ta1 부근에서 변화했을 경우에 있어서, SHG 결정(11)으로부터 사출되는 레이저빔(21, 22)의 강도의 변화는 비교적 적다. THG 결정(12)에 입사되는 레이저빔(21, 22)의 강도의 변화가 작기 때문에, THG 결정(12)으로부터 사출되는 레이저빔(23)의 강도의 변화도 작게 된다.
또한, 도 4에 나타내는 관계에서는, SHG 결정(11)의 온도가 Ta1일 때, SHG 결정(11)에서 많은 레이저빔(21)이 레이저빔(22)으로 변환됨으로써, THG 결정(12)에서의 레이저빔(23)의 발생에 이용 가능한 레이저빔(21)의 강도가 낮아져 있다. 이 때문에, SHG 결정(11)의 온도가 Ta1일 때에 있어서의 레이저빔(23)의 강도 Pa1은, 피크시의 강도 Pb1과 비교해서 저하된다. THG 결정(12)에서는, 레이저빔(23)의 발생에 이용 가능한 레이저빔(21)의 강도가 낮아짐으로써, 레이저빔(23)의 발생에 이용되지 않고 남겨지는 레이저빔(22)의 강도가 높아진다.
레이저빔(23)의 강도의 하나의 피크는, Ta1보다 낮은 온도인 Tb11에 있어서 나타나고 있다. 이러한 피크에 있어서, 레이저빔(23)의 강도는 Pb1이 된다. 또한, 레이저빔(23)의 강도의 또 하나의 피크는, Ta1보다 높은 온도인 Tb12에 있어서 나타나고 있다. 도 4에서는, 레이저빔(23)의 강도의 피크가 2개인 예를 나타내고 있다. 레이저빔(23)의 강도의 피크는, 2개보다 많은 것도 있을 수 있다. 이와 같이, 실효 빔 지름 Weff가 최소인 경우, SHG 결정(11)의 온도와 레이저빔(23)의 강도의 대응 관계에 있어서, Ta1 부근의 온도에서는, 레이저빔(23)의 강도의 피크가 여러개 나타나게 된다.
SHG 결정(11)의 설정 온도를 Tb11으로 했을 경우, SHG 결정(11)의 실제의 온도가 Tb11 부근에서 변화했을 때의 레이저빔(21, 22)의 강도의 변화는, 설정 온도가 Ta1인 경우의 변화와 비교해서 커진다. THG 결정(12)에 입사되는 레이저빔(21, 22)의 강도의 변화가 커짐으로써, THG 결정(12)으로부터 사출되는 레이저빔(23)의 강도의 변화도 커진다.
실시 형태 1의 파장 변환 장치(1)는, 레이저빔(21)의 빔 지름의 조절의 초기 단계에서, 실효 빔 지름 Weff가 최소값이 되도록, 이동 기구(30)에 의해 렌즈(15)의 위치를 조절한다. 이것에 의해, 이동 기구(30)는 레이저빔(23)의 강도와 SHG 결정(11)의 온도의 대응 관계에 있어서의 레이저빔(23)의 강도의 피크가 복수의 피크인 상태를 설정한다. 이동 기구(30)는, 이러한 상태로부터 렌즈(15)를 이동시킴으로써, SHG 결정(11)에 있어서의 실효 빔 지름 Weff를 확장시킨다. 또한, 초기 단계에 있어서의 조절은, 실효 빔 지름 Weff를 최소값으로 하는 조절로 한정되지 않는다. 초기 단계에 있어서의 조절에서는, 레이저빔(23)의 강도의 피크가 복수의 피크인 상태를 설정 가능하면 되고, 실효 빔 지름 Weff를 최소값 이외의 값으로 해도 된다.
도 5는 도 1에 나타내는 SHG 결정(11)의 온도와 레이저빔(21, 22, 23)의 강도의 관계를 나타내는 제2 도면이다. 도 5에는, 실효 빔 지름 Weff를 최소값으로부터 크게 했을 경우에 있어서의 온도와 강도의 관계를 나타내고 있다. 이때, 도 3에 나타내는 바와 같이, 빔 웨이스트(35)는 z=L/2과 z=L의 사이의 위치에 있는 것으로 한다. 초기 단계일 때와 비교해서, SHG 결정(11)으로부터 사출되는 레이저빔(22)의 강도는 저하되어 있다. 레이저빔(22)의 강도의 저하에 수반하여, SHG 결정(11)으로부터 사출되는 레이저빔(21)의 강도는 증대되어 있다.
SHG 결정(11)의 온도가 Ta2일 때, SHG 결정(11)으로부터 사출되는 레이저빔(22)의 강도가 피크가 된다. 이때, SHG 결정(11)으로부터 사출되는 레이저빔(21)의 강도는, 도 4에 나타내는 관계 중 온도가 Ta1일 때의 강도에 비해 증대되어 있다. THG 결정(12)에서는, 레이저빔(23)의 발생에 이용 가능한 레이저빔(21)의 강도가 초기 단계에 비해 증대되는 것과 함께, 레이저빔(23)의 발생에 이용되지 않고 THG 결정(12)으로부터 사출되는 레이저빔(22)의 강도가 초기 단계에 비해 저하된다.
도 5에 나타내는 관계에 있어서, 레이저빔(23)의 강도의 피크는 1개이다. THG 결정(12)으로부터 사출되는 레이저빔(23)의 강도와 SHG 결정(11)의 온도의 대응 관계에 있어서의 레이저빔(23)의 강도의 피크는, 이동 기구(30)에서의 조절에 의해, 단일의 피크가 된다. 즉, 이동 기구(30)에서의 조절에 의해, SHG 결정(11)의 온도에 대한 레이저빔(23)의 강도의 온도 의존성은, 단일의 극댓값을 가지고 있다. 여기서, 온도 의존성은 비선형 매질의 온도와 빔의 강도의 관계로 한다. 극댓값은 비선형 매질의 온도를 가로축, 빔의 강도를 세로축으로 하여 온도 의존성을 나타낸 그래프 중, 피크에 있어서의 강도의 값이다. 이동 기구(30)는, SHG 결정(11)의 변환 효율 η을 조절함으로써, 레이저빔(23)의 강도의 피크를, 복수의 피크로부터, 극댓값을 나타내는 단일의 피크로 변화시키는 조절을 행한다.
변환 효율 η의 값은, SHG 결정(11)에 입사하는 레이저빔(21)의 강도, 혹은 레이저빔(21)의 단면 형상에 의존한다. SHG 결정(11)의 변환 효율 η이 어느 일정한 값인 경우에 있어서, SHG 결정(11)의 온도가 Tb2일 때에 레이저빔(23)의 강도가 피크가 된다. 피크에 있어서의 강도인 극댓값은, Pb2이다. 레이저빔(23)의 강도가 극댓값인 Pb2가 될 때의 SHG 결정(11)의 온도인 Tb2와, SHG 결정(11)으로부터 사출되는 레이저빔(22)의 강도가 극댓값이 될 때의 SHG 결정(11)의 온도인 Ta2는, 같다. SHG 결정(11)의 온도가 Tb2일 때의 변환 효율 η을, 도 4의 관계의 경우에 있어서의 온도가 Tb11일 때의 변환 효율 η과 동등하게 함으로써, 레이저빔(23)의 피크시의 강도인 Pb2를, 도 4에 나타내는 피크시의 강도인 Pb1과 동등한 강도로 할 수 있다.
SHG 결정(11)의 설정 온도를 Ta2로 하여, SHG 결정(11)의 실제의 온도가 Ta2 부근에서 변화했을 경우에 있어서, SHG 결정(11)으로부터 사출되는 레이저빔(21, 22)의 강도의 변화는 비교적 적다. THG 결정(12)에 입사되는 레이저빔(21, 22)의 강도의 변화가 작기 때문에, THG 결정(12)으로부터 사출되는 레이저빔(23)의 강도의 변화도 작게 된다.
도 6은 도 1에 나타내는 SHG 결정(11)의 온도와 레이저빔(21, 22, 23)의 강도의 관계를 나타내는 제3 도면이다. 도 6에는, 도 5에 나타내는 대응 관계의 상태로부터, 실효 빔 지름 Weff를 더 크게 했을 경우에 있어서의 온도와 강도의 관계를 나타내고 있다. SHG 결정(11)의 변환 효율 η은, 도 5에 나타내는 대응 관계일 때와 비교해서 저하되어 있다.
SHG 결정(11)의 온도가 Ta3일 때, SHG 결정(11)으로부터 사출되는 레이저빔(22)의 강도가 피크가 된다. 레이저빔(23)의 강도가 피크가 될 때의 온도인 Tb3는, Ta3와 같게 된다. SHG 결정(11)으로부터 사출되는 레이저빔(22)의 강도는, 도 5의 경우에 비해 저하되어 있다. THG 결정(12)에 있어서 레이저빔(23)의 발생에 이용 가능한 레이저빔(22)의 강도가 저하되어 있기 때문에, THG 결정(12)에 있어서 발생하는 레이저빔(23)의 강도는, 도 5의 경우에 비해 저하된다.
도 6에 나타내는 관계에 있어서, 레이저빔(23)의 강도의 피크는 1개이다. THG 결정(12)에 있어서 발생하는 레이저빔(23)의 강도는, 도 5의 경우에 비해 저하된다. 레이저빔(23)의 강도의 피크인 Pb3는, 도 5에 나타내는 레이저빔(23)의 강도의 피크인 Pb2보다 작게 되기 때문에, Pb3＜Pb2의 관계가 성립된다. 도 6의 경우, 파장 변환 장치(1)는, 도 5의 경우와 비교해서, 출력되는 레이저빔(23)의 강도가 저하되게 된다.
파장 변환 장치(1)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 이동 기구(30)에서의 조절에 의해, THG 결정(12)으로부터 사출되는 레이저빔(23)의 강도와 SHG 결정(11)의 온도의 대응 관계에 있어서의 레이저빔(23)의 강도의 피크가 단일의 피크로 되어 있다. 파장 변환 장치(1)는, 레이저빔(23)의 발생에 이용 가능한 레이저빔(21)의 강도를 증대시킬 수 있음으로써, 출력되는 레이저빔(23)의 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 파장 변환 장치(1)는, 레이저빔(22)의 강도가 피크가 될 때의 온도를 SHG 결정(11)의 설정 온도로 함으로써, 이러한 설정 온도 부근에서의 온도 변화가 있었을 경우에 있어서의 레이저빔(23)의 강도의 변화를 저감시킬 수 있다.
도 7은 실시 형태 1에 있어서의 SHG 결정(11)의 변환 효율을 조절하는 절차의 예를 나타내는 플로차트이다. 도 2에 나타내는 이동 기구(30)는, 빔 웨이스트(35)가 z=L/2의 위치로 되도록 렌즈(15)의 위치를 설정하여, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 실효 빔 지름 Weff를 최소값으로 한다. 이것에 의해, 스텝 S1에 있어서, 이동 기구(30)는 제3 빔인 레이저빔(23)의 강도와 SHG 결정(11)의 온도의 대응 관계에 있어서의 강도의 피크가 복수의 피크인 상태를 설정한다. 스텝 S1의 설정에 의해, 레이저빔(23)의 강도와 SHG 결정(11)의 온도의 대응 관계는, 도 4에 예시되는 대응 관계가 된다.
스텝 S1의 설정이 행해진 상태에 있어서의 레이저빔(23)의 강도의 최대값을, Pmax로 한다. 도 4에 나타내는 관계에서는, Pmax는, SHG 결정(11)의 온도가 Tb11일 때의 레이저빔(23)의 강도인 Pb1이다.
스텝 S2에서는, 이동 기구(30)는, z=L/2의 위치로부터 플러스 Z방향으로 렌즈(15)를 이동시킴으로써, 제1 빔인 레이저빔(21)의 SHG 결정(11)에 있어서의 실효 빔 지름 Weff를 확장시킨다. 이동 기구(30)는, 실효 빔 지름 Weff를 확장시킴으로써, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)으로부터 제2 빔인 레이저빔(22)으로의 변환 효율 η을 조절한다. 또한, 스텝 S2에서는, 이동 기구(30)는 플러스 Z방향 대신에 마이너스 Z방향으로 렌즈(15)를 이동시켜도 된다. 이 경우도, 이동 기구(30)는 실효 빔 지름 Weff를 확장시킬 수 있다.
스텝 S3에서는, 설정 온도에 따라서 온도 제어기(24)가 SHG 결정(11)의 온도를 제어하여, 설정 온도에 대응하는 레이저빔(23)의 강도를 광 검출기(27)가 측정한다. 광 검출기(27)는 SHG 결정(11)의 설정 온도마다의 레이저빔(23)의 강도를 측정한다. 스텝 S4에서는, SHG 결정(11)의 설정 온도와 광 검출기(27)로 측정된 레이저빔(23)의 강도의 대응 관계에 있어서, 레이저빔(23)의 강도의 피크가 단일의 피크인지 여부가 판단된다.
강도의 피크가 단일이 아닌 경우(스텝 S4: No), 강도의 피크는 아직 복수의 피크이므로, 스텝 S2의 절차로 돌아간다. 이동 기구(30)는 실효 빔 지름 Weff의 확장에 의한 변환 효율 η의 조절을 재차 행한다.
강도의 피크가 단일인 경우(스텝 S4: Yes), 스텝 S5의 절차로 진행한다. 스텝 S5에서는, 레이저빔(23)의 피크시의 강도가 Pmax-ΔP 이상인지 여부가 판단된다. ΔP는 레이저빔(23)의 강도 저하의 허용량으로 한다. 또한, 도 5에 예시되는 대응 관계는, 레이저빔(23)의 피크시의 강도가 Pmax-ΔP 이상일 때의 레이저빔(23)의 강도와 SHG 결정(11)의 온도의 대응 관계로 한다. 도 6에 예시되는 대응 관계는, 레이저빔(23)의 피크시의 강도가 Pmax-ΔP 미만일 때의 레이저빔(23)의 강도와 SHG 결정(11)의 온도의 대응 관계로 한다. ΔP는 임의로 설정 가능한 것으로 한다.
레이저빔(23)의 피크시의 강도가 Pmax-ΔP 이상인 경우(스텝 S5: Yes), 스텝 S6에 있어서, 제어 회로(26)는 SHG 결정(11)의 설정 온도에, 레이저빔(23)의 강도가 피크가 될 때의 온도를 설정한다. 이것에 의해, 파장 변환 장치(1)는 SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)으로부터 레이저빔(22)으로의 변환 효율 η의 조절을 종료한다.
레이저빔(23)의 피크시의 강도가 Pmax-ΔP 미만인 경우(스텝 S5: No), 스텝 S7에 있어서, 이동 기구(30)는, 마이너스 Z방향으로 렌즈(15)를 이동시킴으로써, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 실효 빔 지름 Weff를 축소시킨다. 이동 기구(30)는, 실효 빔 지름 Weff를 축소시킴으로써, SHG 결정(11)에 있어서의 변환 효율 η을 재차 조절한다. 그리고, 스텝 S3의 절차로 돌아간다.
하나의 예에서는, 도 7에 나타내는 절차에 따른 파장 변환 장치(1)의 조절은, 파장 변환 장치(1)의 출하시에 있어서 실시된다. 이러한 조절은, 파장 변환 장치(1)의 출하시 이외에 있어서 실시되어도 되고, 파장 변환 장치(1)의 메인터넌스시에 실시되어도 된다. 파장 변환 장치(1)는 도 7에 나타내는 절차에 따른 조절을 위한 기능의 전부 혹은 일부를, CPU 혹은 마이크로 컴퓨터에서 해석 및 실행되는 프로그램상에서 실행해도 된다. 파장 변환 장치(1)는 프로그램이 격납된 메모리를 구비하고 있어도 된다. 파장 변환 장치(1)는 도 7에 나타내는 절차에 따른 조절을 위한 기능의 전부 혹은 일부를, 와이어드 로직에 의한 하드웨어상에서 실행해도 된다.
도 8은 도 1에 나타내는 SHG 결정(11)의 온도 변화와 레이저빔(23)의 강도의 관계의 예를 나타내는 도면이다. 도 8에서는, SHG 결정(11)의 온도 변화와 레이저빔(23)의 강도의 관계를 그래프로 나타내고 있다. 그래프의 가로축은, SHG 결정(11)의 온도 변화를 나타낸다. 온도의 단위는 섭씨 온도로 한다. 세로축은, THG 결정(12)으로부터 사출되는 레이저빔(23)의 강도를 나타낸다. 강도의 단위는 임의로 한다. 파선의 그래프는, 도 7에 나타내는 절차에 따른 파장 변환 장치(1)의 조절이 실시되기 전에 있어서의 관계를 나타내고 있다. 실선의 그래프는, 도 7에 나타내는 절차에 따른 파장 변환 장치(1)의 조절이 실시된 후에 있어서의 관계를 나타내고 있다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 파장 변환 장치(1)의 조절전에 있어서의 관계에서는, 레이저빔(23)의 강도에는 2개의 피크가 나타나고 있다. 하나의 피크는, -0.5℃ 부근의 온도 변화에 있어서 나타나고 있다. 이러한 피크에 있어서의 강도는, 레이저빔(23)의 강도의 최대값이 된다. 또 하나의 피크는, 0.5℃ 부근의 온도 변화에 있어서 나타나고 있다. 파장 변환 장치(1)의 조절전에 있어서의 관계에서는, 레이저빔(23)의 강도가 최대값의 90% 이상이 되는 경우에 있어서의 SHG 결정(11)의 온도 범위는, ±0.2℃ 정도이다.
파장 변환 장치(1)의 조절후에 있어서의 관계에서는, 레이저빔(23)의 강도에는 하나의 피크가 나타나고 있다. 이러한 피크는, 0℃ 부근의 온도 변화에 있어서 나타나고 있다. 파장 변환 장치(1)의 조절후에 있어서의 관계에서는, 레이저빔(23)의 강도가 최대값의 90% 이상이 되는 경우에 있어서의 SHG 결정(11)의 온도 범위는, ±0.6℃ 정도이다. 최대값의 90% 이상의 강도의 레이저빔(23)을 사출 가능하게 하는 온도 범위는, 조절전에 비해 확장되어 있다. 이와 같이, 파장 변환 장치(1)는, 도 7에 나타내는 절차에 따른 조절에 의해, SHG 결정(11)의 온도 변화에 의한 레이저빔(23)의 강도의 변화를 저감 가능하게 하고, 레이저빔(23)의 강도를 안정화시킬 수 있다.
또한, 파장 변환 장치(1)의 조절후에 있어서의 레이저빔(23)의 강도의 최대값은, 조절전에 있어서의 레이저빔(23)의 강도의 최대값과 동등하게 된다. 파장 변환 장치(1)는, 도 7에 나타내는 절차에 따른 조절이 이루어져도, 높은 강도의 레이저빔(23)을 출력할 수 있다.
하나의 예에 있어서, SHG 결정(11)이, 타입 1의 비임계 위상 정합(noncritical phase matching, NCPM) 조건으로 파장 변환을 행하는 LBO 결정으로서, 레이저빔(21)의 제1 파장이 1064nm인 경우, SHG 결정(11)의 설정 온도는 대략 150℃가 된다. NCPM 조건에서의 파장 변환에서는, 기본파와 고조파의 진행 방향의 차이인 워크 오프(walk-off)를 저감 가능하게 하고, 각도 허용폭을 넓게 하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이 SHG 결정(11)의 설정 온도와 실온의 온도차가 큰 경우, SHG 결정(11)의 온도를 정밀도 좋게 제어하는 것이 어렵기 때문에, SHG 결정(11)의 온도는 설정 온도로부터 변화하기 쉬워진다. 실시 형태 1의 파장 변환 장치(1)는, SHG 결정(11)의 온도가 변화하기 쉬운 경우에 있어서도, 레이저빔(23)의 강도를 안정화시킬 수 있고, 또한 높은 강도의 레이저빔(23)을 출력할 수 있다.
실시 형태 1에 의하면, 파장 변환 장치(1)는 렌즈(15)를 이동시키는 이동 기구(30)에 의해 레이저빔(23)의 강도의 피크를 단일의 피크로 하는 조절을 행한다. 파장 변환 장치(1)는, 이동 기구(30)에 의한 조절에 의해, SHG 결정(11)의 온도 변화에 의한 레이저빔(23)의 강도의 변화를 저감 가능하게 한다. 또한, 파장 변환 장치(1)는 높은 강도의 레이저빔(23)을 출력할 수 있다. 이것에 의해, 파장 변환 장치(1)는 출력되는 고조파의 강도의 향상과 안정화가 가능하게 된다고 하는 효과를 달성한다.
도 9는 도 1에 나타내는 이동 기구(30)에 의한 조절에 대한 변형예를 나타내는 도면이다. 변형예에 있어서, 이동 기구(30)는, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 빔 지름을 변화시킴으로써, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)으로부터 레이저빔(22)으로의 변환 효율 η을 조절한다.
변형예에 있어서, 파장 변환 장치(1)는, 도 1에 나타내는 집광 광학계(13) 대신에, 복수의 렌즈(15)를 포함하는 집광 광학계(36)를 구비한다. 도 9에 나타내는 집광 광학계(36)는, 광학 소자인 3개의 렌즈(15A, 15B, 15C)를 구비한다. 각 렌즈(15A, 15B, 15C)는, 홀더(31)로 유지되고 있다.
이동 기구(30)는 Z축 방향에 있어서 각 렌즈(15A, 15B, 15C)를 개별로 이동시킬 수 있다. 이동 기구(30)는, 각 렌즈(15A, 15B, 15C)를 개별로 이동시킴으로써, 빔 웨이스트(35)를 이동시키지 않고, 빔 웨이스트(35)에 있어서의 빔 지름을 확장 및 축소 가능하게 한다. 또한, 집광 광학계(36)에 구비되는 광학 소자의 수는, 3개로 한정되지 않고, 2개 혹은 4개 이상이어도 된다.
이동 기구(30)는, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 빔 지름을 변화시킴으로써, 실효 빔 지름 Weff를 변화시킨다. 변형예에 있어서도, 빔 웨이스트(35)를 이동시키는 경우와 마찬가지로, 이동 기구(30)에 의한 파장 변환 장치(1)의 조절을 행할 수 있다.
실시 형태 2.
도 10은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 파장 변환 장치(40)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 파장 변환 장치(40)에는, 도 1에 나타내는 렌즈(15)를 이동시키는 이동 기구(30) 대신에, 제1 비선형 매질인 SHG 결정(11)을 이동시키는 이동 기구(41)가 마련되어 있다. 실시 형태 1과 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다.
이동 기구(41)는 SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)으로부터 레이저빔(22)으로의 변환 효율을 조절하는 조절 수단이다. 이동 기구(41)는 SHG 결정(11)을 유지하는 홀더(42)를 직선 방향에 있어서 이동시킨다. 하나의 예에서는, 이동 기구(41)는 모터와, 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환시키는 기구를 포함한다. 제어 회로(26)는 이동 기구(41)의 구동을 제어한다.
도 11은 도 10에 나타내는 SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)에 대해서 설명하는 제1 도면이다. 도 12는 도 10에 나타내는 SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)에 대해서 설명하는 제2 도면이다.
도 11에 나타내는 상태로부터, 이동 기구(41)가 SHG 결정(11)을 플러스 Z방향으로 이동시키면, SHG 결정(11)에 있어서의 빔 웨이스트(35)의 위치는, 마이너스 Z방향으로 이동한다. 빔 웨이스트(35)를 이동시킴으로써, 실효 빔 지름 Weff는, 도 11에 나타내는 상태에 비해 증대된다. 이와 같이, 이동 기구(41)는, Z축 방향으로 SHG 결정(11)을 이동시킴으로써, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 수렴 정도를 변화시킨다. 실시 형태 2에서는, 이동 기구(41)는 SHG 결정(11) 이후에 있어서의 레이저빔(21)의 퍼짐을 변화시키지 않고, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 수렴 정도를 변화시킬 수 있다.
도 13은 실시 형태 2에 있어서의 SHG 결정(11)의 변환 효율을 조절하는 절차의 예를 나타내는 플로차트이다. 도 11에 나타내는 이동 기구(41)는, 빔 웨이스트(35)의 위치가 Z축 방향에 있어서의 SHG 결정(11)의 중심 위치로 되도록 SHG 결정(11)의 위치를 설정하여, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 실효 빔 지름 Weff를 최소값으로 한다. 이것에 의해, 스텝 S11에 있어서, 이동 기구(41)는 제3 빔인 레이저빔(23)의 강도와 SHG 결정(11)의 온도의 대응 관계에 있어서의 강도의 피크가 복수의 피크인 상태를 설정한다. 스텝 S11의 설정에 의해, 레이저빔(23)의 강도와 SHG 결정(11)의 온도의 대응 관계는, 도 4에 예시되는 대응 관계가 된다. 스텝 S11의 설정이 행해진 상태에 있어서의 레이저빔(23)의 강도의 최대값을, Pmax로 한다.
스텝 S12에서는, 이동 기구(41)는, 마이너스 Z방향으로 SHG 결정(11)을 이동시킴으로써, 제1 빔인 레이저빔(21)의 SHG 결정(11)에 있어서의 실효 빔 지름 Weff를 확장시킨다. 이동 기구(41)는, 실효 빔 지름 Weff를 확장시킴으로써, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)으로부터 제2 빔인 레이저빔(22)으로의 변환 효율 η을 조절한다. 또한, 스텝 S12에서는, 이동 기구(41)는 마이너스 Z방향 대신에 플러스 Z방향으로 SHG 결정(11)을 이동시켜도 된다. 이 경우도, 이동 기구(41)는 실효 빔 지름 Weff를 확장시킬 수 있다.
스텝 S13에서는, 설정 온도에 따라서 온도 제어기(24)가 SHG 결정(11)의 온도를 제어하여, 설정 온도에 대응하는 레이저빔(23)의 강도를 광 검출기(27)가 측정한다. 광 검출기(27)는 SHG 결정(11)의 설정 온도마다의 레이저빔(23)의 강도를 측정한다. 스텝 S14에서는, SHG 결정(11)의 설정 온도와 광 검출기(27)로 측정된 레이저빔(23)의 강도의 대응 관계에 있어서, 레이저빔(23)의 강도의 피크가 단일의 피크인지 여부가 판단된다.
강도의 피크가 단일이 아닌 경우(스텝 S14: No), 강도의 피크는 아직 복수의 피크이므로, 스텝 S12의 절차로 돌아간다. 이동 기구(41)는 실효 빔 지름 Weff의 확장에 의한 변환 효율 η의 조절을 재차 행한다.
강도의 피크가 단일인 경우(스텝 S14: Yes), 스텝 S15의 절차로 진행한다. 스텝 S15에서는, 레이저빔(23)의 피크시의 강도가 Pmax-ΔP 이상인지 여부가 판단된다.
레이저빔(23)의 피크시의 강도가 Pmax-ΔP 이상인 경우(스텝 S15: Yes), 스텝 S16에 있어서, 제어 회로(26)는, SHG 결정(11)의 설정 온도에, 레이저빔(23)의 강도가 피크가 될 때의 온도를 설정한다. 이것에 의해, 파장 변환 장치(40)는 SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)으로부터 레이저빔(22)으로의 변환 효율 η의 조절을 종료한다.
레이저빔(23)의 피크시의 강도가 Pmax-ΔP 미만인 경우(스텝 S15: No), 스텝 S17에 있어서, 이동 기구(41)는, 플러스 Z방향으로 SHG 결정(11)을 이동시킴으로써, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 실효 빔 지름 Weff를 축소시킨다. 이동 기구(41)는, 실효 빔 지름 Weff를 축소시킴으로써, SHG 결정(11)에 있어서의 변환 효율 η을 재차 조절한다. 그리고, 스텝 S13의 절차로 돌아간다.
실시 형태 2에 의하면, 파장 변환 장치(40)는 SHG 결정(11)을 이동시키는 이동 기구(41)에 의해 레이저빔(23)의 강도의 피크를 단일의 피크로 하는 조절을 행한다. 파장 변환 장치(40)는, 이동 기구(41)에 의한 조절에 의해, SHG 결정(11)의 온도 변화에 의한 레이저빔(23)의 강도의 변화를 저감 가능하게 한다. 또한, 파장 변환 장치(40)는 높은 강도의 레이저빔(23)을 출력할 수 있다. 이것에 의해, 파장 변환 장치(40)는 출력되는 고조파의 강도의 향상과 안정화가 가능하게 된다고 하는 효과를 달성한다.
실시 형태 3.
도 14는 본 발명의 실시 형태 3에 따른 파장 변환 장치(50)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 파장 변환 장치(50)에 있어서, 제1 비선형 매질인 SHG 결정(11)과 제2 비선형 매질인 THG 결정(12)은, 광 공진기(61)의 내부에 마련되어 있다. 실시 형태 1 및 2와 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다.
파장 변환 장치(50)는 여기광(60)을 사출하는 여기 광원(51)과, 여기광(60)에 의해 여기되고, 제1 빔으로서 펄스 레이저빔인 레이저빔(21)을 사출하는 레이저 매질(56)을 구비한다. 또한, 파장 변환 장치(50)는 레이저 매질(56)과, SHG 결정(11)과, THG 결정(12)이 내부에 배치된 광 공진기(61)를 구비한다. 2개의 공진 미러(55, 59)는, 광 공진기(61)를 구성한다.
여기 광원(51)의 하나의 예는, 반도체 레이저이다. 실시 형태 3에 있어서, 여기광(60)의 파장은 808nm인 것으로 한다. 제어 회로(26)는 여기 광원(51)의 구동을 제어한다. 여기 광원(51)으로부터 사출된 여기광(60)은, 광 파이버(52)를 전파 한다. 여기 광학계(54)는 광 파이버(52)의 사출단(53)으로부터 사출된 여기광(60)을 수렴시킨다. 공진 미러(55)는 여기광(60)의 파장을 포함하는 파장역의 광을 투과시키고, 또한 제1 파장 및 제2 파장을 포함하는 파장역의 광을 반사시키는 특성을 구비한다. 공진 미러(55)는 여기 광학계(54)로부터의 여기광(60)을 투과시킨다.
레이저 매질(56)과, Q 스위치 소자(57)와, 파장 분리 소자(58)와, THG 결정(12)과, SHG 결정(11)은, 2개의 공진 미러(55, 59)의 사이의 광로에 마련되어 있다. 레이저 매질(56)은 여기광(60)의 흡수에 의해서 여기 상태로 되고, 여기 상태로부터의 에너지 상태의 천이에 수반하여 자연 방출광을 발생시킨다. 레이저 매질(56)은 2개의 공진 미러(55, 59)의 사이를 왕복하는 자연 방출광을 유도 방출에 의해 증폭시켜, 기본파인 레이저빔(21)을 사출한다. 레이저 매질(56)은 네오디뮴 혹은 이테르븀이 도핑된 레이저 결정인 YAG 결정 혹은 YVO4 결정이다.
Q 스위치 소자(57)는 Q 스위치 발진에 의해 레이저빔(21)을 발생시킨다. 또한, 파장 변환 장치(50)에 있어서, Q 스위치 소자(57)는 마련되지 않아도 된다.
파장 분리 소자(58)는 Q 스위치 소자(57)와 THG 결정(12)의 사이에 마련되어 있다. 파장 분리 소자(58)는 제3 파장을 포함하는 파장역의 광을 투과시키고, 또한 제1 파장과 제2 파장을 포함하는 파장역의 광을 반사시키는 특성을 구비한다. 파장 분리 소자(58)는 THG 결정(12)으로부터의 레이저빔(21, 22, 23)을, 레이저빔(23)과 레이저빔(21, 22)으로 분리시킨다. 또한, 파장 분리 소자(58)는 Q 스위치 소자(57)로부터의 레이저빔(21, 22)을 THG 결정(12)으로 진행시킨다. 파장 분리 소자(58)의 하나의 예는, 다이크로익 미러이다.
파장 변환 장치(50)는 파장 분리 소자(58)를 투과한 레이저빔(23)을 사출한다. 또한, 파장 분리 소자(58)는 제3 파장의 광을 반사시키고, 또한 제1 파장의 광과 제2 파장의 광을 투과시키는 특성을 구비하는 것이어도 된다. 파장 분리 소자(58)는 파장의 차이에 기초하여 광을 분리 가능하면 되고, 다이크로익 미러 이외의 광학 소자여도 된다. 파장 분리 소자(58)는 파장에 의한 광의 굴절률의 차이를 이용하여 광을 분리시키는 프리즘이어도 된다.
공진 미러(59)는 제1 파장 및 제2 파장을 포함하는 파장역의 광을 반사시키는 특성을 구비한다. SHG 결정(11)에는, 공진 미러(59)로부터의 레이저빔(21, 22)과, THG 결정(12)으로부터의 레이저빔(21, 22)이 입사된다. SHG 결정(11)은 레이저빔(21)을, 제2 빔으로서 펄스 레이저빔인 레이저빔(22)으로 변환한다. SHG 결정(11)은 발생시킨 레이저빔(22)과, 레이저빔(22)으로 변환되지 않고 남겨진 레이저빔(21)을 사출한다. 또한, SHG 결정(11)은 THG 결정(12) 혹은 공진 미러(59)로부터 입사한 레이저빔(22)을 투과시킨다.
THG 결정(12)에는, 파장 분리 소자(58)로부터의 레이저빔(21, 22)과, SHG 결정(11)으로부터의 레이저빔(21, 22)이 입사된다. THG 결정(12)은 레이저빔(21, 22)을, 제3 빔으로서 펄스 레이저빔인 레이저빔(23)으로 변환한다. THG 결정(12)은 발생시킨 레이저빔(23)과, 레이저빔(23)으로 변환되지 않고 남겨진 레이저빔(21, 22)을 사출한다.
레이저빔(21, 22)은 2개의 공진 미러(55, 59)의 사이를 왕복한다. 2개의 공진 미러(55, 59)는, SHG 결정(11)에서 빔 웨이스트를 형성하도록 곡율 반경이 설정된 곡면 형상으로 해도 된다.
또한, 파장 변환 장치(50)는, 실시 형태 2와 마찬가지로, SHG 결정(11)을 이동시키는 이동 기구(41)를 구비한다. 조절 수단인 이동 기구(41)는, SHG 결정(11)을 이동시킴으로써, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)으로부터 레이저빔(22)으로의 변환 효율을 조절한다. 또한, 파장 변환 장치(50)는, 이동 기구(41) 대신에, 도 1에 나타내는 이동 기구(30)를 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 조절 수단인 이동 기구(30)는, 실시 형태 1과 마찬가지로, 레이저빔(21)을 수렴시키는 광학 소자인 렌즈(15)를 이동시킴으로써, SHG 결정(11)에 있어서의 변환 효율 η을 조절한다. 이동 기구(30)는, 실시 형태 1의 변형예와 마찬가지로, 광학 소자인 복수의 렌즈(15)를 개별로 이동시킴으로써 변환 효율 η을 조절해도 된다.
실시 형태 3에 의하면, 파장 변환 장치(50)는, 실시 형태 1 및 2와 마찬가지로, 출력되는 고조파의 강도의 향상과 안정화가 가능하게 된다고 하는 효과를 달성한다.
실시 형태 4.
도 15는 본 발명의 실시 형태 4에 따른 파장 변환 장치(70)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 파장 변환 장치(70)에는, 도 10에 나타내는 실시 형태 2에 있어서의 레이저 광원(10) 대신에, 펄스 레이저 광원(71)과 주파수 제어기(72)가 마련되어 있다. 파장 변환 장치(70) 중 펄스 레이저 광원(71) 및 주파수 제어기(72) 이외의 구성은, 실시 형태 2에 따른 파장 변환 장치(40)에 있어서의 레이저 광원(10) 이외의 구성과 마찬가지인 것으로 한다. 실시 형태 1 및 2와 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다.
펄스 레이저 광원(71)은 제1 빔으로서 펄스 레이저빔인 레이저빔(21)을 사출하는 레이저 광원이다. 주파수 제어기(72)는, 펄스 레이저 광원(71)의 구동 타이밍을 조절함으로써, 펄스 레이저 광원(71)으로부터 레이저빔(21)을 사출시키는 주파수인 펄스 발진 주파수를 제어한다. 제어 회로(26)는 주파수 제어기(72)를 제어한다. SHG 결정(11)은 레이저빔(21)을, 제2 빔으로서 펄스 레이저빔인 레이저빔(22)으로 변환한다. THG 결정(12)은 레이저빔(21, 22)을, 제3 빔으로서 펄스 레이저빔인 레이저빔(23)으로 변환한다.
또한, 파장 변환 장치(70)는, 실시 형태 2와 마찬가지로, SHG 결정(11)을 이동시키는 이동 기구(41)를 구비한다. 이동 기구(41)는, SHG 결정(11)을 이동시킴으로써, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)으로부터 레이저빔(22)으로의 변환 효율 η을 조절하는 조절 수단이다. 실시 형태 4에서는, 이동 기구(41)는, 실시 형태 2와 마찬가지로 변환 효율 η을 조절하는 것에 더하여, 레이저빔(21)의 펄스 발진 주파수가 변경되었을 경우에도 변환 효율 η을 조절한다. 이동 기구(41)는, 레이저빔(21)의 펄스 발진 주파수가 변경되었을 경우에, 변환 효율 η을 조절함으로써, SHG 결정(11)의 온도에 있어서의 레이저빔(23)의 강도의 온도 의존성이 단일의 극댓값을 나타내고, 또한 당해 극댓값을 나타내는 SHG 결정(11)의 온도와 레이저빔(22)의 강도가 극댓값을 나타내는 SHG 결정(11)의 온도가 같은 상태를 유지시킨다.
펄스 레이저 광원(71)의 평균 출력이 일정한 경우, 펄스 발진 주파수가 높을수록, 펄스 레이저 광원(71)으로부터 사출되는 펄스마다의 레이저빔(21)의 강도는 저하된다. 펄스 발진 주파수가 높아짐으로써, SHG 결정(11)에 입사하는 레이저빔(21)의 강도가 저하되었을 경우, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)으로부터 레이저빔(22)으로의 변환 효율 η은 낮아진다. 또한, 펄스 레이저 광원(71)의 평균 출력이 일정한 경우, 펄스 발진 주파수가 낮을수록, 펄스 레이저 광원(71)으로부터 사출되는 펄스마다의 레이저빔(21)의 강도는 상승한다. 펄스 발진 주파수가 낮아짐으로써, SHG 결정(11)에 입사하는 레이저빔(21)의 강도가 상승했을 경우, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)으로부터 레이저빔(22)으로의 변환 효율 η은 높아진다.
여기서, 어느 값인 F1이 펄스 발진 주파수로 설정되어 있는 경우에 있어서, 도 13에 나타내는 절차에 따라 파장 변환 장치(70)가 조절된 것으로 한다. 도 13에 나타내는 절차에 따른 조절이 이루어지고 있는 파장 변환 장치(70)에 있어서, 펄스 발진 주파수가 F1보다 높은 값인 F2로 변경되었을 경우, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)으로부터 레이저빔(22)으로의 변환 효율 η은 낮아진다. 변환 효율 η이 낮아짐으로써, 레이저빔(23)의 강도의 피크가 단일의 피크인 것은 유지되는 한편, 레이저빔(23)의 강도의 최대값이 Pmax보다 낮아지는 경우가 있다. 이 경우, 파장 변환 장치(70)로부터 출력되는 레이저빔(23)의 강도가 낮아지는 일이 있다.
파장 변환 장치(70)는, 펄스 발진 주파수가 과거의 조절시에 있어서의 F1보다 높은 값인 F2로 변경되었을 경우에, 도 13에 나타내는 절차에 따라, SHG 결정(11)에 있어서의 변환 효율 η을 재조절 가능하게 한다. 레이저빔(23)의 강도의 피크가 단일의 피크인 것이 유지되고 있기 때문에, 재조절에서는, 도 13에 나타내는 스텝 S11부터 스텝 S14까지를 스킵하여, 스텝 S15부터의 절차가 실시되어도 된다.
한편, 도 13에 나타내는 절차에 따른 조절이 이루어지고 있는 파장 변환 장치(70)에 있어서, 펄스 발진 주파수가 F1보다 낮은 값인 F3으로 변경되었을 경우, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)으로부터 레이저빔(22)으로의 변환 효율 η은 높아진다. 변환 효율 η이 높아짐으로써, 레이저빔(23)의 강도의 피크가 단일의 피크로부터 복수의 피크로 변화되어 있는 경우가 있다. 이 경우, SHG 결정(11)으로부터 사출되는 레이저빔(21)의 강도가 저하됨으로써, THG 결정(12)에서 발생하는 레이저빔(23)의 강도가 낮아지는 일이 있다. 또한, 레이저빔(23)의 강도의 피크가 복수의 피크로 됨으로써, SHG 결정(11)의 온도 변화에 의한 레이저빔(23)의 강도의 변화가 커지는 일이 있다.
파장 변환 장치(70)는, 펄스 발진 주파수가 과거의 조절시에 있어서의 F1보다 낮은 값인 F3으로 변경되었을 경우에, 도 13에 나타내는 절차에 따라, SHG 결정(11)에 있어서의 변환 효율 η을 재조절 가능하게 한다. 레이저빔(23)의 강도의 피크가 단일의 피크로부터 복수의 피크로 변화되어 있는 경우가 있기 때문에, 재조절에서는, 실시 형태 2와 마찬가지로, 스텝 S11부터의 절차가 실시된다.
이와 같이, 파장 변환 장치(70)는, 펄스 발진 주파수가 변경되었을 경우에, SHG 결정(11)에 있어서의 변환 효율 η을 재조절함으로써, 높은 강도의 레이저빔(23)을 출력 가능하게 하고, 또한 SHG 결정(11)의 온도 변화에 의한 레이저빔(23)의 강도의 변화를 저감시킬 수 있다.
또한, 파장 변환 장치(70)는, 이동 기구(41) 대신에, 도 1에 나타내는 이동 기구(30)를 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 파장 변환 장치(70)에는, 도 1에 나타내는 실시 형태 1에 있어서의 레이저 광원(10) 대신에, 펄스 레이저 광원(71)과 주파수 제어기(72)가 마련된다. 파장 변환 장치(70) 중 펄스 레이저 광원(71) 및 주파수 제어기(72) 이외의 구성은, 실시 형태 1에 따른 파장 변환 장치(1)에 있어서의 레이저 광원(10) 이외의 구성과 마찬가지인 것으로 한다.
조절 수단인 이동 기구(30)는, 레이저빔(21)이 사출되는 주파수가 변경되었을 경우에, 레이저빔(21)을 수렴시키는 광학 소자인 렌즈(15)를 이동시킴으로써, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)으로부터 레이저빔(22)으로의 변환 효율 η을 조절한다. 실시 형태 1과 마찬가지로, 이동 기구(30)는, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이 빔 웨이스트(35)의 위치를 이동시켜서, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 실효 빔 지름 Weff를 변화시킨다. 이것에 의해, 이동 기구(30)는 변환 효율 η을 조절한다.
실시 형태 1의 변형예와 마찬가지로, 이동 기구(30)는 광학 소자인 복수의 렌즈(15)를 개별로 이동시켜도 된다. 도 9에 나타내는 예에서는, 이동 기구(30)는, 3개의 렌즈(15A, 15B, 15C)를 구비하는 집광 광학계(36)에 있어서, Z축 방향에 있어서 각 렌즈(15A, 15B, 15C)를 개별로 이동시킨다. 이동 기구(30)는, 각 렌즈(15A, 15B, 15C)를 개별로 이동시킴으로써, 빔 웨이스트(35)에 있어서의 빔 지름의 확장과 축소를 가능하게 한다. 이동 기구(30)는 빔 웨이스트(35)를 이동시키지 않고, SHG 결정(11)에 있어서의 레이저빔(21)의 실효 빔 지름 Weff를 변화시킨다. 이것에 의해, 이동 기구(30)는 변환 효율 η을 조절한다.
실시 형태 3의 파장 변환 장치(50)는, Q 스위치 소자(57)에 있어서의 Q 스위치 발진의 주파수를 변경했을 경우에, 실시 형태 4의 파장 변환 장치(70)와 마찬가지로 변환 효율 η을 재조절해도 된다. 파장 변환 장치(50)의 조절 수단인 이동 기구(41) 혹은 이동 기구(30)는, 레이저빔(21)이 사출되는 주파수가 변경되었을 경우에, 변환 효율 η을 조절한다. 파장 변환 장치(50)는 높은 강도의 레이저빔(23)을 출력 가능하게 하고, 또한 SHG 결정(11)의 온도 변화에 의한 레이저빔(23)의 강도의 변화를 저감시킬 수 있다.
실시 형태 4에 의하면, 파장 변환 장치(70)는, 레이저빔(21)이 사출되는 주파수가 변경되었을 경우에, 조절 수단에 의해 변환 효율 η을 조절한다. 파장 변환 장치(70)는, 변환 효율 η을 조절함으로써, SHG 결정(11)의 온도 변화에 의한 레이저빔(23)의 강도의 변화를 저감 가능하게 한다. 또한, 파장 변환 장치(70)는 높은 강도의 레이저빔(23)을 출력할 수 있다. 이것에 의해, 파장 변환 장치(70)는 출력되는 고조파의 강도의 향상과 안정화가 가능하게 된다고 하는 효과를 달성한다.
이상의 실시 형태에 나타낸 구성은, 본 발명의 내용 중 일례를 나타내는 것이며, 다른 공지된 기술과 조합하는 것도 가능하고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서, 구성의 일부를 생략, 변경하는 것도 가능하다.
1, 40, 50, 70 파장 변환 장치, 10 레이저 광원, 11 SHG 결정, 12 THG 결정, 13, 14, 36 집광 광학계, 15, 15A, 15B, 15C, 16 렌즈, 17, 58 파장 분리 소자, 18 댐퍼, 21, 22, 23 레이저빔, 24, 25 온도 제어기, 26 제어 회로, 27 광 검출기, 30, 41 이동 기구, 31, 42 홀더, 32 중심축, 33 입사면, 34 사출면, 35 빔 웨이스트, 51 여기 광원, 52 광 파이버, 53 사출단, 54 여기 광학계, 55, 59 공진 미러, 56 레이저 매질, 57 Q 스위치 소자, 60 여기광, 61 광 공진기, 71 펄스 레이저 광원, 72 주파수 제어기.

Claims (11)

  1. 펄스 발진된 기본파인 제1 빔을, 상기 기본파의 고조파인 제2 빔으로 변환하는 제1 비선형 매질과,
    상기 제2 빔과, 상기 제1 비선형 매질을 투과한 상기 제1 빔을 기초로, 제3 빔을 발생시키는 제2 비선형 매질과,
    상기 제1 빔으로부터 상기 제2 빔으로의 변환 효율을 조절하는 조절 수단을 구비하고,
    상기 제1 빔의 펄스 발진 주파수가 변경되었을 경우에, 상기 조절 수단은, 상기 변환 효율을 조절함으로써, 상기 제1 비선형 매질의 온도에 있어서의 상기 제3 빔의 강도의 온도 의존성이 단일의 극댓값을 나타내고, 또한 상기 극댓값을 나타내는 상기 제1 비선형 매질의 온도와 상기 제2 빔의 강도가 극댓값을 나타내는 상기 제1 비선형 매질의 온도가 같은 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조절 수단은 상기 제3 빔의 강도의 피크를, 복수의 피크로부터 상기 극댓값을 나타내는 단일의 피크로 변화시키는 조절을 행하는 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 빔은 상기 제1 비선형 매질로 수렴하고,
    상기 조절 수단은 상기 제1 빔이 수렴하는 위치를 이동시킴으로써 상기 변환 효율을 조절하는 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 비선형 매질로 상기 제1 빔을 수렴시키는 광학 소자를 구비하고,
    상기 조절 수단은 상기 광학 소자와 상기 제1 비선형 매질의 사이의 거리를 변화시킴으로써 상기 변환 효율을 조절하는 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 조절 수단은 상기 광학 소자를 이동시키는 이동 기구인 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 조절 수단은 상기 제1 비선형 매질을 이동시키는 이동 기구인 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 조절 수단은, 상기 제1 빔의 중심축의 방향에 있어서의 상기 제1 비선형 매질의 중심 위치로부터, 상기 제1 빔이 수렴하는 위치를 이동시키는 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 조절 수단은, 상기 제1 빔의 중심축의 방향에 있어서의 상기 제1 비선형 매질의 중심 위치로부터, 상기 제1 빔이 수렴하는 위치를 이동시키는 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 조절 수단은 상기 제1 비선형 매질에 있어서의 상기 제1 빔의 빔 지름을 변화시킴으로써 상기 변환 효율을 조절하는 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 빔을 사출하는 펄스 레이저 광원을 구비하는 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    여기광을 사출하는 여기 광원과,
    상기 여기광에 의해 여기되어, 상기 제1 빔을 사출하는 레이저 매질과,
    상기 레이저 매질과, 상기 제1 비선형 매질과, 상기 제2 비선형 매질이 내부에 배치된 광 공진기를 구비하는 것을 특징으로 하는 파장 변환 장치.
KR1020197016176A 2017-05-17 2017-05-17 파장 변환 장치 KR102033657B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/018569 WO2018211637A1 (ja) 2017-05-17 2017-05-17 波長変換装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190068635A KR20190068635A (ko) 2019-06-18
KR102033657B1 true KR102033657B1 (ko) 2019-10-18

Family

ID=61074756

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197016176A KR102033657B1 (ko) 2017-05-17 2017-05-17 파장 변환 장치

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP6272597B1 (ko)
KR (1) KR102033657B1 (ko)
CN (1) CN110050229B (ko)
TW (1) TWI675247B (ko)
WO (1) WO2018211637A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102528248B1 (ko) * 2020-03-10 2023-05-03 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 파장 변환 레이저 장치 및 파장 변환 레이저 가공기
US20230404668A1 (en) * 2022-06-15 2023-12-21 Foreveryoung Technology Corporation Apparatus for laser endo-vascular ablation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014149315A (ja) 2011-05-31 2014-08-21 Mitsubishi Electric Corp 高調波レーザ発振器
WO2015029141A1 (ja) 2013-08-27 2015-03-05 三菱電機株式会社 レーザ発振器
WO2015159687A1 (ja) 2014-04-14 2015-10-22 三菱電機株式会社 制御装置およびレーザ加工装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5355246A (en) * 1988-10-12 1994-10-11 Fuji Electric Co., Ltd. Wavelength conversion device
AU2003262043A1 (en) * 2002-09-10 2004-04-30 The Furukawa Electric Co., Ltd. Wavelength conversion module
US7889422B2 (en) * 2005-06-02 2011-02-15 Panasonic Corporation Two-dimensional image display device
JP2007072134A (ja) * 2005-09-06 2007-03-22 Mitsubishi Electric Corp 波長変換レーザ装置
JP4911494B2 (ja) * 2006-03-18 2012-04-04 国立大学法人大阪大学 波長変換光学素子、波長変換光学素子の製造方法、波長変換装置、紫外線レーザ照射装置およびレーザ加工装置
US8294979B2 (en) * 2007-11-21 2012-10-23 Panasonic Corporation Wavelength conversion device and image display apparatus using the same
WO2010146800A1 (ja) * 2009-06-16 2010-12-23 パナソニック株式会社 波長変換素子およびそれを用いた短波長光発生装置
US8573785B2 (en) * 2010-11-23 2013-11-05 Corning Incorporated Wavelength-switched optical systems
US8879589B2 (en) * 2012-03-20 2014-11-04 Jds Uniphase Corporation Stabilizing beam pointing of a frequency-converted laser system
JP2013205426A (ja) 2012-03-27 2013-10-07 Shimadzu Corp 固体レーザ装置
US9509112B2 (en) * 2013-06-11 2016-11-29 Kla-Tencor Corporation CW DUV laser with improved stability

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014149315A (ja) 2011-05-31 2014-08-21 Mitsubishi Electric Corp 高調波レーザ発振器
WO2015029141A1 (ja) 2013-08-27 2015-03-05 三菱電機株式会社 レーザ発振器
WO2015159687A1 (ja) 2014-04-14 2015-10-22 三菱電機株式会社 制御装置およびレーザ加工装置

Also Published As

Publication number Publication date
TWI675247B (zh) 2019-10-21
CN110050229A (zh) 2019-07-23
WO2018211637A1 (ja) 2018-11-22
KR20190068635A (ko) 2019-06-18
JPWO2018211637A1 (ja) 2019-06-27
TW201907216A (zh) 2019-02-16
JP6272597B1 (ja) 2018-01-31
CN110050229B (zh) 2020-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10505336B2 (en) Laser adjustment method and laser source device
JP3939928B2 (ja) 波長変換装置
TWI761081B (zh) 波長變換雷射裝置及波長變換雷射加工機
KR102033657B1 (ko) 파장 변환 장치
JPWO2016181488A1 (ja) 受動ｑスイッチレーザ及びその動作最適化方法
US10139702B2 (en) Wavelength conversion device
JP2011521447A (ja) キャビティ内周波数二倍化結合キャビティダイオード励起ｎｄレーザによってポンピングされたルビーレーザのキャビティ内第２高調波発生
JP4071806B2 (ja) 波長変換装置
KR20190053863A (ko) 캐스케이드된 롱 펄스 및 연속파 라만 레이저
US5241551A (en) High average power laser which generates radiation at a wavelength near 530 nm
Zayhowski et al. Miniature, pulsed Ti: sapphire laser system
JP6966042B2 (ja) ２波長同時発振型赤外光パラメトリック発振装置
JP6311619B2 (ja) レーザモジュール及びレーザ装置
US9905991B2 (en) Optically pumped semiconductor laser with mode tracking
Cerný et al. Actively stabilised diode pumped Tm: YAlO laser
KR20090004685A (ko) 레이저 광 제2 고조파 발생 장치
US20190267771A1 (en) Laser light source device and laser light adjusting method
JP6273716B2 (ja) 固体レーザ装置
JP3700516B2 (ja) 波長変換レーザ装置およびレーザ加工装置
My et al. Single-frequency operation of an orange avalanche upconversion laser for high-resolution laser spectroscopy
JP2017097212A (ja) 共振器、共振方法、光源及び検査装置
US9768579B2 (en) Laser
US9203204B2 (en) Optical frequency multiplication
JP2013205426A (ja) 固体レーザ装置
JPH11346025A (ja) 固体レーザー装置におけるレーザー光発振方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E701 Decision to grant or registration of patent right