KR20010039763A

KR20010039763A - 파장변환 유닛

Info

Publication number: KR20010039763A
Application number: KR1020000043394A
Authority: KR
Inventors: 사쿠마쥰
Original assignee: 다나카 아키히로; 가부시키가이샤 우시오소고기쥬츠 겐큐쇼
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2001-05-15
Also published as: EP1072938A2; EP1072938A3; JP2001042369A

Abstract

본 발명은, 취급이 용이하고 안정성이 높으며, 또한 파장변화효율을 향상시킨 파장변환 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.

투과창(1a)을 통해서 입사하는 레이저 광은 편광기(2), 반투명 거울(M1), 빔 정형수단(3)을 통해서 비선형 광학결정(4)에 입사하고, 고주파로 파장변환된다. 비선형 광학결정(4)으로부터 출사하는 레이저 광은 파장선택 필터(5), 빔 정형수단(6), 반투명 거울(M2)을 통해서 투과창(1b)으로부터 출사된다. 빔 정형수단(3)은 입사하는 레이저 광을 비선형 광학결정(4)의 위상 정합각에 관한 방향에 대해서는 대략 평행하게 되도록 하고, 또한 위상 정합각에 관련되지 않은 방향에 대해서는 집광하도록 정형한다. 또, 파장변환광 이외의 파장광은 파장선택 필터(5)로부터 파워 수신기/파워 모니터(12)에 입사하여 열로 변환된다.

Description

파장변환 유닛{Wavelength transformation unit}

본 발명은, 레이저 광을 이용하여 다층 프린트 기판 등의 피처리 기판을 가공하는 가공용 레이저 장치 등에 사용되는 파장변환 유닛에 관한 것이다.

프린트 기판의 비아 홀의 구멍뚫기, 필름, 금속의 절단 등의 가공처리에 레이저가 사용된다. 피처리물인 프린트 기판이나, 필름 재료인 수지나, 금속은, 일반적으로 파장이 짧을수록, 흡수율이 높고 처리효율이 좋다.

또, 파장이 짧을수록 미세가공에 유리하다. 이 때문에, 근래에는 가공처리에 이용되는 레이저 광이 단파장화하고 있다. 단파장의 레이저의 발생에는 파장변환소자(비선형 광학결정)에 의한 파장변환방식을 이용하는 것이 유리하다.

도 8에 파장변환소자에 의해 파장변환한 레이저 광에 의해 가공을 행하는 레이저 장치의 개략 구성을 도시한다. 레이저 광원(20)으로부터 출사되는 레이저 광은 집광 렌즈(21)에 의해서 집광되고, 비선형 광학결정(22)에 입사한다. 비선형 광학결정(22)에 입사된 레이저 광의 일부가 파장변환되고, 비선형 광학결정(22)으로부터 출사하여, 출사 광은 집광 렌즈(23)에 의해서 집광되어 피가공물(24)애 조사된다. 사용되는 비선형 광학결정(22)으로서는 예를 들면, BBO, LBO, CLBO의 결정 등이 있다.

이들 비선형 광학결정(22)의 대부분은 조해성이어서, 그대로 공기중에 방치하면 열화한다. 또, 비선형 광학결정(22)은 온도와 위상 정합각(레이저 광이 결정에 입사하는 각도)이 변화하면, 출력하는 레이저 파워가 변화하는 것이 알려져 있다.

따라서, 통상, 비선형 광학결정(22)은 가열수단이나 냉각수단을 구비하고, 입사측과 출사측에 레이저 빔을 투과시키는 창을 갖는 홀더 내에 수납되고, 이 홀더 내에 건조공기 등을 공급하는 것 등으로 해서 외부 환경과 차단하는 동시에, 결정온도가 일정하게 되도록 제어하고 있다.

비선형 광학결정(22)의 온도제어는 비선형 광학결정(22)의 표면에 열전쌍과 같은 온도측정소자를 접촉시키고, 비선형 광학결정(1) 전체를 히터 등의 가열수단, 도는 펠티에 소자 등으로 덮는다.

비선형 광학결정에 레이저 광을 입사하여 파장변환한 광을 출사시키는 경우, 일반적으로 비선형 광학결정에 입사하는 레이저 광의 단면적을 작게 하여(즉, 레이저 광을 집광하여), 파워 밀도를 크게 할수록 파장변환효율이 향상한다. 따라서, 파장변환소자의 입사측에는 렌즈 등의 레이저 광을 집광하는 빔 정형수단이 설치된다. 도 8에서는, 집광 렌즈(21)는 파장변환소자에 입사하는 레이저 광을 집광하는 빔 정형수단이다.

상기 홀더 내에 수납된 비선형 광학결정(22)을 이용하여 가공용 레이저 장치를 구성하는 경우, 비선형 광학결정(22)에 대한 상기 빔 정형수단의 위치는 통상, 상기 도 8에 도시하는 바와 같이, 집광위치가 비선형 광학결정(22)의 대략 중앙부근이 되도록 배치한다. 비선형 광학결정(22)은 고 파워의 레이저 광이 한 점에 집중하여 입사하면 그 부분이 손상되는 경우가 있기 때문에, 레이저 장치를 구성할 때에는, 상기 빔 정형수단에 의한 집광위치가 비선형 광학결정(22)의 입사면 내지 출사면, 홀더의 창부가 되지 않도록 주의할 필요가 있다.

종래에는, 상기와 같이, 비선형 광학결정을 수납한 홀더와, 빔 정형수단 등의 파장변환장치를 구성하는 각종 구성부재가 별도로 구성되어 있었다.

이 때문에, 이들 구성부재 상호의 위치를 적절하게 조정하여 파장변환 유닛을 구성할 필요가 있었다. 특히, 비선형 광학결정에 대한 상기 빔 정형수단의 집광위치가 적절한 위치로 조정되어 있지 않으면, 경우에 따라서는 홀더 창부 또는 비선형 광학결정을 손상시킬 우려도 있다.

또, 상기와 같이 종래에는 비선형 광학결정을 수납한 홀더와, 빔 정형수단 등의 파장변환 유닛을 구성하는 각종 구성부재가 별도로 구성되어 있고, 이들 구성부재를 구성한 후, 집광 렌즈나 비선형 광학결정의 입사면에서 반사한 레이저 광이 새어 나가지 않도록 전체를 몸체 내에 수납할 필요가 있다. 특히 근래에는 가공처리에 이용되는 레이저 광이 단파장화, 고파워화하고 있고, 레이저 광이 외부로 새어 나가면 인체에 위험을 줄 가능성이 높다. 이 때문에, 안정성의 확보를 충분히 고려할 필요가 있었다.

한편, 상기 빔 정형수단으로서 상기 도 8에 도시한 바와 같은 집광 렌즈(21)를 이용하여, 레이저 광을 원형인채로 집광한 경우, 비선형 광학결정(22)에 입사하는 레이저 광은 평행광이 되지 않는다.

도 9는 레이저 광을 원형인채로 집광한 경우에 비선형 광학결정에 입사하는 레이저 광을 도시한 도면이고, 상기 도면 (a)는 가로방향에서 본 도면, (b)는 위쪽방향에서 본 도면이다. 상기 도면 (a), (b) 중 어느 방향에서도 비선형 광학결정(22)에 입사하는 레이저 광은 집광되어 있다.

비선형 광학결정(22)의 결정축의 방향이 상기 도면 (a)에 도시하는 방향이면, 집광 렌즈(21)에 의해 집광된 레이저 광의 방향은 비선형 광학결정(22)의 위상 정합각에 관련된 방향으로, 상기 결정축의 방향에 대해서는 일정한 각도가 되지 않는다. 이 때문에, 비선형 광학결정(22)의 위상 정합각에 대해서 어긋난 성분의 광이 많이 입사하게 된다. 따라서, 파장변환효율이 나빠지고, 비선형 광학결정(22)으로부터 출력되는 파장변환된 레이저 광의 파워가 작아진다.

또한, 레이저 광원으로부터의 평행광을 집광하지 않은채로 레이저 광을 파장변환소자에 입사하면, 위상 정합각과의 어긋남은 생기지 않지만, 입사하는 레이저 광의 파워 밀도가 작아져서, 상기한 바와 같이, 파장변환율이 저하하고, 출력되는 레이저 파워도 작아진다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 것은 비선형 광학결정과 빔 정형수단 등의 파장변환에 필요한 구성부품을 일체화함으로써, 취급이 용이하고 안전성이 높으며, 또한 파장변환효율을 향상시킨 파장변환 유닛을 제공하는 것이다.

본 발명에서는 상기 과제를 다음과 같이 해서 해결한다.

(1) 레이저 광이 입사하는 창과, 파장변환된 레이저 광이 출사하는 창부를 구비한 몸체 내에 적어도 입사한 레이저 광을 정형하는 빔 정형수단과, 이 빔 정형수단으로 정형된 레이저 광이 입사하여 그 파장을 변환하는 파장변환소자를 설치한다. 상기 빔 정형수단은 입사하는 레이저 광을 상기 파장변환소자의 위상 정합각에 관련된 방향에 대해서는 대략 평행하게 되고, 또한 위상 정합각에 관련되지 않은 방향에 대해서는 집광하도록 정형한다.

(2) 상기 (1)에서, 몸체 내에 상기 파장변환소자로부터 출사하는 레이저 광 중, 미리 선정된 파장의 레이저 광을 선택적으로 꺼내는 파장분리수단과, 이 파장분리수단에 의해 꺼내진 레이저 광을 열로 변환하는 파워 수신기를 설치한다. 또, 필요에 따라서 이 파워 수신기를 냉각하는 수단을 설치한다.

본 발명에서는 상기 (1)과 같이 구성하였기 때문에, 레이저 광의 파워 밀도를 저하시키지 않고, 비선형 광학결정의 결정축의 방향에 대해서 레이저 광을 일정한 각도로 입사시킬 수 있다. 이 때문에, 파장변환효율을 향상시킬 수 있는 동시에, 레이저 광이 한 점에 집중하지 않기 때문에, 후단에 설치된 광학부품의 데미지도 저하시킬 수 있다. 또, 비선형 광학결정과 빔 정형수단 등을 일체화하여 1개의 몸체 내에 배치하였기 때문에, 파장변환 유닛을 제작할 때에, 빔 정형수단과 비선형 광학결정과의 위치조정을 행하여 두면, 레이저 광원과 조합할 때에 이들 상호의 위치 조정이 불필요하게 되고, 취급이 용이해지는 동시에 실수로 비선형 광학결정에 손상을 주지도 않게 된다.

또한, 상기 (2)와 같이, 1개의 몸체 내에 파워 모니터나 파워 수신기 등을 설치함으로써, 출사광 이외의 광이 외부로 방출되지 않아서 안전성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예의 파장변환 유닛의 전체 구성을 도시하는 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에서 사용되는 빔 정형수단의 일례를 도시하는 도면,

도 3은 원통형 렌즈의 집광방향과 비선형 광학결정의 결정축의 관계를 도시하는 도면,

도 4는 본 발명의 실시예의 파장변환 유닛의 다른 구성예를 도시하는 도면(1),

도 5는 본 발명의 실시예의 파장변환 유닛의 다른 구성예를 도시하는 도면(2),

도 6은 본 발명의 실시예의 파장변환 유닛의 다른 구성예를 도시하는 도면(3),

도 7은 본 발명의 실시예의 파장변환 유닛의 다른 구성예를 도시하는 도면(4),

도 8은 파장변환소자에 의해 파장변환한 레이저 광에 의해 가공을 행하는 레이저 장치의 개략 구성을 도시하는 도면,

도 9는 레이저 광을 원형인채로 집광한 경우에 비선형 광학결정에 입사하는 레이저 광을 도시하는 도면이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1a, 1b : 투광창 2 : 편광기

3, 3a∼3c : 빔 정형수단 4, 4a∼4d : 비선형 광학결정

4a : 위상 정합각 정형수단 4b : 온도조정수단

4c : XZ 이동수단 5 : 파장선택 필터

6 : 빔 정형수단 7 : 몸체

10, 30 : 파장변환 유닛 11, 13 : 파워 모니터

12 : 파워 수신기/ 파워 모니터 14 : 항온수단

20 : 레이저 광원

도 1은 본 발명의 실시예의 파장변환 유닛(10)의 전체 구성을 도시하는 도면이다.

상기 도면에서 7은 몸체이고, 몸체(7)는 니켈 도금된 금속 등으로 구성되어 있고, 내면은 테플론 코트되어 있다. 몸체(7)의 양측에는 레이저 광을 투과시키는 투과창(1a, 1b)이 설치되어 있다.

2는 입사하는 레이저 광을 편광광으로 변환하는 편광기, 3은 레이저 빔의 형상을 정형하기 위한 빔 정형수단이다. 본 실시예에서 사용되는 빔 정형수단(3)은 비선형 광학결정(4)에 입사하는 레이저 광 중, 위상 정합각에 관련된 방향에 대해서는 대략 평행광이 입사하도록 정형하고, 위상 정합각에 관련되지 않은 방향에 대해서는 입사하는 광의 단면적이 작아지도록 집광시킨다. 이와 같은 집광 렌즈로서는 예를 들면, 원통형 렌즈를 이용할 수 있다.

4는 BBO, LBO 또는 CLBO 결정 등으로 이루어지는 비선형 광학결정으로, 입사하는 레이저 광을 고주파로 파장변환하여, 그 파장변환광과 입사하는 레이저 광과 동일 파장의 광(여기에서는 기본 레이저 광이라고 한다)을 출사한다.

비선형 광학결정(4)에는 입사하는 레이저 광에 대한 비선형 광학결정(4)의 결정축의 각도를 조정하기 위한 위상 정합각 조정수단(4a), 그 온도를 일정하게 유지하기 위한 온도조정수단(4b) 및 비선형 광학결정을 XZ방향(Z는 레이저 광의 광축 방향, X는 Z방향에 직교하는 방향)으로 이동시키기 위한 XZ 이동수단(4c)이 설치되어 있다.

5는 예를 들면, 이색성 거울 등으로 구성되는 파장선택 필터이고, 상기 파장변환광을 투과시켜 이 파장변환광 이외의 파장의 광(상기 기본 레이저 광)을 반사한다. 또, 6은 상기 빔의 형상을 정형하기 위한 빔 정형수단이다.

도 1에서, 몸체(7)의 입사측에 설치된 투과창(1a)을 통해서 입사하는 레이저 광은 편광기(2)를 통해서 반투명 거울(M1)에 입사하고, 그 일부가 반투명 거울(M1)에서 반사되어, 파워 모니터(11)에 입사한다. 파워 모니터(11)는 입사하는 기본 레이저 광의 파워를 계측하여, 계측값을 외부로 출력한다.

반투명 거울(M1)을 투과한 레이저 광은 빔 정형수단(3)을 통해서 비선형 광학결정(4)에 입사한다. 비선형 광학결정(4)은 상기한 바와 같이 기본 레이저 광과, 그 파장변환광을 출사하고, 이 기본 레이저 광과 그 파장변환광은 파장분리수단인 파장선택 필터(5)에 입사한다.

파장선택 필터(5)는 상기 파장변환광을 투과시켜, 이 파장변환광 이외의 파장의 광(상기 기본 레이저 광)을 반사한다. 파장선택 필터(5)에서 반사된 광은 파워 수신기/파워 모니터(12)에 입사한다. 파워 수신기/파워 모니터(12)는 입사하는 레이저 광을 열로 변환하는 동시에, 레이저 광의 파워를 계측하여 외부 출력한다. 파워 모니터/파워 수신기(12)는 히트 파이프, 수냉, 펠티에 소자 등으로 냉각되고, 외부로부터 그것을 위한 전원, 냉각수 등이 공급된다.

또, 파장선택 필터(5)를 투과한 파장변환광은 빔 정형수단(6)에서 빔 형상이 정형되어, 반투명 거울(M2)에 입사하고, 그 일부가 반투명 거울(M2)에서 반사되어, 레이저 광의 파워를 측정하기 위한 파워 모니터(13)에 입사한다. 파워 모니터(13)는 입사하는 레이저 광의 파워를 계측하고, 계측값을 외부로 출력한다. 반투명 거울(M2)을 투과한 파장변환광은 투과창(1b)을 통해서 출사된다.

상기 몸체(7)의 내부 공간은 압력이 가해져 건조공기 분위기로 유지되고 있다. 또, 푸지엣, 히트 파이프, 펠티에 소자 등으로 이루어지는 항온수단(14)에 의해 항온상태로 유지되어 있다. 또한, 투과창(1a, 1b)은 개구이어도 좋고, 또 투과창(1a) 그것을 빔 정형수단으로 해도 좋다.

도 2는, 비선형 광학결정(4)에 입사하는 레이저 빔의 형상을 정형하는 빔 정형수단(3)의 일례를 도시하는 도면이다. 본 실시예에서는 사용되는 빔 정형수단(3)은 예를 들면, 상기 도면 (a)에 도시하는 바와 같이, 단면이 원호형상인 원통형 렌즈이고, 상기 도면의 X방향으로는 집광하지만 Y방향으로는 집광하지 않는다. 이와 같은 렌즈로부터 출사하는 광은 집광하였을 때, 상기 도면 (b)의 A-A 단면에 도시하는 바와 같이, 광속의 단면이 타원형상이 된다.

도 3은, 상기 빔 정형수단(3)(원통형 렌즈)의 집광방향과 비선형 광학결정(4)의 결정축의 관계를 도시하는 도면이고, 상기 도면 (a)은 상기 도 2에서의 X방향에서 본 도면, (b)는 Y방향에서 본 도면이다.

원통형 렌즈는, 비선형 광학결정(4)에 입사하는 레이저 광을 비선형 광학결정(4)의 위상 정합각에 관련된 방향의 광에 대해서는, 상기 도면 (a)에 도시하는 바와 같이 대략 평행광이 입사하도록, 또, 위상 정합각에 관련되지 않은 방향의 광에 대해서는, 상기 도면 (b)에 도시하는 바와 같이 광속의 단면적이 작게 되도록 집광시킨다. 집광시키는 방향의 폭은 집광되지 않은 방향의 폭에 대해서 광의 폭이 1/2 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 빔 정형수단(3)을 이용함으로써, 레이저 광의 파워 밀도를 그다지 저하시키지 않고, 비선형 광학결정(4)의 결정축의 방향에 대해서 레이저광을 일정한 각도로 입사시킬 수 있고, 파장변환효율을 향상시킬 수 있다.

또, 비선형 광학결정(4)으로부터 출사하는 파장변환광의 빔의 단면형상도 타원형상이 되고, 상기한 바와 같이, 레이저 광을 원형인채로 집광한 경우에 비해, 레이저 광이 한 점에 집중하지 않기 때문에, 비선형 광학결정(4)의 후단에 설치된 광학부품에 데미지를 주는 경우도 적다.

또한, 비선형 광학결정(4)의 출사측에 설치한 빔 정형수단(6)으로서는 상기한 볼록 렌즈 등으로 구성되는 통상의 집광 렌즈를 이용할 수 있지만, 빔 정형수단(6)의 위치는 빔 정형수단(6)에 입사하는 레이저 광의 단면적이 상기 빔 정형수단(3)에 입사하는 레이저 광의 단면적보다 커지는 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 빔 정형수단(6)에 입사하는 광은 빔 정형수단(3)에 입사하는 광에 비해서 파장이 짧고 에너지가 크기 때문에, 단면적이 작으면 파워 밀도가 커져서, 이 빔 정형수단(6)으로의 데미지가 우려되기 때문이다.

본 실시예에서는, 상기와 같이, 비선형 광학결정의 위상 정합각에 관련된 방향의 광에 대해서는 대략 평행광이 입사하도록, 또, 위상 정합각에 관련되지 않은 방향의 광에 대해서는 광속의 단면적이 작게 되도록 집광시키는 빔 정형수단을 이용하였기 때문에, 레이저 광의 파워 밀도를 그다지 저하시키지 않고, 비선형 광학결정의 결정축의 방향에 대해서 레이저 광을 일정한 각도로 입사시킬 수 있다. 이 때문에, 파장변환효율을 향상시킬 수 있는 동시에, 후단에 설치된 광학부품의 데미지도 저하시킬 수 있다.

또, 비선형 광학결정과 빔 정형수단 등을 일체화하여 1개의 몸체 내에 배치하였기 때문에, 레이저 광원과 조합하는 경우, 이들 상호 위치의 조정이 불필요하고, 취급이 용이하게 되는 동시에, 실수로 비선형 광학결정에 손상을 주지도 않게 된다. 또한, 1개의 몸체 내에 파워 모니터나 파워 수신기 등을 설치하였기 때문에, 출사광 이외의 광이 외부로 방출되지 않고 안전성을 확보할 수 있다. 또한, 상기 실시예에서는 파장선택 필터, 다수의 파워 모니터, 파워 수신기 등을 1개의 몸체 내에 배치하는 경우에 대해 나타내었지만, 이들 중, 불필요한 것을 제거한다든지, 일부의 부재를 외부에 배치하는 들 다양한 종류의 변형이 가능하다.

이상의 실시예에서는, 1개의 비선형 광학결정을 이용하여 파장변환 유닛을 구성한 경우에 대해서 나타내었지만, 도 4∼도 7에 도시하는 바와 같이 다양한 종류의 변형이 가능하다.

어느 경우도 상기 도 3에 도시하는 바와 같이, 비선형 광학결정의 위상 정합각에 관련된 방향의 광에 대해서는 대략 평행광이 입사하도록 하고, 또, 위상 정합각에 관련되지 않은 방향의 광에 대해서는 광속의 단면적이 작게 되도록 집광하여, 비선형 광학결정에 입사시킨다. 또한, 도 4∼도 7에서는 비선형 광학결정과 빔 정형수단만이 도시되어 있고, 상기 도 1에 도시된 것 이외의 구성요소는 생략되어 있다.

도 4(a)는 비선형 광학결정으로서, 2배파 결정(예를 들면, BBO, LBO 또는 CLBO 결정)과 3배파 결정(예를 들면, LBO 또는 CLBO 결정)을 이용한 경우의 구성예를 나타내고 있다.

상기 도면에서, 레이저 광원(20)으로부터 출사되는 기본파 레이저 광은 투과창(1a)을 통해서 파장변환 유닛(10)의 빔 정형수단(3a)에 입사한다. 빔 정형수단(3a)은 입사하는 레이저 빔의 형상을 상기 도 3에서 설명한 바와 같이 정형한다.

빔 정형수단(3a)으로부터 출사하는 레이저 광은 제1 비선형 광학결정(2배파 결정)(4a)에 입사하여 파장변환된다. 제1 비선형 광학결정(2배파 결정)(4a)으로부터 출사되는 레이저 광은 빔 정형수단(3b)에 입사하여 상기 도 3에 도시하는 바와 같이 빔 정형되어 제2 비선형 광학결정(3배파 결정)(4b)에 입사한다.

제2 비선형 광학결정(4b)은 제1 비선형 광학결정(4a)으로부터 출사되는 레이저 광을 파장변환하여 3배파를 출사한다. 이 3배파는 투과창(1b)을 통해서 외부로 출력된다.

도 4(b)는, 비선형 광학결정으로서 2배파 결정(4a)(예를 들면 BBO, LBO 또는 CLBO 결정)과 4배파 결정(4c)(예를 들면, LBO 또는 CLBO 결정)을 이용한 경우의 구성예를 나타내고 있고, 그 밖의 구성은 도 4(a)와 동일하다. 도 4(b)에서, 제2 비선형 광학결정(4c)은 제1 비선형 광학결정(4a)로부터 출사되는 레이저 광을 파장변환하여 4배파를 출력한다. 이 4배파는 투과창(1b)을 통해서 외부로 출사된다.

도 5는, 레이저 광원(20)이 출사하는 레이저 광을 2배파로 파장변환하여 출사하는 파장변환 유닛(30)과, 파장변환 유닛(30)이 출사하는 레이저 광을 파장변환하여, 5배파를 출력하는 파장변환 유닛(10)을 설치한 실시예를 나타내고 있다.

상기 도면에서, 레이저 광원 유닛(30)에 설치된 레이저 광원(20)으로부터 출사되는 레이저 광은 제1 빔 정형수단(3a)을 통해서 BBO, LBO 또는 CLBO 결정 등으로 구성되는 제1 비선형 광학결정(2배파 결정)(4a)에 입사한다. 제1 비선형 광학결정(2배파 결정)(4a)은 상기 레이저 광의 2배파를 출사한다. 제1 비선형 광학결정(2배파 결정)(4a)이 출사하는 2배파는 투과창(1a)을 통해서 레이저 광원 유닛(30)으로부터 출사한다. 이 2배파는 투과창(1b)을 통해서 파장변환 유닛(10)에 입사한다.

파장변환 유닛(10)에 입사한 2배파는, 제2 빔 정형수단(3b)을 통해서 BBO 또는 CLBO 결정 등으로 구성되는 제2 비선형 광학결정(4배파 결정)(4c)에 입사하고, 제2 비선형 광학결정(4배파 결정)(4c)은 상기 레이저 광의 4배파를 출사한다. 제2 비선형 광학결정(4배파 결정)(4b)으로부터 출사하는 레이저 광은 또한 제3 빔 정형수단(3c)을 통해서 BBO 또는 CLBO 등으로 구성되는 제3 비선형 광학결정(5배파 결정)(4d)에 입사하고, 제3 비선형 광학결정(5배파 결정)(4d)은 상기 레이저 광의 5배파를 출사한다. 이 5배파는 투과창(1c)을 통해서 파장변환 유닛(10)으로부터 출력된다.

도 6 (a), (b), 도 7은, 파장변환 유닛 중에 제1∼제3 비선형 광학결정을 설치하고, 제1, 제2 비선형 광학결정의 입사측에 빔 정형수단을 설치한 실시예를 나타내고 있다. 도 6(a)에서, 레이저 광원(20)으로부터 출사되는 레이저 광은 투과창(1a)을 통해서 파장변환 유닛(10)에 입사한다. 파장변환 유닛(10)에 입사한 레이저 광은 빔 정형수단(3a)을 통해서 BBO, LBO 또는 CLBO 결정 등으로 구성되는 제1 비선형 광학결정(2배파 결정)(4a)에 입사하여 2배파로 파장변환된다. 제1 비선형 광학결정(2배파 결정)(4a)으로부터 출사되는 레이저 광은 빔 정형수단(3b)에 입사하여 빔 형상이 정형되고, BBO, LBO 또는 CLBO 결정 등으로 구성되는 제2 비선형 광학결정(3배파 결정)(4b)에 입사한다.

제2 비선형 광학결정(4b)은, 제1 비선형 광학결정(4a)로부터 출사되는 레이저 광을 파장변환하여 3배파를 출사한다. 이 레이저 광은 또한 제3 비선형 광학결정(4배파 결정)(4c)에 입사하고, 제3 비선형 광학결정(4배파 결정)(4c)은 4배파를 출사한다. 이 4배파는 투과창(1b)을 통해서 외부로 출력된다.

도 6(b)는, 상기 도 6(a)에서의 제2 비선형 광학결정(3배파 결정)(4b), 제3 비선형 광학결정(4배파 결정)(4c) 대신에, 각각 BBO 또는 CLBO 결정으로 이루어지는 4배파 결정(4c), BBO 또는 CLBO 결정으로 이루어지는 5배파 결정(4d)을 이용한 것이고, 또, 도 7은 상기 도 6(a)에서의 제3 비선형 광학결정(4배파 결정)(4c) 대신에, BBO 또는 CLBO 결정으로 이루어지는 5배파 결정(4d)을 이용한 것으로, 또 파장변한 유닛(10)에 입사하는 레이저 광의 5배파를 발생한다.

본 발명에서는 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 몸체 내에 적어도 입사한 레이저 광을 정형하는 빔 정형수단과, 이 빔 정형수단으로 정현된 레이저 광이 입사하여 그 파장을 변환하는 파장변환소자를 설치하고, 상기 빔 정형수단에 의해 입사하는 레이저 광을 상기 파장변환소자의 위상 정합각에 관련된 방향에 대해서는 대략 평행하게 되도록 하고, 또한, 위상 정합각에 관련되지 않은 방향에 대해서는 집광하도록 정형하였기 때문에, 레이저 광의 파워 밀도를 저하시키지 않고, 비선형 광학결정의 결정축의 방향에 대해서 레이저 광을 일정한 각도로 입사시킬 수 있다.

이 때문에, 파장변환효율을 향상시킬 수 있는 동시에, 후단에 설치된 광학부품의 데미지도 저하시킬 수 있다.

(2) 비선형 광학결정과 빔 정형수단 등을 일체화하여 1개의 몸체 내에 배치하였기 때문에, 이들 상호 위치의 조정이 불필요하고, 취급이 용이하게 되는 동시에, 실수로 비선형 광학결정에 손상을 주지도 않는다.

(3) 1개의 몸체 내에 파워 모니터나 파워 수신기 등을 설치함으로써, 출사광 이외의 광이 외부로 방출되지 않아서 안전성을 확보할 수 있다.

Claims

레이저 광이 입사하는 창과, 파장변환된 레이저 광이 출사하는 창부를 구비한 몸체 내에, 적어도 입사한 레이저 광을 정형하는 빔 정형수단과, 이 빔 정형수단으로 정형된 레이저 광이 입사하여 그 파장을 변환하는 파장변환소자를 구비하고,

상기 빔 정형수단은 입사하는 레이저 광을 상기 파장변환소자의 위상 정합각에 관련된 방향에 대해서는 대략 평행하게 되도록 하고, 또한, 위상 정합각에 관련되지 않은 방향에 대해서는 집광하도록 정형하여 상기 파장변환소자에 입사하는 것을 특징으로 하는 파장변환 유닛.
제 1항에 있어서, 상기 몸체 내에 상기 파장변환소자로부터 출사하는 레이저 광 중, 미리 선정된 파장의 레이저 광을 선택적으로 꺼내는 파장분리수단과, 이 파장분리수단에 의해 꺼내진 레이저 광을 열로 변환하는 파워 수신기를 설치한 것을 특징으로 하는 파장변환 유닛.