TWI675247B - 波長轉換裝置 - Google Patents

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TWI675247B
TWI675247B TW107114684A TW107114684A TWI675247B TW I675247 B TWI675247 B TW I675247B TW 107114684 A TW107114684 A TW 107114684A TW 107114684 A TW107114684 A TW 107114684A TW I675247 B TWI675247 B TW I675247B
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平山望
桂智毅
深堀秀則
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日商三菱電機股份有限公司
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    • 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

波長轉換裝置(1)係具備有：第一非線性媒介(11)，係將屬於脈衝振盪之基本波的第一光束(21)轉換成屬於基本波之高次諧波的第二光束(22)；第二非線性媒介(12)，係根據第二光束及透射過第一非線性媒介的第一光束，來產生第三光束(23)；以及調節手段(30)，係調節自第一光束至第二光束的轉換效率。當第一光束的脈衝振盪頻率被變更時，調節手段係調節轉換效率，藉此維持下述之狀態，亦即使在第一非線性媒介之溫度下的第三光束之強度的溫度依存性為顯示單一極大值，並且顯示極大值之第一非線性媒介的溫度與顯示第二光束之強度為極大值的第一非線性媒介的溫度為相同。

Description

波長轉換裝置
本發明係關於一種輸出以非線性介質產生之高次諧波的波長轉換裝置。
以往，有一種眾所周知的波長轉換裝置，該波長轉換裝置係具備有：產生基本波之二次諧波的非線性介質；以及產生基本波與二次諧波的和頻(sum frequency)的三次諧波的非線性介質。二次諧波係基本波波長的一半波長的高次諧波。三次諧波係基本波波長的三分之一波長的高次諧波。眾所周知，從波長轉換裝置所輸出的高次諧波強度係依存於非線性介質溫度而變化。在波長轉換裝置中，會有進行非線性介質的溫度控制，俾使輸出的高次諧波強度增強，並且獲得穩定強度的高次諧波的形態。
專利文獻1揭示根據三次諧波產生(Third Harmonic Generation，THG)結晶的輸出，來設定二次諧波產生(Second Harmonic Generation，SHG)結晶溫度的技術。SHG結晶係令二次諧波產生的非線性介質。THG結晶係令三次諧波產生的非線性介質。SHG結晶及THG結晶係形成為：在SHG結晶溫度與從THG結晶所輸出之三次 諧波強度的對應關係中產生三次諧波強度的複數個峰值(peak)。SHG結晶溫度係設定在與複數根峰值相對應之溫度的中間溫度。由波長轉換裝置來擴大能夠輸出固定強度以上之強度的三次諧波之SHG結晶的溫度範圍，從而波長轉換裝置可減少因受SHG結晶的溫度變化所造成之對於三次諧波強度的影響。
[先前技術文獻] [專利文獻]
特許文献1：日本特開2013-205426號公報。
根據專利文獻1的技術，以與三次諧波強度的峰值相對應的溫度以外之溫度的方式設定SHG結晶溫度，從而讓輸出的三次諧波強度形成低於峰值時的強度。除此之外，以與三次諧波強度的峰值相對應之溫度的方式設定SHG結晶溫度時，會縮小可輸出固定強度以上之強度的三次諧波的SHG結晶的溫度範圍。此時，放大了因受SHG結晶之溫度變化所造成之對於三次諧波強度的影響。因此，波長轉換裝置係難以兼顧讓輸出之高次諧波的強度提升及高次諧波的強度穩定化。
在從屬於脈衝雷射光束的基本波轉換成高次諧波中，當基本波的脈衝振盪頻率為某數值時，與SHG結晶溫度相對的三次諧波強度的峰值為單一峰值。從該狀 態，當光源的平均功率為穩定而脈衝振盪頻率之值變成較低值時，從SHG結晶的基本波轉換成二次諧波的轉換效率變高。轉換效率的變高，會有三次諧波強度的峰值從單一峰值變化成複數個峰值的情形。此時，會有因從SHG結晶所射出之基本波的強度降低，而使在THG產生之三次諧波的強度變低之情形。再者，會有因三次諧波的強度的峰值變成複數個峰值，而使因受SHG結晶的溫度變化所造成之三次諧波的強度變化變大的情形。因此，波長轉換裝置係難以兼顧讓輸出的高次諧波的強度提升及高次諧波的強度穩定化。
本發明係有鑒於上述問題所研創者，目的在於獲得一種能夠使輸出的高次諧波的強度提升與穩定化的波長轉換裝置。
為了解決上述的課題，並達成目的，本發明的波長轉換裝置係具備有：第一非線性媒介，係將屬於脈衝振盪之基本波的第一光束轉換成屬於基本波之高次諧波的第二光束；第二非線性媒介，係根據第二光束及透射過第一非線性媒介的第一光束，來產生第三光束；以及調節手段，係調節自第一光束至第二光束的轉換效率。當第一光束的脈衝振盪頻率被變更時，調節手段係調節轉換效率，藉此使第一非線性媒介之溫度下的第三光束之強度的溫度依存性為顯示單一極大值，並且維持顯示極大值之第一非線性媒介的溫度與顯示第二光束之強度為極大值之第 一非線性媒介的溫度為相同的狀態。
本發明的波長轉換裝置係達成可改善輸出的高次諧波之強度的提升及穩定化的效果。
1、40、50、70‧‧‧波長轉換裝置
10‧‧‧雷射光源
11‧‧‧SHG結晶
12‧‧‧THG結晶
13、14、36‧‧‧聚光光學系統
15、15A、15B、15C、16‧‧‧透鏡
17、58‧‧‧波長分離元件
18‧‧‧擋板
21、22、23‧‧‧雷射光束
24、25‧‧‧溫度控制器
26‧‧‧控制電路
27‧‧‧光檢測器
30、41‧‧‧移動機構
31、42‧‧‧支持器
32‧‧‧中心軸
33‧‧‧射入面
34‧‧‧射出面
35‧‧‧光束腰部
51‧‧‧激勵光源
52‧‧‧光纖
53‧‧‧射出端
54‧‧‧激勵光學系統
55、59‧‧‧共振鏡
56‧‧‧雷射媒介
57‧‧‧Q開關元件
60‧‧‧激勵光
61‧‧‧光共振器
71‧‧‧脈衝雷射光源
72‧‧‧頻率控制器
L‧‧‧長度
Pa1、Pb1‧‧‧強度
Pb2‧‧‧極大值
Ta1、Ta、Ta3、Tb11、Tb12、Tb2、Tb3‧‧‧溫度
第1圖係顯示本發明之實施形態1的波長轉換裝置的概略構成之圖。
第2圖係針對第1圖所示之SHG結晶的雷射光束加以說明的第一個圖。
第3圖係針對第1圖所示之SHG結晶的雷射光束加以說明的第二個圖。
第4圖係顯示第1圖所示之SHG結晶溫度與雷射光束強度之關係的第一個圖。
第5圖係顯示第1圖所示之SHG結晶溫度與雷射光束強度之關係的第二個圖。
第6圖係顯示第1圖所示之SHG結晶溫度與雷射光束強度之關係的第三個圖。
第7圖係顯示調節實施形態1的SHG結晶的轉換效率的程序之例的流程圖。
第8圖係顯示第1圖所示之SHG結晶溫度變化與雷射光束強度之關係之例的圖。
第9圖係顯示針對由第1圖所示之移動機構所進行之調節的變形例之圖。
第10圖係顯示本發明之實施形態2的波長轉換裝置的概略構成之圖。
第11圖係針對第10圖所示之SHG結晶的雷射光束加以說明的第一個圖。
第12圖係針對第10圖所示之SHG結晶的雷射光束加以說明的第二個圖。
第13圖係顯示調節實施形態2的SHG結晶的轉換效率的程序之例的流程圖。
第14圖係顯示本發明之實施形態3的波長轉換裝置的概略構成之圖。
第15圖係顯示本發明之實施形態4的波長轉換裝置的概略構成之圖。
以下，根據圖示詳細說明本發明之實施形態的波長轉換裝置。另外，本發明不受該實施形態所限定。
實施形態1
第1圖係顯示本發明之實施形態1的波長轉換裝置的概略構成之圖。波長轉換裝置1係具備有：屬於第一非線性媒介的二次諧波產生(SHG)結晶11及屬於第二非線性媒介的三次諧波產生(THG)結晶12，該二次諧波產生(SHG)結晶11係將經脈衝振盪之基本波的的第一光束予以轉換成基本波的高次諧波的第二光束，該三次諧波產生(THG)結晶12係根據第二光束及透射過SHG結晶11的第一光束，產生第三光束。在實施形態1中，第三光束係基本波 與高次諧波的和頻。
波長轉換裝置1係具備射出第一光束之雷射光束21的雷射光源10。在以下的說明中，雷射光束21的波長會有稱為第一波長的情形。在實施形態1中，第一波長係設為1064nm。
雷射光源10係YAG雷射或YVO4雷射。YAG雷射係雷射媒介採用釔(Yttrium)、鋁(Aluminum)及石榴石(Garnet)的固體雷射。YVO4雷射係雷射媒介採用釔(Yttrium)及四氧化釩(Vanadium tetraoxide，VO4)的固體雷射。在一個例子中，雷射光源10係藉由Q開關振盪來產生雷射光束21。Q開關振盪係一種增強雷射媒介中之激勵狀態的原子後進行振盪，藉此提升產生的雷射強度的振盪方式。另外，雷射光源10可為YAG雷射及YVO4雷射以外的固體雷射。
聚光光學系統13係設置在雷射光源10與SHG結晶11之間。聚光光學系統13係具備有透鏡15，該透鏡15係使雷射光束21聚焦至SHG結晶11的光學元件。包含於聚光光學系統13的透鏡15並不限定於一個的情形，亦可複數。
SHG結晶11係當有來自雷射光源10的雷射光束21射入時，產生第二光束的雷射光束22。SHG結晶11係將基本波的雷射光束21轉換成二次諧波的雷射光束22。雷射光束22之波長的第二波長為第一波長的半波長。在實施形態1中，第二波長係設為532nm。SHG結晶 11係射出產生的雷射光束22。此外，SHG結晶11係以不轉換成雷射光束22的方式射出剩餘的雷射光束21。SHG結晶11係採用LBO結晶(LiB3O5)、KTP結晶(KTiPO4)、BBO結晶(β-BaB2O4)或其他的非線性光學結晶。
聚光光學系統14係設置在SHG結晶11與THG結晶12之間。聚光光學系統14係具備有透鏡16，該透鏡16係屬於使雷射光束21、22聚焦於THG結晶12的光學元件。包含於聚光光學系統14的透鏡16並不限定於一個的情形，亦可複數。此外，在波長轉換裝置1中，亦可不設置聚光光學系統14。
THG結晶12係根據從SHG結晶11所射入的雷射光束21與雷射光束22，來產生屬於第三光束的雷射光束23。THG結晶12係將屬於基本波的雷射光束21和屬於二次諧波的雷射光束22予以轉換成和頻並屬於三次諧波的雷射光束23。屬於雷射光束23波長的第三波長係第一波長的三分之一。在實施形態1中，第三波長係設為355nm。THG結晶12係射出產生的雷射光束23。而且，THG結晶12係以不轉換成雷射光束23的方式射出雷射光束21、22。THG結晶12係採用LBO結晶、YCOB結晶(YCa4O(BO3)3)、BBO結晶、CLBO結晶(CsLiB6O10)、或其他的非線性光學結晶。
波長分離元件17係具備有：透射包含第一波長及第二波長之波長區域的光線並且反射包含第三波長之波長區域的光線的特性。波長分離元件17將來自THG 結晶12的雷射光束21、22、23予以分離成雷射光束23及雷射光束21、22。波長分離元件17的一個例子為二向分色鏡(dichroic mirror)。
波長轉換裝置1係射出利用波長分離元件17反射的雷射光束23。擋板18係吸收來自波長分離元件17的雷射光束21、22。來自波長分離元件17的雷射光束21、22係在擋板18轉換成熱量熱能。另外，波長分離元件17亦可具備：反射第一波長的光線與第二波長的光線，並且透射第三波長的光線的特性。只要波長分離元件17能夠根據波長的不同來分離光線即可，亦可是二向分色鏡之外的光學元件。波長分離元件17亦可為利用依據波長而來之光線的折射率的不同來分離光線的棱鏡。
波長轉換裝置1係具備有：控制SHG結晶11的溫度的溫度控制器24及控制THG結晶12的溫度的溫度控制器25。溫度控制器24係監視SHG結晶11的溫度，來調節SHG結晶11的溫度成預先設定的溫度。溫度控制器25亦監視THG結晶12的溫度，來調節THG結晶12的溫度成預定溫度。在一個例子中，溫度控制器24，25係具備有：屬於進行熱的供給、吸收的熱電元件的帕耳帖元件(Peltier element)，以及屬於溫度感測器的熱敏電阻。SHG結晶11的設定溫度與THG結晶12的設定溫度能夠彼此獨立地設定。
波長轉換裝置1又具備有移動機構30，該移動機構30係用以移動屬於使雷射光束21聚焦之光學元 件的透鏡15。移動機構30係調節SHG結晶11中之自雷射光束21至雷射光束22的轉換效率的調節手段。移動機構30係在直線方向移動保持透鏡15的支持器31。在一個例子中，移動機構30係包含有：馬達及將馬達的旋轉運動轉換成直線運動的機構。
控制電路26係以執行根據命令的處理來控制波長轉換裝置1整體的硬體。控制電路26係根據SHG結晶11的設定溫度來控制溫度控制器24。控制電路26係根據THG結晶12的設定溫度來控制溫度控制器25。再者，控制電路26係控制雷射光源10的驅動以及移動機構30的驅動。控制電路26可為CPU(Central Processing Unit，中央處理元件)或者亦可為微電腦。
光檢測器27係在藉由移動機構30所進行之轉換效率的調節時檢測雷射光束23的強度。光檢測器27係設置於藉由移動機構30所進行之轉換效率的調節時，來自波長轉換裝置1之雷射光束23所射入的位置。另外，光檢測器27未限定於設置在波長轉換裝置1的外部，亦可設置於波長轉換裝置1的內部。波長轉換裝置1亦可具備有使自THG結晶12朝向波長轉換裝置1外部的雷射光束23的一部分分歧的分光元件。光檢測器27亦可檢測由分光元件所分歧的光。
利用SHG結晶11之雷射光束22產生中的相位不匹配△k係由以下的式(1)來表示。式(1)中，k1係雷射光束21的波數向量大小，k2係雷射光束22的波數向量 大小，而λ1係屬於雷射光束21之波長的第一波長。n1係與雷射光束21相關之SHG結晶11的折射率，n2係與雷射光束22相關之SHG結晶11的折射率。
SHG結晶11的雷射光束22的轉換效率η係滿足△k=0時為最大。△k=0係表示SHG結晶11的相位匹配。SHG結晶11係在基本波的偏光方向與二次諧波的偏光方向彼此呈垂直時之所謂的第一型相位匹配下，產生雷射光束22。SHG結晶11的雷射光束22的轉換效率η係表示從SHG結晶11所射出之雷射光束22的強度除以射入至SHG結晶11之雷射光束21的強度之除算結果。此外，當滿足相位匹配條件時的SHG結晶11的溫度係稱為SHG結晶11的相位匹配溫度。
由於折射率n1及n2係依存於SHG結晶11的溫度，所以式(1)所表示的相位不匹配△k係依存於SHG結晶11的溫度。SHG結晶11之雷射光束22的轉換效率η與SHG結晶11之雷射光束21強度I1的關係為以下式(2)所表示。在式(2)中，L係SHG結晶11的長度。此外，式(2)所表示的關係為射入至SHG結晶11之雷射光束21強度與從SHG結晶11所射出之雷射光束21強度的差減小達可忽視的程度，且雷射光束22的轉換效率η較低時成立者。
根據式(2)，轉換效率η係與相位不匹配△k及強度I1成正比。由於相位不匹配△k係依存於SHG結晶11的溫度，所以轉換效率η依存於SHG結晶11的溫度。另外，可知相較於式(2)的關係成立時，即使雷射光束22的轉換效率η較高的情形，轉換效率η亦依存於SHG結晶11的溫度與雷射光束21的強度。再者，THG結晶12之雷射光束23的轉換效率係依存於THG結晶12的溫度和射入至THG結晶12的雷射光束21及雷射光束22的各強度。
第2圖係針對第1圖所示之SHG結晶11的雷射光束21加以說明的第一個圖。在以下的說明中，X軸、Y軸、Z軸係彼此呈垂直的三個軸。Z軸係與波長轉換裝置1的光學系統的光軸成平行之軸。X軸係水平方向之軸。Y軸係垂直方向之軸。中心軸32係表示雷射光束21之光束的中心。中心軸32係平行於Z軸。正Z方向係平行於Z軸的方向，並為從SGH結晶11的射入面33朝向射出面34的方向。負Z方向係正Z方向的相反方向。長度L係Z軸方向之SHG結晶11的長度，並且為射入面33與射出面34之間的長度。
如以下式(3)所示，定義SHG結晶11之雷射光束21的有效光束直徑Weff。有效光束直徑Weff為表示SHG結晶11之雷射光束21的聚焦程度的指標。在式(3) 中，w(z)係Z軸方向的位置z中之雷射光束21的光束直徑。z=0係表示射入面33的位置。z=L係表示射出面34的位置。在一個例子中，有效光束直徑Weff係表示SHG結晶11之雷射光束21的光束直徑w(z)的平均值。
在一個例子中，光束直徑w(z)為D4σ寬度，該D4σ寬度係X軸方向或Y軸方向中之光束的強度分佈的標準偏差σ的四倍寬度。D4σ寬度係由光束寬度之ISO(International Organization for Standardization，國際標準化組織)的國際標準規格所定義。另外，光束直徑w(z)可為D4σ寬度以外，或可為半峰全寬或1/e2寬。有效光束直徑Weff亦可使用式(3)以外的定義所定義者。雷射光束21的聚焦程度亦可有效光束直徑Weff以外的指標來顯示。
雷射光束21係在SHG結晶11的內部暫時聚焦後擴散。雷射光束21的光束直徑w(z)係隨著離射入面33行進而縮小，至光束腰部35成為最小。光束直徑w(z)係隨著離光束腰部35朝射出面34行進而擴大。在第2圖中，屬於雷射光束21所聚焦之位置的光束腰部35的位置係z=L/2的位置。z=L/2的位置係Z軸方向之SHG結晶11的中心位置。另外，在第2圖所示之透鏡15係射入屬於平行光的雷射光束21。射入至透鏡15的雷射光束21不限定為平行光，亦可為聚焦光或擴散光。
第3圖係針對第1圖所示之SHG結晶11的雷射光束21加以說明的第二個圖。從第2圖所示的狀態，移動機構30係以朝正Z方向移動透鏡15的方式，從而改變透鏡15與SHG結晶11之間的距離。使透鏡15朝正Z方向移動，從而SHG結晶11之光束腰部35的位置係從z=L/2朝正Z方向移動。移動機構30係從Z軸方向之SHG結晶11的中心位置，移動光束腰部35的位置。第3圖係顯示在z=L/2與z=L之間的位置移動光束腰部35的狀態。光束腰部35的移動，藉此有效光束直徑Weff係相較於第2圖所示的狀態較增大。如此，移動機構30係以朝Z軸方向移動透鏡15的方式，改變SHG結晶11之雷射光束21的聚焦程度。
如上述的式(2)所示，轉換效率η係與SHG結晶11之雷射光束21的強度I1成正比。有效光束直徑Weff的增大，會使SHG結晶11之雷射光束21的聚焦程度降低，所以造成轉換效率η降低。如此，移動機構30係以移動光束腰部35的位置的方式調節轉換效率η。藉由調節轉換效率η，從而調節從SHG結晶11所射出之雷射光束22的強度。另外，聚光光學系統13具備有複數個透鏡15時，移動機構30亦可個別地移動各透鏡15。針對個別地移動複數個透鏡15之情形的變形例，容後陳述。
第4圖係顯示第1圖所示之SHG結晶11溫度與雷射光束21、22、23強度之關係的第一個圖。在第4圖中，以曲線圖表示SHG結晶11的溫度與雷射光束21、 22、23強度的關係。曲線圖的橫軸係表示SHG結晶11的溫度。縱軸係表示雷射光束21、22、23強度。第4圖所示的雷射光束21、22強度係從SHG結晶11所射出之雷射光束21、22的強度。第4圖所示之雷射光束23強度係從THG結晶12所射出之雷射光束23的強度。
第4圖係顯示有效光束直徑Weff為最小值時，亦即顯示SHG結晶11之雷射光束21的聚焦程度為最大時之溫度與強度的關係。如第2圖所示，當光束腰部35係位於z=L/2的位置時，有效光束直徑Weff係成為最小值。
SHG結晶11的溫度為Ta1時，從SHG結晶11所射出之雷射光束22的強度為峰值。SHG結晶11的溫度在Ta1附近時，SHG結晶11的轉換效率η變高。轉換效率η愈高，在SHG結晶11中較多的雷射光束21會轉換成雷射光束22，所以從SHG結晶11所射出之雷射光束21強度降低。
在SHG結晶11的設定溫度為Ta1，並SHG結晶11的實際溫度在Ta1附近變化時，從SHG結晶11所射出之雷射光束21、22強度的變化比較少。射入至THG結晶12的雷射光束21、22強度的變化較小，從而從THG結晶12所射出之雷射光束23強度的變化亦變小。
再者，在第4圖所示的關係中，當SHG結晶11的溫度為Ta1時，SHG結晶11中較多的雷射光束21轉換成雷射光束22，從而使可利用在THG結晶12之雷射光束23的產生的雷射光束21強度降低。因此，SHG結晶 11的溫度為Ta1時之雷射光束23強度Pa1相較於峰值時的強度Pb1較為降低。在THG結晶12中，以降低可利用在雷射光束23的產生之雷射光束21強度的方式，增強未利用在雷射光束23的產生而剩餘的雷射光束22的強度。
雷射光束23強度的一個峰值係顯現在比Ta1較低溫度的Tb11。該峰值中，雷射光束23強度為Pb1。再者，雷射光束23強度的另一個峰值係顯現在比Ta1較高溫度的Tb12。在第4圖中，顯示雷射光束23強度的峰值為兩個的例子。雷射光束23強度的峰值可超過兩個。如此，有效光束直徑Weff為最小時，在SHG結晶11的溫度與雷射光束23強度的對應關係中，在Ta1附近的溫度，形成顯現複數個雷射光束23強度的峰值。
SHG結晶11的設定溫度為Tb11時，且SHG結晶11的實際溫度在Tb11附近變化時的雷射光束21、22強度的變化係相較於設定溫度為Ta1時的變化增大。射入至THG結晶12的雷射光束21、22強度的變化增大，從而由THG結晶12所射出之雷射光束23強度的變化亦增大。
實施形態1的波長轉換裝置1係在雷射光束21的光束直徑調節的初期階段，藉由移動機構30調整透鏡15的位置，俾使有效光束直徑Weff成為最小值。藉此，移動機構30係設定雷射光束23強度與SHG結晶11的溫度的對應關係下的雷射光束23之強度峰值為複數個峰值的狀態。移動機構30係從該狀態移動透鏡15，從而擴大SHG結晶11中的有效光束直徑Weff。另外，初期階 段的調節係不限定於令有效光束直徑Weff為最小值的調節。在初期階段的調節中，只要可設定雷射光束23強度的峰值為複數個峰值的狀態即可，亦可將有效光束直徑Weff設為最小值以外的值。
第5圖係顯示第1圖所示之SHG結晶11溫度與雷射光束21、22、23強度之關係的第二個圖。第5圖係顯示有效光束直徑Weff從最小值變大時之溫度與強度的關係。此時，如第3圖所示，光束腰部35係位於z=L/2與z=L之間的位置。相較於初期階段時，從SHG結晶11所射出之雷射光束22的強度較降低。隨著雷射光束22的強度的降低，從SHG結晶11所射出之雷射光束21的強度增強。
SHG結晶11的溫度為Ta2時，從SHG結晶11所射出之雷射光束22的強度為峰值。此時，從SHG結晶11所射出之雷射光束21的強度係相較於第4圖所示之關係當中溫度為Ta1時的強度增強。在THG結晶12中，可利用於雷射光束23之產生的雷射光束21的強度係相較於初期階段增強，並且未利用於雷射光束23之產生且從THG結晶12所射出之雷射光束22的強度係相較於初期階段降低。
在第5圖所示的關係中，雷射光束23的強度的峰值為一個。從THG結晶12所射出之雷射光束23強度與SHG結晶11溫度之對應關係下的雷射光束23之強度峰值，係藉由移動機構30的調節，被設為單一的峰值。 亦即，藉由移動機構30的調節，與SHG結晶11的溫度相關的雷射光束23的強度的溫度依存性係具有單一的極大值。在此，溫度依存性係非線性介質的溫度與光束強度的關係。極大值係以非線性介質的溫度為橫軸，光束強度為縱軸來表示溫度依存性的曲線當中，處於峰值強度的數值。移動機構30係以調節SHG結晶11的轉換效率η的方式，來進行將雷射光束23的強度的峰值予以從複數個峰值變化成表示極大值的單一峰值的調節。
轉換效率η之值係依存於射入至SHG結晶11之雷射光束21的強度或雷射光束21的剖面形狀。在SHG結晶11的轉換效率η屬於某一定值時，SHG結晶11的溫度為Tb2時雷射光束23的強度成為峰值。峰值的強度的極大值為Pb2。在雷射光束23的強度成為極大值之Pb2時的SHG結晶11的溫度的Tb2，與從SHG結晶11所射出之雷射光束22的強度成為極大值時的SHG結晶11的溫度的Ta2為相同。將SHG結晶11的溫度為Tb2時的轉換效率η設為與處於第4圖之關係時之溫度為Tb11時的轉換效率η相同，從而可將雷射光束23峰值時的強度的Pb2設為與第4圖所示之峰值時的強度的Pb1相等的強度。
在SHG結晶11的設定溫度為Ta2，並SHG結晶11的實際溫度於Ta2附近變化時，從SHG結晶11所射出之雷射光束21、22的強度的變化比較少。射入至THG結晶12的雷射光束21、22的強度的變化較小，從而由THG結晶12所射出之雷射光束23的強度的變化亦變小。
第6圖係顯示第1圖所示之SHG結晶11的溫度與雷射光束21、22、23的強度之關係的第三個圖。第6圖係顯示處於從第5圖所示之對應關係的狀態，進一步將有效光束直徑Weff變大時之溫度與強度的關係。SHG結晶11的轉換效率η係相較於第5圖所示之對應關係時係降低。
SHG結晶11的溫度為Ta3時，從SHG結晶11所射出之雷射光束22的強度為峰值。雷射光束23的強度為峰值時之溫度Tb3係與Ta3相同。從SHG結晶11所射出之雷射光束22的強度係相較於第5圖之情形係降低。在THG結晶12中，可利用於雷射光束23之產生的雷射光束22的強度降低，從而在THG結晶12產生之雷射光束23的強度相較於第5圖的情形降低。
在第6圖所示的關係中，雷射光束23的強度的峰值為一個。在THG結晶12中所產生之雷射光束23的強度係相較於第5圖的情形降低。屬於雷射光束23的強度之峰值的Pb3係比第5圖所示之屬於雷射光束23的強度之峰值的Pb2變小，所以Pb3<Pb2的關係成立。第6圖的情形，波長轉換裝置1係相較於第5圖的情形，輸出的雷射光束23的強度係降低。
如第5圖所示，波長轉換裝置1係藉由移動機構30的調節，使從THG結晶12所射出之雷射光束23的強度與SHG結晶11的溫度之對應關係下的雷射光束23之強度峰值被設為單一峰值。波長轉換裝置1係增強可 利用於雷射光束23之產生的雷射光束21的強度，可提升輸出之雷射光束23的強度。再者，波長轉換裝置1係將雷射光束22的強度成為峰值時的溫度設為SHG結晶11的設定溫度，藉此可降低有在該設定溫度附近之溫度變化時之雷射光束23的強度的變化。
第7圖係顯示於實施形態1中之調節SHG結晶11的轉換效率之程序之例的流程圖。第2圖所示的移動機構30係以光束腰部35成為z=L/2之位置的方式設定透鏡15的位置，並將SHG結晶11的雷射光束21的有效光束直徑Weff設為最小值。因此，在步驟S1中，移動機構30係設定第三光束之雷射光束23的強度與SHG結晶11的溫度的對應關係下的強度峰值為複數個峰值的狀態。藉由步驟S1的設定，雷射光束23的強度與SHG結晶11的溫度的對應關係為設為於第4圖所例示的對應關係。
將進行步驟S1之設定的狀態下的雷射光束23強度的最大值設為Pmax。在第4圖所示的關係中，Pmax係SHG結晶11的溫度為Tb11時之雷射光束23的強度的Pb1。
在步驟S2中，移動機構30係從z=L/2位置朝正Z方向移動透鏡15，藉此擴大第一光束之雷射光束21的SHG結晶11中的有效光束直徑Weff。移動機構30係擴大有效光束直徑Weff，從而調節SHG結晶11中之自雷射光束21至第二光束的雷射光束22的轉換效率η。另外，在步驟S2中，移動機構30係亦可將正Z方向取代成 朝負Z方向而移動透鏡15。該情形，移動機構30亦可擴大有效光束直徑Weff。
在步驟S3中，溫度控制器24係隨著設定溫度來控制SHG結晶11的溫度，且光檢測器27量測與設定溫度相對應之雷射光束23的強度。光檢測器27係量測SHG結晶11的每個設定溫度之雷射光束23強度。在步驟S4中，係判斷在SHG結晶11的設定溫度與利用光檢測器27所量測之雷射光束23的強度的對應關係中，雷射光束23的強度的峰值是否為單一峰值。
當強度的峰值並非單一時(步驟S4：否(No))，強度的峰值仍是複數個峰值，所以返回至步驟S2的程序。移動機構30係再次進行藉由有效光束直徑Weff擴大的轉換效率η調節。
當強度的峰值為單一時(步驟S4：是(Yes))，往步驟S5的程序前進。在步驟S5中，判斷雷射光束23的峰值時的強度是否為Pmax-△P以上。△P為雷射光束23的強度降低的容許量。另外，於第5圖所例示的對應關係為：雷射光束23的峰值時的強度為Pmax-△P以上時之雷射光束23的強度與SHG結晶11的溫度的對應關係。第6圖所例示的對應關係為：雷射光束23的峰值時的強度係未達Pmax-△P時之雷射光束23的強度與SHG結晶11的溫度的對應關係。△P係可任意地設定者。
雷射光束23的峰值時的強度為Pmax-△P以上時(步驟S5：是(Yes))，在步驟S6中，控制電路26係對 SHG結晶11的設定溫度設定雷射光束23的強度為峰值時的溫度。藉此，波長轉換裝置1係結束SHG結晶11中之自雷射光束21至雷射光束22之轉換效率η的調節。
雷射光束23的峰值時的強度為未達Pmax-△P時(步驟S5：否(No))，在步驟S7中，移動機構30係以朝負Z方向移動透鏡15的方式，縮小SHG結晶11中之雷射光束21的有效光束直徑Weff。移動機構30係縮小有效光束直徑Weff，從而再次調節SHG結晶11中的轉換效率η。並且，返回至步驟S3的程序。
在一例中，藉由第7圖所示之程序的波長轉換裝置1的調節係在波長轉換裝置1的出貨時實施。該調節，亦可在波長轉換裝置1的出貨時以外實施，亦可在波長轉換裝置1的維護時實施。波長轉換裝置1係亦可在由CPU或微電腦分析及執行的程式上執行供以第7圖所示之程序的調節的功能的全部或一部分。波長轉換裝置1亦可具有儲存程式的記憶體。波長轉換裝置1亦可在由佈線邏輯(wired-logic)所構成之硬體上執行供以第7圖所示之程序的調節的功能全部或一部分。
第8圖顯示第1圖所示之SHG結晶11的溫度變化與雷射光束23的強度的關係之例的圖。在第8圖中，以曲線表示SHG結晶11的溫度變化與雷射光束23的強度的關係。曲線的橫軸係表示SHG結晶11的溫度變化。溫度的單位係攝氏溫度(degree Celsius)。縱軸係表示從THG結晶12所射出之雷射光束23強度。強度的單位為任 意。虛線曲線係表示在實施第7圖所示之程序的波長轉換裝置1的調節之前的關係。實現曲線係表示在實施第7圖所示之程序的波長轉換裝置1的調節之後的關係。
如第8圖所示，在波長轉換裝置1之調節前的關係中，雷射光束23的強度顯現兩個峰值。一個峰值係顯現在-0.5℃附近的溫度變化。該峰值之強度為雷射光束23的強度的最大值。另一個峰值係顯現在0.5℃附近的溫度變化。在波長轉換裝置1調節前的關係中，雷射光束23的強度為最大值90%以上時的SHG結晶11溫度範圍係±0.2℃左右。
在波長轉換裝置1調節後的關係中，雷射光束23的強度顯現一個峰值。該峰值係顯現在0℃附近的溫度變化。在波長轉換裝置1調節後的關係中，雷射光束23的強度為最大值90%以上時的SHG結晶11溫度範圍係±0.6℃左右。可射出最大值90%以上之強度之雷射光束23的溫度範圍係比調節前擴大。如此，波長轉換裝置1係藉由第7圖所示之程序的調節，可降低SHG結晶11的溫度變化所造成之雷射光束23的強度的變化，且可使雷射光束23的強度穩定化。
再者，波長轉換裝置1調節後之雷射光束23的強度的最大值係與調節前之雷射光束23的強度的最大值相同。波長轉換裝置1即便進行第7圖所示之程序的調節，亦可輸出較高強度的雷射光束23。
在一個例中，SHG結晶11係在第一型非臨 界相位匹配(noncritical phase matching，NCPM)條件下進行波長轉換的LBO結晶，並且雷射光束21的第一波長為1064nm時，SHG結晶11設定溫度大約為150℃。在NCPM條件下的波長轉換，可降低屬於基本波與高次諧波之進行方向偏離的走離(walk-off)，且可擴大角度容許寬度。如此，當SHG結晶11的設定溫度與室溫的溫度差較大時，難以精確控制SHG結晶11溫度，故而SHG結晶11溫度容易偏離設定溫度而變化。實施形態1的波長轉換裝置1，即使在SHG結晶11溫度變化容易之情形，亦可使雷射光束23強度穩定化，並且可輸出較高強度的雷射光束23。
根據實施形態1，波長轉換裝置1係藉由使透鏡15移動的移動機構30，來進行將雷射光束23強度的峰值設為單一峰值的調節。波長轉換裝置1係藉由移動機構30的調節，從而可降低SHG結晶11溫度變化所造成之雷射光束23強度的變化。再者，波長轉換裝置1係可輸出較高強度的雷射光束23。藉此，波長轉換裝置1係達成可達成輸出的高次諧波之強度的提升及穩定化的效果。
第9圖係顯示針對由第1圖所示之移動機構30所進行之調節的變形例之圖。在變形例中，移動機構30係改變SHG結晶11的雷射光束21的光束直徑，藉此調節SHG結晶11中之自雷射光束21至雷射光束22的轉換效率η。
在變形例中，波長轉換裝置1係具備有包含複數個透鏡15的聚光光學系統36，以取代第1圖所示 之聚光光學系統13。第9圖所示之聚光光學系統36係具備有屬於光學元件的三個透鏡15A、15B、15C。各透鏡15A、15B、15C係被支持器31支持。
移動機構30係可在Z軸方向中個別地移動各透鏡15A、15B、15C。移動機構30係個別地移動各透鏡15A、15B、15C，藉此光束腰部35不移動，就可放大及縮小光束腰部35的光束直徑。另外，聚光光學系統36所具備的光學元件數量不限為三個，亦可為兩個或四個以上。
移動機構30係改變SHG結晶11中之雷射光束21的光束直徑，從而改變有效光束直徑Weff。在變形例中，亦與光束腰部35移動時同樣地，可進行由移動機構30所進行之波長轉換裝置1的調節。
實施形態2
第10圖係顯示本發明之實施形態2的波長轉換裝置40的概略構成之圖。波長轉換裝置40係設置有使屬於第一非線性媒介的SHG結晶11移動的移動機構41，以取代第1圖所示之移動透鏡15的移動機構30。於實施形態1相同之部分係標示相同的符號，且省略重複的說明。
移動機構41係調節SHG結晶11中之自雷射光束21至雷射光束22的轉換效率的調節手段。移動機構41係在直線方向中移動保持SHG結晶11的支持器42。在一個例子中，移動機構41係包含：馬達及使馬達的旋轉運動轉換成直線運動的機構。控制電路26係控制移動機構 41的驅動。
第11圖係針對第10圖所示之SHG結晶的雷射光束21加以說明的第一個圖。第12圖係針對第10圖所示之SHG結晶的雷射光束21加以說明的第二個圖。
當移動機構41使SHG結晶11自第11圖所示的狀態朝正Z方向移動時，SHG結晶11中之光束腰部35位置係朝負Z方向移動。光束腰部35的移動，藉此有效光束直徑Weff係相較於第11圖所示的狀態增強。如此，移動機構41係以朝Z軸方向移動SHG結晶11的方式，從而改變SHG結晶11中之雷射光束21的聚焦程度。在實施形態2中，移動機構41係不改變SHG結晶11之後的雷射光束21的擴展，即可改變SHG結晶11中之雷射光束21的聚焦程度。
第13圖係顯示調節實施形態2的SHG結晶11的轉換效率的程序之例的流程圖。第11圖所示之移動機構41係以光束腰部35的位置成為Z軸方向之SHG結晶11的中心位置的型態來設定SHG結晶11位置，並使SHG結晶11中之雷射光束21的有效光束直徑Weff為最小值。藉此，在步驟S11中，移動機構41係設定：屬於第三光束的雷射光束23的強度與SHG結晶11的溫度的對應關係下的強度峰值為複數個峰值的狀態。藉由步驟S11的設定，雷射光束23的強度與SHG結晶11的溫度的對應關係為第4圖所例示的對應關係。在進行過步驟S11之設定的狀態中的雷射光束23的強度的最大值為Pmax。
在步驟S12中，移動機構41係以朝負Z方向移動SHG結晶11的方式，從而擴大屬於第一光束的雷射光束21之SHG結晶11的有效光束直徑Weff。移動機構41係擴大有效光束直徑Weff，從而調節SHG結晶11中之自雷射光束21至第二光束的雷射光束22的轉換效率η。另外，在步驟S12中，移動機構41亦可將朝負Z方向取代成朝正Z方向移動SHG結晶11。該情形，移動機構41亦可擴大有效光束直徑Weff。
在步驟S13中，溫度控制器24係根據設定溫度來控制SHG結晶11的溫度，而光檢測器27檢測與設定溫度相對應之雷射光束23的強度。光檢測器27係量測每個SHG結晶11設定溫度的雷射光束23的強度。在步驟S14中，係判斷在SHG結晶11的設定溫度與光檢測器27所量測之雷射光束23的強度的對應關係中，雷射光束23的強度的峰值是否為單一峰值。
當強度的峰值並非單一時(步驟S14：否(No))，強度的峰值仍是複數個峰值，所以返回至步驟S12的程序。移動機構41係再次進行藉由有效光束直徑Weff擴大的轉換效率η之調節。
當強度的峰值為單一時(步驟S14：示(Yes))，往步驟S15的程序前進。在步驟S15中，判斷雷射光束23的峰值時的強度是否為Pmax-△P以上。
當雷射光束23的峰值時的強度為Pmax-△P以上時(步驟S15：是(Yes))，在步驟S16中，控制電路26係對SHG結晶11的設定溫度，設定雷射光束23的強度為峰值時的溫度。因此，波長轉換裝置40結束SHG結晶11中之自雷射光束21至雷射光束22之轉換效率η的調節。
當雷射光束23的峰值時的強度為未達Pmax-AP時(步驟S15：否(No))，在步驟S17中，移動機構41係藉由朝正Z方向移動SHG結晶11，來縮小SHG結晶11中之雷射光束21的有效光束直徑Weff。移動機構41係縮小有效光束直徑Weff，從而再次調節SHG結晶11中的轉換效率η。並且，返回到步驟S13的程序。
根據實施形態2，波長轉換裝置40係藉由移動SHG結晶11的移動機構41來進行將雷射光束23的強度的峰值設為單一峰值的調節。波長轉換裝置40係利用移動機構41所進行的調節，從而可降低因受SHG結晶11的溫度變化所造成之雷射光束23的強度的變化。再者，波長轉換裝置40係可輸出較高強度的雷射光束23。藉此，波長轉換裝置40係達成能夠提升及穩定化輸出的高次諧波之強度的效果。
實施形態3
第14圖係顯示本發明之實施形態3的波長轉換裝置50的概略構成之圖。在波長轉換裝置50中，屬於第一非線性媒介的SHG結晶11及屬於第二非線性媒介的THG結晶12係設置在光共振器61的內部。與實施形態1及實施形態2相同的部分係標示相同的符號，且省略重複說明。
波長轉換裝置50係具備有：射出激勵光60 的激勵光源51，以及受激勵光60所激勵而射出屬於第一光束且屬於脈衝雷射光束的雷射光束21的雷射媒介56。再者，波長轉換裝置50係具備有：在內部配置有雷射媒介56、SHG結晶11及THG結晶12的光共振器61。兩個共振鏡55、59係構成光共振器61。
激勵光源51的一例為半導體雷射。在實施形態3中，激勵光60的波長為808nm。控制電路26係控制激勵光源51的驅動。從激勵光源51所射出的激勵光60係由光纖52傳遞。激勵光學系統54係使從光纖52之射出端53所射出的激勵光60聚焦。共振鏡55係具備有：透射包含激勵光60波長之波長區域的光線，並且反射包含第一波長及第二波長之波長區域的光線的特性。共振鏡55係透射來自激勵光學系統54的激勵光60。
雷射媒介56、Q開關元件57、波長分離元件58、THG結晶12以及SHG結晶11係設置在兩個共振鏡55、59間的光路。雷射媒介56係藉由激勵光60的吸收來形成激勵狀態，且隨著自激勵狀態開始的能量狀態的遷移產生自然發射光線。雷射媒介56係藉由受激發射放大往返在兩個共振鏡55、59間的自然發射光線，並射出基本波的雷射光束21。雷射媒介56係屬於參雜有釹(neodymium)或鏡(ytterbium)之雷射結晶的YAG結晶或YVO4結晶。
Q開關元件57係藉由Q開關振盪產生雷射光束21。另外，在波長轉換裝置50中，亦可不設置Q開關元件57。
波長分離元件58係設置於Q開關元件57與THG結晶12之間。波長分離元件58係具備有：透射包含第三波長之波長區域的光線，並且反射包含第一波長及第二波長之波長區域的光線之特性。波長分離元件58係將來自THG結晶12的雷射光束21、22、23予以分離成雷射光束23及雷射光束21、22。而且，波長分離元件58係使來自Q開關元件57的雷射光束21、22行進至THG結晶12。波長分離元件58的一個例子為二向分色鏡。
波長轉換裝置50係射出經透射過波長分離元件58的雷射光束23。另外，波長分離元件58亦可具備有：反射第三波長的光線且透射第一波長光線及第二波長光線的特性。波長分離元件58只要能夠根據波長的不同來分離光線即可，亦可為二向分色鏡以外的光學元件。波長分離元件58亦可為利用隨波長不同的光線折射率之不同來分離光線的棱鏡。
共振鏡59係具備有：反射包含第一波長及第二波長之波長區域的光線的特性。SHG結晶11係射入有：來自共振鏡59的雷射光束21、22，及來自THG結晶12的雷射光束21、22。SHG結晶11係將雷射光束21轉換成第二光束且屬於脈衝雷射光束的雷射光束22。SHG結晶11係射出產生出的雷射光束22，及未轉換成雷射光束22而剩餘的雷射光束21。再者，SHG結晶11係透射由THG結晶12或共振鏡59射入的雷射光束22。
THG結晶12係射入有：來自波長分離元件 58的雷射光束21、22，以及來自SHG結晶11的雷射光束21、22。THG結晶12係將雷射光束21、22轉換成第三光束且屬於雷射光束的雷射光束23。THG結晶12係射出產生出的雷射光束23，及未轉換成雷射光束23而剩餘的雷射光束21、22。
雷射光束21、22係在兩個共振鏡55、59之間往復。兩個共振鏡55、59亦可為：以在SHG結晶11形成光束腰部的方式設定曲率半徑的曲面形狀。
再者，波長轉換裝置50係與實施形態2同樣地具備有：移動SHG結晶11的移動機構41。屬於調節手段的移動機構41係以移動SHG結晶11的方式，調節在SHG結晶11中之自雷射光束21至雷射光束22的轉換效率。另外，波長轉換裝置50亦可具備第1圖所示的移動機構30，來取代移動機構41。該情形，屬於調節手段的移動機構30係與實施形態1同樣地，以移動使雷射光束21聚焦之光學元件的透鏡15的方式，來調節SHG結晶11中的轉換效率η。移動機構30係與實施形態1的變形例同樣地，亦可藉由各別地移動屬於光學元件的複數個透鏡15，從而調節轉換效率η。
根據實施形態3，波長轉換裝置50係與實施形態1及實施形態2同樣地，達成可使輸出的高次諧波之強度的提升及穩定化的效果。
實施形態4
第15圖係顯示本發明之實施形態4的波長轉換裝置 70的概略構成之圖。在波長轉換裝置70係設置有脈衝雷射光源71及頻率控制器72，以取代第10圖所示之實施形態2的雷射光源10。波長轉換裝置70當中，除脈衝雷射光源71及頻率控制器72以外的構成係與在實施形態2的波長轉換裝置40中之雷射光源10以外的構成相同。實施形態1與實施形態2相同部分係標示相同的符號，並省略重複說明。
脈衝雷射光源71係射出第一光束且屬於脈衝雷射光束的雷射光束21的雷射光源。頻率控制器72係以調節脈衝雷射光源71的驅動時序的方式，控制由脈衝雷射光源71所射出雷射光束21之頻率的脈衝振盪頻率。控制電路26係控制頻率控制器72。SHG結晶11係將雷射光束21予以轉換成第二光束且屬於脈衝雷射光束的雷射光束22。THG結晶12係將雷射光束21、22予以轉換成第三光束且屬於脈衝雷射光束的雷射光束23。
再者，波長轉換裝置70係與實施形態2同樣地具備有移動SHG結晶11的移動機構41。移動機構41係藉由移動SHG結晶11，而調節SHG結晶11中之自雷射光束21至雷射光束22之轉換效率η的調節手段。在實施形態4中，移動機構41係與實施形態2同樣地調節轉換效率η，而且在雷射光束21的脈衝振盪頻率被變更時亦調節轉換效率η。移動機構41係在雷射光束21的脈衝振盪頻率被變更時，以調節轉換效率η的方式，使SHG結晶11的溫度下的雷射光束23之強度的溫度依存性為顯示單一 極大值，並且維持顯示該極大值之SHG結晶11的溫度與顯示雷射光束22之強度為極大值之SGH結晶11的溫度為相同的狀態。
脈衝雷射光源71的平均輸出為恆定時，脈衝振盪頻率愈高，則從脈衝雷射光源71所射出之每個脈衝的雷射光束21強度愈降低。脈衝振盪頻率變高，藉此射入至SHG結晶11之雷射光束21強度降低時，SHG結晶11中之自雷射光束21至雷射光束22的轉換效率η變低。再者，當脈衝雷射光源71的平均輸出為恆定時，脈衝振盪頻率愈低，則從脈衝雷射光源71所射出之每個脈衝的雷射光束21強度愈上昇。脈衝振盪頻率變低，藉此射入至SHG結晶11之雷射光束21強度上昇時，SHG結晶11中之自雷射光束21至雷射光束22的轉換效率η變高。
在此，當某數值F1被設定成脈衝振盪頻率時，藉由第13圖所示的程序調節波長轉換裝置70。在進行第13圖所示之程序之調節的波長轉換裝置70中，當脈衝振盪頻率變更成比F1為較高數值的F2時，SHG結晶11中之自雷射光束21至雷射光束22的轉換效率η變低。轉換效率η的變低，藉此維持雷射光束23強度的峰值為單一峰值，另一方面會有雷射光束23強度的最大值為比Pmax為較低之情形。此時，會有從波長轉換裝置70所輸出之雷射光束23強度變低的情形。
波長轉換裝置70，當脈衝振盪頻率為變更成比過往調節時之F1為較高數值的F2時，藉由第13圖 所示的程序，可再調整SHG結晶11的轉換效率η。由於雷射光束23強度的峰值維持為單一峰值，故此在再次調節中，亦可略過第13圖所示之步驟S11至步驟S14，而實施自步驟S15起的程序。
另一方面，在進行第13圖所示之程序之調節的波長轉換裝置70中，當脈衝振盪頻率為變更成比F1為較低數值的F3時，SHG結晶11中之自雷射光束21至雷射光束22的轉換效率η變高。轉換效率η的變高，藉此雷射光束23強度的峰值會有從單一峰值變化成複數個峰值的情形。此時，從SHG結晶11所射出之雷射光束21強度降低，從而會有在THG結晶12產生之雷射光束23強度變低的情形。再者，雷射光束23強度的峰值成為複數個峰值，從而會有因受SHG結晶11溫度變化所造成之雷射光束23強度變化變大的情形。
波長轉換裝置70，當脈衝振盪頻率為變更成比過往調節時之F1為較低數值的F3時，藉由第13圖所示的程序，可再次調節SHG結晶11的轉換效率η。由於雷射光束23的強度的峰值會有從單一峰值變化成複數個峰值的情形，故此在再次調節中，與實施形態2同樣地，實施自步驟S11起的程序。
如此，波長轉換裝置70係在脈衝振盪頻率被變更時，再次調節SHG結晶11的轉換效率η，從而可輸出較高強度的雷射光束23，並且可降低因受SHG結晶11的溫度變化所造成之雷射光束23強度的變化。
波長轉換裝置70亦可具備取代移動機構41之第1圖所示的移動機構30。該情形，波長轉換裝置70係設置有取代第1圖所示的實施形態1之雷射光源10的脈衝雷射光源71及頻率控制器72。波長轉換裝置70當中，脈衝雷射光源71及頻率控制器72以外的構成係與實施形態1的波長轉換裝置1中之雷射光源10以外的構成相同。
作為調節手段的移動機構30，當射出雷射光束21的頻率被變更時，以移動屬於使雷射光束21聚焦之光學元件的透鏡15的方式，調節SHG結晶11中之自雷射光束21至雷射光束22的轉換效率η。與實施形態1同樣地，移動機構30係如第2圖及第3圖所示方式移動光束腰部35的位置，來改變SHG結晶11中之雷射光束21的有效光束直徑Weff。藉此，移動機構30進行調節轉換效率η。
與實施形態1的變形例同樣地，移動機構30亦可各別地移動屬於光學元件的複數個透鏡15。在第9圖所示之例中，移動機構30係在具備有三個透鏡15A、15B、15C的聚光光學系統36中，在Z軸方向中各別地移動各透鏡15A、15B、15C。移動機構30係各別地移動各透鏡15A、15B、15C，藉此可設光束腰部35中之光束直徑的擴大與縮小。移動機構30係不移動光束腰部35，就改變SHG結晶11中之雷射光束21的有效光束直徑Weff。藉此，移動機構30調節轉換效率η。
實施形態3的波長轉換裝置50，當改變Q 開關元件57中的Q開關振盪頻率時，與實施形態4的波長轉換裝置70同樣地亦可再次調節轉換效率η。屬於波長轉換裝置50之調節手段的移動機構41或移動機構30係在射出雷射光束21之頻率被變更時，調節轉換效率η。波長轉換裝置50係可輸出較高強度的雷射光束23，並且可降低因受SHG結晶11的溫度變化所造成之雷射光束23的強度的變化。
根據實施形態4，波長轉換裝置70係在射出雷射光束21之頻率被變更時，藉由調節手段來調節轉換效率η。波長轉換裝置70係調節轉換效率η，從而可降低因受SHG結晶11的溫度變化所造成之雷射光束23的強度的變化。再者，波長轉換裝置70係可輸出較高強度的雷射光束23。藉此，波長轉換裝置70係達成可使輸出的高次諧波之強度的提升及穩定化的效果。
以上實施形態所示的構成係顯示本發明內容的一例，亦可與其他習知技術結合，在不脫離本發明的要旨的範圍，亦可省略、變更構成的一部分。

Claims (10)

  1. 一種波長轉換裝置，係具備有：第一非線性媒介，係將屬於脈衝振盪之基本波的第一光束轉換成屬於前述基本波之高次諧波的第二光束；第二非線性媒介，係根據前述第二光束及透射過前述第一非線性媒介的前述第一光束來產生第三光束；調節手段，係調節自前述第一光束至前述第二光束的轉換效率；以及光學元件，係在前述第一非線性媒介使前述第一光束聚焦；當前述第一光束的脈衝振盪頻率被變更時，前述調節手段即以改變前述光學元件與前述第一非線性媒介之間的距離的方式調節前述轉換效率，藉此維持下述之狀態，亦即：使在前述第一非線性媒介之溫度下的前述第三光束之強度的溫度依存性為顯示單一極大值，並且維持顯示前述極大值之前述第一非線性媒介的溫度與顯示前述第二光束之強度為極大值的前述第一非線性媒介的溫度為相同的狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的波長轉換裝置，其中前述調節手段係進行：將前述第三光束之強度的峰值予以自複數個峰值變化成顯示前述極大值之單一峰值的調節。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的波長轉換裝置，其中，前述第一光束係在前述第一非線性媒介聚焦，前述調節手段係以移動前述第一光束之聚焦的位置的方式調節前述轉換效率。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的波長轉換裝置，其中，前述調節手段係移動前述光學元件的移動機構。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的波長轉換裝置，其中，前述調節手段係使前述第一非線性媒介的移動機構。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的波長轉換裝置，其中，前述調節手段係從前述第一光束之中心軸的方向之前述第一非線性媒介的中心位置，移動前述第一光束所聚焦的位置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的波長轉換裝置，其中，前述調節手段係從前述第一光束之中心軸的方向之前述第一非線性媒介的中心位置，移動前述第一光束所聚焦的位置。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述的波長轉換裝置，其中，前述調節手段係改變前述第一非線性媒介中之前述第一光束的光束直徑，藉此調節前述轉換效率。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述的波長轉換裝置，更具備： 射出前述第一光束的脈衝雷射光源。
  10. 如申請專利範圍第1或2項所述的波長轉換裝置，更具備有：激勵光源，係射出激勵光；雷射媒介，係受前述激勵光所激勵，且射出前述第一光束；以及光共振器，係在內部配置有前述雷射媒介、前述第一非線性媒介及前述第二非線性媒。
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