JP3234052B2 - Laser wavelength converter - Google Patents
Laser wavelength converterInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、発振されたレーザビー
ムを非線形光学結晶に透過させることにより波長変換す
るレーザ波長変換装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser wavelength converter for converting a wavelength of an oscillated laser beam by transmitting the laser beam through a nonlinear optical crystal.
【0002】[0002]
【従来の技術】レーザ発振装置において、レーザビーム
の発振波長を非線形光学結晶に透過させて高調波を発生
させ、これにより波長変換することが行われている。こ
のような波長変換では、非線形光学結晶内におけるレー
ザビームのパワー密度の高い方が、波長変換効率が高
い。そこで、非線形光学結晶に入射するレーザビームを
レンズ等により集光してパワー密度を高くし、変換効率
を高くすることが行われている。2. Description of the Related Art In a laser oscillation apparatus, a laser beam is transmitted through a nonlinear optical crystal to generate a harmonic, thereby converting the wavelength. In such wavelength conversion, the higher the power density of the laser beam in the nonlinear optical crystal, the higher the wavelength conversion efficiency. Therefore, a laser beam incident on the nonlinear optical crystal is condensed by a lens or the like to increase the power density and increase the conversion efficiency.
【0003】このように波長変換に使用される非線形光
学結晶は、レーザビームの入出射端面が光学研磨され、
その上に反射防止コーティングが施されている。このよ
うに光学研磨された入出射端面や反射防止コーティン
グ、さらには結晶自体は、高いパワー密度のレーザビー
ムの照射によって損傷を受けてしまい、長時間安定して
波長変換を持続することは困難となっている。As described above, the nonlinear optical crystal used for wavelength conversion has a laser beam incident / exit end face which is optically polished.
An anti-reflective coating is applied thereon. The optically polished input / output end face, anti-reflection coating, and even the crystal itself are damaged by the irradiation of the high power density laser beam, and it is difficult to maintain stable wavelength conversion for a long time. Has become.
【0004】波長変換により赤外線のレーザビームを紫
外線の領域まで波長変換し、この紫外線領域のレーザビ
ームを加工等に利用することが試みられているが、これ
を実用化するあたっては、高いパワー密度のレーザビー
ムの照射による非線形光学結晶の劣化により安定して加
工ができなくなっている。Attempts have been made to convert an infrared laser beam to an ultraviolet region by wavelength conversion and to use the laser beam in the ultraviolet region for processing or the like. Due to the deterioration of the nonlinear optical crystal due to the irradiation of the laser beam with a high density, stable processing cannot be performed.
【0005】このように非線形光学結晶の劣化により長
時間安定して波長変換を持続することができないので、
これを解決するために、非線形光学結晶自体の材料を改
良したり、表面コートの改良を行っているが、上記の如
く照射されるレーザビームのパワー密度が高い方が波長
変換効率が高くなるので、非線形光学結晶の損傷ぎりぎ
りまでレーザビームのパワー密度を高くして利用するこ
とが多い。このため、レーザ波長変換装置の信頼性は、
非線形光学結晶により低下する要因となっている。As described above, the wavelength conversion cannot be stably continued for a long time due to the deterioration of the nonlinear optical crystal.
In order to solve this, the material of the nonlinear optical crystal itself has been improved or the surface coating has been improved.However, as described above, the higher the power density of the irradiated laser beam, the higher the wavelength conversion efficiency. In many cases, the power density of the laser beam is increased to the level just before damage to the nonlinear optical crystal. Therefore, the reliability of the laser wavelength converter is
This is a factor that is reduced by the nonlinear optical crystal.
【0006】このようなことから波長の変換効率を改良
する技術として、特開平4−39975号公報がある。
この技術は、平行平板を、その法線と傾いた方向が回転
軸の方向となるように回転可能に取り付けてある部材を
設け、レーザビームの非線形結晶を通過する位置を、円
形状に走査して温度分布を均一化したものとなってい
る。[0006] As a technique for improving the wavelength conversion efficiency based on the above, there is Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-39975.
In this technique, a parallel plate is provided with a member that is rotatably mounted so that the direction inclined with respect to the normal line is the direction of the rotation axis, and the position where the laser beam passes through the nonlinear crystal is scanned in a circular shape. Thus, the temperature distribution is made uniform.
【0007】しかしながら、この技術では、温度分布の
均一化において見掛け上効果があるものの、その温度分
布は円形走査の中心位置では高い温度となり、円周位置
では低い温度分布を形成する。However, in this technique, although there is an apparent effect in making the temperature distribution uniform, the temperature distribution has a high temperature at the center position of the circular scanning and a low temperature distribution at the circumferential position.
【0008】このため、非線形光学結晶を通過するレー
ザビームは、絶えず温度勾配方向が変化するところを通
過して波長変換を行うことになり、回転角の方向によっ
ては位相整合条件が結晶の温度勾配に基づく屈折率勾配
の存在のために最適角度からずれてしまう。このため、
位相整合角度の許容範囲が小さい非線形光学結晶では、
波長変換効率が低下する。For this reason, the laser beam passing through the nonlinear optical crystal constantly undergoes wavelength conversion by passing through a place where the temperature gradient direction changes, and depending on the direction of the rotation angle, the phase matching condition is determined by the temperature gradient of the crystal. Deviates from the optimal angle due to the presence of the refractive index gradient based on For this reason,
In a nonlinear optical crystal with a small allowable range of the phase matching angle,
The wavelength conversion efficiency decreases.
【0009】従って、平行平板の回転中どの位置におい
ても波長変換作用を行う連続的レーザ出力の波長変換で
は、回転角方位によって位相整合角の中心位置から外
れ、波長変換効率が低下し、出力安定度の低下をもたら
す。Accordingly, in the wavelength conversion of the continuous laser output which performs the wavelength conversion at any position during the rotation of the parallel plate, the wavelength conversion efficiency deviates from the center position of the phase matching angle depending on the rotation angle azimuth, and the output stability is reduced. Degree of decline.
【0010】又、他の技術として特開平4−82284
号公報は、非線形光学結晶を回転可能に取り付け、非線
形光学結晶を回転させて温度の拡散を図り、温度上昇を
防止するものである。しかしながら、この技術では、上
記同様に結晶方位がレーザビームの偏光方向に対して回
転して定まらず、波長変換効率が低下する。Another technique is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-82284.
In the publication, a nonlinear optical crystal is rotatably mounted, and the nonlinear optical crystal is rotated to diffuse the temperature and prevent the temperature from rising. However, in this technique, the crystal orientation is not determined by rotation with respect to the polarization direction of the laser beam as described above, and the wavelength conversion efficiency is reduced.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】以上のようにレーザビ
ームのパワー密度を高めて連続的にレーザビームの波長
変換を行うと、結晶の温度上昇や反射防止コーティング
が損傷し、高い信頼性が得られない。As described above, when the power density of the laser beam is increased to continuously convert the wavelength of the laser beam, the temperature of the crystal rises and the antireflection coating is damaged, so that high reliability is obtained. I can't.
【0012】これを解決するために非線形光学結晶を回
転させる方法では、位相整合の取れる偏光方向と結晶方
位との関係が満足されない場合が生じる。そこで本発明
は、非結晶光学結晶におけるレーザビームによる発熱を
分散させ、かつ位相整合に必要なレーザビームの偏光方
向と結晶方位とを保持して安定な波長変換ができるレー
ザ波長変換装置を提供することを目的とする。In order to solve this problem, in the method of rotating the nonlinear optical crystal, there may be cases where the relationship between the polarization direction in which phase matching can be achieved and the crystal orientation is not satisfied. Therefore, the present invention provides a laser wavelength conversion device capable of dispersing heat generated by a laser beam in an amorphous optical crystal, and maintaining a polarization direction and a crystal orientation of the laser beam necessary for phase matching and performing stable wavelength conversion. The purpose is to:
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】請求項1によれば、非線
形光学結晶にレーザビームを透過させて第4高調波を出
力させるレーザ波長変換装置において、ビームスプリッ
タを介して対向配置される一対の共振器ミラーと、これ
ら共振器ミラーのうち一方の共振器ミラーとビームスプ
リッタとの間に配置されるレーザロッドと、このレーザ
ロッドとビームスプリッタとの間に配置される第1の平
行平板透過板と、平行平板透過板と他方の共振器ミラー
との間に配設される第2高調波発生用の非線形光学結晶
と、ビームスプリッタの出力光路上に配置される第4高
調波発生用の非線形光学結晶と、この非線形光学結晶の
透過光路上に配置される第2の平行平板透過板と、第1
の平行平板透過板と第2の平行平板透過板とを、それぞ
れ当該第1と第2の平行平板透過板とをそれぞに透過す
るレーザビームのシフトが互いに180度反対となるよ
うに所定角度範囲で往復回動により振動させる振動機構
とを具備し、第2高調波発生用と第4高調波発生用との
各非線形光学結晶は、高調波発生の位相整合条件の角度
敏感な結晶方位が第1と第2の平行平板透過板との往復
回動により振動するレーザビームの振動方向に対して同
じ方向となるように配置して上記目的を達成しようとす
るレーザ波長変換装置である。According to the first aspect of the present invention, a non-linear
The fourth harmonic is emitted by transmitting a laser beam through a shaped optical crystal.
Beam splitter in the laser wavelength converter
A pair of resonator mirrors that are arranged to face each other
One of the resonator mirrors and the beam
A laser rod placed between the laser
A first flat plate disposed between the rod and the beam splitter;
Line plate transmission plate, parallel plate transmission plate and the other resonator mirror
Nonlinear optical crystal for second harmonic generation disposed between
And a fourth height arranged on the output optical path of the beam splitter.
A nonlinear optical crystal for generating harmonics, and
A second parallel plate transmission plate disposed on the transmission light path;
And the second parallel plate transmission plate
Respectively transmitting the first and second parallel plate transmission plates.
Laser beam shifts are 180 degrees opposite each other
A vibration mechanism that vibrates by reciprocating rotation within a predetermined angle range
And a second harmonic generation and a fourth harmonic generation.
Each nonlinear optical crystal has an angle of the phase matching condition of harmonic generation.
Reciprocating between the first and second parallel plate transmission plates with sensitive crystal orientation
Same as the direction of vibration of the laser beam oscillating by rotation
This is a laser wavelength converter that is arranged so as to be in the same direction to achieve the above object.
【0014】[0014]
【0015】[0015]
【0016】[0016]
【作用】請求項1によれば、レーザロッドとビームスプ
リッタとの間に配置される第1の平行平板透過板は振動
しているので、第2高調波発生用の非線形光学結晶を透
過するレーザビームの光路は、その振動範囲に広がる。
このレーザビームは、上記非線形光学結晶を透過して第
2高調波に変換されてビームスプリッタから放出され、
続いて第4高調波発生用の非線形光学結晶に入射し、こ
こで第4高調波に変換される。この非線形光学結晶を透
過して第4高調波に変換されたレーザビームは、第2の
平行平板透過板に入射し、ここで元の光路位置に戻って
出力される。この場合、レーザビームの偏光方向に関し
ては、第2高調波発生用と第4高調波発生用の各非線形
光学結晶の結晶方向が位相整合の取れる方位に設定さ
れ、この状態で第1の平行平板透過板が振動してレーザ
ビームの光路をシフトしても、レーザ発振偏光方向と第
1と第2の非線形光学結晶との関係は変化せず、高調波
発生の位相整合条件を保持し続ける。 According to the first aspect, the laser rod and the beam spout
The first parallel flat transmission plate disposed between the first and second liters vibrates.
Through the nonlinear optical crystal for second harmonic generation.
The optical path of the passing laser beam spreads over its oscillation range.
This laser beam passes through the nonlinear optical crystal and
Converted into two harmonics and emitted from the beam splitter,
Subsequently, the light enters the nonlinear optical crystal for generating the fourth harmonic, and
Here, it is converted to the fourth harmonic. This nonlinear optical crystal is transmitted through
The laser beam, which has been converted to the fourth harmonic,
The light enters the parallel plate transmission plate and returns to the original optical path position.
Is output. In this case, the polarization direction of the laser beam is
For each of the second harmonic generation and the fourth harmonic generation
The crystal direction of the optical crystal is set to an orientation that allows phase matching.
In this state, the first parallel plate transmission plate vibrates and the laser
Even if the optical path of the beam is shifted, the lasing polarization direction and the
The relationship between the first and second nonlinear optical crystals does not change,
Continue to maintain the phase matching condition of occurrence.
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【実施例】以下、本発明の第1の実施例について図面を
参照して説明する。図1はレーザ波長変換装置の構成図
である。レーザ共振器ミラー1、2は、周波数f(波長
λ)で高い反射率を有し、周波数2fで透過率の高い分
光特性を有するもので、それぞれ対向配置されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a laser wavelength converter. The laser resonator mirrors 1 and 2 have high reflectance at the frequency f (wavelength λ) and spectral characteristics with high transmittance at the frequency 2f, and are arranged to face each other.
【0019】これらレーザ共振器ミラー1、2の間に
は、レーザロッド3が配置されている。このレーザロッ
ド3は、周波数fの光で発振利得を持っている。このレ
ーザロッド3には、レーザ励起用のランプ4が並設され
ている。A laser rod 3 is arranged between the laser resonator mirrors 1 and 2. This laser rod 3 has an oscillation gain with light having a frequency f. A laser excitation lamp 4 is provided in parallel with the laser rod 3.
【0020】又、レーザ共振器内におけるレーザロッド
3とミラー1との間には、Qスイッチ素子5及び偏光板
6が配置されている。なお、Qスイッチ素子5は、ドラ
イバ7により動作するものとなっている。A Q-switch element 5 and a polarizing plate 6 are arranged between the laser rod 3 and the mirror 1 in the laser resonator. Note that the Q switch element 5 is operated by the driver 7.
【0021】又、レーザ共振器内におけるレーザロッド
3とミラー2との間には、モード制御用のアパーチャ
8、非線形光学結晶9、及びレーザビーム光路シフト用
としての平行平板透過板10が配置されている。Between the laser rod 3 and the mirror 2 in the laser resonator, there are disposed an aperture 8 for mode control, a nonlinear optical crystal 9, and a parallel plate transmission plate 10 for shifting the optical path of the laser beam. ing.
【0022】このうち平行平板透過板10は、振動機構
11に連結され、その回転軸が往復回動、つまり振動す
るものとなっている。具体的には、ガルバノミラースキ
ャナー等に用いられるスキャナ機構と同様の機構となっ
ている。The parallel plate transmission plate 10 is connected to a vibration mechanism 11, and the rotation axis thereof reciprocates, that is, vibrates. Specifically, it is a mechanism similar to a scanner mechanism used for a galvanometer mirror scanner or the like.
【0023】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。レーザ励起用のランプ4が点灯してレー
ザロッド3が励起され、この励起によりレーザ発振利得
が得られると、レーザ遷移波長λでレーザ発振が起き
る。このときのレーザ発振光路は、平行平板透過板1
0、アパーチャ8、レーザロッド3、レーザ共振器ミラ
ー1、2等により決まる。Next, the operation of the above-configured device will be described. When the laser excitation lamp 4 is turned on to excite the laser rod 3 and a laser oscillation gain is obtained by this excitation, laser oscillation occurs at the laser transition wavelength λ. At this time, the laser oscillation optical path is parallel plate transmission plate 1.
0, aperture 8, laser rod 3, laser resonator mirrors 1, 2, etc.
【0024】ここで、平行平板透過板10の法線方向
が、レーザビームの光軸と一致していれば、平行平板透
過板10でのレーザビーム軸はアパーチャ8の中心軸上
にのって光軸のシフトは起こらない。If the normal direction of the parallel plate transmission plate 10 coincides with the optical axis of the laser beam, the laser beam axis of the parallel plate transmission plate 10 is placed on the center axis of the aperture 8. No optical axis shift occurs.
【0025】ところが、平行平板透過板10が振動機構
11の振動駆動により図2に示すように角度aに傾け
ば、発振光軸は、アパーチャ7の中心軸位置Aから横方
向に平行にシフトし、その光軸位置はA1となる。However, if the parallel plate transmission plate 10 is tilted at an angle a as shown in FIG. 2 by the vibration drive of the vibration mechanism 11, the oscillation optical axis shifts from the center axis position A of the aperture 7 in the horizontal direction. The optical axis position is A1.
【0026】又、平行平板透過板10が角度bに傾け
ば、発振光軸は、アパーチャ8の中心軸位置Aから横方
向に平行にシフトし、その光軸位置はA2となる。この
ようにして平行平板透過板10が角度a〜bの範囲で高
速に往復回動、つまり振動すると、非線形光学結晶9を
透過するレーザビームの光路は、その振動範囲に広が
る。When the parallel plate transmission plate 10 is inclined at the angle b, the oscillation optical axis shifts in the horizontal direction from the central axis position A of the aperture 8 and the optical axis position becomes A2. When the parallel plate transmission plate 10 reciprocates at a high speed in the range of the angles a to b, that is, vibrates in this manner, the optical path of the laser beam transmitted through the nonlinear optical crystal 9 spreads in the vibration range.
【0027】一方、レーザビームの偏光方向に関して
は、偏光板6で規定されている。又、非線形光学結晶9
の結晶方向も位相整合の取れる方位に設定されており、
この状態で平行平板透過板10が上記の如く振動してレ
ーザビームの光路をシフトさせても、レーザ発振偏光方
向と非線形光学結晶9との関係は変化せず、高調波発生
の位相整合条件を保持し続けることができる。On the other hand, the polarization direction of the laser beam is defined by the polarizing plate 6. In addition, the nonlinear optical crystal 9
The crystal direction is also set to an orientation that allows phase matching,
In this state, even if the parallel plate transmission plate 10 vibrates as described above and shifts the optical path of the laser beam, the relationship between the laser oscillation polarization direction and the nonlinear optical crystal 9 does not change, and the phase matching condition for harmonic generation is changed. You can keep holding.
【0028】従って、レーザビームは、非線形光学結晶
9により高調波に変換され、波長変換されたレーザビー
ム12として出力される。このように上記第1の実施例
においては、レーザ共振器内における非線形光学結晶9
内にレーザビームを透過させて高調波を発生させて波長
変換する際に、非線形光学結晶9のレーザビームの入射
側に配置された平行平板透過板10を、振動機構11に
より振動させることによりレーザビームの光路をシフト
させるので、非線形光学結晶9におけるレーザビームの
スポットの通過部分がシフトし、レーザビームの照射さ
れる面積が拡大されたのと同等となり、これにより非線
形光学結晶9における温度上昇を固定ビーム条件よりも
緩和することができる。Accordingly, the laser beam is converted into a higher harmonic by the nonlinear optical crystal 9 and output as a wavelength-converted laser beam 12. As described above, in the first embodiment, the nonlinear optical crystal 9 in the laser resonator is used.
When a laser beam is transmitted to generate harmonics and wavelength conversion is performed, a parallel plate transmission plate 10 disposed on the laser beam incident side of the nonlinear optical crystal 9 is vibrated by a vibration mechanism 11 so that Since the optical path of the beam is shifted, the portion of the nonlinear optical crystal 9 where the spot of the laser beam passes is shifted, which is equivalent to an enlargement of the area irradiated with the laser beam. It can be less than the fixed beam condition.
【0029】このことは、非線形光学結晶9の結晶表面
はもとより、結晶内部における平均光エネルギー密度の
低下が図れ、結晶母材の劣化速度と表面コートの劣化速
度を遅くできる。This means that not only the crystal surface of the nonlinear optical crystal 9 but also the average light energy density inside the crystal can be reduced, and the deterioration rate of the crystal base material and the surface coat can be reduced.
【0030】又、非線形光学結晶9の内部の温度上昇に
よって結晶と通過レーザビームとの位相不整合条件の誘
起の緩和にも役立つ。すなわち、一方向にレーザビーム
を振動させて走査させると、平行平板透過板10の振動
走査方向の範囲内で走査端部を除いては、レーザビーム
照射部分における温度分布の均一化を図ることができ
る。Further, the rise in the temperature inside the nonlinear optical crystal 9 helps to reduce the induction of the phase mismatch condition between the crystal and the passing laser beam. That is, when scanning is performed by oscillating the laser beam in one direction, the temperature distribution in the laser beam irradiated portion can be made uniform except for the scanning end portion within the range of the vibration scanning direction of the parallel plate transmission plate 10. it can.
【0031】従って、この方向に非線形光学結晶9の位
相整合条件の角度敏感な結晶方位を向けて配置すれば、
それと直角方向には角度許容範囲のより広い結晶方位を
向けて配置することで、波長変換効率の高い条件を実現
できる。これにより、角度整合がより一層理想に近くな
り、高調波への変換効率を高くできる。Therefore, if the angle sensitive crystal orientation of the phase matching condition of the nonlinear optical crystal 9 is oriented in this direction,
By arranging the crystal orientation with a wider angle tolerance in the direction perpendicular to the direction, it is possible to realize a condition of high wavelength conversion efficiency. As a result, the angle matching becomes even closer to the ideal, and the conversion efficiency to harmonics can be increased.
【0032】そして、走査方向が円形に走査した場合に
おける非線形光学結晶の角度許容範囲との不整合も回避
できる。次に本発明の第2の実施例について説明する。Further, inconsistency with the allowable angle range of the nonlinear optical crystal when scanning is performed in a circular scanning direction can be avoided. Next, a second embodiment of the present invention will be described.
【0033】図3はレーザ波長変換装置の構成図であ
る。このレーザ波長変換装置は、レーザ共振器外に非線
形光学結晶を配置した場合の適用例を示している。レー
ザ共振器ミラー20、21は、ダイクロイックミラー2
2を介して対向配置されている。FIG. 3 is a block diagram of the laser wavelength converter. This laser wavelength converter shows an application example in which a nonlinear optical crystal is arranged outside a laser resonator. The laser resonator mirrors 20 and 21 are the dichroic mirror 2
2 are disposed opposite each other.
【0034】これらレーザ共振器ミラー20、21の間
には、レーザロッド23、Qスイッチ素子24及び第2
高調波発生用の非線形光学結晶25が配置されている。
このうちレーザロッド23にはレーザ励起用のランプ2
6が並設され、Qスイッチ素子24はそのドライバ27
に接続されている。A laser rod 23, a Q switch element 24 and a second
A nonlinear optical crystal 25 for harmonic generation is arranged.
Of these, the laser rod 23 is used for a laser excitation lamp 2.
6 and the Q-switch element 24 has its driver 27
It is connected to the.
【0035】ダイクロイックミラー22の出力光路上に
は、集光レンズ28、非線形光学結晶29及びコリメー
タレンズ30が配置されている。又、この光路上におけ
る集光レンズ28と非線形光学結晶29との間には、平
行平板透過板31が配置されるとともに、非線形光学結
晶29とコリメータレンズ30との間には、平行平板透
過板32が配置されている。On the output optical path of the dichroic mirror 22, a condenser lens 28, a nonlinear optical crystal 29 and a collimator lens 30 are arranged. A parallel plate transmission plate 31 is disposed between the condenser lens 28 and the nonlinear optical crystal 29 on the optical path, and a parallel plate transmission plate 31 is provided between the nonlinear optical crystal 29 and the collimator lens 30. 32 are arranged.
【0036】これら平行平板透過板31、32は、それ
ぞれ振動機構33、34によりその回転軸が往復回動、
つまり振動するものとなっている。これら振動機構3
3、34は、振動制御装置35により動作制御されてお
り、平行平板透過板32によるレーザビームのシフト
は、平行平板透過板31によるシフトに対して180度
反対になっている。The parallel plate transmission plates 31 and 32 have their rotating shafts reciprocally rotated by vibrating mechanisms 33 and 34, respectively.
That is, it vibrates. These vibration mechanisms 3
The operation of the laser beams 3 and 34 is controlled by the vibration control device 35, and the shift of the laser beam by the parallel plate transmission plate 32 is 180 degrees opposite to the shift by the parallel plate transmission plate 31.
【0037】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。レーザ励起用のランプ26が点灯してレ
ーザロッド23が励起され、この励起によりレーザ発振
利得が得られると、レーザ遷移波長λでレーザ発振が起
きる。Next, the operation of the device configured as described above will be described. When the laser excitation lamp 26 is turned on to excite the laser rod 23 and a laser oscillation gain is obtained by this excitation, laser oscillation occurs at the laser transition wavelength λ.
【0038】このレーザビームは、非線形光学結晶25
を透過することにより周波数2fの高調波に変換され、
これがダイクロイックミラー22から放出される。この
周波数2fに変換されたレーザビームは、集光レンズ2
8により集光されて非線形光学結晶29に入射し、ここ
で周波数4fの高調波に変換される。This laser beam is applied to the nonlinear optical crystal 25.
Is converted to a harmonic of frequency 2f by passing through
This is emitted from the dichroic mirror 22. The laser beam converted to the frequency 2f is applied to the condenser lens 2
The light is condensed by 8 and enters the nonlinear optical crystal 29, where it is converted into a harmonic having a frequency of 4f.
【0039】ここで、平行平板透過板31は、振動機構
33の振動駆動により振動しているので、上記第1の実
施例と同様に、非線形光学結晶29を透過するレーザビ
ームの光路は、その振動範囲に広がる。Since the parallel plate transmission plate 31 is vibrated by the vibration drive of the vibration mechanism 33, the optical path of the laser beam transmitted through the nonlinear optical crystal 29 is the same as in the first embodiment. Spread over the vibration range.
【0040】そして、非線形光学結晶29を透過し、周
波数4fの高調波に変換されたレーザビームは、平行平
板透過板32に入射し、ここで元の光路位置に戻る。一
方、レーザビームの偏光方向に関しては、非線形光学結
晶29の結晶方向も位相整合の取れる方位に設定されて
おり、この状態で平行平板透過板31、32が上記の如
く振動してレーザビームの光路をシフトさせても、レー
ザ発振偏光方向と非線形光学結晶29の結晶方位関係は
変化せず、高調波発生の位相整合条件を保持し続けるこ
とができる。The laser beam transmitted through the nonlinear optical crystal 29 and converted into a harmonic having a frequency of 4f enters the parallel plate transmission plate 32, where it returns to the original optical path position. On the other hand, with respect to the polarization direction of the laser beam, the crystal direction of the non-linear optical crystal 29 is also set to an orientation in which phase matching can be achieved. In this state, the parallel plate transmission plates 31 and 32 vibrate as described above, and the optical path of the laser beam Is shifted, the relationship between the laser oscillation polarization direction and the crystal orientation of the nonlinear optical crystal 29 does not change, and the phase matching condition for harmonic generation can be maintained.
【0041】従って、レーザビームは、各非線形光学結
晶25、29により周波数4fの高調波に変換され、波
長変換されたレーザビーム36として出力される。この
ように上記第2の実施例によれば、レーザ共振器外に配
置された非線形光学結晶29に対してレーザビームをシ
フトするに適用することができる。この場合、周波数2
fに変換する非線形光学結晶25よりも波長の短い周波
数4fに変換する非線形光学結晶29に対する方が、損
傷が起きやすいので、この結晶29に対する損傷を減少
できる。Therefore, the laser beam is converted into a harmonic having a frequency of 4f by each of the nonlinear optical crystals 25 and 29, and is output as a laser beam 36 whose wavelength has been converted. As described above, according to the second embodiment, the present invention can be applied to shift a laser beam to a nonlinear optical crystal 29 disposed outside a laser resonator. In this case, frequency 2
Damage is more likely to occur in the non-linear optical crystal 29 that converts to a frequency 4f having a shorter wavelength than in the non-linear optical crystal 25 that converts to f, so that damage to the crystal 29 can be reduced.
【0042】なお、非線形光学結晶25に対しても、振
動する平行平板透過板を配置して入射するレーザビーム
をシフトさせてもよい。このように周波数4fまで短波
長化を行う技術は、紫外線レーザの発生に効果がある。
例えば、Nd:YAGレーザのような波長1.06μm
の発振波長を周波数4fまで高調波発生で短波長化する
と、266nmの紫外線が得られる。It is to be noted that a vibrating parallel plate transmission plate may be arranged for the nonlinear optical crystal 25 to shift the incident laser beam. Such a technique of shortening the wavelength to 4f is effective in generating an ultraviolet laser.
For example, a wavelength of 1.06 μm such as Nd: YAG laser
If the oscillation wavelength is shortened by generating harmonics up to a frequency of 4f, ultraviolet light of 266 nm is obtained.
【0043】従来であれば、エキシマレーザを利用して
大出力を得、大型の材料処理等に用いたが、これらの用
途の一部を本実施例のように固体レーザでも適用できる
ものとなる。In the prior art, a large output was obtained using an excimer laser and used for large-scale material processing and the like. However, some of these uses can be applied to a solid-state laser as in this embodiment. .
【0044】従って、同一のレーザ発振器を用いて赤外
線から紫外線までの領域の波長を発生でき、加工する材
料に応じた波長を使って微細な加工ができる。次に本発
明の第3の実施例について説明する。Accordingly, the same laser oscillator can be used to generate a wavelength in the range from infrared to ultraviolet, and fine processing can be performed using a wavelength corresponding to the material to be processed. Next, a third embodiment of the present invention will be described.
【0045】図4はレーザ波長変換装置の構成図であ
る。このレーザ波長変換装置は、レーザ共振器内に平行
平板透過板を配置し、レーザ共振器外に非線形光学結晶
を配置した場合の適用例を示している。FIG. 4 is a block diagram of the laser wavelength converter. This laser wavelength converter shows an application example in which a parallel plate transmission plate is arranged inside a laser resonator and a nonlinear optical crystal is arranged outside the laser resonator.
【0046】レーザ共振器ミラー40、41は、ビーム
スプリッタ42を介して対向配置されている。これらレ
ーザ共振器ミラー40、41の間には、レーザロッド4
3、平行平板透過板44及び第2高調波発生用の非線形
光学結晶45が配置されている。このうちレーザロッド
43にはレーザ励起用のランプ46が並設されている。The laser resonator mirrors 40 and 41 are arranged to face each other with a beam splitter 42 interposed therebetween. A laser rod 4 is provided between the laser resonator mirrors 40 and 41.
3. A parallel plate transmission plate 44 and a nonlinear optical crystal 45 for generating the second harmonic are arranged. A laser excitation lamp 46 is provided in parallel with the laser rod 43.
【0047】ビームスプリッタ42の出力光路上には、
第4高調波発生用の非線形光学結晶47及び平行平板透
過板48が配置されている。各平行平板透過板44、4
8は、それぞれ振動機構によりその回転軸が往復回動、
つまり振動するものとなっている。なお、平行平板透過
板48によるレーザビームのシフトは、平行平板透過板
44によるシフトに対して180度反対になっている。On the output optical path of the beam splitter 42,
A nonlinear optical crystal 47 for generating the fourth harmonic and a parallel plate transmission plate 48 are arranged. Each parallel plate transmission plate 44, 4
Numeral 8 indicates that the rotating shaft is reciprocated by a vibration mechanism,
That is, it vibrates. The shift of the laser beam by the parallel plate transmission plate 48 is 180 degrees opposite to the shift by the parallel plate transmission plate 44.
【0048】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。レーザ励起用のランプ46が点灯してレ
ーザロッド43が励起され、レーザ発振利得が得られる
と、レーザ遷移波長λでレーザ発振が起きる。Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described. When the laser excitation lamp 46 is turned on to excite the laser rod 43 and a laser oscillation gain is obtained, laser oscillation occurs at the laser transition wavelength λ.
【0049】ここで、平行平板透過板44は振動してい
るので、非線形光学結晶45を透過するレーザビームの
光路は、その振動範囲に広がる。このレーザビームは、
非線形光学結晶45を透過することにより周波数2fの
高調波に変換され、これがビームスプリッタ42から放
出される。Here, since the parallel plate transmission plate 44 is vibrating, the optical path of the laser beam transmitted through the nonlinear optical crystal 45 spreads in the vibration range. This laser beam
The light passes through the nonlinear optical crystal 45 and is converted into a harmonic having a frequency of 2f, which is emitted from the beam splitter 42.
【0050】この周波数2fに変換されたレーザビーム
は、続いて非線形光学結晶47に入射し、ここで周波数
4fの高調波に変換される。この非線形光学結晶47に
入射するレーザビームは、平行平板透過板44の振動範
囲に広がっている。The laser beam converted to the frequency 2f subsequently enters the nonlinear optical crystal 47, where it is converted to a harmonic having the frequency 4f. The laser beam incident on the nonlinear optical crystal 47 spreads over the vibration range of the parallel plate transmission plate 44.
【0051】そして、非線形光学結晶47を透過し、周
波数4fの高調波に変換されたレーザビームは、平行平
板透過板48に入射し、ここで元の光路位置に戻る。一
方、レーザビームの偏光方向に関しては、非線形光学結
晶45、47の結晶方向が位相整合の取れる方位に設定
されており、この状態で平行平板透過板44が上記の如
く振動してレーザビームの光路をシフトさせても、レー
ザ発振偏光方向と非線形光学結晶45、47との関係は
変化せず、高調波発生の位相整合条件を保持し続けるこ
とができる。The laser beam transmitted through the nonlinear optical crystal 47 and converted into a harmonic having a frequency of 4f is incident on a parallel plate transmission plate 48, where it returns to the original optical path position. On the other hand, with respect to the polarization direction of the laser beam, the crystal directions of the nonlinear optical crystals 45 and 47 are set to directions that can achieve phase matching. In this state, the parallel plate transmission plate 44 vibrates as described above and the optical path of the laser beam Is shifted, the relationship between the laser oscillation polarization direction and the nonlinear optical crystals 45 and 47 does not change, and the phase matching condition for harmonic generation can be maintained.
【0052】従って、レーザビームは、非線形光学結晶
45、47により周波数4fの高調波に変換され、波長
変換されたレーザビーム49として出力される。このよ
うに上記第3実施例によれば、レーザ共振器内に平行平
板透過板44を配置し、レーザ共振器外に配置した非線
形光学結晶47に対してレーザビームの透過部分を拡大
することができ、非線形光学結晶47の温度上昇を防止
できる。又、レーザ発振偏光方向と非線形光学結晶4
5、47との関係は変化せず、高調波発生の位相整合条
件を保持し続けることができる。又、第4高調波を発生
させるためのレーザ共振器構成において、レーザ共振器
内に第2高調波を発生させるための非線形光学素子45
を配置することで高効率化が可能となる。そして、ビー
ムスプリッタ42を介させるとともに、レーザロッド4
3とビームスプリッタ42と間に平行平板透過板44を
配置することで、この平行平板透過板44により振動
し、第2高調波に波長変換されたレーザ光を、そのまま
ビームスプリッタ42を通過して第4高調波発生用の非
線形光学素子47に入射させる。一方、波長変換されず
にビームスプリッタ42で反射したレーザ光は、平行平
板透過板44を通過する際もとの光路に戻ることになる
ので、簡便な構成で効率よく波長変換を行うことが可能
となり、さらに、両方の非線形光学素子の損傷を抑制す
ることができる。 Accordingly, the laser beam is converted into a harmonic having a frequency of 4f by the nonlinear optical crystals 45 and 47 and output as a wavelength-converted laser beam 49. As described above, according to the third embodiment, it is possible to dispose the parallel plate transmission plate 44 inside the laser resonator and expand the transmission portion of the laser beam with respect to the nonlinear optical crystal 47 disposed outside the laser resonator. As a result, the temperature of the nonlinear optical crystal 47 can be prevented from rising. Also, the laser oscillation polarization direction and the nonlinear optical crystal 4
The relationship with 5, 47 does not change, and the phase matching condition of harmonic generation can be maintained. Also generates the fourth harmonic
A laser resonator configuration for causing
Optical element 45 for generating a second harmonic within
By arranging, high efficiency can be achieved. And bee
The laser rod 4
A parallel plate transmission plate 44 is provided between the beam splitter 3 and the beam splitter 42.
By arranging, the vibration is caused by the parallel plate transmission plate 44.
Then, the laser light wavelength-converted to the second harmonic is used as it is.
After passing through the beam splitter 42,
The light enters the linear optical element 47. On the other hand, no wavelength conversion
The laser beam reflected by the beam splitter 42
When the light passes through the plate transmission plate 44, it returns to the original optical path.
Therefore, wavelength conversion can be performed efficiently with a simple configuration
And also suppresses damage to both nonlinear optical elements.
Can be
【0053】以上、上記各実施例により説明したよう
に、非線形光学結晶の入射側に平行平板透過板を配置
し、この平行平板透過板を往復回転振動させることによ
り、レーザビームを非線形光学結晶の入射面で一方向に
拡大して走査し、単位面積当たりの平均入射パワーをの
低減を図るとともに、非線形光学結晶の温度分布を一方
向に平坦化し、その方向には結晶の位相整合角の許容角
度の狭い方位で結晶を配置し、入射集光レーザビームに
より結晶及び表面損傷の防止と波長変換効率の向上を図
ることができる。As described in the above embodiments, a parallel plate transmission plate is arranged on the incident side of the nonlinear optical crystal, and the parallel plate transmission plate is reciprocally oscillated to reciprocate the laser beam. Scanning by enlarging in one direction on the incident surface to reduce the average incident power per unit area, flatten the temperature distribution of the nonlinear optical crystal in one direction, and allow the phase matching angle of the crystal in that direction. By arranging the crystal in a direction with a narrow angle, it is possible to prevent damage to the crystal and the surface and improve the wavelength conversion efficiency by the incident focused laser beam.
【0054】なお、本発明は、上記一実施例に限定され
るものでなくその要旨を変更しない範囲で変形してもよ
い。例えば、第1の実施例に示す非線形光学結晶8とミ
ラー2との間に平行平板透過板を配置し、平行平板透過
板9によりシフトしたレーザビームを元の光軸位置に戻
すようにしてもよい。The present invention is not limited to the above embodiment, but may be modified within the scope of the invention. For example, a parallel plate transmission plate may be arranged between the nonlinear optical crystal 8 and the mirror 2 shown in the first embodiment, and the laser beam shifted by the parallel plate transmission plate 9 may be returned to the original optical axis position. Good.
【0055】[0055]
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、非
線形光学結晶にレーザビームを透過させて第4高調波を
発生させるレーザ共振器構成において、効率よくかつ簡
便な構成で波長変換を行うことができるレーザ波長変換
装置を提供できる。According to the present invention as described above in detail, according to the present invention, the non
Transmit the laser beam through the linear optical crystal to generate the fourth harmonic
Efficient and simple
A laser wavelength converter capable of performing wavelength conversion with a simple configuration can be provided.
【図1】本発明に係わるレーザ波長変換装置の第1の実
施例を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a laser wavelength converter according to the present invention.
【図2】同装置によるレーザビームのシフト作用を示す
図。FIG. 2 is a diagram showing a laser beam shifting operation by the apparatus.
【図3】本発明に係わるレーザ波長変換装置の第2の実
施例を示す構成図。FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the laser wavelength conversion device according to the present invention.
【図4】本発明に係わるレーザ波長変換装置の第3の実
施例を示す構成図。FIG. 4 is a configuration diagram showing a third embodiment of the laser wavelength conversion device according to the present invention.
1,2,20,21,40,41…レーザ共振器ミラ
ー、 3,23,43…レーザロッド、 4,26…ランプ、 5,24…Qスイッチ素子、 6…偏光板、 8…アパーチャ、 9,29,45,47…非線形光学結晶、 10,31,32,44,48…平行平板透過板、 11,33,34…振動機構、 22…ダイクロイックミラー、 35…振動制御装置。1, 2, 20, 21, 40, 41 ... laser resonator mirror, 3, 23, 43 ... laser rod, 4, 26 ... lamp, 5, 24 ... Q switch element, 6 ... polarizing plate, 8 ... aperture, 9 , 29, 45, 47 ... nonlinear optical crystal, 10, 31, 32, 44, 48 ... parallel plate transmission plate, 11, 33, 34 ... vibration mechanism, 22 ... dichroic mirror, 35 ... vibration control device.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−39975(JP,A) 特開 平1−233785(JP,A) 特開 平3−208387(JP,A) 特開 平4−82284(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30 G02F 1/35 JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-4-39975 (JP, A) JP-A-1-233785 (JP, A) JP-A-3-208387 (JP, A) JP-A-4- 82284 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 3/00-3/30 G02F 1/35 JICST file (JOIS)
Claims (1)
せて第4高調波を出力させるレーザ波長変換装置におい
て、ビームスプリッタを介して対向配置される一対の共振器
ミラーと、 これら共振器ミラーのうち一方の前記共振器ミラーと前
記ビームスプリッタとの間に配置されるレーザロッド
と、 このレーザロッドと前記ビームスプリッタとの間に配置
される第1の平行平板透過板と、 前記平行平板透過板と他方の前記共振器ミラーとの間に
配設される第2高調波発生用の非線形光学結晶と、 前記ビームスプリッタの出力光路上に配置される第4高
調波発生用の非線形光学結晶と、 この非線形光学結晶の透過光路上に配置される第2の平
行平板透過板と、 前記第1の平行平板透過板と前記第2の平行平板透過板
とを、それぞれ当該第1と第2の平行平板透過板とをそ
れぞに透過する前記レーザビームのシフトが互いに18
0度反対となるように所定角度範囲で往復回動により振
動させる振動機構と、 を具備し、 第2高調波発生用と第4高調波発生用との各前記非線形
光学結晶は、高調波発生の位相整合条件の角度敏感な結
晶方位が前記第1と第2の平行平板透過板との往復回動
により振動するレーザビームの振動方向に対して同じ方
向となるように配置されている ことを特徴とするレーザ
波長変換装置。A laser beam is transmitted through a nonlinear optical crystal.
In a laser wavelength converter that outputs a fourth harmonic by using a pair of resonators that are opposed to each other via a beam splitter.
A mirror and one of the resonator mirrors,
Laser rod disposed between the beam splitter and the beam splitter
And placed between this laser rod and the beam splitter
A first parallel plate transmission plate, and between the parallel plate transmission plate and the other resonator mirror
A non-linear optical crystal for generating a second harmonic, and a fourth optical crystal disposed on an output optical path of the beam splitter.
A nonlinear optical crystal for generating harmonics, and a second plane disposed on a transmission optical path of the nonlinear optical crystal.
Row plate transmission plate, the first parallel plate transmission plate, and the second parallel plate transmission plate
And the first and second parallel plate transmission plates, respectively.
The shift of the laser beam passing through each
Shake by reciprocating rotation within a predetermined angle range so that it is
Comprising a vibrating mechanism for moving, and a second harmonic generating each of said non-linear between the fourth harmonic for generating
The optical crystal has an angle-sensitive coupling of the phase matching conditions for harmonic generation.
The crystal orientation is reciprocating rotation between the first and second parallel plate transmission plates.
Same direction to the direction of vibration of the laser beam vibrating due to
A laser wavelength conversion device, wherein the laser wavelength conversion device is disposed so as to face up.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP16210693A JP3234052B2 (en) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | Laser wavelength converter |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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1993
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