JP3704733B2

JP3704733B2 - Nonlinear optical crystal element

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Publication number: JP3704733B2
Application number: JP00328095A
Authority: JP
Inventors: 峰広外崎; 裕之和田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-01-12
Filing date: 1995-01-12
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2020-10-12
Also published as: JPH07244310A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、照射された基本波となる光ビームに基づいて紫外線波長域の光ビームを発生する非線形光学結晶素子に関する。特に、本発明は、紫外低反射光学膜を有する非線形光学結晶素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光を利用して情報処理や計測制御などを行うオプトエレクトロニクスの分野では、レーザ光源から出射されるレーザ光の短波長化及び高出力化が要求されている。
【０００３】
４００ｎｍ以下の紫外線の波長帯域では、半導体レーザは発振困難であるため、非線形光学結晶素子の第２高調波発生（ＳＨＧ）現象を利用したレーザ光源が考えられている。このレーザ光源は、入射光の波長変換を非線形光学結晶素子を用いた波長変換器により行い、紫外線の波長帯域のレーザ光（以下単に紫外レーザ光という）を出射するものである。このレーザ光源は、リング型共振器内に非線形光学結晶素子を配し、非線形光学結晶素子に基本波となるレーザ光を照射することによって紫外レーザ光を発生するものである。
【０００４】
波長変換器を構成する非線形光学結晶素子の表面には、真空蒸着により薄膜形成を行った無反射コーティング膜からなる紫外用低反射光学膜が設けられている。
【０００５】
非線形光学結晶素子としては、リン酸２水素カリウム（ＫＤＰ）やホウ酸バリウム（ＢＢＯ）などの単結晶が用いられる。ＫＤＰやＢＢＯなどの非線形光学結晶素子は、潮解性のある単結晶であるため、潮解による結晶の破壊から保護する必要がある。しかし、ＫＤＰやＢＢＯなどの単結晶基板を加熱して真空蒸着により形成された薄膜は、一般に円柱構造をもち水分を通過し易く保護膜としては機能しない。
【０００６】
すなわち、蒸着によって単結晶上に形成された光学薄膜は、蒸着によって単結晶上に設けられた原子もしくは分子の密度が低いため、蒸着された原子間に空気中の水分が侵入してしまう。この水分の屈折率とＫＤＰもしくはＢＢＯの単結晶の屈折率が相違するため、非線形光学結晶素子から出射される紫外レーザ光に波長シフトが発生してしまう。また、蒸着によって形成された光学薄膜内に空気中の水分が侵入してしまうために、単結晶の表面に潮解が発生し、単結晶の表面が破壊され凸凹になってしまう。
【０００７】
そこで、上記非線形光学結晶素子を密閉容器に入れ、窒素ガス中で使用するようにしていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような紫外レーザ光を発生するレーザ光源では、光波長変換器を構成する非線形光学結晶素子を潮解による破壊から保護するために、非線形光学結晶素子を窒素ガス中で使用するようにしていたので、非線形光学結晶素子を封入する密閉容器を必要とし、しかも、密閉容器の窓材を紫外レーザ光に対して高耐力としなければならず、さらに、窓材自体に高性能の無反射コーティング膜を設ける必要があった。
【０００９】
また、非線形光学結晶素子として用いられるＫＤＰやＢＢＯなどの単結晶には熱膨張に異方性があり、高出力の紫外レーザ光を発生するレーザ光源では、単結晶の異方性の熱膨張によって非線形光学結晶素子上の光学薄膜が割れてしまう虞れが大きく、信頼性に欠けるという問題点があった。
【００１０】
このような従来の実情に鑑み、高出力の紫外レーザ光を発生するレーザ光源の信頼性を向上するができる非線形光学結晶素子を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、潮解により破壊され難い非線形光学結晶素子を提供することにある。
【００１２】
さらに、本発明の他の目的は、単結晶の異方性の熱膨張によって破壊され難い非線形光学結晶素子を提供することにある。
【００１３】
【発明を解決するための手段】
本発明者らは、上述の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、非線形光学結晶の表面にイオンプレーティングによりコーティング膜を形成した構造を見出すに至った。
【００１４】
本発明は、照射された基本波となる光ビームに基づいて紫外線波長域の光ビームを発生する非線形光学結晶素子であって、ホウ酸バリウムより形成された非線形光学結晶と、上記基本波となる光ビームが照射される上記非線形光学結晶の入射面と、上記紫外線波長域の光ビームを出射する上記非線形光学結晶の出射面に各々形成された少なくとも２層の膜からなる保護膜とを備え、上記保護膜は、上記入射面に入射する光ビームに対して無反射膜となる条件を満足するように形成され、上記保護膜のうち上記入射面もしくは上記出射面と直接接する膜は、イオンプレーティング法により、上記紫外線波長域の光ビームを透過する酸化ハフニウムより形成されていることを特徴とする。
【００２０】
【作用】
本発明では、入射面と出射面に各々形成された少なくとも２層の膜からなる保護膜のうち、ホウ酸バリウムより形成された非線形光学結晶の表面上に直接形成される膜をイオンプレーティング法によって酸化ハフニウムで形成することによって、非線形光学結晶の表面上に直接形成される膜を緻密に形成することができる。これにより、非線形光学結晶素子を空気中もしくは大気中で使用しても、空気中の水分が非線形光学結晶の表面上に直接形成される膜内に侵入して、非線形光学結晶の表面上に直接形成される膜の屈折率を変化させるようなことがない。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明に係る非線形光学結晶素子の具体的な実施例について、詳細に説明する。
【００２２】
以下に説明する各実施例の紫外光用低反射光学薄膜は、紫外レーザ光を発生するレーザ光源に用いられる光波長変換器を構成する非線形光学結晶素子の表面に形成されたものである。具体的には、波長５３２ｎｍの入射レーザ光に対して波長変換を行い波長２６６ｎｍの紫外レーザ光を出射する第２高調波発生（ＳＨＧ）機能を有する非線形光学結晶素子の表面に形成された多層の無反射コーティング膜からなるものである。本願でいう紫外光用低反射光学薄膜とは、上述した基本波となる波長５３２ｎｍのレーザ光に対して、低反射率を有することをさしている。
【００２３】
非線形光学結晶としては、リン酸２水素カリウム（ＫＤＰ）やホウ酸バリウム（ＢＢＯ）などの単結晶が用いられる。以下に述べる各実施例では非線形光学結晶素子としてＢＢＯ単結晶を用いた。
【００２４】
図１に示すように、ＢＢＯ単結晶１は、六面体形状に形成されている。なお、図１では、理解しやすくするため、後述する光学薄膜を誇張して開示している。
【００２５】
この六面体形状の六つの平面のうち、少なくとも１組の相対抗する２つの平面１ｂ，１ｃに光学薄膜２，３が形成されている。このＢＢＯ単結晶１の相対抗する２つの平面１ｂ，１ｃのうちの一方の平面１ｂは、例えば上述した波長５３２ｎｍのレーザ光が入射する入射面である。他方の平面１ｃは、上述した波長２６６ｎｍの紫外レーザ光を出射する出射面である。これらの平面１ｂ，１ｃに形成される光学薄膜２，３は、少なくとも２層以上の多層膜より構成されており、ＢＢＯ単結晶１の平面と接する１番目の膜２ａ，３ａがイオンプレーティングによって成膜されている。この１番目の膜２ａ，３ａ上に積層される２番目、３番目の各膜２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃは、イオンプレーティングによって成膜してもよいし、スパッタリングや蒸着などによって成膜してもよい。光学薄膜２，３のうちＢＢＯ単結晶１の平面１ｂ，１ｃと接する１番目の膜２ａ，３ａをイオンプレーティングによって成膜することによって、ＢＢＯ単結晶１上に設けられる原子の充填度を上げることができる。換言すると、ＢＢＯ単結晶１の平面１ｂ，１ｃ上でのイオンプレーティングされた原子の密度を上げることができるので、緻密な膜を成膜することができ、空気中の水分が１番目の膜２ａ，３ａ中に侵入することができない。その結果、１番目の膜２ａ，３ａの屈折率の変化が発生することもなくなり、ＢＢＯ単結晶１の入射面、出射面を保護することができる。仮に２番目、３番目の各膜２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃより空気中の水分が侵入したとしても、１番目の膜２ａ，３ａによってＢＢＯ単結晶１への侵入が阻止される。
【００２６】
以下に述べる各実施例では、例えばリアクティブ低電圧イオンプレーティング法によって、ＢＢＯ単結晶１の平面１ｂ，１ｃ上に光学薄膜２，３の少なくとも１番目の膜２ａ，３ａを成膜した。
【００２７】
ここで、図１に示した構成では、ＢＢＯがＫＤＰに比べて潮解性が少ないため、ＢＢＯ単結晶１の平面１ｂ，１ｃのみに光学薄膜を成膜しているが六面全てに成膜を施してもよい。六面体形状のＫＤＰに光学薄膜を成膜する場合には、潮解性による劣化を防止するために六面全てに成膜することが望ましい。
【００２８】
なお、２番目以降の膜は、１番目の膜とともにＢＢＯ単結晶１の保護膜として機能するとともに、波長５３２ｎｍの基本波に対して無反射となる光学薄膜として機能するものであり、スパッタリングや蒸着など薄膜形成法によって光吸収係数ｋ＝０となるように、且つ波長５３２ｎｍの基本波に対して無反射となるように設けられている。
【００２９】
また、ＢＢＯ単結晶に成膜されている光学薄膜は、主に波長５３２ｎｍの基本波に対して無反射となるように膜の無反射設計を行い、波長２６６ｎｍの光高調波に対して数十パーセントの反射光を許容するような膜設計がされている。ただし、波長２６６ｎｍの第２高調波も波長変換効率の面からするとできるだけ反射率の低い方が望ましい。
【００３０】
また、光学薄膜２，３を形成する材料は、上述したように波長５３２ｎｍの基本波膜を波長変換して波長２６６ｎｍの第２高調波を発生するものであるため、紫外線の波長帯域の透過率の高い材料例えば酸化アルミニウムＡｌ₂Ｏ₃、酸化ハフニウムＨｆＯ₂ 、酸化シリコンＳｉＯ₂ 、酸化スカンジウムＳｃ₂Ｏ₃などの酸化物の中から選択した。
【００３１】
また、ＢＢＯ単結晶の線熱膨張率は結晶の軸により１桁違うが、イオンプレーティングにより形成した１番目の膜はＢＢＯ単結晶に対する密着性が良く、このイオンプレーティングにより成膜した膜をＢＢＯ単結晶側の１番目の膜とした各実施例の光学薄膜は、ＢＢＯ単結晶の異方性の熱膨張によって破壊されることはなかった。また、ＢＢＯ単結晶の光学薄膜が形成された面に潮解が発生せず、結晶の破壊は認められなかった。
【００３２】
ここで、ＢＢＯ単結晶の波長分散式は、
ｎ_o ² ＝ 1.9595＋0.7892・λ² ／（λ² − 0.021613）
ｎ_e ² ＝ 1.6932＋0.6782・λ² ／（λ² − 0.01816）
にて与えられる。なお、λは波長であり、ｎ_o は常光線屈折率であり、ｎ_e は異常光線屈折率である。上述の波長分散式から、ＢＢＯ単結晶の屈折率は、波長５３２ｎｍの基本波に対しては１．６７であり、また、波長２６６ｎｍの第２高調波に対しては１．７６である。
【００３３】
さらに、以下に述べる各実施例において、屈折率条件は、光学薄膜の各膜の屈折率を表す。また、位相条件は、位相条件＝ｎ・ｄ／λ_S で与えられるものである。
【００３４】
ここで、ｎは、各膜の屈折率を表し、ｄは各膜の物理的な膜厚（各膜の実際の膜厚）を表し、λ_S は設計の中心波長である。”-IP ”はイオンプレーティングにより形成した膜であることを示している。なお、以下の第１の実施例ないし第７の実施例では、ＢＬＡＺＥＲＳ社製ＢＡＰ−１０００を用いてイオンプレーティング法によりＢＢＯの単結晶上に光学薄膜を成膜した。
【００３５】
〔第１の実施例〕
【００３６】
【表１】

【００３７】
この第１の実施例では、λ_S ＝６００ｎｍとして位相条件を設定している。そして、基板となるＢＢＯの屈折率をｎ_S 、１番目及び３番目の膜の屈折率をそれぞれｎ₁ ，ｎ₃ としたとき、ｎ₁／ｎ₃＝√ｎ_S を満足するように成膜した。
【００３８】
この第１の実施例は、ＢＢＯ単結晶側の１番目の膜としてイオンプレーティングによりＡｌ₂Ｏ₃膜を形成し、次に、２番目の膜としてＨｆＯ₂ 膜を通常の蒸着法で形成し、さらに、３番目の膜としてＭｇＦ₂ 膜を通常の蒸着法で形成してなる３層構造の紫外光低反射光学膜である。
【００３９】
イオンプレーティングにより形成したＡｌ₂Ｏ₃膜の屈折率は、ＢＢＯ単結晶の屈折と同じであり、さらに分散も２波長でみると同じであることから、１番目の光学膜厚を任意に設定することができ、２番目以降の膜の設計に影響を与えることがない。イオンプレーティングにより形成した１番目のＡｌ₂Ｏ₃膜は、保護膜として機能する。そして、２番目のＨｆＯ₂ 膜と３番目のＭｇＦ₂ 膜が無反射コーティング膜として機能する。
【００４０】
また、この第１の実施例における２番目以降の膜は、上記屈折条件を満たし、紫外レーザ光を透過する材料で、基板に加熱する通常の蒸着法で薄膜形成できるものとして、２番目の膜にＨｆＯ₂ 膜を選定し、３番目の膜にＭｇＦ₂ 膜を選定した。
【００４１】
この第１の実施例の光学薄膜について分光光度測定を行ったところ図２に示すような測定結果が得られ、この第１の実施例の光学薄膜では、波長５３２ｎｍの基本波及び波長２６６ｎｍの第２高調波に対して目標とする無反射特性を得ることができた。
【００４２】
〔第２の実施例〕
【００４３】
【表２】

【００４４】
この第２の実施例では、λ_S ＝５３２ｎｍとして位相条件を求めた。そして、基板となるＢＢＯの屈折率をｎ_S 、１番目及び２番目の膜の屈折率をそれぞれｎ₁ ，ｎ₂ としたとき、ｎ₁／ｎ₂＝√ｎ_S を満足するように成膜した。
【００４５】
この第２の実施例は、ＢＢＯ単結晶側の１番目の膜としてイオンプレーティングによりＨｆＯ₂ 膜を形成し、次に、２番目の膜としてイオンプレーティングによりＡｌ₂ Ｏ₃ 膜を形成してなる２層構造の紫外光低反射光学薄膜である。
【００４６】
この第２の実施例の２層構造の紫外光低反射光学薄膜において、イオンプレーティングにより形成した１番目のＨｆＯ₂ 膜及び２番目のＡｌ₂Ｏ₃膜は、保護膜として機能するとともに無反射コーティング膜として機能する。
【００４７】
そして、この紫外光低反射光学薄膜について分光光度測定を行ったところ図３に示すように波長５３２ｎｍの基本波に対する最小反射率Ｒmin が０．０３％で波長２６６ｎｍの第２高調波に対する最小反射率Ｒmin が８％の測定結果が得られ、この第２の実施例の光学薄膜においても目標とする無反射特性が得られた。
【００４８】
〔第３の実施例〕
【００４９】
【表３】

【００５０】
この第３の実施例では、λ_S ＝５３２ｎｍとして位相条件を設定した。そして、基板となるＢＢＯの屈折率をｎ_S 、１番目、２番目及び３番目の膜の屈折率をそれぞれｎ₁，ｎ₂，ｎ₃ としたとき、ｎ₁・ｎ₃＝ｎ₂√ｎ_S を満足するように成膜した。
【００５１】
この第３の実施例は、ＢＢＯ単結晶側の１番目の膜としてイオンプレーティングによりＳｉＯ₂ 膜を形成し、次に、２番目の膜としてイオンプレーティングによりＡｌ₂Ｏ₃膜を形成し、さらに、３番目の膜としてイオンプレーティングによりＳｉＯ₂ 膜を形成してなる３層構造の紫外光低反射光学薄膜である。
【００５２】
この第３の実施例の３層構造の紫外光低反射光学薄膜では、イオンプレーティングにより形成した１番目の膜のＳｉＯ₂ 膜、２番目の膜のＡｌ₂Ｏ₃膜及び３番目の膜のＳｉＯ₂ 膜が保護膜として機能するとともに無反射コーティング膜として機能する。
【００５３】
この第３の実施例の紫外光低反射光学薄膜について分光光度測定を行ったところ図４に示すような測定結果が得られ、この第３の実施例の光学薄膜においても波長５３２ｎｍの基本波及び波長２６６ｎｍの第２高調波に対して目標とする無反射特性が得られた。
【００５４】
〔第４の実施例〕
【００５５】
【表４】

【００５６】
この第４の実施例の紫外光低反射光学薄膜は、上述の第３の実施例における設計の中心波長λS を５３２ｎｍから５８０ｎｍに変更して、位相条件を設定したものである。
【００５７】
そして、この紫外光低反射光学薄膜について分光光度測定を行ったところ図５に示すように波長５３２ｎｍの基本波に対する最小反射率Ｒmin が０．２％で波長２６６ｎｍの第２高調波に対する最小反射率Ｒmin が３％の測定結果が得られ、この第４の実施例の光学薄膜においても目標とする無反射特性が得られた。
【００５８】
〔第５実施例〕
【００５９】
【表５】

【００６０】
この第５の実施例では、λ_S ＝５３２ｎｍとして位相条件を設定した。そして、基板となるＢＢＯの屈折率をｎ_S 、１番目、２番目及び３番目の膜の屈折率をそれぞれｎ₁，ｎ₂，ｎ₃ としたとき、ｎ₁・ｎ₃＝ｎ₂√ｎ_S を満足するように成膜した。
【００６１】
この第５の実施例の紫外光低反射光学薄膜は、ＢＢＯ単結晶側の１番目の膜としてイオンプレーティングによりＳｉＯ₂ 膜を形成し、次に、２番目の膜としてＮｄＦ₃ 膜を通常の蒸着法で形成し、さらに、３番目の膜としてＭｇＦ₂ 膜を通常の蒸着法で形成してなる３層構造の紫外光学膜である。
【００６２】
この第５の実施例の３層構造の紫外光低反射光学薄膜では、イオンプレーティングにより形成した１番目の膜のＳｉＯ₂ 膜が保護膜として機能するとともに無反射コーティング膜として機能し、さらに、２番目の膜のＮｄＦ₃ 膜及び３番目の膜のＭｇＦ₂ 膜が無反射コーティング膜として機能する。
【００６３】
この紫外光低反射光学薄膜について分光光度測定を行ったところ図６に示すような測定結果が得られ、この第５の実施例の光学薄膜においても波長５３２ｎｍの基本波及び波長２６６ｎｍの第２高調波に対して目標とする無反射特性が得られた。
【００６４】
〔第６の実施例〕
【００６５】
【表６】

【００６６】
この第６の実施例の紫外光低反射光学薄膜は、上述の第５の実施例における設計の中心波長λS を５３２ｎｍから５８０ｎｍに変更して、位相条件を設定したものである。
【００６７】
この第６の実施例の紫外光低反射光学薄膜について分光光度測定を行ったところ図７に示すような測定結果が得られ、この第６の実施例の光学薄膜においても波長５３２ｎｍの基本波及び波長２６６ｎｍの第２高調波に対して目標とする無反射特性が得られた。
【００６８】
〔第７の実施例〕
【００６９】
【表７】

【００７０】
この第７の実施例では、λ_S ＝５３２ｎｍとして位相条件を設定した。そして、基板となるＢＢＯの屈折率をｎ_S 、１番目、２番、３番目目及び４番目の膜の屈折率をそれぞれｎ₁，ｎ₂，ｎ₃，ｎ₄ としたとき、ｎ₁・ｎ₄＝ｎ₃√ｎ_S を満足するように成膜した。
【００７１】
この第７の実施例は、上述の第５の実施例における２番目の膜のＮｄＦ₃ 膜と３番目の膜のＭｇＦ₂ 膜との間にバッファレイヤとしてＨｆＯ₂ 膜を設けて４層構造の紫外光低反射光学薄膜としたものである。
【００７２】
この第７の実施例の紫外光低反射光学薄膜では、分光光度測定を行ったところ図８に示すような測定結果が得られ、上述の第５の実施例の紫外光低反射光学薄膜よりも波長５３２ｎｍすなわち基本波に対する無反射領域を広げることができた。
【００７３】
なお、上記図２乃至図８において、横軸は測定波長を表し、縦軸は反射率を表している。
【００７４】
上述した第１の実施例ないし第７の実施例では、非線形光学結晶素子としてのＢＢＯの単結晶の少なくとも相対抗する１対の面にＡｌ₂Ｏ₃，ＨｆＯ₂ ，ＳｉＯ₂ などの酸化物からなる１番目の膜をイオンプレーティングによって成膜するようにした。しかしながら、非線形光学結晶素子としてのＢＢＯ単結晶上に成膜される１番目の膜を構成する材料は上述した酸化物に限られずＭｇＦ₂ ，ＬｉＦなどのフッ化物であってもよい。ＭｇＦ₂ ，ＬｉＦなどのフッ化物は、上述したＡｌ₂Ｏ₃，ＨｆＯ₂ ，ＳｉＯ₂ などの酸化物と同様に吸収係数ｋがゼロで紫外線の波長帯域まで光透過性を有するものであり、むしろ透過できる範囲は上述した酸化物よりも広い。
【００７５】
また、酸化物としても上述したもの以外にＭｇＯ，Ｓｃ₂Ｏ₃，Ｙ₂Ｏ₃なども用いることができる。特に、酸化スカンジウムＳｃ₂Ｏ₃膜は、ＨｆＯ₂ 膜に比べ遠紫外帯域での吸収係数ｋが半分なので、さらにレーザの高耐力化が可能になる。
【００７６】
例えば、光学薄膜作成装置として図９に示すような低電圧反応性イオンプレーティング装置１０を用いて、イオンプレーティングによりＨｆＯ₂ 膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜、ＳｉＯ₂ 膜、Ｓｃ₂Ｏ₃膜、ＭｇＦ₂ 膜を成膜し、各膜の屈折率を測定したところ、表８に示すような実測結果得られた。
【００７７】
【表８】

【００７８】
ここで、図９に示した低電圧反応性イオンプレーティング装置１０は、底壁部分に酸素ガス注入口１１Ａを有する真空容器１１と、この真空容器１１の上壁部分に設けられＢＢＯ単結晶１が装着される絶縁された回転式基板ホルダ１２と、上記真空容器１１の底壁部分に配設された成膜材料２０が入れられるるつぼ１３及び電子銃１４と、上記真空容器１１の側壁部分に設けられアルゴンガス注入口１５を有するプラズマガン１６と、上記るつぼ１３とプラズマガン１６との間に直流電圧を印加する直流電源装置１７とからなる。
【００７９】
なお、上記真空容器１１は図示しない開閉自在な扉を有し、この扉を開いて上記回転式基板ホルダ１２にはＢＢＯ単結晶１が装着され、また、上記るつぼ１３に成膜材料２０が入れられるようになっている。また、上記真空容器１１は、図示しない真空ポンプにより所望の真空度まで吸引されるようになっている。
【００８０】
この低電圧反応性イオンプレーティング装置１０は、アルゴンガス注入口１５から注入されたアルゴンＡｒガスをプラズマガン１６よりイオン化して作動ガスとし、るつぼ１３に入っている成膜材料２０を電子銃１４により溶解して伝導性を持たせ酸素ガス注入口１１Ａから酸素Ｏ₂ ガスをさらに導入することによって酸素Ｏ₂ 、金属、アルゴンＡｒがプラズマ化することで低温で緻密な膜を上記回転式基板ホルダ１２に保持されたＢＢＯ単結晶１の表面に成膜する。
【００８１】
また、六面体形状の単結晶の六面全てに成膜するには、例えば、次のようにすればよい。すなわち、低電圧反応性イオンプレーティング装置１０では、成膜材料２０の電荷を＋Ｑとすると、絶縁された回転式基板ホルダ１２に保持されたＢＢＯ単結晶１は−Ｑの電荷となる。そこで、図１０に示すように、ＢＢＯ単結晶１を上記回転式基板ホルダ１２から半分程突き出すように装着すると、図１１に１点鎖線で示すような等電位面をとり、蒸着分子イオンがＢＢＯ単結晶１の側面へ回り込んで、ＢＢＯ単結晶１の側面にも緻密な膜を成膜することができる。
【００８２】
さらに、図１２に示すように上記回転式基板ホルダ１２に半分程突き出すように装着されたＢＢＯ単結晶１を囲むようにリング磁石１９を設置して磁場を形成した状態でイオンプレーティングを行うようにすれば、蒸着分子イオンがファラデーの法則によりＢＢＯ単結晶１の側面へ効率よく回り込んで、ＢＢＯ単結晶１の側面にも緻密な膜を成膜することができる。この低電圧反応性イオンプレーティング装置１０では、４０〜５０°Ｃ程度の低温度で成膜することができるので、磁石やフェライトのキューリ温度を越えないので、イオンプレーティング中にも磁場を維持することができる。
【００８３】
以下に示す第８の実施例８ないし第１５の実施例は、上記表８に示した屈折率に基づいて設計して、図９に示した低電圧反応性イオンプレーティング装置１０によりＢＢＯ単結晶に成膜したものである。
【００８４】
〔第８の実施例〕
【００８５】
【表９】

【００８６】
この第８の実施例では、λ_S ＝４３０ｎｍとして位相条件を設定した。この第８の実施例は、ＢＢＯ単結晶側の１番目の膜としてイオンプレーティングによりＨｆＯ₂ 膜を形成し、次に、２番目の膜としてイオンプレーティングによりＡｌ₂Ｏ₃膜を形成し、さらに、３番目の膜としてイオンプレーティングによりＳｉＯ₂ 膜を形成してなる３層構造の紫外光低反射光学薄膜である。
【００８７】
この第８の実施例の３層構造の紫外光低反射光学薄膜では、イオンプレーティングにより形成した１番目の膜のＨｆＯ₂ 膜、２番目の膜のＡｌ₂Ｏ₃膜及び３番目の膜のＳｉＯ₂ 膜が保護膜として機能するとともに無反射コーティング膜として機能する。
【００８８】
この第８の実施例の紫外光低反射光学薄膜について分光光度測定を行ったところ図１３に示すように波長５３２ｎｍの基本波に対する最小反射率Ｒmin が０．０３％で波長２６６ｎｍの第２高調波に対する最小反射率Ｒmin が１％の測定結果が得られ、この第８の実施８の光学薄膜においても目標とする無反射特性が得られた。
【００８９】
〔第９の実施例〕
【００９０】
【表１０】

【００９１】
この第９の実施例では、λ_S ＝５３２ｎｍとして位相条件を設定した。この第９の実施例は、ＢＢＯ単結晶側の１番目の膜としてイオンプレーティングによりＳｃ₂Ｏ₃膜を形成し、次に、２番目の膜としてイオンプレーティングによりＳｉＯ₂ 膜を形成してなる２層構造の紫外光低反射光学薄膜である。
【００９２】
この第９の実施例の２層構造の紫外光低反射光学薄膜では、イオンプレーティングにより形成した１番目の膜のＳｃ₂Ｏ₃膜及び２番目の膜のＳｉＯ₂ 膜が保護膜として機能するとともに無反射コーティング膜として機能する。
【００９３】
この第９の実施例の紫外光低反射光学薄膜について分光光度測定を行ったところ図１４に示すように波長５３２ｎｍの基本波に対する最小反射率Ｒmin が０．０８％で波長２６６ｎｍの第２高調波に対する最小反射率Ｒmin が８％の測定結果が得られ、この第９の実施例の光学薄膜においても目標とする無反射特性が得られた。
【００９４】
〔第１０の実施例〕
【００９５】
【表１１】

【００９６】
この第１０の実施例では、λ_S ＝４３０ｎｍとして位相条件を設定した。この第１０の実施例は、ＢＢＯ単結晶側の１番目の膜としてイオンプレーティングによりＳｃ₂Ｏ₃膜を形成し、次に、２番目の膜としてイオンプレーティングによりＳｉＯ₂ 膜を形成してなる２層構造の紫外光低反射光学薄膜である。
【００９７】
この第１０の実施例の２層構造の紫外光低反射光学薄膜では、イオンプレーティングにより形成した１番目の膜のＳｃ₂Ｏ₃膜及び２番目の膜のＳｉＯ₂ 膜が保護膜として機能するとともに無反射コーティング膜として機能する。
【００９８】
この第１０の実施例の紫外光低反射光学薄膜について分光光度測定を行ったところ図１５に示すように波長５３２ｎｍの基本波に対する最小反射率Ｒmin が０．０５％で波長２６６ｎｍの第２高調波に対する最小反射率Ｒmin が６％の測定結果が得られ、この第１０の実施例の光学薄膜においても目標とする無反射特性が得られた。
【００９９】
〔第１１の実施例〕
【０１００】
【表１２】

【０１０１】
この第１１の実施例では、λ_S ＝４３０ｎｍとして位相条件を設定した。この第１１の実施例は、ＢＢＯ単結晶側の１番目の膜としてイオンプレーティングによりＳｃ₂Ｏ₃膜を形成し、次に、２番目の膜としてイオンプレーティングによりＡｌ₂Ｏ₃膜を形成し、さらに、３番目の膜としてイオンプレーティングによりＳｉＯ₂ 膜を形成してなる３層構造の紫外光低反射光学薄膜である。
【０１０２】
この第１１の実施例の３層構造の紫外光低反射光学薄膜では、イオンプレーティングにより形成した１番目の膜のＳｃ₂Ｏ₃膜、２番目の膜のＡｌ₂Ｏ₃膜及び３番目の膜のＳｉＯ₂ 膜が保護膜として機能するとともに無反射コーティング膜として機能する。
【０１０３】
この第１１の実施例の紫外光低反射光学薄膜について分光光度測定を行ったところ図１６に示すように波長５３２ｎｍの基本波に対する最小反射率Ｒmin が０．０７％で波長２６６ｎｍの第２高調波に対する最小反射率Ｒmin が３．２％の測定結果が得られ、この第１１の実施例の光学薄膜においても目標とする無反射特性が得られた。
【０１０４】
〔第１２の実施例〕
【０１０５】
【表１３】

【０１０６】
この第１２の実施例では、λ_S ＝８００ｎｍとして位相条件を設定した。この第１２の実施例は、ＢＢＯ単結晶側の１番目の膜としてイオンプレーティングによりＳｃ₂Ｏ₃膜を形成し、次に、２番目の膜としてイオンプレーティングによりＳｉＯ₂ 膜を形成し、さらに、３番目の膜としてイオンプレーティングによりＭｇＦ₂ 膜を形成してなる３層構造の紫外光低反射光学薄膜である。
【０１０７】
この第１２の実施例の３層構造の紫外光低反射光学薄膜では、イオンプレーティングにより形成した１番目の膜のＳｃ₂Ｏ₃膜、２番目の膜のＳｉＯ₂ 膜及び３番目の膜のＭｇＦ₂ 膜が保護膜として機能するとともに無反射コーティング膜として機能する。
【０１０８】
この第１２の実施例の紫外光低反射光学薄膜について分光光度測定を行ったところ図１７に示すように波長５３２ｎｍの基本波に対する最小反射率Ｒmin が０．０７％で波長３５５ｎｍに対するに対する最小反射率Ｒmin が５％で波長２６６ｎｍの第２高調波に対する最小反射率Ｒmin が５％の測定結果が得られ、この第１２の実施例の光学薄膜においても目標とする無反射特性が得られた。
【０１０９】
〔第１３の実施例〕
【０１１０】
【表１４】

【０１１１】
この第１３の実施例では、λ_S ＝７８５ｎｍとして位相条件を設定した。この第１３の実施例は、ＢＢＯ単結晶側の１番目の膜としてイオンプレーティングによりＨｆＯ₂ 膜を形成し、次に、２番目の膜としてイオンプレーティングによりＡｌ₂Ｏ₃膜を形成し、さらに、３番目の膜としてイオンプレーティングによりＭｇＦ₂ 膜を形成してなる３層構造の紫外光低反射光学薄膜である。
【０１１２】
この第１３の実施例の３層構造の紫外光低反射光学薄膜では、イオンプレーティングにより形成した１番目の膜のＨｆＯ₂ 膜、２番目の膜のＡｌ₂Ｏ₃膜及び３番目の膜のＭｇＦ₂ 膜が保護膜として機能するとともに無反射コーティング膜として機能する。
【０１１３】
この第１３の実施例の紫外光低反射光学薄膜について波長１０６４ｎｍを基本波として分光光度測定を行ったところ図１８に示すように波長１０６４ｎｍの基本波に対する最小反射率Ｒmin が０．００１９％で波長５３２ｎｍの第２高調波に対する最小反射率Ｒmin が０．０１４％で波長３５５ｎｍの第３高調波に対する最小反射率Ｒmin が１０％の測定結果が得られた。
【０１１４】
すなわち、この第１３の実施例の光学薄膜を設けた非線形光学結晶素子では、波長１０６４ｎｍを基本波から波長３５５ｎｍの第３高調波を取り出すことができた。
【０１１５】
〔第１４の実施例〕
【０１１６】
【表１５】

【０１１７】
こ第１４の実施例では、λ_S ＝２９０ｎｍとして位相条件を設定した。この第１４の実施例は、ＢＢＯ単結晶側の１番目の膜としてイオンプレーティングによりＨｆＯ₂ 膜を形成し、次に、２番目の膜としてイオンプレーティングによりＡｌ₂Ｏ₃膜を形成し、さらに、３番目の膜としてイオンプレーティングによりＭｇＦ₂ 膜を形成してなる３層構造の紫外光低反射光学薄膜である。
【０１１８】
この第１４の実施例の３層構造の紫外光低反射光学薄膜では、イオンプレーティングにより形成した１番目の膜のＨｆＯ₂ 膜、２番目の膜のＡｌ₂Ｏ₃膜及び３番目の膜のＭｇＦ₂ 膜が保護膜として機能するとともに無反射コーティング膜として機能する。
【０１１９】
この第１４の実施例の紫外光低反射光学薄膜について波長１０６４ｎｍを基本波として分光光度測定を行ったところ図１９に示すように波長１０６４ｎｍの基本波に対する最小反射率Ｒmin が０．０７９４％で波長５３２ｎｍの第２高調波に対する最小反射率Ｒmin が０．００３５％で波長３５５ｎｍの第３高調波に対する最小反射率Ｒmin が７％の測定結果が得られた。
【０１２０】
すなわち、この第１４の実施例の光学薄膜を設けた非線形光学結晶素子においても、波長１０６４ｎｍを基本波から波長３５５ｎｍの第３高調波を取り出すことができた。
【０１２１】
〔第１５の実施例〕
【０１２２】
【表１６】

【０１２３】
この第１５の実施例では、λ_S ＝５５ｎｍとして位相条件を設定した。この第１５の実施例は、ＢＢＯ単結晶側の１番目の膜としてイオンプレーティングによりＨｆＯ₂ 膜を形成し、次に、２番目の膜としてイオンプレーティングによりＡｌ₂Ｏ₃膜を形成し、次に、３番目の膜としてイオンプレーティングによりＳｉＯ₂ 膜を形成し、さらに、４番目の膜としてイオンプレーティングによりＭｇＦ₂ 膜を形成してなる４３層構造の紫外光低反射光学薄膜である。
【０１２４】
この第１５の実施例の４層構造の紫外光低反射光学薄膜では、イオンプレーティングにより形成した１番目の膜のＨｆＯ₂ 膜、２番目の膜のＡｌ₂Ｏ₃膜、３番目の膜のＳｉＯ₂ 膜及び４番目の膜のＭｇＦ₂ 膜が保護膜として機能するとともに無反射コーティング膜として機能する。
【０１２５】
この第１５の実施例の紫外光低反射光学薄膜について波長１０６４ｎｍを基本波として分光光度測定を行ったところ図２０に示すように波長１０６４ｎｍの基本波に対する最小反射率Ｒmin が０．０８％で波長５３２ｎｍの第２高調波に対する最小反射率Ｒmin が０．０５％で波長３５５ｎｍの第３高調波に対する最小反射率Ｒmin が２．８％の測定結果が得られた。
【０１２６】
すなわち、この第１５の実施例の光学薄膜を設けた非線形光学結晶素子においても、波長１０６４ｎｍを基本波から波長３５５ｎｍの第３高調波を取り出すことができた。
【０１２７】
【発明の効果】
本発明に係る非線形光学結晶素子では、イオンプレーティングにより酸化ハフニウムで形成した少なくとも１番目のコーティング膜が保護膜として機能し、ホウ酸バリウムより形成された非線形光学結晶が潮解による破壊から保護される。
【０１２８】
また、本発明に係る非線形光学結晶素子では、イオンプレーティングにより酸化ハフニウムで形成した１番目のコーティング膜が非線形光学結晶に対する密着性が良いので、上記非線形光学結晶の異方性の熱膨張によって破壊され難い。
【０１２９】
従って、本発明によれば保護膜及び無反射コーティング膜の機能を有する多層構造の紫外光低反射光学薄膜を有する非線形光学結晶素子を提供することができる。紫外用のレーザ光源の光波長変換素子を構成する
本発明に係る非線形光学結晶素子を紫外用のレーザ光源の光波長変換素子として用いることにより、上記非線形光学結晶素子を封入する密閉容器を必要とすることなく、光波長変換素子の信頼性を向上することができる。これにより、高出力の遠紫外用のレーザ光源の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非線形光学結晶素子の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る紫外光低反射光学薄膜の分光光度測定の結果を示す特性図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る紫外光低反射光学薄膜の分光光度測定の結果を示す特性図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る紫外光低反射光学薄膜の分光光度測定の結果を示す特性図である。
【図５】本発明の第４の実施例に係る紫外光低反射光学薄膜の分光光度測定の結果を示す特性図である。
【図６】本発明の第５の実施例に係る紫外光低反射光学薄膜の分光光度測定の結果を示す特性図である。
【図７】本発明の第６の実施例に係る紫外光低反射光学薄膜の分光光度測定の結果を示す特性図である。
【図８】本発明の第７の実施例に係る紫外光低反射光学薄膜の分光光度測定の結果を示す特性図である。
【図９】本発明に係る非線形光学結晶素子における紫外光低反射光学薄膜を成膜するための低電圧反応性イオンプレーティング装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図１０】上記低電圧反応性イオンプレーティング装置により、６面体状の単結晶の６面全面に紫外光低反射光学薄膜を成膜するの場合の上記単結晶の装着状態を模式的に示す要部側面図である。
【図１１】上記６面体状の単結晶の６面全面に紫外光低反射光学薄膜を成膜する原理説明を行うための図である。
【図１２】上記低電圧反応性イオンプレーティング装置により、６面体状の単結晶の６面全面に紫外光低反射光学薄膜を成膜するの場合の他の要部構成を模式的に示す斜視図である。
【図１３】本発明の第８の実施例に係る紫外光低反射光学薄膜の分光光度測定の結果を示す特性図である。
【図１４】本発明の第９の実施例に係る紫外光低反射光学薄膜の分光光度測定の結果を示す特性図である。
【図１５】本発明の第１０の実施例に係る紫外光低反射光学薄膜の分光光度測定の結果を示す特性図である。
【図１６】本発明の第１１の実施例に係る紫外光低反射光学薄膜の分光光度測定の結果を示す特性図である。
【図１７】本発明の第１２の実施例に係る紫外光低反射光学薄膜の分光光度測定の結果を示す特性図である。
【図１８】本発明の第１３の実施例に係る紫外光低反射光学薄膜の分光光度測定の結果を示す特性図である。
【図１９】本発明の第１４の実施例に係る紫外光低反射光学薄膜の分光光度測定の結果を示す特性図である。
【図２０】本発明の第１５の実施例に係る紫外光低反射光学薄膜の分光光度測定の結果を示す特性図である。
【符号の説明】
１ＢＢＯ単結晶
２，３光学薄膜[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a nonlinear optical crystal element that generates a light beam in the ultraviolet wavelength region based on an irradiated light beam that is a fundamental wave. In particular, the present invention relates to a nonlinear optical crystal element having an ultraviolet low reflection optical film.
[0002]
[Prior art]
In the field of optoelectronics that uses laser light to perform information processing, measurement control, and the like, there is a demand for shorter wavelengths and higher output of laser light emitted from a laser light source.
[0003]
Since it is difficult for a semiconductor laser to oscillate in an ultraviolet wavelength band of 400 nm or less, a laser light source using a second harmonic generation (SHG) phenomenon of a nonlinear optical crystal element is considered. This laser light source performs wavelength conversion of incident light by a wavelength converter using a nonlinear optical crystal element, and emits laser light in the ultraviolet wavelength band (hereinafter simply referred to as ultraviolet laser light). In this laser light source, a nonlinear optical crystal element is disposed in a ring resonator, and ultraviolet laser light is generated by irradiating the nonlinear optical crystal element with laser light serving as a fundamental wave.
[0004]
On the surface of the nonlinear optical crystal element constituting the wavelength converter, there is provided a low-reflection optical film for ultraviolet consisting of a non-reflective coating film in which a thin film is formed by vacuum deposition.
[0005]
As the nonlinear optical crystal element, a single crystal such as potassium dihydrogen phosphate (KDP) or barium borate (BBO) is used. Since non-linear optical crystal elements such as KDP and BBO are single crystals with deliquescence, it is necessary to protect them from destruction of crystals due to deliquescence. However, a thin film formed by heating a single crystal substrate such as KDP or BBO by vacuum deposition generally has a cylindrical structure and easily passes moisture, and does not function as a protective film.
[0006]
That is, since the optical thin film formed on the single crystal by vapor deposition has a low density of atoms or molecules provided on the single crystal by vapor deposition, moisture in the air enters between the vapor deposited atoms. Since the refractive index of moisture and the refractive index of a single crystal of KDP or BBO are different, a wavelength shift occurs in the ultraviolet laser light emitted from the nonlinear optical crystal element. In addition, since moisture in the air penetrates into the optical thin film formed by vapor deposition, deliquescence occurs on the surface of the single crystal, and the surface of the single crystal is broken and uneven.
[0007]
Therefore, the nonlinear optical crystal element is put in a sealed container and used in nitrogen gas.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the laser light source that generates the ultraviolet laser light as described above, the nonlinear optical crystal element is used in nitrogen gas in order to protect the nonlinear optical crystal element constituting the optical wavelength converter from destruction due to deliquescent. Therefore, a sealed container that encloses the nonlinear optical crystal element is required, and the window material of the sealed container must have a high resistance to ultraviolet laser light. It was necessary to provide a coating film.
[0009]
In addition, single crystals such as KDP and BBO used as nonlinear optical crystal elements have anisotropy in thermal expansion, and in laser light sources that generate high-power ultraviolet laser light, the single crystal has an anisotropic thermal expansion. There is a high possibility that the optical thin film on the nonlinear optical crystal element is broken, and there is a problem that the reliability is lacking.
[0010]
In view of such a conventional situation, an object of the present invention is to provide a nonlinear optical crystal element capable of improving the reliability of a laser light source that generates high-power ultraviolet laser light.
[0011]
Another object of the present invention is to provide a nonlinear optical crystal element that is not easily destroyed by deliquescence.
[0012]
Furthermore, another object of the present invention is to provide a nonlinear optical crystal element that is not easily destroyed by the anisotropic thermal expansion of a single crystal.
[0013]
[Means for Solving the Invention]
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found a structure in which a coating film is formed on the surface of a nonlinear optical crystal by ion plating.
[0014]
The present inventionA non-linear optical crystal element that generates a light beam in the ultraviolet wavelength region based on an irradiated light beam that is a fundamental wave,Formed from barium borateAt least two layers formed on the nonlinear optical crystal, the incident surface of the nonlinear optical crystal irradiated with the light beam serving as the fundamental wave, and the exit surface of the nonlinear optical crystal that emits the light beam in the ultraviolet wavelength region And the protective film is formed so as to satisfy a condition of becoming a non-reflective film with respect to a light beam incident on the incident surface, and the incident surface or the The film that is in direct contact with the emission surface transmits the light beam in the ultraviolet wavelength region by ion plating.Hafnium oxideIt is characterized by being formed more.
[0020]
[Action]
In the present invention,Among the protective films composed of at least two layers formed on the incident surface and the exit surface,Nonlinear optical crystals formed from barium borate.A film formed directly on the surface of a metal by ion platingWith hafnium oxideBy formingNonlinear optical crystalA film directly formed on the surface of the film can be densely formed. As a result, even if the nonlinear optical crystal element is used in the air or in the atmosphere, the moisture in the air remains.Nonlinear optical crystalPenetrates into the film directly formed on the surface ofNonlinear optical crystalThe refractive index of the film directly formed on the surface of the film is not changed.
[0021]
【Example】
Hereinafter, specific examples of the nonlinear optical crystal element according to the present invention will be described in detail.
[0022]
The low-reflection optical thin film for ultraviolet light of each embodiment described below is formed on the surface of a nonlinear optical crystal element constituting an optical wavelength converter used for a laser light source that generates ultraviolet laser light. Specifically, the multi-layer formed on the surface of the nonlinear optical crystal element having the second harmonic generation (SHG) function that converts the wavelength of the incident laser beam having a wavelength of 532 nm and emits an ultraviolet laser beam having a wavelength of 266 nm. It consists of a non-reflective coating film. The low-reflection optical thin film for ultraviolet light referred to in the present application means that it has a low reflectance with respect to the laser beam having a wavelength of 532 nm, which is the fundamental wave described above.
[0023]
As the nonlinear optical crystal, a single crystal such as potassium dihydrogen phosphate (KDP) or barium borate (BBO) is used. In each example described below, a BBO single crystal was used as the nonlinear optical crystal element.
[0024]
As shown in FIG. 1, the BBO single crystal 1 is formed in a hexahedral shape. In FIG. 1, an optical thin film described later is exaggerated for easy understanding.
[0025]
The optical thin films 2 and 3 are formed on at least one pair of two opposing planes 1b and 1c among the six planes of the hexahedron shape. One of the two opposing planes 1b and 1c of the BBO single crystal 1 is an incident plane on which, for example, the above-described laser beam having a wavelength of 532 nm is incident. The other plane 1c is an emission surface that emits the ultraviolet laser beam having the wavelength of 266 nm described above. The optical thin films 2 and 3 formed on these planes 1b and 1c are composed of multilayer films of at least two layers, and the first films 2a and 3a in contact with the plane of the BBO single crystal 1 are formed by ion plating. A film is formed. The second and

third films

2b, 2c, 3b, and 3c stacked on the first films 2a and 3a may be formed by ion plating, or formed by sputtering or vapor deposition. May be. The first films 2a and 3a in contact with the flat surfaces 1b and 1c of the BBO single crystal 1 in the optical thin films 2 and 3 are formed by ion plating, thereby increasing the filling degree of atoms provided on the BBO single crystal 1. be able to. In other words, since the density of the ion-plated atoms on the planes 1b and 1c of the BBO single crystal 1 can be increased, a dense film can be formed, and moisture in the air is the first film. It cannot penetrate into 2a and 3a. As a result, the refractive index of the first films 2a and 3a does not change, and the entrance surface and exit surface of the BBO single crystal 1 can be protected. Even if moisture in the air enters from the second and

third films

2b, 2c, 3b, and 3c, the first films 2a and 3a prevent entry into the BBO single crystal 1.
[0026]
In each example described below, at least first films 2a and 3a of the optical thin films 2 and 3 are formed on the planes 1b and 1c of the BBO single crystal 1 by, for example, reactive low voltage ion plating.
[0027]
Here, in the configuration shown in FIG. 1, since BBO has less deliquescence than KDP, an optical thin film is formed only on the planes 1b and 1c of the BBO single crystal 1, but film formation is performed on all six sides. You may give it. When an optical thin film is formed on a hexahedral KDP, it is desirable to form a film on all six surfaces in order to prevent deterioration due to deliquescence.
[0028]
The second and subsequent films function as a protective film for the BBO single crystal 1 together with the first film, and function as an optical thin film that is non-reflective with respect to the fundamental wave having a wavelength of 532 nm. For example, the light absorption coefficient k is set to 0 by a thin film forming method, and the reflection wave is not reflected with respect to the fundamental wave having a wavelength of 532 nm.
[0029]
In addition, the optical thin film formed on the BBO single crystal is designed to be non-reflective so as to be mainly non-reflective with respect to the fundamental wave with a wavelength of 532 nm, and several tens of times with respect to the optical harmonic with a wavelength of 266 nm. The film design allows for a percentage of reflected light. However, it is desirable that the second harmonic having a wavelength of 266 nm is as low as possible in terms of wavelength conversion efficiency.
[0030]
Further, as described above, the material forming the optical thin films 2 and 3 converts the fundamental wave film having the wavelength of 532 nm to generate the second harmonic having the wavelength of 266 nm. High material such as aluminum oxide Al₂O_Three, Hafnium oxide HfO₂ , Silicon oxide SiO₂ , Scandium oxide Sc₂O_ThreeSelected from oxides such as
[0031]
The linear thermal expansion coefficient of BBO single crystal differs by an order of magnitude depending on the crystal axis, but the first film formed by ion plating has good adhesion to the BBO single crystal, and the film formed by this ion plating is The optical thin film of each example, which was the first film on the BBO single crystal side, was not broken by the anisotropic thermal expansion of the BBO single crystal. Further, no deliquescence occurred on the surface on which the optical thin film of BBO single crystal was formed, and no destruction of the crystal was observed.
[0032]
Here, the wavelength dispersion formula of the BBO single crystal is
n_o ² = 1.9595 + 0.7892 ・ λ² / (Λ² − 0.021613)
n_e ² = 1.6932 + 0.6782 ・ λ² / (Λ² − 0.01816)
Given in Where λ is the wavelength and n_o Is the ordinary ray refractive index, n_e Is an extraordinary ray refractive index. From the above-mentioned wavelength dispersion formula, the refractive index of the BBO single crystal is 1.67 for the fundamental wave having a wavelength of 532 nm and 1.76 for the second harmonic wave having a wavelength of 266 nm.
[0033]
Further, in each example described below, the refractive index condition represents the refractive index of each film of the optical thin film. The phase condition is as follows: Phase condition = n · d / λ_S Is given by
[0034]
Here, n represents the refractive index of each film, d represents the physical film thickness of each film (actual film thickness of each film), and λ_S Is the center wavelength of the design. “-IP” indicates a film formed by ion plating. In the following first to seventh examples, an optical thin film was formed on a single crystal of BBO by ion plating using BAP-1000 manufactured by Blazers.
[0035]
[First embodiment]
[0036]
[Table 1]

[0037]
In this first embodiment, λ_S The phase condition is set as = 600 nm. Then, the refractive index of BBO to be the substrate is n_S The refractive indices of the first and third films are n₁ , N_Three N₁/ N_Three= √n_S The film was formed so as to satisfy the above.
[0038]
In the first embodiment, the first film on the BBO single crystal side is made of Al by ion plating.₂O_ThreeA film is formed, and then the second film is HfO₂ A film is formed by a normal vapor deposition method, and MgF₂ This is an ultraviolet light low reflection optical film having a three-layer structure in which a film is formed by an ordinary vapor deposition method.
[0039]
Al formed by ion plating₂O_ThreeSince the refractive index of the film is the same as that of the BBO single crystal and the dispersion is the same when viewed at two wavelengths, the first optical film thickness can be arbitrarily set, and the second and subsequent films Will not affect the design. First Al formed by ion plating₂O_ThreeThe film functions as a protective film. And the second HfO₂ Membrane and third MgF₂ The film functions as an antireflective coating film.
[0040]
The second and subsequent films in the first embodiment are materials that satisfy the above refraction conditions and transmit ultraviolet laser light, and can be formed into a thin film by a normal vapor deposition method in which the substrate is heated. HfO₂ Select a membrane and use MgF as the third membrane₂ A membrane was selected.
[0041]
When the spectrophotometric measurement was performed on the optical thin film of the first example, a measurement result as shown in FIG. 2 was obtained. In the optical thin film of the first example, a fundamental wave having a wavelength of 532 nm and a first wave having a wavelength of 266 nm The target non-reflective characteristic with respect to the second harmonic could be obtained.
[0042]
[Second Embodiment]
[0043]
[Table 2]

[0044]
In this second embodiment, λ_S The phase condition was determined with = 532 nm. Then, the refractive index of BBO to be the substrate is n_S The refractive indices of the first and second films are n₁ , N₂ N₁/ N₂= √n_S The film was formed so as to satisfy the above.
[0045]
In this second embodiment, HfO is formed by ion plating as the first film on the BBO single crystal side.₂ A film is formed, and then Al is formed by ion plating as the second film.₂ O_Three It is an ultraviolet light low reflection optical thin film having a two-layer structure formed by forming a film.
[0046]
The first HfO formed by ion plating in the two-layer ultraviolet low-reflection optical thin film of the second embodiment.₂ Membrane and second Al₂O_ThreeThe film functions as a protective film and also as an antireflection coating film.
[0047]
Then, when the spectrophotometric measurement was performed on the ultraviolet light low reflection optical thin film, as shown in FIG. 3, the minimum reflectance Rmin for the fundamental wave with a wavelength of 532 nm was 0.03% and the minimum reflectance for the second harmonic with a wavelength of 266 nm was used. A measurement result with an Rmin of 8% was obtained, and the target antireflection characteristic was also obtained in the optical thin film of the second embodiment.
[0048]
[Third embodiment]
[0049]
[Table 3]

[0050]
In this third embodiment, λ_S = Phase condition was set at 532 nm. Then, the refractive index of BBO to be the substrate is n_S The refractive indices of the first, second and third films are n₁, N₂, N_Three N₁・ N_Three= N₂√n_S The film was formed so as to satisfy the above.
[0051]
In the third embodiment, the first film on the BBO single crystal side is made of SiO 2 by ion plating.₂ A film is formed, and then Al is formed by ion plating as the second film.₂O_ThreeA film is formed, and further, the third film is made of SiO 2 by ion plating.₂ It is an ultraviolet light low reflection optical thin film having a three-layer structure formed by forming a film.
[0052]
In the three-layer ultraviolet low-reflection optical thin film of the third embodiment, the first film SiO 2 formed by ion plating is used.₂ Film, second film Al₂O_ThreeSiO of the film and the third film₂ The film functions as a protective film and also functions as an antireflective coating film.
[0053]
When the spectrophotometric measurement was performed on the ultraviolet light low reflection optical thin film of the third example, the measurement result shown in FIG. 4 was obtained. In the optical thin film of the third example, the fundamental wave having a wavelength of 532 nm and A target non-reflection characteristic was obtained for the second harmonic of the wavelength of 266 nm.
[0054]
[Fourth embodiment]
[0055]
[Table 4]

[0056]
The ultraviolet light low reflection optical thin film of the fourth embodiment is one in which the phase condition is set by changing the central wavelength λ S of the design in the third embodiment described above from 532 nm to 580 nm.
[0057]
Then, when the spectrophotometric measurement was performed on the ultraviolet light low reflection optical thin film, as shown in FIG. 5, the minimum reflectance Rmin for the fundamental wave with a wavelength of 532 nm was 0.2% and the minimum reflectance for the second harmonic with a wavelength of 266 nm was used. A measurement result with an Rmin of 3% was obtained, and the target antireflection characteristic was obtained also in the optical thin film of the fourth embodiment.
[0058]
[Fifth embodiment]
[0059]
[Table 5]

[0060]
In this fifth embodiment, λ_S = Phase condition was set at 532 nm. Then, the refractive index of BBO to be the substrate is n_S The refractive indices of the first, second and third films are n₁, N₂, N_Three N₁・ N_Three= N₂√n_S The film was formed so as to satisfy the above.
[0061]
The ultraviolet light low reflection optical thin film of the fifth embodiment is made of SiO 2 by ion plating as the first film on the BBO single crystal side.₂ Form a film and then NdF as the second film_Three A film is formed by a normal vapor deposition method, and MgF₂ This is an ultraviolet optical film having a three-layer structure in which the film is formed by an ordinary vapor deposition method.
[0062]
In the ultraviolet light low reflection optical thin film having the three-layer structure of the fifth embodiment, the first film SiO 2 formed by ion plating is used.₂ The film functions as a protective film as well as an anti-reflective coating, and the second film NdF_Three MgF of the film and the third film₂ The film functions as an antireflective coating film.
[0063]
When the spectrophotometric measurement was performed on the ultraviolet light low reflection optical thin film, the measurement result as shown in FIG. 6 was obtained. In the optical thin film of the fifth embodiment, the fundamental wave with a wavelength of 532 nm and the second harmonic with a wavelength of 266 nm were obtained. The target non-reflective characteristic for the wave was obtained.
[0064]
[Sixth embodiment]
[0065]
[Table 6]

[0066]
The ultraviolet light low-reflection optical thin film of the sixth embodiment is obtained by changing the design center wavelength λ S in the above-mentioned fifth embodiment from 532 nm to 580 nm and setting the phase condition.
[0067]
When the spectrophotometric measurement was performed on the ultraviolet light low reflection optical thin film of the sixth example, the measurement result as shown in FIG. 7 was obtained. In the optical thin film of the sixth example, the fundamental wave having a wavelength of 532 nm and A target non-reflection characteristic was obtained for the second harmonic of the wavelength of 266 nm.
[0068]
[Seventh embodiment]
[0069]
[Table 7]

[0070]
In this seventh embodiment, λ_S = Phase condition was set at 532 nm. Then, the refractive index of BBO to be the substrate is n_S Refractive indexes of the first, second, third and fourth films are n₁, N₂, N_Three, N_Four N₁・ N_Four= N_Three√n_S The film was formed so as to satisfy the above.
[0071]
In the seventh embodiment, the second film NdF in the fifth embodiment described above is used._Three MgF of the film and the third film₂ HfO as a buffer layer between the membrane₂ A film is provided to form an ultraviolet light low reflection optical thin film having a four-layer structure.
[0072]
In the ultraviolet light low reflection optical thin film of the seventh embodiment, when the spectrophotometric measurement was performed, the measurement result as shown in FIG. 8 was obtained, which was higher than the ultraviolet light low reflection optical thin film of the fifth embodiment described above. The wavelength 532 nm, that is, the non-reflection region with respect to the fundamental wave could be expanded.
[0073]
2 to 8, the horizontal axis represents the measurement wavelength, and the vertical axis represents the reflectance.
[0074]
In the first to seventh embodiments described above, at least a pair of opposing surfaces of a single crystal of BBO as a nonlinear optical crystal element are made of Al.₂O_Three, HfO₂ , SiO₂ The first film made of an oxide such as was formed by ion plating. However, the material constituting the first film formed on the BBO single crystal as the nonlinear optical crystal element is not limited to the oxide described above, and MgF₂ , A fluoride such as LiF may be used. MgF₂ , LiF and other fluorides are the above-mentioned Al₂O_Three, HfO₂ , SiO₂ As in the case of oxides such as those described above, the absorption coefficient k is zero and it has light transmission properties up to the wavelength band of ultraviolet rays. Rather, the transmission range is wider than the oxides described above.
[0075]
In addition to the oxides mentioned above, MgO, Sc₂O_Three, Y₂O_ThreeEtc. can also be used. In particular, scandium oxide Sc₂O_ThreeThe film is HfO₂ Since the absorption coefficient k in the far ultraviolet band is half that of the film, it is possible to further increase the strength of the laser.
[0076]
For example, a low voltage reactive ion plating apparatus 10 as shown in FIG. 9 is used as an optical thin film forming apparatus, and HfO is obtained by ion plating.₂ Film, Al₂O_ThreeFilm, SiO₂ Membrane, Sc₂O_ThreeMembrane, MgF₂ When a film was formed and the refractive index of each film was measured, an actual measurement result as shown in Table 8 was obtained.
[0077]
[Table 8]

[0078]
Here, the low-voltage reactive ion plating apparatus 10 shown in FIG. 9 includes a vacuum vessel 11 having an oxygen gas inlet 11A on the bottom wall portion, and a BBO single crystal 1 provided on the upper wall portion of the vacuum vessel 11. Are mounted on the insulated rotary substrate holder 12, the crucible 13 and the electron gun 14 in which the film forming material 20 disposed on the bottom wall portion of the vacuum vessel 11 is placed, and the side wall portion of the vacuum vessel 11. A plasma gun 16 provided with an argon gas inlet 15 and a DC power supply device 17 for applying a DC voltage between the crucible 13 and the plasma gun 16 are provided.
[0079]
The vacuum vessel 11 has an openable / closable door (not shown), and the BBO single crystal 1 is mounted on the rotary substrate holder 12 by opening the door, and the film forming material 20 is placed in the crucible 13. It is supposed to be. The vacuum container 11 is sucked to a desired degree of vacuum by a vacuum pump (not shown).
[0080]
In this low voltage reactive ion plating apparatus 10, argon Ar gas injected from an argon gas injection port 15 is ionized by a plasma gun 16 to be used as a working gas, and a film forming material 20 contained in a crucible 13 is used as an electron gun 14. From the oxygen gas injection port 11A.₂ By introducing more gas, oxygen O₂ Then, a metal and argon Ar is turned into a plasma to form a dense film at a low temperature on the surface of the BBO single crystal 1 held by the rotary substrate holder 12.
[0081]
Further, in order to form a film on all six sides of a hexahedral single crystal, for example, the following may be performed. That is, in the low-voltage reactive ion plating apparatus 10, if the charge of the film forming material 20 is + Q, the BBO single crystal 1 held on the insulated rotary substrate holder 12 has a charge of −Q. Therefore, as shown in FIG. 10, when the BBO single crystal 1 is mounted so as to protrude about half from the rotary substrate holder 12, an equipotential surface as shown by a one-dot chain line in FIG. A dense film can be formed on the side surface of the BBO single crystal 1 by going around the side surface of the single crystal 1.
[0082]
Further, as shown in FIG. 12, ion plating is performed in a state where a ring magnet 19 is installed so as to surround the BBO single crystal 1 mounted so as to protrude about half of the rotary substrate holder 12 and a magnetic field is formed. By doing so, the vapor-deposited molecular ions efficiently wrap around the side surface of the BBO single crystal 1 according to Faraday's law, and a dense film can be formed on the side surface of the BBO single crystal 1. This low voltage reactive ion plating apparatus 10 can form a film at a low temperature of about 40 to 50 ° C., and therefore does not exceed the Curie temperature of the magnet or ferrite, so that the magnetic field is maintained even during ion plating. can do.
[0083]
In the following eighth to eighth embodiments, the BBO single crystal is designed by using the low voltage reactive ion plating apparatus 10 shown in FIG. The film was formed.
[0084]
[Eighth embodiment]
[0085]
[Table 9]

[0086]
In this eighth embodiment, λ_S = Phase conditions were set at 430 nm. In the eighth embodiment, HfO is formed by ion plating as the first film on the BBO single crystal side.₂ A film is formed, and then Al is formed by ion plating as the second film.₂O_ThreeA film is formed, and further, the third film is made of SiO 2 by ion plating.₂ It is an ultraviolet light low reflection optical thin film having a three-layer structure formed by forming a film.
[0087]
In the eight-layer ultraviolet low-reflection optical thin film of the eighth embodiment, the first film of HfO formed by ion plating is used.₂ Film, second film Al₂O_ThreeSiO of the film and the third film₂ The film functions as a protective film and also functions as an antireflective coating film.
[0088]
When the spectrophotometric measurement was performed on the ultraviolet light low reflection optical thin film of the eighth embodiment, as shown in FIG. 13, the minimum reflectance Rmin for the fundamental wave with a wavelength of 532 nm was 0.03% and the second harmonic wave with a wavelength of 266 nm was used. A measurement result with a minimum reflectance Rmin of 1% was obtained, and the target non-reflective characteristic was obtained also in the optical thin film of the eighth embodiment.
[0089]
[Ninth embodiment]
[0090]
[Table 10]

[0091]
In this ninth embodiment, λ_S = Phase condition was set at 532 nm. In the ninth embodiment, Sc is obtained by ion plating as the first film on the BBO single crystal side.₂O_ThreeA film is formed, and then the second film is SiO 2 by ion plating.₂ It is an ultraviolet light low reflection optical thin film having a two-layer structure formed by forming a film.
[0092]
In the ultraviolet light low reflection optical thin film having the two-layer structure of the ninth embodiment, Sc of the first film formed by ion plating is used.₂O_ThreeSiO of the film and the second film₂ The film functions as a protective film and also functions as an antireflective coating film.
[0093]
When the spectrophotometric measurement was performed on the ultraviolet light low-reflection optical thin film of the ninth embodiment, as shown in FIG. 14, the minimum reflectance Rmin for the fundamental wave with a wavelength of 532 nm was 0.08% and the second harmonic wave with a wavelength of 266 nm was used. A measurement result with a minimum reflectance Rmin of 8% was obtained, and the target non-reflective characteristic was obtained also in the optical thin film of the ninth example.
[0094]
[Tenth embodiment]
[0095]
[Table 11]

[0096]
In this tenth embodiment, λ_S = Phase conditions were set at 430 nm. In the tenth embodiment, Sc is obtained by ion plating as the first film on the BBO single crystal side.₂O_ThreeA film is formed, and then the second film is SiO 2 by ion plating.₂ It is an ultraviolet light low reflection optical thin film having a two-layer structure formed by forming a film.
[0097]
In the two-layer ultraviolet low-reflection optical thin film of the tenth embodiment, the first film Sc formed by ion plating is used.₂O_ThreeSiO of the film and the second film₂ The film functions as a protective film and also functions as an antireflective coating film.
[0098]
When the spectrophotometric measurement was performed on the ultraviolet light low reflection optical thin film of the tenth embodiment, as shown in FIG. 15, the second harmonic wave having a minimum reflectance Rmin of 0.05% and a wavelength of 266 nm with respect to the fundamental wave having a wavelength of 532 nm was obtained. A measurement result with a minimum reflectance Rmin of 6% was obtained, and the target non-reflective characteristic was obtained also in the optical thin film of the tenth example.
[0099]
[Eleventh embodiment]
[0100]
[Table 12]

[0101]
In this eleventh embodiment, λ_S = Phase conditions were set at 430 nm. In the eleventh embodiment, Sc is obtained by ion plating as the first film on the BBO single crystal side.₂O_ThreeA film is formed, and then Al is formed by ion plating as the second film.₂O_ThreeA film is formed, and further, the third film is made of SiO 2 by ion plating.₂ It is an ultraviolet light low reflection optical thin film having a three-layer structure formed by forming a film.
[0102]
In the three-layer ultraviolet low-reflection optical thin film of the eleventh embodiment, the first film Sc formed by ion plating is used.₂O_ThreeFilm, second film Al₂O_ThreeSiO of the film and the third film₂ The film functions as a protective film and also functions as an antireflective coating film.
[0103]
When the spectrophotometric measurement was performed on the ultraviolet light low reflection optical thin film of the eleventh embodiment, as shown in FIG. 16, the second harmonic wave having a minimum reflectance Rmin of 0.07% and a wavelength of 266 nm for a fundamental wave of a wavelength of 532 nm was obtained. A measurement result with a minimum reflectance Rmin of 3.2% was obtained, and the target non-reflective characteristic was obtained also in the optical thin film of the eleventh embodiment.
[0104]
[Twelfth embodiment]
[0105]
[Table 13]

[0106]
In this twelfth embodiment, λ_S The phase condition was set as = 800 nm. In the twelfth embodiment, Sc is obtained by ion plating as the first film on the BBO single crystal side.₂O_ThreeA film is formed, and then the second film is SiO 2 by ion plating.₂ A film is formed, and MgF is formed as a third film by ion plating.₂ It is an ultraviolet light low reflection optical thin film having a three-layer structure formed by forming a film.
[0107]
In the three-layer ultraviolet low-reflection optical thin film of the twelfth embodiment, the first film Sc formed by ion plating is used.₂O_ThreeFilm, second film SiO₂ MgF of the film and the third film₂ The film functions as a protective film and also functions as an antireflective coating film.
[0108]
When the spectrophotometric measurement was performed on the ultraviolet light low reflection optical thin film of the twelfth embodiment, as shown in FIG. 17, the minimum reflectance Rmin with respect to the fundamental wave with a wavelength of 532 nm was 0.07% and the minimum reflectance with respect to the wavelength of 355 nm was obtained. A measurement result was obtained in which Rmin was 5% and the minimum reflectance Rmin for the second harmonic having a wavelength of 266 nm was 5%, and the target antireflection characteristic was also obtained in the optical thin film of the twelfth embodiment.
[0109]
[Thirteenth embodiment]
[0110]
[Table 14]

[0111]
In the thirteenth embodiment, λ_S The phase condition was set as = 785 nm. In the thirteenth embodiment, HfO is formed by ion plating as the first film on the BBO single crystal side.₂ A film is formed, and then Al is formed by ion plating as the second film.₂O_ThreeA film is formed, and MgF is formed as a third film by ion plating.₂ It is an ultraviolet light low reflection optical thin film having a three-layer structure formed by forming a film.
[0112]
In the three-layer ultraviolet low-reflection optical thin film of the thirteenth embodiment, the first film of HfO formed by ion plating is used.₂ Film, second film Al₂O_ThreeMgF of the film and the third film₂ The film functions as a protective film and also functions as an antireflective coating film.
[0113]
When the spectrophotometric measurement of the ultraviolet light low reflection optical thin film of the thirteenth embodiment was performed with a wavelength of 1064 nm as a fundamental wave, the minimum reflectance Rmin for the fundamental wave with a wavelength of 1064 nm was 0.0019% as shown in FIG. A measurement result was obtained in which the minimum reflectance Rmin for the second harmonic of 532 nm was 0.014% and the minimum reflectance Rmin for the third harmonic of 355 nm was 10%.
[0114]
That is, in the nonlinear optical crystal element provided with the optical thin film according to the thirteenth embodiment, the third harmonic wave having a wavelength of 364 nm can be extracted from the fundamental wave having a wavelength of 1064 nm.
[0115]
[Fourteenth embodiment]
[0116]
[Table 15]

[0117]
In the fourteenth embodiment, λ_S The phase condition was set as = 290 nm. In the fourteenth embodiment, HfO is formed by ion plating as the first film on the BBO single crystal side.₂ A film is formed, and then Al is formed by ion plating as the second film.₂O_ThreeA film is formed, and MgF is formed as a third film by ion plating.₂ It is an ultraviolet light low reflection optical thin film having a three-layer structure formed by forming a film.
[0118]
In the four-layer ultraviolet low-reflection optical thin film of the fourteenth embodiment, the first film of HfO formed by ion plating is used.₂ Film, second film Al₂O_ThreeMgF of the film and the third film₂ The film functions as a protective film and also functions as an antireflective coating film.
[0119]
When the spectrophotometric measurement of the ultraviolet light low reflection optical thin film of the fourteenth embodiment was carried out with a wavelength of 1064 nm as a fundamental wave, the minimum reflectance Rmin for the fundamental wave with a wavelength of 1064 nm was 0.0794% as shown in FIG. A measurement result was obtained in which the minimum reflectance Rmin for the second harmonic of 532 nm was 0.0035% and the minimum reflectance Rmin for the third harmonic of wavelength 355 nm was 7%.
[0120]
That is, even in the nonlinear optical crystal element provided with the optical thin film according to the fourteenth embodiment, the third harmonic wave having a wavelength of 364 nm can be extracted from the fundamental wave having a wavelength of 1064 nm.
[0121]
[Fifteenth embodiment]
[0122]
[Table 16]

[0123]
In this fifteenth embodiment, λ_S The phase condition was set as = 55 nm. In the fifteenth embodiment, HfO is formed by ion plating as the first film on the BBO single crystal side.₂ A film is formed, and then Al is formed by ion plating as the second film.₂O_ThreeA film is formed, and then the third film is SiO 2 by ion plating.₂ A film is formed, and the fourth film is MgF by ion plating.₂ It is an ultraviolet light low reflection optical thin film having a 43-layer structure formed by forming a film.
[0124]
In the four-layer ultraviolet low-reflection optical thin film of the fifteenth embodiment, the first film of HfO formed by ion plating is used.₂ Film, second film Al₂O_ThreeFilm, third film SiO₂ MgF of the film and the fourth film₂ The film functions as a protective film and also functions as an antireflective coating film.
[0125]
When the spectrophotometric measurement of the ultraviolet light low reflection optical thin film of the fifteenth embodiment was performed with a wavelength of 1064 nm as a fundamental wave, the minimum reflectance Rmin for the fundamental wave with a wavelength of 1064 nm was 0.08% as shown in FIG. A measurement result was obtained in which the minimum reflectance Rmin for the second harmonic of 532 nm was 0.05% and the minimum reflectance Rmin for the third harmonic of 355 nm was 2.8%.
[0126]
That is, even in the nonlinear optical crystal element provided with the optical thin film of the fifteenth embodiment, the third harmonic wave having a wavelength of 1064 nm can be extracted from the fundamental wave.
[0127]
【The invention's effect】
In the nonlinear optical crystal element according to the present invention, ion plating is used.With hafnium oxideThe formed first coating film functions as a protective film,Formed from barium borateNonlinear optical crystals are protected from destruction by deliquescence.
[0128]
In the nonlinear optical crystal element according to the present invention, ion plating is used.With hafnium oxideSince the formed first coating film has good adhesion to the nonlinear optical crystal, it is difficult to be destroyed by the anisotropic thermal expansion of the nonlinear optical crystal.
[0129]
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a nonlinear optical crystal element having an ultraviolet light low reflection optical thin film having a multilayer structure having functions of a protective film and an antireflection coating film. Construct an optical wavelength conversion element for ultraviolet laser light source
By using the nonlinear optical crystal element according to the present invention as an optical wavelength conversion element of an ultraviolet laser light source, the reliability of the optical wavelength conversion element is improved without the need for a sealed container enclosing the nonlinear optical crystal element. can do. Thereby, the reliability of the high-power far-ultraviolet laser light source can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a nonlinear optical crystal element according to the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the results of spectrophotometric measurement of the ultraviolet light low-reflection optical thin film according to the first example of the present invention.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the results of spectrophotometric measurement of an ultraviolet light low reflection optical thin film according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the results of spectrophotometric measurement of an ultraviolet light low-reflection optical thin film according to a third example of the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the results of spectrophotometric measurement of an ultraviolet light low-reflection optical thin film according to a fourth example of the present invention.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the results of spectrophotometric measurement of an ultraviolet light low-reflection optical thin film according to a fifth example of the present invention.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the results of spectrophotometric measurement of an ultraviolet light low-reflection optical thin film according to a sixth example of the present invention.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the results of spectrophotometric measurement of an ultraviolet light low-reflection optical thin film according to a seventh example of the present invention.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a low-voltage reactive ion plating apparatus for forming an ultraviolet light low reflection optical thin film in the nonlinear optical crystal element according to the present invention.
FIG. 10 schematically shows a mounting state of the single crystal in the case where an ultraviolet light low reflection optical thin film is formed on the entire six surfaces of a hexahedral single crystal by the low voltage reactive ion plating apparatus. It is a principal part side view.
FIG. 11 is a diagram for explaining the principle of forming an ultraviolet light low reflection optical thin film on the entire six faces of the hexahedral single crystal.
FIG. 12 is a perspective view schematically showing another main configuration in the case where an ultraviolet light low-reflection optical thin film is formed on the entire six surfaces of a hexahedral single crystal by the low voltage reactive ion plating apparatus. FIG.
FIG. 13 is a characteristic diagram showing the results of spectrophotometric measurement of an ultraviolet light low-reflection optical thin film according to the eighth example of the present invention.
FIG. 14 is a characteristic diagram showing the results of spectrophotometric measurement of an ultraviolet light low-reflection optical thin film according to the ninth example of the present invention.
FIG. 15 is a characteristic diagram showing the results of spectrophotometric measurement of an ultraviolet light low-reflection optical thin film according to the tenth example of the present invention.
FIG. 16 is a characteristic diagram showing the results of spectrophotometric measurement of an ultraviolet light low-reflection optical thin film according to an eleventh example of the present invention.
FIG. 17 is a characteristic diagram showing the results of spectrophotometric measurement of an ultraviolet light low-reflection optical thin film according to a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a characteristic diagram showing the results of spectrophotometric measurement of an ultraviolet light low-reflection optical thin film according to the thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a characteristic diagram showing the results of spectrophotometric measurement of an ultraviolet light low-reflection optical thin film according to the fourteenth example of the present invention.
FIG. 20 is a characteristic diagram showing the results of spectrophotometric measurement of an ultraviolet light low-reflection optical thin film according to the fifteenth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 BBO single crystal
2,3 optical thin film

Claims

A non-linear optical crystal element that generates a light beam in the ultraviolet wavelength region based on an irradiated light beam that is a fundamental wave,
A nonlinear optical crystal formed of barium borate; an incident surface of the nonlinear optical crystal that is irradiated with the light beam serving as the fundamental wave; and an exit surface of the nonlinear optical crystal that emits a light beam in the ultraviolet wavelength region. Each of the protective films formed of at least two layers, and the protective film is formed so as to satisfy a condition of becoming a non-reflective film with respect to the light beam incident on the incident surface. A non-linear optical crystal element, wherein a film directly in contact with the incident surface or the emitting surface is made of hafnium oxide that transmits a light beam in the ultraviolet wavelength region by an ion plating method.