(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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非線形光学結晶素子。
【発明の詳細な説明】
【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、
ｎo2 ＝ 1.9595＋0.7892・λ2 ／（λ2 − 0.021613）
ｎe2 ＝ 1.6932＋0.6782・λ2 ／（λ2 − 0.01816）
にて与えられる。なお、λは波長であり、ｎo は常光線屈折率であり、ｎe 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／λS 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、λS 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】
0003704733.tif 000002
【００３７】
この第１の実施例では、λS ＝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ｎS 、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＝√ｎS 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】
0003704733.tif 000003
【００４４】
この第２の実施例では、λS ＝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ｎS 、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＝√ｎS 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】
0003704733.tif 000004
【００５０】
この第３の実施例では、λS ＝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ｎS 、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√ｎS 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】
0003704733.tif 000005
【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】
0003704733.tif 000006
【００６０】
この第５の実施例では、λS ＝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ｎS 、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√ｎS 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】
0003704733.tif 000007
【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】
0003704733.tif 000008
【００７０】
この第７の実施例では、λS ＝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ｎS 、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√ｎS 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】
0003704733.tif 000009
【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】
0003704733.tif 000010
【００８６】
この第８の実施例では、λS ＝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】
0003704733.tif 000011
【００９１】
この第９の実施例では、λS ＝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】
0003704733.tif 000012
【００９６】
この第１０の実施例では、λS ＝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】
0003704733.tif 000013
【０１０１】
この第１１の実施例では、λS ＝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】
0003704733.tif 000014
【０１０６】
この第１２の実施例では、λS ＝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】
0003704733.tif 000015
【０１１１】
この第１３の実施例では、λS ＝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】
0003704733.tif 000016
【０１１７】
こ第１４の実施例では、λS ＝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】
0003704733.tif 000017
【０１２３】
この第１５の実施例では、λS ＝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】
１  ＢＢＯ単結晶
２，３  光学薄膜
【図１】
0003704733.tif 000018
【図２】
0003704733.tif 000019
【図３】
0003704733.tif 000020
【図４】
0003704733.tif 000021
【図５】
0003704733.tif 000022
【図６】
0003704733.tif 000023
【図７】
0003704733.tif 000024
【図８】
0003704733.tif 000025
【図９】
0003704733.tif 000026
【図１０】
0003704733.tif 000027
【図１１】
0003704733.tif 000028
【図１２】
0003704733.tif 000029
【図１３】
0003704733.tif 000030
【図１４】
0003704733.tif 000031
【図１５】
0003704733.tif 000032
【図１６】
0003704733.tif 000033
【図１７】
0003704733.tif 000034
【図１８】
0003704733.tif 000035
【図１９】
0003704733.tif 000036
【図２０】
0003704733.tif 000037