(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を非線形光学結晶に通して波長変換する波長変換方法において、前記非線形光学結晶がセシウムを含み、前記非線形光学結晶の波長変換された光が出射する面に接する雰囲気を、二酸化炭素ガスを主体とする気体にして波長変換することを特徴とする波長変換方法。
【請求項２】
前記気体は、窒素ガスを含むガスの体積含有率が１０％以下の気体であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の波長変換方法。
【請求項３】
非線形光学結晶の波長変換される光が入射する入射端面および波長変換された光が出射する出射端面を、前記気体で覆って波長変換することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の波長変換方法。
【請求項４】
非線形光学結晶の波長変換される光が入射する入射端面に接する雰囲気と、波長変換された光が出射する出射端面に接する雰囲気とを、異なる成分の前記気体にして波長変換することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の波長変換方法。
【請求項５】
前記気体を流通させることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の波長変換方法。
【請求項６】
前記気体を非線形光学結晶の少なくとも出射端面の近傍に供給した後排出することを特徴とする請求の範囲第４項に記載の波長変換方法。
【請求項７】
光を非線形光学結晶に通して波長変換する波長変換装置において、前記非線形光学結晶がセシウムを含み、前記非線形光学結晶の波長変換された光が出射する面に接する雰囲気を、二酸化炭素ガスを主体とする気体とする手段を備えたことを特徴とする波長変換装置。
【請求項８】
平均パワー５Ｗ以上の波長変換された光を出射することを特徴とする請求の範囲第７項に記載の波長変換装置。
【請求項９】
前記気体は、窒素ガスを含むガスの体積含有率が１０％以下の気体であることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の波長変換装置。
【請求項１０】
非線形光学結晶の波長変換される光が入射する入射端面および波長変換された光が出射する出射端面を前記気体で覆う手段を備えたことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の波長変換装置。
【請求項１１】
非線形光学結晶の波長変換される光が入射する入射端面に接する雰囲気と、波長変換された光が出射する出射端面に接する雰囲気とを、異なる成分の前記気体とする手段を備えたことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の波長変換装置。
【請求項１２】
前記気体を流通させる手段を備えたことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の波長変換装置。
【請求項１３】
一部に入射光および出射光を通過させる窓または開口を設けた容器内に非線形光学結晶を配置し、前記気体を前記容器内で非線形光学結晶の少なくとも出射端面の近傍に供給する手段と、前記供給された気体を前記容器から排出する手段とを備えたことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の波長変換装置。
【請求項１４】
波長変換の光源となるレーザ装置と、非線形光学結晶がセシウムを含み、前記非線形光学結晶の波長変換された光が出射する面に接する雰囲気を、二酸化炭素ガスを主体とする気体とする手段を備え、前記レーザ装置からのレーザ光を前記非線形光学結晶に通して波長変換する波長変換装置とを有する波長変換レーザ装置を備えたことを特徴とするレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非線形光学結晶による波長変換技術に関するものである
【背景技術】
【０００２】
第１２図は、例えば特許文献１に示された従来の波長変換装置を示す断面図である。第１２図において、１は真空容器、２は例えばセシウム・リチウム・ボレート（化学式：ＣｓＬｉＢ６０１０、略称：ＣＬＢＯ）結晶等の非線形光学結晶、３ａ、３ｂは光学窓、４ａ、４ｂ、４ｃはＯリング、５は真空封止弁、６は固定金具である。７は波長変換装置全体を示す。
【０００３】
次に、動作について説明する。レーザビームは、入力側の光学窓３ａから真空容器１内に入射し、非線形光学結晶２と相互作用して波長変換された後、出力側の光学窓３ｂから出射する。真空容器１の上部には、真空封止弁５が設けられており、真空容器１の本体と光学窓３ａ、３ｂおよび真空封止弁５の間は、Ｏリング４ａ、４ｂ、４ｃによって封止されており、真空容器１の内部は真空に維持されている。
【０００４】
真空容器１の内部において、非線形光学結晶２は固定金具６によって上部から押さえられ、真空容器１の底部に固定されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２７１８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、従来の波長変換装置は、波長変換結晶周囲の雰囲気が真空に維持されているので、真空にさらされる真空容器、Ｏリング、固定金具などから不純物が発生し易く、不純物が非線形光学結晶２（波長変換結晶）、光学窓に付着するため、波長変換レーザビーム（すなわち非線形光学結晶によって波長変換された光）を長期間安定に発生できない、また、容器を真空容器にすることが必要であり、装置が高価になるなどの問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、非線形光学結晶によって波長変換された光を長期間安定に発生することのできる波長変換方法および波長変換装置、並びにそれを用いた波長変換レーザ装置およびレーザ加工機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る波長変換方法は、光を非線形光学結晶に通して波長変換する波長変換方法において、前記非線形光学結晶の波長変換された光が出射する出射端面に接する雰囲気を、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体にして波長変換するものである。
【０００９】
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、長期間安定に発生することができるという効果が得られる。
【００１０】
また、非線形光学結晶の波長変換される光が入射する入射端面および波長変換された光が出射する出射端面を窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体で覆って波長変換するものである。
【００１１】
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、より確実に長期間安定に発生することができるという効果が得られる。
【００１２】
また、非線形光学結晶の波長変換される光が入射する入射端面に接する雰囲気と、波長変換された光が出射する出射端面に接する雰囲気とを、異なる成分の気体にして波長変換するものである。
【００１３】
これによれば、波長変換される光によって起こる非線形光学結晶と雰囲気との相互作用、および波長変換された光によって起こる非線形光学結晶と雰囲気との相互作用を、それぞれ個別に効率良く防止することができるという効果が得られる。
【００１４】
また、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体を流通させるものである。
【００１５】
これによれば、仮に不純物が発生しても、流通する気体と共に排出されるので、不純物が非線形光学結晶や光学窓に付着するのを防ぐことができるという効果が得られる。
【００１６】
また、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体を、非線形光学結晶の少なくとも出射端面の近傍に供給した後、排出するものである。
【００１７】
これによれば、仮に不純物が発生しても、非線形光学結晶の近傍には新鮮な気体が供給されるので、不純物が非線形光学結晶に付着するのをより確実に防ぐことができるという効果が得られる。
【００１８】
また、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体は、窒素元素を含むガスの体積含有率が１０％以下の気体であるものである。
【００１９】
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、簡単な構成で長期間安定に発生することができるという効果が得られる。
【００２０】
また、非線形光学結晶が、セシウムを含む結晶であるものである。これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された紫外領域の高出力な光を、長期間安定に発生することができるという効果が得られる。
【００２１】
また、気体が、希ガス、酸素ガス、または炭酸ガスのいずれかを主体とする気体であるものである。
【００２２】
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、より簡単な構成で長期間安定に発生することができるという効果が得られる。
【００２３】
また、非線形光学結晶１の波長変換された光が出射する面に接する劣囲気となる、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体が、アルゴンガスを主体とする気体であるものである。
【００２４】
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、より確実に長期間安定に発生することができるという効果が得られる。
【００２５】
本発明に係る波長変換装置は、光を非線形光学結晶に通して波長変換する波長変換装置において、前記非線形光学結晶の波長変換された光が出射する面に接する雰囲気を、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体とする手段を備えたものである。
【００２６】
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、長期間安定に発生することができるという効果が得られる。
【００２７】
また、平均パワー５Ｗ以上の波長変換された光を出射するものである。
【００２８】
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された高出力の光を、長期間安定に発生することができるという効果が得られる。
【００２９】
また、非線形光学結晶を窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体で覆う手段を備えたものである。
【００３０】
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、より確実に長期間安定に発生することができるという効果が得られる。
【００３１】
また、非線形光学結晶の波長変換される光が入射する面に接する雰囲気と、波長変換された光が出射する面に接する雰囲気とを、異なる成分の気体とする手段を備えたものである。
【００３２】
これによれば、波長変換される光によって起こる非線形光学結晶と雰囲気との相互作用、および波長変換された光によって起こる非線形光学結晶と雰囲気との相互作用を、それぞれ個別に効率良く防止することができるという効果が得られる。
【００３３】
また、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体を流通させる手段を備えたものである。
【００３４】
これによれば、仮に不純物が発生しても、流通する気体と共に排出されるので、不純物が非線形光学結晶や光学窓に付着するのを防ぐことができるという効果が得られる。
【００３５】
また、一部に入射光および出射光を通過させる窓または開口を設けた容器内に非線形光学結晶を配置し、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体を前記容器内で非線形光学結晶の少なくとも出射端面の近傍に供給する手段と、前記供給された気体を前記容器から排出する手段とを備えたものである。
【００３６】
これによれば、仮に不純物が発生しても、非線形光学結晶の近傍には新鮮な気体が供給されるので、不純物が非線形光学結晶に付着するのをより確実に防ぐことができるという効果が得られる。
【００３７】
また、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体は、窒素元素を含むガスの体積含有率が１０％以下の気体であるものである。
【００３８】
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、簡単な構成で長期間安定に発生することができるという効果が得られる。
【００３９】
また、非線形光学結晶が、セシウムを含む結晶であるものである。
【００４０】
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された紫外領域の高出力な光を、長期間安定に発隼することができるという効果が得られる。
【００４１】
また、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体が、希ガス、酸素ガス、または炭酸ガスのいずれかを主体とする気体であるものである。
【００４２】
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、より簡単な構成で長期間安定に発生することができるという効果が得られる。
【００４３】
また、非線形光学結晶の光が出射する面に接する雰囲気となる、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体が、アルゴンガスを主体とする気体であるものである。
【００４４】
これによれば、非線形光学結晶によって波長変換された光を、より確実に長期間安定に発生することができるという効果が得られる。本発明に係るレーザ加工機は、加工機を備え、加工光源として、波長変換の光源となるレーザ装置と、非線形光学結晶の波長変換された光が出射する面に接する雰囲気を、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体とする手段を備え、前記レーザ装置からのレーザ光を前記非線形光学結晶に通して波長変換する波長変換装置とを有する波長変換レーザ装置を備えたものである。
【００４５】
これによれば、長期間安定に精度良く均一な加工ができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
本発明者らは、ＣＬＢＯ結晶を用いた波長変換特性の劣化原因を調べるため、波長１０６４ｎｍのネオジム・ヤグ（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザの第２高調波、すなわち波長５３２ｎｍのレーザ光を発生するレーザ装置を光源とし、ＣＬＢＯ結晶を用いてＮｄ：ＹＡＧレーザの第４高調波である波長２６６ｎｍの紫外レーザビームの発生を１００時間連続して行った。この連続紫外レーザビーム発生時には、ＣＬＢＯ結晶は、空気中でヒーター上に配置し、１４０℃の一定温度で用いた。また、発生した波長２６６ｎｍの紫外レーザビームの平均パワーは２０Ｗであった。
【００４７】
この１００時間連続紫外レーザビーム発生試験後のＣＬＢＯ結晶の紫外レーザビーム出射端面すなわち波長変換された光が出射する面には、新たに付着した物質が観測された。こめ物質の元素分析および構造分析を行った結果、付着物質は硝酸セシウム（ＣｓＮＯ３）を含む硝酸化合物であることが判明した。この硝酸セシウムはＣＬＢＯ結晶の紫外レーザビーム出射端面のみに観測され、また、セシウムは波長変換に用いたＣＬＢＯ結晶以外の部品には含まれない元素であることから、波長変換により発生した波長２６６ｎｍの紫外レーザビームの作用により、ＣＬＢ○結晶の成分であるセシウムと大気中の窒素が反応を起こして硝酸セシウムが生成したことが明らかである。また、ＣＬＢＯ結晶を用いた波長変換により硝酸セシウムが生成することは、本発明者らの行った平均パワー５Ｗ以上での長期連続紫外レーザビーム発生試験により、初めて明らかになった現象である。従来は、例えば文献（出来恭一他、電気学会光・量子デバイス研究会資料、ＯＱＤ-９７巻、５３-６９号、４１-４６頁、１９９７年）に示されているように、出力４Ｗ以下での長期動作試験しか行われていなかったため、この現象は明らかになっていなかった。
【００４８】
以上の結果より、ＣＬＢＯ結晶を用いて波長変換を行う際には、非線形光学結晶の少なくとも波長変換された光が出射する出射端面に接する雰囲気が空気よりも窒素元素の含有率が小さい気体となるようにして行い、望ましくは窒素元素（Ｎ）がほとんど含まれない気体となるようにして行えば、雰囲気が空気であるものに比較して長期間安定に高出力な波長変換をすることができることが明らかとなった。
【００４９】
実施例１.
【００５０】
第１図および第２図は、この発明を実施するための実施例１による波長変換方法および波長変換装置を説明するための図であり、より具体的には、第１図は波長変換装置の縦断面図であり、第２図は波長変換装置の横断面図である。
【００５１】
第１図および第２図において、２は非線形光学結晶である。３ａ、３ｂはレーザビームを透過する光学窓である。４ａ、４ｂはＯリングである。１１は非線形光学結晶２を収納するための容器である。１２ａ、１２ｂは光学窓押さえである。１３ａ、１３ｂは容器１１にあけられた穴である。１４ａ、１４ｂは栓である。１５ａ、１５ｂは配管である。１６は成分に窒素元素（Ｎ）を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体である。１７ａ、１７ｂは非線形光学結晶２を容器１１に固定するための固定治具である。７ａは波長変換装置全体を示す。
【００５２】
非線形光学結晶２は、波長変換により波長４００ｎｍ以下の紫外レーザビームを発生するための位相整合角度に両端面を切断、研磨され、固定治具１７ａ、１７ｂにより容器１１上に固定される。ここでは、非線形光学結晶２はＣＬＢＯ結晶からなり、波長５３２ｎｍのレーザビームを波長２６６ｎｍの紫外レーザビームに変換するための位相整合角度に両端面が切断、研磨されている。
【００５３】
光学窓３ａ、３ｂは少なくとも波長２００ｎｍ〜１５００ｎｍのレーザビームに対して透明な例えば石英（化学式：ＳｉＯ２）、弗化カルシウム（化学式：ＣａＦ２）などからなり、両端面研磨されており、Ｏリング４ａ、４ｂを介して光学窓押さえ１２ａ、１２ｂにより容器１１に密着されている。栓１４ａ、１４ｂは、ここではＰＴネジ（管用テーパネジ）により容器１１に直接接合するものを用いている。容器１１は、光学窓３ａ、３ｂとＯリング４ａ、４ｂおよび栓１４ａ、１４ｂにより気密に保たれている。
【００５４】
レーザビームは入力側の光学窓３ａから容器１１内に入射し、非線形光学結晶２によって波長変換された後、出力側の光学窓３ｂから出射する。
【００５５】
気体１６は成分に窒素元素（Ｎ）を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体であり、例えば希ガス、酸素ガス（Ｏ２）、炭酸ガス（ＣＯ２）などを主体とした気体を用いることができ、配管１５ａ、穴のあけられた栓１４ａを通して容器１１内に流入され、穴の開けられた栓１４ｂ、配管１５ｂを通して容器１１から常時流出するように流されている。このため、容器内１１は成分に窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体１６によって満たされる。
【００５６】
本実施例１においては、波長変換装置７ａは上記のように構成されており、非線形光学結晶２の波長変換される光が入射する入射端面および波長変換された光が出射する出射端面は、成分に窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体１６にさらされているため、レーザビームの波長変換を行って、波長４００ｎｍ以下の紫外レーザビームの照射を受けても硝酸セシウムなどの硝酸化合物は生成することがなく、硝酸化合物により波長変換レーザビームに歪みが生じたり、さらに出力が低下したりすることはないため、また、波長変換装置７ａ内は真空にされていないので、容器から不純物が発生することがなく、不純物が非線形光学結晶２や光学窓に付着することがないため、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効架を奏する。
【００５７】
また、気体１６は容器１１内に流入され、容器１１から常時流出するように流されており、流通しているので、仮に不純物が発生しても、流通する気体１６と共に排出される。したがって、不純物が非線形光学結晶２や光学窓３ａ、３ｂに付着するのを防ぐことができるという効果を奏する。
【００５８】
また、波長変換装置７ａは厳密な気密容器にする必要がなく、また、希ガス、酸素、炭酸ガスなどを少量流すだけで、長期間安定に高出力な波長変換レーザビームを発生することができるので、波長変換装置を安価に提供することができるという効果も奏する。
【００５９】
なお、非線形光学結晶２としては、セシウム・リチウム・ボレート（化学式：ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０、略称：ＣＬＢＯ）結晶、セシウム・ボレート（化学式：ＣｓＢ３Ｏ５、略称：ＣＢＯ）結晶などのセシウムを含む結晶が適しているが、リチウム・ボレート（化学式：ＬｉＢ３Ｏ５、略称：ＬＢＯ）結晶、ベータ・バリウム・ボレート（化学式：β−ＢａＢ２Ｏ４、略称：ＢＢＯ）、ガドリニウム・イットリウム・カルシウム・オキシボレート（化学式：ＧｄｘＹ１−ｘＣａ４（ＢＯ３）３、略称：ＧｄＹＣＯＢ）結晶などのセシウムを含まない結晶であってもセシウム以外の元素が窒素と反応して窒素化合物を形成する可能性があるので、使用可能である。
【００６０】
また、容器１１として円柱形のものを例として示したが、どのような形でもよく、例えば立方体あるいは直方体などでもよい。
【００６１】
また、栓１４ａ、１４ｂとして例えばＰＴネジ、Ｏリングなどにより容器１１に直接接合されるものを示したが、この他配管の途中に設けるものなどを用いることができる。
【００６２】
また、上記実施例１では、栓１４ａ、１４ｂを開けて窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体１６を常時流す例について説明したが、容器１１内を窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体１６で満たした後、栓１４ａ、１４ｂを閉めて気体１６を容器１１内に密封するようにして、すなわち非線形光学結晶を封止したセルにして使用してもよく、上記実施例１と同様の効果がある。ただし、この場合には、気体１６が流通することによる効果は得られない。
【００６３】
実施例２.
【００６４】
第３図および第４図は、この発明を実施するための実施例２による波長変換方法および波長変換装置を説明するための図であり、より具体的には、第３図は波長変換装置の縦断面図であり、第４図は波長変換装置の横断面図である。
【００６５】
第３図および第４図において、２、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、１１、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６は上記実施例１に示したものと同一のものであり、同一の作用をする。１７ｃ、１７ｄは非線形光学結晶２を加熱素子１８上に固定するための固定治具である。１８は電熱ヒーターを備えた加熱素子である。１９は断熱材である。７ｂは波長変換装置全体を示す。また、図示はされていないが、加熱素子１８内には温度をモニタするための温度センサが設けられており、加熱素子１８および温度センサは図示されていない電線を通じて波長変換装置７ｂ外部の温度コントローラに接続されている。
【００６６】
加熱素子１８は、温度コントローラにより温度センサからの信号に応じて電熱ヒーターに流される電流を制御され、１００℃を超える一定温度に制御されることにより、固定治具１７ｃ、１７ｄおよび非線形光学結晶２の温度を１００℃以上の一定温度に保つ。
【００６７】
レーザビームは入力側の光学窓３ａから容器１１内に入射し、非線形光学結晶２によって波長変換された後、出力側の光学窓３ｂから出射する。
【００６８】
本実施例２においては、波長変換装置７ｂは上記のように構成されており、非線形光学結晶２は１００℃以上の一定温度に保たれている。その結果、気体１６に微量の水分が含まれている場合でも非線形光学結晶２が水分を吸収することがないため、長期間安定に波長変換レーザビームを発生することができるという効果を奏する。
【００６９】
また、実施例１の場合と同様に、非線形光学結晶２の波長変換される光が入射する入射端面および波長変換された光が出射する出射端面は、成分に窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体１６にさらされており、レーザビームの波長変換を行って、波長４００ｎｍ以下の紫外レーザビームの照射を受けても硝酸セシウムなどの硝酸化合物は生成することがなく、また、波長変換装置７ａ内は真空にされていないので、容器から不純物が発生することがないため、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果を奏する。また、波長変換装軍７ｂは真空容器にする必要がないので・波長変換装置を安価に提供することができるという効果も奏する。
【００７０】
また、仮に不純物が発生しても、流通する気体１６と共に排出されるので、不純物が非線形光学結晶２や光学窓３ａ、３ｂに付着するのを防ぐことができるという効果も奏する。
【００７１】
なお、容器１１として円柱形のものを例として示したが、どのような形状でもよく、例えば立方体あるいは直方体などでもよい。
【００７２】
また、栓１４ａ、１４ｂとして例えばＰＴネジ、Ｏリングなどにより容器１１に直接接合されるものを示したが、この他配管の途中に設けるものなどを用いることができる。
【００７３】
また、加熱素子１８として電熱ヒーターを備えた例を示したが、これに限るものでなく、例えばペルチェ素子など加熱できる素子を備えていればよい。
【００７４】
さらに、上記実施例２では、栓１４ａ、１４ｂを開けて窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体１６を常時流す例について説明したが、容器１１内を窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体１６で満たした後、栓１４ａ、１４ｂを閉めて気体１６を容器１１内に密封するようにして使用してもよく、上記実施例２と同様の効果がある。ただし、この場合には、気体１６が流通することによる効果は得られない。
【００７５】
実施例３．
【００７６】
第５図は、この発明を実施するための実施例３による波長変換方法および波長変換装置を説明するための図であり、より具体的には、波長変換装置の縦断面図である。
【００７７】
第５図において、２、１６、１７ａ、１７ｂは上記実施例１に示したものと同一のものであり、同一の作用をする。３５は容器本体、３６ａ、３６ｂは蓋、３７は容器である。３８ａ、３８ｂは蓋３６ａ、３６ｂにあけられた光が通過する穴である。１３ｃは容器本体３５にあけられた穴である。１４ｃは栓である。１５ｃは配管である。７ｃは波長変換装置全体を示す。
【００７８】
容器本体３５と蓋３６ａおよび３６ｂとで容器３７を構成し、蓋３６ａおよび蓋３６ｂにはそれぞれ光が通過する穴３８ａおよび穴３８ｂが開けられている。
【００７９】
配管１５ｃから栓１４ｃを通じて、容器本体３５に設けられた穴１３ｃから容器３７内に窒素以外の気体が主成分である気体１６、例えば希ガス、酸素ガス、炭酸ガスなどを主体とした気体を流入させる。気体１６は、容器３７内の空気を置換して容器３７内を気体１６で満たすとともに穴３８ａ、３８ｂより排出される。
【００８０】
このように、容器３７は必ずしも気密である必要はなく、非線形光学結晶２の雰囲気が窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体になればよい。また、少なくとも非線形光学結晶２の波長変換された光５が出射する面に接する気体が窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体になればよく、上記実施例１と同様の効果が得られる。なお、上記実施例２の場合と同様に、加熱素子１８および断熱材１９を備え、非線形光学結晶２を１００℃以上の一定温度に保つようにしてもよい。
【００８１】
なお、これまでの実施例１〜３では、非線形光学結晶２の雰囲気が窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体になるようにしたが、少なくとも空気よりも窒素元素の含有率が小さい気体であれば、雰囲気が空気である場合に比較して長期間安定に高出力な波長変換をすることができる。ただし、窒素の体積含有率が１０％以下であることが好ましく、さらには１％以下であることがより好ましい。従って、非線形光学結晶２を配置した容器内に流しまたは封入する希ガス、酸素ガス、炭酸ガス等を主体とした気体は、純度の高い気体でなくてもよく、グレードの低い安価な気体を使用できる。希ガス、酸素ガス、炭酸ガス等を主体とした気体は、それらのガスの体積含有率が例えば５０％以上であることが好ましく、９０％以上、さらには９９％以上であることがより好ましい。
【００８２】
実施例４．
【００８３】
第６図は、この発明を実施するための実施例４による波長変換方法および波長変換装置を説明するための図であり、より具体的には、波長変換装置の縦断面図である。
【００８４】
第６図において、２、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、１１、１２ａ、１２ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１８、１９は上記実施例１または２に示したものと同一のものであり、同一の作用をする。１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは容器１１にあけられた穴である。１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは栓である。１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは配管である。１６ｂは成分に窒素元素（Ｎ）を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体である。１６ａは気体１６ｂとは異なる成分からなる気体である。７ｄは波長変換装置全体を示す。なお、第６図では明記していないが、容器１１内において、非線形光学結晶２の波長変換される光が入射する入射端面に接する空間と、波長変換された光が出射する出射端面に接する空間とは、例えば隔壁などによって分離されている。
【００８５】
非線形光学結晶２は、波長変換により波長４００ｎｍ以下の紫外レーザビームを発生するための位相整合角度に両端面を切断、研磨され、固定治具１７ｃ、１７ｄにより容器１１上に固定される。ここでは、非線形光学結晶２はＣＬＢＯ結晶からなり、波長５３２ｎｍのレーザビームを波長２６６ｎｍの紫外レーザビームに変換するための位相整合角度に両端面が切断、研磨されている。
【００８６】
レーザビームは、入力側の光学窓３ａから容器１１内に入射し、非線形光学結晶２によって波長変換された後、出力側の光学窓３ｂから出射する。
【００８７】
気体１６ａは、配管１５ｂから栓１４ｂおよび穴１３ｂを通って容器１１内における非線形光学結晶２の入射端面に接する空間に入り、非線形光学結晶２の入射端面に接する雰囲気を気体１６ａの雰囲気とし、穴１３ａ、栓１４ａ、配管１５ａを通って容器１１外に排出される。また、気体１６ｂは、配管１５ｃから栓１４ｃ、穴１３ｃを通って容器１１内における非線形光学結晶２の出射端面に接する空間に入り、非線形光学結晶２の出射端面に接する雰囲気を気体１６ｂの雰囲気とし、穴１３ｄ、栓１４ｄ、配管１５ｄを通って容器１１外に排出される。
【００８８】
本実施例４においては、波長変換装置７ｄは上記のように構成されており、非線形光学結晶２の出射端面は、成分に窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体１６ｂにさらされていることから、レーザビームの波長変換を行って、非線形光学結晶２の出射端面に波長４００ｎｍ以下の紫外レーザビームの照射を受けても、硝酸セシウムなどの硝酸化合物は生成することがなく、硝酸化合物により波長変換レーザビームに歪みが生じたり、出力が低下したりすることはないため、高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを長期間安定に発生することができるという効果を奏する。
【００８９】
また、非線形光学結晶２の入射端面に接する雰囲気と出射端面に接する雰囲気とを異なる成分の気体１６ａと気体１６ｂとしたので、波長変換される光すなわち波長変換の基本波となる入射レーザビームによって起こる非線形光学結晶２と雰囲気との相互作用、および、波長変換された光すなわち波長変換レーザビームによって起こる非線形光学結晶２と雰囲気との相互作用をそれぞれ個別に効率良く防止することができるという効果を奏する。さらに、波長変換装置７ｄは真空容器にする必要がないので、容器から不純物が発生することがなく、しかも波長変換装置をより安価に提供することができるという効果も奏する。
【００９０】
また、気体１６ａは、容器１１内の非線形光学結晶２の波長変換される光が入射する入射端面に接する空間に流入された後、この空間から流出するように流されており、流通しているので、仮に不純物が発生しても、流通する気体１６ａと共に排出される。また、気体１６ｂは容器１１内の非線形光学結晶２の波長変換される光が出射する出射端面に接する空間に流入された後、この空間から流出するように流されており、流通しているので、仮に不純物が発生しても、流通する気体１６ｂと共に排出される。したがって、不純物が非線形光学結晶２や光学窓３ａ、３ｂに付着するのを防ぐことができるという効果を奏する。
【００９１】
また、実施例２の場合と同様に、加熱素子１８および断熱材１９を備えており、非線形光学結晶２を１００℃以上の一定温度に保つことにより、気体１６ａ、１６ｂに微量の水分が含まれている場合でも水分を吸収することがないため、長期間安定に波長変換レーザビームを発生することができるという効果を奏する。しかしながら、加熱素子１８および断熱材１９は必ずしも備えなくてもよい。
【００９２】
なお、本実施例４で用いられる窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体としては、少なくとも空気よりも窒素元素の含有率が小さい気体であれば、雰囲気が空気であるものに比較して長期間安定に高出力な波長変換をすることができるものが得られる。ただし、窒素の体積含有率が１０％以下であることが好ましく、さらには１％以下であることがより好ましい。
【００９３】
本発明者らは、ＣＬＢＯ結晶を用いた波長変換特性の劣化原因を調べるため、さらなる試験を行った。例えば、実施例２で示した波長変換装置７ｂを用い、非線形光学結晶２としてＣＬＢＯ結晶を用い、波長５３２ｎｍのレーザビームをＣＬＢＯ結晶に入射させ、波長２６６ｎｍの紫外レーザビームに変換する際、気体１６として酸素ガス（体積含有率：９９.７％）を用い、ＣＬＢＯ結晶を酸素（Ｏ２）雰囲気中に配置して１００時間連続紫外レーザビーム発生試験を行った場合には、ＣＬＢＯ結晶の波長５３２ｎｍのレーザビーム入射端面には試験開始前と変化がなかったが、ＣＬＢＯ結晶の波長２６６ｎｍ紫外レーザビーム出射端面のレーザビーム通過部分に変色が見られた場合があったが、この出射端面のレーザビーム通過部分以外には変化がなく、出力は２０Ｗを保持することができた。また、気体１６としてアルゴンガス（体積含有率：９９.９％）を用い、ＣＬＢＯ結晶をアルゴンガス（Ａｒ）雰囲気中に配置して紫外レーザビーム発生試験を行った揚合には、ＣＬＢＯ結晶の波長５３２ｎｍのレーザビーム入射端面のレーザビーム通過部分に変色が見られたが、ＣＬＢＯ結晶の波長２６６ｎｍ紫外レーザビーム出射端面は試験開始前と変化がない場合があった。
【００９４】
したがって、非線形光学結晶２としてＣＬＢＯ結晶を用いる場合、ＣＬＢＯ結晶の波長２６６ｎｍ紫外レーザビーム出射端面に接する雰囲気を、空気よりも窒素元素の含有率が小さい気体でかつ酸素以外の気体、例えばアルゴンガス（Ａｒ）を主体とする気体の雰囲気とし、波長５３２ｎｍのレーザビーム入射端面に接する雰囲気を、アルゴンガス以外の気体、例えば、酸素ガス（Ｏ２）を主体とする気体や空気などの雰囲気とすることにより、非線形光学結晶２と雰囲気との相互作用をより確実に防止できるので、高品質かつ高出力な波長変換レーザビームをより長期間より安定に発生することができる。なお、非線形光学結晶２としては、セシウム・リチウム・ボレート（化学式：ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０、略称：ＣＬＢＯ）結晶、セシウム・ボレート（化学式：ＣｓＢ３Ｏ５、略称：ＣＢＯ）結晶などのセシウムを含む結晶が適しているが、リチウム・ボレート（化学式：ＬｉＢ３Ｏ５、略称：ＬＢＯ）結晶、ベータ・バリウム・ボレート（化学式：β−ＢａＢ２Ｏ４、略称：ＢＢＯ）、ガドリニウム・イットリウム・カルシウム・オキシボレート（化学式：ＧｄｘＹ１−ｘ、Ｃａ４（ＢＯ３）３、略称：ＧｄＹＣＯＢ）結晶などのセシウムを含まない結晶であってもセシウム以外の元素が窒素と反応して窒素化合物を形成する可能性があるので、使用可能である。
【００９５】
また、上記実施例４では、栓１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを開けて気体１６ａ、１６ｂを常時流す例について説明したが、容器１１内における非線形光学結晶２の入射端面に接する空間および出射端面に接する空間をそれぞれ気体１６ａおよび気体１６ｂで満たした後、栓１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを閉めて気体１６ａおよび気体１６ｂを容器１１内のそれぞれの空間に密封するようにして、すなわち非線形光学結晶２を封止したセルにして使用してもよく、上記実施例４と同様の効果がある。ただし、この場合には、気体１６ａ、１６ｂが流通することによる効果は得られない。
【００９６】
実施例５．
【００９７】
第７図は、この発明を実施するための実施例５による波長変換方法および波長変換装置を説明するための図であり、より具体的には、波長変換装置の縦断面図である。
【００９８】
第７図において、２、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６、１７ｃ、１７ｄ、１８、１９は上記実施例１、２に示したものと同一のものであり、同一の作用をする。４ｃはＯリングである。１１ａは容器である。１１ｂは容器１１ａの蓋である。４５は断熱材１９を固定するための固定治具である。４６は非線形光学結晶２の入射光に対する角度を調整する手段に相当する角度調整器である。４７は非線形光学結晶２における入射光の通過位置を調整する手段に相当する位置調整器である。７ｅは波長変換装置全体を示す。
【００９９】
容器１１ａに、光学窓３ａ、３ｂ、Ｏリング４ａ、４ｂ、および栓１４ａ、１４ｂをつけ、蓋１１ｂを開けた状態で、光学窓３ａ、３ｂを通して非線形光学結晶２にレーザビームを通しながら、角度調整器４６により非線形光学結晶２のレーザビームに対する角度を調整し、位置調整器４７により非線形光学結晶２のレーザビーム通過位置を調整することにより、非線形光学結晶２により発生する波長変換レーザビームの出力が所望の出力となるように調整した後、蓋１１ｂを閉めることにより、容器１１ａを気密に保つ。その後、成分に窒素元素（Ｎ）を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体１６を流すことにより、容器１１ａ内は成分に窒素元素（Ｎ）を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体１６により満たされる。
【０１００】
本実施例５においては、波長変換装置７ｅは上記のように構成されており、角度調整器４６および位置調整器４７を備えたので、例えば、実施例４で述べたように、気体１６として酸素ガスやアルゴンガスを主体とする気体を用いて長時間、高出力で動作させた場合に、非線形光学結晶２であるＣＬＢＯ結晶のレーザビーム出射端面や入射端面のレーザビーム通過部分に変色が生じることがあるが、このような場合に、位置調整器４７により非線形光学結晶２のレーザビーム通過部を変色の無いところにずらし、角度調整器４６により非線形光学結晶２の角度を調整することにより、波長変換レーザビームの出力を非線形光学結晶２のレーザビーム通過部が劣化する前の出力に戻すことができ、実質的に非線形光学結晶２の寿命を延ばすことができるという効果を奏する。
【０１０１】
また、実施例１の場合と同様に、非線形光学結晶２は成分に窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体１６にさらされているため、レーザビームの波長変換を行って、波長４００ｎｍ以下の紫外レーザビームの照射を受けても硝酸セシウムなどの硝酸化合物は生成することがなく、また、波長変換装置７ｅ内は真空にされていないので、容器から不純物が発生することがなく、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果を奏する。さらに、実施例２の場合と同様に、加熱素子１８および断熱材１９を備えており、非線形光学結晶２を１００℃以上の一定温度に保つことにより、気体１６に微量の水分が含まれている場合でも非線形光学結晶２が水分を吸収することがないため、長期間安定に波長変換レーザビームを発生することができるという効果を奏する。
【０１０２】
なお、上記実施例５では、実施例２で説明したのと同様の波長変換装置に角度調整器４６および位置調整器４７を備えた場合について示したが、これに限るものではなく、実施例１、３または４で説明したのと同様の波長変換装置に角度調整器４６および位置調整器４７を備えてもよく、この場合にも同様の効果が得られる。
【０１０３】
実施例６．
【０１０４】
第８図は、この発明を実施するための実施例６による波長変換方法および波長変換装置を説明するための図であり、より具体的には、波長変換装置の縦断面図である。
【０１０５】
第８図において、２、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、１１、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１８、１９は上記実施例４に示したものと同一のものであり、同一の作用をする。１３ｅ、１３ｆは容器１１にあけられた穴である。１４ｅ、１４ｆは栓である。１５ｅ、１５ｆは配管である。１５ｇは配管であり、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体を非線形光学結晶２の出射端面の近傍に供給する手段に相当する。配管１５ｇは、気体１６ｂを容器１１内に入れる穴１３ｅに連結され、非線形光学結晶２の出射端面付近に延在して配置されている。また、穴１３ｆは、非線形光学結晶２を挟んで、配管１５ｇと対向する位置に設けられている。７ｆは波長変換装置全体を示す。なお、第８図では明記していないが、容器１１内において、非線形光学結晶２の入射端面に接する空間と、出射端面に接する空間とは、例えば隔壁などによって分離されているのは、実施例４の場合と同様である。
【０１０６】
非線形光学結晶２は、波長変換により波長４００ｎｍ以下の紫外レーザビームを発生するための位相整合角度に両端面を切断、研磨され、固定治具１７ｃ、１７ｄにより容器１１上に固定される。ここでは、非線形光学結晶２はＣＬＢＯ結晶からなり、波長５３２ｎｍのレーザビームを波長２６６ｎｍの紫外レーザビームに変換するための位相整合角度に両端面が切断、研磨されている。レーザビームは、入力側の光学窓３ａから容器１１内に入射し、非線形光学結晶２によって波長変換された後、出力側の光学窓３ｂから出射する。気体１６ａは、配管１５ｂから栓１４ｂおよび穴１３ｂを通って容器１１内における非線形光学結晶２の入射端面に接する空間に入り、非線形光学結晶２の入射端面に接する雰囲気を気体１６ａの雰囲気とし、穴１３ａ、栓１４ａ、配管１５ａを通って容器１１外に排出される。気体１６ｂは、所定の流量（例えば流量０.１リットル／分）で、配管１５ｅから栓１４ｅ、穴１３ｅ、配管１５ｇを通って容器１１内における非線形光学結晶２の出射端面付近に流入され、非線形光学結晶２の出射端面に接する雰囲気を気体１６ｂの雰囲気とし、穴１３ｆ、栓１４ｆ、配管１５ｆを通って容器１１外に排出される。気体１６ｂの流量は、例えば、図には記載していないガスボンベから、図には記載していない流量調整バルブ、さらに、図には記載していない流量計を通して、配管１５ｅにつなぎ、流量調整バルブを調整することにより調整され、流量計により測定される。
【０１０７】
本実施例６においては、波長変換装置７ｆは上記のように構成されており、実施の形態４で説明したのと同様の効果が得られるのに加えて、以下のような効果も得られる。すなわち、気体１６ｂを非線形光学結晶２の出射端面近傍に流入させるようにしたので、仮に容器１１内の構成材などから不純物が発生しても、非線形光学結晶２の出射端面には流入したばかりの新鮮な気体１６ｂが供給されるため、不純物が非線形光学結吊２の出射端面に付着することを防ぎ、さらには光学窓３ｂの非線形光学結晶２に近い部分に付着することも防ぎ、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果が高まる。また、非線形光学結晶２を挟んで、気体１６ｂの容器１１内への流入口である配管１５ｇに対向する位置に、穴１３ｆを設けたので、仮に容器１１内の構成材などから不純物が発生しても、容器１１内部から不純物を効率良く取り除くことができるため、不純物が非線形光学結晶２の出射端面や光学窓３ｂに付着することを防ぎ、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果がより高まる。
【０１０８】
また、上記実施例６では、気体１６ｂを流量０.１リットル／分で流す例について説明したが、流量を１リットル／分、さらには１０リットル／分に増加させることにより、仮に容器１１内の構成材などから不純物が発生しても、不純物が非線形光学結晶２の出射端面や光学窓３ｂの非線形光学結晶２に近い部分に付着することをより確実に防止でき、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果がさらに高まる。
【０１０９】
また、上記実施例６では、非線形光学結晶２の出射端面側のみ気体１６ｂを非線形光学結晶２の端面付近に流入させ、流入口１５ｇと対向する穴１３ｆから効率良く排出するように構成したが、非線形光学結晶２の入射端面側にも同様の構成を設けることにより、仮に容器１１内の構成材などから不純物が発生しても、不純物が非線形光学結晶２の入射端面や光学窓３ａの非線形光学結晶２に近い部分に付着することを防ぎ、より長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果がさらに高まる。
【０１１０】
なお、上記実施例６では、気体１６を容器１１内で非線形光学結晶２の少なくとも出射端面の近傍に供給する手段として配管１５ｇを用いた場合について示したが、これに限るものではなく、例えば、容器１１の内壁を非線形光学結晶２の端面の近傍にまで届くよう構成し、配管１５ｇを用いずに穴１３ｂ、１３ｅから直接非線形光学結晶２の端面近傍に気体１６を供給してもよく、上記実施例６と同様の効果が得られる。
【０１１１】
実施例７．
【０１１２】
上記実施例６では、実施例４で説明したような、非線形光学結晶２の入射端面に接する雰囲気と、出射端面に接する雰囲気とを、異なる成分の気体１６ａと１６ｂにして波長変換する波長変換方法および波長変換装置において、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体を、非線形光学結晶２の入射端面または出射端面の近傍に供給した後、排出する場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば実施の形態１〜３や実施の形態５で説明したような、非線形光学結晶２の入射端面に接する雰囲気と、出射端面に接する雰囲気とを、同じ成分の気体１６にして波長変換する波長変換方法および波長変換装置において、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体１６を、非線形光学結晶の入射端面または出射端面の近傍に供給した後、排出するようにしてもよい。
【０１１３】
第９図は、この発明を実施するための実施例７による波長変換方法および波長変換装置を説明するための図であり、より具体的には、波長変換装置の縦断面図である。
【０１１４】
第９図において、２、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６、１７ｃ、１７ｄ、１８、１９は上記実施例１、２に示したものと同一のものであり、同一の作用をする。また、１５ｇは、上記実施例６で説明したのと同様に配管であり、窒素元素の含有率が空気よりも小さい気体１６を非線形光学結晶の出射端面の近傍に供給する手段に相当する。７ｇは波長変換装置全休を示す。
【０１１５】
レーザビームは、入力側の光学窓３ａから容器１１内に入射し、非線形光学結晶２によって波長変換された後、出力側の光学窓３ｂから出射する。
【０１１６】
気体１６は、所定の流量（例えば流量０．１リットル／分）で、配管１５ｂから栓１４ｂおよび穴１３ｂさらに穴１３ｂに連結された配管１５ｇを通って容器１１内における非線形光学結晶２の出射端面付近に流入され、非線形光学結晶２の出射端面に接する雰囲気を気体１６の雰囲気とし、穴１３ａ、栓１４ａ、配管１５ａを通って容器１１外に排出される。気体１６の流量は、例えば、図には記載していないガスボンベから、図には記載していない流量調整バルブ、さらに、図には記載していない流量計を通して、配管１５ｂにつなぎ、流量調整バルブを調整することにより調整され、流量計により測定される。
【０１１７】
本実施例７においては、波長変換装置７ｇは上記のように構成されており、実施の形態２で説明したのと同様の効果が得られるのに加えて、以下のような効果も得られる。
【０１１８】
すなわち、気体１６を非線形光学結晶２の出射端面近傍に流入させるようにしたので、仮に容器１１内の構成材などから不純物が発生しても、非線形光学結晶２の出射端面には流入したばかりの新鮮な気体１６が供給されるため、不純物が非線形光学結晶２の出射端面に付着することを防ぎ、さらには光学窓３ｂの非線形光学結晶２に近い部分に付着することも防ぎ、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果が高まる。
【０１１９】
また、上記実施例７では、気体１６ｂを流量０．１リットル／分で流す例について説明したが、流量を１リットル／分、さらには１０リットル／分に増加させることにより、仮に容器１１内の構成材などから不純物が発生しても、不純物が非線形光学結晶２の出射端面や光学窓３ｂの非線形光学結晶２に近い部分に付着することをより確実に防止でき、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果がさらに高まる。
【０１２０】
また、上記実施例７では、非線形光学結晶２の出射端面の近傍に気体１６を供給するように構成したが、非線形光学結晶２の出射端面および入射端面の両方に気体１６を供給するように構成してもよい。
【０１２１】
なお、上記実施例７では、実施例２で説明したのと同様の波長変換装置に、気体１６を容器１１内で非線形光学結晶２の少なくとも出射端面１０の近傍に供給する手段（配管１５ｇ）を備えた場合について示したが、これに限るものではなく、実施例１、３または４で説明したのと同様の波長変換装置に、気体１６を容器１１内で非線形光学結晶２の少なくとも出射端面の近傍に供給する手段（配管１５ｇ）を備えてもよく、この場合にも同様の効果が得られる。
【０１２２】
なお、上記実施例７では、気体１６を容器１１内で非線形光学結晶２の入射端面または出射端面の近傍に供給する手段として配管１５ｇを用いた場合について示したが、これに限るものではなく、例えば、容器１１の内壁を非線形光学結晶２の端面の近傍にまで届くよう構成し、配管１５ｇを用いずに穴１３ｂ、１３ｅから直接非線形光学結晶２の端面近傍に気体１６を供給してもよく、上記実施例７と同様の効果が得られる。
【０１２３】
実施例８．
【０１２４】
第１０図は、この発明を実施するための実施例８による波長変換レーザ装置を説明するための図であり、より具体的には、波長変換レーザ装置の縦断面図である。
【０１２５】
第１０図において、２は非線形光学結晶である。７ａは上記実施例１に示した波長変換装置である。２０はネオジム・ヤグ（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザの第２高調波である波長５３２ｎｍのレーザビームを発生するレーザ装置である。２１はレーザ装置２０から出射される波長５３２ｎｍのレーザビームである。２１ａは波長５３２ｎｍのレーザビーム２１の一部が非線形光学結晶２により波長２６６ｎｍに波長変換されたレーザビームである。２２は波長２６６ｎｍのレーザビームを透過し、波長５３２ｎｍのレーザビームを反射するコーティングの施された波長選択鏡である。２１ｂは波長２６６ｎｍの紫外レーザビームである。２３は基台である。２４は基台２３上に波長変換装置７ａを固定するための固定台である。２５は波長選択鏡２２を基台２３上に固定するための固定治具である。２６は波長変換レーザ装置全体を示す。
【０１２６】
非線形光学結晶２は、例えばセシウム・リチウム・ボレート（化学式：ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０、略称：ＣＬＢＯ）結晶・セシウム・ボレート（化学式：ＣｓＢ３Ｏ５、略称：ＣＢＯ）結晶、リチウム・ボレート（化学式：ＬｉＢ３Ｏ５、略称：ＬＢＯ）結晶、ベータ・バリウム・ボレート（化学式：β−ＢａＢ２Ｏ４、略称：ＢＢＯ）、ガドリニウム・イットリウム・カルシウム・オキシボレート（化学式：ＧｄｘＹ１−ｘＣａ４（ＢＯ３）３、略称：ＧｄＹＣＯＢ）結晶などからなり、波長変換により波長４００ｎｍ以下の紫外レーザビームを発生するための位相整合角度に両端面を切断、研磨されており、固定治具１７ａ、１７ｂにより容器１１上に固定されている。ここでは、非線形光学結晶２はＣＬＢＯ結晶からなり、波長５３２ｎｍのレーザビームを波長２６６ｎｍの紫外レーザビームに変換するためのタイプ１位相整合角度に両端面が切断、研磨されている。
【０１２７】
レーザ装置２０から出射された波長５３２ｎｍのレーザビーム２１は、波長変換装置７ａに入射し、非線形光学結晶２によりその一部が波長２６６ｎｍに波長変換され、レーザビーム２１ａとなる。レーザビーム２１ａは波長選択鏡２２に波長２６６ｎｍ成分のみ透過され、波長５３２ｎｍ成分が反射されることにより、波長２６６ｎｍの紫外レーザビーム２１ｂとなる。
【０１２８】
本実施例８においては、波長変換レーザ装置は上記のように構成されており、非線形光学結晶２は、成分に窒素元素を含まない、あるいは窒素元素が少ない気体にさらされている。その結果、波長変換により波長４００ｎｍ以下の紫外レーザビームの照射を受けても硝酸セシウムなどの硝酸化合物は生成することがないため、長期間安定に高品質かつ高出力な波長変換レーザビームを発生することができるという効果を奏する。また、波長変換装置７ａは真空容器にする必要がないので、容器から不純物が発生することがなく、しかも波長変換レーザ装置を安価に提供することができるという効果も奏する。
【０１２９】
なお、上記実施例８では、実施例１に示した波長変換装置７ａを用いる例について示したが、実施例２〜実施例７に示したいずれの波長変換装置７ｂ〜７ｇを用いてもよく、上記実施例８と同様の効果を奏する。
【０１３０】
また、上記実施例８では、ネオジム・ヤグ（Ｎｄ：ＹＡＧ、化学式Ｎｄ：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）レーザの第２高調波である波長５３２ｎｍのレーザビームを発生するレーザ装置２０を光源として用いる例について説明したが、光源の波長はこれに限るものでなく、例えばイッテルビウム・ヤグ（Ｙｂ：ＹＡＧ、化学式Ｙｂ：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、ネオジム・イルフ（Ｎｄ：ＹＬＦ、化学式Ｎｄ：ＬｉＹＦ４）、ネオジム・ワイヴイオーフォー（Ｎｄ：ＹＶＯ４）、チタン・サファイア（Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３）の基本波、第２高調波などでもよく、上記実施例８と同様の効果を奏する。
【０１３１】
実施例９．
【０１３２】
第１１図は、この発明を実施するための実施例９によるレーザ加工機を説明するための図であり、より具体的にはレーザ加工機の縦断面図である。
【０１３３】
第１１図において、２６は実施例８に示した波長変換レーザ装置である。２７はガルバノミラーである。２８は波長変換レーザ装置２６から出射された波長２６６ｎｍの紫外レーザビーム２１ｂに対する角度を可変にガルバノミラー２７を固定するガルバノミラー固定治具である。２９はｆθレンズである。３０はｆθレンズ固定治具である。３１はミラーレンズ固定治具である。３２はプリント基板、グリーンシートなどの加工物であり、ここでは、ガラスエポキシプリント基板である。３３は加工機基台である。３４はガルバノミラー２７、ガルバノミラー固定治具２８、ｆθレンズ２９、ｆθレンズ固定治具３０、ミラーレンズ固定治具３１、加工機基台３３からなる加工機である。
【０１３４】
ガルバノミラー２７はガルバノミラー固定治具２８によりミラーレンズ固定治具３１に固定され、加工機基台３３上に固定される。ｆθレンズ２９はｆθレンズ固定治具３０によりミラーレンズ固定治具３１に固定され、加工機基台３３上に固定される。
【０１３５】
波長変換レーザ装置２６から発せられた波長変換レーザビーム２１ｂはガルバノミラー２７に入射し、ガルバノミラー２７によりその進行方向を可変的に変更される。進行方向を変更された波長変換レーザビーム２１ｂはｆθレンズ２９に入射され、加工物３２上に集光される。集光された波長変換レーザビーム２１ｂは加工物３２に穴をあける。
【０１３６】
本実施例９においては、レーザ加工機は上記のように構成されており、波長変換レーザ装置２６は長期間安定に波長変換レーザビーム２１ｂを発生することができるため、長期間安定に精度良く均一な加工ができるという効果を奏し、品質の良いプリント基板の製造方法を提供する。また、波長変換装置７ａは真空容器にする必要がないので、レーザ加工機を安価に提供することができるという効果も奏する。
【０１３７】
なお、第１１図では、ガルバノミラー２７を設けて波長変換レーザビーム２１ｂの進行方向を可変的に変更するものを示したが、基台３３上にＸＹステージなどの加工物３２を移動させる可動台を備えてもよく、また、ガルバノミラー２７と可動台の両方を備えてもよい。
【０１３８】
また、ｆθレンズ２９を設けるものを示したが、平凸レンズ、両凸レンズなどを設けてもよい。
【０１３９】
なお、上記実施例９においては、ガラスエポキシプリント基板からなる加工物３２に穴をあける加工の例について示したが、加工物３２はその他の材質のプリント基板、グリーンシート、電子部品、金属、ガラスなど加工対象となるものであればどのようなものであってもよく、また、加工についても切断、溶接、型彫り、マーキング、形成など、どのような加工であってもよく、上記実施例９と同様の効果を奏する。
【０１４０】
例えば、加工物３２を光ファイバとして、光ファイバに周期的屈折率変化を生じさせるファイバグレーティング作成加工を行う場合、波長変換レーザ装置２６は長期間安定に歪みの無い高品質な波長変換レーザビーム２１ｂを発生することができるため、長期間安定に精度良く均一な加工ができるという効果を奏し、品質の良いファイバグレーティングの製造方法を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明による波長変換方法および波長変換装置は、例えば波長変換レーザ装置に用いることができ、さらに、この波長変換レーザ装置を用いてレーザ加工機を構成することができる。このようなレーザ加工機は、長期間安定に精度良く均一な加工ができるので、例えば、プリント基板の製造やファイバグレーティングの製造など種々の加工において有利に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の実施例１による波長変換装置の縦断面図である。
【図２】本発明の実施例１による波長変換装置の縦断面図である。
【図３】本発明の実施例２による波長変換装置の縦断面図である。
【図４】本発明の実施例２による波長変換装置の縦断面図である。
【図５】本発明の実施例３による波長変換装置の縦断面図である。
【図６】本発明の実施例４による波長変換装置の縦断面図である。
【図７】本発明の実施例５による波長変換装置の縦断面図である。
【図８】本発明の実施例６による波長変換装置の縦断面図である。
【図９】本発明の実施例７による波長変換装置の縦断面図である。
【図１０】本発明の実施例８による波長変換レーザ装置の縦断面図である。
【図１１】本発明の実施例９によるレーザ加工機の縦断面図である。
【図１２】従来の波長変換装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【０１４３】
２    非線形光学結晶、  ３ａ、３ｂ    光学窓、  ４ａ、４ｂ    Ｏリング、  ７ａ    波長変換装置、  １１    容器、  １２ａ、１２ｂ    光学窓押さえ、  １３ａ、１３ｂ    穴、  １４ａ、１４ｂ    栓、  １５ａ、１５ｂ    配管、  １６    気体、  １７ａ、１７ｂ    固定治具。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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