(57)【要約】【課題】高効率で長寿命で小型化を図ることができるレーザ波長変換素子及びレーザ装置を提供する。【解決手段】非線形光学結晶の複屈折性を利用して基本波光を波長変換光に変換し且つウォークオフ長未満の厚みを有する平板状の波長変換結晶２と、波長変換結晶の一方の面に配置された第１プリズム１ａ，１ｂと、波長変換結晶の他方の面に配置された第２プリズム１ｃ，１ｄ，１ｅとを一体化し、第１プリズム及び第２プリズムの一方のプリズムに入射された基本波光を波長変換結晶により波長変換光に変換して他方のプリズムに導き他方のプリズムからの波長変換光を波長変換結晶を介して一方のプリズムに導く波長変換処理を、複数回繰り返した後、波長変換光を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形光学結晶の複屈折性を利用して基本波光を波長変換光に変換し且つウォークオフ長未満の厚みを有する平板状の波長変換結晶と、前記波長変換結晶の一方の面に配置された第１プリズムと、前記波長変換結晶の他方の面に配置された第２プリズムとを一体化し、
前記第１プリズム及び前記第２プリズムの一方のプリズムに入射された基本波光を前記波長変換結晶により波長変換光に変換して他方のプリズムに導き前記他方のプリズムからの波長変換光を前記波長変換結晶を介して前記一方のプリズムに導く波長変換処理を、複数回繰り返した後、波長変換光を出力することを特徴とするレーザ波長変換素子。
【請求項２】
前記第１プリズム及び前記第２プリズムは、前記波長変換光の出射方向が前記基本波光の入射方向に戻るように形成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ波長変換素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のレーザ波長変換素子を備えることを特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析、計測、医療、レーザ加工等に使用されるレーザ装置に用いられるレーザ波長変換素子及びレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ装置に用いられるレーザ波長変換素子は、波長変換結晶により基本波光の波長を波長変換して波長変換光を出力している。このレーザ波長変換素子を用いた小型の連続波レーザや高繰り返しレーザにおいて、高効率に波長変換するためには、基本波光の集光強度を高くし、基本波光と波長変換光との波長変換結晶内での相互作用長を長くする必要がある。
【０００３】
しかしながら、波長変換光を短波長化（可視から紫外域）するに伴って、潮解性のある波長変換結晶出口での波長変換光、ゴミ、湿度などに起因する表面損傷やコーティング破壊が問題となる。
【０００４】
このため、図６に示すように、基本波光Ｌ１に対して略垂直方向に波長変換結晶２０を移動させることにより、波長変換結晶２０の一箇所Ｐのみへの基本波光Ｌ１の照射を回避し、波長変換結晶２０の表面損傷を回避している。
【０００５】
一方、波長変換結晶での波長変換効率を向上するためには、基本波光と波長変換光との波長変換結晶内での相互作用長を長く取る必要がある。
【０００６】
しかし、複屈折性に起因する基本波光と波長変換光とのポインティングベクトルのずれによりウォークオフが発生し、波長変換効率が低下する。このため、図７に示すように、複数の波長変換結晶２２ａ，２２ｂを用いて、波長変換結晶２２ａの光学軸Ａ１と、波長変換結晶２２ｂの光学軸Ａ２とを基本波光Ｌ１の光線に対して逆の角度に配置して、ウォークオフを抑制している。
【０００７】
図８は、図７に示すウォークオフを抑制した例における基本波光と波長変換光とのそれぞれの経路を示す。基本波光Ｌ１は波長変換結晶２２ａにより波長変換されてウォークオフ角度ρで波長変換光Ｌ２と基本波光Ｌ１とに分離される。波長変換結晶２２ａにより分離された波長変換光Ｌ２は、波長変換結晶２２ｂに入射される。波長変換結晶２２ｂの光学軸Ａ２は、波長変換結晶２２ａの光学軸Ａ１に対して逆に配置されているので、入射された波長変換光Ｌ２は、ウォークオフ角度ρで基本波光Ｌ１の光線延長上に戻り、波長変換結晶２２ｂから出射される。
【０００８】
なお、この種の従来技術として、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されたレーザ波長変換素子が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２６０４３８号公報
【特許文献２】特開２００５−１０６９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図６に示すように波長変換結晶２０を光軸に対して垂直方向に移動させると、波長変換光の光軸ずれが発生し、波長変換効率が低下するため、高精度の移動機構が必要である。
【００１１】
また、図７に示すようにウォークオフを抑制する方法では、複数の波長変換結晶の高精度角度調整機構が必要となり、装置が複雑化するという問題があった。
【００１２】
本発明の課題は、高効率で長寿命で小型化を図ることができるレーザ波長変換素子及びレーザ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るレーザ波長変換素子は、上記課題を解決するために、非線形光学結晶の複屈折性を利用して基本波光を波長変換光に変換し且つウォークオフ長未満の厚みを有する平板状の波長変換結晶と、前記波長変換結晶の一方の面に配置された第１プリズムと、前記波長変換結晶の他方の面に配置された第２プリズムとを一体化し、前記第１プリズム及び前記第２プリズムの一方のプリズムに入射された基本波光を前記波長変換結晶により波長変換光に変換して他方のプリズムに導き前記他方のプリズムからの波長変換光を前記波長変換結晶を介して前記一方のプリズムに導く波長変換処理を、複数回繰り返した後、波長変換光を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高効率で長寿命で小型化を図ることができるレーザ波長変換素子及びレーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１のレーザ波長変換素子の構成図である。
【図２】一般的な波長変換結晶のウォークオフ長を説明する図である。
【図３】実施例１のレーザ波長変換素子内の波長変換結晶の厚さＷ１を示す図である。
【図４】厚みがウォークオフ長よりも十分に長い波長変換結晶の例を示す図である。
【図５】本発明の実施例２のレーザ波長変換素子の構成図である。
【図６】従来の一般的な波長変換結晶を基本波光に対して略垂直方向に移動させて波長変換結晶の表面損傷を防止する様子を示す図である。
【図７】複数の波長変換結晶の光学軸を逆に配置することによりウォークオフを抑制した例を示す図である。
【図８】図７に示すウォークオフを抑制した例における基本波光と波長変換光とのそれぞれの経路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のレーザ波長変換素子及びレーザ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１のレーザ波長変換素子の構成図である。図１に示すレーザ波長変換素子は、非線形光学結晶の複屈折性を利用して基本波光を波長変換光に変換し且つウォークオフ長未満の厚みＷ１を有する平板状の波長変換結晶２と、波長変換結晶２の一方の面に配置された第１プリズム１ａ，１ｂと、波長変換結晶２の他方の面に配置された第２プリズム１ｃ，１ｄ，１ｅとが一体化され、研磨により結晶表面が活性化されて構成されている。
【００１８】
第１プリズム１ａ，１ｂおよび第２プリズム１ｃ〜１ｅの各々は、三角形状をなして構成されている。
【００１９】
波長変換結晶２のウォークオフ長ＷＯは、図２に示すように、基本波光Ｌ１が波長変換結晶に入射する面Ｐの位置（起点）から、波長変換光Ｌ２が基本波光Ｌ１から完全に分離する位置までの長さである。
【００２０】
図３に、実施例１のレーザ波長変換素子内の波長変換結晶２の厚さＷ１を示す。実施例１では、波長変換結晶２の厚さＷ１が、ウォークオフ長ＷＯ未満であるので、図３に示すように、波長変換光Ｌ２は、基本波光Ｌ１とは完全に分離しておらず、ウォークオフが発生しない。
【００２１】
図４に、厚みＷがウォークオフ長ＷＯよりも十分に長い波長変換結晶の例を示す。この場合には、波長変換光Ｌ２は、基本波光Ｌ１とは完全に分離し、ウォークオフが発生する。
【００２２】
また、プリズム１ｃに入射された基本波光Ｌ１は波長変換結晶２により波長変換光に変換されてプリズム１ａに導かれ、導かれた波長変換光はプリズム１ａで反射されて、波長変換結晶２を介してプリズム１ｄに導びかれる。プリズム１ｄで反射された波長変換光は波長変換結晶２を介してプリズム１ｂに導びかれる。導かされた波長変換光は、プリズム１ｂで反射され、波長変換結晶２を介してプリズム１ｅに導びかれ、プリズム１ｅから波長変換光として出力される。
【００２３】
このように実施例１に係るレーザ波長変換素子によれば、第１プリズム１ａ，１ｂと第２プリズム１ｃ〜１ｅと波長変換結晶２とを一体化し、研磨により結晶表面を活性化したので、結晶表面をゴミや湿度などから保護することができる。また、第１プリズム１ａ，１ｂと第２プリズム１ｃ〜１ｅと波長変換結晶２とを一体化することにより小型化を図ることができる。
【００２４】
また、波長変換結晶２の厚さＷ１をウォークオフ長ＷＯ未満としたので、ウォークオフが発生せず、波長変換効率が向上する。即ち、高効率となる。
【００２５】
さらに、波長変換結晶２に対して波長変換光を複数回往復させることにより、相互作用長を長くすることができるので、さらに高効率化および長寿命化を図ることができる。
【実施例２】
【００２６】
図５は、本発明の実施例２のレーザ波長変換素子の構成図である。図５に示すレーザ波長変換素子は、非線形光学結晶の複屈折性を利用して基本波光を波長変換光に変換し且つウォークオフ長未満の厚みＷ１を有する平板状の波長変換結晶２と、波長変換結晶２の一方の面に配置された第１プリズム１Ａと、波長変換結晶２の他方の面に配置された第２プリズム１Ｂ，１Ｃ，１Ｄとが一体化され、研磨により結晶表面が活性化されて構成されている。
【００２７】
第１プリズム１Ａおよび第２プリズム１Ｂ〜１Ｄの各々は、三角形状をなして構成されている。
【００２８】
また、プリズム１Ｂに入射された基本波光Ｌ１は波長変換結晶２により波長変換光に変換されてプリズム１Ａに導かれ、導かれた波長変換光はプリズム１Ａで反射されて、波長変換結晶２、プリズム１Ｃを介してプリズム１Ｄに導びかれる。プリズム１Ｄで反射された波長変換光はプリズム１Ｃ、波長変換結晶２を介してプリズム１Ａに導びかれる。
【００２９】
プリズム１Ａで反射された波長変換光は波長変換結晶２を介してプリズム１Ｂに導びかれ、プリズム１Ｂで反射されて、波長変換光の出射方向が基本波光の入射方向に戻る。
【００３０】
このように実施例２に係るレーザ波長変換素子によれば、波長変換光の出射方向が基本波光の入射方向に戻るように、第１プリズム１Ａ及び第２プリズム１Ｂ，１Ｃ，１Ｄが形成されているので、実施例１に係るレーザ波長変換素子の効果と同様な効果が得られる。この実施例２のレーザ波長変換素子は、レーザ共振器内での使用に有用である。
【００３１】
なお、本発明は、実施例１及び実施例２のレーザ波長変換素子に限定されるものではない。プリズムの形状は、図１及び図５に示す形状に限定されるものではない。要するに、第１プリズム及び第２プリズムの一方のプリズムに入射された基本波光を波長変換結晶により波長変換光に変換して他方のプリズムに導き他方のプリズムからの波長変換光を波長変換結晶を介して一方のプリズムに導く波長変換処理を、複数回繰り返した後、波長変換光を出力するように、第１プリズム及び第２プリズムは、構成されていれば良い。
【００３２】
また、図１のレーザ波長変換素子では、１セグメントのレーザ波長変換素子が示されているが、このような構成のレーザ波長変換素子を複数のセグメント配置しても良い。このようにすれば、相互作用長をさらに長くすることができるので、さらに、波長変換効率を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、分析、計測、医療、光情報処理、レーザディスク等に使用されるレーザ装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１‥プリズム、２，２０，２２ａ，２２ｂ‥波長変換結晶、Ｌ１‥基本波光、Ｌ２‥波長変換光、ＷＯ‥ウォークオフ長、ρ‥ウォークオフ角、Ａ１，Ａ２‥光学軸。
【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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