(57)【要約】【課題】ラマン観察装置等、複数のレーザ光源を搭載する装置用途として、レーザ装置の波長変換過程にて発生する複数の波長のレーザ光を、波長毎に異なる位置にて出射し、レーザ光の高いビーム品質、位置安定性を確保しながら、高価な光学部品や複雑な光学系を用いる事なしに行う事で、レーザ装置を安価に提供する。【解決手段】サーボ制御に用いるＦＭサイドバンド法のインプットミラーからの反射光強度とエラー信号の特性に注目し、外部共振器インプットミラーからの反射光を波長変換前のレーザ光の取り出し手段として用いる事で、課題を解決する事を可能としている。【選択図】図１
2014032303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長変換手段を有する連続波レーザ装置において、波長変換前後の２つ以上のレーザ光を、異なるレーザ光軸にて取り出す手段を設けていることを特徴とするレーザ装置
【請求項２】
請求項１に記載した連続波レーザ装置において、取り出すレーザ光波長の内、少なくとも一つは、波長３７５ナノメートル以下の紫外光である事を特徴とするレーザ装置
【請求項３】
請求項１に記載した連続波レーザ装置において、波長変換手段が、外部共振器を用いた複屈折位相整合方式である事を特徴とするレーザ装置
【請求項４】
請求項３に記載した連続波レーザ装置において、レーザ制御手段が、ＦＭサイドバンド法である事を特徴とするレーザ装置
【請求項５】
請求項３に記載した連続波レーザ装置において、波長変換前のレーザ光を取り出す手段が、外部共振器インプットミラーからの反射光である事を特徴とするレーザ装置
【請求項６】
請求項５に記載した連続波レーザ装置において、波長変換前のレーザ光を任意に取り出す制御手段として外部共振器ロッキング用信号の極性を反転してサーボロックを行う事で外部共振器インプットミラーからの反射光を最大化する事を特徴とするレーザ装置
【請求項７】
請求項５に記載した連続波レーザ装置において、波長変換前のレーザ光を任意に取り出す制御手段として外部共振器内可変スリットにより光路を遮蔽する事で、外部共振器インプットミラーからの反射光を最大化する事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、レーザ光の波長変換過程において発生するレーザ光の取り出し方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光源波長３７５ナノメートル以下の連続波紫外線レーザ装置では、出力される光源波長は１種類である。連続波紫外線レーザの主要応用機器である半導体検査装置、ラマン観察装置等では波長毎に異なるレーザ装置を搭載しており、従来から、波長変換過程を有するレーザ装置には、波長変換前後のレーザ光を各々出射可能な装置が求められていた。
【０００３】
波長変換前のレーザ光路に、光軸切り替え機構を設けて波長変換前のレーザ光を取り出す事は容易に可能であるが、可動部品を必要とする事から、レーザ光の出射位置の安定性、再現性に問題がある。又、高速な波長切り替えへの対応も困難である。
【０００４】
可動部品を設けず、波長変換前後異なる波長のレーザ光を取り出す手段は、例えば、疑似位相整合方式の波長変換方法であれば、波長変換デバイスの温度を最適動作点から外す事で、波長変換効率を著しく悪化させ、波長変換前後の異なる波長のレーザ光を同軸上に取り出す事は容易に可能である。
【０００５】
一方でこの様な、同軸上に波長変換前後のレーザ光を取り出すレーザ装置は実用化に至っていない。これは、レーザ装置側の要因のみならず、応用機器側にて用いる光学部品への要求が、可視域より著しく厳しくなる事にも起因している。
例えば、紫外光、特に、波長３００ナノメートル以下の深紫外域では使用可能な光学部品材料が限られている事に起因する光学部品コスト、色収差補正の問題、紫外光の高いエネルギ強度による光学薄膜へのダメージ、色消し用貼り合せレンズ接着材の劣化、紫外光特有の、シロキサン、硫酸アンモニウムに代表される有機物質のケミカルコンタミネーションによる光学部品表面への異物付着等の課題が挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）が照明光源用途として大幅な需要の広がりを示している。ＬＥＤ用半導体材料の検査には、ラマン観察装置を用い、単一波長を有する連続波紫外線レーザを材料に照射し、この際のフォトルミネッセンスを測定する方法が効率的であるが、ラマン観察装置では、観察対象毎に波長の異なるレーザ装置を搭載する必要があり、レーザ装置価格がこの分野へのラマン観察装置の普及阻害要因になっている。
【０００７】
そこで、本発明では、波長変換過程にて発生する複数の波長のレーザ光を、波長毎に異なる位置にて出射し、レーザ光の高いビーム品質、位置安定性を確保しながら、高価な光学部品や複雑な光学系、機構系を用いる事なしに行う事で、レーザ装置を安価に提供する事を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るレーザ装置は、上記の課題を解決するために、連続波第二高調波発生レーザ装置にて、単一波長、単一モードを有する波長変換前のレーザ光源と、波長変換手段と、取り出しレーザ波長を切り替える手段と、安定に制御する手段を備える。
【０００９】
連続波第二高調波発生手段は、外部共振器を用いた複屈折位相整合方式を用い、外部共振器へのインプットミラーからの反射光を波長変換前のレーザ光源として利用する事で、レーザ光軸の安定性に影響を与える、機械的な切り替え手段を用いる事なく、波長変換前後のレーザ光を取り出す事を可能としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施例であるレーザ装置では、前述の様に出射位置に影響を及ぼす可動部品を一切使用せずに取り出し波長の切り替えが可能な為、高いレーザ出射位置安定性を確保でき、装置側での頻繁な光軸調整が不要となり、装置のメインテナンス性向上を可能とした。
【００１１】
更に、複数の波長毎に異なる出射位置を設ける事により、本発明装置の応用例の一つである、ラマン観察装置側の光学系を現有のまま使用する事を可能としている。
【００１２】
一般に、紫外用の光学素子は、透過する材料が限られている上、高いエネルギ強度の影響で、ガラス接合用接着剤、反射ミラー、反射防止膜付き光学部品にダメージを与える事が良く知られている。又、気中のシロキサン、硫酸アンモニウム等と紫外光が反応し、光学素子表面に異物を付着させるケミカルコンタミネーションも良く知られている。
【００１３】
波長変換前の可視レーザと波長変換後の紫外レーザを同軸上に取り出す事は、上記の対策を可視用光学系にも施す必要があり、装置側光学系コストの大幅な上昇を意味する。本発明の実施例であるレーザ装置をラマン観察装置に用いる事で、複数のレーザ装置を1台で賄う事が可能となり、ラマン観察装置に搭載するレーザ光源コストの大幅な削減が可能となると共に、装置側の光学系を大きく変更する事なく使用が可能であり、ラマン観察装置コストの上昇を防ぐ事を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るレーザ装置の構成例を示す
【図２】ＥＯＭ２によって発生する、共振器サーボ制御用のサイドバンド信号を示す
【図３】サーボ制御用信号として用いる図１、フォトディテクタ２２、エラー信号、第二高調波出力信号として用いる図１、フォトディテクタ２４の出力波形の関係を示す
【図４】サーボ制御回路内で、図1、フォトディテクタ２２の出力位相にπの遅延を与えた際の図１、フォトディテクタ２２の出力と、エラー信号の関係を示す
【符号の説明】
【００１５】
１．波長変換前の波長を有するレーザ
２．ＥＯＭ
３．４．５．６．曲げミラー
７．集光レンズ
１１．インプットミラー
１２．高反射ミラー
１３．共振器長調整用アクチュエータ
１４．波長変換用非線形光学素子
１５．アウトプットカプラーミラー
１６．高反射ミラー
１７．波長変換用非線形光学素子位相調整用回転ステージ
１８．波長変換用非線形光学素子温度調整装置
１９．可変スリット
２０．高反射ミラー
２１．部分反射ミラー
２２．フォトディテクタ
２３．部分反射ミラー
２４．フォトディテクタ
２５．ローパスフィルタ
１００．外部共振器ユニット
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施例の１つである、取り出し波長切り替え手段に関して詳細に説明する。図１は、本発明の実施例である連続波第二高調波発生レーザ装置の光学レイアウトを示す。
【００１７】
波長変換前の波長を有するレーザ１より出射したレーザ光に、ＦＭサイドバンド法による共振器サーボ制御用のエラー信号を得る為に、ＥＯＭ２にて周波数ｆ0で位相変調を与え、図２に示す様なサイドバンドを発生させる。
【００１８】
ＥＯＭ２を出射したレーザ光は、曲げミラー３、４，５，６、集光レンズ７を介した後、外部共振器ユニット１００に入射する。
【００１９】
外部共振器ユニット１００は、インプットミラー１１、高反射ミラー１２、共振器長調整用アクチュエータ１３、波長変換用非線形光学素子１４、アウトプットカプラー１５、高反射ミラー１６、波長変換用非線形光学素子位相整合調整用回転ステージ１７、波長変換用非線形光学素子温度調整装置１８、可変スリット１９から構成される。
【００２０】
又、インプットミラー１１の反射光は、高反射ミラー２０、部分反射ミラー２１を介してエラー信号検出用のフォトディテクタ２２へと導かれる。
【００２１】
外部共振器ユニット１００に入射されたレーザ光は、外部共振器ユニット１００内にて、ループする。この際、フォトディテクタ２２の周波数ｆ０のＡＣ成分の位相情報をエラー信号として、このエラー信号がゼロになる様に共振器長調整用アクチュエータ１３を光軸方向にサーボ駆動する事で、外部共振器ユニット１００内でのループしたレーザ光は位相が揃い、第二高調波発生、即ち波長変換の効率が最大となる。
【００２２】
この状態で、波長変換用非線形光学素子１４の位相整合条件を最適化する為に、波長変換用非線形光学素子位相整合調整用回転ステージ１６を回転させ粗調整の後、波長変換用非線形光学素子温度調整装置１７を用い波長変換用非線形光学素子１４の温度調整を行い、第二高調波発生による、波長変換効率の最適化を行う。
【００２３】
発生した第二高調波レーザ光は、アウトプットカプラーミラー１５を透過した後、部分反射ミラー２３を介してレーザ装置より出力し、同時に部分反射ミラー２３の透過光を、ローパスフィルタ２５を介し、第二高調波出力モニター用のフォトディテクタ２４にてモニターする。
【００２４】
この際の、フォトディテクタ２２出力即ち、波長変換前のレーザ光の反射光量、エラー信号、フォトディテクタ２４出力即ち、第二高調波出力の関係を図３に記す。
【００２５】
上記は、通常の第二高調波発生の過程説明であり、上述の通り、通常の第二高調波発生時のサーボロック位置は図３、３aとなる。
【００２６】
ところで、レーザ光の高いビーム形状品質、出射位置安定性を確保する為には、レーザ光の切り替え手段に、ミラー、レンズ等のレーザ光のビーム品質、出射位置に影響を及ぼす可動部品を極力用いない事が望ましい。そこで、本発明の実施例であるレーザ装置では、図３のエラー信号と、波長変換前のレーザ高の反射光量の関係に着目し、外部共振器ユニット１００内で共振条件を満たしていない際に発生する、インプットミラー１１からの高い反射光をそのまま波長変換前のレーザ光として取り出す手法を採用した。
【００２７】
以下にその制御方法に関して３つの方法を説明する。いずれの方法も、駆動部品が一切無い為、極めて高いレーザ光出射位置安定性確保を可能としている。
【実施例】
【００２８】
以下に本発明の実施例を示す。
【実施例１】
【００２９】
第１の方法は、サーボロックを行う際の極性を逆転させ、図３、３ｂの位置にてサーボロックを掛ける。この際、図３、３aの位置の左右にあり、エラー信号のゼロ点を公差し、極性が図３、３aと反転している点が２点あり、そのどちらにサーボロックを掛けても構わない。
【実施例２】
【００３０】
第２の方法は、サーボロック極性を第二高調波発生時と同じ極性のまま、サーボ回路内で、ＥＯＭ２に印加する周波数と、フォトディテクタ１９の出力信号の間に位相差を与え、エラー信号の波形を変え、サーボのロック点を変える。一例として、上記位相差をπ与えた際に得られるフォトディテクタ１９出力、フォトディテクタ１９のＡＣ成分の位相情報であるエラー信号の関係を図４に記す。上記位相差を与える方法として、ＥＯＭ２に接続するケーブル長を適切に選択する方法、サーボ回路内に位相反転増幅器を挿入する方法等があるが、どの様な方法を用いても構わない。第1の方法同様、図４、４aの位置の左右にあり、エラー信号のゼロ点を公差し、極性が図４、４aと反転している点が２点あり、そのどちらにサーボロックを掛けても構わない。
【実施例３】
【００３１】
第３の方法は、波長変換前のレーザ光取り出し時に、可変スリット１９を用いて共振器ユニット１００内の光路を遮蔽する。可変スリットは、レーザ光出射位置を決定する素子では無いので、第１の方法と同様、極めて高いレーザ光出射位置安定性確保を可能としている。
【００３２】
上記実施例１、２、３の手法を、外部共振器による複屈折位相整合方式を用いた多段の波長変換過程を有する連続波レーザ装置で使用し、２つ以上の波長変換前後のレーザ光の全て、もしくは一部の取り出し手段として使用しても構わない。
【図１】
2014032303.tif 000003
【図２】
2014032303.tif 000004
【図３】
2014032303.tif 000005
【図４】
2014032303.tif 000006