(57)【要約】    【課題】  アッテネータ及び吸収フィルタ等のレーザ光を減衰させるための光学部品を使用せずにレーザ光の出力を調節することができる高調波発生装置を提供する。    【解決手段】  光検出器１７によりガラスプレート２３で反射された第２高調波レーザ光１５を常時モニタすると共に、光検出器１８によりガラスプレート２５で反射された第３高調波レーザ光１６を常時モニタする。そして、これらの測定結果に基づき、第２高調波レーザ光１５及び第３高調波レーザ光１６の出力が所定の値になるように、非線形媒質７に取り付けられたペルチェ素子９及び／又は非線形媒質８に取り付けられたペルチェ素子１０の温度を調節する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射レーザ光に対して、複数個の非線形媒質により波長が異なる複数種の高調波レーザ光を発生させ、これらを合成して出射する高調波発生装置において、前記複数個の非線形媒質の温度を個別に調節可能な温度調節部を有し、各高調波レーザ光の強度が所定の値になるように、対応する非線形媒質の温度が調節されることを特徴とする高調波発生装置。
【請求項２】
入射レーザ光に対して、複数個の非線形媒質により波長が異なる複数種の高調波レーザ光を発生させ、これらを合成して出射する高調波発生装置において、前記複数個の非線形媒質で発生した高調波レーザ光の強度を夫々測定する複数個の光検知器と、前記複数個の非線形媒質の温度を個別に調節可能な温度調節部と、を有し、前記光検出器の測定結果に基づき、各高調波レーザ光の強度が所定の値になるように、対応する非線形媒質の温度が調節されることを特徴とする高調波発生装置。
【請求項３】
入射レーザ光に対して、複数個の非線形媒質により波長が異なる複数種の高調波レーザ光を発生させ、これらを合成して出射する高調波発生装置において、前記複数個の非線形媒質で発生した高調波レーザ光の強度を夫々測定する複数個の光検知器と、前記複数個の非線形媒質の温度を個別に調節可能な温度調節部と、前記複数の非線形媒質の回転角及びあおり角を個別に調節可能な角度調節部と、を有し、前記光検出器の測定結果に基づき、各高調波レーザ光の強度が所定の値になるように、対応する非線形媒質の温度、回転角及びあおり角のうち少なくとも１種の条件が調節されることを特徴とする高調波発生装置。
【請求項４】
前記温度調節部は、前記複数個の非線形媒質に夫々取り付けられ前記非線形媒質を加熱又は冷却する複数個のペルチェ素子と、前記光検出器の測定結果に基づき対応する非線形媒質に取り付けられたペルチェ素子の温度を制御する素子制御部と、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高調波発生装置。
【請求項５】
前記複数個の非線形媒質は、一定の間隔をあけて１列に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高調波発生装置。
【請求項６】
一の非線形媒質と、この一の非線形媒質と隣り合う他の非線形媒質との間に、レーザ光の偏光方向を回転させる波長板が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の高調波発生装置。
【請求項７】
前記非線形媒質に向けて基本波レーザ光を出射するレーザ発振器を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の高調波発生装置。
【請求項８】
更に、前記非線形媒質を透過した基本波レーザ光の強度を測定する他の光検知器を有し、この光検出器の測定結果に基づき前記レーザ発振器から出射される基本波レーザ光の出力を調節されることを特徴とする請求項７に記載の高調波発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形光学効果を利用して高調波レーザ光を発生させる高調波発生装置に関し、特に、複数個の非線形媒質を使用する高調波発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、レーザ技術の進歩により、レーザ光が高出力化されており、更に非線形効果を利用して多様な波長が得られるようになっている。一方、基本波レーザ光を周波数変換して高調波レーザ光を発生させる非線形媒質（非線形結晶）は、温度依存性が極めて高く、高出力の高調波レーザ光を安定して出力するためには、非線形媒質の温度を一定に保持する必要がある。そこで、従来の高調波発生装置においては、非線形媒質に温度センサ及び電子冷却器等を取り付け、高調波レーザ光の出力が最大となるように非線形媒質の温度を調節している（例えば、特許文献１乃至３参照）。
【０００３】
図７は特許文献３に記載の高調波発生装置の構成を示すブロック図である。図７に示すように、特許文献３に記載の従来の高調波発生装置１００は、ペルチェ素子等の温度調節素子１０１上に、半導体レーザからなり励起光１０２ａを発生する励起用光源１０２と、第２高調波レーザ光１０３ａを発生する固体レーザユニット１０３とが配置されている。この固体レーザユニット１０３内には、励起用光源１０２側から順に、ネオジウム（Ｎｄ）がドーピングされたＹＡＧ結晶等からなり励起光１０２ａにより励起されて基本波レーザ光を発生する固体レーザ媒質１０４、ＭｇＯ−ＬＮ結晶等からなり基本波レーザ光を第２高調波レーザ光に変換する非線形媒質１０５、及び基本波レーザ光を反射すると共に第２高調波レーザ光を透過する共振器ミラー１０６が配置されている。従って、この固体レーザユニット１０３は、励起光１０２ａが入射され、第２高調波レーザ光１０３ａが出射される。更に、固体レーザ媒質１０４と共振器ミラー１０６とで構成される共振器内の温度を検出する温度センサ１０７が取り付けられている。温度センサ１０７は、温度センサ１０７から出力された検出温度信号１０７ａ及び設定目標とする温度信号１１４ａに基づき、温度調節素子１０１に温度制御電力１０８ａを供給する温度制御回路１０８に接続されている。
【０００４】
一方、第２高調波レーザ光１０３ａの進行方向側の光軸上には、高調波レーザ光１０３ａの一部を光検出器１１０に向けて分岐するハーフミラー１０９が配置されている。この光検出器１１０は、高調波レーザ光１０３ａを検出して光検出信号１１０ａを出力するものであり、光検出信号１１０ａに基づき励起用光源１０２への注入エネルギーを増減するためのフィードバック信号１１１ａを出力する光出力制御回路１１１に接続されている。また、光出力制御回路１１１は、フィードバック信号１１１ａに基づき励起用光源１０２に励起用エネルギー（電流）を供給する駆動回路１１２に接続されており、この駆動回路１１２は電流検出器１１３を介して励起用光源１０２に接続されている。更に、電流検出器１１３は、マイクロコンピュータからなる動作温度設定ユニット１１４にも接続されている。この動作温度設定ユニット１１４は、電流検出器１１３から入力された半導体レーザ駆動電流を示す信号１１３ａに基づき、温度制御回路１０８に対して設定目標となる温度を示す前述の温度信号１１４ａを出力するものであり、これにより、温度制御回路１０８が制御する温度を昇降させると共に、最適動作温度を求めて、その温度を新たな制御温度として温度性制御回路１０８に指示する。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１１３００号公報
【特許文献２】特開平７−１８２６８１号公報
【特許文献３】特開２００１−１６８４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。前述したレーザ技術の進歩に伴い、レーザ加工の対象物も金属及び樹脂等の様々な材料に拡大し、市場の加工ニーズに応えるためには、レーザ光の出力、波長及びパルス幅等の加工条件の最適化が必要となっているが、特許文献１乃至３に記載されているような従来の高調波発生装置は、変換された高調波レーザ光の出力が最大となるように設定されており、樹脂等の低出力での加工が必要な材料には適用することができないという問題点がある。
【０００７】
このため、従来のレーザ加工装置においては、光軸上にアッテネータ及び吸収フィルタ等の光学部品を配置すると共に、これらを駆動させるための駆動装置を設け、非線形媒質により波長変換されたレーザ光を所望の出力まで減衰させているが、薄膜ポラライザーを使用したアッテネータは部品単価が高価であり、また吸収フィルタは高出力レーザ光によりダメージを受けることがある。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、アッテネータ及び吸収フィルタ等のレーザ光を減衰させるための光学部品を使用せずにレーザ光の出力を調節することができる高調波発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願第１発明に係る高調波発生装置は、入射レーザ光に対して、複数個の非線形媒質により波長が異なる複数種の高調波レーザ光を発生させ、これらを合成して出射する高調波発生装置において、前記複数個の非線形媒質の温度を個別に調節可能な温度調節部を有し、各高調波レーザ光の強度が所定の値になるように、対応する非線形媒質の温度が調節されることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、複数個の非線形媒質の温度を個別に調節可能な温度調節部を設けているため、アッテネータ及び吸収フィルタ等のレーザ光を減衰させるための光学部品を使用しなくても、非線形媒質毎に発生する高調波レーザ光の出力を調節することができる。その結果、出射されるレーザ光の全体の出力、及び出射されるレーザ光中の各高調波レーザ光の割合を、容易に調節することができる。
【００１１】
本願第２発明に係る高調波発生装置は、入射レーザ光に対して、複数個の非線形媒質により波長が異なる複数種の高調波レーザ光を発生させ、これらを合成して出射する高調波発生装置において、前記複数個の非線形媒質で発生した高調波レーザ光の強度を夫々測定する複数個の光検知器と、前記複数個の非線形媒質の温度を個別に調節可能な温度調節部と、を有し、前記光検出器の測定結果に基づき、各高調波レーザ光の強度が所定の値になるように、対応する非線形媒質の温度が調節されることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、非線形媒質で発生した高調波レーザ光の強度を夫々測定する複数個の光検知器と、これらの非線形媒質の温度を個別に調節可能な温度調節部とが設けられ、各光検出器の測定結果に基づき、非線形媒質から出射する高調波レーザ光が所定の出力になるように、対応する非線形媒質の温度が調節されるため、レーザ光を減衰させるための光学部品を使用しなくても、非線形媒質毎に発生する高調波レーザ光の出力を調節することができる。その結果、出射されるレーザ光の全体の出力、及び出射されるレーザ光中の各高調波レーザ光の割合を、容易に調節することができる。
【００１３】
本願第３発明に係る高調波発生装置は、入射レーザ光に対して、複数個の非線形媒質により波長が異なる複数種の高調波レーザ光を発生させ、これらを合成して出射する高調波発生装置において、前記複数個の非線形媒質で発生した高調波レーザ光の強度を夫々測定する複数個の光検知器と、前記複数個の非線形媒質の温度を個別に調節可能な温度調節部と、前記複数の非線形媒質の回転角及びあおり角を個別に調節可能な角度調節部と、を有し、前記光検出器の測定結果に基づき、各高調波レーザ光の強度が所定の値になるように、対応する非線形媒質の温度、回転角及びあおり角のうち少なくとも１種の条件が調節されることを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、非線形媒質の温度を個別に調節可能な温度調節部、回転角及びあおり角を個別に調節可能な角度調節部を設けているため、アッテネータ及び吸収フィルタ等のレーザ光を減衰させるための光学部品を使用しなくても、各非線形媒質で発生する高調波レーザ光の出力を容易に且つ広範囲に調節することができる。その結果、出射されるレーザ光の全体の出力、及び出射されるレーザ光中の各高調波レーザ光の割合及び基本波レーザ光の割合を、容易に調節することができる。
【００１５】
前記温度調節部は、前記複数個の非線形媒質に夫々取り付けられ前記非線形媒質を加熱又は冷却する複数個のペルチェ素子と、前記光検出器の測定結果に基づき対応する非線形媒質に取り付けられたペルチェ素子を制御する素子制御部と、を有していてもよい。これにより、各非線形媒質の温度を容易に調節することができる。
【００１６】
前記複数個の非線形媒質は、一定の間隔をあけて１列に配置されていてもよい。その場合、一の非線形媒質と、この一の非線形媒質と隣り合う他の非線形媒質との間に、レーザ光の偏光方向を回転させる波長板を配置することもできる。これにより、発生する高調波の偏光方向が直角になるように設計された非線形媒質同士を組み合わせて使用する場合でも、出射されるレーザ光の全体の出力、並びに出射されるレーザ光中の各高調波レーザ光及び基本波レーザ光の割合を、容易に調節することができる。
【００１７】
また、前記非線形媒質に向けて基本波レーザ光を出射するレーザ発振器を有していてもよく、その場合、更に、前記非線形媒質を透過した基本波レーザ光の強度を測定する他の光検知器が設けられ、この光検出器の測定結果に基づき前記レーザ発振器から出射される基本波レーザ光の出力を調節してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、入射レーザ光に対して、複数個の非線形媒質により波長が異なる複数種の高調波レーザ光を発生させ、これらを合成して出射する高調波発生装置に、複数個の非線形媒質の温度を個別に調節可能な温度調節部を設けているため、レーザ光を減衰させるための光学部品を使用しなくても、非線形媒質毎に発生する高調波レーザ光の出力を調節することができ、出射されるレーザ光における全体の出力及び各高調波レーザ光の割合を容易に調節することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態に係る高調波発生装置について、添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係る高調波発生装置について説明する。図１は本実施形態の高調波発生装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の高調波発生装置３０には、ネオジウム（Ｎｄ）がドーピングされたＹＡＧ結晶（Ｎｄ：ＹＡＧ）及びＮｄがドーピングされたＹＬＦ結晶（Ｎｄ：ＹＬＦ）等からなる固体レーザ媒質１と、その両側に夫々配置された全反射ミラー２及び基本波レーザ光５のみを透過する部分透過ミラー３とにより構成されるレーザ発振器４が設けられている。また、レーザ発振器４の部分透過ミラー３側には、集光レンズ６、第２高調波を発生する非線形媒質７、第３高調波を発生する非線形媒質８、第２高調波レーザ光１５のみを反射して他のレーザ光と分離する部分透過ミラー２０、第３高調波レーザ光１６のみ反射して基本波レーザ光５と分離する部分透過ミラー２１、基本波レーザ光５の一部を透過する部分透過ミラー２２及び光検出器１９がこの順に間隔をあけて１列に配置されている。
【００２０】
部分透過ミラー２０は、非線形媒質８から出射した各レーザ光が４５゜の角度で入射するように配置されており、各レーザ光の入射方向に対して９０゜の方向には、部分透過２０により分離された第２高調波レーザ光１６の一部を光検出器１７に向けて反射するガラスプレート２３及び全反射ミラー２４がこの順に１列に配置されている。同様に、部分透過ミラー２１は、部分透過ミラー２０を透過した各レーザ光が４５゜の角度で入射するように配置されており、各レーザ光の入射方向に対して９０゜の方向には、部分透過ミラー２１により分離された第３高調波レーザ光１７の一部を光検出器１８に向けて反射するガラスプレート２５、基本波レーザ光５のみを反射する部分透過ミラー２６及び第２高調波レーザ光１６のみ反射する部分透過ミラー２７がこの順に１列に配置されている。更に、部分透過ミラー２２は、部分透過ミラー２１を透過した基本波レーザ光５が４５゜の角度で入射するように配置されており、基本波レーザ光５の入射方向に対して９０゜の方向には、部分透過ミラー２２で反射された基本波レーザ光１５を、部分透過ミラー２６に向けて反射する全反射ミラー２８が配置されている。そして、部分透過ミラー２７の下方に被加工物２９が配置され、各レーザ光はこの加工物に向けて照射される。
【００２１】
また、非線形媒質７及び８には、夫々ペルチェ素子９及び１０が取り付けられている。そして、ペルチェ素子９及び１０には、夫々、温度コントローラ１１及び１２が接続されており、これら温度コントローラ１１及び１２は、夫々光検出器１７及び１８で測定された結果に基づき、ペルチェ素子９及び１０の温度を設定する温度設定部１３及び１４に接続されている。
【００２２】
次に、上述の如く構成された高調波発生装置１の動作、即ち、高調波発生装置１を使用した高調波発生方法について説明する。先ず、レーザ発振器４に励起光を入射させてレーザ媒質１を励起させて、基本波レーザ光５を発生させる。レーザ発振器４から出射した基本波レーザ光５は、集光レンズ６で集光され非線形媒質７に入射する。そして、非線形媒質７において第２高調波レーザ光１５が発生し、基本波レーザ光５及びその第２高調波レーザ光１５の２種類のレーザ光が非線形媒質８に入射する。そして、非線形媒質８において第３高調波レーザ光１６が発生し、非線形媒質８からは基本波レーザ光５、その第２高調波レーザ光１５及び第３高調波レーザ光１６が出射する。
【００２３】
非線形媒質８から出射した各レーザ光は、先ず、部分透過ミラー２０により第２高調波レーザ光１５のみが分離される。そして、分離された第２高調波レーザ光１５は、ガラスプレート２３によりその一部が光検出器１７に向けて反射され、ガラスプレート２３を透過した第２高調波レーザ光１５は、全反射ミラー２４及び部分透過ミラー２７で反射されて、被加工物２９に照射される。
【００２４】
また、部分透過ミラー２０を透過した第３高調波レーザ光１６及び基本波レーザ光５のうち、第３高調波レーザ光１６のみが部分透過ミラー２１により反射される。即ち、部分透過ミラー２１により、第３高調波レーザ光１６と基本波レーザ光５とが分離される。そして、分離された第３高調波レーザ光１６は、ガラスプレート２５によりその一部が光検出器１８に向けて反射され、一方、ガラスプレート２５を透過した第３高調波レーザ光１６は、部分透過ミラー２６及び部分透過ミラー２７を透過して、被加工物２９に照射される。更に、部分透過ミラー２１を透過した基本波レーザ光５は、その一部が部分透過ミラー２２を透過して光検出器１９に入射する。そして、部分透過ミラー２２で反射された基本波レーザ光５は、全反射ミラー２８及び部分透過ミラー２６で反射され、更に部分透過ミラー２７を透過して、被加工物２９に照射される。
【００２５】
このとき、ペルチェ素子９及び１０により非線形媒質７及び８を加熱又は冷却することにより、非線形媒質７及び８から発生する高調波レーザ光の出力が調節されている。具体的には、光検出器１７によりガラスプレート２３で反射された第２高調波レーザ光１５を常時モニタすると共に、光検出器１８によりガラスプレート２５で反射された第３高調波レーザ光１６を常時モニタする。そして、これらの測定結果に基づき、第２高調波レーザ光１５及び第３高調波レーザ光１６の出力が所定の値になるように、各ペルチェ素子の温度を調節し、第２高調波レーザ光１５及び第３高調波レーザ光１６の出力が所定の値になった時点で、温度設定部１３においてこれらのレーザ光の出力が常に一定になるように各ペルチェ素子の温度を設定し、温度コントローラ１１及び１２によりペルチェ素子９及び１０の温度が例えば±０．１℃以内の精度で一定に保たれるようにその温度を調節する。
【００２６】
更に、レーザ加工において、各レーザ光の出力の割合を変えたい場合は、非線形媒質７及び８の温度、即ち、ペルチェ素子９及び１０の設定温度を変えるか、又は光検出器１９の測定結果に基づき、基本波レーザ光５の出力を調節する。図２は、横軸にペルチェ素子の設定温度をとり、縦軸に非線形媒質で発生する高調波レーザ光の出力をとって、非線形媒質７及び８の温度依存性を示すグラフ図である。例えば、非線形媒質７及び８が図２に示すような温度特性をもっている場合、ペルチェ素子９及び１０の温度を２５℃としたときに第２高調波レーザ光１５及び第３高調波レーザ光１６共に最大出力が得られる。また、２５℃においては、第３高調波レーザ光１６の出力よりも第２高調波レーザ光１５の出力の方が大きいため、被加工物２９に照射されるレーザ光における各レーザ光成分の割合は、第３高調波レーザ光１６よりも第２高調波レーザ光１５の方が多くなる。一方、ペルチェ素子９及び１０の温度を３０℃にすると、各レーザ光の出力を減少させることができると共に、第２高調波レーザ光１５の出力が第３高調波レーザ光１６の出力よりも小さくなるため、被加工物２９に照射されるレーザ光における第３高調波レーザ光１６の割合を、第２高調波レーザ光１５よりも多くすることができる。
【００２７】
本実施形態の高調波発生装置１においては、光検出器１７及び１８により、夫々第２高調波レーザ光１５及び第３高調波レーザ光１６の強度をモニタし、その結果に基づき非線形媒質７及び８の温度を調節しているため、従来の高調波発生装置のように、アッテネータ及び吸収フィルタ等の光学部品を使用しなくても、被加工物２９に照射されるレーザ光の出力を容易に調節することができると共に、被加工物２９に照射されるレーザ光における各高調波レーザ光成分の割合を調節することができる。このように、本実施形態の高調波発生装置１は、レーザ光の出力及び各高調波成分の割合を容易に調整することができるため、種々の材質及び幅広い分野に適用することができる。
【００２８】
なお、本実施形態においては、ペルチェ素子９及び１０の温度を同じにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ペルチェ素子９の温度とペルチェ素子１０の温度は夫々個別に調節することができる。例えば、ペルチェ素子９の温度を２５℃とし、ペルチェ素子１０の温度を３０℃とした場合、第２高調波レーザ光１５の出力を下げずに第３高調波レーザ光１６の出力のみを下げることができる。このように本実施形態の高調波発生装置１においては、被加工物２９に照射させるレーザ光における高調波成分の割合を任意に変化させることができる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態の高調波発生装置について説明する。図３は本実施形態の高調波発生装置の構成を示すブロック図である。なお、図３においては、図１に示す第１の実施形態の高調波発生装置３０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図３に示すように、本実施形態の高調波発生装４０は、図１に示す高調波発生装置３０に、更に、基本波レーザ光５の入射方向に対する非線形媒質７及び８のあおり角を調節するためのあおり角調節機構３１及び３２、並びに回転角を調節するための回転調節機構３３及び３４を設けたものである。
【００３０】
非線形媒質は一般に常温（２５℃程度）で最大出力が得られるように、入射レーザ光波長に対する切り出し角（位相整合角）が設定されており、装置内に配置される際にも、発生する高調波の出力が最大になるように、その回転角及びあおり角が調整されている。この場合、レーザ発振器４から出射された基本波レーザ光５の大部分は、非線形媒質７における第２高調波レーザ光１５の発生に使用されるため、非線形媒質７を通過する基本波レーザ光５の出力はレーザ発振器４からの出射量に比べて大幅に減少している。
【００３１】
そこで、あおり角調節機構３１及び回転調節機構３３により、非線形媒質７のあおり角及び回転角を調節し、基本波レーザ光５の透過量を多くすることにより、被加工物２９に照射されるレーザ光における第２高調波レーザ光１５の割合を減少させ、第３高調波レーザ光１６の割合及び／又は基本波レーザ光５の割合を増加させることができる。また、あおり角調節機構３２及び回転調節機構３４により、非線形媒質８のあおり角及び回転角を調節することにより、被加工物２９に照射されるレーザ光における第３高調波レーザ光１６の割合を減少させ、基本波レーザ光５及び第２高調波レーザ光１５の割合を増加させることもできる。
【００３２】
上述の如く、本実施形態の高調波発生装置４０においては、非線形媒質７及び８の回転角及びあおり角を調節することができるため、非線形媒質７及び８における高調波レーザ光への変換率を容易に変化させることができ、第２高調波レーザ光１５及び第３高調波レーザ光１６に加えて、被加工物２９に照射されるレーザ光における基本波レーザ光５の割合も変化させることができる。更に、非線形媒質７及び８の回転角及びあおり角を調節すると共に、ペルチェ素子９及び１０により非線形媒質７及び８の温度を調節することにより、基本波レーザ光５、第２高調波レーザ光１５及び第３高調波レーザ光１６の出力、及び被加工物２９に照射されるレーザ光におけるこれらの成分の割合を容易に調節することができる。
【００３３】
なお、本実施形態の高調波発生装置４０においては、あおり角調節機構３１及び３２並びに回転調節機構３３及び３４に自動マイクロメータを設け、光検出器１７、１８及び１９と、あおり角調節機構３１及び３２並びに回転調節機構３３及び３４とを連動させ、光検出器１７、１８及び１９で測定された各レーザ光の強度に基づき、非線形媒質７及び８の回転角及びあおり角を自動で調節してもよい。また、本実施形態の高調波発生装置４０における上記以外の構成、動作及び効果は前述の第１の実施形態の高調波発生装置３０と同じである。
【００３４】
次に、本発明の第３の実施形態に係る高調波発生装置について説明する。図４は本実施形態の高調波発生装置の構成を示すブロック図であり、図５は図４に示す波長板５１の動作を示す図である。なお、図４においては、図３に示す第２の実施形態の高調波発生装置４０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図４に示すように、本実施形態の高調波発生装置５０は、図３に示す第２の実施形態の高調波発生装置４０の非線形媒質７と非線形媒質８との間に、更に、波長板５１を配置したものである。
【００３５】
この波長板５１は、出し入れ機構５２に固定されており、出し入れ機構５２を操作することにより光軸上に挿脱可能となっている。また、波長板５１としては、例えばλ／２波長板を使用することができる。図５に示すように、波長板５１は、入射面を通る結晶軸５７に対して任意の角度θで入射されたレーザ光５８の偏光方向５９を、例えば楕円偏光及び円偏光等のように結晶軸５７に対して任意の偏光方向６０に回転するものである。このため、本実施形態の高調波発生装置５０のように、波長板５１を非線形媒質７と非線形媒質８との間に配置することにより、発生する高調波の偏光方向が直角になるように設計された非線形媒質同士を組み合わせて使用する場合でも、非線形媒質８から出射される基本波レーザ光５、第２高調波レーザ光１５及び第３高調波レーザ光１６の出力を調節することができる。なお、本実施形態の高調波発生装置５０における上記以外の構成は、前述の第２の実施形態の高調波発生装置４０と同様である。
【００３６】
次に、上述の如く構成された高調波発生装置５０の動作、即ち、高調波発生装置５０を使用した高調波発生方法について説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は本実施形態の高調波発生装置５０の動作を示す図である。例えば、非線形媒質７としてＬＢＯ（リチウム・トリボレート；ＬｉＢ３Ｏ５）のタイプ１の結晶を使用し、非線形媒質８としてＬＢＯのタイプ２の結晶を使用し、レーザ発振器４から非線形媒質７に、偏光方向が紙面に対して水平である基本波レーザ光５を入射した場合、非線形媒質７からは偏光方向５４が紙面に対して垂直である第２高調波レーザ光１５が出射する。また、非線形媒質７を透過した基本波レーザ光５の偏光方向５３は紙面に対して水平であるため、基本波レーザ光５及び第２高調波レーザ光１５は、その偏光方向５３及び５４が相互に直交した状態で波長板５１に入射する。
【００３７】
そして、波長板５１において、図６（ａ）に示すように、基本波レーザ光８の偏光方向が、紙面に対して水平方向から垂直方向に回転されるか、又は、図６（ｂ）に示すように、第２高調波レーザ光１５の偏光方向が、紙面に対して垂直方向から水平方向に回転される。これにより、基本波レーザ光５の偏光方向５５及び第２高調波レーザ光１５の偏光方向５４が共に紙面に対して垂直方向になるか、又は、基本波レーザ光５の偏光方向５３及び第２高調波レーザ光１５の偏光方向５６が共に紙面に対して水平方向になるため、非線形媒質８には、偏光方向が同じである基本波レーザ光５及び第２高調波レーザ光１５が入射する。その結果、非線形媒質８においてこれらのレーザ光が合成されて発生する第３高調波レーザ光１６の出力が減少し、基本波レーザ光５及び第２高調波レーザ光１５の出力を増加させることができる。
【００３８】
これに対して、前述の第２の実施形態の高調波発生装置４０においては、波長板が設けられておらず、非線形媒質７を透過した基本波レーザ光５及び第２高調波レーザ光１５は、偏光方向が相互に直交した状態で非線形媒質８に入射するため、第３高調波レーザ光１６の出力が最大になるように非線形媒質８の回転角及びあおり角を調整すると、基本波レーザ光５及び第２高調波レーザ光１５の出力が減少する。なお、本実施形態の高調波発生装置５０における上記以外の動作及び効果は前述の第２の実施形態の高調波発生装置４０と同様である。
【００３９】
また、本実施形態の高調波発生装置５０においては、更に、波長板５１を光軸に対して回転させる回転機構を設けることもできる。これにより、波長板５１に対するレーザ光の入射角θを偏光することができるため、基本波レーザ光５、第２高調波レーザ光１５及び第３高調波レーザ光１６の出力を調節することができる。この回転機構を、図３に示す光検出器１７乃至１９と連動させることにより、各レーザ光の出力調節を自動化することも可能である。
【００４０】
更に、図３に示す高調波発生装置５０では、波長板５１を１枚のみ配置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、波長板５１を２枚以上配置してもよく、例えば、基本波レーザ光５の偏光方向を回転させる波長板と、第２高調波レーザ光１５の偏光方向を回転させる波長板とを同時に配置することもできる。その場合も、光検出器１７乃至１９と連動させることにより、各レーザ光の出力調節を自動で行うことが可能である。
【００４１】
更にまた、本実施形態の高調波発生装置５０においては、図３に示す第２の実施形態の高調波発生装置４０に更に波長板５１を設けたものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１に示す第１の実施形態の高調波発生装置３０の非線形媒質７と非線形媒質８との間に波長板５１を配置してもよい。
【００４２】
なお、前述の第１乃至第３の実施形態の高調波発生装置においては、２種類の非線形媒質を使用して、第２高調波レーザ光及び第３高調波レーザ光を発生させているが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の非線形媒質を使用することができ、また、第５高調波及び第６高調波等より短波長のレーザ光を得るため、３以上の非線形媒質を配置することもできる。その場合でも、レーザ光を減衰させるための光学部品を使用せずに各高調波の出力を調節することができる。
【００４３】
また、前述の第１乃至第３の実施形態の高調波発生装置においては、複数個の非線形媒質を直列に配置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数個の非線形媒質を並列に配置し、各非線形媒質に対して夫々異なる波長の基本波レーザ光を入射してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る高調波発生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】横軸にペルチェ素子の設定温度をとり、縦軸に非線形媒質で発生する高調波レーザ光の出力をとって、非線形媒質７及び８の温度依存性を示すグラフ図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る高調波発生装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る高調波発生装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す波長板５１の動作を示す図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る高調波発生装置の動作を示す図である。
【図７】特許文献３に記載の高調波発生装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１、１０４；固体レーザ媒質
２、２４、２８；全反射ミラー
３、２０〜２２、２６、２７；部分透過ミラー
４；レーザ発振器
５；基本波レーザ光
６；集光レンズ
７、８、１０５；非線形媒質
９、１０；ペルチェ素子
１１、１２；温度コントローラ
１３、１４；温度設定部
１５、１６；高調波レーザ光
１７〜１９、１１０；光検出器
２３、２５；ガラスプレート
２９；被加工物
３０、４０、５０、１００；高調波発生装置
３１、３２；あおり角調節機構
３３、３４；回転調節機構
５１；波長板
５２；出し入れ機構
５３〜５、５９、６０；偏光方向
５７；結晶軸
５８；レーザ光
１０１；温度調節素子
１０２；励起用光源
１０２ａ；励起光
１０３；固体レーザユニット
１０３ａ；第２高調波レーザ光
１０６；共振器ミラー
１０７；温度センサ
１０７ａ；検出温度信号
１０８；温度制御回路
１０８ａ；温度制御電力
１０９；ハーフミラー
１１０ａ；光検出信号
１１１；光出力制御回路
１１１ａ；フィードバック信号
１１２；駆動回路
１１３；電力検出器
１１３ａ；半導体レーザ駆動電流信号
１１４；動作温度設定ユニット
１１４ａ；温度信号
【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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