(57)【要約】【課題】  ＢＢＯ結晶の寿命を延長することにより、長時間使用可能な波長変換光学系を提供する。【解決手段】  ＢＢＯ結晶とＬＢＯ結晶を、波長が773ｎｍの２倍波と波長が516ｎｍの３倍波を合成して５倍波を形成する波長変換素子として使用し、その出力の変化を調べた。その結果を図に示す。加熱を行わない場合は、ＢＢＯ、ＬＢＯとも時間の経過と共に出力の低下がみられ、結晶が損傷を受けていることが分かる。これに対して、１００℃に加熱したＢＢＯ結晶では、多少の出力の変動はあるものの、８０時間を経過しても出力の低下は見られなかった。【選択図】  図５
2006308909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長変換素子を用いて、入力される基本波からその高調波を発生させる波長変換光学系であって、前記波長変換素子として、ＢＢＯ結晶が少なくとも一つ用いられているものにおいて、前記ＢＢＯ結晶の少なくとも一つが、加熱手段により加熱されていることを特徴とする波長変換光学系。
【請求項２】
前記加熱されているＢＢＯ結晶の温度が、１００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の波長変換光学系。
【請求項３】
前記加熱されているＢＢＯ結晶は、前記基本波の２倍波と３倍波を合成して５倍波を形成するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波長変換光学系。
【請求項４】
請求項３に記載の波長変換光学系であって、第１の基本波から第１の２倍波を形成する第１の２倍波形成光学素子と、前記第１の２倍波形成光学素子から出射した前記第１の基本波と前記２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記２倍波と前記３倍波とから５倍波を形成する５倍波形成光学素子と、第２の基本波から第２の２倍波を形成する第２の２倍波形成光学素子と、前記第２の２倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波及び前記第２の２倍波と前記５倍波形成光学素子から出射した前記５倍波とを同一光路に合成する光学部材と、前記第２の２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなり、前記５倍波形成光学素子が、前記加熱されているＢＢＯ結晶であることを特徴とする波長変換光学系。
【請求項５】
請求項３に記載の波長変換光学系であって、第１の基本波から少なくとも一つの波長変換光学素子を経て５倍波を形成する第１の波長変換光学系と、第２の基本波から２倍波を形成する２倍波形成光学素子と、前記２倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波及び前記２倍波と前記第１の波長変換光学系から出射した前記５倍波とを同一光路に合成する光学部材と、前記２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなり、前記５倍波形成光学素子が、前記加熱されているＢＢＯ結晶であることを特徴とする波長変換光学系。
【請求項６】
請求項３に記載の波長変換光学系であって、基本波を第１の基本波と第２の基本波とに分割する第１の光学部材と、前記第１の基本波から第１の２倍波を形成する第１の２倍波形成光学素子と、前記第１の２倍波形成光学素子から出射した前記第１の基本波と前記第１の２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記第１の２倍波と前記３倍波とから５倍波を形成する５倍波形成光学素子と、前記第２の基本波から第２の２倍波を形成する第２の２倍波形成光学素子と、前記第２の２倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波及び前記第２の２倍波と前記５倍波形成光学素子から出射した５倍波とを同一光路に合成する第２の光学部材と、前記第２の２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなり、前記５倍波形成光学素子が、前記加熱されているＢＢＯ結晶であることを特徴とする波長変換光学系。
【請求項７】
請求項３に記載の波長変換光学系であって、基本波から２倍波を形成する２倍波形成光学素子と、前記２倍波形成光学素子から出射した前記基本波と前記２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記２倍波と前記３倍波とから５倍波を形成する５倍波形成光学素子と、前記５倍波形成光学素子から出射した前記２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなり、前記５倍波形成光学素子が、前記加熱されているＢＢＯ結晶であることを特徴とする波長変換光学系。
【請求項８】
前記２倍波の波長が約773ｎｍ、前記３倍波の波長が約516ｎｍであることを特徴とする請求項３から請求項７のうちいずれか１項に記載の波長変換光学系。
【請求項９】
入力される光からその２倍波を発生させる波長変換光学系、又は入力される複数の光から、それらの周波数の和の周波数を有する光を発生させるＢＢＯ結晶を用いた波長変換光学系であって、当該ＢＢＯ結晶が、加熱手段により加熱されていることを特徴とする波長変換光学系。
【請求項１０】
前記加熱されているＢＢＯ結晶の温度が、１００℃以上であることを特徴とする請求項９に記載の波長変換光学系。
【請求項１１】
レーザ光源と、当該レーザ光源からの光、又はそれを光増幅器によって増幅した光を前記入力される基本波とし、請求項１から請求項１０のうちいずれか１項に記載の波長変換光学系において形成された高調波を出力とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として固体パルスレーザから放出されるレーザ光をその高調波に変換する、波長変換光学系、及びこの波長変換光学系を有するレーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光は近年において種々の用途に用いられており、例えば、金属の切断や加工を行ったり、半導体製造装置におけるフォトリソグラフィー装置の光源として用いられたり、各種測定装置に用いられたり、外科、眼科、歯科等の手術および治療装置に用いられたりしている。
【０００３】
ところが、ＡｒＦエキシマレーザ発振装置は、チャンバー内にアルゴンガス、フッ素ガス、ネオンガス等を封入して構成されるものであり、これらガスを密封する必要がある。さらに、各ガスの充填、回収を行う必要もあり、装置が大型化且つ複雑化しやすいという問題がある。又、ＡｒＦエキシマレーザ発振装置は所定のレーザ光発生性能を保持するために、定期的に内部ガスの交換を行ったり、オーバホールを行ったりする必要があるという問題もある。
【０００４】
よって、レーザ光源としてはこのような気体レーザでなく、固体レーザ（本明細書では、半導体レーザ（ダイオードレーザ）を含む概念として用いる）を用いることが好ましい。ところが、固体レーザから放出されるレーザ光の波長は、通常、上記波長に比べて長波長であり、例えば角膜治療装置に使用するには向いていない。そこで、このような固体レーザから放出される長波長の光を、非線形光学結晶を用いることにより短波長の紫外光（例えば８倍波）に変換して用いる方法が開発され、例えばＷＯ０１／２０３９７号公報（特許文献１）に記載されている。このような目的に用いられる非線形光学素子としては、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶等が知られている。
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ０１／２０３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載される発明の実施の形態においては、同文献中の図９（ａ）に示されるように、波長193ｎｍの８倍波を発生させるための中間過程として、波長が773ｎｍの２倍波と波長が516ｎｍの３倍波とから５倍波（出力数百ｍＷ）を発生させる波長変換素子として、ＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶を使用していた。しかしながら、これらの結晶は損傷を受けやすく（ＬＢＯ結晶、ＢＢＯとも、数十時間で損傷のために出力が低下してしまう）、寿命が短いという問題点を有している。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＢＢＯ結晶の寿命を延長することにより、長時間使用可能な波長変換光学系、及びそれを使用したレーザ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための第１の手段は、波長変換素子を用いて、入力される基本波からその高調波を発生させる波長変換光学系であって、前記波長変換素子として、ＢＢＯ結晶が少なくとも一つ用いられているものにおいて、前記ＢＢＯ結晶の少なくとも一つが、加熱手段により加熱されていることを特徴とする波長変換光学系である。
【０００９】
後に実施例で示すように、ＢＢＯ結晶は、加熱して用いることにより、波長の短い光に対して波長変換素子として用いる場合においても、寿命が著しく長くなる。
【００１０】
前記課題を解決するための第１の手段は、前記第２の手段であって、前記加熱されているＢＢＯ結晶の温度が、１００℃以上であることを特徴とするものである。
【００１１】
後に実施例で示すように、ＢＢＯ結晶は、１００℃以上に加熱して用いることにより、波長の短い光に対して波長変換素子として用いる場合においても、寿命が著しく長くなる。
【００１２】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記加熱されているＢＢＯ結晶は、前記基本波の２倍波と３倍波を合成して５倍波を形成するものであることを特徴とするものである。
【００１３】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第３の手段であって、第１の基本波から第１の２倍波を形成する第１の２倍波形成光学素子と、前記第１の２倍波形成光学素子から出射した前記第１の基本波と前記２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記２倍波と前記３倍波とから５倍波を形成する５倍波形成光学素子と、第２の基本波から第２の２倍波を形成する第２の２倍波形成光学素子と、前記第２の２倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波及び前記第２の２倍波と前記５倍波形成光学素子から出射した前記５倍波とを同一光路に合成する光学部材と、前記第２の２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなり、前記５倍波形成光学素子が、前記加熱されているＢＢＯ結晶であることを特徴とするものである。
【００１４】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第３の手段であって、第１の基本波から少なくとも一つの波長変換光学素子を経て５倍波を形成する第１の波長変換光学系と、第２の基本波から２倍波を形成する２倍波形成光学素子と、前記２倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波及び前記２倍波と前記第１の波長変換光学系から出射した前記５倍波とを同一光路に合成する光学部材と、前記２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなり、前記５倍波形成光学素子が、前記加熱されているＢＢＯ結晶であることを特徴とするものである。
【００１５】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第３の手段であって、基本波を第１の基本波と第２の基本波とに分割する第１の光学部材と、前記第１の基本波から第１の２倍波を形成する第１の２倍波形成光学素子と、前記第１の２倍波形成光学素子から出射した前記第１の基本波と前記第１の２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記第１の２倍波と前記３倍波とから５倍波を形成する５倍波形成光学素子と、前記第２の基本波から第２の２倍波を形成する第２の２倍波形成光学素子と、前記第２の２倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波及び前記第２の２倍波と前記５倍波形成光学素子から出射した５倍波とを同一光路に合成する第２の光学部材と、前記第２の２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記第２の基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなり、前記５倍波形成光学素子が、前記加熱されているＢＢＯ結晶であることを特徴とするものである。
【００１６】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第３の手段であって、基本波から２倍波を形成する２倍波形成光学素子と、前記２倍波形成光学素子から出射した前記基本波と前記２倍波とから３倍波を形成する３倍波形成光学素子と、前記３倍波形成光学素子から出射した前記２倍波と前記３倍波とから５倍波を形成する５倍波形成光学素子と、前記５倍波形成光学素子から出射した前記２倍波と前記５倍波とから７倍波を形成する７倍波形成光学素子と、前記７倍波形成光学素子から出射した前記基本波と前記７倍波とから８倍波を形成する８倍波形成光学素子とを有してなり、前記５倍波形成光学素子が、前記加熱されているＢＢＯ結晶であることを特徴とするものである。
【００１７】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第３の手段から第７の手段のいずれかであって、前記２倍波の波長が約773ｎｍ、前記３倍波の波長が約516ｎｍであることを特徴とするものである。
【００１８】
前記課題を解決するための第９の手段は、入力される光からその２倍波を発生させる波長変換光学系、又は入力される複数の光から、それらの周波数の和の周波数を有する光を発生させるＢＢＯ結晶を用いた波長変換光学系であって、当該ＢＢＯ結晶が、加熱手段により加熱されていることを特徴とする波長変換光学系である。
【００１９】
前記課題を解決するための第１０の手段は、前記第９の手段であって、前記加熱されているＢＢＯ結晶の温度が、１００℃以上であることを特徴とするものである。
【００２０】
前記課題を解決するための第１０の手段は、レーザ光源と、当該レーザ光源からの光、又はそれを光増幅器によって増幅した光を前記入力される基本波とし、前記第１の手段から第１０の手段のいずれかの波長変換光学系において形成された高調波を出力とするレーザ装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ＢＢＯ結晶の寿命を延長することにより、長時間使用可能な波長変換光学系、及びそれを使用したレーザ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。図１、図３、図４、図５においては、楕円形で示されるのはコリメータレンズや集光レンズであり、その説明を省略する。又、Ｐ偏光を矢印で、Ｓ偏光を○中に点のある印で示し、基本波をω、ｎ倍波をｎωで示す。
【００２３】
この実施の形態においては、図示しないＤＦＢレーザから放出される基本波（波長1547nm）を、第１のＥＤＦＡ増幅器１と第２のＥＤＦＡ増幅器２で増幅しているところに特徴を有するが、一つのＥＤＦＡ増幅器で増幅した光を、偏光ビームスプリッタによりＰ偏光とＳ偏光の２つに分けて使用することも可能である。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、第１のＥＤＦＡ増幅器１で増幅されたＰ偏光の基本波は、第１の２倍波形成光学素子（ＰＰＬＮ結晶）３に入射し、第１の２倍波形成光学素子３からは、基本波と共にＰ偏光の２倍波が発生する。この基本波と２倍波を、３倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）４に入射させる。３倍波形成光学素子４からは、基本波と２倍波と共に、Ｓ偏光の３倍波が発生する。なお、２倍波形成光学素子３としては、ＰＰＬＮ結晶に限らず、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、ＡＡＮＰ結晶等を用いることもできる。ＬＢＯ結晶を使用した場合は、位相整合角を調整するために加熱機構（温度制御装置）が設けられる。
【００２５】
これらの光を、２波長波長板５を通すことにより、２倍波だけをＳ偏光に変換する。２波長波長板として、例えば結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の結晶の平板からなる波長板が用いられる。一方の波長の光（２倍波）に対しては、偏光を回転させ、他方の波長の光に対しては、偏光が回転しないように、波長板（結晶）の厚さを一方の波長の光に対しては、λ／２の整数倍で、他方の波長の光に対しては、λの整数倍になるようにカットする。そして、共にＳ偏光となった２倍波と３倍波を、５倍波形成光学素子（ＢＢＯ結晶）６に入射させる。ＢＢＯ結晶には、結晶の長寿命化のために、加熱機構（温度制御装置）が設けられている。なお、ＢＢＯ結晶の位相整合角の調整は、結晶角度の微調整により行う。５倍波形成光学素子６からは、２倍波と３倍波と共にＰ偏光の５倍波が発生する。なお、Ｐ偏光の基本波はそのまま５倍波形成光学素子６を透過する。
【００２６】
５倍波形成光学素子６から発生する５倍波は、ウォークオフのため、断面が楕円形の形状をしており、そのままでは集光性が悪くて、次の波長変換には使用できない。よって、シリンドリカルレンズ７、８により、この楕円形の断面形状を円形に整形する。
【００２７】
一方、第２のＥＤＦＡ増幅器２で増幅されたＳ偏光の基本波は、ミラーＭを介して（ミラーＭは必ずしも必要ない）第２の２倍波形成光学素子（ＬＢＯ結晶）９に入射し、第２の２倍波形成光学素子９からは、基本波と共にＰ偏光の２倍波が発生する。なお、ＬＢＯ結晶の代わりにｏｏｅ変換のＰＰＬＮ結晶を使用してもよい。この基本波と２倍波を、前述のＰ偏光の５倍波と、ダイクロイックミラー１０により合成する。この例では、ダイクロイックミラー１０は、基本波と２倍波を反射し、５倍波を透過できるようなものとなっている。この光の合成には、バルク型光学素子を用いることが可能であり、例えば、色分解・合成ミラー（ダイクロイックミラー）、反射型及び透過型回折光学素子を用いることが可能である。
【００２８】
合成されたＳ偏光の基本波、Ｐ偏光の２倍波、Ｐ偏光の５倍波は、７倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１１に入射し、７倍波形成光学素子１１からは、これらの光と共に、Ｓ偏光の７倍波が発生する。これらの光は、８倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１２に入射し、ここでＳ偏光の基本波とＳ偏光の７倍波が合成されてＰ偏光の８倍波が発生する。もし、８倍波のみを８倍波形成光学素子１２から放出される他の波長の光から分離したい場合は、ダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタ、プリズムを使用することにより、これらを分離すればよい。
【００２９】
この実施の形態において非常に特徴的なことは、７倍波形成光学素子１１と８倍波形成光学素子１２との間に、ウォークオフ修正のためのシリンドリカルレンズを有しないで、７倍波形成光学素子１１から放出された光をそのまま８倍波形成光学素子１２に入射させていることである（７倍波形成光学素子１１と８倍波形成光学素子１２の直列接続と称している）。
【００３０】
これは、７倍波形成光学素子１１としてＣＬＢＯ結晶を使用する場合には、ＢＢＯ結晶を使用する場合に比較して、７倍波のウォークオフが小さいため、７倍波形成光学素子１１に入射するビームの径を大きくし、かつ、７倍波形成光学素子１１の長さを短くしてやれば、７倍波形成光学素子１１から放出される７倍波の断面形状は円からさほどずれず、そのまま８倍波形成光学素子１２に入射させても十分に波長変換に寄与させることができるからである。
【００３１】
ビームのconfoca1長は、b=2πω２/λ(ω:ビーム半径)で表される。７倍波形成光学素子１１に入射する高調波のビーム直径を例えば表１(約200〜300μm)のようにすると、confocal長(略平行光とみなせる長さ)を比較的長く(約90mm〜280mm)することができるので、７倍波形成光学素子１１及び８倍波形成光学素子１２の長さをそれぞれ５mm程度にすると、８倍波形成光学素子１２を７倍波形成光学素子１１の隣に配置することができる。
【００３２】
図２に、７倍波形成光学素子１１に入射する基本波の直径を300μm、２倍波と５倍波の直径を200μmとしたときの基本波と７倍波のウォークオフの発生状況を示す。なお、７倍波発生用ＣＬＢＯ結晶においてはＰ偏光にはウォークオフが発生しないので、これらの光の図示を省略している（基本波の波長は、1547nmである）。
【００３３】
基本波のウォークオフは、ＣＬＢＯ結晶中を進行するにつれて大きくなるが、全ての入射光について一定であるので、入射光と出射光の断面形状は同一に保たれ、光軸の位置が変化するのみである。ＣＬＢＯ結晶の長さを５mmとした場合に、ウォークオフ量は３８μmとなる。
【００３４】
一方、７倍波については、ＣＬＢＯ結晶中で逐次発生し、発生後にウォークオフを起こすので、発生する位置により出射時のウォークオフ量は異なり、ＣＬＢＯ結晶の長さを５mmとした場合に０〜５０μmとなる。しかし、最大でも、入射光の直径である200μmに対して小さく、さらに、この場合、入射する基本波の直径を、２倍波・５倍波の直径に対して大きくしてあるので、出射する基本波と７倍波は重なり合う。よって、そのまま８倍波形成光学素子１２に入射させても、効率的に波長変換が可能となる。
【００３５】
一般に、ＣＬＢＯ結晶を用いた７倍波形成光学素子に入射する光束の直径は100〜300μｍとすることが好ましい。直径が100μm未満の場合、ウォークオフ量が相対的に大きくなり、出射光のビーム整形を行う必要が出てくる。一方、直径が300μmを超えると、ビームの収束が十分でないため、効率的な波長変換が行われない。同様、７倍波形成光学素子の長さは３〜１０mmとすることが好ましい。長さが１０mmを超えるとウォークオフ量が相対的に大きくなり、出射光のビーム整形を行う必要が出てくる。一方、長さが３mm未満では、十分な波長変換が行われない。
【００３６】
特許文献１と図１を比較すると分かるように、図１に示す構成では、光学素子の数が少なくなっている。又、図１に示す構成においては、基本波と７倍波を合成するためのダイクロイックミラーを使用していない。一般に深紫外光の場合には、ダイクロイックミラーが深紫外光によってダメージを受けるという問題があり、耐久性に乏しいが、このダイクロイックミラーを不要とすることにより、全体として耐久性のよいレーザ装置とすることができる。
【００３７】
図１（ａ）に示す光学系において、耐久性向上の観点からダイクロイックミラー１０を図１（ｂ）又は図１（ｃ）に示すようなものに置き換えることが好ましい。図１（ａ）のダイクロイックミラー１０は、５倍波を透過し、基本波及ぴ２倍波を反射するが、図１（ｂ）のダイクロイックプリズム（ダイクロイックミラーのキューブ型）２１は、５倍波を反射し、基本波及び２倍波が透過する。また、図１（ｃ）は、５倍波を反射し、基本波及び２倍波を透過するダイクロイックミラー２２と、基本波及び２倍波の光路上に分散補償用平行平板２３が配置されている。分散補償用平行平板２３は、基本波及び２倍波がダイクロイックミラー２２を透過することによりそれぞれ生じる光軸シフトを予め補正するためのものである。
【００３８】
又、図１において、７倍波形成光学素子１１の中心位置に２倍波のビームウエストが位置し、かつ、８倍波形成光学素子１２の中心位置に基本波のビームウエストが位置するようにビーム調整を行うと、高い変換効率で８倍波を得ることができる。
【００３９】
図１に示すように、ダイクロイックミラー１０の後では、基本波と２倍波は同軸上を進んでいるが、基本波と２倍波では屈折率が異なるので、ダイクロイックミラー１０と７倍波形成光学素子１１の間に、材料の異なるレンズ２枚を入れ、これらの厚さ、位置、表面の曲率を調整することにより、上記の位置関係を実現することができる。これら２枚のレンズは、最適化して接合、接着してもよい。又、異なる材料からなる２枚のレンズを使用する代わりに、同一の材料からなる２枚の平凸レンズ等を使用してもよいが、自由度を確保するためには、異なる材料からなる２枚のレンズを使用することが好ましい。
【００４０】
なお、２倍波形成光学素子等の各波長変換光学素子に入射する光の偏光（Ｐ波、Ｓ波）の組み合わせは、第１の実施形態の組み合わせに限定されない。具体的には、第１の２倍波形成光学素子３へ入射する偏光及び２倍波形成光学素子３から出射する偏光と、第２の２倍波形成光学素子９へ入射する偏光及ぴ第２の２倍波形成光学素子９から出射する偏光として、
[入射]→［出射］：[P(1ω)]→[P(2ω)]、[P(1ω)]→[S(2ω)]、
[S(1ω)]→[P(2ω)]、[S(1ω)]→[S(2ω)]
（例えば、Ｐ偏光の２倍波は、Ｐ（２ω）と標記する）
があげられ、また、３倍波形成光学素子４へ入射する偏光及び３倍波形成光学素子４から出射する偏光として、
[入射]→［出射］：[P(1ω)]＋[P(2ω)]→[P(3ω)]、
[P(1ω)]＋[P(2ω)]→[S(3ω)]、
[S(1ω)]＋[P(2ω)]→[P(3ω)]、
[S(1ω)]＋[P(2ω)]→[S(3ω)]、
[P(1ω)]＋[S(2ω)]→[P(3ω)]、
[P(1ω)]＋[S(2ω)]→[S(3ω)]、
[S(1ω)1＋[S(2ω)]→[P(3ω)]、
[S(1ω)]＋[S(2ω)]→[S(3ω)]
があげられ、また、５倍波形成光学素子５へ入射する偏光及び５倍波形成光学素子５から出射する偏光として、
[入射]→［出射］：[P(2ω)]＋[P(3ω)]→[P(5ω)]、
[P(2ω)]＋[P(3ω)]→[S(5ω)]、
[S(2ω)]＋[P(3ω)]→[P(5ω)]、
[S(2ω)]＋[P(3ω)]→[S(5ω)]、
[P(2ω)]＋[S(3ω)]→[P(5ω)]、
[P(2ω)]＋[S(3ω)]→[S(5ω)]、
[S(2ω)]＋[S(3ω)]→[P(5ω)]、
[S(2ω)]＋[S(3ω)]→[S(5ω)]
があげらる。ただし、これらの入射光と出射光との間の偏光の条件は、各倍波形成光学素子のみでは成り立たないものがあるが、その場合は、必要に応じて倍波形成光学素子の入射側、又は出射側に波長板（偏光制御素子）を入れることにより作り出すことができるので、このようなものも、上記の関係式の中に、各倍波形成光学素子への入射光と各倍波形成光学素子からの出射光との間の偏光条件として挙げている。
【００４１】
これら各倍波形成光学素子に入射する偏光、各倍波形成光学素子から出射する偏光は、組み合わせが可能なものを適宜選択して使用することができる。
【００４２】
図３は、本発明の第２の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。図３、図４における構成は、図１に示す構成とその一部を共通にしているので、同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。又、波長変換結晶に入射した光は、その一部が波長変換に使用され、他の一部はそのまま透過することは周知の事実であるので、以下の説明についてはそのまま透過する光については、言及を省略することがある。
【００４３】
この実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態における第２のＥＤＦＡ増幅器２を用いず、第１のＥＤＦＡ増幅器１から出射されるレーザ光を、偏光ビームスプリッタ２４によりＰ偏光成分とＳ偏光成分に分け、Ｐ偏光成分を２倍波発生光学素子３に入射させ、Ｓ偏光成分を第２の２倍波形成光学素子９に入射させているところが、第１の実施の形態と異なっているのみで、残りの構成は第１の実施の形態と同じである。
【００４４】
図示を省略しているが、偏光ビームスプリッタの前に、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の比率を調節するためのλ／２板を設けている。このようにすると、８倍波の出力は第１の実施の形態に比べて小さくなるが、ＥＤＦＡ増幅器が一つで済み、構成が簡単となる。
【００４５】
なお、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の分離には、ビームサンプラ、ビームスプリッタ、回折光学素子等を用いることが可能である。
【００４６】
図４は、本発明の第３の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。
本手段は、第１、第２の実施の形態に比べて、簡単な構成で８倍波を発生させている。この光学系の構成は、３倍波形成光学素子４までは、第１の実施の形態と同じである。
【００４７】
３倍波形成光学素子４から射出された光は、３波長波長板２５を通すことにより、基本波だけがＳ偏光に変換され、２倍波はＰ偏光のまま、３倍波はＳ偏光のままとなる。波長波長板として、前述したように、例えば結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の結晶の平板からなる波長板が用いられる。一方の波長の光（基本波）に対しては、偏光を回転させ、他の残りの波長の光に対しては、偏光が回転しないように、波長板（結晶）の厚さを一方の波長の光に対しては、λ／２の整数倍で、他の残りの波長の光に対しては、λの整数倍になるようにカットする。これらの光を５倍波形成光学素子６に入射させる。この場合も、５倍波形成光学素子としてＢＢＯ結晶を用いている。ＢＢＯ結晶には、結晶の長寿命化のために、加熱機構（温度制御装置）が設けられている。
【００４８】
５倍波形成光学素子６から射出される光のうち、基本波はＳ偏光、２倍波はＰ偏光、３倍波はＳ偏光、５倍波はＰ偏光となっている。これらの光はシリンドリカルレンズ７、８により、形状を円形に整形されて７倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１１に入射し、２倍波と５倍波が合成されて、Ｓ偏光の７倍波が発生する。そして、この７倍波とＳ偏光の基本波が８倍波形成光学素子（ＣＬＢＯ結晶）１２で合成されて８倍波が発生する。
【００４９】
なお、以上説明した実施の形態においては、ウォークオフに起因するビームの変形を修正するために、２つのシリンドリカルレンズを、その光軸を垂直にして２つ組み合わせて使用している。シリンドリカルレンズを使用すると調整が容易であるという利点があるが、ビームの変形を修正するためには、楕円レンズ等の他のレンズを使用してもよい。
【００５０】
なお、各波長変換光学素子に入射する光の偏光（Ｐ波、Ｓ波）の組み合わせは、第４の実施形態の組み合わせに限定されない。具体的には、２倍波形成光学素子３へ入射する偏光及び２倍波形成光学素子３から出射する偏光として、
[入射]→[出射]：[P(1ω)]→[P(2ω)]、[P(1ω)]→[S(2ω)]、
[S(1ω)]→[P(2ω)]、[S(1ω)]→[S(2ω)]
（例えば、Ｐ偏光の２倍波は、Ｐ（２ω）と標記する）があげられ、また、３倍波形成光学素子４へ入射する偏光及び３倍波形成光学素子４から出射する偏光として、
[入射]→[出射]：[P(1ω)]＋[P(2ω)]→[P(3ω)]、
[P(1ω)1＋[P(2ω)]→[S(3ω)]、
[S(1ω)]＋[P(2ω)]→[P(3ω)]、
[S(1ω)]＋[P(2ω)]→[S(3ω)]、
[P(1ω)]＋[S(2ω)]→[P(3ω)]、
[P(1ω)]＋[S(2ω)]→[S(3ω)]、
[S(1ω)]＋[S(2ω)]→[P(3ω)]、
[S(1ω)]＋[S(2ω)]→[S(3ω)]
があげられ、また、５倍波形成光学素子６へ入射する偏光及び５倍波形成光学素子６から出射する偏光として、
[入射]→・[出射]：[P(2ω)]＋[P(3ω)]→[P(5ω)]、
[P(2ω)]＋[P(3ω)]→[S(5ω)]、
[S(2ω)]＋[P(3ω)]→[P(5ω)1、
[S(2ω)]＋[P(3ω)]→[S(5ω)]、
[P(2ω)]＋[S(3ω)]→[P(5ω)]、
[P(2ω)]＋[S(3ω)]→[S(5ω)]、
[S(2ω)]＋[S(3ω)]→[P(5ω)]、
[S(2ω)]＋[S(3ω)]→[S(5ω)]
があげられ、７倍波形成光学素子１１の前の偏光状態は、８倍波形成光学素子１２と直結する場合は基本波と７倍波の偏光が合致している必要があるので、［（１ω）、（２ω）、（３ω）、（５ω）］＝［Ｓ、Ｐ、Ｐ、Ｐ］、［Ｓ、Ｐ、Ｓ、Ｐ］、［Ｐ、Ｓ、Ｐ、Ｓ］、［Ｐ、Ｓ、Ｓ、Ｓ］があげらる。ただし、これらの入射光と出射光との間の偏光の条件は、各倍波形成光学素子のみでは成り立たないものがあるが、その場合は、必要に応じて倍波形成光学素子の入射側、又は出射側に波長板（偏光制御素子）を入れることにより作り出すことができるので、このようなものも、上記の関係式の中に、各倍波形成光学素子への入射光と各倍波形成光学素子からの出射光との間の偏光条件として挙げている。
【００５１】
これら各倍波形成光学素子に入射する偏光、各倍波形成光学素子から出射する偏光は、組み合わせが可能なものを適宜選択して使用することができる。
【００５２】
以上説明したいずれの実施の形態においても、５倍波形成光学素子６としては、ＢＢＯ結晶を使用し、それを１００℃以上に加熱して使用している。これにより、５倍波形成光学素子６の寿命を、ＢＢＯ結晶を加熱しないで使用した場合、ＬＢＯ結晶を５倍波形成光学素子６として使用した場合に比べて大幅に長くすることができ、波長変換光学系のオーバホール間隔を長くすることができる。
【００５３】
本発明の実施の形態であるレーザ装置そのものは、周知のレーザ装置と変わるところが無く、例えば特許文献１に記載されるようなものがあり、ただ、波長変換光学系として本発明のものを使用しているところのみが異なっているだけであるので、その説明を省略する。
【実施例】
【００５４】
ＢＢＯ結晶とＬＢＯ結晶を、波長が773ｎｍの２倍波と波長が516ｎｍの３倍波を合成して５倍波を形成する波長変換素子として使用し、その出力の変化を調べた。その結果を図６に示す。加熱を行わない場合は、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶とも時間の経過と共に出力の低下がみられ、結晶が損傷を受けていることが分かる。これに対して、１００℃に加熱したＢＢＯ結晶では、多少の出力の変動はあるものの、８０時間を経過しても出力の低下は見られなかった。なお、ＬＢＯ結晶については、加熱しても顕著な効果がなかったので図示を省略している。
【００５５】
図５に示されるように、ＢＢＯを１００℃に加熱すると寿命が延びることが分かったので、同じ条件で耐久試験を行った。その結果を図６に示す。図６において、縦軸は５倍波の出力パワーの相対値である。この結果、２６０時間連続使用しても出力の低下は見られなかった。実験時間の関係で、２６０時間経過した時点で試験を打ち切った。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。
【図２】ＣＬＢＯ結晶における基本波と７倍波のウォークオフの発生状況を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態であるレーザ装置の光学系の概要を示す図である。
【図５】ＢＢＯ結晶とＬＢＯ結晶の出力の時間推移と、ＢＢＯ結晶を１００℃に加熱した場合の出力の時間推移を比較して示すグラフである。
【図６】ＢＢＯ結晶を１００℃に加熱して使用した場合の耐久性試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…第１のＥＤＦＡ増幅器、２…第２のＥＤＦＡ増幅器、３…第１の２倍波発生光学素子、４…３倍波形成光学素子、５…２波長波長板、６…５倍波形成光学素子、７…シリンドリカルレンズ、８…シリンドリカルレンズ、９…第２の２倍波形成光学素子、１０…ダイクロイックミラー、１１…７倍波形成光学素子、１２…８倍波形成光学素子、１３…ダイクロイックミラー、１４…ミラー、１５…ダイクロイックミラー、１６…シリンドリカルレンズ、１７…シリンドリカルレンズ、１８…ミラー、１９…ダイクロイックミラー、２０…レーザ装置、２１…ダイクロイックプリズム、２２…ダイクロイックミラー、２３…分散補償用平行平板、２４…偏光ビームスプリッタ、２５…３波長波長板
【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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