(57)【要約】【課題】水晶を用いた波長変換素子において、水晶板の貼り合わせ枚数を抑制しつつ、レーザ光の変換効率を向上させる。【解決手段】  波長変換素子１０−１は、非線形結晶による分極反転構造が形成されてなる疑似位相整合を有するものであり、非線形結晶には水晶が用いられ、複数の水晶板１１を金属拡散層１２で貼り合わせた構造とされている。波長変換素子１０−１における第１の主面側には、所定の波長を有する基本波Ｌ１、および基本波Ｌ１の第２高調波Ｌ２の両方を反射する反射膜１３が形成され、第２の主面側には、基本波Ｌ１を反射し、第２高調波Ｌ２を透過させる透過・反射膜１４が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形光学特性を有する結晶による分極反転構造が形成されてなる疑似位相整合を有する波長変換素子であって、
前記結晶には水晶が用いられ、複数の水晶板を貼り合わせた構造とされており、
前記波長変換素子における第１の主面側には、所定の波長を有する基準レーザ光、および前記基準レーザ光の第２高調波である変換レーザ光の両方を反射する反射膜が形成され、
前記波長変換素子における第２の主面側には、前記基準レーザ光を反射し、前記変換レーザ光を透過させる透過・反射膜が形成されていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の波長変換素子であって、
前記透過・反射膜は、誘電体多層膜によって形成されていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の波長変換素子であって、
前記複数の水晶板を金属拡散層で貼り合わせた構造とされており、
前記金属拡散層は、前記水晶板の貼り合わせ面の一部の領域に形成されており、前記水晶板の貼り合わせ面には前記金属拡散層の存在しない開口領域が設けられていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項４】
請求項３に記載の波長変換素子であって、
前記金属拡散層は、前記水晶板の貼り合わせ面の外周部のみに形成されていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項５】
レーザ光源と波長変換素子とを有し、前記レーザ光源から発射される基準レーザ光を前記波長変換素子に透過させ、該透過によって波長変換された変換レーザ光を外部に照射するレーザ照射装置であって、
前記波長変換素子は、前記請求項１から４のいずれか一項に記載された波長変換素子であることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項６】
請求項５に記載のレーザ照射装置であって、
前記レーザ光源は、前記波長変換素子の光入射面に対して前記基準レーザ光をブリュースター角で入射させることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載のレーザ照射装置であって、
前記波長変換素子におけるレーザ光の出射面側に、前記透過・反射膜を透過した前記変換レーザ光を集光する集光レンズが配置されていることを特徴とするレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光の波長を短波長に変換して出射する波長変換素子と、この波長変換素子を用いたレーザ照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製造加工や医療等の分野でレーザ照射装置が多用されている。これらの分野では、より微細な加工を行うためには波長の短いレーザが必要であり、紫外域における高出力なものとしてはエキシマレーザが実用化されている。しかしながら、希ガスレーザであるエキシマレーザは、安定性および安全性の面から煩雑なメンテナンスが必要となる。また、エキシマレーザは、装置が大型であるといった課題もある。このため、安定・安全性に優れ、小型化可能なレーザ照射装置が望まれる。
【０００３】
安定・安全性に優れ、小型化可能なレーザ照射装置を得るには、固体のレーザ発振素子（例えばＹＡＧレーザ）を用いることが好ましいが、２００ｎｍ以下の波長域では、固体のレーザ発振素子自体が存在しない。しかしながら、波長変換素子を用いれば、レーザ発振素子から出射されるレーザ光（基本波）の波長を変換し、より短波長のレーザ光を得ることが可能となる。一般的には、ＹＡＧレーザから出射された基本波（１０６４ｎｍ：赤外光）を波長変換素子に透過させ、第２高調波（５３２ｎｍ：緑色光）に変換して出力するレーザ照射装置が知られている。
【０００４】
レーザ光の波長を変換するために用いられる波長変換素子には非線形光学特性を有する結晶（非線形結晶）が用いられ、一般的な非線形結晶材料としては、ＬＴ（ＬｉＴａＯ3）、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ3）、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4）、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）等が挙げられる。
【０００５】
しかしながら、これらの非線形結晶材料を用いた波長変換素子には以下のような課題がある。
・ＬＴは、２６０ｎｍ以下の波長のレーザに対し、レーザ透過時の吸収量が多く、また、レーザを照射した際の損傷が激しい。
・ＬＮ、ＬＢＯは、レーザを照射した際の損傷が激しく、また、３００ｎｍ以下の波長への変換が困難である。
・ＫＴＰは、３００ｎｍ以下の波長への変換が困難である。
・ＣＬＢＯ、ＬＢＯは、潮解性を有するため、湿度対策が必要となる。
・その他の非線形結晶材料の多くも、レーザに対する損傷に弱い、潮解性を有する、変換できる波長域に制限がある（波長の透過域が狭い）等の問題を有している。
【０００６】
一方、特許文献１，２には、非線形結晶材料として水晶を用いた波長変換素子が開示されている。水晶は、上述の波長変換素子に比べ、
・レーザ耐性が高い（損傷しにくい）、
・潮解性が無い、
・短波長の透過域が広い、
・熱耐久性が高い、
・安価、メンテナンスフリー、小型化が容易、
といった多くのメリットを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２３３１４３号公報
【特許文献２】特開２００８−２６８２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非線形結晶材料としての水晶は、上述した多くのメリットを有している一方、変換効率が低いといったデメリットも有している（例えば、ＬＴと比較すると変換効率は１／１００程度）。
【０００９】
ここで、水晶を用いて波長変換素子を作製するには、分極反転構造が形成されてなる疑似位相整合を形成する。具体的には、図６に示すように、波長変換素子１００は、複数の水晶板（ｘ板）１１０を、結晶の分極が周期的に反転するように積層した（貼り合わせた）構造とすることが考えられる。波長変換素子１００に、レーザ光源（レーザ発振素子）２００からの基本波Ｌ１を照射すると、その透過光において第２高調波（波長が基本波の１／２）Ｌ２が得られる。尚、波長変換素子１００における分極反転周期Λは、基本波Ｌ１の波長に応じて設定される。
【００１０】
水晶板による疑似位相整合を用いた波長変換素子では、水晶板の積層数（貼り合わせ枚数）を増加し、レーザ光が透過する水晶板の枚数を増加することで、波長変換素子としての変換効率を増加させることができる。但し、水晶を用いた波長変換素子では、実用レベルの変換効率を得るには数千オーダーの積層数が必要とされる。このように、水晶板の貼り合わせ枚数を単に増加させる構成では、波長変換素子が大型化するといった問題がある。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、水晶を用いた波長変換素子において、水晶板の貼り合わせ枚数を抑制しつつ、レーザ光の変換効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明は、非線形光学特性を有する結晶による分極反転構造が形成されてなる疑似位相整合を有する波長変換素子であって、前記結晶には水晶が用いられ、複数の水晶板を貼り合わせた構造とされており、前記波長変換素子における第１の主面側には、所定の波長を有する基準レーザ光、および前記基準レーザ光の第２高調波である変換レーザ光の両方を反射する反射膜が形成され、前記波長変換素子における第２の主面側には、前記基準レーザ光を反射し、前記変換レーザ光を透過させる透過・反射膜が形成されていることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成によれば、波長変換素子に基準レーザ光を入射させると、基準レーザ光は反射膜と透過・反射膜との間で繰り返し反射を受けて波長変換素子内を進行する。また、発生する変換レーザ光は、反射膜によって反射され、透過・反射膜を透過するため、波長変換素子における第２の主面側から出射される。このような繰り返し反射構造を用いることで、レーザ光が透過する水晶板の枚数は、水晶板の貼り合わせ枚数の整数倍となり、水晶板の貼り合わせ枚数を抑制しつつレーザ光の変換効率を向上させることができる。
【００１４】
また、上記波長変換素子では、前記透過・反射膜は、誘電体多層膜によって形成されている構成とすることができる。
【００１５】
上記の構成によれば、基準レーザ光に対する反射率と、変換レーザ光に対する透過率とが共に高い透過・反射膜を容易に得ることができる。
【００１６】
また、上記波長変換素子は、前記複数の水晶板を金属拡散層で貼り合わせた構造とされており、前記金属拡散層は、前記水晶板の貼り合わせ面の一部の領域に形成されており、前記水晶板の貼り合わせ面には前記金属拡散層の存在しない開口領域が設けられている構成とすることができる。
【００１７】
上記の構成によれば、レーザの変換効率を向上させるために多数の水晶板を貼り合わせて積層した場合に、水晶板の貼り合わせに使用される金属拡散層の存在しない開口領域をレーザ透過領域として使用することで、波長変換素子に対してレーザを効率よく透過させることができる。また、貼り合わせに接着剤でなく金属拡散層を用いることで、接着剤のように接合面で拡がることが無く、設計通りの開口領域を容易に得ることができる。
【００１８】
また、上記波長変換素子では、前記金属拡散層は、前記水晶板の貼り合わせ面の外周部のみに形成されている構成とすることができる。
【００１９】
上記の構成によれば、波長変換素子の内部領域をレーザ透過領域として使用しやすくなる。
【００２０】
また、本発明のレーザ照射装置は、レーザ光源と波長変換素子とを有し、前記レーザ光源から発射される基準レーザ光を前記波長変換素子に透過させ、該透過によって波長変換された変換レーザ光を外部に照射するレーザ照射装置であって、前記波長変換素子は、上記記載の波長変換素子であることを特徴としている。
【００２１】
また、上記レーザ照射装置では、前記レーザ光源は、前記波長変換素子の光入射面に対して前記基準レーザ光をブリュースター角で入射させる構成とすることができる。
【００２２】
上記の構成によれば、貼り合わされる水晶板の間には空隙が生じ、この空隙内に存在する媒質の屈折率が水晶の屈折率と異なる場合であっても、入射角をブリュースター角に合わせることで、反射によるエネルギ損失を大幅に抑制することができる。
【００２３】
また、上記レーザ照射装置は、前記波長変換素子におけるレーザ光の出射面側に、前記透過・反射膜を透過した前記変換レーザ光を集光する集光レンズが配置されている構成とすることができる。
【００２４】
上記の構成によれば、透過・反射膜の透過時に複数の平行レーザである変換レーザ光を集光レンズによって集光し、その強度を強めることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の波長変換素子およびレーザ照射装置は、非線形結晶に水晶を用いた波長変換素子において、基準レーザ光を反射膜と透過・反射膜との間で繰り返し反射する繰り返し反射構造を用いることで、水晶板の貼り合わせ枚数を抑制しつつレーザ光の変換効率を向上させることができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであり、実施の形態１に係る波長変換素子の概略構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る波長変換素子の他の構成を示す断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、図１に示す波長変換素子における金属拡散層の配置パターンの一例を示す平面図である。
【図４】実施の形態２に係るレーザ照射装置の概略構成を示す図であり、図１の波長変換素子を用いたレーザ照射装置の概略構成を示す図である。
【図５】図２の波長変換素子を用いたレーザ照射装置の概略構成を示す図である。
【図６】非線形結晶として水晶を用いた波長変換素子の基本構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
〔実施の形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、非線形結晶として水晶を用いた波長変換素子１０−１の断面図である。
【００２８】
波長変換素子１０−１は、図１に示すように、複数の水晶板１１を金属拡散層１２によって貼り合わせてなる構造である。すなわち、水晶板１１は、拡散接合によって貼り合わされる。また、波長変換素子１０−１において、水晶板１１は、図６に示すような疑似位相整合を形成するように貼り合わされている。尚、図１（および後述する図２）は図面の簡略化のため、水晶板１１の枚数を大幅に少なくして描画しているが、実際には、数百枚程度の枚数で水晶板１１が貼り合わされる。金属拡散層１２による水晶板１１の具体的な貼り合わせ構造については後述する。
【００２９】
波長変換素子１０−１は多重反射構造を有しており、そのため、第１の主面（図１では上面）に反射膜１３が成膜されており、第２の主面（図１では下面）に透過・反射膜１４が成膜されている。反射膜１３は、基本波（基準レーザ光）Ｌ１と、第２高調波（基本波が波長変換素子を通過する過程で波長変換されて発生する変換波：変換レーザ光）Ｌ２との両方を反射する特性を有する。透過・反射膜１４は、基本波Ｌ１を反射し、第２高調波Ｌ２を透過する特性を有する。
【００３０】
反射膜１３は、基本波Ｌ１と第２高調波Ｌ２との両方に対して高い反射率（例えば、反射率９９％以上）を有することが好ましい。反射膜１３の材質は特に限定されるものではなく、金属反射膜等も使用可能であるが、上記のような高い反射率を実現するには誘電体多層膜を用いることが好ましい。
【００３１】
また、透過・反射膜１４は、基本波Ｌ１に対して高い反射率（例えば、反射率９９％以上）を有し、第２高調波Ｌ２に対して高い透過率（例えば、透過率９９％以上）を有することが好ましい。上記のような光学特性を実現するには、透過・反射膜１４には誘電体多層膜を用いることが好ましい。
【００３２】
図１に示す波長変換素子１０−１では、反射膜１３が成膜された第１の主面から基本波Ｌ１が入射される。このため、反射膜１３は基本波Ｌ１の入射部には形成されず、この部分は開口されている。波長変換素子１０−１に入射された基本波Ｌ１は、反射膜１３と透過・反射膜１４との間で反射を繰り返しながら素子内を進行する。
【００３３】
また、基本波Ｌ１が水晶板１１を透過する際には、基本波Ｌ１が波長変換されて第２高調波Ｌ２が発生する。図１では、基本波Ｌ１が反射膜１３で反射された後、透過・反射膜１４に向かう途中で発生した第２高調波Ｌ２を破線で示し、基本波Ｌ１が透過・反射膜１４で反射された後、反射膜１３に向かう途中で発生した第２高調波Ｌ２を一点鎖線で示している。そして、どちらの第２高調波Ｌ２も、透過・反射膜１４に到達した時点で透過・反射膜１４を透過し、波長変換素子１０−１の第２の主面から素子外に出射される。
【００３４】
このように、波長変換素子１０−１では、第２高調波Ｌ２は、透過・反射膜１４を透過して互いに平行な複数のレーザ光（図１では７本のレーザ光）として出射される。こうして出射される第２高調波Ｌ２は、例えば集光レンズ等によって集光することで、増幅された波長変換波として利用できる。
【００３５】
また、波長変換素子１０−１への入射後、最後まで変換されることのない基本波Ｌ１は、最終的には、波長変換素子１０−１の第１の主面から出射される。このため、反射膜１３は、基本波Ｌ１の出射部には形成されず、この部分は開口されている。
【００３６】
このように多重反射構造を用いた波長変換素子１０−１は、各水晶板１１に対してレーザ光を複数回透過させることができるため、水晶板１１の積層数を抑制しながら波長変換素子の変換効率を増大させることができる。しかしながら、波長変換素子１０−１は、多重反射されながら素子内を進行するレーザ光の透過領域を確保するため、その有効面積を、多重反射構造を用いない波長変換素子に比べて大面積化することが要求される。すなわち、大面積に作成された水晶板１１を用いることが必要となる。
【００３７】
水晶は、従来の波長変換素子で用いられている他の非線形結晶（ＬＴ，ＬＮ等）に比べ、大面積に作成することが比較的容易である。非線形結晶に水晶を用いた場合、多重反射構造を用いた波長変換素子１０−１も作成しやすく、このことも波長変換素子に水晶を用いることのメリットであると言える。
【００３８】
尚、図１に示す波長変換素子１０−１では、反射膜１３が成膜された第１の主面から基本波Ｌ１が入射される構成としているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、図２に示す波長変換素子１０−２のように、透過・反射膜１４が成膜された第２の主面から基本波Ｌ１が入射される構成としてもよい。
【００３９】
続いて、金属拡散層１２による水晶板１１の具体的な貼り合わせ構造について図３を参照して説明する。図３は、波長変換素子１０−１（または波長変換素子１０−２）における金属拡散層１２の配置パターンの一例を示す。
【００４０】
金属拡散層１２は、図３に示すように、水晶板１１の主面（貼り合わせ面）に対して全面に形成されるものではなく、一部の領域に形成される。すなわち、水晶板１１の主面には金属拡散層１２の存在しない領域（開口領域）が設けられる。また、金属拡散層１２は主に水晶板１１の主面の外周部に形成され、水晶板１１の内部領域の殆どは金属拡散層１２の存在しない開口領域とされることが好ましい。特に、金属拡散層１２は、図３（ａ）に示すように、水晶板１１の主面の外周部のみに形成することが好ましい。
【００４１】
但し、金属拡散層１２は、水晶板１１の主面の外周部のみでなく、内部領域の一部にも設ける構成とされていてもよい。すなわち、図３（ｂ）に示すように、水晶板１１の主面の外周部に形成された金属パターン１２Ａと水晶板１１の主面内部領域に形成された金属パターン１２Ｂとを有していてもよい。多重反射構造を有する波長変換素子１０−１では水晶板１１が大面積となりやすいが、大面積に作成された水晶板１１を金属拡散層１２にて貼り合わせる場合、金属拡散層１２を水晶板１１の主面の外周部のみに形成すると、金属拡散層１２の存在しない開口領域も大面積となる。そして、波長変換素子が大面積の開口領域を有する場合、波長変換素子の機械的強度が低下したり、水晶板１１の撓みによって水晶板１１間のギャップ制御が困難になるといった恐れがあるためである。
【００４２】
水晶板を用いた波長変換素子において、水晶板の貼り合わせを接着層や金属拡散層を用いて水晶板の主面全体で行った場合、波長変換素子を透過するレーザ光は水晶板だけでなく接着層や金属拡散層をも透過する必要がある。そして、レーザ光が接着層や金属拡散層を透過する際の吸収や、接着層または金属拡散層と水晶板との界面での反射等により、レーザ光の透過率が低下する。接着剤を用いる方法では、水晶板間のギャップ制御が難しい、レーザ光の波長によっては透過率が大きく低下する等の問題がある。このレーザ光の低下は、特にＵＶ硬化型の接着剤を用いた場合には顕著である。
【００４３】
これに対し、本実施の形態１に係る波長変換素子１０−１では、水晶板１１は金属拡散層１２によって貼り合わされ、しかも、水晶板１１の主面には金属拡散層１２の存在しない領域（開口領域）が設けられる。このため、波長変換素子１０−１において、金属拡散層１２の存在しない開口領域をレーザ透過領域として使用することで、金属拡散層１２による吸収や反射を無くし、波長変換素子１０−１に対してレーザ光を効率よく透過させることができる。
【００４４】
また、金属拡散層１２は、主に水晶板１１の主面の外周部に形成され、水晶板１１の内部領域の殆どは金属拡散層１２の存在しない開口領域とされる。これにより、波長変換素子１０−１の内部領域をレーザ透過領域として使用しやすくなる。また、水晶板１１の外周部で貼り合わせを行うことで、波長変換素子１０−１の機械的強度も確保しやすくなる。
【００４５】
波長変換素子１０−１では、水晶板１１の貼り合わせを金属拡散層１２による拡散接合によって行うことで、接着剤を用いた貼り合わせを行う場合に比べて以下のような利点もある。すなわち、接着剤を用いた貼り合わせでは、接着剤の存在しない開口領域を形成するために水晶板の一部領域に接着剤を塗布しても、貼り合わせ時の加圧によって接着剤が塗布領域以上に拡がり、設計通りの開口領域を得ることが困難となる。拡散接合では、金属拡散層が不所望に拡がることはなく、設計通りの開口領域を得ることが容易である。
【００４６】
金属拡散層１２による拡散接合は、例えば、以下の工程にて実施される。
【００４７】
まず、接合される２枚の水晶板１１には、それぞれの接合面において下地膜および接合膜が形成される。下地膜は、水晶板１１の平坦平滑面（鏡面加工）に下地金属（ＴｉやＮｉ等）を物理的気相成長させて形成される。接合膜は、下地膜上にＡｕやＰｔ等の拡散接合可能な金属を物理的気相成長させて積層形成される。
【００４８】
こうして、下地膜および接合膜が形成された２枚の水晶板１１を重ね合せると、接合膜同士が拡散接合され、２枚の水晶板１１同士が貼り合わされる。この場合、下地膜および接合膜が金属拡散層１２となる。金属拡散層１２の厚みは、８０ｎｍ〜２μｍの範囲とすることが好ましく、水晶板１１同士を密着させるためには、８０ｎｍ〜１μｍの範囲とすることがさらに好ましい。金属拡散層１２の厚みを８０ｎｍ以上とすることで、金属の柔軟性により水晶板１１に反りがあっても、この反りを吸収することができ、積層数を多くすることができる。また、接合面に異物等があっても柔軟に接合することが可能となる。また、金属拡散層１２の厚みを１０００ｎｍ以下とすることで、金属膜の膜応力による水晶板１１の反りを少なくすることができ、貼り合わせの積層数を多くすることが可能となる。
【００４９】
また、図３に示す金属拡散層１２は水晶板１１の外周全体を囲むようには形成されておらず、貼り合わされた水晶板１１の内部領域（ギャップ空間）を外部と通気させるための通気部１２ａが設けられている。これは、通気部１２ａを設けることで水晶板１１間に密封空間を形成しない構造とし、該密封空間に水分が封入されることを防止するためである。水晶板１１間に水分が封入された密封空間が存在すると、温度によっては結露が発生する恐れがあり、この結露にレーザ光が当たると不所望な屈折が生じて、透過レーザにおけるエネルギ損失が生じる。また、貼り合せ面の外周部に開口部（通気部１２ａ）を設けることで、貼り合せ面の応力を緩和することが可能となり、積層数を多くした場合の素子の変形を防止することが可能となる。
【００５０】
また、水晶板１１のギャップ空間での結露を防止する方法としては、貼り合わされた水晶板１１のギャップ空間を、真空もしくは窒素等の不活性ガスが充填された密閉空間とする方法もある。このようにすれば、該密封空間に水分が封入されることは無く、結露を防止することができる。
【００５１】
波長変換素子１０−１のように、複数の水晶板１１を金属拡散層１２によって貼り合わせ、かつ、金属拡散層１２の存在しない開口領域を設ける構造では、この開口領域において、貼り合わされる水晶板１１の間にギャップ空間が形成される。このギャップ空間内の媒質（ギャップ内媒質）と水晶板１１との屈折率が異なる場合、ギャップ内媒質と水晶板１１との界面で反射が生じ、この反射によって透過レーザにおけるエネルギ損失が生じる可能性がある。
【００５２】
上記反射を防止する有効な手段としては、波長変換素子１０−１に入射されるレーザ光（基本波Ｌ１）の入射角（水晶板１１の主面に対する入射角）α（図１，２参照）をブリュースター角とすることが考えられる。このように、波長変換素子１０−１にブリュースター角でレーザ光を入射させることで、反射によるエネルギ損失を大幅に抑制できる。
【００５３】
〔実施の形態２〕
本実施の形態２では、本発明が適用されたレーザ照射装置について図４，図５を参照して説明する。
【００５４】
図４は、図１に示す波長変換素子１０−１を用いたレーザ照射装置５０−１の概略構成を示す図である。レーザ照射装置５０−１は、レーザ光源（レーザ発振素子）５１からの基本波Ｌ１を波長変換素子１０−１に照射し、第２高調波（波長が基本波の１／２）Ｌ２を得る構成である。図５は、図２に示す波長変換素子１０−２を用いたレーザ照射装置５０−２の概略構成を示す図である。レーザ照射装置５０−２は、レーザ光源（レーザ発振素子）５１からの基本波Ｌ１を波長変換素子１０−２に照射し、第２高調波（波長が基本波の１／２）Ｌ２を得る構成である。
【００５５】
尚、レーザ照射装置５０−１，５０−２において、波長変換素子１０−１，１０−２に入射されるレーザ光（基本波Ｌ１）の入射角α（図４，５参照）はブリュースター角とすることが好ましい。この場合、反射によるエネルギ損失を大幅に抑制できる。
【００５６】
レーザ照射装置５０−１，５０−２においては、波長変換素子１０−１，１０−２から出射される第２高調波Ｌ２は、互いに平行な複数のレーザ光として出射される。このため、レーザ照射装置５０−１，５０−２では、波長変換素子１０−１，１０−２の後段に集光レンズ５２が配置される。これにより、波長変換素子１０−１，１０−２から出射される第２高調波Ｌ２は、集光レンズ５２によって集光され、増幅された波長変換波として利用できる。
【００５７】
また、図４，５に示すレーザ照射装置５０−１，５０−２において、集光レンズ５２は、その光軸方向に沿って（図中の矢印Ａの方向に沿って）平行移動可能であり、焦点位置を調整可能な構成であってもよい。
【００５８】
レーザ照射装置５０−１および５０−２において、レーザ光源５１は固体レーザ発振素子であることが好ましく、例えばＹＡＧレーザを用いることが好ましい。ＹＡＧレーザから照射される基本波Ｌ１の波長は１０６４ｎｍであり、第２高調波Ｌ２の波長は５３２ｎｍである。尚、図４，５では、使用する波長変換素子の数を一つとした場合を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、レーザ光の光路に沿って複数の波長変換素子を配置する構成であってもよい。
【００５９】
例えば、図４に示すレーザ照射装置５０−１において、波長変換素子１０−１をレーザ光の光路に沿って３つ配置すれば、波長が１０６４ｎｍの基本波Ｌ１を、５３２ｎｍ，２６６ｎｍ，…と順次変換することができ、最終的には紫外光域の短波長レーザ光を得ることができる。このことは、図５に示すレーザ照射装置５０−２においても同様である。
【００６０】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６１】
１０−１，１０−２    波長変換素子
１１    水晶板
１２    金属拡散層
１２Ａ，１２Ｂ    金属パターン
１３    反射膜
１４    透過・反射膜
５０−１，５０−２    レーザ照射装置
５１    レーザ光源
５２    集光レンズ
Ｌ１    基本波（基準レーザ光）
Ｌ２    第２高調波（変換レーザ光）
【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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