(57)【要約】      （修正有）【課題】高強度の波長変換光を得る。【解決手段】パルス幅が１ｎｓ以下のパルスレーザー光発生装置２と、水晶板の積層体６を組み合わせて用いる。水晶板は、損傷に強い反面、波長変換効率が低いという問題点を備えているところ、パルス幅が１ｎｓ以下にまで短くなると、エネルギーの時間的集中度が高まってレーザー光強度が上昇する。波長変換は非線形現象であり、入力するレーザー光強度が上昇すると変換効率が上昇する。上記組み合わせによると、「パルス幅の短時間化によって上昇したレーザー光強度×上昇した変換効率」の関係が得られ、高強度の波長変換光が得られる。【選択図】図１
2018028633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザー光発生装置と、そのパルスレーザー光発生装置が発生したパルスレーザー光を入力して波長変換したパルス光を出力する波長変換素子を備えており、
前記波長変換素子に入力するパルスレーザー光の強度が５０ＧＷ/ｃｍ２以上であり、
前記波長変換素子は、隣接する水晶板の結晶軸方向が反転する関係で、複数枚の水晶板を積層したものであることを特徴とするパルス光装置。
【請求項２】
前記パルスレーザー光の１パルスあたりのエネルギーが２ｍＪ以上であり、パルス幅が１０ｐｓ〜１ｎｓであり、前記波長変換素子に入力するパルスレーザー光の強度が５０〜４００ＧＷ/ｃｍ２であることを特徴とする請求項１に記載のパルス光発生装置。
【請求項３】
前記水晶板のｘ軸に直交する面同士が対向し、隣接する水晶板のｘ軸方向が逆向きの関係で積層したことを特徴とする請求項１または２に記載のパルス光装置。
【請求項４】
第１膜厚の水晶板群の積層と第２膜厚の水晶板群の積層が積層されており、
第１膜厚が第２膜厚より厚く、
第１膜厚側に前記パルスレーザー光が入力し、第２膜厚側から前記パルス光が出力される請求項１〜３のいずれかの１項に記載のパルス光発生装置。
【請求項５】
各々水晶板は略長方形であり、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を揃えた姿勢において同じ位置にマーキングが施されており、隣接する水晶板のマーキング位置が異なっているとともに一枚おきに揃っているという規則に従って積層したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの１項に記載のパルス光発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、パルスレーザー光を作りだし、作りだしたパルスレーザー光を波長変換したパルス状の波長変換光を出力するパルス光発生装置を開示する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光発生装置が発生するレーザー光の波長と、必要とされる光の波長が相違している場合に、レーザー光発生装置が発生したレーザー光を波長変換素子に入力し、波長変換素子で波長変換した光を出力する技術が利用される。
【０００３】
レーザー光発生装置が出力するレーザー光の強度は非常に強力となっている。例えば、レーザー光の持続時間を短くしてパルス状とし、エネルギーの時間的集中度を高めてレーザー光強度を上昇させる技術が開発されている。
【０００４】
しかしながら波長変換素子に存在する問題によって、パルスレーザー光の強度を上昇させても必要とする波長の強度を上げられないという問題が顕在化しつつある。従来のレーザー光の強度では障害とならなかった問題が障害となるレーザー光の強度レベルに達しつつある。
【０００５】
現時点で最も普及している波長変換素子は、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮと略称する）である。ＬＮは波長変換効率が高い。しかしながら、ＬＮには、強い強度のレーザー光が入力すると、ＬＮが損傷してしまうという問題が発生する。レーザー光をパルス化して強度を高めた結果、ＬＮに入力するパルスレーザー光の強度が数百ＭＷ／ｃｍ２以上に達すると、ＬＮが損傷してしまう。そこで、より損傷に強いＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯと略称する）の利用が想定される。
【０００６】
本発明者らは、パルスレーザー光のピーク強度を上昇させる研究の最前線におり、他に先んじてピーク強度が５０ＧＷ/ｃｍ２以上にもなる高強度パルスレーザー光発生装置の開発に成功した。これほどの高強度になると、損傷に強いＬＢＯでさえ損傷が免れない。
【０００７】
非特許文献１に記載されているように、水晶板に波長変換能力が存在することは既知であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Masakatsu OKADA, Kuniharu TAKIZAWA and Shogo IEIRI, SECOND HARMONIC GENERATION BY PERIODIC LAMINAR STRUCTURE OF NONLINEAR OPTICAL CRYSTAL, Vol. 18, No. 3, OPTICS COMMUNATIONS, August 1976
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本明細書では、損傷に強いＬＢＯでさえもが損傷してしまう強度が５０ＧＷ/ｃｍ２以上にもなる高強度パルスレーザー光に対してすら、損傷することなく波長変換できる技術を開示する。なお、損傷に強いＬＢＯでさえもが損傷してしまうほど高強度領域で利用可能な波長変換素子が必要になるという問題意識は、他に先んじてピーク強度が５０ＧＷ/ｃｍ２以上にもなる高強度パルスレーザー光の発生に成功した本発明者らだからこそ認識できたものであり、課題の認識自体が斬新なものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
強度が５０ＧＷ/ｃｍ２以上にもなる高強度パルスレーザー光によっても損傷することなく波長変換する材料を調査したところ、水晶板にたどり着いた。非特許文献１に開示されているように、水晶板に波長変換能力が存在することは既知であった。今回に新たに調査した結果、水晶板は破壊耐力が強く、５０ＧＷ/ｃｍ２程度で破壊することがなく、数百ＧＷ/ｃｍ２程度までは破壊されないことを見出した。
【００１１】
しかしながら、水晶板による波長変換効率は非常に低いと認識されており、ＬＮやＬＢＯに代わる存在にはなりえないと認識されてきた。
実際に、水晶板を単純に厚くしても波長変換効率が低く、ＬＮやＬＢＯに代わる存在にはなり得ない。非特許文献１では、波長変換効率を上げるために、水晶板を積層する技術を開示している。この技術では、隣接する水晶板の結晶軸方向が反転する関係で、複数枚の水晶板を積層する。この技術によると波長変換効率が上昇する。そうした工夫をしても、水晶板による波長変換効率はなおも低く、水晶板によって波長変換する技術は実用化に至らなかった。ＬＮやＬＢＯに代わる存在にはなりえないと認識されてきた。非特許文献１の技術は、発表後４０年が経過した今も実用化されていない。
【００１２】
本発明者らは、非特許文献１の技術を見直し、波長変換効率が低い理由を考察した。考察の結果、波長変換効率は、結晶自身が持つ物性の他に、波長変換結晶に入力する光強度にも依存することを確認した。波長変換現象は非線形現象であるために、波長変換結晶に入力する光強度が波長変換効率に影響するのである。
【００１３】
波長変換光の強度＝波長変換前のレーザー光強度×波長変換効率の関係にある。
非特許文献１の技術が研究されていた当時に入手可能なレーザー光は１０ＭＷ程度であった（パルス幅が１０ｎｓであり、パルスエネルギーが１００ｍＪ程度であった）。これを面積１ｍｍ２に集光した場合の強度は１ＧＷ/ｃｍ２程度である。すなわち、当時に入手可能なレーザー光の最大強度は１ＧＷ/ｃｍ２程度であった。その後に、レーザー光の集光面積を小面積化して単位面積当たりのエネルギー密度を高める技術開発が進み、またパルスレーザー光のパルス幅を短くして単位時間当たりのエネルギー密度を高める技術開発が進み、発明者らは５０ＧＷ/ｃｍ２以上の高強度パルスレーザー光の発生に成功した。明らかに、前者は低強度であり、後者は高強度である。
【００１４】
非特許文献１の技術が研究された当時に入手可能な波長変換光の強度は次式であった。
「従来の波長変換光強度＝波長変換前の光強度（低強度）×波長変換効率（at 低強度）」
それに対して本技術で入手可能な波長変換光の強度は次式となる。
「本技術による波長変換光強度＝波長変換前の光強度（高強度）×波長変換効率（at 高強度）」
【００１５】
波長変換効率（at 低強度）と波長変換効率（at 高強度）を比較すると、前者と後者ではオーダーが相違し、後者が格段に高いことが判明した。
【００１６】
本研究によって、波長変換前のパルスレーザー光強度が５０ＧＷ/ｃｍ２またはそれ以上の高強度になると、水晶板による波長変換効率が大幅に上昇し、従来の光強度レベルにおけるＬＮやＬＢＯの波長変換効率に近づき、十分に実用に供し得る変換効率レベルにまで上昇することを見出した。水晶板が持っている破壊耐力が強いという特性が生かされ、強度が５０ＧＷ/ｃｍ２以上にも達する高強度パルスレーザー光によっても損傷することなく、十分に高い強度の波長変換光を得ることが可能となることを確認した。
【００１７】
本明細書で開示するパルス光発生装置は、パルスレーザー光発生装置と、そのパルスレーザー光発生装置が発生したパルスレーザー光を入力して波長変換したパルス光を出力する波長変換素子を備えている。パルスレーザー光発生装置で発生するパルスレーザー光は高強度であり、波長変換素子に入力するパルスレーザー光の強度は５０ＧＷ/ｃｍ２以上にもなる。波長変換素子は、隣接する水晶板の結晶軸方向が反転する関係で、複数枚の水晶板を積層したものであることを特徴とする。
【００１８】
パルスレーザー光の１パルスあたりのエネルギーが２ｍＪ以上であり、パルス幅が１０ｐｓ〜１ｎｓであると、波長変換素子に入力するパルスレーザー光の強度が５０ＧＷ/ｃｍ２以上となる。損傷に強い水晶といえども、４００ＧＷ/ｃｍ２以上となると損傷する可能性がある。本明細書に記載の技術は、波長変換素子に入力するパルスレーザー光の強度が５０〜４００ＧＷ/ｃｍ２の場合に極めて有効である。
【００１９】
水晶板の方位に関しては、非特許文献１のように、水晶結晶のｘ軸を含む面同士が接触し、隣接する水晶板のｘ軸方向が逆向きとなる関係で積層してもよい。これに代えて、水晶結晶のｘ軸に直交する面同士が接触し、隣接する水晶板のｘ軸方向が逆向きとなる関係で積層してもよい。後者の方が、波長変換光の強度が上昇する。
【００２０】
水晶板の厚みは波長変換前の波長に対応し、波長変換前の波長が長ければ厚くし、波長変換前の波長が短ければ薄くする必要がある。また波長変換素子を直列に配置し、１段目の波長変換素子に波長変換前の光（便宜上、一次光という）を入力すると、１段目の波長変換素子からは、波長変換後の光（便宜上、二次光という）と波長変換前の光が出力され、それが２段目の波長変換素子に入力される。２段目の波長変換素子からは、二次光を波長変換した光または二次光と一次光を波長変換した光（便宜上、三次光という）と二次光と一次光が出力される。
二次光に変換する１段目の波長変換素子では水晶板の厚みを厚くし、三次光に変換する２段目の波長変換素子では水晶板の厚みを薄くする必要がある。
【００２１】
第１膜厚の水晶板群の積層体と第２膜厚の水晶板群の積層体が積層されており、第１膜厚が第２膜厚より厚く、第１膜厚側にパルスレーザー光が入力し、第２膜厚側からパルス光が出力される波長変換素子を用いると、三次のパルス光を出力する装置が得られる。
なお、第１膜厚の積層体と第２膜厚の積層体に加えて、第３膜厚の水晶板群の積層体、第４膜厚の水晶板群の積層体等をさらに積層してもよい。積層する段数には特に制約がない。
【００２２】
水晶板は透明であり、積層作業の際に意図した結晶軸の関係を破ってしまうミスが生じる可能性がある。各々の水晶板を略長方形とし（すなわち、面内で１８０回転させれば見分けがつかなくなるが、それ以外の回転角であれば見分けが付けられる形状とする。円形のように面内で回転させると回転したことが認識できない形状でもなく、略正方形のように面内で９０°回転させると見分けがつかなくなる形状でもない。）、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を揃えた姿勢において同じ位置にマーキングを施しておくと、ミスが生じにくい。このマーキングがあれば、隣接する水晶板のマーキング位置が異なっているとともに、一枚おきに揃っているという規則に従って積層していくと、意図した結晶軸の関係を得ることができる。
ここでいう略長方形には、長方形の一つの頂点の近傍を切り欠いた形状、長方形を形成する４辺のうちの１辺を傾斜させた形状、あるいは、４辺のうちの一辺が非対称な曲線で形成されている形状等が含まれる。
ここでいうマーキングは、水晶板の表裏と回転角が判明する目印をいい、水晶板に施した加工または印刷による痕跡、あるいは水晶板の形状による目印等をいう。例えば、ｘ軸に直交する面に沿ってカットした水晶板のｘ軸が手前に向かって延び、ｙ軸が上方に延び、ｚ軸が左方に向かって延びる姿勢においた際の左上方の頂角を切り欠いた場合、その切欠きを左上方におけば、その姿勢が再現される。水晶板の表裏が反転してｘ軸が奥側を向けば、切欠きは左下方または右上方に位置し、左上方には位置しない。切欠きが左下方に位置すれば、ｘ方向とｙ方向が反転し、ｚ方向は反転していないことが判明する。なお、水晶板を洗浄することがある。マーキングは、洗浄しても消去されないものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本明細書に記載の技術によると、高強度化しているパルスレーザー光発生装置の利点を生かして波長変換することが可能となる。高強度の波長変換光を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】パルス状の波長変換光を発生するパルス光発生装置の全体構成を示す図。
【図２】波長変換前の波長と、それを２倍波に変換する水晶板の１枚当たりの厚みの関係を示す図。
【図３】水晶板の枚数と波長変換後の光のエネルギーの関係を示す図。
【図４】波長変換前の光のエネルギーと、波長変換後の光のエネルギーの関係を示す図。
【図５】波長変換前の光の強度と、波長変換効率の関係を示す図。
【図６】水晶板を積層した波長変換素子の実施例１を示す図。
【図７】水晶板を積層した波長変換素子の実施例２を示す図。
【図８】水晶板を積層した波長変換素子の実施例３を示す図。
【図９】水晶板を積層した状態に保つ構造の実施例１を示す図。
【図１０】水晶板を積層した状態に保つ構造の実施例２を示す図。
【図１１】水晶板を積層した状態に保つ構造の実施例３を示す図。
【図１２】水晶板の積層面を平面視したときの形状例を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に説明する実施例の特徴を先に列記する。
（特徴１）各水晶板は、ｘ軸に直交する面が広く、ｙ軸に直交する面とｚ軸に直交する面が水晶板の側面を構成している。
（特徴２）各水晶板は、ｙ軸とｚ軸を含む面が広い。
（特徴３）隣接する水晶板を比較すると、ｘ軸とｙ軸の方向が逆向きであり、ｚ軸の方向が揃っている。
（特徴４）隣接する水晶板を比較すると、ｘ軸とｚ軸の方向が逆向きであり、ｙ軸の方向が揃っている。
（特徴５）各水晶板は長方形であり、４隅のうちの１頂点が切欠かれている。
（特徴６）水晶板の１枚当たりの枚数は、２倍波（周波数が２倍の光）に変換する効率が高い厚みに調整されている。
（特徴７）水晶板には周波数が異なる２色の光（周波数がω１，ω２）が入力する。水晶板の１枚当たりの枚数は、ω１＋ω２の周波数の光に変換する効率が高い厚みに調整されている。
（特徴８）波長変換前の光と波長変換後の光に対する反射率が相違する鏡を利用して、波長変換前の光と波長変換後の光に分離する。
【実施例】
【００２６】
図１は、パルス状の波長変換光を発生するパルス光発生装置の全体構成を示している。参照番号２は、いわゆるマイクロチップレーザー光発生装置であり、パルス状のレーザー光１０を発生させる。マイクロチップレーザー光発生装置２は、半導体レーザー装置２ａと、反射膜２ｂと、発光結晶２ｃと、受動Ｑスイッチ２ｄと、反射鏡２ｅを備えている。反射膜２ｂは、発光結晶２ｃの端面に形成されており、反射膜２ｂと反射鏡２ｅが共振光学系を形成する。半導体レーザー装置２ａが発生したパルス状の励起用レーザー光が発光結晶２ｃに入力し、発光結晶２ｃを励起する。励起された発光結晶２ｃはレーザー光を発生する。発光結晶２ｃと受動Ｑスイッチ２ｄは、共振光学系２ｂ，２ｅの内部に配置されており、発光結晶２ｃから出力されるレーザー光の強度が高められる。レーザー光の強度が所定値に達すると受動Ｑスイッチ２ｄの透過率が上昇し、共振系を構成する反射鏡２ｅからパルスレーザー光１０が放出される。マイクロチップレーザー光発生装置２では、共振長が著しく短く、パルスレーザー光１０の１パルスの持続時間（パルス幅という）は極めて短い。パルス幅は１０ｐｓ〜１ｎｓである。尚、それに限定されるものではないが、発光結晶（レーザー媒質）には、Ｎｄ：ＹＡＧあるいはＮｄ：ＹＶＯ４が使用でき、受動Ｑスイッチには、Ｃｒ：ＹＡＧを利用することができる。
図１では、半導体レーザー装置２ａと発光結晶２ｃ、発光結晶２ｃと受動Ｑスイッチ２ｄ、受動Ｑスイッチ２ｄと反射鏡２ｅの各々が直接に接するように図示されているが、相互間に間隔をあけてもよい。また、半導体レーザー装置２ａと発光結晶２ｃの間にファイバを配置し、ファイバによって励起用レーザー光を発光結晶２ｃに導入してもよい。
【００２７】
参照番号４は集光レンズであり、パルスレーザー光１０を波長変換素子６の入射面に集光する。パルスレーザー光１０はガウシアンビームに近く、Ｍ２の値は１に近い。すなわち、集光レンズ４で集光することで得られる最少ビームウエストは非常に小さい。パルスレーザー光１０のパルス幅が短く、最少ビームウエストが小さくなるように集光できるために、波長変換素子６の入射面におけるパルスレーザー光の単位面積当たりの強度は５０ＧＷ/ｃｍ２にも達する。
【００２８】
５０ＧＷ/ｃｍ２にも達する高強度の光をＬＮまたはＬＢＯに入力すると、ＬＮとＬＢＯは損傷してしまう。本実施例では、水晶板で波長変換素子６を形成している。水晶板は損傷に強く、５０ＧＷ/ｃｍ２にも達する高強度のパルスレーザー光を入力しても損傷しない。波長変換素子６からは波長変換後のパルス光１２が出力される。なお、波長変換素子６からは波長変換前のパルスレーザー光１０も出力される。参照番号８は、波長変換前のパルスレーザー光１０は透過し、波長変換光１２は反射するミラーであり、波長変換光１２と波長変換前のパルスレーザー光１０を分離する。
【００２９】
図２は、波長変換前の光の波長（横軸）と、その光を半波長（周波数は２倍）の光に変換する水晶板の厚み（縦軸）の関係を示している。例えば、２１μｍの水晶板は、波長１０６４ｎｍの光を波長５３２ｎｍの光に変換する。
図３は、水晶板の枚数（横軸）と、波長変換後のパルス光のエネルギー（縦軸、パルスあたりのエネルギー、以下同じ。）の関係を示す。入力したパルスレーザー光のエネルギーは、２．３ｍＪとした。枚数が多いほど波長変換後の光のエネルギーは増大する。後記するように、波長変換効率は低く、枚数を増やしても１％程度にとどまる。その範囲では水晶板の枚数を増やすほど変換後の光のエネルギーが増大する。本実施例では、１２枚の水晶板を積層して波長変換素子６とした。
【００３０】
図４は、波長変換素子６に入力したパルスレーザー光のエネルギー（横軸）と、波長変換したパルス光のエネルギー（縦軸）の関係を示す。
図５は、図４の横軸を波長変換前のパルスレーザー光の単位面積あたりの強度に変換し、図４の縦軸を波長変換効率に変換したものである。明らかに、パルスレーザー光の強度が上昇するほど、変換効率が上昇することが分かる。なお段落００１３に記載した従来の波長変換前のパルスレーザー光強度（１ＧＷ/ｃｍ２）における変換効率は、０．０００１％程度であり、図５に図示すると原点に位置することになる。
波長変換後のパルス光の強度は、波長変換前の光強度×波長変換効率に比例する。波長変換前のパルスレーザー光強度が上昇すれば、第１項のみならず第２項も上昇する。これによって、波長変換前のパルスレーザー光強度が５０ＧＷ/ｃｍ２にも達すると、波長変換効率が低い水晶といえども、必要とされる強度の波長変換光を得ることが可能となる。例えば、１０６４ｎｍのレーザー光を５３２ｎｍの緑色光に変換して、緑色光を利用する医療器具に提供することが可能となる。また、半導体加工装置が利用する１９３ｎｍの光に変換することもできる。
【００３１】
図６は、波長変換素子６の詳細を示し、１２枚の水晶板６ａ〜６ｌを積層したものであることが分かる。図６の左下の図は、左から奇数番の水晶板の姿勢を示し、右下の図は、左から偶数番の水晶板の姿勢を示している。各水晶板は略長方形をしており、水晶結晶のｘ軸に直交する面（すなわちｙ軸とｚ軸を含む面）が広く、その面同士を接触させて積層する。左下の図に示すように、各水晶板には、ｘ軸が手前を向き、ｙ軸が上方を向き、ｚ軸が左方を向く姿勢においたときに、左上に位置する頂角に切欠きＡが形成されている。長方形の一隅に三角形状の切欠きＡに示す欠損を設けたものである。本明細書では、これも略長方形という。この水晶板の切欠きＡが左下に位置するようにおくと、右下の図に示すように、ｘ軸が奥側を向き、ｙ軸が下方を向き、ｚ軸が左方を向く。奇数番の水晶板については切欠きＡが左上に位置し、偶数番の水晶板については切欠きＡが左下に位置する姿勢で積層すると、隣接する水晶板同士の間で、ｘ軸とｙ軸については反転し、ｚ軸については揃う関係が得られる。奇数番の水晶板同士、あるいは、偶数番の水晶板同士の間では、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の全部の方向が揃っている。
なお、図６では、切欠きＡのサイズが実際よりも拡大して表示している。切欠きＡは、マーキングの機能を発揮する範囲で、小型化すればよい。
本明細書でいう略長方形状は、図６に限定されない。図１２（ａ）に示すように、長方形を構成する４辺のうちの１辺が傾斜していてもよいし、図１２（ｂ）に示すように、長方形を構成する４辺のうちの１辺が左右非対称の曲線となっていてもよい。
【００３２】
隣接する水晶板同士の間で、ｘ軸が反転する関係で積層すると、図３に示したように、積層する水晶板の枚数を増加させると波長変換効率が上昇する。一枚の水晶板の厚みを、波長変換前の光の周波数ω１に対して図２の関係にある厚みとすると、水晶板によって波長変換現象が得られ、周波数２×ω１の光が得られる。波長変換素子６からは、波長変換後の光（周波数２×ω１）と波長変換前の光（周波数ω１）が出力される。
【００３３】
水晶は、波長変換前の光強度が強力でも損傷しない。ＬＮやＬＢＯだと損傷してしまう５０Ｗ/ｃｍ２以上の強度が入力しても損傷しない。水晶板を利用すると、４００ＧＷ/ｃｍ２程度の光強度まで入力することができる。
【００３４】
図７は、実施例２の波長変換素子６を例示している。この波長変換素子に、周波数ω１の光と周波数ω２の光を入力すると、周波数がω１＋ω２の光が得られる。単位水晶板の厚みを調整することよって、ω１，ω２の光をω１＋ω２の光に変換する現象が得られる関係を得ることができる。
【００３５】
図８は、実施例３の波長変換素子６を例示している。左側（波長変換前の光が入力する側）は図６の積層体で形成されている。右側（波長変換後の光を出力する側）は図７の積層体で形成されている。両積層体は積層されて一体化されている。
左側の積層体に周波数がω１の光が入力すると、図６で説明したようにω１と２×ω１の光が得られ、それが右側の積層体に入力される。右側の積層体では、図７で説明したように、ω１，２×ω１の光をω１＋２×ω１＝３×ω１の光に変換する現象が得られる。図８の波長変換素子からは、ω１（波長変換前の光），２×ω１（左側の積層体で波長変換され、右側の積層体で波長変換されない光）と３×ω１（右側の積層体で波長変換された光）の光が出力される。
図８の右側の積層体を構成する単位水晶板の厚みを、図６に示した２倍波に変換するものとし、２×ω１の光を４×ω１の光に変換する現象が優越的に得られるようにすることもできる。この場合は、ω１（波長変換前の光），２×ω１（左側の積層体で波長変換され、右側の積層体で波長変換されない光）と４×ω１（右側の積層体で波長変換された光）の光が出力される。
【００３６】
積層体を連続させる段数には特に特制がなく、高次の光に変換することもできる。１０６４ｎｍのレーザー光を、５３２ｎｍの緑色光に変換することもできれば、２６６ｎｍあるいは１７７ｎｍの紫外光に変換することもできる。
【００３７】
図９は、複数枚の水晶板を積層した状態に維持する治具の一例を示し、図示の明瞭化のために、ボルトのナットの組み合わせのうちの３組の図示を省略している。水晶板同士の間を圧力によって接触させておく（optical contact）方法であってもよい。
図１０のように、筒状の容器１４に積層体６を収容してもよい。
あるいは図１１に示すように、積層体６の側面に露出する水晶板同士の境界線に沿って接着剤を塗布して硬化させてもよい。水晶板同士の接触面には侵入せず、境界線を覆った状態で固化する接着剤が存在し、それを利用して図１１の積層体６を実現することができる。
なお図６から図１１では、切欠きＡの図示を省略している。
【００３８】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の
変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
例えば水晶板の各々の表面を活性化した後に低温接合して分子レベルで一体化してもよい。あるいは、隣接する水晶板同士を、ｘ軸とｚ軸が反転し、ｙ軸が揃う関係で積層してもよい。変換効率の点からは、隣接する水晶板同士のｘ軸が反転する関係が重要であり、ｙ軸とｚ軸の関係は変換効率に大きな影響を与えない。また図１の構成では集光レンズ４を利用するが、パルスレーザー光発生装置２と波長変換素子６を積層することができる。パルスレーザー光発生装置２内における励起光照射装置によって、波長変換素子６に入力するパルスレーザー光のビーム径を細く絞ることが可能であり、集光レンズ４を省略することができる。
【００３９】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４０】
２：パルスレーザー光発生装置
４：集光レンズ
６：波長変換素子
８：波長変換前の光を透過し、波長変換後の光を反射する鏡
１０：波長変換前のパルスレーザー光
１２：波長変換後のパルス光
１４：容器
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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