(57)【要約】【目的】波長変換装置の非線形結晶交換を短時間かつ容易に行うことのできる波長変換装置システム、結晶保管装置、および波長変換装置の結晶交換方法を提供する。【構成】光を非線形結晶１１４に通して波長変換する波長変換装置１００と、この波長変換装置１００で用いる交換用非線形結晶２１４を保管する結晶保管装置２００とを備え、波長変換装置１００が、非線形結晶１１４を固定する第１の結晶ホルダー１１０と、非線形結晶１１４を加熱する第１の加熱手段１１６とを有し、結晶保管装置２００が、容器２５０と、容器２５０内の交換用非線形結晶２１４を固定する、第１の結晶ホルダー１１０と交換可能な第２の結晶ホルダー２１０と、交換用非線形結晶２１４を加熱する第２の加熱手段２１６とを有することを特徴とする波長変換装置システム。【選択図】図１
2008292605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を非線形結晶に通して波長変換する波長変換装置と、前記波長変換装置で用いる交換用非線形結晶を保管する結晶保管装置とを具備する波長変換装置システムであって、
前記波長変換装置が、
前記非線形結晶を固定する第１の結晶ホルダーと、
前記第１の結晶ホルダーに取り付けられ、前記非線形結晶を加熱する第１の加熱手段とを有し、
前記結晶保管装置が、
容器と、
前記容器内に設けられ、前記交換用非線形結晶を固定する、前記第１の結晶ホルダーと交換可能な第２の結晶ホルダーと、
前記第２の結晶ホルダーに取り付けられ、前記交換用非線形結晶を加熱する第２の加熱手段とを有する、
ことを特徴とする波長変換装置システム。
【請求項２】
前記容器が、前記容器内を少なくとも１種類以上のガスで充満させるためのガス導入口およびガス導出口を有することを特徴とする請求項１記載の波長変換装置システム。
【請求項３】
前記波長変換装置が、前記第１の加熱手段への第１の電力供給系を有し、
前記結晶保管装置が、前記第２の加熱手段への第２の電力供給系を有し、
前記結晶保管装置が、前記第２の加熱手段への電力供給源を、前記第２の電力供給系から前記第１の電力供給系へ連続的に切り替える機構を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の波長変換装置システム。
【請求項４】
前記第１の結晶ホルダーと、前記第２の結晶ホルダーを交換する際に、前記ガス導入口から、前記交換用非線形結晶へ前記ガスを吹きつけるガス吹き付け機構を有することを特徴とする請求項２記載の波長変換装置システム。
【請求項５】
前記第１の結晶ホルダーと、前記第２の結晶ホルダーが、前記容器ごと交換可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４記載いずれかに記載の波長変換装置システム。
【請求項６】
光を非線形結晶に通して波長変換する波長変換装置で用いる交換用非線形結晶を保管する結晶保管装置であって、
容器と、
前記容器内に設けられ、前記交換用非線形結晶を固定する、前記波長変換装置に載置可能な結晶ホルダーと、
前記結晶ホルダーに取り付けられ、前記交換用非線形結晶を加熱する加熱手段とを有する、
ことを特徴とする結晶保管装置。
【請求項７】
波長変換装置で用いる交換用非線形結晶を保管する結晶保管装置を用いた波長変換装置の結晶交換方法であって、
前記交換用非線形結晶を、前記結晶保管装置であらかじめ所定の温度に加熱しておくステップと、
前記波長変換装置の交換対象となる非線形結晶を取り外すステップと、
前記交換用非線形結晶を、前記所定の温度に維持したまま、前記波長変換装置に取り付けるステップを有することを特徴とする波長変換装置の結晶交換方法。
【請求項８】
波長変換装置で用いる交換用非線形結晶を保管する結晶保管装置を用いた波長変換装置の結晶交換方法であって、
前記波長変換装置の第１の結晶ホルダーに固定された非線形結晶を、前記第１の結晶ホルダーに取り付けられた第１の加熱手段へ第１の電力供給系から電力を供給することにより、所定の温度に維持するステップと、
前記結晶保管装置の第２の結晶ホルダーに固定された交換用非線形結晶を、前記第２の結晶ホルダーに取り付けられた第２の加熱手段へ第２の電力供給系から電力を供給することにより、前記所定の温度に維持するステップと、
前記波長変換装置の第１の結晶ホルダーを、前記波長変換装置から取り外すステップと、
前記第２の結晶ホルダーを、前記第２の加熱手段への前記第２の電力供給系からの電力の供給を維持した状態で、前記第１の結晶ホルダーに代えて、前記波長変換装置に取り付けるステップと、
前記第２の加熱手段への電力供給源を、前記第２の電力供給系から前記第１の電力供給系へ切り替えることを特徴とする波長変換装置の結晶交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換装置システム、結晶保管装置、および、波長変換装置の結晶交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コーヒーレント光であるレーザ光は、一般に、電波よりも周波数が高いので、情報収容能力が大きく、また、波長が同一であり位相が揃っているので単色性や指向性に優れ、通常の光線にみられない干渉性を持っており、さらに極めて細く収束できるため、微小な面積にエネルギーを集中して、局部的、習慣的に高温、高圧を実現できるなどの特徴を有しており、通信および情報関係、計測関係、加工技術への応用、医学面への応用など、多方面に応用されている。上記、各種用途に使用されるレーザ光の中で、特に短波長が要求される用途には深紫外域でのレーザ光が用いられる。しかし、深紫外域では、レーザ媒質の制限、励起源の制限があり、レーザ発振が困難になる。そこで、この深紫外域のレーザ光源としては、比較的安定な近赤外から可視域のレーザ出力を波長変換する方法を用いるものが多い。すなわち、非線形結晶（または、非線形光学結晶）を用いた高調波発生や和周波発生を利用する波長変換装置を使う方法である（例えば特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
高調波発生の場合は、周波数ωのレーザ光を非線形結晶に入力することにより、周波数が２ωや３ωなどの、整数倍の周波数のレーザ出力、すなわち入力波長λに対し、λ／２やλ／３と短くなった波長のレーザ出力を得ることができる。また、和周波発生の場合には、異なる２つの周波数であるω１とω２の周波数のレーザ光を非線形結晶に入力することにより、周波数がω３（＝ω１＋ω２）であるレーザ出力、すなわち、入力波長λ１とλ２に対し、１／λ３＝１／λ１＋１／λ２の関係を満たす、入力波長λ１とλ２のいずれの波長よりも短いλ３の波長のレーザ出力を得ることができる。
【０００４】
一般に、非線形結晶の出力性能は、結晶の使用環境温度に大きく依存する。したがって、室温のような外部環境による温度変化の大きな温度環境下で用いると、出力光の出力強度、出射方向、ビームパターンなどの出力性能に大きく揺らぎが生じる。そのため、通常は、非線形結晶は１００℃から２００℃程度の高温環境下で用いられる。
【０００５】
また、波長変換装置の非線形結晶は、波長変換された高エネルギーコーヒーレント光による結晶表面や結晶内部の熱劣化等による結晶品質劣化起因による出力性能の劣化が生じるため、使用態様にもよるが、数ヶ月に一度程度の結晶交換を行うことが必要である。
【０００６】
以上のことから、非線形結晶の結晶交換を行う際には、高温に保持していた結晶の温度を室温まで降下させ、新しい結晶に交換後、再び、高温環境下に昇温させる必要がある。この際、結晶は急激な温度変化による膨張や収縮による破壊やクラック発生の危険があるため、１〜２℃／ｍｉｎ程度の勾配で、温度昇温を行う必要がある。そのため、結晶交換の際に、温度上昇のためのダウンタイムが生ずることになる。
【０００７】
さらに、結晶の設置角度は、高調波や和周波発生の条件に非常に敏感である。新しい結晶の設置角度が結晶交換前と大きくずれていると、レーザ光源を結晶に照射後に、結晶設置角度や共振器内のミラーやレンズ位置などの光軸調整に大幅に時間が必要となる。そのため、結晶交換時の非線形結晶設置には、慎重を要し、作業時間がかかるため、このためのダウンタイムが生ずることになる。
【０００８】
このように、一般に、昇温や結晶の位置調整のために、半日から数日におよびダウンタイムが必要となるだけでなく、交換作業が大掛かりなものになっている。
【０００９】
特許文献３には、非線形結晶の交換時の位置調整を容易にする結晶ホルダーが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−５５６９５号公報
【特許文献２】特開２００４−２２００５１号公報
【特許文献３】特開２００５−２８６２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、波長変換装置の非線形結晶交換を短時間かつ容易に行うことのできる波長変換装置システム、結晶保管装置、および波長変換装置の結晶交換方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様の波長変換装置システムは、光を非線形結晶に通して波長変換する波長変換装置と、前記波長変換装置で用いる交換用非線形結晶を保管する結晶保管装置とを具備する波長変換装置システムであって、前記波長変換装置が、前記非線形結晶を固定する第１の結晶ホルダーと、前記第１の結晶ホルダーに取り付けられ、前記非線形結晶を加熱する第１の加熱手段とを有し、前記結晶保管装置が、容器と、前記容器内に設けられ、前記交換用非線形結晶を固定する、前記第１の結晶ホルダーと交換可能な第２の結晶ホルダーと、前記第２の結晶ホルダーに取り付けられ、前記交換用非線形結晶を加熱する第２の加熱手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記容器が、前記容器内を少なくとも１種類以上のガスで充満させるためのガス導入口およびガス導出口を有することが望ましい。
【００１３】
ここで、前記波長変換装置が、前記第１の加熱手段への第１の電力供給系を有し、前記結晶保管装置が、前記第２の加熱手段への第２の電力供給系を有し、前記結晶保管装置が、前記第２の加熱手段への電力供給源を、前記第２の電力供給系から前記第１の電力供給系へ連続的に切り替える機構を有することが望ましい。
【００１４】
ここで、前記容器が、前記容器内を少なくとも１種類以上のガスで充満させるためのガス導入口およびガス導出口を有し、前記第１の結晶ホルダーと、前記第２の結晶ホルダーを交換する際に、前記ガス導入口から、前記交換用非線形結晶へ前記ガスを吹きつけるガス吹き付け機構を有することが望ましい。
【００１５】
ここで、前記第１の結晶ホルダーと、前記第２の結晶ホルダーが、前記容器ごと交換可能に構成されていることが望ましい。
【００１６】
本発明の一態様の結晶保管装置は、光を非線形結晶に通して波長変換する波長変換装置で用いる交換用非線形結晶を保管する結晶保管装置であって、容器と、前記容器内に設けられ、前記交換用非線形結晶を固定する、前記波長変換装置に載置可能な結晶ホルダーと、前記結晶ホルダーに取り付けられ、前記交換用非線形結晶を加熱する加熱手段とを有することを特徴とする
【００１７】
本発明の一態様の波長変換装置の結晶交換方法は、波長変換装置で用いる交換用非線形結晶を保管する結晶保管装置を用いた波長変換装置の結晶交換方法であって、前記交換用非線形結晶を、前記結晶保管装置であらかじめ所定の温度に加熱しておくステップと、前記波長変換装置の交換対象となる非線形結晶を取り外すステップと、前記交換用非線形結晶を、前記所定の温度に維持したまま、前記波長変換装置に取り付けるステップを有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の一態様の波長変換装置の結晶交換方法は、波長変換装置で用いる交換用非線形結晶を保管する結晶保管装置を用いた波長変換装置の結晶交換方法であって、前記波長変換装置の第１の結晶ホルダーに固定された非線形結晶を、前記第１の結晶ホルダーに取り付けられた第１の加熱手段へ第１の電力供給系から電力を供給することにより、所定の温度に維持するステップと、前記結晶保管装置の第２の結晶ホルダーに固定された交換用非線形結晶を、前記第２の結晶ホルダーに取り付けられた第２の加熱手段へ第２の電力供給系から電力を供給することにより、前記所定の温度に維持するステップと、前記波長変換装置の第１の結晶ホルダーを、前記波長変換装置から取り外すステップと、前記第２の結晶ホルダーを、前記第２の加熱手段への前記第２の電力供給系からの電力の供給を維持した状態で、前記第１の結晶ホルダーに代えて、前記波長変換装置に取り付けるステップと、前記第２の加熱手段への電力供給源を、前記第２の電力供給系から前記第１の電力供給系へ切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、波長変換装置の非線形結晶交換を短時間かつ容易に行うことのできる波長変換装置システム、結晶保管装置、および波長変換装置の結晶交換方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に関する、波長変換装置システム、結晶保管装置、および波長変換装置の結晶交換方法の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
[第１の実施の形態]
本発明の第１の実施の形態の波長変換装置システムは、光を非線形結晶に通して波長変換する波長変換装置と、波長変換装置で用いる交換用非線形結晶を保管する結晶保管装置とを備えている。そして、波長変換装置が、非線形結晶を固定する第１の結晶ホルダーと、この第１の結晶ホルダーに取り付けられ、非線形結晶を加熱する第１の加熱手段とを有している。さらに、結晶保管装置が、容器と、この容器内に設けられ、交換用非線形結晶を固定する、第１の結晶ホルダーと交換可能な第２の結晶ホルダーと、第２の結晶ホルダーに取り付けられ、交換用非線形結晶を加熱する第２の加熱手段とを有する。
【００２２】
図１は本実施の形態の波長変換装置システムの断面図である。この波長変換システムは、波長変換装置１００と結晶保管装置２００を備えている。ここで、波長変換装置１００は、非線形結晶として、例えば、リチウム・ボレート（ＬｉＢ３Ｏ５、以下ＬＢＯ結晶とも称する）を用いる。ＬＢＯ結晶は、波長１０６４ｎｍのネオジウム・ヤグ（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザを和周波発生（第二高調波発生）により、波長５３２ｎｍのレーザ光に変換する。このように、本実施の形態の波長変換装置１００は、光、例えば、波長１０６４ｎｍのレーザ光を、非線形結晶、例えば、ＬＢＯ結晶に通して、例えば、波長５３２ｎｍの光へと波長変換する構成および機能を有している。
【００２３】
波長変換装置１００は、基体１０２上に、例えば、ネジなどの固定具１０４で、第１の結晶ホルダー１１０が固定されている。この第１の結晶ホルダー１１０の結晶設置部分１１２に、例えば、ＬＢＯ結晶である非線形結晶１１４が、所望の波長変換可能な位相整合角度に両端面を切断、研磨され固定されている。ここで、結晶設置部分１１２は、非線形結晶１１４を第１の結晶ホルダー１１０に対して、常に同じ場所に容易に固定可能なよう、非線形結晶１１４の外形と、ほぼ同一の内面形状を有するよう加工されていることが望ましい。また、非線形結晶１１４を結晶設置部分へ固定する、例えば、ネジ等の固定示具が設けられても構わない。なお、図１では、波長変換前の入力光は、紙面手前側から非線形結晶１１４に入射し、波長変換された出力光が紙面向こう側へと出射されることになる。
【００２４】
また、第１の結晶ホルダー１１０は、非線形光学結晶１１４を、所定の使用温度（位相整合温度）、例えば、ＬＢＯ結晶の場合であれば１４８℃に加熱保持するための、第１の加熱手段１１６および温度モニタ１１８を備えている。ここで、第１の加熱手段１１６として、例えば、電熱ヒーターを用いることが可能である。また、温度モニタ１１８として、例えば、熱電対、あるいは、測温抵抗体等を用いることが可能である。
【００２５】
そして、第１の結晶ホルダー１１０に備えられた、第１の加熱手段１１６および温度モニタ１１８から伸びる耐熱配線１２０，１２１には、耐熱性オスコネクタ１２２が接続されている。
【００２６】
また、波長変換装置１００は、第１の加熱手段１１６への第１の電力供給系１３０を有している。第１の電力供給系１３０は、第１の温度制御ユニット１３２、第１の温度制御ユニット１３２からの配線１３４、配線１３４の一端の耐熱性メスコネクタ１３６を備えている。なお、第１の温度制御ユニット１３２は、電源、温度コントローラなどで構成されている。
【００２７】
第１の加熱手段１１６および温度モニタ１１８から伸びる耐熱配線１２０の耐熱性オスコネクタ１２２と、第１の温度制御ユニット１３２からの配線１３４の一端の耐熱性メスコネクタ１３６が接続されていることで、電力を第１の加熱手段１１６に供給し、非線形光学結晶１１４を、所定の使用温度（位相整合温度）に加熱保持することが可能となる。
【００２８】
さらに、波長変換装置１００は、装置内、特に非線形結晶１１４に接する雰囲気に、不活性ガスや乾燥空気等の、除湿ガスを供給する除湿ガス吹き出し口１４０を供えていることが望ましい。これは、特に、潮解性を有する非線形結晶１１４を使用する場合に非線形結晶１１４の劣化を抑制し、使用寿命を延ばすことを可能にするからである。
【００２９】
本実施の形態の波長変換装置システムは、上記波長変換装置１００と独立して、結晶保管装置２００を備えている。この結晶保管装置２００は、波長変換装置１００で使用されている非線形結晶１１４の寿命が尽きた場合に波長変換装置１００で用いるために、非線形結晶１１４と同種の交換用非線形結晶２１４を所定の使用温度（位相整合温度）に加熱して保管する機能を有する。
【００３０】
結晶保管装置２００は、容器２５０と、この容器２５０内に設けられ、交換用非線形結晶２１４を固定する、第２の結晶ホルダー２１０を備えている。ここで、容器２５０は、本体部２５２と、上蓋２５４、底蓋２５６でその外形が構成されている。そして、第２の結晶ホルダー２１０を本体部２５２に固定するための、例えば、ネジなどの固定具２６０が備えられている。
【００３１】
そして、第２の結晶ホルダー２１０は、波長変換装置１００の第１の結晶ホルダー１１０と交換可能となっている。すなわち、第２の結晶ホルダー２１０は第１の結晶ホルダー１１０と同一の形状を有しており、容器２５０から取り外して、波長変換装置１００の基体１０２に、第１の結晶ホルダー１１０と同様に、例えば、ネジなどの固定具１０４で固定可能に構成されている。
【００３２】
そして、第１の結晶ホルダー１１０と同様に、第２の結晶ホルダー２１０は、この第２の結晶ホルダー２１０の結晶設置部分２１２に、交換用非線形結晶２１４が、所望の波長変換可能な位相整合角度に両端面を切断、研磨され固定されている。ここで、結晶設置部分２１２は、交換用非線形結晶２１４を第２の結晶ホルダー２１０に対して、常に同じ場所に容易に固定可能なように、交換用非線形結晶２１４の外形と、ほぼ同一の内面形状を有するよう加工されていることが望ましい。また、交換用非線形結晶１１４を結晶設置部分へ固定するための、例えば、ネジ等の固定示具が設けられても構わない。
【００３３】
そして、第２の結晶ホルダー２１０は、交換用非線形光学結晶２１４を、所定の使用温度（位相整合温度）、例えば、ＬＢＯ結晶の場合であれば１４８℃に加熱保持するための、第２の加熱手段２１６および温度モニタ２１８を備えている。ここで、第２の加熱手段２１６として、例えば、電熱ヒーターを用いることが可能であり、温度モニタ２１８として、例えば、熱電対を用いることが可能である。
【００３４】
そして、第２の結晶ホルダー２１０に備えられた、第２の加熱手段２１６および温度モニタ手段２１８から伸びる耐熱配線２２０、２２１には、耐熱性オスコネクタ２２２が接続されている。
【００３５】
また、結晶保管装置２００は、第２の加熱手段２１６への第２の電力供給系２３０を有している。第２の電力供給系２３０は、第２の温度制御ユニット２３２、第２の温度制御ユニット２３２からの配線２３４、配線２３４の一端の耐熱性メスコネクタ２３６を備えている。なお、第２の温度制御ユニット２３２は、電源、温度コントローラなどで構成されている。また、配線２３４を容器外部から内部へ電気的に接続するための気密性コネクタ２３８が、容器２５０の本体部２５２に設けられている。
【００３６】
第２の加熱手段２１６および温度モニタ２１８から伸びる耐熱配線２２０、２２１の耐熱性オスコネクタ２２２と、第２の温度制御ユニット２３２からの配線２３４の一端の耐熱性メスコネクタ２３６が接続されていることで、電力を第２の加熱手段２１６に供給し、交換用非線形光学結晶２１４を、非線形結晶１１４と同じ所定の使用温度（位相整合温度）に加熱保持することが可能となる。
【００３７】
さらに、結晶保管装置２１０は、容器２５０内に、少なくとも１種類以上のガス（気体）、例えば、不活性ガスや乾燥空気等を供給するガス導入口２６２および排気するガス導出口２６４を図１のように供えていることが望ましい。これは、特に、潮解性を有する交換用非線形結晶２１４を使用する場合に交換用非線形結晶２１４の保管中の劣化を防止することを可能にするからである。なお、ガス導入口２６２およびガス導出口２６４は、それぞれ、ガスの流れを遮断するためのバルブが設けられている。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、本体部２５２、上蓋２５４、底蓋２５６および気密性コネクタ２３６は、気密性シールとネジ止め等により気密性が保たれるようになっている。しかしながら、潮解性を有しない非線形結晶を使用する場合などは、必ずしも、容器２５０内部の高い気密性が要求されるわけではない。
【００３９】
そして、第１の結晶ホルダー１１０と、第２の結晶ホルダー２１０を交換する際に、ガス導入口２６２から、交換用非線形結晶２１２へガスを吹きつけるガス吹き付け機構を有することがより望ましい。これは、交換時に交換用非線形結晶２１４が大気中に暴露された場合の潮解性による劣化を抑制できるからである。このガス吹き付け機構は、例えば、ガス導入口２６２と、ガスを供給するガスラインあるいはガスボンベ（図示せず）の間を、フレキシブルな配管を用いることで実現可能となる。
【００４０】
次に、本実施の形態の波長変換装置システムを用いた、結晶交換方法について図１〜図５を用いて記載する。
【００４１】
まず、図１に示すように、波長変換装置１００で使用されている非線形結晶１１４が劣化して使用不能となる前に、結晶保管装置２００に、非線形結晶１１４と同種の交換用非線形結晶２１４を、第２の結晶ホルダー２１０の結晶設置部分２１２に固定する。ここで、結晶設置部分２１２は、交換用非線形結晶２１４を第２の結晶ホルダー２１０に対して、交換用非線形結晶２１４の外形と、ほぼ同一の内面形状を有するよう加工されているため、実使用の状態と同様の状態に固定することが可能である。そして、この際の固定、調整時間は、波長変換装置１００のダウンタイムとは無関係であるので、時間をかけた慎重な作業が可能となる。
【００４２】
そして、交換用非線形結晶２１４として、潮解性を有する結晶を用いる場合には、ガス導入口２６２から、例えば、窒素ガス等の除湿用ガスを、交換用非線形結晶２１４に吹きつけながら固定、調整を行うことが望ましい。これによって、固定、調整中の、交換用非線形結晶２１４の劣化を抑制することが出来るからである。
【００４３】
次に、交換用非線形結晶２１４の第２の結晶ホルダー２１０への固定、調整が終了した後に、第２の加熱手段２１６である電熱ヒーターと、温度モニタ２１８によって、交換用非線形結晶２１４を昇温し、結晶保管装置２００であらかじめ所定の温度に加熱しておく。この場合の所定の温度とは、波長変換装置１００の非線形結晶１１４の実使用温度近傍の温度、例えばＬＢＯ結晶であれば、１４８℃近傍となる。また、交換用非線形結晶２１４が潮解性を有する場合には、ガス導入口２６２から、例えば、窒素ガス等の除湿用ガスを常時、導入するとともに、ガス導出口２６４から排気し、容器２５０内の雰囲気中の水分量を低く保って、交換用非線形結晶２１４の劣化を防止することが望ましい。
【００４４】
次に、波長変換装置１００で使用している非線形結晶１１４が劣化し、交換が必要となった場合、まず、レーザ光の入射を止める。その後、図２に示すように、第１の温度制御ユニット１３２に接続されているメスコネクタ１３６と、第１の加熱手段１１６および温度モニタ１１８に接続されているオスコネクタ１２２とを切り離す。この際、第１の温度制御ユニット１３２の電源からの電力供給が暴走しないように、第１の温度制御ユニット１３２のフィードバック回路を調整する必要がある。
【００４５】
その後、第１の結晶ホルダー１１０と、波長変換装置１００の基体１０２とを固定しているレジなどの固定具１０４をはずすことにより、第１の結晶ホルダー１１０と波長変換装置１００は完全に分離される。
【００４６】
なお、図３においては、第１の結晶ホルダー１１０を取り外す際に、結晶保管装置１００の予備の本体部３５２を利用して取り外す方法を示している。これは、第１の結晶ホルダー１１０と、第１の温度制御ユニット１３２とを切り離した直後など、第１の結晶ホルダー１１０が十分に冷えていない場合に、安全に取り外す方法として特に有効である。この場合、第１の結晶ホルダー１１０の上部から、予備の本体部３５２を覆い、ネジなどの固定具３６０を用いて、第１の結晶ホルダー１１０と予備の本体部３５２を固定する。その後、予備の本体部３５２を上方向に持ち上げることによって、波長変換装置１００から、第１の結晶ホルダー１１０を完全に取り外すことが可能となる。
【００４７】
なお、第１の結晶ホルダーの温度が十分に低い場合には、耐熱手袋などを用いて第１の結晶ホルダー１１０を直接取り外すことも可能である。
【００４８】
次に、結晶保管装置２００で保管していた交換用非線形結晶２１４を、波長変換装置１００に取り付ける方法を説明する。
【００４９】
まず、交換用非線形結晶２４１を所定の温度に保持したまま結晶保管装置２００を、波長変換装置１００の近くまで移動する。そして、ネジ等の固定具によって固定されていた、上蓋２５４、底蓋２５６を本体部２５２から分離する。この際、ガス導入口２６２から、除湿ガスを供給し続ければ、交換用非線形結晶２４１は、本体部２５２によって周囲を狭い領域によって囲まれているため、大気への暴露による劣化を抑制できる。例えば、ガス導入口２６２と、ガスを供給するガスラインあるいはガスボンベ（図示せず）の間を、フレキシブルな配管を用いることで本体部２５２を移動しながらもガスの供給を続けることが可能となる。
【００５０】
次に、図４に示すように、本体部２５２を波長変換装置１００の基体１０２上に設置し、ネジなどの固定具１０４で、第２の結晶ホルダー２１０と基体１０２を固定する。
【００５１】
その後、図５に示すように、第２の結晶ホルダー２１０を本体部２５２に固定している、ネジなどの固定具２６０を取り外すことによって、第２の結晶ホルダー２１０と本体部２５２が分離される。そして、本体部２５２が持ち上げられると、コンパクトに畳んであった配線２３４が伸びる。そして、耐熱性オスコネクタ２２２と耐熱性メスコネクタ２３６を切り離し、時間をおかずに第１の温度制御ユニット１３２につながる耐熱性メスコネクタ２３６と接続する。これによって、第２の加熱ヒーター２１６による加熱が継続され、交換用非線形結晶２１４の温度がほとんど低下することなく所定の温度に保たれる。
【００５２】
ここで、交換用非線形結晶２１４が潮解性を有する場合には、本体部２５２が持ち上げられた後は、除湿ガス吹き出し口１４０から、除湿ガスを供給することが望ましい。これによって、交換用非線形結晶２１４の劣化を抑制することが出来るからである。
【００５３】
なお、第２の結晶ホルダーに対する交換用非線形結晶２１４の位置は、既に、第１の結晶ホルダー１１０と非線形結晶１１４の位置関係と同様になるように、調整されている。また、上述のように既に、交換用非線形結晶２１４は、使用温度に加熱維持されている。したがって、レーザ光源から交換用非線形結晶２１４にレーザを照射することで、すぐに波長変換された所望のレーザ光を得ることが可能である。
【００５４】
以上のように、本実施の形態によれば、非線形結晶交換時に、温度の昇降を行う必要が無いため、装置のダウンタイムを大幅に削減できる。すなわち、波長変換装置の稼働率が向上し、これを用いた装置の生産性を大幅にあげることが可能となる。また、非線形結晶はあらかじめ、波長変換装置の結晶ホルダーと交換可能な結晶ホルダーに調整された状態で固定されている。したがって、結晶交換時に、結晶を取り外す必要が無く、結晶ホルダーと波長変換装置との機械的な接続により結晶交換が可能である。そのため、位相整合角度などの結晶光学的係数に対する調整時間が軽減できる。
【００５５】
また、非線形結晶保管中および交換時に、交換用非線形結晶が結晶保管装置やその容器に囲まれている間は容器に設けられたガス導入口から供給される除湿ガスにより除湿ガス雰囲気中に保つことが可能である。また、波長変換装置に設置後は、その基体に設けられた除湿ガス吹き出し口から供給される除湿ガスにより、交換用非線形結晶を除湿ガス雰囲気中に保つことが可能である。よって、交換用非線形結晶が潮解性を有する場合には、結晶交換作業に起因する結晶の劣化を抑制することが可能となる。
【００５６】
このように、本実施の形態によれば、従来技術に対して、結晶交換時の昇温時間や結晶位置調整時間を大幅に省略が出来るため、装置メンテナンス時に生じる波長変換装置のダウンタイムを大幅に短縮できるという作用、効果を有する。また、潮解性を有する結晶の交換であっても、結晶劣化を抑制可能であるという作用、効果も有する。
【００５７】
[第２の実施の形態]
本発明の第２の実施の形態の波長変換装置システムは、結晶保管装置が、第２の加熱手段への電力供給源を、第２の電力供給系から第１の電力供給系へ連続的に切り替える機構を有する以外は第１実施の形態と、同様であるので記述を省略する。
【００５８】
図６は、本実施の形態の波長変換装置システムの断面図である。この波長変換システムは、波長変換装置１００と結晶保管装置２００を備えている点については第１の実施の形態と同様である。そして、結晶保管装置２００は、第２の加熱手段２１６への電力供給源を、第２の電力供給系２３０から第１の電力供給系１３０へ切り替える手段として、二接続端子付耐熱性オスコネクタ２２８を有している。
【００５９】
この二接続端子付耐熱性オスコネクタ２２８は、２つのメスコネクタを同時に接続できるように２つの端子、すなわち、第１接続端子と第２接続端子を備えている。そして、切り替えスイッチを有し、この切り替えスイッチを操作することにより、２種類の電力供給系からの電力供給を切り替えることが可能となるよう構成されている。
【００６０】
本実施の形態の波長変換装置を用いた結晶交換方法について、図６および図７を参照しつつ、以下簡単に説明する。
【００６１】
まず、図６に示すように、波長変換装置１００の稼働中、第１の加熱手段１１６および温度モニタ１１８から伸びる耐熱配線１２０、１２１の二接続端子付耐熱性オスコネクタ１２８と、第１の温度制御ユニット１３２からの配線１３４の一端の耐熱性メスコネクタ１３６が、二接続端子付耐熱性オスコネクタ１２８の第１接続端子（図の下側）で接続されている。これによって、電力を第１の加熱手段１１６に供給し、非線形光学結晶１１４を、所定の使用温度（位相整合温度）に加熱保持する。
【００６２】
そして、図６に示すように、第１の実施の形態同様、波長変換装置１００で使用されている非線形結晶１１４が劣化して使用不能となる前に、結晶保管装置２００に、非線形結晶１１４と同種の交換用非線形結晶２１４を、第２の結晶ホルダー２１０の結晶設置部分２１２に固定する。
【００６３】
次に、交換用非線形結晶２１４の第２の結晶ホルダー２１０への固定、調整が終了した後に、第２の加熱手段２１６である電熱ヒーターと、温度モニタ２１８によって、交換用非線形結晶２１４を昇温し、結晶保管装置２００であらかじめ所定の温度に加熱しておく。このとき、第２の電力供給手段２３０の第２の温度制御ユニット２３２から電力供給等のために延伸する配線２３４の耐熱性メスコネクタ２３６を、二接続端子付耐熱性オスコネクタ２２８の第２接続端子（図の上側）に接続する。
【００６４】
次に、波長変換装置１００で使用している非線形結晶１１４が劣化し、交換が必要となった場合、まず、レーザ光の入射を止める。その後、第１の温度制御ユニット１３２に接続されているメスコネクタ１３６と、第１の加熱手段１１６および温度モニタ１１８に接続されている二接続端子付耐熱性オスコネクタ１２８とを切り離す。さらに、第１の結晶ホルダー１１０と波長変換装置１００を完全に分離させる点については第１の実施の形態で記載した方法と同様である。
【００６５】
次に、結晶保管装置２００で保管していた交換用非線形結晶２１４を、波長変換装置１００に取り付ける方法を説明する。
【００６６】
まず、交換用非線形結晶２４１を所定の温度に保持したまま結晶保管装置２００を、波長変換装置１００の近くまで移動する。そして、ネジ等の固定具によって固定されていた、上蓋２５４、底蓋２５６を本体部２５２から分離する点は第１の実施の形態と同様である。
【００６７】
次に、図７に示すように、本体部２５２を波長変換装置１００の基体１０２上に設置し、ネジなどの固定具１０４で、第２の結晶ホルダー２１０と基体１０２を固定する。
【００６８】
その後、第２の結晶ホルダー２１０を本体部２５２に固定している、ネジなどの固定具２６０を取り外すことによって、第２の結晶ホルダー２１０と本体部２５２が分離される。そして、本体部２５２が持ち上げられると、コンパクトに畳んであった配線２３４が伸びる。そして、二接続端子付耐熱性オスコネクタ２２８の第２接続端子（図の上側）と第２の温度制御ユニット２３２につながる耐熱性メスコネクタ２３６を接続したままで、第１の温度制御ユニット１３２につながる耐熱性メスコネクタ１３６を二接続端子付耐熱性オスコネクタ２２８の第１接続端子（図の下側）に接続する。
【００６９】
そして、二接続端子付耐熱性オスコネクタ２２８に２つの耐熱性メスコネクタが接続された状態で、二接続端子付耐熱性オスコネクタ２２８に附属する切り替えスイッチを操作することにより、第２の加熱手段２１６への電力供給を、第２の温度制御ユニット２３２を備える第２の電力供給系２３０から、第１の温度制御ユニット１３２を備える第１の電力供給系１３０へと切り替える。このようにして、第２の加熱手段２１６への電力供給源を、連続的に切り替える。このようにして、交換用非線形結晶２１４の温度低下を限りなくゼロにして、交換用非線形結晶２１４を所定の温度に維持したまま、波長変換装置１００に取り付けることが出来る。
【００７０】
この後、第１の電力供給系１３０による温度制御が正常に機能していることを確認した後、第２の温度制御ユニット２３２につながる耐熱性メスコネクタ２３６を、二接続端子付耐熱性オスコネクタ２２８から切り離す。これによって、結晶保管装置の本体部２５２が、波長変換装置１００から完全に切り離される。そして、レーザ光源から交換用非線形結晶２１４にレーザを照射することで、波長変換されたレーザ光を得ることが可能である。
【００７１】
以上記載した本実施の形態の波長変換装置システム、およびこれを用いた結晶交換方法によれば、第１の実施の形態に比べ、より電力供給系の切り替えが容易かつ短時間になることで、結晶交換時に非線形結晶を所定の温度にするための昇温時間が一層の省略が出来る。したがって、第１の実施の形態の作用、効果に加え、装置メンテナンス時に生じる波長変換装置のダウンタイムを一層短縮できるという作用、効果が得られる。
【００７２】
[第３の実施の形態]
本発明の第３の実施の形態の波長変換装置システムは、第１の結晶ホルダーと、第２の結晶ホルダーが、容器ごと交換可能に構成されていること以外は、第１実施の形態と基本的に同様であるので記述を省略する。本実施の形態の波長変換装置システムは、特に、潮解性を有する非線形結晶を用いる場合に有効である。
【００７３】
図８は、本実施の形態の波長変換装置システムの断面図である。この波長変換システムは、波長変換装置１００と結晶保管装置２００を備えている点については第１の実施の形態と同様である。そして、波長変換装置１００の第１の結晶ホルダー１１０と、結晶保管装置２００の第２の結晶ホルダー２１０が、それぞれの容器１５０、２５０ごと交換可能に構成されている。そして、容器１５０、２５０は、波長変換装置１００の基体１０２に、例えばネジ等の固定具１７０により取り外し可能となっている。
【００７４】
ここで、結晶ホルダーを容器ごと交換するため、第１の実施の形態と異なり、結晶ホルダー１１０、２１０と容器１５０，２５０の本体部１５２、２５２は一体化している。また、加熱手段１１６、２１６および温度センサ１１８，２１８からの耐熱配線１２０，１２１と２２０，２２１は、それぞれ、気密性コネクタ１３８、２３８で、電力供給システム１３０、２３０の耐熱性メスコネクタ１３６、２３６と接続されている。
【００７５】
次に、本実施の形態の波長変換システムを用いた結晶交換方法について図８を参照しつつ簡単に説明する。
【００７６】
まず、波長変換装置１００で使用されている非線形結晶１１４が劣化して使用不能となる前に、結晶保管装置２００に、非線形結晶１１４と同種の交換用非線形結晶２１４を、第２の結晶ホルダー２１０の結晶設置部分２１２に固定する点については第１の実施の形態と同様である。
【００７７】
そして、交換用非線形結晶２１４として、潮解性を有する結晶を用いる場合には、ガス導入口２６２から、例えば、窒素ガス等の除湿用ガスを、交換用非線形結晶２１４に吹きつけながら固定、調整を行う。これによって、固定、調整中の、交換用非線形結晶２１４の劣化を抑制することが出来るからである。
【００７８】
次に、交換用非線形結晶２１４の第２の結晶ホルダー２１０への固定、調整が終了した後に、第２の加熱手段２１６である電熱ヒーターと、温度モニタ２１８によって、交換用非線形結晶２１４を昇温し、結晶保管装置２００であらかじめ所定の温度に加熱しておく。そして、交換用非線形結晶２１４が潮解性を有する場合には、ガス導入口２６２から、例えば、窒素ガス等の除湿用ガスを常時、導入するとともに、ガス導出口２６４から排気し、容器２５０内の雰囲気中の水分量を低く保って、交換用非線形結晶２１４の劣化を防止する。
【００７９】
次に、波長変換装置１００で使用している非線形結晶１１４が劣化し、交換が必要となった場合、まず、レーザ光の入射を止める。その後、第１の温度制御ユニット１３２に接続されているメスコネクタ１３６と、第１の加熱手段１１６および温度モニタ１１８に接続されている気密性コネクタ１３８とを切り離す。
【００８０】
その後、第１の結晶ホルダー１１０を備える容器１５０と、波長変換装置１００の基体１０２とを固定しているネジなどの固定具１７０をはずすことにより、第１の結晶ホルダー１１０と波長変換装置１００は完全に分離される。
【００８１】
次に、結晶保管装置２００で保管していた交換用非線形結晶２１４を、波長変換装置１００に取り付ける方法を説明する。
【００８２】
まず、交換用非線形結晶２４１を所定の温度に保持したまま結晶保管装置２００を、波長変換装置１００の近くまで移動する。そして、ガス導入口２６２およびガス導出口２６４のバルブを閉鎖して、容器２５２内部を除湿ガス雰囲気に保つ、その後、結晶保管装置に除湿ガスを供給する配管（図示せず）を取り外す。交換用非線形結晶２４１は、容器２５２内部を除湿ガス雰囲気に気密に保つことにより、大気への暴露による劣化を抑制できる。
【００８３】
次に、容器２５０を波長変換装置１００の基体１０２上に設置し、ネジなどの固定具１７０で、第２の結晶ホルダー２１０と基体１０２を固定する。
【００８４】
その後、気密性コネクタ２３８と耐熱性メスコネクタ２３６を切り離し、時間をおかずに第１の温度制御ユニット１３２につながる耐熱性メスコネクタ１３６と接続する。これによって、第２の加熱ヒーター２１６による加熱が継続され、交換用非線形結晶２１４の温度が所定の温度に保たれる。
【００８５】
ここで、特に、交換用非線形結晶２１４が潮解性を有する場合には、波長変換装置１００に除湿ガスを供給排出する配管（図示せず）を、基体１０２上に取り付けた容器２５０のガス導入口２６２、およびガス導出口２６４に接続する。そして、接続後に、ガス導入口２６２、およびガス導出口２６４のバルブを開放することにより、除湿ガスの容器２５０内への供給、排気を開始する。
【００８６】
なお、第２の結晶ホルダー２１０に対する交換用非線形結晶２１４の位置は、既に、第１の結晶ホルダー１１０と非線形結晶１１４の位置関係と同様になるように、調整されている。また、上述のように既に、交換用非線形結晶２１４は、使用温度に加熱維持されている。したがって、レーザ光源から交換用非線形結晶２１４にレーザを照射することで、波長変換されたレーザ光を得ることが可能である点については、第１の実施の形態と同様である。
【００８７】
以上のように、本実施の形態によれば、非線形結晶交換時に、交換用非線形結晶を大気中に暴露することなく、除湿ガス雰囲気中に保持することが可能となる。よって、第１の実施の形態の作用、効果に加えて、特に、交換用非線形結晶が潮解性を有する場合には、結晶交換作業に起因する結晶の劣化を一層抑制することが可能となるという作用、効果
を有する。
【００８８】
次に、図９は、図８の波長変換装置１００のＡ−Ａ’断面図である。
【００８９】
本実施の形態においては、気密性のある容器１５０ごと結晶ホルダー１１０中の非線形結晶１１４を交換する。したがって、図９（ａ）に示すように、非線形光学結晶１１４への入力光４００が通る本体部１５２に光学窓５００が設けられている。また、非線形光学結晶１１４からの出力光４０２が通る本体部１５２に光学窓５０２が設けられている。この光学窓は、レーザ光に対して透明な材質、例えば、石英ガラス、あるいは、弗化カルシウムによって形成されている。
【００９０】
また、レーザ光に対して透明といえども、光学窓を通過する時点でのエネルギー損失はある程度生じてしまう。また、光学窓での屈折による光路ズレが問題になる場合もある。そこで、図９（ｂ）に示すように光学窓を脱着可能とする構成をとることも可能である。このような構成は、特に図９（ｂ）に示すように、入力光を、光学窓（あるいは容器壁面）に対して、角度をもった形で入射させる必要がある場合に好適である。これは、光学窓に対して、斜めにレーザ光が入射する場合に、屈折起因の光路ズレが顕著となるからである。
【００９１】
そして、図９（ｂ）のように、光学窓が脱着可能となっている場合には、結晶交換の際に、結晶保管装置を波長変換装置の基体に固定した後、除湿ガスを導入開始後に、光学窓を取り外す方法をとることが望ましい。
【００９２】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施の形態の説明においては、波長変換装置システム、結晶保管装置、波長変換装置の結晶交換方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる波長変換装置システム、結晶保管装置、波長変換装置の結晶交換方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００９３】
例えば、結晶ホルダーおよび容器等の形状、例えば、ネジ等の固定具の種類や位置、加熱手段や温度センサの種類や位置、コネクタの種類なども、実施の形態に記載した態様に限定されるものではない。また、結晶の交換方法や交換手順も上記実施の形態の態様に限られるものではない。
【００９４】
そして、非線形結晶（非線形光学結晶）については、主にＬＢＯ結晶の場合を例に説明した。しかしながら、本発明はＬＢＯ結晶を用いる場合に限られるものではなく、例えば、ＣＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶等、その他の非線形光学結晶に対しても適用可能である。
【００９５】
また、非線形光学結晶に入射するレーザ光についても、Ｎｄ：ＹＡＧレーザに限定されることはなく、Ｎｄ：ＹＬＦ（ネオジウム・イルフ）、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３（チタン・サファイア）等、その他のレーザ光についても適用可能である。
【００９６】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての波長変換装置システム、結晶保管装置および波長変換装置の結晶交換方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】第１の実施の形態の波長変換装置システムの断明図。
【図２】第１の実施の形態の結晶交換方法の説明図。
【図３】第１の実施の形態の結晶交換方法の説明図。
【図４】第１の実施の形態の結晶交換方法の説明図。
【図５】第１の実施の形態の結晶交換方法の説明図。
【図６】第２の実施の形態の波長変換装置システムの断明図。
【図７】第２の実施の形態の結晶交換方法の説明図。
【図８】第３の実施の形態の波長変換装置システムの断明図。
【図９】第３の実施の形態の波長変換装置システムの断明図。
【符号の説明】
【００９８】
１００      波長変換装置
１１０      第１の結晶ホルダー
１１４      非線形結晶
１１６      第１の加熱手段
１３０      第１の電力供給系
１５０      容器
２００      結晶保管装置
２１０      第２の結晶ホルダー
２１４      交換用非線形結晶
２１６      第２の加熱手段
２３０      第２の電力供給系
２５０      容器
２６２      ガス導入口
２６４      ガス導出口
【図１】
2008292605.tif 000003
【図２】
2008292605.tif 000004
【図３】
2008292605.tif 000005
【図４】
2008292605.tif 000006
【図５】
2008292605.tif 000007
【図６】
2008292605.tif 000008
【図７】
2008292605.tif 000009
【図８】
2008292605.tif 000010
【図９】
2008292605.tif 000011