(57)【要約】【課題】非線形光学結晶により波長変換を行う波長変換レーザー装置を、長時間にわたって安心して使用できるようにする。【解決手段】固体レーザー光源であるポンピングチャンバーユニット３から出射された基本波レーザー光は、第１の非線形光学結晶ユニット２０で、第２高調波に変換される。第２の非線形光学結晶ユニット３０で、第３（あるいは第４）高調波に変換される。非線形光学結晶ユニット容器内には、ドライな不活性ガスを充填し、湿度センサーで容器内の湿度を検出する。湿度センサーの出力をレーザー制御部に接続し、湿度が所定値を超えたら、レーザー発振を停止させる。密封構造部に欠陥が生じた場合に、非線形光学結晶の損傷を防止することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長を有するレーザー光を受けてその高調波を発生する高調波生成手段を備えた波長変換レーザー装置において、前記高調波生成手段は、レーザー光の通路である貫通孔のレーザー光入射側とレーザー光出射側に窓を有する密閉容器と、前記貫通孔内に設けられた非線形光学結晶と、前記貫通孔内に設けられた湿度センサーとを備えたことを特徴とする波長変換レーザー装置。
【請求項２】
前記密閉容器は、前記貫通孔が形成された筐体本体と、内側の側面が前記貫通孔と対向している蓋体とからなることを特徴とする請求項１に記載の波長変換レーザー装置。
【請求項３】
前記湿度センサーを、前記蓋体の内側の側面に取り付けたことを特徴とする請求項２に記載の波長変換レーザー装置。
【請求項４】
前記湿度センサーは、前記貫通孔を遮らない位置に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の波長変換レーザー装置。
【請求項５】
前記湿度センサーは、前記蓋体の外側の側面に設けられた回路基板に接続されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の波長変換レーザー装置。
【請求項６】
前記レーザー光源を制御する制御部を備え、前記制御部に前記湿度センサーの信号を送ることを特徴とする請求項１に記載の波長変換レーザー装置。
【請求項７】
前記非線形光学結晶は、ＬＢＯ，ＫＴＰ，ＢＢＯ，ＧｄＹＣＯＢ，ＣＬＢＯのいずれかひとつであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の波長変換レーザー装置。
【請求項８】
前記湿度センサーは、電気容量型センサー素子を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の波長変換レーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、非線形光学結晶により波長変換を行う波長変換レーザー装置に関し、特に、非線形光学結晶の管理が容易にできるようにした波長変換レーザー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
短波長レーザー装置では、一般的に、非線形光学結晶による波長変換を利用している。その中の紫外固体レーザー装置の一般的な構成は、次のようなものである。波長１０６４ｎｍの基本波レーザー光を、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーや、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザーなどで発生する。基本波レーザー光から、非線形光学結晶により第２高調波を発生させる。さらに、第３高調波や第４高調波を発生させる。第２高調波発生用結晶としては、ＬＢＯ結晶やＫＴＰ結晶が使われている。第３高調波発生用結晶としては、ＬＢＯ結晶やＢＢＯ結晶やＧｄＹＣＯＢ結晶が使われている。第４高調波発生用結晶としては、ＢＢＯ結晶やＣＬＢＯ結晶などが使われている。これらの非線形光学結晶のほとんどは、潮解性を有している。吸湿による劣化防止のために、それらが置かれた環境、特に湿度状態を考慮する必要がある。
【０００３】
第４高調波発生用の非線形光学結晶ＣＬＢＯは、相対湿度３０％以上では結晶の急激な劣化が見られる。その対策として、Ｃｒｙｓｔａｌ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  Ｉｎｃ．社で商品化されている結晶セルＭｏｄｅｌ  Ｎｏ．１００３１では、ドライガスをセル内に封じきる方法を採用している。また、非線形光学結晶をオイル中に浸した状態で使用するものもある。特許文献１に開示されている「高出力紫外線レーザー光発生装置」では、非線形光学結晶の紫外線導出端面に、潮解性のない保護膜を形成している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２９２６３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の結晶セル内にドライガスを単に封入したものでは、長時間の使用に耐えられないという問題がある。長時間の使用により密封構造部に何らかの欠陥が生じると、密封容器内の湿度が変化する。セル内の湿度が上昇した状態でレーザーを動作し続けると、非線形光学結晶の劣化が進み、ダメージを受けてしまう。波長変換効率が急激に悪化し、レーザー出力が著しく減少する。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題を解決して、非線形光学結晶の雰囲気の湿度変化を的確に捉えてレーザー光発生動作を制御することで、波長変換レーザー装置を長時間にわたって安心して使用できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、所定の波長を有するレーザー光を受けてその高調波を発生する高調波生成手段を備えた波長変換レーザー装置の高調波生成手段に、レーザー光の通路である貫通孔のレーザー光入射側とレーザー光出射側に窓を有する密閉容器と、貫通孔内に設けられた非線形光学結晶と、貫通孔内に設けられた湿度センサーとを備えた構成とした。このように構成したことにより、非線形光学結晶の雰囲気の湿度変化を的確に捉えることができる。
【０００８】
また、レーザー光源を制御する制御部を備え、制御部に湿度センサーの信号を送る構成とした。このように構成したことにより、非線形光学結晶の雰囲気の湿度が上がった場合に、レーザー光源を止めて非線形光学結晶の損傷を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
（実施の形態）
本発明の実施の形態は、所定の波長を有するレーザー光を受けてその高調波を発生する非線形光学結晶を収容した密封容器内に、ドライな不活性ガスを充填し、密封容器内の湿度を検出する湿度センサーを設け、湿度センサーとレーザー制御部とを接続した波長変換レーザー装置である。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態における波長変換レーザー装置の側断面の概略図である。図１において、ミラー１、２は、基本波レーザーの共振器を構成する反射鏡である。ポンピングチャンバーユニット３は、半導体レーザーにより励起される固体レーザー媒質（Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４など）を有するユニットである。Ｑスイッチ４、ブリュースター板５、シャッター６、第１集光レンズ７は、固体レーザーを構成する基本要素である。ヒーター８ａ，８ｂ，８ｃは、固体レーザーを一定の温度に保持するための加熱手段である。温度センサー９は、固体レーザーの温度を検出する手段である。ケース１１は、基本波ユニットの容器のケースである。ケース１１は、断面がＵ字型で、基本波レーザー光を出力するための窓１４を有するケースである。蓋体１２は、基本波ユニットの容器の蓋である。蓋体１２は、ケース１１の上面を気密に覆う蓋である。容器１３は、基本波ユニットを収納する容器である。容器１３は、ケース１１と蓋体１２とで構成されている。
【００１２】
第１非線形光学結晶ユニット２０は、所定波長の基本波レーザー光（角振動数はω）を、第２高調波（角振動数２ωである２倍波）に変換するＬＢＯ結晶やＫＴＰ結晶などを内蔵しているユニットである。第２集光レンズ２１は、第２高調波を集光するレンズである。分離ミラー２２は、基本波と第２高調波を分離するハーフミラーである。出力窓２３は、第２高調波を出力する窓である。ユニットケース２４は、第１波長変換ユニットを収容するケースである。
【００１３】
第２非線形光学結晶ユニット３０は、第１波長変換ユニット（Ｂ）からのレーザー光を、第３高調波（あるいは第４高調波）に変換するユニットである。第２の非線形光学結晶ユニット３０は、第１波長変換ユニット（Ｂ）からのレーザー光を、第３高調波（あるいは第４高調波）に変換するユニットである。コリメートレンズ３１は、第３高調波（あるいは第４高調波）を平行光線にするレンズである。分離ミラー３２は、第２高調波と第３（あるいは第４）高調波を分離するハーフミラーである。パワーメーター３３は、第３あるいは第４高調波の出力を測定する手段である。出力窓３４は、第３（あるいは第４）高調波を外部に出力する窓である。ユニットケース３５は、第２波長変換ユニットを収容する容器である。
【００１４】
図１に示す波長変換レーザー装置は、基本波ユニット（Ａ）と、第１波長変換ユニット（Ｂ）と、第２波長変換ユニット（Ｃ）から構成されている。基本波ユニット（Ａ）は、ミラー１、２と、ポンピングチャンバーユニット３と、Ｑスイッチ４と、ブリュースター板５と、シャッター６と、第１の集光レンズ７などの基本光学ユニットを備えている。基本波ユニット（Ａ）を構成する部材は、容器１３に収納されている。容器１３の内部には、窒素などの不活性ガスが封止されている。ケース１１の底部１１ａには、ヒーター８ａ、８ｂ、８ｃが適宜埋設されている。容器１３内の温度を監視する温度センサー９が、ポンピングチャンバーユニット３の近傍に配置されている。
【００１５】
第１波長変換ユニット（Ｂ）は、第１の非線形光学結晶ユニット２０と、集光レンズ２１と、分離ミラー２２を備えている。第１の非線形光学結晶ユニット２０は、窓１４を通して集光レンズ７により集光された基本波レーザー光を、第２高調波に変換するＬＢＯ結晶やＫＴＰ結晶などを内蔵している。分離ミラー２２は、基本波と第２高調波を分離するハーフミラーである。これらの光学部品は、出力窓２３を備えたユニットケース２４内に収容されている。
【００１６】
第２波長変換ユニット（Ｃ）は、第２の非線形光学結晶ユニット３０と、コリメートレンズ３１と、分離ミラー３２と、パワーメーター３３を備えている。第２の非線形光学結晶ユニット３０と、コリメートレンズ３１と、分離ミラー３２と、パワーメーター３３などの光学部品は、出力窓３４を有するユニットケース３５に収容されている。ここまでの構成は、従来の波長変換レーザー装置と同じである。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態における波長変換レーザー装置の非線形光学結晶セルの概略断面図である。図２において、セル本体４０は、第１非線形光学結晶ユニット２０または第２非線形光学結晶ユニット３０に対応するものである。設置台４１は、非線形光学結晶の台である。貫通孔４２は、レーザー光の通路である。非線形光学結晶４３は、ＬＢＯ結晶などである。非線形光学結晶押え４４は、非線形光学結晶を台に抑える部材である。ヒーター４５は、セルを一定の温度に保持するための加熱手段である。
【００１８】
開口部４６は、セル本体の開口である。セル蓋体５０は、セルの蓋である。湿度センサー５１は、セルの湿度を測定する手段である。ハーメチックシール端子５２は、導線の取出し口である。湿度検出回路基板５３は、湿度計の回路基板である。凹部５４は、セル蓋体に湿度センサーを収納する部分である。図４の湿度検出増幅回路５５は、湿度計の回路である。セル窓６０ａ，６０ｂは、レーザー光の出入り口である。非線形光学結晶セル窓押え７０ａ，７０ｂは、窓の取り付け部材である。Ｏリング８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅは、気密保持部材である。
【００１９】
第１または第２の非線形光学結晶ユニットを総称して、単に非線形光学結晶ユニット（ＮＬＵ）と称する。非線形光学結晶ユニット（ＮＬＵ）は、水平方向にレーザー光の通路となる貫通孔４２を有する断面Ｕ字状のセル本体４０と、このセル本体４０の開口部４６を密閉状態に覆うセル蓋体５０とよりなる。貫通孔４２を形成するセル本体４０の中央部に、設置台４１が設けられている。設置台４１上に、高調波生成用の非線形光学結晶４３が載置されている。非線形光学結晶４３は、結晶押え４４により、セル本体４０に固定されている。
【００２０】
セル蓋体５０の底部面、即ち貫通孔４２と対向する面には、凹部５４が形成されている。この凹部５４内に、貫通孔４２から離間した位置、即ちレーザー光を遮らない部位に、湿度センサー５１が取り付けられている。この湿度センサー５１は、電気的絶縁を図るため、ハーメチックシール端子５２を介して、セル本体４０の外部（即ちセル蓋体５０上）に形成された湿度検出回路基板５３に接続されている。
【００２１】
貫通孔４２の左右両端は、非線形光学結晶ユニット（ＮＬＵ）を密封するセル窓６０ａ，６０ｂと、これらのセル窓をセル本体４０に固定するための窓押え７０ａ，７０ｂ、セル窓６０ａ，６０ｂと窓押え７０ａ，７０ｂ及びセル本体４０との間、及びセル本体４０とセル蓋体５０との間にはＯリング８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅが介在している。このように密閉されたユニット（ＮＬＵ）内には、ＡｒやＮ２などの不活性ガスが封入されている。セル本体４０には、ユニットを一定の温度に保つためのヒーター４５が埋設されている。
【００２２】
Ｏリング８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅは、高温に耐え得るものを使用する。ガス放出とガス透過が極めて少なく、シールの長寿命化が可能な、デュポンダウエラストマー社製のカルレッツ材質のものを使用している。レーザー光の通路に設置されているセル窓６０ａ，６０ｂには、高出力レーザーに耐え得る合成石英ガラスもしくはＣａＦ２を用いる。
【００２３】
湿度センサー５１としては、センサー部からのガス放出を防ぐために、ガラス基板上に蒸着されている電気容量型湿度センサー素子を用いる。この湿度センサー５１は耐久性がある。湿度センサー素子は、貫通孔内の湿度を検出するために、貫通孔を遮らない部位の蓋体一側面に取り付けられている。湿度センサー５１は、レーザー光の通路を遮らない媒質内に配置されているため、レーザー装置の使用に何ら支障をきたすものでない。湿度センサー素子は、セル蓋体５０と電気的に絶縁するためのハーメチックシール端子５２を介して、蓋体他側面に設けられた湿度検出回路基板５３と接続されている。
【００２４】
図３は、本発明の実施の形態における波長変換レーザー装置の非線形光学結晶セルの蓋体概略断面図である。図４は、本発明の実施の形態における波長変換レーザー装置の湿度監視装置の概略ブロック図である。図３と図４において、湿度計５６は、湿度を測定する手段である。スイッチ５７は、レーザー光源をオンオフするスイッチである。レーザー制御部５８は、レーザー光源を制御する装置である。ユニット（ＮＬＵ）内の湿度センサー５１からの出力は、湿度検出回路基板５３に設けられた湿度検出増幅回路５５を介して、湿度計５６に接続されている。湿度検出増幅回路５５の出力は、スイッチ５７を介して、レーザー装置の動作を遮断するレーザー制御部５８に接続されている。
【００２５】
上記のように構成された本発明の実施の形態における波長変換レーザー装置の動作を説明する。最初に、図１を参照しながら、波長変換レーザー装置の機能の概略を説明する。レーザー光源として、固体レーザー媒質を用いる。基本波レーザー光源であるポンピングチャンバーユニット３から出射された１０６４ｎｍの基本波レーザー光は、集光レンズ７により集光され、窓１４を介して第１の非線形光学結晶ユニット２０に入射される。第１の非線形光学結晶ユニット２０は、窓１４を通して集光レンズにより集光された基本波レーザー光を、ＬＢＯ結晶やＫＴＰ結晶などで、第２高調波即ち波長５３２ｎｍのレーザー光に変換する。第１の非線形光学結晶ユニット２０に入射した基本波レーザー光の一部は、第１の非線形光学結晶ユニット２０により、第２高調波に波長変換され、非線形光学結晶から出射される。分離ミラー２２は、基本波と第２高調波を分離する。
【００２６】
さらに、集光レンズ２１から出力窓２３を通じて入射した基本波レーザー光と第２高調波は、第２の非線形光学結晶ユニット３０に入射する。第２の非線形光学結晶ユニット３０は、第１波長変換ユニット（Ｂ）からのレーザー光を、波長３５５ｎｍの第３高調波（あるいは波長２６６ｎｍの第４高調波）に変換する。非線形光学結晶により、第１波長変換ユニット（Ｂ）からのレーザー光を、第３あるいは第４高調波に波長変換し、出力窓３４から出力する。分離ミラー３２は、第２高調波と第３（あるいは第４）高調波を分離する。第３高調波生成用の非線形光学結晶として、ＬＢＯ結晶や、ＢＢＯ結晶や、ＧｄＹＣＯＢ結晶を用いることができる。第４高調波生成用の非線形光学結晶として、ＢＢＯ結晶や、ＣＬＢＯ結晶を用いることができる。温度センサー９の出力に基づいて、温度制御装置（図示せず）を介して、ヒーター８ａ，８ｂ，８ｃの温度を制御することにより、容器内を常に所望の温度に保つ。ここまでの機能は、従来の波長変換レーザー装置と同じである。
【００２７】
図２と図３を参照しながら、非線形光学結晶ユニット（ＮＬＵ）の動作を説明する。非線形光学結晶ユニットに入射したレーザー光は、高調波に変換され、非線形光学結晶から出射される。セル本体４０に埋設されているヒーター４５で、ユニットを一定の温度に保つ。湿度センサー５１は、貫通孔内の湿度を検出する。セル本体４０の開口部４６を介して、湿度センサー５１をセル本体４０に設置することができる。湿度センサー５１と湿度検出回路基板５３を、セル蓋体５０に配設しているため、蓋体を取り付ける際に、湿度センサー５１を非線形光学結晶ユニットの適切な位置に固定できる。これらの部品の点検作業も容易である。
【００２８】
図４を参照しながら、湿度監視装置の動作を説明する。ユニット（ＮＬＵ）内の湿度センサー５１からの出力は、湿度検出回路基板５３に設けられた湿度検出増幅回路５５を介して、湿度計５６に接続されている。湿度検出増幅回路５５の出力は、スイッチ５７を介して、レーザー装置の動作を遮断するレーザー制御部５８に接続されている。非線形光学結晶ユニット（ＮＬＵ）に湿度センサー５１を配設したため、レーザー装置の使用者は、非線形光学結晶ユニット（ＮＬＵ）内の湿度を湿度計５６で監視することができる。湿度が所定値を超えて変化したなら、手動で（あるいは自動的に）スイッチ５７を開放し、レーザー発振を停止させることができる。
【００２９】
上記のように、本発明の実施の形態では、波長変換レーザー装置を、所定の波長を有するレーザー光の高調波を発生する非線形光学結晶を収容した密封容器内に、ドライな不活性ガスを充填し、密封容器内の湿度を検出する湿度センサーを設け、湿度センサーとレーザー制御部とを接続する構成としたので、湿度が上がった場合には、直ちにレーザーの発振を停止して、非線形光学結晶の損傷を防止することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、所定の波長を有するレーザー光を受けて高調波を発生する高調波生成手段を備えた波長変換レーザー装置の高調波生成手段に、レーザー光の通路である貫通孔のレーザー光入射側とレーザー光出射側に窓を有する密閉容器と、貫通孔内に設けられた非線形光学結晶と、貫通孔内に設けられた湿度センサーとを備えた構成としたので、非線形光学結晶を封入したセル内に設けた湿度センサーでセル内の湿度を常時監視して、セル内の湿度変化を的確に捉えることができ、安心して波長変換レーザー装置を使用できる。なお、基本波レーザー光ばかりでなく、第２高調波又は第３高調波のレーザー光を、上記の所定の波長を有するレーザー光とし、更にそれより高次の高調波生成用のユニットに導くようにしても、本発明の効果が得られることは容易に理解されよう。
【００３１】
また、レーザー光源を制御する制御部を備え、制御部に湿度センサーの信号を送る構成としたので、非線形光学結晶の雰囲気の湿度が上がった場合に、レーザー光源を止めて非線形光学結晶の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における波長変換レーザー装置の概略側面図、
【図２】本発明の実施の形態における波長変換レーザー装置の非線形光学結晶セルの概略断面図、
【図３】本発明の実施の形態における波長変換レーザー装置の非線形光学結晶セルの蓋体概略断面図、
【図４】本発明の実施の形態における波長変換レーザー装置の湿度監視装置の概略ブロック図である。
【符号の説明】
１，２  ミラー
３  ポンピングチャンバーユニット
４  Ｑスイッチ
５  ブリュースター板
６  シャッター
７  第１集光レンズ
８ａ，８ｂ，８ｃ  ヒーター
９  温度センサー
１１  ケース
１２  蓋体
１３  容器
２０  第１非線形光学結晶ユニット
２１  第２集光レンズ
２２  分離ミラー
２３  出力窓
２４  ユニットケース
３０  第２非線形光学結晶ユニット
３１  コリメートレンズ
３２  分離ミラー
３３  パワーメーター
３４  出力窓
３５  ユニットケース
４０  セル本体
４１  設置台
４２  貫通孔
４３  非線形光学結晶
４４  非線形光学結晶押え
４５  ヒーター
４６  開口部
５０  セル蓋体
５１  湿度センサー
５２  ハーメチックシール端子
５３  湿度検出回路基板
５４  セル蓋体の凹部
５５  湿度検出増幅回路
５６  湿度計
５７  スイッチ
５８  レーザー制御部
６０ａ，６０ｂ  セル窓
７０ａ，７０ｂ  窓押え
８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅ  Ｏリング
ＮＬＵ  非線形光学結晶ユニット
【図１】
2004219878.tif 000003
【図２】
2004219878.tif 000004
【図３】
2004219878.tif 000005
【図４】
2004219878.tif 000006