(57)【要約】【課題】波長変換後のピーク出力は入射ビームのピーク出力の２乗に比例する。変換後のピーク出力を一定にするには、入射光の出力変動を制御するだけでなく、パルス幅の変動を制御する必要がある。【解決手段】ナノ秒以下で発振する短パルスのレーザ発振器から照射された光を非線型光学素子で発振波長を短波長に変換する波長変換装置であって、前記レーザ発振器の出力を制御する第１のアッテネータと、２つのプリズム対と、前記２つのプリズム対のうち第１のプリズム対を通過したレーザ光は波長スペクトラムが空間的分布を示し、前記レーザ光により波長が選択できるように一定の大きさを持った第１のアパーチャと、前記２つのプリズムペアを通過した前記レーザ光を集光する集光レンズと集光した光の波長を短波長化する非線型光学素子と、集光後のレーザ光を平行化するレンズを有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ秒以下で発振する短パルスのレーザ発振器から照射された光を非線型光学素子で発振波長を短波長に変換する波長変換装置であって、前記レーザ発振器の出力を制御する第１のアッテネータと、２つのプリズム対と、前記２つのプリズム対のうち第１のプリズム対を通過したレーザ光は波長スペクトラムが空間的分布を示し、前記レーザ光により波長が選択できるように一定の大きさを持った第１のアパーチャと、前記２つのプリズムペアを通過した前記レーザ光を集光する集光レンズと集光した光の波長を短波長化する非線型光学素子と、集光後のレーザ光を平行化するレンズを有することを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】
非線型光学素子が前記２つのプリズム対間にあり、レーザ光を短波長にし、短波長化されたレーザ光を通過させ、変換されなかった光を遮断する第２のアパーチャ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。
【請求項３】
２つのプリズム対間にあり、波長変換素子と第２のアパーチャの後方にあり波長変換後の出力を制御する第２のアッテネータ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。
【請求項４】
レーザ光を発振波長から短波長に変換する波長変換方法であって、レーザ発振器から照射されたレーザ光をアッテネータによって制御し、前記レーザ光の波長スペクトラムによって所望の波長を選択した後、選択されたレーザ光を短波長化することを特徴とする波長変換方法。
【請求項５】
短波長化されなかったレーザ光を遮断する第２のアパーチャを有することを特徴とする請求項４記載の波長変換方法。
【請求項６】
第２のアパーチャの後方にあり波長変換後の出力を制御するアッテネータを有すること
を特徴とする請求項５記載の波長変換方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長変換装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ発振器については、既に１９６０年代からナノ秒、ピコ秒の光パルスがさまざまの分野で利用されてきた。近年では、更にピコ秒、フェムト秒の領域で半導体レーザを用いてレーザ媒質に励起させ発振する製品として市販されレーザの専門家以外にも利用しやすいものとなっている。
【０００３】
一方、近年、レーザ発振器に高調波変換装置がついたレーザ発振器が数多く市販され基本波、２倍波、３倍波のレーザ発振器が入手可能になっている。これらのレーザ発振器は半導体レーザにより励起された固体レーザが多く、ＹＡＧ、ＹＬＦ、ＹＶＯ４などのレーザ媒体での発振が多い。これらのレーザ媒体では数ナノ秒から数１００ナノ秒のパルス幅で発振している。
【０００４】
しかし、ナノ秒以下のパルス幅をもったレーザ発振器に波長変換装置がついたレーザ発振器はまだ数少ない。ナノ秒以下のパルス幅で発振するレーザ光を波長変換する構成を図４を用いて説明する。
【０００５】
図４は、従来のナノ秒以下で発振するレーザ発振器に波長変換を行う波長変換装置である。
【０００６】
同図において、ナノ秒以下のパルス幅を持つレーザ発振器１０１（以下「短パルスレーザ発振器」と称す）は、フェムト秒またはピコ秒のパルス幅を持つレーザ発振器である。短パルスレーザ発振器１０１から発した光はアッテネータ１０９でその出力はコントロールされる。アッテネータ１０９は１／２波長板１０２と偏光板１０３により偏光面を回転させ一定の偏光方向だけの光を通過させることにより出力をコントロールする。出力されたレーザ光をモニターして１／２波長板１０２の回転角を調整することにより出力をフィードバックすることもできる。
【０００７】
このように出力を制御し、また、制御された光は一方向の偏光を有する光となる。更に、この光は集光レンズ１０７により非線型光学素子１０４に入射される。光の強度を向上させるため集光レンズ１０７が必要となる。非線型光学素子はＬＢＯ、ＢＢＯ、ＫＴＰなどが一般的に使用される。ＬＢＯの場合、結晶を一定の角度に調整した後、温度を約１５０℃に制御する必要がある。変換された光はレンズ１０８により平行光としてもとの光にもどされる。
【０００８】
変換後の出力を制御する場合、変換後の波長に応じたコーティングがなされた第２のアッテネータ１１０が用いられる。この場合も、１／２波長板１０５、偏光板１０６が必要となる。この場合波長変換前後で出力が制御されているが、波長変換前または後のみの場合もある。
【０００９】
【特許文献１】
特開平０９−０２３１８８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成では、変換された光のピーク出力（出力／パルス幅）が変動するという問題点を有することになる。
【００１１】
例えば、波長変換された光のピーク出力は入射ビームのピーク出力の２乗に比例する。従って、出力の制御と、パルス幅を制御しないと変換後のピーク出力を完全に制御できていないという課題を有している。従来のナノ秒でのパルス幅を有したレーザ発振器では短いパルス幅程変換効率が高いと報告されている。ピコ秒、フェムト秒での波長変換はその変換効率がナノ秒レーザでの変換にくらべ高いため、パルス幅の変化によるピーク出力の変動はナノ秒オーダに比べ絶大となると考えられる。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、変換された光のピーク出力が変動することを低減させ、安定したレーザを出力することが可能な波長変換装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するために、本願第１の発明に係る波長変換装置は、ナノ秒以下で発振する短パルスのレーザ発振器から照射された光を非線型光学素子で発振波長を短波長に変換する波長変換装置であって、前記レーザ発振器の出力を制御する第１のアッテネータと、２つのプリズム対と、前記２つのプリズム対のうち第１のプリズム対を通過したレーザ光は波長スペクトラムが空間的分布を示し、前記レーザ光により波長が選択できるように一定の大きさを持った第１のアパーチャと、前記２つのプリズムペアを通過した前記レーザ光を集光する集光レンズと集光した光の波長を短波長化する非線型光学素子と、集光後のレーザ光を平行化するレンズを有することを特徴とする。
【００１４】
このとき、非線型光学素子が前記２つのプリズム対間にあり、レーザ光を短波長にし、短波長化されたレーザ光を通過させ、変換されなかった光を遮断する第２のアパーチャを有すると好適である。
【００１５】
更に、２つのプリズム対間にあり、波長変換素子と第２のアパーチャの後方にあり波長変換後の出力を制御する第２のアッテネータを有すると好適である。
【００１６】
また、本願第２の発明に係る波長変換方法は、レーザ光を発振波長から短波長に変換する波長変換方法であって、レーザ発振器から照射されたレーザ光をアッテネータによって制御し、前記レーザ光の波長スペクトラムによって所望の波長を選択した後、選択されたレーザ光を短波長化することを特徴とする。
【００１７】
このとき、短波長化されなかったレーザ光を遮断する第２のアパーチャを有すると好適である。
【００１８】
更に、第２のアパーチャの後方にあり波長変換後の出力を制御するアッテネータを有すると好適である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は本発明に係る第１の実施形態を示す。以下、図１を参照しながら波長変換方法の具体的な動作仕様について説明する。
【００２０】
図１において、ナノ秒以下のパルス幅を持つ短パルスレーザ発振器１は、フェムト秒またはピコ秒のパルス幅を持つレーザ発振器である。短パルスレーザ発振器１から発した光はアッテネータ９でその出力はコントロールされる。アッテネータ１０は１／２波長板２と偏光板３により偏光面を回転させ一定の偏光方向だけの光を通過させることにより出力をコントロールする。出力されたレーザ光をモニターして１／２波長板２の回転角を調整することにより出力をフィードバックすることもできる。
【００２１】
このように出力を制御し、また、制御された光は一方向の偏光を有する光となる。更にこの光は、一対のプリズム対５を通過する。ここで、波長分離のためプリズム対を使用しているが回折格子対による波長分離も可能である。この時、発振波長には中心波長を基準にある波長幅を有しているが、プリズム対５を通過することによりこの波長幅が空間的分布に変換され、その後、第１のアパーチャ７により特定の波長のみが通過することにより波長が選択される。
【００２２】
また、その際通過光の波長幅は一定となり、再度、プリズム対６を通過することにより光の発振パルス幅は一定となる。この光はアッテネータ９及びプリズム対５，６及び第１のアパーチャ７により出力、パルス幅とも一定、すなわちピーク出力一定の入射光となる。この光が非線型光学素子４に入射される。非線型光学素子はＬＢＯ，ＢＢＯ，ＫＴＰが一般的であり、ＬＢＯの場合、約１５０℃の制御が必要となる。集光レンズ８は入射光の強度を高めるためで、レンズ９は変換後の光を平行光にするためのものである。
【００２３】
（第２の実施形態）
図２は本発明に係る第２の実施形態を示す。以下、図２を参照しながら波長変換方法の具体的な動作仕様について説明する。
【００２４】
前述の第１の実施形態のプリズム対間に第１のアパーチャ１７と集光レンズ１８、非線型光学素子１４、平行化のためのレンズ１９、変換後の光のみを取り出す第２のアパーチャ２０を有し、プリズム対１６を有している。プリズム対１５、１６は回折格子対でも同様な効果が得られる。短パルスレーザ１１から発振させた光はアッテネータ２１により出力が一定となっている。プリズム対１５により波長分散が空間的分布になり、第１のアパーチャ１７により波長選択または波長分散量はアパーチャ１７を通過することにより分散量が一定すなわちパルス幅変動が一定になる。
【００２５】
この場合、必要な光のみを集光レンズ１８により非線型素子１４に入射され変換される。非線型光学素子１４から放射された光には変換されなかった光も含まれる場合がある。この場合、非線型素子の後に変換されなかった光を反射し、変換された光を透過するような２波長コートした光学部品を設置することもある。変換された光はレンズ１９により平行光に戻され、第２のアパーチャにより、再度、分散量を一定にしプリズム対１６により波長スペクトラムの空間分布を元に戻す。
【００２６】
（第３の実施形態）
図３は本発明に係る第３の実施形態を示す。本実施形態は、前述した第２の実施形態のアパーチャ６０の後にアッテネータ６４を設置することにより、変換後の出力制御をすることができる。アッテネータ６４は波長変換後の波長に対してＡＲコートを施された１／２波長板６１と偏光板６２から構成される。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、１）出力とパルス幅が一定な光を波長変換することにより、変換後のピーク出力のバラツキを少なく一定にすることが可能となる。また、２）出力とパルス幅が一定な光のみを波長変換するので、ピーク出力を一定、かつ、短波長に変換された光のみを取り出すことが可能となる。更に、上記１）２）で得られた光を更に出力制御して、安定したピーク出力の光を取り出すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態を示す概略図
【図２】本発明に係る第２の実施形態を示す概略図
【図３】本発明に係る第３の実施形態を示す概略図
【図４】従来の波長変換装置を示す概略図
【符号の説明】
１  短パルスレーザ
２  １／２波長板
３  偏光板
４  非線型光学素子
５  第１のプリズム対
６  第２のプリズム対
７  第１のアパーチャ
８  集光レンズ
９  レンズ
１０  アッテネータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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