(57)【要約】【課題】非線形光学素子の位相整合角を適切に調整する。【解決手段】測長器５により非線形光学素子２を保持するホルダ３の回転量を測定しながら、回転駆動部４により所定の角速度でホルダ３を回転させ、レーザ光源１より出射された基本光を非線形光学素子２により波長変換した変換光の光強度を光検出器６により検出することで、変換光の光強度が最大となる角度を検出し、回転駆動部４によりホルダ３を変換光の光強度が最大となる角度に回転させて非線形光学素子２の位相整合角を調整する。【選択図】　図３
2004054191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の特性を有する少なくともひとつ以上のレーザ光を出射する光源と、
上記光源から出射されたレーザ光が入射され、入射レーザ光の上記特性を変換して出力する光学素子と、
上記光学素子を保持する保持部材と、
上記保持部材を回転させることで上記光学素子の結晶方位を回転させる回転駆動手段と、
上記保持部材の変位量を測長する測長手段と、
上記光学素子から出力されたレーザ光を受光する受光手段と、
上記測長手段により測長された上記保持部材の変位量に基づき上記光学素子の回転量を検出し、上記回転駆動手段を制御して所定の角速度で上記保持部材を回転させながら、上記受光手段で受光するレーザ光の受光量を検出し、この受光量が最大となる向きに上記光学素子の結晶方位を調整する制御手段とを備える光学素子の角度調整装置。
【請求項２】
上記制御手段は、上記回転駆動手段を制御して、上記光源から出射されるレーザ光の変動の影響を受けない角速度で上記保持部材を回転させることを特徴とする請求項１記載の角度調整装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記光学素子が適切に上記特性の変換を行うことが可能な角度範囲である許容角をＡ（ｄｅｇ）、上記光源から出射されるレーザ光の強度揺らぎの周期をＴ（ｓｅｃ）としたとき、上記回転駆動手段を制御して、Ａ／Ｔ（ｄｅｇ／ｓｅｃ）以上の平均角速度で上記保持部材を回転させることを特徴とする請求項２記載の光学素子の角度調整装置。
【請求項４】
上記光源は、パルスレーザ光を出射するパルス光源であり、
上記制御手段は、上記光学素子が適切に上記特性の変換を行うことが可能な角度範囲である許容角をＡ（ｄｅｇ）、上記光源のパルス周波数をＢ（Ｈｚ）としたとき、上記回転駆動手段を制御して、Ａ×Ｂ／５０（ｄｅｇ／ｓｅｃ）以下の平均角速度で上記保持部材を回転させることを特徴とする請求項３記載の光学素子の角度調整装置。
【請求項５】
上記測長手段は、電磁誘導の効果を用いて上記保持部材の回転量を測長することを特徴とする請求項１記載の光学素子の角度調整装置。
【請求項６】
上記測長手段は、１０ｎｍ以上、５μｍ以下の範囲の測定精度を有することを特徴とする請求項１記載の光学素子の角度調整装置。
【請求項７】
上記光学素子は、上記入射レーザ光の波長を変換する非線形光学素子であることを特徴とする請求項１記載の光学素子の角度調整装置。
【請求項８】
上記入射レーザ光の波長、および上記光学素子により波長変換されたレーザ光の波長の少なくともひとつが、１００ｎｍ以上、６００ｎｍ以下のレーザ光を出射することを特徴とする請求項１記載の光学素子の角度調整装置。
【請求項９】
光源から出射された所定の特性を有する少なくともひとつ以上のレーザ光を保持部材に保持された光学素子により上記特性を変換する特性変換ステップと、
上記保持部材を所定の角速度で回転させることで上記光学素子の結晶方位を回転させる回転ステップと、
上記光学素子を保持する保持部材の変位量を測長する測長ステップと、
上記光学素子により出力されたレーザ光を受光する受光ステップと、
上記保持部材の変位量とレーザ光の受光量とに基づき、この受光量が最大となる向きに上記光学素子の結晶方位を調整する角度調整ステップとを備える光学素子の角度調整方法。
【請求項１０】
上記回転ステップにおいて、上記光源から出射されるレーザ光の変動の影響を受けない角速度で上記保持部材を回転させることを特徴とする請求項９記載の角度調整方法。
【請求項１１】
上記回転スップにおいて、上記光学素子が適切に上記特性の変換を行うことが可能な角度範囲である許容角をＡ（ｄｅｇ）、上記光源から出射されるレーザ光の強度揺らぎの周期をＴ（ｓｅｃ）としたとき、Ａ／Ｔ（ｄｅｇ／ｓｅｃ）以上の平均角速度で上記保持部材を回転させることを特徴とする請求項１０記載の光学素子の角度調整方法。
【請求項１２】
上記光源は、パルスレーザ光を出射するパルス光源であり、上記回転ステップにおいて、上記光学素子が適切に上記特性の変換を行うことが可能な角度範囲である許容角をＡ（ｄｅｇ）、上記光源のパルス周波数をＢ（Ｈｚ）としたとき、Ａ×Ｂ／５０（ｄｅｇ／ｓｅｃ）以下の平均角速度で上記保持部材を回転させることを特徴とする請求項１１記載の光学素子の角度調整方法。
【請求項１３】
上記測長ステップにおいて、電磁誘導の効果を用いて上記保持部材の回転量を測長することを特徴とする請求項９記載の光学素子の角度調整方法。
【請求項１４】
上記測長ステップにおいて、１０ｎｍ以上、５μｍ以下の範囲の測定精度で測長することを特徴とする請求項９記載の光学素子の角度調整方法。
【請求項１５】
上記光学素子は、上記入射レーザ光の波長を変換する非線形光学素子であることを特徴とする請求項９記載の光学素子の角度調整方法。
【請求項１６】
上記入射レーザ光の波長、および上記光学素子により波長変換されたレーザ光の波長の少なくともひとつが、１００ｎｍ以上、６００ｎｍ以下のレーザ光を出射することを特徴とする請求項９記載の光学素子の角度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非線形光学素子の位相整合角を調整する光学素子の角度調整装置及び角度調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子、光記録素子などの各種プロセスの高密度化に伴い、その微細加工や、検査用光源として遠紫外域のレーザ光源が必要とされ、そのような短波長のレーザ光を得る場合には、非線形光学素子を用いて可視光域のレーザ光等を基本光として波長変換を行う手法が使われている。このように波長変換を行う手法では、非線形光学素子の温度や、非線形光学素子へ入射する基本光の入射角を調整することで位相整合を達成する、いわゆる温度位相整合や角度位相整合により、所望とする波長のレーザ光を得ている。
【０００３】
上述の温度位相整合の場合は、安定した出力を得るため、素子の温度を変化させてから安定するまで十分に時間をかけなければならならず、また、入射する基本光の入射角を調整することで位相整合を達成する場合は、非線形光学素子に入射する基本光と波長変換された変換光との波長関係において、位相整合条件を満たすような非線形光学素子の結晶方位と入射角が適切に合っていないと、位相整合条件から外れて、変換効率が低下し、変換光の出力が低下してしまう。
【０００４】
したがって、波長変換を行う場合には、非線形光学素子に入射する基本光の角度の範囲で、非線形光学素子において位相整合が適切に行われる基本光の入射角の範囲内、すなわち許容角内で最も変換効率が高い角度となるように非線形光学素子の位相整合角を調整する必要がある。
【０００５】
上述のように角度位相整合により波長変換を行う場合には、レーザ光源から出射された基本光に対して非線形光学素子を回転させることで、非線形光学素子の位相整合角を調整する角度調整装置を用いる。このような角度調整装置は、レーザ光源から出射される基本光に対して非線形光学素子を回転させ、すなわち結晶方位を回転させて、変換光の出力強度が最も高くなる位置を検出して、非線形光学素子をこの位置に固定するようにされている。
【０００６】
ここで、位相整合により変換光を出力する場合には、非線形光学素子の基本光の進行方向に沿った結晶の長さ、すなわち結晶長を長くすることで、変換効率を向上することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した角度調整装置では、一般に所望とする波長のレーザ光が短波長化するに伴い非線形光学素子が位相整合を満たす許容角の範囲が狭くなり、非線形光学素子への基本光の入射角を精密に調整しなければいけなくなるといった問題がある。
【０００８】
また、上述した角度調整装置では、位相整合により波長変換を行う場合には、変換効率を向上させるため非線形光学素子の結晶長を長くすると、非線形光学素子が位相整合条件を満たす許容角の範囲が狭くなり、非線形光学素子への基本光の入射角を、さらに精密に調整しなければいけなくなるといった問題がある。
【０００９】
更に、角度調整装置は、入射光に波長可変レーザを用いる場合等に、目的とする位相整合角が波長により変換するので、基本光の波長を変更する度に、短時間に非線形光学素子の位相整合角の再調整を行う必要があるといった問題がある。
【００１０】
ここで、角度調整装置は、変換光の出力強度を最大にするためには、非線形光学素子を回転させる角度制御の精度が、位相整合角の許容角の略１／１０〜１／２０であることが望ましい。
【００１１】
しかし、角度調整装置は、一般に用いられる小型の回転ステージ等の角度分解能及び精度を約０．０５〜０．０１°程度とすることが限界であり、位置決め繰り返し精度やバックラッシュなどの問題もあって位相整合角の許容角の範囲が約１°以下となる場合に回転ステージ等の角度分解能及び精度の限界を超えてしまい、角度制御しにくいといった問題がある。
【００１２】
また、角度調整装置は、図６に示すように、基本光の強度揺らぎにより、変換光の出力強度を観察しながら出力強度が最大となるように位相整合角を調整しようと試みても、最適な位置が見つけにくいという問題がある。角度調整装置は、特にレーザ光源がパルス発振タイプである場合、個々のパルスピーク強度がばらついており、波長変換の出力強度が基本光のパルスピーク強度の二乗にほぼ比例するため、基本光に比べ変換光の揺らぎは拡大されてしまう。
【００１３】
ここで、角度調整装置では、変換光の出力強度を積分して平均化することもできるが、その場合、位相整合角の最適値を決定するのに時間がかかってしまうといった問題がある。
【００１４】
また角度調整装置では、比較的短時間の周期の基本光の強度揺らぎは平均できても、装置の配設された環境温度や空気揺らぎなどの影響によるさらに長時間の周期の強度揺らぎは残ってしまうため、短い測定時間において所定の角度を測定し続けてもその平均強度自体がドリフトしてしまい、位相整合角の最適値を探すことが困難であるといった問題がある。
【００１５】
本発明では、このような問題を解決するため、角度位相整合の許容角の狭い波長変換素子であっても入射する基本光の光強度の時間的揺らぎに影響されずに、短時間で位相整合角を調整する光学素子の角度調整装置及び角度調整方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係る光学素子の角度調整装置は、所定の特性を有する少なくともひとつ以上のレーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光が入射され、入射レーザ光の上記特性を変換して出力する光学素子と、光学素子を保持する保持部材と、保持部材を回転させることで光学素子の結晶方位を回転させる回転駆動手段と、保持部材の変位量を測長する測長手段と、光学素子から出力されたレーザ光を受光する受光手段と、測長手段により測長された保持部材の変位量に基づき光学素子の回転量を検出し、回転駆動手段を制御して所定の角速度で保持部材を回転させながら、受光手段で受光するレーザ光の受光量を検出し、この受光量が最大となる向きに光学素子の結晶方位を調整する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
以上のように構成された光学素子の角度調整装置は、測長手段により非線形光学素子を保持する保持部材の回転量を精密に測定しつつ、所定の角速度で非線形光学素子を回転駆動することで、受光手段により受光する変換光の光強度を正確に測定することができ、位相整合角を精度良く調整することができる。
【００１８】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る光学素子の角度調整方法は、光源から出射された所定の特性を有する少なくともひとつ以上のレーザ光を保持部材に保持された光学素子により上記特性を変換する特性変換ステップと、保持部材を所定の角速度で回転させることで光学素子の結晶方位を回転させる回転ステップと、光学素子を保持する保持部材の変位量を測長する測長ステップと、光学素子により出力されたレーザ光を受光する受光ステップと、保持部材の変位量とレーザ光の受光量とに基づき、この受光量が最大となる向きに光学素子の結晶方位を調整する角度調整ステップとを備えることを特徴とする。
【００１９】
以上のようなステップにより構成された光学素子の角度調整方法は、測長手段により非線形光学素子を保持する保持部材の回転量を精密に測定しつつ、所定の角速度で非線形光学素子を回転駆動することで、受光手段により受光する変換光の光強度を正確に測定することができ、位相整合角を精度良く調整することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された光学素子の角度調整装置及び角度調整方法について、図面を参照して説明する。
【００２１】
角度調整装置は、所定の特性のレーザ光を基本光として、この基本光を位相整合により特性を変換して異なる特性のレーザ光である変換光とする非線形光学素子を回転させて、良好な位相整合となるように位相整合角を調整する。ここで、非線形光学素子は、所定の特性として、例えば、基本光の波長を変換して基本光と異なる波長に変換し、あるいは所定の波長のレーザ光を選択するようにされた光学素子である。
【００２２】
角度調整装置は、図１に示すように、レーザ光を出射するレーザ光源１と、これらレーザ光源１から出射されたレーザ光を基本光として、この基本光を波長変換して異なる波長の変換光とする非線形変換素子２と、この非線形光学素子２を保持するホルダ３と、ホルダ３を回転可能に保持してホルダ３を回動させる回転駆動部４と、ホルダ３と当接してホルダ３の変位量を測長する測長器５と、非線形光学素子２において波長変換された変換光を受光する光検出器６とを備えている。
【００２３】
レーザ光源１は、基本光となるレーザ光を出射するレーザ光源であり、例えば半導体レーザを用いる。レーザ光源１としては、半導体レーザに限定されるものではなく、他のレーザ光源、例えば固体レーザ等を用いることができる。この時レーザ光源１、および、非線形光学素子２によって変換された光の少なくとも一つの波長は１００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲にある。なお、これらの光の中で、１００ｎｍ以下の波長が用いられる場合には、非線形光学素子２の許容角が狭まり、正確に位相整合角を調整することが難しくなる。
【００２４】
非線形光学素子２は、非線形光学現象を用いて、基本光を異なる波長のレーザ光に波長変換して変換光とする光学素子である。非線形光学素子２としては、例えば、第二次高調波発生により基本光の２倍の周波数の変換光を出力するβ−ＢａＢ２Ｏ４等を用いる。
【００２５】
ホルダ３は、非線形光学素子２を保持する部材であり、非線形光学素子２の位相整合角を調整する方向に非線形光学素子２を回転するための支持部３ａを有している。ホルダ３は、非線形光学素子２よりもサイズが大とされており、回転による変位量が、非線形光学素子２よりも大きいため、非線形光学素子２の回転量を精度良く検出するために好適である。
【００２６】
回転駆動部４は、非線形光学素子２を位相整合角を調整する向きに、ホルダ３の支軸部３ａをホルダ３が回転可能となるように保持している。回転駆動部４は、ホルダ３の支軸部３ａを回転駆動させる駆動手段を有しており、この駆動手段によりホルダ３の支軸部３ａを回転させる。このような駆動手段としては、例えばピコモータ付きアクチュエータ（ニューフォーカス社製）が用いられる。なお、回転駆動部４は、ピコモータを用いる構成に限定されるものではなく、ピエゾ素子やマイクロメータを用いるとしてもよい。
【００２７】
測長器５は、ホルダ３との距離を測長することでホルダ３の変位量を検出する検出手段であり、例えば、マグネスケール（ソニー・プレシジョン・テクノロジー社製）が用いられる。測長器５は、所定の位置に固定され、ホルダ３と当接する当接片５ａをホルダ３側に付勢しており、ホルダ３の回転量に応じて当接片５ａの位置が変位する。測長器５は、マグネスケールを用いて場合に、この当接片５ａの変位量を電磁誘導の作用により電流値の変動として検出するようになっている。このようなマグネスケールを測長器５として用いることで、従来に比して、測長精度を１０ｎｍ以上、５μｍ以下に高め、光学素子の回転量を高精度に測定することができる。さらに好適には、測長器に光の回折現象を応用したレーザスケールを用いることにより、測長精度を１０ｎｍまで高めることができる。
【００２８】
光検出器６は、非線形光学素子２において波長変換されて出力される変換光を受光して、この受光量の変化を電流値の変動として検出するようになっている。このとき、必要に応じて、非線形光学素子とこの光検出器との間に、変換光のみを選択的に透過するフィルターやミラー，プリズムを配置することが望ましい。このような光検出器６としては、例えば、フォトダイオード，光導電セル，フォトトランジスタ、光カロリーメータ等を用いることができる。
【００２９】
また、角度調整装置における回路構成としては、図２に示すように、測長器５により測長されたホルダ３の変位量や、光検出器６により受光した変換光の光強度を表示する表示部７と、測長器５により測長されたホルダ３の変位量に基づき非線形光学素子２の回転量を検出し、光検出器６により受光した変換光の光強度に基づき回転駆動部４を制御して位相整合角に調整する制御部８と、角度調整装置に対して各種入力を行う入力部９とを備えている。
【００３０】
表示部７は、角度調整装置における測長器５及び光検出器６からの出力結果や、レーザ光源１及び回転駆動部４の制御状況等を表示することが可能とされており、非線形光学素子２の現在の調整方向における相対角度や、変換光の出力変動を確認することができる。たとえば、変換光の強度分布の幅の半値全幅や、最大変換光出力を達成した非線形光学素子２の角度を表示しても良い。また、用いている非線形光学素子２の結晶材料や、レーザ光源１が出射するレーザ光の波長を表示するようにしてもよい。
【００３１】
制御部８は、測長器５により検出されたホルダ３の変位量に基づき非線形光学素子２の回転量を換算し、光検出器６により受光した変換光の光強度に基づき非線形光学素子２により波長変換された変換光の光強度を換算し、これらの計算結果に基づいて、レーザ光源１及び回転駆動部４等を制御するようになっている。
【００３２】
入力部９は、非線形光学素子２の結晶材料，結晶長，許容角、レーザ光源１の発振波長等の各パタメータや、角度調整装置の各種制御命令、光検出器からの信号測定間隔や平均時間といった信号処理方法を入力することができるようになっている。
【００３３】
以上のように構成された角度調整装置は、非線形光学素子２を保持するホルダ３を回転駆動部４により所定の角速度で回転させて、光検出器６で受光する変換光の出力強度の最大となるように位相整合角を調整することができる。
【００３４】
ここで、上記例では入射光の変換に利用する非線形光学現象として第２次高調波発生を利用したが、和周波発生、差周波発生、パラメトリック変換等、他の非線形光学現象を利用した場合にもあてはまることは言うまでもない。この場合にレーザ光源１は、図３に示すように、場合によっては異なる波長のレーザ光をそれぞれ出射することができる複数光源であり、基本光ａ及び基本光ｂの光路が非線形光学素子２の中で、それぞれ互いに平行に重なるように非線形光学素子２に入射する。
【００３５】
ここで、非線形光学素子２の材料としては、β−ＢａＢ２Ｏ４に限定されず、例えば、ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）、ＲＴＰ（ＲｂＴｉＯＰＯ４）、ＫＴＡ（ＫＴｉＯＡｓＯ４）、ＲＴＡ（ＲｂＴｉＯＡｓＯ４）、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）、ＬＴ（ＬｉＴａＯ３）、ＭｇＯ添加ＬＮ（ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３）、ＭｇＯ添加ＬＴ（ＭｇＯ：ＬｉＴａＯ３）、ＢＴＯ（ＢａＴｉＯ３）、ＢＮＮ（Ｂａ２ＮａＮｂ５Ｏ５）、ＳＢＮ（ＳｒＢａＮｂＯ７）、ＫＤＰ（ＫＨ２ＰＯ４）、ｄＫＤＰ（ＫＤ２ＰＯ４）、ＢＢＯ（ＢａＢ２Ｏ４）、ＬｉＢ４Ｏ７、ＣＢＯ（ＣｓＢ３Ｏ５）、ＫＮｂＯ３、ＳｉＯ２、ＢａＭｇＦ４、ＫＢ５Ｏ８・４Ｈ２Ｏなどの単結晶又はこれらの共晶等の非線形光学素子を用いることができ、また、これらの分極反転デバイスなどを用いることができる。
【００３６】
ここで、上述した材料を用いる非線形光学素子２は、例えば、表１に示すような性質を有している。
【００３７】
【表１】
2004054191.tif 000003
【００３８】
表１では、非線形光学素子２に用いる結晶の種類、その結晶長、基本光ａの波長、基本光ｂの波長、出射光の波長、それに対応する非線形光学素子２の位相整合許容角を示している。
【００３９】
ここで、表１に示すように、同一の結晶では目的とする変換光の波長が短くなるほど、また、結晶長が長くなるほど許容角が狭くなることが分かる。例えば、非線形光学素子２としてβ−ＢａＢ２Ｏ４を用いた第二次高調波発生の場合は、結晶長が５ｍｍの場合の約２倍である１０ｍｍの場合とで、許容角が０．０２１８°、０．０１０９°となり、結晶長が長くなるほど許容角が狭くなることがわかる。従って、遠紫外光を非線形光学素子２を用いて発生させる場合には、変換光の波長そのものが短いため、さらに波長変換効率の向上を目的として結晶長を長くするため、許容角は非常に狭くなってしまう。
【００４０】
上記、角度調整装置において、例えば測長器５によるホルダ３の変位量の検出精度が２μｍとされている場合に、ホルダ３の回転軸から測長器５の接合片５ａまでの距離を例えば５０ｍｍとすると、ホルダ３の回転角度、すなわち非線形光学素子２の回転角度を０．００２度の高い精度で測定することができる。
【００４１】
従って、このようにすることで非線形光学素子２の回転角度の検出精度が、上述の表１に示す各材料の許容角よりも十分に小さくなるようになっており、非線形光学素子２の位相整合角を精度よく調整することが容易となる。
【００４２】
なお、上記表１においては、変換光の波長が基本光の波長より短波長側である波長変換の例を挙げたが、もちろん長波長側への波長変換であるパラメトリック波長変換等においても適用することができることは言うまでもない。
【００４３】
上述のように構成された角度調整装置による非線形光学素子２の角度調整方法について、以下において説明する。
【００４４】
まず、上述された角度調整装置は、測長器５によって非線形光学素子２を保持するホルダ３の回転角度を精密に測定し、同時に光検出器６によって変換光の出力強度を観察しながら制御部８が回転駆動部４を駆動しホルダ３を所定の速度で回転させることで、ホルダ３の角度、すなわち非線形光学素子２の入射光に対する角度と変換光の出力強度との関係を得る。このとき、ホルダ３の角度と変換光の出力強度との関係は、図４に示すように、一般にＳｉｎｃ関数状になる。
【００４５】
次に、この角度調整装置は、測長器５と光検出器６とからの信号に基づいて制御部８が変換光の出力強度が最大となるホルダ３の角度を求める。
【００４６】
次に、この角度調整装置は、測長器５からの信号に基づき、制御部８が回転駆動部４を制御して再度ホルダ３を光検出器６が受光した変換光の出力強度が最大となる角度へ回転させる。
【００４７】
以上のようにこの角度調整装置を用いることによって、ホルダ３の回転角度を調整することで、基本光の入射方向を非線形光学素子２の位相整合角と高精度に合わせることができる。
【００４８】
この角度調整装置は、図５に示すように、複数回にわたって、ホルダ３の角度と変換光の出力強度との関係を測定しても、再現性良く測定することができる。従って、この角度調整装置は、波長可変レーザにおいて基本光の波長を変更した場合に生じる位相整合角の変化や、基本光の入射角の変化によってホルダ３の角度の再調整が必要な場合も、非線形光学素子２からの変換光の出力強度が最大になるように容易にかつ精確にホルダ３の回転角を調整することができる。
【００４９】
ここで、レーザ光源１から出射された基本光には、図６に示すように、長周期的な強度揺らぎと短周期的な強度揺らぎとが発生することがある。長周期的な強度揺らぎとしては、装置内の環境温度の変化や、対流による空気揺らぎ、レーザ光源１を駆動する電圧電流値の揺らぎ等が考えられる。また、短周期的な強度揺らぎとしては、電気ノイズによるものや、パルス光源を用いた場合に個々のパルスごとの出力バラツキが考えられる。
【００５０】
そこで、角度調整装置において、上述のようなホルダ３の角度と変換光の出力強度との関係を得る際に、ホルダ３の角度を基本光の時間的な変動のうち、基本光の長周期の強度揺らぎの周期よりも十分に速い角速度で変化させることが好ましい。
【００５１】
また、短周期的な強度揺らぎに対しては、変換光の出力を長周期の強度揺らぎの周期より十分に小さい時間で平均化することが好ましい。
【００５２】
上述したような長周期の基本光の強度揺らぎの周期をＴ（ｓｅｃ）とすると、例えばＡ／Ｔ（ｄｅｇ／ｓｅｃ）以上の角速度でホルダ３を回転させることにより、ホルダ３の角度と変換光の出力強度との関係を得る際に、基本光の出力強度の揺らぎの影響を小さくして精度よく変換光出力が最大となる角度情報を得ることができる。
【００５３】
例えば、レーザ光源１として、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザなどをパルス発振させた場合には、熱や空気の揺らぎ等の影響により、数十秒間程度の時間的スケールにおいて基本光に略１０％程度の出力変動が生じることが多い。
【００５４】
この場合には、上述の角度調整装置において、例えば、波長変換の許容角をＡ（ｄｅｇ）としたときに、０．１Ａ（ｄｅｇ／ｓｅｃ）以上の角速度でホルダ３を回転させることにより、ホルダ３の角度と変換光の出力強度との関係を得る際の、基本光の出力強度の長周期の揺らぎの影響を小さくすることができる。
【００５５】
以上のように、このような角度調整装置を用いることによって、位相整合角の調整誤差を小さくすることが可能となり、かつ短時間での調整が可能になる。
【００５６】
また、レーザ光源１としてパルス光源を用いた場合、ホルダ３を速く回転させすぎると、各測定角度におけるパルス数が少なくなり１パルスごとの出力レベルのばらつきが顕著になるため、角度走査する速さには上限が必要となる。
【００５７】
例えば、パルス光源の周波数をＢ（Ｈｚ）とした場合、Ａ×Ｂ／５０（ｄｅｇ／ｓｅｃ）よりも速く角度走査してしまうと、許容角Ａ（ｄｅｇ）の範囲内で操作している時間に５０回のパルスしか存在しないため、例えば許容角内に２０測定点あったとすると各測定点における平均パルス数が２．５パルス以下となり、１パルス毎の出力レベルのばらつきを大きく反映してしまう。なお、このような測定を行う場合には、通常、各測定点に最低３〜５パルス以上を必要とする。
【００５８】
そこで、本発明を適用した角度調整装置では、上述したようにＡ／Ｔ（ｄｅｇ／ｓｅｃ）以上、Ａ×Ｂ／５０（ｄｅｇ／ｓｅｃ）以下の角速度の範囲内で動作させることによって、位相整合角の決定を再現性良く高精度に行うことができる。
【００５９】
以上のように本発明を適用した角度調整装置では、高精度の測長器５を用いることで、許容角の狭い非線形光学素子２においても、上述のようなホルダ３の角度と変換光の出力強度との関係を正確に得ることができ、位相整合角を精確に調整することが可能となる。また、このような高精度の測長器５を用いることにより、ホルダ３を小型化しても精度が出せるため、装置全体を小型化することができる。
【００６０】
また、本発明を適用した角度調整装置では、ホルダ３の回転速度を、所定の角速度で回転させることにより、基本光の周期的な強度揺らぎによる誤差を低減させ、ホルダ３の角度と変換光の出力強度との関係を正確に得ることができ、位相整合角を精確に調整することが可能となる。
【００６１】
更に、本発明を適用した角度調整装置では、非線形光学素子の温度を調整することにより位相整合条件を満たす手法において必要であったような、非線形光学素子が熱的に安定するまで時間がかかるようなことがないため、短時間で入射光の方向を位相整合方向へ調整し、所望の光を得ることができる。
【００６２】
なお、角度調整装置は、例えばプリズム等の光学素子によって高分解能な波長選択を行う場合などに、非線形光学素子２に代えてプリズムをホルダ３にマウントして回転させる場合等にも応用可能である。
【００６３】
【発明の効果】
上述したように本発明に係る角度調整装置は、位相整合許容角の狭い光学素子においても位相整合角へ短時間に正確に制御することができる。また、基本光の波長を変化させる場合や、基本光の出力強度の揺らぎが大きい場合においても、位相整合角への制御を容易にすることができる。
【００６４】
また本発明に係る角度調整方法は、許容角の狭い光学素子においても位相整合角へ短時間に正確に制御することができる。また、基本光の波長を変化させる場合や、基本光の出力強度の揺らぎが大きい場合においても、位相整合角への正確な制御を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光学素子の角度調整装置の装置構成を示す平面図である。
【図２】本発明を適用した光学素子の角度調整装置の回路構成を示すブロック図である。
【図３】本発明を適用した光学素子の角度調整装置の装置構成を示す斜視図である。
【図４】非線形光学素子の回転量に対する変換光の出力強度の変動を示すグラフである。
【図５】非線形光学素子の回転量に対する変換光の出力強度の変動を２回測定した結果を示すグラフである。
【図６】変換光に生じる長周期及び短周期の出力強度の揺らぎを説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１　レーザ光源、２　非線形光学素子、３　ホルダ、３ａ　支軸部、４　回転駆動部、５　測長部、５ａ　接続片、６　光検出器、７　表示部、８　制御部、９　入力部
【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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