(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を入射光として入射することにより、前記入射光の２倍の周波数であってウォークオフ方向に偏平なビーム形状を有する波長変換光を出射する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶のウォークオフ方向に全体として正の焦点距離を持ち、前記波長変換光を前記ウォークオフ方向に集光してビームウェストを形成するレンズ群と、
前記レンズ群の後段に配置され、前記ウォークオフ方向と略直交する方向に正の焦点距離を持ち、前記波長変換光を前記ウォークオフ方向と略直交する方向にコリメートする第１のシリンドリカルレンズと、
前記第１のシリンドリカルレンズの後段に配置され、前記波長変換光のビームウェスト位置近傍に、前記ウォークオフ方向と略直交する方向に延長するスリットを有する光学部品と、
前記スリットを有する光学部品の後段に配置され、前記ウォークオフ方向に正の焦点距離を持ち、前記波長変換光を前記ウォークオフ方向にコリメートする第２のシリンドリカルレンズと、
を備え、
前記レンズ群、前記第１及び前記第２のシリンドリカルレンズ、及び前記スリットを有する光学部品のうち１以上の面間隔が可変とされ、
前記ビームウェスト位置における前記ウォークオフ方向の前記波長変換光のビーム形状のサイドローブを前記スリットを有する光学部品により消去して、前記スリットを有する光学部品を通過後の前記ウォークオフ方向の前記波長変換光のビーム形状が前記ウォークオフ方向と略直交する方向の前記波長変換光のビーム形状と近い形状となるようにし、
前記非線形光学結晶の育成条件や加工工程において生じるばらつきや不均一性に起因して前記波長変換光のビーム形状が変化しても、前記スリットを有する光学部品における前記ウォークオフ方向の前記波長変換光のビームウェスト径が一定となるように、前記レンズ群、前記第１及び前記第２のシリンドリカルレンズ、及び前記スリットを有する光学部品のうち１以上の面間隔を調整した
レーザー装置。
【請求項２】
前記レンズ群、前記第１及び前記第２のシリンドリカルレンズのうち１以上を光軸に垂直な面内で移動させる移動機構と、
前記第２のシリンドリカルレンズの後段に配置され、前記波長変換光を受光してビームポインティングの変位を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出される前記ビームポインティングの変位に対応して、前記移動機構を用いて前記レンズ群、前記第１及び前記第２のシリンドリカルレンズのうち１以上を偏芯させることにより、前記ビームポインティングの変位を抑制する
請求項１記載のレーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形光学結晶を用いて波長を変換するレーザー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光は、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そろ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もっている。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、瞬間的に高温、高圧を実現できるなどの特徴を有している。このため、通信及び情報関係、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。
レーザー光の波長を変換して例えば第２高調波を発生することができる非線形光学結晶からなる波長変換素子は、例えば、半導体の微細加工に用いられるステッパなどの半導体露光装置に適用されるレーザー光源や、安定な高出力レーザー光を発振できるレーザー光発生装置などに採用されている。
【０００３】
近年、このようなレーザー光源やレーザー光発生装置（例えば、半導体検査装置に用いられる光源）に関して、レーザー光の高出力化、短波長化の研究がなされている。
レーザー光の高出力化、短波長化を達成する手段として、現在、様々な手法が取られているが、これらの中で最も有望なものの一つに、固体レーザーからの出力光を非線形光学結晶の波長変換により短波長化し、短波長領域、特に紫外光領域のレーザー光を得る方法が挙げられる。固体レーザーは、半導体レーザーよりも、高効率でかつ安価に提供することが可能であり、また、ＫｒＦやＡｒＦ等を用いるガスレーザーに比べて信頼性が高いと考えられる。
【０００４】
ここで、例えば、波長１０６４ｎｍのレーザー光を発振するネオジム：イットリウム・アルミニウム・ガーネットレーザー（以下、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーと称する。）の第４高調波、すなわち、波長２６６ｎｍのレーザー光は、小型化が可能で比較的安価にて供給されるため、次世代半導体検査装置の光源や、青色波長帯域の記録再生用光を用いる次世代光記録媒体のマスタリング用光源等として有望である。
【０００５】
実際に波長２６６ｎｍの深紫外線レーザー光を得るには、まず、波長１０６４ｎｍの基本波からのＳＨＧ（Second Harmonic Generation：第２高調波発生）により波長５３２ｎｍの第２高調波を得、さらにＳＨＧによって、半分の波長を有する波長２６６ｎｍ、すなわち第４高調波のレーザー光を得るという方法が実施されている。
【０００６】
この第４高調波の発生過程を、図１８を参照して説明する。
図１８に示すように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー発振器等の光源（図示を省略する）から発振された波長１０６４ｎｍのレーザー光Ｌａは、非線形光学結晶１０１、例えばホウ酸リチウム結晶（以下、ＬＢＯ結晶と称する）を通過する。この際、第２高調波である波長５３２ｎｍのレーザー光Ｌｂが発生する。次に非線形光学結晶１０１から出射されるレーザー光Ｌｂは別の非線形光学結晶１０２、例えばβ‐ホウ酸バリウム結晶（以下、ＢＢＯ結晶と称する）を通過して、第４高調波である波長２６６ｎｍのレーザー光Ｌｃが発生する。
【０００７】
図１９は、波長５３２ｎｍのレーザー光が波長２６６ｎｍのレーザー光に変換される過程を示す説明図である。この例においては波長５３２ｎｍのレーザー光を基本波、波長２６６ｎｍのレーザー光をその第２高調波として説明する。基本波である波長５３２ｎｍのレーザー光Ｌｂは、レーザー光入射面１０３Ａから非線形光学結晶１０３に入射し、非線形光学結晶１０３中で第２高調波の２６６ｎｍのレーザー光を発生させながら光軸方向（すなわち図中ｚ方向）に進行する。発生した波長２６６ｎｍのレーザー光は結晶中で異常光線となるため基本波と別の方向、すなわちウォークオフ方向へとずれて進行する。このため、第２高調波である波長２６６ｎｍのレーザー光はウォークオフを生じる。図１９中、光軸に沿う光の進行方向をｚ方向、ウォークオフ方向をｘ方向、これらと直交する方向をｙ方向としてそれぞれ矢印で示す。
【０００８】
このため、波長２６６ｎｍのレーザー光は非線形光学結晶１０３中を伝搬する間にウォークオフ方向（図中ｘ方向）に広がっていく。一方、ウォークオフの生じない方向（すなわち図中ｙ方向）については、ほぼ広がりは生じない。したがって図１９に示すように、入射レーザー光Ｌｂがほぼ円形をなす場合、非線形光学結晶１０３の出射面１０３Ｂから出射される波長２６６ｎｍのレーザー光Ｌｃは、レーザー出射面１０３Ｂではウォークオフ方向（すなわち、図中ｘ方向）に偏平なビーム形状となる。
【０００９】
出射される波長２６６ｎｍのレーザー光のプロファイルは、図中ｙ方向についてはガウシアン分布となるが、ｘ方向については、トップハット形状となる。このように、ウォークオフによりビームプロファイルがトップハット形状となる概念図を図２０に示す。図２０においては、横軸をｘ方向とし、非線形光学結晶の入射面である入射位置ｐ１から出射面である出射位置ｐ８までの各位置ｐ１〜ｐ８における各ビームプロファイルを示し、縦軸は強度（任意単位）である。入射位置ｐ１で発生した波長２６６ｎｍのレーザー光は、この入射位置ｐ１付近ではガウシアン分布である。そして出射位置ｐ８に向かって基本波が光軸方向に伝搬しながら各位置で波長２６６ｎｍの第２高調波が発生する。各位置で発生した第２高調波レーザー光は次々にウォークオフによりｘ方向にずれながら進行する。このため、これらが重なり合い、出射位置ｐ８では結果的に横方向に広がり、強度がある範囲で一定となるいわゆるトップハット形状のビームプロファイルとなる。ただし、完全なトップハット形状ではなく、両端はそれぞれガウシアン分布の片側の形状となる。
【００１０】
波長２６６ｎｍにおけるＢＢＯ結晶のウォークオフ角は４．８°である。また、結晶の長さは、変換された波長２６６ｎｍのレーザー光の必要な出力を得るため、６ｍｍ程度である。
ウォークオフ角をα、結晶の長さをｌｚとすると、ｘ方向のビームの長さωｘは下記の式（１）で表される。
ωｘ＝ｔａｎα×ｌｚ・・・（１）
したがって、ｘ方向のビームの長さはｔａｎ４．８°×６ｍｍ＝０．５ｍｍとなる。
【００１１】
例えば、波長５３２ｎｍの基本波がビーム径９０μｍの円形のガウシアンビームで長さｌｚ＝６ｍｍのＢＢＯ結晶に入射すると、発生した波長２６６ｎｍのレーザー光のｙ方向のビーム径は６４μｍ程度となり、ｘ方向のビーム径は上記の通り０．５ｍｍとなる。ｘ方向のビームプロファイルはウォークオフにより両端にガウシアン分布の片側の形状を持った形状、すなわち図２０において説明したトップハット形状となる。
【００１２】
ＢＢＯ結晶から出射された波長２６６ｎｍのレーザー光は、ニアフィールドではｘ方向の長さが０．５ｍｍ、ｙ方向の長さが６４μｍのｘ方向に長い形状であり、ｘ方向よりもｙ方向の発散角が大きいためにファーフィールドにおいては、ｙ方向に長い形状となる。装置などの光源として使用する場合、このままの形状のビームでは利用しづらい。このため、ビーム整形光学系にてコリメートされた縦横比１：１のビームとして射出するのが望ましい。
【００１３】
従来においては、このようにビームを整形するには例えばアナモルフィックプリズムペアによって縦横比１：１のビームを得ている（例えば特許文献１参照。）。アナモルフィックプリズムペアを用いる場合の構成図を図２１に示す。この場合、非線形光学結晶１０４より射出したビームが共振器ミラー１０５を通り、レンズ１０６にてｘ方向、ｙ方向のビームがコリメートされ、アナモルフィックプリズム１０７及び１０８（アナモルフィックプリズムペア）によってｘ方向のみが拡大される。これにより、縦横比１：１としたビームを得る。
アナモルフックプリズムは通常、２枚または４枚の偏角プリズムから構成され、予め設定された拡大または縮小率となるように個々のプリズムの角度や位置が調整されたうえで固定されている。
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−６２５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明者等は、上述した波長変換を行うレーザー装置においては、非線形光学結晶例えばＢＢＯ結晶に入射する基本波のビームパラメータや、非線形光学結晶の温度、位相整合などが同一条件の場合でも、出力される第２高調波のビームパラメータにばらつきが生じることを見出した。ここでビームパラメータとは、ビーム形状、もしくはビームの強度分布、またはビーム発散角を示す。この原因は、結晶の育成条件や加工工程により、下記の（ａ）〜（ｅ）等が生じるためだと考えられる。
（ａ）内部屈折率の不均一性
（ｂ）光軸方向の長さの加工精度による光路長のばらつき
（ｃ）内部散乱体の影響
（ｄ）内部吸収率の不均一性
（ｅ）位相整合条件のばらつき
このようなビームパラメータのばらつきは特にｘ方向で顕著である。
【００１６】
たとえば、結晶の長さが光軸方向に設計値からずれた場合、すなわち上記（ｂ）の場合を考える。設計上の結晶の長さが６．０ｍｍであったときはｘ方向のビーム径が上記のように０．５ｍｍである。ところが製造工程において例えば結晶の長さに−０．３ｍｍの誤差が生じ、結晶の長さが５．７ｍｍとなったとすると、式１から、ｘ方向のビーム径は０．４８ｍｍとなり、５％縮小する。一方、ｙ方向にはウォークオフがなく、結晶内における基本波のビーム径により、発生する第２高調波のビーム径が決まるため、結晶の長さにはほとんど影響されない。したがってたとえば結晶の長さに誤差があれば、ビームの縦横比が１：１となるように設計されたビーム整形光学系を通過すると、出力されるビームが縦横比１：１からずれてしまう。これを補正して縦横比１：１のビームとするには、例えばアナモルフィックプリズムの拡大率を変化させることが考えられる。しかし通常、アナモルフィックプリズムは、ある決められた角度・位置に接着あるいは金枠などに固定されているため、ビームのばらつきに対応させて拡大率を変化させることは困難である。
【００１７】
このような理由から、従来は、ｘ方向のビームパラメータのばらつきによる縦横比の調整ができないという問題がある。
その他の上記（ａ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）の理由によってもｘ方向のビーム径が変化し、出力されるビームが縦横比１：１からずれてしまう。
【００１８】
また、本発明者等は、ある条件下、例えば５００ｍＷ以上の出力とするときにおいては第２高調波のビームパラメータが数分から数時間の間で経時変化することも発見した。この経時変化もｘ方向で顕著である。アナモルフィックプリズムを用いたビーム整形光学系を用いた場合、たとえ経時変化を起こす前のビームの縦横比を１：１に調整したとしても、ビームパラメータの経時変化によって１：１からずれてしまう。アナモルフィックプリズムは前述のように拡大率を変化させることができないため、これを補正することができない。
【００１９】
更に、本発明者等は、ビームパラメータのみでなく、ビームポインティングも変化することを発見した。これは、非線形光学結晶が基本波および第２高調波を吸収することで熱レンズ効果が発生することが原因である。一例として、第２高調波のビームポインティングが変動する様子を図２２に示す。このように、ビームポインティングが変化すると、たとえば光軸上に設置されたアパーチャーによりビームがけられ、有効なパワーが減少してしまうという問題がある。
【００２０】
以上の問題に鑑みて、本発明は、非線形光学結晶により波長変換を行うにあたって、非線形光学結晶の育成条件や加工工程において生じるばらつきや不均一性に起因するビーム形状の変化を補正することが可能なレーザー装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するため、本発明によるレーザー装置は、光源からの光を入射光として入射することにより、前記入射光の２倍の周波数であってウォークオフ方向に偏平なビーム形状を有する波長変換光を出射する非線形光学結晶と、前記非線形光学結晶のウォークオフ方向に全体として正の焦点距離を持ち、前記波長変換光を前記ウォークオフ方向に集光してビームウェストを形成するレンズ群と、前記レンズ群の後段に配置され、前記ウォークオフ方向と略直交する方向に正の焦点距離を持ち、前記波長変換光を前記ウォークオフ方向と略直交する方向にコリメートする第１のシリンドリカルレンズと、前記第１のシリンドリカルレンズの後段に配置され、前記波長変換光のビームウェスト位置近傍に、前記ウォークオフ方向と略直交する方向に延長するスリットを有する光学部品と、前記スリットを有する光学部品の後段に配置され、前記ウォークオフ方向に正の焦点距離を持ち、前記波長変換光を前記ウォークオフ方向にコリメートする第２のシリンドリカルレンズと、を備え、前記レンズ群、前記第１及び前記第２のシリンドリカルレンズ、及び前記スリットを有する光学部品のうち１以上の面間隔が可変とされ、前記ビームウェスト位置における前記ウォークオフ方向の前記波長変換光のビーム形状のサイドローブを前記スリットを有する光学部品により消去して、前記スリットを有する光学部品を通過後の前記ウォークオフ方向の前記波長変換光のビーム形状が前記ウォークオフ方向と略直交する方向の前記波長変換光のビーム形状と近い形状となるようにし、前記非線形光学結晶の育成条件や加工工程において生じるばらつきや不均一性に起因して前記波長変換光のビーム形状が変化しても、前記スリットを有する光学部品における前記ウォークオフ方向の前記波長変換光のビームウェスト径が一定となるように、前記レンズ群、前記第１及び前記第２のシリンドリカルレンズ、及び前記スリットを有する光学部品のうち１以上の面間隔を調整したレーザー装置である。
【００２２】
本発明のレーザー装置において、レンズ群及びシリンドリカルレンズのうち１以上の面間隔を可変とすることが望ましい。
更に、本発明のレーザー装置においては、前記レーザー装置の内部に形成される前記ウォークオフ方向のビームウェスト位置近傍に、ウォークオフ方向と略直交する方向に延長するスリットを設ける。
このスリットを設ける場合は、レンズ群、シリンドリカルレンズ及びスリットのうち１以上の面間隔を可変とすることが望ましい。
【００２３】
上述の本発明のレーザー装置において非線形光学結晶から出射される第２高調波は、全体としてウォークオフ方向に正の焦点距離を持つレンズ群により集光され、ビームウェストを形成する。そしてウォークオフ方向に正の焦点距離を持つシリンドリカルレンズによりコリメートされる。非線形光学結晶より射出するウォークオフ方向のプロファイルはトップハット形状をしているため、上記レンズ群にて形成されるビームはトップハットのフーリエ変換であるｓｉｎｃ２ｘ関数の形状となる。このビームウェストがウォークオフ方向に正の焦点距離を持つシリンドリカルレンズによりコリメートされると、再びフーリエ変換されることによりトップハット形状のビームに戻る。一方、ウォークオフ方向に直交する方向の成分については、このウォークオフ方向と直交する方向に正の焦点距離を持つシリンドリカルレンズによってコリメートされる。
したがって、上記のレンズ群、シリンドリカルレンズの位置を調整することによって、非線形光学結晶の育成条件や加工工程において生じるばらつきや不均一性に起因するビームの形状の変化を抑え、良好なビーム形状の第２高調波を出射することが可能となる。
【００２４】
またこの構成において、上記のレンズ群、シリンドリカルレンズの面間隔を可変とする場合、すなわち例えば光軸に沿う方向に移動調整が可能なステージ上等にレンズ群等を配置することによって、きわめて簡易な作業によりビーム形状の補正を行うことが可能となる。
【００２５】
また、ビームウェスト位置近傍において、ウォークオフ方向と直交する方向に延長するスリットを設ける場合は、このスリットを通すことでビームの中央部のピークのみ残し、両脇のサイドローブを遮ることができる。したがって、得られるビームの形状をガウシアンビームに近い形状とすることができ、高品質のビームを出力することができる。
このようにスリットを設ける場合は、レンズ群、シリンドリカルレンズ及びこのスリットのうち１以上の面間隔を可変とすることによって、同様に、きわめて簡易な作業によりビーム形状の補正を行うことが可能となる。
本発明のレーザー装置によれば、上述した非線形光学結晶の育成条件や加工に起因するビーム形状の変化に加え、経時変化や出力変化により生じるビーム形状の変化を補正することも可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のレーザー装置によれば、非線形光学結晶による波長変換レーザーにおいて、非線形光学結晶の育成条件や加工に起因するビーム形状の変化を補正し、所望の縦横比に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
［１］第１の実施の形態例
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るレーザー装置の構成と作用を説明する。図１に示すように、このレーザー装置５０は、基本波レーザー光を出射する光源２０と、非線形光学結晶２とを備える。図１及び以下の各図においては、前述の図１９及び図２１と同様に、非線形光学結晶２のウォークオフ方向をｘ方向として示し、これとは直交する方向をｙ方向、また光軸に沿う光の進行方向をｚ方向として示す。そしてこのレーザー装置５０においては、非線形光学結晶２のウォークオフ方向、すなわちｘ方向に全体として正の焦点距離を持つレンズ群３０、この例においてはレンズ３及び４と、ウォークオフ方向と略直交する方向すなわちｙ方向に正の焦点距離を持つシリンドリカルレンズ６と、ウォークオフ方向すなわちｘ方向に正の焦点距離を持つシリンドリカルレンズ８とを備える。
この例においては、光源２０から出射される基本波を非線形光学結晶２に集光するレンズ１０を光源２０と非線形光学結晶２との間に配置する。
また、この場合、レーザー装置の内部に形成される前記ウォークオフ方向のビームウェスト位置の近傍に、ウォークオフ方向と略直交する方向すなわちｙ方向に延長するスリット７を設ける。
【００２８】
本発明のレーザー装置に用いる非線形光学結晶としては、一般的な非線形光学結晶、又は非線形光学結晶に周期分極反転処理等の加工を施した非線形光学素子を利用することができる。波長変換の種類は例えば、ＳＨＧ（第２高調波発生）、ＴＨＧ（第３高調波発生）等、或いは、和周波発生や光パラメトリック発振等がある。使用材料としては、ＫＴｉＯＰＯ４（ＫＴＰ）、β−ＢａＢ２Ｏ４（ＢＢＯ）、ＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、そのコングルーエント（一様融液）組成、そのストイキオメトリック（化学量論的）組成や、Ｍｇ、Ｚｎ等の添加物を添加した材料が挙げられる。
【００２９】
例えば、Ｃ−ＬｉＮｂＯ３、Ｃ−ＬｉＴａＯ３、Ｓ−ＬｉＮｂＯ３、Ｓ−ＬｉＴａＯ３、ＭｇＯ：Ｃ−ＬｉＮｂＯ３、ＭｇＯ：Ｃ−ＬｉＴａＯ３、ＺｎＯ：Ｃ−ＬｉＮｂＯ３、ＺｎＯ：Ｃ−ＬｉＴａＯ３、ＭｇＯ：Ｓ−ＬｉＮｂＯ３、ＭｇＯ：Ｓ−ＬｉＴａＯ３、ＺｎＯ：Ｓ−ＬｉＮｂＯ３、ＺｎＯ：Ｓ−ＬｉＴａＯ３、などの結晶材料を用いることができる。
また、それらに分極反転処理をほどこした、ＰＰ−Ｃ−ＬｉＮｂＯ３、ＰＰ−Ｃ−ＬｉＴａＯ３、ＰＰ−Ｓ−ＬｉＮｂＯ３、ＰＰ−Ｓ−ＬｉＴａＯ３（ＰＰＬＳＴ）、ＰＰ−ＭｇＯ：Ｃ−ＬｉＮｂＯ３、ＰＰ−ＭｇＯ：Ｃ−ＬｉＴａＯ３、ＰＰ−ＺｎＯ：Ｃ−ＬｉＮｂＯ３、ＰＰ−ＺｎＯ：Ｃ−ＬｉＴａＯ３、ＰＰ−ＭｇＯ：Ｓ−ＬｉＮｂＯ３、ＰＰ−ＭｇＯ：Ｓ−ＬｉＴａＯ３、ＰＰ−ＺｎＯ：Ｓ−ＬｉＮｂＯ３、ＰＰ−ＺｎＯ：Ｓ−ＬｉＴａＯ３、ＰＰ−ＫＴｉＯＰＯ４などの結晶素子を挙げることができる。
【００３０】
なおここで、「Ｃ」は「congruent（一様融液）組成」、「Ｓ」は「Stoichiometric（化学量論的）組成」を意味する。また、「ＰＰ」は「Periodical Poling（周期分極反転）」を意味し、非線形光学結晶に対し電圧印加等による周期分極制御により周期分極反転構造をもつ非線形光学素子が得られる。これらの材料は、使用波長に合わせて、位相整合条件を満たす適切な角度で加工され、あるいは適切な周期分極反転構造を作ることによって（擬似）位相整合条件が満たされる。
【００３１】
上述の構成のレーザー装置５０において、光源２０から出射される基本波のレーザービームはレンズ１０により非線形光学結晶２に集光される。ここで基本波は波長変換され第２高調波となり、非線形光学結晶２の出射面から発する。このとき第２高調波は、前述の図２０において説明したように、非線形光学結晶２内で進行する際に各位置でウォークオフ方向に発生するので、出射された第２高調波のｘ方向のプロファイルはトップハットに近い形状となる。図２においては、このトップハット形状のビーム強度を立体的に表わす。
【００３２】
この波長変換されたレーザービームの伝搬は以下の通りである。まず波長変換されたビームのｘ方向すなわちウォークオフ方向の成分のビームについて説明する。非線形光学結晶２の出射面から発したビームは、この場合ｘ方向に曲率を持つ正のシリンドリカルレンズ３と負のシリンドリカルレンズ４の組合せによるレンズ群３０により集光され、ビームウェストを点Ｗで示す位置に形成する。そしてｘ方向に曲率を持つ正のシリンドリカルレンズ８によりコリメートされる。非線形光学結晶２より射出するｘ方向のプロファイルは前述の図２０において説明したトップハット形状であるため、シリンドリカルレンズの組合せによるレンズ群３０にて形成されるビームはトップハットのフーリエ変換であるｓｉｎｃ２ｘ関数の形状となる。このビーム形状を図３Ａに模式的に示す。このビームウェストがシリンドリカルレンズ８によりコリメートされると、再びフーリエ変換されることによりトップハット形状のビームに戻る。
【００３３】
ビームウェスト位置Ｗにおいて、図３Ａに示すビームの中央部のピークのみ残し、両脇の小さなピーク（サイドローブ）を図３Ｂに示すようにｙ方向に延長するスリット７で遮ると、図３Ｃに示すように、サイドローブを消去したガウシアンビームに近い形状となる。こうすることによって、これより先のビームはガウシアンビームと同等に伝搬し、高品質のビームを得ることができる。
なお、スリットはビームウェスト位置近傍であればよく、すなわち、上述のサイドローブを消去し得る範囲であれば、ビームウェスト位置から多少ずれていてもよい。
【００３４】
次にｙ方向すなわちウォークオフ方向に直交する方向の成分のビーム伝搬について説明する。非線形光学結晶２の射出面から発したビームは、ｙ方向に曲率を持つ正のシリンドリカルレンズ６によってコリメートされる。
【００３５】
図４においては、ｘ方向とｙ方向のビーム径を等しくした場合、すなわち縦横比を１：１としたビーム強度を立体的に表した図を示す。なお、ビーム径とは、ピークパワー密度に対して１／ｅ２となるビームの直径のことである。
なお、ｘ方向及びｙ方向のビームはそれぞれ、ｙ方向及びｘ方向に曲率を持つシリンドリカルレンズを通過するが、曲率を持つ方向に直交する成分に対しては集光または発散の作用がないので説明を省略する。
【００３６】
ところで、ｘ方向に曲率を持つ正と負のシリンドリカルレンズ３及び４を有するレンズ群３０のレンズ間隔Ｌを可変とすると、ｘ方向の合成焦点距離を変化させることができる。非線形光学結晶２より発する第２高調波ビームのｘ方向のビーム径にばらつきがあったとしても、スリット７を設ける位置Ｗに形成されるビームウェスト径をある一定の値（設計値）に調整することができる。スリット７におけるビームウェスト径が一定であれば、コリメートレンズ８によってコリメートされるビーム径も一定となるため、コリメートされたｘ方向とｙ方向のビーム径の比率（縦横比）を容易に所望の値（例えば１：１）にすることができる。
【００３７】
また、例えば結晶に内部屈折率の不均一性などがあった場合、トップハット形状が乱れて非対称形のビーム形状となる場合がある。この場合のビーム強度分布の一例を図５に示す。通常のトップハット形状のビームを集光すると、図３Ａに示すようにトップハットのフーリエ変換であるｓｉｎｃ２ｘ関数の形状となるが、図５に示すような非対称形のビームを集光した場合、図６Ａに示すように、ｓｉｎｃ２ｘ関数からはずれた非対称な強度分布となる。非対称性は主にサイドローブと呼ばれる左右の小さなピークの強度の差として現れる。このサイドローブを図６Ｂに示すようにｙ方向に延長するスリット７で遮り、中心部のピークのみを取り出すことで、図６Ｃに示すように、強度分布の対称性がよい高品質なビームを得ることができる。
このように、スリットを設けることで、内部屈折率の不均一性などによるビーム品質の劣化を防ぐことができる。また、第２高調波のビームポインティングの数分から数時間の範囲で生じる経時変化についても、上記の構成により補正することができ、強度分布の対称性を改善することができる。
【００３８】
また、第２高調波のビームポインティングの経時変化が大きい場合や、共振器の筐体の歪み等に起因する比較的大きいばらつきに対しては、以下の手順によりレーザー装置から射出するビームポインティングの変動をなくすことができる。
まず、結晶の温度を変化させて補正する。すなわち非線形光学結晶２の温度を制御するヒートシンク、ペルチェ素子等の温度制御手段を設ける。これにより、ある程度のビームポインティングの変動を抑制できる。
また、ビームポインティングの方位を例えば４分割フォトダイオード等の検出手段を設けて検出する。そして検出されたビームポインティングの変位を、ビーム整形光学系を構成するレンズを移動することによって補正する。この移動は例えばレンズの光軸に垂直な面内で移動させる移動機構を設け、その移動量として、検出した変位に対応する移動量をフィードバックする構成としてもよい。すなわちビームポインティングの変動を抑制するようにレンズを適切量偏芯させる構成とする。レンズの偏芯によって結晶から射出するビームの変動をキャンセルすることによって、最終的にレーザー装置から射出するビームポインティングの経時変化を回避もしくは十分に抑制することができる。
【００３９】
さらに熱レンズ効果によって第２高調波の発散角が変化することもあるが、これはフォトダイオードの信号をモニタすることによって検出できる。上述の方法と同様に例えばレンズの間隔を変化させることによって、発散角の変化も補正することができる。
【００４０】
このように、本実施の形態のレーザー装置によれば、レンズの間隔を変更することで、また必要に応じて非線形光学結晶の温度制御手段やビームの変位を検出する検出手段、また光軸と垂直な面内でレンズ等を移動する移動手段を設け、検出した変位をフィードバックして移動手段の移動量を制御することで、最終的にレーザー装置から射出するビームのビームパラメータを一定に保つことができる。
なお、レンズの距離の調整は、接着剤等を使わずにネジ止め等の取り外し可能な固定方法により各部を固定して、調整時にその都度固定し直してもよい。また、光軸に沿う方向に可動性を有するレール等を設け、その上に各部を配置するとか、或いは光軸に沿う方向に移動するモータステージ上に各部を配置する等の構成としてもよく、この場合は、容易にレンズ間の距離を調整することが可能となる。
【００４１】
［２］第２の実施の形態例
図７は、本発明の第２の実施形態に係るレーザー装置の概略構成図である。図７において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例においては、非線形光学結晶２を、４枚のミラーを交叉して配置するいわゆるボウタイ型の外部共振器構成の共振器１内に配置する場合を示す。この共振器１には、図示しない例えば波長５３２ｎｍの光源からレーザー光が入射される。レーザー光の出力としては、例えば１Ｗの連続レーザーを用いることができる。非線形光学結晶２としては例えばＢＢＯ結晶を用いて、その光軸方向の長さｌｚは例えば６．０ｍｍとする。
共振器１はインプットミラー１１、アウトプットミラー１２、ミラー１３及び１４より構成される。アウトプットミラー１２は、共振器１の内側に凹面を向けその反対の面は平面とされる平凸レンズより構成される。曲率半径は１００ｍｍ、厚さ３ｍｍ、材質は合成石英であり、光軸に対してｘ方向、すなわち非線形光学結晶２のウォークオフ方向に１０°傾いて設置される。アウトプットミラー１２は、共振器１を構成するとともに、非線形光学結晶２より射出される波長変換された例えば波長２６６ｎｍのレーザービームを共振器１の外部へ通過させる。
【００４２】
アウトプットミラー１２から第２高調波が出射される外部の光路上には、シリンドリカルレンズ４、６、スリット７及びシリンドリカルレンズ８が配置される。シリンドリカルレンズ４は共振器側１に凸面を向けたｘ方向に曲率を持つ平凸型のシリンドリカルレンズであり、例えば曲率半径が３３ｍｍ、厚さ２ｍｍ、材質は合成石英である。
シリンドリカルレンズ６は共振器側に平面を向けたｙ方向に曲率を持つ平凸型のシリンドリカルレンズであり、曲率半径は７１．９ｍｍ、厚さ２ｍｍ、材質は合成石英である。
【００４３】
スリット６はビームウェスト位置Ｗの近傍に配置され、ｙ方向に延長するスリットである。ｘ方向の幅は０．１ｍｍとする。ここにｘ方向のビームウェストが形成される。
シリンドリカルレンズ７は共振器側に平面を向けたｘ方向に曲率を持つ平凸型のシリンドリカルレンズであり、曲率半径は９０ｍｍ、厚さ２ｍｍ、材質は合成石英である。
【００４４】
ここで、非線形光学結晶２からアウトプットミラー１２までの距離をａ１、アウトプットミラー１２からシリンドリカルレンズ４までの距離をａ２、シリンドリカルレンズ４からシリンドリカルレンズ６までの距離をａ３、シリンドリカルレンズ６からスリット７までの距離をａ４、スリット７からシリンドリカルレンズ８までの距離をａ５、波長２６６ｎｍにおける合成石英の屈折率をｎとすると、以下の通りとする。
ａ１：７５ｍｍ
ａ２：可変
ａ３：可変
ａ４：可変
ａ５：１７９ｍｍ
ｎ：１．４９９６８３
ここで、非線形光学結晶２の長さｌｚに対して採りうる距離ａ２、ａ３及びａ４の値の一例を下記の表１に示す。ｌｚ＝６ｍｍの場合はａ２＝３５ｍｍ、ａ３＝４４ｍｍ、ａ４＝３８ｍｍとする。
なお、ここで距離とは、レンズ間においてはレンズの面間隔、非線形光学結晶との距離とはその出射面との間隔、スリットとの距離とは、スリット内の中心点、この場合ビームウェスト位置Ｗとの間隔を指す。
【００４５】
【表１】
0004826558.tif 000002
【００４６】
共振器１の内部における波長５３２ｎｍのビーム径が最も小さくなる位置、すなわちビームウェストの位置に非線形光学結晶２、この場合ＢＢＯ結晶が配置される。ここで波長５３２ｎｍのビーム形状は円形であり、ビーム径は９０μｍである。ＢＢＯ結晶により波長変換されて発生する波長２６６ｎｍのｘ方向のビーム径は、上記式（１）より０．５ｍｍ、ｙ方向のビーム径は６４μｍとなる。非線形光学結晶２から射出されたビーム形状を図８に示す。波長２６６ｎｍのビームはアウトプットミラー１３を通り、共振器１の外部へ射出される。
【００４７】
共振器から射出されるビームのｘ方向の成分のビーム伝搬について説明すると、負のレンズ作用を有する球面ミラーであるアウトプットミラー１３と、ｘ方向に曲率を持つ正のシリンドリカルレンズ４とのレンズ群３０により、スリット７を配置する位置Ｗにおいて、ｘ方向のビームウェストが形成される。ｘ方向のビームウェスト径は７０μｍである。ここに配置されたスリット７により、図３において説明した例と同様に、サイドローブが除かれる。次にシリンドリカルレンズ８により、ビーム径１ｍｍのビームにコリメートされる。
【００４８】
一方ｙ方向の成分のビームは、共振器から射出されたビームはシリンドリカルレンズ６により、ビーム径１ｍｍのビームにコリメートされる。よって縦横比１：１のビームが得られる。得られたビーム形状を図９に示す。
【００４９】
ここで、例えば非線形光学結晶２の光軸方向の長さｌｚに製造誤差が生じ、ｌｚ＝５．７ｍｍとなった場合について説明する。非線形光学結晶２により波長変換されて発生する２６６ｎｍのビームは、上記式（１）よりｘ方向のビーム径が０．４７５ｍｍとなり、ビーム伝搬が変化してしまう。しかし、上記距離ａ２、ａ３及びａ４の値を上記表１に示すように変更すると、ビームウェスト位置Ｗに形成されるｘ方向のビームウェスト径は、誤差が生じない場合と同様、７０μｍとなり、それ以降は同様に伝搬し、ｘ方向、ｙ方向ともビーム径１ｍｍの縦横比１：１のビームが得られる。
【００５０】
これに対し、距離ａ３、ａ４及びａ５を変更しないと、ｘ方向のビーム径が０．９５ｍｍ、ｙ方向のビーム径が１ｍｍとなり、縦横比が１：０．９５となってしまう。
【００５１】
また、非線形光学結晶２の光軸方向の長さに製造誤差が生じ、ｌｚ＝６．３ｍｍとなった場合について説明する。非線形光学結晶により波長変換されて発生する２６６ｎｍのビームは上記式（１）よりｘ方向のビーム径が０．５２５ｍｍとなりビーム伝搬が変化してしまう。しかし、ａ３、ａ４及びａ５の値を表１に示すように変更すると位置Ｗに形成されるｘ方向のビームウェスト径は、誤差が生じない場合と同様、７０μｍとなり、それ以降は同様に伝搬し、ｘ方向、ｙ方向ともビーム径１ｍｍの縦横比１：１のビームが得られる。
これに対し、ａ３、ａ４及びａ５を変更しないと、ｘ方向のビーム径が１．０５ｍｍ、ｙ方向のビーム径が１ｍｍとなり、縦横比が１：１．０５となってしまう。
【００５２】
したがって、レンズ群３０のレンズ間の距離ａ２、更にレンズ６及びスリット７の間隔ａ３、ａ４を調整することによって、縦横比を所望の値に補正し、良好なビーム形状とすることができる。
【００５３】
［３］第３の実施の形態
図１０は、本発明の第３の実施形態に係るレーザー装置の概略構成図である。図１０において、図１及び図７と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例においても、非線形光学結晶２をボウタイ型の共振器１内に設ける例であり、図中に示していない波長５３２ｎｍのレーザー光源からレーザー光が入射される。またレーザー光としては例えば出力１Ｗの連続光を用い得る。非線形光学結晶２としては例えばＢＢＯ結晶を用いて、光軸方向の長さｌｚは６．０ｍｍとする。共振器１のアウトプットミラー１３は、内側に凹面を向けその反対の面は平面であり、曲率半径を１００ｍｍ、厚さ３ｍｍ、材質は合成石英とし、光軸に対してｘ方向すなわちウォークオフ方向に１０°傾いて設置される。
【００５４】
この例においてもアウトプットミラー１３は共振器１を構成するとともに、非線形光学結晶２より射出される波長変換された２６６ｎｍのビームを共振器１の外部へ通過させる。シリンドリカルレンズ４は共振器１側に平面を向けたｘ方向に曲率を持つ平凸型のシリンドリカルレンズであり、曲率半径は２５ｍｍ、厚さ２ｍｍ、材質は合成石英である。
シリンドリカルレンズ５は共振器１側に凹面を向けたｘ方向に曲率を持つ平凹型のシリンドリカルレンズであり、曲率半径は２５ｍｍ、厚さ２ｍｍ、材質は合成石英である。
【００５５】
シリンドリカルレンズ６は共振器１側に平面を向けたｙ方向に曲率を持つ平凸型のシリンドリカルレンズであり、曲率半径は７１．９ｍｍ、厚さ２ｍｍ、材質は合成石英である。
スリット７はｘ方向のビームウェスト位置Ｗに配置され、ｙ方向に延長するスリットであり、ｘ方向の幅は０．１ｍｍである。ここにｘ方向のビームウェストが形成される。
シリンドリカルレンズ８は共振器側に平面を向けたｘ方向に曲率を持つ平凸型のシリンドリカルレンズであり、曲率半径は９０ｍｍ、厚さ２ｍｍ、材質は合成石英である。
【００５６】
ここで、非線形光学結晶２からアウトプットミラー１２までの距離をｂ１、アウトプットミラー１２からシリンドリカルレンズ４までの距離をｂ２、シリンドリカルレンズ４からシリンドリカルレンズ５までの距離をｂ３、シリンドリカルレンズ５からシリンドリカルレンズ６までの距離をｂ４、シリンドリカルレンズ６からスリット７までの距離をｂ５、スリット７からシリンドリカルレンズ８までの距離をｂ６、波長２６６ｎｍにおける合成石英の屈折率をｎとすると、以下の通りとする。
ｂ１：６３ｍｍ
ｂ２：３５ｍｍ
ｂ３：可変
ｂ４：可変
ｂ５：可変
ｂ６：１７９ｍｍ
ｎ：１．４９９６８３
ここで、非線形光学結晶２の長さｌｚに対して採りうる距離ｂ３、ｂ４及びｂ５の値の一例を下記の表２に示す。ｌｚ＝６ｍｍの場合はｂ３＝４５ｍｍ、ｂ４＝６．５ｍｍ、ｂ５＝１４ｍｍとする。
【００５７】
【表２】
0004826558.tif 000003
【００５８】
共振器１の内部における５３２ｎｍのビーム径が最も小さくなる位置、すなわちビームウェストの位置に非線形光学結晶２、この場合ＢＢＯ結晶が配置される。ここで波長５３２ｎｍのレーザーのビーム形状は円形であり、ビーム径は９０μｍである。ＢＢＯ結晶により波長変換されて発生する波長２６６ｎｍのレーザー光のｘ方向のビーム径は上記式（１）より０．５ｍｍ、ｙ方向のビーム径が６４μｍである。非線形光学結晶２から射出されたビーム形状を図１１に示す。波長２６６ｎｍのレーザービームはアウトプットミラー１２を通り、共振器１の外へ射出される。
共振器１から射出されたビームのｘ方向の成分のビーム伝搬について説明すると、負レンズの作用を持つ凹面ミラーであるアウトプットミラー１２、ｘ方向に曲率を持つ正のシリンドリカルレンズ４及びｘ方向に曲率を持つ正のシリンドリカルレンズ５により、位置Ｗにｘ方向のビームウェストが形成される。ｘ方向のビームウェスト径は７０μｍである。ここに配置されたスリット７により図３において説明した例と同様にサイドローブが除かれる。次にシリンドリカルレンズ８により、ビーム径１ｍｍのビームにコリメートされる。
【００５９】
一方ｙ方向の成分のビームは、共振器１から射出されたビームはシリンドリカルレンズ６により、ビーム径１ｍｍのビームにコリメートされる。よって縦横比１：１のビームが得られる。得られたビーム形状を図１２に示す。
【００６０】
ここで、例えば非線形光学結晶２の光軸方向の長さｌｚに製造誤差が生じ、ｌｚ＝５．７ｍｍとなった場合について説明する。非線形光学結晶２により波長変換されて発生する波長２６６ｎｍのビームは上記式（１）よりｘ方向のビーム径が０．４７５ｍｍとなり、ビーム伝搬が変化してしまう。しかし、上記距離ｂ3、ｂ４及びｂ５の値を、上記表２に示すように変更すると、位置Ｗに形成されるｘ方向のビームウェスト径は、誤差が生じない場合と同様、７０μｍとなり、それ以降は同様に伝搬する。したがって、ｘ方向、ｙ方向ともビーム径１ｍｍの縦横比１：１のビームが得られる。
これに対し、距離ｂ３、ｂ４及びｂ５を変更しない場合は、ｘ方向のビーム径が０．９５ｍｍ、ｙ方向のビーム径が１ｍｍとなり、縦横比が１：０．９５となってしまう。
【００６１】
また、非線形光学結晶２の光軸方向の長さｌｚに製造誤差が生じ、ｌｚ＝６．３ｍｍとなった場合について説明する。非線形光学結晶２により波長変換されて発生する２６６ｎｍのビームは、上記式（１）よりｘ方向のビーム径が０．５２５ｍｍとなりビーム伝搬が変化してしまう。しかし、ｂ３、ｂ４及びｂ５の値を上記表２に示すように変更すると、位置Ｗに形成されるｘ方向のビームウェスト径は、誤差が生じない場合と同様、７０μｍとなり、それ以降は同様に伝搬する。これにより、ｘ方向、ｙ方向ともビーム径１ｍｍの縦横比１：１のビームが得られる。
この場合においても距離ｂ３、ｂ４及びｂ５を変更しないと、ｘ方向のビーム径が１．０５ｍｍ、ｙ方向のビーム径が１ｍｍとなり、縦横比が１：１．０５となってしまう。
【００６２】
したがって、レンズ群３０のレンズ間の距離ｂ３、更にレンズ５、６及びスリット７の間隔ｂ４、ｂ５を調整することによって、縦横比を所望の値に補正し、良好なビーム形状とすることができる。
【００６３】
［３］第４の実施の形態
図１３は、本発明の第４の実施形態に係るレーザー装置の概略構成図である。図１３において、図１、図７及び図１０と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例においては、図中に示していない波長５３２ｎｍのレーザー光源から非線形光学結晶２にレーザー光が入射される。レーザー光としては例えば平均出力１Ｗのパルス光を用い、非線形光学結晶２としてはＢＢＯ結晶を用いることができる。非線形光学結晶２の光軸方向の長さｌｚは６．０ｍｍとする。非線形光学結晶２の出射光路上に、シリンドリカルレンズ４及び５、スリット７、シリンドリカルレンズ６及び８が配置される。
【００６４】
シリンドリカルレンズ４は、非線形光学結晶２側に凸面を向けたｘ方向に曲率を持つ平凸型のシリンドリカルレンズであり、曲率半径は２７ｍｍ、厚さ２ｍｍ、材質は合成石英である。シリンドリカルレンズ５は非線形光学結晶２側に凹面を向けたｘ方向に曲率を持つ平凹型のシリンドリカルレンズであり、曲率半径は２５ｍｍ、厚さ２ｍｍ、材質は合成石英である。位置Ｗに配置されるｙ方向に延長するスリット７は、そのｘ方向の幅を０．１２ｍｍとする。この位置Ｗにｘ方向のビームウェストが形成される。
【００６５】
シリンドリカルレンズ６は非線形光学結晶２側に平面を向けたｙ方向に曲率を持つ平凸型のシリンドリカルレンズであり、曲率半径は９８．５ｍｍ、厚さ２ｍｍ、材質は合成石英である。シリンドリカルレンズ８は非線形光学結晶２側に平面を向けたｘ方向に曲率を持つ平凸型のシリンドリカルレンズであり、曲率半径は９９ｍｍ、厚さ２ｍｍ、材質は合成石英である。
【００６６】
非線形光学結晶２からシリンドリカルレンズ４までの距離をｃ１、シリンドリカルレンズ４からシリンドリカルレンズ５までの距離をｃ２、シリンドリカルレンズ５からスリット７までの距離をｃ３、スリット７からシリンドリカルレンズ６までの距離をｃ４、シリンドリカルレンズ６からシリンドリカルレンズ８までの距離をｃ５、波長２６６ｎｍにおける合成石英の屈折率をｎとすると、以下の通りとする。
ｃ１＝８５．７ｍｍ
ｃ２：可変
ｃ３：可変
ｃ４：可変
ｃ５：可変
ｎ＝１．４９９６８３
ここで、非線形光学結晶２の長さｌｚに対して採りうる距離ｃ２、ｃ３、ｃ４及びｃ５の値の一例を下記の表３に示す。ｌｚ＝６ｍｍの場合はｃ２＝３４．５ｍｍ、ｃ３＝２７ｍｍ、ｃ４＝４０．５ｍｍ、ｃ５＝１５０ｍｍとする。
【００６７】
【表３】
0004826558.tif 000004
【００６８】
この場合、図示しないレーザー光源からの波長５３２ｎｍのレーザー光が非線形光学結晶２に入射し、その内部において円形のビームウェストを形成し、ビーム径は９０μｍである。非線形光学結晶２により波長変換されて発生する波長２６６ｎｍのレーザー光のｘ方向のビーム径は上記式（１）より０．５ｍｍ、ｙ方向のビーム径が６４μｍである。非線形光学結晶２から射出された第２高調波光のビーム形状を図１４に示す。
【００６９】
非線形光学結晶２から射出されたビームのｘ方向の成分のビーム伝搬について説明すると、ｘ方向に曲率を持つ正と負のシリンドリカルレンズ４及び５により、位置Ｗにｘ方向のビームウェストが形成される。ｘ方向のビームウェスト径は７７μｍである。ここに配置された幅１００μｍのスリットにより、図３において説明した例と同様にサイドローブが除かれる。次にシリンドリカルレンズ８により、ビーム径１ｍｍのビームにコリメートされる。
一方ｙ方向の成分のビームはシンドリカルレンズ６により、ビーム径１ｍｍのビームにコリメートされる。よって縦横比１：１のビームが得られる。得られたビーム形状を図１５に示す。
【００７０】
ここで、例えば非線形光学結晶２の光軸方向の長さｌｚに製造誤差が生じ、ｌｚ＝５．７ｍｍとなった場合について説明する。非線形光学結晶２により波長変換されて発生する波長２６６ｎｍのビームは上記式（１）よりｘ方向のビーム径が０．４７５ｍｍとなりビーム伝搬が変化してしまう。しかし、上記距離ｃ２、ｃ３、ｃ４及びｃ５の値を上記表３に示すように変更すると、位置Ｗに形成されるｘ方向のビームウェスト径は、誤差が生じない場合と同様、７７μｍとなり、それ以降は同様に伝搬する。したがって、ｘ方向、ｙ方向ともビーム径１ｍｍの縦横比１：１のビームが得られる。
これに対し、距離ｃ２、ｃ３、ｃ４及びｃ５を変更しないと、ｘ方向のビーム径が０．９５ｍｍ、ｙ方向のビーム径が１ｍｍとなり、縦横比が１：０．９５となってしまう。
【００７１】
また、非線形光学結晶２の光軸方向の長さｌｚに製造誤差が生じ、ｌｚ＝６．３ｍｍとなった場合について説明する。非線形光学結晶２により波長変換されて発生する波長２６６ｎｍのビームは上記式（１）よりｘ方向のビーム径が０．５２５ｍｍとなりビーム伝搬が変化してしまう。しかし、距離ｃ２、ｃ３、ｃ４及びｃ５の値を上記表３に示すように変更すると、位置Ｗに形成されるｘ方向のビームウェスト径は、誤差が生じない場合と同様、７７μｍとなり、それ以降は同様に伝搬する。この場合も、ｘ方向、ｙ方向ともビーム径１ｍｍの縦横比１：１のビームが得られる。
これに対し、距離ｃ２、ｃ３、ｃ４及びｃ５を変更しないと、ｘ方向のビーム径が１．０５ｍｍ、ｙ方向のビーム径が１ｍｍとなり、縦横比が１：１．０５となってしまう。
【００７２】
したがって、この例においても、レンズ群３０のレンズ間の距離ｃ２、更にレンズ５及びスリット７の間隔ｃ３、スリット７とレンズ６との間隔ｃ４、レンズ６及び８の間隔ｃ５を調整することによって、縦横比を所望の値に補正し、良好なビーム形状とすることができる。
【００７３】
なお、本発明においては、上述の各実施の形態において説明した例のほか、例えば光路を折り曲げるミラー等、種々の他の光学素子を付加してもよいことはいうまでもない。
例えば、図１６においては、図７において説明した第１の実施の形態例と同様の構成として、スリット７とシリンドリカルレンズ８との間に光路を略９０°折り曲げるミラー９を設ける場合の概略構成図を示す。図１６において、図７と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例においても、上述の図７に示す例と同様に、距離ａ２〜ａ４を変更することによって、ビームプロファイルの変化を補正して、良好なビーム形状とすることが可能である。
【００７４】
更に、本発明において、上述したように、筐体の歪等によって比較的大きいビームポインティングの変化が生じた場合などにおいて、レンズ等を光軸と直交する面内で移動する構成としてもよい。この場合のレーザー装置の一例の概略構成図を図１７に示す。図１７において、図６及び図１６と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図１７に示すように、この例においては、スリット７とミラー９との間に凹レンズ２１、ミラー９とシリンドリカルレンズ８との間に凸レンズ２２を配置して、これらが光軸と直交する面内で移動可能な構成とする。図示しないが移動手段としてはステッピングモーターや２軸アクチュエーター等種々の駆動装置を用い得る。
また、ミラー９を例えば半透過ミラーとして、一部を４分割フォトダイオード等の検出手段２３に受光させ、制御装置２４において例えばレンズ２１及び２２の矢印ｍ１，ｍ２で示す方向の移動量を検出し、図示しない移動手段に信号Ｓｍ１，Ｓｍ２として出力する構成とし、いわばビームポインティングの変動をフィードバックさせる構成とすることも可能である。
このような構成として移動手段によりレンズを偏心させることにより、より大きいビームポインティングの変動を補正することが可能となる。
【００７５】
以上のように、本発明によれば、非線形光学結晶の製造誤差などによりウォークオフ方向のビーム径が変化しても、つねに所望の縦横比（たとえば１：１）のビームが得られる。もちろん、同様の方法で、発散角の変化にも対応することができる。熱レンズ効果によるポインティングの経時変化に対しても、スリットを設けることで補正可能である。更に、筐体の歪等にも起因するような比較的大きいビームポインティングのずれに対しては、レンズ等を光軸に垂直な面内で移動させ、いわばレンズを偏心させる構成とすることでこのずれを解消することができ、ビームポインティングを常に一定に保つことができる。
【００７６】
なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、その他本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。非線形光学結晶により変換される変換波は第２高調波に限定されることなく、第３高調波、和周波混合、パラメトリック発振によるもの等種々の波長変換態様とし得る。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザー装置の概略構成図である。
【図２】第２高調波のビームプロファイルの一例を示す図である。
【図３】Ａ〜Ｃは、本発明の実施の形態に係るレーザー装置においてビーム形状の補正態様を説明する説明図である。
【図４】第２高調波のビームプロファイルの一例を示す図である。
【図５】第２高調波のビームプロファイルの一例を示す図である。
【図６】Ａ〜Ｃは、本発明の実施の形態に係るレーザー装置においてビーム形状の補正態様を説明する説明図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るレーザー装置の概略構成図である。
【図８】第２高調波のビームプロファイルの一例を示す図である。
【図９】第２高調波のビームプロファイルの一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係るレーザー装置の概略構成図である。
【図１１】第２高調波のビームプロファイルの一例を示す図である。
【図１２】第２高調波のビームプロファイルの一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係るレーザー装置の概略構成図である。
【図１４】第２高調波のビームプロファイルの一例を示す図である。
【図１５】第２高調波のビームプロファイルの一例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係るレーザー装置の概略構成図である。
【図１７】本発明の実施の形態に係るレーザー装置の概略構成図である。
【図１８】従来のレーザー装置の一例の概略構成図である。
【図１９】非線形光学結晶内の変換波の伝搬態様を示す図である。
【図２０】非線形光学結晶におけるウォークオフの概念図である。
【図２１】従来のレーザー装置の位置英の概略構成図である。
【図２２】ビームポインティングの経時変化を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１．共振器、２．非線形光学結晶、３．シリンドリカルレンズ、４．シリンドリカルレンズ、５．シリンドリカルレンズ、６．シリンドリカルレンズ、７．スリット、８．シリンドリカルレンズ、ミラー、１０．レンズ、１１．ミラー、１２．アウトプットミラー、１３．ミラー、１４．ミラー、２０．光源、３０．レンズ群
【図１】
0004826558.tif 000005
【図２】
0004826558.tif 000006
【図３】
0004826558.tif 000007
【図４】
0004826558.tif 000008
【図５】
0004826558.tif 000009
【図６】
0004826558.tif 000010
【図７】
0004826558.tif 000011
【図８】
0004826558.tif 000012
【図９】
0004826558.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
0004826558.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
0004826558.tif 000017
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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