(57)【要約】【課題】波長変換効率の良い波長変換装置、及びそれを利用したレーザ装置を提供する。【解決手段】波長変換結晶１から射出した２倍波は、波長変換結晶２に入射しその一部が４倍波に波長変換される。波長変換結晶２から射出した２倍波と基本波は、ダイクロイックミラー２３１で反射され、波長変換結晶３に入射し、その一部が、３倍波に波長変換される。波長変換結晶３からの３倍波はダイクロイックミラー２３２で反射された後ダイクロイックミラー２３３を透過し、波長変換結晶２から射出しミラー２０１で反射されダイクロイックミラー２３３で反射された４倍波とほぼ同軸になり波長変換結晶４に入射し、その一部は７倍波に波長変換される。波長変換結晶４から射出した７倍波はダイクロイックミラー２３４で反射され、波長変換結晶３から射出しダイクロイックミラー２３２を透過しミラー２０２、２０３で反射された後さらにダイクロイックミラー２３４を透過した基本波とほぼ同軸になり、波長変換結晶５に入射し、その一部が８倍波である１９３ｎｍの光に波長変換される。【選択図】  図１
2005010402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光が入射し、４倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光に含まれる４倍波と、基本波・２倍波とを分離する光路偏向素子と、分離された前記基本波・２倍波が入射し、３倍波が出力されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力光に含まれる３倍波と基本波とを分離する光路偏向素子と、前記４倍波と前記３倍波を合成する光路偏向素子と、合成された前記３倍波と前記４倍波が入射し、７倍波が出力されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記基本波とを合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記基本波とが入射し、８倍波が出力されるように調整された第５の波長変換器とを有することを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】
基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光が入射し、４倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光に含まれる４倍波と、基本波・２倍波とを分離する光路偏向素子と、分離された前記基本波・２倍波が入射し、３倍波が出力されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力光に含まれる３倍波と基本波とを分離する光路偏向素子と、前記４倍波と前記３倍波を合成する光路偏向素子と、合成された前記３倍波と前記４倍波が入射し、７倍波が出力されるように調整された第４の波長変換器と、前記分離された基本波・２倍波から基本波と２倍波を分離する光路偏向素子と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記分離された基本波とを合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記基本波とが入射し、８倍波が出力されるように調整された第５の波長変換器とを有することを特徴とする波長変換装置。
【請求項３】
基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光が入射し、４倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光に含まれる４倍波と、基本波・２倍波とを分離する光路偏向素子と、分離された前記基本波・２倍波が入射し、３倍波が出力されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力光に含まれる３倍波・２倍波と、基本波とを分離する光路偏向素子と、前記分離された３倍波・２倍波から３倍波と２倍波を分離する光路偏向素子と、前記４倍波と前記分離された３倍波を合成する光路偏向素子と、合成された前記３倍波と前記４倍波が入射し、７倍波が出力されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記基本波とを合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記基本波とが入射し、８倍波が出力されるように調整された第５の波長変換器とを有することを特徴とする波長変換装置。
【請求項４】
基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光が入射し、４倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光が入射し、３倍波が出力されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力に含まれる３倍波・４倍波と、基本波とを分離する光路偏向素子と、前記分離された３倍波・４倍波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記分離された基本波を合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記分離された基本波が入射し、８倍波が形成されるように調整された第５の波長変換器とを有することを特徴とする波長変換装置。
【請求項５】
基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光が入射し、４倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光が入射し、３倍波が出力されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力に含まれる３倍波・４倍波と基本波・２倍波とを分離する光路偏向素子と、前記分離された３倍波・４倍波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、前記分離された基本波・２倍波の基本波と２倍波を分離する光路偏向素子と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記分離された基本波を合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記分離された基本波が入射し、８倍波が形成されるように調整された第５の波長変換器とを有することを特徴とする波長変換装置。
【請求項６】
基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力を基本波と２倍波とに分離する光路偏向素子と、分離された２倍波が入射し、４倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力に含まれる２倍波と４倍波とを分離する光路偏向素子と、前記分離された基本波と、前記分離された２倍波とを合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された基本波と前記分離された２倍波とが入射し、３倍波が形成されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力に含まれる３倍波と基本波・２倍波とを分離する光路偏向素子と、前記分離された４倍波と前記分離された３倍波を合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された４倍波と前記分離された３倍波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と、前記第３の変換器の出力光から分離された基本波とを合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記第３の変換器の出力光から分離された基本波が入射し、８倍波が形成されるように調整された第５の波長変換器を有することを特徴とする波長変換装置。
【請求項７】
基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力を基本波と２倍波とに分離する光路偏向素子と、分離された２倍波が入射し、４倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力に含まれる２倍波と４倍波とを分離する光路偏向素子と、前記分離された基本波と、前記分離された２倍波とを合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された基本波と前記分離された２倍波とが入射し、３倍波が形成されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力に含まれる３倍波と基本波・２倍波とを分離する光路偏向素子と、前記分離された４倍波と前記分離された３倍波を合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された４倍波と前記分離された３倍波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、前記分離された基本波・２倍波から基本波と２倍波を分離する光路偏向素子と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と、前記分離された基本波とを合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記分離された基本波が入射し、８倍波が形成されるように調整された第５の波長変換器を有することを特徴とする波長変換装置。
【請求項８】
基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力を基本波と２倍波とに分離する光路偏向素子と、分離された２倍波が入射し、４倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力に含まれる２倍波と４倍波とを分離する光路偏向素子と、前記分離された基本波と、前記分離された２倍波とを合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された基本波と、前記分離された２倍波とが入射し、３倍波が形成されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力に含まれる３倍波・２倍波と基本波とを分離する光路偏向素子と、分離された３倍波・２倍波を３倍波と２倍波とに分離する光路偏向素子と、前記分離された４倍波と前記分離された３倍波を合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された４倍波と前記分離された３倍波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と、前記第３の変換器の出力光から分離された基本波とを合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記第３の変換器の出力光から分離された基本波が入射し、８倍波が形成されるように調整された第５の波長変換器を有することを特徴とする波長変換装置。
【請求項９】
基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光が入射し、３倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光に含まれる基本波と、２倍波・３倍波を分離する光路偏向素子と、前記分離された２倍波と３倍波を分離する光路偏向素子と、前記分離された３倍波が入射し、６倍波が形成されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力光に含まれる３倍波と６倍波を分離する光路偏向素子と、前記分離された基本波と前記分離された６倍波とを合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された基本波と前記分離された６倍波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、前記分離された２倍波と、第３の波長変換器の出力光から分離された３倍波とを合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された２倍波と、第３の波長変換器の出力光から分離された３倍波が入射し、基本波が形成されるように調整された第５の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と、第５の波長変換器の出力光のうち少なくとも基本波を含む光とを合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光うち少なくとも７倍波を含む光と、第５の波長変換器の出力光のうち少なくとも基本波を含む光が入射し、８倍波が形成されるように調整された第６の波長変換器を有することを特徴とする波長変換装置。
【請求項１０】
基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光を基本波と２倍波に分離する光路偏向素子と、分離された２倍波が入射し、４倍波が形成されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光が入射し、６倍波が形成されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力光の出力光のうち少なくとも６倍波を含む光と前記分離された基本波を合成する光路偏向素子と、合成された第３の波長変換器の出力光のうち少なくとも６倍波を含む光と前記分離された基本波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光を、７倍波を含み基本波を含まない光と、基本波を含み７倍波を含まない光に分離する光路偏向素子と、前記分離された７倍波を含み基本波を含まない光と、前記分離された基本波を含み７倍波を含まない光を再び合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された７倍波を含み基本波を含まない光と、前記分離された基本波を含み７倍波を含まない光が入射し、８倍波が形成されるように調整されている第５の波長変換器を有することを特徴とする波長変換装置。
【請求項１１】
基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光を基本波と２倍波に分離する光路偏向素子と、分離された２倍波が入射し、４倍波が形成されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光が入射し、６倍波が形成されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力光の出力光のうち少なくとも６倍波を含む光と前記分離された基本波を合成する光路偏向素子と、合成された第３の波長変換器の出力光のうち少なくとも６倍波を含む光と前記分離された基本波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光が入射し、８倍波が形成されるように調整されている第５の波長変換器を有することを特徴とする波長変換装置。
【請求項１２】
基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光を基本波と２倍波に分離する光路偏向素子と、分離された２倍波が入射し、４倍波が形成されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光の２倍波と４倍波を分離する光路偏向素子と、分離された前記２倍波と前記４倍波を再び合成する光路偏向素子と、合成された前記２倍波と前記４倍波が入射し、６倍波が形成されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力光の出力光のうち少なくとも６倍波を含む光と前記分離された基本波を合成する光路偏向素子と、合成された第３の波長変換器の出力光のうち少なくとも６倍波を含む光と前記分離された基本波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光を、７倍波を含み基本波を含まない光と、基本波を含み７倍波を含まない光に分離する光路偏向素子と、前記分離された７倍波を含み基本波を含まない光と、前記分離された基本波を含み７倍波を含まない光を再び合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された７倍波を含み基本波を含まない光と、前記分離された基本波を含み７倍波を含まない光が入射し、８倍波が形成されるように調整されている第５の波長変換器を有することを特徴とする波長変換装置。
【請求項１３】
基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光を基本波と２倍波に分離する光路偏向素子と、分離された２倍波が入射し、４倍波が形成されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光の２倍波と４倍波を分離する光路偏向素子と、分離された前記２倍波と前記４倍波を再び合成する光路偏向素子と、合成された前記２倍波と前記４倍波が入射し、６倍波が形成されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力光の出力光のうち少なくとも６倍波を含む光と前記分離された基本波を合成する光路偏向素子と、合成された第３の波長変換器の出力光のうち少なくとも６倍波を含む光と前記分離された基本波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光が入射し、８倍波が形成されるように調整されている第５の波長変換器を有することを特徴とする波長変換装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のうちいずれか１項に記載の波長変換装置を有し、レーザ光源から放出されるレーザ光を、その８倍波として放出する機能を有することを特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長の長いレーザ光の波長変換を行い、その８倍波である紫外光を発生することが可能な波長変換装置、及びそれを使用したレーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、１９３ｎｍの光を発生させる固体レーザとして、波長１５４７ｎｍの半導体レーザの光を、ファイバーアンプや半導体アンプなどで増幅し、その増幅した１５４７ｎｍの基本波を、波長変換光学系により８倍波に波長変換し１９３ｎｍの光を得るものが用いられている。以下、図６及び図７を用いて従来の波長変換光学系の説明をする。半導体レーザやファイバーアンプ等の光増幅部分の説明はここでは説明しないが、例えば特開２０００−２００７４７号公報（特許文献１）等に記載されて公知となっている。
【０００３】
図６では、ファイバーアンプ等で増幅された基本波が波長変換結晶１０１に入射し、基本波の一部の光が２倍波に波長変換される。波長変換結晶１０１としては、ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）、ＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＬｉＮｂＯ３）、ＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＫＴｉＯＰＯ４）などあるが、これらに限定されない。
【０００４】
波長変換結晶１０１から射出した基本波と２倍波は、波長変換結晶１０２に入射し、基本波と２倍波の一部が３倍波に波長変換される。波長変換結晶１０２としては、ＬＢＯ、ＰＰＬＮ、ＰＰＫＴＰなどあるが、これに限定されない。
【０００５】
波長変換結晶１０２から射出した基本波と２倍波と３倍波の光は、ダイクロイックミラー３３１に入射し、基本波と２倍波は透過し、３倍波は反射される。ダイクロイックミラー３３１を透過した２倍波はダイクロイックミラー３３２で反射され、波長変換結晶１０３に入射し２倍波の一部が４倍波に波長変換される。波長変換結晶１０３としては、ＬＢＯ、ＰＰＬＮ、ＰＰＫＴＰなどあるが、これに限定されない。
【０００６】
波長変換結晶１０３から射出した４倍波は、ダイクロイックミラー３３３で反射され、ダイクロイックミラー３３１およびミラー３０４で反射されてダイクロイックミラー３３３を透過した３倍波とほぼ同軸になり、波長変換結晶１０４に入射し、３倍波と４倍波の一部が７倍波に波長変換される。波長変換結晶１０４としては、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）などあるが、これに限定されない。
【０００７】
波長変換結晶１０４から射出した７倍波はダイクロイックミラー３３４で反射され、ダイクロイックミラー３３１、３３２を透過してミラー３０１、３０２、３０３で反射されて、ダイクロイックミラー３３４を透過した基本波とほぼ同軸になり、波長変換結晶に１０５に入射する。そして、基本波と７倍波の一部が、８倍波である１９３ｎｍの光に波長変換される。波長変換結晶１０５としては、ＬＢＯ、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）、ＢＢＯなどあるが、これらに限定されない。
【０００８】
次に図７の波長変換光学系を説明するが、図６に示す波長変換光学系とは、途中で発生する光の波長が異なる。ファイバーアンプ等で増幅された基本波のうち、その一部がハーフミラー３３５で反射され、残りが透過する。
【０００９】
ハーフミラー３３５を透過した基本波は波長変換結晶１０６に入射し、基本波の一部の光が２倍波に波長変換される。波長変換結晶１０６としては、ＬＢＯ、ＰＰＬＮ、ＰＰＫＴＰなどあるが、これらに限定されない。
【００１０】
波長変換結晶１０６から射出した基本波と２倍波は波長変換結晶１０７で基本波と２倍波の一部が３倍波に波長変換される。波長変換結晶１０７としては、ＬＢＯ、ＰＰＬＮ、ＰＰＫＴＰなどあるが、これらに限定されない。
【００１１】
波長変換結晶１０７から射出した基本波と３倍波は、ダイクロイックミラー３３６に入射し、基本波は透過し、３倍波は反射される。ダイクロイックミラー３３６で反射された３倍波はミラー３０６で反射され、波長変換結晶１０８に入射し３倍波の一部が６倍波に波長変換される。波長変換結晶１０８としては、ＣＬＢＯ、ＢＢＯなどあるが、これらに限定されない。
【００１２】
波長変換結晶１０８から射出した６倍波は、ダイクロイックミラー３３７で反射され、ダイクロイックミラー３３６を透過しミラー３０５で反射され、さらにダイクロイックミラー３３７を透過した基本波とほぼ同軸になり、波長変換結晶１０９に入射し、基本波と６倍波の一部が７倍波に波長変換される。波長変換結晶１０９としては、ＢＢＯ、ＣＬＢＯなどあるが、これらに限定されない。
【００１３】
波長変換結晶１０９から射出した７倍波はダイクロイックミラー３３８で反射され、ハーフミラー３３５とミラー３０７をで反射されたのち、ダイクロイックミラー３３８を透過した基本波とほぼ同軸になり、波長変換結晶に１１０に入射し、基本波と７倍波の一部が、８倍波である１９３ｎｍの光に波長変換される。波長変換結晶１１０としては、ＬＢＯ、ＣＬＢＯ、ＢＢＯなどあるが、これに限定されない。
【００１４】
なお、図６及び図７の光学系では、レンズや波長板の記載を省略しているが、実際の光学系では所望の場所に配置されている。
【００１５】
【特許文献１】特開２０００−２００７４７号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示す波長変換光学系では、波長変換結晶１０４で７倍波を発生させる際に、入射する３倍波及び４倍波のパワー比を最適化するため、３倍波を発生させる波長変換結晶１０２の変換効率を調整する必要があった。具体的には波長変換結晶１０２の変換効率が最大になるように調整すると、４倍波を作製するための２倍波のパワーが低くなり、２倍波から４倍波を発生させたときに十分な４倍波のパワーが得られないという問題があった。これは変換効率が入射した光パワーの二乗に比例するためである。
【００１７】
また、図７に示した波長変換光学系では、基本波を２倍波、３倍波、７倍波及び８倍波の発生に使用するため、８倍波を発生させる段階では基本波パワーが低くなりすぎ、８倍波がほとんど発生しないという問題があった。そこで８倍波発生用に、ハーフミラー３３５を用いて基本波の一部を取り出している。しかし基本波の一部を取り出した分、２倍波から７倍波までの変換効率が下がるという問題があった。
【００１８】
また図７に示す波長変換光学系では、波長変換結晶１０７から射出した２倍波や波長変換結晶１０８から射出した３倍波などには、まだ十分なパワーが残っているのに使わず捨ててしまうという問題もあった。
【００１９】
このように、従来行なっていた波長変換光学系では、
（１）変換効率を下げる調整をする必要がある
（２）パワーがまだ余っている波長の光を無駄にしている
（３）１つの波長を何度も波長変換に使用するため、その波長のパワーが足りなくなる
などの問題などが生じていた。これらの問題は、波長変換光学系において波長変換を行う箇所が少ない場合にはほとんど問題にならないが、多段になると問題になる。
【００２０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、上記問題点の少なくとも１つを解決し、波長変換効率の良い波長変換装置、及びそれを利用したレーザ装置を提供することを課題とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光が入射し、４倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光に含まれる４倍波と、基本波・２倍波とを分離する光路偏向素子と、分離された前記基本波・２倍波が入射し、３倍波が出力されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力光に含まれる３倍波と基本波とを分離する光路偏向素子と、前記４倍波と前記３倍波を合成する光路偏向素子と、合成された前記３倍波と前記４倍波が入射し、７倍波が出力されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記基本波とを合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記基本波とが入射し、８倍波が出力されるように調整された第５の波長変換器とを有することを特徴とする波長変換装置（請求項１）である。
【００２２】
前記課題を解決するための第２の手段は、基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光が入射し、４倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光に含まれる４倍波と、基本波・２倍波とを分離する光路偏向素子と、分離された前記基本波・２倍波が入射し、３倍波が出力されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力光に含まれる３倍波と基本波とを分離する光路偏向素子と、前記４倍波と前記３倍波を合成する光路偏向素子と、合成された前記３倍波と前記４倍波が入射し、７倍波が出力されるように調整された第４の波長変換器と、前記分離された基本波・２倍波から基本波と２倍波を分離する光路偏向素子と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記分離された基本波とを合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記基本波とが入射し、８倍波が出力されるように調整された第５の波長変換器とを有することを特徴とする波長変換装置（請求項２）である。
【００２３】
前記課題を解決するための第３の手段は、基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光が入射し、４倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光に含まれる４倍波と、基本波・２倍波とを分離する光路偏向素子と、分離された前記基本波・２倍波が入射し、３倍波が出力されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力光に含まれる３倍波・２倍波と、基本波とを分離する光路偏向素子と、前記分離された３倍波・２倍波から３倍波と２倍波を分離する光路偏向素子と、前記４倍波と前記分離された３倍波を合成する光路偏向素子と、合成された前記３倍波と前記４倍波が入射し、７倍波が出力されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記基本波とを合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記基本波とが入射し、８倍波が出力されるように調整された第５の波長変換器とを有することを特徴とする波長変換装置（請求項３）である。
【００２４】
前記課題を解決するための第４の手段は、基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和と差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光が入射し、４倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光が入射し、３倍波が出力されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力に含まれる３倍波・４倍波と基本波とを分離する光路偏向素子と、前記分離された３倍波・４倍波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記分離された基本波とを合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記分離された基本波が入射し、８倍波が形成されるように調整された第５の波長変換器とを有することを特徴とする波長変換装置（請求項４）である。
【００２５】
前記課題を解決するための第５の手段は、基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光が入射し、４倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光が入射し、３倍波が出力されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力に含まれる３倍波・４倍波と基本波・２倍波とを分離する光路偏向素子と、前記分離された３倍波・４倍波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、前記分離された基本波・２倍波の基本波と２倍波を分離する光路偏向素子と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記分離された基本波を合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記分離された基本波が入射し、８倍波が形成されるように調整された第５の波長変換器とを有することを特徴とする波長変換装置（請求項５）である。
【００２６】
前記課題を解決するための第６の手段は、基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力を基本波と２倍波とに分離する光路偏向素子と、分離された２倍波が入射し、４倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力に含まれる２倍波と４倍波とを分離する光路偏向素子と、前記分離された基本波と、前記分離された２倍波とを合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された基本波と前記分離された２倍波とが入射し、３倍波が形成されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力に含まれる３倍波と基本波・２倍波とを分離する光路偏向素子と、前記分離された４倍波と前記分離された３倍波を合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された４倍波と前記分離された３倍波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と、前記第３の変換器の出力光から分離された基本波とを合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記第３の変換器の出力光から分離された基本波が入射し、８倍波が形成されるように調整された第５の波長変換器を有することを特徴とする波長変換装置（請求項６）である。
【００２７】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第の手段であって、基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力を基本波と２倍波とに分離する光路偏向素子と、分離された２倍波が入射し、４倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力に含まれる２倍波と４倍波とを分離する光路偏向素子と、前記分離された基本波と、前記分離された２倍波とを合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された基本波と前記分離された２倍波とが入射し、３倍波が形成されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力に含まれる３倍波と基本波・２倍波とを分離する光路偏向素子と、前記分離された４倍波と前記分離された３倍波を合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された４倍波と前記分離された３倍波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、前記分離された基本波・２倍波から基本波と２倍波を分離する光路偏向素子と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と、前記分離された基本波とを合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記分離された基本波が入射し、８倍波が形成されるように調整された第５の波長変換器を有することを特徴とする波長変換装置（請求項７）である。
【００２８】
前記課題を解決するための第８の手段は、基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力を基本波と２倍波とに分離する光路偏向素子と、分離された２倍波が入射し、４倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力に含まれる２倍波と４倍波とを分離する光路偏向素子と、前記分離された基本波と、前記分離された２倍波とを合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された基本波と、前記分離された２倍波とが入射し、３倍波が形成されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力に含まれる３倍波・２倍波と基本波とを分離する光路偏向素子と、分離された３倍波・２倍波を３倍波と２倍波とに分離する光路偏向素子と、前記分離された４倍波と前記分離された３倍波を合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された４倍波と前記分離された３倍波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と、前記第３の変換器の出力光から分離された基本波とを合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と前記第３の変換器の出力光から分離された基本波が入射し、８倍波が形成されるように調整された第５の波長変換器を有することを特徴とする波長変換装置（請求項８）である。
【００２９】
前記課題を解決するための第９の手段は、基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光が入射し、３倍波が出力されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光に含まれる基本波と、２倍波・３倍波を分離する光路偏向素子と、前記分離された２倍波と３倍波を分離する光路偏向素子と、前記分離された３倍波が入射し、６倍波が形成されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力光に含まれる３倍波と６倍波を分離する光路偏向素子と、前記分離された基本波と前記分離された６倍波とを合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された基本波と前記分離された６倍波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、前記分離された２倍波と、第３の波長変換器の出力光から分離された３倍波とを合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された２倍波と、第３の波長変換器の出力光から分離された３倍波が入射し、基本波が形成されるように調整された第５の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光のうち少なくとも７倍波を含む光と、第５の波長変換器の出力光のうち少なくとも基本波を含む光とを合成する光路偏向素子と、合成された第４の波長変換器の出力光うち少なくとも７倍波を含む光と、第５の波長変換器の出力光のうち少なくとも基本波を含む光が入射し、８倍波が形成されるように調整された第６の波長変換器を有することを特徴とする波長変換装置（請求項９）である。
【００３０】
前記課題を解決するための第１０の手段は、基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光を基本波と２倍波に分離する光路偏向素子と、分離された２倍波が入射し、４倍波が形成されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光が入射し、６倍波が形成されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力光の出力光のうち少なくとも６倍波を含む光と前記分離された基本波を合成する光路偏向素子と、合成された第３の波長変換器の出力光のうち少なくとも６倍波を含む光と前記分離された基本波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光を、７倍波を含み基本波を含まない光と、基本波を含み７倍波を含まない光に分離する光路偏向素子と、前記分離された７倍波を含み基本波を含まない光と、前記分離された基本波を含み７倍波を含まない光を再び合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された７倍波を含み基本波を含まない光と、前記分離された基本波を含み７倍波を含まない光が入射し、８倍波が形成されるように調整されている第５の波長変換器を有することを特徴とする波長変換装置（請求項１０）である。
【００３１】
前記課題を解決するための第１１の手段は、基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光を基本波と２倍波に分離する光路偏向素子と、分離された２倍波が入射し、４倍波が形成されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光が入射し、６倍波が形成されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力光の出力光のうち少なくとも６倍波を含む光と前記分離された基本波を合成する光路偏向素子と、合成された第３の波長変換器の出力光のうち少なくとも６倍波を含む光と前記分離された基本波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光が入射し、８倍波が形成されるように調整されている第５の波長変換器を有することを特徴とする波長変換装置（請求項１１）である。
【００３２】
前記課題を解決するための第１２の手段は、基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光を基本波と２倍波に分離する光路偏向素子と、分離された２倍波が入射し、４倍波が形成されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光の２倍波と４倍波を分離する光路偏向素子と、分離された前記２倍波と前記４倍波を再び合成する光路偏向素子と、合成された前記２倍波と前記４倍波が入射し、６倍波が形成されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力光の出力光のうち少なくとも６倍波を含む光と前記分離された基本波を合成する光路偏向素子と、合成された第３の波長変換器の出力光のうち少なくとも６倍波を含む光と前記分離された基本波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光を、７倍波を含み基本波を含まない光と、基本波を含み７倍波を含まない光に分離する光路偏向素子と、前記分離された７倍波を含み基本波を含まない光と、前記分離された基本波を含み７倍波を含まない光を再び合成する光路偏向素子と、合成された前記分離された７倍波を含み基本波を含まない光と、前記分離された基本波を含み７倍波を含まない光が入射し、８倍波が形成されるように調整されている第５の波長変換器を有することを特徴とする波長変換装置（請求項１２）である。
【００３３】
前記課題を解決するための第１３の手段は、基本波から、その８倍波を形成する波長変換装置であって、入射する光の一部を、それらの波数の和又は差の波数を有する光に変換する波長変換器と光路偏向素子とを有してなり、基本波が入射し、２倍波が出力されるように調整された第１の波長変換器と、第１の波長変換器の出力光を基本波と２倍波に分離する光路偏向素子と、分離された２倍波が入射し、４倍波が形成されるように調整された第２の波長変換器と、第２の波長変換器の出力光の２倍波と４倍波を分離する光路偏向素子と、分離された前記２倍波と前記４倍波を再び合成する光路偏向素子と、合成された前記２倍波と前記４倍波が入射し、６倍波が形成されるように調整された第３の波長変換器と、第３の波長変換器の出力光の出力光のうち少なくとも６倍波を含む光と前記分離された基本波を合成する光路偏向素子と、合成された第３の波長変換器の出力光のうち少なくとも６倍波を含む光と前記分離された基本波が入射し、７倍波が形成されるように調整された第４の波長変換器と、第４の波長変換器の出力光が入射し、８倍波が形成されるように調整されている第５の波長変換器を有することを特徴とする波長変換装置（請求項１３）である。
【００３４】
前記課題を解決するための第１４の手段は、前記第１の手段から第１３の手段のいずれかの波長変換装置を有し、レーザ光源から放出されるレーザ光を、その８倍波として放出する機能を有することを特徴とするレーザ装置（請求項１４）である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態である波長変換装置の構成を示す図である。なお、実際の波長変換装置には、光束を波長変換結晶に収束させる等の働きをするレンズ系が用いられているが、以下の実施の形態を示す図においては、これらの記載を省略し、説明も省略する。
【００３６】
図１において、ファイバーアンプ等で増幅された基本波が波長変換結晶１に入射し、基本波の一部の光が２倍波に波長変換される。波長変換結晶１としてはＬＢＯ、ＰＰＬＮ、ＰＰＫＴＰなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００３７】
波長変換結晶１から射出した２倍波は、波長変換結晶２に入射し２倍波の一部が４倍波に波長変換される。波長変換結晶２としてはＬＢＯ、ＰＰＬＮ、ＰＰＫＴＰなどが用いられるが、これに限定されない。
【００３８】
波長変換結晶２から射出した２倍波と、波長変換結晶１から射出し波長変換結晶２を透過した基本波は、ほぼ同軸のままダイクロイックミラー２３１で反射され、波長変換結晶３に入射する。波長変換結晶３に入射した基本波と２倍波の一部が、３倍波に波長変換される。波長変換結晶３としては、ＬＢＯ、ＰＰＬＮ、ＰＰＫＴＰなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００３９】
波長変換結晶３からは基本波、２倍波及び３倍波が射出するが、そのうち３倍波はダイクロイックミラー２３２で反射された後ダイクロイックミラー２３３を透過し、波長変換結晶２から射出しミラー２０１で反射されダイクロイックミラー２３３で反射された４倍波とほぼ同軸になり波長変換結晶４に入射する。波長変換結晶４に入射した３倍波と４倍波の一部は７倍波に波長変換される。波長変換結晶４としては、ＢＢＯなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００４０】
波長変換結晶４から射出した７倍波はダイクロイックミラー２３４で反射され、波長変換結晶３から射出しダイクロイックミラー２３２を透過し、ミラー２０２、２０３で反射された後さらにダイクロイックミラー２３４を透過した基本波とほぼ同軸になり、波長変換結晶５に入射する。波長変換結晶５に入射した基本波と７倍波の一部が８倍波である１９３ｎｍの光に波長変換される。波長変換結晶５としては、ＬＢＯ、ＣＬＢＯ、ＢＢＯなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００４１】
本実施の形態では、２倍波を発生させるための波長変換結晶１の直後に、４倍波を発生させるための波長変換結晶２を配置したため、従来問題となっていた３倍波発生に伴う２倍波のパワー低下がほとんどなく、４倍波を高い波長変換効率で得られる。これは波長変換の変換効率が入力光パワーの２乗に比例するためである。
【００４２】
また４倍波への波長変換を、３倍波波長への波長変換より先に行なうため、３倍波を形成するための２倍波のパワーが下がるが、それでも、７倍波を発生するのに必要な３倍波のパワーは十分に得られる。それ故、従来例で行なっていた３倍波の変換効率を調整する作業が必要なくなり、波長変換の各段階で変換効率が最大になるように調整すればよい。
【００４３】
また、ダイクロイックミラー２３２は、２倍波を反射するものであっても透過するものであってもよい。さらに、ダイクロイックミラー２３２が２倍波を透過するものの場合は、ミラー２０２又はミラー２０３をダイクロイックミラーとし、２倍波を透過し基本波を反射するものとして、余分な２倍波を系外に捨てるようにしてもよい。さらに、ダイクロイックミラー２３２が２倍波を透過するものの場合は、その直後にもう一つのダイクロイックミラーを置き、２倍波を系外に捨て、３倍波のみを波長変換結晶４に導くようにしてもよい。又、波長変換結晶４から出射する光をダイクロイックミラーにより分離し、７倍波のみを波長変換結晶５に導くようにしてもよい。
【００４４】
図２は、本発明の第２の実施の形態である波長変換装置の構成を示す図である。図２に示す実施の形態においては、ファイバーアンプ等で増幅された基本波が波長変換結晶６に入射し、基本波の一部の光が２倍波に波長変換される。波長変換結晶６としては、ＬＢＯ、ＰＰＬＮ、ＰＰＫＴＰなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００４５】
波長変換結晶６から射出した２倍波は、波長変換結晶７に入射し２倍波の一部が４倍波に波長変換される。波長変換結晶７としては、ＧｄＹＣＯＢ、ＰＰＬＮ、ＰＰＫＴＰなどのＮｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｐｈａｓｅ  Ｍａｔｃｈ（ＮＣＰＭ）や、ＬＢＯやＢＢＯなどにｗａｌｋ−ｏｆｆ補正を施したものなどが用いられるが、これらに限定されない。この波長変換結晶に必要な特性として、変換される光がＮＣＰＭによる波長変換とほぼ同じビーム形状が得られる特性をもっている波長変換結晶が望ましい。
【００４６】
波長変換結晶６から射出し波長変換結晶７を透過した基本波と波長変換結晶７から射出した２倍波は、ほぼ同軸のまま波長変換結晶８に入射する。波長変換結晶８に入射した基本波と２倍波の一部が３倍波に波長変換される。波長変換結晶３としては、ＬＢＯ、ＰＰＬＮ、ＰＰＫＴＰなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００４７】
波長変換結晶７から射出した３倍波と、波長変換結晶６から射出した４倍波とは、ほぼ同軸になり、ダイクロイックミラー２３５で反射されたのち波長変換結晶９に入射する。
【００４８】
波長変換結晶９に入射した３倍波と４倍波の一部は７倍波に波長変換される。波長変換結晶９としては、ＢＢＯなどが用いられるが、これらに限定されない。波長変換結晶９から射出した７倍波はダイクロイックミラー２３６で反射され、波長変換結晶８から射出しダイクロイックミラー２３５を透過してミラー２０４、２０５で反射されてさらにダイクロイックミラー２３６を透過した基本波とほぼ同軸になり、波長変換結晶１０に入射する。波長変換結晶１０に入射した基本波と７倍波の一部が８倍波である１９３ｎｍの光に波長変換される。波長変換結晶１０としては、ＬＢＯ、ＣＬＢＯ、ＢＢＯなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００４９】
本実施の形態では、波長変換結晶７から発生する４倍波のビーム形状がガウシアンビームもしくはそれに近い形状であることから、波長変換光学系を簡略化することができる。
【００５０】
具体的には第１の実施の形態では、７倍波を発生させるために３倍波と４倍波が空間的に分離したため、それらを再度ほぼ同軸にする必要があったが、本実施例では３倍波と４倍波はつねにほぼ同軸にあるため、再結合する必要がない。
【００５１】
なお、ダイクロイックミラー２３５は、２倍波を反射するものであっても透過するものであってもよい。さらに、ダイクロイックミラー２３５が２倍波を透過するものの場合は、ミラー２０４又はミラー２０５をダイクロイックミラーとし、２倍波を透過し基本波を反射するものとして、余分な２倍波を系外に捨てるようにしてもよい。又、波長変換結晶９から出射する光をダイクロイックミラーにより分離し、７倍波のみを波長変換結晶１０に導くようにしてもよい。
【００５２】
図３は、本発明の第３の実施の形態である波長変換装置の構成を示す図である。第３の実施の形態では、第１の実施の形態と異なる点だけを説明する。第３の実施の形態は、第１の実施の形態とは、波長変換結晶１と波長変換結晶２の間で、基本波と２倍波を分離する点が異なる。
【００５３】
すなわち、ダイクロイックミラー２４７は、２倍波を透過して波長変換結晶２に導くと共に、基本波を反射する。反射された基本波は、ミラー２１２で反射され、ダイクロイックミラー２４８で反射されて、波長変換結晶２から射出しダイクロイックミラー２３１で反射された２倍波とほぼ同軸になって、波長変換結晶３に入射する。このような構成にすることで、波長変換結晶２のＡＲコートを単波長用のものとすることができ、技術的に容易になる。
【００５４】
図４は、本発明の第４の実施の形態である波長変換装置の構成を示す図である。図４においては、ファイバーアンプ等で増幅された基本波が波長変換結晶１１に入射し、基本波の一部の光が２倍波に波長変換される。波長変換結晶１１としては、ＬＢＯ、ＰＰＬＮ、ＰＰＫＴＰなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００５５】
波長変換結晶１１から射出した基本波と２倍波は、波長変換結晶１２に入射し基本波と２倍波の一部が３倍波に波長変換される。波長変換結晶１２としては、ＬＢＯ、ＰＰＬＮ、ＰＰＫＴＰなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００５６】
波長変換結晶１２から射出した基本波、２倍波および３倍波のうち、基本波はダイクロイックミラー２３７を透過し、２倍波及び３倍波はダイクロイックミラー２３７で反射される。ダイクロイックミラー２３７で反射された２倍波と３倍波のうち、３倍波はダイクロイックミラー２３８で反射され、波長変換結晶１３に入射する。波長変換結晶１３に入射した３倍波の一部が６倍波に波長変換される。波長変換結晶１３としては、ＣＬＢＯ，ＢＢＯなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００５７】
波長変換結晶１３から射出した６倍は、ダイクロイックミラー２３９を透過したのちダイクロイックミラー２４１で反射されて、ダイクロイックミラー２３７を透過しミラー２０６で反射されてダイクロイックミラー２４１を透過した基本波とほぼ同軸になり、波長変換結晶１４に入射する。波長変換結晶１４に入射した基本波と６倍波は、その一部が７倍波に波長変換される。波長変換結晶１４としては、ＣＬＢＯ，ＢＢＯなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００５８】
波長変換結晶１３から射出した３倍波は、ダイクロイックミラー２３９で反射されたのちにダイクロイックミラー２４０で反射され、ダイクロイックミラー２３８を透過しミラー２０７で反射されダイクロイックミラー２４０を透過した２倍波とほぼ同軸になり、波長変換結晶１５に入射する。波長変換結晶１５に入射した２倍波と３倍波の一部が基本波に波長変換される。波長変換結晶１５としては、ＬＢＯ、ＰＰＬＮ、ＰＰＫＴＰなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００５９】
波長変換結晶１４から射出した７倍波と、波長変換結晶１５から射出した基本波は、ダイクロイックミラー２４２でほぼ同軸になり、波長変換結晶１６に入射する。波長変換結晶１６に入射した基本波と７倍波は、その一部が８倍波に波長変換される。波長変換結晶１６としては、ＣＬＢＯ，ＢＢＯなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００６０】
本実施の形態では、不必要になった２倍波及び３倍波の光を再利用することにより、波長変換光学系の変換効率を向上している。具体的には、波長変換結晶１２から射出する２倍波と波長変換結晶１３から射出する３倍波とから、波長変換結晶１５を用いて基本波を再発生させていることを特徴とする。このような光学系にすることにより、図７に示した従来例のように、８倍波を発生させるために基本波の一部を取り出す必要が無い。
【００６１】
なお、波長変換結晶１５の直後にダイクロイックミラーを置き、基本波のみを波長変換結晶１６に導くようにしてもよい。同様、波長変換結晶１４の直後にダイクロイックミラーを置き、７倍波のみを波長変換結晶１６に導くようにしてもよい。
【００６２】
図５は、本発明の第５の実施の形態である波長変換装置の構成を示す図である。図５においては、ファイバーアンプ等で増幅された基本波が波長変換結晶１７に入射し、基本波の一部の光が２倍波に波長変換される。波長変換結晶１７としては、ＬＢＯ、ＰＰＬＮ、ＰＰＫＴＰなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００６３】
波長変換結晶１７から射出した２倍波は、ダイクロイックミラー２４３を透過し、波長変換結晶１８に入射し、２倍波の一部が４倍波に波長変換される。波長変換結晶１８としては、ＬＢＯ、ＰＰＬＮ、ＰＰＫＴＰなどが用いられるが、これに限定されない。
【００６４】
ほぼ同軸で波長変換結晶１８から射出した２倍波と４倍波は、波長変換結晶１９に入射し、２倍波と４倍波の一部が６倍波に波長変換される。波長変換結晶としては、ＣＬＢＯ、ＢＢＯなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００６５】
波長変換結晶１９から射出した６倍波は、ミラー２０８で反射されダイクロイックミラー２４４で反射された後、波長変換結晶１７から射出した後ダイクロイックミラー２４３とミラー２０９で反射されてダイクロイックミラー２４４を透過した基本波と、ほぼ同軸になり波長変換結晶２０に入射する。波長変換結晶２０に入射した基本波と６倍波の一部が７倍波に波長変換される。波長変換結晶としては、ＣＬＢＯ、ＢＢＯなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００６６】
波長変換結晶２０から射出した基本波と７倍波のうち、７倍波はダイクロイックミラー２４５で反射され、基本波はダイクロイックミラー２４５を透過して、一度空間的に分離される。ダイクロイックミラー２４５で反射されてダイクロイックミラー２４６でも反射された７倍波は、ダイクロイックミラー２４５を透過しミラー２１０及び２１１で反射された後ダイクロイックミラー２４６を透過した基本波と、再度ほぼ同軸になり、波長変換結晶２１に入射する。波長変換結晶２１に入射した基本波と７倍波の一部が８倍波に波長変換される。波長変換結晶としては、ＣＬＢＯ、ＢＢＯなどが用いられるが、これらに限定されない。
【００６７】
波長変換結晶２０の後で、基本波と７倍波を一度分離するのは、波長変換結晶２０による波長変換で発生するｗａｌｋ−ｏｆｆを打ち消すために、基本波と７倍波のレンズ系が異なるためである。従ってＷａｌｋ−ｏｆｆが無い、もしくは非常に小さい場合には、分離することなく同じレンズ系にできるため、基本波と７倍波をほぼ同軸のまま波長変換結晶２１に入射させることができる。これは波長変換結晶１８でも同様で、波長変換結晶１８にｗａｌｋ−ｏｆｆがある場合には、波長変換結晶１８の後で２倍波と４倍波を一度分離し、異なるレンズ系を介したのち再びほぼ同軸に結合する必要がある。
【００６８】
本実施の形態のような構成にすると、全ての波長変換結晶において変換効率を調整する必要がなくなるため、調整が容易になる。
また、ミラー２０８をダイクロイックミラーに変えて、６倍波のみを反射するようにしてもよく、ダイクロイックミラー２４５では７倍波のみが反射されるようにし、かつ、ミラー２１０、又は２１１をダイクロイックミラーに変えて、基本波のみが反射されるようにしてもよい。
【００６９】
なお、特許請求の範囲及び課題を解決するための手段で用いられている「光路偏向素子」とは、実施の形態で示されるようなミラー、ハーフミラー、ダイクロイックミラーのように、入射する光の少なくとも一部の光路を変える働きをするものであり、例えばプリズムや格子等を含むものである。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、前述のような従来技術の問題点の少なくとも１つを解決し、波長変換効率の良い波長変換装置、及びそれを利用したレーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である波長変換装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態である波長変換装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態である波長変換装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態である波長変換装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態である波長変換装置の構成を示す図である。
【図６】従来の波長変換光学系の構成を示す図である。
【図７】従来の波長変換光学系の構成を示す図である。
態を説明する図
【符号の説明】
１〜２１…波長変換結晶
２０１〜２１２…ミラー
２３１〜２４８…ダイクロイックミラー
３３５…ハーフミラー
【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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【図７】
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