(57)【要約】【課題】  単一のヒータにより、非線形結晶ユニットホルダを介して２つの波長変換素子を個別温度に加熱する構造であるため、２つの波長変換素子を個別の最適温度にすることが困難であつた。【解決手段】  一端がレーザ透過部材１４によつて密閉され、他端がレーザ透過部材１５によつて密閉されるユニットケース１と、ユニットケース１の内部空間１ｃに離隔して配設される第１，第２の波長変換素子組立体Ａ，Ｂと、温度調節器１２とを備え、第１，第２の波長変換素子組立体Ａ，Ｂの内の少なくとも一方が、波長変換素子７，８を一部を接触させて収容する筒状のケース９と、波長変換素子７，８を加熱する電気的加熱手段１０と、波長変換素子７，８の温度を検出する温度センサ１１とを有し、温度センサ１１の検出値と波長変換素子７，８の目標温度とを比較し、波長変換素子７，８の温度が目標温度になるように電気的加熱手段１０を温度調節器１２によつて制御する。【選択図】        図１
2005215186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端開口部（１ａ）が第１のレーザ透過部材（１４）によつて密閉され、他端開口部（１ｂ）が第２のレーザ透過部材（１５）によつて密閉されて、内部空間（１ｃ）に気体を封入させるユニットケース（１）と、ユニットケース（１）の内部空間（１ｃ）に離隔して配設される第１，第２の波長変換素子組立体（Ａ，Ｂ）と、温度調節器（１２）とを備え、
第１の波長変換素子組立体（Ａ）が、非臨界位相整合温度が室温以上の非線形光学結晶からなり、第１のレーザ透過部材（１４）から入射させるレーザ光の波長を第１の高調波に変換する第１の波長変換素子（７）を有し、
第２の波長変換素子組立体（Ｂ）が、非臨界位相整合温度が室温以上の非線形光学結晶からなり、第１の波長変換素子（７）によつて変換させた第１の高調波を第２の高調波に変換し、第２のレーザ透過部材（１５）から出射させる第２の波長変換素子（８）を有すると共に、
第１の波長変換素子組立体（Ａ）及び第２の波長変換素子組立体（Ｂ）の内の少なくとも一方が、前記波長変換素子（７，８）を一部を接触させて収容する筒状のケース（９）と、ケース（９）に内装され、波長変換素子（７，８）を加熱する電気的加熱手段（１０）と、波長変換素子（７，８）の温度を検出する温度センサ（１１）とを有し、
温度センサ（１１）の検出値と組をなす波長変換素子（７，８）の非臨界位相整合温度に対応する目標温度とを比較し、該波長変換素子（７，８）の温度が目標温度になるように電気的加熱手段（１０）を温度調節器（１２）によつて制御することを特徴とするレーザ波長変換ユニット。
【請求項２】
一端開口部（１ａ）が第１のレーザ透過部材（１４）によつて密閉され、他端開口部（１ｂ）が第２のレーザ透過部材（１５）によつて密閉されて、内部空間（１ｃ）に気体を封入させるユニットケース（１）と、ユニットケース（１）の内部空間（１ｃ）に離隔して配設される第１，第２の波長変換素子組立体（Ａ，Ｂ）と、温度調節器（１２）とを備え、
第１の波長変換素子組立体（Ａ）が、非臨界位相整合温度が室温以上の非線形光学結晶からなり、第１のレーザ透過部材（１４）から入射させるレーザ光の波長を第１の高調波に変換する第１の波長変換素子（７）と、前記第１の波長変換素子（７）を一部を接触させて収容する筒状のケース（９）と、ケース（９）に内装され、波長変換素子（７）を加熱する電気的加熱手段（１０）と、第１の波長変換素子（７）の温度を検出する温度センサ（１１）とを有し、
第２の波長変換素子組立体（Ｂ）が、非臨界位相整合温度が室温以上の非線形光学結晶からなり、第１の波長変換素子（７）によつて変換させた第１の高調波を第２の高調波に変換し、第２のレーザ透過部材（１５）から出射させる第２の波長変換素子（８）と、前記第２の波長変換素子（８）を一部を接触させて収容する筒状のケース（９）と、ケース（９）に内装され、波長変換素子（８）を加熱する電気的加熱手段（１０）と、第２の波長変換素子（８）の温度を検出する温度センサ（１１）とを有し、
各温度センサ（１１）の検出値と組をなす波長変換素子（７，８）の非臨界位相整合温度に対応する目標温度とを比較し、各波長変換素子（７，８）の温度がそれぞれの目標温度になるように各電気的加熱手段（１０）を温度調節器（１２）によつて制御することを特徴とするレーザ波長変換ユニット。
【請求項３】
ケース（９）が、金属製であることを特徴とする請求項１又は２のレーザ波長変換ユニット。
【請求項４】
ユニットケース（１）の内部空間（１ｃ）の気体を循環させるファン（１３）を有することを特徴とする請求項１，２又は３のレーザ波長変換ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ発振器から発せられたレーザ光の基本波を波長変換波に変換させるためのレーザ波長変換ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ発振器から発せられたレーザ光が波長変換波（高調波）に変換されて各種加工に使用されている。レーザ光の波長変換には、非線形光学結晶の複屈折を利用する波長変換素子が使用され、特許文献１，２に記載されるように、波長変換素子の温度制御により、波長変換素子による波長変換時に位相整合角を調整するものが知られている。波長変換素子の温度制御により、波長変換素子による波長変換時の位相整合角を調整すれば、簡単に変換効率を高くすることができる。
【０００３】
レーザ光を波長変換する波長変換素子は、入射するレーザ光若しくは波長変換した高調波のレーザ光の一部が素子に吸収され、このエネルギー吸収によつて発生する熱で使用中に温度上昇し、非臨界位相整合温度（ＮＣＰＭ）に保つことが困難になるため、波長変換素子の温度制御により、波長変換素子による波長変換時の位相整合角を調整し、高効率での変換を可能にすることが望まれる。
【０００４】
特許文献１に記載されるものは、図５に示されるレーザ波長変換素子１１４の温度調整を図４に示すペルチェ素子７４によつて行うもので、図４，図５に示されるように基板４８と設置台７２との間にペルチェ素子７４が挿入されている。図５に示されるように光波長変換素子１１４を内蔵するパッケージ３８は、半導体レーザ１１０及び光波長変換素子１１４からなるＬＤ−ＳＨＧユニット２０とコリメータレンズ３６とを気密封止した状態で、基板４８上に固定されている。パッケージ３８の窓板４２Ｂの外側には、光波長変換素子１１４の前方出射端面から出射した第二高調波６２（基本波３４を含む）を平行光化するコリメータレンズ６４が、基板４８上に固定して配置されている。
【０００５】
ＬＤ−ＳＨＧユニット２０には、半導体レーザ１１０の後方出射端面から発散光状態で出射したレーザビーム（後方出射光）３４Ｒを平行光化するコリメータレンズ３６が取り付けられている。ＬＤ−ＳＨＧユニット２０及びコリメータレンズ３６は、気密封止部材としてのパッケージ３８内にドライ窒素等の不活性ガス又はドライ空気と共に気密封止され、パッケージ３８内に固定されている。
【０００６】
パッケージ３８には、半導体レーザ１１０からの後方出射光３４Ｒが透過する窓孔４０Ａと光波長変換素子１１４からの前方出射光６２が透過する窓孔４０Ｂとが形成され、この窓孔４０Ａと窓孔４０Ｂには、それぞれ透明な窓板４２Ａと窓板４２Ｂとが気密状態を保つように被着されている。ミラー１１２と半導体レーザ１１０の前方出射端面とで、外部共振器を構成している。７５は防塵用カバーであり、防塵用カバー７５により覆われた装置内部には、装置内の温度を調節するためのサーミスタ（図示せず）が設けられており、サーミスタの出力に基づいて、装置内部が使用環境で光学系が結露しない温度範囲（例えば、使用環境温度が３０℃であれば、３０℃以上）に維持されるようにペルチェ素子７４を制御する。
【０００７】
しかして、図外の温度制御装置によりペルチェ素子７４を制御し、防塵用カバー７５内を例えば３０℃以上の所定温度範囲に維持する。なお、２２はＬＤ−ＳＨＧユニット２０を固定する基板、５６は狭帯域バンドパスフィルタ、６６はＩＲカットフィルタ、７０はフォトダイオードである。
【０００８】
特許文献２に記載されるものは、レーザ発振器から出力されるレーザ光を基本波として非線形光学結晶である波長変換素子（高調波発生素子）を用いて波長変換を行う構成において、第二高調波を発生する波長変換素子と、第二高調波を入射させることにより第四高調波を発生させる別の波長変換素子とを有し、２つの波長変換素子が同一の非線形結晶ユニットにより温度管理される。
【０００９】
すなわち、図６において、１６９は入射するレーザ光を基本波として第二高調波を発生する波長変換素子、１７０は整形光学素子１７１によつて第四高調波発生に最適なビーム形状にされた波長変換素子１６９によつて発生した第二高調波を第四高調波に変換するための波長変換素子、１８２は波長変換素子１６９を保持断熱するための非線形結晶ユニットホルダ、１６８は波長変換素子１７０を保持断熱するための非線形結晶ユニットホルダ、１８３は整形光学素子１７１を保持すると共に周りからの熱影響を遮断するための断熱材からなる整形光学素子ホルダ、１６７は波長変換素子１６９，１７０の温度を一定に保持するための温調ヒータ、１６６は非線形結晶ユニットを熱的に遮断するための断熱材、１６５は非線形結晶ユニットをレーザ装置等に取り付けるための非線形結晶ユニットベースである。
【００１０】
しかして、温調ヒータ１６７の設定温度を一定に制御することによつて、非線形結晶ユニットホルダ１８２，１８３の熱伝導率を各々の非線形結晶に合わせて最適な材料を選択することによつて、波長変換素子１６９，１７０が異なつた最適温度を必要とする場合においても、１つの温調ヒータ１６７によつて両波長変換素子１６９，１７０の温度を最適な値に保持することが可能となり、また、複数の非線形結晶を用いる場合に生じる振動等の外乱に対してもユニット化することによつて安定した波長変換を実現できる波長変換装置を実現する、としている。
【特許文献１】特開２００１−３１８３９６号公報
【特許文献２】特開２００３−４６１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載されるものは、ペルチェ素子７４により、基板４８を介してパッケージ３８を加熱又は冷却し、パッケージ３８に内蔵する光波長変換素子１１４を所定温度に加熱又は冷却する構造であるため、ペルチェ素子７４からなる加熱・冷却手段の熱が光波長変換素子１１４の加熱又は冷却に有効活用され難いのみならず、光波長変換素子１１４に所定の目標温度を正確かつ速やかに与えることが困難であるという課題が存在している。
【００１２】
特許文献２に記載されるものは、波長変換素子１６９，１７０が異なつた最適温度を必要とする場合において、単一の温調ヒータ１６７により、保持断熱するための非線形結晶ユニットホルダ１８２，１６８を介して２つの波長変換素子１６９，１７０を個別目標温度に加熱する構造であるため、非線形結晶ユニットホルダ１８２，１６８の熱伝導率を各々の非線形結晶に合わせて最適に選択するという困難な作業を伴い、２つの高調波発生結晶１６９，１７０を個別の最適温度にすることが極めて困難であつた。
【００１３】
特に、非線形結晶ユニットベース１６５に設ける断熱材１６６内に、温調ヒータ１６７、非線形結晶ユニットホルダ１８２，１６８及び波長変換素子１６９，１７０を順次に配設しているため、隣接する波長変換素子１６９，１７０同士が熱的に影響し合うと共に、何らかの理由により、いずれか一方の波長変換素子１６９，１７０のみが目標の最適温度よりも高温になつたとき、これを目標温度にまで速やかに降温させることが困難であつた。従つて、複数の波長変換素子の個別の目標温度への温度制御により、波長変換素子による波長変換時に位相整合角を調整し、変換効率を高くすることが困難であつた。
【００１４】
特に、第三高調波以上の高調波発生には、２つ以上の波長変換素子が必要になり、異なる組成の非線形光学結晶を使用し、若しくは同一組成の非線形光学結晶であつても発生する高調波によつて非臨界位相整合温度が異なつてくるため、２つ以上の波長変換素子をそれぞれ異なる温度に安定して保つことが望ましく、従つて、隣接する波長変換素子の温度に影響されることなく波長変換素子を独立して温度管理可能であることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、１つのユニットの中に複数の波長変換素子を配置して第三高調波以上の高調波発生をするレーザ波長変換ユニットにおいて、複数の波長変換素子を独立したヒータによつて個別に正確かつ容易に温度管理できるようにしたレーザ波長変換ユニットを提供することを目的としている。温度制御する波長変換素子による位相整合角の調整は、非臨界位相整合を使用することができ、非臨界位相整合では、非線形光学結晶内での基本波と高調波との間の角度のずれ角が生じないという利点があるため、これによつて高効率で高調波への変換を可能にするものである。
【００１６】
本発明の構成は、次の通りである。
請求項１の発明は、一端開口部１ａが第１のレーザ透過部材１４によつて密閉され、他端開口部１ｂが第２のレーザ透過部材１５によつて密閉されて、内部空間１ｃに気体を封入させるユニットケース１と、ユニットケース１の内部空間１ｃに離隔して配設される第１，第２の波長変換素子組立体Ａ，Ｂと、温度調節器１２とを備え、
第１の波長変換素子組立体Ａが、非臨界位相整合温度が室温以上の非線形光学結晶からなり、第１のレーザ透過部材１４から入射させるレーザ光の波長を第１の高調波に変換する第１の波長変換素子７を有し、
第２の波長変換素子組立体が、非臨界位相整合温度が室温以上の非線形光学結晶からなり、第１の波長変換素子７によつて変換させた第１の高調波を第２の高調波に変換し、第２のレーザ透過部材１５から出射させる第２の波長変換素子８を有すると共に、
第１の波長変換素子組立体Ａ及び第２の波長変換素子組立体Ｂの内の少なくとも一方が、前記波長変換素子７，８を一部を接触させて収容する筒状のケース９と、ケース９に内装され、波長変換素子７，８を加熱する電気的加熱手段（１０）と、波長変換素子７，８の温度を検出する温度センサ１１とを有し、
温度センサ１１の検出値と組をなす波長変換素子７，８の非臨界位相整合温度に対応する目標温度とを比較し、該波長変換素子７，８の温度が目標温度になるように電気的加熱手段（１０）を温度調節器１２によつて制御することを特徴とするレーザ波長変換ユニットである。
請求項２の発明は、一端開口部１ａが第１のレーザ透過部材１４によつて密閉され、他端開口部１ｂが第２のレーザ透過部材１５によつて密閉されて、内部空間１ｃに気体を封入させるユニットケース１と、ユニットケース１の内部空間１ｃに離隔して配設される第１，第２の波長変換素子組立体Ａ，Ｂと、温度調節器１２とを備え、
第１の波長変換素子組立体Ａが、非臨界位相整合温度が室温以上の非線形光学結晶からなり、第１のレーザ透過部材１４から入射させるレーザ光の波長を第１の高調波に変換する第１の波長変換素子７と、前記第１の波長変換素子７を一部を接触させて収容する筒状のケース９と、ケース９に内装され、波長変換素子７を加熱する電気的加熱手段（１０）と、第１の波長変換素子７の温度を検出する温度センサ１１とを有し、
第２の波長変換素子組立体が、非臨界位相整合温度が室温以上の非線形光学結晶からなり、第１の波長変換素子７によつて変換させた第１の高調波を第２の高調波に変換し、第２のレーザ透過部材１５から出射させる第２の波長変換素子８と、前記第２の波長変換素子８を一部を接触させて収容する筒状のケース９と、ケース９に内装され、波長変換素子８を加熱する電気的加熱手段（１０）と、第２の波長変換素子８の温度を検出する温度センサ１１とを有し、
各温度センサ１１の検出値と組をなす波長変換素子７，８の非臨界位相整合温度に対応する目標温度とを比較し、各波長変換素子７，８の温度がそれぞれの目標温度になるように各電気的加熱手段（１０）を温度調節器１２によつて制御することを特徴とするレーザ波長変換ユニットである。
請求項３の発明は、ケース９が、金属製であることを特徴とする請求項１又は２のレーザ波長変換ユニットである。
請求項４の発明は、ユニットケース１の内部空間１ｃの気体を循環させるファン１３を有することを特徴とする請求項１，２又は３のレーザ波長変換ユニットである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るレーザ波長変換ユニットによれば、次の効果を奏することができる。
請求項１に係る発明によれば、第１，第２の波長変換素子組立体をユニットケースの内部空間に離隔して配設すると共に、第１の波長変換素子組立体及び第２の波長変換素子組立体の内の少なくとも一方が、筒状のケースに波長変換素子、温度センサ及び電気的加熱手段を収容し、該波長変換素子を筒状のケースで覆つて専用の電気的加熱手段によつて加熱する。これにより、速やか、かつ、精度良く室温以上の非臨界位相整合温度に保つことができる。
【００１８】
加えて、複数の波長変換素子を密閉状態のユニットケースの内部空間に離隔して配置し、ユニットケースの内部空間に気体を封入させた状態で隣接する波長変換素子からの熱影響を抑制させたので、独立して目標温度への温度制御ができる。その結果、効率よく安定した第三高調波、第四高調波といつた高調波を発生できる効果を奏することができる。
【００１９】
請求項２に係る発明によれば、筒状の各ケースに波長変換素子、温度センサ及び各波長変換素子を個別に加熱する電気的加熱手段を組をなすように収容するので、各波長変換素子を、速やか、かつ、精度良く室温以上の非臨界位相整合温度に保つことができる。
【００２０】
加えて、複数の波長変換素子及び金属製のケースを密閉状態のユニットケースの内部空間に離隔して配置し、ユニットケースの内部空間に気体を封入させた状態で隣接する波長変換素子からの熱影響を抑制させたので、複数の波長変換素子を独立して目標温度に温度制御することができる。その結果、効率よく安定した第三高調波、第四高調波といつた高調波を発生できる効果を奏する。
【００２１】
また、請求項１及び２に係る発明によれば、ユニットケースを密閉構造としたことにより、ユニットケースの内部空間及び各波長変換素子の付近の温度の急激な変化が抑制されると共に、ユニットケースの内部空間を外部と遮断することになるので、湿度やオイルミスト、マーキングや加工により発生する微細な粉塵から波長変換素子を保護できる。その結果、波長変換素子の使用寿命を長くできる効果を奏することができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、波長変換素子を一部を接触させて収容する筒状のケースが熱伝導の良い金属製であるので、波長変換素子を、更に速やか、かつ、精度良く非臨界位相整合温度に保つことができる。
【００２３】
請求項４に係る発明によれば、複数の波長変換素子組立体を密閉状態のユニットケースの内部に離隔して配置した状態で、ユニットケースの内部空間の空気又は雰囲気ガスをファンによつて循環させるので、隣接する波長変換素子からの熱による局部的影響を防止しながら、各波長変換素子を個別の目標温度に良好に制御して、安定した第三高調波、第四高調波といつた高調波を効率よく発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１〜図３は、本発明に係るレーザ波長変換ユニットの１実施の形態を示す。図３中において符号１はユニットケースであり、ＹＡＧレーザ等の固体パルスレーザを発生するレーザ発振器２からのレーザ光Ｌ（基本波）がユニットケース１内の後記する複数の波長変換素子７，８によつて次々に波長変換されて高調波となり、分離ミラー３によつて所定の高調波（第三高調波、第四高調波等）のみが反射され、対物レンズ４によつて集光されて、移動するステージ５上に載せた対象物にマーキングや加工がなされる。６は、分離ミラー３を透過するレーザ光を吸収するレーザ終端器である。
【００２５】
ユニットケース１は、２つの波長変換素子組立体Ａ，Ｂを収容するものであり、図１に示すように一端開口部１ａが第１のレーザ透過部材１４（透明な窓板）によつて密閉され、他端開口部１ｂが第２のレーザ透過部材１５（透明な窓板）によつて密閉されて、内部空間１ｃに乾燥した気体（空気又は雰囲気ガス）を封入させてある。第１のレーザ透過部材１４は、レーザ発振器２からのレーザ光Ｌ（基本波）を入射させ、第２のレーザ透過部材１５は、波長変換後のレーザ光（混合波）を分離ミラー３に向けて出射させる。
【００２６】
ユニットケース１の内部空間１ｃの第１，第２のレーザ透過部材１４，１５を結ぶ光軸上には、第１のレーザ透過部材１４側から順次に、レンズ１６ａ、第１の波長変換素子組立体Ａ、レンズ１６ｂ、第２の波長変換素子組立体Ｂ及びレンズ１６ｃが配設されている。また、ユニットケース１の内部空間１ｃには、気体を循環させるファン１３が配設されている。
【００２７】
第１の波長変換素子組立体Ａは、第１のレーザ透過部材１４から入射させるレーザ光（基本波）の波長を第１の高調波（第二高調波）に変換する第二高調波用波長変換素子である第１の波長変換素子７と、第１の波長変換素子７が一部を熱伝導可能に接触・固定させて収容される筒状の金属製のケース９と、ケース９に内装され、第１の波長変換素子７を加熱する第１の電気的加熱手段であるヒータ１０と、ケース９に内装され、第１の波長変換素子７の温度を検出する温度センサ１１とを有する。
【００２８】
波長変換素子組立体Ｂは、第１の波長変換素子７を通過した基本波を含む第１の高調波（第二高調波）の波長を第２の高調波（第三高調波等）に変換する第三高調波用波長変換素子である第２の波長変換素子８と、第２の波長変換素子８が一部を熱伝導可能に接触・固定させて収容される筒状の金属製のケース９と、ケース９に内装され、第２の波長変換素子８を加熱する第２の電気的加熱手段であるヒータ１０と、ケース９に内装され、第２の波長変換素子８の温度を検出する温度センサ１１とを有する。
【００２９】
各温度センサ１１は、温度調節器１２に接続されている。温度調節器１２は、第１の波長変換素子組立体Ａにおいて、温度センサ１１の検出値と組をなす波長変換素子７の室温以上の目標温度つまり非臨界位相整合温度とを比較し、波長変換素子７の温度が非臨界位相整合温度になるように組をなすヒータ１０を制御すると共に、第２の波長変換素子組立体Ｂにおいて、温度センサ１１の検出値と組をなす波長変換素子８の室温以上の目標温度つまり非臨界位相整合温度とを比較し、波長変換素子８の温度が非臨界位相整合温度になるように組をなすヒータ１０を制御する。金属製のケース９は、図２に示すように断熱材からなる支持部材１７を介してユニットケース１の内壁に固設されている。このケース９は、波長変換素子７，８のレーザ光が入射する端面と出射する端面の２面を除いて、可及的に広い面積で各波長変換素子７，８に密着することが温度調節を効果的に行う上で望ましい。
【００３０】
２つの波長変換素子７，８は、非臨界位相整合温度が室温以上で相互に相違する温度の非線形光学結晶であり、各波長変換素子７，８の目標温度は、その材料に固有の非臨界位相整合温度である。勿論、各波長変換素子７，８の非臨界位相整合温度は、各ヒータ１０を作動させない状態で、レーザ光の通過により生じ得る温度より以上の温度に選定してある。波長変換素子７，８に入射するレーザ光は出射するレーザ光よりも高エネルギーであり、そのエネルギー差の一部は、波長変換素子７，８を通過する際に熱に変換され、波長変換素子７，８の温度を上昇させるため、この上昇温度よりも各波長変換素子７，８の非臨界位相整合温度の方を高く選定してある。
【００３１】
また、第１の波長変換素子組立体Ａと第２の波長変換素子組立体Ｂとは離隔して配置されるから、第１の波長変換素子７と第２の波長変換素子８とが離隔して配置されると共に、隣接する金属製のケース９，９同士も離隔して配置されている。
【００３２】
このようなレーザ波長変換ユニットによれば、レーザ発振器２からの固体レーザからなるレーザ光（基本波）が第１のレーザ透過部材１４からユニットケース１の内部空間１ｃに入射し、レンズ１６ａによつてビーム形状を整えて第１の波長変換素子７の材料に固有の入射角で入射した後、第１の波長変換素子７を通過する。第１の波長変換素子７を通過したレーザ光は、基本波を含む第１の高調波（第二高調波）となり、レンズ１６ｂによつてビーム形状を整えて第２の波長変換素子８の材料に固有の入射角で入射した後、第２の波長変換素子８を通過する。第２の波長変換素子８を通過したレーザ光は、第１の高調波（第二高調波）の波長が第２の高調波（第三高調波等）に変換され、変換されずに残る基本波及び第１の高調波（第二高調波）と共にレンズ１６ｃによつてビーム形状を整えられ、第２のレーザ透過部材１５を透過する。
【００３３】
第２のレーザ透過部材１５を透過したレーザ光（混合波）は、分離ミラー３において第２の高調波（第三高調波等）のみが反射され、対物レンズ４によつて集光されて、移動するステージ５上に載せた対象物にマーキングや加工がなされる。分離ミラー３を透過するレーザ光（基本波及び第二高調波）は、レーザ終端器６によつて吸収される。
【００３４】
このようなレーザ波長変換ユニットの動作中において、第１，第２の波長変換素子７，８が次のように温度制御される。なお、低出力のレーザ発振器及びレーザ波長変換素子では、レーザ波長変換素子の温度調整を行つて波長変換に必要な位相整合角のずれを防止するが、高出力の装置では、レーザのエネルギー吸収による温度上昇が大きくなるため、波長変換素子の角度調整装置により出力の調整を行うのが通常である。
【００３５】
当初、第１，第２の波長変換素子７，８は、それぞれの近傍に非接触で配置させてケース９に収容したヒータ１０により、室温以上の目標温度に個別に加熱される。各ヒータ１０は、対応する第１，第２の波長変換素子７，８及び対応する金属製のケース９を加熱するので、第１，第２の波長変換素子７，８は、気体を介して昇温すると共に、各金属製のケース９からの熱伝導によつて昇温する。
【００３６】
この各波長変換素子７，８の温度は、対応する各温度センサ１１によつてモニタされ、温度調節器１２からの信号により、対応するヒータ１０の電流値を個別に制御し、室温以上の各目標温度に維持する。
【００３７】
第１，第２の波長変換素子７，８の使用により、入射するレーザ光の一部が波長変換素子７，８を通過する際に熱に変換され、各波長変換素子７，８の温度を上昇させる。その際、各温度センサ１１により対応する波長変換素子７，８の温度を常時測定しているので、各ヒータ１０に流す電流値を個別に調節して非臨界位相整合温度からのずれを補正する。但し、各波長変換素子７，８の目標温度は、ユニットケース１内でレーザ光のみの通過により生じ得る温度より以上の温度に選定してあるから、目標温度を超える温度への上昇は、ヒータ１０を切ることによつて確実に防止される。特に、一方のヒータ１０を切断し、他方のヒータ１０を作動させて他方の波長変換素子７又は８を目標温度に維持させた状態で、切断したヒータ１０に対応する波長変換素子８又は７は目標温度以下に降温するように、各波長変換素子７，８の非臨界位相整合温度を選定してある。
【００３８】
各金属製のケース９は、筒状をなし、収容する波長変換素子７，８のレーザ光が入射する面と出射する面の２面を除いて、各波長変換素子７，８に少なくとも一部が密着して各波長変換素子７，８を覆つているので、熱伝導により各波長変換素子７，８の昇温及び降温が速やかになされ、各波長変換素子７，８が各適正な個別目標温度に容易に制御される。また、第１，第２の波長変換素子組立体Ａ，Ｂが、ユニットケース１の内部空間１ｃに気体を介在させて離隔して配設されているので、個別のヒータ１０を装備することとも相まつて、隣接するケース９の内部温度同士が影響し合うことが良好に抑制される。
【００３９】
すなわち、ヒータ１０及び温度センサ１１を支持する金属製のケース９は、ヒータ１０の熱を短時間に組をなす波長変換素子７，８に伝達すると共に、組をなす波長変換素子７，８が目標温度以上に上昇したときに、短時間に放熱するように機能する。
【００４０】
一方の波長変換素子７，８又は金属製のケース９から放熱される熱は、隣接する波長変換素子８，７に影響を与える傾向を呈するが、ユニットケース１内の熱は壁面から大気に排出されるので、安定状態では、内部空間１ｃの温度は両非臨界位相整合温度以下の一定に保たれるようになる。
【００４１】
ファン１３で内部空間１ｃの空気又は雰囲気ガスを循環させることにより、内部空間１ｃの温度は更に均一化される。すなわち、ユニットケース１の内部空間１ｃの空気又は雰囲気ガスをファン１３によつて循環させ、ユニットケース１内の温度を均一化させれば、波長変換素子７，８及びヒータ１０からの熱がユニットケース１から外部に適当に伝熱除去されるので、ユニットケース１の内部空間１ｃの温度が各波長変換素子７，８の適正な個別目標温度未満に維持される。
【００４２】
なお、ファン１３の付近に電気的加熱手段であるヒータ（図示せず）を設け、ユニットケース１の内部空間１ｃの温度を制御することもできる。ヒータ（図示せず）を設けてユニットケース１の内部空間１ｃの温度を制御するときは、第１の波長変換素子組立体Ａ及び第２の波長変換素子組立体Ｂの内の一方の組をなすケース９、ヒータ１０及び温度センサ１１を省略し、ユニットケース１の内部空間１ｃの温度自体を温度センサ（図示せず）によつて検出しながら、第１の波長変換素子組立体Ａ及び第２の波長変換素子組立体Ｂの内の一方の波長変換素子７又は８の温度を目標温度に制御することができる。他方の波長変換素子８又は７の温度は、対応するヒータ１０によつて目標温度に制御することができる。
【００４３】
更に、入射するレーザ光と出射するレーザ光とが透過する第１，第２のレーザ透過部材１４，１５をユニットケース１に設け、ユニットケース１をレーザ透過部材１４，１５によつて密閉させたので、レーザ光によるマーキングや加工の際に発生する微細な粉塵がユニットケース１内に侵入することが防止され、波長変換素子７，８が保護される。波長変換素子７，８のレーザ光入射面にユニットケース１の外部で発生した微細な粉塵などが付着すると、波長変換素子７，８に局部的な温度上昇が生じ、クラックなどが発生して波長変換素子７，８が損傷する。密閉されたユニットケース１は、湿気やオイルミストなどによる波長変換素子７，８の劣化も防止する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の１実施の形態に係るレーザ波長変換ユニットを一部切開して示す図。
【図２】同じく波長変換素子組立体の取り付け状態を示す図。
【図３】同じくレーザ波長変換ユニットを備えるレーザ加工装置を示す図。
【図４】従来例を示す図。
【図５】従来例を示す図。
【図６】従来例を示す図。
【符号の説明】
【００４５】
１：ユニットケース
１ａ：一端開口部
１ｂ：他端開口部
１ｃ：内部空間
２：レーザ発振器
５：ステージ
７：第１の波長変換素子
８：第２の波長変換素子
９：ケース
１０：ヒータ（電気的加熱手段）
１１：温度センサ
１２：温度調節器
１３：ファン
１４：第１のレーザ透過部材
１５：第２のレーザ透過部材
Ａ：第１の波長変換素子組立体
Ｂ：第２の波長変換素子組立体
【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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