(57)【要約】【課題】  波長変換結晶のセッティングや部品交換を容易に、しかも正確かつ再現性より行えるようにする。【解決手段】  摘み棒３４を指で摘んで波長変換結晶２０を取り扱う。この結晶ホルダ３０では、ボルト４０がネジ孔３６ｂに螺合することで、ホルダ蓋３８がホルダ皿３６に対して位置合わせされると同時に、ホルダ蓋３８の貫通孔３８ｂに係合している摘み棒３４を通じてこれと一体結合している波長変換結晶２０もホルダ皿３６上で位置合わせされる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長を有する第１の光ビームを受光して第２の波長を有する第２の光ビームを生成する波長変換結晶の保持機構であって、
前記波長変換結晶に固着された摘み部材と、
前記波長変換結晶を載置するための載置部材と、
前記波長変換結晶を上から押えるための押え部材と、
前記波長変換結晶を挟んで前記載置部材と前記押え部材とを着脱可能に結合するための結合部と
を有する波長変換結晶の保持機構。
【請求項２】
前記摘み部材が前記波長変換結晶の側面に固着されている請求項１に記載の保持機構。
【請求項３】
前記摘み部材がロッド状に形成されている請求項１または請求項２に記載の保持機構。
【請求項４】
前記摘み部材が、前記波長変換結晶の側面と直交して延びる請求項１〜３に記載の保持機構。
【請求項５】
前記摘み部材が、前記波長変換結晶の光軸方向の中心部に固着されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の保持機構。
【請求項６】
前記摘み部材が、エポキシ系樹脂の接着剤で前記波長変換結晶に接着される請求項１〜５のいずれか一項に記載の保持機構。
【請求項７】
前記摘み部材がアルミニウムからなる請求項１〜６のいずれか一項に記載の保持機構。
【請求項８】
前記押え部材が、前記摘み部材と嵌合するための嵌合部を有する請求項１〜７のいずれか一項に記載の保持機構。
【請求項９】
前記押え部材の嵌合部が貫通孔であり、前記摘み部材が前記貫通孔に適当な遊びをもって挿通される請求項８に記載の保持機構。
【請求項１０】
前記載置部材が、前記波長変換結晶の下半部の側面と係合可能な溝部を有する請求項１〜９のいずれか一項に記載の保持機構。
【請求項１１】
前記波長変換結晶が四角柱の形状を有し、前記載置部材の溝部が前記波長変換結晶の第１の角部を底に置いてその両側の第１および第２の側面と接触する断面Ｖ字形の形状を有する請求項１０に記載の保持機構。
【請求項１２】
前記摘み部材が、前記波長変換結晶の前記第１の角部と反対側の第２の角部およびその両側の第３および第４の側面に固着される請求項１〜１１のいずれか一項に記載の保持機構。
【請求項１３】
前記押え部材が、前記波長変換結晶の前記第２の角部およびその両側の第３および第４の側面と接触する断面逆Ｖ字形の溝部を有する請求項１２に記載の保持機構。
【請求項１４】
前記押え部材が、弾力性と耐光性を有する材質からなる請求項１〜１３のいずれか一項に記載の保持機構。
【請求項１５】
前記押え部材がフッ素系樹脂からなる請求項１４に記載の保持機構。
【請求項１６】
前記載置部材が、前記押え部材よりも熱伝導率の高い材質からなる請求項１〜１５のいずれか一項に記載の保持機構。
【請求項１７】
前記載置部材が金属からなる請求項１６に記載の保持機構。
【請求項１８】
前記結合部が、
前記載置部材の所定箇所に設けられたネジ孔と、
前記押え部材の前記載置部材のネジ孔と対向する箇所に設けられた貫通孔と、
前記押え部材の貫通孔を介して前記載置部材のネジ孔と螺合するボルトと
を有する請求項１〜１７のいずれか一項に記載の保持機構。
【請求項１９】
前記波長変換結晶の温度を設定温度に維持するための温度制御部を有する請求項１〜１８のいずれか一項に記載の保持機構。
【請求項２０】
前記温度制御部が、前記載置部材に結合された熱交換器を有する請求項１９に記載の保持機構。
【請求項２１】
前記載置部材と前記押え部材との間に保持された前記波長変換結晶の光軸の向きを調整するための光軸合わせ部を有する請求項１〜２０のいずれか一項に記載の保持機構。
【請求項２２】
前記光軸合わせ部が、
前記載置台を支持する支持部と、
前記載置部材と前記押え部材との間に保持されている前記波長変換結晶の中心部を通る鉛直線を回転軸線とする第１の回転方向で前記波長変換結晶の光軸の向きを調整する第１の光軸調整部と、
前記載置部材と前記押え部材との間に保持されている前記波長変換結晶の中心部を光軸と直交して通る水平線を回転軸線とする第２の回転方向で前記波長変換結晶の光軸の向きを調整する第２の光軸調整部と
を有する請求項２１に記載の保持機構。
【請求項２３】
光学的に対向して配置された第１および第２の終端ミラーを有する光共振器と、
前記光共振器の光路上に配置された活性媒体と、
基本周波数の基本波レーザ光を生成するために前記活性媒体をポンピングする励起部と、
前記基本波レーザ光の２倍の周波数を有する第２高調波のレーザ光を生成するために前記光共振器の光路上に配置された波長変換結晶と、
前記光共振器の光路上で前記波長変換結晶を保持する請求項１〜２２のいずれか一項に記載の保持機構と、
前記光共振器の光路上に配置された高周波分離出力ミラーと
を有し、前記高調波分離出力ミラーが前記基本波レーザ光を前記光共振器の光路上に留めて前記第２高調波のレーザ光を前記光共振器の光路の外へ出力する高調波レーザ装置。
【請求項２４】
１つの偏光方向のみの光を通過させるために前記光共振器の光路上に配置された偏光素子を有する請求項２３に記載の高調波レーザ装置。
【請求項２５】
前記偏光素子の偏光方向が実質的に鉛直方向もしくは水平方向であり、前記波長変換結晶がその光学軸を前記偏光化方向に対して４５度傾けて前記保持機構に保持される請求項２４に記載の高調波レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高調波のレーザ光を発生する技術に係わり、より詳細には高調波の光ビームを生成するのに用いる波長変換結晶の保持機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度のレーザ光をある種の非線形光学結晶に入射すると、強い非線形光学効果により入射光の２倍、３倍、４倍などの周波数をもつ光が発生する。このような非線形光学結晶は波長変換結晶と称されている。
【０００３】
近年、波長変換結晶から発生させた高調波のレーザ光を用いるレーザ加工法が種々検討されている。本出願人は、特許文献１で、第１のＹＡＧレーザにより基本波長（１０６４ｎｍ）のＹＡＧパルスレーザ光を生成するとともに、第２のＹＡＧレーザにより第２高調波（５３２ｎｍ）のＱスイッチＹＡＧレーザ光を生成し、基本波ＹＡＧパルスレーザ光と第２高調波ＱスイッチＹＡＧレーザ光とを同光軸上に重畳して被溶接材に照射する２波長重畳レーザ溶接法を開示している。さらに、本出願人は、ジャインアントパルスではなく（つまりＱスイッチを使用しないで）ロングパルスの高調波レーザ光を生成してレーザ溶接に用いるレーザ溶接装置を提案している。ここで、ロングパルスのパルス幅は１００μ以上で、典型的には１〜３ｍｓである。
【特許文献１】特開２００２−２８７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような高調波レーザ光を発生させる波長変換結晶として、第２高調波（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）の生成にはＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4）結晶、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2Ｏ4）結晶を好適に使用することができ、第３高調波（ＴＨＧ：Third Harmonic Generation）の生成ではＬＢＯ結晶が好ましく、さらに第４高調波（ＦＨＧ：Fourth Harmonic Generation）の生成ではＢＢＯ結晶やＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6 Ｏ10）結晶を使用できる。一般に、この種の波長変換結晶は結晶構造に合わせてカッティングされ、角柱に形成される。この角柱形状の波長変換結晶は、長さが２０ｍｍ〜２５ｍｍ程度、断面の径が２ｍｍ〜４ｍｍ程度であり、手で扱うには結構小さいものである。
【０００５】
高調波のレーザ光を生成する高調波レーザ発振器のアッセンブリにおいて、上記のような波長変換結晶は、光共振器に励起された基本モードと光学的に結合して基本波長の光ビームとの非線形相互作用を効率よく行えるように所定の位置で適切な向きに光軸合わせしてセッティングされなければならない。従来は、作業員が手に手袋をはめ、波長変換結晶を直接指で摘んで上記のようなセッティングを行っていた。ここで、手袋を使用するのは波長変換結晶の表面を汚さないためである。そして、セッティングした位置および姿勢で波長変換結晶をハンダ付け等の接合で支持部材に固定していた。
【０００６】
しかしながら、上述したように波長変換結晶の寸法が非常に小さいために、従来の方法では手操作が容易ではなく、正確かつ再現性の高いセッティングが難しかった。また、いったんセッテイングした波長変換結晶を接合で固定するため、再セッティングや部品交換も難しかった。  
【０００７】
高調波レーザ光を生成するレーザ発振器はこれまでは限られた分野で使用されるものであり、一度セッティングした波長変換結晶を交換する頻度は低かったが、上述したレーザ溶接法のように高調波レーザのアプリケーションが産業分野に広く浸透してくると、波長変換結晶の使用頻度や交換頻度が急増し、セッティングやメンテナンス性の向上が強く要望されるものと予測される。
【０００８】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、波長変換結晶のセッティングや部品交換を容易に行えるようにした保持機構を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の別の目的は、波長変換結晶のセッティングを正確かつ再現性よく行えるようにした保持機構を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、波長変換効率の安定化ないし向上をはかる高調波レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明の波長変換結晶の保持機構は、第１の波長を有する第１の光ビームを受光して第２の波長を有する第２の光ビームを生成する波長変換結晶の保持機構であって、前記波長変換結晶に固着された摘み部材と、前記波長変換結晶を載置するための載置部材と、前記波長変換結晶を上から押えるための押え部材と、前記波長変換結晶を挟んで前記載置部材と前記押え部材とを着脱可能に結合するための結合部とを有する。
【００１２】
上記の構成においては、波長変換結晶を手で触らずに、摘み部材を指で摘んで載置部材上に載置し、セッティングすることができる。また、波長変換結晶を載置部材と押え部材とで上下両側から挟むようにして着脱可能に保持するので、波長変換結晶の再セッティングや部品交換を簡単に行え、その際に摘み部材を指で摘んで波長変換結晶を取り扱うことができる。
【００１３】
本発明の好適な一形態によれば、摘み部材が、円柱状に形成され、波長変換結晶の光軸方向の中心部に結晶側面と直交してエポキシ系樹脂の接着剤による接着で固着される。摘み部材の材質は、たとえばアルミニウムでよい。
【００１４】
別の好適な一形態によれば、押え部材が、摘み部材と嵌合するための嵌合部を有する。この場合、好ましくは、押え部材の嵌合部が貫通孔であり、摘み部材が貫通孔に適当な遊びをもって挿通されてよい。このように、摘み部材が押え部材の嵌合部と嵌合または係合することにより、載置部材に対して押え部材を結合させると、摘み部材が押え部材を介して載置部材上で位置決めされ、ひいては摘み部材と一体結合している波長変換結晶も載置部材上で位置決めされる。
【００１５】
本発明の好適な一形態として、波長変換結晶の位置決めを容易にするために、載置部材に、波長変換結晶の下半部の側面と係合可能な溝部が設けられる。好ましくは、波長変換結晶が四角柱の形状を有し、載置部材の溝部が波長変換結晶の第１の角部を底に置いてその両側の第１および第２の側面と接触する断面Ｖ字形の形状を有する。この場合、摘み部材は、波長変換結晶の第１の角部と反対側の第２の角部およびその両側の第３および第４の側面に固着されてよい。また、押え部材にも、波長変換結晶の第２の角部およびその両側の第３および第４の側面と接触する断面逆Ｖ字形の溝部が形成されてよい。
【００１６】
好適な一形態によれば、押え部材が、弾力性と耐光性を有する材質、たとえばフッ素系樹脂からなる。また、載置部材が、押え部材よりも熱伝導率の高い材質たとえば銅のような金属からなる。
【００１７】
本発明の好適な一形態によれば、結合部が、載置部材の所定箇所に設けられたネジ孔と、押え部材の載置部材のネジ孔と対向する箇所に設けられた貫通孔と、押え部材の貫通孔を介して載置部材のネジ孔と螺合するボルトとを有する。
【００１８】
本発明の好適な一形態によれば、波長変換結晶の温度を設定温度に維持するための温度制御部が設けられる。この温度制御部は、載置部材に結合された熱交換器を有する。
【００１９】
また、本発明の好適な一形態によれば、載置部材と押え部材との間に保持された波長変換結晶の光軸の向きを調整するための光軸合わせ機構が備えられる。この光軸合わせ機構は、載置部材と押え部材との間に保持されている波長変換結晶の中心部を通る鉛直線を回転軸線とする第１の回転方向で波長変換結晶の光軸の向きを調整する第１の調整部と、載置部材と押え部材との間に保持されている波長変換結晶の中心部を光軸と直交して通る水平線を回転軸線とする第２の回転方向で波長変換結晶の光軸の向きを調整する第２の調整部とを有する。
【００２０】
本発明の高調波レーザ装置は、光学的に対向して配置された第１および第２の終端ミラーを有する光共振器と、前記光共振器の光路上に配置された活性媒体と、基本周波数の基本波レーザ光を生成するために前記活性媒体をポンピングする励起部と、前記基本波レーザ光の２倍の周波数を有する第２高調波のレーザ光を生成するために前記光共振器の光路上に配置された波長変換結晶と、前記光共振器の光路上で前記波長変換結晶を保持する本発明の保持機構と、前記光共振器の光路上に配置された高周波分離出力ミラーとを有し、前記高調波分離出力ミラーが前記基本波レーザ光を前記光共振器の光路上に留めて前記第２高調波のレーザ光を前記光共振器の光路の外へ出力する。
【００２１】
上記の構成においては、本発明の保持機構で波長変換結晶を保持するので、波長変換結晶のセッティングや部品交換が簡単であるうえに、正確かつ再現性の高いセッティングにより安定した波長変換効率で高調波の光ビームを生成することができる。
【００２２】
本発明の好適な一実施形態によれば、１つの偏光方向のみの光を通過させる偏光素子が光共振器の光路上に配置される。この場合、偏光素子の偏光方向が実質的に鉛直方向もしくは水平方向であり、波長変換結晶がその光学軸を偏光素子の偏光方向に対して４５度傾けて保持機構に保持されるのが好ましい。このように偏光素子の偏光方向と波長変換結晶の光学軸とを相対的に４５度傾けて配置する構成によれば、波長変換結晶の座標系において見かけ上直交する等強度の２つの基本波光成分が非線形光学効果に作用するので、一層高い効率の波長変換を可能とし、高出力の高調波を安定に生成することができる。また、収束レンズにより、波長変換結晶に入射する基本波長の光ビームのパワー密度を高めるのも好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の波長変換結晶の保持機構によれば、上記のような構成と作用により、波長変換結晶のセッティングを簡単に、しかも正確かつ再現性よく行うことができる。
【００２４】
また、本発明の高調波レーザ装置によれば、波長変換結晶のセッティングおよびメンテナンス性を改善できるうえに、波長変換効率の安定化ないし向上をはかることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００２６】
図１に、本発明による波長変換結晶の保持機構が適用可能な高調波レーザ発振器の全体構成を上面図で模式的に示す。図示の高調波レーザ発振器１０は、ほぼ水平な上面を有する支持台１２上に直線配列型で一対の終端ミラー１４，１６、固体レーザ活性媒質１８、波長変換結晶２０、偏光素子２２、収束レンズ２４および高調波分離出力ミラー２６を配置してなる。
【００２７】
両終端ミラー１４，１６は互いに向かい合って光共振器を構成している。一方の終端ミラー１４の反射面１４ａには、後述する基本波長（１０６４ｎｍ）に対して高反射性の膜がコーティングされている。一方の終端ミラー１６の反射面１６ａには、基本波長（１０６４ｎｍ）に対して高反射性の膜がコーティングされるとともに、後述する第２高調波（５３２ｎｍ）に対して高反射性の膜もコーティングされている。
【００２８】
活性媒質１８は、たとえばＮd：ＹＡＧロッドからなり、一方の終端ミラー１４寄りに配置され、電気光学励起部２８によって光学的にポンピングされる。電気光学励起部２８は、活性媒質１８に向けて励起光を発生するための励起光源（たとえば励起ランプまたはレーザダイオード）を有し、この励起光源を励起電流で点灯駆動することにより、活性媒質１８を持続的または断続的にポンピングする。活性媒質１８で生成される基本波長の光ビームは、終端ミラー１４，１６の間に閉じ込められて増幅される。
【００２９】
偏光素子２２は、たとえばポラライザまたはブリュースタ板等からなり、活性媒質１８からの基本波長の光ビームの中で一つの偏光方向の光だけを通過させる。収束レンズ２４は、偏光素子２２からの直線偏光化した基本波の光ビームを収束して波長変換結晶２０の一端面に入射させる。
【００３０】
波長変換結晶２０は、たとえばＫＴＰ結晶からなり、他方の終端ミラー１６寄りに配置され、この光共振器で励起された基本モードに光学的に結合され、基本波長との非線型相互作用により第２高調波の光ビームＳＨＧを光共振器の光路上に生成する。波長変換結晶２０より終端ミラー１６側に出た第２高調波の光ビームＳＨＧは、終端ミラー１６で戻されて、波長変換結晶２０を通り抜ける。波長変換結晶２０より高調波分離出力ミラー２６側に出た第２高調波の光ビームは、高調波分離出力ミラー２６に入射すると、このミラー２６で斜め方向（光共振器の光軸に対しては直角の方向）に反射して光共振器の外へ出力される。なお、基本波長の光ビームは高調波分離出力ミラー２６をまっすぐ透過する。
【００３１】
この実施形態の高調波レーザ発振器１０では、波長変換結晶２０にタイプII位相整合角にカットされた四角柱のＫＴＰ結晶を使用し、そのＫＴＰ結晶を光軸合わせユニット３２に支持される結晶ホルダ３０にセッティングして、タイプIIの位相整合で基本波から第２高調波への波長変換を行うようにしている。そして、偏光素子２２の偏光方向を鉛直方向（水平方向でもよい）に設定し、この偏光方向に対して波長変換結晶２０の光学軸を４５度傾けて、偏光素子２２により鉛直偏光化した基本波の光ビームをＫＴＰ結晶１０に入射させるようにしている。このように偏光素子２２の偏光方向とＫＴＰ結晶１０の光学軸とを相対的に４５度傾けて配置する構成によれば、ＫＴＰ結晶１０の座標系において見かけ上直交する等強度の２つの基本波光成分が非線形光学効果に作用するので、高効率のタイプII波長変換を可能とし、安定かつ高出力で第２高調波の光ビームＳＨＧを生成することができる。また、収束レンズ２４により、波長変換結晶２０に入射する基本波長の光ビームのパワー密度を高めているので、波長変換効率を一層向上させることができる。
【００３２】
図２〜図４に、この実施形態における波長変換結晶２０および結晶ホルダ３０の構成を示す。
【００３３】
図示のように、波長変換結晶（ＫＴＰ結晶）２０の断面形状は正方形であり、波長変換結晶２０の側面には、より詳細にはその四つの角部の１つ２０Ｔを挟んでその左右両側の側面２０ａ，２０ｂには、たとえばアルミ製の摘み棒３４が固着されている（図２）。好ましくは、摘み棒３４が、波長変換結晶２０の軸方向または長手方向に対して垂直に、かつ結晶２０の中心部に、エポキシ系樹脂の接着剤により接着されてよい。摘み棒３４の形状ないし構造は、角柱または角筒型も可能であるが、後述する位置合わせ機能の観点からすれば円柱または円筒型が好ましい。摘み棒３４のサイズは、波長変換結晶２０の対角線幅以下の太さ（たとえば２〜３ｍｍ）と人が指で摘み易い長さ（たとえば２〜３ｃｍ）に選ばれてよい。図示のように、摘み棒３４を鉛直方向に立てると、波長変換結晶２０は角部２０Ｔを頂部または最上部として水平な姿勢をとるようになっている。
【００３４】
結晶ホルダ３０は、波長変換結晶２０を水平に載置するためのホルダ皿３６と、波長変換結晶２０を挟むようにしてホルダ皿３６の上に被せられるホルダ蓋３８と、ホルダ皿３６にホルダ蓋３８を着脱可能に結合するためのボルト４０とを有する。
【００３５】
ホルダ皿３６は、光軸合わせユニット３２（図１）に固定されている。ホルダ皿３６の上面または載置面には左右４５度の傾斜角でＶ字状の溝３６ａが形成されており、このＶ溝３６ａに波長変換結晶２０の下半部が嵌合または係合するようになっている。詳細には、図４に示すように、波長変換結晶２０の角部２０Ｔと反対側の角部２０Ｂが底または最下部になりその左右両側の側面２０ｃ，２０ｄがＶ溝３６ａの左右傾斜面と接触して、波長変換結晶２０の下半部がＶ溝３６ａにすっぽり収まるように嵌合または係合するようになっている。また、ホルダ皿３６の上面には、Ｖ溝３６ａからオフセットした位置に、ボルト４０に対応したネジ孔３６ｂも形成されている。ホルダ皿３６は、波長変換結晶２０の温度制御に適した熱伝導性の高い材質、たとえば銅からなり、全体に金メッキが施されている。
【００３６】
ホルダ蓋３８は、波長変換結晶２０を傷つけない応力で固定できるような弾力性を有するとともに、レーザ光や励起光に対して高い耐光性を有する材質で形成される。このような材質としては、テフロン（登録商標）のようなフッ素系樹脂材が最も好ましく、塩素系樹脂材あるいはゴム系高分子材も好ましい。
【００３７】
ホルダ蓋３８には、ホルダ皿３６のＶ溝３６ａおよびネジ孔３６ｂと対向する箇所にそれぞれ鉛直方向の貫通孔３８ａ，３８ｂが形成されている。貫通孔３８ａは、好ましくはＶ溝３６ａの長手方向の中心部と対向する位置に設けられてよく、摘み棒３４を適当な遊びで挿通可能とする口径を有している。貫通孔３８ｂは、ボルト４０を上からネジ孔３６ｂ側に通すためのものである。さらに、ホルダ蓋３８の下面には、ホルダ皿３６のＶ溝３６ａと対向する箇所に左右４５度の傾斜角で逆Ｖ字状の溝３８ｃが形成されており、このＶ溝３８ｃに波長変換結晶２０の上半部が嵌合または係合するようになっている。詳細には、図３に示すように、波長変換結晶２０の角部２０Ｔが頂きになりその左右両側の側面２０ａ，２０ｂが逆Ｖ溝３８ｃの左右傾斜面と接触して、波長変換結晶２０の上半部がすっぽり収まるように逆Ｖ溝３８ｃに嵌合または係合するようになっている。
【００３８】
この結晶ホルダ３０に波長変換結晶２０をセッティングするには、摘み棒３４を指（図示せず）で摘んで、図２および図３に示すように、摘み棒３４をホルダ蓋３８の貫通孔３８ａに下から挿通して波長変換結晶２０の上半部をホルダ蓋３８の逆Ｖ溝３８ｃに嵌合させ、ボルト４０をホルダ蓋３８の貫通孔３８ｂに上から挿通する。次に、図４に示すように、波長変換結晶２０の下半部をホルダ皿３６のＶ溝３６ａに嵌合させるとともに、ホルダ蓋３８の下面をホルダ皿３６の上面に合わせ（接触させ）、ボルト４０をホルダ蓋３８の貫通孔３８ｂを通してホルダ皿３６のネジ孔３６ｂに螺合する。
【００３９】
この際、ボルト４０がネジ孔３６ｂに螺合することで、ホルダ蓋３８がホルダ皿３６に対して位置合わせされると同時に、ホルダ蓋３８の貫通孔３８ｂに係合している摘み棒３４を通じてこれと一体結合している波長変換結晶２０もホルダ皿３６上で位置合わせされる。こうして、波長変換結晶２０は、ホルダ皿３６のＶ溝３６ａに嵌って位置合わせされると、その光学軸が鉛直方向または水平方向つまり偏光素子２２の偏光方向に対して正確に４５度傾いた姿勢をとることになる。
【００４０】
なお、上記のようなセッティング操作の手順は一例であり、他の手順も可能である。たとえば、最初に波長変換結晶２０をその下半部がＶ溝３６ａに嵌合するようにホルダ皿３６に載置し、次いで摘み棒３４を貫通孔３８ａに下から通すようにホルダ蓋３８を垂直に降ろしてホルダ蓋３８に突き合わせ、最後にボルト４０を上からホルダ蓋３８の貫通孔３８ｂを通してホルダ皿３６のネジ孔３６ｂにねじ込むようにしてもよい。
【００４１】
このように、この実施形態では、波長変換結晶２０を手で触らずに、代わりに摘み棒３４を指で摘んで、結晶ホルダ３０のＶ溝３６ａに簡単に装着またはセッティングすることができる。手袋は不要である。また、波長変換結晶２０をホルダ蓋３８とホルダ皿３６とで上下両側から挟むようにして着脱可能に保持するので、波長変換結晶２０の再セッティングや部品交換を簡単に行うことができる。もちろん、再セッティングや部品交換の際にも、摘み棒３４を指で摘んで波長変換結晶２０の取り扱いを行うことができる。また、ホルダ蓋３８は、その下面に形成した逆Ｖ溝３８ｃを波長変換結晶２０の上半部に被せて波長変換結晶２０を上から弾性力で安全かつ安定に押え付けるようになっている。さらに、ボルト４０でホルダ蓋３８をホルダ皿３６に結合すると、摘み棒３４を通じて自動的に波長変換結晶２０が位置決めされるので、正確で再現性の高いセッティングを行うことができる。
【００４２】
図５〜図７に光軸合わせユニット３２の構成を示す。この光軸合わせユニット３２は、結晶ホルダ３０を収容して支持するホルダ・ケーシング４２と、このホルダ・ケーシング４２の向き（特に波長変換結晶２０の光軸の向き）を互いに直交する鉛直線および水平線を回転軸線として回転可能に調整するための第１および第２の回転機構とを有している。
【００４３】
ホルダ・ケーシング４２は、たとえばアルミニウムからなり、矩形のボックス状に形成され、ボックス内の底に結晶ホルダ３０のホルダ皿３６をボルト４４で固定している（図５）。ホルダ皿３６は、ホルダ・ケーシング４２の底板に設けられた開口を介してペルチェ素子４６に接続されている（図６）。ペルチェ素子４６は、たとえば銅材からなる熱伝導性のベースブロック４８の上面に固定されており、波長変換結晶２０で発せられた熱をホルダ皿３６を介して吸熱し、ベースブロック４８側へ放熱する。ベースブロック４８内には冷却媒体たとえば冷却水を流す通路４８ａが設けられており、ペルチェ素子４６から受け取った熱を冷却水に伝えて外部へ放出する。通路４８ａの両端には、冷却水入口（コネクタ）５０および冷却水出口（コネクタ）５２が取り付けられている。
【００４４】
上記のような冷却部（４６，４８ａ）に加えて、ホルダ・ケーシング４２内には、波長変換結晶２０のセッティング位置からオフセットした場所でホルダ皿３６の上に加熱部たとえば抵抗ヒータ５４が設けられている。ホルダ皿３６には、たとえば熱電対からなる温度センサ５６が取り付けられており、その出力信号（温度検出信号）が温度制御回路（図示せず）へ送られる。温度制御回路は、ホルダ皿３６の温度が設定温度たとえば２５゜Ｃに保たれるように冷却部および加熱部の動作を制御するようになっている。
【００４５】
ホルダ・ケーシング４２の上面には、蓋体５６がボルト５８で着脱可能に取り付けられるようになっている（図６）。ホルダ・ケーシング４２の側壁上面には、ボルト５８を受けるネジ孔６０が形成されている（図５）。ホルダ・ケーシング４２の側壁には、結晶ホルダ３０に装着された波長変換結晶２０の両端面と対向する位置に、光ビームを通すための出窓６２，６４が取り付けられている（図５、図７）。これらの出窓６２，６４にはチューブ状の防塵カバー（図示せず）が取り付けられる。
【００４６】
上記のように、結晶ホルダ３０を収容して支持するホルダ・ケーシング４２がベースブロック４８上に固定されている。ベースブロック４８の一端部は垂直フランジ部６６としてＬ状に垂直上方に延びている（図６）。この垂直フランジ部６６は、回転支持部６８に支持され、かつ回転支持部６８に対して水平線Ｈを回転軸線として一定範囲（たとえば±５゜）以内で回転可能に取り付けられている。ここで、水平線Ｈは、結晶ホルダ３０に装着されている波長変換結晶２０の中心部（摘み棒３４の真下の部分）を光軸と直交して水平方向に通る直線である。この水平線Ｈ上で、回転支持部６８側の丸孔（軸受）６８ａに垂直フランジ部６６側の丸棒（回転軸）６６ａが回転可能に挿着されている（図６）。
【００４７】
図７に示すように、回転軸線Ｈよりも上方の位置で、支持部６８に形成されたネジ孔６８ｂに調整ネジ７０が貫通してネジ込められ、調整ネジ７０の先端が垂直フランジ部６６側のバネ受け突部６６ｂを押圧するようになっている。一方で、バネ受け突部６６ｂには、回転支持部６８に取り付けられたコイルバネ７２によって調整ネジ７０と対抗する復元力が与えられる。調整ネジ７０のネジ込み量を加減することで、回転軸線Ｈを回転中心とする回転方向θ1において垂直フランジ部６６の向き、ひいては結晶ホルダ３０に装着されている波長変換結晶２０の光軸の向きを調整することができる。
【００４８】
上記のような回転支持部６８と結晶ホルダ３０との間の第１の回転機構において、ボルト７４は、垂直フランジ部６６と回転支持部６８とを接続するコイルバネ７６のバネ力を調整するためのもので、回転支持部６８の裏面側から垂直フランジ部６６側のネジ孔に螺着されている。また、ボルト７８は、垂直フランジ部６６を回転支持部６８に固定するためのもので、調整ネジ７０によるθ1方向の光軸調整後に締められて回転支持部６８の背面側から垂直フランジ部６６のネジ孔に螺着される。
【００４９】
回転支持部６８の下面には垂直下方に延びる回転軸６８ｂが設けられ、支持台１２の上面に形成されている軸受（図示せず）にこの回転軸６８ｂが回転可能に挿着されている。これにより、回転支持部６８は、回転軸６８ｂの軸線Ｍを回転中心として支持台１２上で回転変位できる。この回転軸線Ｍに、結晶ホルダ３０に波長変換結晶２０と一体にセッティングされている摘み棒３４の軸線Ｎが同軸に重なるようになっている。
【００５０】
一方で、回転支持部６８は、支持台１２に固定されている固定支持部８０とバネ部材を介して連結されている。より詳細には、図５および図７に示すように、回転支持部６８の下端部には、傾斜面８２ａを有するバネ受部８２が設けられており、このバネ受部８２と固定支持部８０との間にコイルバネ８４が設けられる。そして、上方からネジ孔８６を貫通して調整ネジ８８がねじ込まれて、調整ネジ８８の先端がバネ受部８２の傾斜面８２ａに当接し、コイルバネ８４を圧縮する方向にバネ受部８２を押圧する。調整ネジ８８のネジ込み量を加減することで、回転軸線Ｍを回転中心とする回転方向θ2において回転支持部６８の向き、ひいては結晶ホルダ３０に装着されている波長変換結晶２０の光軸の向きを調整することができる。
【００５１】
上記のような回転支持部６８と固定支持部８０との間の第１の回転機構において、ボルト９０は、回転支持部６８を支持台１２に固定するためのもので、調整ネジ８８によるθ2方向の光軸調整後に締められて回転支持部６８側から支持台１２のネジ孔（図示せず）に螺着される。ボルト９２は固定支持部３０を支持台１２に取付するためのものである。
【００５２】
上記のように、この実施形態の光軸合わせユニット３２では、結晶ホルダ３０に装着されている２０の中心部をそれぞれ水平方向および鉛直方向に通る水平回転軸Ｈおよび垂直回転軸Ｍを回転中心として、波長変換結晶２０の光軸の向きを微細に調整することができる。これにより、高調波レーザ発振器１０において光共振器の光路に波長変換結晶２０の光軸を正確にアライメントさせ、基本波長の光ビームとの位相整合を良好に安定化させることができる。
【００５３】
上記した実施形態は、基本波長の光ビームを第２高調波の光ビームに変換する第２高調波レーザ発振器１０に係るものであった。しかし、本発明は、第３高調波や第４高調波等を発生するレーザ装置にも適用可能である。
【００５４】
図８に、本発明を適用した第３高調波（ＴＨＧ）用のレーザ発振器の構成を示す。図中、上記した第２高調波（ＳＨＧ）用のレーザ発振器１０におけるものと共通の構成または機能を有する部分には同一の符号を附してある。
【００５５】
この第３高調波レーザ発振器１００では、支持台（図示せず）上に直線配列型で、終端ミラー１４、ＳＨＧ反射ミラー１０２、ＴＨＧ反射ミラー１０４、ＴＨＧ分離出力ミラー１０６を所定の間隔を置いて配置し、終端ミラー１４とＳＨＧ反射ミラー１０２との間に活性媒体１８を配置し、ＳＨＧ反射ミラー１０２とＴＨＧ反射ミラー１０４との間にＳＨＧ用の波長変換結晶２０を配置し、ＴＨＧ反射ミラー１０４とＴＨＧ分離出力ミラー１０６との間にＴＨＧ用の波長変換結晶１０８を配置している。
【００５６】
ＴＨＧ分離出力ミラー１０６の内側面１０６ａには、基本波長および第２高調波に対して高反射性の膜がコーティングされている。ＳＨＧ反射ミラー１０２の波長変換結晶２０と対向する面１０２ａには、第２高調波に対して高反射性の膜がコーティングされている。ＴＨＧ反射ミラー１０４の波長変換結晶１０８と対向する面１０４ａには、第３高調波に対して高反射性の膜がコーティングされている。
【００５７】
終端ミラー１４とＴＨＧ分離出力ミラー１０６との間で、活性媒体１８より生成される基本波長（たとえば１０６４ｎｍ）の光ビームを閉じ込めるための第１光共振器が形成される。また、ＳＨＧ反射ミラー１０２とＴＨＧ分離出力ミラー１０６との間で、波長変換結晶２０より生成される第２高調波（５３２ｎｍ）の光ビームを閉じ込めるための第２光共振器が形成される。それら第１および第２の光共振器内で、波長変換結晶１０８が、基本波長および第２高調波との非線形相互作用により第３高調波（３５５ｎｍ）の光ビームＴＨＧを生成する。波長変換結晶１０８よりＴＨＧ反射ミラー１０４側に出た第３高調波の光ビームＴＨＧは、ＴＨＧ反射ミラー１０４で反射されて、波長変換結晶１０８に戻される。波長変換結晶１０８よりＴＨＧ分離出力ミラー１０６側に出た第３高調波の光ビームＴＨＧは、ミラー１０６を透過して発振器の外へ出力される。
【００５８】
この第３高調波レーザ発振器１００においても、光共振器内にＳＨＧ用の波長変換結晶２０およびＴＨＧ用の波長変換結晶１０８をそれぞれセッティングするために、上記した実施形態におけるものと同様の結晶ホルダ３０および光軸合わせユニット３２を用いることができる。なお、ＳＨＧ用の波長変換結晶２０には、ＫＴＰ結晶に限らず、ＬＢＯ、ＢＢＯ等の非線形光学結晶が用いられてよい。また、ＴＨＧ用の波長変換結晶１０８には、ＬＢＯ等の非線形光学結晶が使用されてよい。
【００５９】
図９に、本発明を適用した第４高調波（ＦＨＧ）用のレーザ発振器の構成を示す。この第４高調波レーザ発振器１１０では、支持台（図示せず）上で、折り返し型または三角型の配列構成の第２高調波レーザ発生部１０'を構成し、この第２高調波レーザ発生部１０'の出力に収束レンズ１１２を介してＦＨＧ用の波長変換結晶１１４を光学的に結合させている。より詳細には、支持台（図示せず）上に終端ミラー１４，１６およびＳＨＧ分離出力ミラー２６'が三角形に配置される。中間に位置するＳＨＧ分離出力ミラー２６'は、基本波長の光ビームを反射し、波長変換結晶２０からの第２高調波の光ビームＳＨＧを透過して出力するようになっている。ＳＨＧ分離出力ミラー２６'より出力された第２高調波の光ビームＳＨＧは収束レンズ１１２を通って波長変換結晶１１４の一端面に集光して入射する。波長変換結晶１１４は、第２高調波との非線形相互作用により第２高調波の２倍の周波数つまり第４高調波（２６６ｎｍ）の光ビームＦＨＧを生成する。この第４高調波の光ビームＦＨＧは、たとえばベントミラー１１６を介して発振器の外へ出力される。
【００６０】
この第４高調波レーザ発信器１１０においても、ＳＨＧ用の波長変換結晶２０およびＦＨＧ用の波長変換結晶１１４をそれぞれセッティングするために、上記した実施形態におけるものと同様の結晶ホルダ３０および光軸合わせユニット３２を用いることができる。なお、波長変換結晶１１４には、ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶等が使用されてよい。
【００６１】
以上、本発明の好適な実施形態を図面につき説明したが、具体的な構成は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形や変更が可能である。たとえば、上記実施形態における高調波レーザ発振器は、ロングパルスまたは連続波の高調波レーザ光を生成するように構成されている。しかし、光共振器内にＱスイッチを設けてジャインアントパルスの高調波レーザ光を生成することも可能である。また、各部の形状や構造も種々の変形が可能である。たとえば、波長変換結晶の断面形状が四角形でなくても可能であり、摘み棒を板片や湾曲棒等に置き換える変形、ホルダ蓋３８の貫通孔３８ａを切欠きまたはスリット等に置き換える変形、ホルダ皿３６のＶ溝３８ａをＶ字状の突部や湾曲溝等に置き換える変形なども可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態における高周波レーザ発振器の全体構成を模式的に示す平面図である。
【図２】実施形態における波長変換結晶および結晶ホルダの形状または構造を示す略断面図である。
【図３】実施形態における結晶ホルダへの波長変換結晶の取り付け（途中の段階）を示す略側面図である。
【図４】実施形態における結晶ホルダへの波長変換結晶の取り付け（完了した段階）を示す略側面図である。
【図５】実施形態における光軸合わせユニット（蓋を外した状態）の平面図である。
【図６】上記光軸合わせユニットの正面図である。
【図７】上記光軸合わせユニットの側面図である。
【図８】一実施形態における第３高周波（ＴＨＧ）レーザ発振器の要部の構成を示す図である。
【図９】一実施形態における第４高周波（ＦＨＧ）レーザ発振器の要部の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  ，１００，１１０    高調波レーザ発振器
１２    支持台
１４，１６    終端ミラー
１８    固体レーザ活性媒質
２０，１０８，１１４    波長変換結晶
２２    偏光素子
２４    収束レンズ
２６，２６'    高調波出力ミラー
２８    電気光学励起部
３０    結晶ホルダ
３２    光軸合わせユニット
３４    摘み棒
３６    ホルダ皿
３６ａ    Ｖ字状溝（Ｖ溝）
３６ｂ    ネジ孔
３８    ホルダ蓋
３８ａ    摘み棒用の貫通孔
３８ｂ    ボルト用の貫通孔
３８ｃ    逆Ｖ字状溝（逆Ｖ溝）
４０    ボルト
４２    ホルダ・ケーシング
４６    ペルチェ素子
４８    ベースブロック
６６    垂直フランジ部
６６ａ    回転軸
６６ｂ    バネ受け突部
６８    回転支持部
６８ａ    軸受
６８ｂ    回転軸
７０，８８    調整ネジ
７２，８４    コイルバネ
８０    固定支持部
８２    バネ受部
１０２    ＳＨＧ反射ミラー
１０４    ＴＨＧ反射ミラー
１０６    ＴＨＧ分離出力ミラー
【図１】
2005286214.tif 000003
【図２】
2005286214.tif 000004
【図３】
2005286214.tif 000005
【図４】
2005286214.tif 000006
【図５】
2005286214.tif 000007
【図６】
2005286214.tif 000008
【図７】
2005286214.tif 000009
【図８】
2005286214.tif 000010
【図９】
2005286214.tif 000011