(57)【要約】【課題】基本波ビームの変化に対し、波長変換効率の変動が小さい波長変換効率に優れた波長変換レーザ装置を得ること。【解決手段】基本波レーザビームを１方向に進行させて非線形効果により該基本波レーザビームの波長変換を行う波長変換レーザ装置であって、前記基本波レーザビームを発生させる基本波レーザビーム光源と、前記レーザビーム光源から出射された基本波レーザビームの光軸上に配置され、非線形効果により前記基本波レーザビームの波長変換を行う波長変換素子と、前記基本波レーザビームの光軸上の前記基本波レーザビーム光源と前記波長変換素子との間に、該基本波レーザビームの光軸上において往復運動可能に設けられ、前記波長変換素子に対して前記基本波レーザビームの集光を行う複数の集光手段と、前記集光手段を前記基本波レーザビームの光軸方向において移動させる移動手段と、を備える。【選択図】        図１−１
2007072134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本波レーザビームを１方向に進行させて非線形効果により該基本波レーザビームの波長変換を行う波長変換レーザ装置であって、
前記基本波レーザビームを発生させる基本波レーザビーム光源と、
前記レーザビーム光源から出射された基本波レーザビームの光軸上に配置され、非線形効果により前記基本波レーザビームの波長変換を行う波長変換素子と、
前記基本波レーザビームの光軸上の前記基本波レーザビーム光源と前記波長変換素子との間に、該基本波レーザビームの光軸上において往復運動可能に設けられ、前記波長変換素子に対して前記基本波レーザビームの集光を行う複数の集光手段と、
前記集光手段を前記基本波レーザビームの光軸方向において移動させる移動手段と、
を備えることを特徴とする波長変換レーザ装置。
【請求項２】
前記集光手段を２つ備えることを特徴とする請求項１に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項３】
前記集光手段を３つ備えることを特徴とする請求項１に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項４】
前記集光手段が、集光レンズであることを特徴とする請求項１または２に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項５】
前記複数の集光手段を移動させるための補正データを有し、該補正データに基づいて前記複数の集光手段を前記基本波レーザビームの光軸方向において移動させること
を特徴とする請求項１に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項６】
前記基本波レーザビーム光源が、固体レーザ装置であること
を特徴とする請求項１に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項７】
前記基本波レーザビーム光源が、増幅器を含む固体レーザ装置であること
を特徴とする請求項１に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項８】
波長の異なる複数のレーザビームから他の波長のレーザビームを非線形効果により発生させる波長変換レーザ装置であって、
前記波長の異なる複数のレーザビームを発生させるレーザビーム光源と、
前記レーザビーム光源から出射されたレーザビームの光軸上に配置され、非線形効果により前記波長の異なる複数のレーザビームから他の波長のレーザビームを発生させる波長変換素子と、
複数の光学部材からなり前記複数のレーザビームの集光点が略同一となるように前記波長変換素子またはその近傍に対して前記複数のレーザビームの集光を行うこと
を特徴とする波長変換レーザ装置。
【請求項９】
波長の異なる複数のレーザビームから他の波長のレーザビームを非線形効果により発生させる波長変換レーザ装置であって、
前記波長の異なる複数のレーザビームを発生させるレーザビーム光源と、
前記レーザビーム光源から出射されたレーザビームの光軸上に配置され、非線形効果により前記波長の異なる複数のレーザビームから他の波長のレーザビームを発生させる波長変換素子と、
前記複数のレーザビームの集光点を異ならせるように前記波長変換素子またはその近傍に対して前記複数のレーザビームの集光を行うこと
を特徴とする波長変換レーザ装置。
【請求項１０】
前記レーザビーム光源が、固体レーザ装置であること
を特徴とする請求項８または９に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項１１】
前記レーザビーム光源が、増幅器を含む固体レーザ装置であること
を特徴とする請求項８または９に記載の波長変換レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換レーザ装置に関するものであり、特に、非線形光学結晶を備えた波長変換レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長変換装置としては、基本波レーザビーム光源から基本波レーザビームを発生させ、集光素子により波長変換素子に対して基本波レーザビームの集光を行い、波長変換素子の非線形効果により基本波レーザビームの波長変換を行っている。また、従来の波長変換装置では、集光素子として波長変換結晶１個に対し、単レンズを１枚使用していた（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特公平７−５８３７８号公報（５頁〜６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の波長変換レーザ装置にあっては、基本波光源レーザ装置の出射レーザビームの曲率やビーム径のばらつきにより波長変換効率が大きく変化する、という問題があった。また、波長の異なるビームを集光して和周波発生や差周波発生を行った場合に、十分な変換効率が得られない、基本波ビームの変化に依存して波長変換効率が大きく変動する、という問題があった。また、複数の波長のレーザビームを波長変換結晶近傍で集光する集光素子に対する高い配置精度が必要であり製造が困難である、という問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基本波ビームの変化に対し、波長変換効率の変動が小さい波長変換効率に優れた波長変換レーザ装置を得ることを得ることを目的とする。また、波長の異なるビームを集光して和周波発生や差周波発生を行った場合においても、十分な変換効率が得られる波長変換効率に優れた波長変換レーザ装置を得ることを得ることを目的とする。また、集光素子の配置精度の緩やかな、製造が容易な波長変換レーザ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる波長変換レーザ装置は、基本波レーザビームを１方向に進行させて非線形効果により該基本波レーザビームの波長変換を行う波長変換レーザ装置であって、基本波レーザビームを発生させる基本波レーザビーム光源と、レーザビーム光源から出射された基本波レーザビームの光軸上に配置され、非線形効果により基本波レーザビームの波長変換を行う波長変換素子と、基本波レーザビームの光軸上の基本波レーザビーム光源と波長変換素子との間に、該基本波レーザビームの光軸上において往復運動可能に設けられ、波長変換素子に対して基本波レーザビームの集光を行う複数の集光手段と、集光手段を前記基本波レーザビームの光軸方向において移動させる移動手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、波長変換素子に集光する集光手段として複数の集光手段を使用している。また、複数のレンズに光軸方向の移動手段を設けている。これにより、基本波光源のレーザパラメータの変化により、基本波レーザビームのウエスト位置のビーム径が変化した場合でも、複数のレンズを光軸方向に移動させることにより集光点（集光点）の位置を大きく変動させることなく、容易にビーム径を変更することが可能であり、基本波レーザビームの変動に対して、波長変換結晶位置近傍のビームウエストの変動を補償することができる、という効果を奏する。
【０００８】
したがって、この発明によれば、基本波ビームの変化に対し、波長変換効率の変動が小さい波長変換レーザ装置を実現することができる。また、基本波光源のレーザパラメータの変化により、基本波レーザビームのウエスト位置のビーム径が変化した場合においても、これを修正するための調整時間、調整に要する労力を低減することができ、さらに波長変換レーザ装置の熟練者以外のユーザでも容易にビーム径を調整可能な操作性に優れた波長変換レーザ装置を実現することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明にかかる波長変換レーザ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００１０】
実施の形態１．
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる波長変換レーザ装置の主要構成を示す構成図である。図１−１に示すように、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置は、基本波光源１と、第１の集光レンズ２と、第２の集光レンズ３と、波長変換結晶４と、集光レンズ移動手段５２、５３と、データ保持部５４と、を備えて構成されている。
【００１１】
基本波光源１は、基本波レーザビームを発生させる基本波レーザビーム発生手段である。第１の集光レンズ２は、基本波光源１から発生した基本波レーザビームを集光する集光手段であり、該基本波レーザビームの光軸上に、該基本波レーザビームの光軸方向において一定の範囲で往復運動可能に設けられている。第２の集光レンズ３は、基本波光源１から発生して第１の集光レンズ２で集光された基本波レーザビームを集光する集光手段であり、該基本波レーザビームの光軸上に、該基本波レーザビームの光軸方向において一定の範囲で往復運動可能に設けられている。
【００１２】
波長変換結晶４は、基本波レーザビームの波長変換を行う波長変換素子であり、第２の集光レンズ３で集光された基本波レーザビームの一部を基本波レーザビームの１／２の波長のレーザビームに変換する第２高調波発生用の波長変換結晶（非線形光学結晶）からなり、基本波レーザビームの光軸上に配置される。集光レンズ移動手段５２、５３は、集光手段を基本波レーザビームの光軸方向において移動させる移動手段であり、それぞれ、第１の集光レンズ２と第２の集光レンズ３とを、基本波光源１から発生した基本波レーザビームの光軸方向において移動させる。データ保持部５４は、集光レンズ移動手段５２、５３がそれぞれ第１の集光レンズ２と第２の集光レンズ３とを移動させる際に参照する補正データを保持する手段である。
【００１３】
また、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においては、図１−１に示すように基本波レーザビームの外縁部１ａが第１の集光レンズ２の外径からはみ出さないように基本波光源１から矢印Ａの方向に基本波レーザビームが出射される。基本波レーザビームのビームウエスト（集光点）位置６は、図１−１における点線Ｂの位置であり、波長変換結晶４の近傍または波長変換結晶４内部に存在するビームウエスト（集光点）位置７は、図１−１における点線Ｃの位置である。
【００１４】
そして、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置は、図１−１に示すように基本波光源１から発生した基本波レーザビームが第１の集光レンズ２および第２の集光レンズ３の作用により、波長変換結晶４の内部または波長変換結晶４の近傍に集光点を有するように構成されている。
【００１５】
つぎに、以上のように構成された本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置の動作について説明する。図１−１に示すように基本波光源１から発生した基本波レーザビームは、基本波光源１から発生した基本波光源１から発生した基本波レーザビームは、該基本波レーザビームの光軸上に配置された第１の集光レンズにより集光される。つぎに、第１の集光レンズにより集光された基本波レーザビームは、該基本波レーザビームの光軸上に配置された第２の集光レンズ３により集光される。第２の集光レンズ３により集光された基本波レーザビームは、波長変換結晶４の内部または波長変換結晶４の近傍に集光点を有するように集光される。第２の集光レンズ３により集光された基本波レーザビームは、波長変換結晶４により、その一部を基本波レーザビームの１／２の波長のレーザビームに変換される。
【００１６】
ここで、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においては、第１の集光レンズ２と第２の集光レンズ３の焦点距離、基本波レーザビームのビームウエスト（集光点）位置６から波長変換結晶４の近傍または波長変換結晶４内部に存在するビームウエスト（集光点）位置７までの距離、基本波レーザビームのビームウエスト（集光点）位置６でのビームウエスト径等を考慮し、第１の集光レンズ２および第２の集光レンズ３の位置と、集光点７のビーム径と、の関係を、あらかじめ計算し、テーブル（表）にまとめて補正データとして取得し、データ保持部５４に保持している。そして、第１の集光レンズ２および第２の集光レンズ３の位置を、このデータ保持部５４に保持している補正データに従って集光レンズ移動手段５２、５３集により移動させることにより、図１−２に示すようにビームウエスト位置をビームウエスト（集光点）位置７から変化させることなく、ビームウエスト径だけを連続的に変化させることができる。
【００１７】
また、第１の集光レンズ２および第２の集光レンズ３には、光軸に垂直な方向の上下、左右に微動調整可能な微動調整手段と、位置固定手段と、が設けてあり、第１の集光レンズ２と第２の集光レンズ３とを光軸上でどの場所へ移動しても、第１の集光レンズ２および第２の集光レンズ３を通過したレーザビームの光軸の変化が、実用上問題の生じない程度に抑えることができるように構成してある。
【００１８】
上述したように本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置は、波長変換素子に集光する集光素子として複数のレンズを使用している。また、複数のレンズに光軸方向の移動手段を設けている。これにより、基本波光源のレーザパラメータの変化により、基本波レーザビームのウエスト位置のビーム径が変化した場合でも、複数のレンズを光軸方向に移動させることにより集光点（集光点）の位置を大きく変動させることなく、容易にビーム径を変更することが可能である。すなわち、基本波レーザビームの変動に対して、波長変換結晶位置近傍のビームウエストの変動を補償することができる。
【００１９】
また、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置は、ビームウエスト（集光点）位置を変化させずに、集光径（ビームウエスト径）が変化するレンズ位置をデータとして保持する。そして、これに従ってレンズ位置を調整できるようにしている。これにより、基本波光源のレーザパラメータの変化により、基本波レーザビームのウエスト位置のビーム径が変化した場合でも、あらかじめ用意した補正データに従って、集光点の位置を変えずに容易にビーム径を変更することが可能である。
【００２０】
したがって、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置によれば、基本波ビームの変化に対し、波長変換効率の変動が小さい波長変換レーザ装置を実現することができる。また、基本波光源のレーザパラメータの変化により、基本波レーザビームのウエスト位置のビーム径が変化した場合においても、これを修正するための調整時間、調整に要する労力を低減することができ、さらに波長変換レーザ装置の熟練者以外のユーザでも容易にビーム径を調整可能な操作性に優れた波長変換レーザ装置を実現することが可能である。
【００２１】
図２、図３は、上述した構成の実施の形態１にかかる波長変換レーザ装置についての具体的な計算結果である。図２、図３の計算結果について以下に詳しく説明する。第１の集光レンズ２および第２の集光レンズ３の焦点距離は、ぞれぞれ、ｆ＝２５０ｍｍ、ｆ＝４００ｍｍであり、位置６から位置７までの距離は８００ｍｍ、位置６におけるビーム径は２４０μｍ（半径）として計算を行った。
【００２２】
図２には、横軸を位置７のビーム径（半径）として、位置７におけるビーム径（半径）を７０μｍから１７０μｍまで変化させたときについてプロットされている。縦軸は、位置６から第１の集光レンズ２までの距離である。また、図３には、横軸を位置７のビーム径（半径）として、位置７のビーム径（半径）＝７０μｍから１７０μｍまで変化させた場合の、位置６から第２の集光レンズ３までの距離がプロットしてある。縦軸は、第１の集光レンズ２と第２の集光レンズ３との距離である。図２、図３に従って集光レンズ３、４を移動させることにより、集光点位置を変えることなく、容易に、位置７のビーム径を変化させることができる。
【００２３】
また、なんらかの原因で基本波レーザビームのビームウエスト（集光点）位置６が図１−１に点線Ｂでしめす初期位置からずれた場合においても、位置６から位置７の距離を変更した場合の補正データを複数用意しておき、現状に対応した異なる補正データを使用することにより対応することが可能である。
【００２４】
以上のような本実施の形態は、たとえば基本波レーザビームの発生源が固体レーザ発振器であり、レーザ活性媒質の熱レンズがばらついた場合などに、波長変換結晶位置のビーム変動を抑え、波長変換ビームパラメータ等の変動を低く抑えることに効果を発揮する。すなわち、固体レーザ結晶の熱ひずみによる影響を大きく受けない高品質の波長変換レーザ装置を構成することができる。
【００２５】
また、以上のような基本波レーザビームの発生源が固体レーザ発振器だけでなく増幅器等を含み、レーザ活性媒質の熱レンズや熱ひずみがばらついた場合などに、波長変換結晶位置のビーム変動を抑え、波長変換ビームパラメータの変動を低く抑えるのに効果を発揮する。すなわち、増幅器中の固体レーザ結晶の熱ひずみによる影響を大きく受けない高品質の波長変換レーザ装置を構成することができる。
【００２６】
なお、上記においては２枚の集光レンズを使用した構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、３枚以上の集光レンズを使用して同様の装置を構成しても良く、この場合においても上記と同様の本発明の効果を得ることができる。この場合には、位置７が位置６の転写点となるように集光レンズを移動させることもできる。このような構成により、基本波レーザビームの変動に対して、ビームウエスト位置を大きく変動させることなく、基本波レーザビーム通過点のあるポイントと波長変換結晶位置近傍のビームウエストとの２点を、転写の関係を保ちながら、波長変換結晶位置近傍のビームウエスト径の変動を補償することができる。
【００２７】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかる波長変換レーザ装置の主要構成を示す構成図である。また、図５は、基本波レーザビームのビームウエストを太く設定した場合のレーザビームを模式的に示した図である。図４、図５に示すように、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置は、基本波光源１と、集光レンズ８、と、波長変換結晶９、と、色消しレンズ１０と、和周波（差周波）発生用波長変換結晶１１と、ビームスプリッタミラー１２と、を備えて構成されている。
【００２８】
基本波光源１は、基本波レーザビームを発生させる基本波レーザビーム発生手段である。集光レンズ８は、波長変換結晶９の内部またはその近傍において、基本波光源１から出射された基本波レーザビーム１３を集光する集光レンズであり、基本波レーザビームの光軸上に配置される。波長変換結晶９は、基本波レーザビーム１３の波長変換を行って波長変換レーザビーム１４を発生する波長変換手段であり、基本波レーザビーム１３の光軸上に配置される。
【００２９】
色消しレンズ１０は、和周波（差周波）発生用波長変換結晶１１の近傍またはその内部において、基本波レーザビーム１３と波長変換レーザビーム１４との色収差を減少させてこれらのレーザビームの焦点距離がほぼ同等となるように作用するものであり、基本波レーザビームの光軸上に配置される。和周波（差周波）発生用波長変換結晶１１は、和周波または差周波を発生するための波長変換結晶（非線形光学結晶）からなり、基本波レーザビームの光軸上に配置され、基本波レーザビーム１３と波長変換レーザビーム１４とから和周波（差周波）レーザビーム１５を発生する。ビームスプリッタミラー１２は、和周波（差周波）レーザビームに対して高い透過率を示し、且つ基本波レーザビームおよび波長変化レーザビームに対して高い反射率を示すようにコーティングが施されており、和周波（差周波）レーザビームを基本波レーザビームおよび波長変化レーザビームから分離する。
【００３０】
つぎに、以上のように構成された本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置の動作について説明する。図４、図５に示すように基本波光源１から発生した基本波レーザビーム１３は、該基本波レーザビーム１３の光軸上に配置された集光レンズ８の作用により、波長変換結晶９の近傍またはその内部で集光される。たとえば図５における実線１８の位置に集光される。なお、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においては、図５に示すように基本波レーザビーム１３の外縁部１６ａが第１の集光レンズ２の外径からはみ出さないように基本波光源１から矢印Ａの方向に基本波レーザビームが出射される。
【００３１】
ここで、波長変換結晶９は、温度調整手段や角度調整手段等の位相整合をとる手段を有しており、基本波レーザビーム１３の一部は、該波長変換結晶９により波長変換レーザビーム１４に変換される。なお、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においては、図５に示すように基本波レーザビーム１３の外縁部１６ａが第１の集光レンズ２の外径からはみ出さないように基本波光源１から基本波レーザビームが出射される。また、波長変換レーザビーム１４の外縁部１４ａは基本波レーザビーム１３の外縁部１６ａよりも内側に存在する。
【００３２】
そして、該波長変換レーザビーム１４と、波長変換結晶９において波長変換されずに残った基本波レーザビーム１３の一部とは、色消しレンズ１０に入射され、該色消しレンズ１０の作用により、和周波（差周波）発生用波長変換結晶１１の内部または近傍で集光点がほぼ一致するように、たとえば図５における実線１９の位置に集光される。そして、その一部が、和周波（差周波）レーザビーム１５に変換される。
【００３３】
つぎに、該波長変換レーザビーム１４と基本波レーザビーム１３と和周波（差周波）レーザビーム１５とがビームスプリッタミラー１２に入射され、該ビームスプリッタミラー１２の作用により、和周波（差周波）レーザビーム１５のみが基本波レーザビーム１３および波長変換レーザビーム１４から分離され、取り出される。
【００３４】
以上のような本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においては、基本波レーザビーム１３および波長変換レーザビーム１４を集光する手段として、波長に依存する焦点距離の違いを解消する手段を用いている。すなわち、基本波レーザビーム１３および波長変換レーザビーム１４を集光する手段として、基本波レーザビーム１３と波長変換レーザビーム１４との色収差を減少させてこれらのレーザビームの焦点距離がほぼ同等となるように作用する色消し集光レンズを使用している。これにより、和周波（差周波）発生用波長変換結晶１１の近傍または内部に、２つの波長の間での集光点の位置ずれを小さくした状態で基本波レーザビーム１３および波長変換レーザビーム１４を集光することができるため、高効率な和周波（差周波）発生を実現できる。
【００３５】
したがって、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においては、和周波（差周波）発生用結晶近傍で、ビームウエストを一致させて集光、波長変換するため、効果的に高い波長変換効率を得ることができる波長変換レーザ装置が実現されている。
【００３６】
なお、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においても、上述した実施の形態１で説明した構成を用いることができる。すなわち、基本波光源１と波長変換結晶９との間を上述した実施の形態１と同様の構成とする。これにより、上記と同様の効果を得ることが可能である。
【００３７】
また、この場合、たとえば基本波レーザビームの発生源が固体レーザ発振器であり、レーザ活性媒質の熱レンズがばらついた場合などに、波長変換結晶位置のビーム変動を抑え、波長変換ビームパラメータ等の変動を低く抑えることに効果を発揮する。すなわち、固体レーザ結晶の熱ひずみによる影響を大きく受けない高品質の波長変換レーザ装置を構成することができる。
【００３８】
また、以上のような基本波レーザビームの発生源が固体レーザ発振器だけでなく増幅器等を含み、レーザ活性媒質の熱レンズや熱ひずみがばらついた場合などに、波長変換結晶位置のビーム変動を抑え、波長変換ビームパラメータの変動を低く抑えるのに効果を発揮する。すなわち、増幅器中の固体レーザ結晶の熱ひずみによる影響を大きく受けない高品質の波長変換レーザ装置を構成することができる。
【００３９】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３にかかる波長変換レーザ装置の主要構成を示す構成図である。図６に示すように、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置は、基本波光源１と、集光レンズ８ａと、波長変換結晶９ａと、集光レンズ２０と、和周波（差周波）発生用波長変換結晶１１ａと、ビームスプリッタミラー１２ａと、を備えて構成されている。
【００４０】
基本波光源１は、基本波レーザビームを発生させる基本波レーザビーム発生手段である。集光レンズ８ａは、波長変換結晶９ａの内部またはその近傍において、基本波光源１から出射された基本波レーザビームを集光する集光レンズであり、基本波レーザビームの光軸上に配置される。波長変換結晶９ａは、基本波レーザビームの波長変換を行う波長変換手段であり、基本波レーザビームの光軸上に配置される。
【００４１】
集光レンズ２０は、基本波レーザビームと、波長変換結晶９ａにおいて波長変換された波長変換レーザビームと、を集光する集光レンズであり、基本波レーザビームと波長変換レーザビームとで焦点距離が異なる特性を有し、基本波レーザビームの光軸上に配置される。ここでは、集光レンズ２０として単レンズを使用している。和周波（差周波）発生用波長変換結晶１１ａは、和周波または差周波を発生するための波長変換結晶であり、基本波レーザビームの光軸上に配置される。
【００４２】
ビームスプリッタミラー１２ａは、和周波（差周波）レーザビームに対して高い透過率を示し、且つ基本波レーザビームおよび波長変化レーザビームに対して高い反射率を示すようにコーティングが施され、和周波（差周波）レーザビーム１５を基本波レーザビーム１３および波長変化レーザビーム１４から分離する。
【００４３】
つぎに、以上のように構成された本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置の動作について説明する。図６に示すように基本波光源１から発生した基本波レーザビーム１６は、該基本波レーザビーム１６の光軸上に配置された集光レンズ８ａの作用により、波長変換結晶９ａの近傍またはその内部で集光される。たとえば、波長変換結晶９ａの近傍またはその内部において、実線１８ａの位置を集光点として集光される。
【００４４】
集光された基本波レーザビーム１６は、その一部は、該波長変換結晶９ａにより波長変換レーザビーム１７に変換される。そして、該波長変換レーザビーム１７と、波長変換結晶９ａにおいて波長変換されずに残った基本波レーザビーム１６の一部とは、集光レンズ２０に入射される。なお、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においては、図６に示すように基本波レーザビーム１６の外縁部１６ａが集光レンズ８ａの外径からはみ出さないように基本波光源１から基本波レーザビームが出射される。また、波長変換レーザビーム１７の外縁部１７ａは基本波レーザビーム１６の外縁部１６ａよりも内側に存在する。
【００４５】
ここで、集光レンズ２０として単レンズを使用しているので、色収差を利用して波長変換レーザビーム１７と基本波レーザビーム１６との集光点をずらしている。これにより、波長変換レーザビーム１７は、たとえば和周波（差周波）発生用波長変換結晶１１ａ内または近傍において、実線１９ａの位置を集光点として集光される。また、基本波レーザビーム１６は、たとえば和周波（差周波）発生用波長変換結晶１１ａ内または近傍において実線２１の位置を集光点として集光される。
【００４６】
そして、波長変換レーザビーム１７と基本波レーザビーム１６が入射されると、和周波（差周波）発生用波長変換結晶１１ａの作用により和周波（差周波）レーザビームを発生し、波長変換レーザビーム１４と基本波レーザビーム１３と和周波（差周波）レーザビームとがビームスプリッタミラー１２に入射される。ビームスプリッタミラー１２においては、和周波（差周波）レーザビームのみが、基本波レーザビーム１３および波長変換レーザビーム１４から分離され、取り出される。
【００４７】
以上のような本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においては、和周波（差周波）発生用波長変換結晶への集光素子として単レンズを使用し、色収差を利用して複数のレーザビームの集光点をずらしている。すなわち、和周波（差周波）発生用波長変換結晶１１ａの近傍または内部において基本波レーザビームと波長変換レーザビームの集光点が一致しておらず離れて形成されている。このため、光軸法における和周波（差周波）発生用波長変換結晶の集光レンズに対する相対的な配置精度を緩和し、和周波（差周波）発生用波長変換結晶の配置精度に対し、設置精度の許容範囲の広い波長変換レーザ装置が実現され、製造が容易な波長変換レーザ装置が実現されている。
【００４８】
また、基本波レーザビームパラメータがなんらかの原因で変動した場合においても、和周波（差周波）発生波長変換効率の変動を小さく抑えることが可能な装置を提供することができる。たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ4等の赤外固体レーザを基本波光源として使用し、タイプ１位相整合ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）等の波長変換素子を波長変換結晶９ａで示す第２高調波発生波長変換素子として使用し、和周波（差周波）発生用波長変換結晶１１ａをタイプ２位相整合ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）とした場合などには、波長変換素子ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）のサイズを１０ｍｍ以上、最大２０ｍｍ程度まで大きくすることが可能であるため、１ｍｍ以上１０ｍｍ程度まで、集光点がずれていても和周波（差周波）発生波長変換を行うことが可能である。
【００４９】
また、波長変換結晶長さが長いほど、また、集光径が大きいほど、ビームウエスト位置が波長変換結晶の中心から位置ずれを起こした場合の影響が小さいため、波長変換結晶長さが略１０ｍｍ以上で結晶位置近傍のウエストビーム直径が略１００μｍ以上である場合、特に本発明の効果は大きい。
【００５０】
図７は、第３高調波発生を行った場合の波長変換光（第３高調波出力）の相対値を計算コードを使用して計算した結果である。図７の計算に使用したパラメータは、入射１０６４ｎｍ光の平均パワーは５０Ｗ、繰り返し周波数２０ｋＨｚ、パルス幅５０ｎｓ、ＳＨＧ結晶長さは１５ｍｍ、ＳＨＧ結晶位置の集光径は２００μｍ、ＴＨＧ結晶長さは１５ｍｍ、ＴＨＧ結晶位置の集光径は２００μｍである。図７からわかるように、略１０ｍｍウエスト位置がずれても、ビームウエスト位置のずれがない場合に対する出力の低下は５％以下とすることができることがわかる。
【００５１】
なお、本実施の形態にかかる波長変換レーザ装置においても、上述した実施の形態１で説明した構成を用いることができる。すなわち、基本波光源１と波長変換結晶９ａとの間を上述した実施の形態１と同様の構成とする。これにより、上記と同様の効果を得ることが可能である。
【００５２】
また、この場合、たとえば基本波レーザビームの発生源が固体レーザ発振器であり、レーザ活性媒質の熱レンズがばらついた場合などに、波長変換結晶位置のビーム変動を抑え、波長変換ビームパラメータ等の変動を低く抑えることに効果を発揮する。すなわち、固体レーザ結晶の熱ひずみによる影響を大きく受けない高品質の波長変換レーザ装置を構成することができる。
【００５３】
また、以上のような基本波レーザビームの発生源が固体レーザ発振器だけでなく増幅器等を含み、レーザ活性媒質の熱レンズや熱ひずみがばらついた場合などに、波長変換結晶位置のビーム変動を抑え、波長変換ビームパラメータの変動を低く抑えるのに効果を発揮する。すなわち、増幅器中の固体レーザ結晶の熱ひずみによる影響を大きく受けない高品質の波長変換レーザ装置を構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明にかかる波長変換レーザ装置は、基本波ビームの変化が生じた場合においても、波長変換効率の変動を小さいことが要求される場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１−１】本発明の実施の形態１にかかる波長変換レーザ装置の主要構成を示す構成図である。
【図１−２】本発明の実施の形態１にかかる波長変換レーザ装置の主要構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる波長変換レーザ装置についての設計計算例を示す特性図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる波長変換レーザ装置についての設計計算例を示す特性図である。
【図４】本発明の実施の形態２にかかる波長変換レーザ装置の主要構成を示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる波長変換レーザ装置の主要構成を示す構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３にかかる波長変換レーザ装置の主要構成を示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかる波長変換レーザ装置の波長変換効率の相対値の計算結果を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５６】
２  集光レンズ
３  集光レンズ
４  波長変換結晶
７  集光点
９  波長変換結晶
９ａ  波長変換結晶
１０  色消しレンズ
１１  発生用波長変換結晶
１１ａ  発生用波長変換結晶
１２  ビームスプリッタミラー
１２ａ  ビームスプリッタミラー
１３  基本波レーザビーム
１３ａ  基本波レーザビームの外縁部
１４  波長変化レーザビーム
１４ａ  波長変化レーザビームの外縁部
１５  和周波（差周波）レーザビーム
１６  基本波レーザビーム
１７  波長変換レーザビーム
２０  集光レンズ
５２  集光レンズ移動手段
５３  集光レンズ移動手段
５４  データ保持部
【図１−１】
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【図１−２】
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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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