(57)【要約】【課題】簡明かつ低廉な構成で、第２高調波発生により波長２３５ｎｍ以下の紫外光を発生可能な波長変換光学素子を提供する。【解決手段】一般式がＭＢe2ＢＯ3Ｆ2で表され、当該結晶のｃ軸に直交して相互に平行に延びる上下面及び側面を有する板状をなし、側面はｃ軸と各々所定角度で交わる第１側面Ｓ１と第２側面Ｓ２とを有して構成される。第２高調波発生（ＳＨＧ）により紫外光を発生させる際の位相整合条件を満たす光の伝搬方向がｃ軸に対してθmである場合に、第１側面Ｓ１は、基本波が結晶内に入射可能であるとともに、入射した基本波及びＳＨＧにより発生した第２高調波がｃ軸に対してθmの角度で結晶内を伝播する傾斜角度であり、第２側面Ｓ２は、第１側面Ｓ１から入射して反射した基本波及び第２高調波が出射し得る傾斜角度であるように構成される。【選択図】図１
2012003127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式がＭＢe2ＢＯ3Ｆ2（但しＭ；Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）で表されるホウ酸フッ化ベリリウム塩の結晶で、当該結晶のｃ軸に直交して相互に平行に延びる上面及び下面、並びにこれらを繋ぐ側面を有する板状をなし、
前記側面は、前記ｃ軸と所定角度で交わる平坦な第１側面と、前記第１側面と対向し前記ｃ軸と所定角度で交わる平坦な第２側面とを有し、
第２高調波発生により波長が２３５ｎｍ以下の紫外光を発生させる際に位相整合条件を満たす光の伝搬方向の角度が前記ｃ軸に対してθmである場合に、
前記第１側面は、当該第１側面から基本波のレーザ光が結晶内に入射可能であるとともに、入射した前記基本波のレーザ光及び第２高調波発生により発生した第２高調波のレーザ光が前記ｃ軸に対して前記θmの角度で結晶内を伝播する傾斜角度であり、
前記第２側面は、前記第１側面から入射して前記上面または前記下面において前記ｃ軸に対して前記θmの角度で反射した前記基本波及び前記第２高調波のレーザ光が出射し得る傾斜角度である
ことを特徴とする波長変換光学素子。
【請求項２】
前記第１側面から入射した前記基本波のレーザ光及び第２高調波発生により発生した第２高調波のレーザ光が、前記上面及び前記下面において複数回反射して、前記第２側面から出射するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の波長変換光学素子。
【請求項３】
前記基本波のレーザ光が伝播する面内における、前記第１側面と前記ｃ軸との交差角が９０−θmであることを特徴とする請求項１または２に記載の波長変換光学素子。
【請求項４】
前記第２高調波のレーザ光が伝播する面内における、前記第２側面と前記ｃ軸との交差角が９０−θmであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長変換光学素子。
【請求項５】
前記上面及び前記下面において前記ｃ軸に対して前記θmの角度で反射して伝播するレーザ光の前記上面及び前記下面間の１経路の光路長をＬとし、前記上面及び前記下面において反射する際に生じる前記基本波と前記第２高調波との間の位相変化の差をφとしたときに、
位相不整合量Δｋ・Ｌ＝−φとなるような位相不整合量Δｋを与えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の波長変換光学素子。
【請求項６】
所定波長のレーザ光を出力するレーザ光出力部と、前記レーザ光出力部から出力された前記所定波長のレーザ光を波長が２３５ｎｍ以下の紫外光に波長変換して出力する波長変換部とを備えた紫外レーザ装置であって、
前記波長変換部に、請求項１〜５のいずれか一項に記載の波長変換光学素子を備えたことを特徴とする紫外レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第２高調波発生により高い変換効率で波長２３５ｎｍ以下の紫外光を出力可能な波長変換光学素子を提供することを目的とし、また、高効率で波長２３５ｎｍ以下の紫外光を出力可能な紫外レーザ装置を提供することを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
第２高調波発生（ＳＨＧ：Second  Harmonic  Generation）により波長２３５ｎｍ以下の紫外光を出力可能な非線形光学結晶として、一般式がＭＢe2ＢＯ3Ｆ2（但しＭ；Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）で表されるホウ酸フッ化ベリリウム塩の結晶が知られている。これらの非線形光学結晶は、層状結晶であり劈開性を有することから、結晶のｃ軸に直交するａ軸−ｂ軸平面に延びる薄い板状の素子しか育成することが困難とされている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
ここで、ＫＢe2ＢＯ3Ｆ2（ＫＢＢＦ）結晶において、第２高調波発生により波長２３５ｎｍの紫外光を発生させる場合に、位相整合条件を満たすビームの結晶内の伝搬方向はｃ軸（ｚ軸）に対して４２．４度であり、空気から結晶に入射させる入射角が９０度、すなわち臨界角に等しくなる。そのため、波長２３５ｎｍよりも短波長の紫外光をＳＨＧにより発生さようとすると入射角が臨界角を超えてしまい、レーザ光を空中から結晶内に直接入射させることができない。そこで、結晶の上下面をプリズムで挟むことにより媒質間の屈折率比を小さくして、レーザ光を結晶内に導入可能とする技術（プリズムカップリングという）が提案されている（例えば特許文献２、特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５０３８７９号公報
【特許文献２】特開２００２−３６５６７９号公報
【特許文献３】特開２００８−２８６８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
確かに、特許文献２及び３に提案されているように、ＫＢＢＦ結晶をプリズムで挟み込んでカップリングする手法を用いれば、ＫＢＢＦ結晶に位相整合条件を満たす角度でレーザ光を導入し、第２高調波発生により発生した波長２３５ｎｍの紫外光をＫＢＢＦ結晶から出射させることができる。
【０００６】
しかしながら、波長が２３５ｎｍ以下の波長帯域において、透過光学素子として使用可能な素材は高純度の合成石英かフッ化カルシウム（蛍石）等に限られることから、プリズムを含めた波長変換光学素子の価格が極めて高額なものになるという課題がある。また、プリズムとＫＢＢＦ結晶との境界面に、屈折率が両者の中間にあるマッチング液ないしマッチングシートを用いるか、ＫＢＢＦ結晶とプリズムをオプティカルコンタクト（optical  contact）により貼り合わせる必要があるが、高出力の深紫外領域の光に対して十分な耐久性を持たせることは困難であるという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、簡明かつ低廉な構成で、一般式がＭＢＢＦで表される非線形光学結晶の第２高調波発生により、波長が２３５ｎｍ以下の紫外光を発生可能な波長変換光学素子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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明を例示する態様は、一般式がＭＢe2ＢＯ3Ｆ2（但しＭ；Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）で表されるホウ酸フッ化ベリリウム塩の結晶で、当該結晶のｃ軸に直交して相互に平行に延びる上面及び下面、並びにこれらを繋ぐ側面を有する板状をなし、側面はｃ軸と所定角度で交わる平坦な第１側面と、この第１側面と対向し前記ｃ軸と所定角度で交わる平坦な第２側面とを有して構成される波長変換光学素子である。そのうえで、第２高調波発生により波長が２３５ｎｍ以下の紫外光を発生させる際に位相整合条件を満たす光の伝搬方向の角度がｃ軸に対してθmである場合に、前記第１側面は、当該第１側面から基本波のレーザ光が結晶内に入射可能であるとともに、入射した基本波のレーザ光及び第２高調波発生により発生した第２高調波のレーザ光がｃ軸に対してθmの角度で結晶内を伝播する傾斜角度であり、前記第２側面は、第１側面から入射して上面または下面においてｃ軸に対してθmの角度で反射した基本波及び第２高調波のレーザ光が出射し得る傾斜角度であるように構成される。
【０００９】
この場合において、前記第１側面から入射した基本波のレーザ光及び第２高調波発生により発生した第２高調波のレーザ光が、前記上面及び前記下面において複数回反射して、前記第２側面から出射するように構成することが好ましい。
【００１０】
なお、基本波のレーザ光が伝播する面内における、第１側面とｃ軸との交差角が９０−θmであることが好ましく、第２高調波のレーザ光が伝播する面内における、第２側面とｃ軸との交差角が９０−θmであることも好ましい構成態様である。
【００１１】
また、上面及び下面においてｃ軸に対して前記θmの角度で反射して伝播するレーザ光の上面及び下面間の１経路の光路長をＬとし、上面及び下面において反射する際に生じる基本波と第２高調波との間の位相変化の差（１経路当たり）をφとしたときに、位相不整合量Δｋ・Ｌ＝−φとなるような位相不整合量Δｋを与えることが好ましい構成態様である。
【００１２】
本発明を例示する他の態様は、所定波長のレーザ光を出力するレーザ光出力部と、レーザ光出力部から出力された前記所定波長のレーザ光を波長が２３５ｎｍ以下の紫外光に波長変換して出力する波長変換部とを備えた紫外レーザ装置であり、波長変換部に、上記のような波長変換光学素子を備えて構成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の態様によれば、プリズムやマッチングシート等を用いない簡明かつ低廉な構成で、一般式がＭＢＢＦで表される非線形光学結晶の第２高調波発生により、波長が２３５ｎｍ以下の紫外光を発生可能な波長変換光学素子を提供することができる。また、簡明かつ低廉な構成で、波長が２３５ｎｍ以下の紫外光を出力する紫外レーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用した波長変換光学素子の構成及び作用を説明するための説明図であり、(ａ)は波長変換光学素子の外観斜視図、(ｂ)は(ａ)における矢印Ｉｂ方向から見た波長変換光学素子の側面図である。
【図２】波長変換光学素子内で第２高調波振幅が成長する原理を説明するための説明図である。
【図３】本発明を適用した紫外レーザ装置の第１の構成例を示す概要構成図である。
【図４】本発明を適用した紫外レーザ装置の第２の構成例を示す概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１に本発明の態様を例示する波長変換光学素子ＮＬＯを示す。ここで図１における(ａ)は、波長変換光学素子ＮＬＯの外観斜視図、(ｂ)は結晶中を伝播するレーザビームの様子を示す(ａ)における矢印Ｉｂ方向から見た波長変換光学素子ＮＬＯの側面図（ないし側断面図）である。
【００１６】
波長変換光学素子ＮＬＯは、一般式がＭＢe2ＢＯ3Ｆ2（但しＭ；Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）で表されるホウ酸フッ化ベリリウム塩の結晶で、当該結晶のｃ軸に直交して相互に平行に延びる上面及び下面、並びにこれらを繋ぐ側面を有する板状をなす。図示する構成例では、ＫＢＢＦ（ＫＢe2ＢＯ3Ｆ2）の板状結晶を、上面Ｐ１及び下面Ｐ２、並びにこれらを繋ぐ４つの側面Ｓ１〜Ｓ４を有する矩形の小片チップ状に切り出した構成を例示する。なお、上面、下面並びに側面の表現は説明の便宜上（説明容易化のため）用いるものであり、波長変換光学素子ＮＬＯの姿勢は任意である。
【００１７】
４つの側面のうち、第１側面Ｓ１及び第２側面Ｓ２は相互に対向し、各々ｃ軸と所定角度で交わる平坦な傾斜面にカットされる。所定角度は、第２高調波発生（ＳＨＧ）により第２高調波（２倍波）を発生させる位相整合条件を満たす方向（ｃ軸に対するビーム角度θm）で結晶内を伝播するビームが、第１側面Ｓ１から入射可能な角度、及び第２側面Ｓ２から出射可能な角度に設定される。すなわち、この所定角度は、基本波の入射角が臨界角度以下であり、入射した基本波が位相整合条件を満たすｃ軸に対するビーム角度θmで結晶内を伝播し得る傾斜角度に設定される。
【００１８】
図１に示す構成形態では、結晶中をｃ軸に対して角度θmで伝播するレーザ光に対し、第１側面Ｓ１及び第２側面Ｓ２がほぼ垂直になるように設定している。つまり、波長変換光学素子ＮＬＯに入射するレーザ光Ｌiが、第１側面Ｓ１に垂直入射する構成としている。このとき、第１側面Ｓ１とｃ軸との交差角は９０−θmである。
【００１９】
例えば、ＳＨＧにより発生される第２高調波の波長が１９３ｎｍの場合には、位相整合条件を満たすｃ軸に対するビーム角度θmは５６．４度であり、第１側面Ｓ１とｃ軸との交差角は３３．６度（第１側面Ｓ１と下面Ｐ２との挟み角は５６．４度、または１２３．６度）となる。これにより、レーザ光Ｌiが位相整合条件を満たす角度θmで結晶内部に入射する。
【００２０】
結晶内部に入射した基本波のレーザ光Ｌiは、下面Ｐ２に対して入射角度θmで入射し、反射角度θmで全反射されて上面Ｐ１に向かう。上面Ｐ１に対しても同様であり、入射角度θmで入射し、反射角度θmで全反射される。結晶内ではこれを繰り返して複数回反射され、図１において左側の第１側面Ｓ１から入射した基本波が結晶内をジグザグに進み、この過程でＳＨＧにより発生した第２高調波とともに右側の第２側面Ｓ２に向かって伝播する。なお、最も小型の構成としては、レーザ光Ｌiが下面Ｐ２で一回反射して、第２側面から第２高調波とともに出射する形態がある。
【００２１】
第２側面Ｓ２もｃ軸に対するビーム角度θmに対してほぼ垂直になるように設定されており、結晶内で波長変換された第２高調波が結晶内から第２側面Ｓ２に垂直入射し、波長変換光学素子ＮＬＯから出射する。第２側面Ｓ２とｃ軸との交差角は９０−θmであり、第２高調波の波長が１９３ｎｍの場合に第２側面Ｓ２とｃ軸との交差角は３３．６度（第２側面Ｓ２と下面Ｐ２との挟み角は１２３．６度、または５６．４度）である。これにより、ＳＨＧで発生した第２高調波の紫外レーザ光Ｌvが波長変換光学素子ＮＬＯの第２側面Ｓ２から出射される。
【００２２】
このように、板状の非線形光学結晶ＮＬＯの側面を斜めにカットすることにより、ＳＨＧの位相整合角で基本波を結晶内に入射させること、及び発生した第２高調波を結晶から出射させることができる。また、結晶内において上記位相整合角で複数回全反射させることにより、光路長を１経路の光路長Ｌのｎ倍にすることができ、薄い板状の結晶でも十分な相互作用長を確保して変換効率を高めることができる。
【００２３】
なお、ＳＨＧにより発生させる第２高調波の波長が１９３ｎｍの場合について具体例を示したが、第２高調波の波長が２３５ｎｍの場合にはθm＝４２．４度、第２高調波の波長が１７７ｎｍの場合にはθm＝６６．６度とすることにより同様に適用できる。
【００２４】
さて、上記のように板状の結晶中でレーザ光（基本波及び第２高調波）が全反射を繰り返し、反射の前後で有効非線形定数が正負反転する場合（ｄ→−ｄ）における、第２高調波の振幅変化について考える。結晶中を進むレーザ光の様子を模式的に図２に示す。図中の符号１，２・・・Ｎ−１，Ｎはレーザ光の経路を示している。
【００２５】
経路積分の考えに基づけば、結晶内の光路を通して最終的に得られる第２高調波の振幅は、個々の経路で発生する第２高調波の振幅の総和で表される。各経路で発生する第２高調波の振幅は、
【００２６】
【数１】
2012003127.tif 000003
【００２７】
従って、結晶内の光路全体では、第２高調波の振幅Ｅ2は、
【数２】
2012003127.tif 000004
【００２８】
ここで、Ｌは１経路あたりの長さ（図１を参照）、ｚはジグザグの経路に沿った距離、位相不整合量Δｋ＝２ｋ1−ｋ2である。また、φ1，φ2は、それぞれ、基本波及び第２高調波の全反射に伴う位相の変化である。なお、計算上重要ではない共通の位相因子は適宜省略した。
【００２９】
ｍ番目の経路にたどり着くまでに、基本波は(ｍ−１）回の全反射を経験し、ｍ番目の経路で発生した第２高調波は、観測点にたどり着くまでに（Ｎ−(ｍ−１)）回の全反射を経験することから、各経路の寄与を表す表式において全反射に伴う位相が決まる。φの表式の中のπは、有効非線形定数ｄが符号を反転することに起因するものである。
【００３０】
第２高調波の振幅を表すＥ2の表式から理解されるように、位相不整合量Δｋが０（完全に位相整合がとれた状態）だと、一般には各経路からの振幅が綺麗に足しあわず、最終的に大きな振幅が得られない。端的にいえば、有効非線形定数の符号の反転（ｄ→−ｄ）により、有効非線形定数が正の経路で発生した第２高調波と、有効非線形定数が負の経路で発生した第２高調波とが相殺し、ジグザグ経路により相互作用長を拡大しても、第２高調波は成長しない。
【００３１】
一方、上記Ｅ2の表式から、Δｋ×Ｌ＝φとなるように位相不整合を与えれば、有効非線形定数の正負反転にかかわらず、各項からの振幅が同位相で寄与し、大きな振幅が得られることがわかる。具体的には、位相不整合量Δｋ＝φ／Ｌとなるように、波長変換光学素子ＮＬＯに入射するレーザ光Ｌiの入射角をΔｋ＝０の状態から僅かにずらす、あるいは波長変換光学素子ＮＬＯの配置角度をわずかにずらすことなどで実現できる。
【００３２】
このように位相不整合を設定すれば、全経路に渡って第２高調波振幅を順次足し上げることができ、高い変換効率を達成することができる。なお、全反射による位相シフトを伴わない場合には、通常の１次の疑似位相整合（ＱＰＭ：Quasi  Phase  Matching）において出会う状況と完全に同じである。
【００３３】
次に、以上説明した波長変換光学素子ＮＬＯを備え、波長２３５ｎｍ以下の紫外光を出力する紫外レーザ装置について説明する。
【００３４】
本発明を適用した第１構成例の紫外レーザ装置１を図３に示す。紫外レーザ装置１は、赤外波長のレーザ光を出力するレーザ光出力部１０と、レーザ光出力部１０から出力された赤外波長のレーザ光を波長１９３ｎｍの紫外光に波長変換して出力する波長変換部２０とを備えて構成される。図中には、各位置における偏光状態について、紙面に平行な偏光状態をｐ偏光として両端矢印の符号で付記し、紙面に垂直な偏光状態をｓ偏光としてドット付きの丸印で付記している。
【００３５】
レーザ光出力部１０は、波長１５４７ｎｍのレーザ光（シード光）を発生するレーザ光源１１と、レーザ光源１１により発生されたレーザ光を所定出力に増幅して波長変換部２０に出力する光増幅器１２とを備えて構成される。
【００３６】
レーザ光源１１は、上記波長を発振帯域に含み、狭帯域のレーザ光を安定的に出力可能な光源、例えば温度調整により発振波長を制御可能なＤＦＢ（Distributed  Feedback）半導体レーザや、ＤＢＲ（Distributed  Bragg  Reflector）半導体レーザなどが好適に用いられる。
【００３７】
光増幅器１２は、レーザ光源１１から出力された波長１５４７ｎｍのレーザ光（シード光）を増幅する光増幅器であり、例えば、この波長帯域で高い利得を有するエルビウム（Ｅｒ）ドープファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）が好適に用いられる。光増幅器１２により増幅された波長１５４７ｎｍのｓ偏光の赤外レーザ光は、波長変換部２０に入射する。なお、レーザ光源１１を設けずに、ファイバー光増幅器の両端部に共振器を組み込んだファイバーレーザを用いてレーザ光出力部１０を構成しても良い。
【００３８】
波長変換部２０は、３つの波長変換光学素子を主体として構成される。すなわち、第１波長変換光学素子２１、第２波長変換光学素子２２、第３波長変換光学素子２３であり、レーザ光出力部１０から出力され、波長変換部２０に入射した波長λ＝１５４７ｎｍ、角周波数ωのレーザ光（以下、本構成例の説明において基本波という）が、これら３つの波長変換光学素子２１，２２，２３を通る過程で、ω→２ω、２ω→４ω、４ω→８ωのように順次波長変換されて、波長変換部２０から角周波数８ω、波長１９３ｎｍの紫外光が出力される。
【００３９】
第１波長変換光学素子２１は、例えばＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶が用いられる。第１波長変換光学素子２１では、レーザ光出力部１０から出力され第１波長変換光学素子２１に集光入射した角周波数ω、波長λ＝１５４７ｎｍの基本波の第２高調波発生（ＳＨＧ）が行われ、角周波数が基本波の２倍である２ω、波長が基本波の半分（λ／２）である７７３ｎｍの２倍波が発生する。発生したｐ偏光の２倍波は第２波長変換光学素子２２に集光入射される。
【００４０】
第２波長変換光学素子２２は、例えばＬＢＯ結晶が用いられる。第２波長変換光学素子２２では、集光入射した角周波数２ω、波長７７３ｎｍの２倍波の第２高調波発生が行われ、角周波数が基本波の４倍である４ω、波長がλ／４である３８７ｎｍの４倍波が発生する。発生したｓ偏光の４倍波は第３波長変換光学素子２３に集光入射される。
【００４１】
第３波長変換光学素子２３として、既述した波長変換光学素子（ＫＢＢＦ結晶）ＮＬＯが用いられる。第３波長変換光学素子２２では、波長変換光学素子ＮＬＯの第１側面Ｓ１からｃ軸に対する角度θmで結晶に入射した角周波数４ω、波長３８７ｎｍの４倍波が、結晶中で上面Ｐ１と下面Ｐ２に交互に全反射されて折り返され結晶内をジグザグに進む（図１及び図２を参照）。
【００４２】
このとき、前述した位相不整合量Δｋ＝φ／Ｌの存在によって全経路に渡って第２高調波振幅が順次足し上げられ、高い変換効率で４倍波の第２高調波発生が行われる。そして、第３波長変換光学素子２３（波長変換光学素子ＮＬＯの第２側面Ｓ２）から角周波数が基本波の８倍である８ω、波長がλ／８である１９３ｎｍの８倍波が出力され、波長変換部２０から出力される。
【００４３】
このように構成される紫外レーザ装置１によれば、波長変換部２０を僅か３つの波長変換光学素子２１，２２，２３で構成することができ、かつ、第３波長変換光学素子２３にプリズムやマッチングシート等を用いない簡明かつ低廉な構成で、高い変換効率で波長１９３ｎｍの高出力の紫外光を出力することができる。
【００４４】
次に、本発明を適用した第２構成例の紫外レーザ装置２を図４に示す。紫外レーザ装置２は、紫外レーザ装置１と同様に、赤外波長のレーザ光を出力するレーザ光出力部１５と、レーザ光出力部１５から出力されたレーザ光を波長１７７ｎｍの紫外光に波長変換して出力する波長変換部２５とを備えて構成される。
【００４５】
レーザ光出力部１５は、波長１０６４ｎｍのレーザ光（シード光）を発生するレーザ光源１６と、レーザ光源１６により発生されたレーザ光を所定出力に増幅して波長変換部２５に出力する光増幅器１７とを備えて構成される。
【００４６】
レーザ光源１６は、上記波長を発振帯域に含み、狭帯域のレーザ光を安定的に出力可能な光源、例えば温度調整により発振波長を制御可能なＤＦＢ半導体レーザや、ＤＢＲ半導体レーザなどが好適に用いられる。
【００４７】
光増幅器１７は、レーザ光源１６から出力された波長１０６４ｎｍのレーザ光を増幅する光増幅器であり、例えば、この波長帯域で高い利得を有するイットリビウム（Ｙｂ）ドープファイバ光増幅器（ＹＤＦＡ）が好適に用いられる。光増幅器１７により増幅された波長１０６４ｎｍのｓ偏光の赤外レーザ光は、波長変換部２５に入射する。なお、レーザ光源１６を設けずに、ファイバー光増幅器の両端部に共振器を組み込んだファイバーレーザを用いてレーザ光出力部１５を構成しても良い。
【００４８】
波長変換部２５は、３つの波長変換光学素子を主体として構成される。すなわち、第１波長変換光学素子２６、第２波長変換光学素子２７、第３波長変換光学素子２８であり、レーザ光出力部１５から出力され、波長変換部２５に入射した波長λ＝１０６４ｎｍ、角周波数ωのレーザ光（以下、本構成例の説明において基本波という）が、これら３つの波長変換光学素子２６，２７，２８を通る過程で、ω→２ω、ω＋２ω→３ω、３ω→６ωのように順次波長変換されて、波長変換部２５から角周波数６ω、波長１７７ｎｍの紫外光が出射される。
【００４９】
第１波長変換光学素子２６は、例えばＬＢＯ結晶が用いられる。第１波長変換光学素子２６では、レーザ光出力部１５から出力され第１波長変換光学素子２６に集光入射した角周波数ω、波長λ＝１０６４ｎｍの基本波の第２高調波発生（ＳＨＧ）が行われ、角周波数が基本波の２倍である２ω、波長が半分である５３２ｎｍの２倍波が発生する。発生したｐ偏光の２倍波と第１波長変換光学素子２６を透過したｓ偏光の基本波は、２波長波長板２９を通過することにより、基本波の偏光がｓ偏光からｐ偏光に変換され、一方、２倍波はｐ偏光のまま維持される。その後、ともにｐ偏光の基本波及び２倍波が第２波長変換光学素子２７に集光入射される。
【００５０】
第２波長変換光学素子２７は、例えばＬＢＯ結晶が用いられる。第２波長変換光学素子２７では、角周波数ω、波長１０６４ｎｍの基本波と、５３２ｎｍの角周波数２ω、波長５３２ｎｍの２倍波の和周波発生（ＳＦＧ）が行われ、角周波数が基本波の３倍である３ω、波長がλ／３である３５５ｎｍの３倍波が発生する。発生したｓ偏光の３倍波は第３波長変換光学素子２８に集光入射される。
【００５１】
第３波長変換光学素子２８として、既述した波長変換光学素子（ＫＢＢＦ結晶）ＮＬＯが用いられる。第３波長変換光学素子２８では、波長変換光学素子ＮＬＯの第１側面Ｓ１からｃ軸に対する角度θmで結晶に入射した角周波数３ω、波長３５５ｎｍの３倍波が、結晶中で上面Ｐ１と下面Ｐ２に交互に全反射されて折り返され結晶内をジグザグに進む（図１及び図２を参照）。
【００５２】
このとき、前述した位相不整合量Δｋ＝φ／Ｌの存在によって全経路に渡って第２高調波振幅が順次足し上げられ、高い変換効率で３倍波の第２高調波発生が行われる。そして、第３波長変換光学素子２８（波長変換光学素子ＮＬＯの第２側面Ｓ２）から角周波数が基本波の６倍である６ω、波長がλ／６である１７７ｎｍの６倍波が出力され、波長変換部２５から出力される。
【００５３】
このように構成される紫外レーザ装置２によれば、第１構成例の紫外レーザ装置１と同様に、波長変換部２０を僅か３つの波長変換光学素子２６，２７，２８で構成することができ、かつ、第３波長変換光学素子２８にプリズムやマッチングシート等を用いない簡明かつ低廉な構成で、高い変換効率で波長１７７ｎｍの高出力の紫外光を出力することができる。
【００５４】
従って、以上説明した構成態様の紫外レーザ装置１，２によれば、簡明かつ低廉な構成で、波長が２３５ｎｍ以下の紫外光を出力する紫外レーザ装置を提供することができる。このような紫外レーザ装置は、小型軽量であるとともに取り扱いが容易であり、例えば、顕微鏡や望遠鏡等の観察装置、測長器や形状測定器等の測定装置、光造形装置や露光装置等の光加工装置検査装置、治療装置等に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
ＮＬＯ  波長変換光学素子
Ｐ１  上面
Ｐ２  下面
Ｓ１〜Ｓ４  側面
Ｓ１  第１側面
Ｓ２  第２側面
Ｌi  第１側面から入射する基本波のレーザ光
Ｌv  第２側面から出射する第２高調波のレーザ光
θm  位相整合条件を満たすｃ軸に対するビーム角度
Ｌ  結晶内の１経路あたりの長さ
１  第１構成例の紫外レーザ装置
２  第２構成例の紫外レーザ装置
１０  レーザ光出力部（第１構成例）
１５  レーザ光出力部（第２構成例）
２０  波長変換部（第１構成例）
２１  第１波長変換光学素子
２２  第２波長変換光学素子
２３  第３波長変換光学素子（非線形光学素子）
２５  波長変換部（第２構成例）
２６  第１波長変換光学素子
２７  第２波長変換光学素子
２８  第３波長変換光学素子（非線形光学素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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