(57)【要約】【課題】安定したレーザ光を得る。【解決手段】波長変換装置は、第１面を備える非線形結晶と、前記第１面に接合し、少なくとも１つの層を含む第１膜と、前記第１膜に接合する第１プリズムと、を備えてもよい。前記第１膜と前記第１プリズムとの前記接合は、オプティカルコンタクトであってもよい。前記非線形結晶は、ＫＢＢＦ結晶であってもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面を備える非線形結晶と、
前記第１面に接合し、少なくとも１つの層を含む第１膜と、
前記第１膜に接合する第１プリズムと、
を備える、波長変換装置。
【請求項２】
前記第１膜と前記第１プリズムとの前記接合は、オプティカルコンタクトである、請求項１記載の波長変換装置。
【請求項３】
前記非線形結晶は、ＫＢＢＦ結晶である、請求項１記載の波長変換装置。
【請求項４】
前記第１膜は、酸化物およびフッ化物のうち少なくとも一方を含む第１層を、前記第１プリズムとの接合面に含む、請求項１記載の波長変換装置。
【請求項５】
前記第１膜は、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、およびＧｄＦ３のうち少なくとも１つを含む第１層を、前記第１プリズムとの接合面に含む、請求項１記載の波長変換装置。
【請求項６】
前記第１プリズムの材料は、ＳｉＯ２結晶、ＣａＦ２結晶、およびＭｇＦ２結晶のうち少なくとも１つを含む、請求項１記載の波長変換装置。
【請求項７】
前記第１プリズムは、前記第１膜との接合面に、少なくとも１つの層を含む第２膜を備える、請求項１記載の波長変換装置。
【請求項８】
前記第２膜は、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、およびＧｄＦ３のうち少なくとも１つを含む膜を、前記第１膜との前記接合面に備える、請求項７記載の波長変換装置。
【請求項９】
前記第１層は、前記第１プリズムとの接合面に第１緩衝層を含む、請求項１記載の波長変換装置。
【請求項１０】
前記第１緩衝層の材料は、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、およびＳｃＯ２のうち少なくとも１つを含む、請求項９記載の波長変換装置。
【請求項１１】
前記第１プリズムの材料は、ＳｉＯ２結晶、ＣａＦ２結晶、およびＭｇＦ２結晶のうち少なくとも１つを含む、請求項１０記載の波長変換装置。
【請求項１２】
前記非線形結晶における前記第１面と反対側の第２面に接合し、少なくとも１つの層を含む第３膜と、
前記第３膜に接合する第２プリズムと、
を備える、請求項１記載の波長変換装置。
【請求項１３】
前記第３膜と前記第２プリズムとの前記接合は、オプティカルコンタクトである、請求項１２記載の波長変換装置。
【請求項１４】
前記第３膜は、酸化物およびフッ化物のうち少なくとも一方を含む第２層を、前記第２プリズムとの接合面に含む、請求項１２記載の波長変換装置。
【請求項１５】
前記第３膜は、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、およびＧｄＦ３のうち少なくとも１つを含む第２層を、前記第２プリズムとの接合面に含む、請求項１２記載の波長変換装置。
【請求項１６】
前記第２プリズムの材料は、ＳｉＯ２結晶、合成石英ガラス、溶融石英ガラス、ＣａＦ２結晶、およびＭｇＦ２結晶のうち少なくとも１つを含む、請求項１２記載の波長変換装置。
【請求項１７】
前記第３膜は、前記第１プリズムとの接合面に第２緩衝層を備える、請求項１２記載の波長変換装置。
【請求項１８】
前記第２緩衝層の材料は、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、およびＳｃＯ２のうち少なくとも１つを含む、請求項１７記載の波長変換装置。
【請求項１９】
前記第２プリズムの材料は、ＳｉＯ２結晶、合成石英ガラス、溶融石英ガラス、ＣａＦ２結晶、およびＭｇＦ２結晶のうち少なくとも１つを含む、請求項１８記載の波長変換装置。
【請求項２０】
レーザ光を出力するレーザと、
前記レーザ光を増幅する増幅部と、
増幅後の前記レーザ光を波長変換する、請求項１記載の波長変換装置と、
を備える、固体レーザ装置。
【請求項２１】
レーザ光を出力するレーザと、
前記レーザ光を増幅する増幅部と、
増幅後の前記レーザ光を波長変換する、請求項１２記載の波長変換装置と、
を備える、固体レーザ装置。
【請求項２２】
請求項２０記載の固体レーザ装置と、
前記固体レーザ装置から出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、
を備える、レーザシステム。
【請求項２３】
請求項２１記載の固体レーザ装置と、
前記固体レーザ装置から出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、
を備える、レーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、波長変換素子、固体レーザ装置およびレーザシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体リソグラフィプロセスに使用される典型的な紫外線光源エキシマレーザは、波長がおよそ２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザと波長がおよそ１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザである。
【０００３】
そうしたＡｒＦエキシマレーザの殆どは発振段レーザと増幅段を含む２ステージレーザシステムとして市場に供給されている。２ステージのＡｒＦエキシマレーザシステムの発振段レーザと増幅段の共通する主要な構成を説明する。発振段レーザは第１チャンバを有し、増幅段は第２チャンバを有する。それらの第１、第２チャンバ内にレーザガス（Ｆ２、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅの混合ガス）が封入されている。発振段レーザと増幅段はまた、前記レーザガスを励起するために電気エネルギーを供給する高電圧パルス電源を有する。発振段レーザと増幅段とはそれぞれ高電圧パルス電源を有することができるが、１台の高電圧パルス電源を共有することもできる。前記第１チャンバ内には、それぞれが前記高電圧パルス電源に接続された第１アノードと第１カソードとを含む第１放電電極が設置され、前記第２チャンバ内にも同様にそれぞれが前記高電圧パルス電源に接続された第２アノードと第２カソードとを含む第２放電電極が設置されている。
【０００４】
発振段レーザ特有の構成は、例えば狭帯域モジュールである。狭帯域モジュールは典型的にはひとつのグレーティングと少なくともひとつのプリズムビームエキスパンダとを含む。半透過ミラーと前記グレーティングとが光共振器を構成し、これらの半透過ミラーとグレーティングとの間に発振段レーザの前記第１チャンバが設置されている。
【０００５】
前記第１放電電極の第１アノードと第１カソードとの間に放電が生じると前記レーザガスが励起されて、その励起エネルギーを放出する際に光が発生する。その光が前記狭帯域モジュールによって波長選択されたレーザ光となって発振段レーザから出力される。
【０００６】
増幅段が共振器構造を含むレーザである場合の２ステージレーザシステムをＭＯＰＯと言い、増幅段が共振器構造を含まずレーザではない場合の２ステージレーザシステムをＭＯＰＡと言う。前記発振段レーザからのレーザ光が前記増幅段の第２チャンバ内に存在するときに、前記第２放電電極の第２アノードと第２カソードとの間に放電を発生させる制御が行なわれる。これにより前記第２チャンバ内のレーザガスが励起されて、前記レーザ光が増幅されて増幅段から出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６８５９３０５号明細書
【特許文献２】特許第４０７４１２４号
【概要】
【０００８】
本開示の一態様による波長変換装置は、第１面を備える非線形結晶と、前記第１面に接合し、少なくとも１つの層を含む第１膜と、前記第１膜に接合する第１プリズムと、を備えてもよい。
【０００９】
本開示の他の態様による固体レーザ装置は、レーザ光を出力するレーザと、前記レーザ光を増幅する増幅部と、増幅後の前記レーザ光を波長変換する、上述の波長変換装置と、を備えてもよい。
【００１０】
本開示の他の態様によるレーザシステムは、上述の固体レーザ装置と、前記固体レーザ装置から出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の実施の形態１による波長変換素子を有する固体レーザ装置およびそれを用いた２ステージレーザ装置の一例の概略構成を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示す増幅装置の一例の概略構成を示す。
【図２】図２は、本開示の実施の形態２による波長変換素子の概略構成を示す。
【図３】図３は、本開示の実施の形態３による波長変換素子の概略構成を示す。
【図４】図４は、本開示の実施の形態４による波長変換素子の概略構成を示す。
【図５】図５は、本開示の実施の形態５による波長変換素子の概略構成を示す。
【図６】図６は、本開示の実施の形態６による波長変換素子の概略構成を示す。
【図７】図７は、本開示の実施の携帯７による波長変換素子の概略構成を示す。
【実施の形態】
【００１２】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示の一例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。なお、以下の説明では、下記目次の流れに沿って説明する。
【００１３】
目次
１．概要
２．用語の説明
３．波長変換素子を有する固体レーザ装置とＡｒＦ増幅器とを備えたレーザシステム（実施の形態１）
３．１  構成
３．２  動作
４．非線形光学結晶に２つのプリズムをオプティカルコンタクトした波長変換素子（実施の形態２）
４．１  構成
４．２  動作
４．３  作用
５．酸化物コーティング膜を施したプリズムと非線形光学結晶をオプティカルコンタクトした波長変換素子（実施の形態３）
５．１  構成
５．２  作用
６．酸化物コーティング膜やフッ化物コーティング膜を施した非線形光学結晶とプリズムをオプティカルコンタクトした波長変換素子（実施の形態４）
６．１  構成
６．２  作用
７．プリズムの膜と非線形光学結晶の膜との間をオプティカルコンタクトした波長変換装置（実施の形態５）
７．１  構成
７．２  作用
８．緩衝層と各緩衝層上の膜とを備える非線形光学結晶をプリズムとオプティカルコンタクトした波長変換装置（実施の形態６）
８．１  構成
８．２  作用
９．コーティング膜を施した非線形光学結晶に１つのプリズムをオプティカルコンタクトした波長変換素子（実施の形態７）
９．１  構成
９．２  動作
９．３  作用
【００１４】
１．概要
以下で例示する実施の形態では、非線形光学結晶の表面が膜によりコートされ得る。この膜は、プリズムの表面にオプティカルコンタクトさせられ得る。
【００１５】
２．用語の説明
ＫＢＢＦ結晶とは、化学式ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２で表される非線形光学結晶である。
バースト発振とは、所定の期間に、所定の繰返し周波数で、パルスレーザ光を出力することである。
光路とは、レーザ光が伝搬する経路のことである。
オプティカルコンタクトとは、一定以上の面精度あるいは表面粗さを持った面同士を密着させて接合する接合方法である。接合する各面に要求される面精度あるいは表面粗さは接合材料によって異なる。さらに、接合材料によっては、面同士を密着させた後、加熱することで界面の分子運動を高め接合強度を高めることもある。
【００１６】
３．波長変換素子を有する固体レーザ装置とＡｒＦ増幅器とを備えたレーザシステム（実施の形態１）
３．１  構成
図１Ａに本開示の実施の形態１による２ステージレーザ装置の一例の概略構成を示す。図１Ｂに、図１Ａに示す増幅装置の一例の概略構成を示す。なお、図１Ｂは、図１Ａに示す増幅装置３の断面とは異なる断面の概略構成を示す。
【００１７】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、２ステージレーザ装置（以下、レーザシステムという）１は、固体レーザ装置２と、増幅装置３とを含んでもよい。固体レーザ装置２は、たとえば波長変換素子を有してもよい。増幅装置３は、たとえば放電励起式ＡｒＦエキシマ増幅器であってよい。固体レーザ装置２と増幅装置３との間には、低コヒーレンス化光学システム４が設置されてもよい。低コヒーレンス化光学システム４としては、光学パルスストレッチャーやランダム位相板にコリメート光学系を組み合わせた光学素子群等の光学システムを使用してよい。
【００１８】
次に、固体レーザ装置２について説明する。固体レーザ装置２は、ポンピングレーザ５と、Ｔｉ：サファイアレーザ６と、増幅器７と、ビームスプリッタ８１と、高反射ミラー８２と、波長変換装置９と、高反射ミラー１１とを含んでもよい。
【００１９】
ポンピングレーザ５は、たとえば半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波光を出力するレーザであってもよい。Ｔｉ：サファイアレーザ６は、Ｔｉ：サファイア結晶と光共振器を含んでもよい。増幅器７は、Ｔｉ：サファイア結晶を含む増幅器であってよい。波長変換装置９は、第一波長変換素子９１と第二波長変換素子９２とを備えてもよい。第一波長変換素子９１は、ＬＢＯ結晶を含んでもよい。第二波長変換素子９２は、ＫＢＢＦ結晶１０１を含んでもよい。
【００２０】
次いで、増幅装置３について説明する。増幅装置３は、チャンバ２０と、一対の放電電極（アノード２１およびカソード２２）と、出力結合ミラー１４と、高反射ミラー１５、１６、および１７とを含んでもよい。チャンバ２０内には、レーザガスが封入されていてもよい。このレーザガスは、Ａｒ、Ｎｅ、Ｆ２、またはＸｅの混合ガスでもよい。アノード２１およびカソード２２は、チャンバ２０内に設置されてもよい。アノード２１およびカソード２２は、図１Ｂに示すように、紙面に沿った方向に間隔を開けて配置されてもよい。アノード２１およびカソード２２は、図１Ｂの紙面に対して垂直方向に間隔を開けて配列されてもよい。アノード２１およびカソード２２の間は、放電空間２３であってよい。チャンバ２０には、パルスレーザ光３２を透過するウィンドウ１８および１９が取り付けてあってもよい。また、図示を省略した高電圧パルス電源がチャンバ２０の外に設置されていてもよい。
【００２１】
出力結合ミラー１４と高反射ミラー１５、１６、および１７とは、リング型光共振器を構成してもよい。出力結合ミラー１４は、一部の光を透過し、一部の光を反射する素子であってもよい。
【００２２】
３．２  動作
固体レーザ装置２は、波長がおよそ１９３ｎｍのパルスレーザ光３１を出力してもよい。低コヒーレンス化光学システム４は、パルスレーザ光３１のコヒーレンシーを低下させてもよい。増幅装置３は、コヒーレンシーの低下したパルスレーザ光３２を増幅してパルスレーザ光３３として出力してもよい。パルスレーザ光３３は、例えば図示していない半導体露光機へ送られて、露光処理に使用されてもよい。
【００２３】
ポンピングレーザ５からは、波長がおよそ５３２ｎｍの励起光（ポンピング光ともいう）５１が出力されてもよい。励起光５１の一部は、ビームスプリッタ８１を透過してもよい。励起光５１の他の一部は、ビームスプリッタ８１で反射されてもよい。ビームスプリッタ８１を透過した励起光５１ａは、Ｔｉ：サファイアレーザ６のＴｉ：サファイア結晶を励起してもよい。励起されたＴｉ：サファイアレーザ６からは、波長がおよそ７７３．６ｎｍのパルスレーザ光３１ａが出力されてもよい。Ｔｉ：サファイアレーザ６は、図示しない波長選択素子を備える光共振器を含んでもよい。このＴｉ：サファイアレーザ６からは、波長選択素子によってスペクトル幅が狭帯域化されたパルスレーザ光３１ａが出力されてもよい。
【００２４】
一方、ポンピングレーザ５から出力された励起光５１のうち、ビームスプリッタ８１で反射された励起光５１ｂは、さらに高反射ミラー８２で反射されてもよい。この反射された励起光５１ｂは、Ｔｉ：サファイアの増幅器７に入射し、これが備えるＴｉ：サファイア結晶を励起してもよい。増幅器７はその励起エネルギーによってＴｉ：サファイアレーザ６から出力されたパルスレーザ光３１ａを増幅してもよい。この結果、増幅器７からは、波長がおよそ７７３．６ｎｍのパルスレーザ光３１ｂが出力されてもよい。
【００２５】
Ｔｉ：サファイアの増幅器７から出力されたパルスレーザ光３１ｂは、波長変換装置９に入射してもよい。波長変換装置９に入射したパルスレーザ光３１ｂは、まず、第一波長変換素子９１に入射してもよい。そして、パルスレーザ光３１ｂ、非線形光学結晶であるＬＢＯ結晶を透過することで、波長がおよそ３８６．８ｎｍ（前記７７３．６ｎｍの１／２）のパルスレーザ光３１ｂに変換されてもよい。つぎに、波長変換後のパルスレーザ光３１ｂは、第二波長変換素子９２入射してもよい。そして、パルスレーザ光３１ｂは、非線形光学結晶であるＫＢＢＦ結晶１０１を透過することで、波長がおよそ１９３．４ｎｍ（前記３８６．８ｎｍの１／２）のパルスレーザ光３１にさらに変換されてもよい。
【００２６】
ＫＢＢＦ結晶１０１を透過後のパルスレーザ光３１は、高反射ミラー１１によって進行方向を変えられて、低コヒーレンス化光学システム４に入射してもよい。パルスレーザ光３１のコヒーレンスは、低コヒーレンス化光学システム４を透過することによって低下してもよい。そのコヒーレンスが低下したパルスレーザ光３２は増幅装置３に入射してもよい。
【００２７】
チャンバ２０内のアノード２１とカソード２２に電気的に接続された図示しない高電圧パルス電源は、アノード２１およびカソード２２間に高電圧パルスを加えてもよい。これにより、アノード２１およびカソード２２間で放電が生じてもよい。この高電圧パルスは、パルスレーザ光３２が放電空間２３内に存在するときに放電空間２３に放電を生じさせることが可能なタイミングで、アノード２１およびカソード２２間に与えられてもよい。
【００２８】
低コヒーレンス化光学システム４を出射したパルスレーザ光３２の一部は、出力結合ミラー１４を透過して、高反射ミラー１５により反射されてもよい。このパルスレーザ光３２は、ウィンドウ１８を透過して、アノード２１とカソード２２との間の放電空間２３へ進行してもよい。パルスレーザ光３２が放電空間２３内に存在するときに放電空間２３に放電を生じさせる制御が行われることによって、そのパルスレーザ光３２が増幅されてもよい。増幅されたパルスレーザ光３２は、ウィンドウ１９を介してチャンバ２０から出射してもよい。出射したパルスレーザ光３２は、高反射ミラー１６および１７により高反射されて、再びウィンドウ１９を介して、チャンバ２０内の放電空間２３へ進行して増幅されてもよい。そして、このパルスレーザ光３２は、今度はウィンドウ１８を介してチャンバ２０から出射してもよい。出射したパルスレーザ光３２は、出力結合ミラー１４に入射してもよい。このパルスレーザ光３２の一部は、出力結合ミラー１４を透過して、パルスレーザ光３３として増幅装置３から出射してもよい。パルスレーザ光３２の他の一部は、出力結合ミラー１４で反射することで、フィードバック光として、再びリング光共振器中に戻されてもよい。
【００２９】
本説明では、増幅装置３がリング光共振器を含む場合を例示したが、この例に限定されるものではない。たとえば、増幅装置３は、増幅器に光共振器が配置されたファブリーペロー型共振器を含んでもよい。
【００３０】
なお、実施の形態１では、固体レーザの波長変換装置９及びそれを用いたレーザシステム１が例示されている。ここで、図１Ａにおける低コヒーレンス化光学システム４及び増幅装置３等は、本開示の必須の構成ではない。また、波長変換装置９によって波長変換する前のパルスレーザ光３１ｂは、Ｔｉ：サファイアレーザ６を含むレーザ装置から出力されたレーザ光でなくともよい。
【００３１】
４．非線形光学結晶に２つのプリズムをオプティカルコンタクトした波長変換素子（実施の形態２）
つぎに、本開示の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、実施の形態１として例示した第二波長変換素子９２について、より具体的な構成である波長変換素子１０１Ａを、実施の形態２として説明する。
【００３２】
ここで、ＫＢＢＦ結晶に関する課題について説明する。ＫＢＢＦ結晶は、現状では光学軸（Ｚ軸）以外の方向への結晶成長が困難である。また、ＫＢＢＦ結晶は、現状では光学軸方向に２．５ｍｍ程度より厚く成長させることが困難である。そのため、ＫＢＢＦ結晶を位相整合方向に垂直な面で切断する場合、十分な厚みを得られないという課題が存在する。また、ＫＢＢＦ結晶は強いへき開性をもつため、現状では位相整合方向と垂直な面での良好な切断及びこの面に対する光学研磨が困難であるという課題が存在する。そのため、ＫＢＢＦ結晶は、光学軸方向と垂直な面を光入射面及び光出射面として使用されることもある。
【００３３】
ＫＢＢＦ結晶は屈折率が大きい。そのため、ＫＢＢＦ結晶が大気中に配置された場合、ＫＢＢＦ結晶内で発生する第２高調波光（１９３．４ｎｍ）が、大気と光出射面との界面で全反射してしまう条件がある。そのため、第２高調波光をＫＢＢＦ結晶から取り出すことができない場合が存在する。
【００３４】
そこで、ＫＢＢＦ結晶の入射面と出射面とにそれぞれ膜をコーティングしてもよい。そして、膜がコーティングされたＫＢＢＦ結晶を、入射面側と出射面側とから２つのプリズムで挟んでもよい。膜は、表面がオプティカルコンタクトを形成するのに十分な表面粗さを得られる程度の厚さを備えるとよい。膜を形成することにより、ＫＢＢＦ結晶の入射面と出射面とに一定の表面粗さがあったとしても、表面の表面粗さを膜の表面粗さとすることができる。これにより、この平坦な膜とプリズムとによってオプティカルコンタクトを形成することができる。このような構成によれば、第２高調波光の界面での全反射が防止され得る。
【００３５】
４．１  構成
図２に、実施の形態２による波長変換装置における波長変換素子１０１Ａの概略構成を示す。以下では、非線形光学結晶としてＫＢＢＦ結晶１０１を例示する。
【００３６】
図２に示すように、波長変換素子１０１Ａは、ＫＢＢＦ結晶１０１と、ＫＢＢＦ結晶１０１の一方の主面に形成されたコーティング膜（第３膜）１０２ａと、ＫＢＢＦ結晶１０１の他方の主面に形成されたコーティング膜（第１膜）１０３ａとを備えてもよい。以下では、一方の主面を入射面１０１ａとし、他方の主面を出射面１０１ｂとする。コーティング膜１０２ａおよび１０３ａの膜厚は、表面がオプティカルコンタクトを形成するのに十分な表面粗さを得られる程度の厚さであってもよい。
【００３７】
さらに、波長変換素子１０１Ａは、プリズム（第２プリズム）１０２およびプリズム（第１プリズム）１０３を備えてもよい。プリズム１０２は、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａ側に、コーティング膜１０２ａを挟んで設けられてもよい。このプリズム１０２は、コーティング膜１０２ａとオプティカルコンタクトによって接合していてもよい。
【００３８】
プリズム１０３は、ＫＢＢＦ結晶１０１の出射面１０１ｂに、コーティング膜１０３ａを挟んで設けられてもよい。このプリズム１０３は、コーティング膜１０３ａとオプティカルコンタクトにより接合してもよい。
【００３９】
４．２  動作
たとえば第一波長変換素子９１を透過したパルスレーザ光３１ｂ（３８６．８ｎｍ）は、プリズム１０２に入射してもよい。このパルスレーザ光３１ｂは、プリズム１０２とコーティング膜１０２ａとがオプティカルコンタクトによって接合されている面を通過してもよい。その後、パルスレーザ光３１ｂは、コーティング膜１０２ａを透過して、ＫＢＢＦ結晶１０１に入射してもよい。すると、ＫＢＢＦ結晶１０１内で、パルスレーザ光３１ｂを基本波光（３８６．８ｎｍ）とした第２高調波光３１ｃ（１９３．４ｎｍ）が生成され得る。パルスレーザ光３１ｂと第２高調波光３１ｃとは、コーティング膜１０３ａを透過し、コーティング膜１０３ａとプリズム１０３とがオプティカルコンタクトによって接合されている面を通過してもよい。その後、パルスレーザ光３１ｂと第２高調波光３１ｃとは、プリズム１０３を透過し、プリズム１０３から出射してもよい。このとき、パルスレーザ光３１ｂと第２高調波光３１ｃとは、それぞれの屈折角度が異なるため、分離されてプリズム１０３から出射し得る。第２高調波光３１ｃは、パルスレーザ光３１として、波長変換装置９から出力されてもよい。このパルスレーザ光３１は、ＡｒＦエキシマ増幅器などの増幅装置３で増幅されてもよい。
【００４０】
４．３  作用
波長変換素子１０１Ａにおいては、プリズム１０２と、コーティング膜１０２ａと、ＫＢＢＦ結晶１０１と、コーティング膜１０３ａと、プリズム１０３との間のそれぞれの界面においてパルスレーザ光３１ｂまたは第２高調波光３１ｃが全反射されるのを防止できる。ＫＢＢＦ結晶１０１にプリズムを直接オプティカルコンタクトによって接合する場合、ＫＢＢＦ結晶１０１とプリズムとの間の界面がパルスレーザ光によるダメージを受ける場合がある。そのため、ＫＢＢＦ結晶１０１の寿命が短くなることもある。これに対し、実施の形態２では、ＫＢＢＦ結晶１０１の表面に膜をコーティングし、この膜とプリズムとをオプティカルコンタクトさせてもよい。それにより、パルスレーザ光によって受けるダメージを軽減できる。これにより、波長変換素子１０１Ａの寿命を向上し得る。
【００４１】
なお、実施の形態２では、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａと出射面１０１ｂとの両側に、コーティング膜１０２ａおよび１０３ａを形成している。また、これらのコーティング膜１０２ａおよび１０３ａとプリズム１０２および１０３とをそれぞれオプティカルコンタクトによって接合している。ただし、この構成に限定されない。たとえば、波長変換素子１０１Ａは、コーティング膜１０２ａおよび１０３ａのいずれか一方のみを備えた構成であってもよい。この際、ＫＢＢＦ結晶１０１において、パルスレーザ光３１ｂまたはパルスレーザ光３１ｂまたは第２高調波光３１ｃによって受けるダメージが大きい方の界面に膜をコーティングするとよい。膜をコーティングしない方の面は、ＫＢＢＦ結晶１０１とプリズムとを直接オプティカルコンタクトさせてもよい。
【００４２】
５．酸化物を用いてオプティカルコンタクトした波長変換素子（実施の形態３）
つぎに、実施の形態２として例示した波長変換素子１０１Ａのより具体的な構成を、実施の形態３として説明する。以下では、非線形光学結晶としてＫＢＢＦ結晶１０１を例示する。
【００４３】
５．１  構成
図３に、実施の形態３による波長変換装置における波長変換素子１０１Ｂの概略構成を示す。図３に示すように、波長変換素子１０１Ｂは、ＫＢＢＦ結晶１０１と、コーティング膜（第３膜）１１２ａと、コーティング膜（第１膜）１１３ａと、プリズム（第２プリズム）１１２と、プリズム（第１プリズム）１１３とを備えてもよい。
【００４４】
コーティング膜１１２ａは、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａに形成されてもよい。コーティング膜１１３ａは、ＫＢＢＦ結晶１０１の出射面１０１ｂに形成されてもよい。コーティング膜１１２ａおよび１１３ａの膜厚は、表面がオプティカルコンタクトを形成するのに十分な表面粗さを得られる程度の厚さであってもよい。
【００４５】
プリズム１１２は、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａに形成されたコーティング膜１１２ａとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム１１３は、ＫＢＢＦ結晶１０１の出射面１０１ｂに形成されたコーティング膜１１３ａとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム１１２、コーティング膜１１２ａ、コーティング膜１１３ａ、およびプリズム１１３は、それぞれの界面においてレーザ光が全反射しないような屈折率を有する材料で形成されていてもよい。
【００４６】
コーティング膜１１２ａは、酸化物およびフッ化物のうち少なくとも一方を含む膜であってもよい。もしくは、コーティング膜１１２ａは、酸化物およびフッ化物のうち少なくとも一方を含む層（第２層）をプリズム１１２と接触する面に含む、多層膜であってもよい。同様に、コーティング膜１１３ａは、酸化物およびフッ化物のうち少なくとも一方を含む膜であってもよい。もしくは、コーティング膜１１３ａは、酸化物およびフッ化物のうち少なくとも一方を含む層（第１層）をプリズム１１３と接触する面に含む、多層膜であってもよい。
【００４７】
コーティング膜１１２ａまたはコーティング膜１１２ａにおけるプリズム１１２と接触する面を形成する層（第２層）の材料は、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、およびＧｄＦ３のうち少なくとも１つを含んでもよい。同様に、コーティング膜１１３ａまたはコーティング膜１１３ａにおけるプリズム１１３と接触する面を形成する層（第１層）の材料は、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、およびＧｄＦ３のうち少なくとも１つを含んでもよい。
【００４８】
プリズム１１２の材料は、ＳｉＯ２結晶、ＣａＦ２結晶、およびＭｇＦ２結晶のうち少なくとも１つを含んでもよい。同様に、プリズム１１３の材料は、ＳｉＯ２結晶、ＣａＦ２結晶、およびＭｇＦ２結晶のうち少なくとも１つを含んでもよい。
【００４９】
コーティング膜１１２ａとプリズム１１２とに同一分子組成の材料を用いることで、コーティング膜１１２ａのプリズム１１２に対する付着強度を向上し得る。また、同一分子組成の材料を用いることで、屈折率整合（ｉｎｄｅｘ  ｍａｔｃｈｉｎｇ）が容易となり得る。同様に、コーティング膜１１３ａとプリズム１１３とに同一分子組成の材料を用いることで、コーティング膜１１３ａのプリズム１１３に対する付着強度を向上し得る。また、同一分子組成の材料を用いることで、屈折率整合が容易となり得る。
【００５０】
なお、プリズム１１２および１１３には、例えば、合成石英や水晶が用いられてもよい。
【００５１】
コーティング膜１１２ａおよび１１３ａの形成には、電子ビーム法やスパッタリング法などを用いてもよい。ただし、これに限定されることなく、種々の成膜方法を用いることができる。コーティング膜１１２ａおよび１１３ａを形成することで、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａと出射面１０１ｂとにおける表面粗さを、それぞれコーティング膜１１２ａおよび１１３ａで平坦化し得る。
【００５２】
５．２  作用
実施の形態３によれば、同一分子組成からなるプリズムと膜とがオプティカルコンタクトし得る。これにより、パルスレーザ光によって界面が受けるダメージを軽減し、波長変換素子１０１Ｂの寿命を向上し得る。
【００５３】
なお、プリズム１１２または１１３に水晶を用いる場合、水晶の光学軸とパルスレーザ光３１ｂの偏光方向とが一致するように、プリズムを作製するとよい。また、コーティング膜１１２ａおよび１１３ａには、スパッタリング法を用いて形成したＳｉＯ２膜を用いるとよい。これにより、第２高調波光３１ｃによって発生するＳｉＯ２膜のコンパクションを抑制し得る。水晶は、合成石英と比較すると波長が１９３．４ｎｍのレーザ光によるコンパクションが発生し難いと考えられる。従って、水晶のプリズムは特に第１のプリズムに使用されるとよい。
【００５４】
６．酸化物とフッ化物を用いてオプティカルコンタクトした波長変換素子（実施の形態４）
つぎに、実施の形態２として例示した波長変換素子１０１Ａの他の具体的な構成を、実施の形態４として説明する。以下では、非線形光学結晶としてＫＢＢＦ結晶１０１を例示する。
【００５５】
６．１  構成
図４に、実施の形態４による波長変換装置における波長変換素子１０１Ｃの概略構成を示す。図４に示すように、波長変換素子１０１Ｃは、ＫＢＢＦ結晶１０１と、コーティング膜（第３膜）１２２ａと、コーティング膜（第１膜）１２３ａと、プリズム（第２プリズム）１２２と、プリズム（第１プリズム）１２３とを備えてもよい。
【００５６】
コーティング膜１２２ａは、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａに形成されてもよい。コーティング膜１２３ａは、ＫＢＢＦ結晶１０１の出射面１０１ｂに形成されてもよい。コーティング膜１２２ａおよび１２３ａの膜厚は、表面がオプティカルコンタクトを形成するのに十分な表面粗さを得られる程度の厚さであってもよい。
【００５７】
プリズム１２２は、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａに形成されたコーティング膜１２２ａとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム１２３は、ＫＢＢＦ結晶１０１の出射面１０１ｂに形成されたコーティング膜１２３ａとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム１２２、コーティング膜１２２ａ、コーティング膜１２３ａ、およびプリズム１２３は、それぞれの界面においてレーザ光が全反射しないような屈折率を有する材料で形成されていてもよい。
【００５８】
パルスレーザ光３１ｂの入射側に位置するコーティング膜１２２ａおよびプリズム１２２の材料には、たとえば酸化物が用いられてもよい。コーティング膜１２２ａは、酸化物を含む層（第２層）をプリズム１２２と接触する面に含む、多層膜であってもよい。コーティング膜１２２ａとプリズム１２２との両方の接触面を酸化物とすることで、両者の接合しやすさを向上し得る。また、両方に酸化物を用いることで、屈折率整合が容易となり得る。なお、コーティング膜１２２ａおよびプリズム１２２に用いられる酸化物は、ＳｉＯ２結晶などであってもよい。なお、コーティング膜１２２ａおよびプリズム１２２の材料に、フッ化物が用いられてもよい。
【００５９】
一方、パルスレーザ光３１ｂおよび第２高調波光３１ｃの出射側に位置するコーティング膜１２３ａおよびプリズム１２３の材料には、たとえばフッ化物が用いられてもよい。フッ化物材料は、酸化物材料に比べ、波長１９３．４ｎｍのレーザ光に対する吸収率が小さい。そのため、フッ化物材料は、酸化物材料に比べ、第２高調波光３１ｃによるコンパクションが発生し難いと考え得る。コーティング膜１２３ａは、フッ化物を含む層（第１層）をプリズム１２３と接触する面に含む、多層膜であってもよい。コーティング膜１２３ａとプリズム１２３との両方の接触面をフッ化物とすることで、両者の接合しやすさを向上し得る。また、両方にフッ化物を用いることで、屈折率整合が容易となり得る。なお、コーティング膜１２３ａに用いられるフッ化物は、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、ＧｄＦ３などであってもよい。プリズム１２３に用いられるフッ化物は、ＣａＦ２、ＭｇＦ２などであってもよい。
【００６０】
コーティング膜１２２ａおよび１２３ａの形成には、電子ビーム法やスパッタリング法などを用いてもよい。ただし、これに限定されることなく、種々の成膜方法を用いることができる。コーティング膜１２２ａおよび１２３ａを形成することで、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａと出射面１０１ｂとにおける表面粗さを、それぞれコーティング膜１２２ａおよび１２３ａで平坦化し得る。
【００６１】
６．２  作用
実施の形態４によれば、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａ側と出射面１０１ｂ側とのそれぞれで、同様の組成の材料からなるプリズムと膜とがオプティカルコンタクトし得る。これにより、パルスレーザ光によって界面が受けるダメージを軽減し、波長変換素子１０１Ｃの寿命を向上し得る。
【００６２】
また、プリズム１２３の材料にＭｇＦ２を用いる場合、プリズム１２３の光学軸とパルスレーザ光３１ｂの偏光方向とが一致するように、プリズム１２３を作製するとよい。
【００６３】
７．プリズムの膜と結晶の膜との間をオプティカルコンタクトした波長変換素子（実施の形態５）
つぎに、実施の形態２として例示した波長変換素子１０１Ａの他の具体的な構成を、実施の形態５として説明する。以下では、非線形光学結晶としてＫＢＢＦ結晶１０１を例示する。
【００６４】
７．１  構成
図５に、実施の形態５による波長変換装置における波長変換素子１０１Ｄの概略構成を示す。図５に示すように、波長変換素子１０１Ｄは、ＫＢＢＦ結晶１０１と、コーティング膜１３２ａ（第３膜）と、コーティング膜（第１膜）１３３ａと、プリズム（第２プリズム）１３２と、プリズム（第１プリズム）１３３とを備えてもよい。プリズム（第１プリズム）１３３は、コーティング膜（第１膜）１３３ａと接触する面に、コーティング膜（第２膜）１３３ｂを含んでもよい。
【００６５】
コーティング膜１３２ａは、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａに形成されてもよい。コーティング膜１３３ａは、ＫＢＢＦ結晶１０１の出射面１０１ｂに形成されてもよい。コーティング膜１３３ｂは、プリズム１３３におけるＫＢＢＦ結晶１０１側の面に形成されてもよい。コーティング膜１３２ａおよび１３３ａの膜厚は、表面がオプティカルコンタクトを形成するのに十分な表面粗さを得られる程度の厚さであってもよい。同様に、コーティング膜１３３ｂの膜厚は、表面がオプティカルコンタクトを形成するのに十分な表面粗さを得られる程度の厚さであってもよい。
【００６６】
プリズム１３２は、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａに形成されたコーティング膜１３２ａとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム１３３については、コーティング膜１３３ｂが、ＫＢＢＦ結晶１０１の出射面１０１ｂに形成されたコーティング膜１３３ａとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。この場合、コーティング膜同士がオプティカルコンタクトにより接合されるので、好適に接合し得る。なお、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａ側においても出射面１０１ｂ側と同様に、プリズム１３２にコーティング膜を形成し、このコーティング膜とＫＢＢＦ結晶１０１のコーティング膜１３２ａとをオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム１３２とコーティング膜１３２ａ、コーティング膜１３２ａとＫＢＢＦ結晶１０１、ＫＢＢＦ結晶１０１とコーティング膜１３３ａ、コーティング膜１３３ａとコーティング膜１３３ｂ、コーティング膜１３３ｂとプリズム１３３は、それぞれの界面においてレーザ光が全反射しないような屈折率を有する材料で形成されていてもよい。
【００６７】
パルスレーザ光３１ｂの入射側に位置するコーティング膜１３２ａおよびプリズム１３２の材料には、たとえば酸化物が用いられてもよい。コーティング膜１３２ａは、酸化物を含む層（第２層）をプリズム１３２と接触する面に含む、多層膜であってもよい。コーティング膜１３２ａとプリズム１３２との両方の接触面を酸化物とすることで、両者の接合しやすさを向上し得る。また、両方に酸化物を用いることで、屈折率整合が容易となり得る。なお、コーティング膜１３２ａおよびプリズム１３２に用いられる酸化物は、ＳｉＯ２などであってもよい。なお、コーティング膜１３２ａの材料は、フッ化物であってもよい。このフッ化物としては、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、およびＧｄＦ３のうち少なくとも１つを含んでもよい。プリズム１３２の材料には、ＳｉＯ２結晶に限らず、ＣａＦ２結晶、およびＭｇＦ２結晶のうち少なくとも１つを含む材料を用いてもよい。また、プリズム１３２にコーティング膜を形成する場合の材料は、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、ＧｄＦ３、およびＳｉＯ２のうち少なくとも１つを含む材料などを用いてもよい。
【００６８】
一方、パルスレーザ光３１ｂおよび第２高調波光３１ｃの出射側に位置するコーティング膜１３３ａ、コーティング膜１３３ｂ、およびプリズム１３３の材料には、たとえばフッ化物や酸化物が用いられてもよい。フッ化物材料は、酸化物材料に比べ、波長１９３．４ｎｍのレーザ光に対する吸収率が小さい。そのため、フッ化物材料は、酸化物材料に比べ、第２高調波光３１ｃによるコンパクションが発生し難いと考え得る。コーティング膜１３３ａは、酸化物またはフッ化物を含む層（第１層）をコーティング膜１３３ｂと接触する面に含む、多層膜であってもよい。コーティング膜１３３ｂは、酸化物またはフッ化物を含む層をコーティング膜１３３ａと接触する面に含む、多層膜であってもよい。コーティング膜１３３ａおよびコーティング膜１３３ｂの各相対面側には、同様の組成の材料が用いられるとよい。コーティング膜１３３ａとコーティング膜１３３ｂとの各相対面側に同様の組成の材料を用いることで、両者の接合しやすさを向上し得る。さらに、屈折率整合が容易となり得る。なお、コーティング膜１３３ａおよび１３３ｂに用いられる材料は、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、ＧｄＦ３、ＳｉＯ２などを含んでもよい。プリズム１３３に用いられる材料は、ＣａＦ２結晶およびＭｇＦ２結晶のうち少なくとも一方を含む材料などであってもよい。特に、コーティング膜１３３ａおよび１３３ｂにＳｉＯ２を用い、プリズム１３３にＣａＦ２結晶を用いるとよい。なお、プリズム１３３の材料としてＳｉＯ２結晶を使用してもよい。
【００６９】
コーティング膜１３２ａおよび１３３ａは、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａおよび出射面１０１ｂに、電子ビーム法やスパッタリング法などを用いて成膜されてもよい。コーティング膜１３３ｂは、プリズム１３３のＫＢＢＦ結晶１０１側の面に電子ビーム法やスパッタリング法などを用いて成膜されてもよい。ただし、これに限定されることなく、種々の成膜方法を用いることができる。コーティング膜１３２ａおよび１３３ａを形成することで、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａと出射面１０１ｂとにおける表面粗さを改善できる。プリズム１３３のＫＢＢＦ結晶１０１側の面における表面粗さを、コーティング膜１３３ｂで平坦化し得る。
【００７０】
７．２  作用
実施の形態５によれば、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａ側で、同様の組成の材料からなるプリズムと膜とがオプティカルコンタクトし得る。また、ＫＢＢＦ結晶１０１の出射面１０１ｂ側で、同様の組成の材料からなる膜と膜とがオプティカルコンタクトし得る。これにより、パルスレーザ光３１ｂによって界面が受けるダメージを軽減し、波長変換素子１０１Ｄの寿命を向上し得る。
【００７１】
なお、プリズム１３３の材料としては、ＣａＦ２等のフッ化物結晶材料を使用した場合、酸化物材料を使用した場合と比較して、波長変換素子１０１Ｄの耐久性をより向上させ得る。
【００７２】
８．緩衝層と各緩衝層上の膜とを備える非線形光学結晶をプリズムとオプティカルコンタクトした波長変換素子（実施の形態６）
つぎに、実施の形態２として例示した波長変換素子１０１Ａの他の具体的な構成を、実施の形態６として説明する。以下では、非線形光学結晶としてＫＢＢＦ結晶１０１を例示する。
【００７３】
８．１  構成
図６に、実施の形態６による波長変換装置における波長変換素子１０１Ｅの概略構成を示す。図６に示すように、波長変換素子１０１Ｅは、ＫＢＢＦ結晶１０１と、コーティング膜（第３膜）１４２ａと、コーティング膜（第１膜）１４３ａと、緩衝層（第２緩衝層）１４２ｃと、緩衝層（第１緩衝層）１４３ｃと、プリズム（第２プリズム）１４２と、プリズム（第１プリズム）１４３とを備えてもよい。
【００７４】
緩衝層１４２ｃは、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａ上に形成されてもよい。コーティング膜１４２ａは、緩衝層１４２ｃ上に形成されてもよい。緩衝層１４３ｃは、ＫＢＢＦ結晶１０１の出射面１０１ｂ上に形成されてもよい。コーティング膜１４３ａは、緩衝層１４３ｃ上に形成されてもよい。緩衝層１４２ｃおよびコーティング膜１４２ａの合計の膜厚は、表面がオプティカルコンタクトを形成するのに十分な表面粗さを得られる程度の厚さであってもよい。同様に、緩衝層１４３ｃおよびコーティング膜１４３ａの合計の膜厚は、表面がオプティカルコンタクトを形成するのに十分な表面粗さを得られる程度の厚さであってもよい。
【００７５】
プリズム１４２は、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａ側に形成されたコーティング膜１４２ａとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム１４３は、ＫＢＢＦ結晶１０１の出射面１０１ｂ側に形成されたコーティング膜１４３ａとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム１４２とコーティング膜１４２ａ、コーティング膜１４２ａと緩衝層１４２ｃ、緩衝層１４２ｃとＫＢＢＦ結晶１０１、ＫＢＢＦ結晶１０１と緩衝層１４３ｃ、緩衝層１４３ｃとコーティング膜１４３ａ、コーティング膜１４３ａとプリズム１４３は、それぞれの界面においてレーザ光が全反射しないような屈折率を有する材料で形成されていてもよい。
【００７６】
コーティング膜１４２ａおよび１４３ａの材料、および、プリズム１４２および１４３の材料には、たとえばフッ化物および酸化物のうち少なくとも一方を含む材料が用いられてもよい。コーティング膜１４２ａは、酸化物またはフッ化物を含む層（第２層）をプリズム１４２と接触する面に含む、多層膜であってもよい。コーティング膜１４３ａは、酸化物またはフッ化物を含む層（第１層）をプリズム１４３と接触する面に含む、多層膜であってもよい。ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａ側或いは出射面１０１ｂ側では、プリズム１４２または１４３とコーティング膜１４２ａまたは１４３ａとに同様の組成の材料が用いられてもよい。同様の組成の材料を用いることで、両者の接合しやすさを向上し得る。また、両方にフッ化物を用いることで、屈折率マッチングが容易となり得る。なお、コーティング膜１４２ａおよび１４３ａに用いられる材料は、ＭｇＦ２、ＬａＦ３、ＧｄＦ３、およびＳｉＯ２のうち少なくとも１つを含む材料などであってもよい。プリズム１４２および１４３に用いられる材料は、ＣａＦ２結晶、ＭｇＦ２結晶、およびＳｉＯ２結晶のうち少なくとも１つを含む材料などであってもよい。特に、コーティング膜１４２ａおよび１４３ａにＳｉＯ２を用い、プリズム１４２および１４３に合成石英（ＳｉＯ２）を用いるとよい。
【００７７】
緩衝層１４２ｃおよび１４３ｃの材料には、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、およびＳｃＯ２のうち少なくとも１つを含む材料などを用いてもよい。コーティング膜１４２ａおよび緩衝層１４２ｃの積層膜、および、コーティング膜１４３ａおよび緩衝層１４３ｃの積層膜を形成することで、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａと出射面１０１ｂとにおける表面粗さを、それぞれコーティング膜１４２ａおよび緩衝層１４２ｃの積層膜、および、コーティング膜１４３ａおよび緩衝層１４３ｃの積層膜で平坦化し得る。
【００７８】
緩衝層１４２ｃおよび１４３ｃの形成には、スパッタリング法やＣＶＤ法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いてよい。コーティング膜１４２ａおよび１４３ａは、ＫＢＢＦ結晶１０１に形成された緩衝層１４２ｃおよび１４３ｃ上に電子ビーム法やスパッタリング法などを用いて成膜してもよい。ただし、これに限定されることなく、種々の成膜方法を用いることができる。
【００７９】
８．２  作用
実施の形態６によれば、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａ側と出射面１０１ｂ側とのそれぞれで、同様の組成の材料からなるプリズムと膜とがオプティカルコンタクトし得る。これにより、パルスレーザ光３１ｂによって界面が受けるダメージを軽減し、波長変換素子１０１Ｅの寿命を向上し得る。
【００８０】
また、ＫＢＢＦ結晶１０１はフッ化物の結晶である。このため、コーティング膜１４２ａおよび１４３ａの材料としてＳｉＯ２を使用した場合、ＫＢＢＦ結晶１０１とＳｉＯ２のコーティング膜とが接することでＳｉＦ４等が生成される可能性がある。ＳｉＦ４は紫外線を吸収するため、波長変換素子の変換効率低下を引き起こす場合がある。実施の形態６によれば、ＫＢＢＦ結晶１０１の入射面１０１ａおよび出射面１０１ｂ上にそれぞれ緩衝層１４２ｃおよび１４３ｃを形成しておくことで、ＳｉＦ４等が生成される可能性を低減することができる。その結果、ＳｉＦ４による紫外光の吸収を低減し、波長変換素子の変換効率が低下する可能性を減じることができる。
【００８１】
また、ＫＢＢＦ結晶１０１とコーティング膜１４２ａとの間に緩衝層１４２ｃを設けることで、ＫＢＢＦ結晶１０１とコーティング膜１４２ａとの熱膨張係数の違いにより生じる内部応力を低減し得る。同様に、ＫＢＢＦ結晶１０１とコーティング膜１４３ａとの間に緩衝層１４３ｃを設けることで、ＫＢＢＦ結晶１０１とコーティング膜１４３ａとの熱膨張係数の違いにより生じる内部応力を低減し得る。その結果、温度変化に伴う内部応力によっておこる波長変換素子の機械的破壊の可能性を低減できる。
【００８２】
９．コーティング膜を施した非線形光学結晶に１つのプリズムをオプティカルコンタクトした波長変換素子（実施の形態７）
つぎに、実施の形態１として例示した第二波長変換素子９２の他の具体的な構成である波長変換素子１０１Ｆを、実施の形態７として説明する。
【００８３】
９．１  構成
上述の実施の形態２〜３では、非線形光学結晶であるＫＢＢＦ結晶１０１の対向する２面をレーザ光の入射面１０１ａおよび出射面１０１ｂとし、そのそれぞれにコーティング膜を介してプリズムが設けられた場合を例示した。ただし、これに限らず、ＫＢＢＦ結晶１０１の１つの面をレーザ光の入出射面とし、この面にコーティング膜を介してプリズムが設けられてもよい。
【００８４】
図７に、実施の形態７による波長変換装置における波長変換素子１０１Ｆの概略構成を示す。図７に示すように、波長変換素子１０１Ｆは、ＫＢＢＦ結晶１０１と、コーティング膜（第１膜）１５２ａと、プリズム（第１プリズム）１５２とを備えてもよい。
【００８５】
コーティング膜１５２ａは、ＫＢＢＦ結晶１０１の入出射面１０１ｃに形成されてもよい。プリズム１５２は、ＫＢＢＦ結晶１０１の入出射面１０１ｃに形成されたコーティング膜１５２ａとオプティカルコンタクトによって接合してもよい。プリズム１５２およびコーティング膜１５２ａは、その界面においてレーザ光が全反射しないような屈折率を有する材料で形成されていてもよい。
【００８６】
プリズム１５２およびコーティング膜１５２ａの材料は、上述の実施の形態２〜６において例示したプリズム材料およびコーティング膜材料であってもよい。好ましくは、プリズム１５２およびコーティング膜１５２ａの材料は、波長１９３．４ｎｍのレーザ光に対する吸収率が小さいフッ化物材料であるとよい。コーティング膜１５２ａは、上述の多層膜であってもよい。
【００８７】
また、プリズム１５２は、コーティング膜１５２ａと接触する面に、上述の実施の形態５と同様のコーティング膜（第２膜）を含んでもよい。さらに、上述の実施の形態６と同様の緩衝層（第１緩衝層）が、ＫＢＢＦ結晶１０１上に設けられ、その緩衝層の上にコーティング膜１５２ａが設けられてもよい。
【００８８】
９．２  動作
たとえば第一波長変換素子９１を透過したパルスレーザ光３１ｂ（３８６．８ｎｍ）は、プリズム１５２に入射してもよい。このパルスレーザ光３１ｂは、プリズム１５２中を透過し、コーティング膜１５２ａを介して、ＫＢＢＦ結晶１０１に入射してもよい。
【００８９】
波長３８６．８ｎｍであるパルスレーザ光３１ｂの少なくとも一部は、ＫＢＢＦ結晶１０１を透過することによって、波長が１９３．４ｎｍである第２高調波光３１ｃに波長変換され得る。パルスレーザ光３１ｂと波長変換された第２高調波光３１ｃとは、ＫＢＢＦ結晶１０１における入出射面１０１ｃに対向する面１０１ｄで高反射してもよい。ここで、パルスレーザ光３１ｂおよび第２高調波光３１ｃは、ＫＢＢＦ結晶１０１の屈折率と空気の屈折率とで決まる全反射角度で面１０１ｄに入射することで面１０１ｄで高反射され得る。
【００９０】
面１０１ｄで高反射したパルスレーザ光３１ｂおよび第２高調波光３１ｃは、再び、ＫＢＢＦ結晶１０１中を透過してもよい。この際、パルスレーザ光３１ｂと第２高調波光３１ｃとは、波長に依存する屈折率の違いによって互い異なる光路を進んでもよい。
【００９１】
そして、異なる光路を伝搬するパルスレーザ光３１ｂおよび３１ｃは、コーティング膜１５２ａを介して、再びプリズム１５２に入射し、このプリズム１５２により光路が屈折されて出力されてもよい。この結果、パルスレーザ光３１ｂと第２高調波光３１ｃとは、異なる光路で波長変換素子１０１Ｆから出力され得る。
【００９２】
９．３  作用
実施の形態７によれば、使用するプリズムが１つでよいため、波長変換素子１０１Ｆの構成を簡略化し得る。さらに、パルスレーザ光３１ｂがＫＢＢＦ結晶１０１中を往復するため、パルスレーザ光３１ｂのＫＢＢＦ結晶１０１中の光路長を長くすることができる。その結果、パルスレーザ光３１ｂから第２高調波光３１ｃへの変換効率を向上し得る。
【００９３】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【００９４】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【００９５】
上述の実施形態においては、増幅器７が１つである例を示したが、増幅器７を複数使用してもよい。また、Ｔｉ：サファイアレーザ６と増幅器７は共通のポンピングレーザ５によってポンピングしているが、別々のポンピングレーザを使用してもよい。また、ポンピングレーザ５としてＮｄ：ＹＬＦレーザあるいはＮｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波光を出力するレーザを使用してもよい。また、Ｔｉ：サファイアレーザ６の代わりにエルビウムドープト光ファイバレーザの第２高調波光を発生するレーザを使用してもよい。このレーザは、半導体レーザによってポンピングしてもよい。また、波長変換装置９は、本開示の構成に限定されるものではなく、波長変換装置９に入射される光を増幅装置３の増幅波長帯域の波長、例えば略１９３．４ｎｍの波長の光に変換するものであればよい。例えば、波長変換装置９に含まれる非線形光学結晶としては、ＬＢＯ結晶の代わりにＣＬＢＯ結晶を使用してもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１  ２ステージレーザ装置（レーザシステム）
２  固体レーザ装置
３  増幅装置
３１、３１ａ、３２，３３  パルスレーザ光
３１ｂ  パルスレーザ光
３１ｃ  第２高調波光
４  低コヒーレンス化光学システム
５  ポンピングレーザ
５１、５１ａ、５１ｂ  励起光
６  Ｔｉ：サファイアレーザ
７  増幅器
８１  ビームスプリッタ
８２  高反射ミラー
９  波長変換装置
９１  第一波長変換素子
９２  第二波長変換素子
１０１  ＫＢＢＦ結晶
１０１ａ  入射面
１０１ｂ  出射面
１０１ｃ  入出射面
１４  出力結合ミラー
１５〜１７  高反射ミラー
１８、１９  ウィンドウ
２０  チャンバ
２１  アノード
２２  カソード
２３  放電空間
１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄ、１０１Ｅ、１０１Ｆ  波長変換素子
１０２、１１２、１２２、１３２、１４２、１０３、１１３、１２３、１３３、１４３、１５２  プリズム
１０２ａ、１１２ａ、１２２ａ、１３２ａ、１４２ａ、１０３ａ、１１３ａ、１２３ａ、１３３ａ、１４３ａ、１３３ｂ、１５２ａ  コーティング膜
１４２ｃ、１４３ｃ  緩衝層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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