(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＫＴＰ結晶からなる波長変換素子に対して、この波長変換素子による波長変換の出力がその使用初期の出力に対して１０％以上低下させ、この出力経時劣化の後に、水蒸気および酸素を含む雰囲気中、１７０℃以上の温度で１時間以上アニールを行うことを特徴とする波長変換素子の製造方法。
【請求項２】
前記水蒸気および酸素を含む雰囲気は、大気雰囲気であることを特徴とする請求項１記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項３】
前記ＫＴＰ結晶は、水熱合成法により育成されたことを特徴とする請求項１記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項４】
前記ＫＴＰ結晶はフラックス法により育成され、かつ前記アニールは水蒸気および酸素を含む雰囲気中、１７０℃以上の温度で２時間以上なされることを特徴とする請求項１記載の波長変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長変換素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らが発表したレーザー研究２０（１９９２）２００や、その他の文献には、ＫＴｉＯＰＯ4で表されるＫＴＰの結晶をＮｄ：ＹＡＧレーザーの２倍高調波発生や光パラメトリック発振に用いると、発生したグリーン光によりＫＴＰに結晶欠陥が生じ、経時的に出力が低下することが開示されている。
【０００３】
また、B. Boulanger, IEEE J.Q.E. 35 (1999) 281には低速繰り返しレーザーに対しては効果のあるＫＴＰ結晶の対処方法が報告されているが、高速繰り返しレーザーに対しての有効な対策は報告されていない。
【０００４】
特開平５−９７５９９号公報には、ＫＴＰの結晶育成後に酸素雰囲気中、２００℃以上で１０から５０時間アニールすることによる出力特性の改善が図られることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＫＴＰ結晶からなる波長変換素子における発生出力の経時低下の問題は、従来の報告では低速繰り返しレーザーに対しては効果のある対処方法が報告されているが、高速繰り返しレーザーに対しての有効な対策は報告されていない。
【０００６】
本発明は、高速繰り返しレーザーに対して長時間に亘って高い出力特性を維持することが可能な波長変換素子の製造方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る波長変換素子の製造方法は、ＫＴＰ結晶からなる波長変換素子に対してこの波長変換素子による波長変換の出力がその使用初期の出力に対して１０％以上低下させ、この出力経時劣化の後に、水蒸気および酸素を含む雰囲気中、１７０℃以上の温度で１時間以上アニールを行うことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る波長変換素子の製造方法を詳細に説明する。
【０００９】
まず、ＫＴＰ結晶を水熱合成法またはフラックス法により育成する。このＫＴＰ結晶を例えば次に説明する図１のレーザー光源に波長変換素子として組み込んで連続的にレーザー発振を行う。ここで用いるＫＴＰの結晶形態は、バルク結晶であっても、複数のバルク結晶を併設しても、また分極反転構造であってもよい。
【００１０】
図１は、レーザー光源であるＮｄ：ＹＡＧレーザーによる２倍高調波発生（ＳＨＧ）装置である。この装置ではレーザー発振器による基本波の発生と、共振器内の波長変換による２倍高調波の発生を行うものである。第１、第２の共振ミラー１，２の間にそれらミラー１，２の光路に対して４５°の角度で傾斜させた第３共振ミラー３が配置されている。これらの共振器ミラー１，２，３は、後述する励起モジュールの駆動により基本波としての波長１．０６４μｍのレーザー発振がなされるため、前記各共振器ミラー１，２，３は前記基本波に対して高反射である特性を有する。これら共振器ミラー１，２，３のうち第２共振ミラー２は、後述するＳＨＧモジュールにより２倍高調波光を共振器内で発生させ、共振器外に出力するために、２倍高調波光（波長；０．５３２μｍ）に対して高反射である特性も兼ね、かつ前記第３共振器ミラー３は前記２倍高調波光に対して高透過特性を兼ねている。励起モジュール４は、前記第１、第３の共振ミラー１、３間の光路に配置されている。この励起モジュール４は、Ｎｄ：ＹＡＧ発振器と励起手段とを具備する。Ｑスイッチ５は、前記励起モジュール４と前記第１共振ミラー１の間に配置されている。ＫＴＰ結晶からなる波長変換素子が装備されたＳＨＧモジュール６は、前記第２、第３の共振ミラー２、３間の光路に配置されている。
【００１１】
このような構成のＳＨＧ装置において、励起モジュール４の発振器を発振させ、その励起手段で基本波としての波長１．０６４μｍのレーザー発振を行った後にＱスイッチ５を作動することにより前記基本波の発振光がパルス化されて前記第１、第２の共振ミラー１，２間で反射される。このとき、共振器内にはＫＴＰ結晶からなる波長変換素子を装備したＳＨＧモジュール６が設けられているため、前記共振器内で発生した基本波は２倍高調波に変換され、前記第３共振器ミラー３により共振器外に２倍高調波出力７として出力される。すなわち、前記励起モジュール４のレーザー発振により発生した波長１．０６４μｍの基本波は、ＳＨＧモジュール６の波長変換素子により波長０．５３２μｍの２倍高調波に変換されて共振器外に出力される。
【００１２】
前述したＫＴＰ結晶からなる波長変換素子により波長１．０６４μｍの基本波を２倍高調波に変換して出力する操作を連続的に行うと、発明者らによるレーザー研究２０（１９９２）２００で報告したように前記波長変換素子による２倍高調波出力は経時的に劣化する。これは、ＫＴＰ結晶内のレーザー光路に結晶欠陥が生じるために引き起こされる。特に、出力の経時的劣化は発振出力のピーク値が高いＱスイッチしたレーザー発振器において顕著であり、さらに繰り返し周波数の高い連続励起Ｑスイッチによる高繰り返しパルスレーザーにおいてより顕著である。
【００１３】
このような出力の経時的劣化を生じたＫＴＰ結晶からなる波長変換素子をアニールする。
【００１４】
前記アニールは、大気雰囲気のような水蒸気および酸素を含む雰囲気中、１７０℃以上の温度でなされることが好ましい。アニール温度を１７０℃未満にすると高速繰り返しレーザーに対して長時間に亘って高い出力特性を維持する波長変換素子を得ることが困難になる。なお、アニール温度上限はＫＴＰ結晶が融解する温度未満に設定することが好ましい。
【００１５】
前記アニールは、１７０℃以上の温度で１時間以上行うことが好ましい。ただし、前記ＫＴＰ結晶を水熱合成法により育成した場合には前記温度下でのアニールを１時間以上行えばよいが、前記ＫＴＰ結晶をフラックス法により育成した場合には前記温度下でのアニールを２時間以上行うことが好ましい。
【００１６】
前記アニールは、前記ＫＴＰ結晶からなる波長変換素子の出力がその変換操作時においてその波長変換素子の使用初期出力に対して１０％以上、より好ましくは１２％以上低下したときに実行することが望ましい。ＫＴＰ結晶からなる波長変換素子が十分に経時的劣化されない、つまり使用初期の出力特性に対する低下が１０％に満たない時期にアニールを実行すると、高速繰り返しレーザーに対して長時間に亘って高い出力特性を維持する波長変換素子を得ることが困難になる。
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば出力経時特性が改善されたＫＴＰ結晶からなる波長変換素子を製造することができる。すなわち、ＫＴＰ結晶からなる波長変換素子を例えば波長変換光源として連続運転させると、ＫＴＰ結晶内の光路に結晶欠陥が生じ、その変換出力が経時的に低下する。この出力劣化が生じたＫＴＰ結晶を例えば大気雰囲気のような水蒸気および酸素を含む雰囲気でアニールすることによって、出力経時特性が改善されたＫＴＰ結晶からなる波長変換素子を製造することができる。
【００１８】
なお、前記ＫＴＰ結晶からなる波長変換素子が出力の経時的劣化を生じない状態、つまりＫＴＰ結晶からなる波長変換素子の使用前の初期状態でアニールを実行しても、殆ど出力経時特性の改善が認められず、本発明のように変換出力が経時的に劣化したＫＴＰ結晶からなる波長変換素子に対してアニールを実行することによって、出力経時特性を改善することができる。
【００１９】
特に、前記アニール温度を１７０℃以上で１時間以上に規定したり、アニール前記ＫＴＰ結晶からなる波長変換素子の出力がその使用初期の出力に対して１０％以上、より好ましくは１２％以上低下したときに実行したりすることによって、出力経時特性がより一層改善されたＫＴＰ結晶からなる波長変換素子を製造することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、好ましい実施例を前述した図１を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（実施例１）
水熱合成法により得られたＫＴＰ結晶からなる波長変換素子を前述した図１のＳＨＧ装置のＳＨＧモジュール６に組み込み、下記条件で２倍高調波を６０時間、断続的に出力した。
【００２２】
＜出力条件＞
・波長変換素子上のスポット径；直径２ｍｍ、
・パルス周波数；１０ｋＨｚ、
・グリーン出力；６０Ｗ、
・パルス幅；１３０ｎｓ。
【００２３】
このような２倍高調波を６０時間、断続的に出力した時の時間と出力の関係を図２に示す。
【００２４】
この図２から明らかなようにＫＴＰ結晶からなる波長変換素子で２倍高調波を出力すると、その出力は経時的に低下することがわかる。
【００２５】
このような出力の経時的劣化（出力が初期出力に対して約３６％低下）が生じたＫＴＰ結晶からなる波長変換素子を大気雰囲気中、１７０℃で３時間アニールした。アニール後の波長変換素子を前述した図１のＳＨＧ装置のＳＨＧモジュール６に組み込み、前述したのと同様な条件で２倍高調波を６０時間、断続的に出力した。このときの時間と出力の関係を図３に示す。
【００２６】
図３から明らかなように出力が経時的に劣化されたＫＴＰ結晶からなる波長変換素子をアニールすることにより変換出力は初期状態に復帰し、その後の出力経時劣化が殆ど起きず、出力経時特性が顕著に改善されることがわかる。
【００２７】
（比較例１）
水熱合成法により得られた新規なＫＴＰ結晶からなる波長変換素子を大気雰囲気中、１７０℃で３時間アニールした。アニール後の波長変換素子を前述した図１のＳＨＧ装置のＳＨＧモジュール６に組み込み、実施例１と同様な条件で２倍高調波を６０時間、断続的に出力した。このときの時間と出力の関係を図４に示す。
【００２８】
図４から明らかなように比較例１の波長変換素子では出力は実施例１（図３）に比べて経時的に低下し、新規なＫＴＰ結晶からなる波長変換素子をアニールしても出力経時特性を改善効果が得られないことがわかる。
【００２９】
（実施例２）
フラックス法により得られたＫＴＰ結晶からなる波長変換素子を前述した図１のＳＨＧ装置のＳＨＧモジュール６に組み込み、実施例１と同様な条件で２倍高調波を６０時間、断続的に出力した。
【００３０】
このような２倍高調波を６０時間、断続的に出力した時の時間と出力の関係を図５に示す。
【００３１】
この図５から明らかなようにフラックス法により育成したＫＴＰ結晶からなる波長変換素子で２倍高調波を出力すると、実施例１のように水熱合成法により育成したＫＴＰ結晶からなる波長変換素子に比べてその出力は経時的に大きく低下することがわかる。
【００３２】
このような出力の経時的劣化（出力が初期出力に対して約５５％低下）が生じたＫＴＰ結晶からなる波長変換素子を大気雰囲気中、１７０℃で４時間アニールした。アニール後の波長変換素子を前述した図１のＳＨＧ装置のＳＨＧモジュール６に組み込み、前述したのと同様な条件で２倍高調波を６０時間、断続的に出力した。このときの時間と出力の関係を図６に示す。
【００３３】
図６から明らかなように出力が経時的に劣化されたＫＴＰ結晶からなる波長変換素子をアニールすることによりその変換出力は初期状態に復帰し、当初はやや出力が低下したものの、その後の出力特性は安定し、大幅に出力経時特性が改善されることがわかる。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、高速繰り返しレーザーに対して長時間に亘って高い出力特性を維持することができ、波長変換光源等に有用な波長変換素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の波長変換素子が組み込まれる２倍高調波発生（ＳＨＧ）装置を示す概略図。
【図２】本発明の実施例１における水熱合成法で育成したＫＴＰ結晶からなる波長変換素子により２倍高調波を６０時間、断続的に出力した時の時間と出力の関係を示す特性図。
【図３】本発明の実施例１におけるアニール後のＫＴＰ結晶からなる波長変換素子により２倍高調波を６０時間、断続的に出力した時の時間と出力の関係を示す特性図。
【図４】比較例１における水熱合成法で育成した新規なＫＴＰ結晶をアニールすることにより得られた波長変換素子により２倍高調波を６０時間、断続的に出力した時の時間と出力の関係を示す特性図。
【図５】本発明の実施例２におけるフラックス法で育成したＫＴＰ結晶からなる波長変換素子により２倍高調波を６０時間、断続的に出力した時の時間と出力の関係を示す特性図。
【図６】本発明の実施例２におけるアニール後のＫＴＰ結晶からなる波長変換素子により２倍高調波を６０時間、断続的に出力した時の時間と出力の関係を示す特性図。
【符号の説明】
１，２，３…共振ミラー、
４…励起モジュール、
５…Ｑスイッチ、
６…ＳＨＧモジュール、
７…２倍高調波出力。
【図１】
0004109869.tif 000002
【図２】
0004109869.tif 000003
【図３】
0004109869.tif 000004
【図４】
0004109869.tif 000005
【図５】
0004109869.tif 000006
【図６】
0004109869.tif 000007