(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形光学結晶を有するとともに外部共振器を用いて波長変換を行う波長変換方法において、
あらかじめ波長４００ｎｍ以下の紫外光を照射したβ−ＢａＢ２Ｏ４より成る非線形光学結晶を用いる
ことを特徴とする、波長変換方法。
【請求項２】
波長２６６ｎｍの紫外光を照射する
ことを特徴とする、請求項１に記載の波長変換方法。
【請求項３】
非線形光学結晶を有するとともに外部共振器を用いて波長変換を行う波長変換方法において、
あらかじめ波長４００ｎｍ以下のパルス紫外光を照射したβ−ＢａＢ２Ｏ４より成る非線形光学結晶を用いる
ことを特徴とする、波長変換方法。
【請求項４】
波長２６６ｎｍのパルス紫外光を照射する
ことを特徴とする、請求項３に記載の波長変換方法。
【請求項５】
前記パルス紫外光が、平均パワー密度Ａ（Ｗ／ｃｍ２），照射時間Ｂ（時間）としたとき
Ａ×Ｂ＞０．８（Ｗ・Ｈ／ｃｍ２）
の条件を満たす紫外光である
ことを特徴とする、請求項３に記載の波長変換方法。
【請求項６】
波長２６６ｎｍのパルス紫外光を照射する
ことを特徴とする、請求項５に記載の波長変換方法。
【請求項７】
外部共振器を用いて波長変換を行う波長変換方法において、
あらかじめ波長４００ｎｍ以下のＣＷ紫外光を照射したβ−ＢａＢ２Ｏ４より成る非線形光学結晶を用いる
ことを特徴とする波長変換方法。
【請求項８】
波長２６６ｎｍのＣＷ紫外光を照射する
ことを特徴とする、請求項７に記載の波長変換方法。
【請求項９】
１Ｗ／ｃｍ２以上のＣＷ紫外光を１時間以上照射する
ことを特徴とする、請求項７に記載の波長変換方法。
【請求項１０】
波長２６６ｎｍのＣＷ紫外光を照射する
ことを特徴とする、請求項９に記載の波長変換方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共振器を有する光学系に関する。本発明は、たとえば紫外光（波長４００ｎｍ以下の光）を発生する、非線形光学結晶を有する光学系として用いることができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、共振器を用いて波長変換を行う光学系において、横モードの発生が問題となっている。たとえば共振器内に散乱体が存在すると、この散乱体からの微小な散乱により、共振器内において高次の横モードが発生する。このような横モードは縦モードと競合するため、かかる横モードが発生すると、縦モードの共振器内出力が低下する。このため、安定な縦モードを得るためには、この横モードの発生が問題になっていた。
【０００３】
特に、外部共振器を用いた波長変換（これについては、Ｍ．Ｏｋａ  ａｎｄＳ．Ｋｕｂｏｔａ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３１（１９９２）ｐｐ．５１３、及び、Ｍ．Ｏｋａ  ｅｔ．ａｌ．，ｉｎ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｌａｓｅｒ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｏｐｔｉｃｓ（ＯＳＡ．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ  Ｄ．Ｃ．１９９２）参照）等においては、外部共振器内に波長変換素子としての光学結晶が存在しており、この光学結晶の内部の欠陥等による微小散乱により、共振器内において、高次の横モードが発生する。これは共振器内の基本波の出力を低下させ、さらに、波長変換されて出てきた高調波の出力をも低下させるため、安定な高調波出力を得るには、問題であった。
【０００４】
以下図面を参照して、上記従来技術の問題点について説明する。たとえば波長５３２ｎｍの基本波を、外部共振器を用いて波長２６６ｎｍの紫外光に波長変換する場合、外部共振器部分の構造は図４のようになっている。
【０００５】
図４中、符号１〜３で示すのは、波長５３２ｎｍにおいて超高反射率たとえば９９．９５％以上の反射率を有する高反射ミラー、符号４は、波長５３２ｎｍにおいて高反射率たとえば９９％の反射率を有するインプット（入射）ミラー、符号６は、端面を鏡面研磨し、波長５３２ｎｍにおいて低反射率たとえば０．１％以下の反射率の低反射膜を施した波長変換素子の非線形光学結晶ＢＢＯ（β−ＢａＢ2 Ｏ4 を略す。以下本明細書において同じ）である。ただし、このＢＢＯには、パルスまたはＣＷ紫外光は、あらかじめ照射されていない。高反射ミラー３は、図示しないが、位置決めデバイスであるＶＣＭ（前掲のＪ．Ｉ．Ａ．Ｐ等参照）上に設置されており、たとえばサーボ駆動系により制御されるようになっている。以上、符号１〜４，６で示す要素により、外部共振器部が構成されている。
【０００６】
この外部共振器に、図４に矢印７で模式的に示す基本波（ここでは波長５３２ｎｍ）が入射し、ミラー間で出力が増幅され、その増幅により増強された基本波が、非線形光学結晶５（ＢＢＯ）で、第２高調波（ここでは波長２６６ｎｍ）に変換される。図４にこの第２高調波を矢印８で模式的に示す。
【０００７】
上記のような波長変換の際、共振器内部に存在する非線形光学結晶５（ＢＢＯ）に欠陥等が存在すると、微小散乱が発生し、高度の横モードとなる。その結果、波長変換に寄与する波長５３２ｎｍの基本波の出力が低下する。これはたとえば、図５に示す従来技術における、時間（ｈｏｕｒ）に対する第２高調波出力（ｍＷ）の低下のデータ（２時間弱の経過で急激に出力が低下）から、理解されよう。
【０００８】
波長変換によって発生する第２高調波の出力は、次の（１）式で示される。
【０００９】
Ｐ2 ω＝γSHＰω2                               （１）
【００１０】
ここで、Ｐωは非線形光学結晶５（ＢＢＯ）に入射した基本波の出力、Ｐ2 ωは非線形光学結晶５（ＢＢＯ）で波長変換されて発生した第２高調波の出力、γSHは、非線形光学結晶５（ＢＢＯ）の結晶長、基本波の波長、スポットサイズ、フォーカシングパラメータから決定される非線形変換ファクターと言われる定数である。
【００１１】
この式より、基本波の出力Ｐωが低下すると、第２高調波の出力Ｐ2 ωも低下することがわかる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決することを課題とするもので、非線形光学結晶を有する光学系（特に、外部共振器を用いた波長変換光学系）において、主として非線形光学結晶に起因する横モードの発生に伴う問題を解決して、安定な出力（安定な波長変換出力等）を得ることができる光学系を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明に係る波長変換方法は、外部共振器を用いて波長変換を行う波長変換方法において、あらかじめ波長４００ｎｍ以下の紫外光を照射したβ−ＢａＢ２Ｏ４より成る非線形光学結晶を用いることを特徴とする。
【００１４】
また、上述した目的を達成するため、本発明に係る波長変換方法は、外部共振器を用いて波長変換を行う波長変換方法において、あらかじめ波長４００ｎｍ以下のパルス紫外光を照射したβ−ＢａＢ２Ｏ４より成る非線形光学結晶を用いることを特徴とする。
【００１５】
また、上述した目的を達成するため、本発明に係る波長変換方法は、外部共振器を用いて波長変換を行う波長変換方法において、あらかじめ波長４００ｎｍ以下のＣＷ紫外光（連続波の紫外光）を照射したβ−ＢａＢ２Ｏ４より成る非線形光学結晶を用いることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、非線形光学結晶に波長４００ｎｍ以下の紫外光を照射することにより、安定な出力を得ることができる。これは、非線形光学結晶への紫外光の照射により、高次横モードの発生が抑制されるようになったためと考えられる。
【００１７】
また、非線形光学結晶に波長４００ｎｍ以下のパルス紫外光を照射する発明によれば、速やかに安定した出力を得るようにすることができる。
【００１８】
また、非線形光学結晶に波長４００ｎｍ以下のＣＷ紫外光を照射する発明によれば、出力としてＣＷ紫外光を得る場合、該出力光を非線形光学結晶に照射する光とすることにより、簡便に安定した出力を得るようにすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例について説明し、さらに、具体的な好ましい実施の形態例を、図面を参照して説明する。ただし当然のことであるが、本発明は以下述べる実施の形態例により限定を受けるものではない。
【００２０】
本発明に係る非線形光学結晶を有する光学系は、紫外光、特に第１に、外部共振器を用いて波長変換を行う光学系において、非線形光学結晶に波長４００ｎｍ以下のパルス紫外光を照射する構成をとる。パルス形状は問わず、適正な照射量を与えれば、効果が得られる。
【００２１】
これの構成は、非線形光学結晶としてＢＢＯを用いた場合、及び、第２高調波として２６６ｎｍの紫外光を用いた場合に適用して、好ましい結果を得ることができる。
【００２２】
また、本発明に係る非線形光学結晶を有する光学系は、第２に、外部共振器を用いて波長変換を行う光学系において、非線形光学結晶に波長４００ｎｍ以下のＣＷ紫外光を照射する構成をとる。
【００２３】
これの構成は出力として波長４００ｎｍ以下のＣＷ紫外光を得る場合に好適であり、また、非線形光学結晶としてＢＢＯを用いた場合、及び、第２高調波として２６６ｎｍの紫外光を用いた場合に適用して、好ましい結果を得ることができる。
【００２４】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態例を述べる。
【００２５】
実施の形態例１
この実施の形態例は、図４を用いて説明した外部共振器部分を有する波長変換光学系（たとえば紫外線発生光学系）として用いることができる。本実施の形態例は、外部共振器内に非線形光学結晶としてＢＢＯ、第２高調波として２６６ｎｍの紫外光を得る場合の波長変換系について、本発明を適用して改良を施したものである。
【００２６】
本例の構成を、図１に示す。図１中、符号１〜３で示すのは、図４におけると同様、波長５３２ｎｍにおいて超高反射率たとえば９９．９５％以上の反射率を有する高反射ミラー、符号４は、波長５３２ｎｍにおいて高反射率たとえば９９％の反射率を有するインプット（入射）ミラー、符号５は、端面を鏡面研磨し、波長５３２ｎｍにおいて低反射率たとえば０．１％以下の反射率の低反射膜を施した波長変換素子の非線形光学結晶ＢＢＯである。従来技術と同じく、高反射ミラー３は、図示しないが、位置決めデバイスであるＶＣＭ（前掲のＪ．Ｉ．Ａ．Ｐ等参照）上に設置されており、たとえばサーボ駆動系により制御されるようになっている。以上、符号１〜５で示す要素により、外部共振器部が構成されている。
【００２７】
この外部共振器に、図１に矢印７で模式的に示す基本波（ここでは波長５３２ｎｍ）が入射し、ミラー間で出力が増幅され、その増強された基本波が、あらかじめ紫外光照射された非線形光学結晶（ＢＢＯ）５で、第２高調波（ここでは波長２６６ｎｍ）に変換される（第２高調波出力を矢印８で模式的に示す）場合に、本発明を適用して、安定な第２高調波出力を得るようにするのである。
【００２８】
すなわち、図１に示すような外部安定共振器を用いた波長変換において、本例では、非線形光学結晶５であるＢＢＯとして、あらかじめ１Ｗ／ｃｍ2 の平均パワー密度のパルス紫外光を３時間照射したものを、外部共振器内に配置した。
【００２９】
この結果、図２に示すように、時間（横軸、ｈｏｕｒ）に対して、第２高調波出力（縦軸、ｍＷ）は安定になった。すなわち、第２高調波出力が、当初より、時間的に安定して得られるようになった。
【００３０】
ここで、照射するパルス紫外光の平均パワー密度と照射時間を種々に変化させて実験を行った。この結果、図３に示す斜線部において、特に横モードの発生がなく、安定な第２高調波出力が得られることが明らかになった。
【００３１】
この斜線部の領域を表すのが、次式（２）である。
Ａ×Ｂ＞０．８（Ｗ・Ｈ／ｃｍ2 ）                              （２）
ただし、照射するパルス紫外光の平均パワー密度をＡ（Ｗ／ｃｍ2 ），照射時間をＢ（時間）としてある。
【００３２】
上記パルス紫外光の効果は、パルス形状にかかわらず、発揮され、特に上記（２）式を満たす領域では好ましい結果が得られた。パルス形状は任意であるが、たとえばレーザパルスとして得られる通常の形のものを使用できる。また、（２）式のＡ×Ｂの値の上限は特に限定はないが、結晶の破壊閾値（個々の結晶や製法条件等により異なる）以下の値を採用できる。
【００３３】
上記したように、本発明を適用することにより、非線形光学結晶を用いた外部共振器型で第２高調波発生を行わせる光学系において、安定した出力の第２高調波出力を得ることができた。
【００３４】
実施の形態例２
この実施の形態例では、実施の形態例１と同様に、図４を用いて説明した外部共振器部分を有する波長変換光学系について、本発明を適用したが、ここでは、非線形光学結晶５であるＢＢＯとして、あらかじめ１Ｗ／ｃｍ2 のパワー密度のＣＷ紫外光を３時間照射したものを、外部共振器内に配置した。
【００３５】
このような、非線形光学結晶５へのＣＷ紫外光の照射を採用した結果、実施の形態例１と同様の効果が得られた。
【００３６】
また、あらかじめ照射したＣＷ紫外光のパワー密度に関しては、１Ｗ／ｃｍ2 以上の値でも、同様の効果が得られた。
【００３７】
また、ＣＷ紫外光の照射に関しては、この効果は、あらかじめ特別にＣＷ紫外光を照射しなくても、第２高調波発生によって紫外光を発生させて、その後も連続的に紫外光発生を続け、その連続紫外光を非線形光学結晶５であるＢＢＯに与えるように構成すれば、同様の効果が得られた。上記により、紫外光発光の初期の段階があらかじめ照射を行ったものと同様になるためと考えられる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、非線形光学結晶を用いた光学系において、横モード発生に伴う問題を解決して、安定な出力（安定な第２高調波出力等）を得ることができるという効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態例１の構成を示す図である。
【図２】  本発明の実施の形態例１の作用を示す図（グラフ）である。
【図３】  本発明の実施の形態例１の作用を示す図（グラフ）である。
【図４】  従来技術の構成を示す図である。
【図５】  従来技術の問題点を示す図（グラフ）である。
【符号の説明】
１〜３・・・高反射率ミラー、４・・・インプット（入射）ミラー（インプットカップラー）、５・・・非線形光学結晶（ＢＢＯ）。
【図１】
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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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