JPH11326969A - Laser light wavelength converter - Google Patents
Laser light wavelength converterInfo
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- JPH11326969A JPH11326969A JP10138408A JP13840898A JPH11326969A JP H11326969 A JPH11326969 A JP H11326969A JP 10138408 A JP10138408 A JP 10138408A JP 13840898 A JP13840898 A JP 13840898A JP H11326969 A JPH11326969 A JP H11326969A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 少ない部品点数で、レーザ光を高変換効率で
品質の高い高調波に波長変換する波長変換装置を提供す
る。
【解決手段】 本波長変換装置は、集光レンズで集光
し、レーザ光を基本波として非線形光学結晶により複数
回にわたり波長変換して高調波を発生させ、レーザ光を
高調波に波長変換する装置である。一枚の集光レンズ5
と、それぞれ、非線形光学結晶で形成された、第2次高
調波発生結晶1及び第3次高調波発生結晶2とを備え、
第2次高調波発生結晶と第3次高調波発生結晶とは、光
学軸を相互に反転させている。また、第2次高調波発生
結晶は基本波の焦点位置に位置し、第3次高調波発生結
晶は基本波の焦点位置より後方に位置し、かつかつ相互
に近接して配置されている。
(57) [Problem] To provide a wavelength converter for converting a laser beam into a high-quality harmonic with high conversion efficiency with a small number of parts. SOLUTION: This wavelength conversion device condenses light with a condenser lens, converts the wavelength of the laser light as a fundamental wave by a nonlinear optical crystal a plurality of times to generate a harmonic, and converts the wavelength of the laser light into a harmonic. Device. One condensing lens 5
And a second harmonic generation crystal 1 and a third harmonic generation crystal 2 respectively formed of a nonlinear optical crystal,
The optical axes of the second harmonic generation crystal and the third harmonic generation crystal are mutually inverted. Further, the second harmonic generation crystal is located at the focal position of the fundamental wave, and the third harmonic generation crystal is located behind the focal position of the fundamental wave and are arranged close to each other.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光の波長変
換装置に関し、更に詳細には、2回以上の波長変換を必
要とする装置に関し、少ない部品点数で、レーザ光を高
品質、高変換効率で高調波に変換するレーザ光の波長変
換装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength conversion device for laser light, and more particularly, to a device requiring two or more wavelength conversions. The present invention relates to a wavelength conversion device for converting a laser beam into a harmonic with high efficiency.
【0002】[0002]
【従来の技術】レーザ光を基本波として非線形光学結晶
により複数回にわたり波長変換して高調波を発生させ、
レーザ光を高調波に波長変換する装置が、実用化されつ
つあり、レーザ光を使ったレーザ応用装置において注目
されている。ところで、レーザ光の波長変換装置を実用
化するには、レーザ光の変換効率を高くすることが必須
である。2. Description of the Related Art Using a laser beam as a fundamental wave, a nonlinear optical crystal performs wavelength conversion a plurality of times to generate harmonics,
Devices that convert the wavelength of laser light into higher harmonics are being put into practical use, and have attracted attention in laser application devices that use laser light. By the way, in order to put the laser light wavelength converter into practical use, it is essential to increase the conversion efficiency of the laser light.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のレーザ
光の波長変換装置では、非線形光学結晶内でのウォーク
オフ角の影響により、波長変換に寄与する有効作用長を
長くできず、変換効率を高くすることは困難であった。
そこで同一波長に変換する多数の非線形光学結晶片を交
互に光学軸を反転させて接合し有効作用長を長くする試
みもあるが、接合面に高面精度を必要とした。複数の非
線形光学結晶間に補正レンズ等を用い、各波長の空間的
重なりを良くする試みも成されているものの、非線形光
学結晶端面での屈折や光学系の色収差の影響等により安
定した高変換効率を得ることは実用的に困難であり、か
つ、装置の部品点数が増加し、部品コストが増えると共
に製造プロセスが複雑になって製造コストが嵩み、経済
的には引き合わない。However, in the conventional laser light wavelength converter, the effective working length contributing to wavelength conversion cannot be increased due to the effect of the walk-off angle in the nonlinear optical crystal, and the conversion efficiency is reduced. It was difficult to get higher.
Therefore, there has been an attempt to increase the effective working length by alternately inverting the optical axis of a large number of non-linear optical crystal pieces that convert to the same wavelength, thereby increasing the effective working length. Attempts have been made to improve the spatial overlap of each wavelength by using a correction lens between multiple nonlinear optical crystals, but stable high conversion due to the effects of refraction at the end face of the nonlinear optical crystal and chromatic aberration of the optical system, etc. It is practically difficult to obtain the efficiency, and the number of parts of the apparatus increases, the parts cost increases, the manufacturing process becomes complicated, the manufacturing cost increases, and it is not economically acceptable.
【0004】そこで、本発明の目的は、少ない部品点数
で2番目以降の非線形光学結晶の変換効率を高くし、レ
ーザ光を高変換効率で高次高調波に波長変換する波長変
換装置を提供することである。Accordingly, an object of the present invention is to provide a wavelength conversion device for increasing the conversion efficiency of the second and subsequent non-linear optical crystals with a small number of parts, and for converting the wavelength of laser light into higher harmonics with high conversion efficiency. That is.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るレーザ光の波長変換装置は、レーザ光
を基本波として非線形光学結晶により複数回にわたり波
長変換して高調波を発生させ、レーザ光を高調波に波長
変換する装置において、基本波を集光する集光光学系
と、相互に発生波長の異なる2個以上の非線形光学結晶
とを備え、少なくとも1個の非線形光学結晶の光学軸を
基本波伝搬方向に対して180゜回転させ、かつ全ての
隣接する結晶を、その間に光学系を介在させることな
く、近接して配置していることを特徴としている。本発
明では、位相整合する各波長が光学軸を180゜回転さ
せた2番目以降の非線形光学結晶において、ウォークオ
フ角による伝搬のずれ角が、前段までの非線形光学結晶
と逆方向にずれて伝搬する。したがって、非線形光学結
晶端面での屈折やウォークオフ角の影響によりずれた各
位相整合波長の空間的重なりを、非線形光学結晶間に補
正光学系を用いず、非線形光学結晶自身によりある程度
補正できるので、変換効率が向上する。また、本発明で
は、近接配置により2番目以降の非線形光学結晶でのビ
ーム断面積を極力小さくできるので、変換効率が向上す
る。In order to achieve the above object, a wavelength conversion device for laser light according to the present invention generates a harmonic by performing wavelength conversion a plurality of times with a nonlinear optical crystal using a laser light as a fundamental wave. An apparatus for converting the wavelength of a laser beam into a harmonic, comprising: a condensing optical system for condensing a fundamental wave; and two or more nonlinear optical crystals having mutually different generated wavelengths, and at least one nonlinear optical crystal. Are rotated 180 ° with respect to the fundamental wave propagation direction, and all adjacent crystals are arranged close to each other without an optical system interposed therebetween. According to the present invention, in the second and subsequent nonlinear optical crystals in which each wavelength whose phase is matched rotates the optical axis by 180 °, the propagation shift angle due to the walk-off angle is shifted in the opposite direction to the nonlinear optical crystal up to the previous stage. I do. Therefore, the spatial overlap of each phase matching wavelength shifted by the influence of refraction or walk-off angle at the nonlinear optical crystal end face can be corrected to some extent by the nonlinear optical crystal itself without using a correction optical system between the nonlinear optical crystals. Conversion efficiency is improved. Further, in the present invention, since the beam cross-sectional areas of the second and subsequent nonlinear optical crystals can be minimized by the close arrangement, the conversion efficiency is improved.
【0006】好適な実施態様では、第3次高調波に変換
する装置において、第2次高調波発生結晶は基本波の焦
点位置に配置され、第3次高調波発生結晶は基本波の焦
点位置より後方に配置されている。また、基本波の焦点
位置が第2次高調波発生結晶の手前に配置するようにし
ても良い。また、集光光学系で集光した基本波レーザ光
と各高調波発生結晶で発生させた高次高調波レーザ光の
ビーム断面積が、次段高調波結晶内で極力小さくなるよ
うに結晶間隔が狭くなっている。即ち、集光した基本波
レーザ光と1番目結晶で発生させた第2次高調波レーザ
光のビーム断面積が、2番目以降の結晶内で極力小さく
なるように結晶間隔を狭くし、かつ2番目以降の結晶内
で各入射光の空間的重なりを改善するために、ウォーク
オフ角により伝搬角度を補正している。本発明で使用す
る集光光学系は、単レンズ、円筒レンズ、その他複数の
レンズを使用した集光機構系であって、その構成は問わ
ない。好適な実施態様では、構成の単純な単レンズにて
効果が確認できる。In a preferred embodiment, in the device for converting to the third harmonic, the second harmonic generation crystal is located at the focal position of the fundamental wave, and the third harmonic generation crystal is located at the focal position of the fundamental wave. It is located further back. Further, the focal position of the fundamental wave may be arranged before the second harmonic generation crystal. In addition, the crystal spacing is set so that the beam cross-sectional area of the fundamental laser light condensed by the condensing optical system and the high-order harmonic laser light generated by each harmonic generation crystal becomes as small as possible in the next-stage harmonic crystal. Is getting narrower. That is, the crystal spacing is reduced so that the beam cross-sectional area of the focused fundamental wave laser light and the second harmonic laser light generated in the first crystal becomes as small as possible in the second and subsequent crystals, and The propagation angle is corrected by the walk-off angle in order to improve the spatial overlap of each incident light in the subsequent crystals. The condensing optical system used in the present invention is a condensing mechanism system using a single lens, a cylindrical lens, and a plurality of other lenses, and the configuration does not matter. In a preferred embodiment, the effect can be confirmed with a single lens having a simple structure.
【0007】本発明で、非線形光学結晶とは、光学的異
方性(非線型光学効果)を有する1軸結晶、2軸結晶等
の非線形光学結晶を言い、非線形光学結晶である限りそ
の種類は問わないが、好適には、高調波発生結晶がLB
3 O5 又はβ−BaB2 O4で形成されている。特に、
LB3 O5 結晶はウォークオフ角は小さく、結晶内変換
作用長を長くとれるから好ましい。In the present invention, a nonlinear optical crystal refers to a non-linear optical crystal such as a uniaxial crystal or a biaxial crystal having optical anisotropy (non-linear optical effect). It does not matter, but preferably, the harmonic generation crystal is LB
It is made of 3 O 5 or β-BaB 2 O 4 . Especially,
LB 3 O 5 crystals are preferred because they have a small walk-off angle and can have a long in-crystal conversion action length.
【0008】また、本発明に係るレーザ光の波長変換装
置は、レーザ光を基本波として非線形光学結晶により複
数回にわたり波長変換して高調波を発生させ、レーザ光
を高調波に波長変換する装置において、一枚の集光レン
ズと、非線形光学結晶でそれぞれ形成された第2次高調
波発生結晶、第4次高調波発生結晶及び第5次高調波発
生結晶とを備え、第2次高調波発生結晶、第4次高調波
発生結晶及び第5次高調波発生結晶とが相互に近接して
配置され、かつ第2次高調波発生結晶、第4次高調波発
生結晶及び第5次高調波発生結晶のうちのいずれか二つ
の高調波発生結晶の光学軸は同じ向きで、残りの一つの
光学軸は逆の向きであることを特徴としている。本発明
では、好適には、第2次高調波発生結晶、第4次高調波
発生結晶及び第5次高調波発生結晶が、それぞれ、LB
3 O5 又はβ−BaB2 O4 で形成されている。[0008] A wavelength conversion device for laser light according to the present invention is a device for converting a laser beam to a harmonic by generating a harmonic by performing wavelength conversion a plurality of times with a nonlinear optical crystal using the laser beam as a fundamental wave. , A single condensing lens, a second harmonic generation crystal, a fourth harmonic generation crystal, and a fifth harmonic generation crystal formed of a nonlinear optical crystal, respectively. The generation crystal, the fourth harmonic generation crystal, and the fifth harmonic generation crystal are arranged close to each other, and the second harmonic generation crystal, the fourth harmonic generation crystal, and the fifth harmonic It is characterized in that any two of the generation crystals have the same optic axis in the same direction and the other one has the opposite optic axis. In the present invention, preferably, the second harmonic generation crystal, the fourth harmonic generation crystal, and the fifth harmonic generation crystal are each LB
It is made of 3 O 5 or β-BaB 2 O 4 .
【0009】2次の非線形効果により第3次高調波を発
生する場合、第2次高調波発生結晶内で基本波光を高集
光密度とするためレンズにより集光し、焦点位置を結晶
内に配置する。また、第3次高調波発生結晶では、第2
次高調波発生結晶との間隔を狭くした近接配置とするこ
とで、再度第3次高調波発生結晶への集光系を用いずに
高集光密度とすることができる。第2次高調波発生結晶
内で発生させる第2次高調波光と基本波光の伝搬方向
は、ウォークオフ角によりずれるが、第3次高調波発生
結晶内でのウォークオフ角によるずれを逆方向とするこ
とにより、第3次高調波発生結晶での基本波光と第2次
高調波光の空間的重なりをある程度補正し、高効率波長
変換を実現することができる。In the case where the third harmonic is generated by the second-order nonlinear effect, the fundamental light is condensed by a lens in the second harmonic generation crystal to obtain a high light-condensing density, and the focal position is arranged in the crystal. . In the third harmonic generation crystal, the second
By providing a close arrangement in which the distance from the third harmonic generation crystal is narrowed, a high light collection density can be obtained without using a light collection system for the third harmonic generation crystal again. The propagation directions of the second harmonic light and the fundamental light generated in the second harmonic generation crystal are shifted by the walk-off angle, but the shift due to the walk-off angle in the third harmonic generation crystal is opposite to that in the opposite direction. By doing so, the spatial overlap between the fundamental wave light and the second harmonic light in the third harmonic generation crystal can be corrected to some extent, and high-efficiency wavelength conversion can be realized.
【0010】以上のように、本発明によれば、単レンズ
1枚の集光で、結晶間の近接配置と各波長のウォークオ
フ角を利用し、少ない部品点数で高変換効率を実現して
いる。複数個の結晶の近接配置、及び各波長のレーザ光
の空間的重なりをウォークオフ角を利用してある程度補
正することで、部品点数が少なく安価で高変換効率のレ
ーザ光の波長変換装置を実現することができる。本発明
は、基本波の波長、非線形結晶の種類、集光光学系の種
類、結晶の数、高調波の次数による制限はなく、本発明
を適用することができ、本発明の効果を奏することがで
きる。例えば、基本波として、1064nmのレーザ
光、及びNd:YLiF4 レーザで発光した発振波長1
047、1053nmのレーザ光等、非線形光学結晶に
て波長変換できる全ての波長域で可能である。また、3
個以上の複数結晶でも可能である。As described above, according to the present invention, high conversion efficiency can be realized with a small number of components by utilizing the close arrangement between crystals and the walk-off angle of each wavelength by condensing a single lens. I have. By using a walk-off angle to correct the proximity arrangement of multiple crystals and the spatial overlap of laser light of each wavelength to some extent, a laser light wavelength conversion device with a small number of parts and high conversion efficiency is realized. can do. The present invention is not limited by the wavelength of the fundamental wave, the type of nonlinear crystal, the type of light-collecting optical system, the number of crystals, and the order of harmonics, and the present invention can be applied to achieve the effects of the present invention. Can be. For example, as a fundamental wave, a laser beam of 1064 nm and an oscillation wavelength of 1 emitted by a Nd: YLiF 4 laser are used.
This is possible in all wavelength ranges where the wavelength can be converted by the nonlinear optical crystal, such as laser light of 047 and 1053 nm. Also, 3
More than one crystal is also possible.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例1 本実施形態例は、本発明に係るレーザ光の波長変換装置
の実施形態の一例であって、図1は本実施形態例のレー
ザ光の波長変換装置の構成を示す模式図である。本実施
形態例のレーザ光の波長変換装置は、高調波を発生させ
る非線形光学結晶1、2としてLB3 O5 (LBO)を
使用し、波長1064nmの基本波レーザ光の第3次高
調波355nmを発生させる装置であって、図1に示す
ように、非線形光学結晶でそれぞれ形成された第2次高
調波発生結晶1及び第3次高調波発生結晶2と、集光レ
ンズ5とを備えている。本波長変換装置では、第2次高
調波発生結晶1は、タイプI角度位相整合であって、基
本波の焦点位置に配置されている。また、第3次高調波
発生結晶2は、タイプII角度位相整合であって、基本
波の焦点位置より後方に配置されている。LBO結晶は
2軸性結晶であるから、ウォークオフ角は3角あるもの
の、1角のみが大きいことから、1軸性結晶に近似して
説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Embodiment 1 This embodiment is an example of an embodiment of a laser beam wavelength converter according to the present invention, and FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a laser beam wavelength converter of this embodiment. is there. The wavelength conversion device for laser light of the present embodiment uses LB 3 O 5 (LBO) as the nonlinear optical crystals 1 and 2 for generating harmonics, and the third harmonic 355 nm of the fundamental laser light having a wavelength of 1064 nm. A second harmonic generation crystal 1 and a third harmonic generation crystal 2, each formed of a nonlinear optical crystal, and a condenser lens 5, as shown in FIG. I have. In the present wavelength conversion device, the second harmonic generation crystal 1 is of type I angular phase matching and is arranged at the focal position of the fundamental wave. The third harmonic generation crystal 2 is of type II angular phase matching, and is disposed behind the focal position of the fundamental wave. Since the LBO crystal is a biaxial crystal, the walk-off angle is triangular, but only one is large.
【0012】基本波光6の偏光は、第2次高調波発生結
晶1の常光線であり、タイプI角度位相整合により発生
させた第2次高調波光7の偏光方向は異常光線となる。
LBO結晶は、正常光線より異常光線の屈折率の方が小
さい負の結晶であるから、第2次高調波光の伝搬方向
は、基本波光を基準として光学軸3と逆方向にずれる。
このとき、第2次高調波発生結晶1の位相整合角θは、
θ=11.6°、ウォークオフ角は0.403°であ
る。他の結晶、例えばβ−BaB2 O4 (BBO)に比
べて、LBO結晶のウォークオフ角は小さく、結晶内変
換作用長を長くとれるものの、実用的な高変換効率を得
るためには、レンズ5によりレーザ光を集光する。The polarization of the fundamental wave light 6 is an ordinary ray of the second harmonic generation crystal 1, and the polarization direction of the second harmonic light 7 generated by type I angle phase matching becomes an extraordinary ray.
Since the LBO crystal is a negative crystal in which the refractive index of the extraordinary ray is smaller than that of the normal ray, the propagation direction of the second harmonic light is shifted in the direction opposite to the optical axis 3 with respect to the fundamental light.
At this time, the phase matching angle θ of the second harmonic generation crystal 1 is
θ = 11.6 ° and the walk-off angle is 0.403 °. Compared with other crystals, for example, β-BaB 2 O 4 (BBO), the LBO crystal has a smaller walk-off angle and a longer conversion length within the crystal, but in order to obtain a practically high conversion efficiency, a lens must be used. 5 focuses the laser light.
【0013】第3次高調波発生結晶2は、拡がり角を持
つ基本波光6と第2次高調波光7の角度位相整合により
第3次高調波光8を発生させる。このとき、結晶2の位
相整合角θは、θ=42.19°、ウォークオフ角は
0.533°である。結晶2は、結晶1と近接配置にす
ることにより、極力ビ−ム断面積の小さい領域で波長変
換し、変換効率を高くすることができる。本実施形態例
では、結晶2の光学軸は、基本波伝搬方向に対し、結晶
1の光学軸と逆方向とする。結晶1と2とでは、それぞ
れの位相整合角が違うため、ウォークオフ角に差はある
が、結晶1でのウォークオフ角と結晶1、2間での各波
長の屈折によりずれた基本波光6と第2次高調波光7
を、軸9方向の角度位相整合時に、ある程度空間的重な
りを補正し、位相整合するため、波長変換作用長を長く
でき、高波長変換効率を達成することができる。The third harmonic generation crystal 2 generates a third harmonic light 8 by angular phase matching between the fundamental light 6 having a divergence angle and the second harmonic light 7. At this time, the phase matching angle θ of the crystal 2 is θ = 42.19 °, and the walk-off angle is 0.533 °. By arranging the crystal 2 close to the crystal 1, the wavelength can be converted in a region where the beam sectional area is as small as possible, and the conversion efficiency can be increased. In the present embodiment, the optical axis of the crystal 2 is opposite to the optical axis of the crystal 1 with respect to the fundamental wave propagation direction. Although there is a difference in the walk-off angle between the crystals 1 and 2 because the phase matching angles are different, the fundamental light 6 deviated by the walk-off angle in the crystal 1 and the refraction of each wavelength between the crystals 1 and 2. And the second harmonic light 7
Is corrected to some extent at the time of angular phase matching in the direction of the axis 9 and phase matching is performed, so that the wavelength conversion operation length can be lengthened and high wavelength conversion efficiency can be achieved.
【0014】実施形態例1の波長変換装置を使ったとき
の、パルスレーザ光の第3次高調波の平均出力動作繰返
し依存性を図2に示す。本実施形態例では、各結晶の光
学軸を反転させ、近接配置することにより、4kHz動
作にて1.25Wが得られている。光学軸同方向では
0.35Wであり、3.5倍程度の高変換効率化に成功
している。図2では動作繰返しを1〜40kHzまで変
化させているが、繰返しに依存することなく、本実施形
態例の効果が見られる。また、図3に第3次高調波発生
結晶の長さを変化させた場合の本実施形態例による効果
を示す。本実施形態例は、図3から、結晶長、基本波ピ
ーク強度に依存せず平均出力で3〜4倍程度の効果があ
ることがわかる。図4は、各結晶間隔を変化させた平均
出力を示す。結晶間隔2.4mmに対し0.2mmでは17
%平均出力が高く、近接配置により第3次高調波発生結
晶内でのビーム断面積を極力小さくした効果が確認でき
る。FIG. 2 shows the average output operation repetition dependence of the third harmonic of the pulse laser light when the wavelength converter of the first embodiment is used. In the present embodiment, 1.25 W is obtained by 4 kHz operation by inverting the optical axis of each crystal and disposing them close to each other. The power is 0.35 W in the same direction of the optical axis, and a high conversion efficiency of about 3.5 times has been achieved. In FIG. 2, the operation repetition is changed from 1 to 40 kHz, but the effect of the present embodiment can be seen without depending on the repetition. FIG. 3 shows the effect of the present embodiment when the length of the third harmonic generation crystal is changed. From FIG. 3, it can be seen that the average power of the present embodiment is about 3 to 4 times the average output without depending on the crystal length and the peak intensity of the fundamental wave. FIG. 4 shows an average output in which each crystal interval is changed. For a crystal spacing of 2.4 mm, 17 for 0.2 mm
% Average output is high, and the effect of minimizing the beam cross-sectional area in the third harmonic generation crystal by the close arrangement can be confirmed.
【0015】本実施形態例では、複数個の結晶の近接配
置及び、各波長のレーザ光の空間的重なりをある程度ウ
ォークオフ角で補正することで、部品点数が少なく安価
で高変換効率、高ビーム品質を実現出来る。In the present embodiment, the proximity arrangement of a plurality of crystals and the spatial overlap of the laser beams of each wavelength are corrected to some extent with a walk-off angle, so that the number of parts is small, the cost is low, the conversion efficiency is high, and the beam Quality can be realized.
【0016】上記特性により高変換効率化に成功してい
る理由をまとめると、近接配置による効果と、各波長の
結晶間屈折角とウォークオフ角の差による第3次高調波
結晶内での基本波・第2次高調波の空間的重なりのずれ
を、光学軸反転により補正する効果による。平均出力値
は変化するが、結晶長、集光レンズの焦点距離に依存せ
ず、本実施形態例の効果がある。また、LBO結晶より
ウォークオフ角の大きいBBO結晶では、ずれ角が大き
いが、同様の効果があり、複屈折性の結晶であれば可能
である。また、集光レンズに単レンズを用いたが円筒レ
ンズや他の集光光学系でも可能である。The reasons for the high conversion efficiency achieved by the above characteristics can be summarized as follows: the effect of the close arrangement and the fundamental in the third harmonic crystal due to the difference between the refraction angle and the walk-off angle between the crystals at each wavelength. This is due to the effect of correcting the shift of the spatial overlap between the wave and the second harmonic by inverting the optical axis. Although the average output value changes, there is an effect of the present embodiment without depending on the crystal length and the focal length of the condenser lens. Further, a BBO crystal having a larger walk-off angle than an LBO crystal has a larger shift angle, but has the same effect, and is possible with a birefringent crystal. Further, although a single lens is used as the condenser lens, a cylindrical lens or another condenser optical system is also possible.
【0017】波長1064nmの第3次高調波の例で示
したが、本発明は他波長間の重なりを補正する効果であ
り、2波長以上で高次高調波発生装置であれば、本発明
を適用することが可能である。基本波として、1064
nm以外に、Nd:YLiF4 レーザで発振する発振波
長1047、1053nmのレーザ光等、非線形光学結
晶にて波長変換できる全ての波長域で可能である。ま
た、3個以上の複数個の非線形光学結晶を高調波発生結
晶として使用しても良い。Although the third harmonic having a wavelength of 1064 nm has been described as an example, the present invention has the effect of correcting the overlap between other wavelengths. It is possible to apply. As a fundamental wave, 1064
In addition to nm, laser light having an oscillation wavelength of 1047 nm or 1053 nm oscillated by an Nd: YLiF 4 laser can be used in any wavelength region where the wavelength can be converted by a nonlinear optical crystal. Further, three or more nonlinear optical crystals may be used as the harmonic generation crystal.
【0018】実施形態例2 実施形態例1では、焦点位置を第2次高調波発生結晶内
に配置する例を示したが、この配置は第3次高調波発生
結晶の非線形定数が小さいために、第3次高調波結晶内
でビーム断面積を小さくしパワー密度を上げて変換効率
を高くする場合に好適である。図5に示すように、焦点
位置を第3次高調波発生結晶内に配置しても、同様の効
果が得られる。また、第3次高調波光の平均出力は下が
るものの、図6に示すように、焦点位置をずらし、結晶
へのダメージを考慮した配置でも、本発明の効果を奏す
ることができる。 Second Embodiment In the first embodiment, an example has been described in which the focal position is disposed in the second harmonic generation crystal. However, this arrangement is because the nonlinear constant of the third harmonic generation crystal is small. This is suitable for the case where the conversion efficiency is increased by reducing the beam cross-sectional area and increasing the power density in the third harmonic crystal. As shown in FIG. 5, the same effect can be obtained even if the focal position is arranged in the third harmonic generation crystal. Further, although the average output of the third harmonic light is lowered, the effect of the present invention can be exerted even if the focal position is shifted and the crystal is damaged as shown in FIG.
【0019】実施形態例3 本実施形態例は、第2次、第4次及び第5次高調波発生
結晶の3個を用いて、第5次高調波を発生させる装置の
例である。図7は、実施形態例3の5次高調波を発生さ
せる波長変換装置の構成を示すフローシートである。本
実施形態例のレーザ光の波長変換装置は、集光レンズ5
と、基本波の焦点位置に配置された第2次高調波発生結
晶1と、その後方に順次、近接して配置された第4次高
調波発生結晶11と、第5次高調波発生結晶12とを備
えている。第2次高調波発生結晶1と第4次高調波発生
結晶11の光学軸3、13を同方向とし、第5次高調波
結晶12内で基本波・第4次高調波の空間的重なりのず
れを、光学軸14を逆方向とすることにより補正し、波
長変換の高効率化を実現している。また、ウォークオフ
角の大きさによっては光学軸3、13を相互に逆方向と
し、どちらかの方向に光学軸14を合わせることで最適
な空間的重なりが得られる場合も、考えられる。 Embodiment 3 This embodiment is an example of an apparatus for generating a fifth harmonic using three second, fourth and fifth harmonic generation crystals. FIG. 7 is a flow sheet showing the configuration of the wavelength converter for generating the fifth harmonic of the third embodiment. The wavelength conversion device for laser light of this embodiment is
, A second harmonic generation crystal 1 arranged at a focal position of a fundamental wave, a fourth harmonic generation crystal 11 and a fifth harmonic generation crystal 12 sequentially arranged rearward and rearward. And The optical axes 3 and 13 of the second harmonic generation crystal 1 and the fourth harmonic generation crystal 11 are set in the same direction, and the spatial overlap of the fundamental wave and the fourth harmonic in the fifth harmonic crystal 12 is reduced. The displacement is corrected by setting the optical axis 14 in the opposite direction, thereby realizing high efficiency of wavelength conversion. Further, depending on the magnitude of the walk-off angle, the optical axes 3 and 13 may be set in opposite directions to each other and the optical axis 14 may be aligned in either direction to obtain an optimum spatial overlap.
【0020】[0020]
【発明の効果】本発明によれば、複数個の高調波発生結
晶の近接配置、及び各波長のレーザ光の空間的重なりを
ある程度ウォークオフ角で補正することにより、部品点
数が少なく、低いコストで、しかも高変換効率、レーザ
光を高ビーム品質の高調波に波長変換できる波長変換装
置を実現している。According to the present invention, the close arrangement of a plurality of harmonic generation crystals and the spatial overlap of laser beams of each wavelength are corrected to some extent by a walk-off angle, so that the number of parts is small and the cost is low. In addition, a wavelength conversion device capable of converting a laser beam into a harmonic having high conversion efficiency and high beam quality is realized.
【図1】実施形態例1の波長変換装置の構成を示す模式
図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a wavelength conversion device according to a first embodiment.
【図2】繰り返し周波数と平均出力との関係を示すグラ
フである。FIG. 2 is a graph showing a relationship between a repetition frequency and an average output.
【図3】基本波ピーク強度とTHG出力強度比との関係
を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a relationship between a fundamental wave peak intensity and a THG output intensity ratio.
【図4】結晶間隔とTHG平均出力との関係を示すグラ
フである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the crystal spacing and the THG average output.
【図5】実施形態例2のレーザ光の波長変換装置の構成
を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a wavelength conversion device for laser light according to a second embodiment.
【図6】実施形態例2の別のレーザ光の波長変換装置の
構成を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of another laser light wavelength converter according to the second embodiment.
【図7】実施形態例3のレーザ光の波長変換装置の構成
を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of a wavelength conversion device for laser light according to a third embodiment.
1 第2次高調波発生結晶 2 第3次高調波発生結晶 3 第2次高調波発生結晶の光学軸 4 第3次高調波発生結晶の光学軸 5 集光レンズ 6 基本波光 7 第2次高調波光 8 第3次高調波光 9 調整軸 10 第5次高調波光 11 第4次高調波発生結晶 12 第5次高調波発生結晶 13 第4次高調波発生結晶の光学軸 14 第5次高調波発生結晶の光学軸 15 第4次高調波光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 2nd harmonic generation crystal 2 3rd harmonic generation crystal 3 Optical axis of 2nd harmonic generation crystal 4 Optical axis of 3rd harmonic generation crystal 5 Condensing lens 6 Fundamental wave light 7 2nd harmonic Wave light 8 Third harmonic light 9 Adjustment axis 10 Fifth harmonic light 11 Fourth harmonic generation crystal 12 Fifth harmonic generation crystal 13 Optical axis of fourth harmonic generation crystal 14 Fifth harmonic generation Optical axis of crystal 15 4th harmonic light
Claims (9)
晶により2回以上にわたり波長変換し、レーザ光を高次
高調波光に波長変換する装置において、 基本波を集光する集光光学系と、相互に発生波長の異な
る2個以上の非線形光学結晶とを備え、少なくとも1個
の非線形光学結晶の光学軸を基本波伝搬方向に対して1
80゜回転させ、かつ全ての隣接する結晶を、その間に
光学系を介在させることなく、近接して配置しているこ
とを特徴とするレーザ光の波長変換装置。An apparatus for wavelength-converting a laser beam as a fundamental wave beam two or more times by a non-linear optical crystal and converting the laser beam into a higher harmonic beam, comprising: a condensing optical system for condensing a fundamental wave; And two or more nonlinear optical crystals having different generation wavelengths, and the optical axis of at least one nonlinear optical crystal is set to be 1 to the fundamental wave propagation direction.
A wavelength conversion device for laser light, wherein the device is rotated by 80 ° and all adjacent crystals are arranged close to each other without an optical system interposed therebetween.
学結晶は、集光する基本波の焦点位置に配置し、2回目
以降に波長変換する非線形光学結晶は、焦点位置より後
方に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の
レーザ光の波長変換装置。2. The nonlinear optical crystal for converting the wavelength of the fundamental wave for the first time is disposed at the focal position of the fundamental wave to be collected, and the nonlinear optical crystal for performing the wavelength conversion for the second and subsequent times is disposed behind the focal position. 2. The wavelength conversion device for laser light according to claim 1, wherein:
する非線形光学結晶入射面の手前にあることを特徴とす
る請求項1に記載のレーザ光の波長変換装置。3. The laser beam wavelength converter according to claim 1, wherein the focal position of the fundamental wave is located before the plane of incidence of the nonlinear optical crystal for wavelength conversion for the first time.
内で、位相整合させる各波長のレーザ光の空間的重なり
が、その非線形光学結晶のウォークオフ角により補正さ
れて位相整合するようにしたことを特徴とする請求項1
から3のうちのいずれか1項に記載のレーザ光の波長変
換装置。4. The laser light of each wavelength to be phase-matched in the nonlinear optical crystal for wavelength conversion for the second time and thereafter is spatially overlapped by the walk-off angle of the nonlinear optical crystal so that the phase is matched. Claim 1 characterized by the following:
The wavelength conversion device for laser light according to any one of claims 1 to 3.
内で、位相整合させる各波長のレーザ光ビーム断面積が
極力小さくなるように、隣接する結晶間隔が5mm以下
となっていることを特徴とする請求項1から4のうちの
いずれか1項に記載のレーザ光の波長変換装置。5. The non-linear optical crystal which performs wavelength conversion for the second time and thereafter, the interval between adjacent crystals is 5 mm or less so that the laser beam cross-sectional area of each wavelength to be phase-matched becomes as small as possible. The laser beam wavelength converter according to any one of claims 1 to 4.
発生用結晶と第3次高調波発生用結晶により第3次高調
波に波長変換することを特徴とする請求項1から5のう
ちのいずれか1項に記載のレーザ光の波長変換装置。6. The method according to claim 1, wherein the second harmonic generation crystal and the third harmonic generation crystal convert the wavelength of the laser light into the third harmonic by using the fundamental light as the laser light. The wavelength conversion device for laser light according to any one of the above.
発生用結晶と第3次高調波発生用結晶と第4次高調波発
生用結晶により第4次高調波に波長変換することを特徴
とする請求項1から5のうちのいずれか1項に記載のレ
ーザ光の波長変換装置。7. A wavelength conversion to a fourth harmonic by a second harmonic generation crystal, a third harmonic generation crystal, and a fourth harmonic generation crystal using a laser beam as a fundamental wave light. The laser light wavelength converter according to any one of claims 1 to 5.
発生用結晶と第4次高調波発生用結晶と第5次高調波発
生用結晶により第5次高調波に波長変換することを特徴
とする請求項1から5のうちのいずれか1項に記載のレ
ーザ光の波長変換装置。8. A wavelength conversion to a fifth harmonic by a second harmonic generation crystal, a fourth harmonic generation crystal, and a fifth harmonic generation crystal using laser light as fundamental light. The laser light wavelength converter according to any one of claims 1 to 5.
aB2 O4 で形成されていることを特徴とする請求項1
から8のうちのいずれか1項に記載のレーザ光の波長変
換装置。9. The non-linear optical crystal is LB 3 O 5 or β-B
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said substrate is made of aB 2 O 4.
9. The wavelength conversion device for laser light according to any one of items 1 to 8.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10138408A JPH11326969A (en) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | Laser light wavelength converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10138408A JPH11326969A (en) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | Laser light wavelength converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11326969A true JPH11326969A (en) | 1999-11-26 |
Family
ID=15221270
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10138408A Pending JPH11326969A (en) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | Laser light wavelength converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11326969A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002097527A1 (en) * | 2001-05-25 | 2002-12-05 | Mitsubishi Materials Corporation | Optical wavelength conversion method, optical wavelength conversion system, program and medium, and laser oscillation system |
CN100442135C (en) * | 2001-05-25 | 2008-12-10 | 三菱麻铁里亚尔株式会社 | Optical wavelength conversion method, optical wavelength conversion system, program and medium, and laser oscillation system |
-
1998
- 1998-05-20 JP JP10138408A patent/JPH11326969A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002097527A1 (en) * | 2001-05-25 | 2002-12-05 | Mitsubishi Materials Corporation | Optical wavelength conversion method, optical wavelength conversion system, program and medium, and laser oscillation system |
US7227680B2 (en) | 2001-05-25 | 2007-06-05 | Mitsubishi Materials Corporation | Optical wavelength conversion method, optical wavelength conversion system, program and medium, and laser oscillation system |
CN100442135C (en) * | 2001-05-25 | 2008-12-10 | 三菱麻铁里亚尔株式会社 | Optical wavelength conversion method, optical wavelength conversion system, program and medium, and laser oscillation system |
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