DE112012001525T5 - Wellenlängen-Umwandlungselement und Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung - Google Patents

Wellenlängen-Umwandlungselement und Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung Download PDF

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Susumu Konno
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellenlängen-Umwandlung und weist folgendes auf: einen einzelnen nichtlinearen optischer Kristall (100), der sowohl eine erste Phasenanpassungs-Bedingung, als auch eine zweite Phasenanpassungs-Bedingung erfüllt, wobei die erste Phasenanpassungs-Bedingung erforderlich ist für eine erste Umwandlung der Wellenlänge, um eine Grundwelle mit einer Wellenlänge von 1064 nm in eine Harmonische zweiter Ordnung mit einer Wellenlänge von 532 nm umzuwandeln, und wobei die zweite Phasenanpassungs-Bedingung erforderlich ist für eine zweite Umwandlung der Wellenlänge, um das Licht mit der Wellenlänge von 532 nm in eine Harmonische vierter Ordnung mit einer Wellenlänge von 266 nm umzuwandeln; und eine erste Reflexionsfläche D (110) und eine zweite Reflexionsfläche E (111) zum Reflektieren des Lichts, das eine Wellenlänge von 532 nm aufweist und von der ersten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt worden ist, um es der zweiten Umwandlung der Wellenlänge zuzuführen. Mit diesem Ansatz kann wirkungsvoll eine Harmonische dritter oder höherer Ordnung mit verlässlichem und einfachem Aufbau erzeugt werden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wellenlängen-Umwandlungselement zum Emittieren einer Harmonischen dritter oder höherer Ordnung und eine Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung, die ein derartiges Wellenlängen-Umwandlungselement verwendet.
  • Hintergrund
  • Herkömmlicherweise wird beim Emittieren von Harmonischen dritter und höherer Ordnung im allgemeinen ein Aufbau eingesetzt, bei dem nicht nur ein erster Wellenlängen-Umwandlungskristall zum Emittieren einer Harmonischen zweiter Ordnung verwendet wird, sondern auch ein zweiter Wellenlängen-Umwandlungskristall zum Emittieren einer Harmonischen dritter oder vierter Ordnung.
  • Ein derartiger Aufbau, bei dem eine Mehrzahl von Kristallen zur Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, benötigt jedoch nicht bloß eine Mehrzahl von Kristallen zur Wellenlängen-Umwandlung, sondern auch Einstelleinrichtungen zum Einstellen des Winkels und der Temperatur von jedem der Kristalle zur Wellenlängen-Umwandlung. Außerdem benötigt er weitere Einstelleinrichtungen zum Einstellen des Einfallswinkels desjenigen Lichts und zum Einstellen des Durchmessers des einfallenden Lichtstrahls desjenigen Lichts, dessen Wellenlänge umgewandelt werden soll und das in den jeweiligen Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung einfällt. Diese Anforderungen können die Kosten für die Kristalle zur Wellenlängen-Umwandlung und für die Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung in die Höhe treiben.
  • Da es notwendig ist, die Winkel und die Temperaturen der Mehrzahl von Kristallen zur Wellenlängen-Umwandlung einzustellen und den Einfallswinkel und Strahldurchmesser desjenigen Lichts, dessen Wellenlänge umgewandelt werden soll, einzustellen, ergeben sich bei dem Aufbau folgende Probleme.
  • Es wird nicht nur viel Zeit und Aufwand für die Einstellvorgänge benötigt. Infolge von Abweichungen vom richtigen Wert des jeweiligen einzustellenden Elements schwanken leicht auch das Ausgangssignal, die Intensitätsverteilung des Lichtstrahls und der Durchmesser des Lichtstrahls der Harmonischen höherer Ordnung.
  • Um diesen Problemen zu begegnen, wurde eine Technik vorgeschlagen, bei welcher die Mehrzahl von Kristallen zur Wellenlängen-Umwandlung zusammengefasst wird, indem eine Methode beispielsweise mit einem optischen Kontakt verwendet wird (siehe z. B. Patentdokument 1). Es wurde auch eine weitere Technik vorgeschlagen, bei welcher eine Harmonische dritter Ordnung aus einem einzelnen Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung emittiert wird, indem ein spezifisches kristallines Material verwendet wird (siehe z. B. Patentdokument 2).
  • Dokumente zum Stand der Technik
  • Patentdokument
    • Patentdokument 1: JP 11-003 845 A
    • Patentdokument 2: JP 2000-221 550 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Mit der Erfindung zu lösendes Problem
  • Wenn, wie oben beschrieben, ein einzelnes Wellenlängen-Umwandlungselement zum Emittieren von Harmonischen dritter und höherer Ordnung verwendet wird, ist es herkömmlicherweise vonnöten, jeweils separat einen ersten Wellenlängen-Umwandlungskristall zum Emittieren einer Harmonischen zweiter Ordnung und einen zweiten Wellenlängen-Umwandlungskristall zum Emittieren von Harmonischen dritter und höherer Ordnung vorzubereiten und den ersten Wellenlängen-Umwandlungskristall und den zweiten Wellenlängen-Umwandlungskristall unter einem präzisen Winkel zu verbinden, und zwar unter Verwendung von Verfahren wie beispielsweise eines optischen Kontakts.
  • Im Ergebnis bedarf es bei diesem Ansatz nicht nur erheblicher Kosten und Mühen beim Herstellen des Wellenlängen-Umwandlungselements; es hat sich auch ein Problem hinsichtlich der Zuverlässigkeit des Übergangs zwischen den Kristallen ergeben, wie beispielsweise eine Ablösung des Übergangs oder der Verbindung infolge eines Temperaturzyklus, da Kristalle mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten miteinander verbunden sind.
  • Beim herkömmlichen Aufbau, bei dem das einzelne Wellenlängen-Umwandlungselement zum Emittieren Harmonischer dritter und höherer Ordnung verwendet wird, kommen der erste Wellenlängen-Umwandlungskristall und der zweite Wellenlängen-Umwandlungskristall mit verschiedenen Brechungsindizes zum Einsatz, die miteinander verbunden sind. Daher treten infolge von Fresnel-Reflexion Reflexionsverluste im Übergang auf, und es wird Streulicht gemäß einem Endzustand der Verbindungsfläche erzeugt. Dies ergibt eine herabgesetzte Leistungsfähigkeit bei der Umwandlung der Wellenlänge.
  • Ferner ist auch ein herkömmlicher Aufbau bekannt, bei welchem ein einzelner Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, um eine Harmonische dritter Ordnung zu emittieren. Da bei dem Aufbau ein spezifisches Material für den Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, bleibt jedoch das Problem, dass die verfügbare Wellenlänge der Harmonischen dritter Ordnung auf eine spezifische Wellenlänge beschränkt ist, die durch die physikalischen Eigenschaften des Materials für den Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung bestimmt ist.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wellenlängen-Umwandlungselement anzugeben, das wirkungsvoll eine Harmonische dritter oder höherer Ordnung erzeugen kann, und zwar mit einem zuverlässigen und einfachen Aufbau. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung anzugeben, die das Wellenlängen-Umwandlungselement verwendet.
  • Wege zum Lösen des Problems
  • Um dieses Ziel zu erreichen, kann gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Wellenlängen-Umwandlungselement folgendes aufweisen:
    einen einzelnen nichtlinearen optischen Kristall, der sowohl eine erste Phasenanpassungs-Bedingung als auch eine zweite Phasenanpassungs-Bedingung erfüllt, wobei die erste Phasenanpassungs-Bedingung für eine erste Umwandlung der Wellenlänge erforderlich ist, um Licht einer ersten Wellenlänge in Licht einer zweiten Wellenlänge umzuwandeln, und wobei die zweite Phasenanpassungs-Bedingung für eine zweite Umwandlung der Wellenlänge erforderlich ist, um das Licht der zweiten Wellenlänge in Licht einer dritten Wellenlänge umzuwandeln; und
    einen Reflektor zum Reflektieren des Lichts der zweiten Wellenlänge, das von der ersten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird, um das Licht der zweiten Wellenlänge der zweiten Umwandlung der Wellenlänge zuzuführen.
  • Ferner kann gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Wellenlängen-Umwandlungselement folgendes aufweisen:
    einen einzelnen nichtlinearen optischen Kristall, der sowohl eine erste Phasenanpassungs-Bedingung als auch eine zweite Phasenanpassungs-Bedingung erfüllt, wobei die erste Phasenanpassungs-Bedingung für eine erste Umwandlung der Wellenlänge erforderlich ist, um Licht einer Grundwelle in eine Harmonische zweiter Ordnung umzuwandeln, und wobei die zweite Phasenanpassungs-Bedingung für eine zweite Umwandlung der Wellenlänge erforderlich ist, um die Harmonische zweiter Ordnung in eine Harmonische vierter Ordnung umzuwandeln; und
    einen Reflektor zum Reflektieren der Harmonischen zweiter Ordnung, die von der ersten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird, um die Harmonische zweiter Ordnung der zweiten Umwandlung der Wellenlänge zuzuführen.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der nichtlineare optische Kristall ferner eine dritte Phasenanpassungs-Bedingung erfüllt, die für eine dritte Umwandlung der Wellenlänge erforderlich ist, um die Harmonische vierter Ordnung in eine Harmonische einer höheren Ordnung als die vierte Ordnung umzuwandeln, und
    dass das Wellenlängen-Umwandlungselement ferner einen zusätzlichen Reflektor aufweist, und zwar zum Reflektieren der Harmonischen vierter Ordnung, die von der zweiten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird, um die Harmonische vierter Ordnung der dritten Umwandlung der Wellenlänge zuzuführen.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der nichtlineare optische Kristall ein Caesium-Lithium-Borat-basierter Kristall ist.
  • Ferner kann gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Wellenlängen-Umwandlungselement folgendes aufweisen:
    einen einzelnen nichtlinearen optischen Kristall, der sowohl eine erste Phasenanpassungs-Bedingung als auch eine zweite Phasenanpassungs-Bedingung erfüllt, wobei die erste Phasenanpassungs-Bedingung für eine erste Umwandlung der Wellenlänge erforderlich ist, um Licht einer Grundwelle in eine Harmonische zweiter Ordnung umzuwandeln, und wobei die zweite Phasenanpassungs-Bedingung für eine zweite Umwandlung der Wellenlänge erforderlich ist, um die Grundwelle und die Harmonische zweiter Ordnung mittels Summenfrequenz-Erzeugung in eine Harmonische dritter Ordnung umzuwandeln; und
    einen Reflektor zum Reflektieren der Harmonischen zweiter Ordnung, die von der ersten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird, und der nach der ersten Umwandlung der Wellenlänge übriggebliebenen Grundwelle, um die Harmonische zweiter Ordnung und die Grundwelle der zweiten Umwandlung der Wellenlänge zuzuführen.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der nichtlineare optische Kristall ferner eine dritte Phasenanpassungs-Bedingung erfüllt, die für eine dritte Umwandlung der Wellenlänge erforderlich ist, um die Harmonische dritter Ordnung in eine Harmonische einer höheren Ordnung als die dritte Ordnung umzuwandeln, und
    dass das Wellenlängen-Umwandlungselement ferner einen zusätzlichen Reflektor aufweist, und zwar zum Reflektieren der Harmonischen dritter Ordnung, die von der zweiten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird, um die Harmonische dritter Ordnung der dritten Umwandlung der Wellenlänge zuzuführen.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der nichtlineare optische Kristall ein Lithiumtriborat-Kristall ist.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Reflektor mit mindestens zwei Reflexionsflächen aufgebaut ist, die verschiedene Kristallorientierungen aufweisen.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Reflektor mit einer Polarisations-Einstelleinheit zum Einstellen der Polarisationsrichtung des reflektierten Lichts versehen ist.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass auf einer Austrittsfläche, durch welche das Licht, dessen Wellenlänge umgewandelt worden ist, von dem nichtlinearen optischen Kristall emittiert wird, das Licht, dessen Wellenlänge umgewandelt worden ist, mit P-Polarisation einfällt, und zwar unter einem Einfallswinkel des Lichts in Bezug auf die Austrittsfläche, der ein Brewster-Winkel ist.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die erste Umwandlung der Wellenlänge eine Phasenanpassungsbedingung vom Typ II erfüllt.
  • Eine Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann folgendes aufweisen:
    eine Laserquelle, die Laserlicht emittiert; und
    ein beliebiges der oben beschriebenen Wellenlängen-Umwandlungselemente zum Durchführen der Wellenlängen-Umwandlung des Laserlichts.
  • Es ist bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Laserquelle einen optischen Resonator und ein in dem optischen Resonator befindliches Lasermedium aufweist, und
    dass das Wellenlängen-Umwandlungselement in dem optischen Resonator angeordnet ist, und dass die optische Achse des optischen Resonators zumindest mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung der ersten Umwandlung der Wellenlänge in Übereinstimmung gebracht ist.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die erste Umwandlung der Wellenlänge eine Phasenanpassungsbedingung vom Typ I erfüllt, und
    dass eine Polarisations-Einstelleinheit zum Einstellen der Polarisationsrichtung des Laserlichts, das in das Wellenlängen-Umwandlungselement einfällt, in dem optischen Resonator angeordnet ist.
  • Wirkung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird folgendes verwendet: Der einzelne nichtlineare optische Kristall, der sowohl die erste Phasenanpassungs-Bedingung für die erste Umwandlung der Wellenlänge als auch die zweite Phasenanpassungs-Bedingung für die zweite Umwandlung der Wellenlänge erfüllt. Außerdem ist der Reflektor zum Zuführen des Lichts der zweiten Wellenlänge, das von der ersten Wellenlängen-Umwandlung erzeugt wird, zu der zweiten Umwandlung der Wellenlänge vorgesehen. Hierdurch kann wirkungsvoll eine Harmonische dritter oder höherer Ordnung mit zuverlässigem und einfachem Aufbau erzeugt werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 2 eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Ausbreitungsrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts in dem Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 3 ein schematisches Diagramm, das die Ausbreitungsrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts in dem Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn die Betrachtung von einer Normalenrichtung einer Seite oder Fläche B aus erfolgt.
  • 4 ein schematisches Diagramm, das die Ausbreitungsrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts in dem Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn die Betrachtung von einer Normalenrichtung einer Seite oder Fläche B aus erfolgt.
  • 5 ein schematisches Diagramm, das die Ausbreitungsrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts in dem Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn die Betrachtung von einer Normalenrichtung einer Seite oder Fläche B aus erfolgt.
  • 6 ein schematisches Diagramm, das den Aufbau einer Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 7 eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 8 eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Ausbreitungsrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts in dem Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 9 ein schematisches Diagramm, das die Ausbreitungsrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts in dem Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn die Betrachtung von einer Normalenrichtung einer Seite oder Fläche B aus erfolgt.
  • 10 ein schematisches Diagramm, das den Aufbau einer Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 11 eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 12 eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Ausbreitungsrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts in dem Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 12 ein schematisches Diagramm, das die Ausbreitungsrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts in dem Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn die Betrachtung von einer Normalenrichtung einer Seite oder Fläche B aus erfolgt.
  • Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung
  • Ausführungsform 1
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 100 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung ist ein Kristall, der einen nichtlinearen optischen Effekt zeigt, und bei dieser Ausführungsform wird als Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung beispielhaft ein Caesium-Lithium-Borat-basierter Kristall (CLBO-Kristall: CsLiB6010) verwendet.
  • In 1 bezeichnen Pfeile 101, 102 und 103 die Z-Achse, die X-Achse bzw. die Y-Achse, welche die dielektrischen Hauptachsen des CLBO-Kristalls darstellen. Die Z-Achse 101 entspricht der optischen Achse des CLBO-Kristalls. Ein Pfeil 104 bezeichnet eine Z'-Achse, die der Haupt-Ausbreitungsrichtung des Lichts in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung entspricht.
  • Bei dieser Ausführungsform ist eine Phasenanpassungs-Ausrichtung vom Typ I für die erste Umwandlung der Wellenlänge, die eine Harmonische zweiter Ordnung aus einer Grundwelle der Wellenlänge 1064 nm bei einer Kristalltemperatur von 150°C erzeugt, (Θ; φ) = (29,4°; 45,0°) in Polarkoordinaten Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen. Ferner ist eine Phasenanpassungs-Ausrichtung vom Typ I für die zweite Umwandlung der Wellenlänge, die eine Harmonische zweiter Ordnung aus der Grundwelle der Wellenlänge 532 nm bei der Kristalltemperatur von 150°C erzeugt, (Θ; φ) = (61,9°; 45,0°) in Polarkoordinaten von Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen.
  • Daher wird die Ausrichtung der Z'-Achse 104 durch die dazwischenliegende Ausrichtung zwischen der Phasenanpassungs-Ausrichtung für die erste Umwandlung der Wellenlänge und der Phasenanpassungs-Ausrichtung für die zweite Umwandlung der Wellenlänge zu (Θ; φ) = (45,65°; 45,0°) in Polarkoordinaten von Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen festgelegt.
  • Die eine Endfläche 107 (Fläche A) des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung ist so geschnitten, dass deren Normalenrichtung mit der Z'-Achse 104 zusammenfällt. In der Zeichnung ist eine obere Fläche 108 (Fläche B) des Kristalls 101 zur Wellenlängen-Umwandlung eine Ebene, die parallel ist sowohl zu der Phasenanpassungs-Ausrichtung für die erste Umwandlung der Wellenlänge, als auch zu der Phasenanpassungs-Ausrichtung für die zweite Umwandlung der Wellenlänge. Bei dieser Ausführungsform ist die obere Fläche 108 (Fläche B) parallel sowohl zu der Z-Achse 101, die die dielektrische Hauptachse darstellt, als auch zu der Z'-Achse 104, die die Haupt-Ausbreitungsrichtung des Lichts ist.
  • Eine untere Fläche 109 (Fläche C) des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung ist derart ausgebildet, dass sie parallel zu der Fläche 108 ist, die die obere Fläche des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung ist. Eine erste Reflexionsfläche 110 (Fläche D) ist auf einer weiteren Endfläche des Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung 100 ausgebildet, und eine zweite Reflexionsfläche 111 (Fläche E) ist auf noch einer weiteren Endfläche des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung ausgebildet.
  • Als nächstes werden die Ausrichtungen der jeweiligen, auf dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 1 ausgebildeten Flächen genauer beschrieben, und zwar unter Verwendung des kartesischen Koordinatensystems XYZ und des Polarkoordinatensystems Θφ in Bezug auf die dielektrischen Hauptachsen des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung. Hierbei ist der Neigungswinkel O definiert als der Winkel, der in Bezug auf die Z-Achse 101 gemessen wird, die eine der dielektrischen Hauptachsen ist. Der Neigungswinkel φ ist definiert als der Winkel, bei welchem die Projektion der zu beschreibenden Ausrichtung auf die X-Y-Ebene in Bezug auf die X-Achse 102 gemessen wird, die eine der dielektrischen Hauptachsen ist.
  • Die Normalenrichtung der Fläche 107 (Fläche A), d. h. die Ausrichtung der Z'-Achse 104, ist (X; Y; Z) = (0,5056; 0,5056; 0,6990) im kartesischen Koordinatensystem XYZ und (Θ; φ) = (45,65°; 45,0°) im Polarkoordinatensystem Θφ.
  • Die Normalenrichtung der Fläche 108 (Fläche B) und der Fläche 109 (Fläche C), die parallel zu dieser ist, ist (X; Y; Z) = (0,7071; –0,7071; 0) im kartesischen Koordinatensystem XYZ und (8; φ) = (90,0°, –45,0°) im Polarkoordinatensystem Θφ.
  • Die Normalenrichtung der Fläche 110 (Fläche D) ist (X; Y; Z) = (–0,0458; 0,9419; 0,3327) im kartesischen Koordinatensystem XYZ und (Θ; φ) = (70,57°; 92,78°) im Polarkoordinatensystem Θφ.
  • Die Normalenrichtung der Fläche 111 (Fläche E) ist (X; Y; Z) = (0,7316; –0,1149; 0,6720) im kartesischen Koordinatensystem XYZ und (Θ; φ) = (47,78°, –8,93°) im Polarkoordinatensystem Θφ.
  • Eine Antireflexions-Beschichtung sowohl für die Wellenlänge 1064 nm, als auch für die Wellenlänge 266 nm ist gemäß dieser Ausführungsform auf der Fläche 107 (Fläche A) des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung aufgebracht. Eine Zwei-Wellenlängen-Beschichtung mit einer höheren optischen Durchlässigkeit für die Wellenlänge 1064 nm und einem höheren Reflexionsvermögen für die Wellenlänge 532 nm ist auf der Fläche 110 (Fläche D) und der Fläche 111 (Fläche E) aufgebracht.
  • Es wird nun ein Verfahren zur Wellenlängen-Umwandlung unter Verwendung des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 1 unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Ausbreitungsrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung veranschaulicht.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm, das die Ausbreitungsrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung veranschaulicht, wenn die Betrachtung von der Normalenrichtung der Seite 108 (Fläche B) erfolgt. In den 2 und 3 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in 1 die gleichen oder denen in 1 entsprechende Teile.
  • In den 2 und 3 bezeichnet eine durchgezogene Linie 10 das Licht der Grundwelle mit einer Wellenlänge von 1064 nm, das – obwohl nicht in den Zeichnungen gezeigt – von einem YAG-Laser emittiert wird, der einen Neodym-dotierten (Nd-dotierten) Yttrium-Eisen-Granat-Kristall (YAG-Kristall) als Lasermedium verwendet. Ein Doppelpfeil 11 bezeichnet die Polarisationsrichtung des Lichts 10 der Grundwelle.
  • Eine gestrichelte Linie 20 bezeichnet das einfallende Licht der Harmonischen zweiter Ordnung mit einer Wellenlänge von 532 nm, das von der ersten Umwandlung der Wellenlänge in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung emittiert wird, und ein Doppelpfeil 21 bezeichnet die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts 20 der Harmonischen zweiter Ordnung. Eine gestrichelte Linie 22 bezeichnet das austretende Licht der Harmonischen zweiter Ordnung, dessen Bewegungsrichtung durch Reflexion von der Fläche 110 (Fläche D) und der Fläche 111 (Fläche E) abgeknickt ist.
  • Ein Doppelpfeil 23 bezeichnet die Polarisationsrichtung des austretenden Lichts der Harmonischen zweiter Ordnung. Eine strichpunktierte Linie 40 bezeichnet Licht der Harmonischen vierter Ordnung mit einer Wellenlänge von 266 nm, das von der zweiten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird. Ein Doppelpfeil 41 bezeichnet die Polarisationsrichtung des Lichts 40 der Harmonischen vierter Ordnung.
  • Obwohl in den Zeichnungen nicht eigens dargestellt, hat der CLBO-Kristall, der als Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 1 dienen kann, eine Temperatur um die 150°C, die mittels einer Heizeinrichtung und einem Temperatur-Einstellmechanismus aufrechterhalten wird. Er ist außerdem mit einem Einstellmechanismus versehen, der den Einbauwinkel des Kristalls einstellen kann.
  • Als nächstes wird die erste Umwandlung der Wellenlänge ausführlich beschrieben, die den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 1 verwendet. Während das Licht 10 der Grundwelle in einer Fläche ausgerichtet wird, die parallel ist zu der Fläche 108 (Fläche B) (Fläche 109 (Fläche C)), wird deren Polarisationsrichtung 11 senkrecht zu der Fläche 108 (Fläche B) (Fläche 109 (Fläche C)) festgelegt, so dass das Licht 10 der Grundwelle in den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung von der Fläche 107 (Fläche A) ausgehend einfällt.
  • Wie in 3 dargestellt, wird der Einfallswinkel des Lichts 10 der Grundwelle auf die Fläche 107 (Fläche A) zu 24,52° festgelegt. Dies ist der Winkel, der in Bezug auf die Z'-Achse 104 ausgebildet wird, welche die Normalenrichtung der Fläche 107 (Fläche A) ist. Da die Ausrichtung der Fläche A wie oben beschrieben festgelegt wird, zeigt der CLBO-Kristall 100 einen Brechungsindex von 1,483 für die lineare Polarisationskomponente 11 – senkrecht zu der Fläche 108 (Fläche B) (Fläche 109 (Fläche C)) – mit der Wellenlänge 1064 nm, die auf die Fläche A des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung unter dem Einfallswinkel von 24,52° einfällt.
  • Als Ergebnis dieser Brechungswirkung wird die Ausbreitungsrichtung des Lichts 10 der Grundwelle in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß dem Snellius-Brechungsgesetz abgelenkt, so dass die Ausbreitungsrichtung einen Winkel von 16,25° in Bezug auf die Z'-Achse ausbildet, wie es in 3 dargestellt ist.
  • Da sich das Licht 10 der Grundwelle in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung in der Fläche ausbreitet, die parallel ist zu der Fläche 108 (Fläche B) (Fläche 109 (Fläche C)), ist die Ausbreitungsausrichtung des Lichts 10 der Grundwelle in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung (Θ; φ) = (29,4°; 45,0°) in Polarkoordinaten von Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen des CLBO-Kristalls 100, was mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung vom Typ I für die erste Umwandlung der Wellenlänge zusammenfällt, die die Harmonische zweiter Ordnung aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm bei der Kristalltemperatur von 150°C erzeugt.
  • Da die zu der Fläche 108 (Fläche B) (Fläche C) senkrechte Polarisationsrichtung bei der Phasenanpassung vom Typ I mit der Polarisationsrichtung eines ordentlichen Strahls übereinstimmt, wird das Licht 10 der Grundwelle, das in den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung wie oben beschrieben einfällt, durch die erste Umwandlung der Wellenlänge wirkungsvoll in das Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung mit der Wellenlänge 532 nm umgewandelt.
  • Da aus dem Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung ein außerordentlicher Strahl wird, ist die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts 20 der Harmonischen zweiter Ordnung parallel zu der Fläche 108 (Fläche B) (Fläche 109 (Fläche C)).
  • Als nächstes wird die zweite Umwandlung der Wellenlänge ausführlich beschrieben, die den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 1 verwendet. Das Licht 10 der Grundwelle, das sich durch den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung hindurch ausgebreitet hat, während es in das Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung umgewandelt worden ist, erreicht die Fläche 110 (Fläche D).
  • Da die Zwei-Wellenlängen-Beschichtung mit einer höheren optischen Durchlässigkeit für die Wellenlänge 1064 nm und einem höheren Reflexionsvermögen für die Wellenlänge 532 nm auf die Fläche 110 (Fläche D) und die Fläche 111 (Fläche E) aufgebracht ist, wird – wie oben beschrieben – das Licht 10 der Grundwelle, das die Fläche 110 (Fläche D) erreicht hat, in Bezug auf den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung nach außen hin emittiert.
  • Andererseits wird das einfallende Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung mit der Wellenlänge 532 nm von den zwei Flächen aus Fläche 110 (Fläche D) und Fläche 111 (Fläche E) reflektiert und wird zu dem austretenden Licht 22 der Harmonischen zweiter Ordnung, dessen Ausbreitungsrichtung abgeknickt worden ist. Da die Fläche 110 (Fläche D) und die Fläche 111 (Fläche E) hierbei mit den oben beschriebenen Ausrichtungen ausgebildet sind, bildet die Ausbreitungsausrichtung des austretenden Lichts 22 der Harmonischen zweiter Ordnung, das von den zwei Flächen aus Fläche 110 (Fläche D) und Fläche 111 (Fläche E) reflektiert worden ist, wie im Einfallsweg einen Winkel von 16,25° in Bezug auf die Z'-Achse 104 in der Fläche, die parallel ist zu der Fläche 108 (Fläche B) (Fläche 109 (Fläche C)).
  • Daher ist die Ausbreitungsausrichtung des austretenden Lichts 22 der Harmonischen zweiter Ordnung in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung parallel zu (Θ; φ) = (61,9°; 45,0°) in Polarkoordinaten von Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen des CLBO-Kristalls 100. Die Ausbreitungsausrichtung des Lichts 20 der Harmonischen zweiter Ordnung wird jedoch nicht als die Ausrichtung des Auseinandergehens definiert, das durch die Doppelbrechung des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung verursacht wird.
  • Vielmehr wird sie definiert als die Normalenrichtung der Wellenfront, wenn angenommen wird, dass sie eine ebene Welle ist. (Das Gleiche gilt im Folgenden.) Daher stimmt die Ausbreitungsausrichtung des Lichts 22 der Harmonischen zweiter Ordnung mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung vom Typ I für die zweite Umwandlung der Wellenlänge überein, die die Harmonische zweiter Ordnung aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 532 nm bei der Kristalltemperatur von 150°C erzeugt.
  • Da die Fläche 110 (Fläche D) und die Fläche 111 (Fläche E) mit Ausrichtungen ausgebildet sind, wie es oben beschrieben ist, ist die Polarisationsrichtung 21 des einfallenden Lichts 20 der Harmonischen zweiter Ordnung parallel zu der Fläche 108 (Fläche B) (Fläche 109 (Fläche C)), wohingegen die meisten der polarisierten Lichtkomponenten des austretenden Lichts 22 der Harmonischen zweiter Ordnung senkrecht sind zu der Fläche 108 (Fläche B) (Fläche 109 (Fläche C)), wie es durch Bezugszeichen 23 in 2 gekennzeichnet ist.
  • Da die zu der Fläche 108 (Fläche B) (Fläche 109 (Fläche C)) senkrechte Polarisationsrichtung mit der Polarisationsrichtung eines ordentlichen Strahls bei der Phasenanpassung vom Typ I übereinstimmt, wird das austretende Licht 22 der Harmonischen zweiter Ordnung, das von der Fläche 110 (Fläche D) und der Fläche 111 (Fläche E) mit abgeknickter Ausbreitungsrichtung reflektiert worden ist, wirkungsvoll durch die zweite Umwandlung der Wellenlänge in das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung mit der Wellenlänge 266 nm umgewandelt. Da das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung zu einem außerordentlichen Strahl wird, ist die Polarisationsrichtung 41 des Lichts 40 der Harmonischen vierter Ordnung parallel zu der Fläche 108 (Fläche B) (Fläche 109 (Fläche C)).
  • Der CLBO-Kristall weist 100 einen Brechungsindex von 1,497 sowohl für das austretende Licht 22 der Harmonischen zweiter Ordnung mit der Wellenlänge 532 nm auf, das den ordentlichen Strahl in der oben beschriebenen Ausbreitungsausrichtung darstellt, als auch für das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung mit der Wellenlänge 266 nm, das den außerordentlichen Strahl darstellt; daher werden sowohl das austretende Licht 22 der Harmonischen zweiter Ordnung, als auch das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung in Bezug auf den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung nach außen hin emittiert, und zwar unter einem Winkel von 24,77° in Bezug auf die Z'-Achse 104, wenn die Fläche 107 (Fläche A) erreicht wird.
  • Aus dem Licht 22 der Harmonischen zweiter Ordnung und dem Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung, die beide in Bezug auf den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung nach außen hin emittiert werden und sich in dieselbe Richtung ausbreiten, kann nur das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung mit der Wellenlänge 266 nm auf einfache Weise unter Verwendung eines Zwei-Wellenlängen-Spiegels 50 extrahiert werden, wobei der Zwei-Wellenlängen-Spiegel ein höheres Reflexionsvermögen für die Wellenlänge 532 nm und eine höhere optische Durchlässigkeit für die Wellenlänge 266 nm hat.
  • In Ausführungsform 1 sind die Ausrichtungen der jeweiligen Flächen des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung wie oben beschrieben festgelegt, so dass die Einfallsrichtung des Lichts 10 der Grundwelle festgelegt ist, das das Licht darstellt, dessen Wellenlänge umgewandelt werden soll. Das Licht 10 der Grundwelle tritt im Ergebnis in den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung mit der Ausrichtung und der Polarisationsrichtung ein, die den Phasen-Anpassungsbedingungen für die erste Wellenumwandlung entsprechen, welche die Harmonische zweiter Ordnung vom Typ I aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm erzeugt.
  • Es wird wirkungsvoll in das Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung mit der Wellenlänge 532 nm umgewandelt, während das Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung von den zwei Flächen (Fläche 110 (Fläche D) und Fläche 111 (Fläche E)) mit abgeknicktem optischen Pfad reflektiert wird, um mit der Ausbreitungsausrichtung und der Polarisationsrichtung 23 des austretenden Lichts 22 der Harmonischen zweiter Ordnung übereinzustimmen, die den Phasenanpassungs-Bedingungen für die zweite Wellenlängen-Umwandlung entsprechen, welche die Harmonische zweiter Ordnung vom Typ I aus der Grundwelle mit Wellenlänge 532 nm erzeugt.
  • Somit kann der signifikante Effekt erzielt werden, dass das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung mit der Wellenlänge 266 nm wirkungsvoll aus dem einfallenden Licht 10 der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm unter Verwendung des einzelnen Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung erzeugt werden kann.
  • Ausführungsform 1 veranschaulicht beispielhaft einen Aufbau, bei welchem die Erzeugung der Harmonischen zweiter Ordnung vom Typ I aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm als die erste Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, und bei welchem die Erzeugung der Harmonischen zweiter Ordnung vom Typ I aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 532 nm als die zweite Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, um das Licht der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm in das Licht der Harmonischen vierter Ordnung mit der Wellenlänge 266 nm unter Verwendung eines einzelnen Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung umzuwandeln; dennoch ist die Wellenlänge der Grundwelle, welche das Licht darstellt, das umgewandelt werden soll, darauf nicht beschränkt.
  • Es bedarf keiner weiteren Erläuterung, dass der gleiche Effekt erzielt werden kann, indem die Ausrichtungen der jeweiligen Fläche des Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung auf der Basis von den Phasenanpassungs-Ausrichtungen und den Polarisationsrichtungen der ersten Wellenlängen-Umwandlung festgelegt werden, welche das Licht der Harmonischen zweiter Ordnung erzeugt, und auf denen der zweiten Wellenlängen-Umwandlung, die Licht einer Harmonischen höherer Ordnung als der zweiten Ordnung erzeugt, solange nur sowohl das Licht der Harmonischen zweiter Ordnung, als auch das Licht der Harmonischen von höherer Ordnung als das Licht der Harmonischen zweiter Ordnung von demselben Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung auf derselben Temperatur erzeugt werden können.
  • Der Brechungsindex des Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung kann für beliebige Wellenlängen, Ausrichtungen und Polarisationsrichtungen unter Verwendung der Sellmeier-Gleichung hergeleitet werden, welche durch die physikalischen Eigenschaften des Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung festgelegt ist.
  • Solange die Phasenanpassungs-Ausrichtungen und die Polarisationsrichtungen der ersten Umwandlung der Wellenlänge, die das Licht der Harmonischen zweiter Ordnung erzeugt, und der zweiten Umwandlung der Wellenlänge, die das Licht der Harmonischen höherer Ordnung als das Licht der Harmonischen zweiter Ordnung erzeugt, bekannt sind, kann die Ausrichtung der auf dem Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung auszubildenden Reflexionsfläche analytisch ermittelt werden, und zwar mit einem geometrisch-optischen Ansatz.
  • Es sei hier angemerkt, dass das Licht auch durch Doppelbrechung beeinflusst wird, und zwar im Ausbreitungsvorgang von der ersten Reflexionsfläche 110 (Fläche D) zu der zweiten Reflexionsfläche 111 (Fläche E), es sei denn, dass die Ausbreitungsausrichtung mit der optischen Achse des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung übereinstimmt.
  • Das bedeutet, dass im Ausbreitungsvorgang von der ersten Reflexionsfläche 110 (Fläche D) zu der zweiten Reflexionsfläche 111 (Fläche E) die Polarisationsrichtung nur in den zwei Richtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls liegen darf. Daher muss auch der Effekt der Doppelbrechung in dem Ausbreitungsvorgang von der ersten Reflexionsfläche 110 (Fläche D) zu der zweiten Reflexionsfläche 111 (Fläche E) beim Entwerfen der Ausrichtung der Reflexionsfläche berücksichtigt werden.
  • Wie bei der Ausführungsform 1 gezeigt, hat beispielsweise dann, wenn die Phasenanpassung der zweiten Umwandlung der Wellenlänge vom Typ I ist, das Licht, dessen Wellenlänge umgewandelt werden soll und das die Phasenanpassungs-Bedingungen erfüllt (Licht der Harmonischen zweiter Ordnung mit der Wellenlänge 532 nm bei der Ausführungsform 1) nur eine Polarisationsrichtung (ordentlicher Strahl bei der Ausführungsform 1).
  • Wenn das Licht in zwei polarisierte Lichtkomponenten des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls geteilt wird und sich im Zuge des Ausbreitungsvorgangs von der ersten Reflexionsfläche 110 (Fläche D) zu der zweiten Reflexionsfläche 111 (Fläche E) hin ausbreitet, können die sich ergebenden zwei polarisierten Lichtkomponenten des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls durch den Reflexionseffekt der zweiten Reflexionsfläche 111 (Fläche E) nur schwer zu einer einzelnen polarisierten Lichtkomponente kombiniert werden, um die Ausbreitungsausrichtung des Lichts mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung der zweiten Umwandlung der Wellenlänge in Übereinstimmung zu bringen. Daher ist es bevorzugt, dass die durch den Reflexionseffekt der ersten Reflexionsfläche 110 (Fläche D) festgelegte Polarisationskomponente so stark polarisiert wird wie entweder der ordentliche Strahl oder der außerordentliche Strahl im Ausbreitungsvorgang von der ersten Reflexionsfläche 110 (Fläche D) zu der zweiten Reflexionsfläche 111 (Fläche E).
  • Wenn bei der Ausführungsform 1 die Ausrichtung der ersten Reflexionsfläche 110 (Fläche D) wie oben beschrieben ausgebildet ist, ist es theoretisch möglich, 99% oder mehr von der Polarisationskomponente des Lichts der Harmonischen zweiter Ordnung zu polarisieren, das von der ersten Reflexionsfläche 110 (Fläche D) in der Richtung des ordentlichen Strahls im Ausbreitungsvorgang von der ersten Reflexionsfläche 110 (Fläche D) zu der zweiten Reflexionsfläche 111 (Fläche E) reflektiert werden soll.
  • Wenn die zweite Reflexionsfläche 111 (Fläche E) wie oben beschrieben ausgebildet ist, ist es theoretisch möglich, 99% oder mehr von der ordentlichen Strahlkomponente zu polarisieren, die von der zweiten Reflexionsfläche 111 (Fläche E) in Richtung des ordentlichen Strahls reflektiert wird, was der Anpassungsbedingung für die zweite Umwandlung der Wellenlänge in der Phasenanpassungs-Ausrichtung der zweiten Umwandlung der Wellenlänge entspricht, so dass die zweite Umwandlung der Wellenlänge wirkungsvoll durchgeführt werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass die Werte für die Polarkoordinaten von O; φ in der Normalenrichtung der oben beschriebenen ersten Reflexionsfläche 110 (Fläche D) und der zweiten Reflexionsfläche 111 (Fläche E) auf eine Dezimalstelle gerundet werden. (Das gleiche gilt nachstehend.)
  • Obwohl bei der Ausführungsform 1 ein Aufbau beschrieben ist, bei welchen zwei Reflexionsflächen (Flächen 110 (Fläche D) und 111 (Fläche E)) auf dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung ausgebildet sind, um den Phasenanpassungs-Bedingungen für die zweite Umwandlung der Wellenlänge zu entsprechen, ist die Anzahl der Reflexionsflächen zum Entsprechen der Phasenanpassungs-Bedingungen für die zweite Umwandlung der Wellenlänge hierauf nicht beschränkt.
  • Es brauchen nur die Ausrichtungen der jeweiligen Reflexionsflächen festgelegt werden, indem der Doppelbrechungs-Effekt berücksichtigt wird, so dass die Ausrichtungen die Maximalzahl von Polarisationskomponenten erzeugen, die den Phasenanpassungs-Bedingungen für die zweite Umwandlung der Wellenlänge entsprechen, und zwar auch während die Ausbreitungsausrichtung des Lichts, dessen Wellenlänge umgewandelt werden soll, mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung der zweiten Umwandlung der Wellenlänge in Übereinstimmung gebracht wird.
  • Sobald die Ausbreitungsausrichtungen in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung festgelegt sind, kann die Polarisationsrichtung eindeutig für jeden von ordentlichem Strahl und außerordentlichem Strahl ermittelt werden, und zwar auf der Basis von der relativen Ausrichtung des jeweiligen Strahls in Bezug auf die dielektrischen Hauptachsen.
  • Ausführungsform 1 veranschaulicht beispielhaft einen Aufbau, bei welchem ein CLBO-Kristall als Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, wobei die Erzeugung der Harmonischen zweiter Ordnung vom Typ I aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm als die erste Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird und wobei die Erzeugung der Harmonischen zweiter Ordnung vom Typ I aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 532 nm als die zweite Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, um das Licht der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm in das Licht der Harmonischen vierter Ordnung mit der Wellenlänge 266 nm unter Verwendung eines einzelnen Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung umzuwandeln; dennoch sind die Art des Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung und der Typ der Phasenanpassung für die Umwandlung der Wellenlänge hierauf nicht beschränkt.
  • Es sei erwähnt, dass der gleiche Effekt erzielt werden kann, indem nur die Ausrichtungen der jeweiligen Flächen des Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung auf der Basis von dem geometrisch-optischen Ansatz gemäß den Phasenanpassungs-Ausrichtungen und den Polarisationsrichtungen zum Erzeugen des Lichts der Harmonischen zweiter Ordnung und des Lichts der Harmonischen von höherer Ordnung als das Licht der Harmonischen zweiter Ordnung festgelegt werden, solange nur der Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung derart gestaltet ist, dass Licht der Harmonischen zweiter Ordnung und Licht der Harmonischen von höherer Ordnung als das Licht der Harmonischen zweiter Ordnung von demselben Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung auf derselben Temperatur erzeugt werden können.
  • Die Ausrichtung einer jeden auf dem eigentlichen Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung ausgebildeten Fläche kann abweichen von einem konzipierten Wert infolge eines Herstellungsfehlers. In diesem Fall ist es nur nötig, optional den Einbauwinkel und die Temperatur des Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung einzustellen, um das maximale Ausgangssignal des Lichts einer Harmonischen mit einer höheren Ordnung als die zweite Ordnung zu erzeugen.
  • Ausführungsform 2
  • 4 ist ein schematisches Diagramm, das die Ausbreitungsrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn die Betrachtung von einer Normalenrichtung einer Seite 108 (Fläche B) erfolgt. In 4 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in 1 bis 3 die gleichen oder denen in 1 bis 3 entsprechende Teile.
  • Ausführungsform 2 veranschaulicht auch beispielhaft einen Aufbau, wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben, bei welchem ein auf 150°C erwärmter CLBO-Kristall als Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, und bei welchem die Erzeugung der Harmonischen zweiter Ordnung vom Typ I aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm als die erste Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, und bei welchem die Erzeugung der Harmonischen zweiter Ordnung vom Typ I aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 532 nm als die zweite Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, um das Licht der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm in das Licht der Harmonischen vierter Ordnung mit der Wellenlänge 266 nm unter Verwendung des einzelnen Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung umzuwandeln.
  • Das bedeutet, dass folgendes beim Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung bei der Ausführungsform 2 gleich ist wie bei der Ausführungsform 1: Die Ausrichtungen einer Fläche 107 (Fläche A), einer Fläche 108 (Fläche B), einer Fläche D 109 und einer Fläche E 110 des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung in Bezug auf die dielektrischen Hauptachsen; und die Ausbreitungsausrichtungen und die Polarisationsrichtungen des Lichts 10 der Grundwelle und der Lichter 20 und 22 der Harmonischen zweiter Ordnung und des Lichts 40 der Harmonischen vierter Ordnung.
  • Der Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung bei der Ausführungsform 2 hat eine Fläche 112 (Fläche F), die derart ausgebildet ist, dass das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung, das in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung erzeugt wird, durch die Fläche 112 (Fläche F) in Bezug auf den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung nach außen hin emittiert wird. Hier ist die Fläche 112 (Fläche F) unter einem Winkel von 49,99° in Bezug auf die Z'-Achse 104 ausgerichtet, und die Ausrichtung der Normalen der Fläche 112 (Fläche F) ist (Θ; φ) = (84,36°; 45,0°) in den Polarkoordinaten von Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen. Die Polarisation 41 des Lichts 40 der Harmonischen vierter Ordnung ist parallel zu der Fläche 108 (Fläche B). Das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung fällt auf die Fläche 112 (Fläche F) als P-Polarisation ein. Da die Ausbreitungsausrichtung des Lichts 40 der Harmonischen vierter Ordnung in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung parallel ist zu der Fläche 108 (Fläche B) bei einem Winkel von 16,25° in Bezug auf die Z'-Achse 104, ist der Einfallswinkel des Lichts 40 der Harmonischen vierter Ordnung auf die Fläche F 33,74°.
  • Wenn der Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung einen Brechungsindex von 1,497 für das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung in der oben beschriebenen Ausbreitungsausrichtung und Polarisationsrichtung in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung aufweist, ist der Einfallswinkel von 33,74° des Lichts 40 der Harmonischen vierter Ordnung in Bezug auf die Fläche 112 (Fläche F) ein Brewster-Winkel.
  • In Ausführungsform 2 ist die Ausrichtung der Fläche 112 (Fläche F), durch welche das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung von dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung emittiert wird, derart ausgebildet, dass das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung mit P-Polarisation einfällt, und zwar unter einem Einfallswinkel, der dem Brewster-Winkel entspricht. Daher kann – unter der idealen Bedingung, dass die Fläche 112 (Fläche F) frei von Abnutzung und frei von anhaftenden Fremdstoffen ist – nahezu 100% des Lichts 40 der Harmonischen vierter Ordnung von dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung nach außen hin ohne jeglichen Verlust extrahiert werden.
  • In Ausführungsform 2 ist ein Aufbau beispielhaft beschrieben, bei welchem ein CLBO-Kristall als Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, um das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung mit der Wellenlänge 266 nm aus der Grundwelle der Wellenlänge 1064 nm zu erzeugen; die Wellenlänge des Lichts der Grundwelle, die Art des Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung und die Ordnung der zu emittierenden Harmonischen höherer Ordnung sind jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Der gleiche Effekt wie derjenige der Ausführungsform 2 kann erzielt werden, wenn der Winkel der Austrittsfläche so ausgebildet wird, dass er der Brewster-Winkel ist, und zwar gemäß der Ausbreitungsausrichtung und der Polarisationsrichtung des Lichts der Harmonischen hoher Ordnung, das aus dem Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung extrahiert werden soll, und dem Brechungsindex, der von dem Licht der Harmonischen hoher Ordnung wahrgenommen wird.
  • Ausführungsform 3
  • 5 ist ein schematisches Diagramm, das die Ausbreitungsrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts in einem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wenn die Betrachtung von einer Normalenrichtung einer Seite 108 (Fläche B) aus erfolgt. In 5 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in 1 bis 4 die gleichen oder denen in 1 bis 4 entsprechende Teile.
  • Ausführungsform 3 veranschaulicht auch beispielhaft einen Aufbau, wie bei den Ausführungsform 1 und 2 beschrieben, bei welchem ein auf 150°C erwärmter CLBO-Kristall als Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, und bei welchem die Erzeugung der Harmonischen zweiter Ordnung vom Typ I aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm als die erste Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, und bei welchem die Erzeugung der Harmonischen zweiter Ordnung vom Typ I aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 532 nm als die zweite Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, um das Licht der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm in das Licht der Harmonischen vierter Ordnung mit der Wellenlänge 266 nm unter Verwendung des einzelnen Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung umzuwandeln.
  • Die Ausrichtungen einer Fläche 107 (Fläche A) und einer Fläche 108 (Fläche B) des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung in Bezug auf die dielektrischen Hauptachsen sind die gleichen wie diejenigen bei den Ausführungsformen 1 und 2.
  • Eine Fläche 110 (Fläche D) des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung ist bei der Ausführungsform 3 parallel zu der Fläche 107 (Fläche A) ausgebildet, und sie ist mit einer Halbwellenplatte 51 vom Reflexionstyp für das Licht 20 und 22 der Harmonischen zweiter Ordnung der Wellenlänge 532 nm unter Verwendung eines optischen Kontakts verbunden. Die optische Achse der Halbwellenplatte 51, die mit der Fläche D verbunden ist, ist unter einem Winkel von 45° in Bezug auf die Normale der Fläche 108 (Fläche B) ausgerichtet.
  • Da in dieser Ausführungsform die Fläche 110 (Fläche D) parallel zu der Fläche 107 (Fläche A) ausgebildet ist, ist die Ausbreitungsausrichtung des austretenden Lichts 22 der Harmonischen zweiter Ordnung in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung, das von der mit der Fläche 110 (Fläche D) verbundenen Halbwellenplatte 51 reflektiert wird, die gleiche wie diejenige aus Ausführungsformen 1 und 2. Hier ist die Halbwellenplatte 51 mit der Fläche 110 (Fläche D) verbunden, so dass deren optische Achse einen Winkel von 45° in Bezug auf die Normale der Fläche 108 (Fläche B) ausbildet.
  • Daher wird die Polarisationsrichtung 21 des einfallenden Lichts 20 der Harmonischen zweiter Ordnung, die parallel ist zu der Fläche 108 (Fläche B), mittels der Halbwellenplatte 51 um 90° gedreht, so dass die Polarisationsrichtung 23 des austretenden Lichts 22 der Harmonischen zweiter Ordnung die gleiche wird wie die Normalenrichtung der Fläche 108 (Fläche B).
  • Im Ergebnis stimmen die Ausbreitungsausrichtung und die Polarisationsrichtung 23 des austretenden Lichts 22 der Harmonischen zweiter Ordnung mit den Anpassungsbedingungen vom Typ I für die zweite Umwandlung der Wellenlänge überein, welche die Harmonische zweiter Ordnung aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 532 nm bei der Kristalltemperatur von 150°C erzeugt, so dass das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung mit der Wellenlänge 266 nm wirkungsvoll erzeugt werden kann.
  • In Ausführungsform 3 ist folgendes gezeigt: Ein Reflexionstyp des Elements zum Drehen der Polarisation, das die Polarisationsrichtung des von der ersten Umwandlung der Wellenlänge erzeugten Lichts der Harmonischen zweiter Ordnung in diejenige Polarisationsrichtung dreht, die der Phasenanpassungs-Bedingung für die zweite Umwandlung der Wellenlänge entspricht, ist mit einer Fläche verbunden. Die Fläche ist in einer Ausrichtung zum Reflektieren des von der ersten Umwandlung der Wellenlänge erzeugten Lichts der Harmonischen zweiter Ordnung in die Phasenanpassungs-Ausrichtung der zweiten Umwandlung der Wellenlänge in einem einzelnen Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung ausgebildet.
  • In diesem Fall reicht es, eine einzelne Reflexionsfläche in dem Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung auszubilden, um die Ausrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts der Harmonischen zweiter Ordnung, das von der ersten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird, in Übereinstimmung mit den Phasenanpassungs-Bedingungen für die zweite Umwandlung der Wellenlänge zu bringen. Daher können die erste und die zweite Umwandlung der Wellenlänge mit einem einfachen und kostengünstigen Aufbau erzielt werden, indem ein einzelner Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird.
  • In Ausführungsform 3 ist ein Aufbau beispielhaft beschrieben, bei welchem ein CLBO-Kristall als Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, um das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung mit der Wellenlänge 266 nm aus der Grundwelle der Wellenlänge 1064 nm zu erzeugen; die Wellenlänge des Lichts der Grundwelle, die Art des Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung und die Ordnung der zu emittierenden Harmonischen höherer Ordnung sind jedoch darauf nicht beschränkt.
  • Die Polarisationsrichtung kann in der Praxis abweichen von einem konzipierten Wert infolge eines Herstellungsfehlers während des Herstellungsprozesses des Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung. In diesem Fall ist es nur nötig, optional den Winkel des Reflexionstyps des zu verbindenden Elements zum Drehen der Polarisation einzustellen, um das maximale Ausgangssignal des gewünschten Lichts der Harmonischen einer hohen Ordnung zu erzeugen.
  • Ausführungsform 4
  • 6 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau einer Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung, die in dieser Ausführungsform beschrieben wird, verwendet einen solchen Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung, dessen jeweilige Flächen derart ausgebildet sind, dass sie die gleichen Ausrichtungen aufweisen, wie diejenigen in Ausführungsform 2, wie es in 4 dargestellt ist. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, hat der CLBO-Kristall, der als der Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 1 dienen kann, eine Temperatur um die 150°C, die mittels einer Heizeinrichtung und eines Temperatur-Einstellmechanismus aufrechterhalten wird.
  • Er ist außerdem mit einem Einstellmechanismus versehen, der den Einbauwinkel des Kristalls einstellen kann. Ferner ist in dieser Ausführungsform eine Zwei-Wellenlängen-Beschichtung mit einer höheren optischen Durchlässigkeit sowohl für die Wellenlänge 1064 nm, als auch für die Wellenlänge 532 nm auf die Fläche 107 (Fläche A) des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung aufgebracht. Ebenso ist eine Zwei-Wellenlängen-Beschichtung mit einer höheren optischen Durchlässigkeit für die Wellenlänge 1064 nm und einem höheren Reflexionsvermögen für die Wellenlänge 532 nm auf die Fläche 110 (Fläche D) und die Fläche 111 (Fläche E) aufgebracht.
  • In 6 wird ein Nd-dotierter YAG-Kristall als Festkörper-Lasermedium 1 verwendet. Drei Halbleiterlaser 2 sind entlang eines Festkörper-Lasermediums 1 installiert, um als Anregungslichtquellen für das Festkörper-Lasermedium 1 verwendet zu werden. Eine Beschichtung mit einem höheren Reflexionsvermögen für die Wellenlänge 1064 nm ist auf einen ersten Reflexionsspiegel 3 aufgebracht, der einen optischen Resonator bildet. Eine weitere Beschichtung mit einem höheren Reflexionsvermögen sowohl für die Wellenlänge 1064 nm, als auch für die Wellenlänge 532 nm ist auf einen zweiten Reflexionsspiegel 4 aufgebracht, der den optischen Resonator bildet. Ein akusto-optisches Güteschaltungselement 5 ist in den optischen Resonator eingefügt.
  • Ein polarisationsselektives Element 6 für die Wellenlänge 1064 nm ist vorgesehen; in dieser Ausführungsform ist beispielsweise eine planparallele Platte aus Quarz unter einem Brewster-Winkel für die Wellenlänge 1064 nm eingefügt. Obwohl in der Zeichnung nicht gezeigt, ist das polarisationsselektives Element 6 mit einem Einstellmechanismus versehen, mit welchem der Winkel des Lichts 10 der Grundwelle um die optische Achse als Rotationsachse eingestellt werden kann.
  • Ferner ist in dieser Ausführungsform eine Zwei-Wellenlängen-Beschichtung mit einer höheren optischen Durchlässigkeit für das Licht 22 der Harmonischen zweiter Ordnung mit der Wellenlänge 532 nm und einem höheren Reflexionsvermögen für das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung mit der Wellenlänge 266 nm auf einen Zwei-Wellenlängen-Spiegel 50 aufgebracht. Das Licht 22 der Harmonischen zweiter Ordnung, das durch den Zwei-Wellenlängen-Spiegel 50 gesendet worden ist, fällt in ein Dämpfungselement 7 ein.
  • Im folgenden wird nachstehend die Wirkungsweise der Ausführungsform 4 beschrieben. Die optische Achse des optischen Resonators in der Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung dieser Ausführungsform, die den ersten Reflexionsspiegel 3 und den zweiten Reflexionsspiegel 4 aufweist, wird derart eingestellt, dass der optische Pfad in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung der Phasenanpassungs-Ausrichtung vom Typ I für die erste Umwandlung der Wellenlänge entspricht, die das Licht der Harmonischen zweiter Ordnung aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm erzeugt.
  • Ferner wird die Polarisationsrichtung des Lichts 10 der Grundwelle in dem optischen Resonator durch das polarisationsselektives Element 6 eingestellt, so dass die Polarisationsrichtung in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung der Phasenanpassungs-Bedingung vom Typ I für die Emission des Lichts der Harmonischen zweiter Ordnung aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm entspricht, wie es bei der Ausführungsform 1 beschrieben ist.
  • Wenn das Festkörper-Lasermedium 1 mit Anregungslicht bestrahlt wird, das von dem Halbleiterlaser 2 ausgesendet wird, um das Festkörper-Lasermedium 1 anzuregen, so zeigt das Festkörper-Lasermedium 1 eine Verstärkung in einem spezifischen Wellenlängenbereich. Das Licht der Spontanemission, das von dem Festkörper-Lasermedium 1 erzeugt wird, breitet sich zwischen dem ersten Reflexionsspiegel 3 und dem zweiten Reflexionsspiegel 4 in dem optischen Resonator hin und zurück aus, und es wird verstärkt, wenn es durch das angeregte Festkörper-Lasermedium 1 hindurchgeht, so dass eine Laseroszillation bewirkt wird.
  • Hierbei ist eine Beschichtung mit einem höheren Reflexionsvermögen für die Wellenlänge 1064 nm sowohl auf den ersten Reflexionsspiegel 3, als auch auf den zweiten Reflexionsspiegel 4 aufgebracht. Daher wird in dieser Ausführungsform die Wellenlänge 1064 nm als Oszillationswellenlänge für die Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung ausgewählt.
  • Bei der Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung ist bei dieser Ausführungsform das akusto-optische Güteschaltungselement 5 in den optischen Resonator eingefügt, und die Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung verwendet das Güteschaltungselement 5 zum Verstärken oder Abschwächen des Verlusts des optischen Resonators in einem bestimmten Zyklus, was einen Güteschaltungspuls mit hohem Spitzen-Ausgangswert zur Folge hat.
  • Wenn die Ausrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts 10 der Grundwelle, das sich durch den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung hindurch ausbreitet, den Phasenanpassungs-Bedingungen für die erste Umwandlung der Wellenlänge entsprechen, kann das Licht 10 der Grundwelle wirkungsvoll in das Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung umgewandelt werden. Bei der Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung ist bei dieser Ausführungsform der Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung innerhalb des optischen Resonators angeordnet, der das Licht 10 der Grundwelle erzeugt.
  • Daher werden sowohl die einfallende Grundwelle, die sich von dem ersten Reflexionsspiegel 3 zu dem zweiten Reflexionsspiegel 4 ausbreitet, als auch die austretende Grundwelle, die sich von dem zweiten Reflexionsspiegel 4 zu dem ersten Reflexionsspiegel 3 ausbreitet, in das Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung umgewandelt. Das Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung, das aus der einfallenden Grundwelle erzeugt wird, die sich von dem ersten Reflexionsspiegel 3 zu dem zweiten Reflexionsspiegel 4 ausbreitet, tritt einmal aus der Fläche 107 (Fläche A) des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung aus und erreicht den zweiten Reflexionsspiegel 4.
  • Da eine Beschichtung mit höherem Reflexionsvermögen sowohl für die Wellenlänge 1064 nm, als auch für die Wellenlänge 532 nm auf den zweiten Reflexionsspiegel 4 aufgebracht ist, wird das aus dem einfallenden Licht 10 der Grundwelle erzeugte Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung, das sich von dem ersten Reflexionsspiegel 3 zu dem zweiten Reflexionsspiegel 4 ausbreitet, von dem zweiten Reflexionsspiegel 4 reflektiert, und es tritt erneut in den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung ein.
  • Das Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung, das zweimal in den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung eingetreten ist, wird von der Fläche 110 (Fläche D) und der Fläche 111 (Fläche E) reflektiert. Somit entsprechen sowohl dessen Ausrichtung, als auch dessen Polarisationsrichtung den Phasenanpassungs-Bedingungen für die zweite Umwandlung der Wellenlänge. Dann kann das Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung wirkungsvoll in das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung mit der Wellenlänge 266 nm umgewandelt werden.
  • In Ausführungsform 4 ist folgendes gezeigt: Der Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung ist innerhalb des optischen Resonators der Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung angeordnet, welche das Licht der Grundwelle erzeugt.
  • Die Ausrichtung der optischen Achse und die Polarisationsrichtung des Lichts der Grundwelle in dem optischen Resonator werden in Übereinstimmung mit den Phasenanpassungs-Bedingungen für die erste Umwandlung der Wellenlänge in dem Aufbau gebracht, in welchem der einzelne Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung zum Durchführen der ersten und zweiten Umwandlung der Wellenlänge verwendet wird.
  • Das Licht der Grundwelle sowohl im Einfallsweg, als auch im Austrittsweg kann, während es sich im optischen Resonator hin und her ausbreitet, der ersten Umwandlung der Wellenlänge unterzogen werden, so dass die Umwandlungseffizienz der ersten Umwandlung der Wellenlänge verbessert wird.
  • Außerdem können sowohl das Licht der Harmonischen, das aus dem einfallenden Licht der Grundwelle durch die erste Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird, als auch das Licht der Harmonischen, das aus dem austretenden Licht der Grundwelle durch die erste Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird, der zweiten Umwandlung der Wellenlänge unterzogen werden, so dass zudem die Umwandlungseffizienz der zweiten Umwandlung der Wellenlänge verbessert wird.
  • In Ausführungsform 4 ist der Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung innerhalb des optischen Resonators der Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung angeordnet, die das Licht der Grundwelle erzeugt. Daher kann die Intensität des Lichts der Grundwelle, das in den Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung einfällt, auf einfache Weise erhöht werden, so dass die Umwandlungseffizienz der ersten Umwandlung der Wellenlänge wirkungsvoll verbessert wird. Folglich kann die Umwandlungseffizienz der zweiten Umwandlung der Wellenlänge verbessert werden.
  • Die Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung bei der Ausführungsform 4 hat einen Aufbau, bei welchem ein einzelner Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, um die erste und die zweite Umwandlung der Wellenlänge durchzuführen. Daher kann jeglicher Einstellaufwand zum Durchführen der zweiten Umwandlung der Wellenlänge vermieden werden, und somit kann das Licht, das mit der zweite Umwandlung der Wellenlänge erhalten wird, auf stabile Weise erzeugt werden.
  • In Ausführungsform 4 ist beispielhaft ein Aufbau beschrieben, bei welchem nur die erste Umwandlung der Wellenlänge in dem optischen Resonator der Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung durchgeführt wird. Was z. B. die Erzeugung der Harmonischen dritter Ordnung oder dergleichen betrifft, die das Licht der Harmonischen zweiter Ordnung mittels der ersten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt und die Summenfrequenz des Lichts der Harmonischen zweiter Ordnung und der Grundwelle mittels der zweiten Umwandlung der Wellenlänge durchführt, kann jedoch ein alternativer Aufbau vorgesehen sein, bei welchem sowohl die erste Umwandlung der Wellenlänge, als auch die zweite Umwandlung der Wellenlänge innerhalb des optischen Resonators der Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung ausgeführt werden.
  • Ausführungsform 5
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In 7 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in 1 bis 6 die gleichen oder denen in 1 bis 6 entsprechende Teile. In Ausführungsform 5 wird ebenfalls ein CLBO-Kristall, der auf ungefähr 150°C erwärmt ist, als Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung verwendet, wie es in den Ausführungsformen 1 bis 4 beschrieben ist.
  • Ausführungsform 5 veranschaulicht auch beispielhaft einen Aufbau, bei welchem die Erzeugung der Harmonischen zweiter Ordnung als die erste Umwandlung der Wellenlänge aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm verwendet wird, indem eine Phasenanpassung vom Typ II verwendet wird, und bei welchem die Erzeugung der Harmonischen zweiter Ordnung als die zweite Umwandlung der Wellenlänge aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 532 nm wie bei den Ausführungsformen 1 bis 4 durchgeführt wird, indem eine Phasenanpassung vom Typ I verwendet wird, um das Licht der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm in das Licht der Harmonischen vierter Ordnung mit der Wellenlänge 266 nm unter Verwendung des einzelnen Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung umzuwandeln.
  • In dieser Ausführungsform wird die Emission der Harmonischen zweiter Ordnung vom Typ II aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm als die erste Umwandlung der Wellenlänge verwendet. Daher sind die Ausrichtungen der jeweiligen Flächen, die auf dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung ausgebildet sind, verschieden von denjenigen aus Ausführungsformen 1 bis 4.
  • In 7 bezeichnet ein Pfeil 104 eine Z'-Achse, die der Haupt-Ausbreitungsrichtung des Lichts in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung entspricht. Bei dieser Ausführungsform ist die Phasenanpassungs-Ausrichtung vom Typ II für die erste Umwandlung der Wellenlänge, die die Harmonische zweiter Ordnung aus der Grundwelle der Wellenlänge 1064 nm bei einer Kristalltemperatur von 150°C erzeugt, (Θ; φ) = (42,6°; 0°) in Polarkoordinaten von 0; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen.
  • Ferner ist die Phasenanpassungs-Ausrichtung vom Typ I für die zweite Umwandlung der Wellenlänge, die eine Harmonische zweiter Ordnung aus der Grundwelle der Wellenlänge 532 nm bei der Kristalltemperatur von 150°C erzeugt, (Θ; φ) = (61,9°; 45,0°) in Polarkoordinaten von Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen.
  • Daher ist die Ausrichtung der Z'-Achse 104 durch die dazwischenliegende Ausrichtung zwischen der Phasenanpassungs-Ausrichtung für die erste Umwandlung der Wellenlänge und der Phasenanpassungs-Ausrichtung für die zweite Umwandlung der Wellenlänge zu (Θ; φ) = (50,08°; 25,62°) in Polarkoordinaten von Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen festgelegt.
  • Ferner fällt in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung die Normalenrichtung der Fläche 107 (Fläche A) mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung der ersten Umwandlung der Wellenlänge zusammen, und die Normalenrichtung der Fläche 112 (Fläche F) fällt mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung der zweiten Umwandlung der Wellenlänge zusammen. Die Fläche 108 (Fläche B) ist eine Ebene, die parallel ist sowohl zu der Phasenanpassungs-Ausrichtung für die erste Umwandlung der Wellenlänge, als auch zu der Phasenanpassungs-Ausrichtung für die zweite Umwandlung der Wellenlänge wie bei den Ausführungsformen 1 bis 5. Die Fläche 109 (Fläche C) ist parallel zu der Fläche 108 (Fläche B) ausgebildet.
  • Als nächstes werden die Ausrichtungen der jeweiligen auf dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 5 ausgebildeten Flächen genauer beschrieben, und zwar unter Verwendung des kartesischen Koordinatensystems XYZ und des Polarkoordinatensystems Θφ in Bezug auf die dielektrischen Hauptachsen des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung.
  • Hierbei ist der Neigungswinkel Θ definiert als der Winkel, der in Bezug auf die Z-Achse 101 gemessen wird, die eine der dielektrischen Hauptachsen ist. Der Neigungswinkel φ ist definiert als der Winkel, bei welchem die Projektion der zu beschreibenden Ausrichtung auf die X-Y-Ebene in Bezug auf die X-Achse 102 gemessen wird, die eine der dielektrischen Hauptachsen ist.
  • Die Normalenrichtung der Fläche 107 (Fläche A) fällt mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung vom Typ II für die erste Umwandlung der Wellenlänge zusammen, die die Harmonische zweiter Ordnung aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm bei der Kristalltemperatur von 150°C erzeugt. Daher wird sie beschrieben als (X; Y; Z) = (0,6769; 0; 0,7361) im kartesischen Koordinatensystem XYZ und als (Θ; φ) = (42,6°; 0°) im Polarkoordinatensystem Θφ.
  • Die Fläche 108 (Fläche B) und die Fläche 109 (Fläche C), die dazu parallel ist, sind ebenfalls parallel sowohl zu der Phasenanpassungs-Ausrichtung der ersten Umwandlung der Wellenlänge, als auch zu der Phasenanpassungs-Ausrichtung der zweiten Umwandlung der Wellenlänge. Daher wird die Normalenrichtung der Fläche 108 (Fläche B) und der Fläche 109 (Fläche C) beschrieben als (X; Y; Z) = (0,7181; –0,2195; –0,6604) im kartesischen Koordinatensystem XYZ und als (Θ; φ) = (131,33°; –16,99°) im Polarkoordinatensystem Θφ.
  • Die Normalenrichtung der ersten Reflexionsfläche 110 (Fläche D) ist (X; Y; Z) = (–0,2863; –0,0938; 0,9535) im kartesischen Koordinatensystem XYZ und (Θ; φ) = (17,53°, –161,86°) im Polarkoordinatensystem Θφ.
  • Die Normalenrichtung der zweiten Reflexionsfläche 111 (Fläche E) ist (X; Y; Z) = (0,9029; 0,4080; 0,1351) im kartesischen Koordinatensystem XYZ und (Θ; φ) = (82,24°; 24,31°) im Polarkoordinatensystem Θφ.
  • Hierbei ist eine Antireflexions-Beschichtung für die Wellenlänge 1064 nm auf die Fläche 107 (Fläche A) des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 5 aufgebracht, und eine Antireflexions-Beschichtung für die Wellenlänge 266 nm wird auf die Fläche 112 (Fläche F) aufgebracht. Eine Zwei-Wellenlängen-Beschichtung mit einer höheren optischen Durchlässigkeit für die Wellenlänge 1064 nm und einem höheren Reflexionsvermögen für die Wellenlänge 532 nm ist auf die Fläche 111 (Fläche E) aufgebracht.
  • Es wird nun ein Verfahren zur Wellenlängen-Umwandlung unter Verwendung des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 5 unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Ausbreitungsrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 5 veranschaulicht.
  • 9 ist ein schematisches Diagramm, das die Ausbreitungsrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 5 veranschaulicht, wenn die Betrachtung von einer Normalenrichtung der Seite 108 (Fläche B) erfolgt. In 8 und 9 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in 1 bis 7 die gleichen oder denen in 1 bis 7 entsprechende Teile.
  • In Ausführungsform 5 wird eine Phasenanpassung vom Typ II für die erste Umwandlung der Wellenlänge verwendet. Daher wird Licht 10 der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm mit zufälliger Polarisierung so eingeleitet, dass es senkrecht auf die Fläche 107 (Fläche A) einfallt. Die Fläche 107 (Fläche A) ist derart ausgebildet, dass deren Normale mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung der ersten Umwandlung der Wellenlänge übereinstimmt. Daher kann die Ausbreitungsausrichtung des Lichts 10 der Grundwelle in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung der ersten Umwandlung der Wellenlänge übereinstimmen, wenn das Licht 10 der Grundwelle so eingeleitet wird, dass es senkrecht auf die Fläche 107 (Fläche A) einfällt.
  • Außerdem sind für die Polarisationsrichtung nur die Richtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung möglich. Daher wird das Licht 10 der Grundwelle mit zufälliger Polarisierung, das eine nahezu gleichförmige Verteilung der Polarisationsrichtungen aufweist, nahezu gleich stark in den ordentlichen Strahl und den außerordentlichen Strahl in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung aufgespalten. Somit kann das Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung mit der Wellenlänge 532 nm wirkungsvoll durch die Phasenanpassung vom Typ II erzeugt werden.
  • Das Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung, das von der Phasenanpassung vom Typ II erzeugt wird, ist ein außerordentlicher Strahl. Daher ist dessen Ausbreitungsausrichtung die gleiche wie diejenige des Lichts 10 der Grundwelle. Seine Polarisationsrichtung wird beschrieben als (Θ; φ) = (47,40°; 180,0°) in Polarkoordinaten Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen des CLBO-Kristalls.
  • Das Licht 10 der Grundwelle und das einfallende Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung, die sich in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung ausbreiten, treffen beim Einfallen auf die Fläche 110 (Fläche D) auf. Dann werden sie einer inneren Totalreflexion unterzogen, die sich infolge eines Unterschiedes des Brechungsindex zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung ergibt. Hierdurch ändert sich ihre Ausbreitungsrichtung, und sie treffen dann auf die Fläche 111 (Fläche E) auf.
  • Es ist eine Zwei-Wellenlängen-Beschichtung mit einer höheren optischen Durchlässigkeit für die Wellenlänge 1064 nm und einem höheren Reflexionsvermögen für die Wellenlänge 532 nm auf die Fläche 111 (Fläche E) aufgebracht. Daher wird das Licht 10 der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm durch die Fläche 111 (Fläche E) in Bezug auf den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung nach außen hin emittiert. Andererseits wird das einfallende Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung mit der Wellenlänge 532 nm von den zwei Flächen aus Fläche 110 (Fläche D) und Fläche 111 (Fläche E) reflektiert und wird zu dem austretenden Licht 22 der Harmonischen zweiter Ordnung, dessen Ausbreitungsrichtung abgeknickt worden ist.
  • Die Ausrichtungen der Fläche 110 (Fläche D) und der Fläche 111 (Fläche E) sind hierbei, wie oben beschrieben, in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung aus Ausführungsform 5 ausgebildet. Daher wird die Ausbreitungsausrichtung des austretenden Lichts 22 der Harmonischen zweiter Ordnung beschrieben als (Θ; φ) = (61,9°; 45,0°) in Polarkoordinaten Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen des CLBO-Kristalls 100, was mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung vom Typ I für die zweite Umwandlung der Wellenlänge zusammenfällt, die die Harmonische zweiter Ordnung aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 532 nm bei der Kristalltemperatur von 150°C erzeugt.
  • Die Ausrichtung der ersten Reflexionsfläche (Fläche D) ist wie oben beschrieben ausgebildet. Daher ist es theoretisch möglich, 96% oder mehr der polarisierten Komponente des Lichts 20 der Harmonischen zweiter Ordnung zu polarisieren, das auf die Fläche 110 einfällt, und zwar in die Richtung des außerordentlichen Strahls in dem Ausbreitungsvorgang von der Fläche 110 (Fläche D) zu der Fläche 111 (Fläche E).
  • Da die zweite Reflexionsfläche 111 (Fläche E) wie oben beschrieben ausgebildet ist, ist es theoretisch möglich, 99% oder mehr von der außerordentlichen Strahlkomponente zu polarisieren, die von der zweiten Reflexionsfläche 111 (Fläche E) in Richtung des ordentlichen Strahls reflektiert wird, was der Anpassungsbedingung für die zweite Umwandlung der Wellenlänge in der Phasenanpassungs-Ausrichtung der zweiten Umwandlung der Wellenlänge entspricht, so dass die zweite Umwandlung der Wellenlänge wirkungsvoll durchgeführt werden kann.
  • Mit anderen Worten: Es ist theoretisch möglich, 95% oder mehr des Lichts 20 der Harmonischen zweiter Ordnung zu polarisieren, das durch die erste Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird, und zwar in die Polarisationsrichtung 23, die beschrieben wird durch (Θ; φ) = (90,0°; –45,0°) in Polarkoordinaten Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen des CLBO-Kristalls.
  • Diese Polarisationsrichtung stimmt mit dem ordentlichen Strahl in der Phasenanpassungs-Ausrichtung der zweiten Umwandlung der Wellenlänge überein. Daher entsprechen die Ausbreitungsausrichtung und die Polarisationsrichtung 23 des austretenden Lichts 22 der Harmonischen zweiter Ordnung den Phasenanpassungs-Bedingungen vom Typ I für die zweite Umwandlung der Wellenlänge, welche die Harmonische zweiter Ordnung aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 532 nm bei der Kristalltemperatur von 150°C erzeugt.
  • Sogar unter Verwendung des wie oben beschrieben ausgebildeten Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung kann daher das einfallende Licht 10 der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm wirkungsvoll umgewandelt werden, und zwar in das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung mit der Wellenlänge 266 nm unter Verwendung des einzelnen Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung, wie es in den Ausführungsformen 1 bis 4 beschrieben ist.
  • Die Polarisationsrichtung 41 des Lichts 40 der Harmonischen vierter Ordnung gemäß dieser Ausführungsform ist jedoch ein außerordentlicher Strahl in der Phasenanpassungs-Ausrichtung für die zweite Umwandlung der Wellenlänge. Daher bildet sie einen Winkel von 41,53° in Bezug auf die Normale der Fläche 108 (Fläche B) des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung.
  • Wie bei der Ausführungsform 5 gezeigt, ist es sogar unter Verwendung der Phasenanpassung vom Typ II für die erste Umwandlung der Wellenlänge nicht nur möglich, den gleichen Effekt wie denjenigen der Ausführungsformen 1 bis 4 zu erzielen; es ist außerdem möglich, Licht der Grundwelle mit zufälliger Polarisation als dasjenige Licht zu verwenden, dessen Wellenlänge umgewandelt werden soll.
  • Daher können jegliche Elemente zum Auswählen von linear polarisiertem Licht bei der Lichtquelle für die Grundwelle weggelassen werden. Außerdem besteht keine Notwendigkeit, die Polarisation mit den Phasenanpassungs-Bedingungen in Übereinstimmung zu bringen, wenn es dem Licht der Grundwelle ermöglicht wird, in den Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung einzutreten. Dies macht es einfach, das einfallende Licht einzustellen.
  • Wenn der CLBO-Kristall als Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird, hat ein wirkungsvoller nichtlinearer optischer Koeffizient für die Phasenanpassung vom Typ I einen Wert von 0,38 pm/V, wohingegen ein wirkungsvoller nichtlinearer optischer Koeffizient für die Phasenanpassung vom Typ II einen Wert von 0,68 pm/V besitzt, und zwar für die Erzeugung der Harmonischen zweiter Ordnung aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm. Daher kann ein signifikanter Effekt dahingehend erzielt werden, dass die Effizienz der Wellenlängen-Umwandlung bei der Erzeugung der Harmonischen zweiter Ordnung weiter verbessert werden kann, wenn die Phasenanpassung vom Typ II für die erste Umwandlung der Wellenlänge verwendet wird.
  • Ausführungsform 6
  • 10 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau einer Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung, die in dieser Ausführungsform beschrieben wird, verwendet einen solchen Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung, dessen jeweilige Flächen derart ausgebildet sind, dass sie die gleichen Ausrichtungen aufweisen, wie diejenigen aus Ausführungsform 5, wie es in 7 bis 9 dargestellt ist.
  • Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, hat der CLBO-Kristall, der als der Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 5, dienen kann, eine Temperatur um die 150°C, die mittels einer Heizeinrichtung und eines Temperatur-Einstellmechanismus aufrechterhalten wird. Er ist außerdem mit einem Einstellmechanismus versehen, der den Einbauwinkel des Kristalls einstellen kann.
  • Es ist bei dieser Ausführungsform eine Zwei-Wellenlängen-Beschichtung mit einer höheren optischen Durchlässigkeit sowohl für die Wellenlänge 1064 nm, als auch für die Wellenlänge 532 nm auf die Fläche 107 (Fläche A) des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung aufgebracht.
  • Eine Antireflexions-Beschichtung für die Wellenlänge 266 nm ist auf die Fläche 112 (Fläche F) aufgebracht. Eine Zwei-Wellenlängen-Beschichtung mit einer höheren optischen Durchlässigkeit für die Wellenlänge 1064 nm und einem höheren Reflexionsvermögen für die Wellenlänge 532 nm ist auf die Fläche 111 (Fläche E) aufgebracht.
  • Auch bei der Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 6 ist – wie es bei der Ausführungsform 4 beschrieben worden ist – der Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung innerhalb des optischen Resonators der Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung angeordnet, welche das Licht 10 der Grundwelle erzeugt. Außerdem stimmt die optische Achse des Lichts 10 der Grundwelle in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung vom Typ II für die erste Umwandlung der Wellenlänge überein, welche die Harmonische zweiter Ordnung aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm bei der Kristalltemperatur von 150°C erzeugt.
  • Auch ergibt sich bei der Ausführungsform 6 nicht nur die Wirkung, dass wirkungsvoll die Effizienz der Wellenlängen-Umwandlungen von Licht 10 der Grundwelle in das einfallende Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung und von dem austretenden Licht 22 der Harmonischen zweiter Ordnung in das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung verbessert wird, wie es bei der Ausführungsform 4 beschrieben ist. Es ergibt sich auch die Wirkung, dass das Einstellen erleichtert wird, und dass zudem die Kosten der Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung verringert werden, da dieses Licht mit zufälliger Polarisierung als Licht 10 der Grundwelle entgegennimmt. Infolgedessen kann ein polarisationsselektives Element, das die Polarisationsrichtung des Lichts 10 der Grundwelle festlegt, weggelassen werden.
  • Da es nicht notwendig ist, linear polarisiertes Licht beim Erzeugen des Lichts 10 der Grundwelle zu selektieren, können ferner die Verluste des Resonators infolge von Depolarisierung verringert werden, so dass er das Licht 10 der Grundwelle wirkungsvoll erzeugen kann. Folglich kann die Effizienz der Wellenlängen-Umwandlung des Lichts 10 der Grundwelle in das Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung und das Licht 40 der Harmonischen vierter Ordnung wirksam verbessert werden.
  • Ausführungsform 7
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In 11 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in 1 bis 10 die gleichen oder denen in 1 bis 10 entsprechende Teile. Bei der Ausführungsform 7 wird ein Lithiumtriborat-Kristall (LBO-Kristall: LiB3O5) als Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung verwendet, dessen Temperatur auf 27°C, also annähernd Raumtemperatur, geregelt wird.
  • Ausführungsform 7 veranschaulicht auch beispielhaft einen Aufbau, bei welchem die Erzeugung der Harmonischen zweiter Ordnung als die erste Umwandlung der Wellenlänge aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm durchgeführt wird, indem eine Phasenanpassung vom Typ I verwendet wird, und bei welchem die Erzeugung der Summenfrequenz als die zweite Umwandlung der Wellenlänge durchgeführt wird, indem eine Phasenanpassung vom Typ II für die Wellenlänge von 1064 nm und die Wellenlänge von 532 nm verwendet wird, um das Licht der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm in das Licht der Harmonischen dritter Ordnung mit der Wellenlänge 355 nm umzuwandeln, indem der einzelne Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung verwendet wird.
  • In 11 bezeichnet ein Pfeil 104 eine Z'-Achse, die der Haupt-Ausbreitungsrichtung des Lichts in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung entspricht. Bei dieser Ausführungsform ist die Phasenanpassungs-Ausrichtung vom Typ I für die erste Umwandlung der Wellenlänge, die die Harmonische zweiter Ordnung aus der Grundwelle der Wellenlänge 1064 nm bei einer Kristalltemperatur von 27°C erzeugt, (Θ; φ) = (90,0°; 11,3°) in Polarkoordinaten Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen.
  • Ferner ist die Phasenanpassungs-Ausrichtung vom Typ 11 für die zweite Umwandlung der Wellenlänge für die Erzeugung der Summenfrequenz der Wellenlänge 1064 nm und der Wellenlänge 532 nm bei der Kristalltemperatur von 27°C (Θ; φ) = (42,6°; 90,0°) in den Polarkoordinaten Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen.
  • Daher wird die Ausrichtung der Z'-Achse 104 durch die dazwischenliegende Ausrichtung zwischen der Phasenanpassungs-Ausrichtung für die erste Umwandlung der Wellenlänge und der Phasenanpassungs-Ausrichtung für die zweite Umwandlung der Wellenlänge zu (Θ; φ) = (60,72°; 41,67°) in Polarkoordinaten Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen definiert.
  • Ferner fällt in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung die Normalenrichtung der Fläche 107 (Fläche A) mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung der ersten Umwandlung der Wellenlänge zusammen, und die Normalenrichtung der Fläche 112 (Fläche F) fällt mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung der zweiten Umwandlung der Wellenlänge zusammen. Die Fläche 108 (Fläche B) ist eine Ebene, die parallel ist sowohl zu der Phasenanpassungs-Ausrichtung für die erste Umwandlung der Wellenlänge, als auch zu der Phasenanpassungs-Ausrichtung für die zweite Umwandlung der Wellenlänge wie bei den Ausführungsformen 1 bis 7. Die Fläche 109 (Fläche C) ist parallel zu der Fläche 108 (Fläche B) ausgebildet.
  • Als nächstes werden die Ausrichtungen der jeweiligen auf dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 7 ausgebildeten Flächen genauer beschrieben, und zwar unter Verwendung des kartesischen Koordinatensystems XYZ und des Polarkoordinatensystems Θφ in Bezug auf die dielektrischen Hauptachsen des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung.
  • Die Normalenrichtung der Fläche 107 (Fläche A) fällt mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung vom Typ I für die erste Umwandlung der Wellenlänge zusammen, die die Harmonische zweiter Ordnung aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm bei der Kristalltemperatur von 27°C erzeugt. Daher wird sie beschrieben als (X; Y; Z) = (0,9806; 0,1959; 0) im kartesischen Koordinatensystem XYZ und als (Θ; φ) = (90,0°; 11.3°) im Polarkoordinatensystem Θφ.
  • Die Fläche 108 (Fläche B) und die Fläche 109 (Fläche C), die dazu parallel ist, sind ebenfalls parallel sowohl zu der Phasenanpassungs-Ausrichtung der ersten Umwandlung der Wellenlänge, als auch zu der Phasenanpassungs-Ausrichtung der zweiten Umwandlung der Wellenlänge. Daher wird die Normalenrichtung der Fläche 108 (Fläche B) und der Fläche 109 (Fläche C) beschrieben als (X; Y; Z) = (0,1455; –0,7283; 0,6697) im kartesischen Koordinatensystem XYZ und als (Θ; φ) = (47,96°; –78.70°) im Polarkoordinatensystem Θφ.
  • Die Normalenrichtung der ersten Reflexionsfläche 110 (Fläche D) ist (X; Y; Z) = (–0,6654; –0,1326; 0,7346) im kartesischen Koordinatensystem XYZ und (Θ; φ) = (42,72°, –168,73°) im Polarkoordinatensystem Θφ.
  • Die Normalenrichtung der zweiten Reflexionsfläche 111 (Fläche E) ist (X; Y; Z) = (0,0416; 0,3709; 0,9277) im kartesischen Koordinatensystem XYZ und (Θ; φ) = (21,92°; 83,60°) im Polarkoordinatensystem Θφ.
  • Hierbei ist eine Antireflexions-Beschichtung für die Wellenlänge 1064 nm auf die Fläche 107 (Fläche A) des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 7 aufgebracht, und eine Antireflexions-Beschichtung für die Wellenlänge 355 nm ist auf die Fläche 112 (Fläche F) aufgebracht. Eine Zwei-Wellenlängen-Beschichtung mit einem höheren Reflexionsvermögen für die Wellenlänge 1064 nm und einem für die Wellenlänge 532 nm ist auf die Fläche 110 (Fläche D) und die Fläche 111 (Fläche E) aufgebracht.
  • Es wird nun ein Verfahren zur Wellenlängen-Umwandlung unter Verwendung des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 7 unter Bezugnahme auf die 12 und 13 beschrieben. 12 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Ausbreitungsrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 7 veranschaulicht.
  • 13 ist ein schematisches Diagramm, das die Ausbreitungsrichtung und die Polarisationsrichtung des Lichts in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung gemäß Ausführungsform 7 veranschaulicht, wenn die Betrachtung von der Normalenrichtung der Seite 108 (Fläche B) erfolgt. In 12 und 13 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in 1 bis 11 die gleichen oder denen in 1 bis 11 entsprechende Teile.
  • Da bei dem Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung 100 gemäß der Ausführungsform 7 die Normalenrichtung der Fläche 107 (Fläche A) mit der Phasen anpassungs-Ausrichtung der ersten Umwandlung der Wellenlänge übereinstimmt, kann das Licht 10 der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm senkrecht auf die Fläche 107 (Fläche A) einfallen. Wenn das Licht 10 der Grundwelle jedoch auf die Fläche 107 (Fläche A) des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung einfällt, ist es erforderlich, dass die Polarisationsrichtung 11 des Lichts 10 der Grundwelle mit der Phasenanpassungs-Bedingung für die erste Umwandlung der Wellenläge übereinstimmt.
  • Für die erste Umwandlung der Wellenlänge, die die Harmonische zweiter Ordnung aus der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm bei der Kristalltemperatur von 27°C mittels Phasenanpassung vom Typ I erzeugt, muss die Polarisationsrichtung 11 des Lichts 10 der Grundwelle mit der Richtung des ordentlichen Strahls in Bezug auf die Phasenanpassungs-Ausrichtung übereinstimmen. Der LBO-Kristall ist ein doppelachsiger optischer Kristall, und eine Haupt-Umwandlungsebene der ersten Umwandlung der Wellenlänge kann als X-Y-Ebene hinsichtlich der dielektrischen Hauptachsen beschrieben werden.
  • Daher ist die Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls der ersten Umwandlung der Wellenlänge parallel zu der Z-Achse der dielektrischen Hauptachsen. Im Ergebnis kann die Polarisationsrichtung 11 des Lichts 10 der Grundwelle, das in den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung eintritt, um 47,96° gegen den Uhrzeigersinn um die Normalenrichtung der Fläche 108 (Fläche B) gedreht werden, wenn die Ausbreitungsrichtung des Lichts 10 der Grundwelle die Blickrichtung darstellt.
  • Konkret ist – wie es in 13 dargestellt ist – eine Einstelleinheit 52 für die Polarisationsrichtung an einer beliebigen Stelle vorgesehen, bevor das Licht 10 der Grundwelle in den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung einfällt, so dass die Polarisationsrichtung des Lichts 10 der Grundwelle derart eingestellt werden kann, dass sich das maximale Ausgangssignal bezogen auf das Licht 30 der Harmonischen dritter Ordnung mit der Wellenlänge 355 nm ergibt, das durch die zweite Umwandlung der Wellenlänge aus Ausführungsform 7 erzeugt wird.
  • In Ausführungsform 7 wird eine Halbwellenplatte vom Durchlässigkeitstyp für die Wellenlänge 1064 nm als Einstelleinheit 52 für die Polarisationsrichtung verwendet. Obwohl es in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist die für die Einstelleinheit 52 für die Polarisationsrichtung verwendete Halbwellenplatte mit einem Rotationsmechanismus um das Licht 10 der Grundwelle herum versehen.
  • Die Phasenanpassungs-Ausrichtung für die erste Umwandlung der Wellenlänge wird erfüllt, indem es dem Licht 10 der Grundwelle ermöglicht wird, in den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung auf eine solche Weise einzutreten, wie es oben beschrieben ist. Daher kann das Licht 10 der Grundwelle wirkungsvoll in das Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung mit der Wellenlänge 532 nm umgewandelt werden.
  • Das Licht 10 der Grundwelle und das Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung haben die gleiche Ausbreitungsausrichtung in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung, während die Polarisationsrichtung 11 des Lichts 10 der Grundwelle ein ordentlicher Strahl ist und die Polarisationsrichtung 21 des Lichts 20 der Harmonischen zweiter Ordnung ein außerordentlicher Strahl.
  • Daher ist die Polarisationsrichtung 11 des Lichts 10 der Grundwelle parallel zu einer optischen Achse Z 101. Andererseits wird die Polarisationsrichtung 21 des Lichts 20 der Harmonischen zweiter Ordnung beschrieben als (Θ; φ) = (90,0°; 101,3°) in Polarkoordinaten Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen des LBO-Kristalls.
  • Es ist bei dieser Ausführungsform eine Zwei-Wellenlängen-Beschichtung mit einer höheren optischen Durchlässigkeit sowohl für die Wellenlänge 1064 nm, als auch für die Wellenlänge 532 nm auf die Fläche 110 (Fläche D) und die Fläche 111 (Fläche E) des Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung aufgebracht. Daher werden sowohl das Licht 10 der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm, als auch das Licht 20 der Harmonischen zweiter Ordnung mit der Wellenlänge 532 nm zweimal durch die Fläche 110 (Fläche D) und die Fläche 111 (Fläche E) reflektiert, um das austretende Licht 12 der Grundwelle und das austretende Licht 22 der Harmonischen zweiter Ordnung zu bilden, deren Ausbreitungsrichtungen abgeknickt worden sind, und die sich in der gleichen Ausrichtung ausbreiten.
  • Die Ausrichtungen der Fläche 110 (Fläche D) und der Fläche 111 (Fläche E) sind hierbei wie oben beschrieben in dem Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung aus Ausführungsform 7 ausgebildet. Daher wird die Ausbreitungsausrichtung des austretenden Lichts 12 der Grundwelle und des austretenden Lichts 22 der Harmonischen zweiter Ordnung beschrieben als (Θ; φ) = (42,6°; 90,0°) in Polarkoordinaten Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen des LBO-Kristalls, was mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung vom Typ II für die zweite Umwandlung der Wellenlänge für die Erzeugung der Summenfrequenz der Wellenlänge 1064 nm und der Wellenlänge 532 nm bei der Kristalltemperatur von 27°C übereinstimmt.
  • Die Ausrichtung der ersten Fläche 110 (Fläche D) ist wie oben beschrieben ausgebildet. Daher ist es theoretisch möglich, 99% oder mehr des Lichts 10 der Grundwelle, das von der Fläche 110 (Fläche D) reflektiert wird, zu polarisieren, und zwar in die Richtung des außerordentlichen Strahls in dem Ausbreitungsvorgang von der Fläche 110 (Fläche D) zu der Fläche 111 (Fläche E). Außerdem ist es theoretisch möglich, 99% oder mehr des Lichts 20 der Harmonischen zweiter Ordnung, das von der Fläche 110 (Fläche D) reflektiert wird, zu polarisieren, und zwar in die Richtung des ordentlichen Strahls in dem Ausbreitungsvorgang von der Fläche 110 (Fläche D) zu der Fläche 111 (Fläche E). Ferner ist die Fläche E 110 wie obenstehend beschrieben ausgebildet.
  • Daher ist es theoretisch möglich, 99% des ordentlichen Strahls zu polarisieren, der von der Fläche E 110 reflektiert wird, und zwar in Richtung des außerordentlichen Strahls in der Phasenanpassungs-Ausrichtung für die zweite Umwandlung der Wellenlänge. Außerdem ist es theoretisch möglich, 99% oder mehr des außerordentlichen Strahls zu polarisieren, der von der Fläche E 110 reflektiert wird, und zwar in Richtung des ordentlichen Strahls in der Phasenanpassungs-Ausrichtung für die zweite Umwandlung der Wellenlänge.
  • Die Fläche 110 (Fläche D) und die Fläche 111 (Fläche E) reflektieren das Licht zweimal. Daher ist es theoretisch möglich, 98% des Lichts 20 der Harmonischen zweiter Ordnung zu polarisieren, das von der ersten Umwandlung der Wellenlänge emittiert wird, und zwar in die Polarisationsrichtung 23, die mit (Θ; φ) = (47,4°; –90,0°) in Polarkoordinaten Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen beschrieben wird. Außerdem ist es theoretisch möglich, 98% oder mehr des Lichts 10 der Grundwelle zu polarisieren, das nach der ersten Umwandlung der Wellenlänge übriggeblieben ist, und zwar in die Polarisationsrichtung 13, die mit (Θ; φ) = (90,0°; 0,0°) in Polarkoordinaten Θ; φ auf der Basis von den dielektrischen Hauptachsen beschrieben wird.
  • Die Haupt-Umwandlungsebene der zweiten Umwandlung der Wellenlänge ist eine Y-Z-Ebene, so dass die Polarisationsrichtung 13 von 98% oder mehr der austretenden Grundwelle 12 theoretisch der ordentliche Strahl ist, während die Polarisationsrichtung 23 von 98% oder mehr des Lichts 22 der Harmonischen zweiter Ordnung theoretisch der außerordentliche Strahl ist. Daher stimmen sowohl die Ausbreitungsausrichtung, als auch die Polarisationsrichtung des austretenden Lichts 12 der Grundwelle und des austretenden Lichts 22 der Harmonischen zweiter Ordnung mit den Phasenanpassungs-Bedingungen vom Typ II für die zweite Umwandlung der Wellenlänge für die Erzeugung der Summenfrequenz der Wellenlänge 1064 nm und der Wellenlänge 532 nm bei der Kristalltemperatur von 27°C überein.
  • Daher kann das Licht 10 der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm, das einfallendes Licht ist, wirkungsvoll umgewandelt werden in das Licht 30 der Harmonischen dritter Ordnung mit der Wellenlänge 355 nm, und zwar unter Verwendung des einzelnen Kristalls 100 zur Wellenlängen-Umwandlung. Das Licht 30 der Harmonischen dritter Ordnung, das von der zweiten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird, ist der ordentliche Strahl.
  • Daher ist die Polarisationsrichtung 31 des Lichts 30 der Harmonischen dritter Ordnung gleich der Polarisationsrichtung 13 des austretenden Lichts 12 der Grundwelle. Das in Bezug auf den Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung nach außen hin emittierte Licht 30 der Harmonischen dritter Ordnung kann auf einfache Weise separiert werden, indem ein Drei-Wellenlängen-Spiegel 53 verwendet wird, welcher sowohl die Wellenlänge 1064 nm, als auch die Wellenlänge 532 nm durchlässt, und welcher die Wellenlänge 355 nm reflektiert.
  • Es bedarf keiner Erwähnung, dass dann, wenn der bei der Ausführungsform 7 beschriebene Kristall 100 zur Wellenlängen-Umwandlung innerhalb des optischen Resonators der Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung angeordnet ist, die Effizienz der Umwandlung der Wellenlänge verbessert werden kann, wie es bei den Ausführungsformen 4 und 7 beschrieben ist. In Ausführungsform 7 wird das Licht 12 der Grundwelle mit der Wellenlänge 1064 nm auch für die Erzeugung der Summenfrequenz verwendet, die die zweite Umwandlung der Wellenlänge ist.
  • Daher kann die Effizienz der Umwandlung der Wellenlänge weiter verbessert werden, indem sowohl die erste Umwandlung der Wellenlänge, als auch die zweite Umwandlung der Wellenlänge innerhalb des optischen Resonators der Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung durchgeführt werden.
  • Wie bei der Ausführungsform 7 beschrieben, ist das Schema der zweiten Umwandlung der Wellenlänge nicht beschränkt auf die Erzeugung der Harmonischen zweiter Ordnung, und die Summenfrequenz der Harmonischen zweiter Ordnung, die mittels der ersten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird, und die Grundwelle können erzeugt werden. Falls ein Schema zur dritten Umwandlung der Wellenlänge bei gleicher Temperatur verfügbar ist, ist es theoretisch auch möglich, eine dreifach oder mehrfach gestufte Wellenlängen-Umwandlung unter Verwendung eines einzelnen Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung zu verwirklichen, indem dem Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung eine benötigte Reflexionsfläche hinzugefügt wird, während die Reflexionsflächen in geeigneter Weise ausgerichtet sind, um die Ausrichtung und die Polarisationsrichtung des reflektierten Lichts dahin zu bringen, mit den Phasenanpassungs-Bedingungen des Schemas zur dritten Umwandlung der Wellenlänge übereinzustimmen.
  • Wenn ein in den obigen Ausführungsformen beschriebener CLBO-Kristall verwendet wird, ist es auch möglich, eine Harmonische fünfter Ordnung mit der Wellenlänge 213 nm unter Verwendung eines einzelnen Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung zu erzeugen, indem die jeweiligen Flächen des Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung in geeigneten Ausrichtungen ausgebildet werden, um die dreifach gestufte Wellenlängen-Umwandlung in einem einzelnen Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung zu verwirklichen.
  • In den obenstehenden Ausführungsformen werden beispielhaft Aufbauten beschrieben, bei welchen ein CLBO-Kristall oder ein LBO-Kristall als Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung zum Einsatz kommt. Die Kristallart, die Wellenlänge und das Schema zur Umwandlung der Wellenlänge sind jedoch darauf nicht beschränkt. Wenn die jeweiligen Flächen des Kristalls zur Wellenlängen-Umwandlung in entsprechenden Ausrichtungen ausgebildet sind, welche als Reflexionsflächen zum Einsatz kommen sollen, so kann mit einem einzelnen Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung eine zweifach oder mehrfach gestufte Umwandlung der Wellenlänge verwirklicht werden, welche verschiedenartige Schemata zur Umwandlung der Wellenlänge verwendet, was eine Phasenanpassung bei der gleichen Temperatur ermöglicht, wie beispielsweise Harmonische, Summenfrequenz und Differenzfrequenz.
  • In den obenstehenden Ausführungsformen wurden beispielhaft Aufbauten beschrieben, bei welchen die Grundwelle einer einzelnen Wellenlänge in den Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung eintritt. Es ist jedoch auch möglich, als erste Umwandlung der Wellenlänge eine Mehrzahl von Lichtstrahlen von zwei oder mehr Wellenlängen, deren Wellenlängen umgewandelt werden sollen, in den Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung zu leiten, um die Summenfrequenz oder die Differenzfrequenz zu erzeugen und darüber hinaus die Harmonische der Summenfrequenz oder der Differenzfrequenz, die in der ersten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt worden ist, mittels der zweiten Umwandlung der Wellenlänge zu erzeugen.
  • Es ist alternativ möglich, die Harmonische mittels der ersten Umwandlung der Wellenlänge aus einem der Lichtstrahlen zu erzeugen, dessen Wellenlänge umgewandelt werden soll, und die Summenfrequenz oder die die Differenzfrequenz aus der Harmonischen, welche von der ersten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt worden ist, und eines anderen Lichtstrahls, dessen Wellenlänge mit der zweiten Umwandlung der Wellenlänge umgewandelt werden soll, zu erzeugen.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung ist dahingehend vollständig nützlich zu gewerblichen Zwecken, dass sie wirkungsvoll eine Harmonische dritter oder höherer Ordnung mit verlässlichem und einfachem Aufbau erzeugen kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Festkörper-Lasermedium
    2
    Halbleiterlaser
    3
    erster Reflexionsspiegel
    4
    zweiter Reflexionsspiegel
    5
    Güteschaltungselement
    6
    polarisationsselektives Element
    7
    Dämpfungselement
    10
    Licht der Grundwelle
    11
    Polarisationsrichtung des Lichts der Grundwelle
    12
    austretendes Licht der Grundwelle
    13
    Polarisationsrichtung des austretenden Lichts der Grundwelle
    20
    einfallendes Licht der Harmonischen zweiter Ordnung
    21
    Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts der Harmonischen zweiter Ordnung
    22
    austretendes Licht der Harmonischen zweiter Ordnung
    23
    Polarisationsrichtung des austretenden Lichts der Harmonischen zweiter Ordnung
    30
    Licht der Harmonischen dritter Ordnung
    31
    Polarisationsrichtung des Lichts der Harmonischen dritter Ordnung
    40
    Licht der Harmonischen vierter Ordnung
    41
    Polarisationsrichtung des Lichts der Harmonischen vierter Ordnung
    50
    Zwei-Wellenlängen-Spiegel
    51
    Halbwellenplatte
    100
    Kristall zur Wellenlängen-Umwandlung
    110
    erste Reflexionsfläche (Fläche D)
    111
    zweite Reflexionsfläche (Fläche E)
    112
    Austrittsfläche der Harmonischen hoher Ordnung (Fläche F)

Claims (14)

  1. Wellenlängen-Umwandlungselement, das folgendes aufweist: – einen einzelnen nichtlinearen optischen Kristall, der sowohl eine erste Phasenanpassungs-Bedingung, als auch eine zweite Phasenanpassungs-Bedingung erfüllt, wobei die erste Phasenanpassungs-Bedingung für eine erste Umwandlung der Wellenlänge erforderlich ist, um Licht einer ersten Wellenlänge in Licht einer zweiten Wellenlänge umzuwandeln, und wobei die zweite Phasenanpassungs-Bedingung für eine zweite Umwandlung der Wellenlänge erforderlich ist, um das Licht der zweiten Wellenlänge in Licht einer dritten Wellenlänge umzuwandeln; und – einen Reflektor zum Reflektieren des Lichts der zweiten Wellenlänge, das von der ersten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird, um das Licht der zweiten Wellenlänge der zweiten Umwandlung der Wellenlänge zuzuführen.
  2. Wellenlängen-Umwandlungselement, das folgendes aufweist: – einen einzelnen nichtlinearen optischen Kristall, der sowohl eine erste Phasenanpassungs-Bedingung, als auch eine zweite Phasenanpassungs-Bedingung erfüllt, wobei die erste Phasenanpassungs-Bedingung für eine erste Umwandlung der Wellenlänge erforderlich ist, um Licht einer Grundwelle in eine Harmonische zweiter Ordnung umzuwandeln, und wobei die zweite Phasenanpassungs-Bedingung für eine zweite Umwandlung der Wellenlänge erforderlich ist, um die Harmonische zweiter Ordnung in eine Harmonische vierter Ordnung umzuwandeln; und – einen Reflektor zum Reflektieren der Harmonischen zweiter Ordnung, die von der ersten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird, um die Harmonische zweiter Ordnung der zweiten Umwandlung der Wellenlänge zuzuführen.
  3. Wellenlängen-Umwandlungselement nach Anspruch 2, wobei der nichtlineare optische Kristall ferner eine dritte Phasenanpassungs-Bedingung erfüllt, die für eine dritte Umwandlung der Wellenlänge erforderlich ist, um die Harmonische vierter Ordnung in eine Harmonische einer höheren Ordnung als die vierte Ordnung umzuwandeln, und wobei das Wellenlängen-Umwandlungselement ferner einen zusätzlichen Reflektor aufweist, und zwar zum Reflektieren der Harmonischen vierter Ordnung, die von der zweiten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird, um die Harmonische vierter Ordnung der dritten Umwandlung der Wellenlänge zuzuführen.
  4. Wellenlängen-Umwandlungselement nach Anspruch 2 oder 3, wobei der nichtlineare optische Kristall ein Caesium-Lithium-Borat-basierter Kristall ist.
  5. Wellenlängen-Umwandlungselement, das folgendes aufweist: – einen einzelnen nichtlinearen optischen Kristall, der sowohl eine erste Phasenanpassungs-Bedingung, als auch eine zweite Phasenanpassungs-Bedingung erfüllt, wobei die erste Phasenanpassungs-Bedingung für eine erste Umwandlung der Wellenlänge erforderlich ist, um Licht einer Grundwelle in eine Harmonische zweiter Ordnung umzuwandeln, und wobei die zweite Phasenanpassungs-Bedingung für eine zweite Umwandlung der Wellenlänge erforderlich ist, um die Grundwelle und die Harmonische zweiter Ordnung mittels Summenfrequenz-Erzeugung in eine Harmonische dritter Ordnung umzuwandeln; und – einen Reflektor zum Reflektieren der Harmonischen zweiter Ordnung, die von der ersten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird, und der nach der ersten Umwandlung der Wellenlänge übriggebliebenen Grundwelle, um die Harmonische zweiter Ordnung und die Grundwelle der zweiten Umwandlung der Wellenlänge zuzuführen.
  6. Wellenlängen-Umwandlungselement nach Anspruch 5, wobei der nichtlineare optische Kristall ferner eine dritte Phasenanpassungs-Bedingung erfüllt, die für eine dritte Umwandlung der Wellenlänge erforderlich ist, um die Harmonische dritter Ordnung in eine Harmonische einer höheren Ordnung als die dritte Ordnung umzuwandeln, und wobei das Wellenlängen-Umwandlungselement ferner einen zusätzlichen Reflektor aufweist, und zwar zum Reflektieren der Harmonischen dritter Ordnung, die von der zweiten Umwandlung der Wellenlänge erzeugt wird, um die Harmonische dritter Ordnung der dritten Umwandlung der Wellenlänge zuzuführen.
  7. Wellenlängen-Umwandlungselement nach Anspruch 5 oder 6, wobei der nichtlineare optische Kristall ein Lithiumtriborat-Kristall ist.
  8. Wellenlängen-Umwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Reflektor mit mindestens zwei Reflexionsflächen aufgebaut ist, die verschiedene Kristallorientierungen aufweisen.
  9. Wellenlängen-Umwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Reflektor mit einer Polarisations-Einstelleinheit zum Einstellen der Polarisationsrichtung des reflektierten Lichts versehen ist.
  10. Wellenlängen-Umwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei auf einer Austrittsfläche, durch welche das Licht, dessen Wellenlänge umgewandelt worden ist, von dem nichtlinearen optischen Kristall emittiert wird, das Licht, dessen Wellenlänge umgewandelt worden ist, mit P-Polarisation unter einem Einfallswinkel des Lichts in Bezug auf die Austrittsfläche einfällt, der ein Brewster-Winkel ist.
  11. Wellenlängen-Umwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die erste Umwandlung der Wellenlänge eine Phasenanpassungsbedingung vom Typ II erfüllt.
  12. Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung, die folgendes aufweist: – eine Laserquelle, die Laserlicht emittiert; und – Wellenlängen-Umwandlungselemente nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Durchführen von Wellenlängen-Umwandlung des Laserlichts.
  13. Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung nach Anspruch 12, wobei die Laserquelle einen optischen Resonator und ein in dem optischen Resonator befindliches Lasermedium aufweist, und wobei das Wellenlängen-Umwandlungselement in dem optischen Resonator angeordnet ist, und wobei die optische Achse des optischen Resonators zumindest mit der Phasenanpassungs-Ausrichtung der ersten Umwandlung der Wellenlänge in Übereinstimmung gebracht ist.
  14. Laservorrichtung zur Wellenlängen-Umwandlung nach Anspruch 13, wobei die erste Umwandlung der Wellenlänge eine Phasenanpassungsbedingung vom Typ I erfüllt, und wobei eine Polarisations-Einstelleinheit zum Einstellen der Polarisationsrichtung des Laserlichts, das in das Wellenlängen-Umwandlungselement einfällt, in dem optischen Resonator angeordnet ist.
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