JPH09152639A - 光高調波発生方法および装置 - Google Patents
光高調波発生方法および装置Info
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- JPH09152639A JPH09152639A JP31236495A JP31236495A JPH09152639A JP H09152639 A JPH09152639 A JP H09152639A JP 31236495 A JP31236495 A JP 31236495A JP 31236495 A JP31236495 A JP 31236495A JP H09152639 A JPH09152639 A JP H09152639A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶破壊、結晶劣化を防止しながら、高効率
で高平均化出力を取り出すことができる光高調波発生方
法および装置を提供すること。 【解決手段】 レーザ装置1が放出する波長λのレーザ
光を、ハーフミラー5により第1のレーザ光と第2のレ
ーザ光に分岐し、非線形光学結晶2a,2bに入射し波
長λ/2の高調波光を発生させる。非線形光学結晶2
a,2bの出力光をプリズム3a,3bにより分光して
波長λ/2の高調波光を取り出し、一方の高調波光の偏
光方位を1/2波長板7により90°回転させ、プリズ
ム3a、1/2波長板7の出力光を偏光ビームスプリッ
タ8に入射して、偏光方位が互いに直交する高調波光を
重ね合わせる。また、1/2波長板7を使用する代わり
に、ハーフミラー5に代えて偏光ビームスプリッタを用
い、第1および第2のレーザ光の偏光方位を互いに異な
らせてもよい。
で高平均化出力を取り出すことができる光高調波発生方
法および装置を提供すること。 【解決手段】 レーザ装置1が放出する波長λのレーザ
光を、ハーフミラー5により第1のレーザ光と第2のレ
ーザ光に分岐し、非線形光学結晶2a,2bに入射し波
長λ/2の高調波光を発生させる。非線形光学結晶2
a,2bの出力光をプリズム3a,3bにより分光して
波長λ/2の高調波光を取り出し、一方の高調波光の偏
光方位を1/2波長板7により90°回転させ、プリズ
ム3a、1/2波長板7の出力光を偏光ビームスプリッ
タ8に入射して、偏光方位が互いに直交する高調波光を
重ね合わせる。また、1/2波長板7を使用する代わり
に、ハーフミラー5に代えて偏光ビームスプリッタを用
い、第1および第2のレーザ光の偏光方位を互いに異な
らせてもよい。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】パルスレーザが出力するレー
ザ光を波長変換して第2高調波、第4高調波、第5高調
波等を得る光高調波発生装置は、半導体装置製造におけ
る光源装置、あるいは光造形装置の光源等として、広い
適用範囲が予想されその実用化が期待されている。本発
明は、上記した光高調波発生装置および方法に関し、特
に、本発明は結晶破壊、結晶劣化を防止しながら高平均
出力を得ることができる光高調波発生装置および方法に
関するものである。
ザ光を波長変換して第2高調波、第4高調波、第5高調
波等を得る光高調波発生装置は、半導体装置製造におけ
る光源装置、あるいは光造形装置の光源等として、広い
適用範囲が予想されその実用化が期待されている。本発
明は、上記した光高調波発生装置および方法に関し、特
に、本発明は結晶破壊、結晶劣化を防止しながら高平均
出力を得ることができる光高調波発生装置および方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】3次元物体モデルを形成する装置とし
て、光造形装置が知られている。光造形装置は、3次元
モデルの数値モデル(CADデータあるいは3次元計測
データ)を高さ方向に等間隔に水平面でスライスした図
形データ群に基づき3次元モデルを形成するものであ
り、上記スライス図形データに沿って光ビームを光硬化
性樹脂に照射し、スライス図形データ毎に薄板状固化層
を形成する工程を繰り返し、形成された薄板状固化層を
積層して任意の3次元モデルを形成するものである。上
記光造形装置の光源としては、高い繰り返し周波数で高
平均出力を発生する光源が必要とされ、その光源とし
て、非線形光学結晶による高調波発生技術を適用した紫
外線レーザ装置が検討されている。
て、光造形装置が知られている。光造形装置は、3次元
モデルの数値モデル(CADデータあるいは3次元計測
データ)を高さ方向に等間隔に水平面でスライスした図
形データ群に基づき3次元モデルを形成するものであ
り、上記スライス図形データに沿って光ビームを光硬化
性樹脂に照射し、スライス図形データ毎に薄板状固化層
を形成する工程を繰り返し、形成された薄板状固化層を
積層して任意の3次元モデルを形成するものである。上
記光造形装置の光源としては、高い繰り返し周波数で高
平均出力を発生する光源が必要とされ、その光源とし
て、非線形光学結晶による高調波発生技術を適用した紫
外線レーザ装置が検討されている。
【0003】一方、半導体装置製造におけるリソグラフ
ィ装置の光源として、従来、エキシマレーザ装置が有力
視されていたが、エキシマレーザ装置は原料ガスとして
極めて反応性の高いハロゲンガスを使用するため、保守
性、ハンドリング等に問題があり、また、原料ガスの交
換頻度が高くランニング・コスト上の問題があった。こ
のため、近年においては、上記した非線形光学結晶を用
いて高調波を発生させる紫外線レーザ装置が注目される
ようになってきている。
ィ装置の光源として、従来、エキシマレーザ装置が有力
視されていたが、エキシマレーザ装置は原料ガスとして
極めて反応性の高いハロゲンガスを使用するため、保守
性、ハンドリング等に問題があり、また、原料ガスの交
換頻度が高くランニング・コスト上の問題があった。こ
のため、近年においては、上記した非線形光学結晶を用
いて高調波を発生させる紫外線レーザ装置が注目される
ようになってきている。
【0004】図6は上記した非線形光学結晶を用いて高
調波を発生させる高調波発生装置の従来例を示す図であ
る。同図において、11は、例えば、Nd:YAGレー
ザ等から構成される波長λのレーザ光をパルス発振する
レーザ装置、12は非線形光学結晶であり、非線形光学
結晶12に波長λの光(基本波)が入射すると、非線形
光学結晶12は基本波λとその第2高調波である波長λ
/2の光を発生する。13はプリズムであり、プリズム
13は波長λの光と波長λ/2の光を分光し、同図に示
すように波長λの光と波長λ/2の光を出射する。この
波長λの光と波長λ/2の光のうち、波長λの光を遮蔽
板14により遮蔽することにより、波長λ/2の光だけ
を外部に取り出すことができる。すなわち、上記非線形
光学結晶12により、レーザ装置11が発振する波長λ
の光を波長λ/2の光に変換することができる。
調波を発生させる高調波発生装置の従来例を示す図であ
る。同図において、11は、例えば、Nd:YAGレー
ザ等から構成される波長λのレーザ光をパルス発振する
レーザ装置、12は非線形光学結晶であり、非線形光学
結晶12に波長λの光(基本波)が入射すると、非線形
光学結晶12は基本波λとその第2高調波である波長λ
/2の光を発生する。13はプリズムであり、プリズム
13は波長λの光と波長λ/2の光を分光し、同図に示
すように波長λの光と波長λ/2の光を出射する。この
波長λの光と波長λ/2の光のうち、波長λの光を遮蔽
板14により遮蔽することにより、波長λ/2の光だけ
を外部に取り出すことができる。すなわち、上記非線形
光学結晶12により、レーザ装置11が発振する波長λ
の光を波長λ/2の光に変換することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】パルス発振するレーザ
の1ショットのエネルギーをE(J/pulse)、1sec の
間のショット数をN(pps:pulse per sec)としたとき、
その平均出力(W)は次式で表される。 W=E×N なお、上記Nの代わりに、1ショットの繰り返し周波数
をf(Hz)を用いて次の式で表すこともできる。 W=E×f すなわち、パルス発振するレーザ装置から高平均出力を
取り出すためには、1ショットのエネルギーを大きくす
るとともに、繰り返し周波数を高くしなければならな
い。すなわち、図6に示した光高調波発生装置におい
て、高平均出力を得るためには、高い繰り返し周波数で
高変換効率を確保する必要がある。
の1ショットのエネルギーをE(J/pulse)、1sec の
間のショット数をN(pps:pulse per sec)としたとき、
その平均出力(W)は次式で表される。 W=E×N なお、上記Nの代わりに、1ショットの繰り返し周波数
をf(Hz)を用いて次の式で表すこともできる。 W=E×f すなわち、パルス発振するレーザ装置から高平均出力を
取り出すためには、1ショットのエネルギーを大きくす
るとともに、繰り返し周波数を高くしなければならな
い。すなわち、図6に示した光高調波発生装置におい
て、高平均出力を得るためには、高い繰り返し周波数で
高変換効率を確保する必要がある。
【0006】また、前記した光造形装置等においては、
光を走査して光硬化性樹脂に照射するため、繰り返し周
波数が低いと、走査速度が遅くなり処理時間が増大す
る。上記のようなパルスレーザの波長変換において、高
変換効率を阻害する要因としては、非線形光学結晶の入
力波(基本波入力)や結晶内部で発生する第2高調波に
よる加熱がもたらす位相ずれ(dephasing)、すなわち位
相不整合(phase mismatch)量の増大が知られている。
光を走査して光硬化性樹脂に照射するため、繰り返し周
波数が低いと、走査速度が遅くなり処理時間が増大す
る。上記のようなパルスレーザの波長変換において、高
変換効率を阻害する要因としては、非線形光学結晶の入
力波(基本波入力)や結晶内部で発生する第2高調波に
よる加熱がもたらす位相ずれ(dephasing)、すなわち位
相不整合(phase mismatch)量の増大が知られている。
【0007】図7は上記した非線形光学結晶内で生ずる
位相ずれの様子を示す図であり、同図に示すように、非
線形光学結晶内のZ1で生じた高調波と、Z2で生じた
高調波の位相が異なると干渉が生じ、この位相ずれ量が
増大すると相互に打ち消し合い高調波出力が低下し、変
換効率が低下する。
位相ずれの様子を示す図であり、同図に示すように、非
線形光学結晶内のZ1で生じた高調波と、Z2で生じた
高調波の位相が異なると干渉が生じ、この位相ずれ量が
増大すると相互に打ち消し合い高調波出力が低下し、変
換効率が低下する。
【0008】図8は非線形光学結晶に光を入射したとき
の結晶内の温度分布を示す図であり、同図に示すよう
に、入力波の入射面から光軸方向に進むにしたがって結
晶内の温度は上昇し、この温度分布の不均一性が上記位
相ずれの要因となる。また、上記温度上昇は、入力波の
平均出力が大きいと増大し、さらに、同じ1ショットの
エネルギーでも、その繰り返し周波数が大きくなると
(すなわち平均出力が大きくなると)増大する。
の結晶内の温度分布を示す図であり、同図に示すよう
に、入力波の入射面から光軸方向に進むにしたがって結
晶内の温度は上昇し、この温度分布の不均一性が上記位
相ずれの要因となる。また、上記温度上昇は、入力波の
平均出力が大きいと増大し、さらに、同じ1ショットの
エネルギーでも、その繰り返し周波数が大きくなると
(すなわち平均出力が大きくなると)増大する。
【0009】図9は、非線形光学結晶から取り出される
1ショットのエネルギーと変換効率を示す図であり、同
図は、波長532nmの入力波(基本波入力)の1ショ
ットのエネルギーと、取り出される波長266nmの出
力波の1ショットのエネルギーとの関係、および、その
変換効率を示しており、同図の実線は繰り返し周波数が
10Hzの場合、点線は繰り返し周波数が100Hzの
場合を示している。同図から明らかなように、同一結晶
でも、平均出力を高めるため繰り返し周波数を高めると
繰り返し周波数が低い場合に較べて、基本波入力の1シ
ョットのエネルギーが大きい領域で変換効率が極端に低
下する。これは、上記のように、非線形光学結晶中での
基本波および第2高調波の吸収にともなう発熱に起因す
る位相ずれ(dephasing)の影響である。
1ショットのエネルギーと変換効率を示す図であり、同
図は、波長532nmの入力波(基本波入力)の1ショ
ットのエネルギーと、取り出される波長266nmの出
力波の1ショットのエネルギーとの関係、および、その
変換効率を示しており、同図の実線は繰り返し周波数が
10Hzの場合、点線は繰り返し周波数が100Hzの
場合を示している。同図から明らかなように、同一結晶
でも、平均出力を高めるため繰り返し周波数を高めると
繰り返し周波数が低い場合に較べて、基本波入力の1シ
ョットのエネルギーが大きい領域で変換効率が極端に低
下する。これは、上記のように、非線形光学結晶中での
基本波および第2高調波の吸収にともなう発熱に起因す
る位相ずれ(dephasing)の影響である。
【0010】一方、基本波を非線形光学結晶に入力して
も、得られる第2高調波の平均出力にはある程度の限界
がある。これは、非線形光学結晶への入射光のエネルギ
ー密度(J/cm2 )がある閾値を超えると非線形結晶が
損傷するためである。また、たとえ、入射光のエネルギ
ー密度が上記した結晶の損傷閾値以下であったとして
も、損傷閾値に近い場合には結晶劣化が早く進み、長時
間動作が困難となる。本発明は上記した問題を考慮して
なされたものであって、本発明の目的は、結晶内での発
熱による位相ずれ(dephasing)に起因する変換効率の低
下を防止し、かつ、結晶破壊、結晶劣化を防止すること
により、高効率で高平均化出力を取り出すことができる
光高調波発生方法および装置を提供することである。
も、得られる第2高調波の平均出力にはある程度の限界
がある。これは、非線形光学結晶への入射光のエネルギ
ー密度(J/cm2 )がある閾値を超えると非線形結晶が
損傷するためである。また、たとえ、入射光のエネルギ
ー密度が上記した結晶の損傷閾値以下であったとして
も、損傷閾値に近い場合には結晶劣化が早く進み、長時
間動作が困難となる。本発明は上記した問題を考慮して
なされたものであって、本発明の目的は、結晶内での発
熱による位相ずれ(dephasing)に起因する変換効率の低
下を防止し、かつ、結晶破壊、結晶劣化を防止すること
により、高効率で高平均化出力を取り出すことができる
光高調波発生方法および装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項1〜4の発明においては、レーザ装
置が放出するレーザ光を2分割し、エネルギーが半減し
たレーザ光の各々を非線形光学結晶等からなる2つの高
調波発生手段に別々に入力して高調波光を発生させる。
そして、偏光方位が互いに異なった2つ高調波光を偏光
ビームスプリッタ等に入力し、両者を重ね合わせ加算す
る。
め、本発明の請求項1〜4の発明においては、レーザ装
置が放出するレーザ光を2分割し、エネルギーが半減し
たレーザ光の各々を非線形光学結晶等からなる2つの高
調波発生手段に別々に入力して高調波光を発生させる。
そして、偏光方位が互いに異なった2つ高調波光を偏光
ビームスプリッタ等に入力し、両者を重ね合わせ加算す
る。
【0012】本発明の請求項1〜4の発明においては、
上記のように、レーザ光を第1のレーザ光と第2のレー
ザ光に分岐し、第1および第2のレーザ光から第1およ
び第2の高調波光を発生させ、互いに異なった偏光方位
を持つ第1、第2の高調波光を統合するようにしたの
で、非線形光学結晶の変換効率を最大値近傍に設定で
き、かつ、一つの高調波発生手段に入射するレーザ光の
エネルギーレベルを非線形光学結晶の損傷閾値より充分
低い値とすることができ、非線形光学結晶の損傷を防止
することができるとともに、長時間の安定動作が可能と
なり信頼性を向上させることができる。
上記のように、レーザ光を第1のレーザ光と第2のレー
ザ光に分岐し、第1および第2のレーザ光から第1およ
び第2の高調波光を発生させ、互いに異なった偏光方位
を持つ第1、第2の高調波光を統合するようにしたの
で、非線形光学結晶の変換効率を最大値近傍に設定で
き、かつ、一つの高調波発生手段に入射するレーザ光の
エネルギーレベルを非線形光学結晶の損傷閾値より充分
低い値とすることができ、非線形光学結晶の損傷を防止
することができるとともに、長時間の安定動作が可能と
なり信頼性を向上させることができる。
【0013】なお、請求項1,3の発明は、レーザ光を
分岐したのち、一方の高調波光の偏光方位を他方の高調
波光の偏光方位と異なる方位に変換しているので、直線
偏光のレーザ光を出射するレーザ装置を用いる場合に適
しており、また、請求項2,4の発明においては、レー
ザ光を分岐する際、レーザ光を互いに異なった偏光方位
もつ第1と第2のレーザ光に分岐しているので、ランダ
ム偏光もしくは直交偏光のレーザ光を出射するレーザ装
置を用いる場合に適している。
分岐したのち、一方の高調波光の偏光方位を他方の高調
波光の偏光方位と異なる方位に変換しているので、直線
偏光のレーザ光を出射するレーザ装置を用いる場合に適
しており、また、請求項2,4の発明においては、レー
ザ光を分岐する際、レーザ光を互いに異なった偏光方位
もつ第1と第2のレーザ光に分岐しているので、ランダ
ム偏光もしくは直交偏光のレーザ光を出射するレーザ装
置を用いる場合に適している。
【0014】
【発明の実施形態】図1は本発明の第1の実施例を示す
図である。同図において、1は波長532nm(以下、
波長λという)の光をパルス発振するレーザ装置であ
り、レーザ装置1は、例えば、図2に示すように、波長
1064nmの光をパルス発振するNd:YAGレーザ
1aと非線形光学結晶1bから構成することができ、レ
ーザ装置1が出射する波長1064nmの光を非線形光
学結晶1bに入射して、第2高調波(波長532nm)
を得る。非線形光学結晶1bを出た光は不図示のプリズ
ム等で分光され、レーザ装置1からは第2高調波(波長
532mm)のみを取り出すようにしている(波長10
64mmの光は遮蔽板等で遮蔽される)。なお、上記レ
ーザ装置1の出射光は直線偏光であり、その偏光方位
は、例えば同図に示すように紙面に対して上下方向であ
る(同図では太矢印で示されている)。
図である。同図において、1は波長532nm(以下、
波長λという)の光をパルス発振するレーザ装置であ
り、レーザ装置1は、例えば、図2に示すように、波長
1064nmの光をパルス発振するNd:YAGレーザ
1aと非線形光学結晶1bから構成することができ、レ
ーザ装置1が出射する波長1064nmの光を非線形光
学結晶1bに入射して、第2高調波(波長532nm)
を得る。非線形光学結晶1bを出た光は不図示のプリズ
ム等で分光され、レーザ装置1からは第2高調波(波長
532mm)のみを取り出すようにしている(波長10
64mmの光は遮蔽板等で遮蔽される)。なお、上記レ
ーザ装置1の出射光は直線偏光であり、その偏光方位
は、例えば同図に示すように紙面に対して上下方向であ
る(同図では太矢印で示されている)。
【0015】2a,2bは第1、第2の非線形光学結晶
であり、非線形光学結晶2a,2bは偏光方位が同図太
矢印の波長λの光が入射したとき、偏光方位が同図太矢
印方向の波長λの光と、偏光方位が紙面に対して直交方
向(同図では黒点を付けた丸印で示されている)である
波長266nm(以下、波長λ/2という)の光を出射
する。5はハーフミラー、6aは全反射ミラーであり、
レーザ装置1の波長λの出射光は、ハーフミラー5で分
岐され、第1のレーザ光が上記第1の非線形光学結晶2
aに入射し、第2のレーザ光が全反射ミラー6aで反射
して上記第2の非線形光学結晶に入射し、それぞれの非
線形光学結晶2a,2bは同図に示す偏光方位の波長λ
の光と波長λ/2の光を出射する。なお、上記非線形光
学結晶の各々の結晶長は、分岐され半減化したレーザ光
のエネルギーに対して変換効率が最大となるように最適
化されていることが重要な前提条件となる。
であり、非線形光学結晶2a,2bは偏光方位が同図太
矢印の波長λの光が入射したとき、偏光方位が同図太矢
印方向の波長λの光と、偏光方位が紙面に対して直交方
向(同図では黒点を付けた丸印で示されている)である
波長266nm(以下、波長λ/2という)の光を出射
する。5はハーフミラー、6aは全反射ミラーであり、
レーザ装置1の波長λの出射光は、ハーフミラー5で分
岐され、第1のレーザ光が上記第1の非線形光学結晶2
aに入射し、第2のレーザ光が全反射ミラー6aで反射
して上記第2の非線形光学結晶に入射し、それぞれの非
線形光学結晶2a,2bは同図に示す偏光方位の波長λ
の光と波長λ/2の光を出射する。なお、上記非線形光
学結晶の各々の結晶長は、分岐され半減化したレーザ光
のエネルギーに対して変換効率が最大となるように最適
化されていることが重要な前提条件となる。
【0016】第1,第2の非線形光学結晶2a,2bか
ら出射する光は第1、第2のプリズム3a,3bに入射
し、プリズム3a,3bは波長λの光と波長λ/2の光
を分光する。プリズム3a,3bが出射する光の内、波
長λの光は遮蔽板4a,4bで遮蔽され、偏光方位が紙
面に対して垂直な波長λ/2の光が取り出され、この波
長λ/2の光は、それぞれ偏光ビームスプリッタ8およ
び全反射ミラー6bに入射する。
ら出射する光は第1、第2のプリズム3a,3bに入射
し、プリズム3a,3bは波長λの光と波長λ/2の光
を分光する。プリズム3a,3bが出射する光の内、波
長λの光は遮蔽板4a,4bで遮蔽され、偏光方位が紙
面に対して垂直な波長λ/2の光が取り出され、この波
長λ/2の光は、それぞれ偏光ビームスプリッタ8およ
び全反射ミラー6bに入射する。
【0017】全反射ミラー6bに入射した光はさらに1
/2波長板7に入射して、その偏光方位が同図に示すよ
うに90°回転され偏光ビームスプリッタ8に入射す
る。上記プリズム3aおよび1/2波長板7から波長λ
/2の光が偏光ビームスプリッタ8に入射すると、偏光
ビームスプリッタ8はそれぞれの光の偏光方位を変えず
2つの光を統合し、その結果、同図に示すように偏光方
位が直交する波長λ/2の光が偏光ビームスプリッタ8
から出射する。
/2波長板7に入射して、その偏光方位が同図に示すよ
うに90°回転され偏光ビームスプリッタ8に入射す
る。上記プリズム3aおよび1/2波長板7から波長λ
/2の光が偏光ビームスプリッタ8に入射すると、偏光
ビームスプリッタ8はそれぞれの光の偏光方位を変えず
2つの光を統合し、その結果、同図に示すように偏光方
位が直交する波長λ/2の光が偏光ビームスプリッタ8
から出射する。
【0018】図3は本実施例の動作を説明する図であ
り、同図は前記図9に示した特性を持つ非線形光学結晶
に本実施例を適用した場合を示しており、同図の横軸は
非線形光学結晶への入射光(波長532nm)の1ショ
ットのエネルギー、縦軸は非線形光学結晶の出射光(波
長266nm)の1ショットのエネルギーおよび変換効
率を示している。レーザ装置1が出射する光の1ショッ
トのエネルギーをE3とし、また、ハーフミラー5によ
り分岐された第1のレーザ光の1ショットのエネルギー
をE1、第2のレーザ光の1ショットのエネルギーをE
2とする(ハーフミラー等におけるロスを考慮しなけれ
ばE3=E1+E2)。上記エネルギーE1,E2の光
が非線形光学結晶2a,2bに入射すると、非線形光学
結晶2a,2bから第2高調波が発生し、そのときに発
生する第2高調波の1ショットのエネルギーは、図3か
らaとbとなる。
り、同図は前記図9に示した特性を持つ非線形光学結晶
に本実施例を適用した場合を示しており、同図の横軸は
非線形光学結晶への入射光(波長532nm)の1ショ
ットのエネルギー、縦軸は非線形光学結晶の出射光(波
長266nm)の1ショットのエネルギーおよび変換効
率を示している。レーザ装置1が出射する光の1ショッ
トのエネルギーをE3とし、また、ハーフミラー5によ
り分岐された第1のレーザ光の1ショットのエネルギー
をE1、第2のレーザ光の1ショットのエネルギーをE
2とする(ハーフミラー等におけるロスを考慮しなけれ
ばE3=E1+E2)。上記エネルギーE1,E2の光
が非線形光学結晶2a,2bに入射すると、非線形光学
結晶2a,2bから第2高調波が発生し、そのときに発
生する第2高調波の1ショットのエネルギーは、図3か
らaとbとなる。
【0019】上記非線形光学結晶2aの出射光はプリズ
ム3aを介して偏光ビームスプリッタ8に入射し、ま
た、非線形光学結晶2bの出射光はプリズム3b,全反
射ミラー6b、1/2波長板7を介して偏光ビームスプ
リッタ8に入射し、両者の光の偏光方位は直交している
ので、偏光スプリッタ8が出射する1ショットの光のエ
ネルギーはa+bとなる。ここで、従来のように、1シ
ョットエネルギーがE3である入射光(基本波)を分割
せず、非線形光学結晶に入射されると、図3より第2高
調波の1ショットエネルギーはcとなる。
ム3aを介して偏光ビームスプリッタ8に入射し、ま
た、非線形光学結晶2bの出射光はプリズム3b,全反
射ミラー6b、1/2波長板7を介して偏光ビームスプ
リッタ8に入射し、両者の光の偏光方位は直交している
ので、偏光スプリッタ8が出射する1ショットの光のエ
ネルギーはa+bとなる。ここで、従来のように、1シ
ョットエネルギーがE3である入射光(基本波)を分割
せず、非線形光学結晶に入射されると、図3より第2高
調波の1ショットエネルギーはcとなる。
【0020】同図から明らかなように、a+b>cであ
り、また、上記のようにE3=E1+E2であるから変
換効率の高効率化が実現できることが分かる。一方、非
線形光学結晶内での温度上昇の影響が小さい場合は、基
本波の1ショットエネルギーに対する第2高調波の1シ
ョットエネルギー、変換効率は図4のようになる。上記
したように、基本波の1ショットエネルギーがある閾値
Ethを超えると、非線形光学結晶は損傷し、基本波の1
ショットエネルギーがEth以下であっても、Ethに近い
場合には結晶劣化が早く進み、長時間動作が困難とな
る。すなわち、第2高調波の1ショットエネルギーを図
4に示すfに近い値にすることができない。
り、また、上記のようにE3=E1+E2であるから変
換効率の高効率化が実現できることが分かる。一方、非
線形光学結晶内での温度上昇の影響が小さい場合は、基
本波の1ショットエネルギーに対する第2高調波の1シ
ョットエネルギー、変換効率は図4のようになる。上記
したように、基本波の1ショットエネルギーがある閾値
Ethを超えると、非線形光学結晶は損傷し、基本波の1
ショットエネルギーがEth以下であっても、Ethに近い
場合には結晶劣化が早く進み、長時間動作が困難とな
る。すなわち、第2高調波の1ショットエネルギーを図
4に示すfに近い値にすることができない。
【0021】しかしながら、本発明においては、同図か
ら明らかなように、f≒d+eであり、また、E4≦E
th、E5<<Ethであるから、結晶を損傷させることな
く、fに近い値の第2高調波の1ショットエネルギーを
得ることができることが分かる。しかも、E4≦Eth、
E5<<Ethであるので、結晶劣化を起こすことなく長
時間稼働が可能となる。
ら明らかなように、f≒d+eであり、また、E4≦E
th、E5<<Ethであるから、結晶を損傷させることな
く、fに近い値の第2高調波の1ショットエネルギーを
得ることができることが分かる。しかも、E4≦Eth、
E5<<Ethであるので、結晶劣化を起こすことなく長
時間稼働が可能となる。
【0022】図5は本発明の第2の実施例を示す図であ
り、本実施例は、ランダム偏光もしくは直交偏光の光を
出射するレーザ装置に適用するに好適な実施例を示して
いる。同図において、前記図1に示したものと同一のも
のには同一の符号が付されており、本実施例において
は、図1のハーフミラー5に変えて偏光ビームスプリッ
タ9を用い、レーザ装置1が出射するランダム偏光もし
くは直交偏光の光を偏光方位が互いに直交する第1、第
2の光に分岐するとともに、図1における1/2波長板
7を除去したものである。
り、本実施例は、ランダム偏光もしくは直交偏光の光を
出射するレーザ装置に適用するに好適な実施例を示して
いる。同図において、前記図1に示したものと同一のも
のには同一の符号が付されており、本実施例において
は、図1のハーフミラー5に変えて偏光ビームスプリッ
タ9を用い、レーザ装置1が出射するランダム偏光もし
くは直交偏光の光を偏光方位が互いに直交する第1、第
2の光に分岐するとともに、図1における1/2波長板
7を除去したものである。
【0023】上記偏光ビームスプリッタ9により分岐さ
れた第1のレーザ光は、前記した第1の実施例と同様、
非線形光学結晶2aに入射して波長λ/2の光が発生
し、プリズム3aを介して偏光ビームスプリッタ8に入
射する。また、偏光ビームスプリッタ9により分岐され
た第2のレーザ光は、前記した第1の実施例と同様、非
線形光学結晶2bに入射して波長λ/2の光が発生し、
プリズム3b、全反射ミラー7を介して偏光ビームスプ
リッタ8に入射する。
れた第1のレーザ光は、前記した第1の実施例と同様、
非線形光学結晶2aに入射して波長λ/2の光が発生
し、プリズム3aを介して偏光ビームスプリッタ8に入
射する。また、偏光ビームスプリッタ9により分岐され
た第2のレーザ光は、前記した第1の実施例と同様、非
線形光学結晶2bに入射して波長λ/2の光が発生し、
プリズム3b、全反射ミラー7を介して偏光ビームスプ
リッタ8に入射する。
【0024】本実施例においては、偏光ビームスプリッ
タ9を用いて光を分岐しているので、第1の光と第2の
光により生じた上記波長λ/2の光の偏光方位は、同図
に示すように、互いに直交している。このため、第1の
実施例のように1/2波長板7を使用することなく、互
いに直交した波長λ/2の光を得ることができる。偏光
ビームスプリッタ8に互いに直交する2つの波長λ/2
の光が入射すると、偏光ビームスプリッタ8は、第1の
実施例と同様、2つの光を統合し、偏光方位が直交する
波長λ/2の光が偏光ビームスプリッタ8から出射す
る。
タ9を用いて光を分岐しているので、第1の光と第2の
光により生じた上記波長λ/2の光の偏光方位は、同図
に示すように、互いに直交している。このため、第1の
実施例のように1/2波長板7を使用することなく、互
いに直交した波長λ/2の光を得ることができる。偏光
ビームスプリッタ8に互いに直交する2つの波長λ/2
の光が入射すると、偏光ビームスプリッタ8は、第1の
実施例と同様、2つの光を統合し、偏光方位が直交する
波長λ/2の光が偏光ビームスプリッタ8から出射す
る。
【0025】本実施例においても、レーザ装置1が出射
する光を分岐して、第1、第2の非線形光学結晶に入射
して波長λ/2の光を得て、これを偏光ビームスプリッ
タ8で統合しているので、前記図3で説明したのと同
様、結晶に損傷させることなく、高い変換効率で高出力
を得ることができ、また、結晶劣化を起こすことなく長
時間稼働が可能となる。
する光を分岐して、第1、第2の非線形光学結晶に入射
して波長λ/2の光を得て、これを偏光ビームスプリッ
タ8で統合しているので、前記図3で説明したのと同
様、結晶に損傷させることなく、高い変換効率で高出力
を得ることができ、また、結晶劣化を起こすことなく長
時間稼働が可能となる。
【0026】なお、上記第1、第2の実施例ではレーザ
光を2つに分岐した各光路中に非線形光学結晶を各1設
けて第2高調波を発生させる場合を示したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、例えば、上記各
光路中に複数の非線形光学結晶を設けて第4高調波、第
5高調波等を発生させる等、種々の変形をすることがで
きる。
光を2つに分岐した各光路中に非線形光学結晶を各1設
けて第2高調波を発生させる場合を示したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、例えば、上記各
光路中に複数の非線形光学結晶を設けて第4高調波、第
5高調波等を発生させる等、種々の変形をすることがで
きる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、レーザ光を第1のレーザ光と第2のレーザ光に分岐
し、第1および第2のレーザ光から第1および第2の高
調波光を発生させ、互いに異なった偏光方位を持つ第
1、第2の高調波光を統合するようにしたので、一つの
高調波発生手段に入射するレーザ光のエネルギーレベル
を従来の技術に比べてほぼ半減させることができるの
で、非線形光学結晶内の温度上昇による位相ずれ(depha
sing) を軽減し、高変換効率を得ることができる。ま
た、該エネルギーレベルを非線形光学結晶の損傷閾値よ
り充分低い値とすることができ、非線形光学結晶の損
傷、劣化を防止しながら高平均出力を得ることができ
る。このため、高出力で長時間の安定動作が可能とな
り、また、信頼性を向上させることができる。
は、レーザ光を第1のレーザ光と第2のレーザ光に分岐
し、第1および第2のレーザ光から第1および第2の高
調波光を発生させ、互いに異なった偏光方位を持つ第
1、第2の高調波光を統合するようにしたので、一つの
高調波発生手段に入射するレーザ光のエネルギーレベル
を従来の技術に比べてほぼ半減させることができるの
で、非線形光学結晶内の温度上昇による位相ずれ(depha
sing) を軽減し、高変換効率を得ることができる。ま
た、該エネルギーレベルを非線形光学結晶の損傷閾値よ
り充分低い値とすることができ、非線形光学結晶の損
傷、劣化を防止しながら高平均出力を得ることができ
る。このため、高出力で長時間の安定動作が可能とな
り、また、信頼性を向上させることができる。
【図1】本発明の第1の実施例を示す図である。
【図2】波長532nmの光を放出するレーザ装置の一
例を示す図である。
例を示す図である。
【図3】本発明の第1の実施例の動作を説明する図であ
る。
る。
【図4】本発明の第1の実施例の動作を説明する図であ
る。
る。
【図5】本発明の第2の実施例を示す図である。
【図6】高調波発生装置の従来例を示す図である。
【図7】非線形光学結晶内で生ずる位相ずれの様子を示
す図である。
す図である。
【図8】非線形光学結晶に光を入射したときの結晶内の
温度分布を示す図である。
温度分布を示す図である。
【図9】非線形光学結晶から取り出されるエネルギーと
変換効率を示す図である。
変換効率を示す図である。
1 レーザ装置 1a Nd:YAGレーザ 1b 非線形光学結晶 2a,2b 非線形光学結晶 3a,3b プリズム 4a,4b 遮蔽板 5 ハーフミラー 6a,6b 全反射ミラー 7 1/2波長板 8,9 偏光ビームスプリッタ
Claims (4)
- 【請求項1】 レーザ光を第1のレーザ光と第2のレー
ザ光に分岐し、 第1のレーザ光から第1の高調波を発生させ、 第2のレーザ光から第2の高調波を発生させ、 上記第2の高調波光の偏光方位を上記第1の高調波光の
偏光方位と異なる方位に変換したのち、上記第1の高調
波光と上記偏光方位を変換した第2の高調波光を統合す
ることを特徴とする光高調波発生方法。 - 【請求項2】 レーザ光を互いに異なる偏光方位を持つ
第1のレーザ光と第2のレーザ光に分岐し、 第1のレーザ光から第1の高調波を発生させ、 第2のレーザ光から第2の高調波を発生させ、 上記第1の高調波光と第2の高調波光を統合することを
特徴とする光高調波発生方法。 - 【請求項3】 レーザ光を放出するレーザ装置と上記レ
ーザ装置が放出するレーザ光を第1のレーザ光と第2の
レーザ光とに分岐する分岐手段と、 第1のレーザ光から第1の高調波光を発生させる第1の
高調波発生手段と、 第2のレーザ光から第2の高調波光を発生させる第2の
高調波発生手段と、 上記第2の高調波光の偏光方位を上記第1の高調波光の
偏光方位とは異なる方位に変換する偏光方位変換手段
と、 上記第1の高調波光と上記偏光方位を変換した第2の高
調波光を統合する光統合手段とを備えたことを特徴とす
る光高調波発生装置。 - 【請求項4】 レーザ光を放出するレーザ装置と上記レ
ーザ装置が放出するレーザ光を、互いに異なる偏光方位
を持つ第1のレーザ光と第2のレーザ光とに分岐する分
岐手段と、 第1のレーザ光から第1の高調波光を発生させる第1の
高調波発生手段と、 第2のレーザ光から第2の高調波光を発生させる第2の
高調波発生手段と、 上記第1の高調波光と第2の高調波光を統合する光統合
手段とを備えたことを特徴とする光高調波発生装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31236495A JPH09152639A (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 光高調波発生方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31236495A JPH09152639A (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 光高調波発生方法および装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09152639A true JPH09152639A (ja) | 1997-06-10 |
Family
ID=18028373
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31236495A Pending JPH09152639A (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 光高調波発生方法および装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09152639A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003046173A (ja) * | 2001-07-30 | 2003-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レーザ装置、波長変換素子、レーザ発振器、波長変換装置およびレーザ加工方法 |
WO2006090721A1 (ja) * | 2005-02-25 | 2006-08-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 波長変換光学装置、レーザ光源、及び画像表示光学装置 |
WO2015005987A1 (en) * | 2013-07-11 | 2015-01-15 | Wolak Edmund L | Systems and methods to provide high brightness diode laser outputs |
-
1995
- 1995-11-30 JP JP31236495A patent/JPH09152639A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003046173A (ja) * | 2001-07-30 | 2003-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レーザ装置、波長変換素子、レーザ発振器、波長変換装置およびレーザ加工方法 |
WO2006090721A1 (ja) * | 2005-02-25 | 2006-08-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 波長変換光学装置、レーザ光源、及び画像表示光学装置 |
US7583431B2 (en) | 2005-02-25 | 2009-09-01 | Panasonic Corporation | Wavelength conversion optical device, laser light source, and image display optical device |
JP4862821B2 (ja) * | 2005-02-25 | 2012-01-25 | パナソニック株式会社 | 波長変換光学装置、レーザ光源、及び画像表示光学装置 |
WO2015005987A1 (en) * | 2013-07-11 | 2015-01-15 | Wolak Edmund L | Systems and methods to provide high brightness diode laser outputs |
US9316846B2 (en) | 2013-07-11 | 2016-04-19 | Edmund L. Wolak | Systems and methods to provide high brightness diode laser outputs |
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