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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