JPH1115033A

JPH1115033A - レーザ光高調波発生装置

Info

Publication number: JPH1115033A
Application number: JP9171369A
Authority: JP
Inventors: Masaki Harada; 昌樹原田; Soichi Yamato; 壮一大和
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】非線形光学結晶を用いた波長変換を高効率で実
現することができる、より簡単な構成の光学系を備える
レーザ光高調波発生装置を提供する。【解決手段】同じ波長変換特性を備える非線形光学結晶
２１、２２と各非線形光学結晶２１、２２に対応する集
光用レンズ３１、３２とを組み合わせて、連続配置する
と共に、非線形光学結晶２１と非線形光学結晶２２との
間を満たす空気や集光用レンズの構成材質による分散に
よって生じる、２倍波と４倍波の位相差が３６０°の整
数倍となるように補正するために、非線形光学結晶２
１、２２間の距離や集光用レンズ３２の傾きを調整した
り、適切な厚さを備える集光用レンズ３２を選択して使
用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光高調波発
生装置に係わり、特に、非線形光学結晶を利用してレー
ザ光の高調波を発生させる波長変換光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】非線形光学結晶を利用してレーザ光の高
調波を発生させる波長変換光学系において、その変換効
率は、入射レーザ光の光パワー密度に比例する。従来の
技術として、入射レーザ光パワー密度を向上させるため
に、レンズによりレーザ光を集光してそのビームウエス
トの位置に非線形光学結晶を単数または複数配置した
「レンズ方式」や、レーザ外部に共振器をおき、その内
部に非線形光学結晶をおく「外部共振器方式」がある。
なお、レーザ共振器内部の増幅された循環光パワーを利
用する「内部共振器方式」もあるが、ここではレーザ外
に波長変換装置をおく場合を考えるので除外する。

【０００３】図２に示す様に、「レンズ方式」では、入
射レーザ光１１をレンズ３１により集光してそのビーム
ウエストの位置に非線形光学結晶２１を配置することに
より、入射光パワー密度を向上させて高調波への変換効
率を向上させる。非線形光学結晶１個で変換効率が十分
でない場合には、通常レンズの焦点距離を小さくするこ
とで結晶中のビームサイズを小さくし、パワー密度を増
加させる方法や、非線形光学結晶を長くする方法が採ら
れた。出射レーザ光１２には、非線形光学結晶２１で発
生した高調波と変換されずに残ってしまった基本波成分
が混在している。また、入射レーザ光１１として、複数
の波長のレーザ光を利用して和周波発生や差周波発生す
ることもある。

【０００４】図３に示す様に、「外部共振器方式」で
は、入射レーザ光１１を互いに対面するミラー４１、４
２からなる共振器に入射する。ミラー４１の端面にはレ
ーザ光１１に対して部分透過、その高調波に対して完全
に反射するコーティングが施されている。ミラー４２の
端面にはレーザ光１１に対して完全な反射、その高調波
に対して部分透過コーティングが施されている。この共
振器を入射レーザ光１１の波長に同調させるために図不
示のサーボ制御装置を用いる必要がある。この共振器の
内部では、レーザ光はそのパワーが増大する。この共振
器内部に非線形光学結晶２１を配置することにより、変
換効率を向上させる。共振器内部レーザ光１４には、非
線形光学結晶２１で発生した高調波と変換されずに残っ
てしまった基本波が混在している。また、レーザ出力光
１２には高調波のみが存在する。また、入射レーザ光１
１として、複数の波長のレーザ光を利用して和周波発生
や差周波発生することもある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の「レンズ方式」
では、レーザ光パワーが小さいため非線形光学結晶１個
で変換効率が不十分な場合、非線形光学結晶を長くする
する必要がある。ただし、その場合にも、レンズの集光
によりビームサイズが小さい範囲（レーリー長と呼ばれ
る）よりも結晶を長くしても意味がない。また、ビーム
を強くしぼってパワー密度を上げることも行われるが、
強くしぼることは、レーザ光の収束された部分の長さが
短くなることを意味し、変換効率の向上も十分でない。
また、強くしぼることで、非線形光学結晶が損傷を受け
ることもある。

【０００６】「外部共振器方式」では、入射レーザ光と
共振器の共鳴波長を一致させる必要があり、その制御系
が複雑となりコストも高くなる。また、レーザ光がパル
ス光であったり、縦モードが複数ある場合や、スペクト
ル幅が広い場合には、共振器をレーザ波長に同調させる
ことができないという困難がある。

【０００７】本発明の目的は、上述した問題点を鑑み、
非線形光学結晶を用いた波長変換を高効率で実現するこ
とができる、より簡単な構成の光学系を備える、レーザ
光高調波発生装置を提供することにある。

【０００８】また、本発明の他の目的は、上記光学系に
おける基本波と高調波との位相関係を補正し、光高調波
の発生量を最大化することができるレーザ光高調波発生
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の高調波発生装置は、同じ波長変換特性を備
える複数の非線形光学結晶と各非線形光学結晶に対応す
る集光用光学素子とを組み合わせて連続配置して構成さ
れた光学系を備えるものである。

【００１０】また、上記他の目的を達成するために、上
記光学系は、非線形光学結晶間を満たす空気等の媒体や
レンズ等の集光用光学素子の構成材質による分散によっ
て生じる、基本波や高調波等の複数の異なる波長を備え
るレーザ光間での位相差が、例えば以下の条件のような
予め定めた相対関係を満足するように補正するための位
相補正手段を備える。

【００１１】ｍ＝（Ｌ_m／ｌ_m）＋（Ｌ_d／ｌ_d）・・・数１ここで、ｍ：整数Ｌ_m：２つの非線形光学結晶間で媒体が占める部分の光
路上の距離Ｌ_d：２つの非線形光学結晶間に配置された光学素子が
占める光路上の距離ｌ_m：媒体中において基本波、高調波の位相が３６０°
ずれる距離ｌ_d：光学素子において基本波、高調波の位相が３６０
°ずれる距離なお、２つの非線形光学結晶の結晶方位方向が反対とな
るように配置する場合も含めると、上記数１のｌ_m、ｌ_d
として、基本波、高調波の位相が１８０°ずれる距離を
使用する。また、基本波とその高調波の２つのレーザ光
に限らず、他の目的とする複数のレーザ光の位相差を調
整する構成としてもよい。

【００１２】上記位相補正手段としては、例えば、上記
光学系において、非線形光学結晶間の間隔あるいは光学
素子の傾きが調整可能な機構を設けたり、使用する光学
素子の厚みを上記条件によって適切に選択したり、位相
補償板を設けることにより実現される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
レーザ光高調波発生装置について、図１を参照して説明
する。

【００１４】本実施形態においては、入射レーザ光とし
て、例えば波長５３２ｎｍのレーザ光１１を用いるが、
本発明では入射レーザ光の種類を限定するものではな
く、以下の条件を満足させている限り、レーザ光の波長
やレーザ光源の種類（ＣＷレーザやパルスレーザ）を問
わずに用いることができる。

【００１５】このレーザ光を集光用レンズ３１を用い
て、光軸方向に７ｍｍの厚みを持つ非線形光学結晶ＢＢ
Ｏ（β−ＢａＢ₂Ｏ₄）２１に通すことにより、自身の２
倍の周波数を持つ波長２６６ｎｍの光へと変換する。非
線形光学結晶２１の直下流のレーザ光１２では、波長２
６６ｎｍの光だけではなく、非線形光学結晶２１で変換
されなかった波長５３２ｎｍの光が存在する。波長の変
換効率は、入射レーザ光パワーに比例するため、もしレ
ーザ光１１のパワーが十分でない時には、レーザ光１２
の中での変換されない波長５３２ｎｍの占める割合が多
くなる。

【００１６】このレーザ光１２の中に存在する波長５３
２ｎｍのレーザ光を波長２６６ｎｍのレーザ光へと変換
する目的で、前述の構成の光学系に加えて、さらに、集
光用レンズ３２と光軸方向に７ｍｍの厚みを持つ非線形
光学結晶ＢＢＯ（β−ＢａＢ₂Ｏ₄）２２とを下流に連続
して配置する。

【００１７】なお、さらに変換効率を向上させるため、
非線形光学結晶２２の下流に第３、第４・・・の、集光
レンズおよび前述の非線形光学結晶と同じ波長変換特性
を備える非線形光学結晶からなる組み合わせを複数連続
して追加配置してもよい。

【００１８】ここで、集光用レンズとしては、必要に応
じて、球面レンズ、円筒状レンズあるいはそれらの組み
合わせを用いる。また、レンズ３１には、波長５３２ｎ
ｍに対して無反射のコーティング、レンズ３２には、波
長５３２ｎｍ、２６６ｎｍに対して無反射コーティング
を施す。

【００１９】また、必要に応じて、非線形光学結晶２
１、２２のレーザ光入射面、出射面には、波長５３２ｎ
ｍ、２６６ｎｍに対して無反射コーティングを施す。

【００２０】また、連続配置する場合には、直線上に配
置する必要はなく、図６に示すように、集光用ミラー６
１、６２等を利用して光路を折り曲げながら、非線形光
学結晶２１、２２、２３を連続配置する構成としてもよ
い。

【００２１】本実施形態によれば、より簡単な構成の光
学系により、非線形光学結晶を用いた波長変換を高効率
で実現することができるレーザ光高調波発生装置を提供
することができる。また、本発明を適用した図１に示す
ような光学系は、レーザ光を発生しそのレーザ光を波長
変換する、例えば特開平８―３３４８０３号公報に開示
されている紫外レーザ光源の波長変換光学系として用い
ることもできる。さらに、波長変換したレーザ光を用い
て露光処理を行う露光機の波長変換光学系にも、上記実
施形態と同様に、本発明を適用することができる。

【００２２】以下、上記図１に示す構成を基本構成とす
る、本発明を適用した光学系の他の実施形態を説明す
る。

【００２３】第１の実施形態では、入射光として、波長
５３２ｎｍ（正確には532.07nm）、出発点のビーム半径
２００μｍ、拡がり角０ｒａｄのガウシアンビーム（Ｔ
ＥＭ００）を用いるものとする。その下流６０ｍｍの位
置にレーザ光入射面が来るように焦点距離４０ｍｍの溶
融石英製凸レンズ３１を配置して、さらにその溶融石英
製凸レンズ３１の出射端面より下流３８ｍｍの位置にレ
ーザ光入射面が来るように非線形結晶２１を配置する。
これにより、ビームウエストと非線形光学結晶の中心位
置は、ほぼ一致する配置になる。

【００２４】さらに、その非線形光学結晶２１の出射端
面より下流約７２ｍｍの位置にレーザ光入射面が来るよ
うに、レーザ光１２集光用の溶融石英製凸レンズ３２を
配置し、その凸レンズ３２のレーザ光出射面から下流８
４ｍｍの位置にレーザ光入射面が来るように長さ７ｍｍ
の非線形光学結晶（ＢＢＯ）２２を配置し、これにより
波長５３２ｎｍの第２高調波２６６ｎｍ（正確には266.
035nm）を発生させる。

【００２５】以上の構成により、非線形光学結晶２２の
中心位置とレーザ光１２のビームウエスト位置とが一致
する。非線形光学結晶２２によって変換されたレーザ光
は、出射ビーム１３となって伝搬する。現実の実験結果
として、ほとんど多くの場合で１組のレンズ３１と結晶
２１とを用いたものより、大きなパワーの２６６ｎｍ光
を得ることができた。もちろん、以下の実施形態で述べ
られるような手段によって位相差の調整も可能である
が、実験事実として多くの場合で出力光のパワーが向上
することが確認されている。

【００２６】次に、本発明による光学系の第２の実施形
態について説明する。

【００２７】非線形結晶２２での波長２６６ｎｍの変換
効率の向上のためには、第２の非線形光学結晶２２の入
射面でレーザ光１２の中の波長５３２ｎｍ、２６６ｎｍ
のレーザ光の位相がそろっていることが必要である。と
ころが、光路上の空気や凸レンズの材質である溶融石英
の分散のため、波長５３２ｎｍのレーザ光と波長２６６
ｎｍのレーザ光の位相がずれてしまう。

【００２８】すなわち、図１に示すように、Ｌ_Air（＝
Ｌ_Air1＋Ｌ_Air2）、Ｌ_Siをそれぞれ空気、レンズの光路
上の距離とし、ｌ_Air、ｌ_Siを２倍波、４倍波の位相が
それぞれ空気、レンズ中で４倍波の光の位相について３
６０°ずれる距離とすると、上記数１から以下の条件を
満足させる必要がある。

【００２９】ｍ＝（Ｌ_Air／ｌ_Air）＋（Ｌ_Si／ｌ_Si）・・・数２ここで、ｌ_Air ＝ λ_4w／（ｎ_4w、Air−ｎ_2w、Air）ｌ_Si ＝ λ_4w／（ｎ_4w、Si−ｎ_2w、Si）具体的には、空気の場合、２６６ｎｍの光の位相が３６
０°ずれる距離をｌ_Air、空気中での波長２６６ｎｍ、
５３２ｎｍでの屈折率をそれぞれｎ_266nm、Air、ｎ
_532nm、Air、真空中の光の波長をλ_266nmとすると下記の
式が成り立つ。

【００３０】（ｎ_266nm、Air−ｎ_532nm、Air）×ｌ_Air＝λ_266nm ・・・数３ここで、ｎ_266nm、Air＝１．０００２９７５２ｎ_532nm、Air＝１．０００２７８１９上記数３によりｌ_Airを求めると約１３．７ｍｍとな
り、波長２６６ｎｍ、５３２ｎｍの光は空気中をこの距
離進むと，同位相に戻る。

【００３１】同様に溶融石英の場合も２６６ｎｍ光の位
相が３６０°ずれる距離をｌ_Si、溶融石英中での波長２
６６ｎｍ、５３２ｎｍの屈折率をそれぞれｎ_266nm、Si、
ｎ_532nm、Si、真空中の光の波長をλ_266nmとすると、下
記の数４が成り立つ。

【００３２】（ｎ_266nm、Si−ｎ_532nm、Si）×ｌ_Si＝λ_266nm ・・・数４ここで、ｎ_266nm、Si＝１．４９９６８ｎ_532nm、Si＝１．４６０７１上記数４によりｌ_Siを求めると約６．８μｍとなり、波
長２６６ｎｍ、５３２ｎｍの光は溶融石英中をこの距離
進むと、同位相に戻る。

【００３３】上記第１の実施形態において、レンズ材料
として溶融石英とし、レンズ３２の厚みを５．３ｍｍと
すると、レンズ３２を透過する際に２６６ｎｍ光と５３
２ｎｍ光の位相差は、２６６ｎｍ（正確には266.035n
m）光に換算して１３２．３°だけ発生する。

【００３４】本実施形態では、上記位相差の補正が行わ
れるように、２つの非線形光学結晶間の間隔を設定する
ものである。なお、２つの非線形光学結晶間の間隔を調
整可能な機構を設け、この機構を利用して位相差の補正
を行う構成としてもよい。

【００３５】具体的には、光路上の空気の厚みにより２
２７．７°の位相差を作り出して全体の位相差を３６０
°にしなければならない。そのような位相差を作り出す
ために必要な空気の厚みは約８．７ｍｍである。また、
空気中では、１３．７ｍｍの整数倍ごとに位相差が３６
０°の割合で振動するので、その分も考慮に入れなけれ
ばならない。

【００３６】上記第１の実施形態の場合、例えば、倍数
として１１をとり、８．７＋１３．７×１１＝１５９．
４ｍｍの空気間隔を設けることによって、第２の非線形
光学結晶２２の位置での波長５３２ｎｍ、２６６ｎｍの
レーザ光の位相がそろう。つまり、もともとビームウエ
ストの位置におかれた非線形光学結晶２１、２２の空気
間隔は１５６ｍｍであったので、非線形光学結晶２２を
下流方向に向かって約３．４ｍｍずらせば良いことにな
る。

【００３７】上記の構成によれば、第２の非線形光学結
晶２２において効率の良い波長変換が行われる。この場
合、例えばビームウエストの位置と非線形光学結晶の中
心配置が一致しないが、この場合のビーム径の変化は小
さいので、ほとんど問題ない。

【００３８】本実施形態によれば、例えば上記第１の実
施形態の光学系における基本波と高調波との位相関係を
補正し、光高調波の発生量を最大化することができるレ
ーザ光高調波発生装置を提供することができる。

【００３９】なお、ここでは第２の非線形光学結晶２２
の結晶方位は、第１の非線形光学結晶２１の結晶方位と
平行であることを仮定しているが、上記構成の代わり
に、第２の非線形光学結晶２２の結晶方位の方向を第１
の非線形光学結晶２１と反対方向になるように配置し、
入射する５３２ｎｍと２６６ｎｍの光の位相差を１８０
°の奇数倍となるように、空気間隔を調整する構成とし
てもよい。

【００４０】また、本実施形態では基本波（５３２ｎ
ｍ）とその２倍波（２６６ｎｍ）とを例に挙げて説明し
たが、本発明ではレーザ光の具体的な波長はこれらに限
定されるものではなく、他の波長のレーザ光について
も、本実施形態と同様に位相差を補正することができ
る。

【００４１】次に、本発明による光学系の第３の実施形
態について説明する。

【００４２】本実施形態では、上記図１に示す基本構成
において、波長５３２ｎｍのレーザ光と波長２６６ｎｍ
のレーザ光の位相のずれを補正するために必要な肉厚を
備えたレンズ３２を使用する。以下に、この補正に必要
なレンズ３２の肉厚の求め方について説明する。

【００４３】上記第１の実施形態において、第１の非線
形光学結晶２１の出口から第２の非線形光学結晶２２の
入口までの空気の厚み（Ｌ_Air）は１５６ｍｍで、この
空気の屈折率分散により、第２の非線形光学結晶２２の
入口で５３２ｎｍ光と２６６ｎｍ光の位相に、１２０．
５°のずれが生ずる。この位相差を補正するために、位
相差を０°にするための溶融石英製凸レンズ３２の厚み
を選択する。

【００４４】厚さ５．３ｍｍの溶融石英では１３２．３
°の位相差が生じる。この位相差を３６０°の整数倍と
なるように溶融石英の厚みを変えて補正するには、例え
ば、３６０°−（１２０．５°＋１３２．３°）＝１０
７．２°の位相差を、凸レンズ３２内で生じさせれば良
い。これは溶融石英にて２．０μｍの厚みに相当する。

【００４５】したがって、上記第１の実施形態におい
て、凸レンズ３２の厚みを２．０μｍ増やすことによっ
て、位相差の補正が可能となる。なお、凸レンズ３２の
厚みを増やした分だけ空気の厚みが減少するが２．０μ
ｍの空気による位相差はほとんど無視出来る。この場合
も、第２の非線形光学結晶２２の結晶方位は、第１の非
線形光学結晶２１の結晶方位と平行であることを仮定し
ている。

【００４６】また、上記構成の代わりに、第２の非線形
光学結晶２２の結晶方位の方向を第１の非線形光学結晶
２１と反対方向になるように配置し、入射する５３２ｎ
ｍと２６６ｎｍの光の位相差を１８０°の奇数倍となる
ような厚さを備えるレンズを選択する構成としてもよ
い。

【００４７】また、予めレンズの厚みを正確に決定する
代わりに、最適値に概略一致している厚みを備えるレン
ズを配置すると共に、当該レンズを光路に対して直交す
る方向に移動させる機構を設けることで、当該レンズ中
のレーザ光が通過する部分の実効的な厚みを変化させる
構成としてもよい。

【００４８】次に、本発明による光学系の第４の実施形
態について説明する。

【００４９】本実施形態では、上記第１の実施形態にお
いてレンズ３２を光路に対して傾斜させることで、波長
変換効率を高めるために必要な波長５３２ｎｍのレーザ
光と波長２６６ｎｍのレーザ光の位相のずれ補正を行う
ものである。

【００５０】上記第１の実施形態においては、空気の厚
み１５６ｍｍで、この部分での位相のずれが１２０．５
°存在する。また溶融石英の厚みが５．３ｍｍであり、
これは１３２．３°の位相差に対応する。従って、上記
第３の実施形態と同様に変換効率を高めるには、３６０
°−（１２０．５°＋１３２．３°）＝１０７．２°の
位相差が必要で、それには溶融石英の光路長を２．０μ
ｍ増やせばよい。

【００５１】本実施形態では、光軸に対して約１．６°
レンズを傾けて配置することにより、溶融石英の光路長
を増やすものである。なお、溶融石英の光路長を増やし
た分だけ空気の厚みが減少するが、空気による位相差は
ほとんど無視出来る。この場合も第２の非線形光学結晶
２２の結晶方位は、第１の非線形光学結晶の結晶方位と
平行であることを仮定している。

【００５２】また、上記構成の代わりに、第２の非線形
光学結晶２２の結晶方位の方向を第１の非線形光学結晶
２１と反対方向になるように配置し、入射する５３２ｎ
ｍと２６６ｎｍの光の位相差を１８０°の奇数倍となる
ように、レンズ３２の傾きを調整する。

【００５３】次に、本発明による光学系の第５の実施形
態を図４を参照して説明する。

【００５４】本実施形態では、位相を補正する手段とし
て、図４に示すような位相補償板４０を配置する。位相
補償板４０は、例えば、光路上に移動可能に配置され
た、２枚の三角プリズム形状の溶融石英板により構成さ
れる。これらの溶融石英板を、光路に対して垂直方向
（図中矢印の方向）移動させることにより、容易に光路
長を変えることが出来る。

【００５５】例えば、レンズ３２の構成材料を溶融石
英、レンズ３２の厚みを５．３ｍｍとすると、レンズ３
２を透過する際に２６６ｎｍと５３２ｎｍの位相差が、
２６６ｎｍ光にして１３２．３°発生する。本実施形態
では、この位相差を補正するために、光路上の位相補償
板４０の厚みを調整して、全体の位相差を３６０°とす
るものである。

【００５６】ここで、位相補償板４０を構成する溶融石
英中では、約６．８μｍの整数倍ごとに位相差が３６０
°の割合で振動するので、その分も考慮に入れなければ
ならない。さらに、溶融石英の光路長を増やした分だけ
空気の厚みが減少するため、これも考慮しなければなら
ない。

【００５７】溶融石英からなる位相補償板４０の厚み
を、倍数を１０００として、６．８×１０００＝６８２
６．６μｍとすると、位相補償板４０による位相差は発
生しないが、空気の厚みが６．８ｍｍだけ減少する。空
気減少分による位相差は−１７８．６°であり、レンズ
３２による位相差が１３２.３°であるため、合計で−
４６．３°の位相差が発生する。４６．３°の位相差を
作り出すために必要な溶融石英の厚みの増加分は約０．
９μｍである。

【００５８】したがって、位相補償板４０の厚みを６８
２６．９＋０．９＝６８２７．５μｍとすることによ
り、第２の非線形光学結晶２２の位置での波長５３２ｎ
ｍ、２６６ｎｍのレーザ光の位相がそろえることができ
る。なお、溶融石英の光路長をさらに増やした分だけ空
気の厚みが減少するが、０．９μｍ厚みの空気による位
相差はほとんど無視出来る。

【００５９】上記構成によれば、第２の非線形光学結晶
２２において、効率の良い波長変換が行われる。なお、
本実施形態では、第２の非線形光学結晶の結晶方位は第
１の非線形光学結晶の結晶方位と平行であるものとす
る。

【００６０】また、上記構成の代わりに、第２の非線形
光学結晶２２の結晶方位の方向を第１の非線形光学結晶
２１と反対方向になるように配置し、入射する５３２ｎ
ｍと２６６ｎｍの光の位相差を１８０°の奇数倍となる
ように、位相補償板４０での間隔を調整する。

【００６１】次に、本発明による光学系の第６の実施形
態を図５を参照して説明する。

【００６２】本実施形態では、位相補償板５０として、
図５に示すように、光路上の２枚の溶融石英製平行平板
を用いたものである。位相補償板５０は、各溶融石英製
平行平板を光路に対して傾けることが可能であるように
配置することで実現されるもので、この傾きを調整する
ことにより容易に光路長を変えることが出来る。

【００６３】例えば、レンズ３２の構成材料を溶融石
英、レンズ３２の厚みを５．３ｍｍとすると、レンズ３
２を透過する際に２６６ｎｍと５３２ｎｍの位相差が、
２６６ｎｍ光にして１３２．３°発生する。本実施形態
では、この位相差を補正するために、光路上の位相補償
板５０の傾きを調整して、全体の位相差を３６０°にし
ている。

【００６４】ここで、位相補償板５０を構成する溶融石
英中では、６．８μｍの整数倍ごとに位相差が３６０°
の割合で振動するので、その分も考慮に入れなければな
らない。さらに、溶融石英の光路長を増やした分だけ空
気の厚みが減少するため、これも考慮しなければならな
い。

【００６５】平行平板の厚みを６．８２６６ｍｍ（６．
８μｍの千倍）とすると、この平行平板の挿入によって
減少した空気の厚み６．８ｍｍによる位相差が−１７
８．６°となる。レンズ３２による位相差が１３２.３
°であるため、合計で−４６．３°の位相差が発生す
る。４６．３°の位相差を作り出すために必要な溶融石
英の厚みの増加分は約０．９μｍである。

【００６６】本実施形態では、約０．９μｍの光路長が
増加する様に各平行平板を傾ける。すなわち、平行平板
１枚をそれぞれ逆方向（図中矢印方向）に約０．５°づ
つ傾けることにより、第２の非線形光学結晶２２の位置
での波長５３２ｎｍ、２６６ｎｍのレーザ光の位相をそ
ろえることが可能となる。

【００６７】上記構成によれば、第２の非線形光学結晶
において、効率の良い波長変換が行われる。ここでは、
第２の非線形光学結晶の結晶方位は、第１の非線形光学
結晶の結晶方位と平行であるものとしている。なお、溶
融石英の光路長を増やした分だけ空気の厚みが減少する
が、空気による位相差はほとんど無視出来る。

【００６８】また、上記構成の代わりに、第２の非線形
光学結晶２２の結晶方位の方向を第１の非線形光学結晶
２１と反対方向になるように配置し、入射する５３２ｎ
ｍと２６６ｎｍの光の位相差を１８０°の奇数倍となる
ように、位相補償板５０での間隔を調整する。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、非線形光学結晶による
波長変換により、パワーの小さいレーザ光でも簡単かつ
効率的に高調波を発生させることができる、レーザ光高
調波発生装置を提供することが可能となる。

【００７０】さらに、本発明によれば、波長変換光学系
における基本波と高調波との位相関係を補正し、光高調
波の発生量を最大化することができるレーザ光高調波発
生装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学系の基本実施形態、および、
第１の実施形態から第４の実施形態を説明するための説
明図である。

【図２】従来技術のレンズと非線形光学結晶を一組用い
た例を説明する説明図である。

【図３】従来技術の外部共振器法を示す説明図である。

【図４】本発明による第５の実施形態を説明するための
説明図である。

【図５】本発明による第６の実施形態を説明するための
説明図である。

【図６】本発明による他の実施形態を説明するための説
明図である。

【符号の説明】

１１レーザ光（波長５３２ｎｍ）１２レーザ光（波長５３２ｎｍ、２６６ｎｍ）１３レーザ光（波長５３２ｎｍ、２６６ｎｍ）２１非線形光学結晶ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）２２非線形光学結晶ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）３１溶融石英製凸レンズ（焦点距離４０ｍｍ）無反射コーティング付き（波長５３２ｎｍ）３２溶融石英製凸レンズ（焦点距離４０ｍｍ）無反射コーティング付き（波長５３２ｎｍ、２６６ｎ
ｍ）４０位相補償板４１凹面ミラー完全反射コーティング（波長２６６ｎｍ）部分反射コーティング（波長５３２ｎｍ）４２凹面ミラー完全反射コーティング（波長２６６ｎｍ）部分反射コーティング（波長５３２ｎｍ）５０位相補償板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源と発生したレーザ光を波長変換
する光学系とを備えるレーザ光高調波発生装置におい
て、前記光学系は、集光用光学素子および当該集光用光学素
子により集光されたレーザ光を波長変換する非線形光学
結晶を複数組、連続配置して構成され、前記複数の非線形光学結晶は、同じ波長変換特性を備え
ることを特徴とするレーザ光高調波発生装置。
【請求項２】請求項１に記載のレーザ光高調波発生装置
において、前記光学系では、前記複数の非線形光学結晶のうち少な
くとも１つの非線形光学結晶とそれに隣接する他の非線
形光学結晶との間隔が、当該非線形光学結晶および前記
他の非線形光学結晶の少なくとも一方の配置位置で予め
定めた２つの波長のレーザ光の位相を実質的に一致ある
いは１８０°ずらすために必要な長さに設定されている
ことを特徴とするレーザ光高調波発生装置。
【請求項３】請求項１に記載のレーザ光高調波発生装置
において、前記光学系では、前記複数の集光用光学素子として複数
の集光用レンズを用いるものであり、前記複数の集光用
レンズのうち少なくとも１つの集光用レンズの厚みが、
当該集光用レンズの下流側に位置する非線形光学結晶の
配置位置で予め定めた２つの波長のレーザ光の位相を実
質的に一致あるいは１８０°ずらすために必要な厚みに
設定されていることを特徴とするレーザ光高調波発生装
置。
【請求項４】請求項１に記載のレーザ光高調波発生装置
において、前記光学系では、前記複数の集光用光学素子として複数
の集光用レンズを用いるものであり、前記複数の集光用
レンズのうち少なくとも１つの集光用レンズの傾きが、
当該集光用レンズの下流側に位置する非線形光学結晶の
配置位置で予め定めた２つの波長のレーザ光の位相を実
質的に一致あるいは１８０°ずらすために必要な傾きに
設定されていることを特徴とするレーザ光高調波発生装
置。
【請求項５】請求項１に記載のレーザ光高調波発生装置
において、前記光学系は、前記複数の非線形光学結晶のうち少なく
とも１つの非線形光学結晶へ入射する、互いに異なる波
長を備えた複数のレーザ光の位相が予め定めた相対関係
を満足するように位相を調整する位相補正手段をさらに
有することを特徴とするレーザ光高調波発生装置。
【請求項６】請求項５に記載のレーザ光高調波発生装置
において、前記位相補正手段は、前記非線形光学結晶を当該光学系
の光軸方向に変位させるための非線形光学結晶変位機
構、および、前記集光用光学素子を前記光軸方向以外の
方向へ変位あるいは傾けるための集光用光学素子変位機
構のうち少なくとも一方を備えることを特徴とするレー
ザ光高調波発生装置。
【請求項７】請求項５に記載のレーザ光高調波発生装置
において、前記位相補正手段は、一対のプリズムから成る位相補償
板であることを特徴とするレーザ光高調波発生装置。
【請求項８】請求項５に記載のレーザ光高調波発生装置
において、前記位相補正手段は、１つまたは複数の平行平板から成
る位相補償板であることを特徴とするレーザ光高調波発
生装置。