JPH11284269A - 固体レーザー第三高調波紫外光出力共振器構造 - Google Patents
固体レーザー第三高調波紫外光出力共振器構造Info
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- JPH11284269A JPH11284269A JP10528698A JP10528698A JPH11284269A JP H11284269 A JPH11284269 A JP H11284269A JP 10528698 A JP10528698 A JP 10528698A JP 10528698 A JP10528698 A JP 10528698A JP H11284269 A JPH11284269 A JP H11284269A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 長時間安定化して高い紫外光出力の固体レー
ザー第三高調波を得られる為、共振器内高調波紫外光を
即時有効に取出す共振器構造。 【解決手段】 図１の様に共振器内に４５゜ビームスプ
リッターを設け、基本波と第二高調波の和周波結晶２３
から発生した第三高調波の紫外光を全て外部に即時に取
出し、紫外光の出力が向上する。又、共振器内の光学部
品は高出力紫外光によるダメージ、或は、劣化と寿命の
低下等の問題も避けられ、長期に安定な紫外光出力が得
られる。
ザー第三高調波を得られる為、共振器内高調波紫外光を
即時有効に取出す共振器構造。 【解決手段】 図１の様に共振器内に４５゜ビームスプ
リッターを設け、基本波と第二高調波の和周波結晶２３
から発生した第三高調波の紫外光を全て外部に即時に取
出し、紫外光の出力が向上する。又、共振器内の光学部
品は高出力紫外光によるダメージ、或は、劣化と寿命の
低下等の問題も避けられ、長期に安定な紫外光出力が得
られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ＹＡＧとＹＬＦ等固
体レーザーの高調波波長変換により長期間安定した高出
力の紫外光を得る発振器構造に関する。
体レーザーの高調波波長変換により長期間安定した高出
力の紫外光を得る発振器構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＹＡＧとＹＬＦ等固体レーザーは、赤外
の基本波を非線形光学結晶を用いて短波長の高調波に変
換する。第二高調波、ＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍ
ｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）の場合はグリーン領
域、第三高調波、ＴＨＧ（Ｔｈｉｒｄ Ｈａｒｍｏｎｉ
ｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）と第四高調波、ＦＨＧ（Ｆ
ｏｒｔｈ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）
の場合は、紫外領域の波長に出力される。現在、波長変
換用非線形結晶をレーザー共振器内に置く方式と共振器
外に置く方式で高調波へ波長変換を行う二つ方法が有
る。
の基本波を非線形光学結晶を用いて短波長の高調波に変
換する。第二高調波、ＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍ
ｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）の場合はグリーン領
域、第三高調波、ＴＨＧ（Ｔｈｉｒｄ Ｈａｒｍｏｎｉ
ｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）と第四高調波、ＦＨＧ（Ｆ
ｏｒｔｈ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）
の場合は、紫外領域の波長に出力される。現在、波長変
換用非線形結晶をレーザー共振器内に置く方式と共振器
外に置く方式で高調波へ波長変換を行う二つ方法が有
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】レーザービームを用い
る微細加工等の応用において、波長は短い程解像度が向
上する為、紫外波長領域の方が非常に有用である。現
在、紫外領域の波長のビームを得る主な手段としでは、
エキシマ等直接紫外波長で発振する気体レーザーや、Ｙ
ＡＧとＹＬＦ等固体レーザーの赤外波長基本波を紫外領
域の波長変換する第三、或いは、第四高調波レーザーが
有る。現在の段階では、エキシマレーザーは、数十ワッ
トから百ワットクラスの紫外光の出力を得られるが、フ
ッ素等危険性の高いガスを使い、工業用レーザーとして
管理とコストの面で問題が多い。一方、第三と第四高調
波の紫外固体レーザーが期待されるが、紫外光の高出力
化の実現には課題が多い。
る微細加工等の応用において、波長は短い程解像度が向
上する為、紫外波長領域の方が非常に有用である。現
在、紫外領域の波長のビームを得る主な手段としでは、
エキシマ等直接紫外波長で発振する気体レーザーや、Ｙ
ＡＧとＹＬＦ等固体レーザーの赤外波長基本波を紫外領
域の波長変換する第三、或いは、第四高調波レーザーが
有る。現在の段階では、エキシマレーザーは、数十ワッ
トから百ワットクラスの紫外光の出力を得られるが、フ
ッ素等危険性の高いガスを使い、工業用レーザーとして
管理とコストの面で問題が多い。一方、第三と第四高調
波の紫外固体レーザーが期待されるが、紫外光の高出力
化の実現には課題が多い。
【０００４】現在、ＹＡＧとＹＬＦ等固体レーザーの紫
外への波長変換は、先ず、赤外波長の基本波を、第二高
調波でグリーン領域の波長に変換する。第三高調波の波
長変換の場合には、第二高調波と基本波の和周波で波長
変換して、基本波の三倍の周波数を有する第三高調波の
紫外光になる。第四高調波の場合には、第二高調波から
更に第二高調波にすることにより基本波の四倍の周波数
を有する第四高調波の紫外光が得られる。従って、固体
レーザー第三と第四高調波紫外光を出力する場合には、
常に二つ以上の非線形結晶が同時に使われ、安定した出
力を得ることが比較的に難しい。長期に安定運転できる
紫外高出力固体レーザーの開発は、工業用レーザー微細
加工応用の重要な課題の一つである。
外への波長変換は、先ず、赤外波長の基本波を、第二高
調波でグリーン領域の波長に変換する。第三高調波の波
長変換の場合には、第二高調波と基本波の和周波で波長
変換して、基本波の三倍の周波数を有する第三高調波の
紫外光になる。第四高調波の場合には、第二高調波から
更に第二高調波にすることにより基本波の四倍の周波数
を有する第四高調波の紫外光が得られる。従って、固体
レーザー第三と第四高調波紫外光を出力する場合には、
常に二つ以上の非線形結晶が同時に使われ、安定した出
力を得ることが比較的に難しい。長期に安定運転できる
紫外高出力固体レーザーの開発は、工業用レーザー微細
加工応用の重要な課題の一つである。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】基本波と第二高調波の結合
で第三高調波の紫外光を出力する場合、ＳＨＧ結晶とＴ
ＨＧ結晶を共振器の中に置くイントラキャビティー方式
を用いて高い変換効率で第三高調波の紫外光出力が得ら
れる。しかしながら、共振器内で波長変換を行うので、
共振器内のＱスイッチとレーザーロッド等光学素子は、
高強度の紫外光からのダメージが受け易く、紫外光照射
による性能の劣化と使用寿命の低下等悪影響を受ける。
本発明は、図１の様に、共振器内第三高調波への波長変
換素子の隣に４５°の紫外光を全反射するビームスプリ
ッター３１を設け、変換後の第三高調波の紫外光を共振
器から即時に取出し、前述の問題を解決する。
で第三高調波の紫外光を出力する場合、ＳＨＧ結晶とＴ
ＨＧ結晶を共振器の中に置くイントラキャビティー方式
を用いて高い変換効率で第三高調波の紫外光出力が得ら
れる。しかしながら、共振器内で波長変換を行うので、
共振器内のＱスイッチとレーザーロッド等光学素子は、
高強度の紫外光からのダメージが受け易く、紫外光照射
による性能の劣化と使用寿命の低下等悪影響を受ける。
本発明は、図１の様に、共振器内第三高調波への波長変
換素子の隣に４５°の紫外光を全反射するビームスプリ
ッター３１を設け、変換後の第三高調波の紫外光を共振
器から即時に取出し、前述の問題を解決する。
【０００６】
【作用】先ず、高いパワーのパルスレーザーの場合、図
１の中に第二高調波反射ミラー１３を設けない構造を考
えて見る。この場合に、図１の様に、共振器中に基本波
が存在する。方向１に伝達するレーザー基本波は、先
ず、第三高調波への波長変換素子非線形結晶２３を通
る。その時点で、第二高調波が無いので、第三高調波へ
の変換は行われない。基本波は、方向１に沿って、第二
高調波の波長変換非線形結晶２２を通して、グリーン光
の第二高調波を発生する。ミラー１１で基本波の赤外光
と第二高調波のグリーン光を共に反射して戻り、方向２
に沿って、再び第二高調波の結晶２２を通る。この様
に、共振器内の光は先ず第二高調波の結晶２２を二度通
すことにより充分な第二高調波グリーン光が得られる。
その後、第二高調波と基本波は、第三高調波の結晶２３
を通して、その和周波の第三高調波の紫外光を発生す
る。４５゜ビームスプリッター３１で発生した第三高調
波の紫外光を全て取り出す。この様に構成するイントラ
キャビティー波長変換方式の共振器は、効率の高い第三
高調波の紫外光出力を得られる同時に、共振器内にある
光学部品への紫外光によるダメージと劣化等の問題も避
けられる。
１の中に第二高調波反射ミラー１３を設けない構造を考
えて見る。この場合に、図１の様に、共振器中に基本波
が存在する。方向１に伝達するレーザー基本波は、先
ず、第三高調波への波長変換素子非線形結晶２３を通
る。その時点で、第二高調波が無いので、第三高調波へ
の変換は行われない。基本波は、方向１に沿って、第二
高調波の波長変換非線形結晶２２を通して、グリーン光
の第二高調波を発生する。ミラー１１で基本波の赤外光
と第二高調波のグリーン光を共に反射して戻り、方向２
に沿って、再び第二高調波の結晶２２を通る。この様
に、共振器内の光は先ず第二高調波の結晶２２を二度通
すことにより充分な第二高調波グリーン光が得られる。
その後、第二高調波と基本波は、第三高調波の結晶２３
を通して、その和周波の第三高調波の紫外光を発生す
る。４５゜ビームスプリッター３１で発生した第三高調
波の紫外光を全て取り出す。この様に構成するイントラ
キャビティー波長変換方式の共振器は、効率の高い第三
高調波の紫外光出力を得られる同時に、共振器内にある
光学部品への紫外光によるダメージと劣化等の問題も避
けられる。
【０００７】基本的に、第二高調波の反射ミラー１３が
ない場合には、共振器内に光の一サイクルに、第二高調
波はダブルパス、第三高調波はシングルパスで基本波か
ら高調波へ波長変換を行う。これは、短パルスで高いパ
ワーのレーザーに適用する。この時、ビームスプリッタ
ー３１は第二高調波のグリーン光と第三高調波の紫外光
を共に全反射して、同時に出力する。連続発振、或は、
低いピークパワーのレーザーの場合に、紫外波長の第三
高調波への変換効率が向上する為、第二高調波の全反射
ミラー１３を設け、ミラー１１も基本波、第二高調波及
び第三高調波を共に全反射する。従って、この様に、第
二高調波の光は共振器内にキープされ、共振器内光の一
サイクルに、第二高調波も第三高調波もダブルパスで波
長変換を行い、紫外光の第三高調波紫の出力は高くな
る。
ない場合には、共振器内に光の一サイクルに、第二高調
波はダブルパス、第三高調波はシングルパスで基本波か
ら高調波へ波長変換を行う。これは、短パルスで高いパ
ワーのレーザーに適用する。この時、ビームスプリッタ
ー３１は第二高調波のグリーン光と第三高調波の紫外光
を共に全反射して、同時に出力する。連続発振、或は、
低いピークパワーのレーザーの場合に、紫外波長の第三
高調波への変換効率が向上する為、第二高調波の全反射
ミラー１３を設け、ミラー１１も基本波、第二高調波及
び第三高調波を共に全反射する。従って、この様に、第
二高調波の光は共振器内にキープされ、共振器内光の一
サイクルに、第二高調波も第三高調波もダブルパスで波
長変換を行い、紫外光の第三高調波紫の出力は高くな
る。
【０００８】
【実施例】本発明の実施案として、図２の様な半導体レ
ーザー励起ＹＡＧ、ＹＬＦ等固体レーザーの発振器に於
いて、レーザーの出力を向上する為、二本のレーザーロ
ッド２１を共振器内の左右に置いて、半導体レーザー４
２と集光レンズ系４１で励起する。ランプ励起の場合
は、４２と４１が不要となる。共振器の構造は同じであ
る。２４はＱスイッチ、２２は第二高調波発生用非線形
結晶、２３は第三高調波発生用非線形結晶、１４は第二
高調波の全反射ミラー、３１と３３は第二と第三高調波
の光を４５゜で全反射するビームスプリッターである。
前述の様に、短パルス幅で高いパワーのレーザーの場
合、第二高調波の全反射ミラー１３がない為、第三高調
波の紫外光は４５゜ビームスプリッター３１で全て取出
されるので、発振器内に紫外光は往復しない。従って、
共振器内では、光の一サイクルに、第二高調波はダブル
パス、第三高調波はシングルパスで高調波へ波長変換す
る。この様な発振器構造で一例を挙げると、励起光半導
体レーザー４２の出力が２０Ｗの場合で、ＹＡＧレーザ
ーの第三高調波が４Ｗ以上得られ、従来に比べ、効率が
大きく向上した。
ーザー励起ＹＡＧ、ＹＬＦ等固体レーザーの発振器に於
いて、レーザーの出力を向上する為、二本のレーザーロ
ッド２１を共振器内の左右に置いて、半導体レーザー４
２と集光レンズ系４１で励起する。ランプ励起の場合
は、４２と４１が不要となる。共振器の構造は同じであ
る。２４はＱスイッチ、２２は第二高調波発生用非線形
結晶、２３は第三高調波発生用非線形結晶、１４は第二
高調波の全反射ミラー、３１と３３は第二と第三高調波
の光を４５゜で全反射するビームスプリッターである。
前述の様に、短パルス幅で高いパワーのレーザーの場
合、第二高調波の全反射ミラー１３がない為、第三高調
波の紫外光は４５゜ビームスプリッター３１で全て取出
されるので、発振器内に紫外光は往復しない。従って、
共振器内では、光の一サイクルに、第二高調波はダブル
パス、第三高調波はシングルパスで高調波へ波長変換す
る。この様な発振器構造で一例を挙げると、励起光半導
体レーザー４２の出力が２０Ｗの場合で、ＹＡＧレーザ
ーの第三高調波が４Ｗ以上得られ、従来に比べ、効率が
大きく向上した。
【０００９】
【発明の効果】本発明によるＹＡＧとＹＬＦ等固体レー
ザー共振器の中に第三高調波４５°全反射ビームスプリ
ッターを設けて第三高調波の紫外光を取出す方法につい
て次の通りの効果が有る。
ザー共振器の中に第三高調波４５°全反射ビームスプリ
ッターを設けて第三高調波の紫外光を取出す方法につい
て次の通りの効果が有る。
【００１０】（１）第三高調波の光を全て取出すので、
紫外光の出力が向上する。
紫外光の出力が向上する。
【００１１】（２）発生した第三高調波の紫外光は全て
即時に共振器の外部に取出すので、共振器内の光学部品
への紫外光によるダメージと劣化を避けられ、安定した
出力を得られる。特に高いパワーの短パルスレーザーの
場合、光学部品の長寿命化が実現できる。
即時に共振器の外部に取出すので、共振器内の光学部品
への紫外光によるダメージと劣化を避けられ、安定した
出力を得られる。特に高いパワーの短パルスレーザーの
場合、光学部品の長寿命化が実現できる。
【図１】４５゜ビームスプリッターで第三高調波紫外光
出力共振器の構造を示す概念図である。
出力共振器の構造を示す概念図である。
【図２】半導体レーザーで二本のＹＡＧ、或は、ＹＬＦ
ロッド等を励起し、第三高調波の紫外光出力共振器の構
造を示す概念図である。
ロッド等を励起し、第三高調波の紫外光出力共振器の構
造を示す概念図である。
１１ ０゜入射、基本波全反射共振器ミラーである。第
二高調波も全反射する。ミラー１３を設ける場合に第三
高調波も全反射する。 １２ ０゜入射、基本波全反射共振器ミラーである。 １３ ０゜入射、第二高調波全反射ミラーである。第三
高調波の反射防止ＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖ
ｅ）コートをしている。連続発振、或は、低いピークパ
ワーのレーザーの場合のみ使う。 １４ ０゜入射、第二高調波全反射ミラーである。ミラ
ー１３を設ける場合に第三高調波も全反射コートをして
いる。 ２１ ＹＡＧ、或は、ＹＬＦ等固体レーザーロッドであ
る。 ２２ 第二高調波グリーン光へ波長変換用非線形結晶で
ある。 ２３ 第三高調波紫外光へ波長変換用非線形結晶であ
る。 ２４ ＣＷレーザーをパルス出力にするＱスイッチ、Ｃ
Ｗ出力時には必要ない。 ３１ ４５゜入射、第二と第三高調波両波長全反射ミラ
ー、基本波の反射防止ＡＲコートをしている。 ３２ ４５゜入射、第二と第三高調波両波長全反射ミラ
ーである。 ３３ ４５゜入射、第二と第三高調波両波長全反射ミラ
ーである。基本波の反射防止ＡＲコートをしている。 ４１ 半導体レーザー集光レンズである。 ４２ 励起光源の半導体レーザーである。
二高調波も全反射する。ミラー１３を設ける場合に第三
高調波も全反射する。 １２ ０゜入射、基本波全反射共振器ミラーである。 １３ ０゜入射、第二高調波全反射ミラーである。第三
高調波の反射防止ＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖ
ｅ）コートをしている。連続発振、或は、低いピークパ
ワーのレーザーの場合のみ使う。 １４ ０゜入射、第二高調波全反射ミラーである。ミラ
ー１３を設ける場合に第三高調波も全反射コートをして
いる。 ２１ ＹＡＧ、或は、ＹＬＦ等固体レーザーロッドであ
る。 ２２ 第二高調波グリーン光へ波長変換用非線形結晶で
ある。 ２３ 第三高調波紫外光へ波長変換用非線形結晶であ
る。 ２４ ＣＷレーザーをパルス出力にするＱスイッチ、Ｃ
Ｗ出力時には必要ない。 ３１ ４５゜入射、第二と第三高調波両波長全反射ミラ
ー、基本波の反射防止ＡＲコートをしている。 ３２ ４５゜入射、第二と第三高調波両波長全反射ミラ
ーである。 ３３ ４５゜入射、第二と第三高調波両波長全反射ミラ
ーである。基本波の反射防止ＡＲコートをしている。 ４１ 半導体レーザー集光レンズである。 ４２ 励起光源の半導体レーザーである。
Claims (2)
- 【請求項１】図１の様なイントラキャビティー第三高調
波紫外光固体レーザーの共振器の中に、４５゜ビームス
プリッター３１を設け、第三高調波の紫外光を有効に即
時全て取出すレーザー共振器構造。 - 【請求項２】請求項１に述べた共振器内の第三高調波紫
外光を有効に取出す方法に基づく図２の様な半導体レー
ザー励起ＹＡＧとＹＬＦ等固体レーザーイントラキャビ
ティー第三高調波紫外光固体レーザーの共振器構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10528698A JPH11284269A (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | 固体レーザー第三高調波紫外光出力共振器構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10528698A JPH11284269A (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | 固体レーザー第三高調波紫外光出力共振器構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11284269A true JPH11284269A (ja) | 1999-10-15 |
Family
ID=14403447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10528698A Pending JPH11284269A (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | 固体レーザー第三高調波紫外光出力共振器構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11284269A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007002472A1 (de) | 2007-01-11 | 2008-07-17 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Mehrkanaliger Laser |
| DE102008025588A1 (de) | 2008-05-28 | 2009-12-10 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Intracavity frequenzverdreifachter Laser |
| JP2010135380A (ja) * | 2008-12-02 | 2010-06-17 | Omron Corp | 固体レーザ発振器 |
| DE102010017513A1 (de) | 2010-06-22 | 2011-12-22 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Festkörperlaser mit umschaltbaren Wellenlängen |
| JP2012522375A (ja) * | 2009-03-27 | 2012-09-20 | エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド | 再利用した中間高調波を用いた共振器内高調波発生 |
| JP2012191041A (ja) * | 2011-03-11 | 2012-10-04 | Shimadzu Corp | レーザ装置 |
| US8445875B2 (en) | 2011-02-01 | 2013-05-21 | Arkray, Inc. | Optical crystal and terahertz wave generation device and method |
| JP2019106511A (ja) * | 2017-12-14 | 2019-06-27 | 株式会社キーエンス | レーザ加工装置及びレーザ発振器 |
| JP2019106512A (ja) * | 2017-12-14 | 2019-06-27 | 株式会社キーエンス | レーザ加工装置及びレーザ発振器 |
-
1998
- 1998-03-13 JP JP10528698A patent/JPH11284269A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007002472A1 (de) | 2007-01-11 | 2008-07-17 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Mehrkanaliger Laser |
| DE102008025588A1 (de) | 2008-05-28 | 2009-12-10 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Intracavity frequenzverdreifachter Laser |
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| JP2012522375A (ja) * | 2009-03-27 | 2012-09-20 | エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド | 再利用した中間高調波を用いた共振器内高調波発生 |
| DE102010017513A1 (de) | 2010-06-22 | 2011-12-22 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Festkörperlaser mit umschaltbaren Wellenlängen |
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| JP2019106511A (ja) * | 2017-12-14 | 2019-06-27 | 株式会社キーエンス | レーザ加工装置及びレーザ発振器 |
| JP2019106512A (ja) * | 2017-12-14 | 2019-06-27 | 株式会社キーエンス | レーザ加工装置及びレーザ発振器 |
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