JPH1144897A - Wavelength conversion laser apparatus - Google Patents
Wavelength conversion laser apparatusInfo
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- JPH1144897A JPH1144897A JP20005497A JP20005497A JPH1144897A JP H1144897 A JPH1144897 A JP H1144897A JP 20005497 A JP20005497 A JP 20005497A JP 20005497 A JP20005497 A JP 20005497A JP H1144897 A JPH1144897 A JP H1144897A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームを非
線形素子でなる波長変換素子により波長変換して、入射
基本波レーザビームと波長の異なる波長変換レーザビー
ムを取り出すための波長変換レーザ装置に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength conversion laser device for converting a laser beam by a wavelength conversion element comprising a non-linear element and extracting a wavelength conversion laser beam having a wavelength different from that of an incident fundamental wave laser beam. It is.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図９は例えば特開昭59-128525号公報に
示された従来例１による波長変換レーザ装置を示す構成
図である。図において、1,1a,1bは入射基本波レーザビ
ームである。3、3aは第１、第２の波長変換素子であ
る。なお、図示していないが入射基本波1,1aに対して波
長変換素子3,3aを位相整合させる手段が設けてある。4,
4aは波長変換素子3,3aによって波長変換された波長変換
レーザビームすなわち高調波のレーザビームと残留基本
波レーザビームの合成ビーム、5、5aはビームスプリッ
タ、6,6aは波長変換レーザビーム、13はビーム結合ポー
ラライザ、14は波長変換レーザビーム折り返しプリズム
である。2. Description of the Related Art FIG. 9 is a block diagram showing a wavelength conversion laser device according to a conventional example 1 disclosed in, for example, JP-A-59-128525. In the figure, 1, 1a and 1b are incident fundamental wave laser beams. Reference numerals 3 and 3a denote first and second wavelength conversion elements. Although not shown, there is provided means for phase-matching the wavelength conversion elements 3, 3a with respect to the incident fundamental waves 1, 1a. Four,
4a is a wavelength-converted laser beam wavelength-converted by the wavelength conversion elements 3, 3a, that is, a combined beam of a harmonic laser beam and a residual fundamental laser beam, 5, 5a are beam splitters, 6, 6a are wavelength-converted laser beams, and 13 Is a beam combining polarizer, and 14 is a wavelength conversion laser beam folding prism.
【０００３】従来例１による波長変換レーザ装置は上記
のように構成され、入射基本波レーザビーム1は、波長
変換素子3に位相整合条件を満たす角度で入射すると、
波長変換素子3の非線形光学効果によりその一部が波長
変換され、高調波の波長変換レーザビームと残留基本波
レーザビームとの合成ビーム4として波長変換素子3の外
部に出力される。高調波の波長変換レーザビームと残留
基本波レーザビームとの合成ビーム4はビームスプリッ
タ5によって残留基本波レーザビーム1aと波長変換レー
ザビーム6に分離され、残留基本波レーザビーム1aは波
長変換素子3aを通過して高調波の波長変換レーザビーム
と残留基本波レーザビームとの合成ビーム4aとなる。高
調波の波長変換レーザビームと残留基本波レーザビーム
4aとの合成ビームはビームスプリッタ5aにより残留基本
波レーザビーム1bと波長変換レーザビーム6aに分離し、
波長変換レーザビーム6aは波長変換ビーム折り返しプリ
ズム１４を通過した後、ビーム結合ポーラライザ１３に
より波長変換レーザビーム6と結合される。The wavelength conversion laser device according to the prior art 1 is configured as described above. When the incident fundamental laser beam 1 enters the wavelength conversion element 3 at an angle satisfying the phase matching condition,
A part of the wavelength is converted by the nonlinear optical effect of the wavelength conversion element 3 and is output to the outside of the wavelength conversion element 3 as a combined beam 4 of the wavelength conversion laser beam of the harmonic and the residual fundamental laser beam. A combined beam 4 of the harmonic wavelength-converted laser beam and the residual fundamental laser beam is separated into a residual fundamental laser beam 1a and a wavelength-converted laser beam 6 by a beam splitter 5, and the residual fundamental laser beam 1a is converted into a wavelength conversion element 3a. , And becomes a combined beam 4a of the wavelength converted laser beam of the harmonic and the residual fundamental wave laser beam. Harmonic wavelength converted laser beam and residual fundamental laser beam
The combined beam with 4a is separated into a residual fundamental laser beam 1b and a wavelength-converted laser beam 6a by a beam splitter 5a,
After passing through the wavelength conversion beam folding prism 14, the wavelength conversion laser beam 6 a is combined with the wavelength conversion laser beam 6 by the beam combining polarizer 13.
【０００４】図10は例えば刊行物（「レーザ研究」第21
巻,第8号,p.61〜69）に示された従来例２による波長変
換レーザ装置を示す構成図である。図10において、15は
入射基本波レーザビーム光源、1は入射基本波レーザビ
ーム、2は入射基本波レーザビームの集光レンズ、3は波
長変換素子、4は波長変換レーザビームと残留基本波レ
ーザビームとの合成ビーム、5はビームスプリッタ、1a
は残留基本波レーザビーム、6は波長変換レーザビーム
である。FIG. 10 shows, for example, a publication (“Laser Research”, No. 21).
FIG. 8 is a configuration diagram showing a wavelength conversion laser device according to Conventional Example 2 shown in Vol. 8, No. 8, pp. 61-69). In FIG. 10, reference numeral 15 denotes an incident fundamental laser beam source, 1 denotes an incident fundamental laser beam, 2 denotes a condenser lens for the incident fundamental laser beam, 3 denotes a wavelength conversion element, and 4 denotes a wavelength converted laser beam and a residual fundamental laser. Combined beam with beam, 5 is beam splitter, 1a
Is a residual fundamental wave laser beam, and 6 is a wavelength conversion laser beam.
【０００５】従来例２によるレーザビーム波長変換レー
ザ装置は上記のように構成され、入射基本波レーザビー
ム光源15から発生された入射基本波レーザビーム1は集
光レンズ2によって集光され、波長変換素子3に入射す
る。波長変換素子3で波長変換されることによって発生
した波長変換レーザビームと残留基本波レーザビームと
の合成ビーム4は、ビームスプリッタ5によって、残留基
本波レーザビーム1aと波長変換レーザビーム6に分離さ
れた後取り出される。The laser beam wavelength conversion laser device according to the conventional example 2 is configured as described above, and the incident fundamental laser beam 1 generated from the incident fundamental laser beam light source 15 is condensed by the condensing lens 2 and converted into a wavelength. Light enters the element 3. A combined beam 4 of the wavelength-converted laser beam and the residual fundamental laser beam generated by the wavelength conversion by the wavelength conversion element 3 is separated into a residual fundamental laser beam 1a and a wavelength-converted laser beam 6 by a beam splitter 5. After being taken out.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記図9のような従来
例１による波長変換レーザ装置では、入射基本波レーザ
ビーム1,1aは複数の波長変換素子3,3aに集光されないで
入射するため、入射する基本波レーザビーム1,1aの波長
変換素子3,3a中のパワー密度が低く、波長変換素子内の
基本波入射レーザビームパワー密度が大きいほど波長変
換効率が大きくなるので、結果として基本波レーザビー
ムパワーから波長変換レーザビームパワーへの変換効率
が低いという問題点があった。In the wavelength conversion laser device according to the prior art 1 as shown in FIG. 9, the incident fundamental laser beams 1, 1a enter the plurality of wavelength conversion elements 3, 3a without being focused. However, the power density of the incident fundamental laser beams 1, 1a in the wavelength conversion elements 3, 3a is low, and the wavelength conversion efficiency increases as the fundamental wave incident laser beam power density in the wavelength conversion elements increases. There is a problem that the conversion efficiency from the wave laser beam power to the wavelength conversion laser beam power is low.
【０００７】また、上記図10のような従来例２による波
長変換レーザ装置では、波長変換素子3を1個だけ用いる
ため、波長変換効率が低かった。また、上記図10のよう
な構成で高い波長変換効率を得ようとした場合、波長変
換素子3中の入射基本波パワー密度が大きいほど波長変
換効率が大きくなるので、波長変換素子3中での集光強
度を上げる必要が生じ、結果として結晶内部、および端
面のダメージや結晶内部の色付きを引き起こす可能性が
高くなるという問題点があった。In the wavelength conversion laser device according to the second conventional example as shown in FIG. 10, the wavelength conversion efficiency is low because only one wavelength conversion element 3 is used. Further, when trying to obtain a high wavelength conversion efficiency with the configuration as shown in FIG. 10, since the wavelength conversion efficiency increases as the incident fundamental wave power density in the wavelength conversion element 3 increases, the wavelength conversion efficiency in the wavelength conversion element 3 increases. It is necessary to increase the light-collecting intensity, and as a result, there is a problem that the possibility of causing damage to the inside of the crystal and the end face and coloring inside the crystal increases.
【０００８】また、上記のような従来の波長変換レーザ
装置では、例えば、波長変換素子3,3aとしてβ-バリウ
ムボレート（β-BBO）を用いて波長532ｎｍの入射基本
波レーザビーム1から波長266ｎｍの波長変換レーザビー
ム6を取り出す場合のように、入射基本波レーザビーム1
の光軸に垂直な面内において、狭い位相整合許容角内で
のみ波長変換特性を持つ波長変換素子3,3aを用いた場
合、入射基本波レーザビーム1の波長変換素子3,3a位置
の発散角が大きいと発散角の大きな成分は波長変換され
ないため、波長変換効率が下がってしまい、さらに、入
射基本波レーザビーム1のうち波長変換された位相角方
向に欠損が生じるという問題点があった。In the conventional wavelength conversion laser device as described above, for example, β-barium borate (β-BBO) is used as the wavelength conversion elements 3, 3a to convert the incident fundamental laser beam 1 having a wavelength of 532 nm to a wavelength of 266 nm. As in the case of extracting the wavelength-converted laser beam 6 of
When the wavelength conversion elements 3, 3a having wavelength conversion characteristics are used only within a narrow allowable angle of phase matching in a plane perpendicular to the optical axis of the laser beam, the divergence of the position of the wavelength conversion elements 3, 3a of the incident fundamental wave laser beam 1 If the angle is large, a component having a large divergence angle is not wavelength-converted, so that the wavelength conversion efficiency is reduced, and further, there is a problem that a defect occurs in the wavelength-converted phase angle direction of the incident fundamental laser beam 1. .
【０００９】さらに、入射基本波レーザビーム1の光軸
に垂直な面内において、特定の方向に位相整合許容角の
狭い波長変換特性を持つ波長変換素子3を用いて大きな
波長変換効率を得るためには、発散角の小さいビーム品
質の良い入射基本波レーザビームを光源に用いなければ
ならないという問題点があった。一般に、ビーム品質の
良いレーザビームは、ビーム品質の悪いレーザビームよ
り高出力ビームを発生させるのが難しく、透過型光学素
子の熱歪の影響を受けやすいという性質を持つため、結
果として、高出力波長変換レーザビームを得るのが難し
いという問題点があった。また、基本波入射レーザビー
ム1の波長変換素子3位置およびその近傍でのビーム集光
径を小さくすると、波長変換素子3位置およびその近傍
での基本波入射レーザビーム1の発散角が大きくなるた
め、集光径を小さくできないという問題点があった。そ
の結果、入射基本波レーザビーム1のパワー密度を高め
ることができず、波長変換素子3が波長変換素子位置で
の基本波入射レーザビーム1のパワー密度が高いほど、
高い波長変換効率を持つ場合には、高い波長変換効率を
得ることができないという問題点があった。Further, in order to obtain a large wavelength conversion efficiency by using the wavelength conversion element 3 having a wavelength conversion characteristic having a narrow allowable angle of phase matching in a specific direction in a plane perpendicular to the optical axis of the incident fundamental wave laser beam 1. Has a problem that an incident fundamental laser beam having a small divergence angle and good beam quality must be used as a light source. In general, a laser beam with good beam quality is more difficult to generate a high-power beam than a laser beam with low beam quality, and is more susceptible to thermal distortion of a transmission optical element. There is a problem that it is difficult to obtain a wavelength-converted laser beam. Also, if the beam focusing diameter of the fundamental wave incident laser beam 1 at and near the wavelength conversion element 3 is reduced, the divergence angle of the fundamental wave incident laser beam 1 at and near the wavelength conversion element 3 increases. However, there has been a problem that the condensing diameter cannot be reduced. As a result, the power density of the incident fundamental laser beam 1 cannot be increased, and as the wavelength conversion element 3 has a higher power density of the fundamental incident laser beam 1 at the wavelength conversion element position,
If the wavelength conversion efficiency is high, there is a problem that high wavelength conversion efficiency cannot be obtained.
【００１０】本発明は、かかる問題点を解決するために
なされたものであり、複数個の波長変換素子を用い、そ
の波長変換素子中の基本波レーザビームのパワー密度を
高めることによって、高効率な波長変換が可能な波長変
換レーザ装置を得ることを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a plurality of wavelength conversion elements are used. By increasing the power density of a fundamental laser beam in the wavelength conversion elements, high efficiency is achieved. It is an object of the present invention to obtain a wavelength conversion laser device capable of performing various wavelength conversions.
【００１１】また、入射基本波レーザビームの光軸に垂
直な面内において、特定の方向に位相整合許容角の狭い
波長変換特性を持つ波長変換素子を用いた場合でも高い
変換効率を得ること、および波長変換レーザビームのプ
ロファイルを入射基本波レーザビームプロファイルに対
して位相整合許容角が狭いために生じる欠損の少ないも
のにすることを目的としている。In addition, high conversion efficiency can be obtained even when a wavelength conversion element having a wavelength conversion characteristic with a narrow phase matching allowable angle in a specific direction in a plane perpendicular to the optical axis of the incident fundamental laser beam is used. It is another object of the present invention to reduce the loss caused by the narrow phase matching allowable angle with respect to the incident fundamental wave laser beam profile.
【００１２】また、ビーム品質の悪い入射基本波レーザ
ビームを用いた場合や、集光面積を小さくした場合等、
波長変換素子位置のビーム拡がり角が大きくなる場合に
位相整合許容角が狭いために引き起こされる波長変換効
率の低下を小さくすることを目的としている。In addition, when an incident fundamental wave laser beam having poor beam quality is used, or when the condensing area is reduced,
An object of the present invention is to reduce a decrease in wavelength conversion efficiency caused by a narrow allowable angle of phase matching when a beam spread angle at a wavelength conversion element position is large.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成に係
る波長変換レーザ装置は、入射基本波レーザビーム経路
に順次配置された複数の波長変換素子と、前記複数の波
長変換素子を通過するレーザビームを収束させる複数の
集光手段と、前記複数の波長変換素子で波長変換された
レーザビームの経路を変更し、基本波レーザビームと分
離する複数のビームスプリッタとを備えたものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a wavelength conversion laser apparatus comprising: a plurality of wavelength conversion elements sequentially arranged in an incident fundamental laser beam path; And a plurality of beam splitters that change a path of the laser beam wavelength-converted by the plurality of wavelength conversion elements and separate the laser beam from a fundamental laser beam. .
【００１４】本発明の第２の構成に係る波長変換レーザ
装置は、前記複数の集光手段による基本波レーザビーム
の集光径を順次に小さくしたものである。In the wavelength conversion laser device according to the second configuration of the present invention, the condensing diameter of the fundamental laser beam by the plurality of condensing means is sequentially reduced.
【００１５】本発明の第３の構成に係る波長変換レーザ
装置は、前記複数の波長変換素子の間に偏光回転素子を
備え、各波長変換素子毎に異なる偏光方向の基本波レー
ザビームを入射させるとともに、各波長変換素子を前記
偏光方向に対応して光軸を中心として回転させて配置し
たものである。A wavelength conversion laser device according to a third configuration of the present invention includes a polarization rotation element between the plurality of wavelength conversion elements, and causes a fundamental laser beam having a different polarization direction to be incident on each wavelength conversion element. In addition, each wavelength conversion element is arranged so as to rotate about the optical axis corresponding to the polarization direction.
【００１６】本発明の第４の構成に係る波長変換レーザ
装置は、入射基本波レーザビームの集光手段と、複数の
波長変換素子とを備え、前記複数の波長変換素子の配置
角度を前記集光手段による集光位置の前後で異なるよう
にしたものである。A wavelength conversion laser device according to a fourth configuration of the present invention comprises a condensing means for an incident fundamental laser beam, and a plurality of wavelength conversion elements, and adjusts the arrangement angle of the plurality of wavelength conversion elements. It is different before and after the light condensing position by the light means.
【００１７】本発明の第５の構成に係る波長変換レーザ
装置は、前記集光手段として反射光学素子を用いたもの
である。A wavelength conversion laser device according to a fifth configuration of the present invention uses a reflection optical element as the light condensing means.
【００１８】本発明の第６の構成に係る波長変換レーザ
装置は、前記複数の波長変換素子から発生したそれぞれ
の波長変換レーザビームを別々に取り出すものである。A wavelength conversion laser device according to a sixth configuration of the present invention separately extracts each wavelength conversion laser beam generated from the plurality of wavelength conversion elements.
【００１９】本発明の第７の構成に係る波長変換レーザ
装置は、前記複数の波長変換素子から発生したそれぞれ
の波長変換レーザビームをそれぞれ光ファイバーバンド
ルまたは結合器を取り付けた光ファイバーに入射させて
結合させるように構成したものである。In a wavelength conversion laser device according to a seventh configuration of the present invention, each wavelength conversion laser beam generated from the plurality of wavelength conversion elements is incident on and coupled to an optical fiber provided with an optical fiber bundle or a coupler. It is configured as follows.
【００２０】[0020]
実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１による波長
変換レーザ装置を示す構成図である。図において、1、1
a、1b、1cは基本波レーザビーム、2、2a、2bは集光レン
ズ等の入射基本波レーザビーム集光素子、3、3a、3bは
波長変換素子、4、4a、4bは波長変換素子3,3a,3bで波長
変換された波長変換レーザビームと残留基本波レーザビ
ームとの合成ビーム、5、5a、5bはビームスプリッタ、
6、6a、6bは波長変換レーザビームである。なお、図示
していないが、入射基本波レーザビーム1,1a,1bに対し
て各波長変換素子3,3a,3bを位相整合させる手段が設け
てある。位相整合させる手段としては、例えば、波長変
換素子3,3a,3bを回転させて所定の入射角度とすること
により位相整合を行う装置、波長変換素子3,3a,3bを所
定屈折率に対応する温度に保持して位相整合を行う装
置、あるいはこれらを組み合わせた装置がある。Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a configuration diagram showing a wavelength conversion laser device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 1, 1
a, 1b and 1c are fundamental laser beams, 2, 2a and 2b are incident fundamental laser beam condensing elements such as condenser lenses, 3, 3a and 3b are wavelength converting elements, and 4, 4a and 4b are wavelength converting elements. 3, 3a, 3b, the combined beam of the wavelength-converted laser beam and the residual fundamental laser beam that have been wavelength-converted, 5, 5a, and 5b are beam splitters,
Reference numerals 6, 6a and 6b denote wavelength-converted laser beams. Although not shown, there is provided means for phase-matching each of the wavelength conversion elements 3, 3a, 3b with respect to the incident fundamental laser beams 1, 1a, 1b. As a means for phase matching, for example, a device for performing phase matching by rotating the wavelength conversion elements 3, 3a, 3b to a predetermined incident angle, the wavelength conversion elements 3, 3a, 3b corresponding to a predetermined refractive index There is a device that performs phase matching while maintaining the temperature, or a device that combines them.
【００２１】入射基本波レーザビーム1は、集光素子2に
よって集光され波長変換素子3へ入射する。波長変換素
子3で一部が波長変換され、波長変換レーザビームと残
留基本波レーザビームの合成ビーム4として取り出され
る。波長変換レーザビームと残留基本波レーザビームと
の合成ビーム4はビームスプリッタ5により波長変換レー
ザビーム6と入射基本波レーザビーム1aに分離される。
入射基本波レーザビーム1aは集光素子2aにより集光さ
れ、波長変換素子3aへ入射する。波長変換レーザビーム
6aと残留基本波レーザビームの合成ビーム4aが取り出さ
れ、ビームスプリッタ5aにより波長変換レーザビーム6a
と入射基本波レーザビーム1bに分離される。入射基本波
レーザビーム1bは集光素子2bにより集光され、波長変換
素子3bに入射する。波長変換レーザビームと残留基本波
レーザビームの合成ビーム4bが取り出され、ビームスプ
リッタ5bにより波長変換レーザビーム6bと基本波レーザ
ビーム1cに分離される。The incident fundamental laser beam 1 is condensed by the condensing element 2 and enters the wavelength conversion element 3. A part of the wavelength is converted by the wavelength conversion element 3 and is extracted as a combined beam 4 of the wavelength-converted laser beam and the residual fundamental laser beam. A combined beam 4 of the wavelength-converted laser beam and the residual fundamental-wave laser beam is separated by a beam splitter 5 into a wavelength-converted laser beam 6 and an incident fundamental-wave laser beam 1a.
The incident fundamental wave laser beam 1a is condensed by the condensing element 2a and enters the wavelength conversion element 3a. Wavelength conversion laser beam
A combined beam 4a of the laser beam 6a and the residual fundamental laser beam is extracted, and the wavelength-converted laser beam 6a is extracted by the beam splitter 5a.
And the incident fundamental laser beam 1b. The incident fundamental wave laser beam 1b is condensed by the condensing element 2b and enters the wavelength conversion element 3b. A combined beam 4b of the wavelength-converted laser beam and the residual fundamental-wave laser beam is extracted and separated into a wavelength-converted laser beam 6b and a fundamental-wave laser beam 1c by a beam splitter 5b.
【００２２】上記のように構成された波長変換レーザ装
置においては、ビーム集光素子2、2a、2bにより、基本
波レーザビーム1、1a、1bを集光して波長変換素子3、3
a、3bに入射するので、波長変換素子3、3a、3bの内部で
の基本波レーザビームパワー密度を高くすることができ
る。波長変換素子のうち、基本波レーザビームパワー密
度が高いほど変換効率が高くなる性質を持つものを用い
た場合、波長変換効率を高くすることができる。In the wavelength conversion laser device configured as described above, the fundamental laser beams 1, 1a, 1b are condensed by the beam condensing elements 2, 2a, 2b and the wavelength conversion elements 3, 3 are condensed.
Since the light enters the wavelength conversion elements a and 3b, the fundamental laser beam power density inside the wavelength conversion elements 3, 3a and 3b can be increased. When a wavelength conversion element having a property that the conversion efficiency increases as the fundamental laser beam power density increases, the wavelength conversion efficiency can be increased.
【００２３】さらに、複数個の波長変換素子3,3a,3bの
それぞれから発生した波長変換レーザビーム6,6a,6bを
別々に取り出すため、一個の波長変換素子で発生した波
長変換レーザビームが他の波長変換素子を通過する量を
減らすことができ、波長変換素子の色付きやダメージと
いった劣化を防ぐことができ、結果としてダメージ閾値
が上がることにより、より強度の高い基本波入射レーザ
ビームを入射することができ、より高出力の波長変換レ
ーザビームを発生させることができる。また、他の波長
変換素子を通過する際の透過ロスによる波長変換レーザ
ビームの減衰を避けることができる。また、後出の実施
の形態で詳細に説明するが、残留基本波入射レーザビー
ムのみに対して、偏光方向を回転する等の操作を施し
て、他の波長変換素子に入射させることができる。Further, since the wavelength conversion laser beams 6, 6a, 6b generated from each of the plurality of wavelength conversion elements 3, 3a, 3b are separately taken out, the wavelength conversion laser beams generated by one wavelength conversion element Can reduce the amount of light passing through the wavelength conversion element, and prevent deterioration such as coloring and damage of the wavelength conversion element. As a result, the damage threshold rises, and a higher intensity fundamental wave incident laser beam is incident. And a higher output wavelength converted laser beam can be generated. Further, it is possible to avoid attenuation of the wavelength conversion laser beam due to transmission loss when passing through another wavelength conversion element. In addition, as will be described in detail in an embodiment described later, it is possible to apply an operation such as rotating the polarization direction to only the laser beam incident on the residual fundamental wave to make it incident on another wavelength conversion element.
【００２４】実施の形態２．図２は本発明の実施の形態
２による波長変換レーザ装置を示す構成図であり、図に
おいて、1、1a、1b、1cは基本波レーザビーム、14、14
a、14bは反射集光素子、3、3a、3bは波長変換素子、5、
5a、5bはビームスプリッタ、6、6a、6bは波長変換レー
ザビームである。Embodiment 2 FIG. FIG. 2 is a configuration diagram showing a wavelength conversion laser device according to a second embodiment of the present invention. In the figure, 1, 1a, 1b, and 1c denote fundamental laser beams, 14, 14
a, 14b are reflection condensing elements, 3, 3a, 3b are wavelength conversion elements, 5,
5a and 5b are beam splitters, and 6, 6a and 6b are wavelength conversion laser beams.
【００２５】このように構成されたものにおいては、基
本波レーザビーム1、1a、1bは、反射集光素子14、14a、
14bに入射し、集光されて波長変換素子3、3a、3bに入射
して波長変換され、ビームスプリッタ5、5a、5bによっ
て波長変換レーザビーム6、6a、6bと基本波レーザビー
ム1a、1b、1cに分離される。In the above-described structure, the fundamental laser beams 1, 1a, 1b are reflected and condensed by the condensing elements 14, 14a,
14b, is condensed, is incident on the wavelength conversion elements 3, 3a, 3b, is wavelength-converted, and is converted by the beam splitters 5, 5a, 5b into wavelength-converted laser beams 6, 6a, 6b and fundamental laser beams 1a, 1b. , 1c.
【００２６】図２に示すように、集光素子として、図１
に示したレンズ等の透過光学素子2,2a,2bではなく、ミ
ラー等の反射光学素子14,14a,14bを用いることにより、
透過ロスによる透過光学素子の歪等の問題を避けたり、
透過光学系だけを使用した場合に比べ、高いパワーを持
つ基本波入射レーザビーム1を波長変換に使用できる。
さらに、反射光学素子14,14a,14bの使用により、透過光
学素子の透過ロスをなくし、基本波入射パワーの減衰を
低減できる。また、透過光学素子と反射光学素子を組み
合わせて用いてもよい。As shown in FIG. 2, the light condensing element shown in FIG.
By using reflection optical elements 14, 14a, 14b such as mirrors instead of transmission optical elements 2, 2a, 2b such as lenses shown in
Avoid problems such as distortion of the transmission optical element due to transmission loss,
The fundamental wave incident laser beam 1 having higher power can be used for wavelength conversion as compared with the case where only the transmission optical system is used.
Further, by using the reflection optical elements 14, 14a, and 14b, the transmission loss of the transmission optical element can be eliminated, and the attenuation of the fundamental wave incident power can be reduced. Further, the transmission optical element and the reflection optical element may be used in combination.
【００２７】実施の形態３．図３は、本発明の実施の形
態３による波長変換レーザ装置を示す構成図である。図
において、1、1a、1bは基本波レーザビーム、2,2aは集
光素子、3,3a,3b,3cは波長変換素子、4、4aは基本波入
射レーザビームと波長変換レーザビーム、5,5aはビーム
スプリッタ、6,6aは波長変換レーザビームである。Embodiment 3 FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a wavelength conversion laser device according to a third embodiment of the present invention. In the figure, 1, 1a, 1b are fundamental laser beams, 2, 2a are condensing elements, 3, 3a, 3b, 3c are wavelength conversion elements, 4, 4a are fundamental wave incident laser beams and wavelength converted laser beams, 5 , 5a are beam splitters, and 6, 6a are wavelength-converted laser beams.
【００２８】図１、２では、集光素子2,2a,2bまたは14,
14a,14bの間に１個ずつ波長変換素子3,3a,3bを配置した
場合を示したが、図３に示すように集光素子2,2aの間に
２個以上の波長変換素子3,3a,3bを配置してもよいし、
波長変換素子の個数は３個に限るものではなく、２個ま
たは４個以上用いてもよい。In FIGS. 1 and 2, the light condensing elements 2, 2a, 2b or 14,
Although the case where the wavelength conversion elements 3, 3a, 3b are arranged one by one between 14a, 14b is shown, as shown in FIG. 3, two or more wavelength conversion elements 3, 3a are provided between the condensing elements 2, 2a. 3a, 3b may be arranged,
The number of wavelength conversion elements is not limited to three, but may be two or four or more.
【００２９】集光素子2、2a、2bにはパワー密度の増大
による波長変換効率の増大と、発散角の増大による位相
整合条件の劣化という相反する２つの作用があるため、
最大の波長変換効率の得られる最適な焦点距離が存在す
る。この最適焦点距離は、波長変換素子3,3a,3bの位相
整合許容角に依存するので、位相整合許容角に異方性が
ある場合には集光素子の収束性にも異方性を持たせると
よい。集光素子の収束性に異方性を持たせるには、例え
ばシリンドリカルレンズと軸対象レンズを組み合わせれ
ばよい。The light-collecting elements 2, 2a, and 2b have two conflicting effects, namely, an increase in wavelength conversion efficiency due to an increase in power density and a deterioration in phase matching conditions due to an increase in divergence angle.
There is an optimal focal length for maximum wavelength conversion efficiency. Since the optimum focal length depends on the phase matching allowable angle of the wavelength conversion elements 3, 3a and 3b, if the phase matching allowable angle has anisotropy, the convergence of the light-collecting element also has anisotropy. It is good to let. In order to impart anisotropy to the convergence of the light-collecting element, for example, a combination of a cylindrical lens and an axially symmetric lens may be used.
【００３０】また、例えば、波長変換素子3,3a,3b,3cの
位相整合許容角が１方向についてのみ狭いために、波長
変換レーザビームのプロファイルが１方向に狭くなり、
波長変換レーザビームが使用目的に適さない場合、波長
変換ビームに対してシリンドリカルレンズやアナモルフ
ィックプリズムを組み合わせたビーム整形素子を用いて
出射ビームを整形してから取り出してもよい。Further, for example, since the phase matching allowable angle of the wavelength conversion elements 3, 3a, 3b, 3c is narrow in only one direction, the profile of the wavelength conversion laser beam becomes narrow in one direction,
If the wavelength-converted laser beam is not suitable for the intended use, the wavelength-converted beam may be extracted after shaping the output beam using a beam shaping element in which a cylindrical lens or an anamorphic prism is combined.
【００３１】実施の形態４．図４は本発明の実施の形態
４による波長変換レーザ装置を示す構成図であり、図に
おいて、1、1a、1b、1cは基本波レーザビーム、2、2a、
2bは集光レンズ等の入射基本波レーザビーム集光素子、
3、3a、3bは波長変換素子、4、4a、4bは波長変換レーザ
ビームと残留基本波レーザビームの合成ビーム、5、5
a、5bはビームスプリッタ、6、6a、6bは波長変換レーザ
ビーム、7、7a、7bは光ファイバーバンドルであり、端
末に結合器を備えている。Embodiment 4 FIG. FIG. 4 is a configuration diagram showing a wavelength conversion laser device according to a fourth embodiment of the present invention, in which 1, 1a, 1b, and 1c denote fundamental laser beams, 2, 2a, and 2a.
2b is an incident fundamental wave laser beam focusing element such as a focusing lens,
3, 3a and 3b are wavelength conversion elements, 4, 4a and 4b are combined beams of a wavelength conversion laser beam and a residual fundamental laser beam, and 5, 5
a and 5b are beam splitters, 6, 6a and 6b are wavelength-converted laser beams, and 7, 7a and 7b are optical fiber bundles, each having a coupler at the terminal.
【００３２】入射基本波レーザビーム1が集光素子2,2a,
2bにより、波長変換素子3,3a,3bに繰り返し集光されて
入射し、波長変換レーザビーム6,6a,6bとして取り出さ
れるのは実施の形態１と同じであるが、図４においては
別々に取り出された波長変換レーザビームを光ファイバ
ーバンドルまたは結合器を取り付けた光ファイバー7、7
a、7bに入射させ、結合させている。The incident fundamental laser beam 1 is focused by the focusing elements 2, 2a,
2b, the light is repeatedly condensed and incident on the wavelength conversion elements 3, 3a, 3b, and is extracted as the wavelength-converted laser beams 6, 6a, 6b in the same manner as in the first embodiment. The extracted wavelength-converted laser beam is converted to an optical fiber with an optical fiber bundle or coupler.
a, 7b are incident and combined.
【００３３】複数のビームを１点に集光して加工等に用
いる場合等、複数の波長変換レーザビームを１本のビー
ムとして用いたい場合は、図４に示すように、取り出さ
れた波長変換レーザビーム6,6a,6bを光ファイバーバン
ドル7,7a,7b等を用いて結合して取り出してもよい。When a plurality of wavelength-converted laser beams are to be used as one beam, for example, when a plurality of beams are condensed at one point and used for processing or the like, as shown in FIG. The laser beams 6, 6a, 6b may be combined and extracted using optical fiber bundles 7, 7a, 7b or the like.
【００３４】実施の形態５．図５は本発明の実施の形態
５による波長変換レーザ装置を示す構成図であり、図に
おいて、1は基本波入射レーザビーム、2、2a,2bはレン
ズ等の集光素子、3,3a,3bは波長変換素子、8,8a,8bは集
光位置を示す線である。Embodiment 5 FIG. 5 is a configuration diagram showing a wavelength conversion laser device according to a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 5, reference numeral 1 denotes a fundamental wave incident laser beam, 2, 2a and 2b denote focusing elements such as lenses, and 3, 3a and 3b. 3b is a wavelength conversion element, and 8, 8a and 8b are lines indicating the light condensing position.
【００３５】一般には、波長変換や、光学素子の透過ロ
ス等による基本波入射レーザビームの減衰によって、波
長変換を繰り返すごとに基本波入射レーザビームパワー
が減衰し、波長変換素子位置のレーザビームパワー密度
が低下し、そのため、基本波入射レーザビームパワー密
度が大きいほど波長変換効率が高くなるような波長変換
素子を用いた場合、２回目以降の波長変換になると、1
回目の波長変換に比べて波長変換効率が低下する。In general, the fundamental wave incident laser beam power is attenuated each time the wavelength conversion is repeated due to the wavelength conversion and attenuation of the fundamental wave incident laser beam due to transmission loss of the optical element, and the laser beam power at the position of the wavelength converting element. If the wavelength conversion element is used such that the wavelength conversion efficiency becomes higher as the fundamental wave incident laser beam power density becomes higher, the wavelength conversion becomes 1
The wavelength conversion efficiency is lower than the second wavelength conversion.
【００３６】図５においては、１段目の波長変換素子3
の集光位置8での集光径より、２段目の波長変換素子3a
の集光位置8aの方が集光径が小さくなるように集光条件
を設定している。さらに、２段目の波長変換素子3aの集
光位置8aより、３段目の波長変換素子3bの集光位置8bの
方が集光径が小さくなるように集光条件を設定してい
る。In FIG. 5, the first-stage wavelength conversion element 3
The second-stage wavelength conversion element 3a
The light-collecting conditions are set so that the light-collecting position 8a has a smaller light-collecting diameter. Further, the light-gathering conditions are set so that the light-gathering diameter is smaller at the light-gathering position 8b of the third-stage wavelength conversion element 3b than at the light-gathering position 8a of the second-stage wavelength conversion element 3a.
【００３７】このように、波長変換素子3,3a,3bの通過
ごとにその集光位置8,8a,8bのビーム径が小さくなるよ
うに集光条件を設定してやることにより、波長変換素子
の集光位置8,8a,8bの基本波入射レーザビームパワー密
度の低下を小さくすることができ、波長変換効率の低下
を小さくできる。As described above, the focusing conditions are set so that the beam diameter at the focusing position 8, 8a, 8b is reduced each time the light passes through the wavelength converting elements 3, 3a, 3b, whereby the wavelength converting elements are collected. The decrease in the fundamental beam incident laser beam power density at the optical positions 8, 8a, 8b can be reduced, and the decrease in wavelength conversion efficiency can be reduced.
【００３８】また、その際、集光径を小さくし過ぎる
と、波長変換素子の集光位置8,8a,8bの基本波入射レー
ザビームの発散角が大きくなり、波長変換効率が落ちて
しまうので、ビームの拡がり角が波長変換素子3,3a,3b
の位相整合許容角内に収まるようビーム集光径を設定す
れば、さらに高い波長変換効率を得ることができる。At this time, if the condensing diameter is too small, the divergence angle of the fundamental wave incident laser beam at the condensing position 8, 8a, 8b of the wavelength conversion element increases, and the wavelength conversion efficiency decreases. , Beam divergence angle is wavelength conversion element 3, 3a, 3b
If the beam focusing diameter is set so as to be within the phase matching allowable angle, higher wavelength conversion efficiency can be obtained.
【００３９】実施の形態６．図６は本発明の実施の形態
６による波長変換レーザ装置を示す構成図であり、図に
おいて、1、1a、1b、1cは基本波レーザビーム、2、2a、
2bは集光レンズ等の集光素子、3、3a、3bは波長変換素
子の位相整合許容角が1方向について狭い波長変換特性
を持つ波長変換素子、4、4a、4bは波長変換レーザビー
ムと残留基本波レーザビームの合成ビーム、5、5a、5b
はビームスプリッタ、6、6a、6bは波長変換レーザビー
ム、9,9a,9bは基本波入射レーザビームの偏光回転素
子、10、10a、10bはそれぞれ、波長変換レーザビーム
6、6a、6bのプロファイル、11は基本波入射レーザビー
ム1のプロファイル、12は波長変換レーザビーム6、6a、
6bのプロファイル10、10a、10bを重ねて描いたプロファ
イルであり、波長変換レーザビーム6、6a、6bを1本にま
とめた際のプロファイルである。Embodiment 6 FIG. FIG. 6 is a configuration diagram showing a wavelength conversion laser device according to a sixth embodiment of the present invention, in which 1, 1a, 1b, and 1c denote fundamental laser beams, 2, 2a, and 2a.
2b is a condensing element such as a condensing lens, 3, 3a, and 3b are wavelength converting elements having wavelength conversion characteristics in which the phase matching allowable angle of the wavelength converting element is narrow in one direction, and 4, 4a, and 4b are wavelength converting laser beams. Composite beam of residual fundamental laser beam, 5, 5a, 5b
Is a beam splitter, 6, 6a and 6b are wavelength conversion laser beams, 9, 9a and 9b are polarization rotators of a fundamental incident laser beam, and 10, 10a and 10b are wavelength conversion laser beams, respectively.
6, 6a, 6b profile, 11 is the profile of the fundamental incident laser beam 1, 12 is the wavelength conversion laser beam 6, 6a,
This is a profile obtained by superimposing the profiles 10, 10a, and 10b of 6b, and is a profile when the wavelength-converted laser beams 6, 6a, and 6b are combined into one.
【００４０】入射基本波レーザビーム1,1a,1bが、集光
素子2、2a、2bによって繰り返し集光され、波長変換素
子3、3a、3bに入射するのは、実施の形態１と同じであ
るが、本実施の形態においては、偏光回転素子9,9a,9b
を用いて波長変換素子3,3a,3bへの入射前に基本波の偏
光方向を回転するとともに、波長変換素子3、3a、3bに
ついては入射基本波レーザビームの偏光方向に対応し
て、波長変換素子3,3a,3bを光軸に関して軸対称に回転
するようにして、入射してくる基本波レーザビーム1,1
a,1bに対して位相整合がとれるよう設定する。その結
果、波長変換素子3から得られた波長変換レーザビーム
は波長変換素子3の位相整合許容角が1方向について狭い
ため、基本波入射レーザビームプロファイル11に対し
て、10のようなビームプロファイルを持つ。それに対
し、波長変換素子3aは、波長変換素子3に対して位相整
合許容角の方向が回転して配置されているため、波長変
換素子3aから得られたレーザビームのプロファイルも10
に対して回転し、基本波入射レーザビームプロファイル
11に対して、10aのようなプロファイルとなる。同様に
して、波長変換素子3bから得られた波長変換レーザビー
ムのプロファイルは10、10aに対して回転し、基本波入
射レーザビームプロファイル11に対して、10bのような
プロファイルとなる。したがって、波長変換レーザビー
ム6、6a、6bを1本にまとめた場合、そのプロファイル
は、基本波入射レーザビームプロファイル11に対して12
のようなプロファイルとなる。The incident fundamental wave laser beams 1, 1a, 1b are repeatedly focused by the focusing elements 2, 2a, 2b and incident on the wavelength conversion elements 3, 3a, 3b as in the first embodiment. However, in the present embodiment, the polarization rotation element 9, 9a, 9b
While rotating the polarization direction of the fundamental wave before entering the wavelength conversion elements 3, 3a, 3b using the wavelength conversion elements 3, 3a, 3b, corresponding to the polarization direction of the incident fundamental wave laser beam, the wavelength The conversion element 3, 3a, 3b is rotated axisymmetrically with respect to the optical axis so that the incident fundamental laser beam 1, 1
Set so that phase matching can be achieved for a and 1b. As a result, the wavelength conversion laser beam obtained from the wavelength conversion element 3 has a narrower phase matching allowable angle of the wavelength conversion element 3 in one direction. Have. On the other hand, since the wavelength conversion element 3a is arranged with the direction of the phase matching allowable angle rotated with respect to the wavelength conversion element 3, the profile of the laser beam obtained from the wavelength conversion element 3a is also 10%.
Rotate with respect to the fundamental incident laser beam profile
For 11 it becomes a profile like 10a. Similarly, the profile of the wavelength-converted laser beam obtained from the wavelength conversion element 3b rotates with respect to 10 and 10a, and becomes a profile like 10b with respect to the fundamental-wave incident laser beam profile 11. Therefore, when the wavelength-converted laser beams 6, 6a, and 6b are combined into one, the profile is 12 times the fundamental incident laser beam profile 11.
It becomes a profile like.
【００４１】そのため、入射基本波レーザビームのう
ち、位相整合許容角の方向に対応し、変換されにくい成
分が波長変換素子3、3a、3bでそれぞれ異なり、結果と
して波長変換レーザ装置全体としての波長変換効率が向
上する。Therefore, of the incident fundamental wave laser beam, the components which are difficult to be converted corresponding to the direction of the phase matching allowable angle are different between the wavelength conversion elements 3, 3a and 3b. As a result, the wavelength of the wavelength conversion laser device as a whole is Conversion efficiency is improved.
【００４２】また、波長変換レーザビーム6、6a、6bを1
本のビームにまとめた場合、そのプロファイルは12のよ
うになり、欠損の少ないプロファイルとなる。The wavelength-converted laser beams 6, 6a and 6b are
When combined into a book beam, the profile is like 12, which is a profile with few defects.
【００４３】なお、最初の偏光回転素子9は、波長変換
素子3を回転させて位相整合をとり、省略することもで
きる。The first polarization rotation element 9 can be omitted by rotating the wavelength conversion element 3 to achieve phase matching.
【００４４】なお、図６では波長変換素子を３個用いた
場合について示したが、波長変換素子の個数は３個に限
るものではなく、２個でも４個以上でもよい。また、波
長変換効率を最大にするよう、波長変換レーザビームを
１本にまとめた場合にそのプロファイルを欠損の少ない
ものとし、変換効率を増すために、例えば２個用いる場
合には90度回転する。４個用いる場合には45度ずつ回転
するなど、それぞれの波長変換素子に入射する基本波入
射レーザビームの偏光方向回転角度を基本波レーザビー
ムのうち波長変換される部分の重なりが少なくなるよう
設定してもよい。Although FIG. 6 shows a case where three wavelength conversion elements are used, the number of wavelength conversion elements is not limited to three, but may be two or four or more. In addition, in order to maximize the wavelength conversion efficiency, when the wavelength conversion laser beams are combined into one beam, the profile is made to have few defects, and in order to increase the conversion efficiency, for example, when two laser beams are used, they are rotated by 90 degrees. . When four laser beams are used, the polarization direction rotation angles of the fundamental wave incident laser beams incident on the respective wavelength conversion elements are set so that overlapping of the wavelength converted portions of the fundamental wave laser beams is reduced, for example, by rotating by 45 degrees. May be.
【００４５】また、図６では集光素子の間に波長変換素
子がそれぞれ1個ずつ配置されているが、図３に示した
ように２個以上としてもよく、その場合に、それぞれの
波長変換素子の間に偏光回転素子を挿入して基本波レー
ザビームの偏光方向を回転してもよい。In FIG. 6, one wavelength conversion element is disposed between the light condensing elements. However, as shown in FIG. 3, two or more wavelength conversion elements may be provided. A polarization rotation element may be inserted between the elements to rotate the polarization direction of the fundamental laser beam.
【００４６】実施の形態７．図７は本発明の実施の形態
７による波長変換レーザ装置を示す構成図であり、図に
おいて、1、1a、1b、1cは基本波レーザビーム、2、2a、
2bは集光レンズ等の入射基本波レーザビーム集光素子、
3、3a、3bは波長変換素子、4、4a、4bは波長変換レーザ
ビームと残留基本波レーザビームの合成ビーム、5、5
a、5bはビームスプリッタ、6、6a、6bは波長変換レーザ
ビーム、10、10a、10bは波長変換レーザビーム6、6a、6
bのプロファイル、11は基本波入射レーザビーム1のプロ
ファイルである。12は波長変換レーザビーム6、6a、6b
のプロファイル10、10a、10bを重ねて描いたものであ
る。Embodiment 7 FIG. FIG. 7 is a configuration diagram showing a wavelength conversion laser device according to a seventh embodiment of the present invention. In the drawing, 1, 1a, 1b, and 1c denote fundamental laser beams, 2, 2a,
2b is an incident fundamental wave laser beam focusing element such as a focusing lens,
3, 3a and 3b are wavelength conversion elements, 4, 4a and 4b are combined beams of a wavelength conversion laser beam and a residual fundamental laser beam, and 5, 5
a and 5b are beam splitters, 6, 6a and 6b are wavelength-converted laser beams, and 10, 10a and 10b are wavelength-converted laser beams 6, 6a and 6
The profile of b, 11 is the profile of the incident laser beam 1 of the fundamental wave. 12 is a wavelength conversion laser beam 6, 6a, 6b
In which the profiles 10, 10a, and 10b of FIG.
【００４７】入射基本波レーザビーム1が、集光素子2、
2a、2bによって繰り返し集光され、波長変換素子3、3
a、3bにおいて繰り返し波長変換され、ビームスプリッ
タ5、5a、5bによって波長変換レーザビームが取り出さ
れるのは、実施の形態１と同じであるが、本実施の形態
においては、波長変換素子3、3a、3bは、例えば入射ビ
ームの光軸に対して互いに異なった角度で傾けることに
より、基本波レーザビーム1,1a,1bがそれぞれ異なった
角度で入射するように設定されており、入射基本波レー
ザビームのプロファイル11のうち、波長変換されない部
分を減らすよう、また、波長変換レーザビーム6,6a,6b
のプロファイル10,10a,10bが、できるだけ基本波入射レ
ーザビームのプロファイル11全体を網羅するように配置
されている。そのため、波長変換レーザビーム6のプロ
ファイルは、10のような位置を占めるのに対し、波長変
換レーザビーム6a、6bのプロファイルは、基本波入射レ
ーザビームプロファイル11に対し、10a、10bのような位
置を占める。そのため、取り出された波長変換レーザビ
ームを1本のビームにまとめた場合、まとめられた波長
変換レーザビームのプロファイルは、基本波入射レーザ
ビームのプロファイル11に対し、12のような位置を占め
ることになり、波長変換素子3,3a,4bを傾けないで配置
した場合に比べて、より多くの部分を占めることができ
る。また、波長変換効率を大きくすることができる。The incident fundamental wave laser beam 1 is
The light is repeatedly focused by 2a and 2b, and the wavelength conversion elements 3 and 3
The wavelength conversion is repeatedly performed in a and 3b, and the wavelength-converted laser beam is extracted by the beam splitters 5, 5a and 5b, as in the first embodiment, but in the present embodiment, the wavelength conversion elements 3, 3a , 3b are set so that the fundamental laser beams 1, 1a, and 1b are incident at different angles, for example, by being inclined at different angles with respect to the optical axis of the incident beam. In order to reduce the portion of the beam profile 11 that is not wavelength-converted, the wavelength-converted laser beams 6, 6a, 6b
Are arranged so as to cover the entire profile 11 of the fundamental wave incident laser beam as much as possible. Therefore, the profile of the wavelength-converted laser beam 6 occupies a position like 10, whereas the profile of the wavelength-converted laser beam 6 a, 6 b has a position like 10 a, 10 b with respect to the fundamental-wave incident laser beam profile 11. Occupy. Therefore, when the extracted wavelength-converted laser beams are combined into one beam, the profile of the combined wavelength-converted laser beams occupies a position such as 12 with respect to the profile 11 of the fundamental-wave incident laser beam. That is, a larger portion can be occupied than when the wavelength conversion elements 3, 3a, 4b are arranged without being inclined. Further, the wavelength conversion efficiency can be increased.
【００４８】なお、図７では波長変換素子を３個用いた
場合についてしるしたが、波長変換素子の個数は３個に
限るものではなく、２個でも４個以上でもよい。Although FIG. 7 shows the case where three wavelength conversion elements are used, the number of wavelength conversion elements is not limited to three, but may be two or four or more.
【００４９】図８は、図７に示した実施の形態の波長変
換ビームプロファイルを得るための、波長変換素子の位
置と角度について詳細に説明したものである。図におい
て、1は入射基本波レーザビーム、2、2a、2bは集光レン
ズ、3、3a、3b、3c、3dは各配置における波長変換素子
とその配置に対応して入射基本波レーザビームの発散角
のどの部分が波長変換されるかを模式的に示したもの、
8、8aは基本入射レーザビームの集光点の位置、10、10
a、10bは波長変換レーザビームのプロファイルを模式的
に示したもの、11は基本波入射レーザビーム1のプロフ
ァイルを模式的に示したものである。FIG. 8 explains in detail the position and angle of the wavelength conversion element for obtaining the wavelength conversion beam profile of the embodiment shown in FIG. In the figure, 1 is an incident fundamental laser beam, 2, 2a and 2b are condenser lenses, 3, 3a, 3b, 3c and 3d are wavelength conversion elements in each arrangement and the incident fundamental wave laser beam corresponding to the arrangement. Which schematically shows which part of the divergence angle is wavelength-converted,
8, 8a is the position of the focal point of the basic incident laser beam, 10, 10
a and 10b schematically show profiles of the wavelength-converted laser beam, and 11 schematically shows a profile of the fundamental-wave incident laser beam 1.
【００５０】波長変換素子3、3cのように集光位置8,8a
より前に波長変換素子を配置した場合、基本波レーザビ
ームの光軸に対して波長変換素子3のように傾けると10
のようなプロファイルが得られ、基本波レーザビームの
光軸に対して波長変換素子3cのように傾けると10bのよ
うなプロファイルが得られる。また、波長変換素子3b、
3dのように集光位置より後ろに波長変換素子を配置した
場合、基本波レーザビームの光軸に対して波長変換素子
3bのように傾けると10bのようなプロファイルが得ら
れ、基本波レーザビームの光軸に対して波長変換素子3d
のように傾けると10のようなプロファイルが得られる。
また、波長変換素子がどの位置に配置されていても、波
長変換素子3aのように基本波レーザビームの光軸に対し
て傾けずに配置されていれば10aのようなプロファイル
が得られる。The light condensing positions 8, 8a like the wavelength conversion elements 3, 3c
If the wavelength conversion element is arranged earlier, if the wavelength conversion element is tilted like the wavelength conversion element 3 with respect to the optical axis of the fundamental laser beam, 10
Is obtained, and a profile like 10b is obtained by inclining the optical axis of the fundamental wave laser beam like the wavelength conversion element 3c. Further, the wavelength conversion element 3b,
When the wavelength conversion element is placed behind the focusing position as in 3d, the wavelength conversion element is positioned with respect to the optical axis of the fundamental laser beam.
When tilted like 3b, a profile like 10b is obtained, and the wavelength conversion element 3d with respect to the optical axis of the fundamental laser beam.
And a profile like 10 is obtained.
Regardless of the position of the wavelength conversion element, a profile like 10a can be obtained as long as the wavelength conversion element is disposed without being inclined with respect to the optical axis of the fundamental laser beam like the wavelength conversion element 3a.
【００５１】このような波長変換素子の配置において、
例えば波長変換素子3、3a、3bの３配置や、3c,3a,3dの
３配置、3,3c,3bの３配置のように、波長変換素子位置
を集光点前に少なくとも1箇所、集光点より後部に少な
くとも1箇所選び、集光点より前の位置に配置された波
長変換素子と集光点より後ろの位置に配置された波長変
換素子のうち、少なくとも1つずつを、基本波レーザビ
ームの光軸に対して同じ方向に傾けて配置することによ
って、波長変換レーザビームのプロファイルを位相整合
許容角が狭いことによって生じる欠損の少ないものと
し、波長変換効率を向上させることができる。In the arrangement of such a wavelength conversion element,
For example, as shown in three arrangements of the wavelength conversion elements 3, 3a, 3b, three arrangements of 3c, 3a, 3d, and three arrangements of 3, 3c, 3b, the wavelength conversion element is located at least one position before the converging point. Select at least one point behind the light spot, and apply at least one of the wavelength conversion elements arranged at a position before the focus point and at least one of the wavelength conversion elements at a position after the focus point to the fundamental wave. By arranging the laser beam in the same direction with respect to the optical axis of the laser beam, the profile of the wavelength-converted laser beam can be reduced in loss caused by a narrow phase matching allowable angle, and the wavelength conversion efficiency can be improved.
【００５２】また、例えば波長変換素子3、3a、3cの３
配置や3、3b、3cの３配置のように、波長変換素子位置
を集光点前に少なくとも2箇所選び、集光点より前の位
置の波長変換素子の基本波レーザビームの光軸に対して
傾ける方向のうち、すくなくとも2つの波長変換素子の
基本波レーザビームの光軸に対して傾ける方向を逆方向
とすることによって、波長変換レーザビームのプロファ
イルを欠損の少ないものとし、波長変換効率を向上させ
ることができる。Also, for example, the wavelength conversion elements 3, 3a, 3c
At least two wavelength conversion element positions are selected before the converging point as in the arrangement and the three arrangements of 3, 3b, and 3c, with respect to the optical axis of the fundamental laser beam of the wavelength conversion element at a position before the converging point. Of the tilting directions, at least two of the wavelength conversion elements are tilted with respect to the optical axis of the fundamental laser beam in the opposite direction, so that the profile of the wavelength conversion laser beam has few defects and the wavelength conversion efficiency is improved. Can be improved.
【００５３】また、例えば波長変換素子3、3b、3dの３
配置のように、波長変換素子位置を集光点の後ろに少な
くとも２箇所選び、集光点より後ろの位置に配置された
波長変換素子のうち少なくとも２つの波長変換素子の基
本波レーザビームの光軸に対して傾ける方向を逆とする
ことによって、波長変換レーザビームのプロファイルの
欠損を少ないものとし、波長変換効率を向上させること
ができる。For example, the wavelength conversion elements 3, 3b, 3d
As in the arrangement, at least two wavelength conversion element positions are selected after the focal point, and the light of the fundamental laser beam of at least two of the wavelength conversion elements among the wavelength conversion elements arranged behind the focal point is selected. By reversing the direction of inclination with respect to the axis, the loss of the profile of the wavelength conversion laser beam can be reduced, and the wavelength conversion efficiency can be improved.
【００５４】また、上記の実施の形態において、波長変
換素子3aのようにレーザビームの最も良く集光されてい
る部分であるウエストを含む位置に波長変換素子を配置
してもよいし、波長変換素子3、3b、3c、3dのようにウ
エストを含まない位置に配置してもよい。In the above-described embodiment, the wavelength conversion element may be arranged at a position including the waist, which is the portion where the laser beam is most focused, as in the wavelength conversion element 3a. Elements such as the elements 3, 3b, 3c, and 3d may be arranged at positions not including the waist.
【００５５】また、上記の実施の形態においては、３配
置の場合について示したが、波長変換素子3,3bの組み合
わせ、波長変換素子3c,3dの組み合わせ、波長変換素子3
b,3dの組み合わせ、波長変換素子3,3cの組み合わせのよ
うに得られる波長変換レーザビームに重なりの無い、ま
たは重なりがあっても重なる部分の小さいプロファイル
が得られる波長変換素子配置を２つ選んでもよいし、４
つ以上選んでもよい。Further, in the above embodiment, the case of three arrangements has been shown, but the combination of the wavelength conversion elements 3 and 3b, the combination of the wavelength conversion elements 3c and 3d, and the wavelength conversion element 3
Select two wavelength conversion element arrangements that do not overlap the wavelength conversion laser beams obtained as in the combination of b and 3d and the combination of wavelength conversion elements 3 and 3c, or obtain a profile with a small overlapping portion even if there is an overlap. Or 4
You may choose more than one.
【００５６】また、図７には波長変換素子の位相整合許
容角が１方向について狭い場合について示したが、かな
らずしもこれに限るものではなく、異方性がなくてもよ
いし、位相整合許容角が２つ以上の方向について狭くて
もよい。FIG. 7 shows a case where the phase matching allowable angle of the wavelength conversion element is narrow in one direction. However, the present invention is not limited to this. May be narrow in two or more directions.
【００５７】また、波長変換素子として、例えば第２高
調波発生結晶のような波長変換結晶を用いる場合、端面
に対して、入射光が垂直に入射した場合に位相整合がと
れるように結晶がカットされていてもよいし、他のカッ
トの仕方であってもよい。When a wavelength conversion crystal such as a second harmonic generation crystal is used as the wavelength conversion element, the crystal is cut so that phase matching can be achieved when incident light is perpendicularly incident on the end face. Or another cutting method.
【００５８】[0058]
【発明の効果】本発明の第１の構成によれば、レーザビ
ームを非線形素子からなる波長変換素子により波長変換
して入射基本波レーザビームと波長の異なる波長変換レ
ーザビームを取り出す波長変換レーザ装置において、入
射基本波レーザビーム経路に順次配置された複数の波長
変換素子と、前記複数の波長変換素子を通過するレーザ
ビームを収束させる複数の集光手段と、前記複数の波長
変換素子で波長変換されたレーザビームの経路を変更す
る複数のビームスプリッタとを備えたので、複数の波長
変換素子に入射基本波レーザビームを集光して入射する
ことができるため、複数の波長変換素子内において、高
い入射基本波レーザビームパワー密度を得ることがで
き、複数の波長変換素子における波長変換効率を高める
ことができる。According to the first configuration of the present invention, a wavelength conversion laser device for converting a laser beam into a wavelength by a wavelength conversion element comprising a non-linear element and extracting a wavelength conversion laser beam having a different wavelength from the incident fundamental laser beam. , A plurality of wavelength conversion elements sequentially arranged in the incident fundamental laser beam path, a plurality of condensing means for converging a laser beam passing through the plurality of wavelength conversion elements, and a wavelength conversion by the plurality of wavelength conversion elements Since a plurality of beam splitters are provided to change the path of the laser beam, the incident fundamental wave laser beam can be condensed and incident on a plurality of wavelength conversion elements. A high incident fundamental laser beam power density can be obtained, and the wavelength conversion efficiency in a plurality of wavelength conversion elements can be increased.
【００５９】本発明の第２の構成によれば、前記複数の
集光手段による基本波レーザビームの集光径を順次に小
さくしたので、基本波入射レーザビーム強度が、波長変
換素子による波長変換や光学素子通過による透過ロス等
によって波長変換素子通過ごとに減衰していく場合で
も、基本波入射レーザビームパワー密度の低下を小さく
することができ、波長変換効率を高めることができる。According to the second configuration of the present invention, the converging diameter of the fundamental wave laser beam by the plurality of condensing means is sequentially reduced, so that the fundamental wave incident laser beam intensity is reduced by the wavelength converting element. Even when the power is attenuated each time the light passes through the wavelength conversion element due to transmission loss caused by passing through the optical element or the like, a decrease in the fundamental beam incident laser beam power density can be reduced, and the wavelength conversion efficiency can be increased.
【００６０】本発明の第３の構成によれば、前記複数の
波長変換素子の間に偏光回転素子を備え、各波長変換素
子毎に異なる偏光方向の基本波レーザビームを入射させ
るとともに、各波長変換素子を前記偏光方向に対応して
位相整合がとれるように光軸を中心として回転させて配
置したので、波長変換素子の位相整合許容角に異方性が
あり、狭い方向の位相整合許容角が入射基本波レーザビ
ームの波長変換素子位置における発散角より小さい場合
等でも、複数の波長変換素子への入射基本波レーザビー
ムの偏光方向を変化させ、位相整合許容角の狭い方向を
波長変換素子ごとに変化させることができ、結果とし
て、波長変換装置全体の波長変換効率を高めることがで
きるだけでなく、得られた複数の波長変換レーザビーム
を1本にまとめた場合には、まとめられた波長変換レー
ザビームのプロファイルが入射基本波レーザビームのプ
ロファイルに対して欠損の少ないものとすることができ
る。According to the third configuration of the present invention, a polarization rotation element is provided between the plurality of wavelength conversion elements, and a fundamental laser beam having a different polarization direction is incident on each wavelength conversion element. Since the conversion element is arranged by rotating about the optical axis so that phase matching can be achieved in accordance with the polarization direction, the wavelength conversion element has anisotropic phase matching allowable angle, and has a narrow phase matching allowable angle. Is smaller than the divergence angle of the incident fundamental laser beam at the wavelength conversion element position, the polarization direction of the incident fundamental wave laser beam to the plurality of wavelength conversion elements is changed, and the direction in which the phase matching allowable angle is narrow is changed to the wavelength conversion element. Can be changed for each wavelength.As a result, not only can the wavelength conversion efficiency of the entire wavelength conversion device be increased, but also if the obtained plurality of wavelength conversion laser beams are combined into one In this case, the profile of the combined wavelength-converted laser beam can be reduced to a small amount with respect to the profile of the incident fundamental-wave laser beam.
【００６１】本発明の第４の構成によれば、レーザビー
ムを非線形素子からなる波長変換素子により波長変換し
て入射基本波レーザビームと波長の異なる波長変換レー
ザビームを取り出す波長変換レーザ装置において、入射
基本波レーザビームの集光手段と、複数の波長変換素子
とを備え、前記複数の波長変換素子の配置角度を前記集
光手段による集光位置の前後で異なるようにしたので、
波長変換素子の位相整合許容角が入射基本波レーザビー
ムの波長変換素子位置における発散角より小さい場合等
でも、基本波入射レーザビームの異なる成分を波長変換
することができ、結果として、得られた複数の波長変換
レーザビームを１本の波長変換レーザビームにまとめた
場合のプロファイルを基本波入射レーザビームのプロフ
ァイルに対して欠損の少ないものとすることができる。
また、波長変換効率を向上させることができる。According to the fourth configuration of the present invention, in a wavelength conversion laser device for converting a laser beam into a wavelength by using a wavelength conversion element comprising a non-linear element and extracting a wavelength conversion laser beam having a wavelength different from that of the incident fundamental wave laser beam, Since the light collecting means for the incident fundamental laser beam is provided with a plurality of wavelength conversion elements, and the arrangement angles of the plurality of wavelength conversion elements are different before and after the light collecting position by the light collecting means,
Even if the phase matching allowable angle of the wavelength conversion element is smaller than the divergence angle of the incident fundamental wave laser beam at the wavelength conversion element position, it is possible to wavelength-convert different components of the fundamental wave incident laser beam, and as a result, The profile in the case where a plurality of wavelength-converted laser beams are combined into one wavelength-converted laser beam can be made to have less defects than the profile of the fundamental-wave incident laser beam.
Further, the wavelength conversion efficiency can be improved.
【００６２】本発明の第５の構成によれば、前記集光手
段として反射光学素子を用いたので、ビームの導光系の
光学素子と集光素子を兼ねることができる。また、レン
ズ等の透過光学素子を用いた場合に対して、透過ロスが
ないため、損失の少ない伝送が可能である。また、透過
ビームの吸収に起因する熱歪がないため、レンズ等の透
過光学素子を用いた場合より高出力のビームの集光にも
用いることができる。According to the fifth aspect of the present invention, since the reflection optical element is used as the light condensing means, the light condensing element can also serve as the light guiding optical element. Further, as compared with the case where a transmission optical element such as a lens is used, there is no transmission loss, so that transmission with little loss is possible. In addition, since there is no thermal distortion caused by absorption of the transmitted beam, it can be used for condensing a beam with a higher output than when a transmission optical element such as a lens is used.
【００６３】本発明の第６の構成によれば、前記複数の
波長変換素子から発生したそれぞれの波長変換レーザビ
ームを別々に取り出すので、一個の波長変換素子で発生
した波長変換レーザビームが他の波長変換素子を通過す
る量を減らすことができ、波長変換素子の色付きやダメ
ージといった劣化を防ぐことができ、結果としてダメー
ジ閾値が上がることにより、より強度の高い基本波入射
レーザビームを入射させることができ、より高出力の波
長変換レーザビームを発生させることができる。また、
他の波長変換素子を通過する際の透過ロスによる波長変
換レーザビームの減衰を避けることができる。また、残
留基本波入射レーザビームのみに対して、偏光方向を回
転する等の操作を施して、他の波長変換素子に入射させ
ることができる。According to the sixth configuration of the present invention, the respective wavelength-converted laser beams generated from the plurality of wavelength converters are separately extracted, so that the wavelength-converted laser beam generated by one wavelength converter is converted into another wavelength-converted laser beam. It is possible to reduce the amount of light passing through the wavelength conversion element and prevent deterioration such as coloring and damage of the wavelength conversion element. As a result, the damage threshold is increased, so that a higher intensity fundamental wave incident laser beam can be incident. And a higher output wavelength converted laser beam can be generated. Also,
Attenuation of the wavelength conversion laser beam due to transmission loss when passing through another wavelength conversion element can be avoided. In addition, only the residual fundamental wave incident laser beam can be incident on another wavelength conversion element by performing an operation such as rotating the polarization direction.
【００６４】本発明の第７の構成によれば、前記複数の
波長変換素子から発生したそれぞれの波長変換レーザビ
ームをそれぞれ光ファイバーバンドルまたは結合器を取
り付けた光ファイバーに入射させて結合させるように構
成したので、発生した複数の波長変換レーザビームを結
合して使用することができる。According to the seventh aspect of the present invention, the respective wavelength-converted laser beams generated from the plurality of wavelength converters are respectively incident on and coupled to an optical fiber provided with an optical fiber bundle or a coupler. Therefore, a plurality of wavelength-converted laser beams generated can be combined and used.
【図１】 本発明の実施の形態１による波長変換レーザ
装置を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a wavelength conversion laser device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 本発明の実施の形態２による波長変換レーザ
装置を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a wavelength conversion laser device according to a second embodiment of the present invention.
【図３】 本発明の実施の形態３による波長変換レーザ
装置を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a wavelength conversion laser device according to a third embodiment of the present invention.
【図４】 本発明の実施の形態４による波長変換レーザ
装置を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing a wavelength conversion laser device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図５】 本発明の実施の形態５による波長変換レーザ
装置を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a wavelength conversion laser device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図６】 本発明の実施の形態６による波長変換レーザ
装置を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing a wavelength conversion laser device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図７】 本発明の実施の形態７による波長変換レーザ
装置を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing a wavelength conversion laser device according to a seventh embodiment of the present invention.
【図８】 本発明の実施の形態７に係わり波長変換素子
の位置と角度について説明する説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a position and an angle of a wavelength conversion element according to a seventh embodiment of the present invention.
【図９】 本発明の従来例１による波長変換レーザ装置
を示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram showing a wavelength conversion laser device according to Conventional Example 1 of the present invention.
【図１０】 本発明の従来例２による波長変換レーザ装
置を示す構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram showing a wavelength conversion laser device according to Conventional Example 2 of the present invention.
1,1a,1b,1c 基本波レーザビーム、2,2a,2b 集光素
子、3,3a,3b,3c 波長変換素子、4,4a,4b 波長変換レ
ーザビームと基本波レーザビーム、5,5a,5b ビームス
プリッタ、6,6a,6b 波長変換レーザビーム、7 光ファ
イバー、8,8a,8bビーム集光位置を示す線、9,9a,9b 偏
光回転素子、10,10a,10b 波長変換レーザビームのプロ
ファイルの模式図、11 基本波入射レーザビームのプロ
ファイルの模式図、12 複数の波長変換素子から発生し
た波長変換レーザビームを1本にまとめたプロファイル
の模式図、13 ビーム結合ポーラライザ、14、14a、14b
反射集光素子。1,1a, 1b, 1c fundamental laser beam, 2,2a, 2b focusing element, 3,3a, 3b, 3c wavelength conversion element, 4,4a, 4b wavelength conversion laser beam and fundamental laser beam, 5,5a , 5b beam splitter, 6,6a, 6b wavelength conversion laser beam, 7 optical fiber, 8,8a, 8b beam focus position, 9,9a, 9b polarization rotator, 10,10a, 10b wavelength conversion laser beam Schematic diagram of the profile, 11 Schematic diagram of the profile of the incident laser beam of the fundamental wave, 12 Schematic diagram of the profile obtained by combining the wavelength converted laser beams generated from a plurality of wavelength converting elements, 13 Beam coupling polarizer, 14, 14a, 14b
Reflective condensing element.
Claims (7)
変換素子により波長変換して入射基本波レーザビームと
波長の異なる波長変換レーザビームを取り出す波長変換
レーザ装置において、入射基本波レーザビーム経路に順
次配置された複数の波長変換素子と、前記複数の波長変
換素子を通過するレーザビームを収束させる複数の集光
手段と、前記複数の波長変換素子で波長変換されたレー
ザビームの経路を変更する複数のビームスプリッタとを
備えたことを特徴とする波長変換レーザ装置。1. A wavelength conversion laser device for converting a laser beam into a wavelength by a wavelength conversion element comprising a non-linear element and extracting a wavelength conversion laser beam having a wavelength different from that of an incident fundamental wave laser beam. A plurality of wavelength conversion elements, a plurality of focusing means for converging a laser beam passing through the plurality of wavelength conversion elements, and a plurality of paths for changing the path of the laser beam wavelength-converted by the plurality of wavelength conversion elements. A wavelength conversion laser device comprising a beam splitter.
ビームの集光径を順次に小さくした請求項１記載の波長
変換レーザ装置。2. The wavelength conversion laser device according to claim 1, wherein the converging diameter of the fundamental wave laser beam by said plurality of converging means is sequentially reduced.
素子を備え、各波長変換素子毎に異なる偏光方向の基本
波レーザビームを入射させるとともに、各波長変換素子
を前記偏光方向に対応して光軸を中心として回転させて
配置した請求項１記載の波長変換レーザ装置。3. A polarization rotation element is provided between the plurality of wavelength conversion elements, and a fundamental laser beam having a different polarization direction is incident on each wavelength conversion element, and each wavelength conversion element corresponds to the polarization direction. 2. The wavelength conversion laser device according to claim 1, wherein the wavelength conversion laser device is arranged so as to rotate about an optical axis.
変換素子により波長変換して入射基本波レーザビームと
波長の異なる波長変換レーザビームを取り出す波長変換
レーザ装置において、入射基本波レーザビームの集光手
段と、複数の波長変換素子とを備え、前記複数の波長変
換素子の配置角度を前記集光手段による集光位置の前後
で異なるようにしたことを特徴とする波長変換レーザ装
置。4. A wavelength conversion laser device for converting the wavelength of a laser beam by a wavelength conversion element comprising a non-linear element and extracting a wavelength conversion laser beam having a wavelength different from that of the incident fundamental wave laser beam. And a plurality of wavelength conversion elements, wherein the arrangement angles of the plurality of wavelength conversion elements are different before and after the light condensing position by the light condensing means.
た請求項１ないし４の何れかに記載の波長変換レーザ装
置。5. The wavelength conversion laser device according to claim 1, wherein a reflection optical element is used as said light collecting means.
れぞれの波長変換レーザビームを別々に取り出すことを
特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の波長変換
レーザ装置。6. The wavelength conversion laser device according to claim 1, wherein each wavelength conversion laser beam generated from said plurality of wavelength conversion elements is separately extracted.
れぞれの波長変換レーザビームをそれぞれ光ファイバー
バンドルまたは結合器を取り付けた光ファイバーに入射
させて結合させるように構成したことを特徴とする請求
項１ないし６の何れかに記載の波長変換レーザ装置。7. The apparatus according to claim 1, wherein each of the plurality of wavelength conversion laser beams generated from the plurality of wavelength conversion elements is incident on and coupled to an optical fiber provided with an optical fiber bundle or a coupler. 7. The wavelength conversion laser device according to any one of 6.
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