JPH1144897A - 波長変換レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高効率な波長変換が可能な波長変換レーザ装
置を得る。 【解決手段】 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3,3a,3bと、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2,2a,2bと、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5,
5a,5bとを備えた。さらに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。さらに、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。また、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、複数の波長変換素子の配置角度を集光手段に
よる集光位置の前後で異なるようにした。

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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００２０】

【発明の実施の形態】

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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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
   備えたことを特徴とする波長変換レーザ装置。
2. 【請求項２】 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請求項１記載の波長
   変換レーザ装置。
3. 【請求項３】 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
   配置した請求項１記載の波長変換レーザ装置。
4. 【請求項４】 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ことを特徴とする波長変換レーザ装
   置。
5. 【請求項５】 前記集光手段として反射光学素子を用い
   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。
6. 【請求項６】 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。
7. 【請求項７】 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。