[发明专利]波长变换元件以及波长变换激光装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于产生3次谐波以上的高次谐波的波长变换元件、以及使用该波长变换元件的波长变换激光装置。

背景技术

以往，在产生3次谐波光以上的高次谐波时，通常是如下结构：除了使用用于产生2次谐波的第1波长变换晶体之外，还使用用于产生3次谐波或4次谐波的第2波长变换晶体。

但是，在使用多个波长变换晶体的结构中，存在如下问题：除了需要多个波长变换晶体自身之外，还需要用于调整各波长变换晶体的角度及温度的调整单元、以及用于调整向各波长变换晶体入射的被波长变换光的入射角度、入射波束直径的调整单元，波长变换晶体以及波长变换激光装置所需的成本将增加。

此外，有如下问题：必须调整多个波长变换晶体的角度以及温度、被波长变换光的入射角度、波束直径，不仅调整作业需要劳力和时间，而且由于与各调整要素的恰当值的偏差，高次谐波的输出及波束强度分布、波束直径容易产生变动。

为了解决这些问题，提出对多个波长变换晶体使用光学接触等手法进行一体化的方法（例如专利文献1）。此外，提出使用特定的晶体材料，使用单一的波长变换晶体产生3次谐波的方法（例如专利文献2）。

现有技术文献

专利文献1：日本特开平11-3845号公报

专利文献2：日本特开2000-221550号公报

发明内容

像这样，在以往使用单一的波长变换元件产生3次谐波以上的高次谐波的情况下，需要分别准备用于产生2次谐波的第1波长变换晶体、和产生3次谐波以上的高次谐波的第2波长变换晶体，并使用光学接触等手法以精确的角度接合第1波长变换晶体和第2波长变换晶体。所以，不仅是在波长变换元件的制造上显著地需要成本和劳力，而且由于接合热膨胀率不同的晶体，所以伴随热循环的接合部的剥离等接合部的可靠性上，也存在问题。

此外，在以往的使用单一的波长变换元件产生3次谐波以上的高次谐波的结构中，存在如下问题：由于接合折射率不同的第1波长变换晶体和第2波长变换晶体，所以在接合部中产生伴随菲涅尔反射的反射损失，并且由于接合面的加工完成状态的不同而产生散射光，波长变换效率降低。

此外，以往，还公开了使用单一的波长变换晶体产生3次谐波的结构，但存在如下问题：在结构上使用了特定的波长变换晶体材料，可产生的3次谐波的波长被限于由波长变换晶体材料的物理特性值所决定的特定波长。

本发明的目的在于提供一种可靠性优异以简单的结构就能高效地产生3次谐波以上的高次谐波的波长变换元件以及使用该波长变换元件的波长变换激光装置。

为了实现上述目的，本发明的第1方式涉及的波长变换元件的特征在于，具备：

单一的非线性光学晶体，满足用于将第1波长的光变换为第2波长的光的第1波长变换的第1相位匹配条件以及用于将第2波长的光变换为第3波长的光的第2波长变换的第2相位匹配条件这两者；以及

用于反射由第1波长变换产生的第2波长的光并供给到第2波长变换的反射单元。

此外，本发明的第2方式涉及的波长变换元件的特征在于，具备：

单一的非线性光学晶体，满足用于将基波变换为2次谐波的第1波长变换的第1相位匹配条件以及用于将2次谐波变换为4次谐波的第2波长变换的第2相位匹配条件这两者；以及

用于反射由第1波长变换产生的2次谐波并供给到第2波长变换的反射单元。

在本发明中，优选非线性光学晶体还满足将4次谐波变换为比4次谐波更高次的高次谐波的第3波长变换的第3相位匹配条件，

所述波长变换元件还具备追加的反射单元，该追加的反射单元用于反射由第2波长变换产生的4次谐波并供给到第3波长变换。

在本发明中，优选非线性光学晶体为硼酸铯锂类晶体。

此外，本发明的第3方式涉及的波长变换元件的特征在于，具备：

单一的非线性光学晶体，满足用于将基波变换为2次谐波的第1波长变换的第1相位匹配条件以及用于将基波和2次谐波通过产生和频而变换为3次谐波的第2波长变换的第2相位匹配条件这两者；以及

用于反射由第1波长变换产生的2次谐波以及在第1波长变换中残存的基波并供给到第2波长变换的反射单元。

在本发明中，优选地非线性光学晶体还满足将3次谐波变换为比3次谐波更高次的高次谐波的第3波长变换的第3相位匹配条件，

所述波长变换元件还具备追加的反射单元，该追加的反射单元用于反射由第2波长变换产生的3次谐波并供给到第3波长变换。