波长转换光学元件、波长转换光学元件的制造方法、波长转换装置、紫外线激光照射装置...的制作方法

文档序号:2736692阅读:197来源:国知局
专利名称:波长转换光学元件、波长转换光学元件的制造方法、波长转换装置、紫外线激光照射装置 ...的制作方法
技术领域
本发明涉及波长转换光学元件、波长转换光学元件的制造方法、波 长转换装置、紫外线激光照射装置以及激光加工装置。
背景技术
在紫外线激光中,有从红外光区域的光源激光通过多次利用波长转 换光学元件的非线性光学效应来产生紫外光的方法。其中,作为在最终 阶段等中使用的波长转换光学元件,以本发明人等开发的化学组份
CsLiB601()(以下还称为"CLBO")结晶为代表的硼酸铯锂系列结晶是能 够高效率地产生紫外线激光的结晶。关于上述CLBO结晶已报告有,能 够以高的转换效率产生例如Nd:YAG激光的4倍高次谐波(波长为 266nm) 、 5倍高次谐波(波长为213nm )、与ArF准分子激光的振荡 波长相同的193nm光。
但是,CLBO结晶因为具有潮解性,所以结晶光学面和大气中的水 分等反应,其结果,除了招致品质劣化和激光损伤外,还存在内部折射 率发生变化的问题。因此,开发了如下技术在将上迷结晶作为波长转 换光学元件使用之前预先实施加热(退火)处理至100。C以上,或在加热 到150。C的状态下使用的技术(专利文献4)。此外,提出了如下技术方 案在使用时,为了防止波长转换光学元件的劣化,在真空氛围中配置 上述结晶的方案(专利文献5);或者,在以不含水分的气体密封的光 学用单元内配置上述结晶而使用的方案(专利文献6、专利文献7)。这 些技术的目的都是避免由CLBO结晶的潮解性引起的元件劣化、激光损 伤。
另一方面,当所产生的紫外线激光强度变高时,使用CLBO结晶的
波长转换光学元件因对该紫外线激光的微小吸收而元件内部发热,在内 部形成不均匀的温度分布,受此影响产生折射率变化的分布,其结果, 产生从波长转换条件(相位匹配条件)偏离的区域。因此,为了解决上
述的防潮问题和发生该相位不匹配区域的问题,有在将CLBO结晶加热 到150。C的状态下j吏用的方法。但是,在该方法中,由于难以避免自加热 的影响,所以高输出紫外线激光产生时的输出有从不包舍热效应的理论 值下降的趋势。其结果,为了紫外线激光的高输出化,更高强度的激光 入射和高聚光条件是必须的,但这将作为引起CLBO结晶的损伤和劣化 的主要原因而作用,存在针对长期工作可靠性降低的问题。另外,结晶
容易发生热裂紋产生的"内部激光损伤,,的环境中。此外,CLBO结晶因 为具有伴随发热而折射率的值变小的性质,所以发现了以提高紫外线激 光转换效率为目的聚光的激光束光的直径违反意图而扩大的"热透镜效 应"。进而,在150'C的加热状态下使用CLBO结晶时需要紫外线激光照 射装置启动(起动)的时间,因为存在操作性问题,所以要求开发能够 在室温下使用的CLBO结晶。
另一方面,已知水作为杂质混入到CLBO结晶内部,在红外线区域 产生吸收的情况(非专利文献l,非专利文献2)。对于此,本发明人等 开发了通过加热处理降低CLBO内部的水杂质,提高CLBO结晶内部激 光损伤阈值的技术(非专利文献3)。但是,在用该技术制作的CLBO 结晶中,当提高光源激光入射强度时,直到某区域,所产生的紫外线激 光的输出强度也上升,但当入射强度变为某固定值以上时,存在产生输 出强度不再上升的输出饱和现象的问题。因此,要求开发根据入射强度 提高紫外线激光的输出强度的技术。如上所述的在室温条件下使用以及 提高紫外线激光输出还是包含CLBO结晶的全部硼酸铯锂系列结晶的问 题。
专利文献l 专利文献2 专利文献3
专利第2744604号爿〉报 专利第2812427号^S^艮 专利第3115250号公报
专利文献4:专利第3115250号/>才艮 专利文献5:特开平11-271820号7>才艮 专利文献6:特开2003-295241号公报 专利文献7:国际公开号码WO2002/048786号7>报 非专利文献1: Y. Morimoto et al., J. Mater. Res. Vol. 16, pp. 2082-2090 (2001 )
非专利文献2: L, Kovacs et al" Opt. Mater. Vol.24, pp, 457-463 (2003 )
非专利文献3: M. Nishioka et al" Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 44, pp. L699-L700 (2005 )

发明内容
因而,本发明的目的在于提供一种能够与入射强度相应地提高紫外 线激光的输出强度且即使在室温下也能够使用的波长转换光学元件、上 述波长转换光学元件的制造方法、使用上述波长转换光学元件的波长转 换装置、紫外线激光照射装置以及激光加工装置。
为了达到上述目的,本发明的波长转换光学元件,包含硼酸铯锂 系列结晶,其特征在于,上述结晶中的水杂质的含有量是如下这样的 含有量,即在将上述结晶加工为Nd:YAG激光的4倍高次谐波发生方位 的光学元件且长度为10mm的光学元件时,将上述光学元件的红外透射 频镨中的3589craf1的透射率(Ta)作为指标,透射率(Ta)与偏振光方 向无关且不考虑在光学研磨表面上的损失时的实测值为1%以上的含有 量。
本发明的制造方法是上述本发明的波长转换光学元件的制造方法, 其特征在于,该方法包括准备硼酸铯锂系列结晶的工序;将上述结晶 在大气中在100。C以上温度下加热24小时以上的第一水分除去工序;以 及在千燥气体氛围下将上述结晶在IO(TC以上温度下加热24小时以上的 第二水分除去工序。
本发明的光波长转换装置,使光透射波长转换光学元件而进行波长
转换,其特征在于,上迷波长转换光学元件是上述本发明的波长转换光 学元件。
本发明的紫外线激光照射装置,包括激光光源以及波长转换装置, 对从上述激光光源照射的光进行波长转换而产生紫外线激光,其特征在 于,上述波长转换装置是本发明的波长转换装置。
本发明的激光加工装置,包括紫外线激光照射装置,其特征在于, 上述紫外线激光照射装置是上述本发明的紫外线激光照射装置。
这样,本发明的波长转换光学元件由于使用了水分被除去了表示上
述透射率(Ta)为1%以上的透射率特性程度的硼酸铯锂系列结晶,所 以不发生输出饱和现象,如后述的实施例所示那样,能够根据入射强度 提高输出强度,而且,即使在室温条件下,也能够发挥和加热到150'C的 以往结晶同等以上的性能。因而,使用本发明的波长转换光学元件的波 长转换装置、紫外线激光照射装置以及激光加工装置是高性能的,在长 时间操作中的可靠性也高,而且具有启动时间短操作性优异这样的优点。 此外,根据本发明的制造方法,能够简单地制造上述本发明的波长转换 光学元件。其中,本发明的波长转换光学元件也可以通过上述制造方法 以外的方法制造。此外,本发明的波长转换光学元件可以在室温下使用, 也可以适度加热(例如,150。C)后使用。在本发明中,"水杂质"表示在 上述结晶中作为杂质而被包含的水。


图1是表示本发明的一实施例的红外区域的透射频谱的测定结果的 曲线图。
图2是表示本发明的一实施例中的紫外线激光的输出强度的测定结 果的曲线图。
图3是表示本发明的一实施例中的紫外线激光的输出强度的测定结 果的曲线图。
图4是表示本发明的波长转换装置的一个例子的结构的剖面图,(A) 是纵剖面图,(B)是横剖面图。
图5是表示本发明的波长转换装置的其他例子的结构的剖面图。 图6是表示本发明的波长转换装置的进一步其他例子的结构的剖面图。
具体实施例方式
在本发明中,将上述结晶加工为Nd:YAG激光的4倍高次谐波发生 方位的光学元件且长度为10mm的光学元件时的上述光学元件的红外透 射频语中的3589cm-1的透射率(Ta)是表示上述结晶中的水杂质含有量 的指标,此意义以外对本发明没有任何限制。因而,例如,上述光学元 件的元件长度10mm只不过是上述指标中的元件长度,本发明的波长转 换光学元件的元件长度根据该用途等而适当地确定。
上述波长转换光学元件没有特别限制,例如,可以列举Nd:YAG激 光的2倍高次谐波发生元件、3倍高次谐波发生元件、4倍高次谐波发生 元件、5倍高次谐波发生元件、波长为193nm光发生元件以及波长为 195nm光发生元件等可见光/紫外光发光用光学元件。
在本发明的波长转换光学元件中,上述结晶中的水杂质的含有量优 选是在加工为上述光学元件时,将上述光学元件的红外透射频谱中的 3435cirT1的透射率(Ts)作为指标,透射率(Ts)与偏振光方向无关且 不考虑在光学研磨表面上的损失时的实测值为1.5。/。以上情况下的含有 量。而且,与上述同样,上述透射率(Ts)只不过是表示上述结晶的水 杂质的含有量的指标,此意义以外对本发明没有任何限制。
在本发明的波长转换光学元件中,上述结晶优选是在上述结晶表面 中沿着a轴方向形成的光学面不发生劣化的结晶。
在本发明的波长转换光学元件中,上述结晶优选是CsLiB601Q结晶 (CLBO结晶)。此外,在上述CLBO结晶中,还包括如下这样的结晶 将Cs或Li局部地与碱金属元素、碱土类金属元素、其他元素置换而得 的结晶;添加杂质而得的结晶;如在化学组份中具有非配比性的结晶。
在本发明的波长转换光学元件中,优选的,上述结晶的光学面^:进 行有光学研磨处理。
在本发明的波长转换光学元件的制造方法中,也可以采用省略上述 第 一水分除去工序而在上述第二水分除去工序中除去上述结晶的水分这 种形态。在本发明的制造方法中,在上述第一水分除去工序以及第二水 分除去工序中,该氛围的压力并没有特别限制,例如,可以是常压,也 可以是加压条件,还可以是减压条件。
在本发明的波长转换光学元件的制造方法中,上述干燥气体没有特 别限制,例如有氩气、氧气以及这些气体的混合气体。
在本发明的波长转换装置中,优选的形态是,进一步包括具备入射 出射光学窗的光学用单元,在上述光学用单元内配置有上述波长转换光 学元件。
上述光学用单元优选进一步包括温度调节部件以及氛围气体置换部件。
在具有上述光学用单元的本发明的波长转换装置中,也可以釆用能
够实施包含以下工序的水分除去处理的形态将未进行水分除去处理的 硼酸铯锂系列结晶配置于上述光学用单元内的配置工序;通过上述温度 调整部件在大气中将上述结晶在100'C下加热24小时以上的第一水分除 去工序;以及通过上述氛围气体置换部件使上述光学用单元内成为干燥 气体氛围,通过上述温度调节部件将上述结晶在100。C以上的温度下加热 24小时以上的第二水分除去工序。在该形态下,也可以省略上述第一水 分除去工序,通过上述第二水分除去工序实施上述水分除去处理。在本 发明的波长转换装置中,在上述第一水分除去工序、第二水分除去工序 以及波长转换时,该氛围的压力没有特别限制,例如可以是常压,也可 以是加压条件,还可以是减压条件。
在本发明的波长转换装置中,优选在室温条件下实施波长转换。 在本发明的波长转换装置中,优选在氮气含有率比空气小的气体的 氛围条件下实施波长转换。这是为了避免以下情况,即,在产生紫外线 时,如果以大于等于空气的比例在氛围气体中含有氮气,则上述氮气和 上述结晶表面成分发生反应而产生硝酸铯,其附着于上迷结晶表面而成 为4吏光学特性降低的原因。上述氛围气体没有特别限制,例如有氩气、
氧气以及这些气体的混合气体。
接着,详细说明本发明。但是,本发明不限于以下的事项。 本发明的波长转换光学元件包含硼酸铯锂系列结晶,如前所述,上
述结晶优选为CLBO结晶。上述CLBO结晶的一般特性例如如下。 (CLBO结晶的一般特性) 化学式CsLiB6O10 分子量364.70 晶系正方晶、单轴性负结晶 晶格形状体心立方晶格 晶格常数a=10.494 (1 ) A (1.0494nm )
b=8.939 (2 ) A (0.8939nm )
v=984.4 (3 ) A (98.44nm ) 空间群142 (#122) 结晶密度2.461g/cm3 透射波长域180~2750nm 非线性光学常数d36=0.95pm/V
如前所述,本发明的上述结晶在加工为Nd:YAG激光的4倍高次谐 波(266nm)产生方位的光学元件(长度为10mm)时,上述光学元件 的红外透射频谱中的3589cm-1的透射率(Ta),与偏振光方向无关且不 考虑在光学研磨表面上的损失时的实测值为1%以上。上述Ta优选为 1.5%以上,更优选为2.0%以上,进一步优选为2.5%以上,进一步优选 为3.0。/。以上,进一步优选为3.5%以上。上述元件长度为10mm考虑加 工等时的误差,优选在例如10mm士0.2mm的范围。
在此,透射率(Ta)以及透射率(Ts) l良映上述结晶的水分含有 率的参数。即,在上述结晶中,由于水杂质的原因,产生在3S約cm"上 的吸收(va)以及在3435cnT1上的吸收(vs ),上述吸收(va)表示OH 基的非对称伸缩振动,上述吸收(vs)表示OH基的对称伸缩振动。于 是,与这些各吸收对应地观察上迷透射率(Ta)以及上述透射率(Ts)。 在上述两个参数中,最重要的是透射率(Ta),通过在透射率(Ta)变
成1%以上为止除去水杂质,由此抑制输出饱和现象的发生从而能够实现
与入射强度相应的输出强度的提高,以及即使不加热到150。C而在室温条 件下也能够解决相位不匹配区域发生的问题,这些情况是本发明人等首 次发现的,在上述专利文献以及非专利文献中的任何文献中都没有记栽 也没有启示。此外,上述室温条件没有特别限制,是实验室或工厂等现 场的室温条件,例如是0 50。C的范围,0-40。C的范围,0 30。C的范围, 5-35'C的范围,10 30'C的范围,或者20 30。C的范围。
如前所述,本发明的上述结晶在加工为上述光学元件时,上述光学 元件的红外透射频镨中的3435cnT1的透射率(Ts)优选地表示与偏振光 方向无关且不考虑在光学研磨表面上的损失时的实测值为1.5%以上的 特性,更优选为2%以上。
上述光学元件例如在上述光学元件的形状是棱柱形的情况下,其尺 寸在光轴方向的长度例如是10mm,在与上述光轴方向垂直交叉的剖面 面积的大小例如是5x5mm2。此外,从上述光学元件的结晶切出的方向 例如是(0, 0>) = (61.9°, 45。)。此外,上述光学元件的光学面按照后 述方法进行有光学研磨处理。上述光学元件的长度没有特别限制,除了 上述的10mm以外,例j口可以列举lmm、 5mm、 12mm、 15mm等。而 且,上述光学元件的形状也没有特别限定,除了上述的棱柱形之外,例 如有将入射出射面加工成布儒斯特角的形状。
在本发明中,上述透射率(Ta)以及透射率(Ts)例如能够通过傅 立叶变换红外分光光度计测定。
本发明的上述结晶优选为其光学面进行光学研磨处理。上述光学研 磨处理没有特别限制,但优选的处理是,对上述光学面进行机械研磨, 研磨磨粒掩埋,并通过离子束的照射或化学溶剂的蚀刻处理等除去由于 上述机械研磨而变形的表面层。
对于本发明的上述结晶的制造方法,以CLBO结晶为例子进行说明。 CLBO结晶以外的硼酸铯锂系列结晶也能够依据以下方法制造。
首先,准备CLBO结晶。CLBO结晶的培育方法没有特别限制,例 如采用上述的专利文献1至3的方法。接着,实施将上述CLBO结晶在
大气中在100。C以上温度下加热24小时以上的第一水分除去工序,和在 上述干燥气体氛围下将上述结晶在IOO'C以上温度下加热24小时以上的 第二水分除去工序。在上述第一水分除去工序中,上述加热条件优选为 在20 300。C或者100 300。C温度下1~200小时或者24~200小时,更优选 的条件是在卯。C 250。C或者100。C 250。C温度下15 150小时或者24 150 小时,进一步优选的条件是在140 160。C温度下24 130小时。另外,仅 通过在大气中加热的上述第一水分除去工序不可能进行达到上述Ta为 1%以上水平的水分除去。在上述第二水分除去工序中,上述加热条件优 选为在20 300。C或者100 300'C温度下1~300小时或者24~300小时,更 优选的条件是在卯 250。C或者100 250。C温度下24-200小时,进一步优 选的条件是在140-160。C温度下70 200小时。此外,上述干燥气体的种 类如前所述。上述千燥气体的干燥度的目标例如是纯度为99.9%以上, 优选地纯度为99.99%以上,进一步优选地纯度为99.999%以上。上述第 二水分除去工序优选地在密封容器中一边让千燥气体流动一边实施,如 后所述,也可以在光学用单元内实施。上述干燥气体的流动程度例如是 在l-10000ml/分钟的范围,优选在10 600ml/分钟的范围,更优选在 20^600ml/分钟的范围。此外,如果在不足24小时的短时间内实施第二 水分除去工序,则因为水分被快速除去,所以在上述结晶表面上引起沿 着a轴方向的光学表面的劣化,所以不是优选的。在第二水分除去工序 中,如果一边进行真空排气一边实施,则有能够在短时间内除去水分的 情况。上述真空排气时的真空度例如是10"Torr以下,优选是l(T2Torr 以下,进一步优选是l(T3Torr以下。此外,通过将第一水分除去工序的 条件i殳置成在大气中在150。C温度下加热24小时,还可以缩短包括接下 来的第二水分除去工序的全部工序所需要的时间。
上述第一水分除去工序以及上述第二水分除去工序例如也可以在大 气中将上述CLBO结晶在150。C温度下加热120小时(第一水分除去工 序),接着, 一边让氩气以平均30ml/分钟流动一边在150。C温度下加热 72小时(第二水分除去工序),与此不同,也可以在大气中将上述CLBO 结晶在150。C温度下加热96小时(第一水分除去工序),接着, 一边让
氧气以平均600ml/分钟流动一边在150。C温度下加热72小时(第二水分 除去工序)。
接着,根据

本发明的波长转换装置的例子。但是,本发明 并不会因为以下的波长转换装置的例子而受到任何限制。
图4的剖面图表示本发明的波长转换装置的一个例子。图4 (A)是 纵剖面图,图4(B)是横剖面图。如图所示,该波长转换装置的结构是 在光学用单元1的内部配置了使用CLBO结晶的波长转换光学元件2。 在上述波长转换装置中,使用棱柱形的光学用单元,在其一侧(同图中 左侧)配置光学窗lla,在另一侧(同图中右侧)配置光学窗llb,并分 别通过窗压板15固定,而且,因为上述两个光学窗lla、 llb和光学用 单元l通过O形环连接,所以光学用单元l的内部成为密封状态。在光 学用单元1的上部两端配置有气体导入管,并分别安装有密封阀14a、 14b。在上述光学用单元1的内部配置有两个加热器12,在该两个加热 器12上分别层叠有珀尔帖元件13。而后,在上述两块珀尔帖元件13之 间以与其接触的状态配置有波长转换光学元件2。上述光学用单元1的内 部可以通过上述气体导入管以及密封阈Wa、 "b实施真空排气、氛围气 体置换以及氛围气体流动等。上述光学窗lla、 llb由石英、氟化钙等形 成,可以施加针对入射激光以及紫外线激光的至少一方的防反射膜。激 光的出射入射的方向没有特别限制,例如光源激光可以从光学窗llb(同 图中右侧的光学窗)入射,其入射到波长转换光学元件2,在此通过波 长转换产生紫外线激光,上述紫外线激光透射光学窗lla(同图中左侧的 光学窗)出射到外部。加热器12的种类没有特别限制,例如^f吏用电热线 或陶瓷加热器等结晶加热用加热器。此外,珀尔帖元件13是用于更精密 地控制波长转换光学元件2的温度的元件。 一般,用加热器12的温度控 制伴随士1。C左右的误差,而由于用珀尔帖元件13的温度控制的误差为 士o.rc左右以下,所以能够实施高精度的温度控制。此外,虽然未图示, 但在光学用单元1内配置有加热器用温度传感器以及珀尔帖元件用温度 传感器,这些传感器与配置于光学用单元1的外部的温度控制装置电连 接,同样,加热器12以及珀尔帖元件13也与上述温度控制装置电连接。
上述温度控制装置根据来自上述两个传感器的温度信息,控制加热器12 以及珀尔帖元件13的温度。此外,上述温度控制装置还可以预先输入温 度程序,并按照该程序进行温度控制。
该波长转换装置例如通过前述方法对CLBO结晶等波长转换光学元 件2进行水分除去处理,其后,能够实施波长转换。例如,首先,将未 进行水分除去处理的CLBO结晶配置于光学用单元1内。而后,在打开 密封阀14a、 14b的状态下,通过加热器12以及珀尔帖元件13实施在 100。C以上温度下加热24小时以上的上述第一水分除去工序,其后,从 上述气体导入管将氩气和氧气等干燥气体导入光学用单元1内,并在上 述千燥气体流动的状态下,实施在100。C以上温度下加热24小时以上的 上述第二水分除去工序,得到本发明的波长转换光学元件2。而后,导 入氮气含有率比空气小的氛围气体并关闭密封阀14a、 14b从而使光学用 单元l内成为密封状态,并且将光学用单元l内的温度降低到室温。在 该状态下,从光源(未图示)将激光通过光学窗lib照射到波长转换光 学元件2,将从波长转换光学元件2产生的紫外线激光通过光学窗lla 向外部放射。在该波长转换时,优选通过珀尔帖元件13精密地控制波长 转换光学元件13的温度。如上所述,在本发明中,由于在室温条件下能 够实施波长转换,所以能够在短时间内起动装置,从而操作性优异。
另外,在该例子的波长转换装置中使用了加热器2,但以进一步高精 度地进行温度控制为目的,代替加热器2也可以使用珀尔帖元件。此夕卜, 在该例子的波长转换装置中不具备冷却部件,但优选地具备4吏水等冷却 介质循环的冷却部件。图5的剖面图表示出具备冷却部件的波长转换装 置的一个例子。在图5中,对与图4相同的部分标注相同符号。如图5 所示,在该波长转换装置中,在光学用单元1上设置有使作为冷却介质 的水循环的水通道17。这样,通过设置冷却部件能够进一步精密地实施 温度控制,而且能够快速冷却在CLBO结晶等水分除去处理中处于加热 状态的光学用元件l的内部,其结果,4吏操作性进一步优异。
图6的剖面图表示出本发明的波长转换装置的另一例子。在图6中, 对与图4以及图5相同的部分标注相同符号。该波长转换装置通过将紫
外线激光出射侧的光学窗lla设置成布儒斯特角,从而降低紫外线激光 在出射侧光学窗lla上的反射。紫外线激光出射侧的光学窗为了降低紫 外线激光的反射而可以设置防反射膜,但存在由于紫外线激光而上述防 反射膜劣化的问题。为了解决该问题,通过将出射侧的光学窗设置成布 儒斯特角,从而能够在不施加防反射膜的情况下降低紫外线的反射。但 是,由于即使采用如上方式入射光的一部分也会在出射侧的光学窗lla 上反射,所以存在光学用单元l的出射侧的光学窗的附近被加热的可能。 由于出射侧的O形环16因该加热和加热器12以及珀尔帖元件13的发 热而被加热从而有可能发生漏气,所以为了避免此情况,优选地靠近O 形环16设置水通道17。 实施例1
下面,和比较例子一起说明本发明的实施例。但是,本发明并不会 因为以下实施例以及比较例子而受到任何限制。
首先,将CLBO结晶在(e,①)=(61.9。, 45°)方位上切出后, 实施光学研磨,得到长度为10mm,剖面为5x5mm2的元件。而后,把 该元件配置于图4所示的波长转换装置的光学用单元1内,并在大气中 在150。C温度下加热120小时后,将氛围气体置换为氩气,在按照流量 25ml/分钟的条件流动的状态下,进一步在150。C温度下加热72小时,得 到本实施例的波长转换光学元件。对于该波长转换光学元件,使用傅立 叶变换红外分光光度计,通过无偏振光的红外光测定了透射频语。在该 测定中,不考虑上述元件端面(光学面)的>^射损失,将测得的透射率 直接作为测定值。另一方面,将紧接在上述大气中在150。C温度下对上述 元件加热之后测定透射频傳的结果作为比较例1,将在150。C温度下对上 述元件加热120小时后测定透射频谱的结果作为比较例2。把这些测定结 果表示在图1的曲线中。在图1中,c表示本实施例,a表示比较例1, b 表示比较例2。此外,在同图中,va以及vs线表示透射率(Ta)以及透 射率(Ts)的测定波长。如图所示,在本实施例(c)中,在35卵cm—1 中的透射率(Ta)超过1%,而且波数为3435cm-1的透射率(Ts)超过 1.5%。另一方面,在比较例1以及比较例2中,Ta大致都是O, Ts也都不到1.5%。并且,上述CLBO结晶的制造方法如下。即,首先,作为 原料的准备方法,按照从化学式中改变某些成分比的自助熔剂组份混合 碳酸铯、碳酸锂、硼酸等原材料来制作原料。此时,也可以利用在将原 料溶解到水中混合,然后使其干燥后进行烧结反应的方法。培育原料填 充到铂坩锅中在900'C下溶解,在850'C前后冷却,在液面上接触种子结
晶之后,将整个溶液以o.rc/天左右的速度冷却的同时使结晶生长。如
果用该方法进行两周左右的培育,则能够得到75x43x30mm3左右的结 晶。
接着,对于本实施例的元件和比较例2的元件,测定了由光源激光 入射强度的变化引起的紫外线激光产生强度的变化。将从Nd:YAG激光 器照射的激光入射到LiB30s结晶而进行波长转换后产生532nm的激光, 将其照射到上述元件上,并测定所产生的紫外线激光(266nm)的强度 (W)。此时,上述元件的温度设为150。C。在入射激光(532nm)中, 其平均输出的最大值是16W,脉沖宽度是90ns,脉冲重复频率是50kHz。 此外,在激光(532nm)的照射中,使用焦距为56.0mm的聚光透镜在 高聚光条件下照射到上述元件的中央部。此外,在该测定中,将元件的 角度调整为当激光(532nm)的入射强度为2W时紫外线激光最佳产生 的M。图2的曲线表示该测定的结果。在同图中,CLBO-B表示本实 施例,CLBO-A表示比较例2。此外,在同图中,横轴表示激光(532nm ) 的入射强度(W),纵轴表示紫外线激光(266nm)的产生强度(W)。 如图所示,比较例2 (CLBO-A)和以往的CLBO结晶一样,当入射强 度提高到某一程度时,紫外线激光强度的提高则达到界限。这是一种由 于少许吸收自身产生的紫外光从而在结晶内部发生不均匀的温度分布, 其结果对紫外光的产生起作用的区域减小,输出饱和的现象。这是在以 往的全部CLBO结晶上常见的现象,当发生这种吸收现象的时候,需要 将元件角度调整到相对于入射方向最佳地产生紫外线激光的方位。另外, 使用未进行加热的CLBO结晶进行了同样的测定,但和比较例2是同样 的结果。另一方面,如图2所示,在本实施例(CLBO-B)中,输出并 未表示出饱和趋势,而是输出强度与入射强度相应地增加。根据该结果
可以说,在本实施例的元件中,自加热现象被抑制得极小。而且,在红
外区域被看到的水杂质的振动(va)对紫外光的吸收特性带来如此显著 的影响的机理不明显。
接着,在加热条件(150°C )以及室温(35°C )条件这两种温度^ 下,使用本实施例的元件进行波长转换,并测定了所产生的紫外线激光 的强度(W)。而且,测定时的上述元件的氛围气体使用了氩气。波长 转换的条件和前述一样。将该结果表示在图3的曲线中。在同图中,橫 轴表示激光(532nm )的入射强度(W),纵轴表示紫外线激光(266nm ) 的产生强度(W)。如同图所示,本实施例的元件即使在室温条件下, 也表示出和150。C加热条件同等以上的输出特性。
在本实施例中,将使用长度为10mm的元件的情况作为例子,但也 可以使用除此以外长度的元件,只要在红外透射频谱中的3589cm-1中的 透射率(Ta)为1%以上即可,则能够得到和本实施例一样的效果。
此外,在本实施例中,示出了将CLBO结晶在Nd:YAG激光的4 倍高次谐波(266nm)产生方位(theta, phi) = (61.9°, 45°)上切出的例子, 但例如,也可以在Nd:YAG激光的5倍高次谐波(213nm )产生方位上 切出,而且能够得到和本实施例一样的效果。
产业上的利用可能性
本发明的波长转换光学元件能够与入射强度相应地增加输出特性, 而且可以在室温下使用。因而,使用本发明的波长转换光学元件的波长 转换装置、激光照射装置以及激光加工装置是高性能的,即使长时间工 作,可靠性也优异,而且操作性也优异。因而,本发明能够很好地在与 波长转换激光有关的全部领域利用。
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权利要求
1. 一种波长转换光学元件,包含硼酸铯锂系列结晶,其特征在于,上述结晶中的水杂质的含有量是如下这样的含有量,即在将上述结晶加工为Nd:YAG激光的4倍高次谐波发生方位的光学元件且长度为10mm的光学元件时,将上述光学元件的红外透射频谱中的3589cm-1的透射率(Ta)作为指标,透射率(Ta)与偏振光方向无关且不考虑在光学研磨表面上的损失时的实测值为1%以上的含有量。
2. 根据权利要求l所述的波长转换光学元件,上述波长转换光学元 件是从由Nd:YAG激光的2倍高次谐波发生元件、3倍高次谐波发生元 件、4倍高次谐波发生元件、5倍高次谐波发生元件、波长为193nm光 发生元件以及波长为195nm光发生元件组成的群中所选择的至少一种光 学元件。
3. 根据权利要求l所述的波长转换光学元件,上述结晶中的水杂质 的含有量是如下这样的含有量,即在加工为上述光学元件时,将上述光 学元件的红外透射频谱中的3435cm"的透射率(Ts)作为指标,透射率(Ts)与偏振光方向无关且不考虑在光学研磨表面上的损失时的实测值 为1.5%以上的含有量。
4. 根据权利要求l所述的波长转换光学元件,上述结晶在上述结晶 表面中沿着a轴方向形成的光学面不发生劣化。
5. 根据权利要求1所述的波长转换光学元件,上述结晶是CsLiB6O10 结晶。
6. 根据权利要求l所述的波长转换光学元件,上述结晶的光学面被 进行光学研磨处理。
7. —种权利要求l所述的波长转换光学元件的制造方法,其特征在 于,该方法包括准备硼酸铯锂系列结晶的工序;将上述结晶在大气中 在100。C以上温度下加热24小时以上的第一水分除去工序;以及在干燥气体氛围下将上述结晶在100。C以上温度下加热24小时以上 的第二水分除去工序。
8. 根据权利要求7所述的波长转换光学元件的制造方法,省略上述 第一水分除去工序,在上述第二水分除去工序中除去上述结晶的水分。
9. 根据权利要求8所述的波长转换光学元件的制造方法,上述干燥 气体是氩气以及氧气的至少一方。
10. —种波长转换装置,该波长转换装置使光透射波长转换光学元 件而进4于波长转换,上述波长转换光学元件是权利要求1所述的波长转 换光学元件。
11. 根据权利要求10所述的波长转换光学装置,该波长转换光学装 置进一步包括具备入射出射光学窗的光学用单元,在上述光学用单元内 配置有上述波长转换光学元件。
12. 根据权利要求ll所述的波长转换装置,上述光学用单元进一步 包括温度调节部件以及氛围气体置换部件。
13. 根据权利要求12所述的波长转换装置,该波长转换装置能够实 施包含以下工序的水分除去处理将未进行水分除去处理的硼酸铯锂系列结晶配置于上述光学用单元 内的配置工序;通过上述温度调整部件在大气中将上述结晶在100。C温度 下加热24小时以上的第一水分除去工序;以及通过上述氛围气体置换部 件使上述光学用单元内成为干燥气体氛围,通过上述温度调节部件将上 述结晶在100。C以上温度下加热24小时以上的第二水分除去工序。
14. 根据权利要求13所述的波长转换装置,省略上述第一水分除去 工序,在上述第二水分除去工序中实施上述水分除去处理。
15. 根据权利要求10所述的波长转换装置,在室温条件下实施波长 转换。
16. 根据权利要求10所述的波长转换装置,在氮气含有率比空气小 的气体的氛围条件下实施波长转换。
17. 根据权利要求16所述的波长转换装置,上述气体是氩气以及氧 气的至少一方。
18. —种紫外线激光照射装置,该紫外线激光照射装置包括激光光 源以及波长转换装置,对从上述激光光源照射的光进行波长转换产生紫 外线激光,上述波长转换装置是权利要求10所述的波长转换装置。
19. 一种激光加工装置,该激光加工装置包括紫外线激光照射装置, 上述紫外线激光照射装置是权利要求18所述的紫外线激光照射装置。
全文摘要
本发明提供一种输出特性能够与入射强度相应地增加且能够在室温下使用的波长转换光学元件。本发明的波长转换光学元件是包含硼酸铯锂系列结晶的波长转换光学元件,其特征在于,上述结晶中的水杂质的含有量是如下这样的含有量,即在将上述结晶加工为Nd:YAG激光的4倍高次谐波发生方位的光学元件且长度为10mm的光学元件时,将上述光学元件的红外透射频谱中的3589cm<sup>-1</sup>的透射率(Ta)作为指标,透射率(Ta)与偏振光方向无关且不考虑在光学研磨表面上的损失时的实测值为1%以上的含有量。
文档编号G02F1/37GK101384953SQ20078000602
公开日2009年3月11日 申请日期2007年3月14日 优先权日2006年3月18日
发明者佐佐木孝友, 吉村政志, 小岛哲夫, 桂智毅, 森勇介, 西前顺一, 西岗志行 申请人:国立大学法人大阪大学;三菱电机株式会社
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