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制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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↑［－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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术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。
技术介绍
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，以本专利技术人等开发的化学组份CsLiB6O10(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:在将上述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℃以上，或在加热到150℃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℃的状态下使用的方法。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含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，结晶内部的激光束聚光部分附近因为由紫外线激光产生的该发热而被暴露在容易发生热裂纹产生的“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℃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1，非专利文献2)。对于此，本专利技术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1:专利第2744604号公报专利文献2:专利第2812427号公报专利文献3:专利第3115250号公报-->专利文献4:专利第3115250号公报专利文献5:特开平11-271820号公报专利文献6:特开2003-295241号公报专利文献7:国际公开号码WO2002/048786号公报非专利文献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)
技术实现思路
因而，本专利技术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，本专利技术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。本专利技术的制造方法是上述本专利技术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℃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℃以上温度下加热24小时以上的第二水分除去工序。本专利技术的光波长转换装置，使光透射波长转换光学元件而进行波长-->转换，其特征在于，上述波长转换光学元件是上述本专利技术的波长转换光学元件。本专利技术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专利技术的波长转换装置。本专利技术的激光加工装置，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专利技术的紫外线激光照射装置。这样，本专利技术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℃的以往结晶同等以上的性能。因而，使用本专利技术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，根据本专利技术的制造方法，能够简单地制造上述本专利技术的波长转换光学元件。其中，本专利技术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，本专利技术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℃)后使用。在本专利技术中，“水杂质”表示在上述结晶中作为杂质而被包含的水。附图说明图1是表示本专利技术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是表示本专利技术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是表示本专利技术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是表示本专利技术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是表示本专利技术的波长转换装置的其他例子的结构的剖面图。图6是表示本专利技术的波长转换装置的进一步其他例子的结构的剖面图。具体实施方式在本专利技术中，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2006-3-18 075753/20061.一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1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1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-1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1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1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。7.一种权利要求1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℃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℃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...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉村政志，佐佐木孝友，森勇介，西岗志行，桂智毅，小岛哲夫，西前顺一，
申请(专利权)人：国立大学法人大阪大学，三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]