波长变换激光装置

1.一种波长变换激光装置，设有用于从激光光源接收具有规定波长的激光并发生其高次谐波的高次谐波生成部件，其特征在于：所述高次谐波生成部件设有：密闭容器，其在作为激光通路的通孔的激光入射侧和激光射出侧具有窗；非线性光学晶体，其设置在所述通孔内；以及湿度传感器，其设置在所述通孔内。
2.权利要求1所述的波长变换激光装置，其特征在于：所述密闭容器由盖体和形成了所述通孔的壳体主体构成，所述盖体的内侧侧面与所述通孔对置。
3.权利要求2所述的波长变换激光装置，其特征在于：所述湿度传感器安装在所述盖体的内侧侧面。
4.权利要求3所述的波长变换激光装置，其特征在于：所述湿度传感器配置在不遮挡所述通孔的位置。
5.权利要求2～4中的任何一项所述的波长变换激光装置，其特征在于：所述湿度传感器与设置在所述盖体的外侧侧面的电路板连接。
6.权利要求1所述的波长变换激光装置，其特征在于：设有用于对所述激光光源进行控制的控制部，并把所述湿度传感器的信号发送到所述控制部。
7.权利要求1～4和6中的任何一项所述的波长变换激光装置，其特征在于：所述非线性光学晶体是LBO、KTP、BBO、GdYCOB和CLBO中的任何一种。
8.权利要求5所述的波长变换激光装置，其特征在于：所述非线性光学晶体是LBO、KTP、BBO、GdYCOB和CLBO中的任何一种。
9.权利要求1～4和6中的任何一项所述的波长变换激光装置，其特征在于：所述湿度传感器具有电容型传感元件。
10.权利要求5所述的波长变换激光装置，其特征在于：所述湿度传感器具有电容型传感元件。

波长变换激光装置\n技术领域\n本发明涉及一种由非线性光学晶体进行波长变换的波长变换激光装置，具体涉及一种可容易地对非线性光学晶体进行管理的波长变换激光装置。\n背景技术\n短波长激光装置一般利用非线性光学晶体进行波长变换。其中的紫外线固体激光装置的一般结构如下：使用Nd:YAG激光器和Nd:YVO4激光器等发生波长1064nm的基本波激光。非线性光学晶体根据基本波激光发生第二高次谐波。进而，发生第三高次谐波和第四高次谐波。使用LBO晶体和KTP晶体作为第二高次谐波发生用晶体。使用LBO晶体、BBO晶体和GdYCOB晶体作为第三高次谐波发生用晶体。使用BBO晶体和CLBO晶体等作为第四高次谐波发生用晶体。这些非线性光学晶体大部分具有潮解性。为了防止因吸湿引起的劣化，必须考虑设置这些非线性光学晶体的环境，特别是湿度状态。\n第四高次谐波发生用的非线性光学晶体CLBO在相对湿度不低于30％时会发生晶体的急剧劣化。对此，由Crystal Associated Inc.公司销售的型号为10031的晶体单元(crystal cell)采用在单元内封入干燥气体的方法。并且，非线性光学晶体也可在浸入油中的状态下使用。特开平9-292638号公报公开的“高输出紫外线激光发生装置”中，在非线性光学晶体的紫外线导出端面上形成无潮解性的保护膜。\n然而，现有的在晶体单元内简单封入干燥气体的方法，存在不能长时间使用的问题。如果密封结构部由于长时间使用而发生某种缺陷，则密封容器内的湿度变化。如果在单元内的湿度上升的状态下激光器继续动作，则非线性光学晶体的劣化加重而受损。波长变换效率急剧下降而使激光输出显著减少。\n发明内容\n本发明可解决上述现有的问题，本发明的目的是通过准确检测非线性光学晶体的气氛的湿度变化并对激光发生动作进行控制，长时间安心使用波长变换激光装置。\n为了解决上述问题，本发明的波长变换激光装置设有用于从激光光源接收具有规定波长的激光并发生其高次谐波的高次谐波生成部件，该高次谐波生成部件设有：密闭容器，其在作为激光通路的通孔的激光入射侧和激光射出侧具有窗；非线性光学晶体，其设置在通孔内；以及湿度传感器，其设置在通孔内。采用这种结构，可准确检测非线性光学晶体的气氛的湿度变化。\n并且，本发明设有用于对激光光源进行控制的控制部，并把湿度传感器的信号发送到控制部。采用这种结构，当非线性光学晶体的气氛的湿度上升时，可关闭激光光源，防止损伤非线性光学晶体。\n附图说明\n图1是本发明实施方式的波长变换激光装置的概略侧视图；图2是本发明实施方式的波长变换激光装置的非线性光学晶体单元的概略剖面图；图3是本发明实施方式的波长变换激光装置的非线性光学晶体单元的盖体概略剖面图；图4是本发明实施方式的波长变换激光装置的湿度监视装置的概略方框图。\n符号说明1，2：反射镜；3：泵激室单元，4：Q开关，5：布鲁斯特板，6光闸，7第一聚光透镜，8a、8b、8c：加热器，9：温度传感器，11：壳体，12：盖体，13：容器，20：第一非线性光学晶体单元，21：第二聚光透镜，22：分离镜，23：输出窗，24：单元壳体，30：第二非线性光学晶体单元，31：准直透镜，32：分离镜，33：功率计，34：输出窗，35：单元壳体，40：单元主体，41：设置台，42：通孔，43：非线性光学晶体，44：非线性光学晶体固定件，45：加热器，46：开口部，50：单元盖体，51：湿度传感器，52：密封端子，53：湿度检测电路板，54：单元盖体的凹部，55：湿度检测放大电路，56：湿度计，57：开关，58：激光控制部，60a、60b：单元窗，70a、70b：窗固定件，80a、80b、80c、80d、80e：O型环，NLU：非线性光学晶体单元。\n具体实施方式\n以下将参照图1～图4，对本发明的实施方式进行详细说明。\n本发明的实施方式是一种波长变换激光装置，该波长变换激光装置把干燥惰性气体填充在密封容器内，该密封容器中容纳用于接收具有规定波长的激光并发生其高次谐波的非线性光学晶体，该波长变换激光装置设有对密封容器内的湿度进行检测的湿度传感器，并将湿度传感器与激光控制部连接。\n图1是本发明实施方式的波长变换激光装置的侧剖面的概略图。在图1中，镜1、2是构成基本波激光揩振器的反射镜。泵激室单元(pumpingchamber unit)3是具有由半导体激光器激发的固体激光介质(Nd:YAG和Nd:YVO4等)的单元。Q开关4、布鲁斯特(Brewster)板5、光闸(shutter)6和第一聚光透镜7是构成固体激光器的基本要素。加热器8a、8b、8c是把固体激光器保持在恒定温度的加热部件。温度传感器9是对固体激光器的温度进行检测的部件。壳体11是基本波单元的容器的壳体。壳体11的剖面为U字型，具有用于输出基本波激光的窗14。盖体12是基本波单元的容器的盖。盖体12是气密地覆盖壳体11的上面的盖。容器13是容纳基本波单元的容器。容器13由壳体11和盖体12构成。\n第一非线性光学晶体单元20中内置有把规定波长的基本波激光(角振荡频率为ω)变换为第二高次谐波(角振荡频率为2ω，即2倍波)的LBO晶体和KTP晶体等。第二聚光透镜21是对第二高次谐波进行聚光的透镜。分离镜22是将基本波与第二高次谐波分离的半透明反射镜。输出窗23是输出第二高次谐波的窗。单元壳体24是容纳第一波长变换单元的壳体。\n第二非线性光学晶体单元30是把来自第一波长变换单元(B)的激光变换为第三高次谐波(或第四高次谐波)的单元。准直透镜31是将第三高次谐波(或第四高次谐波)变换为平行光线的透镜。分离镜32是将第二高次谐波与第三(或第四)高次谐波分离的半透明反射镜。功率计33是对第三或第四高次谐波的输出进行测量的部件。输出窗34是把第三(或第四)高次谐波输出到外部的窗。单元壳体35是容纳第二波长变换单元的容器。\n图1所示的波长变换激光装置由基本波单元(A)、第一波长变换单元(B)和第二波长变换单元(C)构成。基本波单元(A)具有镜1、2、泵激室单元3、Q开关4、布鲁斯特(Brewster)板5、光闸6和第一聚光透镜7等基本光学单元。构成基本波单元(A)的部件容纳在容器13内。容器13的内部密封有氮气等惰性气体。壳体11的底部11a中适当地嵌设有加热器8a、8b、8c。用于对容器13内的温度进行监视的温度传感器9配置在泵激室单元3的附近。\n第一波长变换单元(B)设有第一非线性光学晶体单元20、聚光透镜21以及分离镜22。第一非线性光学晶体单元20内置有把由聚光透镜7聚光并通过窗14的基本波激光变换为第二高次谐波的LBO晶体和KTP晶体等。分离镜22是将基本波与第二高次谐波分离的半透明反射镜。这些光学部件都容纳在设有输出窗23的单元壳体24内。\n第二波长变换单元(C)具有第二非线性光学晶体单元30、准直透镜31、分离镜32以及功率计33。第二非线性光学晶体单元30、准直透镜31、分离镜32和功率计33等光学部件都容纳在具有输出窗34的单元壳体35内。上述结构与现有波长变换激光装置相同。\n图2是本发明的实施方式的波长变换激光装置的非线性光学晶体单元的概略剖面图。在图2中，单元主体40与第一非线性光学晶体单元20或第二非线性光学晶体单元30对应。设置台41是非线性光学晶体台。通孔42是激光通路。非线性光学晶体43是LBO晶体等。非线性光学晶体固定件(押え)44是把非线性光学晶体按压在台上的部件。加热器45是用于把单元保持在恒定温度的加热部件。\n开口部46是单元主体的开口。单元盖体50是单元的盖。湿度传感器51是对单元湿度进行测量的部件。密封端子52是导线取出口。湿度检测电路板53是湿度计电路板。凹部54是把湿度传感器容纳在单元盖体内的部分。图4的湿度检测放大电路55是湿度计电路。单元窗60a、60b是激光出入口。非线性光学晶体单元窗固定件70a、70b是窗安装部件。O型环80a、80b、80c、80d、80e是气密保持部件。\n把第一或第二非线性光学晶体单元总称为非线性光学晶体单元(NLU)。非线性光学晶体单元(NLU)由在水平方向具有作为激光通路的通孔42的剖面为U字形的单元主体40以及用于覆盖密闭该单元主体40的开口部46的单元盖体50构成。在形成通孔42的单元主体40的中央部设有设置台41。在设置台41上放置高次谐波生成用的非线性光学晶体43。非线性光学晶体43由晶体固定件44固定在单元主体40上。\n在单元盖体50的底部面、即与通孔42对置的面上形成凹部54。在该凹部54内，在离开通孔42的位置、即不遮挡激光的部位安装湿度传感器51。为了实现电气绝缘，该湿度传感器51通过密封端子52与在单元主体40的外部(即单元盖体50上)形成的湿度检测电路板53连接。\n通孔42的左右两端是将非线性光学晶体单元(NLU)密封的单元窗60a、60b和把这些单元窗固定在单元主体40上的窗固定件70a、70b。在单元窗60a、60b与窗固定件70a、70b及单元主体40之间、以及在单元主体40与单元盖体50之间设有O型环80a、80b、80c、80d、80e。在这样密闭的单元(NLU)内封入Ar和N2等惰性气体。在单元主体40中嵌设用于把单元保持在恒定温度的加热器45。\nO型环80a、80b、80c、80d、80e使用耐高温的O型环。使用气体放出和气体透过极少、可实现长时间密封的DuPont Dow Elastomers(杜邦陶氏弹性体)公司制造的Kalrez(全氟弹性体)材质的O型环。设置在激光通路上的单元窗60a、60b使用耐高输出激光的合成石英玻璃或CaF2。\n为了防止从传感器部放出气体，作为湿度传感器51，使用在玻璃基板上蒸镀的电容型湿度传感元件。该湿度传感器51具有耐久性。为了检测通孔内的湿度，湿度传感元件安装在不遮挡通孔的部位的盖体一侧的面上。由于湿度传感器51配置在不遮挡激光通路的介质内，因而不会给激光装置的使用造成任何妨碍。湿度传感元件通过与单元盖体50电气绝缘的密封端子52，与设置在盖体另一侧面的湿度检测电路板53连接。\n图3是本发明实施方式的波长变换激光装置的非线性光学晶体单元的盖体概略剖面图。图4是本发明实施方式的波长变换激光装置的湿度监视装置的概略方框图。在图3和图4中，湿度计56是测量湿度的部件。开关57是接通和断开激光光源的开关。激光控制部58是对激光光源进行控制的装置。来自单元(NLU)内的湿度传感器51的输出通过设置在湿度检测电路板53上的湿度检测放大电路55，与湿度计56连接。湿度检测放大电路55的输出通过开关57与用于切断激光装置的动作的激光控制部58连接。\n以下对上述结构的本发明实施方式的波长变换激光装置的动作进行说明。首先，参照图1，对波长变换激光装置的功能进行概略说明。使用固体激光介质作为激光光源。从作为基本波激光光源的泵激室单元3射出的1064nm的基本波激光由聚光透镜7聚光，并通过窗14入射到第一非线性光学晶体单元20上。第一非线性光学晶体单元20使用LBO晶体和KTP晶体等，把通过窗14由聚光透镜聚光的基本波激光变换为第二高次谐波，即波长532nm的激光。入射到第一非线性光学晶体单元20上的基本波激光的一部分由第一非线性光学晶体单元20变换为第二高次谐波，并从非线性光学晶体射出。分离镜22将基本波与第二高次谐波分离。\n进而，从聚光透镜21通过输出窗23入射的基本波激光和第二高次谐波入射到第二非线性光学晶体单元30上。第二非线性光学晶体单元30把来自第一波长变换单元(B)的激光变换为波长355nm的第三高次谐波(或波长266nm的第四高次谐波)。来自第一波长变换单元(B)的激光被非线性光学晶体变换为第三或第四高次谐波，并从输出窗34输出。分离镜32将第二高次谐与第三(或第四)高次谐波分离。可使用LBO晶体、BBO晶体和GdYCOB晶体作为第三高次谐波生成用的非线性光学晶体。可使用BBO晶体和CLBO晶体作为第四高次谐波生成用的非线性光学晶体。根据温度传感器9的输出，通过温度控制装置(未示出)来控制加热器8a、8b、8c的温度，从而在容器内总是保持希望温度。上述功能与现有波长变换激光装置相同。\n参照图2和图3，对非线性光学晶体单元(NLU)的动作进行说明。入射到非线性光学晶体单元上的激光被变换为高次谐波，并从非线性光学晶体射出。使用嵌设在单元主体40内的加热器45把单元保持在恒定温度。湿度传感器51对通孔内的湿度进行检测。通过单元主体40的开口部46，可把湿度传感器51设置在单元主体40内。由于湿度传感器51和湿度检测电路板53配设在单元盖体50中，因而在安装盖体时，可把湿度传感器51固定在非线性光学晶体单元的合适位置。这些部件的检查操作也很容易。\n参照图4，对湿度监视装置的动作进行说明。来自单元(NLU)内的湿度传感器51的输出通过设置在湿度检测电路板53上的湿度检测放大电路55，与湿度计56连接。湿度检测放大电路55的输出通过开关57，与用于切断激光装置的动作的激光控制部58连接。由于湿度传感器51配设在非线性光学晶体单元(NLU)内，因而激光装置的使用者可使用湿度计56，对非线性光学晶体单元(NLU)内的湿度进行监视。如果湿度超过规定值，则可手动(或自动)断开开关57，停止激光振荡。\n如上所述，在本发明的实施方式中，由于将波长变换激光装置如下构成：把干燥惰性气体填充在容纳发生具有规定波长的激光的高次谐波的非线性光学晶体的密封容器内，设置对密封容器内的湿度进行检测的湿度传感器，并将湿度传感器与激光控制部连接，因而当湿度上升时，可立即停止激光振荡，可防止损伤非线性光学晶体。\n从以上说明可知，由于本发明的波长变换激光装置设有接收具有规定波长的激光并发生高次谐波的高次谐波生成部件，并且该高次谐波生成部件设有：密闭容器，其在作为激光通路的通孔的激光入射侧和激光射出侧具有窗；非线性光学晶体，其设置在通孔内；以及湿度传感器，其设置在通孔内，因而可使用在封入非线性光学晶体的单元内设置的湿度传感器，对单元内的湿度进行经常监视，可准确检测单元内的湿度变化，从而可安心使用波长变换激光装置。并且，可容易理解的是，即使不仅把基本波激光，而且把第二高次谐波或第三高次谐波的激光作为具有上述规定波长的激光导入更高次的高次谐波生成用单元，也可获得本发明的效果。\n并且，由于本发明设有用于对激光光源进行控制的控制部，并把湿度传感器的信号发送到控制部，因而当非线性光学晶体的气氛的湿度上升时，可关闭激光光源，防止损伤非线性光学晶体。