[发明专利]波长转换元件及使用该元件的短波光发生装置

说明书

技术领域

本发明涉及波长转换元件及使用该元件的短波光发生装置，特别涉及利用非线性光学效应来产生高次谐波光的波长转换元件及使用该元件的短波光发生装置。

背景技术

作为用于产生波长比来自光源的光要短的光的波长转换装置，已知有以下波长转换装置：即，由基波激光束光源产生基波激光束，利用聚焦元件使该基波激光束聚焦至波长转换元件，并利用波长转换元件的非线性效应，来对基波激光束进行波长转换。另外，作为公知的其他波长转换装置，已知有以下波长转换装置：即，通过使基波的光束位置在非线性光学结晶的内部移动，来降低功率密度，并由此力图实现输出的稳定化(专利文献1)。

专利文献1：日本专利特开2007-72134号公报

发明内容

在公知的波长转换元件及使用该元件的短波光发生装置中，存在以下问题：即，在高输出时输出变得不稳定，转换效率发生变动。作为解决该问题的方法，在上述的专利文献1的方法中，使基波的光束位置发生变化，以力图降低平均功率密度。然而，在这样的结构中，因基波的光束位置发生变化，从而高次谐波输出的光束位置也同时发生变化，高次谐波的光束质量下降。因此，在公知的波长转换元件及使用该元件的短波光发生装置中，存在以下问题：即，高次谐波输出的聚焦特性变差，聚焦点上的功率密度大幅下降。

因此，本发明的目的在于，提供一种在高输出时也能稳定地产生短波光的波长转换元件及使用该元件的短波光发生装置。

为了解决上述的问题，本发明的波长转换元件的特征在于，为了将基波转换成波长比该基波要短的高次谐波，而形成有折射率比其他区域要低的低折射率区域。

本发明的短波光发生装置将基波聚焦至波长转换元件，并在波长转换元件内部将基波转换成波长较短的高次谐波，其特征在于，在波长转换元件内部的、基波光束所透过的区域中，形成有低折射率区域。

在本发明的波长转换元件中，基波光束的传输区域内包括低折射率区域。因而，本发明的波长转换元件及使用该元件的短波光发生装置能抑制在高输出下产生高次谐波时产生成为问题的热透镜，从而能产生稳定的短波光。

附图说明

图1是本发明的短波光发生装置的结构图。

图2是表示在短波光发生装置的波长转换元件中形成热透镜的情况的图。

图3是表示波长转换元件中的输出不稳定现象的图。

图4是表示波长转换元件的低折射率区域和除该区域以外的区域之间的折射率差、与波长转换元件的转换效率之间的关系的图。

图5是对波长转换元件的聚焦点上的光束腰进行定义的图。

图6是表示离开波长转换元件中的聚焦点的距离与光束直径之间的关系的图。

图7是表示本发明的低折射率区域的形成位置的图。

图8是表示将图7所示的聚焦点与入射端面之间的距离取为横轴、并将波长转换元件的内部的聚焦点与热透镜的中心位置之间的距离取为纵轴、以表示两者之间的关系的计算结果的图。

图9A是用于对波长转换元件的制造方法的初始工序进行说明的图。

图9B是用于对波长转换元件的制造方法的中间工序进行说明的图。

图9C是用于对波长转换元件的制造方法的结束工序进行说明的图。

图10是表示本发明的波长转换元件的特性的一个例子的图。

图11A是表示来自未形成低折射率区域的波长转换元件的射出光束的图。

图11B是表示来自形成有低折射率区域的波长转换元件的射出光束的图。

图12是表示通过从波长转换元件的端面进行内部观察、来对形成有低折射率区域的情况进行确定的方法的图。

图13是表示波长转换元件的制造方法的其他例子的图。

具体实施方式

[波长转换元件的不稳定性]

借助利用了非线性光学效应的波长转换元件，能将红外区域的基波转换成从紫外区域到可视区域的高次谐波。由于非线性光学效应与基波的功率密度成正比，因此，为了高效地产生高次谐波，需要高功率密度的基波。但是，随着功率密度的增加，其他非线性效应可能会变得显著，从而妨碍输出稳定性。根据本发明，能抑制该高功率区域中的输出的不稳定性。