[发明专利]波长变换晶体和激光发生方法以及激光发生装置

说明书

技术领域

本申请的发明涉及波长变换晶体和激光发生方法以及激光发生装置。更详细而言，本申请的发明涉及作为非线性光学晶体有用的新的波长变换晶体和激光发生方法以及激光发生装置。

背景技术

近年来，随着激光技术的急速发展，利用非线性光学晶体对近红外固体激光进行波长变换成为重大技术课题。

固体激光，由于其谱宽度窄，输出稳定，维护容易，可以小型化，所以作为激光加工及激光医疗手段，在表面改性、光信息处理等方面的应用令人注目，为了发挥这种固体激光的长处波长变换技术是重要的。

对于用来进行这种波长变换的理想的非线性晶体必须具有①大的非线性光学常数、②短的吸收端及③适度的双折射率。另外，作为晶体，从实用观点来看最好是具有④优良的机械特性。

此外，所谓③适度的双折射率，是指对于要产生的波长而言最可能满足以高效率进行波长变换的非临界相位匹配条件的双折射率。如双折射率小于理想值，就不可能进行波长变换，如大于理想值，则由于脱离非临界相位匹配条件而使变换效率低下。

迄今对于非线性光学晶体已经从各种观点进行了研究，其中硼氧化钙(COB)系统的晶体引人注目。

比如，Aka等发现了GdCa₄O(BO₃)₃：GdCOB的非线性，关于其结晶的培育和光学特性已经有过报告(1996年)。关于GdCOB已经了解到：

·可利用Cz法培育，是非水溶性的

·维氏硬度：大约为600(水晶硬度)

·d_eff(在1064nm)：为1.3pm/V(为KDP的大约3倍)，

Nd：YAG的三次谐波不可能产生。

可是，对于此GdCOB，双折射率小达0.033是一个大问题。

也就是说，GdCa₄O(BO₃)₃：GdCOB晶体培育容易，机械特性优良，但由于双折射率小，所以通过波长变换产生的波长长。于是，本申请的发明人对用来加大双折射率的手段进行了研究，发现如果将GdCa₄O(BO₃)₃：GdCOB晶体中的Gd以Y置换，则双折射率变大。其结果，GdCOB晶体只产生Nd：YAG激光的二次谐波，而在以Y置换Gd的YCOB中，可产生Nd：YAG激光的三次谐波。

对于这一新发现的YCOB，本申请的发明人已经提出具体提案。

但是，由于对于迄今为止的COB晶体不能自由地控制双折射率，所以本申请的发明人还对作为波长变换用的非线性光学晶体的COB进行了进一步的研究，将提供可以同时对机械性质和光学特性，特别是作为波长变换用的重要条件的双折射率进行最佳控制的新技术手段作为课题。

另外，关于波长变换晶体可以进行二次谐波变换也成为重要课题。

其原因是因为对于变换为二次谐波，现在作为用于产生Nd：YAG激光的二次谐波的波长变换晶体，使用的是LBO(LiB₃O₅)晶体，由于此LBO晶体是水溶性晶体，其寿命的可靠性不够，而且晶体必须在148°以上的高温中进行加热，由于培育困难而存在质量问题，另外，还有培育晶体成本高的问题。因此，希望开发Nd：YAG激光的产生二次谐波用的波长变换晶体来代替LBO晶体。特别是，迄今为止在室温下可实现非临界相位匹配条件的Nd：YAG激光的二次谐波的产生尚未实用化，强烈希望具有能够做到这一点的波长变换晶体。

此外还有，过去，虽然提供用于波长变换的各种光学元件，比如，作为紫外激光振荡装置采用的办法是利用波长变换元件将YAG激光的红外光变成为紫外光，但在现有的场合，需要的光学元件的数目很多，光学系统复杂，一直存在难于构成小型激光振荡装置的问题。

另外，比如，虽然提出了可在红外激光振荡的同时利用同一元件产生二次谐波的晶体元件，但过去的实际情况是一直难以实现可产生达到三次谐波的晶体元件。

于是，一直希望能够实现作为同一个光学元件，具有多功能性，可产生二次谐波，还可以产生直到三次谐波的，可实现小型紫外激光发生装置的新的多功能型的激光发生装置。

本发明简介

这样，本申请的发明，首先，提供以下式(Ⅰ)

M¹_xM²_1-xCa₄O(BO₃)₃