ホウ酸系非線形光学結晶を用いた全固体紫外レーザー光源

摘要

現在，紫外レーザー光は産業·医療の様々な応用分野で導入が進められている．先行開発されてきたエキシマレーザーの代替光源として，近赤外域の固体レーザー光を複数の非線形光学結晶により波長変換し，コヒーレント紫外光を得る方式が注目されている．固体材料で構成される光源は，小型でメインテナンスフリー，長寿命化が実現できるだけでなく，パルスの高繰り返し動作が可能，ビーム品質が良いといった利点も備えている．代表的な光源として，波長1.064μmで発振するNd:YAGレーザーの第3 (355nm)，第4 (266nm)，第5高調波(213nm)などが挙げられる．また，ArFエキシマレーザーの発振波長を得るために，全国体193nm光源の研究開発も行われている，これらの系において，波長変換に用いる非線形光学結晶は，光源の出力·波長を決定する重要な素子である．特に，紫外光を発生させる最終段の結晶においては，レーザー損傷が生じやすく，システム全体の寿命を左右している．場合によっては，エキシマレーザーより短寿命で，メインテナンスも面倒になり得ることがある．そのため，結晶の選択，素子の取り扱い，出力値の設定は慎重に行う必要がある．いくつかのホウ酸系材料は，紫外領域まで透明でレーザー損傷耐性にも優れ，大きな非線形性も兼ね備えており，紫外光発生用結晶として注目されている．本稿では，大阪大学で新規開発したホウ酸系非線形光学結晶の中から，特に266nm以下の短波長紫外光発生特性に優れたCLBO (CsLiB{sub}6O{sub}10)について，これまでの研究開発のまとめと，高出力·高効率全固体紫外光源の応用について解説する．