レーザ装置
【課題】現実の光ファイバの劣化に即して交換寿命を報知し、経済性と安定作動の確保とを両立可能なレーザ装置を提供する。
【解決手段】本発明の態様は、ファイバ光増幅器２２３を有するレーザ光出力部と、波長変換光学素子３４を有する波長変換部とを備えたレーザ装置である。レーザ装置ＬＳは、ファイバ光増幅器２２３の励起光のパワーを検出して第１検出信号Ｐａを出力する励起光検出器５１と、波長変換光学素子３４により波長変換された光のパワーを検出して第２検出信号Ｐｂを出力する第２高調波検出器５３と、ファイバ光増幅器２２３の作動状態を判断するＦＡ判断部５８とを備える。ＦＡ判断部５８は、第１検出信号Ｐａの変化量に対する第２検出信号Ｐｂの変化量（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）が寿命基準値以下になったときに、寿命判定信号を出力するように構成される。
【解決手段】本発明の態様は、ファイバ光増幅器２２３を有するレーザ光出力部と、波長変換光学素子３４を有する波長変換部とを備えたレーザ装置である。レーザ装置ＬＳは、ファイバ光増幅器２２３の励起光のパワーを検出して第１検出信号Ｐａを出力する励起光検出器５１と、波長変換光学素子３４により波長変換された光のパワーを検出して第２検出信号Ｐｂを出力する第２高調波検出器５３と、ファイバ光増幅器２２３の作動状態を判断するＦＡ判断部５８とを備える。ＦＡ判断部５８は、第１検出信号Ｐａの変化量に対する第２検出信号Ｐｂの変化量（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）が寿命基準値以下になったときに、寿命判定信号を出力するように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバ光増幅器を有し基本波レーザ光を出射するレーザ光出力部と、波長変換光学素子を有しレーザ光出力部から出射された基本波レーザ光を波長変換して出力する波長変換部とを備えたレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなレーザ装置は、例えば、顕微鏡や形状測定装置、露光装置等の光源として用いられている。このようなレーザ装置は、一般的に、レーザ光出力部から波長λ＝１．０〜１．５５μｍの基本波レーザ光が出力され、この基本波レーザ光を波長変換部に設けられた複数の波長変換光学素子により順次波長変換して、例えば、波長λ＝１９３ｎｍやλ＝３０９ｎｍ等の紫外レーザ光を出力するように構成される（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２００７４７号公報
【特許文献２】特開２００２−５０８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなレーザ装置において、レーザ光出力部に設けられたファイバ光増幅器中の光ファイバは、一般的に、コア、クラッドとそれらを保護する樹脂被覆から構成されている。コアには希土類元素が添加されており、信号光、励起光を入射することにより誘導放出が生じ、信号光の増幅が実現される。この際、光ファイバ自身の発熱、波長の短いアップコンバージョン光の発生などの影響により、ファイバ光増幅器を長期間使用するうちに樹脂被覆が徐々に劣化し、レーザ装置が置かれた環境の温湿度変化などの外乱の影響を受けやすくなるため、安定した基本波レーザ光の出力、ひいては安定した波長変換光の出力が難しくなる。また、波長変換光学素子により波長変換された光は、一般的に基本波レーザ光よりも波長が短く、その一部が戻り光となって光ファイバに入射することによって樹脂被覆が劣化することもある。このことは、樹脂製のクラッドを用いたシングルまたはマルチクラッドの光ファイバにおいても同様と考えられる。
【０００５】
そのため、従来のレーザ装置では、種々の劣化要因を考慮して光ファイバの交換寿命を定め、設定された一定の動作時間（例えば、10,000時間）が経過したときに、ワーニング等を表示して、ファイバ光増幅器の交換を促すように構成されていた。このことは、実際には光ファイバの劣化がさほど進行しておらず、まだ十分に使用可能な状態であってもファイバ光増幅器を一律交換することになり、経済性や資源保護の面で課題があった。また、例えば反射率の高い被加工物が多く、レーザ装置から被加工物に照射された波長変換光が戻り光となって光ファイバに入射し、光ファイバの劣化が促進されるような状況下で使用された場合には、予め設定された交換寿命の経過以前に使用限界に到達し、安定した動作を確保することが難しくなる可能性がある、という課題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、経済性と安定作動の確保とを両立させることができるようなレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決して目的を達成するため、発明者は、まず、レーザ装置から出力される波長変換後の光出力（便宜的に高調波出力という）が当初出力から低下し、その原因がファイバ光増幅器の劣化によるものであると考えられるとき、一体どのような現象が生じているのか、換言すれば、高調波出力の低下や不安定性はファイバ光増幅器のどのような状態変化によって生じるのかについて鋭意研究を行った。以下図面を参照して説明する。図９に説明のため簡易化したレーザ装置のブロック図を示す。
【０００８】
レーザ装置は、大別的に、ファイバ光増幅器２１を有し基本波レーザ光を出射するレーザ光出力部１と、波長変換光学素子３１を有しレーザ光出力部１から出射された基本波レーザ光を波長変換して出力する波長変換部３とを備えて構成される。図９には、信号光を発生するレーザ光源１１と、レーザ光源１１により発生された信号光を増幅するファイバ光増幅器２１とによりレーザ光出力部１を構成した形態を示す。ファイバ光増幅器２１により増幅された信号光（基本波レーザ光）は波長変換光学素子３１に入射され、波長変換光学素子３１においてｎ次高調波発生など所定の波長変換が行われ、波長変換された光と、波長変換されずに透過した基本波レーザ光とが出射される。
【０００９】
ここで、波長変換においては、波長変換光学素子３１に対して直線偏光率の高い光を、偏光面が結晶光軸に対して所定角度となるように設定して入射させる必要があるため、レーザ光源１１後に設置される図示しない偏波コントローラなどにより偏光を調整された基本波レーザ光が波長変換光学素子３１に入射する。図１０に、波長変換光学素子３１として周期的な分極構造を形成したＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬiＮbＯ3）結晶を用い、所定周波数の基本波ω1を波長変換して周波数が２倍の第２高調波（２倍波）ω2を発生させる場合を例示する。ファイバ光増幅器２１からは、直線偏光の基本波（基本波レーザ光）ω1が出射される。このとき、波長変換光学素子３１は、ファイバ光増幅器２１から出射される基本波ω1の偏光方位に対し、その偏光方位が波長変換光学素子３１の結晶光軸方向（分極方向）であるｓ偏光の直線偏光光を入射させたときに変換効率が最大となるように配置姿勢が設定される。なお、図では矢印の方向と長さで基本波ω1及び第２高調波ω2の偏光状態とパワーを表している。
【００１０】
このように概要構成されるレーザ装置において、ファイバ光増幅器２１が劣化する以前の正常時に観察されるレーザ装置の動作特性を図１１及び図１２に示す。ここで、図１１は、横軸に基本波ω1のパワーＰω1、縦軸に第２高調波ω2のパワーＰω2をとり、波長変換光学素子３１に入射する基本波のパワーＰω1を変化させたときの、波長変換光学素子３１から出射される第２高調波のパワーＰω2の変化を表したもので、入射基本波のパワー（結晶中のパワー密度）が所定以上で波長変換効率が略一定の領域での変化である。図１２は、横軸に励起光のパワーＰpump、縦軸に出力光のパワーＰωをとり、ファイバ光増幅器２１の励起光パワーＰpumpを変化させたときの、ファイバ光増幅器２１から出力される基本波のパワーＰω1、及び波長変換光学素子３１から出力される第２高調波のパワーＰω2の変化を表したものである。
【００１１】
両図から、ファイバ光増幅器２１が劣化する以前の正常時においては、ファイバ光増幅器２１を励起する励起光のパワーＰpumpに比例して（所定係数の傾きをもって）基本波のパワーＰω1が増大し、波長変換効率が略一定の領域ではこの基本波のパワーＰω1に比例して（同上）第２高調波のパワーＰω2が増大する。
【００１２】
次に、レーザ装置から出力される第２高調波ω2のパワーが当初出力から低下しはじめ、その原因がファイバ光増幅器２１の劣化によるものであると考えられるとき、例えば、レーザ光源１１や波長変換光学素子３１に異常がなく、ファイバ光増幅器２１を新品に交換したときに当初出力と同様の第２高調波パワーが得られるような状態のときに観察されたレーザ装置の動作特性の一例を図１３に示す。図における横軸及び縦軸は図１２と同様であり、ファイバ光増幅器２１の励起光パワーＰpumpを変化させたときの、ファイバ光増幅器２１から出力される基本波のパワーＰω1及び波長変換光学素子３１から出力される第２高調波のパワーＰω2の変化を表したものである。
【００１３】
この図１３から、ファイバ光増幅器２１を励起する励起光のパワーＰpumpが増大すると、これに比例して基本波のパワーＰω1は増大する。このとき、励起光パワーに対する基本波パワーの傾き（ｄＰω1）／（ｄＰpump）は正常時とほぼ同様である。しかしながら、励起光パワーの増大すなわち基本波のパワーＰω1の増大に伴って第２高調波のパワーＰω2も増大するものの、その傾きである（ｄＰω2）／（ｄＰpump）や（ｄＰω2）／（ｄＰω1）は正常時よりも小さくなり、また高パワー領域で第２高調波のパワーＰω2が飽和する傾向が見られるようになってくる。
【００１４】
図１４は、上記図１３に示した状態から、さらにファイバ光増幅器２１の劣化が進行した状態で観察されたレーザ装置の動作特性の一例である。図における横軸及び縦軸は図１２及び図１３と同様であり、励起光パワーＰpumpを変化させたときの基本波のパワーＰω1及び第２高調波のパワーＰω2の変化を表したものである。
【００１５】
この状態においても、ファイバ光増幅器２１を励起する励起光のパワーＰpumpが増大すると、これにほぼ比例して基本波のパワーＰω1は増大する。励起光パワーに対する基本波パワーの傾き（ｄＰω1）／（ｄＰpump）について大きな変化は見られない。一方、第２高調波のパワーＰω2は、励起光パワーＰpump及び基本波のパワーＰω1に対して大きく波打つように変動し、その傾きである（ｄＰω2）／（ｄＰpump）及び（ｄＰω2）／（ｄＰω1）は正・負に大きく変化する。
【００１６】
何故上記のような現象が発生するのか、すなわち、基本波のパワーＰω1は正常時から大きく変化していないにもかかわらず、基本波のパワー増加に対して第２高調波のパワーＰω2が大きく波打つように大きく変動するのか、発明者はその原因を探求すべく、さらに研究を進めた。そして、その原因と考えられる事象を捉えた。図１４に示した劣化状態のファイバ光増幅器２１について、励起光のパワーＰpumpを変化させたときの、基本波のパワーＰω1及び基本波レーザ光の二つの偏光成分のパワーＰω1p，Ｐω1sの変化を調べた結果を図１５に示す。
【００１７】
上述したように、ファイバ光増幅器２１の励起光パワーＰpumpに比例してファイバ光増幅器２１から出射される基本波レーザ光のパワーＰω1は増大し、励起光パワーに対する基本波パワーの傾き（ｄＰω1）／（ｄＰpump）について大きな変化は見られない。しかしながら、このとき、基本波レーザ光の偏光状態が大きく変動していた。図１５はこのことを表している。
【００１８】
すなわち、励起光パワーＰpumpの増加に伴って、基本波のｐ偏光成分のパワーＰω1pとｓ偏光成分のパワーＰω1sとを合わせた基本波全体のパワーＰω1（＝Ｐω1p＋Ｐω1s）は増大し、励起光パワーに対する基本波パワーの傾きに大きな変化は見られない。ところが、基本波の二つの偏光成分のパワーＰω1p，Ｐω1sが、励起光パワーに対して大きく波打つように変動している。このとき、二つの偏光成分が併存しその構成比率が変動していることから、波長変換光学素子３１に入射する基本波レーザ光は図１６に示すように楕円偏光になり、長軸・短軸方向が変化していると考えられる。
【００１９】
既述したように、波長変換光学素子３１において第２高調波発生に寄与するのはｓ偏光成分であり、第２高調波のパワーＰω2は基本波のｓ偏光成分の変動に呼応して変動する。このため、励起光パワーＰpumpに比例して基本波のパワーＰω1が増大しているにもかかわらず、レーザ装置から出力される第２高調波のパワーＰω2は、励起光パワーに対して大きく波打つように変動していたのである。以上のような研究により得られた知見に基づき、発明者は以下の発明を完成させた。
【００２０】
本発明を例示する態様は、ファイバ光増幅器を有し基本波レーザ光を出射するレーザ光出力部と、波長変換光学素子を有しレーザ光出力部から出射された基本波レーザ光を波長変換して出力する波長変換部とを備えたレーザ装置である。そのうえで、このレーザ装置は、基本波レーザ光の強度またはこれに対応する状態量を検出して検出量に応じた第１検出信号Ｐａを出力する第１検出手段（例えば、実施形態における励起光検出器５１、基本波検出器５２等）と、波長変換光学素子により波長変換された光の強度を検出して検出量に応じた第２検出信号Ｐｂを出力する第２検出手段（例えば、実施形態における第２高調波検出器５３）と、第１検出手段から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２検出手段から出力された第２検出信号Ｐｂに基づいてファイバ光増幅器の作動状態を判断するＦＡ判断部とを備える。そして、ＦＡ判断部が、第１検出信号Ｐａの変化量ｄＰａと第２検出信号Ｐｂの変化量ｄＰｂとの比が予め設定された寿命基準範囲外となったとき、例えば（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）が寿命基準値以下になったときに、寿命判定信号を出力するように構成される。
【００２１】
なお、前記基本波レーザ光の強度に対応する状態量は、ファイバ光増幅器における励起光の強度とすることができる。あるいは、前記基本波レーザ光の強度に対応する状態量は、波長変換光学素子を透過した基本波レーザ光の強度としてもよい。
【００２２】
また、前記波長変換光学素子から出射された光のうち、波長変換光学素子を透過した基本波レーザ光を透過し、波長変換光学素子により波長変換された光の一部を透過するミラー（例えば、実施形態におけるミラー４２）と、このミラーを透過した基本波レーザ光とミラーを透過した波長変換された光とを分離する分光素子（例えば、実施形態における分光素子５６）とを備え、前記第１検出手段及び第２検出手段は、各々分光素子により分光された基本波レーザ光及び波長変換された光の強度を検出するように構成することができる。
【発明の効果】
【００２３】
このような構成のレーザ装置においては、基本波レーザ光の強度等を検出して検出量に応じた第１検出信号Ｐａを出力する第１検出手段と、波長変換光学素子により波長変換された光の強度を検出して検出量に応じた第２検出信号Ｐｂを出力する第２検出手段とが設けられ、ＦＡ判断部において、第１検出信号Ｐａの変化量ｄＰａと第２検出信号Ｐｂの変化量ｄＰｂとの比が予め設定された寿命基準範囲外となったときに、寿命判定信号を出力するように構成される。前述したように、ファイバ光増幅器が正常な状態においては、基本波レーザ光の強度等の増加に対して波長変換光の出力はある一定の傾きを有し、（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）またはその逆数は所定の有限値になる。そして、ファイバ光増幅器が劣化してくると、例えば（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）は減少し、さらに劣化が進行すると正・負変動するようになる。従って、第１検出信号Ｐａの変化量ｄＰａと第２検出信号Ｐｂの変化量ｄＰｂとの比をとり、その値が寿命基準範囲外となったときに寿命判定信号を出力する本構成によれば、現実にファイバ光増幅器が劣化しているか否かを適切に判断することができ、経済性と安定作動の確保とを両立可能なレーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の適用例として示すレーザ装置全体の概要構成図である。
【図２】増幅部におけるファイバ光増幅器の接続構成を例示する図面である。
【図３】波長変換光学系の構成及び作用を説明するための図面である。
【図４】第１構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ａの概要構成図である。
【図５】ＦＡ寿命判断装置５０Ａにおける寿命基準値の設定例を示すグラフである。
【図６】第２構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ｂの概要構成図である。
【図７】ＦＡ寿命判断装置５０Ｂにおける寿命基準値の設定例を示すグラフである。
【図８】第３構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ｃの概要構成図である。
【図９】簡易化したレーザ装置のブロック図である。
【図１０】ファイバ光増幅器が正常な状態における、波長変換光学素子に入射する基本波ω1及び波長変換光学素子から出射する第２高調波ω2の状態を説明するための説明図である。
【図１１】ファイバ光増幅器が正常な状態で観察された、波長変換光学素子に入射する基本波のパワーＰω1と波長変換光学素子から出射する第２高調波のパワーＰω2との関係を示すグラフである。
【図１２】ファイバ光増幅器が正常な状態で観察された、ファイバ光増幅器の励起光パワーＰpumpと、ファイバ光増幅器から出力される基本波のパワーＰω1及び波長変換光学素子から出力される第２高調波のパワーＰω2との関係を示すグラフである。
【図１３】ファイバ光増幅器の劣化初期状態で観察された、ファイバ光増幅器の励起光パワーＰpumpと、ファイバ光増幅器から出力される基本波のパワーＰω1及び波長変換光学素子から出力される第２高調波のパワーＰω2との関係を示すグラフである。
【図１４】ファイバ光増幅器の劣化が進行した状態で観察された、ファイバ光増幅器の励起光パワーＰpumpと、ファイバ光増幅器から出力される基本波のパワーＰω1及び波長変換光学素子から出力される第２高調波のパワーＰω2との関係を示すグラフである。
【図１５】ファイバ光増幅器の劣化が進行した状態で観察された、ファイバ光増幅器の励起光パワーＰpumpと、ファイバ光増幅器から出力される基本波のパワーＰω1及び基本波の二つの偏光成分のパワーＰω1p，Ｐω1sとの関係を示すグラフである。
【図１６】ファイバ光増幅器が劣化した状態における、波長変換光学素子に入射する基本波ω1及び波長変換光学素子から出射する第２高調波ω2の状態を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１に本発明を適用したレーザ装置ＬＳ全体の概要構成を示す。レーザ装置ＬＳは、ファイバ光増幅器を有し基本波レーザ光を出射するレーザ光出力部１、波長変換光学素子を有しレーザ光出力部１から出射された基本波レーザ光を波長変換して出力する波長変換部３、レーザ光出力部１及び波長変換部３の作動を制御する制御部８などを備えて構成される。
【００２６】
レーザ光出力部１、波長変換部３は、このレーザ装置ＬＳを用いて構成されるシステムの用途及び機能に応じて適宜に設定可能である。本実施形態では、レーザ光出力部１から波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光Ｌａ（Ｌａ1，Ｌａ2，Ｌａ3）を出力し、これを波長変換部３において波長変換して、最短波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖを出力する場合を例として説明する。
【００２７】
図１には、レーザ光出力部１を、３つのレーザ光出力部１ａ，１ｂ，１ｃにより構成した形態を示す。すなわち、レーザ光出力部１は、第１の基本波レーザ光Ｌａ1を出力する第１レーザ光出力部１ａ、第２の基本波レーザ光Ｌａ2を出力する第２レーザ光出力部１ｂ、及び第３の基本波レーザ光Ｌａ3を出力する第３レーザ光出力部１ｃにより構成される。
【００２８】
また図１では、レーザ光出力部１を、信号光Ｌs（Ｌs1，Ｌs2，Ｌs3）を出力するレーザ光発生部１０と、レーザ光発生部１０から出力された信号光を増幅する増幅部２０とにより構成した形態を示す。すなわち、第１レーザ光出力部１ａは、レーザ光源１１を有し第１基本波の信号光Ｌs1を出力する第１レーザ光発生部１０ａと、ファイバ光増幅器２１を有し第１レーザ光発生部１０ａから出力された第１基本波の信号光Ｌs1を増幅する第１増幅部２０ａとにより構成され、第１増幅部２０ａにより増幅された信号光すなわち第１の基本波レーザ光Ｌａ1が出力される。
【００２９】
同様に、第２レーザ光出力部１ｂは、レーザ光源１２を有し第２基本波の信号光Ｌs2を出力する第２レーザ光発生部１０ｂと、ファイバ光増幅器２２を有し第２基本波の信号光Ｌs2を増幅する第２増幅部２０ｂとにより構成され、第２増幅部２０ｂから第２の基本波レーザ光Ｌａ2が出力される。第３レーザ光出力部１ｃは、レーザ光源１３を有し第３基本波の信号光Ｌs3を出力する第３レーザ光発生部１０ｃと、ファイバ光増幅器２３を有し第３基本波の信号光Ｌs3を増幅する第３増幅部２０ｃとにより構成され、第３増幅部２０ｃから第３の基本波レーザ光Ｌａ3が出力される。
【００３０】
レーザ光発生部１０（１０ａ〜１０ｃ）に設けられ、波長１５４７ｎｍの信号光を発生するレーザ光源１１〜１３は、例えば、発振波長が１．５μｍ帯のＤＦＢ（Distributed Feedback）半導体レーザやファイバーレーザ等を用いることができる。これらのレーザは、ＣＷ発振及びパルス発振させることができ、励起電流を制御することによりパルス波形をナノ秒オーダで高速に制御することができる。なお、レーザ光発生部１０に、ＥＯＭ（Electro Optic Modulator）やＡＯＭ（Acousto Optic Modulator）等の外部変調器を設け、ＣＷまたはパルス発振させたレーザ光源の出力光を外部変調器により切り出して所要波形のパルス光を出力するように構成しても良い。また、上記構成では信号光Ｌs1，Ｌs2，Ｌs3を個別のレーザ光源１１〜１３から出力しているが、１個のレーザ光源からの出力をカプラで分岐してＬs1，Ｌs2，Ｌs3としてもよい。
【００３１】
増幅部２０（２０ａ〜２０ｃ）に設けられ、波長１５４７ｎｍの信号光を増幅するファイバ光増幅器２１〜２３は、例えば、コアにエルビウム（Ｅｒ）がドープされたエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）が好適に用いられる。第１〜第３増幅部２０ａ〜２０ｃは、それぞれ単一または複数のファイバ光増幅器を設けて構成することができる。本実施形態では、図２に第２増幅部２０ｂを例としてファイバ光増幅器２２の接続構成例を示すように、３つのファイバ光増幅器２２１，２２２，２２３を直列接続した構成形態を説明する。
【００３２】
すなわち、第２増幅部２０ｂは、第１段目のファイバ光増幅器２２１、第２段目のファイバ光増幅器２２２、及び第３段目のファイバ光増幅器２２３が直列接続されて構成される。このとき、第１段目のファイバ光増幅器２２１、第２段目のファイバ光増幅器２２２、及び第３段目のファイバ光増幅器２２３には、エルビウム・ドープ・ファイバ（ＥＤＦ）２２１ａ，２２２ａ、２２３ａが用いられ、励起光源２２１ｂ，２２２ｂ、２２３ｂから出力された励起光がＷＤＭカプラ２２１ｃ，２２２ｃ、２２３ｃを介して各ファイバのコアに結合される。第１増幅部２０ａ、第３増幅部２０ｃについても同様に構成される。
【００３３】
第１増幅部２０ａから出射した第１の基本波レーザ光Ｌa1、第２増幅部２０ｂから出射した第２の基本波レーザ光Ｌa2、及び第３増幅部２０ｃから出射した第３の基本波レーザ光Ｌa3は、レーザ光出力部１（１ａ，１ｂ，１ｃ）から出力され、波長変換部３に入力される。
【００３４】
波長変換部３には、複数の波長変換光学素子やミラー等からなる波長変換光学系３０が設けられている。波長変換光学系３０の概要構成を図３に示す。図３において、光路上に楕円形で示すものはコリメータレンズや集光レンズであり個々の説明を省略する。また図中には、各波長変換光学素子に入射する光の偏光状態を付記しており、既述したｓ偏光をドット付きの○印で示し、これと偏光面が直交するｐ偏光を上下方向の矢印で示す。また、基本波をω、そのｎ次高調波をｎωで示す。
【００３５】
波長変換光学系３０は、第１レーザ光出力部１ａから出力された第１の基本波レーザ光Ｌa1が入射して伝播する第１系列Ｉ、第２レーザ光出力部１ｂから出力された第２の基本波レーザ光Ｌa2が入射して伝播する第２系列II、第３レーザ光出力部１ｃから出力された第３の基本波レーザ光Ｌａ3が入射して伝播する第３系列III、及び第１，第２，第３系列を伝播したレーザ光が重ね合わされて伝播する第４系列IVからなり、各系列に設けられた計６個の波長変換光学素子３１〜３６を主体として構成される。
【００３６】
波長変換部３では、各レーザ光出力部から出力された波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光が順次波長変換され、波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖが出力される。まず、波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光を波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖに変換する波長変換光学系３０の全体概要を説明し、続いて第１〜第４系列の構成及び各系列を伝播するレーザ光の状態について説明する。なお、基本波レーザ光を基本波と表記することがある。
【００３７】
第１系列Ｉに入射した波長１５４７ｎｍ、周波数ωの第１の基本波レーザ光Ｌa1は、この系列に設けられた波長変換光学素子３１〜３３により順次ω→２ω→３ω→５ωに波長変換され、発生した第５高調波５ωが第４系列IVに入射する。第２系列IIに入射した波長１５４７ｎｍ、周波数ωの第２の基本波レーザ光Ｌa2は、この系列に設けられた波長変換光学素子３４によってω→２ωに波長変換され、発生した第２高調波２ωが第４系列IVに入射する。第３系列IIIに入射した波長１５４７ｎｍ、周波数ωの第３の基本波レーザ光Ｌａ3は波長変換されることなく第４系列IVに入射する。
【００３８】
第４系列IVでは、波長変換光学素子３５において、第１系列で発生した第５高調波５ωと第２系列で発生した第２高調波２ωの和周波発生により第７高調波７ωが発生され、波長変換光学素子３６において、第７高調波７ωと第３系列IIIから入射した基本波ω（第３の基本波レーザ光Ｌa3）との和周波発生により、周波数が基本波ωの８倍、波長が基本波の１／８である波長１９３ｎｍの第８高調波８ωが生成される。そして、波長変換光学素子３６で発生した波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖがレーザ装置ＬＳから出力される。以下、各系列の構成及び伝播するレーザ光の状態について説明する。
【００３９】
第１系列Ｉには、波長変換光学素子３１，３２，３３が配設されている。第１レーザ光出力部１ａから出力された第１の基本波レーザ光Ｌａ1は、ｓ偏光で波長変換光学素子３１に集光入射させ、この波長変換光学素子３１において第２高調波発生によりｓ偏光の第２高調波２ωを発生させる。発生したｓ偏光の第２高調波２ωと波長変換光学素子３１を透過したｓ偏光の基本波ωは波長変換光学素子３２に集光入射し、和周波発生によりｐ偏光の第３高調波３ωを発生させる。波長変換光学素子３１，３２は、例えば、第２高調波発生用の波長変換光学素子３１としてＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬiＮbＯ3）結晶、第３高調波発生用の波長変換光学素子３２としてＬＢＯ（ＬiＢ3Ｏ5）結晶が好適に用いられる。なお、第２高調波発生用の波長変換光学素子３１として、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＬＴ結晶などの疑似位相整合結晶（ＱＰＭ：Quasi Phase Matching）のほか、ＬＢＯ結晶等を用いることもできる。
【００４０】
波長変換光学素子３２において発生したｐ偏光の第３高調波３ωと、波長変換光学素子３２を透過したｓ偏光の第２高調波２ωは、２波長波長板４５を透過させて第２高調波２ωだけをｐ偏光に変換する。２波長波長板４５は、例えば、結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の結晶の平板からなる波長板が用いられる。この波長板は、一方の波長の光（第２高調波２ω）に対して偏光面を回転させ、他方の波長の光（第３高調波３ω）に対しては、偏光面が回転しないように、波長板の厚さを一方の波長の光に対してλ／２の整数倍で、他方の波長の光に対しては、λの整数倍になるようにカットすることにより構成される。
【００４１】
ともにｐ偏光になった第２高調波２ω及び第３高調波３ωは波長変換光学素子３３に集光入射し、和周波発生により周波数が基本波の５倍、波長が１／５（３０９ｎｍ）の第５高調波５ωを発生させる。第５高調波発生用の波長変換光学素子３３として、例えばＢＢＯ（β-ＢaＢ2Ｏ4）結晶が好適に用いられる。なお、波長変換光学素子３３として、ＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ（ＣsＬiＢ6Ｏ10）結晶を用いることも可能である。ＢＢＯ結晶から出射される第５高調波５ωは、ウォークオフに起因してビーム断面が楕円形になっているため、２枚のシリンドリカルレンズ４６v，４６hによりビーム断面を円形に整形し、ミラー４１に入射させる。
【００４２】
ミラー４１は、基本波ω及び第２高調波２ωの波長帯域のレーザ光を透過し、第５高調波５ωの波長帯域のレーザ光を反射する波長選択性を有して構成されており、このミラー（ダイクロイックミラー）４１で反射されたｓ偏光の第５高調波５ωは、第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００４３】
第２系列IIには波長変換光学素子３４が配設されている。第２レーザ光出力部１ｂから出力された第２の基本波レーザ光Ｌa2は、ｓ偏光で波長変換光学素子３４に集光入射させ、ｓ偏光の第２高調波２ωを発生させる。第２高調波発生用の波長変換光学素子３４として、ＰＰＬＮ結晶が好適に用いられる。なお、波長変換光学素子３４として、前記同様の他のＱＰＭ結晶等を用いることができる。波長変換光学素子３４において発生したｓ偏光の第２高調波２ωは、ミラー４２に入射させる。
【００４４】
ミラー４２は、基本波ωの波長帯域のレーザ光を透過し、第２高調波２ωの波長帯域のレーザ光を反射する波長選択性を有して構成されており、ミラー（ダイクロイックミラー）４２で反射されたｓ偏光の第２高調波２ωは、ミラー４１を透過して第５高調波５ωと同軸に重ね合わされて第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００４５】
第３系列IIIには波長変換光学素子が設けられていない。第３レーザ光出力部１ｃから出力され第３系列に入射したｐ偏光の第３の基本波レーザ光Ｌａ3は、波長変換されることなくミラー４３に入射する。そして、ミラー４３で反射されたｐ偏光の基本波ωは、ミラー４２及びミラー４１を透過して、ミラー４２で反射された第２高調波２ω及びミラー４１で反射された第５高調波５ωと同軸に重ね合わされて第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００４６】
第４系列IVには、波長変換光学素子３５と波長変換光学素子３６が配設されている。また、既述した基本波ω、第２高調波２ω、第５高調波５ωの各光路には、波長変換光学素子３５，３６に所定のスポットサイズで各波長の光が集光入射するように設定されたレンズが設けられている。波長変換光学素子３５では、第１系列Ｉから入射したｓ偏光の第５高調波５ωと第２系列IIから入射したｓ偏光の第２高調波２ωとによる和周波発生が行われ、周波数が基本波の７倍、波長が１／７（２２１ｎｍ）の第７高調波７ωが発生される。第７高調波発生用の波長変換光学素子３５は、ＣＬＢＯ結晶が用いられる。
【００４７】
波長変換光学素子３５で発生したｐ偏光の第７高調波７ωと、波長第３系列IIIから入射して波長変換光学素子３５を透過したｐ偏光の基本波ωは、波長変換光学素子３６に入射し、和周波発生により周波数が基本波の８倍、波長が１／８（１９３ｎｍ）の第８高調波８ωが発生される。第８高調波発生用の波長変換光学素子３６は、ＣＬＢＯ結晶が用いられる。
【００４８】
そして、波長変換光学素子３６において発生した第８高調波８ωが波長変換部３から出射し、波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖがレーザ装置ＬＳから出力される。以上のように構成されるレーザ装置ＬＳにあって、レーザ光出力部１（１ａ，１ｂ，１ｃ）から出力され、波長変換部３に入射する基本波レーザ光Ｌａ（Ｌａ1，Ｌａ2，Ｌａ3）の偏光状態は、波長変換部３における波長変換効率、ひいては紫外レーザ光出力に大きな影響を与える。
【００４９】
例えば、図１５に示したように、ファイバ光増幅器が劣化して基本波レーザ光の偏光状態が変動すると、図１４に示したように高調波出力が変動し、最終的に出力される波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖの出力が不安定となる。さらに、例えば波長変換光学素子３６から出射される波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖの出力値をモニターし、出力値に応じて基本波レーザ光のパワーを制御することにより紫外レーザ光のパワーを安定化させるようなパワーフィードバック制御（オートパワーコントロール）が困難となる。
【００５０】
そこで、レーザ装置ＬＳには、ファイバ光増幅器の劣化状況を観察し、交換寿命に到達したと判断されるときに寿命判定信号を出力するＦＡ寿命判断装置５０（５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ）が設けられている。図４に第１構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ａの概要構成図を示す。なお、図４には、代表例として、レーザ光出力部１における第２レーザ光出力部１ｂ〜波長変換部３における第２系列IIに設けたＦＡ寿命判断装置の構成を例示する。
【００５１】
〔第１構成形態〕
ＦＡ寿命判断装置５０Ａは、ファイバ光増幅器２２３における励起光の強度を検出する励起光検出器５１と、波長変換光学素子３４により波長変換されて出射した第２高調波２ωの強度を検出する第２高調波検出器５３と、励起光検出器５１から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂに基づいてファイバ光増幅器２２３の作動状態を判断するＦＡ判断部５８とを備えて構成される。
【００５２】
励起光検出器５１は、励起光源２２３ｂから出力される励起光のパワーＰpumpを検出し、検出された励起光パワーに応じた大きさの第１検出信号Ｐａを出力するパワーセンサを用いることができる。このような励起光検出器５１として、励起光の波長（１４８０ｎｍ）を含む波長帯域に検出感度を有する公知のパワーセンサを用いることができ、例えば図示のように、励起光源２２３ｂから出力される励起光の一部（例えば１％程度）を導出して、そのパワーを検出することにより構成される。なお、励起光源２２３ｂとしてラマンレーザ等を用いる場合には、ラマンレーザに設けられたパワーモニター用のセンサを励起光検出器５１として利用することができる。
【００５３】
第２高調波検出器５３は、波長変換光学素子３４から出射する第２高調波２ωのパワーＰω2を検出し、検出された第２高調波のパワーに応じた大きさの第２検出信号Ｐｂを出力するパワーセンサを用いることができる。このような第２高調波検出器５３として、第２高調波２ωの波長（７７４ｎｍ）を含む波長帯域に検出感度を有する公知のパワーセンサを用いることができる。波長変換部３の第２系列IIには、波長１５４７ｎｍの基本波を透過し、波長７７４ｎｍの第２高調波の一部（例えば１％程度）を反射する波長選択性のある部分反射鏡５５が設けられており、この部分反射鏡５５を介して波長変換光学素子３４で発生した第２高調波の一部が第２高調波検出器５３に入射される。
【００５４】
ＦＡ判断部５８は、ファイバ光増幅器２２３の寿命基準値が予め設定記憶されたメモリ５８ａ、励起光検出器５１から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂに基づいてファイバ光増幅器２２３の作動状態等を演算処理する処理部５８ｂ、処理部５８ｂにおける演算結果に基づいて寿命判定信号を出力する出力部５８ｃなどから構成される。
【００５５】
ＦＡ判断部５８には、励起光検出器５１から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂが入力されており、処理部５８ｂは、第１検出信号Ｐａの変化量（ｄＰａ）に対する第２検出信号Ｐｂの変化量（ｄＰｂ）の比である（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）、具体的には、励起光パワーＰpumpの変化量（ｄＰpump）に対する第２高調波パワーの変化量（ｄＰω2）の比である（ｄＰω2）／（ｄＰpump）を算出し、この値がメモリ５８ａに設定記憶された寿命基準値以下になったときに、出力部５８ｃに指令信号を出力して寿命判定信号を出力させる。
【００５６】
図１１〜図１５を参照して説明したように、ファイバ光増幅器に劣化が見られる以前の正常時においては、励起光のパワーＰpumpに比例して基本波レーザ光のパワーＰω1が増大し、この基本波のパワーＰω1に比例して第２高調波のパワーＰω2が増大する（図１１，図１２を参照）。すなわち、励起光パワーＰpumpの増加に対応して、第２高調波のパワーＰω2がある一定の傾きを持って増加する。この傾きである（ｄＰω2）／（ｄＰpump）は、ファイバ光増幅器の構成に応じた略一定の値（所定の傾き）を持つ。いま、レーザ装置ＬＳにおける（ｄＰω2）／（ｄＰpump）の初期値をαとする。
【００５７】
ファイバ光増幅器２２３のＥＤＦ２２３ａが劣化(例えばファイバの樹脂被覆が劣化)し始めると、励起光のパワーＰpumpの増加に対して基本波のパワーＰω1は一次比例的に増大するが、第２高調波のパワーＰω2は増加傾向が縮小し（ｄＰω2）／（ｄＰpump）の値は正常時の値αよりも小さくなる（図１３を参照）。さらにＥＤＦ２２３ａの劣化が進行すると、励起光パワーＰpumpにほぼ比例して基本波のパワーＰω1は増大するものの、第２高調波のパワーＰω2は、励起光パワーＰpump及び基本波のパワーＰω1に対して大きく波打つように変動し、（ｄＰω2）／（ｄＰpump）は正・負に大きく変化するようになる（図１４を参照）。
【００５８】
このように、ＥＤＦ２２３ａの劣化が進行すると、（ｄＰω2）／（ｄＰpump）の値は初期値αから徐々に減少し、ついには正・負に大きく変動するようになる。従って、（ｄＰω2）／（ｄＰpump）に相当する（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）をＦＡ判断部５８において観察し、この値が所定以下になったときに寿命判定信号を出力して、ファイバ光増幅器２２３の劣化状態を報知等することにより、ファイバ光増幅器２２３の寿命を適切に判断することができる。
【００５９】
図５に寿命基準値の設定例を示す。図において、グラフの横軸は励起光のパワーＰpump、縦軸は第２高調波のパワーＰω2であり、図中に実線で（ｄＰω2）／（ｄＰpump）＝αの初期値を示している。図５は、寿命基準値を２段階とした構成例を示しており、第１段階の寿命基準値Ｔｗを一点鎖線、第２段階の寿命基準値Ｔａを二点鎖線で示している。二つの寿命基準値Ｔｗ，Ｔａはメモリ５８ａに設定記憶される。
【００６０】
この構成例では、第１段階はファイバ光増幅器２２３の交換を促すワーニングとし、第２段階はレーザ装置を保護するアラームまたはインターロックとする。処理部５８ｂは、励起光検出器５１入力される第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から入力される第２検出信号Ｐｂから（ｄＰω2）／（ｄＰpump）を算出し、算出された値がメモリ５８ａに設定記憶された第１段階の寿命基準値Ｔｗ以下になったと判断されるときに、出力部５８ｃに指令信号を出力して第１段階の寿命判定信号を出力させる。
【００６１】
第１段階の寿命判定は、ファイバ光増幅器２２３の交換を促すワーニングであり、例えば、ファイバ光増幅器２２３が劣化して交換が必要である旨の文字情報やピクトグラム、コード番号等を制御部８の表示装置に表示させたり、レーザ装置ＬＳの状態を表す三色の回転表示灯のうち注意喚起を意味する黄色の表示灯を点灯させたりするような寿命判定信号が出力される。
【００６２】
このとき、第１段階の寿命基準値Ｔｗは、初期段階の（ｄＰω2）／（ｄＰpump）の値αに対して、０．３α〜０．７αの範囲内で設定することが好ましく、例えば０．５α程度に設定される。（ｄＰω2）／（ｄＰpump）が０．３α未満では、紫外レーザ光Ｌｖのパワーに基づいてファイバ光増幅器２２３の励起光パワーを制御するオートパワーコントロール（ＡＰＣ）の収束時間が過大になり、（ｄＰω2）／（ｄＰpump）が０．７αを超えると、ファイバ光増幅器２２３の交換寿命が短くなり経済性に反するからである。
【００６３】
第２段階の寿命判定は、レーザ装置を保護するアラームまたはインターロックであり、例えば、ファイバ光増幅器２２３の劣化が進行してオートパワーコントロールが困難である旨の文字情報やピクトグラム、コード番号等を制御部８の表示装置に表示させたり、レーザ装置ＬＳの状態を表す三色の回転表示灯のうち異常状態を意味する赤色の表示灯を点滅させたりするようなアラームの寿命判定信号、あるいは、上記のようなアラームに加えて、例えばオートパワーコントロール状態でのレーザ装置の作動を禁止するようなインターロックの寿命判定信号が出力される。
【００６４】
第２段階の寿命基準値Ｔａは、初期段階の（ｄＰω2）／（ｄＰpump）の値αに対して、０．１α〜０．３αの範囲内で設定すること、例えば０．２α程度とすることが好ましい。０．１αは、第２高調波パワーの揺らぎやパワーの検出誤差等を考慮したときに、オートパワーコントロールで動作させる下限値であり、０．３α以上ではオートパワーコントロールが制御不能となるようなおそれが低いからである。
【００６５】
このような構成のＦＡ寿命判断装置５０Ａによれば、ファイバ光増幅器２２３の劣化状態に応じた寿命判定信号が出力される。そのため、現実にファイバ光増幅器２２３が劣化して交換が必要な状態であるか否かを適切に判断することができ、経済性と安定作動の確保とを両立させたレーザ装置を提供することができる。
【００６６】
〔第２構成形態〕
次に、第２構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ｂについて、図６を参照して説明する。図６は、図４と同様に、第２レーザ光出力部１ｂ〜波長変換部３の第２系列IIにＦＡ寿命判断装置を設けた場合の概要構成図である。なお、第１構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ａと同様構成の部分には同一番号を付して重複説明を省略する。
【００６７】
ＦＡ寿命判断装置５０Ｂは、ファイバ光増幅器２２３から出射され波長変換光学素子３４に入射する基本波レーザ光Ｌa2の強度を検出する基本波検出器５２と、波長変換光学素子３４により波長変換されて出射した第２高調波２ωの強度を検出する第２高調波検出器５３と、基本波検出器５２から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂに基づいてファイバ光増幅器２２３の作動状態を判断するＦＡ判断部５８とを備えて構成される。
【００６８】
基本波検出器５２は、ファイバ光増幅器２２３から出射された基本波レーザ光のパワーＰω1を検出し、検出された基本波のパワーＰω1に応じた大きさの第１検出信号Ｐａを出力するパワーセンサを用いることができる。このような基本波検出器５２として、基本波レーザ光の波長（１５４７ｎｍ）を含む波長帯域に検出感度を有する公知のパワーセンサを用いることができる。波長変換部３の第２系列IIには、基本波レーザ光の一部（例えば１％程度）を反射する部分反射鏡５４が設けられており、この部分反射鏡５４を介して波長変換光学素子３４に入射する基本波レーザ光の一部が基本波検出器５２に入射される。
【００６９】
第２高調波検出器５３及び部分反射鏡５５は前述したとおりである。すなわち、第２高調波検出器５３は、波長変換光学素子３４から出射する第２高調波２ωのパワーＰω2を検出し、検出された第２高調波のパワーに応じた大きさの第２検出信号Ｐｂを出力するパワーセンサを用いることができる。また、部分反射鏡５５は、波長１５４７ｎｍの基本波を透過し、波長７７４ｎｍの第２高調波の一部（例えば１％程度）を反射する波長選択性のある部分反射鏡であり、部分反射鏡５５を介して波長変換光学素子３４で発生した第２高調波の一部が第２高調波検出器５３に入射される。
【００７０】
ＦＡ判断部５８は、入力される第１検出信号の種別、及びメモリ５８ａに設定記憶される寿命基準値の具体的な数値が第１構成形態のＦＡ判断部と異なる点を除き、基本的な構成は同様である。すなわち、ＦＡ判断部５８は、ファイバ光増幅器２２３の寿命基準値が予め設定記憶されたメモリ５８ａと、基本波検出器５２から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂに基づいてファイバ光増幅器２２３の作動状態等を演算処理する処理部５８ｂ、処理部５８ｂにおける演算結果に基づいて寿命判定信号を出力する出力部５８ｃなどから構成される。
【００７１】
ＦＡ判断部５８には、基本波検出器５２から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂが入力されており、処理部５８ｂは、第１検出信号Ｐａの変化量（ｄＰａ）に対する第２検出信号Ｐｂの変化量（ｄＰｂ）の比である（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）、具体的には、波長変換光学素子３４に入射する基本波パワーＰω1の変化量（ｄＰω1）に対する第２高調波パワーの変化量（ｄＰω2）の比である（ｄＰω2）／（ｄＰω1）を算出し、この値がメモリ５８ａに設定記憶された寿命基準値以下になったときに、出力部５８ｃに指令信号を出力して寿命判定信号を出力させる。
【００７２】
既述したように、ファイバ光増幅器に劣化が見られる以前の正常時においては、励起光のパワーＰpumpに比例して基本波レーザ光のパワーＰω1が増大し、この基本波のパワーＰω1に比例して第２高調波のパワーＰω2が増大する（図１１，図１２を参照）。すなわち、基本波のパワーＰω1の増加に対応して、第２高調波のパワーＰω2がある一定の傾きを持って増加する。この傾きである（ｄＰω2）／（ｄＰω1）は、ファイバ光増幅器２２３の構成に応じた略一定の値（所定の傾き）を有する。いま、レーザ装置ＬＳにおける（ｄＰω2）／（ｄＰω1）の初期値をβとする。
【００７３】
ファイバ光増幅器２２３のＥＤＦ２２３ａが劣化し始めると、励起光のパワーＰpumpの増加に対して基本波のパワーＰω1は一次比例的に増大するが、第２高調波のパワーＰω2は増加傾向が縮小し（ｄＰω2）／（ｄＰω1）の値は正常時の値βよりも小さくなる（図１３を参照）。さらにＥＤＦ２２３ａの劣化が進行すると、励起光パワーＰpumpにほぼ比例して基本波のパワーＰω1は増大するものの、第２高調波のパワーＰω2は、励起光パワーＰpump及び基本波のパワーＰω1に対して大きく波打つように変動し、（ｄＰω2）／（ｄＰω1）は正・負に大きく変化するようになる（図１４を参照）。
【００７４】
このように、ＥＤＦ２２３ａの劣化が進行すると、（ｄＰω2）／（ｄＰω1）の値は初期値βから徐々に減少し、ついには正・負に大きく変動するようになる。従って、（ｄＰω2）／（ｄＰω1）に相当する（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）をＦＡ判断部５８において観察し、この値が所定以下になったときに寿命判定信号を出力して、ファイバ光増幅器２２３の劣化状態を報知等することにより、ファイバ光増幅器２２３の寿命を適切に判断することができる。
【００７５】
このとき、寿命基準値の設定は図５に示した構成例と同様に設定することができる。同様の設定例を図７に示す。図において、グラフの横軸は基本波のパワーＰω1、縦軸は第２高調波のパワーＰω2であり、図中に実線で（ｄＰω2）／（ｄＰω1）＝βの初期値を示している。また、第１段階の寿命基準値Ｔｗを一点鎖線、第２段階の寿命基準値Ｔａを二点鎖線で示している。二つの寿命基準値Ｔｗ，Ｔａはメモリ５８ａに設定記憶される。
【００７６】
本構成例において、第１段階はファイバ光増幅器２２３の交換を促すワーニングであり、第２段階はレーザ装置を保護するアラームまたはインターロックである。処理部５８ｂは、基本波検出器５２から入力される第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から入力される第２検出信号Ｐｂから（ｄＰω2）／（ｄＰω1）を算出し、算出された値がメモリ５８ａに設定記憶された第１段階の寿命基準値Ｔｗ以下になったと判断されるときに、出力部５８ｃに指令信号を出力して第１段階の寿命判定信号を出力させる。
【００７７】
第１段階の寿命判定は、ファイバ光増幅器２２３の交換を促すワーニングであり、例えば、ファイバ光増幅器２２３が劣化して交換が必要である旨の文字情報やピクトグラム、コード番号等を制御部８の表示装置に表示させたり、レーザ装置ＬＳの状態を表す三色の回転表示灯のうち注意喚起を意味する黄色の表示灯を点灯させたりするような寿命判定信号が出力される。
【００７８】
このとき、第１段階の寿命基準値Ｔｗは、初期段階の（ｄＰω2）／（ｄＰω1）の値βに対して、０．３β〜０．７βの範囲内で設定することが好ましく、例えば０．５β程度に設定される。（ｄＰω2）／（ｄＰω1）が０．３β未満では、紫外レーザ光Ｌｖのパワーに基づいてファイバ光増幅器２２３の励起光パワーを制御するオートパワーコントロール（ＡＰＣ）の収束時間が過大になり、（ｄＰω2）／（ｄＰω1）が０．７βを超えると、ファイバ光増幅器２２３の交換寿命が短くなり経済性に反するからである。
【００７９】
第２段階の寿命判定は、レーザ装置を保護するアラームまたはインターロックであり、例えば、ファイバ光増幅器２２３の劣化が進行してオートパワーコントロールが困難である旨の文字情報やピクトグラム、コード番号等を制御部８の表示装置に表示させたり、レーザ装置ＬＳの状態を表す三色の回転表示灯のうち異常状態を意味する赤色の表示灯を点滅させたりするようなアラームの寿命判定信号、あるいは、上記のようなアラームに加えて、例えばオートパワーコントロール状態でのレーザ装置の作動を禁止するようなインターロックの寿命判定信号が出力される。
【００８０】
第２段階の寿命基準値Ｔａは、初期段階の（ｄＰω2）／（ｄＰω1）の値βに対して、０．１β〜０．３βの範囲内で設定すること、例えば０．２β程度とすることが好ましい。０．１βは、第２高調波パワーの揺らぎやパワーの検出誤差等を考慮したときに、オートパワーコントロールで動作させる下限値であり、０．３β以上ではオートパワーコントロールが制御不能となるようなおそれが低いからである。
【００８１】
このような構成のＦＡ寿命判断装置５０Ｂにおいても、前述したＦＡ寿命判断装置５０Ａと同様にファイバ光増幅器２２３の劣化状態に応じた寿命判定信号が出力される。そのため、現実にファイバ光増幅器２２３が劣化して交換が必要な状態であるか否かを適切に判断することができ、経済性と安定作動の確保とを両立させたレーザ装置を提供することができる。
【００８２】
〔第３構成形態〕
次に、第３構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ｃについて、図８を参照して説明する。図８は、図４、図６と同様に、波長変換部３の第２系列IIにＦＡ寿命判断装置を設けた場合の概要構成図である。なお、既述した構成形態と同様構成の部分には同一番号を付して重複説明を省略する。
【００８３】
ＦＡ寿命判断装置５０Ｃは、波長変換光学素子３４を波長変換されずに透過した基本波レーザ光の強度を検出する基本波検出器５２と、波長変換光学素子３４により波長変換されて出射した第２高調波２ωの強度を検出する第２高調波検出器５３と、基本波検出器５２から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂに基づいてファイバ光増幅器２２３の作動状態を判断するＦＡ判断部５８とを備えて構成される。すなわち、本構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ｃは、基本波の強度検出を、波長変換光学素子３４を透過した基本波レーザ光により行う点で、前述した第２構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ｂと異なっている。
【００８４】
基本波検出器５２及び第２高調波検出器５３は、各々前述した基本波検出器５２及び第２高調波検出器５３と同様のパワーセンサを用いることができる。波長変換部３のミラー４２には、波長１５４７ｎｍの基本波を透過し、波長７７４ｎｍの第２高調波の一部（例えば１％程度）を透過する波長選択性のある部分反射鏡が用いられ、波長変換光学素子３４を波長変換されずに透過した基本波、及び波長変換光学素子３４で発生した第２高調波の一部がミラー４２を透過する。
【００８５】
ミラー４２の背後には、このミラーを透過した波長１５４７ｎｍの基本波と波長７７４ｎｍの第２高調波とを分光する分光素子５６が設けられており、分光素子５６により分光された基本波が基本波検出器５２に入射し、第２高調波が第２高調波検出器５３に入射する。分光素子５６は、図示するようにプリズムを用いることができるほか、ダイクロイックミラーや回折光学素子等を用いて構成することもできる。
【００８６】
ＦＡ判断部５８は、メモリ５８ａに設定記憶される寿命基準値の具体的な数値が第２構成形態のＦＡ判断部と異なる点を除き、基本的な構成は同様である。すなわち、ＦＡ判断部５８は、ファイバ光増幅器２２３の寿命基準値が予め設定記憶されたメモリ５８ａと、基本波検出器５２から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂに基づいてファイバ光増幅器２２３の作動状態等を演算処理する処理部５８ｂ、処理部５８ｂにおける演算結果に基づいて寿命判定信号を出力する出力部５８ｃなどから構成される。
【００８７】
ＦＡ判断部５８には、基本波検出器５２から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂが入力されており、処理部５８ｂは、第１検出信号Ｐａの変化量（ｄＰａ）に対する第２検出信号Ｐｂの変化量（ｄＰｂ）の比である（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）、具体的には、波長変換光学素子３４を透過した基本波パワーＰω1′の変化量（ｄＰω1′）に対する第２高調波パワーの変化量（ｄＰω2）の比である（ｄＰω2）／（ｄＰω1′）を算出し、この値がメモリ５８ａに設定記憶された寿命基準値以下になったときに、出力部５８ｃに指令信号を出力して寿命判定信号を出力させる。
【００８８】
ここで、波長変換光学素子３４を透過した基本波（便宜的に透過基本波という）のパワーＰω1′は、波長変換光学素子３４に入射した基本波（便宜的に入射基本波という）のパワーＰω1から、波長変換に寄与した基本波のパワーを差し引いた大きさになる。波長変換に寄与するｓ偏光成分の光の寄与率、すなわち波長変換効率は、入射基本波のパワー（結晶中のパワー密度）が所定以上の領域で略一定であり、入射基本波のパワーＰω1に比例して透過基本波のパワーＰω1′が増大する。従って、透過基本波のパワーＰω1′を入射基本波のパワーＰω1に対応する状態量として取り扱うことができる。
【００８９】
既述したように、ファイバ光増幅器に劣化が見られる以前の正常時においては、励起光のパワーＰpumpに比例して入射基本波のパワーＰω1が増大し、入射基本波のパワーＰω1に比例して第２高調波のパワーＰω2が増大する（図１１，図１２を参照）。このとき、入射基本波のパワーＰω1に比例して透過基本波のパワーＰω1′が増大する。そのため、透過基本波のパワーＰω1′の増加に対応して、第２高調波のパワーＰω2がある一定の傾きを持って増加する。この傾きである（ｄＰω2）／（ｄＰω1′）は、ファイバ光増幅器２２３及び波長変換光学素子３４の構成に応じた値（所定の傾き）になる。いま、レーザ装置ＬＳにおける（ｄＰω2）／（ｄＰω1′）の初期値をγとする。
【００９０】
ファイバ光増幅器２２３のＥＤＦ２２３ａが劣化し始めると、励起光のパワーＰpumpの増加に対して入射基本波のパワーＰω1は一次比例的に増大し、これに伴って透過基本波のパワーＰω1′も増大するが、第２高調波のパワーＰω2は増加傾向が縮小し（ｄＰω2）／（ｄＰω1′）の値は正常時の値γよりも小さくなる（図１３を参照）。さらにＥＤＦ２２３ａの劣化が進行すると、励起光パワーＰpumpにほぼ比例して入射基本波のパワーＰω1及び透過基本波のパワーＰω1′は増大するが、第２高調波のパワーＰω2は大きく波打つように変動し、（ｄＰω2）／（ｄＰω1′）は正・負に大きく変化するようになる（図１４を参照）。
【００９１】
このように、ＥＤＦ２２３ａの劣化が進行すると、（ｄＰω2）／（ｄＰω1′）の値は初期値γから徐々に減少し、ついには正・負に大きく変動するようになる。従って、（ｄＰω2）／（ｄＰω1′）に相当する（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）をＦＡ判断部５８において観察し、この値が所定以下になったときに寿命判定信号を出力して、ファイバ光増幅器２２３の劣化状態を報知等することにより、ファイバ光増幅器２２３の寿命を適切に判断することができる。
【００９２】
このとき、寿命基準値の設定は、図５や図７に示した構成例と同様に設定することができる。すなわち、（ｄＰω2）／（ｄＰω1′）＝γの初期値を基準として、第１段階の寿命基準値Ｔｗを０．３γ〜０．７γの範囲内、例えば０．５γ程度に設定し、第２段階の寿命基準値Ｔａを０．１γ〜０．３γの範囲内、例えば０．２γ程度に設定してメモリ５８ａに記憶させ、同様のワーニング、アラーム、インターロック等を実行するように構成することができる。
【００９３】
このような構成のＦＡ寿命判断装置５０Ｃにおいても、既述した第１構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ａや第２構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ｂと同様に、ファイバ光増幅器２２３の劣化状態に応じた寿命判定信号が出力される。そのため、現実にファイバ光増幅器２２３が劣化して交換が必要な状態であるか否かを適切に判断することができ、経済性と安定作動の確保とを両立させたレーザ装置を提供することができる。また、本構成形態によれば、レーザ光出力部１や波長変換部３の光路中に部分反射鏡等の光学素子を配設する必要がなく、光学素子を挿入することにより生じる初期的及び長期的な損失や調整工数等を削減することができる。
【００９４】
以上説明した実施形態では、ファイバ光増幅器の一例として、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）を示したが、コアにドープされるレーザ媒質や光ファイバのクラッド構造は任意である。例えば、コアにイットリビウム（Ｙｂ）がドープされたシングルまたはマルチクラッド構造のイットリビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＹＤＦＡ）やコアにツリウム（Ｔｍ）がドープされたシングルまたはマルチクラッド構造のツリウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＴＤＦＡ）等を有するレーザ装置についても同様に適用し同様の効果を得ることができる。
【００９５】
また、波長変換光学素子の一例として、第２高調波発生を行うＰＰＬＮ結晶を例示したが、用いる結晶や波長変換の作用は任意である。例えば、３次以上の高調波を発生する非線形光学結晶や、基本波と他の高調波との和周波発生を行う非線形光学結晶（例えば、実施形態における波長変換光学３６）、差周波発生を行う非線形光学結晶等を有するレーザ装置についても同様に適用し同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９６】
１（１ａ，１ｂ，１ｃ） レーザ光出力部
３ 波長変換部
８ 制御部
１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ） レーザ光発生部
１１，１２，１３ レーザ光源
２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ） 増幅部
２１，２２，２３ ファイバ光増幅器
３０ 波長変換光学系
３１〜３６ 波長変換光学素子
４１，４２，４３ ミラー
５０（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ） ＦＡ寿命判断装置
５１ 励起光検出器
５２ 基本波検出器
５３ 第２高調波検出器
５４ 部分反射鏡
５５ 部分反射鏡
５６ 分光素子
５８ ＦＡ判断部
５８ａ メモリ
５８ｂ 処理部
５８ｃ 出力部
２２１，２２２，２２３ ファイバ光増幅器
２２１ａ，２２２ａ，２２３ａ ＥＤＦ
２２１ｂ，２２２ｂ，２２３ｂ 励起光源
２２１ｃ，２２２ｃ，２２３ｃ ＷＤＭカプラ
ＬＳ レーザ装置
Ｌａ（Ｌａ1，Ｌａ2，Ｌａ3） 基本波レーザ光
Ｌｓ（Ｌｓ1，Ｌｓ2，Ｌｓ3） 信号光
Ｌｖ 紫外レーザ光
ω1 基本波
ω2 第２高調波
Ｐpump 励起光のパワー
Ｐω1 基本波（入射基本波）ω1のパワー
Ｐω1p 基本波ω1におけるｐ偏光成分のパワー
Ｐω1s 基本波ω1におけるｓ偏光成分のパワー
Ｐω1′ 波長変換光学素子を透過した基本波（透過基本波）のパワー
Ｐω2 第２高調波のパワー
Ｐａ 第１検出信号
Ｐｂ 第２検出信号
α （ｄＰω2）／（ｄＰpump）の初期値
β （ｄＰω2）／（ｄＰω1）の初期値
γ （ｄＰω2）／（ｄＰω1′）の初期値
Ｔｗ 第１段階の寿命基準値
Ｔａ 第２段階の寿命基準値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバ光増幅器を有し基本波レーザ光を出射するレーザ光出力部と、波長変換光学素子を有しレーザ光出力部から出射された基本波レーザ光を波長変換して出力する波長変換部とを備えたレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなレーザ装置は、例えば、顕微鏡や形状測定装置、露光装置等の光源として用いられている。このようなレーザ装置は、一般的に、レーザ光出力部から波長λ＝１．０〜１．５５μｍの基本波レーザ光が出力され、この基本波レーザ光を波長変換部に設けられた複数の波長変換光学素子により順次波長変換して、例えば、波長λ＝１９３ｎｍやλ＝３０９ｎｍ等の紫外レーザ光を出力するように構成される（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２００７４７号公報
【特許文献２】特開２００２−５０８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなレーザ装置において、レーザ光出力部に設けられたファイバ光増幅器中の光ファイバは、一般的に、コア、クラッドとそれらを保護する樹脂被覆から構成されている。コアには希土類元素が添加されており、信号光、励起光を入射することにより誘導放出が生じ、信号光の増幅が実現される。この際、光ファイバ自身の発熱、波長の短いアップコンバージョン光の発生などの影響により、ファイバ光増幅器を長期間使用するうちに樹脂被覆が徐々に劣化し、レーザ装置が置かれた環境の温湿度変化などの外乱の影響を受けやすくなるため、安定した基本波レーザ光の出力、ひいては安定した波長変換光の出力が難しくなる。また、波長変換光学素子により波長変換された光は、一般的に基本波レーザ光よりも波長が短く、その一部が戻り光となって光ファイバに入射することによって樹脂被覆が劣化することもある。このことは、樹脂製のクラッドを用いたシングルまたはマルチクラッドの光ファイバにおいても同様と考えられる。
【０００５】
そのため、従来のレーザ装置では、種々の劣化要因を考慮して光ファイバの交換寿命を定め、設定された一定の動作時間（例えば、10,000時間）が経過したときに、ワーニング等を表示して、ファイバ光増幅器の交換を促すように構成されていた。このことは、実際には光ファイバの劣化がさほど進行しておらず、まだ十分に使用可能な状態であってもファイバ光増幅器を一律交換することになり、経済性や資源保護の面で課題があった。また、例えば反射率の高い被加工物が多く、レーザ装置から被加工物に照射された波長変換光が戻り光となって光ファイバに入射し、光ファイバの劣化が促進されるような状況下で使用された場合には、予め設定された交換寿命の経過以前に使用限界に到達し、安定した動作を確保することが難しくなる可能性がある、という課題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、経済性と安定作動の確保とを両立させることができるようなレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決して目的を達成するため、発明者は、まず、レーザ装置から出力される波長変換後の光出力（便宜的に高調波出力という）が当初出力から低下し、その原因がファイバ光増幅器の劣化によるものであると考えられるとき、一体どのような現象が生じているのか、換言すれば、高調波出力の低下や不安定性はファイバ光増幅器のどのような状態変化によって生じるのかについて鋭意研究を行った。以下図面を参照して説明する。図９に説明のため簡易化したレーザ装置のブロック図を示す。
【０００８】
レーザ装置は、大別的に、ファイバ光増幅器２１を有し基本波レーザ光を出射するレーザ光出力部１と、波長変換光学素子３１を有しレーザ光出力部１から出射された基本波レーザ光を波長変換して出力する波長変換部３とを備えて構成される。図９には、信号光を発生するレーザ光源１１と、レーザ光源１１により発生された信号光を増幅するファイバ光増幅器２１とによりレーザ光出力部１を構成した形態を示す。ファイバ光増幅器２１により増幅された信号光（基本波レーザ光）は波長変換光学素子３１に入射され、波長変換光学素子３１においてｎ次高調波発生など所定の波長変換が行われ、波長変換された光と、波長変換されずに透過した基本波レーザ光とが出射される。
【０００９】
ここで、波長変換においては、波長変換光学素子３１に対して直線偏光率の高い光を、偏光面が結晶光軸に対して所定角度となるように設定して入射させる必要があるため、レーザ光源１１後に設置される図示しない偏波コントローラなどにより偏光を調整された基本波レーザ光が波長変換光学素子３１に入射する。図１０に、波長変換光学素子３１として周期的な分極構造を形成したＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬiＮbＯ3）結晶を用い、所定周波数の基本波ω1を波長変換して周波数が２倍の第２高調波（２倍波）ω2を発生させる場合を例示する。ファイバ光増幅器２１からは、直線偏光の基本波（基本波レーザ光）ω1が出射される。このとき、波長変換光学素子３１は、ファイバ光増幅器２１から出射される基本波ω1の偏光方位に対し、その偏光方位が波長変換光学素子３１の結晶光軸方向（分極方向）であるｓ偏光の直線偏光光を入射させたときに変換効率が最大となるように配置姿勢が設定される。なお、図では矢印の方向と長さで基本波ω1及び第２高調波ω2の偏光状態とパワーを表している。
【００１０】
このように概要構成されるレーザ装置において、ファイバ光増幅器２１が劣化する以前の正常時に観察されるレーザ装置の動作特性を図１１及び図１２に示す。ここで、図１１は、横軸に基本波ω1のパワーＰω1、縦軸に第２高調波ω2のパワーＰω2をとり、波長変換光学素子３１に入射する基本波のパワーＰω1を変化させたときの、波長変換光学素子３１から出射される第２高調波のパワーＰω2の変化を表したもので、入射基本波のパワー（結晶中のパワー密度）が所定以上で波長変換効率が略一定の領域での変化である。図１２は、横軸に励起光のパワーＰpump、縦軸に出力光のパワーＰωをとり、ファイバ光増幅器２１の励起光パワーＰpumpを変化させたときの、ファイバ光増幅器２１から出力される基本波のパワーＰω1、及び波長変換光学素子３１から出力される第２高調波のパワーＰω2の変化を表したものである。
【００１１】
両図から、ファイバ光増幅器２１が劣化する以前の正常時においては、ファイバ光増幅器２１を励起する励起光のパワーＰpumpに比例して（所定係数の傾きをもって）基本波のパワーＰω1が増大し、波長変換効率が略一定の領域ではこの基本波のパワーＰω1に比例して（同上）第２高調波のパワーＰω2が増大する。
【００１２】
次に、レーザ装置から出力される第２高調波ω2のパワーが当初出力から低下しはじめ、その原因がファイバ光増幅器２１の劣化によるものであると考えられるとき、例えば、レーザ光源１１や波長変換光学素子３１に異常がなく、ファイバ光増幅器２１を新品に交換したときに当初出力と同様の第２高調波パワーが得られるような状態のときに観察されたレーザ装置の動作特性の一例を図１３に示す。図における横軸及び縦軸は図１２と同様であり、ファイバ光増幅器２１の励起光パワーＰpumpを変化させたときの、ファイバ光増幅器２１から出力される基本波のパワーＰω1及び波長変換光学素子３１から出力される第２高調波のパワーＰω2の変化を表したものである。
【００１３】
この図１３から、ファイバ光増幅器２１を励起する励起光のパワーＰpumpが増大すると、これに比例して基本波のパワーＰω1は増大する。このとき、励起光パワーに対する基本波パワーの傾き（ｄＰω1）／（ｄＰpump）は正常時とほぼ同様である。しかしながら、励起光パワーの増大すなわち基本波のパワーＰω1の増大に伴って第２高調波のパワーＰω2も増大するものの、その傾きである（ｄＰω2）／（ｄＰpump）や（ｄＰω2）／（ｄＰω1）は正常時よりも小さくなり、また高パワー領域で第２高調波のパワーＰω2が飽和する傾向が見られるようになってくる。
【００１４】
図１４は、上記図１３に示した状態から、さらにファイバ光増幅器２１の劣化が進行した状態で観察されたレーザ装置の動作特性の一例である。図における横軸及び縦軸は図１２及び図１３と同様であり、励起光パワーＰpumpを変化させたときの基本波のパワーＰω1及び第２高調波のパワーＰω2の変化を表したものである。
【００１５】
この状態においても、ファイバ光増幅器２１を励起する励起光のパワーＰpumpが増大すると、これにほぼ比例して基本波のパワーＰω1は増大する。励起光パワーに対する基本波パワーの傾き（ｄＰω1）／（ｄＰpump）について大きな変化は見られない。一方、第２高調波のパワーＰω2は、励起光パワーＰpump及び基本波のパワーＰω1に対して大きく波打つように変動し、その傾きである（ｄＰω2）／（ｄＰpump）及び（ｄＰω2）／（ｄＰω1）は正・負に大きく変化する。
【００１６】
何故上記のような現象が発生するのか、すなわち、基本波のパワーＰω1は正常時から大きく変化していないにもかかわらず、基本波のパワー増加に対して第２高調波のパワーＰω2が大きく波打つように大きく変動するのか、発明者はその原因を探求すべく、さらに研究を進めた。そして、その原因と考えられる事象を捉えた。図１４に示した劣化状態のファイバ光増幅器２１について、励起光のパワーＰpumpを変化させたときの、基本波のパワーＰω1及び基本波レーザ光の二つの偏光成分のパワーＰω1p，Ｐω1sの変化を調べた結果を図１５に示す。
【００１７】
上述したように、ファイバ光増幅器２１の励起光パワーＰpumpに比例してファイバ光増幅器２１から出射される基本波レーザ光のパワーＰω1は増大し、励起光パワーに対する基本波パワーの傾き（ｄＰω1）／（ｄＰpump）について大きな変化は見られない。しかしながら、このとき、基本波レーザ光の偏光状態が大きく変動していた。図１５はこのことを表している。
【００１８】
すなわち、励起光パワーＰpumpの増加に伴って、基本波のｐ偏光成分のパワーＰω1pとｓ偏光成分のパワーＰω1sとを合わせた基本波全体のパワーＰω1（＝Ｐω1p＋Ｐω1s）は増大し、励起光パワーに対する基本波パワーの傾きに大きな変化は見られない。ところが、基本波の二つの偏光成分のパワーＰω1p，Ｐω1sが、励起光パワーに対して大きく波打つように変動している。このとき、二つの偏光成分が併存しその構成比率が変動していることから、波長変換光学素子３１に入射する基本波レーザ光は図１６に示すように楕円偏光になり、長軸・短軸方向が変化していると考えられる。
【００１９】
既述したように、波長変換光学素子３１において第２高調波発生に寄与するのはｓ偏光成分であり、第２高調波のパワーＰω2は基本波のｓ偏光成分の変動に呼応して変動する。このため、励起光パワーＰpumpに比例して基本波のパワーＰω1が増大しているにもかかわらず、レーザ装置から出力される第２高調波のパワーＰω2は、励起光パワーに対して大きく波打つように変動していたのである。以上のような研究により得られた知見に基づき、発明者は以下の発明を完成させた。
【００２０】
本発明を例示する態様は、ファイバ光増幅器を有し基本波レーザ光を出射するレーザ光出力部と、波長変換光学素子を有しレーザ光出力部から出射された基本波レーザ光を波長変換して出力する波長変換部とを備えたレーザ装置である。そのうえで、このレーザ装置は、基本波レーザ光の強度またはこれに対応する状態量を検出して検出量に応じた第１検出信号Ｐａを出力する第１検出手段（例えば、実施形態における励起光検出器５１、基本波検出器５２等）と、波長変換光学素子により波長変換された光の強度を検出して検出量に応じた第２検出信号Ｐｂを出力する第２検出手段（例えば、実施形態における第２高調波検出器５３）と、第１検出手段から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２検出手段から出力された第２検出信号Ｐｂに基づいてファイバ光増幅器の作動状態を判断するＦＡ判断部とを備える。そして、ＦＡ判断部が、第１検出信号Ｐａの変化量ｄＰａと第２検出信号Ｐｂの変化量ｄＰｂとの比が予め設定された寿命基準範囲外となったとき、例えば（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）が寿命基準値以下になったときに、寿命判定信号を出力するように構成される。
【００２１】
なお、前記基本波レーザ光の強度に対応する状態量は、ファイバ光増幅器における励起光の強度とすることができる。あるいは、前記基本波レーザ光の強度に対応する状態量は、波長変換光学素子を透過した基本波レーザ光の強度としてもよい。
【００２２】
また、前記波長変換光学素子から出射された光のうち、波長変換光学素子を透過した基本波レーザ光を透過し、波長変換光学素子により波長変換された光の一部を透過するミラー（例えば、実施形態におけるミラー４２）と、このミラーを透過した基本波レーザ光とミラーを透過した波長変換された光とを分離する分光素子（例えば、実施形態における分光素子５６）とを備え、前記第１検出手段及び第２検出手段は、各々分光素子により分光された基本波レーザ光及び波長変換された光の強度を検出するように構成することができる。
【発明の効果】
【００２３】
このような構成のレーザ装置においては、基本波レーザ光の強度等を検出して検出量に応じた第１検出信号Ｐａを出力する第１検出手段と、波長変換光学素子により波長変換された光の強度を検出して検出量に応じた第２検出信号Ｐｂを出力する第２検出手段とが設けられ、ＦＡ判断部において、第１検出信号Ｐａの変化量ｄＰａと第２検出信号Ｐｂの変化量ｄＰｂとの比が予め設定された寿命基準範囲外となったときに、寿命判定信号を出力するように構成される。前述したように、ファイバ光増幅器が正常な状態においては、基本波レーザ光の強度等の増加に対して波長変換光の出力はある一定の傾きを有し、（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）またはその逆数は所定の有限値になる。そして、ファイバ光増幅器が劣化してくると、例えば（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）は減少し、さらに劣化が進行すると正・負変動するようになる。従って、第１検出信号Ｐａの変化量ｄＰａと第２検出信号Ｐｂの変化量ｄＰｂとの比をとり、その値が寿命基準範囲外となったときに寿命判定信号を出力する本構成によれば、現実にファイバ光増幅器が劣化しているか否かを適切に判断することができ、経済性と安定作動の確保とを両立可能なレーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の適用例として示すレーザ装置全体の概要構成図である。
【図２】増幅部におけるファイバ光増幅器の接続構成を例示する図面である。
【図３】波長変換光学系の構成及び作用を説明するための図面である。
【図４】第１構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ａの概要構成図である。
【図５】ＦＡ寿命判断装置５０Ａにおける寿命基準値の設定例を示すグラフである。
【図６】第２構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ｂの概要構成図である。
【図７】ＦＡ寿命判断装置５０Ｂにおける寿命基準値の設定例を示すグラフである。
【図８】第３構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ｃの概要構成図である。
【図９】簡易化したレーザ装置のブロック図である。
【図１０】ファイバ光増幅器が正常な状態における、波長変換光学素子に入射する基本波ω1及び波長変換光学素子から出射する第２高調波ω2の状態を説明するための説明図である。
【図１１】ファイバ光増幅器が正常な状態で観察された、波長変換光学素子に入射する基本波のパワーＰω1と波長変換光学素子から出射する第２高調波のパワーＰω2との関係を示すグラフである。
【図１２】ファイバ光増幅器が正常な状態で観察された、ファイバ光増幅器の励起光パワーＰpumpと、ファイバ光増幅器から出力される基本波のパワーＰω1及び波長変換光学素子から出力される第２高調波のパワーＰω2との関係を示すグラフである。
【図１３】ファイバ光増幅器の劣化初期状態で観察された、ファイバ光増幅器の励起光パワーＰpumpと、ファイバ光増幅器から出力される基本波のパワーＰω1及び波長変換光学素子から出力される第２高調波のパワーＰω2との関係を示すグラフである。
【図１４】ファイバ光増幅器の劣化が進行した状態で観察された、ファイバ光増幅器の励起光パワーＰpumpと、ファイバ光増幅器から出力される基本波のパワーＰω1及び波長変換光学素子から出力される第２高調波のパワーＰω2との関係を示すグラフである。
【図１５】ファイバ光増幅器の劣化が進行した状態で観察された、ファイバ光増幅器の励起光パワーＰpumpと、ファイバ光増幅器から出力される基本波のパワーＰω1及び基本波の二つの偏光成分のパワーＰω1p，Ｐω1sとの関係を示すグラフである。
【図１６】ファイバ光増幅器が劣化した状態における、波長変換光学素子に入射する基本波ω1及び波長変換光学素子から出射する第２高調波ω2の状態を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１に本発明を適用したレーザ装置ＬＳ全体の概要構成を示す。レーザ装置ＬＳは、ファイバ光増幅器を有し基本波レーザ光を出射するレーザ光出力部１、波長変換光学素子を有しレーザ光出力部１から出射された基本波レーザ光を波長変換して出力する波長変換部３、レーザ光出力部１及び波長変換部３の作動を制御する制御部８などを備えて構成される。
【００２６】
レーザ光出力部１、波長変換部３は、このレーザ装置ＬＳを用いて構成されるシステムの用途及び機能に応じて適宜に設定可能である。本実施形態では、レーザ光出力部１から波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光Ｌａ（Ｌａ1，Ｌａ2，Ｌａ3）を出力し、これを波長変換部３において波長変換して、最短波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖを出力する場合を例として説明する。
【００２７】
図１には、レーザ光出力部１を、３つのレーザ光出力部１ａ，１ｂ，１ｃにより構成した形態を示す。すなわち、レーザ光出力部１は、第１の基本波レーザ光Ｌａ1を出力する第１レーザ光出力部１ａ、第２の基本波レーザ光Ｌａ2を出力する第２レーザ光出力部１ｂ、及び第３の基本波レーザ光Ｌａ3を出力する第３レーザ光出力部１ｃにより構成される。
【００２８】
また図１では、レーザ光出力部１を、信号光Ｌs（Ｌs1，Ｌs2，Ｌs3）を出力するレーザ光発生部１０と、レーザ光発生部１０から出力された信号光を増幅する増幅部２０とにより構成した形態を示す。すなわち、第１レーザ光出力部１ａは、レーザ光源１１を有し第１基本波の信号光Ｌs1を出力する第１レーザ光発生部１０ａと、ファイバ光増幅器２１を有し第１レーザ光発生部１０ａから出力された第１基本波の信号光Ｌs1を増幅する第１増幅部２０ａとにより構成され、第１増幅部２０ａにより増幅された信号光すなわち第１の基本波レーザ光Ｌａ1が出力される。
【００２９】
同様に、第２レーザ光出力部１ｂは、レーザ光源１２を有し第２基本波の信号光Ｌs2を出力する第２レーザ光発生部１０ｂと、ファイバ光増幅器２２を有し第２基本波の信号光Ｌs2を増幅する第２増幅部２０ｂとにより構成され、第２増幅部２０ｂから第２の基本波レーザ光Ｌａ2が出力される。第３レーザ光出力部１ｃは、レーザ光源１３を有し第３基本波の信号光Ｌs3を出力する第３レーザ光発生部１０ｃと、ファイバ光増幅器２３を有し第３基本波の信号光Ｌs3を増幅する第３増幅部２０ｃとにより構成され、第３増幅部２０ｃから第３の基本波レーザ光Ｌａ3が出力される。
【００３０】
レーザ光発生部１０（１０ａ〜１０ｃ）に設けられ、波長１５４７ｎｍの信号光を発生するレーザ光源１１〜１３は、例えば、発振波長が１．５μｍ帯のＤＦＢ（Distributed Feedback）半導体レーザやファイバーレーザ等を用いることができる。これらのレーザは、ＣＷ発振及びパルス発振させることができ、励起電流を制御することによりパルス波形をナノ秒オーダで高速に制御することができる。なお、レーザ光発生部１０に、ＥＯＭ（Electro Optic Modulator）やＡＯＭ（Acousto Optic Modulator）等の外部変調器を設け、ＣＷまたはパルス発振させたレーザ光源の出力光を外部変調器により切り出して所要波形のパルス光を出力するように構成しても良い。また、上記構成では信号光Ｌs1，Ｌs2，Ｌs3を個別のレーザ光源１１〜１３から出力しているが、１個のレーザ光源からの出力をカプラで分岐してＬs1，Ｌs2，Ｌs3としてもよい。
【００３１】
増幅部２０（２０ａ〜２０ｃ）に設けられ、波長１５４７ｎｍの信号光を増幅するファイバ光増幅器２１〜２３は、例えば、コアにエルビウム（Ｅｒ）がドープされたエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）が好適に用いられる。第１〜第３増幅部２０ａ〜２０ｃは、それぞれ単一または複数のファイバ光増幅器を設けて構成することができる。本実施形態では、図２に第２増幅部２０ｂを例としてファイバ光増幅器２２の接続構成例を示すように、３つのファイバ光増幅器２２１，２２２，２２３を直列接続した構成形態を説明する。
【００３２】
すなわち、第２増幅部２０ｂは、第１段目のファイバ光増幅器２２１、第２段目のファイバ光増幅器２２２、及び第３段目のファイバ光増幅器２２３が直列接続されて構成される。このとき、第１段目のファイバ光増幅器２２１、第２段目のファイバ光増幅器２２２、及び第３段目のファイバ光増幅器２２３には、エルビウム・ドープ・ファイバ（ＥＤＦ）２２１ａ，２２２ａ、２２３ａが用いられ、励起光源２２１ｂ，２２２ｂ、２２３ｂから出力された励起光がＷＤＭカプラ２２１ｃ，２２２ｃ、２２３ｃを介して各ファイバのコアに結合される。第１増幅部２０ａ、第３増幅部２０ｃについても同様に構成される。
【００３３】
第１増幅部２０ａから出射した第１の基本波レーザ光Ｌa1、第２増幅部２０ｂから出射した第２の基本波レーザ光Ｌa2、及び第３増幅部２０ｃから出射した第３の基本波レーザ光Ｌa3は、レーザ光出力部１（１ａ，１ｂ，１ｃ）から出力され、波長変換部３に入力される。
【００３４】
波長変換部３には、複数の波長変換光学素子やミラー等からなる波長変換光学系３０が設けられている。波長変換光学系３０の概要構成を図３に示す。図３において、光路上に楕円形で示すものはコリメータレンズや集光レンズであり個々の説明を省略する。また図中には、各波長変換光学素子に入射する光の偏光状態を付記しており、既述したｓ偏光をドット付きの○印で示し、これと偏光面が直交するｐ偏光を上下方向の矢印で示す。また、基本波をω、そのｎ次高調波をｎωで示す。
【００３５】
波長変換光学系３０は、第１レーザ光出力部１ａから出力された第１の基本波レーザ光Ｌa1が入射して伝播する第１系列Ｉ、第２レーザ光出力部１ｂから出力された第２の基本波レーザ光Ｌa2が入射して伝播する第２系列II、第３レーザ光出力部１ｃから出力された第３の基本波レーザ光Ｌａ3が入射して伝播する第３系列III、及び第１，第２，第３系列を伝播したレーザ光が重ね合わされて伝播する第４系列IVからなり、各系列に設けられた計６個の波長変換光学素子３１〜３６を主体として構成される。
【００３６】
波長変換部３では、各レーザ光出力部から出力された波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光が順次波長変換され、波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖが出力される。まず、波長１５４７ｎｍの基本波レーザ光を波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖに変換する波長変換光学系３０の全体概要を説明し、続いて第１〜第４系列の構成及び各系列を伝播するレーザ光の状態について説明する。なお、基本波レーザ光を基本波と表記することがある。
【００３７】
第１系列Ｉに入射した波長１５４７ｎｍ、周波数ωの第１の基本波レーザ光Ｌa1は、この系列に設けられた波長変換光学素子３１〜３３により順次ω→２ω→３ω→５ωに波長変換され、発生した第５高調波５ωが第４系列IVに入射する。第２系列IIに入射した波長１５４７ｎｍ、周波数ωの第２の基本波レーザ光Ｌa2は、この系列に設けられた波長変換光学素子３４によってω→２ωに波長変換され、発生した第２高調波２ωが第４系列IVに入射する。第３系列IIIに入射した波長１５４７ｎｍ、周波数ωの第３の基本波レーザ光Ｌａ3は波長変換されることなく第４系列IVに入射する。
【００３８】
第４系列IVでは、波長変換光学素子３５において、第１系列で発生した第５高調波５ωと第２系列で発生した第２高調波２ωの和周波発生により第７高調波７ωが発生され、波長変換光学素子３６において、第７高調波７ωと第３系列IIIから入射した基本波ω（第３の基本波レーザ光Ｌa3）との和周波発生により、周波数が基本波ωの８倍、波長が基本波の１／８である波長１９３ｎｍの第８高調波８ωが生成される。そして、波長変換光学素子３６で発生した波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖがレーザ装置ＬＳから出力される。以下、各系列の構成及び伝播するレーザ光の状態について説明する。
【００３９】
第１系列Ｉには、波長変換光学素子３１，３２，３３が配設されている。第１レーザ光出力部１ａから出力された第１の基本波レーザ光Ｌａ1は、ｓ偏光で波長変換光学素子３１に集光入射させ、この波長変換光学素子３１において第２高調波発生によりｓ偏光の第２高調波２ωを発生させる。発生したｓ偏光の第２高調波２ωと波長変換光学素子３１を透過したｓ偏光の基本波ωは波長変換光学素子３２に集光入射し、和周波発生によりｐ偏光の第３高調波３ωを発生させる。波長変換光学素子３１，３２は、例えば、第２高調波発生用の波長変換光学素子３１としてＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬiＮbＯ3）結晶、第３高調波発生用の波長変換光学素子３２としてＬＢＯ（ＬiＢ3Ｏ5）結晶が好適に用いられる。なお、第２高調波発生用の波長変換光学素子３１として、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＬＴ結晶などの疑似位相整合結晶（ＱＰＭ：Quasi Phase Matching）のほか、ＬＢＯ結晶等を用いることもできる。
【００４０】
波長変換光学素子３２において発生したｐ偏光の第３高調波３ωと、波長変換光学素子３２を透過したｓ偏光の第２高調波２ωは、２波長波長板４５を透過させて第２高調波２ωだけをｐ偏光に変換する。２波長波長板４５は、例えば、結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の結晶の平板からなる波長板が用いられる。この波長板は、一方の波長の光（第２高調波２ω）に対して偏光面を回転させ、他方の波長の光（第３高調波３ω）に対しては、偏光面が回転しないように、波長板の厚さを一方の波長の光に対してλ／２の整数倍で、他方の波長の光に対しては、λの整数倍になるようにカットすることにより構成される。
【００４１】
ともにｐ偏光になった第２高調波２ω及び第３高調波３ωは波長変換光学素子３３に集光入射し、和周波発生により周波数が基本波の５倍、波長が１／５（３０９ｎｍ）の第５高調波５ωを発生させる。第５高調波発生用の波長変換光学素子３３として、例えばＢＢＯ（β-ＢaＢ2Ｏ4）結晶が好適に用いられる。なお、波長変換光学素子３３として、ＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ（ＣsＬiＢ6Ｏ10）結晶を用いることも可能である。ＢＢＯ結晶から出射される第５高調波５ωは、ウォークオフに起因してビーム断面が楕円形になっているため、２枚のシリンドリカルレンズ４６v，４６hによりビーム断面を円形に整形し、ミラー４１に入射させる。
【００４２】
ミラー４１は、基本波ω及び第２高調波２ωの波長帯域のレーザ光を透過し、第５高調波５ωの波長帯域のレーザ光を反射する波長選択性を有して構成されており、このミラー（ダイクロイックミラー）４１で反射されたｓ偏光の第５高調波５ωは、第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００４３】
第２系列IIには波長変換光学素子３４が配設されている。第２レーザ光出力部１ｂから出力された第２の基本波レーザ光Ｌa2は、ｓ偏光で波長変換光学素子３４に集光入射させ、ｓ偏光の第２高調波２ωを発生させる。第２高調波発生用の波長変換光学素子３４として、ＰＰＬＮ結晶が好適に用いられる。なお、波長変換光学素子３４として、前記同様の他のＱＰＭ結晶等を用いることができる。波長変換光学素子３４において発生したｓ偏光の第２高調波２ωは、ミラー４２に入射させる。
【００４４】
ミラー４２は、基本波ωの波長帯域のレーザ光を透過し、第２高調波２ωの波長帯域のレーザ光を反射する波長選択性を有して構成されており、ミラー（ダイクロイックミラー）４２で反射されたｓ偏光の第２高調波２ωは、ミラー４１を透過して第５高調波５ωと同軸に重ね合わされて第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００４５】
第３系列IIIには波長変換光学素子が設けられていない。第３レーザ光出力部１ｃから出力され第３系列に入射したｐ偏光の第３の基本波レーザ光Ｌａ3は、波長変換されることなくミラー４３に入射する。そして、ミラー４３で反射されたｐ偏光の基本波ωは、ミラー４２及びミラー４１を透過して、ミラー４２で反射された第２高調波２ω及びミラー４１で反射された第５高調波５ωと同軸に重ね合わされて第４系列IVの波長変換光学素子３５に入射する。
【００４６】
第４系列IVには、波長変換光学素子３５と波長変換光学素子３６が配設されている。また、既述した基本波ω、第２高調波２ω、第５高調波５ωの各光路には、波長変換光学素子３５，３６に所定のスポットサイズで各波長の光が集光入射するように設定されたレンズが設けられている。波長変換光学素子３５では、第１系列Ｉから入射したｓ偏光の第５高調波５ωと第２系列IIから入射したｓ偏光の第２高調波２ωとによる和周波発生が行われ、周波数が基本波の７倍、波長が１／７（２２１ｎｍ）の第７高調波７ωが発生される。第７高調波発生用の波長変換光学素子３５は、ＣＬＢＯ結晶が用いられる。
【００４７】
波長変換光学素子３５で発生したｐ偏光の第７高調波７ωと、波長第３系列IIIから入射して波長変換光学素子３５を透過したｐ偏光の基本波ωは、波長変換光学素子３６に入射し、和周波発生により周波数が基本波の８倍、波長が１／８（１９３ｎｍ）の第８高調波８ωが発生される。第８高調波発生用の波長変換光学素子３６は、ＣＬＢＯ結晶が用いられる。
【００４８】
そして、波長変換光学素子３６において発生した第８高調波８ωが波長変換部３から出射し、波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖがレーザ装置ＬＳから出力される。以上のように構成されるレーザ装置ＬＳにあって、レーザ光出力部１（１ａ，１ｂ，１ｃ）から出力され、波長変換部３に入射する基本波レーザ光Ｌａ（Ｌａ1，Ｌａ2，Ｌａ3）の偏光状態は、波長変換部３における波長変換効率、ひいては紫外レーザ光出力に大きな影響を与える。
【００４９】
例えば、図１５に示したように、ファイバ光増幅器が劣化して基本波レーザ光の偏光状態が変動すると、図１４に示したように高調波出力が変動し、最終的に出力される波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖの出力が不安定となる。さらに、例えば波長変換光学素子３６から出射される波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖの出力値をモニターし、出力値に応じて基本波レーザ光のパワーを制御することにより紫外レーザ光のパワーを安定化させるようなパワーフィードバック制御（オートパワーコントロール）が困難となる。
【００５０】
そこで、レーザ装置ＬＳには、ファイバ光増幅器の劣化状況を観察し、交換寿命に到達したと判断されるときに寿命判定信号を出力するＦＡ寿命判断装置５０（５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ）が設けられている。図４に第１構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ａの概要構成図を示す。なお、図４には、代表例として、レーザ光出力部１における第２レーザ光出力部１ｂ〜波長変換部３における第２系列IIに設けたＦＡ寿命判断装置の構成を例示する。
【００５１】
〔第１構成形態〕
ＦＡ寿命判断装置５０Ａは、ファイバ光増幅器２２３における励起光の強度を検出する励起光検出器５１と、波長変換光学素子３４により波長変換されて出射した第２高調波２ωの強度を検出する第２高調波検出器５３と、励起光検出器５１から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂに基づいてファイバ光増幅器２２３の作動状態を判断するＦＡ判断部５８とを備えて構成される。
【００５２】
励起光検出器５１は、励起光源２２３ｂから出力される励起光のパワーＰpumpを検出し、検出された励起光パワーに応じた大きさの第１検出信号Ｐａを出力するパワーセンサを用いることができる。このような励起光検出器５１として、励起光の波長（１４８０ｎｍ）を含む波長帯域に検出感度を有する公知のパワーセンサを用いることができ、例えば図示のように、励起光源２２３ｂから出力される励起光の一部（例えば１％程度）を導出して、そのパワーを検出することにより構成される。なお、励起光源２２３ｂとしてラマンレーザ等を用いる場合には、ラマンレーザに設けられたパワーモニター用のセンサを励起光検出器５１として利用することができる。
【００５３】
第２高調波検出器５３は、波長変換光学素子３４から出射する第２高調波２ωのパワーＰω2を検出し、検出された第２高調波のパワーに応じた大きさの第２検出信号Ｐｂを出力するパワーセンサを用いることができる。このような第２高調波検出器５３として、第２高調波２ωの波長（７７４ｎｍ）を含む波長帯域に検出感度を有する公知のパワーセンサを用いることができる。波長変換部３の第２系列IIには、波長１５４７ｎｍの基本波を透過し、波長７７４ｎｍの第２高調波の一部（例えば１％程度）を反射する波長選択性のある部分反射鏡５５が設けられており、この部分反射鏡５５を介して波長変換光学素子３４で発生した第２高調波の一部が第２高調波検出器５３に入射される。
【００５４】
ＦＡ判断部５８は、ファイバ光増幅器２２３の寿命基準値が予め設定記憶されたメモリ５８ａ、励起光検出器５１から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂに基づいてファイバ光増幅器２２３の作動状態等を演算処理する処理部５８ｂ、処理部５８ｂにおける演算結果に基づいて寿命判定信号を出力する出力部５８ｃなどから構成される。
【００５５】
ＦＡ判断部５８には、励起光検出器５１から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂが入力されており、処理部５８ｂは、第１検出信号Ｐａの変化量（ｄＰａ）に対する第２検出信号Ｐｂの変化量（ｄＰｂ）の比である（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）、具体的には、励起光パワーＰpumpの変化量（ｄＰpump）に対する第２高調波パワーの変化量（ｄＰω2）の比である（ｄＰω2）／（ｄＰpump）を算出し、この値がメモリ５８ａに設定記憶された寿命基準値以下になったときに、出力部５８ｃに指令信号を出力して寿命判定信号を出力させる。
【００５６】
図１１〜図１５を参照して説明したように、ファイバ光増幅器に劣化が見られる以前の正常時においては、励起光のパワーＰpumpに比例して基本波レーザ光のパワーＰω1が増大し、この基本波のパワーＰω1に比例して第２高調波のパワーＰω2が増大する（図１１，図１２を参照）。すなわち、励起光パワーＰpumpの増加に対応して、第２高調波のパワーＰω2がある一定の傾きを持って増加する。この傾きである（ｄＰω2）／（ｄＰpump）は、ファイバ光増幅器の構成に応じた略一定の値（所定の傾き）を持つ。いま、レーザ装置ＬＳにおける（ｄＰω2）／（ｄＰpump）の初期値をαとする。
【００５７】
ファイバ光増幅器２２３のＥＤＦ２２３ａが劣化(例えばファイバの樹脂被覆が劣化)し始めると、励起光のパワーＰpumpの増加に対して基本波のパワーＰω1は一次比例的に増大するが、第２高調波のパワーＰω2は増加傾向が縮小し（ｄＰω2）／（ｄＰpump）の値は正常時の値αよりも小さくなる（図１３を参照）。さらにＥＤＦ２２３ａの劣化が進行すると、励起光パワーＰpumpにほぼ比例して基本波のパワーＰω1は増大するものの、第２高調波のパワーＰω2は、励起光パワーＰpump及び基本波のパワーＰω1に対して大きく波打つように変動し、（ｄＰω2）／（ｄＰpump）は正・負に大きく変化するようになる（図１４を参照）。
【００５８】
このように、ＥＤＦ２２３ａの劣化が進行すると、（ｄＰω2）／（ｄＰpump）の値は初期値αから徐々に減少し、ついには正・負に大きく変動するようになる。従って、（ｄＰω2）／（ｄＰpump）に相当する（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）をＦＡ判断部５８において観察し、この値が所定以下になったときに寿命判定信号を出力して、ファイバ光増幅器２２３の劣化状態を報知等することにより、ファイバ光増幅器２２３の寿命を適切に判断することができる。
【００５９】
図５に寿命基準値の設定例を示す。図において、グラフの横軸は励起光のパワーＰpump、縦軸は第２高調波のパワーＰω2であり、図中に実線で（ｄＰω2）／（ｄＰpump）＝αの初期値を示している。図５は、寿命基準値を２段階とした構成例を示しており、第１段階の寿命基準値Ｔｗを一点鎖線、第２段階の寿命基準値Ｔａを二点鎖線で示している。二つの寿命基準値Ｔｗ，Ｔａはメモリ５８ａに設定記憶される。
【００６０】
この構成例では、第１段階はファイバ光増幅器２２３の交換を促すワーニングとし、第２段階はレーザ装置を保護するアラームまたはインターロックとする。処理部５８ｂは、励起光検出器５１入力される第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から入力される第２検出信号Ｐｂから（ｄＰω2）／（ｄＰpump）を算出し、算出された値がメモリ５８ａに設定記憶された第１段階の寿命基準値Ｔｗ以下になったと判断されるときに、出力部５８ｃに指令信号を出力して第１段階の寿命判定信号を出力させる。
【００６１】
第１段階の寿命判定は、ファイバ光増幅器２２３の交換を促すワーニングであり、例えば、ファイバ光増幅器２２３が劣化して交換が必要である旨の文字情報やピクトグラム、コード番号等を制御部８の表示装置に表示させたり、レーザ装置ＬＳの状態を表す三色の回転表示灯のうち注意喚起を意味する黄色の表示灯を点灯させたりするような寿命判定信号が出力される。
【００６２】
このとき、第１段階の寿命基準値Ｔｗは、初期段階の（ｄＰω2）／（ｄＰpump）の値αに対して、０．３α〜０．７αの範囲内で設定することが好ましく、例えば０．５α程度に設定される。（ｄＰω2）／（ｄＰpump）が０．３α未満では、紫外レーザ光Ｌｖのパワーに基づいてファイバ光増幅器２２３の励起光パワーを制御するオートパワーコントロール（ＡＰＣ）の収束時間が過大になり、（ｄＰω2）／（ｄＰpump）が０．７αを超えると、ファイバ光増幅器２２３の交換寿命が短くなり経済性に反するからである。
【００６３】
第２段階の寿命判定は、レーザ装置を保護するアラームまたはインターロックであり、例えば、ファイバ光増幅器２２３の劣化が進行してオートパワーコントロールが困難である旨の文字情報やピクトグラム、コード番号等を制御部８の表示装置に表示させたり、レーザ装置ＬＳの状態を表す三色の回転表示灯のうち異常状態を意味する赤色の表示灯を点滅させたりするようなアラームの寿命判定信号、あるいは、上記のようなアラームに加えて、例えばオートパワーコントロール状態でのレーザ装置の作動を禁止するようなインターロックの寿命判定信号が出力される。
【００６４】
第２段階の寿命基準値Ｔａは、初期段階の（ｄＰω2）／（ｄＰpump）の値αに対して、０．１α〜０．３αの範囲内で設定すること、例えば０．２α程度とすることが好ましい。０．１αは、第２高調波パワーの揺らぎやパワーの検出誤差等を考慮したときに、オートパワーコントロールで動作させる下限値であり、０．３α以上ではオートパワーコントロールが制御不能となるようなおそれが低いからである。
【００６５】
このような構成のＦＡ寿命判断装置５０Ａによれば、ファイバ光増幅器２２３の劣化状態に応じた寿命判定信号が出力される。そのため、現実にファイバ光増幅器２２３が劣化して交換が必要な状態であるか否かを適切に判断することができ、経済性と安定作動の確保とを両立させたレーザ装置を提供することができる。
【００６６】
〔第２構成形態〕
次に、第２構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ｂについて、図６を参照して説明する。図６は、図４と同様に、第２レーザ光出力部１ｂ〜波長変換部３の第２系列IIにＦＡ寿命判断装置を設けた場合の概要構成図である。なお、第１構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ａと同様構成の部分には同一番号を付して重複説明を省略する。
【００６７】
ＦＡ寿命判断装置５０Ｂは、ファイバ光増幅器２２３から出射され波長変換光学素子３４に入射する基本波レーザ光Ｌa2の強度を検出する基本波検出器５２と、波長変換光学素子３４により波長変換されて出射した第２高調波２ωの強度を検出する第２高調波検出器５３と、基本波検出器５２から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂに基づいてファイバ光増幅器２２３の作動状態を判断するＦＡ判断部５８とを備えて構成される。
【００６８】
基本波検出器５２は、ファイバ光増幅器２２３から出射された基本波レーザ光のパワーＰω1を検出し、検出された基本波のパワーＰω1に応じた大きさの第１検出信号Ｐａを出力するパワーセンサを用いることができる。このような基本波検出器５２として、基本波レーザ光の波長（１５４７ｎｍ）を含む波長帯域に検出感度を有する公知のパワーセンサを用いることができる。波長変換部３の第２系列IIには、基本波レーザ光の一部（例えば１％程度）を反射する部分反射鏡５４が設けられており、この部分反射鏡５４を介して波長変換光学素子３４に入射する基本波レーザ光の一部が基本波検出器５２に入射される。
【００６９】
第２高調波検出器５３及び部分反射鏡５５は前述したとおりである。すなわち、第２高調波検出器５３は、波長変換光学素子３４から出射する第２高調波２ωのパワーＰω2を検出し、検出された第２高調波のパワーに応じた大きさの第２検出信号Ｐｂを出力するパワーセンサを用いることができる。また、部分反射鏡５５は、波長１５４７ｎｍの基本波を透過し、波長７７４ｎｍの第２高調波の一部（例えば１％程度）を反射する波長選択性のある部分反射鏡であり、部分反射鏡５５を介して波長変換光学素子３４で発生した第２高調波の一部が第２高調波検出器５３に入射される。
【００７０】
ＦＡ判断部５８は、入力される第１検出信号の種別、及びメモリ５８ａに設定記憶される寿命基準値の具体的な数値が第１構成形態のＦＡ判断部と異なる点を除き、基本的な構成は同様である。すなわち、ＦＡ判断部５８は、ファイバ光増幅器２２３の寿命基準値が予め設定記憶されたメモリ５８ａと、基本波検出器５２から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂに基づいてファイバ光増幅器２２３の作動状態等を演算処理する処理部５８ｂ、処理部５８ｂにおける演算結果に基づいて寿命判定信号を出力する出力部５８ｃなどから構成される。
【００７１】
ＦＡ判断部５８には、基本波検出器５２から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂが入力されており、処理部５８ｂは、第１検出信号Ｐａの変化量（ｄＰａ）に対する第２検出信号Ｐｂの変化量（ｄＰｂ）の比である（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）、具体的には、波長変換光学素子３４に入射する基本波パワーＰω1の変化量（ｄＰω1）に対する第２高調波パワーの変化量（ｄＰω2）の比である（ｄＰω2）／（ｄＰω1）を算出し、この値がメモリ５８ａに設定記憶された寿命基準値以下になったときに、出力部５８ｃに指令信号を出力して寿命判定信号を出力させる。
【００７２】
既述したように、ファイバ光増幅器に劣化が見られる以前の正常時においては、励起光のパワーＰpumpに比例して基本波レーザ光のパワーＰω1が増大し、この基本波のパワーＰω1に比例して第２高調波のパワーＰω2が増大する（図１１，図１２を参照）。すなわち、基本波のパワーＰω1の増加に対応して、第２高調波のパワーＰω2がある一定の傾きを持って増加する。この傾きである（ｄＰω2）／（ｄＰω1）は、ファイバ光増幅器２２３の構成に応じた略一定の値（所定の傾き）を有する。いま、レーザ装置ＬＳにおける（ｄＰω2）／（ｄＰω1）の初期値をβとする。
【００７３】
ファイバ光増幅器２２３のＥＤＦ２２３ａが劣化し始めると、励起光のパワーＰpumpの増加に対して基本波のパワーＰω1は一次比例的に増大するが、第２高調波のパワーＰω2は増加傾向が縮小し（ｄＰω2）／（ｄＰω1）の値は正常時の値βよりも小さくなる（図１３を参照）。さらにＥＤＦ２２３ａの劣化が進行すると、励起光パワーＰpumpにほぼ比例して基本波のパワーＰω1は増大するものの、第２高調波のパワーＰω2は、励起光パワーＰpump及び基本波のパワーＰω1に対して大きく波打つように変動し、（ｄＰω2）／（ｄＰω1）は正・負に大きく変化するようになる（図１４を参照）。
【００７４】
このように、ＥＤＦ２２３ａの劣化が進行すると、（ｄＰω2）／（ｄＰω1）の値は初期値βから徐々に減少し、ついには正・負に大きく変動するようになる。従って、（ｄＰω2）／（ｄＰω1）に相当する（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）をＦＡ判断部５８において観察し、この値が所定以下になったときに寿命判定信号を出力して、ファイバ光増幅器２２３の劣化状態を報知等することにより、ファイバ光増幅器２２３の寿命を適切に判断することができる。
【００７５】
このとき、寿命基準値の設定は図５に示した構成例と同様に設定することができる。同様の設定例を図７に示す。図において、グラフの横軸は基本波のパワーＰω1、縦軸は第２高調波のパワーＰω2であり、図中に実線で（ｄＰω2）／（ｄＰω1）＝βの初期値を示している。また、第１段階の寿命基準値Ｔｗを一点鎖線、第２段階の寿命基準値Ｔａを二点鎖線で示している。二つの寿命基準値Ｔｗ，Ｔａはメモリ５８ａに設定記憶される。
【００７６】
本構成例において、第１段階はファイバ光増幅器２２３の交換を促すワーニングであり、第２段階はレーザ装置を保護するアラームまたはインターロックである。処理部５８ｂは、基本波検出器５２から入力される第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から入力される第２検出信号Ｐｂから（ｄＰω2）／（ｄＰω1）を算出し、算出された値がメモリ５８ａに設定記憶された第１段階の寿命基準値Ｔｗ以下になったと判断されるときに、出力部５８ｃに指令信号を出力して第１段階の寿命判定信号を出力させる。
【００７７】
第１段階の寿命判定は、ファイバ光増幅器２２３の交換を促すワーニングであり、例えば、ファイバ光増幅器２２３が劣化して交換が必要である旨の文字情報やピクトグラム、コード番号等を制御部８の表示装置に表示させたり、レーザ装置ＬＳの状態を表す三色の回転表示灯のうち注意喚起を意味する黄色の表示灯を点灯させたりするような寿命判定信号が出力される。
【００７８】
このとき、第１段階の寿命基準値Ｔｗは、初期段階の（ｄＰω2）／（ｄＰω1）の値βに対して、０．３β〜０．７βの範囲内で設定することが好ましく、例えば０．５β程度に設定される。（ｄＰω2）／（ｄＰω1）が０．３β未満では、紫外レーザ光Ｌｖのパワーに基づいてファイバ光増幅器２２３の励起光パワーを制御するオートパワーコントロール（ＡＰＣ）の収束時間が過大になり、（ｄＰω2）／（ｄＰω1）が０．７βを超えると、ファイバ光増幅器２２３の交換寿命が短くなり経済性に反するからである。
【００７９】
第２段階の寿命判定は、レーザ装置を保護するアラームまたはインターロックであり、例えば、ファイバ光増幅器２２３の劣化が進行してオートパワーコントロールが困難である旨の文字情報やピクトグラム、コード番号等を制御部８の表示装置に表示させたり、レーザ装置ＬＳの状態を表す三色の回転表示灯のうち異常状態を意味する赤色の表示灯を点滅させたりするようなアラームの寿命判定信号、あるいは、上記のようなアラームに加えて、例えばオートパワーコントロール状態でのレーザ装置の作動を禁止するようなインターロックの寿命判定信号が出力される。
【００８０】
第２段階の寿命基準値Ｔａは、初期段階の（ｄＰω2）／（ｄＰω1）の値βに対して、０．１β〜０．３βの範囲内で設定すること、例えば０．２β程度とすることが好ましい。０．１βは、第２高調波パワーの揺らぎやパワーの検出誤差等を考慮したときに、オートパワーコントロールで動作させる下限値であり、０．３β以上ではオートパワーコントロールが制御不能となるようなおそれが低いからである。
【００８１】
このような構成のＦＡ寿命判断装置５０Ｂにおいても、前述したＦＡ寿命判断装置５０Ａと同様にファイバ光増幅器２２３の劣化状態に応じた寿命判定信号が出力される。そのため、現実にファイバ光増幅器２２３が劣化して交換が必要な状態であるか否かを適切に判断することができ、経済性と安定作動の確保とを両立させたレーザ装置を提供することができる。
【００８２】
〔第３構成形態〕
次に、第３構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ｃについて、図８を参照して説明する。図８は、図４、図６と同様に、波長変換部３の第２系列IIにＦＡ寿命判断装置を設けた場合の概要構成図である。なお、既述した構成形態と同様構成の部分には同一番号を付して重複説明を省略する。
【００８３】
ＦＡ寿命判断装置５０Ｃは、波長変換光学素子３４を波長変換されずに透過した基本波レーザ光の強度を検出する基本波検出器５２と、波長変換光学素子３４により波長変換されて出射した第２高調波２ωの強度を検出する第２高調波検出器５３と、基本波検出器５２から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂに基づいてファイバ光増幅器２２３の作動状態を判断するＦＡ判断部５８とを備えて構成される。すなわち、本構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ｃは、基本波の強度検出を、波長変換光学素子３４を透過した基本波レーザ光により行う点で、前述した第２構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ｂと異なっている。
【００８４】
基本波検出器５２及び第２高調波検出器５３は、各々前述した基本波検出器５２及び第２高調波検出器５３と同様のパワーセンサを用いることができる。波長変換部３のミラー４２には、波長１５４７ｎｍの基本波を透過し、波長７７４ｎｍの第２高調波の一部（例えば１％程度）を透過する波長選択性のある部分反射鏡が用いられ、波長変換光学素子３４を波長変換されずに透過した基本波、及び波長変換光学素子３４で発生した第２高調波の一部がミラー４２を透過する。
【００８５】
ミラー４２の背後には、このミラーを透過した波長１５４７ｎｍの基本波と波長７７４ｎｍの第２高調波とを分光する分光素子５６が設けられており、分光素子５６により分光された基本波が基本波検出器５２に入射し、第２高調波が第２高調波検出器５３に入射する。分光素子５６は、図示するようにプリズムを用いることができるほか、ダイクロイックミラーや回折光学素子等を用いて構成することもできる。
【００８６】
ＦＡ判断部５８は、メモリ５８ａに設定記憶される寿命基準値の具体的な数値が第２構成形態のＦＡ判断部と異なる点を除き、基本的な構成は同様である。すなわち、ＦＡ判断部５８は、ファイバ光増幅器２２３の寿命基準値が予め設定記憶されたメモリ５８ａと、基本波検出器５２から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂに基づいてファイバ光増幅器２２３の作動状態等を演算処理する処理部５８ｂ、処理部５８ｂにおける演算結果に基づいて寿命判定信号を出力する出力部５８ｃなどから構成される。
【００８７】
ＦＡ判断部５８には、基本波検出器５２から出力された第１検出信号Ｐａ及び第２高調波検出器５３から出力された第２検出信号Ｐｂが入力されており、処理部５８ｂは、第１検出信号Ｐａの変化量（ｄＰａ）に対する第２検出信号Ｐｂの変化量（ｄＰｂ）の比である（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）、具体的には、波長変換光学素子３４を透過した基本波パワーＰω1′の変化量（ｄＰω1′）に対する第２高調波パワーの変化量（ｄＰω2）の比である（ｄＰω2）／（ｄＰω1′）を算出し、この値がメモリ５８ａに設定記憶された寿命基準値以下になったときに、出力部５８ｃに指令信号を出力して寿命判定信号を出力させる。
【００８８】
ここで、波長変換光学素子３４を透過した基本波（便宜的に透過基本波という）のパワーＰω1′は、波長変換光学素子３４に入射した基本波（便宜的に入射基本波という）のパワーＰω1から、波長変換に寄与した基本波のパワーを差し引いた大きさになる。波長変換に寄与するｓ偏光成分の光の寄与率、すなわち波長変換効率は、入射基本波のパワー（結晶中のパワー密度）が所定以上の領域で略一定であり、入射基本波のパワーＰω1に比例して透過基本波のパワーＰω1′が増大する。従って、透過基本波のパワーＰω1′を入射基本波のパワーＰω1に対応する状態量として取り扱うことができる。
【００８９】
既述したように、ファイバ光増幅器に劣化が見られる以前の正常時においては、励起光のパワーＰpumpに比例して入射基本波のパワーＰω1が増大し、入射基本波のパワーＰω1に比例して第２高調波のパワーＰω2が増大する（図１１，図１２を参照）。このとき、入射基本波のパワーＰω1に比例して透過基本波のパワーＰω1′が増大する。そのため、透過基本波のパワーＰω1′の増加に対応して、第２高調波のパワーＰω2がある一定の傾きを持って増加する。この傾きである（ｄＰω2）／（ｄＰω1′）は、ファイバ光増幅器２２３及び波長変換光学素子３４の構成に応じた値（所定の傾き）になる。いま、レーザ装置ＬＳにおける（ｄＰω2）／（ｄＰω1′）の初期値をγとする。
【００９０】
ファイバ光増幅器２２３のＥＤＦ２２３ａが劣化し始めると、励起光のパワーＰpumpの増加に対して入射基本波のパワーＰω1は一次比例的に増大し、これに伴って透過基本波のパワーＰω1′も増大するが、第２高調波のパワーＰω2は増加傾向が縮小し（ｄＰω2）／（ｄＰω1′）の値は正常時の値γよりも小さくなる（図１３を参照）。さらにＥＤＦ２２３ａの劣化が進行すると、励起光パワーＰpumpにほぼ比例して入射基本波のパワーＰω1及び透過基本波のパワーＰω1′は増大するが、第２高調波のパワーＰω2は大きく波打つように変動し、（ｄＰω2）／（ｄＰω1′）は正・負に大きく変化するようになる（図１４を参照）。
【００９１】
このように、ＥＤＦ２２３ａの劣化が進行すると、（ｄＰω2）／（ｄＰω1′）の値は初期値γから徐々に減少し、ついには正・負に大きく変動するようになる。従って、（ｄＰω2）／（ｄＰω1′）に相当する（ｄＰｂ）／（ｄＰａ）をＦＡ判断部５８において観察し、この値が所定以下になったときに寿命判定信号を出力して、ファイバ光増幅器２２３の劣化状態を報知等することにより、ファイバ光増幅器２２３の寿命を適切に判断することができる。
【００９２】
このとき、寿命基準値の設定は、図５や図７に示した構成例と同様に設定することができる。すなわち、（ｄＰω2）／（ｄＰω1′）＝γの初期値を基準として、第１段階の寿命基準値Ｔｗを０．３γ〜０．７γの範囲内、例えば０．５γ程度に設定し、第２段階の寿命基準値Ｔａを０．１γ〜０．３γの範囲内、例えば０．２γ程度に設定してメモリ５８ａに記憶させ、同様のワーニング、アラーム、インターロック等を実行するように構成することができる。
【００９３】
このような構成のＦＡ寿命判断装置５０Ｃにおいても、既述した第１構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ａや第２構成形態のＦＡ寿命判断装置５０Ｂと同様に、ファイバ光増幅器２２３の劣化状態に応じた寿命判定信号が出力される。そのため、現実にファイバ光増幅器２２３が劣化して交換が必要な状態であるか否かを適切に判断することができ、経済性と安定作動の確保とを両立させたレーザ装置を提供することができる。また、本構成形態によれば、レーザ光出力部１や波長変換部３の光路中に部分反射鏡等の光学素子を配設する必要がなく、光学素子を挿入することにより生じる初期的及び長期的な損失や調整工数等を削減することができる。
【００９４】
以上説明した実施形態では、ファイバ光増幅器の一例として、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）を示したが、コアにドープされるレーザ媒質や光ファイバのクラッド構造は任意である。例えば、コアにイットリビウム（Ｙｂ）がドープされたシングルまたはマルチクラッド構造のイットリビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＹＤＦＡ）やコアにツリウム（Ｔｍ）がドープされたシングルまたはマルチクラッド構造のツリウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＴＤＦＡ）等を有するレーザ装置についても同様に適用し同様の効果を得ることができる。
【００９５】
また、波長変換光学素子の一例として、第２高調波発生を行うＰＰＬＮ結晶を例示したが、用いる結晶や波長変換の作用は任意である。例えば、３次以上の高調波を発生する非線形光学結晶や、基本波と他の高調波との和周波発生を行う非線形光学結晶（例えば、実施形態における波長変換光学３６）、差周波発生を行う非線形光学結晶等を有するレーザ装置についても同様に適用し同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９６】
１（１ａ，１ｂ，１ｃ） レーザ光出力部
３ 波長変換部
８ 制御部
１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ） レーザ光発生部
１１，１２，１３ レーザ光源
２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ） 増幅部
２１，２２，２３ ファイバ光増幅器
３０ 波長変換光学系
３１〜３６ 波長変換光学素子
４１，４２，４３ ミラー
５０（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ） ＦＡ寿命判断装置
５１ 励起光検出器
５２ 基本波検出器
５３ 第２高調波検出器
５４ 部分反射鏡
５５ 部分反射鏡
５６ 分光素子
５８ ＦＡ判断部
５８ａ メモリ
５８ｂ 処理部
５８ｃ 出力部
２２１，２２２，２２３ ファイバ光増幅器
２２１ａ，２２２ａ，２２３ａ ＥＤＦ
２２１ｂ，２２２ｂ，２２３ｂ 励起光源
２２１ｃ，２２２ｃ，２２３ｃ ＷＤＭカプラ
ＬＳ レーザ装置
Ｌａ（Ｌａ1，Ｌａ2，Ｌａ3） 基本波レーザ光
Ｌｓ（Ｌｓ1，Ｌｓ2，Ｌｓ3） 信号光
Ｌｖ 紫外レーザ光
ω1 基本波
ω2 第２高調波
Ｐpump 励起光のパワー
Ｐω1 基本波（入射基本波）ω1のパワー
Ｐω1p 基本波ω1におけるｐ偏光成分のパワー
Ｐω1s 基本波ω1におけるｓ偏光成分のパワー
Ｐω1′ 波長変換光学素子を透過した基本波（透過基本波）のパワー
Ｐω2 第２高調波のパワー
Ｐａ 第１検出信号
Ｐｂ 第２検出信号
α （ｄＰω2）／（ｄＰpump）の初期値
β （ｄＰω2）／（ｄＰω1）の初期値
γ （ｄＰω2）／（ｄＰω1′）の初期値
Ｔｗ 第１段階の寿命基準値
Ｔａ 第２段階の寿命基準値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバ光増幅器を有し基本波レーザ光を出射するレーザ光出力部と、波長変換光学素子を有し前記レーザ光出力部から出射された基本波レーザ光を波長変換して出力する波長変換部とを備えたレーザ装置であって、
前記基本波レーザ光の強度またはこれに対応する状態量を検出して検出量に応じた第１検出信号Ｐａを出力する第１検出手段と、
前記波長変換光学素子により波長変換された光の強度を検出して検出量に応じた第２検出信号Ｐｂを出力する第２検出手段と、
前記第１検出手段から出力された第１検出信号Ｐａ及び前記第２検出手段から出力された第２検出信号Ｐｂに基づいて前記ファイバ光増幅器の作動状態を判断するＦＡ判断部とを備え、
前記ＦＡ判断部は、前記第１検出信号Ｐａの変化量ｄＰａと前記第２検出信号Ｐｂの変化量ｄＰｂとの比が予め設定された寿命基準範囲外となったときに、寿命判定信号を出力するように構成されることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記基本波レーザ光の強度に対応する状態量は、前記ファイバ光増幅器における励起光の強度であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記基本波レーザ光の強度に対応する状態量は、前記波長変換光学素子を透過した基本波レーザ光の強度であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記波長変換光学素子から出射された光のうち、前記波長変換光学素子を透過した基本波レーザ光を透過し、前記波長変換光学素子により波長変換された光の一部を透過するミラーと、
前記ミラーを透過した基本波レーザ光と、前記ミラーを透過した波長変換された光とを分離する分光素子とを備え、
前記第１検出手段及び前記第２検出手段は、各々前記分光素子により分光された前記基本波レーザ光及び前記波長変換された光の強度を検出することを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項１】
ファイバ光増幅器を有し基本波レーザ光を出射するレーザ光出力部と、波長変換光学素子を有し前記レーザ光出力部から出射された基本波レーザ光を波長変換して出力する波長変換部とを備えたレーザ装置であって、
前記基本波レーザ光の強度またはこれに対応する状態量を検出して検出量に応じた第１検出信号Ｐａを出力する第１検出手段と、
前記波長変換光学素子により波長変換された光の強度を検出して検出量に応じた第２検出信号Ｐｂを出力する第２検出手段と、
前記第１検出手段から出力された第１検出信号Ｐａ及び前記第２検出手段から出力された第２検出信号Ｐｂに基づいて前記ファイバ光増幅器の作動状態を判断するＦＡ判断部とを備え、
前記ＦＡ判断部は、前記第１検出信号Ｐａの変化量ｄＰａと前記第２検出信号Ｐｂの変化量ｄＰｂとの比が予め設定された寿命基準範囲外となったときに、寿命判定信号を出力するように構成されることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記基本波レーザ光の強度に対応する状態量は、前記ファイバ光増幅器における励起光の強度であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記基本波レーザ光の強度に対応する状態量は、前記波長変換光学素子を透過した基本波レーザ光の強度であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記波長変換光学素子から出射された光のうち、前記波長変換光学素子を透過した基本波レーザ光を透過し、前記波長変換光学素子により波長変換された光の一部を透過するミラーと、
前記ミラーを透過した基本波レーザ光と、前記ミラーを透過した波長変換された光とを分離する分光素子とを備え、
前記第１検出手段及び前記第２検出手段は、各々前記分光素子により分光された前記基本波レーザ光及び前記波長変換された光の強度を検出することを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１０】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１０】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１８６３３３（Ｐ２０１２−１８６３３３Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４８７６６（Ｐ２０１１−４８７６６）
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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