JP2006024773A - 固体レーザー励起用光学部品及び固体レーザー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が容易で励起光の利用効率が高く、実装の容易な固体レーザー励起用光学部品を提供する。
【解決手段】本発明は、半導体レーザー１１を励起光源として用い固体レーザー媒質を励起し、レーザー発振を行う固体レーザー装置に用いられる固体レーザー励起用光学部品１０において、少なくとも２枚の隙間を持たせて重ねられた反射板１２，１３からなる導光路１４を有し、該導光路内には少なくとも１つの反射板の面と平行な面内でレーザー光を集光する光学素子１５，１６を有することを特徴とする。すなわち、本発明の固体レーザー励起用光学部品１０では、導光路１４と導光路内に形成した光学素子（屈折光学素子）１５，１６を利用することにより、小形で光の利用効率が高く、また、導光路内の光学素子１５，１６は一括でアライメントされているため、実装が容易である。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー加工装置、レーザープリンター、レーザースキャンディスプレー、レーザー計測装置、医療装置、分析装置等のレーザーを利用した様々な装置に用いられる固体レーザー励起用光学部品及び固体レーザー装置に関する。

従来、固体レーザー装置に関する技術としては、例えば以下のようなものが提案されている。
特許文献１（特開平０９−１９９７７４号公報）には、リニアアレーＬＤ（レーザーダイオード）またはスタック化された２次元リニアアレーＬＤを励起光源とするレーザーダイオード励起固体レーザー装置において、励起光を端面励起方式で１ｍｍφ以下に集光可能にし、ＴＥＭ_００モードでのレーザー発振効率改善と、Ｑスイッチパルス発振時のパルス幅短縮化と、レーザー装置の小型化を課題として、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、２次元リニアアレーＬＤ１０１から出射されたＬＤ励起光をシリンドリカルレンズ１０２，１０３や球面レンズ１０４，１０５から成る結合光学系１２０_１を用いて一旦φ２ミリ程度まで効率良く集光させ、その後、入射部が２〜３ミリφ、出射部を０．５〜１ミリφ程度であるテーパー付きの全反射ロッド１０６_１に結合する２段階の集光光学系で構成された結合光学系から成り、テーパー付きの全反射ロッド１０６_１の出射部はレーザー媒質１０７の全反射コート側の瑞面と光学的結合をさせるか、あるいは隙間なく突き合わせ接触させた構成を有するレーザーダイオード励起固体レーザー装置が開示されている。

特許文献２（特開平１１−０１７２５２号公報）には、半導体レーザー（ＬＤ）から出力される励起光を効率よくレーザー媒質に伝搬できる半導体励起固体レーザーを提供することを課題として、図８に示すように、半導体レーザー素子２０３から発せられる励起光を固体レーザー媒質２０１に導く光学的ガイド板２０５の形状を、半導体レーザー素子２０３側の断面積を大きくし、固定レーザー媒質２０１側の断面積を小さくする構成の半導体励起固体レーザー装置が開示されている。

特許文献３（特開平１１−２１４７７６号公報）には、励起用半導体レーザー（ＬＤ）の出力を増加させることなく、ＬＤ励起固体レーザーの出力を増加させることができるＬＤ励起固体レーザーを提供することを課題として、図９に示すように、半導体レーザー３０２を励起光源としてレーザー媒質である固体結晶３０１を光励起し、レーザ発振を行うＬＤ励起固体レーザーにおいて、前記半導体レーザー３０２の固体結晶３０１への照射光を集光する集光手段３０５を設けたことを特徴とするＬＤ励起固体レーザーが開示されている。

特開平０９−１９９７７４号公報 特開平１１−０１７２５２号公報 特開平１１−２１４７７６号公報

高いエネルギー効率で高出力が得られるレーザー光源として、半導体レーザー励起固体レーザー（Diode Puｍped Solid State Laser：ＤＰＳＳＬ）が注目されている。これは半導体レーザー（ＬＤ）を用いることにより、レーザー結晶の特定のエネルギー順位を効率的に励起できるため励起効率が高く、装置の高出力化、小型化に有利であり、レーザー加工装置、レーザープリンター、レーザースキャンディスプレー、レーザー計測装置、医療装置、分析装置等のレーザーを利用した様々な装置に利用されている。

これらの装置では、ＬＤによる励起の効率を高めるため、様々な検討が行われている。このレーザー光源の励起に用いられるＬＤは通常ブロードエリア構造のものが用いられている。このＬＤは発光点がストライプ状であり、しかも方向によって広がり角が大きく異なっている。例えば１Ｗ程度の出力が得られるタイプでは、ストライプ形状は縦１μｍ、横２００μｍ、発散角は速軸側（ストライプと直交方向）４０°、遅軸側（ストライプと平行方向）１０°程度である。このため、レーザー結晶を効率的に励起するためには、ＬＤから発散する光を効率的にレーザー結晶へ伝達するための光学系が重要である。

そこで前述の特許文献２では、テーパー状のライトガイド板２０５を用いて、ＬＤ２０３からの励起光をレーザー結晶２０１に伝播している。また、特許文献３ではＬＤ３０２からの励起光をシリンドリカルレンズ等の集光手段３０５を用いて集光し、レーザー媒質である固体結晶３０１を照射している。この場合、集光手段３０５には棒状のシリンドリカルレンズも利用されるが、縦方向に広がる光を集光する場合、非常に大きいＮＡを持つシリンドリカルレンズを利用する必要があるため、アライメントが困難になる。

一方、ＬＤ励起固体レーザーで効率的な発振を行うためには、レーザー結晶中のレーザー発振を行う領域と励起光が照射される領域をできるだけ一致させておく必要がある。励起用ＬＤの発光点はストライプ状であるため、単にレンズで集光しただけでは集光スポット形状もストライプ状になってしまうので、ビーム形状を変換するための光学系が必要になる。例えば、ＴＥＭ_００モードをねらった端面励起固体レーザーでは、ＬＤ励起光と共振器内で発振しているレーザービームの重なり（モードマッチング）をよくするため、励起光の形状を円形に整形し、発振するレーザー光と同程度の直径まで絞り込む必要がある。そこで前述の特許文献１では、複数のレンズ１０２〜１０５とテーパー状のライトガイド１０６_１を組み合わせてＬＤ１０１からの励起光をレーザー結晶１０７_１に照射している。

しかしながら、これらの方法では励起光学系が大きくなってしまいレーザー装置の小型化が困難である。励起光学系を小さくするためには、例えばライトガイドのテーパー角を大きくすれば良いが、その場合にはビームの反射が多くなるため励起光の利用効率が低下する。また、特許文献１のように複数のレンズを利用する場合には、光学系自体が大きくなる。また、複数のレンズを組み合わせて利用する場合は、高い実装精度が必要になるため、実装が難しくなる。

以上の従来技術の問題点に対して、本発明では、小型化が容易で励起光の利用効率が高く、実装の容易な固体レーザー励起用光学系及びそれを用いた固体レーザー装置を提供することを目的とする。
より具体的には、本発明では、小型化が容易で励起光の利用効率が高く、実装の容易な固体レーザー励起用光学部品を提供することを目的とする。
また、本発明では、上記目的に加えて、効率的に作製できる固体レーザー励起用光学部品を提供することを目的とする。
さらに本発明では、上記目的に加えて、光学系作製に適した材料を提供することを目的とする。
さらに本発明では、上記目的に加えて、光学素子表面の荒れを防ぐことを目的とする。
さらに本発明では、上記目的に加えて、より効率よくレーザー媒質の励起が行える固体レーザー励起用光学部品を提供することを目的とする。
さらに本発明では、上記の固体レーザー励起用光学部品を用いて、小形、高効率で高出力化が可能な固体レーザー装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明では以下のような手段を採っている。
本発明の第１の手段は、半導体レーザーを励起光源として用い固体レーザー媒質を励起し、レーザー発振を行う固体レーザー装置に用いられる固体レーザー励起用光学部品において、少なくとも２枚の隙間を持たせて重ねられた反射板からなる導光路を有し、該導光路内には少なくとも１つの反射板の面と平行な面内でレーザー光を集光する光学素子を有することを特徴とする（請求項１）。

本発明の第２の手段は、半導体レーザーを励起光源として用い固体レーザー媒質を励起し、レーザー発振を行う固体レーザー装置に用いられる固体レーザー励起用光学部品において、少なくとも２枚の隙間を持たせて重ねられた反射板からなる導光路を有し、該導光路内には少なくとも１つの反射板の面と平行な面内でレーザー光を集光する屈折光学素子を有することを特徴とする（請求項２）。

本発明の第３の手段は、第２の手段の固体レーザー励起用光学部品において、第１の反射板となる反射面を持つ基板上に導光路の間隔と同じ厚さで励起用半導体レーザーの波長に対して透明な薄膜を積層した基板を用い、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより前記薄膜を部分的に除去することにより前記屈折光学素子となる少なくとも１つのレンズパターンを形成し、該レンズパターンを介して別の反射面を持つ基板を第２の反射板として貼り合わせた構造を有することを特徴とする（請求項３）。

本発明の第４の手段は、第３の手段の固体レーザー励起用光学部品において、前記レンズパターンが形成される基板は、平坦な表面を持つ下地基板上に反射膜とレンズ形成用薄膜を積層した構造を持ち、前記反射膜には、レンズ形成用薄膜のエッチングに対してエッチング耐性を持つものを利用することを特徴とする（請求項４）。
また、本発明の第５の手段は、第３または第４の手段の固体レーザー励起用光学部品において、前記フォトリソグラフィーを行う際に、フォトマスクの像をぼかした状態でフォトレジストに露光していることを特徴とする（請求項５）。

本発明の第６の手段は、半導体レーザーを励起光源として用い固体レーザー媒質を励起し、レーザー発振を行う固体レーザー装置に用いられる固体レーザー励起用光学部品において、少なくとも２枚の隙間を持たせて重ねられた反射板からなる導光路を有し、該導光路内には少なくとも１つの反射板の面と平行な面内でレーザー光を集光する反射型光学素子を有することを特徴とする（請求項６）。

本発明の第７の手段は、第６の手段の固体レーザー励起用光学部品において、第１の反射板となる基板の表面をフォトリソグラフィーと異方性エッチングにより部分的に除去することにより前記導光路となる部分と前記反射型光学素子となる反射部とを形成し、前記導光路部分と前記反射部に反射膜を形成し、前記反射部を介して別の反射面を持つ基板を第２の反射板として貼り合わせた構造を有することを特徴とする（請求項７）。
また、本発明の第８の手段は、第７の手段の固体レーザー励起用光学部品において、前記反射部を形成する基板にシリコン基板を用いることを特徴とする（請求項８）。

本発明の第９の手段は、第１〜第８のいずれか一つの手段の固体レーザー励起用光学部品において、光の入射部または出射部に、シリンドリカルレンズまたはコーンミラーを配置したことを特徴とする（請求項９）。

本発明の第１０の手段は、半導体レーザーを励起光源として用い固体レーザー媒質を励起し、レーザー発振を行う固体レーザー装置において、第１〜第９のいずれか一つの手段の固体レーザー励起用光学部品を用いたことを特徴とする（請求項１０）。

第１、第２の手段の固体レーザー励起用光学部品では、導光路と導光路内に形成した光学素子（屈折光学素子）を利用することにより、小形で光の利用効率が高く、また、導光路内の光学素子は一括でアライメントされているため、実装が容易になる。
また、第３の手段の固体レーザー励起用光学部品では、半導体プロセスを利用して屈折光学素子となるレンズパターンを作製できるので、複数の微小な光学素子を利用する場合も高い精度で光学素子の配置をアライメントすることができる。

第４の手段の固体レーザー励起用光学部品では、反射膜には、レンズ形成用薄膜のエッチングに対してエッチング耐性を持つものを利用することにより、レンズ形成時のエッチングの制御が容易になる。
また、第５の手段の固体レーザー励起用光学部品では、フォトリソグラフィーを行う際に、フォトマスクの像をぼかした状態でフォトレジストに露光していることにより、レジスト端面の荒れを減らせるので、滑らかな表面の光学素子（レンズ）を作製することが可能になる。

第１、第６の手段の固体レーザー励起用光学部品では、導光路と導光路内に形成した光学素子（反射型光学素子）を利用することにより、小形で光の利用効率が高く、また、導光路内の光学素子は一括でアライメントされているため、実装が容易になる。
また、第７の手段の固体レーザー励起用光学部品では、半導体プロセスを利用して導光路部分と反射型光学素子となる反射部を作製できるので、高い精度で反射型光学素子の配置をアライメントすることができる。
さらに第８の手段の固体レーザー励起用光学部品では、反射部を形成する基板にシリコン基板を用いることにより、シリコン基板は入手が容易でありウエットエッチングにより導光路や反射部の形成ができるため、容易に固体レーザー励起用光学部品を作製することが可能となる。

第９の手段の固体レーザー励起用光学部品では、光の入射部または出射部に、シリンドリカルレンズまたはコーンミラーを配置したことにより、速軸方向の発散角を制御できるので、より効率よくレーザー媒質の励起が行えるようになる。

第９の手段の固体レーザー装置では、第１〜第９のいずれか一つの手段の固体レーザー励起用光学部品を用いたことにより、小形で高効率な半導体レーザー励起固体レーザー装置を実現することができる。

本発明の固体レーザー励起用光学部品は、図１（または図３）に示すように、励起光学系にレーザーダイオード（ＬＤ）１１（３１）のエミッターと平行な隙間を持たせて重ね合わせた２枚の反射板１２，１３（３２，３３）を使った導光路１４（３４）を利用し、導光路内に少なくとも１つの反射板と平行な面内でレーザー光を集光する光学素子１５，１６（３６）が形成されていることを特徴とする。
この固体レーザー励起用光学部品１０（３０）では、ＬＤ光源１１（３１）のストライプに対して垂直な方向に対しては導光路１４（３４）の隙間の幅を保ったままレーザー結晶（図示せず）まで伝達される。ＬＤ光源１１（３１）のストライプに対して垂直な方向では出射角は大きいが、出射部分の高さは２μｍ程度なので、導光路１４（３４）の高さを数１０μｍ程度にしておけば全ての出射光を導光路内に取り込み、レーザー結晶まで伝播することができる。導光路１４（３４）の高さはレーザー結晶に照射する際の照射範囲に応じて調整すればよい。一方、ＬＤ光源１１（３１）のストライプと平行な方向については、導光路内に形成された光学素子１５，１６（３６）により必要な幅に整形されレーザー結晶まで伝播される。

ここで利用する光学素子１５，１６（３６）は、後述するように半導体プロセスのフォトリソグラフィーとエッチングを用いて作製することができる。したがって小型化が可能であり、しかも複数の光学素子をアライメントされた状態で一括形成できるので、レーザー装置を組み立てる際のアライメントも容易になる。
したがって、本発明の固体レーザー励起用光学部品１０（３０）を用いることにより、ＬＤ１１（３１）からの出射光を効率的にレーザー結晶へ伝播可能であり、小型化が可能で組み立て時のアライメントも容易な固体レーザー装置を実現することが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施例を図面を参照して詳細に説明する。

［実施例１］
まず、第１、第２の手段の実施例を説明する。図１は本発明による固体レーザー励起用光学部品の一実施例を示す図であり、同図（Ａ）は固体レーザー励起用光学部品の断面図、（Ｂ）は上面図である。
図１において、固体レーザー励起用光学部品１０の導光路１４を構成する２枚の反射板１２，１３の間隔は例えば５０μｍであり、反射板１２，１３の間に屈折光学素子（例えばレンズ）１５，１６が２枚配置されている。反射板１２，１３には、反射膜となるアルミニウム（Ａｌ）を蒸着した石英基板（またはシリコン（Ｓｉ）基板）を用い、レンズ１５，１６の材質は石英（ＳｉＯ_２）を使用した。半導体レーザ（ＬＤ）１１のエミッタは幅２００μｍ、発散角は速軸側４０°、遅軸側１０°である。ここでは反射板１２，１３の反射膜の材料としてアルミニウム（Ａｌ）を用いたが、ＬＤ１１の波長に合わせてより高い反射率が得られるように設計した誘電体多層膜を利用すれば、より効率的にＬＤ光をレーザー媒質に伝達できる。

次に、図１に示す構成の固体レーザー励起用光学部品１０の動作について説明する。
まず、速軸側について、固体レーザー励起用光学部品１０は、ＬＤ１１からの出射光を導光路１４に十分取り込めるようにするため、速軸側の広がりが反射板１２，１３の間隔以下になる位置に配置される。図１の構成の場合は、速軸側の発散角が４０°、反射板１２，１３の間隔が５０μｍなので、ＬＤ１１と固体レーザー励起用光学部品１０の入射部の間隔が２９．８μｍ以下になるようにすれば、ほぼすべてのＬＤ出射光を固体レーザー励起用光学部品１０に取り込むことができる。
また、ＬＤ１１と光学系の間隔を狭くすれば、速軸を含む面内で取り付け位置の余裕もたせることが可能であり、ＬＤ１１と固体レーザー励起用光学部品１０の間隔を１８μｍ以下にすれば、取り付け位置の誤差余裕は±１０μｍになる。固体レーザー励起用光学部品１０に入射したＬＤ光は導光路１４内で反射を繰り返しながら出射部まで伝送され、入射時と同じ発散角で光学系から出射される。

遅軸側については、導光路１４内に配置されたレンズ１５，１６によってビーム幅を補正された後、出射部から出射される。ここでは出射部でのビーム形状がほぼ円形になるようにするため、レンズ１５，１６を用いて２００μｍ幅のエミッタから出射された光を５０μｍ幅に集光している。遅軸側では、ＬＤ１１と導光路内のレンズ１５，１６のアライメントが問題になるが、本発明の構成では半導体プロセスなどを利用してあらかじめ複数のレンズ１５，１６が高い精度でアライメントされた状態で作製できるので、固体レーザー励起用光学部品全体とＬＤ１１のアライメントだけを考えればよい。遅軸側は発散角も１０°程度しかないため、アライメントはそれほど困難ではない。また、半導体プロセスを利用して作製できるので、小型化にも有利である。図１の構成の場合では、入射部から出射部までの長さは約１ｍｍである。

以上のように、本実施例の固体レーザー励起用光学部品１０を利用することでＬＤ１１の実装を容易にし。なおかつＬＤ１１からの出射光の利用効率も高めることができるようになる。

［実施例２］
次に第３〜第５の手段の実施例を説明する。
本実施例では、実施例１で示した構成の固体レーザー励起用光学部品１０に用いる材料の構成及び作製方法の一例を示す。図２に固体レーザー励起用光学部品の作製工程の一例を示す。
図２において、（１）は第１の反射板とレンズを形成するための基板を示している。この基板は、平坦な下地基板２０となる石英基板の上にＬＤ光を反射するための反射膜２１としてＡｌ膜を形成し、その上にさらに石英基板を貼り付けて積層した後、上側の石英基板を導光路の間隔に合わせた厚さに研磨してレンズ形成用薄膜層２２としている。ここでは下地基板２０として石英基板を用いたが、表面が十分に平坦で反射膜２１との密着性がよく、プロセス中や固体レーザー励起用光学部品として使用中の温度変化による熱膨張で、反射膜や密着層と剥離しないものであればよく、シリコン（Ｓｉ）基板等、様々なものが利用できる。

反射膜２１はレンズ部分をエッチングする際に除去されないようにする必要がある。このため反射膜には、レンズ形成用薄膜２２のエッチングに対してエッチング耐性を持つものを利用する。なお、エッチング時間を調整してレンズ形成用薄膜層２２のみをエッチングすることも可能だが、レンズ部分のエッチングに対して選択性の高い材料を用いれば、オーバーエッチングを行った場合でも反射膜２１がエッチングされにくくなり、エッチングプロセスの制御が容易になる。レンズ形成用薄膜層（石英基板）２２はあらかじめ導光路の高さに合わせた厚さの基板を貼り付けてもよいし、導光路が比較的薄い場合は、化学的気相体積法（ＣＶＤ法）などの成膜法も利用できる。

図２の（２）〜（５）に作製プロセスの流れを示した。まず、図２の（２）に示すように、レンズ形成用薄膜層２２の上にフォトレジスト２３とフォトリソグラフィーを用いてレンズ部分のレジストパターンを作製する。ここで、フォトレジスト２３の厚さはレンズ形成用薄膜層２２の厚さとエッチング時の選択比に応じて決めるが、極端にフォトレジスト２３が厚くなるような場合は、フォトレジスト２３の下に金属などのレンズ形成用薄膜層２２に対して大きい選択比を取れる材料の薄膜を形成しておき、レジストパターンを使って金属膜をエッチングした後、その金属膜をマスクにしてレンズ形成用薄膜層２２をエッチングするなどの方法が使える。また、レジストパターンの側面部分が荒れていると、そのままレンズ形成用薄膜層２２に転写されてしまう。そこで、これを避けるためには、フォトリソグラフィーを行う際に、露光時のフォーカス位置をずらすなどの方法で、マスクパターンを若干ぼかした状態でフォトレジスト２３に露光すれば、レジスト側壁部分でのレジスト分子量の変化をなだらかにすることができるので、側壁の荒れを減らすことができる。この場合、ボケ分による形状のずれをあらかじめ補正してマスクを作製しておけばよい。

次に、図２の（３）に示すように、異方性ドライエッチングを用いてレンズ形成用薄膜層２２をエッチングする。エッチング装置としてはＭＥＭＳ作製に利用されるＩＣＰなどの高密度プラズマを利用した高速で異方性の高いエッチング装置が利用できる。
エッチング後、図２の（４），（５）に示すように、フォトレジスト２３を除去し、別の反射膜２４付きの基板（例えば石英基板）２５を第２の反射板として貼り合わせる。

なお、図２の（２）〜（５）では１つの固体レーザー励起用光学部品について示したが、実際には図２の（６）に示すように、多数の光学部品１０が一括して１つのウエハ状の基板２０上に作製される。したがって、図２の（６）のように、多数の光学部品１０を形成した基板２０を作製した後、ダイシング法などで１つ１つの光学部品１０を切り分けることにより、複数の図１に示すような構成の固体レーザー励起用光学部品１０を完成することができる。

以上のように、本発明の固体レーザー励起用光学部品においては、フォトリソグラフィーによってレンズパターンを作製しているので、複数のレンズを利用する場合でも全てのレンズを所定の位置に一括して作製することが可能で、レンズ間の光軸のアライメントが不要であり、複雑な組み合わせのレンズも容易に作製することができる。また、複数の固体レーザー励起用光学部品１０を一括して作製できるので、量産性も高い。また、ここで示したような材料及び構成を用いることで、容易に作製することができる。

［実施例３］
次に第１、第６の手段の実施例を説明する。図３は本発明による固体レーザー励起用光学部品の別の実施例を示す図であり、同図（Ａ）は固体レーザー励起用光学部品の断面図、（Ｂ）は上面図である。
図３において、固体レーザー励起用光学部品３０の導光路３４を構成する２枚の反射板３２，３３の間隔は例えば５０μｍであり、反射板３２，３３の間に反射型光学素子（例えばミラー）３６とスペーサー３５が配置されている。反射板３２，３３には、反射膜としてアルミニウム（Ａｌ）を蒸着したシリコン（Ｓｉ）基板を使用しており、例えば、一方の基板をエッチングすることによって、導光路３４となる部分とスペーサー３５及び反射型光学素子３６となる反射部を形成し、導光路の部分と反射部の表面に反射膜（例えばアルミニウム（Ａｌ））を形成している。なお、図３の例では、反射型集光素子３６は凹面ミラーである。

ＬＤ３１のエミッタは幅２００μｍ、発散角は速軸側４０°、遅軸側１０°である。ここでは反射板３２，３３の反射膜の材料としてアルミニウム（Ａｌ）を用いたが、ＬＤ３１の波長に合わせてより高い反射率が得られるように設計した誘電体多層膜を利用すれば、より効率的にＬＤ光をレーザー媒質に伝達できる。
また、ここでは凹面ミラー３６を用いて遅軸側のビーム整形を行っている。このような構成にすることで、光軸を大きくずらすことができるため、よりコンパクトな固体レーザー励起用光学部品３０が作製できる。

［実施例４］
次に第７、第８の手段の実施例を説明する。
本実施例では、実施例３で示した構成の固体レーザー励起用光学部品３０に用いる材料の構成及び作製方法の一例を示す。図４に固体レーザー励起用光学部品の作製工程の一例を示す。
図４に示す作製プロセスでは、反射部を形成する基板にＳｉ基板４１を利用している。より具体的には、図４の（１）に示すように、第１の反射板となるＳｉ基板４１上にフォトレジストとフォトリソグラフィーを用いて、スペーサー３５及び反射型光学素子３６となる反射部のレジストパターン４２を形成する。次に図４の（２）に示すように、レジストパターン４２をエッチングマスクとして、異方性エッチングにより基板表面を部分的に除去することにより導光路３４となる部分とスペーサー３５となる部分及び反射型光学素子となる反射部４４とを形成する。次に図４の（３）に示すように、レジストを除去して、導光路３４の部分と反射部４４とにアルミニウム（Ａｌ）を蒸着して反射膜４３を形成する。次に図４の（４）に示すように、反射部４４とスペーサー３５を介して別の反射面を持つ基板（例えばＡｌを蒸着したＳｉ基板）４５を第２の反射板として貼り合わせる。

以上のように、本実施例では、第１の反射板となる基板にＳｉ基板４１を利用し、エッチングによって導光路３４及び反射型光学素子（凹面ミラー）となる反射部４４を形成した後、その表面に反射膜４３を形成して第２の反射板となる基板４５を貼り合わせている。なお、エッチングには実施例２と同じ異方性ドライエッチング装置を使えるが、シリコン基板の場合はＫＯＨなどを利用した異方性ウエットエッチングも利用できる。

［実施例５］
次に第９、第１０の手段の実施例を説明する。
図５は、実施例１の固体レーザー励起用光学部品１０を利用した端面励起型の固体レーザー装置の一例を示す図である。図５において、ＬＤ１１からの出射光は本発明の固体レーザー励起用光学部品１０を透過後、レーザー媒質（レーザー結晶）１８に入射する。レーザー媒質１８の端面に取り付けられた全反射ミラー１７は、固体レーザー励起用光学部品１０からの励起光は透過し、レーザー媒質１８から放出されるレーザー光は反射する。この全反射ミラー１７と、レーザー媒質１８を挟んで反対側に配置した出力ミラー１９とで構成されるキャビティー内でレーザー光が発振し、発振したレーザー光の一部が、出力ミラー１９から出射される。

本実施例の固体レーザー装置では、固体レーザー励起用光学部品１０によりＬＤ１１の出射光を円形に変換してからレーザー媒質（レーザー結晶）１８に入射させているため、励起効率がよく、単一横モードでの発振が可能であり、なおかつ、本発明の固体レーザー励起用光学部品１０を用いることで全体が小型化されている。また、本実施例の固体レーザー励起用光学部品１０では、ＬＤ１１の速軸側の発散角は補正していないため、必要に応じて固体レーザー励起用光学部品１０の出射部または入射部にシリンドリカルレンズまたはコーンミラーを配置して、発散角を小さくすれば、より高い効率で励起を行うことができる。

次に図６は、実施例３の固体レーザー励起用光学部品３０を２つ使ったサイドポンプ型の固体レーザー装置の一例を示す図である。ＬＤ３１からの出射光は固体レーザー励起用光学部品３０に入射し、反射型光学素子（凹面ミラー３６）で反射、集光された後、レーザー媒質（レーザー結晶）３７に入射する。レーザー媒質３７の一端には放熱装置を兼ねた全反射ミラー３８が取り付けられており、レーザー媒質３７から放出されるレーザー光を反射する。この全反射ミラー３８と、レーザー媒質３７を挟んで反対側に配置した出力ミラー４０とで構成されるキャビティー内でレーザー光が発振するが、キャビティー内にはＳＨＧ素子（第２高調波発生素子）３９が配置されているので、このＳＨＧ素子３９により第２高調波が発生し、出力ミラー４０から出力されるようになっている。

従来のサイドポンプ型のＬＤ励起固体レーザー装置は、多数のＬＤを利用して高出力化しやすい構成だが、レーザー媒質の周辺に放射状にＬＤを配置したり、ＬＤを離れた場所において光ファイバー等のガイド部材を使ってレーザー媒質を照射したりする構成になるため、装置が大型であった。
これに対して図６に示す構成の固体レーザー装置では、実施例３の反射型光学素子を用いた固体レーザー励起用光学部品３０を２つ用いることにより、固体レーザー励起用光学部品３０からの励起光を直接レーザー媒質３７に照射することができ、非常に小型で高出力の固体レーザー装置を実現することができる。

以上説明したように、本発明の固体レーザー励起用光学部品は、ＬＤからの出射光を効率的にレーザー媒質（レーザー結晶）へ伝播可能であり、小型化が可能で組み立て時のアライメントも容易になる。従って、本発明の固体レーザー励起用光学部品を用いることにより、小形で高効率な半導体レーザー励起固体レーザー装置を実現することができ、レーザー加工装置、レーザープリンター、レーザースキャンディスプレー、レーザー計測装置、医療装置、分析装置等のレーザーを利用した様々な装置に利用することができる。

本発明による固体レーザー励起用光学部品の一実施例を示す図であり、（Ａ）は固体レーザー励起用光学部品の断面図、（Ｂ）は上面図である。 図１に示す固体レーザー励起用光学部品の作製工程の一例を示す図である。 本発明による固体レーザー励起用光学部品の別の実施例を示す図であり、（Ａ）は固体レーザー励起用光学部品の断面図、（Ｂ）は上面図である。 図３に示す固体レーザー励起用光学部品の作製工程の一例を示す図である。 実施例１の固体レーザー励起用光学部品を用いた固体レーザー装置の一例を示す概略構成図である。 実施例３の固体レーザー励起用光学部品を用いた固体レーザー装置の一例を示す概略構成図である。 従来技術の一例を示す固体レーザー装置の構成説明図である。 従来技術の別の例を示す固体レーザー装置の概略断面図である。 従来技術のさらに別の例を示す固体レーザー装置の概略断面図である。

符号の説明

１０：固体レーザー励起用光学部品
１１：半導体レーザー（ＬＤ）
１２，１３：反射板
１４：導光路
１５，１６：レンズ（屈折光学素子）
１７：全反射ミラー
１８：レーザー媒質（レーザー結晶）
１９：出力ミラー
２０：下地基板（石英基板）
２１：反射膜
２２：レンズ形成用薄膜層（石英基板）
２３：フォトレジスト
２４：反射膜
２５：基板
３０：固体レーザー励起用光学部品
３１：半導体レーザー（ＬＤ）
３２，３３：反射板
３４：導光路
３５：スペーサー
３６：凹面ミラー（反射型光学素子）
３７：レーザー媒質（レーザー結晶）
３８：放熱装置を兼ねた全反射ミラー
３９：ＳＨＧ素子（第２高調波発生素子）
４０：出力ミラー
４１：Ｓｉ基板
４２：レジストパターン
４３：反射膜
４４：反射部
４５：反射面を持つ基板

Claims (10)

1. 半導体レーザーを励起光源として用い固体レーザー媒質を励起し、レーザー発振を行う固体レーザー装置に用いられる固体レーザー励起用光学部品において、
   少なくとも２枚の隙間を持たせて重ねられた反射板からなる導光路を有し、該導光路内には少なくとも１つの反射板の面と平行な面内でレーザー光を集光する光学素子を有することを特徴とする固体レーザー励起用光学部品。
2. 半導体レーザーを励起光源として用い固体レーザー媒質を励起し、レーザー発振を行う固体レーザー装置に用いられる固体レーザー励起用光学部品において、
   少なくとも２枚の隙間を持たせて重ねられた反射板からなる導光路を有し、該導光路内には少なくとも１つの反射板の面と平行な面内でレーザー光を集光する屈折光学素子を有することを特徴とする固体レーザー励起用光学部品。
3. 請求項２記載の固体レーザー励起用光学部品において、
   第１の反射板となる反射面を持つ基板上に導光路の間隔と同じ厚さで励起用半導体レーザーの波長に対して透明な薄膜を積層した基板を用い、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより前記薄膜を部分的に除去することにより前記屈折光学素子となる少なくとも１つのレンズパターンを形成し、該レンズパターンを介して別の反射面を持つ基板を第２の反射板として貼り合わせた構造を有することを特徴とする固体レーザー励起用光学部品。
4. 請求項３記載の固体レーザー励起用光学部品において、
   前記レンズパターンが形成される基板は、平坦な表面を持つ下地基板上に反射膜とレンズ形成用薄膜を積層した構造を持ち、前記反射膜には、レンズ形成用薄膜のエッチングに対してエッチング耐性を持つものを利用することを特徴とする固体レーザー励起用光学部品。
5. 請求項３または４記載の固体レーザー励起用光学部品において、
   前記フォトリソグラフィーを行う際に、フォトマスクの像をぼかした状態でフォトレジストに露光していることを特徴とする固体レーザー励起用光学部品。
6. 半導体レーザーを励起光源として用い固体レーザー媒質を励起し、レーザー発振を行う固体レーザー装置に用いられる固体レーザー励起用光学部品において、
   少なくとも２枚の隙間を持たせて重ねられた反射板からなる導光路を有し、該導光路内には少なくとも１つの反射板の面と平行な面内でレーザー光を集光する反射型光学素子を有することを特徴とする固体レーザー励起用光学部品。
7. 請求項６記載の固体レーザー励起用光学部品において、
   第１の反射板となる基板の表面をフォトリソグラフィーと異方性エッチングにより部分的に除去することにより前記導光路となる部分と前記反射型光学素子となる反射部とを形成し、前記導光路部分と前記反射部に反射膜を形成し、前記反射部を介して別の反射面を持つ基板を第２の反射板として貼り合わせた構造を有することを特徴とする固体レーザー励起用光学部品。
8. 請求項７記載の固体レーザー励起用光学部品において、
   前記反射部を形成する基板にシリコン基板を用いることを特徴とする固体レーザー励起用光学部品。
9. 請求項１〜８のいずれか一つに記載の固体レーザー励起用光学部品において、
   光の入射部または出射部に、シリンドリカルレンズまたはコーンミラーを配置したことを特徴とする固体レーザー励起用光学部品。
10. 半導体レーザーを励起光源として用い固体レーザー媒質を励起し、レーザー発振を行う固体レーザー装置において、
    請求項１〜９のいずれか一つに記載の固体レーザー励起用光学部品を用いたことを特徴とする固体レーザー装置。

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