JP3174794B2 - 光学薄膜及びレーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、反射ミラー、フィルタ
ー等に利用できる光学薄膜及びこの光学薄膜を共振器用
のミラーに用いたレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザ共振器の出力ミラーにいわ
ゆるガウシアンミラーを用いることにより、良好なモー
ドパターンを有するレーザ光を得る試みがなされてい
る。このガウシアンミラーは、その反射率分布がミラー
の中心からの距離に対してガウシアン関数またはスーパ
ーガウシアン関数に従うものである。

【０００３】図１３は、従来のガウシアンミラーの反射
率分布特性を示すものである。なお、図１３において横
軸がミラーの中心からの距離（ｍｍ）、縦軸が反射率
（％）である。図１３に示されるように、このガウシア
ンミラーは、垂直入射において、ピーク反射率を５５％
とし、ガウシアン分布の裾野の部分における最小反射率
を３％とした例である。

【０００４】図１４は、この従来のガウシアンミラーの
膜構成を示す図である。図１４に示されるように、この
ガウシアンミラーは、基板１００の上に第Ｉ層１０１、
第ＩＩ層１０２及び第ＩＩＩ層１０３を順次重ねて形成
したものである。第Ｉ層１０１と第ＩＩＩ層１０３とが
ＴｉＯ₂ の薄膜からなる高屈折率層（Ｈ層）であり、第
ＩＩ層１０２がＳｉＯ₂ の薄膜から低屈折率層（Ｌ層）
である。基板１００は光学ガラスＢＳＣ７（ＨＯＹＡ株
式会社の商品名）で構成されており、その屈折率ｎ_s ＝
１．５１である。また、Ｈ層（ＴｉＯ₂ ）の屈折率ｎ_H
＝２．１５、Ｌ層（ＳｉＯ₂ ）の屈折率ｎ_L ＝１．４５
である。ここで、第ＩＩＩ層１０３（Ｈ層）は、光学的
膜厚分布層である。光学的膜厚は、第Ｉ層１０１及び第
ＩＩ層１０２がともに波長λ₀ ＝１０６４ｎｍに対して
λ₀ ／４であり、第ＩＩＩ層１０３がｘ・λ₀ ／４（ｘ
＝０〜１．０）である。このような膜構成においては、
ミラーの各部分における反射率が最上層である第ＩＩＩ
層１０３の対応する部分の光学的膜厚に依存して定ま
る。図１５はこの関係を示すものである。図１５におい
て、横軸がミラーの任意の部分の膜厚（光学的膜厚で表
し、λ₀ ／４を１とし他場合にそれに対する比率で示し
た）、縦軸がその部分の反射率（％）である。したがっ
て、第ＩＩＩ層１０３の光学的膜厚分布を図１６に示さ
れるようなガウシアン関数に従う分布に設定することに
より、ミラーの反射率分布を上述の図１３に示されるよ
うなスーパーガウシアン分布とすることができる。な
お、図１４に示される膜構成は次のように表記される。

【０００５】Ｓｕｂ／（ＨＬ）¹ ｘ・Ｈ／Ａｉｒ 図１７は、従来のガウシアンミラーの他の例の反射率分
布を示す図である。この例は、ピーク反射率を９５％と
し、ガウシアン分布の裾野の部分における最小反射率を
４％とした例である。この例は膜構成を、 Ｓｕｂ／（ＨＬ）² ｘ・Ｈ （ＬＨ）² ／Ａｉｒ としたものである。図１８はこの膜構成を示すもので、
基板１００の上にＨ，Ｌの薄膜を交互に重ねて第Ｉ層１
１１から第ＩＸ層１１９までの９層に形成したものであ
る。この場合、第Ｖ層１１５を光学的膜厚分布層であ
る。なお、Ｌ，Ｈの各薄膜の材質や屈折率及び基板１０
０の材質等は上述の例と同じである。この場合において
は、ミラーの各部分における反射率は第Ｖ層１１５の対
応する部分の光学的膜厚に依存して定まる。図１９はこ
の関係を示すものである。ここで、図１９の横軸及び縦
軸は図１５の場合と同じである。したがって、第Ｖ層１
１５の光学的膜厚分布を上述の図１６に示されるような
ガウシアン関数に従う分布に設定することにより、ミラ
ーの反射率分布を上述の図１７に示されるようなスーパ
ーガウシアン分布とすることができる。

【０００６】以上のようなガウシアンミラーを出力ミラ
ーに用いれば、例えば、繰り返し数が１〜数＋Ｈｚ程度
の良質なパルスレーザ光を高効率で発振できるパルス発
振ＹＡＧレーザ装置を構成することができる。

【０００７】なお、上述の構成の光学薄膜は、透過率分
布がガウシアン関数に従う光学フィルターとしても用い
ることができ、例えば、レーザビーム強度分布整形用の
フィルターとしても用いられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、繰り
返し数が１００Ｈｚ以上の高繰り返しパルス発振ＹＡＧ
レーザや擬ＣＷ発振（連続パルス発振）ＹＡＧレーザ、
さらには、ＣＷ発振ＹＡＧレーザが様々な用途に用いら
れるようになり、それにともなって発振効率の向上や耐
久性向上に対する要求もより厳しくなっている。この事
情は、ＹＡＧレーザの他にも、ガラスレーザやチタンサ
ファイヤレーザなどについても同様である。そこで、こ
の様な要求に応える方法として、上述の従来のガウシア
ンミラーを用いる方法が検討された。

【０００９】ところが、上述の従来のガウシアンミラー
を高繰り返し発振のレーザ装置にそのまま適用すると、
繰り返し発振に支障をきたしたり、あるいは、耐久性に
問題があることがわかった。そこで、この原因を究明し
たところ、上述の従来のガウシアンミラーを高繰り返し
発振のレーザ装置の出力ミラーとして用いた場合には、
１パルスあたりのゲインが低すぎ、これがためにレーザ
発振器内部に蓄えられるエネルギーが不足しがちであ
り、また、１パルス毎の発振エネルギーが高いために光
学部品の損傷を早めることがわかった。特に、ガウシア
ン分布の裾野にあたる最小反射率部分での電界強度が非
常に高くなってしまい、レーザーダメージしきい値が低
下してしまうことがわかった。

【００１０】また、光学フィルターとして用いる場合に
おいても、上述の従来の光学薄膜では、ガウシアン分布
の裾野にあたる部分での透過率が１００％に近いので、
例えば、ビーム断面の強度分布曲線のピークの両側にリ
ップルがあるようなモードのレーザビームの強度分布を
整形するためのレーザビーム強度分布整形用のフィルタ
ーとして用いた場合には、このリップル除去ができず、
強度分布を均一にできないという不都合があった。

【００１１】本発明は、上述の背景のもとでなされたも
のであり、良好なモードパターンのレーザ光を効率よく
高繰り返し発振できるレーザ装置の出力ミラーや、レー
ザビーム強度分布製形用の光学フィルターとして用いる
ことができる光学薄膜、その光学薄膜を有する光学薄膜
付基板及びその光学薄膜を用いたレーザ装置を提供する
ことを目的としたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明にかかる光学薄膜は、

【００１３】

【００１４】（１） 基板上に屈折率の異なる物質から
なる複数の薄膜を重ねて構成された光学薄膜であって、
その中心部から周縁に至る反射率分布がガウシアン関数
又はスーパーガウシアン関数で表される分布を有してい
る光学薄膜において、 前記ガウシアン関数又はスーパー
ガウシアン関数の裾野にあたる部分の最小反射率が前記
基板の表面反射率より高いとともに、 前記複数の薄膜の
膜構成が次のいずれかで表される構成を有していること
を特徴とした構成とした。

【００１５】ただし、表記の意味を次の通りとする。

【００１６】各記号の配列規則；各記号で示される構成
要素が表記通りの配列順序で配置されることを表す。

【００１７】Ｓｕｂ；基板。

【００１８】Ｈ；高屈折率物質の薄膜（中心波長λ₀ に
対し、λ₀ ／４の光学的膜厚を有する。

【００１９】Ｌ；低屈折率物質の薄膜（中心波長λ₀ に
対し、λ₀ ／４の光学的膜厚を有する。

【００２０】Ａｉｒ；空気又は外部を表す。

【００２１】（ＨＬ）^m ；高屈折率物質の薄膜の上に低
屈折率物質の薄膜が形成された膜構成を一単位として、
その単位膜構成がｍ回重ねて形成された膜構成を表す。

【００２２】Ｓｕｂ／（ＨＬ）^m ；基板の上に（ＨＬ）
^m の膜構成の薄膜が形成されることを表す。

【００２３】ｘ・Ｈ；中心部から周縁に向かって光学的
膜厚分布を有する高屈折率物質の薄膜を表す。

【００２４】ｘ・Ｌ；中心部から周縁に向かって光学的
膜厚分布を有する低屈折率物質の薄膜を表す。

【００２５】ｘ＝０〜１．０；ｘ・Ｈ又はｘ・Ｌで表さ
れる光学的膜厚分布を有する薄膜の光学的厚さの範囲が
所定の厚さに０〜１の係数をかけたものであることを表
す。

【００２６】（ＨＬ）^m ｘ・Ｈ；（ＨＬ）^m の薄膜の
上にｘ・Ｈの薄膜形成されることを表す。

【００２７】（ＬＨ）^{m ’}；低屈折率物質の薄膜の上に
高屈折率物質の薄膜が形成された膜構成を一単位とし
て、その単位膜構成がｍ’回重ねて形成された膜構成を
表す。

【００２８】（ＬＨ）^{m ’}／Ａｉｒ；（ＬＨ）^{m ’}膜の
最上層が空気又は外部と接していることを表す。

【００２９】(1) Ｓｕｂ／（ＨＬ）^m ｘ・Ｈ （Ｌ
Ｈ）^{m ’}／Ａｉｒ ただし、ｍ及びｍ’が１以上の整数で、ｍ’≠ｍまたは
ｍ’≠ｍ−１であり、 ｘ＝０〜１．０とする。

【００３０】(2) Ｓｕｂ／（ＨＬ）^m ｘ・Ｌ （Ｌ
Ｈ）^{m ’}／Ａｉｒ ただし、ｍ及びｍ’が１以上の整数で、ｍ’≠ｍまたは
ｍ’≠ｍ−１であり、 ｘ＝０〜１．０とする。

【００３１】(3) Ｓｕｂ／（ＬＨ）^m ｘ・Ｈ （Ｈ
Ｌ）^{m ’}／Ａｉｒ ただし、ｍ及びｍ’が１以上の整数で、ｍ’≠ｍまたは
ｍ’≠ｍ＋１であり、 ｘ＝０〜１．０とする。

【００３２】(4) Ｓｕｂ／（ＬＨ）^m ｘ・Ｌ （Ｈ
Ｌ）^{m ’}／Ａｉｒ ただし、ｍおよびｍ’が１以上の整数で、ｍ’≠ｍまた
はｍ’≠ｍ＋１であり、ｘ＝０〜１．０とする。

【００３３】そして、本発明にかかる光学薄膜付基板
は、（２）構成１ に記載の光学薄膜を有することを特徴とす
る構成とした。そして、本発明にかかるレーザ装置は、（３） レーザ媒体と、このレーザ媒体を励起する光源
と、前記レーザ媒体で生じたレーザ光の少なくとも一部
を反射する複数のミラーを備えたレーザ共振器とを有す
るレーザ装置において、前記共振器を構成するミラーの
少なくとも１つを請求項１に記載の光学薄膜で構成した
ことを特徴とする構成としたものである。

【００３４】

【作用】上述の構成１によれば、良好なモードパターン
のレーザ光を効率よく高繰り返し発振できるレーザ装置
の出力ミラーや、レーザビーム強度分布整形用の光学フ
ィルターとして用いることができる光学薄膜を得ること
ができる。

【００３５】

【実施例】以下、図面を参照にしながら本発明の実施例
にかかる光学薄膜及びレーザ装置を説明する。なお、以
下の説明においては、まず、光学薄膜の実施例を説明
し、次にこの光学薄膜を用いたレーザ装置の実施例を説
明する。

【００３６】（光学薄膜の実施例）実施例１ この実施例は、中心から周縁に至る反射率分布がガウシ
アン関数で表わされる分布を有し、ピーク反射率が９５
％、ガウシアン分布の裾野の分野における最小反射率が
２８％、膜厚分布の半径が１．５ｍｍである光学薄膜で
あり、レーザ装置の出力ミラーとして用いることができ
る円形のガウシアンミラーを構成した例である。なお、
この場合の反射率は波長λ＝１０６４ｎｍの光の垂直入
射に対するものであり、以下の実施例でも同様とする。
図１はこの実施例にかかる光学薄膜の反射率分布特性を
示す図である。なお、図１において横軸がミラーの中心
からの距離（ｍｍ）、縦軸が反射率（％）である。

【００３７】図２はこの実施例の光学薄膜の膜構成を示
す図である。図２に示される膜構成は、一般表記で、 Ｓｕｂ／（ＨＬ）^m ｘ・Ｈ （ＬＨ）^{m ’}／Ａｉｒ （ただし、ｍおよびｍ’が１以上の整数で、ｍ’≠ｍま
たはｍ’≠ｍ−１であり、ｘ＝０〜１．０であるとす
る。）で表される膜構成において、ｍ＝３、ｍ’＝１と
して全層数を９層とし、その第ＶＩＩ層を光学的膜厚分
布層としたものである。

【００３８】ただし、表記の意味を次の通りとし、以下
の実施例でも同様とする。

【００３９】各記号の配列規則；各記号で示される構成
要素が表記通りの配列順序で配置されることを表す。

【００４０】Ｓｕｂ；基板。

【００４１】Ｈ；高屈折率物質の薄膜（中心波長λ₀ に
対し、λ₀ ／４の光学的膜厚を有する。

【００４２】Ｌ；低屈折率物質の薄膜（中心波長λ₀ に
対し、λ₀ ／４の光学的膜厚を有する。

【００４３】Ａｉｒ；空気又は外部を表す。

【００４４】（ＨＬ）^m ；高屈折率物質の薄膜の上に低
屈折率物質の薄膜が形成された膜構成を一単位として、
その単位膜構成がｍ回重ねて形成された膜構成を表す。

【００４５】Ｓｕｂ／（ＨＬ）^m ；基板の上に（ＨＬ）
^m の膜構成の薄膜が形成されることを表す。

【００４６】ｘ・Ｈ；中心部から周縁に向かって光学的
膜厚分布を有する高屈折率物質の薄膜を表す。

【００４７】ｘ・Ｌ；中心部から周縁に向かって光学的
膜厚分布を有する低屈折率物質の薄膜を表す。

【００４８】ｘ＝０〜１．０；ｘ・Ｈ又はｘ・Ｌで表さ
れる光学的膜厚分布を有する薄膜の光学的厚さの範囲が
所定の厚さに０〜１の係数をかけたものであることを表
す。

【００４９】（ＨＬ）^m ｘ・Ｈ；（ＨＬ）^m の薄膜の
上にｘ・Ｈの薄膜形成されることを表す。

【００５０】（ＬＨ）^{m ’}；低屈折率物質の薄膜の上に
高屈折率物質の薄膜が形成された膜構成を一単位とし
て、その単位膜構成がｍ’回重ねて形成された膜構成を
表す。

【００５１】（ＬＨ）^{m ’}／Ａｉｒ；（ＬＨ）^{m ’}膜の
最上層が空気又は外部と接していることを表す。

【００５２】図２に示されるように、この光学薄膜は、
基板１０の上に第Ｉ層１１、第ＩＩ層１２、第ＩＩＩ層
１３、第ＩＶ層１４、第Ｖ層１５、第ＶＩ層１６、第Ｖ
ＩＩ層１７、第ＶＩＩＩ層１８及び第ＩＸ層１９を順次
重ねて９層に形成したものである。第Ｉ層１１、第ＩＩ
Ｉ層１３、第Ｖ層１５、第ＶＩＩ層１７及び第ＩＸ層１
９がＴｉＯ₂ の薄膜からなる高屈折率層（Ｈ層）であ
り、第ＩＩ層１２、第ＩＶ層１４、第ＶＩ層１６及び第
ＶＩＩＩ層１８がＳｉＯ₂ の薄膜からなる低屈折率層
（Ｌ層）である。基板１０は硼珪酸塩系光学ガラスＢＳ
Ｃ７（ＨＯＹＡ株式会社の商品名）で構成されており、
その屈折率ｎ_S ＝１．５１、表面反射率Ｒ_S＝４．１％
である。また、Ｈ層（ＴｉＯ₂ ）の屈折率ｎ_H ＝２．１
５、Ｌ層（ＳｉＯ₂ ）の屈折率ｎ_L ＝１．４５である。
ここで、第ＶＩＩ層１７（Ｈ層）は、光学的膜厚分布層
である。光学的膜厚は、第ＶＩＩ層１７を除く他の膜は
全て波長λ₀ ＝１０６４ｎｍに対してλ₀ ／４であり、
第ＶＩＩ層１７がＸ・λ₀ ／４（Ｘ＝０〜１．０）であ
る。このような膜構成においては、ミラーの各部分にお
ける反射率が第ＶＩＩ層１７の対応する部分の光学的膜
厚に依存して定まる。図３はこの関係を示すものであ
る。図３において、横軸がミラーの任意の部分の光学的
膜厚（λ₀ ／４を１とした場合にそれに対する比率で示
した。）、縦軸がその部分の反射率（％）である。した
がって、第ＶＩＩ層１７の膜厚分布を図１６に示される
ようなガウシアン関数に従う分布に設定することによ
り、ミラーの反射率分布を上述の図１に示されるような
スーパーガウシアン分布とすることができる。なお、こ
の様な薄膜を形成するには、真空蒸着やスパッタリング
等の周知の薄膜形成技術を用いることができる。また、
光学的膜厚分布を得るには、光学的に均一な薄膜を用い
てその物理的膜厚を変える方法と、物理的膜厚を一定に
しておいてその屈折率に分布を設ける方法とがある。前
者の方法を実施するには、真空蒸着の際において基板前
面を、中心に適宜の小孔を設けたマスクで覆い、該小孔
を通じて蒸発源から飛散した微粒子を基板に堆積させる
方法が適用できる（詳しくは特願平２−２９４７３６号
明細書参照）。また、後者の方法は、拡散法等により、
所定の屈折率を有する薄膜に異なる屈折率を有する物質
を拡散させることにより実施できる。その場合、中心か
ら周縁に向かう距離Ｘに対する屈折率分布を、例えば、
以下の式で表わされるようなガウシアン分布にすればよ
い。

【００５３】Ｎ＝Ｎ₀ ・ｅｘｐ［−２（Ｘ／ｗ）ⁿ ］ ただし、Ｎ；屈折率 Ｘ；中心から周縁に向かう距離 Ｎ₀ ＝２．１５ ｗ＝１．５０ ｎ＝２．００ とする。

【００５４】実施例２ この実施例は、膜構成を一般表記で、 Ｓｕｂ／（ＨＬ）^m ｘ・Ｌ （ＬＨ）^{m ’}／Ａｉｒ （ただし、ｍおよびｍ’が１以上の整数で、ｍ’≠ｍま
たはｍ’≠ｍ−１であり、ｘ＝０〜１．０であるとす
る。）で表される膜構成において、ｍ＝５、ｍ’＝２と
して全層数を１５層とし、その第１１層目の低屈折率層
（Ｌ層）を光学的膜厚分布層としたものである。これに
より、ピーク反射率９９％、最小反射率５６％の反射率
分布をもち、実施例１の場合と同様のミラーとして使用
できる光学薄膜を構成した例である。なお、Ｌ，Ｈの各
薄膜の材質や屈折率及び光学的膜厚並びに基板の材質等
は実施例１と同じである。

【００５５】このような膜構成においては、ミラーの各
部分における反射率が第１１層の薄膜の対応する部分の
光学的膜厚に依存して定まる。図４はこの関係を示すも
のである。図４において横軸と縦軸の関係は図３と同じ
である。したがって、第１１層の光学的膜厚分布を図１
６に示されるようなガウシアン関数に従う分布に設定す
ることにより、ミラーの反射率分布を、ピーク反射率９
９％、最小反射率５６％である図５に示されるようなス
ーパーガウシアン分布とすることができる。なお、図５
の横軸と縦軸の関係は図１と同じである。

【００５６】実施例３ この実施例は、膜構成を一般表記で、 Ｓｕｂ／（ＬＨ）^m ｘ・Ｈ （ＨＬ）^{m ’}／Ａｉｒ （ただし、ｍおよびｍ’が１以上の整数で、ｍ’≠ｍま
たはｍ’≠ｍ＋１であり、ｘ＝０〜１．０であるとす
る。）で表される膜構成において、ｍ＝１、ｍ’＝３と
して全層数を９層とし、その第３層目の高屈折率層（Ｈ
層）を光学的膜厚分布層としたものである。これによ
り、ピーク反射率５９％、最小反射率２８％の反射率分
布をもち、実施例１の場合と同様のミラーとして使用で
きる光学薄膜を構成した例である。なお、Ｌ，Ｈの各薄
膜の材質や屈折率及び光学的膜厚並びに基板の材質等は
実施例１と同じである。

【００５７】このような膜構成においては、ミラーの各
部分における反射率が第３層の薄膜の対応する部分の光
学的膜厚に依存して定まる。図６はこの関係を示すもの
である。図６において横軸と縦軸の関係は図３と同じで
ある。したがって、第３層の光学的膜厚分布を図１６に
示されるようなガウシアン関数に従う分布に設定するこ
とにより、ミラーの反射率分布を、ピーク反射率５９
％、最小反射率２８％である図７に示されるようなスー
パーガウシアン分布とすることができる。なお、図７の
横軸と縦軸の関係は図１と同じである。

【００５８】実施例４ この実施例は、膜構成を一般表記で、 Ｓｕｂ／（ＬＨ）^m ｘ・Ｌ （ＨＬ）^{m ’}／Ａｉｒ （ただし、ｍおよびｍ’が１以上の整数で、ｍ’≠ｍま
たはｍ’≠ｍ＋１であり、ｘ＝０〜１．０であるとす
る。）で表される膜構成において、ｍ＝１、ｍ’＝６と
して全層数を１５層とし、その第３層目の低屈折率層
（Ｌ層）を光学的膜厚分布層としたものである。これに
より、ピーク反射率９８％、最小反射率８９％の反射率
分布をもち、実施例１の場合と同様のミラーとして使用
できる光学薄膜を構成した例である。なお、Ｌ，Ｈの各
薄膜の材質や屈折率及び光学的膜厚並びに基板の材質等
は実施例１と同じである。

【００５９】このような膜構成においては、ミラーの各
部分における反射率が第３層の薄膜の対応する部分の光
学的膜厚に依存して定まる。図８はこの関係を示すもの
である。図８において横軸と縦軸の関係は図３と同じで
ある。したがって、第３層の光学的膜厚分布を図１６に
示されるようなガウシアン関数に従う分布に設定するこ
とにより、ミラーの反射率分布を、ピーク反射率９８
％、最小反射率８９％である図９に示されるようなスー
パーガウシアン分布とすることができる。なお、図９の
横軸と縦軸の関係は図１と同じである。

【００６０】なお、以上の各実施例では基板に光学ガラ
スＢＳＣ７を用いた例を示したが、これは他の光学ガラ
ス等の透明材料であってもよい。また、高屈折率物質と
してはＴｉＯ₂ の外に例えばＺｒＯ₂ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、Ｚ
ｒＴｉＯ₄ 、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ等でもよく、低屈折率物
質としてはＳｉＯ₂ の外に例えばＭｇＦ₂ 等であもよ
い。

【００６１】さらに、レーザダメージに対する耐性や耐
環境性もしくは基板との付着性を高めるために多層膜の
表裏の部位にオーバーコートやアンダーコートを形成し
てもよい。オーバーコートは多層膜の最上層の上、すな
わち、外部（Ａｉｒ）と接する部位に形成され、アンダ
ーコートは多層膜の最下層の下、すなわち、基板と接す
る部位に形成される。これらは通常、λ／２膜（半波長
膜）とされ、多層膜全体の光学特性に影響を与えないよ
うにされる。また、コートの材料は、レーザダメージに
対する耐性を高める意味で低屈折率物質を用いる場合が
多いが、基板との封着性を高める目的のアンダーコート
の場合は、低屈折率物質以外の物質を用いることもあ
る。このように、オーバーコートとアンダーコートとを
付加した場合の膜構成は例えば次の一般表記で表され
る。

【００６２】Ｓｕｂ／２Ｌ（ＨＬ）^m ｘ・Ｈ （Ｌ
Ｈ）^{m ’}２Ｌ／Ａｉｒ この表記においてはオーバーコートとアンダーコートと
をともに低屈折率物質で構成し、その光学的膜厚をλ／
２（２Ｌの表記で示す）とした例である。

【００６３】（レーザ装置の実施例）実施例５ 図１０は本発明の実施例にかかるレーザ装置の要部構成
を示す図である。この実施例は、本発明にかかる光学薄
膜を出力ミラーとして用いたＣＷ発振ＹＡＧレーザ装置
である。

【００６４】図１０に示されるように、このレーザ装置
は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザロッド１のレーザ光路上におけ
る両側に、凹面ガラス表面に高反射膜を形成したミラー
２と、反射面が凸面で出射面がこの凸面と相補的な凹面
をなして全体としてメニスカスレンズ状をなした出力ミ
ラー３とを配置したものである。

【００６５】出力ミラー３は、上述の各実施例で示した
光学薄膜と同様の構成をなすもので、メニスカスレンズ
状の光学ガラスの基板の凸面部表面に多層膜を形成した
ものである。なお、凹面部には反射防止用のＡＲコート
３ａを形成してある。この出力ミラー３は凸面の反射率
が次の式で表されるスーパーガウシアン関数に従う分布
を有している。

【００６６】 Ｒ（Ｘ）＝Ｒ₀ ・ｅｘｐ［−２（Ｘ／ｗ）ⁿ ］＋Ｒmin ただし、 Ｘ；基板中心からの距離 Ｒ₀ ；Ｒ_p −Ｒ_min Ｒ_p ；ピーク反射率＝９５％ Ｒ_min ；最小反射率＝５０％ ｎ；スーパーガウシアン因子＝３．５ ｗ；スポット径＝１．１ｍｍ である。図１１は上記式で表される反射率分布曲線を示
したもので、図の横軸が基板からの距離（Ｘ）であり、
縦軸が反射率（Ｒ（Ｘ））である。

【００６７】また、図１２は出力ミラーにガウシアンミ
ラー（Ｇａｕｓｓｉａｎ ｍｉｒｒｏｒ）を用いたこの
実施例のＣＷ発振ＹＡＧレーザ装置の発振特性と、出力
ミラーだけを反射率分布のないノーマルミラー（Ｎｏｒ
ｍａｌ ｍｉｒｒｏｒ）に代え、かつ、１．５ｍｍφの
孔径のハードアパーチャーを出力ミラーとレーザロッド
との間に挿入した外の構成がこの実施例と同じ従来のＣ
Ｗ発振ＹＡＧレーザ装置の発振特性とを比較して示した
図である。なお、図１２において横軸が励起光の入力パ
ワー（ＫＷ）、縦軸が出力レーザ光のパワー（Ｗ）であ
る。また、図１２の立体図は出力ビームのＮｅａｒ ｆ
ｉｅｌｄパターンを示し、ηｓｌｏｐｅは入・出力特性
図の直線の傾きを示す。

【００６８】図１２からいずれもシングルモード発振で
はあるが、本実施例の発振特性が極めで優れていること
がわかる。例えば、入力パワーが１．４ＫＷの場合を比
較すると、本実施例（ガウシアンミラー）では、２．６
６Ｗ（Ｍ² ＝１．４、Ｂ＝１２０ＭＷ／ｃｍ ² ・Ｓｒ）
の出力パワーが得られるのに対して、従来例（ノーマル
ミラー）では１．０４Ｗ（Ｍ² ＝１．３、Ｂ＝５４ＭＷ
／ｃｍ ² ・Ｓｒ）の出力パワーしか得られない。なお、
ここで、Ｍ² はいわゆるＭ² ファクターであり、Ｂはフ
ラットネス（輝度）であり、Ｂ＝Ｐｏｗｅｒ／（πθＷ
₀ ）² ＝Ｐｏｗｅｒ／（Ｍ² λ）² （ただし、Ｐｏｗｅ
ｒ；レーザ出力［Ｗ］、θ；ビーム発散角［ｒａｄ］、
ＷＯ；ビームウエストにおけるスポット半径［ｃｍ］、
λ；波長［ｃｍ］とする）である。しかも、この場合、
この実施例においてはＣＷ発振がスムースに行われ、レ
ーザダメージも全く認められず、耐久性にも極めて優れ
たものであった。

【００６９】なお、以上の実施例では、一実施例の光学
薄膜をレーザ装置の出力ミラーとして利用する場合につ
いて述べたが、これは透過率分布がガウシアン関数に従
う光学フィルターとしても用いることもできる。このよ
うな光学フィルターとしては、例えば、レーザ光に複数
の空間モードが発生したとき、各空間モードの電界強度
を均一化するためのレーザビーム強度分布整形用のフィ
ルターがある。このレーザビーム強度分布整形用のフィ
ルターに一実施例の光学フィルターを適用すると、例え
ば、ビーム断面の強度分布曲線のピークの両側にリップ
ルがあるようなモードのレーザビームにおいても、その
リップルを除去して均一な分布のレーザ光を得ることが
可能となる。

【００７０】また、基板としてはＢＳＣ７等の硼珪酸塩
系ガラスからなるものの外に石英ガラスや他のガラスも
しくは他の材料で構成したものであってもよい。

【００７１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、基板上
に屈折率のことなる物質からなる複数の薄膜を重ねて構
成された光学薄膜であって、その中心部から周縁に至る
反射率分布がガウシアン関数又はスーパーガウシアン関
数で表される分布を有している光学薄膜において、ガウ
シアン関数又はスーパーガウシアン関数の裾野にあたる
部分の最小反射率を基板の表面反射率より高くした。こ
れにより、良好なモードパターンのレーザ光を効率よく
高繰り返し発振できるレーザ装置の出力ミラーや、レー
ザビーム強度分布製形用の光学フィルターとして用いる
ことができる光学薄膜、その光学薄膜を有する光学薄膜
付基板及びその光学薄膜を用いたレーザ装置を得てい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の光学薄膜の反射率分布を示
す図である。

【図２】実施例１の光学薄膜の膜構成を示す図である。

【図３】実施例１の膜厚分布層の膜厚と光学薄膜の反射
率との関係を示す図である。

【図４】実施例２の膜厚分布層の膜厚と光学薄膜の反射
率との関係を示す図である。

【図５】本発明の実施例２の光学薄膜の反射率分布を示
す図である。

【図６】実施例３の膜厚分布層の膜厚と光学薄膜の反射
率との関係を示す図である。

【図７】実施例３の光学薄膜の反射率分布を示す図であ
る。

【図８】実施例４の膜厚分布層の膜厚と光学薄膜の反射
率との関係を示す図である。

【図９】実施例４の光学薄膜の反射率分布を示す図であ
る。

【図１０】本発明の実施例（実施例５）にかかるレーザ
装置の構成を示す図である。

【図１１】実施例５の出力ミラーの反射率分布を示す図
である。

【図１２】実施例５のレーザ装置と従来のレーザ装置と
の発振特性を比較した図である。

【図１３】従来例のガウシアンミラーの反射率分布を示
す図である。

【図１４】図１３のガウシアンミラーの膜構成を示す図
である。

【図１５】従来例の膜厚分布層の膜厚と光学薄膜の反射
率との関係を示す図である。

【図１６】膜厚分布層の膜厚分布を示す図である。

【図１７】他の従来例のガウシアンミラーの反射率分布
を示す図である。

【図１８】他の従来例の膜構成を示す図である。

【図１９】他の従来例の膜厚分布層の膜厚と光学薄膜の
反射率との関係を示す図である。

【符号の説明】

１…ＹＡＧレーザロッド、２…全反射ミラー、３…出力
ミラー、１０，１００…基板、１１，１１１，１０１…
第Ｉ層、１２，１０２，１１２…第ＩＩ層、１３，１０
３，１１３…第ＩＩＩ層、１４，１１４…第ＩＶ層、１
５，１１５…第Ｖ層、１６，１１６…第ＶＩ層、１７，
１１７…第ＶＩＩ層、１８，１１８…第ＶＩＩＩ層１
９，１１９…第ＩＸ層。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に屈折率の異なる物質からなる複
   数の薄膜を重ねて構成された光学薄膜であって、その中
   心部から周縁に至る反射率分布がガウシアン関数又はス
   ーパーガウシアン関数で表される分布を有している光学
   薄膜において、 前記ガウシアン関数又はスーパーガウシアン関数の裾野
   にあたる部分の最小反射率が前記基板の表面反射率より
   高いとともに、 前記 複数の薄膜の膜構成が次のいずれかで表される構成
   を有していることを特徴とした光学薄膜。ただし、表記
   の意味を次の通りとする。 各記号の配列規則；各記号で示される構成要素が表記通
   りの配列順序で配置されることを表す。 Ｓｕｂ；基板。 Ｈ；高屈折率物質の薄膜（中心波長λ₀に対し、λ₀／４
   の光学的膜厚を有する。 Ｌ；低屈折率物質の薄膜（中心波長λ₀に対し、λ₀／４
   の光学的膜厚を有する。 Ａｉｒ；空気又は外部を表す。 （ＨＬ）^m；高屈折率物質の薄膜の上に低屈折率物質の
   薄膜が形成された膜構成を一単位として、その単位膜構
   成がｍ回重ねて形成された膜構成を表す。 Ｓｕｂ／（ＨＬ）^m；基板の上に（ＨＬ）^mの膜構成の薄
   膜が形成されることを表す。 ｘ・Ｈ；中心部から周縁に向かって光学的膜厚分布を有
   する高屈折率物質の薄膜を表す。 ｘ・Ｌ；中心部から周縁に向かって光学的膜厚分布を有
   する低屈折率物質の薄膜を表す。 ｘ＝０〜１．０；ｘ・Ｈ又はｘ・Ｌで表される光学的膜
   厚分布を有する薄膜の光学的厚さの範囲が所定の厚さに
   ０〜１の係数をかけたものであることを表す。 （ＨＬ）^m ｘ・Ｈ；（ＨＬ）^m の薄膜の上にｘ・Ｈの
   薄膜形成されることを表す。 （ＬＨ）^m'；低屈折率物質の薄膜の上に高屈折率物質の
   薄膜が形成された膜構成を一単位として、その単位膜構
   成がｍ’回重ねて形成された膜構成を表す。 （ＬＨ）^m'／Ａｉｒ；（ＬＨ）^m'膜の最上層が空気又は
   外部と接していることを表す。 (1) Ｓｕｂ／（ＨＬ）^m ｘ・Ｈ （ＬＨ）^m'／Ａｉｒ ただし、ｍ及びｍ’が１以上の整数で、ｍ’≠ｍまたは
   ｍ’≠ｍ−１であり、ｘ＝０〜１．０とする。 (2) Ｓｕｂ／（ＨＬ）^m ｘ・Ｌ （ＬＨ）^m'／Ａｉｒ ただし、ｍ及びｍ’が１以上の整数で、ｍ’≠ｍまたは
   ｍ’≠ｍ−１であり、ｘ＝０〜１．０とする。 (3) Ｓｕｂ／（ＬＨ）^m ｘ・Ｈ （ＨＬ）^m'／Ａｉｒ ただし、ｍ及びｍ’が１以上の整数で、ｍ’≠ｍまたは
   ｍ’≠ｍ＋１であり、ｘ＝０〜１．０とする。 (4) Ｓｕｂ／（ＬＨ）^m ｘ・Ｌ （ＨＬ）^m'／Ａｉｒ ただし、ｍおよびｍ’が１以上の整数で、ｍ’≠ｍまた
   はｍ’≠ｍ＋１であり、ｘ＝０〜１．０とする。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光学薄膜を有する光学
   薄膜付基板。
3. 【請求項３】 レーザ媒体と、このレーザ媒体を励起す
   る光源と、前記レーザ媒体で生じたレーザ光の少なくと
   も一部を反射する複数のミラーを備えたレーザ共振器と
   を有するレーザ装置において、 前記共振器を構成するミラーの少なくとも１つを請求項
   １に記載の光学薄膜で構成したことを特徴とするレーザ
   装置。