JP4511152B2

JP4511152B2 - 紫外光用音響光学素子及びこれを用いた光描画装置

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Publication number: JP4511152B2
Application number: JP2003364985A
Authority: JP
Inventors: 尚峯本; 寿美西山; 公彦渋谷
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Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2010-07-28
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Also published as: JP2004170940A

Description

本発明は、音響光学変調素子、音響光学偏向素子、音響光学フィルタあるいは音響光学周波数シフタ等の音響光学素子に関するものであり、特に、波長３８０nm以下の紫外光用の音響光学変調素子、音響光学偏向素子、音響光学フィルタあるいは音響光学周波数シフタ等の紫外光用音響光学素子及びこれを用いた光描画装置に関するものである。

従来、アルゴンレーザやヘリウムネオンレーザの可視光用音響媒体として、TeO₂結晶やPbMoO₄結晶が用いられてきた。一方、近年波長のより短い、すなわち紫外光を利用した、例えばYAGレーザの３倍波・４倍波や各種紫外光源と音響光学素子の組み合わせが検討されている。なお、ここで音響光学素子としては、音響光学変調素子、音響光学偏向素子、音響光学フィルタ、音響光学周波数シフタ等をさす。

従来の紫外域の音響光学変調素子の媒体としては、石英ガラス、水晶、ＫＨ₂ＰＯ₄（ＫＤＰ）結晶等が用いられてきた（非特許文献１、２)。

一方LiNbO₃（以下、「LN」と称す）結晶を用いた音響光学素子も報告されているが、波長400nm以上で用いるものであった（非特許文献２）。
Proceeding IEEE Ultrasonic Sympo Vol.1998 pp1289-1292 (1998） Proceeding of the IEEE Vol.61 No8 pp.1073-1092(1973)

上記従来のPbMoO₄結晶を用いた音響光学素子では、PbMoO₄結晶その吸収端波長は410nm程度であり波長380nm以下の光を透過しない。またTeO₂結晶を用いた音響光学素子では、TeO₂結晶の吸収端波長は約330nmであるが、本発明の実施の形態に示すようにパワーの大きな用途には適さないという課題があった。

また、石英ガラス、水晶やＫＤＰ結晶を用いた音響光学素子では、音響光学性能が小さく、素子を駆動するための高周波電源が大きくなり、音響光学素子の発熱をおさえるために素子を水冷する必要があるという課題があった。またＫＤＰ結晶を用いた音響光学素子では、ＫＤＰが水溶性の結晶であるため耐湿構造が困難であるという課題があった。また、水晶では結晶が硬いために、それを音響光学媒体として利用する時素子加工に著しく時間がかかるという課題があった。

また、ＬＮ結晶を用いた音響光学素子では、光損傷やレーザダメージにより、特に短波長用途の音響光学素子には不向きと考えられていた。

ここで、光損傷とは、光により電荷が励起され、その電荷により発生した電界により、結晶の屈折率が変化することをいう。光損傷が発生した媒体を通過した光は、屈折率が局所的に変化した場所を透過し、ポッケルス効果により、そのビーム形状が著しく劣化して観測される。

またレーザダメージとは、結晶表面や内部で、強いレーザ光の影響により物理的に結晶がダメージを受ける場合をいう。例えば、強いレーザ光により、結晶表面にアブレーションが起こり、凹部が形成されたりする。

さらに、従来の紫外用音響光学素子を用いた光描画装置では、音響光学媒体の耐湿処理や、水冷による放熱、さらには、駆動回路が大きくなるという問題があった。

本発明は、レーザダメージや光損傷のない音響光学素子を実現でき、駆動電力が小さく、放熱がよく、従って必ずしも水冷を必要としない紫外光用音響光学素子及びこれを用いた光描画装置を提供することを目的とする。

本発明の紫外光用音響光学素子は、高周波信号入力部と、前記高周波信号を機械振動に変換するトランスデューサ部と、前記機械振動により光学的な特性が変化する音響光学媒体とを含む紫外光用音響光学素子であって、前記音響光学媒体に入射する光の波長が、１６０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下であって、かつ前記音響光学媒体の吸収端波長より長い波長の紫外光であり、前記音響光学媒体に入射する光は、前記音響光学媒体を透過することにより回折され、かつ前記音響光学媒体が少なくともホウ素を結晶のユニットセル構成成分として含む酸化物単結晶であることを特徴とする。

本発明の光描画装置は、光源と、高周波信号入力部と、前記高周波信号を機械振動に変換するトランスデューサ部と、前記機械振動により光学的な特性が変化する音響光学媒体であって、前記光源からの光を透過させることにより回折するための音響光学媒体と、を有する紫外光用音響光学素子と、前記高周波信号を出力する駆動回路と、前記紫外光用音響光学素子で回折された光が描画される描画面と、を有する光描画装置であって、前記光源は、１６０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下であって、かつ前記音響光学媒体の吸収端波長より長い波長の紫外光を出射し、前記紫外光用音響光学素子の前記音響光学媒体が、少なくともホウ素を結晶のユニットセル構成成分として含む酸化物単結晶であることを特徴とする。

本発明によれば、紫外光で使用できるレーザダメージや光損傷の無い比較的効率の高い紫外光用音響光学素子及びそれを用いた光描画装置を安価に実現することが可能となる。

本発明は高周波信号入力部と、高周波信号を機械振動に変換するトランスデューサ部と、前記機械振動により光学的な特性が変化する音響光学媒体とを含む紫外光用音響光学素子であって、前記音響光学媒体に入射する光の波長が３８０ｎｍ以下の紫外光であり、かつ音響光学媒体が少なくともホウ素を結晶のユニットセル構成成分として含む酸化物単結晶、ＬｉＮｂＯ₃結晶又はＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ₃結晶である。

前記酸化物単結晶は、少なくともアルカリ金属又はアルカリ土類金属を結晶のユニットセル構成成分として含むことか好ましい。

また前記ホウ素を結晶のユニットセル構成成分として含む酸化物単結晶は、Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇、ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀、ＬａＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃、ＬｉＢ₃Ｏ₅、α−ＢａＢ₂Ｏ₄、及びβ−ＢａＢ₂Ｏ₄から選ばれる少なくとも一つの単結晶であることが好ましい。

前記酸化物単結晶の中でもとくにＬｉ₂Ｂ₄Ｏ₇又はＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀単結晶が好ましい。

前記酸化物単結晶は、さらに希土類元素を結晶のユニットセル構成成分として含んでいてもよい。前記希土類元素を結晶のユニットセル構成成分として含む酸化物単結晶は、（ＧｄＹ）₁Ｃａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃、ＹＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃、ＧｄＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃等である。

前記ＭｇＯがドープされた量は７モル％以下が好ましく、さらに好ましくは０．５モル％以上７モル％以下である。

また前記音響光学媒体の少なくとも一部が、さらに高熱伝導シートで覆われていてもよい。前記高熱伝導シートとしては、例えばグラファイトシートを用いることができる。

前記音響光学媒体に入射する光の波長は、１６０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下が好ましい。

本発明の光描画装置は、前記紫外光用音響光学素子からの回折光を描画面に描画するための可動ミラーを前記紫外光用音響光学素子と前記描画面との間に配置するのが好ましい。

また、前記紫外光用音響光学素子からの透過光を遮光するためのビームストッパを前記紫外光用音響光学素子の透過光側に配置してもよい。前記描画面は、感光体とすることができる。

本発明は前述で説明した通りの構成を有することで以下の作用・効果を奏する。
（１）波長３８０ｎｍ以下の紫外光用音響光学媒体として、特にホウ素を結晶のユニットセル構成成分として含む酸化物結晶を用いることにより、レーザダメージや光損傷のない音響光学素子を実現できる。
（２）特に希土類元素とホウ素を結晶のユニットセル構成成分として含む酸化物結晶を音響光学媒体に用いた場合、希土類元素含有により屈折率が向上するので、吸収端波長が短い割に高い音響光学性能が期待できる。さらに、希土類元素を結晶のユニットセル構成成分として含むことで、アルカリ金属やアルカリ土類金属とホウ素のみを結晶のユニットセル構成成分として含む材料に比べて、耐水性や機械的強度をさらに向上することが可能となる。
（３）ＬＮ結晶やホウ素を結晶のユニットセル構成成分として含む酸化物結晶は従来のＫＤＰ結晶のような大きな水溶性や水晶のような非常に硬く加工性が悪いという欠点がなく、実用上利用しやすい媒体であり、安価な紫外光用音響光学素子を実現することが可能となる。
（４）特にホウ素を結晶のユニットセル構成成分として含む酸化物結晶としてLi₂B₄O₇結晶や(GdY)₁Ca₄O(BO₃)₃結晶、CsLiB₆O₁₀結晶を用いた場合、３インチ〜４インチ程度、又は１０ｃｍ角程度の大型の結晶を利用することができ、媒体コストを安価に押さえることが可能となる。
（５）音響光学媒体を熱伝導シート、特にグラファイトシートでおおうことにより、結晶全体の温度をより均一にすること、及び音響光学素子のケースに熱を素早く逃がすことが可能となる。その結果、水冷の不要な、又はより簡単な冷却で、温度に対して安定な紫外用音響光学素子を実現することが可能となる。
（６）上記ホウ素を結晶のユニットセル構成成分として含む酸化物結晶やＬＮ系酸化物結晶を利用した音響光学素子を用いた光描画装置を用いることにより、駆動回路の小型化や耐湿性の向上、紫外域でのレーザダメージ耐性の向上などにより、安価で構成の簡単な、紫外用光描画装置を実現することか可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、本発明は下記の実施の形態に限定されるものではない。

本発明の一例の紫外光用音響光学素子の平面から見た部分断面図を図１に示す。図１において、１は外部から高周波信号が入力される高周波信号入力部、２は高周波信号入力部から出力される高周波信号を機械振動に変換するトランスデューサ部、３はトランスデューサー部２に接続された音響光学媒体、４はケース（ハウジング）、５は入射光７の入り口部、６は出射光８及び回折光９の出口部、１０は音響光学媒体を覆う熱伝導シートの一例のグラファイトシートである。なお、熱伝導シート１０は、入射光７入り口部５と、出射光８及び回折光９の出口部６を除き、音響光学媒体３の側面全体を覆っている。以上のようにして紫外光用音響光学素子を構成している。

入射光７は紫外光領域であり、具体的には３８０ｎｍ以下の波長である。この入射光７を音響光学媒体３に入射させ、音響光学媒体３をそのまま透過したのが出射光８である。また、入射光７が音響光学媒体３に入射し、音響光学媒体３で回折させたのが回折光９である。回折光９の回折角は、高周波信号入力部１に印可する高周波信号の周波数により変化し、回折光９の回折効率は、高周波信号入力部１に印可する高周波信号の大きさにより変化する。

音響光学媒体３としては、ヘリウムネオン（波長６３３ｎｍ）やアルゴンレーザ（波長５１５ｎｍ、４８８ｎｍ）用によく使用されているＰｂＭｏＯ₄結晶が従来から用いられているが、ＰｂＭｏＯ₄結晶の吸収端波長が４１０ｎｍ程度であるため、波長３８０ｎｍ以下の紫外光を透過しないので、本実施の形態に用いることは難しい。また、ＴｅＯ₂結晶では、その吸収端波長は約３３０ｎｍであるが、大きな紫外光強度を入射した場合、レーザダメージにより使用できなくなる場合があるので、本実施の形態に用いることは難しい。

一方、音響光学媒体３としてＬＮ結晶を用いた音響光学素子も、波長４００ｎｍ以上の可視光用途であり、従来波長３８０ｎｍ以下の紫外光用に検討された例はないことが、前述の非特許文献２で示したが、本発明ではＬＮ結晶を用いた場合でも、ＣＷとしてのパワーが小さな場合は光損傷が問題にならないこと及びピークパワーの大きな場合に発生するレーザダメージにも従来から用いられているＴｅＯ₂結晶より小さなレーザダメージを示すことを初めて見出したものである。さらにＭｇＯをドープしたＬＮ結晶では紫外光の入射パワーを考慮すれば、光損傷やレーザダメージの影響を回避して紫外光用の音響光学素子を実現できることを初めて見出したものである。

また、多くのホウ素を含有する酸化物単結晶、すなわちホウ素を結晶のユニットセル構成成分として含む酸化物単結晶では、吸収端波長が２５０〜１６０ｎｍであり短波長の紫外光をよく透過する。またホウ素を含有する酸化物結晶を光学材料として用いた場合、ホウ素酸化物の非局在電子に由来して電子分極が大きくなり、従って吸収端波長が短い割に屈折率を大きくすることができる。したがって、音響光学媒体３として、ホウ素を含有する酸化物単結晶を用いることが望ましい。

ここで、音響光学媒体の性能定数Ｍ２は
Ｍ２＝ｎ⁶ｐ²／ρｖ³
ここでｎ：媒体の屈折率ｐ：光弾性定数 ρ：媒体の密度
ｖ：媒体中の音速
と表されるので、短波長用での屈折率の大きな媒体は紫外光用音響光学媒体として有効である。

またアルカリ金属やアルカリ土類金属は、ホウ素とともに安定な結晶材料を形成する。さらにアルカリ金属やアルカリ土類金属を結晶ユニットセル中に含む酸化物結晶では、ホウ素を結晶ユニットセル中に含む酸化物結晶と同様に、その吸収端波長は１６０〜２００ｎｍ以下であり紫外光用音響光学媒体として有効である。

また音響光学媒体としてＬｉ₂Ｂ₄Ｏ₇結晶を用いた場合は、３〜４インチ程度の大型の結晶が利用でき、また加工も比較的容易であるため、媒体のコストを押さえることが可能となる。また媒体の吸収端波長は約１６０ｎｍであり、例えばＹＡＧレーザの第５高調波やエキシマレーザの音響光学媒体として用いることも可能である。

同様に音響光学媒体がＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀結晶を用いた場合も上記と同様に１０ｃｍ角程度の大型の結晶が利用でき、かつその光吸収端波長は約１９０ｎｍであり、ＹＡＧレーザの第４高調波程度の短波長の音響光学媒体として利用することが可能である。

また音響光学媒体として、ＹＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃や（ＧｄＹ）₁Ｃａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃を用いた場合、希土類元素を結晶のユニットセル構成成分として含むことにより、ホウ素のみを含有する場合より媒体の屈折率を高くすることが可能となり、その結果、音響光学性能Ｍ２を向上させることが可能となる。さらに希土類元素の位置を全部Ｙとした物は、波長２２０ｎｍ程度まで光吸収がないため、例えばＹＡＧレーザの第４高調波（波長２６６ｎｍ）の音響光学素子用媒体として使用することが可能である。

さらに希土類元素を含有することにより耐湿性が高い音響光学媒体となるので、素子として用いた場合特に耐湿性を考慮した設計が不要となるという特徴がある。さらに、ホウ素やアルカリ金属、アルカリ土類金属のみを主成分として含有すれ音響光学媒体とくらべて、硬度や熱伝導性が向上する。

また、加工上も水晶よりは柔らかい材料が多いため、比較的容易に切断・研磨等の加工を行うことが可能となる。

少なくとも音響光学媒体の一部を熱伝導シートで覆った場合、結晶のわずかの光吸収や超音波の吸収により発生した熱を効率よくケースに伝えることが可能となる。特にグラファイトは銅の２倍程度の熱伝導を有することと、可撓性を有するので、効率よくケースに熱を逃がしたり、音響光学媒体全体の熱の不均一を小さくすることができる。

従来、音響光学媒体を熱伝導のよい金属のブロックに貼り付けることは検討されていたが、この場合、音響光学媒体と金属の間での超音波の反射などが問題となることがあった。

さらに上記ボレート系材料、ＬＮ、ＭｇＯをドープしたＬＮ等を用いた紫外用音響光学素子を用いた光描画装置では、潮解性のない、また駆動回路が簡単な紫外光に対応した光描画装置を実現することが可能となる。

本発明の音響光学素子は、１６０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下の紫外光線であっても利用可能であり、９０％以上の光透過率を有し、かつレーザダメージや光損傷がなく、必ずしも水冷を必要としない。

次に本発明の結晶の製造方法の一例を説明する。ＬＮ又はＭｇＯドープＬＮは、通常よく知られているチョクラルスキー法(Czochralski method)を用いて成長させることができる。原料となるＬｉ₂ＣＯ₃，Ｎｂ₂Ｏ₅，ＭｇＯ等を所望の割合で混合し、１０５０℃で仮焼成して反応させる。さらに前記反応物を原料とし、ｌｒルツボに原料を入れ、融点（約１１５０℃）より５０〜２００℃以上高い温度、例えば１２５０℃で１０時間程度加熱し、原料をよく融解する。その後、原料温度を融点近傍まで降下させ、種付けをおこなう。その後は通常のチョクラルスキー法と同じ要領で２インチ径、長さ８０ｍｍ程度の結晶を成長させる。

一般にボレート系結晶はチョクラルスキー法、又はフラックス法で成長させることができる。例えばＬｉ₂Ｂ₄Ｏ₇は、代表的にはチョクラルスキー法で成長させることができる。Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇のチョクラルスキー法は、育成雰囲気と成長温度、ルツボ材料以外は、基本的にはＬＮの場合と同様である。この場合、成長は空気雰囲気で、またルツボは白金が通常用いられる。これは、ＬＮに比べて融点が低いためである。

またＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀は化学量論比の原料から出発する方法と、Ｃｓ₂ＣＯ₃とＬｉ₂ＣＯ₃又はＢ₂Ｏ₃をフラックスとしたセルフフラックス法等を用いることが可能である。セルフフラックスを用いる方法は、成長速度が多少小さくなる反面、高品質の結晶が得られるために大量の結晶を得るのに有利である。具体的にはＣｓ₂ＣＯ₃：Ｌｉ₂ＣＯ₃：Ｂ₂Ｏ₃＝１：１：５．４程度に配合する。次にこの原料を８９０℃程度でよく溶解した後、ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀の融点である８４５℃で種付けをおこなう。その後、通常のフラックス法と同様に０．１℃〜１．０℃／日程度で温度を下げることにより、縦６ｃｍ、横５ｃｍ、高さ４ｃｍ程度の結晶を得ることが可能である。この場合、成長温度が白金の融点より十分低いため、白金ルツボを用いて空気雰囲気で結晶成長をおこなうことができる。

以下、実施例を用いてさらに詳細に説明する。

（実施例１）
紫外光に対するレーザダメージ、光損傷を調べるために、各種単結晶材料に関して、ＹＡＧレーザの３倍高調波を光源とするレーザを用いて耐光性を評価した結果を表１に示す。結晶としては、従来から用いられているＴｅＯ₂結晶と、本発明の音響光学素子に用いるＬＮ、ＭｇＯ：ＬＮ、Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇、（ＧｄＹ）₁Ｃａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃、ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀の結果を示す。

これらの媒体の中では、レーザダメージ閾値の相対値が低いことから、ＴｅＯ₂結晶が最もレーザダメージに弱いことがわかる。この場合のレーザダメージとは、結晶表面がレーザ光により破壊し、表面に凹部が形成されていた。特にＴｅＯ₂の場合、この凹部及び周辺部をＸ線マイクロアナライザで分析すると、金属Ｔｅが観測された。これは、強いＵＶ光や熱の吸収により、化学結合が切れたためと思われる。したがって、特にパワーの大きな用途には適さない。またＬＮ及びＭｇＯ：ＬＮはＴｅＯ₂に比べて２倍から３倍程度大きなレーザダメージ閾値を示した。特にＭｇＯ：ＬＮに関しては、ＭｇＯが０．５〜７モル％が好ましい範囲であり、それより大きなドープ量のＭｇＯ：ＬＮは著しくレーザダメージに弱い音響光学媒体であった。またＬｉ₂Ｂ₄Ｏ₇結晶及び（ＧｄＹ）₁Ｃａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶、ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀結晶では、レーザダメージ閾値はＴｅＯ₂結晶の４倍以上であり、この測定ではダメージの測定をできなかった。

以上の結果より従来から用いられているＴｅＯ₂結晶に比べてＬＮ、ＭｇＯ：ＬＮ、及びホウ素を主成分に含有する酸化物単結晶が大きなダメージ閾値を示すことがわかる。

次に光損傷に関して、前記音響光学媒体について評価した。光源としてはアルゴンレーザを用いサンプル位置でのレーザ強度は１．８ｋＷ／ｍｍ²の条件でおこなった。従来から知られているように、ＭｇＯをドープしないＬＮ結晶に関して、光損傷（ビームパターンの乱れ）が観測されたが、他のＴｅＯ₂結晶、ＭｇＯ：ＬＮ結晶、Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇結晶及び（ＧｄＹ）₁Ｃａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶、ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀結晶では同条件で光損傷は観測されなかった。光損傷の結果、レーザのビームパターンは大きく楕円に変形したり、不均一が観測された。

したがって、ＬＮ結晶としては特にＭｇＯをドープした結晶で光損傷が小さい。よって、光損傷が小さく、かつレーザダメージも小さいＭｇＯを０．５〜７モル％ドープしたＬＮ結晶が、音響光学媒体として適していると考えられる。またＬｉ₂Ｂ₄Ｏ₇結晶及び（ＧｄＹ）₁Ｃａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶、ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀結晶では光損傷が観測されなかったことにより、ピークパワーの大きな場合にも、連続光の場合にも適応可能であると考えられる。

次に図１に示すような紫外光音響光学素子を作成し、各種音響光学媒体の音響光学効果を確認した。ここでは、トランスデューサ部２と音響光学媒体３の音響インピーダンス及び高周波信号発生器とトランスデューサ部２の電気的なインピーダンスが最適化させていないため、必ずしも音響光学性能をそのまま反映していない。しかし光源として波長３５５ｎｍのパルスＮｄＹＡＧレーザの３倍高調波を用いた場合、入射高周波信号が２〜３Ｗに対し、回折効率は（表２）に示したように５〜２０％程度であった。また、この時、音響光学素子の水冷などは特に不要であった。

特に、音響光学媒体を熱伝導シートで覆うことにより、レーザビームのぼけやドリフトのない、紫外用音響光学素子を実現することが可能であった。ここで、熱伝導シートとしては、グラファイトシートが、銅の２倍の熱伝導であり特に有効であった。

なお、ここでは用いなかったが、高周波信号発生器とトランスジューサ部２との間にインピーダンスマッチング回路を入れてもよいことはもちろんである。

（実施例２）
図１と同様の音響光学素子を作成し、波長３６０〜３８０ｎｍ帯のＧａＮ系ＬＥＤを用いて実施例１と同様に音響光学性能を評価した。なおＬＥＤの最大出力は約２ｍＷのものを用いた。

このとき、ＲＦ信号の入力パワーが２Ｗに対し回折効率は（表３）に示すように４〜１５％程度であった。実施例１に比べて回折効率が小さくなったのは、入射光の波長がわずかに長くなったことと、光源の単色性が悪くなったためと考えられる。またこの範囲に入射光パワーに於いては、通常のＬＮ単結晶を用いた場合でも、光損傷は観測されなかった。

（実施例３）
図１と同様の音響光学素子を作成し、波長２６６ｎｍのＹＡＧの第４高調波の音響光学性能を評価した。この時、ＬＮ及びＭｇＯ：ＬＮは２６６ｎｍの紫外光を透過しないので、音響光学素子として使用することができなかった。Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇結晶、（ＧｄＹ）₁Ｃａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶、及びＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀結晶を用いた音響光学素子の回折効率は（表４）に示すように６〜８％であった。また、この素子に１０時間連続で波長２６６ｎｍのＵＶ光を照射しても、特に透過率やビームパターンの劣化は確認されなかた。

なお、（ＧｄＹ）₁Ｃａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶において、２６６ｎｍの場合、Ｇｄによる光吸収のより少ないＹＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃又はＧｄをほとんど含まない組成の方が光透過率を大きくすることが可能であった。

（実施例４）
本実施例による光描画装置を図２を用いて説明する。光源１３から出射された光は紫外用音響光学素子１１に入射される。１４は入射光である。紫外用音響光学素子の基本構成は図１と同様である。駆動回路１２よりの信号に応じて変調された回折光１６及び透過光１５が出射される。通常、消光比（光のＯＮとＯＦＦの差）が大きくとれる回折光１６が利用されるが、用途によっては透過光１５のみ、又は透過光１５と回折光１６の両方を利用することも可能である。回折された光は描画面１７に到達し、駆動回路１２からの信号に応じた画像や線となる。

ここでは、光源１３としてはＧａＮ系の半導体レーザ光（波長３８０ｎｍ、出力１０ｍＷ）を用いた。また、音響光学素子１１の媒体としてはＭｇＯドープのＬＮ結晶又は（ＧｄＹ）₁Ｃａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶を用いた。この場合、光パワーが小さいので、例えばレーザ顕微鏡の光源やレーザプリンターの光源として使用することができる。レーザ顕微鏡の光源として用いた場合は、通常の可視光を用いた場合にくらべて、集光スポットを小さくすることが可能となり、分解能の向上することが可能となる。また、描画面（この場合は試料面）の蛍光を見ることにより、材料の種類を同定することも可能となる。

また、レーザプリンターに用いた場合は、より分解能の高いレーザプリンターを実現することが可能となる。

（実施例５）
本発明による光描画装置を図３を用いて説明する。光源１３から出射された光は紫外用音響光学素子１１に入射される。１４は入射光である。駆動回路１２よりの信号に応じて変調された回折光１６及び透過光１５が出射される。この場合、回折光１６を利用するので、装置内で迷光となる透過光１５はビームストッパ２０で遮光する。回折光１６は可動ミラー１８で反射させて描画面１９に光を描画する。

ここで、光源１３としてはＹＡＧレーザの第３高調波、平均出力０．５Ｗのものを用いた。また、可動ミラー１８としては、ポリゴンミラーを用い、また音響光学媒体としてはＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀を用いた。この場合、光源１３の平均出力が大きく、さらに、可能ミラー１８により光の角度を大きくふれるので、例えば、プリント基板の直接描画やレーザディスプレーの光源として使用することが可能である。プリント基板の直接描画装置として用いた場合、分解能の向上及び感光体としてのフォトレジストのコストが、安価になるという特徴がある。

また、レーザディスプレーの光源として用いた場合、描画面１９には、赤、緑、青に対応した蛍光体を感光体として塗布しておけば、紫外光で励起するレーザディスプレを実現することが可能となる。レーザ光を直接ディスプレーに投影するのでなく、描画面１９上の蛍光体を励起された赤、緑、青の光を見るので、レーザディスプレーの欠点であるスッペックルノイズを発生しないという特徴がある。

以上、本実施例によれば波長３８０ｎｍ以下の紫外光用音響光学素子を実現できる。また、この時光損傷やレーザダメージのない紫外用音響光学素子とすることが可能である。

なお、本実施の形態では各種ホウ素を含む酸化物結晶として、Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇結晶、（ＧｄＹ）₁Ｃａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃結晶、ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀結晶を用いた場合を示したが、ＬａＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃、ＬｉＢ₃Ｏ₅、α−ＢａＢ₂Ｏ₄、β−ＢａＢ₂Ｏ₄結晶などを用いることができる。

また、音響光学素子として、音響光学変調器の場合の例を示したが、音響光学偏光器、音響光学フィルタ、音響光学周波数シフタ等の波長３８０ｎｍ以下の音響光学素子に用いることができる。

また、光描画装置としては、描画面に特定の画像や線を描く必要がなく、例えばレーザ顕微鏡のように、描画面全体を照射する様な装置として利用することも可能である。

本発明の一実施形態における紫外光用音響光学素子の構成を示す部分断面図である。本発明の実施例４における光描画装置の構成を示す説明図である。本発明の実施例５における光描画装置の構成を示す説明図である。

符号の説明

１高周波信号入力部
２トランスデューサ部
３音響光学媒体
４ケース（ハウジング）
５入射光の入り口部
６出射光及び回折光の出口部
７入射光
８出射光
９回折光
１０熱伝導シート
１１紫外用音響光学素子
１２駆動回路
１３光源
１４入射光
１５透過光
１６回折光
１７描画面
１８可動ミラー
１９描画面
２０ビームストッパ

Claims

高周波信号入力部と、
前記高周波信号を機械振動に変換するトランスデューサ部と、
前記機械振動により光学的な特性が変化する音響光学媒体と
を含む紫外光用音響光学素子であって、
前記音響光学媒体に入射する光の波長が１６０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下であって、かつ前記音響光学媒体の吸収端波長より長い波長の紫外光であり、
前記音響光学媒体に入射する光は、前記音響光学媒体を透過することにより回折され、
かつ前記音響光学媒体が少なくともホウ素を結晶のユニットセル構成成分として含む酸化物単結晶であることを特徴とする紫外光用音響光学素子。
前記酸化物単結晶が、少なくともアルカリ金属又はアルカリ土類金属を結晶のユニットセル構成成分として含む請求項１に記載の紫外光用音響光学素子。
前記ホウ素を結晶のユニットセル構成成分として含む酸化物単結晶が、Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇、ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀、ＬａＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃、ＬｉＢ₃Ｏ₅、α−ＢａＢ₂Ｏ₄、及びβ−ＢａＢ₂Ｏ₄から選ばれる少なくとも一つの単結晶である請求項１に記載の紫外光用音響光学素子。
前記酸化物単結晶が、Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇又はＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀単結晶である請求項３に記載の紫外光用音響光学素子。
前記酸化物単結晶が、さらに希土類元素を結晶のユニットセル構成成分として含む請求項１に記載の紫外光用音響光学素子。
前記希土類元素を結晶のユニットセル構成成分として含む酸化物単結晶が（ＧｄＹ）₁Ｃａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃、及びＹＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃から選ばれる少なくとも一つの単結晶である請求項５に記載の紫外光用音響光学素子。
前記音響光学媒体の少なくとも一部が、さらに高熱伝導シートで覆われている請求項１に記載の紫外光用音響光学素子。
前記高熱伝導シートがグラファイトシートからなる請求項７に記載の紫外光用音響光学素子。
光源と、
高周波信号入力部と、前記高周波信号を機械振動に変換するトランスデューサ部と、前記機械振動により光学的な特性が変化する音響光学媒体であって、前記光源からの光を透過させることにより回折するための音響光学媒体と、を有する紫外光用音響光学素子と、
前記高周波信号を出力する駆動回路と、
前記紫外光用音響光学素子で回折された光が描画される描画面と、を有する光描画装置であって、
前記光源は、１６０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下であって、かつ前記音響光学媒体の吸収端波長より長い波長の紫外光を出射し、
前記紫外光用音響光学素子の前記音響光学媒体が、少なくともホウ素を結晶のユニットセル構成成分として含む酸化物単結晶であることを特徴とする光描画装置。
前記酸化物単結晶が、少なくともアルカリ金属又はアルカリ土類金属を結晶のユニットセル構成成分として含む請求項９に記載の光描画装置。
前記ホウ素を結晶のユニットセル構成成分として含む酸化物単結晶が、Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇、（ＧｄＹ）₁Ｃａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃、ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀、ＹＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃、ＬａＣａ₄Ｏ（ＢＯ₃）₃、ＬｉＢ₃Ｏ₅、α−ＢａＢ₂Ｏ₄、及びβ−ＢａＢ₂Ｏ₄から選ばれる少なくとも一つの単結晶である請求項９に記載の光描画装置。
前記紫外光用音響光学素子からの回折光を描画面に描画するための可動ミラーを前記紫外光用音響光学素子と前記描画面との間に配置した請求項９に記載の光描画装置。
前記音響光学媒体の少なくとも一部が、さらに高熱伝導シートで覆われている請求項９に記載の光描画装置。
前記高熱伝導シートがグラファイトシートからなる請求項９に記載の光描画装置。
前記紫外光用音響光学素子からの透過光を遮光するためのビームストッパを前記紫外光用音響光学素子の透過光側に配置した請求項９に記載の光描画装置。
前記描画面が、感光体である請求項９に記載の光描画装置。