JP6490241B1 - レーザ光のビームプロファイル測定装置 - Google Patents

Abstract

レーザ光のビームプロファイル測定装置は、レーザ光が入射する入射面とレーザ光が出射する出射面とを有する、板状またはブロック状の蛍光発生素子と、当該素子内で発生し出射面から出射する蛍光をレーザ光から分離する光分離素子と、蛍光を受けるイメージ素子とを含む。蛍光発生素子は、その入射面に形成された第１の膜を含む。第１の膜は、レーザ光の波長λ１を透過し蛍光の波長λ２を反射する反射率の波長特性を持つ。光分離素子は、波長λ２を透過し波長λ１を反射する反射率の波長特性を持つ第２の膜、または波長λ２を反射し波長λ１を透過する反射率の波長特性を持つ第３の膜を含むと良い。第１の膜はさらに波長λ１及び波長λ２の間のある波長λ０を反射する反射率の波長特性を持ち、第２の膜はさらに波長λ０を反射する反射率の波長特性を持つと良い。代替的に、第１の膜はさらに波長λ１及び波長λ２の間のある波長λ０を反射する反射率の波長特性を持ち、第３の膜はさらに波長λ０を透過する反射率の波長特性を持つと良い。

Description

本発明は、レーザ光のビームプロファイル測定装置に関し、特に、高光強度のレーザ光の二次元ビームプロファイルを高い位置精度で、且つ高精度に測定できるレーザ光のビームプロファイル測定装置に関するものである。

従来の１００ｍＷを超える高出力レーザ光のビームプロファイル（二次元光強度分布）を測定する方法としては、フィルタやミラーでレーザ光を減光してＣＣＤ、ＣＭＯＳ等のイメージセンサで観測する方法、ピンホールやスリット、ナイフエッジでビームの一部を遮光しながら透過光強度を測定し、遮光位置と透過光強度の相関から計算により求める方法、先端に小さなミラーの付いた棒あるいは先端に小さな穴の開いた導光棒をビーム内で二次元にスキャンして強度分布を測定する方法、光を散乱する板にレーザ光を照射し、その散乱光の像を後方からカメラで測定する方法等が知られていた。なお、本明細書においてカメラとは、映像を撮影するための装置全般を意味する。一般的にカメラは、その内部に、像を検出するためのイメージ素子（例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳ等のイメージセンサ）と、イメージ素子上に像を結ぶための光学系（レンズ等）とを含む。

しかし、フィルタやミラーで減光する方法には、イメージセンサの前にフィルタやミラーを挿入する空間が必要であるが、測定したいビームの位置によってはそれらが挿入できない場合があった。加えて、フィルタやミラーを挿入することでビームプロファイルが熱や収差で変形してしまう可能性もあった。他方、ピンホールやスリット、ナイフエッジでビームの一部を遮光しながら測定する方法では、ビーム形状が単峰でなく複雑な場合には、計測で得られる情報量の関係で測定精度が大幅に低下する可能性があった。また、小さなミラーの付いた棒あるいは先端に小さな穴の開いた導光棒をビーム内で二次元にスキャンする方法では、棒の先端に取り付けているミラーの大きさや穴の径の関係で１ｍｍ以下の微小なビーム径のプロファイルは計測できず、また、棒を高速で機械的にスキャンする際に先端にブレが生じるため、位置精度も低下する可能性があった。さらに、光を散乱する板にレーザ光を照射し、その散乱光の像を後方からカメラで測定する方法では、測定する散乱光は板の中で複数回散乱されるために、像にぼけが生じ、特にレーザ光のビーム径が1ｍｍ以下と小さくなると測定精度が急激に低下する可能性があった。

一方、レーザ光を板状の蛍光体（蛍光板）に当てて、そこから発せられる蛍光の二次元強度分布をカメラやイメージセンサで測定する方法も知られていた（例えば、特許文献１〜３、非特許文献１）。特許文献１及び２には、レーザ光を蛍光板の前方から照射し、照射された領域からの蛍光を、レーザ光を照射した蛍光板の前面、あるいは蛍光板の裏面からカメラで観測する方法が提案されている。また、特許文献３と非特許文献１には、蛍光板としてＮｄ：ＹＡＧを用いる方法が提案され、実験の結果が報告されている。なお、非特許文献１は本発明者が共同執筆者の一人となっている過去の実験結果の報告である。

図１０を参照して、従来提案された蛍光を利用したビームプロファイル測定法について説明する。測定したいレーザ光（波長８０８ｎｍ）１１０３を、透明なブロック１１００の一面に形成されたフィルム状の蛍光体１１０１に照射する。蛍光体１１０１に吸収されなかったレーザ光は、界面１１０２を透過し外部に放出される。一方、蛍光体から発生した蛍光１１０４は、界面１１０２で反射され、さらにフィルタ１１０５で蛍光波長以外の光が取り除かれ、カメラ１１０６に入射、結像される。非特許文献１もレーザ光の透過と反射の方向が逆であるだけで基本的な構成は同じである。蛍光体の例としてはＮｄ：ＹＡＧが示されている。

前記した従来技術のうち、蛍光を用いた方法がそれ以外の測定方法に比べ優れている点を以下に説明する。まず、測定されるレーザ光のビームの光軸方向（Ｚ軸方向）位置を、蛍光板の位置で厳密に且つ高精度に特定することができる。すなわちビームを測定したい位置に蛍光板を置くことで、その場所のビームプロファイルが忠実に蛍光強度プロファイル（蛍光像）に変換され、それをカメラで結像して観測、保存できる。蛍光板から発生する蛍光はレーザ光の波長と離れているため、ダイクロイックミラー（波長分離ミラー）などでレーザ光と容易に分離することができ、高い信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ）で観測できる。蛍光は蛍光板内で散乱や吸収の影響を受けることが少ないので、蛍光像はぼけを生じることなく高分解能で、高精度にカメラで計測できる。発生する蛍光の光強度は、蛍光板の材料や蛍光体濃度（吸収特性）、厚みを工夫（薄くする）することで、入射するレーザ光の光強度に比べ１／１００以下まで弱くすることも容易である。つまり、蛍光板が一種の減光フィルタとしても機能するので、蛍光を波長分離ミラーで分離した後イメージセンサを用いて信号の飽和や破壊を起こすことなく観測できる。また、このとき蛍光板で発生する熱量も少なく抑えられるので、高出力レーザ光を直接入射しても温度上昇が抑えられ、長時間安定した測定が可能になる。加えて、蛍光はレーザ光やその散乱光と違いインコヒーレント光であるため、スペックルの発生がなく、また開口（ＮＡ）の小さな光学系を用いてもイメージセンサ上に正確に結像できるために、光学系の自由度が高い。さらに、レンズの組み合わせにより結像の倍率も自由に設定でき、微小なビームプロファイルも拡大することで高精度に測定できるなどの利点がある。

特開平６−２２１９１７号公報 特開２００４−２４５７７８号公報 特開２００８−５１９２６３号公報

常包正樹ほか、「新しい高精度２Ｄビーム形状計測法の提案」、２０１５年１月１１日〜１２日、レーザー学会学術講演会第３５回年次大会、講演予稿集 12pIX03、一般社団法人レーザー学会

上記特許文献及び非特許文献には、蛍光材料、蛍光体あるいは蛍光板（以下、まとめて「蛍光板」と称する）の表面において、蛍光板内で発生する蛍光の波長における光の反射を制御するための膜の形成について、具体的な記述はない。一般に蛍光板にレーザ光が照射、吸収されると、蛍光板内で発生した蛍光はあらゆる方向に放出されるため、ビームプロファイル測定用のカメラやイメージセンサに向かう以外の蛍光は周囲に散逸する。この散逸した蛍光のうち、一部は蛍光板の表面から装置外部に出るが、その蛍光が外部の光学部品や筺体表面などで反射した後、再び上記蛍光板の表面から入射し、さらには上記ビームプロファイル測定用のカメラやイメージセンサに入射する場合が多々ある。かかる散逸した蛍光の再入射があると、その蛍光が本来測定したい蛍光板内で発生した光と重なってしまい、ビームプロファイル形状が変形したり、実際にはない像（ゴースト像）が観測されたり、あるいはバックグラウンドレベルが上がり測定のＳ／Ｎが低下するおそれがあった。上記蛍光板から発生する蛍光のうち、装置外ではなく装置内に散逸した光に関しては、装置内の壁で反射しないように壁の表面形状等を工夫する等、カメラやイメージセンサに混入する蛍光を少なくするような対策を講ずることができる。しかし、装置外部から反射して蛍光板を通して戻ってきた蛍光は、本来測定したい蛍光板の蛍光との判別、分離が困難であるため、測定精度や再現性、並びに測定結果の信頼性を深刻に低下させるおそれがあった。

また、特許文献３及び非特許文献1の構成において、特に蛍光の波長に近い波長のレーザ光が入射した場合、レーザ光と蛍光を分離する光学素子においてレーザ光が蛍光と完全に分離されず、高出力のレーザ光が蛍光と同じ光路をたどって、バンドパスフィルタやカメラあるいはイメージセンサに侵入し、これらを破損あるいは焼損する可能性があった。

したがって、本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、蛍光板より発生した蛍光が装置外部に散逸すること、及びその散逸した蛍光が蛍光板内に再入射することを抑制して、高出力レーザのビームプロファイルを高精度に測定することを可能とすることを目的とする。

また、本発明は、いかなる波長のレーザ光が入射した場合においても、バンドパスフィルタやカメラあるいはイメージセンサが破損あるいは焼損することを未然に防ぐことを目的とする。

上記した課題の一つ目を解決するために、本発明は以下の構成を有する。
本発明は、レーザ光の二次元光強度分布を測定するビームプロファイル測定装置であって、レーザ光が入射する入射面と前記レーザ光が出射する出射面とを有する、板状またはブロック状の蛍光発生素子と、前記蛍光発生素子内で発生し前記出射面から出射する蛍光を、前記レーザ光から分離する光分離素子と、前記蛍光を受けるイメージ素子と、を含み、前記板状またはブロック状の蛍光発生素子は、当該蛍光発生素子の前記入射面に形成された第１の膜を含み、当該第１の膜は前記レーザ光の波長λ１を透過し前記蛍光の波長λ２を反射する反射率の波長特性を持つ。

本発明の好ましい実施形態の一つにおいて、前記蛍光の波長λ２における前記第１の膜の反射率が７０％以上であると良い。

また、本発明の好ましい実施形態の一つにおいて、前記蛍光の波長λ２における前記第１の膜の反射率が９０％以上であると良い。

さらに、本発明の好ましい実施形態の一つにおいて、前記光分離素子は第２の膜を含み、当該第２の膜を含む前記蛍光の波長λ２を透過し前記レーザ光の波長λ１を反射する反射率の波長特性を持つと良い。

また、本発明の好ましい実施形態の一つにおいて、前記第１の膜はさらに、前記レーザ光の波長λ１及び前記蛍光の波長λ２の間のある波長λ０を反射する反射率の波長特性を持ち、前記第２の膜はさらに、前記波長λ０を反射する反射率の波長特性を持つと良い。

さらに、本発明の好ましい実施形態の一つにおいて、前記光分離素子は第３の膜を含み、当該第３の膜は前記蛍光の波長λ２を反射し前記レーザ光の波長λ１を透過する反射率の波長特性を持つと良い。

また、本発明の好ましい実施形態の一つにおいて、前記第１の膜はさらに、前記レーザ光の波長λ１及び前記蛍光の波長λ２の間のある波長λ０を反射する反射率の波長特性を持ち、前記第３の膜はさらに、前記波長λ０を透過する反射率の波長特性を持つと良い。

図１−図７を参照して、本発明によるビームプロファイル測定装置の構成例の概略と機能を以下に説明する。ここで図１は、光分離素子として、レーザ光を反射し蛍光を透過する４５度プリズムを用いた、レーザ光反射分離型ビームプロファイラの構成例を示す図、図２は、光分離素子として、図１における４５度プリズムに換えて、レーザ光を透過し蛍光を反射する４５度ミラーを用いた、レーザ光透過分離型ビームプロファイラの構成例を示す図である。また、図３は、本発明における第１の膜Ｓ１、第２の膜Ｓ２、第３の膜Ｓ３の機能を模式的に示すブロック図、図４（Ａ）及び（Ｂ）は、レーザ光反射分離型ビームプロファイラに適した、第１の膜Ｓ１及び第２の膜Ｓ２の反射率の波長特性の例を示す図、図５（Ａ）及び（Ｂ）は、レーザ光透過分離型ビームプロファイラに適した、第１の膜Ｓ１及び第３の膜Ｓ３の反射率の波長特性の例を示す図、図６（Ａ）及び（Ｂ）は、レーザ光反射分離型ビームプロファイラにより適した、第１の膜Ｓ１及び第２の膜Ｓ２の反射率の波長特性の例を示す図、図７（Ａ）及び（Ｂ）は、レーザ光透過分離型ビームプロファイラにより適した、第１の膜Ｓ１及び第３の膜Ｓ３の反射率の波長特性の例を示す図である。

図１に示す、レーザ光反射分離型ビームプロファイラの例において、蛍光発生素子１０は、波長λ１のレーザ光が入射したとき、その一部を吸収して内部で波長λ２の蛍光を発生する蛍光板１を含む。同様に、図２に示す、レーザ光透過分離型ビームプロファイラの例において、蛍光発生素子３０は、波長λ１のレーザ光が入射されたとき、その一部を吸収して内部で波長λ２の蛍光を発生する蛍光板２１を含む。蛍光板１の入射面１ａ、蛍光板２１の入射面２１ａには、それぞれ、レーザ光の波長λ１を透過し蛍光の波長λ２を反射する反射率の波長特性を持つ第１の膜Ｓ１が形成されている。この第１の膜Ｓ１は図４（Ａ）から図７（Ａ）のいずれかに示すような反射率の波長特性を有する。なお、本明細書において、膜がレーザ光の波長を透過し蛍光の波長を反射する反射率の波長特性を持つとは、当該膜が、反射率の波長特性上、レーザ光の波長において低い反射率を持ち、蛍光の波長において高い反射率を持つこと、換言すれば、レーザ光の波長において高い透過率を有し、蛍光の波長において低い透過率を持つことを意味する。逆に、膜がレーザ光の波長を反射し蛍光の波長を透過する反射率の波長特性を持つとは、当該膜が、反射率の波長特性上、レーザ光の波長において高い反射率を持ち、蛍光の波長において低い反射率を持つこと、換言すれば、レーザ光の波長において低い透過率を有し、蛍光の波長において高い透過率を持つことを意味する。ある膜の反射率は、当該膜に入射する光量に対する当該膜で反射される光量の割合と定義される。図４−図７に示される反射率の波長特性を参照した以下の説明において、７０％あるいは９０％の反射率が高い反射率に対応し、ほぼ０％の反射率が低い反射率に対応する。しかし、これら反射率の数値は例示であって、これらに限定されない。

さて、図１及び図２においてそれぞれ波長λ１のレーザ光は、蛍光板１、２１の入射面１ａ、２１ａに形成された第１の膜Ｓ１を通って蛍光板１、２１内に入射する。蛍光板１、２１内で発生した波長λ２の蛍光うちの一部は、入射面１ａ、２１ａに向かうが、入射面１ａ、２１ａに形成された第１の膜Ｓ１によって反射され、ほとんどが出射面１ｂ、２１ｂの方向に戻される。つまり、第１の膜Ｓ１は、蛍光板１、２１内で発生した蛍光の一部が入射面１ａ、２１ａを通って装置外部に散逸するのを抑制する。加えて、入射面１ａ、２１ａに向かう蛍光のうちの一部が、第１の膜Ｓ１を透過して入射面１ａ、２１ａから装置外部に散逸し、その散逸した蛍光が装置外部で反射して、入射面１ａ、２１ａに向かうことがあっても、その蛍光は同じく第１の膜Ｓ１によってほとんどが装置外部に反射される。つまり、第１の膜Ｓ１は、装置外部に散逸した一部の蛍光が再び入射面１ａ、２１ａから蛍光板１、２１に入射することも抑制する。これにより、装置外に散逸した蛍光が蛍光板内に再入射することによるビームプロファイル測定への悪影響を抑制または防止することができる。さらに蛍光板から発生した蛍光が入射面から装置外に出ず、第１の膜Ｓ１によって装置内に向かって反射されるため、蛍光板で発生した蛍光がイメージセンサで画像として観測される光量が増え、Ｓ／Ｎが改善されるという利点も生じる。

例えば、蛍光の波長λ２における第１の膜Ｓ１の反射率が７０％である場合（例えば、図４（Ａ）、図５（Ａ）、図６（Ａ）、図７（Ａ）に示す第１の膜Ｓ１の反射特性）、蛍光板１、２１から装置外部に散逸される蛍光の光量は、第１の膜Ｓ１の反射率が低い（例えば反射率がほぼ０％）場合の３０％となり、さらにその装置外部に散逸した蛍光の一部が外部で反射して再び蛍光板１、２１に戻る際に、蛍光板１、２１表面で再度７０％が外部に反射されるため、蛍光板１、２１内部に入射する光量は、第１の膜Ｓ１の反射率が低い場合に比べて９％にまで低減される。これにより、装置外に散逸した蛍光が蛍光板内に再入射することによるビームプロファイル測定への悪影響を、大幅に抑制することができる。

さらに、蛍光の波長λ２における第１の膜Ｓ１の反射率が９０％である場合（図８（Ａ）の実施例に示す）、装置外から蛍光板１、２１内部に再入射する光量は、第１の膜Ｓ１の反射率が低い（例えば反射率がほぼ０％）場合に比べて１％にまで低減される。これにより、装置外に散逸した蛍光が蛍光板内に再入射することによるビームプロファイル測定への悪影響を、より一層抑制することができる。さらに蛍光板から発生した蛍光が入射面から装置外に出ず、第１の膜Ｓ１によって装置内に向かって反射されるため、蛍光板で発生した蛍光がイメージセンサで画像として観測される光量が増え、Ｓ／Ｎがさらに改善されるという利点も生じる。

次に、波長がレーザ光の波長λ１と大きく異なる第２のレーザ光、特に波長が蛍光の波長λ２に近い波長λ２’を持つ第２のレーザ光が、蛍光発生素子に入射した場合を考察する。図１に示す、レーザ光反射分離型のレーザ光のビームプロファイル測定装置の例において、光分離素子である４５度プリズム３内の反射面３ｂには、蛍光の波長λ２を透過しレーザ光の波長λ１を反射する反射率の波長特性を持つ第２の膜Ｓ２が形成されている。同様に、図２に示す、レーザ光透過分離型のビームプロファイル測定装置の例において、光分離素子である４５度ミラー２３の反射面２３ａには、蛍光の波長λ２を反射しレーザ光の波長λ１を透過する反射率の波長特性を持つ第３の膜Ｓ３が形成されている。これら第２の膜Ｓ２及び第３の膜Ｓ３は、光分離素子において蛍光発生素子透過後のレーザ光をそれぞれ反射、透過して装置外に排出し、蛍光をそれぞれ透過、反射してイメージセンサに導く。

一例では、第２の膜Ｓ２は、レーザ光の波長λ１において１００％に近い反射率を有し、蛍光の波長λ２において０％に近い反射率を有して良い（図４（Ｂ）、図６（Ｂ）に示す第２の膜Ｓ２の反射率の波長特性）。同様に、第３の膜Ｓ３は、レーザ光の波長λ１において０％に近い反射率を有し、蛍光の波長λ２において１００％に近い反射率を有して良い（図５（Ｂ）、図７（Ｂ）に示す第３の膜Ｓ３の反射率の波長特性）。

ここで、まず図１に示すレーザ光反射分離型ビームプロファイラの例において、レーザ光の波長λ１及び蛍光の波長λ２の間のある波長λ０における第１の膜Ｓ１及び第２の膜Ｓ２の反射率の波長特性に着目する。図４に示す一般的な反射率の波長特性の例では、第１の膜Ｓ１は、ある波長λ０において波長λ１におけるのと同じ０％に近い反射率を有し（Ａ）、第２の膜Ｓ２は、当該波長λ０において波長λ２におけるのと同じ０％に近い反射率を有する（Ｂ）。この例において、もし入射する第２のレーザ光の波長λ２’が、蛍光の波長λ２と同じかその近傍であると、第２のレーザ光が入射した際、第１の膜Ｓ１により７０％の光が装置外に反射され、残りの３０％が蛍光発生素子内に透過する。その後第２のレーザ光は、その波長が蛍光と同じまたはその近傍の波長であるため、光分離素子の反射面に形成された第２の膜Ｓ２も透過してイメージセンサの方に向かうが、すでに第１の膜Ｓ１において７０％が反射され減光しているので、バンドパスフィルタやカメラあるいはイメージセンサを破損あるいは焼損する可能性を大幅に低減することができる。すなわち、前述したような、被測定対象であるレーザ光の波長λ１を透過し蛍光の波長λ２を反射する反射率の波長特性を持つ第１の膜Ｓ１が蛍光発生素子の入射面１ａに形成されていれば、蛍光の波長λ２と同じかそれに近い波長の第２のレーザ光が入射しても、装置の光学系またはイメージ素子の損傷を低減することができる。

しかしながら、もし入射する第２のレーザ光の波長λ２’が、波長λ０と同じかその近傍であると、第２のレーザ光のほぼすべては第１の膜Ｓ１を透過し蛍光発生素子１０を通過して、光分離素子の反射面３ｂに形成された第２の膜Ｓ２も透過してイメージセンサの方向に向かう。このため、強い第２のレーザ光がバンドパスフィルタやカメラあるいはイメージセンサに侵入し、これらを破損あるいは焼損する可能性がある。そのため、第１の膜Ｓ１及び第２の膜Ｓ２が図４に示す反射率の波長特性を有する場合には、入射するレーザ光の波長が波長λ０と同じでなくその近傍でもないことを確認し、そうでない場合にはその波長のレーザ光を装置に入射させないように注意する必要がある。

同様に、図２に示すレーザ光透過分離型ビームプロファイラの例において、図５に示す一般的な反射率の波長特性の例では、第１の膜Ｓ１は、ある波長λ０において波長λ１におけるのと同じ０％に近い反射率を有し（Ａ）、第３の膜Ｓ３は、当該波長λ０において波長λ２におけるのと同じ１００％に近い反射率を有する（Ｂ）。この例において、もし入射する第２のレーザ光の波長λ２’が、蛍光の波長λ２と同じかその近傍であると、第２のレーザ光が入射した際、第１の膜Ｓ１により７０％の光が装置外に反射されるので、前述のレーザ光反射分離型と同じく装置の損傷を低減することができる。しかしながら入射する第２のレーザ光の波長λ２’がこの波長λ０と同じかその近傍であると、レーザ光のほぼすべては蛍光発生素子３０の入射面に形成された第１の膜Ｓ１を透過し蛍光発生素子３０を透過後、そのすべてが光分離素子２３の反射面２３ａに形成された第３の膜Ｓ３で反射されてイメージセンサの方向に向かう。このため、強い第２のレーザ光がバンドパスフィルタやカメラあるいはイメージセンサに侵入し、これらを破損あるいは焼損する可能性がある。そのため、第１の膜Ｓ１及び第３の膜Ｓ３が図５に示す反射率の波長特性を有する場合には、入射するレーザ光の波長が当該波長λ０と同じでなくその近傍でもないことを確認し、そうでない場合にはその波長のレーザ光を装置に入射させないように注意する必要がある。よって、いかなる波長のレーザ光が入射した場合においても、バンドパスフィルタやカメラあるいはイメージセンサが破損あるいは焼損することを未然に防ぐことができる装置の提供が望まれる。

そこで、図１に示すレーザ光反射分離型ビームプロファイラの例において、より好ましくは、レーザ光の波長λ１及び蛍光の波長λ２の間のある波長λ０において、第１の膜Ｓ１は、当該波長λ０において高い反射率を持ち、第２の膜Ｓ２も、当該波長λ０において高い反射率を持つと良い。具体例として図６に第１の膜Ｓ１（Ａ）と第２の膜Ｓ２（Ｂ）の反射率の波長特性を示す。ここで第１の膜Ｓ１は、波長λ０において蛍光の波長λ２におけるのと同じ７０％の反射率を有し、第２の膜Ｓ２は、波長λ０においてはレーザ光の波長λ１におけるのと同じ１００％に近い反射率を有する。第１の膜Ｓ１及び第２の膜Ｓ２がこのような反射率の波長特性を持つ場合に、装置に入射する第２のレーザ光の波長によりレーザ光の光路の違いを順に説明する。まず波長λ１以下のレーザ光が入射したとき、レーザ光は第１の膜Ｓ１を透過した後に、そのすべてが第２の膜Ｓ２により反射されて装置外に排出されるので、レーザ光はイメージセンサ側に向かわない。また、λ１を超えλ０以下の波長のレーザ光が入射したとき、λ１に近い波長の光はそのすべてが第１の膜Ｓ１を透過し、λ０に近い波長の光は、その７０％は第１の膜Ｓ１で反射されて装置外に排出されるが、残りの３０％の光は第１の膜Ｓ１を透過する。しかし、いずれの波長のレーザ光もそのすべてが第２の膜Ｓ２により反射されて装置外に排出されるため、レーザ光はイメージセンサに向かわない。さらに、λ０を超える波長のレーザ光が入射したとき、波長によらず第１の膜Ｓ１によりその７０％が反射され、残りの３０％の光が光分離素子に向かう。そのうちλ２と同じかそれに近い波長の光は第２の膜Ｓ２も透過してイメージセンサの方に向かうが、すでに第１の膜Ｓ１において７０％が反射され減光しているので、バンドパスフィルタやカメラあるいはイメージセンサを破損あるいは焼損する可能性を大幅に低減することができる。つまり、図１の構成のビームプロファイラにおいて、第１の膜Ｓ１及び第２の膜Ｓ２が図６の反射率の波長特性を有するよう構成することにより、装置外部より、蛍光の波長λ２を含むいかなる波長のレーザ光が入射しても、そのほとんどが第１の膜Ｓ１または第２の膜Ｓ２によって装置外部に排出される。これにより、入射するレーザ光の波長によらずカメラやイメージセンサに到達するレーザ光の光量が適正に制限されるので、装置の信頼性を向上させることができる。図６において第１の膜Ｓ１が有する反射率の波長特性は、波長λ０及び波長λ２における反射率が７０％であるよう規定したが、これが後述する実施形態に例示するような９０％、あるいは１００％近くのより高い反射率であると、第２のレーザ光がいかなる波長であってもイメージセンサへ到達するレーザ光の光量をほぼ０％にまで低くすることができ、バンドパスフィルタやカメラあるいはイメージセンサの破損あるいは焼損を完全に防止することができる。

同様に、図２に示す、レーザ光透過分離型ビームプロファイラの例において、より好ましくは、レーザ光の波長λ１及び蛍光の波長λ２の間のある波長λ０において、第１の膜Ｓ１は、当該波長λ０において高い反射率を持ち、第３の膜Ｓ３は、当該波長λ０において低い反射率を持つと良い。具体例として図７に第１の膜Ｓ１と第３の膜Ｓ３の反射率の波長特性を示す。ここで第１の膜Ｓ１は、波長λ０において蛍光の波長λ２におけるのと同じ７０％の反射率を有し、第３の膜Ｓ３は、波長λ０においてレーザ光の波長λ１におけるのと同じ０％に近い反射率を有する。第１の膜Ｓ１及び第３の膜Ｓ３がこのような反射率の波長特性を持つ場合に、装置に入射する第２のレーザ光の波長によりレーザ光の光路の違いを順に説明する。まず波長λ１以下のレーザ光が入射したとき、レーザ光は第１の膜Ｓ１を透過した後に、そのすべてが第３の膜Ｓ３も透過して装置外に排出されるので、レーザ光はイメージセンサ側に向かわない。また、λ１を超えλ０以下の波長のレーザ光が入射したとき、λ１に近い波長の光はそのすべてが第１の膜Ｓ１を透過し、λ０に近い波長の光は、その７０％は第１の膜Ｓ１で反射されて装置外に排出されるが、残りの３０％の光は第１の膜Ｓ１を透過する。しかし、いずれの波長のレーザ光もそのすべてが第３の膜Ｓ３を透過して装置外に排出されるため、レーザ光はイメージセンサに向かわない。また、λ０を超える波長のレーザ光が入射したとき、波長によらず第１の膜Ｓ１によりその７０％が反射され、残りの３０％の光が光分離素子に向かう。そのうちλ２と同じかそれに近い波長の光は第３の膜Ｓ３で反射されてイメージセンサの方に向かうが、すでに第１の膜Ｓ１において７０％が反射され減光しているので、バンドパスフィルタやカメラあるいはイメージセンサを破損あるいは焼損する可能性を大幅に低減することができる。すなわち、図２の構成のビームプロファイラにおいて、第１の膜Ｓ１及び第３の膜Ｓ３が図７の反射率の波長特性を有するよう構成することにより、装置外部より、いかなる波長のレーザ光が入射しても、そのほとんどが第１の膜Ｓ１または第３の膜Ｓ３によって装置外部に排出される。これにより、入射するレーザ光の波長によらずカメラやイメージセンサに到達するレーザ光の光量が適正に制限されるので、装置の信頼性を向上させることができる。さらに図７において第１の膜Ｓ１が有する反射率の波長特性は、波長λ０及び波長λ２における反射率が７０％であるよう規定したが、これが後述する実施例形態に例示するような９０％、あるいは１００％近くのより高い反射率であると、第２のレーザ光がいかなる波長であってもイメージセンサへ到達するレーザ光の光量をほぼ０％近くまで低くすることができ、バンドパスフィルタやカメラあるいはイメージセンサの破損あるいは焼損を完全に防止することができる。なお、図４−図７並びに後述する図８及び図９においては、レーザ光の波長λ１＜波長λ０＜蛍光の波長λ２なる関係があるものとする。

図３は以上の膜の機能を模式的に表したブロック図であり、蛍光発生素子の第１の膜Ｓ１の反射率の波長特性と波長分離素子の第２の膜Ｓ２または第３の膜Ｓ３の反射率の波長特性を図６または図７に示されるように選ぶことで、いかなる波長のレーザ光がビームプロファイラに入射しても、レーザ光がイメージセンサに到達する前に、第１の膜Ｓ１と第２の膜Ｓ２または第３の膜Ｓ３により装置外に排出される一方、蛍光板で発生した蛍光のみが、イメージセンサに入射し観測される。なお、ここではレーザ光の波長λ１＜波長λ０＜第２のレーザ光の波長λ２’なる関係があるものとする。

ここで波長λ０は、主に測定したいレーザ光の中心波長（本発明におけるレーザ光の波長λ１を含む）や蛍光板の吸収波長領域、蛍光の検出波長（本発明における蛍光の波長λ２を含む）や蛍光の発生波長領域に応じて最適な波長が選択されると良い。選択された波長λ０と当該波長λ０において必要とされる反射率に応じて、第１の膜Ｓ１、第２の膜Ｓ２、第３の膜Ｓ３の構造設計をすると良い。

本発明による蛍光を利用したビームプロファイル測定装置は、蛍光発生素子内で発生した蛍光が装置外部に散逸すること、及びその散逸した蛍光が蛍光発生素子内に再入射することを抑制して、高出力レーザのビームプロファイルを高精度に測定することが可能となる。

また、本発明による蛍光を利用したビームプロファイル測定装置の好ましい実施形態によれば、装置外部よりいかなる波長のレーザ光が入射しても、そのほとんどが第１の膜Ｓ１または第２の膜Ｓ２もしくは第３の膜Ｓ３によって装置外部に排出される。これにより、従来の構成において蛍光の波長λ２に近い波長の第２のレーザ光を入射させた場合に発生し得る、バンドパスフィルタやカメラあるいはイメージセンサが破損あるいは焼損するリスクを大幅に低減することができ、装置の信頼性を向上させることができる。

上記した本発明の目的及び利点並びに他の目的及び利点は、以下の実施の形態の説明を通じてより明確に理解される。もっとも、以下に記述する実施の形態は例示であって、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明によるレーザ光のビームプロファイル測定装置においてレーザ光反射分離型ビームプロファイラの構成例を示す図である。 本発明によるレーザ光のビームプロファイル測定装置においてレーザ光透過分離型ビームプロファイラの構成例を示す図である。 本発明における第１の膜Ｓ１、第２の膜Ｓ２、第３の膜Ｓ３の機能を模式的に示すブロック図である。 レーザ光反射分離型ビームプロファイラにおける第１の膜Ｓ１、第２の膜Ｓ２の反射率の波長特性の一例を示す図である。 レーザ光透過分離型ビームプロファイラにおける第１の膜Ｓ１、第３の膜Ｓ３の反射率の波長特性の一例を示す図である。 レーザ光反射分離型ビームプロファイラにおける第１の膜Ｓ１、第２の膜Ｓ２の反射率の波長特性のより望ましい例を示す図である。 レーザ光透過分離型ビームプロファイラにおける第１の膜Ｓ１、第３の膜Ｓ３の反射率の波長特性のより望ましい例を示す図である。 レーザ光反射分離型ビームプロファイラにおける第１の膜Ｓ１、第２の膜Ｓ２の反射率の波長特性のさらに望ましい例を示す図である。 レーザ光透過分離型ビームプロファイラにおける第１の膜Ｓ１、第３の膜Ｓ３の反射率の波長特性のさらに望ましい例を示す図である。 蛍光を利用したビームプロファイル測定法の従来例を説明する図である。

以下、本発明によるレーザ光のビームプロファイル測定装置の好ましい実施の形態を、レーザ光のビームプロファイル測定装置の複数の例に言及しながら、図面に基づいて詳細に説明する。

再び図１を参照して、本発明によるレーザ光のビームプロファイル測定装置の一例を説明する。すでに繰り返したように図１はレーザ光反射分離型ビームプロファイラ１００の構成例を示し、特に装置を上方から見たときの構成部分の配置関係を示している。レーザ光反射分離型ビームプロファイラ１００が有する蛍光発生素子１０は直径１０ｍｍの円筒形状を有し、蛍光板１と支持体２より構成される。蛍光板１の材質はＮｄ：ＹＡＧ結晶でＮｄ濃度は１．０ａｔ．％、厚みは０．２ｍｍである。支持体２の材質は、Ｎｄを含まないＹＡＧ結晶で、厚みは２ｍｍである。蛍光板１と支持体２の相対する面（図１において符号１ｂで示す）は、熱圧着法により接着剤を使わず接合、一体化した。これらは母材が同じＹＡＧであるため、直接張り合わせても界面で屈折率の違いによる光の反射が起こらず、また熱膨張係数も同じであるため、蛍光板１が発熱しても歪により支持体２から剥がれるなどの故障が起こりにくい。本発明による課題の解決手段の一例として、蛍光板１のレーザ光入射面１ａの表面には、主に測定を想定しているレーザ光１２の波長範囲８００ｎｍから９００ｎｍにおいて０．５％の反射率、かつ蛍光板１で発生しイメージセンサ８で検出する蛍光の波長１０６４ｎｍにおいて９０％の反射率を有する誘電体膜Ｓ１が形成されている。ここで第１の膜Ｓ１は、本発明による課題の解決手段の一例として、図８（Ａ）に示す反射率の波長特性においてλ１が８００ｎｍ、λ０が９５０ｎｍ、λ２が１０６４ｎｍになるように構造設計した。一方、支持体２の蛍光板１が形成された面との反対側の面２ｂには、レーザ光１２及び蛍光板１内で発生した蛍光１３が反射しないように８００ｎｍから１１００ｎｍに亘る広帯域で反射率が０．５％の誘電体膜（図示せず）が形成されている。また、レーザ光１２と蛍光１３を分離する光分離素子である４５度プリズム３は１５ｍｍ角の石英製で、２個の直角プリズムを組み合わせて構成されている。４５度プリズム３の入射面３ａには、レーザ光１２及び発生した蛍光１３が反射しないように８００ｎｍから１１００ｎｍにわたり反射率が０．５％の誘電体膜（図示せず）が形成され、４５度プリズム３内の４５度傾いた面３ｂには、入射角４５度において、波長８００ｎｍから９００ｎｍにわたり反射率が９９．７％、かつ蛍光の波長１０６４ｎｍの光を透過させるべくその波長での反射率が３％の誘電体膜Ｓ２が形成されている。ここで誘電体膜Ｓ２は、本発明による課題の解決手段の一例として、図８（Ｂ）に示す反射率の波長特性においてλ１が８０８ｎｍ、λ０が９５０ｎｍ、λ２が１０６４ｎｍになるように構造設計した。さらに、面３ｂを透過した蛍光１３が出射するプリズムの面３ｃには、１０６４ｎｍにおける反射率が０．５％の誘電体膜（図示せず）が形成され、面３ｂで４５度折り返されたレーザ光１２が出射する４５度プリズム３の面３ｄには、波長８００ｎｍから９００ｎｍにわたり反射率が０．５％の誘電体膜（図示せず）が形成されている。

図１に示したレーザ光反射分離型ビームプロファイラ１００において、被測定対象のレーザ光の一例として入射させた波長８０８ｎｍのレーザ光１２は、蛍光板１、支持体２を透過し、４５度プリズム３にて反射され、装置外に排出される。蛍光板１を透過したレーザ光１２の一部は蛍光板１のＮｄ：ＹＡＧに吸収され、エネルギー変換されてレーザ光強度分布に比例した波長１μｍを中心とする蛍光を周囲に向け発生するが、そのうちの１０６４ｎｍの蛍光１３は、４５度プリズム３を透過して、対物レンズ４、減光フィルタ５、バンドパスフィルタ６、結像レンズ７を透過後、ＣＭＯＳイメージセンサ８に到達する。対物レンズ４及び結像レンズ７は一般名称「ＢＫ７」で知られる光学ガラス製の凸レンズであり、レンズの焦点距離は共に５０ｍｍ、レンズの表面には１０６４ｎｍにおいて反射率が０．５％の誘電体膜（図示せず）が形成されている。さらに対物レンズ４の焦点位置に蛍光板１、結像レンズ７の焦点位置にＣＭＯＳイメージセンサ８が位置しており、この構成で蛍光板１の蛍光像は１：１でＣＭＯＳイメージセンサ８内の受光面上（図示せず）に結像される。減光フィルタ５は１０６４ｎｍの波長において１０％の透過率を有し、ＣＭＯＳイメージセンサ８が飽和しないように蛍光を減衰させる。入射するレーザ光が弱く、蛍光板１から届く蛍光の強度が弱い場合には、この減光フィルタ５を取り外し、逆にレーザ光及び蛍光の強度が強い場合には、減光フィルタ５を複数枚挿入することにより、ＣＭＯＳイメージセンサ８における光の感度が適切になるように調節されて良い。バンドパスフィルタ６は１０６４ｎｍ以外の光がＣＭＯＳイメージセンサ８に到達しないようにこれを遮断する特性を有する。バンドパスフィルタ６の１０６４ｎｍにおける透過波長幅は例えば１０ｎｍである。

次に、再び図２を参照して、本発明によるレーザ光のビームプロファイル測定装置の他の例を説明する。すでに繰り返したように図２はレーザ光透過分離型ビームプロファイラ２００の構成例を示し、特に装置を上方から見た時の構成部分の配置関係を示している。レーザ光透過分離型ビームプロファイラ２００が有する蛍光発生素子３０は入射面が６ｍｍ角の正方形の四角柱形状を有し、蛍光板２１とその支持体２２より構成される。蛍光板２１の材質はＮｄ：ＹＡＧ透光性セラミックで、Ｎｄ濃度は０．７ａｔ．％、厚みは０．０５ｍｍである。支持体２２の材質は、Ｎｄを含まないＹＡＧ透光性セラミックで、厚みは２ｍｍである。蛍光板２１と支持体２２の相対する面（図２において符号２１ｂで示す）は、低温融着法により接着剤を使わず接合、一体化した。本発明による課題の解決手段の一例として、蛍光板２１の入射面２１ａの表面には、主に測定を想定しているレーザ光３２の波長範囲８００ｎｍから９００ｎｍにおいて０．５％の反射率、かつ蛍光板２１で発生しイメージセンサ８で検出する蛍光の波長１０６４ｎｍにおいて９９％の反射率を有する誘電体膜Ｓ１が形成されている。ここで第１の膜Ｓ１は、本発明による課題の解決手段の一例として、図９（Ａ）に示す反射率の波長特性においてλ１が８００ｎｍ、λ０が９５０ｎｍ、λ２が１０６４ｎｍになるように構造設計した。蛍光発光素子３０の蛍光板２１が形成された面の反対側の面２２ｂには、レーザ光３２及び蛍光板２１内で発生した蛍光３３が反射しないように８００ｎｍから１１００ｎｍに亘る広帯域で反射率が０．５％の誘電体膜（図示せず）が形成されている。また、４５度ミラー２３の表面２３ａには、入射角４５度において、波長１０００ｎｍから１１００ｎｍにわたり反射率が９９％、８００ｎｍから９５０ｎｍにわたり反射率が０．３％の誘電体膜Ｓ３が形成されている。ここで誘電体膜Ｓ３は、本発明による課題の解決手段の一例として、図９（Ｂ）に示す反射率の波長特性においてλ１が８０８ｎｍ、λ０が９５０ｎｍ、λ２が１０６４ｎｍになるように構造設計した。

図２に示したレーザ光透過分離型ビームプロファイラ２００において、被測定対象のレーザ光の波長の一例として入射させた８０８ｎｍのレーザ光３２は、蛍光板２１、支持体２２を透過し、さらに４５度ミラー２３も透過して、装置外に排出される。蛍光板２１を透過する際、レーザ光の一部は、蛍光板２１のＮｄ：ＹＡＧに吸収され、エネルギー変換されてレーザ光強度分布に比例した波長１μｍを中心とする蛍光を周囲に発生するが、そのうちの１０６４ｎｍの蛍光３３は４５度ミラー２３で反射して、対物レンズ４、減光フィルタ５、バンドパスフィルタ６、結像レンズ７を透過後、ＣＭＯＳイメージセンサ８に到達する。対物レンズ４及び結像レンズ７は石英製の凸レンズであり、対物レンズ４の焦点距離は５０ｍｍ、結像レンズ７の焦点距離は１００ｍｍ、両レンズの表面には１０６４ｎｍにおいて反射率が０．５％の誘電体膜（図示せず）が形成されている。対物レンズ７の焦点位置に蛍光板２１、結像レンズ７の焦点位置にＣＭＯＳイメージセンサ８が配置され、蛍光板２１の蛍光像はＣＭＯＳイメージセンサ８内部の受光面上（図示せず）に２倍に拡大されて結像、映像化される。減光フィルタ５は１０６４ｎｍの波長において１０％の透過率を有し、ＣＭＯＳイメージセンサ８が飽和しないように蛍光を減衰させる。入射するレーザ光が弱く、蛍光板２１から届く蛍光の強度が弱い場合には、この減光フィルタ５を取り外し、逆にレーザ光及び蛍光の強度が強い場合には、減光フィルタ５を複数枚挿入することにより、ＣＭＯＳイメージセンサ８における光の感度が適切になるように調節されて良い。バンドパスフィルタ６は１０６４ｎｍ以外の光がＣＭＯＳイメージセンサ８に到達しないようにこれを遮断する特性を有する。バンドパスフィルタ６の１０６４ｎｍにおける透過波長幅は例えば１０ｎｍである。

以上の例においては、誘電体膜Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、また蛍光発生素子、４５度プリズム、４５度ミラー、及び凸レンズの表面に形成される、波長に対する反射率の制御のための誘電体膜の材質としては、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＭｇＦ_２、ＹＦ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等が好適に用いられ、これらの誘電体の材料のうち１つまたは複数を用いて、特定の厚み（例えば０．５μｍ以下）の単層の薄膜、あるいは異なる材料の複数の膜を特定の厚みで積層した多層膜を形成することができる。これにより、形成された膜に、特定の波長帯において所望の反射率を持たせることが可能である。膜を形成する方法としては、真空中で材料を加熱して対象物の表面に付着させる真空蒸着法や、材料に別のイオンをぶつけて材料を弾き飛ばし対象物の表面に付着させるスパッター法等があるが、特に限定されない。要するに、必要とされる波長帯で必要とされる反射率を得るための最適な材料、膜厚、製膜方法が選択されれば良い。

以上の例においては蛍光板の例としてＮｄ：ＹＡＧを媒質として挙げたが、本発明の範囲は、蛍光板の材質としてこれに限定されるものではなく、この他に、９４０ｎｍ、９７０ｎｍの光を吸収して１０５０ｎｍの蛍光を発するＹｂ：ＹＡＧ、または蛍光寿命を下げる目的でＹｂ：ＹＡＧにＣｒ^４＋イオンを添加したＣｒ，Ｙｂ：ＹＡＧでも良く、７８５ｎｍや１．５μｍ近傍の光を吸収して１．６μｍや２．９μｍの蛍光を発するＥｒ：ＹＡＧでも良く、７８０ｎｍ、７８５ｎｍの光を吸収して２．０１μｍの蛍光を発するＴｍ：ＹＡＧでも良く、１．９μｍ近傍の光を吸収して、２．０１μｍの蛍光を発するＨｏ：ＹＡＧでも良く、７８０ｎｍ近傍の光を吸収して、２．０８μｍの蛍光を発するＣｒ，Ｔｍ，Ｈｏ：ＹＡＧでも良く、３５０ｎｍ、４５０ｎｍ近傍の光を吸収して５５０ｎｍの蛍光を発するＣｅ：ＹＡＧでも良い。また、可視光領域を吸収して１μｍの蛍光を発するＣｒ^３＋イオンを添加したＣｒ，Ｎｄ：ＹＡＧでも良い。以上記述した吸収波長や蛍光の波長は代表的な例であって、その媒質固有の吸収波長帯、蛍光波長の中から、個々の目的、仕様に応じて選択すれば良い。検出する蛍光波長も必ずしもその媒質の蛍光ピーク波長に設定する必要はなく、蛍光ピーク波長に近い波長のレーザ光の迷光を避けるために、蛍光ピーク波長から離れた波長で検出するようにバンドパスフィルタの透過波長を設定しても良い。また、以上の例では蛍光板、支持体の母材としてＹＡＧを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、透明な材料であれば石英やＢＫ７でも良いし、ＹＡＧより熱伝導の高いＹ_２Ｏ_３やＬｕ_２Ｏ_３、ＬｕＡＧ、ＹＡＰ、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＧＧＧ、ＧＳＧＧ、ＹＳＧＧ、ＹＳＯ、サファイアでも良い。また、母材の材質としては単結晶でも良いし、透光性セラミックでも良い。測定したいレーザ光の波長を吸収する媒質を選べば良い。蛍光板と支持体との接合は、透明な接着剤を用いても良いし、接着剤を用いず、合わせる面を互いに高精度に研磨して押し付けた光学接着（オプティカルコンタクト）でも良いが、接着強度の点では温度を上げて接着する熱圧着、拡散接合（高温融着）や低温融着がより好ましい。蛍光板の発熱による変形を避けるためには、蛍光板と支持体は膨張係数が近い、同じ母材であることがより好ましいが、発熱が小さければ支持体には蛍光板とは別の母材、例えば蛍光板の母材がＹＡＧで支持体が熱伝導の良いサファイアであっても良い。また、蛍光板の厚みはビームの光軸方向の測定位置精度を上げるためには薄い方が望ましい。しかし蛍光板を薄くするとレーザ光の透過する距離が減り、発生する蛍光の強度が低下するので、蛍光板への蛍光元素の添加量を増やすことにより所望の蛍光の強度が得られるようにすると良い。

以上の例において、対物レンズ４と結像レンズ７に焦点距離が同じレンズを用いて、蛍光板のイメージを１：１でイメージセンサ８上に結像する例と、結像レンズ７に焦点距離の異なるレンズを用いて1：２でイメージセンサ８上に結像する例を示したが、これ以外の焦点距離の異なるレンズを用いて、蛍光板上の像をイメージセンサ上に拡大、あるいは縮小して投影しても良く、レンズを３枚以上用いた結像光学系であっても良く、特に限定されない。また装置全体のサイズを小さくするために、上記の結像光学系の中に折り返しミラーを挿入して光路を折り曲げても良い。減光フィルタやバンドパスフィルタの挿入位置は、上記の例に限定されるものではなく、結像光学系のどこに挿入しても良い。

さらに減光フィルタやバンドパスフィルタの位置について、光強度が最も低くなる対物レンズと結像レンズの間にこれらを置く構成を上記例では示したが、かかる位置とは異なる位置に配置しても良く、必要に応じてそれぞれ複数枚のフィルタを用いても良い。減光フィルタの種類や減衰率、バンドパスフィルタの透過波長、透過波長幅、透過率等は、測定したいレーザ光や蛍光板の仕様等で最適に選択されると良い。さらに、イメージ素子として用いるＣＭＯＳあるいはＣＣＤイメージセンサとしては、その蛍光板が発する蛍光の波長で適切な感度がある、例えばＳｉやＧｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ等の材料が選択されると良い。

産業上の利用分野

本発明は、レーザ光のビームプロファイルを計測する機能を有する種々の装置に広く適用することができる。

１０、３０ 蛍光発生素子
１、２１ 蛍光板
２、２２ 支持体
１ａ、２１ａ レーザ光の入射面
１ｂ、２１ｂ 蛍光板と支持体との界面
Ｓ１ 第１の膜
Ｓ２ 第２の膜
Ｓ３ 第３の膜
１２、３２ レーザ光
１３、３３ 蛍光
３ ４５度プリズム
４ 対物レンズ
５ 減光フィルタ
６ バンドパスフィルタ
７ 結像レンズ
８ イメージセンサ
１１００ 透明なブロック
１１０１ 蛍光体
１１０２ 界面
１１０３ レーザ光
１１０４ 蛍光
１１０５ フィルタ
１１０６ カメラ

Claims (7)

1. レーザ光の二次元プロファイルを測定するレーザ光のビームプロファイル測定装置であって、
   レーザ光が入射する入射面と前記レーザ光が出射する出射面とを有する、板状またはブロック状の蛍光発生素子と、
   前記蛍光発生素子内で発生し前記出射面から出射する蛍光を、前記レーザ光から分離する光分離素子と、
   前記蛍光を受けるイメージ素子と、
   を含み、
   前記板状またはブロック状の蛍光発生素子は、当該蛍光発生素子の前記入射面に形成された第１の膜を含み、当該第１の膜は前記レーザ光の波長λ１を透過し前記蛍光の波長λ２を反射する反射率の波長特性を持ち、かつλ１＜λ２なる関係を満たす、
   レーザ光のビームプロファイル測定装置。
2. 前記蛍光の波長λ２における前記第１の膜の反射率が７０％以上である、請求項１に記載のレーザ光のビームプロファイル測定装置。
3. 前記蛍光の波長λ２における前記第１の膜の反射率が９０％以上である、請求項１に記載のレーザ光のビームプロファイル測定装置。
4. 前記光分離素子は第２の膜を含み、当該第２の膜は前記蛍光の波長λ２を透過し前記レーザ光の波長λ１を反射する反射率の波長特性を持つ、請求項１に記載のレーザ光のビームプロファイル測定装置。
5. 前記第１の膜はさらに、前記レーザ光の波長λ１及び前記蛍光の波長λ２の間のある波長λ０を反射する反射率の波長特性を持ち、前記第２の膜はさらに、前記波長λ０を反射する反射率の波長特性を持つ、請求項４に記載のレーザ光のビームプロファイル測定装置。
6. 前記光分離素子は第３の膜を含み、当該第３の膜は前記蛍光の波長λ２を反射し前記レーザ光の波長λ１を透過する反射率の波長特性を持つ、請求項１に記載のレーザ光のビームプロファイル測定装置。
7. 前記第１の膜はさらに、前記レーザ光の波長λ１及び前記蛍光の波長λ２の間のある波長λ０を反射する反射率の波長特性を持ち、前記第３の膜はさらに、前記波長λ０を透過する反射率の波長特性を持つ、請求項６に記載のレーザ光のビームプロファイル測定装置。

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