JPH05102603A

JPH05102603A - アレー型レーザ装置

Info

Publication number: JPH05102603A
Application number: JP26245491A
Authority: JP
Inventors: Akira Eda; 昭江田
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Priority date: 1991-10-09
Filing date: 1991-10-09
Publication date: 1993-04-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】コンパクトで高い発振効率のマルチアレー型
レーザ装置を提供する。【構成】レーザ発振のための複数の励起源と、固体レ
ーザ媒質の少なくとも一方の端面に複数の凸弧面が形成
され、この凸弧面とこの凸弧面に対向した固体レーザ媒
質の他方の端面が反射膜でコーティングされてなるレー
ザ共振器とを含み、前記凸弧面は、複数の励起源に対応
して、各々の凸弧面に励起源からの光が入射するように
レーザ媒質上に配置されていることを特徴とするアレー
型レーザ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アレー型レーザ装置に
関し、詳しくは、高密度アレー型レーザ装置の構成に関
する。

【０００２】

【従来の技術】レーザダイオードにより縦励起される固
体レーザは、広いスペクトル及び空間特性を有するポン
ピングのために、優れた利得が得られる。今までに種々
の高出力型のレーザ装置（マルチファセットポンピン
グ、ＬＤマルチプレキシング、ファイバー束ポンピング
を含む）が開発されている。

【０００３】しかし、一般に出力を増すために縦励起を
スケールアップするためには、より大きな基本モードに
耐えられるようにキャビティーを大きくすることが必要
となる。また、スケールアップすると、熱により生ずる
複屈折や収差のために利得が低下する。

【０００４】一方、キャビティーをコンパクトに保った
まま縦励起をスケールアップするための方法として、固
体レーザ媒質に入射させる励起光によって起こる熱レン
ズ効果を利用し、レーザ媒質の両側に平面鏡を配置し、
マルチアレー発振を起こさせるものがある（Oka, M. et
al. CLEO'91, p.40)。しかし、これは熱レンズ効果を
利用しているためにレーザ発振のしきい値が高く、発振
効率が低いなどの問題点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決し、コンパクトで高い発振効率のマルチアレー型
レーザ装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、複数の凸弧
面をレーザ媒質に形成し、これをレーザ共振器として使
用することにより、効率のよいマルチアレー型レーザを
構成することができることを見出し、本発明に至った。

【０００７】すなわち本発明は、レーザ発振のための複
数の励起源と、固体レーザ媒質の少なくとも一方の端面
に複数の凸弧面が形成され、この凸弧面とこの凸弧面に
対向した固体レーザ媒質の他方の端面の少なくとも一方
の端面が反射膜でコーティングされているレーザ共振器
とを備えたことを特徴とするアレー型レーザ装置であ
る。

【０００８】

【作用】励起源から出力された複数の励起光は、固体レ
ーザ媒質の端面に形成された複数の凸弧面に入射する。

【０００９】この凸弧面からレーザ媒質に入射した励起
光は、対向面及び励起光が入射する面に施されたコーテ
ィングにより反射を繰り返す。この際、各々の凸弧面は
凹面反射鏡として作用し、レーザ媒質自体で安定型レー
ザ共振器として機能し、マルチアレー型発振が起こる。

【００１０】以下、本発明の各構成について説明する。

【００１１】＜１＞固体レーザ共振器通常、安定型レーザ共振器として、レーザ媒質の両側に
凹面反射鏡を対向させて配置した構造のもの、あるいは
片側に凹面反射鏡を、他の側に平面鏡を対向さて配置し
た構造のものが知られている。一方の反射鏡は全反射鏡
で、他方の反射鏡はレーザ光の一部を透過させる反射鏡
である。

【００１２】このようなレーザシステムを小形化するた
めには反射鏡が占めるスペースをできるだけ小さくする
必要がある。更に、システムが小型化するにつれて、こ
れら反射鏡の間の距離を短くする必要がある。

【００１３】レーザ共振器を、固体レーザ媒質に凸弧面
を一体に形成することにより製造できれば、装置の小形
化等に極めて有効であり、特に高密度アレー型レーザに
有利である。このようなレーザ共振器として、図２に示
したように、レーザ媒質の一方の端面に凸弧面を一体に
形成するとともに、前記レーザ媒質の他方の端面を平面
としたものを例示できる。

【００１４】また、図３、図４に示したような接合型レ
ーザ共振器を例示できる。図３，図４で１３は光の全反
射膜、１４は光の半透過膜である。さらに、図５のよう
に、レーザ媒質の一方の端面に第１の凸弧面を一体に形
成するとともに、前記レーザ媒質の他方の端面に第２の
凸弧面を一体に形成し、第１の凸弧面にレーザ光を全反
射する全反射膜を設け、第２の凸弧面にレーザ光の一部
を反射し一部を透過させる半透過膜を形成することを特
徴とするレーザ共振器を挙げることができる。

【００１５】前記凸弧面は、概ね球面あるいは非球面、
例えば回転楕円体面であることが好ましい。この場合、
球面または非球面は半径方向に曲率半径が連続的または
段階的に異なる歪みを持っていてもよい。

【００１６】このようにレーザ媒質の表面に複数の凸弧
面を形成する第１の方法は、レーザ媒質の表面上に形成
されたフォトレジスト膜に、フォトリソグラフィー法に
よって凸弧面を形成し、レーザ媒質の表面及び前記フォ
トレジスト膜をエッチングして、フォトレジスト膜の前
記凸弧面に類似した凸弧面をレーザ媒質の表面に形成す
ることによって達成される。

【００１７】ここで、フォトリソグラフィー法で凸弧面
を形成する方法として、フォトレジスト膜に円形あるい
は楕円形のパターンを露光する露光工程において、露光
強度を前記パターンの中心から周辺に行くにつれ次第に
変化させる方法を例示できる。

【００１８】ここで、パターンの中心から周辺に行くに
つれ次第に変化させるとは、中心が白く（透明）周辺に
行くにつれて黒く（不透明）なる場合と、その逆の場合
である。

【００１９】この方法としては、例えば、以下の方法を
例示できる。写真フィルムの引き伸ばし機のような、解像度の低い
レンズを露光用レンズとして用い、フォトマスクの円形
／楕円形パターンをフォトレジスト膜に結像して露光
し、現像する方法。

【００２０】フォトレジスト膜上に形成すべき円形／
楕円形パターンをデフォーカス状態でフォトレジスト膜
に結像しフォトレジスト膜を露光した後、現像する方
法。

【００２１】パターンを形成したフォトマスクを使用
してフォトレジスト膜を露光するとき、黒または白抜き
の円形／楕円形をフォーカスをずらして写真撮影し、中
央部から周辺に行くほど黒化濃度が変化する円形／楕円
形パターンを持つネガフィルムを得、このネガフィルム
を円形／楕円形パターン転写用原板としてフォトレジス
ト膜に結像し、あるいは、フォトレジスト膜に原板を近
接または密着させた状態で露光し、現像する方法。

【００２２】露光用光学系の途中にディフーザを挿入
するなどして、散乱光を得て、散乱光で、形成すべきパ
ターンをフォトレジスト膜に結像、露光した後、現像す
る方法。

【００２３】ディフーザとは、ＢＫ−７などの光学ガラ
スの表面をアルミナ砥粒などを用いて砂ずりし、光を散
乱させる光学素子で、例えば、シグマ光器製ＤＦＳＱー
５０Ｃ０２−１５００などが例示できる。

【００２４】パターンを形成したフォトマスクをフォ
トレジスト膜から離して両者間に間隔を設けた状態でフ
ォトレジスト膜を露光した後、現像する方法。

【００２５】前記からの方法においてフォトマス
クのパタンの白黒の正逆いかんで凸弧面、凹弧面のいず
れをも形成できる。

【００２６】レーザ媒質の表面に複数の凸弧面を形成す
る第２の方法として、レーザ媒質の表面上に形成された
概ね平滑な上端面を有するフォトレジスト膜に、フォト
リソグラフィー法による露光、現像によって円柱状また
は楕円柱状のパターンのフォトレジスト膜を形成し、こ
のフォトレジスト膜を熱処理して、このフォトレジスト
膜の概ね平坦な上端面を凸弧面に変形させ、光学材料の
表面及び前記変形したフォトレジスト膜をエッチングし
て、フォトレジスト膜の前記凸弧面に類似した少なくと
も１つの凸弧面をレーザ媒質の表面に形成する方法があ
る。

【００２７】換言すれば、円形もしくは楕円形のパター
ンを形成したフォトマスクを使用してフォトレジスト膜
を露光、現像すると、露光のフォーカスが合っていれ
ば、レーザ媒質の表面に概ね平滑な上端面を有する円柱
状フォトレジスト膜が形成される。

【００２８】そこで、この円柱状または楕円柱状のフォ
トレジスト膜を構成する材料のガラス転移点を越える温
度に円柱状または楕円柱状のフォトレジスト膜を保持
し、フォトレジスト膜を熱流動せしめると、円柱状また
は楕円柱状のフォトレジスト膜の上端角部が丸く崩れ、
円柱状または楕円柱状のフォトレジスト膜が表面張力に
より丸くなって全体的にみて凸弧面に変形する。

【００２９】以上において、エッチングはドライエッチ
ングにて行うことが好ましい。ドライエッチングに使用
する気体は、使用するレーザ媒質に依存して適宜決定す
ることができる。エッチングの条件は、レーザ媒質の表
面に形成すべき凸弧面の形状に依存する。ドライエッチ
ングの場合エッチング中随時、使用する気体の種類、使
用量、流量、高周波出力、閉じ込め磁場の強度、気体イ
オンの加速電圧、エッチング時間等を連続的にまたは段
階的に変えることにより、レーザ媒質の表面に形成すべ
き凸弧面の断面形状（レーザ媒質の表面と垂直方向の断
面形状）を変えることにより凸弧面に歪みを与えること
ができる。

【００３０】からの方法において、円形または楕円
形のパターンのみならず、例えば長方形のパターンを用
いることで円筒状の凸弧面、正方形では円筒状凸弧面が
直交した形状を得ることができる。その他の多角形、例
えば６角形の場合にも断面が円周に近似した形状を形成
できる。

【００３１】前記凸弧面は、各々の凸弧面に励起光が入
射するように、励起源に合わせて配置する。励起源とし
てマルチストライプレーザダイオードを使用する場合に
は、各凸弧面の間隔が、活性導波路の間隔と等しくなる
ように集光用の光学部品を配置すればよい。

【００３２】レーザ媒質としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎ
ｄ：ＹＡＢ、Ｎｄ：Ｙ₃ Ａｌ₅Ｏ₁₂、Ｎｄ：ＹＬｉＦ₄、
Ｎｄ：ＹＶＯ₄、Ｎｄ：Ｌａ₂Ｂｅ₂Ｏ₅、Ｎｄ：Ｙ₃ Ａｌ
₃（ＢＯ₃）₄等を例示することができる。

【００３３】また、本発明に示す構成は、レーザ媒質の
みでなく非線形光学材料による第２高調波発生等にも有
効である。フォトレジストとしては、一般にポジ形フォ
トレジストと呼ばれるフェノール樹脂にジアゾ系感光材
を重合したものを使用することが好ましい。

【００３４】上記のようにして端面の片側あるいは両側
に凸弧面を形成したレーザ媒質の両端面は、光を反射す
る膜をコーティングすることにより、レーザ共振器とし
て機能することができる。励起光が入射する側は、励起
光は透過し、固体レーザ媒質から放出されたレーザ光は
ほとんど反射するようなコーティングを施し、レーザ光
の出力側には励起光はほとんど反射し、増幅されたレー
ザ光の一部が透過するようにコーティングを施す。

【００３５】コーティングの方法としては、真空蒸着法
あるいはスパッタ法により、屈折率の異なる２種類の薄
膜を各々、目的の反射波長での光学長が１／２波長に相
当する厚さに交互に積層する方法が例示できる。

【００３６】＜２＞励起源上記レーザ共振器の励起源として、クリプトン・アーク
ランプ、キセノン・フラッシュランプ等を使用すること
ができるが、低電力化、高効率化、小型化等の観点か
ら、半導体レーザが好ましい。特に、アレー型レーザの
励起源としては、複数のレーザ光を出力するマルチスト
ライプ型半導体レーザ、例えばマルチストライプ型のレ
ーザダイオードを使用することが装置を簡略化するのに
好ましい。

【００３７】このように、複数のレーザ光を出射する励
起源を使用すれば、その復数のレーザ光に対応して、レ
ーザ媒質の端面に凸弧面を形成すればよいから、装置構
成がきわめて簡略化できる。

【００３８】但し、前記各励起源として、クリプトン・
アークランプ、キセノン・フラッシュランプや、シング
ル形の半導体レーザなど、一つのレーザ光を出力するレ
ーザ装置であっても本発明に使用可能であり、この場
合、各レーザ装置から出力されたレーザ光を前記各凸弧
面に入力するよう案内する光ファイバを設けるとよい。

【００３９】励起光源の波長は、レーザ媒質の吸収スペ
クトルに一致あるいは近接していることが必要である。
レーザダイオードを励起源とする場合は、例えば、レー
ザ媒質の吸収波長付近で発振するものを選択し、次に吸
収が最大となるように温度を変えてチューニングするこ
とにより、レーザ媒質の吸収スペクトルに一致させるこ
とができる。

【００４０】レーザ媒質としてＮｄ：ＹＡＧを使用する
場合は、好ましい励起源としてＧａＡｌＡｓ半導体レー
ザを挙げることができる。

【００４１】＜３＞本発明のアレー型レーザ装置の構成本発明のアレー型レーザ装置は、前記固体レーザ共振器
と励起源とを、固体レーザ共振器に形成された凸弧面に
励起光が集光するように配置することにより構成され
る。通常励起源から出力される励起光は一定の角度をも
って射出されるので、マルチストライプ型レーザダイオ
ードの各活性導波路から出た複数のレーザ光を固体レー
ザ媒質の表面に形成された各々の凸弧面に入射させるに
際しては、必要に応じてフォーカシングレンズを介在さ
せてもよい、このフォーカシングレンズにより複数のレ
ーザ光は、平行光に直され、あるいはスポット状に絞ら
れ、固体レーザ媒質の表面に形成された各々の凸弧面に
集光し、この凸弧面からレーザ媒質の内部に入光する。

【００４２】

【実施例】本発明の実施例を説明する。はじめに、本発
明に用いるレーザ共振器の製造方法についての実施例を
説明する。

【００４３】

【実施例１】まず、本発明のレーザ共振器を製造するに
際し、レーザ媒質に凸弧面を形成する方法についての第
１の実施例を説明する。

【００４４】Ｎｄ：ＹＡＧ結晶からなるレーザロッド表
面上に、東京応化工業株式会社製フォトレジストＯＦＰ
Ｒ８００をスピンコートした後プリベークして０．６μ
ｍ厚さのフォトレジスト膜４２を形成した（図６
（ａ））。

【００４５】次いで、Ｆ４に設定したＦＵＪＩＮＯＮ
ＥＸ５０ｍｍレンズを取り付けた富士写真フィルム
株式会社製ＣＦ６７０型引き伸ばし機５０を露光装置と
して使用し、この引き伸ばし機を、露光用原板５２に形
成されたパターンの大きさとかかるパターンの像の大き
さとが１：１となるように調整した。尚、図示しない
が、上部ランプハウスを取り外して中心波長４００ｎｍ
のコールドミラーを取り付け、ウシオ社製ランプハウス
ＵＩＳ−５１００型に超高圧水銀ランプをセットして紫
外線を導入し露光用光源とした。原板５２のパターンは
円形パターンとした。

【００４６】フォトレジスト膜４２の形成されたレーザ
ロッド４０をフォーカス位置にセットし（図６（ｂ）参
照）、紫外線を照射して原板５２に形成されたパターン
をフォトレジスト膜４２に結像した後、フォトレジスト
膜４２を現像すると、図６（ｃ）に示すように、直径１
００μｍの円形のフォトレジスト膜４２がレーザロッド
４０の表面上に残された。この円形のフォトレジスト膜
４２の表面は概ね球面状であり、表面の曲率半径は約２
ｍｍであった。

【００４７】写真フィルムの引き伸ばし機のような解像
度の低いレンズを使用した場合、フォトレジスト膜４２
へ照射される紫外線量は、個々の円形パターンの中心部
から周辺部に向かうに従って増加する。それ故、パター
ンが結像されたフォトレジスト膜４２を現像すると、レ
ーザロッド４０表面上に残されたフォトレジスト膜４２
の厚さは、個々の円形パターンの中心部から周辺部に向
かって薄くなる。従って、現像後のフォトレジスト膜４
２の表面は概ね球面状となる。

【００４８】尚、フォトレジスト膜４２の形成されたレ
ーザロッド４０をフォーカス位置から３ｍｍずらしてセ
ットし、同様の処理を行った場合、直径６０μｍの円形
のフォトレジスト膜４２がレーザロッド４０の表面上に
残された。この円形のフォトレジスト膜４２の表面は概
ね球面状であり、球面の曲率半径は約１．５ｍｍであっ
た。

【００４９】また、白抜きの円形をフォーカスをずらし
て写真撮影し、円形の中央部が黒、周辺に行くほど黒化
濃度が減少する円形パターンを持つネガフィルムを得、
このネガフィルムを円形パターン転写用原板５２として
使用した場合、特にフォーカス位置をずらさなくとも半
球状のフォトレジストパターンが形成できた。

【００５０】このようにして得られた直径１００μｍの
円形のフォトレジスト膜４２の形成されたレーザロッド
４０を、日電アネルバ社製ＥＣＲ−３１０型ドライエ
ッチング装置を使用してドライエッチングした。ドライ
エッチング条件は、ドライエッチング装置を６．５×１
０^-4Ｐａ迄排気した後、装置にＣ₂Ｆ₆を５ＳＣＣＭ（St
andard Curbic Centimeter Minute)に導入し、高周波出
力３００Ｗ、閉じ込め磁界１０^-2Ｔ、イオンの加速電圧
５００Ｖとし、エッチング時間を１時間とした。

【００５１】この条件でのドライエッチングによって、
レーザロッド４０表面上に形成されたフォトレジスト膜
４２はエッチングされて完全に消失した。同時にレーザ
ロッド４０もエッチングされ、レーザロッド４０表面に
は、直径約１００μｍ、曲率半径約４ｍｍの概ね球面状
の凸弧面１２が形成された（図６（ｄ））。レーザロッ
ド４０表面に形成された凸弧面１２の曲率半径とフォト
レジスト膜４２の表面の曲率半径とが異なるのは、レー
ザロッド４０とフォトレジスト膜４２のエッチング速度
が異なるためである。

【００５２】

【実施例２】次に、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶からなるレーザロ
ッドに凸弧面を形成する方法についての第２の実施例を
説明する。

【００５３】レーザロッド４０表面上に、東京応化工業
株式会社製フォトレジストＯＦＰＲ８００をスピンコー
トした後プリベークして０．６μｍ厚さのフォトレジス
ト膜４２を形成した（図７（ａ））。ＱＵＩＮＴＥＬ
Ｑ６０００型マスクアライナーを使用し、フォトマスク
６０とフォトレジスト膜４２との間の間隔を２０μｍに
保持した状態にて露光した（図７（ｂ））。

【００５４】尚、このとき、フォトマスク６０上に、１
ｍｍ厚さの光学ガラスＢＫ７の両面を＃１５００のアル
ミナ砥粒で砂ずりしたディフーザ６２（シグマ光器製
ＤＦＳＱ−５０Ｃ０２−１５００）を置き、ディフーザ
６２を透過した散乱光がフォトマスク６０を介してレー
ザロッド４０上のフォトレジスト膜４２を露光するよう
にした。この場合、ソーダライムガラス製、４インチ
角、０．０９インチ厚さで、直径１００μｍ以下の円形
パターンを有するフォトマスク６０を使用した。

【００５５】次いで、東京応化工業株式会社製ＮＭＤ−
３現像液を使用して、フォトレジスト膜４２の現像を行
った。現像、純水リンス後、レーザロッド４０上には直
径１００μｍ以下の円形パターンのフォトレジスト膜４
２が残った（図７（ｃ））。

【００５６】フォトレジスト膜４２の表面は、曲率半径
約４ｍｍの概ね球面状の凸弧面４２ａであった。このよ
うに散乱光を用い、フォトマスク６０とフォトレジスト
膜４２との間に適当な間隔を設けることによって、概ね
球面状の凸弧面４２ａを有する円形のフォトレジスト膜
４２を形成することができた。

【００５７】このようにして得られたレーザロッド４０
を、日電アネルバ社製ＥＣＲ−３１０型ドライエッチ
ング装置を使用してドライエッチングした。ドライエッ
チング条件は、ドライエッチング装置を６．５×１０^-5
Ｐａ迄排気した後、装置にＣ₂Ｆ₆を５ＳＣＣＭ導入し、
高周波出力３００Ｗ、閉じ込め磁界１０^-2Ｔ、イオンの
加速電圧７００Ｖとし、エッチング時間を２０分間とし
た。

【００５８】この条件でのドライエッチングによって、
レーザロッド４０表面上に形成されたフォトレジスト膜
４２はエッチングされて完全に消失した。同時にレーザ
ロッド４０もエッチングされ、レーザロッド４０表面に
は、直径約１００μｍ、曲率半径約４ｍｍの概ね球面状
の凸弧面１２が形成された（図７（ｄ））。

【００５９】

【実施例３】更に、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶からなるレーザロ
ッドに凸弧面を形成する第３の実施例を説明する。

【００６０】１５μｍ厚さのフォトレジスト膜４２をレ
ーザロッド４０上に形成し、フォトマスク６０とフォト
レジスト膜４２との間の間隔を８ｍｍに保持し、直径１
ｍｍの円形パターンを有するフォトマスク６０を使用し
て露光を行い、実施例２と同様の条件にて現像し、レー
ザロッド４０表面上に円形のフォトレジスト膜４２を残
した。残ったフォトレジスト膜４２の直径は０．８ｍ
ｍ、表面の曲率半径は約８ｍｍであった。かかるレーザ
ロッド４０を、実施例２と同様にドライエッチングし
た。但し、エッチング時間は８時間とした。エッチング
後のレーザロッド４０の表面には、直径１ｍｍ、曲率半
径８ｍｍの概ね球面状の凸弧面１２が形成された。

【００６１】ドライエッチングの条件、例えばドライエ
ッチング装置に導入するガスの量、加速電圧等を変える
ことによって、フォトレジスト膜４２とレーザロッド４
０のエッチング速度の比を変えることができる。これに
よって、レーザロッド４０上に残されたフォトレジスト
膜４２の凸弧面４２ａの曲率半径が同じであっても、ド
ライエッチング後のレーザロッド４０表面の凸弧面１２
の曲率半径を変えることができる。例えば、直径１００
μｍ、曲率半径約４ｍｍの概ね球面状の凸弧面４２ａを
有するフォトレジスト膜４２が形成されたレーザロッド
４０を下記のドライエッチング条件にてドライエッチン
グしたとき、得られたレーザロッド４０表面の概ね球面
状の凸弧面１２の曲率半径は下記のとおりとなった。

【００６２】

【００６３】

【実施例４】更に、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶からなるレーザロ
ッドに凸弧面を形成する第４の実施例を説明する。レー
ザロッド表面上に、東京応化工業株式会社製フォトレジ
ストＯＦＰＲ８００をスピンコートした後プリベークし
て８μｍ厚さのフォトレジスト膜４２を形成した（図８
（ａ））。

【００６４】次に、フォトレジスト膜４２上にフォトマ
スク６０を密着させた、所謂密着露光法によって、直径
１００μｍの円形パターンを露光した（図８（ｂ））。
このフォトレジスト膜４２を東京応化工業株式会社製Ｎ
ＭＤ−３現像液を使用して現像し、純水にてリンスし
た。レーザロッド４０上には直径１００μｍの円柱状の
フォトレジスト膜４２が残った（図８（ｃ））。

【００６５】このレーザロッド４０を１７５℃のクリー
ンオーブンに３０分間入れた。フォトレジスト膜４２
は、フォトレジスト膜４２を構成する材料のガラス転移
点を越える温度以上に保持されるため、一部分が熱流動
して液滴状に変形し、曲率半径約１００μｍの概ね球面
状の凸弧面４２ａが形成された（図８（ｄ））。フォト
レジスト膜４２の加熱条件は、フォトレジスト膜４２を
構成する材料のガラス転移点以上であってフォトレジス
ト膜４２の一部分が熱流動するのに十分な温度及び時間
であればよく、１５０℃、３０分でも同様の結果が得ら
れた。

【００６６】このようにして得られたレーザロッド４０
を、日電アネルバ社製ＥＣＲ−３１０型ドライエッチ
ング装置を使用してドライエッチングした。ドライエッ
チング条件は、ドライエッチング装置を６．５×１０^-4
Ｐａ迄排気した後、装置に酸素を５ＳＣＣＭ導入し、高
周波出力３００Ｗ、閉じ込め磁界１０^-2Ｔ、イオンの加
速電圧５００Ｖとし、エッチング時間を１時間とした。

【００６７】この条件でのドライエッチングによって、
レーザロッド４０表面上に形成されたフォトレジスト膜
４２はエッチングされて完全に消失した。同時にレーザ
ロッド４０もエッチングされ、レーザロッド４０表面に
は、直径約１００μｍ、曲率半径約５ｍｍの概ね球面状
の凸弧面１２が形成された（図８（ｅ））。

【００６８】イオンの加速電圧を変えることによって、
エッチング速度を変化させることができ、加速電圧３０
０Ｖ及び７００Ｖの各々において、レーザロッド４０表
面の概ね球面状の凸弧面１２の曲率半径は各々約１０及
び２．５ｍｍであり歪を持った球面となった。

【００６９】また、フォトマスク６０のパターンとし
て、円形ではなく楕円形を用いた場合、最終的に形成さ
れるレーザロッド４０表面の凸弧面１２は球面状ではな
く、回転楕円体面状となるが、かかる回転楕円体面状の
凸弧面１２も上記の実施例の方法により容易に形成する
ことができた。

【００７０】

【実施例５】フォトマスク６０のパターンが長径１５０
μｍ、短径７５μｍの楕円形であることを除き、実施例
４と同様の方法でレーザロッド４０表面に凸弧面１２を
形成した。イオンの加速電圧を５００Ｖとした場合、得
られたレーザロッド４０表面の凸弧面１２は、長径側曲
率半径約１１．３ｍｍ、短径側曲率半径約２．８ｍｍの
回転楕円体面状であった。

【００７１】Ｎｄ：ＹＡＧ結晶以外のレーザ媒質におい
ても、エッチング速度がＮｄ：ＹＡＧ結晶と異なる以
外、上記の実施例１〜６と同様の方法により容易にその
表面に凸弧面１２を形成することができる。

【００７２】

【実施例６】この実施例は球面を形成したフォトレジス
トをマスクにして、エッチング途中でエッチング条件を
連続的に変化させた場合、エッチング後のレーザロッド
の球面状凸弧面がどのように変化するかを実験した例で
ある。まず、フォトレジスト膜４２を６μｍの厚さに形
成した他は実施例５と同様にしてレーザロッド４０上に
曲率半径約１００μｍの概ね球面状の凸弧面４２ａを形
成した。

【００７３】次にこうしてフォトレジストで疑似球面を
形成したレーザロッド４０を日電アネルバ社製ＥＣＲ−
３１０型ドライエッチング装置にセットし、６．５×１
０^-4Ｐａ迄排気した後、酸素を５ＳＣＣＭ導入し、高周
波出力３００Ｗ、閉じ込め磁界１０^-2Ｔ、イオンの加速
電圧を５００Ｖから１Ｖ／分の早さで下げて１時間３０
分エッチングした。

【００７４】このとき、フォトレジストは完全に消失
し、フォトレジストの形状がレーザロッド上に転写さ
れ、直径約１００μｍ、曲律半径が、中心部では５ｍ
ｍ、周辺部では４．３ｍｍの歪を持った球面が作製でき
た。

【００７５】図９は東京応化製フォトレジストＯＦＰＲ
８００をマスクとしてＢＫ７レーザロッドをエッチング
した時のＥＣＲ−３１０装置で加速電圧（Ｘ軸）とフォ
トレジストとレーザロッドとのエッチング速度の比を示
す。この図から明らかなように、エッチング途中でエッ
チング条件を連続的に変化させると、レーザロッドの球
面に対し半径方向に任意の歪を与えることができる。

【００７６】本実施例では加速電圧を連続的に変化さ
せ、エッチング後の形状をコントロールしたが、加速電
圧に限らずガス流量、高周波出力等の他のパラメータを
変えても同じ効果が得られる。また、連続的にではな
く、段階的に変化させても、半径方向に段階的な歪を持
つ球面が得られる。

【００７７】現像リンス後の形状を楕円柱とした場合、
この方法で、レーザダイオードの集光には最適な非球面
の楕円体レンズが製作可能である。この方法によれば、
エッチング途中にエッチング条件を変更して球面から任
意の歪みを持った非球面を形成できる。

【００７８】以上実施例１から実施例６で凸弧面を形成
したレーザロッドは、端面にコーティングを施すことに
より、本発明のレーザ共振器として使用することができ
る。

【００７９】

【実施例７】次に、本発明のレーザ装置についての実施
例を説明する。図１に本発明のレーザ装置の１例の概略
を示す。このレーザ装置は、固体レーザ共振器４、フォ
ーカシングレンズ２，３、及びレーザ発振の励起光源と
してのマルチストライプ型レーザダイオード１から構成
される。

【００８０】マルチストライプ型レーザダイオード１
は、発振波長が８０９ｎｍとなるように設計されたＧａ
ＡｌＡｓダブルヘテロ型レーザダイオードであり、幅３
μｍの活性導波路を１００μｍ間隔で５本有している。
フォーカシングレンズ２，３は、ＮｅｗＰｏｒｔ社製
のフォーカシングレンズＦ−Ｌ４０Ｂである。

【００８１】固体レーザ共振器４は、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶
からなるレーザロッドで、端面に、直径９５μｍ、曲率
半径７ｍｍの凸弧面を直線状に１００μｍ間隔で５個形
成し、励起光の入射面には、波長１．０６μｍでの反射
率９９．９５％、８１０ｎｍでの透過率８３％、対向面
には、１．０６μｍでの反射率９６．５％、８１０ｎｍ
での反射率９９．８％となるようにコーティングを施し
てある。この共振器長は、３．７５ｍｍである。

【００８２】レーザロッド端面への凸弧面の形成は、以
下のようにして行った。レーザロッド（２０ｍｍ×２０
ｍｍ×３．７５ｍｍ）の端面に、東京応化工業株式会社
製フォトレジストＯＦＰＲ８００をスピンコートした後
プリベークして０．６μｍ厚さのフォトレジスト膜２２
を形成した（図６（ａ））。

【００８３】次いで、Ｆ４に設定したＦＵＪＩＮＯＮ
ＥＸ５０ｍｍレンズを取り付けた富士写真フィルム
株式会社製ＣＦ６７０型引き伸ばし機５０を露光装置と
して使用し、この引き伸ばし機を、露光用原板５２に形
成されたパターンの大きさとかかるパターンの像の大き
さとが１：１となるように調整した。尚、図示しない
が、上部ランプハウスを取り外して中心波長４００ｎｍ
のコールドミラーを取り付け、ウシオ社製ランプハウス
ＵＩＳ−５１００型に超高圧水銀ランプをセットして紫
外線を導入し露光用光源とした。原板５２のパターンは
円形パターンとした。

【００８４】フォトレジスト膜４２の形成されたレーザ
ーロッド４０をフォーカス位置にセットし（図６（ｂ）
参照）、紫外線を照射して原板５２に形成されたパター
ンをフォトレジスト膜４２に結像した後、フォトレジス
ト膜４２を現像すると、図６（ｃ）に示すように、直径
９６μｍの円形のフォトレジスト膜４２ａがレーザロッ
ド４０の表面上に残された。この円形のフォトレジスト
膜４２ａの表面は概ね球面状であり、表面の曲率半径は
約５ｍｍであった。

【００８５】写真フィルムの引き伸ばし機のような解像
度の低いレンズを使用した場合、フォトレジスト膜４２
へ照射される紫外線量は、個々の円形パターンの中心部
から周辺部に向かうに従って増加する。それ故、パター
ンが結像されたフォトレジスト膜４２を現像すると、レ
ーザロッド端面上に残されたフォトレジスト膜４２の厚
さは、個々の円形パターンの中心部から周辺部に向かっ
て薄くなる。従って、現像後のフォトレジスト膜４２の
表面は概ね球面状となる。

【００８６】尚、フォトレジスト膜４２の形成されたレ
ーザロッド４０をフォーカス位置から１．５ｍｍずらし
てセットし、同様の処理を行った場合、直径６０μｍの
円形のフォトレジスト膜４２がレーザロッド４０の表面
上に残された。この円形のフォトレジスト膜４２の表面
は概ね球面状であり、球面の曲率半径は約１２ｍｍであ
った。

【００８７】また、白抜きの円形をフォーカスをずらし
て写真撮影し、円形の中央部が黒、周辺に行くほど黒化
濃度が減少する円形パターンを持つネガフィルムを得、
このネガフィルムを円形パターン転写用原板５２として
使用した場合、特にフォーカス位置をずらさなくとも半
球状のフォトレジストパターンが形成できた。

【００８８】このようにして得られた、直径９６μｍの
円形のフォトレジスト膜４２の形成されたレーザロッド
４０を日電アネルバ社製ＥＣＲ−３１０型ドライエッ
チング装置を使用してドライエッチングした。ドライエ
ッチング条件は、ドライエッチング装置を６．５×１０
^-4Ｐａ迄排気した後、装置にＣ₂Ｆ₆を５ＳＣＣＭ（Stan
dard Curbic Centimeter Minute)に導入し、高周波出力
３００Ｗ、閉じ込め磁界１０^-2Ｔ、イオンの加速電圧５
００Ｖとし、エッチング時間を１時間とした。

【００８９】この条件でのドライエッチングによって、
レーザロッド４０端面上に形成されたフォトレジスト膜
４２はエッチングされて完全に消失した。同時にレーザ
ロッド４０もエッチングされ、端面上には、直径約９５
μｍ、曲率半径約７ｍｍの概ね球面状の凸弧面１２が形
成された（図６（ｄ））。レーザロッド端面に形成され
た凸弧面の曲率半径とフォトレジスト膜の表面の曲率半
径とが異なるのは、それぞれのエッチング速度が異なる
ためである。

【００９０】コーティングは、真空蒸着装置を用いて、
ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂を光学的に１／２波長に相当する薄膜
を交互に積層した。具体的には、励起光の入射面はＳｉ
Ｏ₂約０．３６μｍとＴｉＯ₂約０．２７μｍを交互に８
周期（計１６層）積層した。出射面は、ＳｉＯ₂約０．
３６μｍとＴｉＯ₂約０．２７μｍを交互に４周期（計
８層）積層した後、８１０ｎｍの反射膜として、ＳｉＯ
₂約０．２７μｍとＴｉＯ₂約０．２１μｍを交互に８周
期（計１６層）積層した。

【００９１】このようにして作製したアレー型レーザ共
振器４、レーザダイオード１、フォーカシングレンズ
２、３は、レーザダイオード１から出力されるレーザ光
が、レーザロッドの端面上の凸弧面に入射するように配
置した。

【００９２】

【実施例８】次に、本発明のレーザ装置の出力光の近視
野像を調べた。図１０に近視野像観察のための装置の構
成を示した。励起源には発振波長８０９ｎｍのマルチス
トライプ型レーザダイオード（ＳＰＥＣＴＲＡＤＩＯ
ＤＥＬＡＢＳ．製ＳＤＬ２４３２型）を用い、励起源側
のフォーカシングレンズ２には、ＮｅｗＰｏｒｔ社製
のフォーカシングレンズＦ−Ｌ４０Ｂ（焦点距離４．
８ｍｍ）を、レーザ共振器側のフォーカシングレンズ３
には、オリンパス社製フォーカシングレンズＡＶ１８
１５（焦点距離１８．０７ｍｍ）を使用した。

【００９３】レーザ共振器３は、実施例８と同様にして
Ｎｄ：ＹＡＧロッドに凸弧面を形成し、このロッドの両
端面にコーティングを行ったレーザ共振器であり、フォ
ーカシングレンズ側の面に、直径９５μｍ、曲率半径７
ｍｍの凸弧面を１００μｍ間隔で３個形成したものであ
る。

【００９４】これらを、レーザダイオード１から出力さ
れるレーザ光が、レーザロッドの端面上の凸弧面に入射
するように配置し、さらに図１０に示したように、レー
ザロッドの出力側に、８１０ｎｍの励起光を減衰し、
１．０６μｍのＮｄ：ＹＡＧ結晶の発振波長を透過する
フィルター５（シグマ光器製ＩＴＦ−５０Ｓ−１００
ＲＭ）と、近視野像を観察するための平凸レンズ（焦点
距離５０ｍｍ）と、図示しないビームプロファイラーの
ＣＣＤ素子７を配置した。

【００９５】上記レーザダイオード１は、１０μｍ間隔
で１００μｍ幅にわたって活性導波路を持ち、フォーカ
シングレンズ２、３により１００μｍ幅の発光を４００
μｍ幅に拡大投影して３個の球面を励起し、３本のレー
ザビームを得ることができる。上記装置でレーザ発振を
行ったときの近視野像を図１１に示す。

【００９６】図１１から明らかなように、ビームのプロ
フィールが近似する３本のレーザビームが同時に発振し
ていることがわかる。

【００９７】

【実施例９】次に、図１２に本発明のレーザ装置の第２
の実施例を示す。この例では、シングル形のレーザダイ
オードを４つ設け、このレーザダイオードからのレーザ
光をそれぞれ案内する４本の光ファイバを有している。
そして、４本の光ファイバは、先端部が束ねられてレー
ザ共振器４に対向している。レーザ共振器４は先の実施
例と同様に製造されたもので、４つの凸弧面が４本の光
ファイバの束に対応し、レーザ媒質の端面において正４
角形の４角に配置されている。また、光ファイバとレー
ザ共振器との間にフォーカシングレンズが配置されてい
る。

【００９８】本実施例の作用、効果も先の実施例と同様
である。

【００９９】

【発明の効果】本発明によれば、固体レーザ媒質の端面
に複数の凸弧面を形成することでコンパクトなレーザ共
振器を作ることができ、安価で安定に作動する高効率な
マルチアレー型レーザ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ装置の１例を示した模式図

【図２】凸弧面をレーザ媒質の片端面に形成したレーザ
共振器の断面図

【図３】２材料接合型レーザ共振器で両端面に凸弧面を
形成した例の断面図

【図４】２材料接合型レーザ共振器で片端面に凸弧面を
形成した例の断面図

【図５】凸弧面をレーザ媒質の両端面に一体に形成した
レーザ共振器の断面図

【図６】レーザ媒質に凸弧面を形成する方法の一例を示
した工程図

【図７】レーザ媒質に凸弧面を形成する方法の他の一例
を示した工程図

【図８】レーザ媒質に凸弧面を形成する方法の更に他の
一例を示した工程図

【図９】ドライエッチング条件として加速電圧を変化さ
せたときのフォトレジスト膜／ガラス基板の速度を比較
した図

【図１０】近視野像観察のための光学機器の構成を示し
た図

【図１１】近視野像の一例を示した図

【図１２】本発明のレーザ装置の他の例を示した模式図

【符号の説明】

１マルチアレイ型レーザダイオード２，３フォーカシングレンズ４レーザ共振器５フィルター６平凸レンズ７ＣＣＤ素子８シングル型レーザダイオード９光ファイバー１２（１２ａ、１２ｂ）光学材料表面の凸弧面１３全反射膜１４半透過膜４０レーザ媒質４２フォトレジスト膜４２ａフォトレジスト膜に形成された凸弧面５０引き伸ばし機５２露光用原板６０フォトマスク６２ディフーザ

【手続補正書】

【提出日】平成４年９月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４１】＜３＞本発明のアレー型レーザ装置の構成本発明のアレー型レーザ装置は、前記固体レーザ共振器
と励起源とを、固体レーザ共振器に形成された凸弧面に
励起光が集光するように配置することにより構成され
る。通常励起源から出力される励起光は一定の角度をも
って射出されるので、マルチストライプ型レーザダイオ
ードの各活性導波路から出た複数のレーザ光を固体レー
ザ媒質の表面に形成された各々の凸弧面に入射させるに
際しては、必要に応じてフォーカシングレンズを介在さ
せてもよい。このフォーカシングレンズにより複数のレ
ーザ光は、平行光に直され、あるいはスポット状に絞ら
れ、固体レーザ媒質の表面に形成された各々の凸弧面に
集光し、この凸弧面からレーザ媒質の内部に入光する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７４】このとき、フォトレジストは完全に消失
し、フォトレジストの形状がレーザロッド上に転写さ
れ、直径約１００μｍ、曲率半径が、中心部では５ｍ
ｍ、周辺部では４．３ｍｍの歪を持った球面が作製でき
た。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８２】レーザロッド端面への凸弧面の形成は、以
下のようにして行った。レーザロッド（２０ｍｍ×２０
ｍｍ×３．７５ｍｍ）の端面に、東京応化工業株式会社
製フォトレジストＯＦＰＲ８００をスピンコートした後
プリベークして０．６μｍ厚さのフォトレジスト膜４２
を形成した（図６（ａ））。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ発振のための複数の励起源と、固
体レーザ媒質の少なくとも一方の端面に複数の凸弧面が
形成され、この凸弧面とこの凸弧面に対向した固体レー
ザ媒質の他方の端面のうち少なくとも一方の端面が反射
膜でコーティングされているレーザ共振器とを備えたこ
とを特徴とするアレー型レーザ装置。
【請求項２】前記複数の励起源からの励起光が、前記
凸弧面により構成される各々のレーザ共振器に対応して
入射するように配置したことを特徴とする請求項１記載
のアレー型レーザ装置。
【請求項３】前記複数の励起源が、複数のレーザ光を
出力するマルチストライプ型半導体レーザであることを
特徴とする請求項１又は２に記載のアレー型レーザ装
置。
【請求項４】前記各励起源が一つのレーザ光を出力す
るレーザ装置であり、各レーザ装置から出力されたレー
ザ光を前記各凸弧面に入力するよう案内する光ファイバ
を備えた請求項１記載のアレー型レーザ装置。
【請求項５】前記固体レーザ媒質が、Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザロッドであることを特徴とする請求項１〜４のいず
れか一項に記載のアレー型レーザ装置。