JPH05267771A - Solid-state laser device and laser etching, laser marking, blood component mesuruing, and laser anneal device thereof - Google Patents

Solid-state laser device and laser etching, laser marking, blood component mesuruing, and laser anneal device thereof

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JPH05267771A
JPH05267771A JP6314292A JP6314292A JPH05267771A JP H05267771 A JPH05267771 A JP H05267771A JP 6314292 A JP6314292 A JP 6314292A JP 6314292 A JP6314292 A JP 6314292A JP H05267771 A JPH05267771 A JP H05267771A
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JP
Japan
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laser
rod
light
wavelength
solid
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JP6314292A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiwamu Takehisa
究 武久
Makoto Yano
▲真▼ 矢野
Koji Kuwabara
皓二 桑原
Kazuhiro Ogawa
和宏 小川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a solid-state laser device having a high-efficiency, high- output pumping lamp capable of generating CW laser light of a wavelength shorter than a prescribed wavelength. CONSTITUTION:Tungsten halogen lamps 2a and 2b provided with fine filaments 2a' and 2b' are enveloped in cylindrical tubes 3a and 3b whose peripheries are coated with film material high in transmissivity to a wavelength band less than 0.85mum and high in reflectivity to a wavelength band larger than 0.85mum. Exiting light less than 0.8mum in wavelength radiated from the tungsten halogen lamps 2a and 2b is made to irradiate a crystal rod 1 which contains trivalent chrome ions penetrating through the cylindrical tubes 3a and 3b for densely exciting it.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は固体レーザ装置、及びこ
の固体レーザ装置を用いたレーザエッチング装置,レー
ザマーキング装置,血液成分測定装置、並びにレーザア
ニール装置に係り、特に、約0.5 ミクロン以下の波長
で高出力の連続波を高効率に発生させることができる固
体レーザ装置、及びこの固体レーザ装置を用いたレーザ
エッチング装置,レーザマーキング装置,血液成分測定
装置、並びにレーザアニール装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state laser device, and a laser etching device, a laser marking device, a blood component measuring device, and a laser annealing device using the solid-state laser device, and more particularly to about 0.5 micron or less. The present invention relates to a solid-state laser device capable of generating a high-power continuous wave with high efficiency at a wavelength, a laser etching device, a laser marking device, a blood component measuring device, and a laser annealing device using this solid-state laser device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、可視域以下の短波長帯で出力
がワットクラス以上の高出力レーザとしては、エキシマ
レーザが一般的である。
2. Description of the Related Art Hitherto, an excimer laser has been generally used as a high-power laser having an output of watt class or more in a short wavelength band below the visible range.

【0003】しかし、これはパルス動作しかしないた
め、連続波(以下CWと記す)で高い出力が出せるレー
ザとしては、アルゴンイオンレーザ(主な発振波長は0.
514ミクロンと0.488 ミクロン)やYAGレーザ
(3価のネオジウムイオンが混入したY3Al512結晶
をレーザ媒質として用いた固体レーザ)の第2高調波
(非線形光学素子を用いて、レーザ発振する基本波から
半分の波長のレーザ光を発生させたものであり、これを
発生させることは一般にSHGと呼ばれている。YAG
レーザの場合では波長は0.532 ミクロンになる)が
一般に利用されていた。
However, since this is a pulse operation only, as a laser capable of producing a high output by a continuous wave (hereinafter referred to as CW), an argon ion laser (main oscillation wavelength is 0.1.
514 micron and 0.488 micron) and the second harmonic of a YAG laser (solid-state laser using Y 3 Al 5 O 12 crystal mixed with trivalent neodymium ions as a laser medium) (laser using a non-linear optical element) Laser light having a half wavelength is generated from the oscillating fundamental wave, and the generation of this laser light is generally called SHG.
In the case of a laser, the wavelength is 0.532 micron).

【0004】そこで、波長約0.45 ミクロン以下の青
色から紫外域でCWのレーザ光を発生できるレーザとし
ては、主にヘリウムカドミウムレーザ(発振波長は、主
に0.325ミクロンと0.4416ミクロン。以下、H
eCdレーザと記す)等しか無かった。
Therefore, as a laser capable of generating CW laser light in the blue to ultraviolet region having a wavelength of about 0.45 micron or less, mainly a helium cadmium laser (oscillation wavelengths are mainly 0.325 micron and 0.4416 micron) is used. Below, H
eCd laser) and the like.

【0005】ところが、アルゴンイオンレーザやHeC
dレーザは、イオンレーザであり電気効率はおよそ0.
01% 以下と極めて低く、さらに気体レーザであるた
め、レーザガスや電極が劣化することがあり、長くても
数千時間程度ごとにレーザチューブごと交換する必要が
あるなど寿命的にも問題がある。
However, argon ion laser and HeC
The d-laser is an ion laser, and its electric efficiency is about 0.0.
It is extremely low at 01% or less, and since it is a gas laser, the laser gas and electrodes may deteriorate, and there is also a problem in terms of life such that the laser tube must be replaced every several thousand hours at the longest.

【0006】さらにまた、HeCdレーザにおいては、
波長0.325ミクロン、及び0.4416 ミクロンで
は、50mW、及び200mW程度の出力しか得られず
高出力化が困難であった。
Furthermore, in HeCd lasers,
At wavelengths of 0.325 micron and 0.4416 micron, it was difficult to achieve high output since only outputs of about 50 mW and 200 mW were obtained.

【0007】一方、イオンレーザに比べて高出力、か
つ、高効率で動作し、レーザ媒質が半永久的に使用可能
である特徴を有する固体レーザにおいては、全体として
の効率が悪くならない様に、他のレーザを励起光源とせ
ずに、ランプ等を励起光源として、波長0.5 ミクロン
以下で直接レーザ発振できる実用的な装置は現在のとこ
ろ存在しないことから、SHGにより短波長化する方法
が有利である。特に、非線形光学結晶をレーザの共振器
内の光軸中に置く内部共振器型と呼ばれる波長変換(以
下内部波長変換と示す。)では、波長変換効率が30%
から50%程度も高くすることができるとされている。
On the other hand, in a solid-state laser having a characteristic that the output power is higher and the efficiency is higher than that of the ion laser, and the laser medium can be used semipermanently, the efficiency as a whole is not deteriorated. Since there is currently no practical device that can directly oscillate a laser at a wavelength of 0.5 micron or less using a lamp or the like as an excitation light source without using the laser as the excitation light source, the method of shortening the wavelength by SHG is advantageous. is there. Particularly, in the wavelength conversion called an internal cavity type (hereinafter referred to as internal wavelength conversion) in which a nonlinear optical crystal is placed in the optical axis of the laser cavity, the wavelength conversion efficiency is 30%.
It is said that it can be increased by as much as 50%.

【0008】そこで、内部波長変換による第2高調波の
波長が0.5 ミクロン以下になるためには、基本波の波
長は1ミクロン以下でなければならない。そこで波長1
ミクロン以下でレーザ発振できる固体レーザを、連続的
に発光するランプで励起させて、それにより発振する基
本波から、内部波長変換により、第2高調波を発生させ
ることが考えられる。
Therefore, in order for the wavelength of the second harmonic wave due to the internal wavelength conversion to be 0.5 micron or less, the wavelength of the fundamental wave must be 1 micron or less. Wavelength 1
It is conceivable to excite a solid-state laser capable of lasing at a micron or less with a lamp that emits light continuously, and generate a second harmonic from the fundamental wave oscillated thereby by internal wavelength conversion.

【0009】これに関して、YAGレーザにおいても、
波長0.946 ミクロンで発振させて、このSHGによ
り波長0.473 ミクロンのレーザ光が得られることが
知られている。しかし、その場合は、励起光源に半導体
レーザを用いることが一般的であり、安価なランプを用
いて高出力なレーザ光を得ることは困難である。
With respect to this, also in the YAG laser,
It is known that laser light having a wavelength of 0.473 micron can be obtained by oscillating at a wavelength of 0.946 micron. However, in that case, a semiconductor laser is generally used as an excitation light source, and it is difficult to obtain a high-power laser beam using an inexpensive lamp.

【0010】これに対し、波長1ミクロン以下、特に波
長0.7から0.9ミクロン帯に発振波長帯を有するレー
ザ用の結晶としては、3価のクロムイオンを含む結晶の
多くが相当することが知られている。
On the other hand, many crystals containing trivalent chromium ions correspond to crystals for lasers having an oscillation wavelength band of 1 μm or less, particularly in the wavelength range of 0.7 to 0.9 μm. It has been known.

【0011】尚、これらの結晶に関しては、例えば、ジ
ャーナル オブ アプライド フィジックス(Journal
of Applied Physics),第66巻,第1号,1989
年,第1051頁から第1056頁において説明されて
いる。
Regarding these crystals, for example, Journal of Applied Physics (Journal
of Applied Physics), Vol. 66, No. 1, 1989.
Years, 1051-1056.

【0012】しかし、これらの結晶をレーザ媒質とし、
励起光源にランプを用いたレーザは、従来フラッシュラ
ンプ励起のパルスレーザがほとんどであった。その理由
を以下に述べる。
However, using these crystals as a laser medium,
Most of the lasers that use a lamp as an excitation light source are conventional pulse lasers excited by a flash lamp. The reason will be described below.

【0013】パルス動作の場合は、フラッシュランプを
動作させる短い時間に、コンデンサー等に充電しておい
たエネルギーを一気に光に変換させて発光するため、励
起光のピークパワーを容易に高くできる。つまり、発光
している短い間だけは、励起光子密度が非常に高くな
り、高密度励起ができる。その結果、励起される原子の
密度が高くなるため、レーザの利得が高くなる。これに
対して、CW動作では常にランプが発光しているため、
励起光のパワーは、パルスの場合のピークパワーに比べ
て、桁違いに小さくなる。そのため、高密度励起ができ
なくなり、レーザの利得が低くなって、レーザ動作は一
般に極めて困難になる。
In the case of the pulse operation, the energy charged in the condenser or the like is converted into light all at once and the light is emitted in a short time for operating the flash lamp, so that the peak power of the excitation light can be easily increased. That is, the excitation photon density becomes very high only during a short period of light emission, and high-density excitation can be performed. As a result, the density of excited atoms is increased, so that the gain of the laser is increased. On the other hand, in CW operation, the lamp always emits light,
The power of the pumping light is orders of magnitude smaller than the peak power of the pulse. Therefore, high-density pumping becomes impossible, the gain of the laser becomes low, and the laser operation becomes extremely difficult in general.

【0014】一方、3価のクロムイオンを含む結晶の一
種であるアレキサンドライトをレーザ媒質としたアレキ
サンドライトレーザ(波長0.8 ミクロン前後で発振す
る)を、水銀アークランプやキセノンアークランプによ
りCW動作させることが試みられていた。但し、水銀ア
ークランプを用いると、発光する光には、レーザ媒質が
有する波長約0.4 ミクロン付近の強い吸収帯に含まれ
る紫外光の割合が高いため、キセノンアークランプを用
いるよりも励起効率が高くなるとされてきた。尚、これ
に関しては、例えば、アイイーイーイー ジャーナル
オブ クアンタム エレクトロニクス(IEEE Journal o
f Quantum Electronics),第24巻,第6号,1988
年,第1141頁から第1150頁において説明されて
いる。特に、3価のクロムイオンを含む結晶の多くは、
波長約0.6から0.7ミクロン前後に吸収帯を含む。こ
れを連続的に励起させるには、この波長帯で発光するC
Wランプが必要である。これに対しては、通常はキセノ
ンアークランプ,水銀アークランプ、あるいはクリプト
ンアークランプ等が用いられている。
On the other hand, an alexandrite laser (oscillating at a wavelength of about 0.8 micron) using alexandrite, which is a kind of crystal containing trivalent chromium ions, as a laser medium is operated by CW by a mercury arc lamp or a xenon arc lamp. Was being attempted. However, when the mercury arc lamp is used, the ratio of the ultraviolet light contained in the strong absorption band near the wavelength of about 0.4 micron of the laser medium to the emitted light is high, so the excitation efficiency is higher than that when the xenon arc lamp is used. Has been said to be high. Regarding this, for example, IEE Journal
Of Quantum Electronics (IEEE Journal o
f Quantum Electronics), Volume 24, No. 6, 1988
Years, 1141 to 1150. In particular, many of the crystals containing trivalent chromium ions are
An absorption band is included around a wavelength of about 0.6 to 0.7 micron. To continuously excite this, C that emits light in this wavelength band is used.
W lamp is required. For this purpose, a xenon arc lamp, a mercury arc lamp, a krypton arc lamp or the like is usually used.

【0015】しかしながら、図13,図14、及び図1
5に波長(ηm)と相対強度(%)との関係を示したこ
れら各ランプの分光特性から分かる様に、これらのラン
プのどれを用いても、波長0.59ミクロンから波長0.
75ミクロンの間では、ほとんど発光しない。その結
果、これらのランプでは効率良く励起させることができ
なかった。
However, FIGS. 13, 14 and 1
As can be seen from the spectral characteristics of each of these lamps, which shows the relationship between the wavelength (ηm) and the relative intensity (%) in Fig. 5, no matter which of these lamps is used, the wavelength is 0.59 microns to 0.5.
Almost no emission occurs between 75 microns. As a result, these lamps could not be efficiently excited.

【0016】また、一般に、第2高調波を発生させる場
合、基本波をシングルモードで発振させた方が、波長変
換効率が高くなることが知られている。
Further, it is generally known that when the second harmonic is generated, the wavelength conversion efficiency becomes higher when the fundamental wave is oscillated in the single mode.

【0017】そこで、通常のロッドをレーザ媒質として
ランプで励起する固体レーザにおいては、シングルモー
ドで発振させるために、共振器中に直径1mmから2mm程
度のピンホールを有する板(以下アパーチャーと言う)
を挿入することが行われている。これは発振するレーザ
光のビーム径が小さくなり、以下で説明するフレネル数
を小さくできるからである。
Therefore, in a solid-state laser in which a normal rod is used as a laser medium for pumping by a lamp, a plate having a pinhole with a diameter of 1 mm to 2 mm in the resonator (hereinafter referred to as an aperture) in order to oscillate in a single mode.
Is being inserted. This is because the beam diameter of the oscillated laser light becomes small, and the Fresnel number described below can be made small.

【0018】フレネル数は、レーザ光のビーム半径の自
乗を、共振器長とレーザ波長で割った値で定義され、こ
の値が大きくなると回折損失が増加する。また、高次の
モード程、損失は大きくなるため、これら高次のモード
から発振しにくくなる。そこでフレネル数をある程度以
下にすると、TEM00モードであるシングルモードで発
振し易くなる。
The Fresnel number is defined as a value obtained by dividing the square of the beam radius of the laser beam by the resonator length and the laser wavelength. As this value increases, diffraction loss increases. In addition, since the higher the mode is, the larger the loss is, it becomes difficult to oscillate from these higher modes. Therefore, if the Fresnel number is set to a certain level or less, oscillation becomes easy in the single mode which is the TEM 00 mode.

【0019】尚、以上に関しては、例えば、ザ ベル
システム テクニカル ジャーナル(The Bell System
Technical Journal), マーチ(March), 1961, p
p.453−488において説明されている。
Regarding the above, for example, the bell
System Technical Journal (The Bell System
Technical Journal), March, 1961, p
p.453-488.

【0020】また、紫外線吸収物であるフォトレジスト
板へのマーキングや、紫外線硬化樹脂を用いた立体モデ
ルの製作等のレーザ加工の場合、あるいはレーザ光を用
いた半導体製造装置(レーザドーピング,レーザエッチ
ング,レーザCVD等)において、空間的選択性を有す
る加工を行う場合においては、それぞれの対象物上で連
続的に描画できるCWレーザが用いられている。特に、
それぞれの対象物に対して吸収率が高い紫外域で発振す
るHeCdレーザや、紫外域ではほとんど発振しないが
可視域で数W程度の出力が得られるアルゴンイオンレー
ザ等のイオンレーザが使われていた。
Further, in the case of laser processing such as marking on a photoresist plate which is an ultraviolet absorber or production of a three-dimensional model using an ultraviolet curable resin, or a semiconductor manufacturing apparatus using laser light (laser doping, laser etching). , Laser CVD, etc.), a CW laser that can continuously draw on each object is used when processing with spatial selectivity is performed. In particular,
An ion laser such as a HeCd laser that oscillates in the ultraviolet region having a high absorptivity for each object, or an argon ion laser that oscillates in the ultraviolet region but produces an output of several W in the visible region has been used. ..

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来のレーザ装置であるCW動作のアレキサンドライ
トレーザでは、以下に示す問題点がある。
However, the CW-operated alexandrite laser which is the above-mentioned conventional laser device has the following problems.

【0022】即ち、励起光源としての水銀アークランプ
は、寿命が20から30時間と極めて短く、また、水銀
アークランプからの光をアレキサンドライトの結晶に集
光させるための反射鏡に、紫外域で反射率の高い銀メッ
キを施す必要があるが、水銀アークランプからの光に含
まれる強い紫外光により、銀メッキが次第にダメージを
受けることからも寿命的な問題があった。さらに、水銀
アークランプは人体に有害な水銀を含んでいるため、寿
命が来たランプを廃棄する際には環境的にも問題になっ
ていた。
That is, the mercury arc lamp as the excitation light source has a very short life of 20 to 30 hours, and is reflected in the ultraviolet region by the reflecting mirror for condensing the light from the mercury arc lamp on the alexandrite crystal. Although it is necessary to apply silver plating with a high rate, there was a problem in terms of life as the silver plating was gradually damaged by the strong ultraviolet light contained in the light from the mercury arc lamp. Furthermore, since the mercury arc lamp contains mercury that is harmful to the human body, it has become an environmental problem when the lamp that has reached the end of its life is discarded.

【0023】尚、水銀アークランプ励起のアレキサンド
ライトレーザの技術的課題に関しては、例えば、電気学
会研究会資料,光・量子デバイス研究会、1990年、
OQD−90−10、第29頁から第37頁において説
明されている。
Regarding the technical problem of the alexandrite laser pumped by mercury arc lamp, for example, materials of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Study Group of Optical and Quantum Devices, 1990,
OQD-90-10, pages 29-37.

【0024】また、共振器中にアパーチャーを挿入する
場合においては、アパーチャーのピンホールを通過でき
る細いビームでしか発振できない。これに対して、一般
に用いられるロッドは直径3mm以上であり、そのロッド
全体に励起光が照射されて励起されることから、励起さ
れるレーザ媒質の全体積に対して、レーザ媒質中でレー
ザ光が発振する部分の割合が低くなる。その結果、レー
ザ発振に寄与する励起光の量が少なくなって、励起光の
パワーに対する発振する基本波のレーザ出力である励起
効率が低くなってしまう。
Further, when the aperture is inserted in the resonator, it can oscillate only with a thin beam that can pass through the pinhole of the aperture. On the other hand, a generally used rod has a diameter of 3 mm or more, and the entire rod is excited by being irradiated with excitation light. The ratio of the part that oscillates becomes low. As a result, the amount of pumping light that contributes to laser oscillation is reduced, and the pumping efficiency, which is the laser output of the oscillating fundamental wave with respect to the power of pumping light, becomes low.

【0025】これに対して、例えばアパーチャーを用い
ずに、初めから細いビームでしか発振できない様に、直
径3mm以下の細いロッドを用いるとしても、以下で説明
する理由から、励起効率を高くすることができなかっ
た。
On the other hand, even if a thin rod having a diameter of 3 mm or less is used so that only a thin beam can be oscillated from the beginning without using an aperture, the excitation efficiency should be increased for the reason described below. I couldn't.

【0026】つまり、従来、一般に固体レーザの励起に
用いられるランプからの励起光は、楕円形状をしたラン
プハウスを用いてロッド中に集光される。これは、楕円
形では、2つ有する焦点の内、一方の焦点付近の像をも
う一方の焦点付近に転写させる働きがある。そこで、一
方の焦点付近にランプを置き、もう一方の焦点付近にロ
ッドを置くことが一般に行われている。
That is, the excitation light from a lamp that has been conventionally used to excite a solid-state laser is condensed in a rod by using an elliptical lamp house. This has a function of transferring an image near one of the two focal points in the elliptical shape to the other focal point. Therefore, it is common practice to place the lamp near one focus and the rod near the other focus.

【0027】ところが、励起用ランプは、通常、気体を
放電させて発光するため、そのランプ管の内径は細くと
も3mm程度である。また、ランプを高出力にすると、封
入されている気体の体積を増やす必要があり内径が大き
くなる。
However, since the excitation lamp usually discharges gas to emit light, the inner diameter of the lamp tube is at most about 3 mm. Further, when the lamp has a high output, it is necessary to increase the volume of the enclosed gas, and the inner diameter becomes large.

【0028】そのため、上記の様に楕円形状のランプハ
ウスを利用しても、ランプ管内から発光する光が転写さ
れる像は、そのランプ管の内径程度の大きさになる。つ
まり、励起光の全てを励起光源の発光部分の大きさより
小さく集光させることはできない。
Therefore, even if the elliptical lamp house is used as described above, the image to which the light emitted from the lamp tube is transferred is as large as the inner diameter of the lamp tube. That is, it is impossible to collect all of the excitation light smaller than the size of the light emitting portion of the excitation light source.

【0029】従って、前記細いロッド中に吸収される励
起光は、ランプから発光する励起光の一部分でしかな
く、励起効率を高くすることができなかった。
Therefore, the excitation light absorbed in the thin rod is only a part of the excitation light emitted from the lamp, and the excitation efficiency could not be increased.

【0030】また、アパーチャーや細いロッドを用いな
いと、基本波のビーム径が太くなるため、レンズ等を用
いて非線形光学結晶中に集光させる場合、非線形光学結
晶に対してビームが絞り込まれるときの角度が大きくな
ることから、角度許容範囲の小さな非線形光学結晶で
は、効率良く波長変換することは極めて難しい。
If the aperture or the thin rod is not used, the beam diameter of the fundamental wave becomes thick. Therefore, when the beam is focused on the nonlinear optical crystal by using a lens or the like to focus the beam in the nonlinear optical crystal, Therefore, it is extremely difficult to efficiently perform wavelength conversion with a nonlinear optical crystal having a small angle allowable range.

【0031】これに対して、可視域から紫外域の第2高
調波を効率良く発生できる非線形光学結晶として広く利
用されているβ−BaB24結晶は、角度許容範囲が比
較的に小さいことが問題点であった。例えば、基本波が
約1ミクロン以下では利用できないが、波長1.064
ミクロンで発振するYAGレーザの第2高調波を発生さ
せるために広く利用されているKTiOPO4 結晶で
は、その角度許容範囲はおよそ15から68mrad・cmで
ある。これに対して、β−BaB24結晶ではおよそ
0.4mrad・cm であることからも、波長変換で紫外光を
発生させる場合は、基本波のビームを非線形光学結晶に
単に強く集光させても、波長変換効率が高くならないこ
とがあった。
On the other hand, the β-BaB 2 O 4 crystal, which is widely used as a nonlinear optical crystal capable of efficiently generating the second harmonic in the visible to ultraviolet range, has a relatively small angle allowable range. Was a problem. For example, if the fundamental wave is less than about 1 micron, it cannot be used, but the wavelength 1.064
For KTiOPO 4 crystals, which are widely used to generate the second harmonic of a YAG laser oscillating in the micron, the angular tolerance is approximately 15 to 68 mrad · cm. On the other hand, since the β-BaB 2 O 4 crystal has a wavelength of about 0.4 mrad · cm, when generating ultraviolet light by wavelength conversion, the fundamental wave beam is simply focused strongly on the nonlinear optical crystal. However, the wavelength conversion efficiency may not increase.

【0032】また、紫外線吸収物へのレーザ加工や、半
導体製造装置における空間的選択性を有する加工を行う
場合には、HeCdレーザでは出力が低く、また、アル
ゴンイオンレーザでは対象物への吸収率が低いため、ど
ちらも処理時間が長く掛かった。更に、低効率なイオン
レーザであるため消費電力が高く、しかも寿命によるレ
ーザチューブの交換時には長時間処理を中断させる必要
があり、その際にコストや手間が掛かっていた。
Further, when performing laser processing on an ultraviolet absorbing material or processing having spatial selectivity in a semiconductor manufacturing apparatus, the HeCd laser has a low output, and the argon ion laser has an absorptivity to an object. Both of them took a long time because of low. Further, since it is a low-efficiency ion laser, power consumption is high, and further, it is necessary to interrupt the processing for a long time when exchanging the laser tube due to its life, which requires cost and labor.

【0033】本発明は上述の点に鑑みなされたもので、
その第1の目的するところは、内部波長変換によって、
特に0.5 ミクロン以下でCWのレーザ光を高出力,高
効率に発生させることができる固体レーザ装置を提供す
るにある。
The present invention has been made in view of the above points,
The first purpose is that the internal wavelength conversion
In particular, it is to provide a solid-state laser device capable of generating CW laser light with high output and high efficiency at 0.5 micron or less.

【0034】また、本発明の第2の目的とするところ
は、イオンレーザを用いることなく従来より高速に処理
でき、しかも長期間安定に動作できる固体レーザ装置を
用いた応用装置(レーザエッチング装置,レーザマーキ
ング装置,血液成分測定装置,レーザアニール装置)を
提供するにある。
The second object of the present invention is to provide an application device (laser etching device, which uses a solid-state laser device which can process at a higher speed than before without using an ion laser and can operate stably for a long period of time). Laser marking device, blood component measuring device, laser annealing device).

【0035】[0035]

【課題を解決するための手段】本発明では、上記第1の
目的を達成するために、レーザ媒質である3価のクロム
イオンを含む結晶から成るロッドと、該ロッドを励起す
るために、該ロッドに照射される励起光にフィラメント
による熱放射を利用する光源と、これら光源とロッドと
を収納するランプハウスとから構成された固体レーザ装
置,基底状態における振動準位を利用した振動電子遷移
をすることができ、かつ、3価のクロムイオンを含む結
晶と、フィラメントによる熱放射を利用する光源と、少
なくとも一部分が楕円形状であるランプハウスとから成
る固体レーザ装置としたものである。
According to the present invention, in order to achieve the above first object, a rod made of a crystal containing trivalent chromium ions, which is a laser medium, and a rod for exciting the rod are provided. A solid-state laser device composed of a light source that uses thermal radiation from a filament for excitation light with which the rod is irradiated, and a lamp house that houses these light source and rod, and oscillating electron transition using a vibration level in the ground state And a trivalent chromium ion-containing crystal, a light source utilizing heat radiation by a filament, and a lamp house having at least a part of an elliptical shape.

【0036】ここで前記少なくとも一部分が楕円形状で
あるランプハウスは、単楕円だけでなく、2重楕円や回
転楕円体をも含むものである。
Here, the lamp house of which at least a part has an elliptical shape includes not only a single ellipse but also a double ellipse and a spheroid.

【0037】また、第2高調波を効率良く発生させるた
めに、レーザの共振器長をL(mm)としたとき、前記フ
ィラメントの大きさとして、その半径が(0.016L)
の平方根mm以下としたものである。
Further, in order to efficiently generate the second harmonic, when the resonator length of the laser is set to L (mm), the size of the filament has a radius of (0.016L).
The square root of is less than or equal to mm.

【0038】また、高効率,高出力にレーザ動作させる
ために、前記結晶として、3価のクロムイオンを含むL
iSrAlF6 結晶、または3価のクロムイオンを含む
LiCaAlF6 結晶、または3価のクロムイオンを含
むLiSrGaF6 結晶(以下、それぞれ、Cr:Li
SrAlF6 ,Cr:LiCaAlF6 、及びCr:L
iSrGaF6 と示す。)を用いたものである。
Further, in order to operate the laser with high efficiency and high output, the crystal contains L containing trivalent chromium ions.
ISrAlF 6 crystal, or trivalent LiCaAlF 6 crystal containing chromium ions, or trivalent LiSrGaF 6 crystal containing chromium ions (hereinafter, respectively, Cr: Li
SrAlF 6 , Cr: LiCaAlF 6 , and Cr: L
It is shown as iSrGaF 6 . ) Is used.

【0039】また、フィラメントは、効率良く励起させ
るために、前記結晶の吸収帯に含まれる一部の波長帯に
対して高い透過率を有し、この波長帯以上の少なくとも
一部の波長帯に対して高い反射率を有するコーティング
が施された円柱管により覆われているものである。
Further, the filament has a high transmittance for a part of the wavelength band included in the absorption band of the crystal in order to efficiently excite it, and at least a part of the wavelength band above this wavelength band. On the other hand, it is covered with a cylindrical tube coated with a coating having a high reflectance.

【0040】また、本発明の第2の目的を達成するため
に、上記の固体レーザ装置と、該固体レーザ装置から取
り出された紫外域で連続波のレーザ光の方向を変えるミ
ラーと、該ミラーで方向が変えられたレーザ光を絞るレ
ンズと、該レンズで絞られたレーザ光が集光されてエッ
チング処理される被処理基板を収納する反応容器とを備
えているレーザエッチング装置、上記固体レーザ装置
と、該固体レーザ装置から取り出された紫外域で連続波
のレーザ光をスキャニングするためのミラーと、該ミラ
ーでスキャニングされたレーザ光が照射され、かつ、マ
ーキングすべきパターンが形成されている液晶マスク
と、該液晶マスクを通過してマーキングすべきパターン
が形成されたレーザ光は偏光させ、マーキングすべきパ
ターンが形成されないレーザ光は透過させる偏光ビーム
スプリッタと、該偏光ビームスプリッタで偏光されたレ
ーザ光で所定のパターンがマーキングされるフォトレジ
スト板とを備えているレーザマーキング装置,近赤外域
のレーザ光を発生するレーザ発生装置と、血液成分を測
定する生体の一部が挿入され、この生体を透過した前記
レーザ発生装置からのレーザ光が当り血液成分を検出す
るフォトダイオードを有する暗箱と、前記フォトダイオ
ードからの信号を受けて前記レーザ発生装置の発振波長
を変化させる制御装置とを備えている血液成分測定装
置、上記固体レーザ装置と、該固体レーザ装置から取り
出された波長約0.35 ミクロンの連続波のレーザ光の
光路を変えるミラーと、該ミラーで光路が変えられたレ
ーザ光を線状に集光させる光学系と、該光学系で一方向
に絞られたレーザ光が線状に集光されてアニールされる
被処理膜が載置された基板とを備えているレーザアニー
ル装置としたものである。
In order to achieve the second object of the present invention, the above solid-state laser device, a mirror for changing the direction of continuous wave laser light in the ultraviolet region extracted from the solid-state laser device, and the mirror. A laser etching apparatus comprising a lens for squeezing a laser beam whose direction is changed by, and a reaction container accommodating a substrate to be processed which is subjected to an etching treatment by condensing the laser beam squeezed by the lens, the solid-state laser A device, a mirror for scanning a continuous wave laser beam in the ultraviolet region extracted from the solid-state laser device, a laser beam scanned by the mirror, and a pattern to be marked are formed. The liquid crystal mask and the laser light that passes through the liquid crystal mask and has the pattern to be marked are polarized, and the pattern to be marked is not formed. Laser marking device having a polarizing beam splitter for transmitting the laser light and a photoresist plate on which a predetermined pattern is marked by the laser light polarized by the polarizing beam splitter, generating near infrared laser light A laser generator, a part of a living body for measuring a blood component is inserted, a dark box having a photodiode for detecting a blood component hit by the laser light from the laser generator that has passed through the living body, and a dark box from the photodiode. A blood component measuring device comprising a controller for receiving a signal and changing the oscillation wavelength of the laser generator, the solid-state laser device, and a continuous wave of a wavelength of about 0.35 micron extracted from the solid-state laser device. A mirror for changing the optical path of the laser light, an optical system for linearly converging the laser light whose optical path is changed by the mirror, and the optical system The laser annealing device is provided with a substrate on which a film to be processed, which is annealed by linearly focusing laser light focused in one direction by a system, is placed.

【0041】[0041]

【作用】基底状態における振動準位を利用した振動電子
遷移をすることができる結晶では、レーザの終準位は、
多数の振動準位で構成される基底準位中のある振動準位
となるが、室温での熱分布による大部分のエネルギー準
位よりも高い準位に位置するため、4準位レーザとして
動作することができる。その結果、反転分布の閾値が低
くなり、CW動作し易い。
[Function] In a crystal capable of vibrating electronic transition utilizing the vibrational level in the ground state, the final level of the laser is
It is a vibrational level in the ground level composed of many vibrational levels, but it is located at a higher level than most of the energy levels due to the heat distribution at room temperature, so it operates as a four-level laser. can do. As a result, the threshold of population inversion becomes low, and CW operation is easy.

【0042】また、フィラメントによる熱放射を利用す
る光源(以下白熱電球と示す。)は、時間的には、連続
的に発光でき、また、波長的には、近赤外域を中心とし
た分光特性を有するが、波長約1ミクロン以下の可視光
を含む。これに対して、波長1ミクロン以下に発振波長
帯を有する3価のクロムイオンを含む結晶は、波長1ミ
クロン以下に吸収帯を含むことから、この光源で励起さ
せることができる。特に、Cr:LiSrGaF6 ,C
r:LiSrAlF6 、及びCr:LiCaAlF6
では、それぞれ図16,図17、及び図18に示した吸
収特性から分かる様に、それらの吸収帯は波長0.6ミ
クロンから0.7ミクロンの間を中心としている。その
ため、従来の通常キセノンアークランプ,水銀アークラ
ンプ、あるいはクリプトンアークランプでは、効率良く
励起させることができないが、白熱電球の一種であるタ
ングステンハロゲンランプを用いれば、フィラメントを
3000Kから3400K程度の高い温度で動作でき、
その結果、図19に示した分光特性から分かるように、
波長0.7 ミクロン以下の光も多く含み、前記結晶を効
率良く励起させることができる。
A light source (hereinafter, referred to as an incandescent light bulb) utilizing heat radiation by a filament can emit light continuously in terms of time, and has a spectral characteristic centered in the near infrared region in terms of wavelength. , But includes visible light having a wavelength of about 1 micron or less. On the other hand, a crystal containing trivalent chromium ions having an oscillation wavelength band at a wavelength of 1 micron or less has an absorption band at a wavelength of 1 micron or less, and thus can be excited by this light source. In particular, Cr: LiSrGaF 6 , C
In r: LiSrAlF 6 and Cr: LiCaAlF 6, etc., their absorption bands are between wavelengths of 0.6 μm and 0.7 μm, as can be seen from the absorption characteristics shown in FIGS. 16, 17 and 18. Is the center. Therefore, the conventional normal xenon arc lamp, mercury arc lamp, or krypton arc lamp cannot efficiently excite, but if a tungsten halogen lamp, which is a kind of incandescent lamp, is used, the filament temperature can be as high as 3000K to 3400K. Can work with
As a result, as can be seen from the spectral characteristics shown in FIG.
It also contains a lot of light having a wavelength of 0.7 micron or less, and can efficiently excite the crystal.

【0043】また、楕円形状のランプハウスを利用し
て、一方の焦点位置付近にフィラメントを置き、もう一
方の焦点位置付近にレーザ媒質を置けば、励起される部
分は、フィラメントの大きさ程度となる。これに対し
て、フィラメントはタングステン線などから成るため、
直径をおよそ3mm以下の大きさに細くすることが容易で
あり、レーザ媒質から発振する基本波のレーザ光のビー
ム径は、アパーチャーを用いずとも、その細いフィラメ
ントの大きさ程度となり、シングルモードで発振し易く
なる。したがって、励起光の殆どがレーザ発振に利用さ
れ、励起光の利用効率を高められるだけでなく、細く小
さな体積中に励起光が集光され、高密度励起を達成でき
る。その結果、レーザの利得が高くなり、CW動作し易
くなる。
If a filament is placed near one focus position and a laser medium is placed near the other focus position using an elliptical lamp house, the excited portion is about the size of the filament. Become. On the other hand, since the filament is made of tungsten wire etc.,
It is easy to reduce the diameter to about 3 mm or less, and the beam diameter of the laser light of the fundamental wave oscillating from the laser medium is about the size of the thin filament without using an aperture, and the single mode It becomes easy to oscillate. Therefore, most of the excitation light is used for laser oscillation, and not only the utilization efficiency of the excitation light can be improved, but also the excitation light is condensed in a thin and small volume, and high density excitation can be achieved. As a result, the gain of the laser is increased and CW operation is facilitated.

【0044】さらにまた、前記で挙げた様な3価のクロ
ムイオンを含む結晶の多くは、母体となる結晶中に、3
価のクロムイオンを数%以上の高濃度に混入させること
ができるものが多く、励起光を強く吸収させることがで
き、レーザ媒質で小さい体積中に励起光を集光させるこ
とが容易になるため、励起光源として細いフィラメント
である特徴が効果的に活かせることになる。
Furthermore, most of the crystals containing trivalent chromium ions such as those mentioned above are contained in the base crystal at 3%.
Since many of them can mix valent chromium ions in high concentration of several percent or more, they can strongly absorb the excitation light and it becomes easy to focus the excitation light in a small volume by the laser medium. However, the feature of being a thin filament as an excitation light source can be effectively utilized.

【0045】また、前記フィラメントの大きさとして、
その半径が(0.016L)の平方根以下のものを用いる
と、基本波の波長として約0.8 ミクロンとすれば、フ
レネル数は約20以上になる。その結果、平面−平面で
構成された共振器では、TEM10モードに対する回折損
失は約0.8% 以上になり、TEM10モードより高次の
モードに対しては、さらに損失が大きくなる。これに対
して、CWでレーザ発振させる場合、レーザの利得は、
場合によってはおよそ1%と、パスルの場合に比べて、
一桁程度以上低くなることがある。そのため、回折損失
が1%近くあるTEM10モードより高次のモードは発振
しにくくなり、シングルモードで発振し易くなる。
As the size of the filament,
If the radius is less than the square root of (0.016L) and the wavelength of the fundamental wave is about 0.8 micron, the Fresnel number is about 20 or more. As a result, in the plane-to-plane resonator, the diffraction loss with respect to the TEM 10 mode is about 0.8% or more, and the loss is further increased with respect to modes higher than the TEM 10 mode. On the other hand, when lasing with CW, the gain of the laser is
In some cases, it is about 1%,
It may decrease by an order of magnitude or more. Therefore, higher-order modes are less likely to oscillate than the TEM 10 mode in which the diffraction loss is close to 1%, and are easily oscillated in the single mode.

【0046】また、前記Cr:LiSrAlF6 ,C
r:LiCaAlF6 、またはCr:LiSrGaF6
は、それらの誘導放出断面積が、他の一般的な3価のク
ロムイオンを含む結晶の誘導放出断面積が10のマイナ
ス20乗平方センチメートル以下であるのに対して、そ
れ以上と高いため、レーザの高出力化がより容易であ
り、より高出力、高効率化させるためのレーザ媒質とし
て特に本発明に適している。
Further, the above-mentioned Cr: LiSrAlF 6 , C
r: LiCaAlF 6 or Cr: LiSrGaF 6
Lasers have a high stimulated emission cross section, which is higher than that of other common crystals containing trivalent chromium ions, while the stimulated emission cross section is 10 −20 square centimeters or less. Is more suitable for the present invention as a laser medium for higher output and higher efficiency.

【0047】尚、これらCr:LiSrAlF6 ,C
r:LiCaAlF6 、及びCr:LiSrGaF6
関しては、例えば、Technical Digest on Conference o
n Lasers and Electro-Optics,1991(Optical Soci
ety of America, Washington, D.C.,1991),Paper
CThH1に説明されている。
Incidentally, these Cr: LiSrAlF 6 , C
Regarding r: LiCaAlF 6 and Cr: LiSrGaF 6 , for example, Technical Digest on Conference o
n Lasers and Electro-Optics, 1991 (Optical Soci
ety of America, Washington, DC, 1991), Paper
CThH1.

【0048】特に、これらCr:LiSrAlF6 ,C
r:LiCaAlF6 、及びCr:LiSrGaF6
は、3価のクロムイオンの濃度を15原子%程度まで
と、その他の3価のクロムイオンを含む結晶に比べて、
比較的に高くでき、照射される励起光を、結晶中で長さ
3mm以下程度の短い距離で吸収させることができる。
In particular, these Cr: LiSrAlF 6 , C
In r: LiCaAlF 6 and Cr: LiSrGaF 6 , the concentration of trivalent chromium ions was up to about 15 atomic%, which was higher than that of other crystals containing trivalent chromium ions.
It can be made relatively high and the irradiated excitation light can be absorbed in the crystal at a short distance of about 3 mm or less.

【0049】その場合、結晶として、直径3mm以下の細
いロッド状のものや、厚さ3mm以下の薄板状のものが利
用でき、発振する基本波のレーザ光のビーム径も同程度
に細い直径になる。その結果、フレネル数を小さくする
ことができ、シングルモードで発振し易くなる。
In this case, as the crystal, a thin rod-shaped crystal having a diameter of 3 mm or less, or a thin plate-shaped crystal having a thickness of 3 mm or less can be used, and the beam diameter of the oscillating fundamental wave laser beam can be similarly thin. Become. As a result, the Fresnel number can be reduced and the single mode can easily oscillate.

【0050】尚、これらの結晶では、3価のクロムイオ
ンの濃度を高くしても、濃度消光が生じにくいことが報
告されており、蛍光寿命は短くならず、CW動作が困難
になることはない。
It has been reported that concentration quenching does not easily occur in these crystals even if the concentration of trivalent chromium ions is increased, and thus the fluorescence lifetime is not shortened and CW operation becomes difficult. Absent.

【0051】また、白熱電球の分光特性は、図19から
分かる様に、前記3価のクロムイオンを含む結晶の吸収
帯より長い波長領域も含むため、この吸収帯に含まれる
一部の波長帯に対して高い透過率を有し、かつこの波長
帯以上の少なくとも一部の波長帯に対して高い反射率を
有するコーティングが施された円柱管に、白熱電球を挿
入すれば、この円柱管を透過して、レーザ媒質に照射さ
れる光の多くを前記結晶の吸収帯に含まれる様にするこ
とができ、結晶を効率良く励起させることができる。
Further, as can be seen from FIG. 19, the spectral characteristics of the incandescent light bulb also include a wavelength region longer than the absorption band of the crystal containing trivalent chromium ions, so that a part of the wavelength band included in this absorption band is included. If the incandescent lamp is inserted into a cylindrical tube that has a high transmittance with respect to, and is coated with a high reflectance for at least some wavelength bands above this wavelength band, this cylindrical tube will be Most of the light that passes through and irradiates the laser medium can be included in the absorption band of the crystal, and the crystal can be efficiently excited.

【0052】また励起光の内、前記波長帯以上の少なく
とも一部の波長帯の光は、結晶の励起に寄与しないが、
このコーティングの面で反射するため、結晶を無駄に加
熱しないで済むだけでなく、再び白熱電球のフィラメン
トに向わせて、ここで吸収させることができる。その結
果、これらの光は、フィラメントを加熱するために利用
されるため、フィラメントの温度が上昇し、発光する光
の分光特性を短波長化できる。また、あるいはフィラメ
ントを加熱するために供給する電力を減らすこともで
き、その結果、レーザの電気効率を高くすることにな
る。
Of the excitation light, light in at least a part of the above wavelength band does not contribute to the excitation of the crystal,
Since the light is reflected on the surface of this coating, it is possible not only to wastefully heat the crystal, but also to redirect it to the filament of the incandescent lamp and absorb it there. As a result, since these lights are used for heating the filament, the temperature of the filament rises and the spectral characteristics of the emitted light can be shortened. Alternatively, the power supplied to heat the filament can be reduced, resulting in higher laser electrical efficiency.

【0053】また、レーザ媒質にCr:LiSrAlF
6 ,Cr:LiCaAlF6 、あるいはCr:LiSr
GaF6 を用いる場合、吸収帯の中心波長が0.6 ミク
ロンから0.7 ミクロンの間に位置するため、従来のC
Wランプである水銀アークランプ,キセノンアークラン
プ、あるいはクリプトンアークランプ等を用いるなら
ば、これらのランプは波長0.6ミクロンから0.7ミク
ロンの間に強い発光線は存在しないため、効率良く励起
できないのに対して、白熱電球では、前述した様に、波
長0.6ミクロンから0.7ミクロンの間の光も多く含む
ため、効率良く励起できる。
The laser medium is Cr: LiSrAlF.
6 , Cr: LiCaAlF 6 , or Cr: LiSr
When GaF 6 is used, the central wavelength of the absorption band is located between 0.6 micron and 0.7 micron.
If a W lamp such as mercury arc lamp, xenon arc lamp, or krypton arc lamp is used, these lamps do not have strong emission lines between wavelengths of 0.6 and 0.7 microns, so they can be excited efficiently. On the other hand, an incandescent light bulb contains a large amount of light having a wavelength of 0.6 to 0.7 microns as described above, and therefore can be efficiently excited.

【0054】また、前述した様に、アパーチャーを用い
ずとも、発振する基本波のビーム径を細くできるため、
内部波長変換を行う場合に、非線形光学結晶に対して入
射させる基本波を、レンズ等を用いて絞り込ませる場合
でも、その絞り込ませる角度は十分小さくなる。それに
より、非線形光学結晶として、角度許容範囲の小さいβ
−BaB24結晶を用いても、変換効率を十分高めるこ
とができる。
Further, as described above, the beam diameter of the oscillating fundamental wave can be reduced without using an aperture,
When the internal wavelength conversion is performed, even when the fundamental wave to be incident on the nonlinear optical crystal is narrowed down by using a lens or the like, the narrowing angle is sufficiently small. Therefore, as a nonlinear optical crystal, β with a small angle tolerance is
Be used -BaB 2 O 4 crystal, it is possible to increase the conversion efficiency sufficiently.

【0055】[0055]

【実施例】以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳
細に説明する。
The present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiments.

【0056】図1は、本発明の固体レーザ装置100の
一実施例を示したものである。
FIG. 1 shows an embodiment of the solid-state laser device 100 of the present invention.

【0057】該図に示す固体レーザ装置100は、レー
ザ媒質としてCr:LiSrAlF6からなるロッド1
が、白熱電球の一種であるタングステンハロゲンランプ
2a,2bにより励起される。
A solid-state laser device 100 shown in the figure has a rod 1 made of Cr: LiSrAlF 6 as a laser medium.
Are excited by the tungsten halogen lamps 2a and 2b, which are a type of incandescent lamp.

【0058】このタングステンハロゲンランプ2a,2
bの中にはタングステンから成るフィラメント2a′,
2b′が納められており、フィラメント2a′,2b′
は、直径2mmのコイル状で細長いものが用いられ、それ
らから放射される励起光は、ロッド1に照射される。こ
のロッド1の直径も2mmであるため、励起光はほとんど
損失無く、ロッド1に集光される。
This tungsten halogen lamp 2a, 2
In b, a filament 2a 'made of tungsten,
2b 'is stored in the filaments 2a', 2b '
Is an elongated coil having a diameter of 2 mm, and the excitation light emitted from them is applied to the rod 1. Since the rod 1 also has a diameter of 2 mm, the excitation light is condensed on the rod 1 with almost no loss.

【0059】レーザの共振器は平面状の全反射鏡4と
4′で組まれており、ダイクロイックミラー6によっ
て、光軸が折れ曲がり、図の様にL字型になっている。
さらに共振器中には、発振する基本波の波長を選択する
ためのプリズム10と、発振する基本波の波長幅を狭帯
化するためのエタロン11が挿入されている。
The resonator of the laser is composed of planar total reflection mirrors 4 and 4 ', and the dichroic mirror 6 bends the optical axis to form an L-shape as shown in the figure.
Further, a prism 10 for selecting the wavelength of the fundamental wave to oscillate and an etalon 11 for narrowing the wavelength width of the fundamental wave to oscillate are inserted in the resonator.

【0060】ダイクロイックミラー6は、波長0.7ミ
クロンから波長1.0ミクロンの光に対して99%以上
の高い反射率を有するが、波長0.35ミクロンから波
長0.5ミクロンの光に対しては90%以上の高い透過
率を有する特性を持っている。
The dichroic mirror 6 has a high reflectance of 99% or more for light having a wavelength of 0.7 micron to 1.0 micron, but has a high reflectance for light having a wavelength of 0.35 micron to 0.5 micron. Have a high transmittance of 90% or more.

【0061】ロッド1が励起されると、Cr:LiSr
AlF6 の発振波長領域にある波長約0.8ミクロンで
基本波のレーザ光が発振し、その第2高調波である波長
約0.4ミクロンの紫外域でCWのレーザ光9が共振器外
部で得られる。
When the rod 1 is excited, Cr: LiSr
The laser light of the fundamental wave oscillates at a wavelength of about 0.8 micron in the oscillation wavelength range of AlF 6 , and the CW laser light 9 is obtained outside the resonator in the ultraviolet region of the wavelength of about 0.4 micron which is the second harmonic. Be done.

【0062】また、ロッド1としてのCr:LiSrA
lF6 における3価のクロムイオンの濃度は、約5原子
%程度と高くなっており、これに照射される励起光は、
結晶中を2mm進む間に95%以上が吸収され、ロッド1
を突き抜けてしまう励起光の割合が小さくなる。
Cr: LiSrA as the rod 1
The concentration of trivalent chromium ions in 1F 6 is as high as about 5 atom%, and the excitation light with which it is irradiated is
More than 95% is absorbed while traveling 2 mm through the crystal, and rod 1
The proportion of the excitation light that penetrates through is reduced.

【0063】また、フィラメント2a′,2b′も、ロ
ッド1も直径2mmの細い形状のものを用いているため、
発振する基本波のビーム径もおよそ2mmになる。また、
共振器長がおよそ50cmであることから、フレネル数は
約3程度になる。その結果、TEM10モードの回折損失
はおよそ10%にもなり、TEM00モードのみが発振
し、シングルモードに成り易くなる。その結果、非線形
光学結晶8による波長変換の効率を高くすることができ
る。尚、この非線形光学結晶8には、β−BaB24
晶を用いている。
Further, since the filaments 2a ', 2b' and the rod 1 are both thin and have a diameter of 2 mm,
The beam diameter of the oscillating fundamental wave is also about 2 mm. Also,
Since the resonator length is about 50 cm, the Fresnel number is about 3. As a result, the diffraction loss in the TEM 10 mode becomes about 10%, and only the TEM 00 mode oscillates, and the single mode is easily generated. As a result, the efficiency of wavelength conversion by the nonlinear optical crystal 8 can be increased. A β-BaB 2 O 4 crystal is used for the nonlinear optical crystal 8.

【0064】さらにまた、実施例で示されている様に、
本発明では、基本波のビーム径を細くできるため、非線
形光学結晶8中でのレーザ光の強度を高くでき、従来の
様にレンズや凹面鏡等を用いてレーザ光を集光させなく
ても、効率良く波長変換できる。
Furthermore, as shown in the embodiment,
In the present invention, since the beam diameter of the fundamental wave can be reduced, the intensity of the laser light in the nonlinear optical crystal 8 can be increased, and the laser light need not be focused using a lens or a concave mirror as in the conventional case. The wavelength can be converted efficiently.

【0065】また、この実施例では使われていないが、
従来の様に、レンズ等を用いて非線形光学結晶8中で基
本波を集光させる場合には、基本波のビーム径を細くで
きるため、非線形光学結晶8に入射するレーザ光の絞り
込み角度を十分小さくできる。そのため、角度許容範囲
の小さなβ−BaB24結晶を用いても、効率良く波長
変換することができる。
Although not used in this embodiment,
When the fundamental wave is condensed in the nonlinear optical crystal 8 by using a lens as in the conventional case, the beam diameter of the fundamental wave can be made small, so that the narrowing angle of the laser light incident on the nonlinear optical crystal 8 is sufficient. Can be made smaller. Therefore, even if a β-BaB 2 O 4 crystal having a small angle allowable range is used, wavelength conversion can be efficiently performed.

【0066】特に、ロッド1は3価のクロムイオンを5
原子%程度と高く含んでいるが、一般に3価のクロムイ
オンを高濃度に混入させることは容易であるため、ロッ
ド1の直径が2mmと細くても、励起光を十分に吸収させ
ることができる。
In particular, the rod 1 contains trivalent chromium ions of 5
Although the content is as high as about atomic%, it is generally easy to mix trivalent chromium ions in a high concentration, so that the excitation light can be sufficiently absorbed even if the diameter of the rod 1 is as small as 2 mm. ..

【0067】ところが、YAGレーザでは、混入させる
ネオジウムイオンは高くても約1.3原子%程度までしか
混入できないため、励起光を比較的に強く吸収させるこ
とはできない。そのため、ロッド1には通常直径約4mm
以上の太いものが利用されていた。
However, in the YAG laser, the neodymium ions to be mixed can be mixed up to about 1.3 atom% at the highest, so that the excitation light cannot be absorbed relatively strongly. Therefore, the rod 1 usually has a diameter of about 4 mm.
The above thick ones were used.

【0068】その結果、励起光源に同様に小さな直径の
タングステンハロゲンランプを用いても、基本波のビー
ムが細くならずシングルモードで発振させにくく、さら
に波長変換させる場合には、非線形光学結晶にビームを
集光させる必要があり、非線形光学結晶8に角度許容範
囲の大きいKTiOPO4結晶以外のβ−BaB2
晶を用いると、波長変換効率を高くするのが困難になる
こともあった。
As a result, even if a tungsten halogen lamp having a small diameter is used as the excitation light source, the beam of the fundamental wave is not thin and it is difficult to oscillate in a single mode. It is necessary to condense the light. If the β-BaB 2 O 4 crystal other than the KTiOPO 4 crystal having a large angle allowable range is used for the nonlinear optical crystal 8, it may be difficult to increase the wavelength conversion efficiency.

【0069】また、この実施例では、タングステンハロ
ゲンランプ2a,2bは、コーティングが外周面上に施
された円柱管3a、3bの中に納められている。このコ
ーティングの特性としては、波長0.8 ミクロン以下
の光には高い透過率を有し、特に波長0.6ミクロンか
ら0.75ミクロンの間の光に対しては98%以上の高
い透過率となっており、かつ、波長0.8 ミクロンから
波長3ミクロンの間の光に対しては95%以上の高い反
射率を有する様になっている。
Further, in this embodiment, the tungsten halogen lamps 2a and 2b are housed in the cylindrical tubes 3a and 3b whose outer peripheral surface is coated. The characteristic of this coating is that it has a high transmittance for light with a wavelength of 0.8 μm or less, and a high transmittance of 98% or more for light with a wavelength of 0.6 μm to 0.75 μm. And has a high reflectance of 95% or more with respect to light having a wavelength of 0.8 to 3 microns.

【0070】これにより、このコーティング面を通過で
きる光の分光特性は、図20に示した様になるため、タ
ングステンハロゲンランプ2a,2bから放射される光
のうち、0.8 ミクロン以下の波長の光は、それぞれ円
柱管3a,3bを透過してロッド1に照射される。C
r:LiSrAlF6 の吸収帯は、図17に示した様
に、波長約0.65ミクロンをピークとして、波長0.6
ミクロンから0.8 ミクロンに渡るため、照射される励
起光のほとんどが結晶に吸収され、この結晶を効率良く
励起することができる。
As a result, the spectral characteristics of the light that can pass through this coating surface are as shown in FIG. 20, so that the light emitted from the tungsten halogen lamps 2a and 2b has a wavelength of 0.8 μm or less. The light passes through the cylindrical tubes 3a and 3b, respectively, and is applied to the rod 1. C
As shown in FIG. 17, the absorption band of r: LiSrAlF 6 has a peak at a wavelength of about 0.65 μm and a wavelength of 0.6.
Since the wavelength ranges from micron to 0.8 micron, most of the excitation light emitted is absorbed by the crystal, and this crystal can be efficiently excited.

【0071】また、波長0.8 ミクロンからおよそ波長
3ミクロンの間の光は、それぞれ円柱管3a,3bで反
射して再びタングステンハロゲンランプ2a,2bの中
に進み、フィラメント2a′,2b′に照射される。そ
の結果、フィラメント2a′,2b′を加熱することに
なり、これらに供給する電流の量を減らすことができ、
取り出されるレーザの電気効率を向上させることができ
る。
Light having a wavelength of 0.8 micron to approximately 3 micron is reflected by the cylindrical tubes 3a and 3b, respectively, and travels again into the tungsten halogen lamps 2a and 2b, and then to the filaments 2a 'and 2b'. Is irradiated. As a result, the filaments 2a 'and 2b' are heated, and the amount of current supplied to them can be reduced,
The electrical efficiency of the extracted laser can be improved.

【0072】この様に、コーティングが外周面上に施さ
れた円柱管3a,3bを併用すると、本発明の固体レー
ザ装置はより効率良く動作できる。
Thus, the solid-state laser device of the present invention can be operated more efficiently by using the cylindrical tubes 3a and 3b coated on the outer peripheral surface together.

【0073】従来、この種のコーティングの特性として
は、波長0.5 ミクロン以下の可視域と紫外域の光を反
射させて、波長0.5 ミクロン以上の可視域と近赤外域
の光を透過させるものが多かった。その理由としては、
従来の装置はYAGレーザが対象であり、YAG結晶の
吸収帯が波長約0.8ミクロン付近であるのに対して、
励起光源としてのキセノンフラッシュランプ等には、Y
AG結晶の励起にほとんど寄与しない波長0.8 ミクロ
ン以下の可視光や紫外光が多く含まれているからであ
る。
Conventionally, the characteristic of this type of coating is that it reflects light in the visible region and ultraviolet region with a wavelength of 0.5 microns or less and transmits light in the visible region and near infrared region with a wavelength of 0.5 microns or more. There were many things to do. The reason is
The conventional device is targeted for the YAG laser, and the absorption band of the YAG crystal is around 0.8 micron, while
For a xenon flash lamp etc. as an excitation light source, Y
This is because a large amount of visible light or ultraviolet light having a wavelength of 0.8 μm or less that hardly contributes to the excitation of the AG crystal is included.

【0074】但し、この種のコーティングは、キセノン
フラッシュランプ等の様に気体が発光するランプのチュ
ーブ等に用いられていたが、その場合は、以下で説明す
る問題点があった。
However, this type of coating has been used for a tube of a lamp that emits a gas such as a xenon flash lamp, but in that case, there is a problem described below.

【0075】コーティングの特性は、ある波長の光に関
しては、入射角度に依存し、設定角度(一般に入射角が
0度の垂直入射を意味する。)から離れていくと、透過
率の特性が変化する。つまり、透過率が大きく変化する
境となる波長(以下、境界波長と示す。)が、垂直入射
の光に関する境界波長よりも短波長側にずれてしまうこ
とが知られている。
The characteristics of the coating depend on the incident angle for light of a certain wavelength, and the characteristics of the transmittance change as the distance from the set angle (generally means vertical incidence at an incident angle of 0 degree) increases. To do. That is, it is known that the wavelength at which the transmittance changes significantly (hereinafter referred to as the boundary wavelength) shifts to the shorter wavelength side than the boundary wavelength for vertically incident light.

【0076】そのため、気体が発光するランプでは、前
述した様に、発光する部分が比較的に太いため、この周
囲に位置する円柱管のコーティング面に当る光の入射角
は広く分布してしまい、一部の光に関して、境界波長が
短波長化することがあった。そのため、入射角が0度か
ら大きく離れない様にするために、例えば、コーティン
グが施された円柱管に、その直径がランプ管の内径に比
べて2倍以上の太いものを用いる方法が提案されている
が、それによれば、その円柱管が太くなると、これらを
中に含む楕円形状のランプハウスが大きくなってしま
う。その結果、ランプハウスにおいて、楕円形状の内面
と直交する両側の側面に当って反射する励起光の割合が
増し、ロッドに達するまでの励起光の反射回数が増える
ため、励起光が減衰する割合が大きくなる等の問題点が
生じる。
Therefore, in the lamp that emits gas, as described above, since the portion that emits light is relatively thick, the incident angle of light that strikes the coating surface of the cylindrical tube located around this is widely distributed, For some light, the boundary wavelength was sometimes shortened. Therefore, in order to prevent the incident angle from being greatly separated from 0 degree, for example, a method of using a coated cylindrical tube whose diameter is twice or more as large as the inner diameter of the lamp tube is proposed. However, according to this, when the cylindrical tube becomes thicker, the elliptical lamp house including these becomes larger. As a result, in the lamp house, the proportion of the excitation light reflected by hitting the side surfaces on both sides orthogonal to the elliptical inner surface increases, and the number of reflections of the excitation light until reaching the rod increases, so that the proportion of the excitation light attenuated Problems such as large size occur.

【0077】また、円柱管が太くなると、円柱管とその
中に挿入されるランプ管との間の隙間が広くなってしま
う。その結果、そこを流れるランプの冷却水の流速が低
下することになり、ランプの冷却に問題が生じてしま
う。
If the cylindrical tube becomes thicker, the gap between the cylindrical tube and the lamp tube inserted therein becomes wider. As a result, the flow rate of the cooling water for the lamp flowing therethrough is reduced, which causes a problem in cooling the lamp.

【0078】これに対して、本発明では、光源がタング
ステンから成る細長いフィラメントを用いるため、これ
らのフィラメント2a′,2b′がコーティングが施さ
れた円柱管3a,3bの中心軸上に位置することから、
太い円柱管を用いなくても、放射される光のほとんど
は、このコーティング面に対して、垂直に入射する様に
なる。その結果、境界波長がずれることはない。
On the other hand, in the present invention, since the light source uses the elongated filament made of tungsten, these filaments 2a 'and 2b' should be located on the central axes of the coated cylindrical tubes 3a and 3b. From
Even if a thick cylindrical tube is not used, most of the emitted light will enter the coating surface at a right angle. As a result, the boundary wavelength does not shift.

【0079】特に、本発明で利用されるコーティングの
特性としては、垂直入射の光に関して、境界波長が約
0.8ミクロンであり、波長0.8ミクロン以上の光を反
射させるため、一部の光に対して境界波長が0.8 ミク
ロンより短くなると、ロッド1であるCr:LiSrA
lF6 の吸収帯は波長0.6ミクロンから0.8ミクロン
に在るため、吸収帯に含まれる波長の光のうち、ロッド
1に吸収されなくなるものが生じることがある。その結
果、励起効率が低下する恐れがある。
In particular, as the characteristics of the coating used in the present invention, the boundary wavelength of vertically incident light is about 0.8 μm, and since the light having a wavelength of 0.8 μm or more is reflected, a part of When the boundary wavelength for light becomes shorter than 0.8 micron, the rod 1 is Cr: LiSrA.
Since the absorption band of 1F 6 is in the wavelength range of 0.6 μm to 0.8 μm, some light having a wavelength included in the absorption band may not be absorbed by the rod 1. As a result, the excitation efficiency may decrease.

【0080】この様に、本発明では境界波長以上が高反
射となる特性のコーティングを利用し、かつ、境界波長
以下に結晶の吸収帯が在るため、もしも従来の様な気体
が発光するランプを用いるならば、励起効率が低下する
恐れがあるが、本発明では、フィラメントを用いるた
め、境界波長が変化する光の割合を小さくできることか
ら、励起効率が低下することはない。
As described above, according to the present invention, the coating having the characteristic of having high reflection at the boundary wavelength or more is used, and the crystal absorption band exists at the boundary wavelength or less. However, in the present invention, since the filament is used, the ratio of the light whose boundary wavelength changes can be reduced, so that the excitation efficiency does not decrease.

【0081】また、ロッド1に照射される励起光には、
波長0.8 ミクロン以上の成分がほとんど含まれないた
め、ロッド1の励起に不必要な光は照射されず、ロッド
1を無駄に加熱することがない。したがってロッド1の
温度上昇による熱レンズ効果や、複屈折効果等の固体レ
ーザに特有な熱的悪影響も大幅に低減させることができ
る。
The excitation light with which the rod 1 is irradiated includes
Since a component having a wavelength of 0.8 μm or more is scarcely contained, unnecessary light for exciting the rod 1 is not irradiated and the rod 1 is not wastefully heated. Therefore, a thermal lens effect due to the temperature rise of the rod 1 and a thermal adverse effect peculiar to the solid-state laser such as a birefringence effect can be significantly reduced.

【0082】また、本発明では、タングステンから成る
フィラメント2a′,2b′を用いたタングステンハロ
ゲンランプ2a,2bを用いているが、タングステン以
外でも高い融点を有する材質から成るフィラメントを利
用した白熱電球を光源に用いても良い。例えば、炭化ハ
フニウムは融点が約4160Kであり、タングステンの
3683Kよりも高いため、4000K近くの高温度で
動作でき、光源の分光特性として波長約0.7 ミクロン
近くがピークとなるため、タングステンをフィラメント
に用いるよりも、結晶の吸収帯に含まれる光の割合が多
くなり、励起効率を高くすることができる。尚、炭化ハ
フニウムの他にも、融点が約4150Kである炭化タン
タラムを利用しても同様の効果がある。
Further, in the present invention, the tungsten halogen lamps 2a and 2b using the filaments 2a 'and 2b' made of tungsten are used, but an incandescent lamp using a filament made of a material having a high melting point other than tungsten is used. You may use it for a light source. For example, since hafnium carbide has a melting point of about 4160K and is higher than 3683K of tungsten, it can operate at a high temperature near 4000K, and the spectral characteristic of the light source has a peak near a wavelength of about 0.7 micron. The ratio of light contained in the absorption band of the crystal is larger than that used for, and the excitation efficiency can be increased. In addition to hafnium carbide, the same effect can be obtained by using tantalum carbide having a melting point of about 4150K.

【0083】図2は、図1に示されているロッド1,タ
ングステンハロゲンランプ2a,2b,フィラメント2
a′,2b′、及び円柱管3a,3bに関して、それら
に垂直な断面の構成を示した断面図である。
FIG. 2 shows the rod 1, the tungsten halogen lamps 2a and 2b and the filament 2 shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of cross sections perpendicular to a ′, 2b ′ and cylindrical tubes 3a, 3b.

【0084】これらロッド1,タングステンハロゲンラ
ンプ2a,2b,フィラメント2a′,2b′、及び円柱
管3a,3bは、ランプハウス12中に挿入されてい
る。ランプハウス12の内面は金メッキが施されてお
り、波長0.6 ミクロン以上の可視光と近赤外光を95
%以上反射する。図2の様に、ランプハウス12は、内
面が楕円形状の一部分から成る2つの部分を合わせたも
のであり、それぞれの部分の楕円形が2つ有する焦点の
内、一方の焦点は、ほぼ同じ位置にあり、その位置にロ
ッド1が置かれ、他方の焦点位置付近には、それぞれフ
ィラメント2a′,2b′が置かれている。尚、このラ
ンプハウス12は、一般に2重楕円型のランプハウスと
呼ばれている。
The rod 1, the tungsten halogen lamps 2a and 2b, the filaments 2a 'and 2b', and the cylindrical tubes 3a and 3b are inserted in the lamp house 12. The inner surface of the lamp house 12 is gold-plated, and it emits visible and near-infrared light with a wavelength of 0.6 microns or more
Reflect more than%. As shown in FIG. 2, the lamp house 12 is a combination of two parts whose inner surface is a part of an elliptical shape, and one of the two ellipses of each part has almost the same focus. The rod 1 is placed at that position, and the filaments 2a 'and 2b' are placed near the other focal position, respectively. The lamp house 12 is generally called a double elliptical lamp house.

【0085】フィラメント2a′,2b′から周囲に放
射される励起光の内、円柱管3a,3bを透過する波長
0.6ミクロンから0.8ミクロンの光は、ロッド1付近
に集光されることになる。また、図で13はロッド1を
冷却する冷却水を流すための冷却管である。
Of the excitation light emitted from the filaments 2a 'and 2b' to the surroundings, the light having a wavelength of 0.6 to 0.8 microns which is transmitted through the cylindrical tubes 3a and 3b is condensed near the rod 1. It will be. In addition, reference numeral 13 in the drawing denotes a cooling pipe for flowing cooling water for cooling the rod 1.

【0086】また、フィラメント2a′,2b′はそれ
ぞれ円柱管3a,3bの中心付近に位置しており、円柱
管3a,3bに比べて十分小さい。その結果、フィラメ
ント2a′,2b′から放射される光は、円柱管3a,
3bに対してほぼ垂直に入射する。それにより、ここで
反射される波長0.8 ミクロン以上の光は、正反対の方
向に戻され、ほとんどがフィラメント2a′,2b′に
照射される。この様に、放射される光が、円柱管にほぼ
垂直に入射するため、円柱管に施されたコーティング面
における透過率の波長依存特性が正確に反映され、波長
0.6 ミクロンから0.8ミクロンの光を数%以上反射
してしまうことはない。
The filaments 2a 'and 2b' are located near the centers of the cylindrical tubes 3a and 3b, respectively, and are sufficiently smaller than the cylindrical tubes 3a and 3b. As a result, the light emitted from the filaments 2a 'and 2b' is
It is incident almost perpendicularly to 3b. As a result, the light having a wavelength of 0.8 micron or more reflected here is returned in the opposite direction, and most of the light is irradiated on the filaments 2a 'and 2b'. In this way, since the emitted light is incident on the cylindrical tube almost perpendicularly, the wavelength-dependent characteristic of the transmittance on the coating surface of the cylindrical tube is accurately reflected, and the wavelength is from 0.6 μm to 0.8 μm. It does not reflect more than a few percent of micron light.

【0087】次に図3を用いて本発明の第2実施例を説
明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0088】図3は本発明の固体レーザ装置200の構
成を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the solid-state laser device 200 of the present invention.

【0089】この断面図は、図2と同様に、レーザ光及
び励起ランプに垂直な面に関するものである。
Similar to FIG. 2, this sectional view relates to a plane perpendicular to the laser beam and the excitation lamp.

【0090】該図において、Cr:LiSrAlF6
ら成るロッド201は、円柱管203中に挿入されてい
る。このロッド201は、ランプハウス204の内面の
楕円形の一方の焦点付近に置かれている。円柱管203
の外周面には、図1で示した第1実施例における円柱管
3a,3bに施されたコーティングの特性と同様な特性
のコーティングが施されている。また、円柱管203と
ロッド201との間の隙間には、冷却水が流れている。
励起ランプ202は、タングステンから成る直線状のフ
ィラメント202′が用いられている。フィラメント2
02′は、図の様に6本がそれぞれ平行になって、ラン
プハウス204の内面の楕円形のもう一方の焦点付近に
位置している。その結果、フィラメント202′から放
射された光のうち波長0.6ミクロンから0.8ミクロン
の間の光は、円柱管203をほぼ透過して、ロッド20
1を照射することができる。これに対して、波長0.8
ミクロン以上の光は、円柱管203に入射する際にほぼ
垂直に入射するため、反射するとほぼ正反対の方向に戻
され、その結果、フィラメント202′まで戻り、これ
に照射されて加熱するのに使われる。
In the figure, a rod 201 made of Cr: LiSrAlF 6 is inserted in a cylindrical tube 203. This rod 201 is placed near one of the focal points of the elliptical shape on the inner surface of the lamp house 204. Cylindrical tube 203
A coating having the same characteristics as the coating applied to the cylindrical tubes 3a and 3b in the first embodiment shown in FIG. 1 is applied to the outer peripheral surface of the. Further, cooling water flows in the gap between the cylindrical tube 203 and the rod 201.
The excitation lamp 202 uses a linear filament 202 'made of tungsten. Filament 2
As shown in the figure, six of the two 02 'are parallel to each other and are located in the vicinity of the other elliptical focus on the inner surface of the lamp house 204. As a result, of the light emitted from the filament 202 ′, the light having a wavelength of 0.6 to 0.8 μm is substantially transmitted through the cylindrical tube 203 and the rod 20.
1 can be irradiated. On the other hand, wavelength 0.8
Light having a diameter of micron or more enters the cylindrical tube 203 almost vertically, and when reflected, the light is returned in almost the opposite direction, and as a result, returns to the filament 202 ′, which is irradiated and used for heating. Be seen.

【0091】この実施例では、直線上のフィラメント2
02′を6本用いているが、この理由を以下に述べる。
In this embodiment, the linear filament 2
Six 02's are used, and the reason for this will be described below.

【0092】ロッド201として長さが数センチメート
ル程度のものを用いており、それを効率良く励起するた
めには、フィラメントの長さも同じ程度に長くする必要
がある。しかし、フィラメントは従来一般にコイル状に
巻いてあるものが用いられているため、フィラメント自
体に細いものを用いても、コイルとしての直径が2mm以
上に太くなることがある。これに対して、直線状のフィ
ラメントを用いると、直径をさらに小さくでき、より高
密度に励起することができる。ところが、励起光は、フ
ィラメントの表面から放射されるため、フィラメントと
して直線状のものが1本だけであれば、コイル状の場合
に比べて表面積が極めて小さくなり、光量が大幅に低下
する。そこで、直線状のフィラメントを複数本並列に用
いることで、全表面積を低下させずに済み、励起光の光
量を減少させずに済む。さらにまた、ここでは、フィラ
メント202′を6本用いているが、その1本について
は、直径が約0.5mm 程度と細いため、6本集まって
も、全体の直径を2mm以下程度と小さくできる。
As the rod 201, a rod having a length of about several centimeters is used, and in order to excite it efficiently, it is necessary to make the length of the filament to the same extent. However, since a filament that has been conventionally wound into a coil is generally used, even if a thin filament is used, the diameter of the coil may become as thick as 2 mm or more. On the other hand, when the linear filament is used, the diameter can be further reduced and the excitation can be performed with higher density. However, since the excitation light is radiated from the surface of the filament, if only one linear filament is used, the surface area becomes extremely smaller than that in the case of a coil and the amount of light is significantly reduced. Therefore, by using a plurality of linear filaments in parallel, it is not necessary to reduce the total surface area and the light quantity of the excitation light. Furthermore, although six filaments 202 'are used here, one of them has a thin diameter of about 0.5 mm, so even if six filaments are collected, the overall diameter can be reduced to about 2 mm or less. ..

【0093】また、この実施例では、ロッド側に在る円
柱管にコーティングが施されており、その結果、ランプ
からの光で加熱されても、この円管内を流れる冷却水で
冷却されるため、コーティング膜の寿命が長くなる。
Also, in this embodiment, the cylindrical tube on the rod side is coated, and as a result, even if it is heated by the light from the lamp, it is cooled by the cooling water flowing in this circular tube. , The life of the coating film is extended.

【0094】次に図4を用いて本発明の第3実施例を説
明する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0095】図4は固体レーザ装置300の構成を示す
断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing the structure of the solid-state laser device 300.

【0096】本実施例では、レーザ媒質301に薄板状
のものが用いられているのが大きな特徴である。以下に
構成の詳細を説明する。
A major feature of this embodiment is that a thin plate-shaped laser medium 301 is used. The details of the configuration will be described below.

【0097】レーザ媒質301は、厚さ約1mmの薄板状
であり、Cr:LiSrGaF6 から成る。Cr:Li
SrGaF6 は、レーザ光に対する損失が少ないとされ
ており、CW動作に適している。
The laser medium 301 is a thin plate having a thickness of about 1 mm and is made of Cr: LiSrGaF 6 . Cr: Li
SrGaF 6 is said to have a small loss with respect to laser light and is suitable for CW operation.

【0098】励起ランプ302a,302bは、フィラ
メント302a′,302b′がタングステンから成る
タングステンハロゲンランプである。フィラメント302
a′,302b′は直径1mm程度の細いコイル状のもが
用いられている。
The excitation lamps 302a and 302b are tungsten halogen lamps whose filaments 302a 'and 302b' are made of tungsten. Filament 302
As a 'and 302b', thin coil-shaped members having a diameter of about 1 mm are used.

【0099】ランプハウス304a,304bには、第
1実施例と同様に、内面が楕円形状のものが用いられて
おり、一方の焦点位置付近には、それぞれフィラメント
302a′,302b′が位置しており、もう一方の焦
点位置付近には、レーザ媒質301の中央部301′が
位置している。
Similar to the first embodiment, the lamp houses 304a and 304b have elliptical inner surfaces, and the filaments 302a 'and 302b' are located near one of the focal positions. The central portion 301 'of the laser medium 301 is located near the other focus position.

【0100】レーザ媒質301を、その両側面から冷却
するために、冷却水が、水流を示す矢印305a,30
5bの方向に流れている。また、この冷却水の流路の一
部を形成しているガラス板306a,306bには、図
面でそれぞれ左面、及び右面に、波長約0.8ミクロン
以下に高い透過率を有し、波長0.85ミクロン以上に
は高い反射率を有するコーティングが施されている。
In order to cool the laser medium 301 from both sides thereof, cooling water is supplied with the arrows 305a, 30a showing the water flow.
It is flowing in the direction of 5b. Further, the glass plates 306a and 306b forming part of the flow path of the cooling water have a high transmittance at a wavelength of about 0.8 micron or less on the left and right surfaces in the drawing, respectively, and have a wavelength of 0 or less. A coating having a high reflectance is applied to 0.85 micron or more.

【0101】また、307a,307bは、冷却水の流
れをスムースにするために置かれた三角柱のステンレス
棒である。
Further, 307a and 307b are triangular rod-shaped stainless steel rods placed for smoothing the flow of the cooling water.

【0102】本実施例では、レーザ媒質301中に、濃
度約10原子%と非常に高濃度の3価のクロムイオンが
混入されている。その結果、レーザ媒質301の厚さと
して1mm程度の薄いものを用いても、励起光を十分吸収
させることができる。それにより、中央部301′が強
く高密度に励起されるため、CWの基本波を容易に発振
させることができる。
In this embodiment, the laser medium 301 contains trivalent chromium ions having a very high concentration of about 10 atomic%. As a result, the excitation light can be sufficiently absorbed even if the laser medium 301 having a thin thickness of about 1 mm is used. As a result, the central portion 301 'is excited strongly and with high density, so that the CW fundamental wave can be easily oscillated.

【0103】ところで、3価のクロムイオンを含み、基
底状態における振動準位を利用した振動電子遷移をする
ことができる結晶は、以下に説明する理由から3価のク
ロムイオンを数%以上の高濃度で混入させることができ
る。
By the way, a crystal containing trivalent chromium ions and capable of vibrating electronic transition utilizing the vibrational level in the ground state has trivalent chromium ions higher than several percent for the reason described below. It can be mixed in a concentration.

【0104】それらの結晶に3価のクロムイオンが混入
される場合に置換される3価のクロムイオンは、主にア
ルミニウムイオン(Al)やガリウムイオン(Ga)で
ある。これらのイオン半径は、それぞれ約0.53Å、
及び0.62Å(ただし、取り囲むイオンが8面体を形
成する場合である)であり、クロムイオンの0.62Å
にほぼ近いか、ほとんど等しい大きさを有する。そのた
め、無理なく置換されることから、クロムイオンが高濃
度で混入される。
The trivalent chromium ions substituted when the crystals are mixed with trivalent chromium ions are mainly aluminum ions (Al) and gallium ions (Ga). These ionic radii are about 0.53Å,
And 0.62Å (provided that the surrounding ions form an octahedron), which is 0.62Å of chromium ions.
Have a size close to or nearly equal to. Therefore, the chromium ions are mixed in a high concentration because they are replaced with ease.

【0105】これに対して、YAGレーザの場合、ネオ
ジウムイオンのイオン半径が1.12Åと、置換されるイッ
トリウム(Y)イオンの半径の1.02Åよりも約0.1
Åも大きいことから、ネオジウムイオンを濃度1.3 原
子%程度までしか混入させることが出来ない。
On the other hand, in the case of the YAG laser, the ionic radius of the neodymium ion is 1.12Å, which is about 0.1 than the radius of the yttrium (Y) ion to be replaced, which is 1.02Å.
Since Å is also large, it is possible to mix neodymium ions up to a concentration of about 1.3 atom%.

【0106】これに対して、例えばLiSrAlF6
晶,LiCaAlF6 結晶、あるいはLiSrGaF6
結晶では、3価のクロムイオンを15原子%程度の高濃
度まで混入できる。
On the other hand, for example, LiSrAlF 6 crystal, LiCaAlF 6 crystal, or LiSrGaF 6 crystal.
In the crystal, trivalent chromium ions can be mixed up to a high concentration of about 15 atom%.

【0107】特に、これらの結晶を用いて本発明を構成
する場合、励起光源であるフィラメントは、通常、直径
2mm程度以下と細くできることから、これらの結晶中で
励起光が吸収される時に、励起光がおよそ2mm浸透した
所でほとんど吸収できるようにすることが望ましい。そ
れには、これらの結晶に対して3価のクロムイオンを約
1.5原子%以上混入すればよい。つまり、1.5原子%
の時に、結晶の吸収帯に位置する波長約0.65ミクロ
ンの光の減衰距離が約2mmになる。
In particular, when the present invention is constructed by using these crystals, the filament which is the excitation light source can usually be made thin with a diameter of about 2 mm or less. Therefore, when the excitation light is absorbed in these crystals, the excitation light is excited. It is desirable to allow most of the light to be absorbed where it penetrates about 2 mm. For that purpose, trivalent chromium ions may be mixed with these crystals in an amount of about 1.5 atomic% or more. In other words, 1.5 atom%
At that time, the attenuation distance of light having a wavelength of about 0.65 microns located in the absorption band of the crystal is about 2 mm.

【0108】次に、本発明の第4実施例として、本発明
の固体レーザ装置100を用いたレーザエッチング装置
400を図5を用いて説明する。
Next, as a fourth embodiment of the present invention, a laser etching apparatus 400 using the solid-state laser apparatus 100 of the present invention will be described with reference to FIG.

【0109】図5はレーザエッチング装置400の構成
を示す構成図である。
FIG. 5 is a block diagram showing the structure of the laser etching apparatus 400.

【0110】該図に示す本実施例のレーザエッチング装
置400では、光源として本発明の固体レーザ装置10
0が用いられ、この固体レーザ装置100から取り出さ
れた紫外域で連続波のレーザ光401の方向を変えるミ
ラー402と、このミラー402で方向が変えられたレ
ーザ光401を絞るレンズ403と、このレンズ403
で絞られたレーザ光401が集光されてエッチング処理
されるシリコン基板407を収納する反応容器404と
から概略構成される。
In the laser etching apparatus 400 of this embodiment shown in the figure, the solid-state laser apparatus 10 of the present invention is used as a light source.
0, a mirror 402 that changes the direction of the continuous-wave laser light 401 extracted from the solid-state laser device 100 in the ultraviolet region, a lens 403 that narrows down the laser light 401 whose direction is changed by the mirror 402, and Lens 403
A reaction container 404 that houses a silicon substrate 407 that is subjected to etching processing by converging the laser light 401 focused by the above method is roughly configured.

【0111】次に、その動作について説明する。Next, the operation will be described.

【0112】固体レーザ装置100から取り出される紫
外域でCWのレーザ光401は、ミラー402で下向き
に反射すると、レンズ403を通り絞られながら反応容
器404中に窓405から入射する。入射したレーザ光
は、エッチングさせる対象となるシリコン基板407上
で集光する。反応容器404は、排気管408から排気
され、また、注入管409からは原料となる塩素ガスが
注入される。シリコン基板407は、レーザ光の照射位
置を制御して、エッチングが生じる場所に空間的選択性
を持たせるために、XYステージ406上に置かれてい
る。
When the CW laser beam 401 in the ultraviolet region extracted from the solid-state laser device 100 is reflected downward by the mirror 402, the laser beam 401 enters the reaction container 404 through the window 405 while being focused through the lens 403. The incident laser light is condensed on the silicon substrate 407 which is the target of etching. The reaction vessel 404 is evacuated through an exhaust pipe 408, and chlorine gas as a raw material is injected through an injection pipe 409. The silicon substrate 407 is placed on the XY stage 406 in order to control the irradiation position of the laser light so as to have a spatial selectivity at a place where etching occurs.

【0113】このレーザエッチング装置400では、光
源である固体レーザ装置100からのレーザ光が、従来
のHeCdレーザ等より1桁以上も高出力であるため、
処理時間が10分の1程度も短縮できる。
In this laser etching apparatus 400, the laser light from the solid-state laser apparatus 100, which is a light source, has an output higher than that of the conventional HeCd laser by one digit or more.
The processing time can be shortened by about 1/10.

【0114】また、本実施例に採用されている固体レー
ザ装置100では、レーザ媒質において、レーザの終準
位が基底状態における振動準位であるため波長可変性を
有する。それにより、レーザ光の波長を塩素ガスの吸収
スペクトルのピーク値である波長約0.34 ミクロン付
近に合わせることができる。その結果、塩素ガスが効率
良く分解するため、シリコン基板に対する反応性を飛躍
的に高めることができるので、エッチング装置には効果
的である。
The solid-state laser device 100 employed in this embodiment has wavelength tunability because the final level of the laser in the laser medium is the vibrational level in the ground state. As a result, the wavelength of the laser beam can be adjusted to the wavelength of about 0.34 micron which is the peak value of the absorption spectrum of chlorine gas. As a result, the chlorine gas is efficiently decomposed, and the reactivity with respect to the silicon substrate can be dramatically increased, which is effective for the etching apparatus.

【0115】尚、固体レーザ装置100の波長可変領域
である約0.3ミクロンから約0.5ミクロンの間に、吸
収スペクトルのピークがあるガスを原料ガスとして用い
ると極めて効果的であるため、塩素ガス以外には、吸収
スペクトルの中心が波長約0.4 ミクロンである臭素ガ
ス等も適する。
It is extremely effective to use a gas having an absorption spectrum peak as a raw material gas in the wavelength variable region of the solid-state laser device 100 in the range of about 0.3 to about 0.5 microns. In addition to chlorine gas, bromine gas whose center of absorption spectrum has a wavelength of about 0.4 microns is also suitable.

【0116】この様に、従来、空間的選択性を有するエ
ッチングを行うためには、可視域で比較的出力の高いC
Wレーザであるアルゴンイオンレーザが広く用いられて
いたが、その発振波長が0.5145 ミクロンと緑色領
域にあり、原料に利用できるほとんどのガスでは、その
波長での吸収率が非常に低くなってしまう。その結果、
原料ガスを効率良く分解できない問題点があったが、本
実施例のレーザエッチング装置ではこの様な問題は生じ
ない。
As described above, conventionally, in order to carry out etching with spatial selectivity, C which has a relatively high output in the visible region.
The argon ion laser, which is a W laser, was widely used, but its oscillation wavelength is 0.5145 microns, which is in the green region, and most of the gases that can be used as raw materials have very low absorptance at that wavelength. I will end up. as a result,
Although there is a problem that the raw material gas cannot be decomposed efficiently, such a problem does not occur in the laser etching apparatus of the present embodiment.

【0117】次に、本発明の第5実施例として、本発明
の固体レーザ装置100を用いたレーザマーキング装置
500を図6を用いて説明する。
Next, as a fifth embodiment of the present invention, a laser marking device 500 using the solid-state laser device 100 of the present invention will be described with reference to FIG.

【0118】図6はレーザマーキング装置500の構成
を示す構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing the configuration of the laser marking device 500.

【0119】該図の如く、本実施例のレーザマーキング
装置500は、フォトレジスト板501にマーキングす
るための装置であり、固体レーザ装置100と、この固
体レーザ装置100から取り出された紫外域で連続波の
レーザ光502をスキャニングするための2とのミラー
503a,503bと、このミラー503a,503bでス
キャニングされたレーザ光が照射され、かつ、マーキン
グすべきパターンが形成されている液晶マスク504
と、この液晶マスク504を通過してマーキングすべき
パターンが形成されたレーザ光は偏光させ、マーキング
すべきパターンが形成されないレーザ光は透過させる偏
光ビームスプリッタ505と、この偏光ビームスプリッ
タ505で偏光されたレーザ光で所定のパターンがマー
キングされるフォトレジスト板501とから概略構成さ
れる。
As shown in the figure, the laser marking apparatus 500 of the present embodiment is an apparatus for marking the photoresist plate 501, and it is continuous with the solid-state laser apparatus 100 in the ultraviolet region extracted from this solid-state laser apparatus 100. Mirrors 503a and 503b for scanning the wave laser beam 502, and the liquid crystal mask 504 on which the laser beam scanned by the mirrors 503a and 503b is irradiated and a pattern to be marked is formed
And a polarization beam splitter 505 that polarizes laser light that passes through the liquid crystal mask 504 and has a pattern to be marked formed thereon and transmits laser light that has no pattern to be marked formed thereon, and is polarized by the polarization beam splitter 505. And a photoresist plate 501 on which a predetermined pattern is marked with laser light.

【0120】次に、動作を説明する。Next, the operation will be described.

【0121】固体レーザ装置100から取り出される波
長約0.4 ミクロンのCWのレーザ光502は、スキャ
ニングするためのミラー503a,503bで反射後、
液晶マスク504を照射する。この液晶マスク504上
には、フォトレジスト板501上にマーキングするパター
ンが形成される。液晶マスク504でそのパターンを形
成する画素を通過するレーザ光は、偏光ビームスプリッ
タ505で反射し、結合レンズ506を通って、フォト
レジスト板501にパターン像を結ぶ。また、液晶マス
ク504でそのパターンを形成しないレーザ光は、偏光
ビームスプリッタ505を透過して光吸収体507に当
たる。
The CW laser beam 502 having a wavelength of about 0.4 micron extracted from the solid-state laser device 100 is reflected by mirrors 503a and 503b for scanning,
The liquid crystal mask 504 is irradiated. A pattern for marking the photoresist plate 501 is formed on the liquid crystal mask 504. The laser light passing through the pixels forming the pattern by the liquid crystal mask 504 is reflected by the polarization beam splitter 505, passes through the coupling lens 506, and forms a pattern image on the photoresist plate 501. Further, the laser light that does not form the pattern on the liquid crystal mask 504 passes through the polarization beam splitter 505 and strikes the light absorber 507.

【0122】尚、この様に液晶マスク504を用いたレ
ーザマーキング装置は、一般に、液晶マーカと呼ばれて
おり、光源としてのレーザ光には直線偏光のものが利用
される。
A laser marking device using the liquid crystal mask 504 is generally called a liquid crystal marker, and a linearly polarized laser beam is used as a laser beam as a light source.

【0123】ところでフォトレジスト板501の感光特
性(照射される光の波長に対する吸収率を示す特性を意
味する。)は、一般的に、図7に示す様になっており、
波長0.5 ミクロン以下の特に紫外域の光を強く吸収す
る。そこで、フォトレジスト板501に高速にマーキン
グするには、波長0.45 ミクロン以下の高出力なレー
ザ光が必要である。
By the way, the photosensitivity of the photoresist plate 501 (meaning the property showing the absorptance with respect to the wavelength of irradiated light) is generally as shown in FIG.
It strongly absorbs light with a wavelength of 0.5 micron or less, especially in the ultraviolet range. Therefore, in order to mark the photoresist plate 501 at high speed, high-power laser light having a wavelength of 0.45 μm or less is required.

【0124】これに関して、一般に紫外域で高出力にレ
ーザ動作できるエキシマレーザでは、以下に述べる理由
から、液晶マスクの光源には適さない。
In this regard, generally, an excimer laser capable of performing a high-power laser operation in the ultraviolet region is not suitable as a light source for a liquid crystal mask for the following reason.

【0125】液晶マーカでは、光源の光が完全な直線偏
光であることが望ましいが、エキシマレーザは、一般
に、パルス幅が通常数十ナノ秒と短かく、レーザ光が共
振器間をあまり往復しないため、偏光方向が揃わない間
に共振器外部に取り出されることから、直線偏光でレー
ザ発振させることが難しい。
In the liquid crystal marker, it is desirable that the light from the light source is completely linearly polarized. However, the excimer laser generally has a short pulse width of several tens of nanoseconds, and the laser light does not reciprocate between the resonators. Therefore, since the light is taken out of the resonator while the polarization directions are not aligned, it is difficult to cause laser oscillation with linearly polarized light.

【0126】さらにまた、エキシマレーザの様に、波長
0.35 ミクロン以下のレーザでは、以下に説明する様
な液晶マスクの耐久性に問題が生じる。
Furthermore, a laser having a wavelength of 0.35 μm or less like an excimer laser causes a problem in durability of a liquid crystal mask as described below.

【0127】液晶マスクを構成する液晶性高分子の分子
構造は、おもに炭素(C),水素(H),酸素(O),
及び窒素(N)等が結合されたものから成る。それらの
中で、一般的な液晶性高分子に多く存在するC、H、及
びOに関して、それらの間の結合エネルギーと、それら
の結合エネルギーに相当するエネルギーを有する光子の
波長を図8に示す。
The molecular structure of the liquid crystalline polymer constituting the liquid crystal mask is mainly carbon (C), hydrogen (H), oxygen (O),
And nitrogen (N) and the like are combined. Among them, regarding C, H, and O, which are abundant in common liquid crystalline polymers, the binding energies between them and the wavelengths of photons having energies corresponding to those binding energies are shown in FIG. ..

【0128】図8から明らかな様に、348nm以下の
波長の光が液晶性高分子に照射されると、その光子エネ
ルギーは構成するC、H、及びOの間の結合エネルギー
を上回るため、それらの結合を切る確立が高くなり、そ
の結果、液晶が劣化することになる。
As is apparent from FIG. 8, when the liquid crystal polymer is irradiated with light having a wavelength of 348 nm or less, its photon energy exceeds the binding energy between C, H, and O constituting the liquid crystal polymer. The probability of breaking the bond is high, which results in deterioration of the liquid crystal.

【0129】これに対して、本実施例のレーザマーキン
グ装置500の光源である固体レーザ装置100は、波
長約0.35ミクロンから0.5ミクロンに渡って波長可
変性を有するため、波長0.35ミクロンから0.45ミ
クロンの間でレーザ動作させれば、液晶マスク504を
劣化させずに、しかも、フォトレジスト板501に対す
る吸収率が低くならずに済む。特に、波長0.4 ミクロ
ン付近でレーザ動作させれば、フォトレジスト板501
に対する吸収率の極大値に相当するため、効率良くフォ
トレジスト板501を感光させることができる。
On the other hand, the solid-state laser device 100, which is the light source of the laser marking device 500 of this embodiment, has wavelength tunability over a wavelength range of about 0.35 micron to 0.5 micron. If the laser is operated between 35 and 0.45 micron, the liquid crystal mask 504 is not deteriorated and the absorptance of the photoresist plate 501 is not lowered. In particular, if the laser is operated near the wavelength of 0.4 micron, the photoresist plate 501
Since it corresponds to the maximum value of the absorptance with respect to, the photoresist plate 501 can be efficiently exposed to light.

【0130】尚、同様に波長0.35ミクロンから0.4
5ミクロンの間で発振するレーザとして、HeCdレー
ザもある(波長0.441 ミクロンでも発振する)が、
レーザ出力がおよそ0.1W 程度と極めて小さいため、
広い面積や短時間でマーキングさせることは困難であ
る。
Similarly, the wavelength is 0.35 micron to 0.4.
As a laser that oscillates between 5 microns, there is also a HeCd laser (which also oscillates at a wavelength of 0.441 microns),
Since the laser output is extremely small at about 0.1 W,
It is difficult to make a marking in a large area or in a short time.

【0131】これに対して、光源である固体レーザ装置
100ではレーザ出力が数W程度も得られ、さらに図7
から分かる様にフォトレジスト板501への吸収率が前
記HeCdレーザの場合より2倍程度も高くできるた
め、短時間で大面積のフォトレジスト板501にマーキ
ングすることができる様になった。
On the other hand, the solid-state laser device 100, which is a light source, can obtain a laser output of about several W, and further, FIG.
As can be seen from the above, since the absorptance of the photoresist plate 501 can be about twice as high as that of the HeCd laser, it is possible to mark a large area of the photoresist plate 501 in a short time.

【0132】さらにまた、固体レーザ装置100から取
り出されるレーザ光502は、既に説明した様に、非線
形光学結晶により波長変換されたものであるため、完全
な直線偏光になっていることも液晶マーカの光源として
適している。
Furthermore, since the laser beam 502 extracted from the solid-state laser device 100 is wavelength-converted by the non-linear optical crystal as described above, it is also a perfect linearly polarized light that is a liquid crystal marker. Suitable as a light source.

【0133】次に、第6実施例として、本発明の固体レ
ーザ装置を用いて生体の血液成分を測定する血液成分測
定装置800を図9を用いて説明する。
Next, as a sixth embodiment, a blood component measuring device 800 for measuring a blood component of a living body using the solid-state laser device of the present invention will be described with reference to FIG.

【0134】図9は血液成分測定装置800の構成を説
明するための構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram for explaining the configuration of the blood component measuring device 800.

【0135】血液成分測定装置800は大きく分けて、
近赤外域のレーザ光を発生するレーザ装置801、血液
成分を測定する生体の一部を挿入する暗箱812、及び
制御装置814とから成る。
Blood component measuring device 800 is roughly divided into
A laser device 801 for generating a laser beam in the near infrared region, a dark box 812 into which a part of a living body for measuring blood components is inserted, and a control device 814.

【0136】レーザ装置801では、レーザ媒質802
としてCr:LiSrAlF6 が用いられており、励起
光源としてはタングステンハロゲンランプ803a、80
3Bが用いられている。共振器は全反射鏡804と出力鏡
805とで構成されており、共振器間には発振波長を選
択するためプリズム806、発振波長幅を狭帯域化する
ためのエタロン806′、及びQスイッチ807とが挿
入されている。
In the laser device 801, the laser medium 802
Cr: LiSrAlF 6 is used as the material, and tungsten halogen lamps 803a, 80 are used as the excitation light source.
3B is used. The resonator is composed of a total reflection mirror 804 and an output mirror 805. A prism 806 for selecting an oscillation wavelength, an etalon 806 'for narrowing the oscillation wavelength width, and a Q switch 807 are provided between the resonators. And have been inserted.

【0137】レーザ装置801は、レーザ動作させる
と、波長約0.8 ミクロン付近の近赤外域のレーザ光8
08aが取り出されミラー809で反射し、レーザ光8
08bの様に暗箱812中に窓810から入射する。
When the laser device 801 is operated by a laser, the laser light 8 in the near infrared region having a wavelength of about 0.8 micron is obtained.
08a is extracted and reflected by the mirror 809, and the laser light 8
As in 08b, the light enters from the window 810 into the dark box 812.

【0138】この暗箱812中には、頭や手など生体の
一部が矢印820の方向から挿入されており、生体の一
部を透過したレーザ光808cはシリコンフォトダイオ
ード(以下Si−PDと示す。)811で検出される。
In the dark box 812, a part of a living body such as a head or a hand is inserted from the direction of arrow 820, and the laser beam 808c which has passed through the part of the living body is a silicon photodiode (hereinafter referred to as Si-PD). ) 811 is detected.

【0139】Si−PD811からの信号は、ケーブル
813aを通り制御装置814に伝わる。また、制御装
置814は、ケーブル813bで駆動装置815と繋が
っており、駆動装置815は全反射鏡804を微動させ
ることができる。その結果、制御装置814はレーザ装
置801の発振波長を変化させることができる。
The signal from the Si-PD 811 is transmitted to the control device 814 through the cable 813a. Further, the control device 814 is connected to the drive device 815 by the cable 813b, and the drive device 815 can finely move the total reflection mirror 804. As a result, the control device 814 can change the oscillation wavelength of the laser device 801.

【0140】一般に波長約0.6 ミクロンから約1ミク
ロンの光は血液中に深く浸透する(これに関して、図1
0に血液の光吸収特性を示す)。そのため、手や頭など
の中の様に、血液中で長い距離に光を透過させるために
は、波長約0.6 ミクロンから約1ミクロンまでのレー
ザ光を用いる必要がある。ところが、ある1つの波長の
レーザ光を透過させても、手や頭の厚みは人によって異
なり、また、皮膚の表面におけるレーザ光の反射率が皮
膚の色に依存することもあり、ある波長におけるレーザ
光の減衰率を測定しても、血液中で単位長さ当たりの吸
収率を求めることは困難である。
In general, light having a wavelength of about 0.6 micron to about 1 micron penetrates deeply into blood (see FIG.
0 shows the light absorption characteristics of blood). Therefore, it is necessary to use laser light having a wavelength of about 0.6 micron to about 1 micron in order to transmit light over a long distance in blood such as in the hands and head. However, even if a laser beam of a certain wavelength is transmitted, the thickness of the hand or head varies from person to person, and the reflectance of the laser beam on the surface of the skin may depend on the color of the skin. Even if the attenuation rate of laser light is measured, it is difficult to obtain the absorption rate per unit length in blood.

【0141】これに対して、本実施例の血液成分測定装
置800では、レーザ媒質であるCr:LiSrAlF
6 が波長可変性を有するため、レーザ光808aの波長
を変化させることで、生体を透過するレーザ光808c
の波長に対する吸収特性を求めることができる。それに
よると、血液中で強く吸収される波長とそうでない波長
のレーザ光の透過強度の関係等が明らかになるため、血
液中の成分の濃度が正確に分かる。例えば、血液中のヘ
モグロビンにレーザ光は吸収されるが、ヘモグロビンに
酸素が付いている場合と付いていない場合とでは、レー
ザ光の吸収率が異なる。そこでヘモグロビンに吸収され
る波長のレーザ光の吸収率と、ヘモグロビンに吸収され
ない波長のレーザ光の吸収率とを比較すると、ヘモグロ
ビンに付いている酸素の割合が定量的に明らかになる。
それにより、血液中の酸素濃度等が算出される。
On the other hand, in the blood component measuring apparatus 800 of this embodiment, the laser medium Cr: LiSrAlF is used.
Since 6 has wavelength tunability, by changing the wavelength of the laser beam 808a, the laser beam 808c that passes through the living body can be obtained.
It is possible to obtain the absorption characteristics for the wavelength of. According to this, the relationship between the transmission intensity of the laser light having a wavelength strongly absorbed in blood and the transmission intensity of the laser light having a wavelength other than that is clarified, so that the concentrations of components in blood can be accurately known. For example, laser light is absorbed by hemoglobin in blood, but the absorption rate of laser light differs depending on whether hemoglobin is attached with oxygen or not. Therefore, when the absorptance of laser light having a wavelength absorbed by hemoglobin and the absorptance of laser light having a wavelength not absorbed by hemoglobin are compared, the proportion of oxygen attached to hemoglobin becomes quantitatively clear.
As a result, the oxygen concentration in blood and the like are calculated.

【0142】そこで以上によると、本実施例の血液成分
測定装置800に必要なレーザとしては、波長約0.6
ミクロンから約1ミクロンの間で波長可変性を有するレ
ーザが適することになる。それには、例えば従来のレー
ザ装置としては、フラッシュランプ励起のアレキサンド
ライトレーザ等3価のクロムイオンを含む結晶をレーザ
媒質とした固体レーザが利用できるが、それらを用いる
と、以下に説明する問題点が生じる。
Therefore, according to the above, the laser required for the blood component measuring device 800 of this embodiment has a wavelength of about 0.6.
Lasers with wavelength tunability between microns and about 1 micron will be suitable. For that purpose, for example, as a conventional laser device, a solid-state laser using a crystal containing trivalent chromium ions as a laser medium, such as a flash lamp-excited alexandrite laser, can be used. However, if they are used, the problems described below occur. Occurs.

【0143】励起光源としてのフラッシュランプでは、
一般に繰返し数はおよそ100Hz以下であり、1パル
スのエネルギーは0.1 から1ジュール程度である。そ
のため、例えば、測定時に発振波長を約100ナノメー
トル掃引する場合、波長幅を1オングストローム程度に
して、1パルスごとに発振波長を1オングストロームず
つ変化させていくならば、測定におよそ10秒掛かるこ
とになる。そのため、その間中生体を動かさずにじっと
しているのは困難である。さらにまた、1パルスのエネ
ルギーが比較的に高いため、生体に火傷する恐れもあ
る。
In the flash lamp as the excitation light source,
Generally, the repetition rate is about 100 Hz or less, and the energy of one pulse is about 0.1 to 1 Joule. Therefore, for example, when sweeping the oscillation wavelength of about 100 nanometers at the time of measurement, if the wavelength width is set to about 1 Å and the oscillation wavelength is changed by 1 Å for each pulse, it takes about 10 seconds for the measurement. become. Therefore, it is difficult to stay still without moving the living body. Furthermore, since the energy of one pulse is relatively high, there is a risk of burns to the living body.

【0144】これに対して、本実施例の血液成分測定装
置800では、レーザ装置801はQスイッチ807で
動作されるため、繰返し数はおよそ数kHzから数十k
Hzとフラッシュランプの場合に比べて2桁程度も高く
なる。その結果、前記同様な測定時でも、0.1 秒程度
しか掛からず、正確に測定できる。また、1パルスのエ
ネルギーも2桁小さいため、火傷は全く起こらない。
On the other hand, in the blood component measuring device 800 of the present embodiment, the laser device 801 is operated by the Q switch 807, so the repetition rate is approximately several kHz to several tens of kHz.
It is about two orders of magnitude higher than the case of Hz and flash lamps. As a result, even in the case of the same measurement as described above, it takes only about 0.1 second, and accurate measurement can be performed. Also, since the energy of one pulse is two orders of magnitude smaller, no burns occur.

【0145】尚、1パルスのエネルギーが小さくなって
も、パルス幅は数十ナノ秒と2桁以上短いため、ピーク
パワーは低くならず、生体を透過して減衰するレーザ光
808cのパワーが検出しにくくなることはない。
Even if the energy of one pulse is small, the pulse width is several tens of nanoseconds, which is shorter by two digits or more. Therefore, the peak power is not lowered, and the laser light that passes through the living body and is attenuated is used.
The power of the 808c is not difficult to detect.

【0146】さらにまた、前記の様に高い繰返しで動作
できるため、1つの波長に対して複数のパルスを対応さ
せることもできる。例えば、10パルス分を1つの波長
に対応させるならば、測定値には、パルスごとのピーク
パワーの変動を平均化させることができ、測定精度が1
桁程度向上することになる。しかも、測定時間は前記の
例では1秒で済む。この様に測定する理由は、一般にパ
ルスレーザのパルスエネルギーやピークパワーには、パ
ルスごとで約3%程度の変動を有するからである。
Furthermore, as described above, since it is possible to operate at a high repetition rate, a plurality of pulses can be made to correspond to one wavelength. For example, if 10 pulses correspond to one wavelength, the measured value can average fluctuations in peak power for each pulse, and the measurement accuracy is 1
It will be improved by an order of magnitude. Moreover, the measuring time is only 1 second in the above example. The reason for such measurement is that the pulse energy and peak power of the pulse laser generally have a fluctuation of about 3% for each pulse.

【0147】以上で説明した様に、本発明の血液成分測
定装置800では、生体の血液中の酸素濃度等を、短時
間に、かつ、正確に、しかも血液を採取せずに測定でき
る。また、高速で測定できることから、測定量が膨大な
コンピュータ断層撮影(一般にCTと呼ばれている。)
にも利用することができる。
As described above, the blood component measuring apparatus 800 of the present invention can measure the oxygen concentration and the like in the blood of a living body in a short time, accurately, and without collecting blood. In addition, since it is possible to measure at high speed, computed tomography (generally called CT) has an enormous amount of measurement.
Can also be used for

【0148】次に、本発明の固体レーザ装置100を用
いた、レーザアニール装置900について図11を用い
て説明する。
Next, a laser annealing device 900 using the solid-state laser device 100 of the present invention will be described with reference to FIG.

【0149】図11はレーザアニール装置900の構成
を示した構成図である。
FIG. 11 is a configuration diagram showing the configuration of the laser annealing apparatus 900.

【0150】このレーザアニール装置900は、TFT
(薄膜トランジスタを意味する。)のLCD(液晶ディ
スプレイを意味する。)に利用されるa−Si(アモル
ファスシリコンを意味する。)膜の電気的特性を改善す
るための装置で、固体レーザ装置100と、この固体レ
ーザ装置100から取り出された波長約0.35 ミクロ
ンの連続波のレーザ光904の光路を変えるミラー90
5と、このミラー905で光路が変えられたレーザ光90
4を線状に集光させる光学系であるシリンドリカルレン
ズ906と、このシリンドリカルレンズ906で一方向
に絞られたレーザ光が線状に集光されてアニールされる
アモルファスシリコン(a−Si)膜908が載置され
た基板901とから概略構成されている。
This laser annealing apparatus 900 is a TFT
A device for improving the electrical characteristics of an a-Si (meaning amorphous silicon) film used in an LCD (meaning a thin film transistor) (meaning a liquid crystal display) of a solid-state laser device 100. , A mirror 90 for changing the optical path of a continuous wave laser beam 904 having a wavelength of about 0.35 micron extracted from the solid-state laser apparatus 100.
5 and laser light 90 whose optical path is changed by this mirror 905
4. A cylindrical lens 906 which is an optical system for linearly focusing 4 and an amorphous silicon (a-Si) film 908 where the laser light focused in one direction by the cylindrical lens 906 is linearly focused and annealed. And a substrate 901 on which is mounted.

【0151】次に、動作を説明する。Next, the operation will be described.

【0152】固体レーザ装置100から波長約0.35
ミクロンに設定されたCWのレーザ光904が取り出さ
れ、ミラー905で反射後、線状に集光する光学系の一
種であるシリンドリカルレンズ906に入り、一方向に
絞られながら進み、基板901上のa−Si膜に対して線
状に集光される。この基板901はベルトコンベア90
2上に置かれており、ベルトコンベア902は矢印90
3の方向に動いているため、レーザ光907が照射され
る部分908は図の様に長方形状となる。a−Si膜内
でこの部分908がアニールされる。尚、線状に集光す
る光学系としては、凹面鏡を用いてもよい。
From the solid-state laser device 100, the wavelength is about 0.35.
The CW laser light 904 set to micron is extracted, reflected by a mirror 905, and then enters a cylindrical lens 906, which is a kind of optical system that collects light in a linear shape. The light is focused linearly on the a-Si film. This substrate 901 is a belt conveyor 90.
2 and the belt conveyor 902 is indicated by the arrow 90.
Since it is moving in the direction of 3, the portion 908 irradiated with the laser light 907 has a rectangular shape as shown in the figure. This portion 908 is annealed in the a-Si film. A concave mirror may be used as the optical system that collects light linearly.

【0153】従来この様にレーザアニールするには、エ
キシマレーザやアルゴンイオンレーザが用いられてき
た。
Conventionally, an excimer laser or an argon ion laser has been used for such laser annealing.

【0154】エキシマレーザを用いる場合は、以下に示
す問題点があった。
The use of the excimer laser has the following problems.

【0155】エキシマレーザの1パルス分でおよそ1cm
角程度の面積がアニールされるため、アニールさせる領
域を全て照射させるために、数十発程のレーザパルスを
ずらしながら照射させていく。ところがレーザパルスの
照射される隣合う2つの部分の境界では、レーザ光の強
度が低いため、2パルス分のレーザ光が照射される様に
位置を調整するが、アニールにむらが生じやすく、この
境界では電気的特性が悪化することがあった。
About 1 cm for one pulse of excimer laser
Since an area of about an angle is annealed, in order to irradiate the entire area to be annealed, irradiation is performed while shifting a laser pulse of several tens of times. However, since the intensity of the laser light is low at the boundary between two adjacent portions to which the laser pulse is applied, the position is adjusted so that the laser light for two pulses is applied, but unevenness is likely to occur in annealing. At the boundary, the electrical characteristics could deteriorate.

【0156】また、アルゴンイオンレーザを用いる場合
は、CWで動作できるため、レーザ光を照射させながら
基板をスキャンさせると、前記の様なむらが無くなると
考えられる。ところが実際には以下に示す問題点があっ
た。
When an argon ion laser is used, it can be operated in CW. Therefore, it is considered that the above-mentioned unevenness disappears when the substrate is scanned while irradiating laser light. However, there were actually the following problems.

【0157】アルゴンイオンレーザは、発振波長が0.
5145 ミクロンと可視域に当たるため、a−Si膜
での吸収率が低くなる。これに関して、a−Si膜の光
吸収特性を示すグラフを図11に示す。このグラフから
分かるように、波長0.5145ミクロンでの吸収係数によれ
ば、レーザ光の吸収する深さは約500nm程度にもな
る。ところが、実際にアニールさせる深さは数十nm程
度で十分である。その結果、不必要な深さまでレーザ光
のエネルギーが拡がることになり、実際に必要なレーザ
パワーよりも10から50倍程度のパワーが要求される
ことになる。そのため、アルゴンイオンレーザに数W程
度の高出力なタイプのものを用いても、照射させる部分
の単位面積当たりのレーザパワーを上げるために、レン
ズで数十ミクロン程度の小さい径に絞って集光させる必
要があった。その結果、レーザ光を照射させながら基板
をスキャンさせても、照射される部分は幅数十ミクロン
の細い帯び状になるだけで、必要な部分全てをアニール
するには、数十回から数百回もスキャンさせる必要があ
り、しかもレーザ光が照射される帯び状の部分の境界に
おいては、前記エキシマレーザの場合と同様の問題が生
じてしまった。
The oscillation wavelength of the argon ion laser is 0.
Since it is in the visible range of 5145 microns, the absorptivity of the a-Si film is low. In this regard, a graph showing the light absorption characteristics of the a-Si film is shown in FIG. As can be seen from this graph, according to the absorption coefficient at the wavelength of 0.5145 μm, the absorption depth of the laser light is about 500 nm. However, a depth of about several tens of nm is sufficient for the actual annealing. As a result, the energy of the laser light is spread to an unnecessary depth, and a power of 10 to 50 times higher than the actually required laser power is required. Therefore, even if a high power type of several watts is used for the argon ion laser, in order to increase the laser power per unit area of the irradiated portion, the lens is focused to a small diameter of about several tens of microns to focus the light. Had to let. As a result, even if the substrate is scanned while irradiating with laser light, the irradiated part is only a thin band with a width of tens of microns, and it takes several tens to several hundreds to anneal all the necessary parts. The same problem as in the case of the excimer laser arises at the boundary of the band-shaped portion that needs to be scanned twice and is irradiated with laser light.

【0158】これに対して、本実施例のレーザアニール
装置900では、図11に示したように、a−Si膜で
の吸収がアルゴンイオンレーザの場合に比べておよそ2
0倍強い。
On the other hand, in the laser annealing apparatus 900 of this embodiment, as shown in FIG. 11, the absorption in the a-Si film is about 2 as compared with the case of the argon ion laser.
0 times stronger.

【0159】その結果、同じレーザ出力でも、基板上に
集光させるレーザ光の面積を20倍程度広くとれること
になる。レーザ光を通常のレンズで小さなスポット状に
集光せずに、シリンドリカルレンズ906によって1つ
の方向だけを細く絞って線状に集光しても、単位面積当
たりのレーザパワーをあまり低下させずに済む。その結
果、レーザ光を1回のスキャンで、数mm程度の幅をむら
無くアニールできるようになった。
As a result, even with the same laser output, the area of the laser beam focused on the substrate can be made about 20 times wider. Even if the laser light is not condensed into a small spot by an ordinary lens but is condensed linearly by narrowing only one direction by the cylindrical lens 906, the laser power per unit area is not lowered so much. I'm done. As a result, the laser beam can be annealed uniformly in a width of several mm by one scan.

【0160】また、数mm程度の幅では、まだ基板全面を
1スキャンではアニールできないが、この程度の幅の部
分でも、特に高い電気的特性が要求される周辺駆動回路
用TFTを形成する領域としては十分であり、それによ
って周辺駆動回路用TFTを内蔵したLCDの基板を、
高い信頼性で、しかも短時間で製作することができるよ
うになった。
In addition, although the entire surface of the substrate cannot be annealed by one scan with a width of about several mm, even a portion of this width is used as a region for forming a peripheral drive circuit TFT for which particularly high electrical characteristics are required. Is sufficient, and thereby, the substrate of the LCD with the built-in peripheral drive circuit TFT is
It is now possible to manufacture with high reliability and in a short time.

【0161】以上、本発明について種々実施例を説明し
たが、その効果をまとめると次のような効果が有る。
Although various embodiments of the present invention have been described above, the effects are summarized as follows.

【0162】まず、本発明の固体レーザ装置では、高出
力,高効率に波長約0.5 ミクロン以下でCWのレーザ
光を発生できる。特に、出力に関しては、レーザ媒質や
励起ランプに長いもの、或いは大きいものを用いるだけ
で容易に高出力化ができる。また、本発明の固体レーザ
装置では、基本波をシングルモードで発振させることが
できるため、波長変換されたレーザ光もシングルモード
にできる。その結果、取り出されるレーザ光をレンズで
集光すると、サブミクロン程度に極めて小さく集光でき
る。それにより、レーザ加工や半導体の製造を極めて高
速、かつ、高効率に行なえると共に、精度良く微細に行
なえる。
First, the solid-state laser device of the present invention can generate CW laser light with a wavelength of about 0.5 micron or less with high output and high efficiency. In particular, regarding the output, it is possible to easily increase the output simply by using a long or large laser medium or excitation lamp. Further, in the solid-state laser device of the present invention, since the fundamental wave can be oscillated in the single mode, the wavelength-converted laser light can also be made in the single mode. As a result, when the extracted laser light is condensed by the lens, it can be condensed to an extremely small size of submicron. As a result, laser processing and semiconductor manufacturing can be performed at extremely high speed and high efficiency, and can be performed accurately and finely.

【0163】また、波長約0.4 ミクロンで動作させれ
ば、そのレーザ光を石英系の光ファイバで伝送すること
ができ、殺菌等の医療用としてフレキシビリティの高
い、使いやすい装置を提供することができる。従来で
は、紫外域の高出力なレーザ光は、エキシマレーザ等の
パルスレーザ光しか利用できなかった。その場合、ピー
クパワーが高くなるため、ファイバに入射する際に入射
端面においてダメージを生じる等の問題点があったが、
本発明ではCWであるため、その様な問題は無い。ま
た、本発明の固体レーザ装置では、既に説明した様に波
長可変性を有する。それにより紫外域でCWの波長可変
レーザも実現できる。
Further, when operated at a wavelength of about 0.4 micron, the laser light can be transmitted through a silica-based optical fiber, providing a highly flexible and easy-to-use device for medical use such as sterilization. be able to. Conventionally, only pulsed laser light such as excimer laser can be used as high-power laser light in the ultraviolet region. In that case, since the peak power becomes high, there was a problem that the incident end face was damaged when entering the fiber.
In the present invention, since it is CW, there is no such problem. Further, the solid-state laser device of the present invention has wavelength tunability as described above. Thereby, a CW wavelength tunable laser in the ultraviolet region can also be realized.

【0164】これに関して、従来、紫外域で波長可変で
ある高出力なCWレーザはほとんど存在しなかった。そ
の様なレーザ装置を従来の技術で構成するならば、可視
域で高出力なCWレーザであるアルゴンイオンレーザを
励起光源として動作させた色素レーザやチタンサファイ
アレーザなどの波長可変レーザから、第2高調波を発生
させることが考えられる。しかし、アルゴンイオンレー
ザは、効率が0.01%以下程度と極めて低いため、1
W程度の紫外域のレーザ光を得る場合でも、全体で数十
kW程度の極めて高い消費電力になってしまうなどの問
題点があったからである。
Regarding this, conventionally, there has been almost no high-power CW laser whose wavelength is variable in the ultraviolet region. If such a laser device is constructed by a conventional technique, a wavelength tunable laser such as a dye laser or a titanium sapphire laser that operates an argon ion laser, which is a CW laser with high output in the visible region, as an excitation light source It is possible to generate harmonics. However, since the efficiency of the argon ion laser is as low as 0.01% or less,
This is because there is a problem that even if a laser beam in the ultraviolet region of about W is obtained, the overall power consumption is about several tens of kW, which is extremely high.

【0165】また、通常の励起ランプは、紫外域の光も
含むことに対し、本発明で用いられる励起光源は白熱電
球であるから、放射される光は可視域以上の波長であ
る。その結果、ランプハウスの反射膜,レーザ媒質、あ
るいはその他のコーティング膜等にダメージが極めて生
じにくくなった。特に、レーザ媒質である結晶は、紫外
光が照射されると、ソラリゼーション等の組成の劣化が
生じることがあるが、本発明ではその心配がない。
In addition, the usual excitation lamp also contains light in the ultraviolet range, whereas the excitation light source used in the present invention is an incandescent lamp, so the emitted light has a wavelength above the visible range. As a result, damage to the reflection film of the lamp house, the laser medium, other coating films, etc., was extremely unlikely to occur. In particular, when a crystal that is a laser medium is irradiated with ultraviolet light, composition deterioration such as solarization may occur, but the present invention does not have that concern.

【0166】また、レーザ出力が低下する寿命となる要
因には、フィラメントの消耗が考えられるが、フィラメ
ントの交換は極めて簡単であり、また、低コストでもあ
る。さらにまた、本発明の固体レーザの共振器中にQス
イッチを挿入するとパルス動作することもでき、それに
より紫外域で数kHzから数十kHz程度の高繰返し動
作ができる様になった。これに対して、従来、紫外域で
高出力,高効率に動作するパルスレーザとしてエキシマ
レーザが知られているが、このレーザは通常数百Hz程
度の繰返しでしか発生できなかった。したがって、本発
明の固体レーザ装置により、紫外域で数kHz以上の高
繰返しで、高出力,高効率のレーザ光が得られる様にな
った。
Further, it is considered that the filament is consumed as a factor of the life of the laser output to decrease, but the replacement of the filament is extremely easy and the cost is low. Furthermore, when a Q switch is inserted in the resonator of the solid-state laser of the present invention, pulse operation can be performed, whereby high repetition operation of several kHz to several tens kHz can be performed in the ultraviolet region. On the other hand, conventionally, an excimer laser is known as a pulse laser that operates with high output and high efficiency in the ultraviolet region, but this laser can usually be generated only at a repetition rate of about several hundred Hz. Therefore, the solid-state laser device of the present invention makes it possible to obtain laser light with high output and high efficiency at a high repetition rate of several kHz or higher in the ultraviolet region.

【0167】また、本発明では、青色で高出力なCWレ
ーザも実現できるため、緑色には、従来から利用されて
いるYAGレーザの第2高調波を用いて、また、赤色に
は、YAGレーザの第2高調波で励起した色素レーザ等
を利用すれば、高出力,高効率な3原色のレーザ光も実
現できる。
Further, in the present invention, a CW laser of high output in blue color can be realized. Therefore, the second harmonic of the conventionally used YAG laser is used for green, and the YAG laser is used for red. By using a dye laser or the like excited by the second harmonic of the above, laser light of three primary colors with high output and high efficiency can also be realized.

【0168】これに対しては、従来3原色を発生できる
CWレーザとして、HeCdレーザが利用されていた
が、レーザ出力はせいぜい数百mW程度であり、効率も
イオンレーザであるため、0.01%以下程度と低かっ
た。
On the other hand, a HeCd laser was conventionally used as a CW laser capable of generating three primary colors, but the laser output is at most about several hundred mW and the efficiency is an ion laser. It was as low as less than%.

【0169】また、レーザ媒質としてCr:LiSrA
lF6やCr:LiSrGaF6等を用いて、波長約0.
45から0.5ミクロンの領域でレーザ光を発生させる
と海中通信にも利用することもできる。
As the laser medium, Cr: LiSrA is used.
Using 1F 6 or Cr: LiSrGaF 6 etc., the wavelength is about 0.
If laser light is generated in the range of 45 to 0.5 micron, it can be used for undersea communication.

【0170】これに関して、従来は、XeClエキシマ
レーザをラマンシフトさせた波長0.459 ミクロンの
レーザ光等が利用されていた。しかし、前述した様に、
エキシマレーザでは、繰返し数は通常数百Hz程度まで
であるため、あまり高速で通信することができなかっ
た。
With respect to this, conventionally, a laser beam having a wavelength of 0.459 microns obtained by Raman-shifting a XeCl excimer laser has been used. However, as mentioned above,
In the excimer laser, the repetition rate is usually up to several hundreds Hz, so that it was not possible to communicate at a very high speed.

【0171】これに対して、本発明ではCWのレーザ
光、あるいはQスイッチによる数kHz程度の高繰返しの
レーザ光を発生できるため、レーザ光を高速で変調させ
ることができる。それにより従来に比べて桁違いに大量
のデータを高速に電送できる様になった。しかも、本発
明の固体レーザ装置は、上述した様に波長可変性も有す
るため、海中で最も減衰しない波長約0.48 ミクロン
付近にレーザ波長を正確に合わせることもでき、長距離
を伝送させることもできる。
On the other hand, in the present invention, since the CW laser light or the laser light with a high repetition rate of about several kHz by the Q switch can be generated, the laser light can be modulated at high speed. As a result, it has become possible to transmit a large amount of data at high speed, which is orders of magnitude higher than in the past. In addition, since the solid-state laser device of the present invention also has wavelength tunability as described above, it is possible to accurately adjust the laser wavelength to a wavelength of about 0.48 micron, which is the least attenuated in the sea, and to transmit a long distance. You can also

【0172】また、本発明の固体レーザ装置を、レーザ
光により原子を冷却させる技術(これは一般に原子のレ
ーザ冷却と呼ばれている。)に用いても効果がある。
Also, the solid-state laser device of the present invention can be applied to a technique for cooling atoms by laser light (this is generally called laser cooling of atoms).

【0173】原子のレーザ冷却では、原子が共鳴する周
波数に合わせられる波長可変で高出力なCWのレーザ光
が必要である。
Laser cooling of atoms requires CW laser light of variable wavelength and high output, which is matched to the frequency at which the atoms resonate.

【0174】これに対して、本発明の固体レーザ装置
は、高出力で高効率だけでなく、波長可変性も有するた
め、レーザ光を原子の共鳴する波長に合わせられ、原子
のレーザ冷却にも利用できる。その結果、低消費電力で
コンパクトな原子のレーザ冷却装置も実現できる。
On the other hand, since the solid-state laser device of the present invention has not only high output and high efficiency but also wavelength tunability, the laser light can be adjusted to the wavelength at which the atoms resonate, and can be used for laser cooling of the atoms. Available. As a result, it is possible to realize a compact atomic laser cooling device with low power consumption.

【0175】[0175]

【発明の効果】以上説明した本発明の固体レーザ装置に
よれば、レーザ媒質である3価のクロムイオンを含む結
晶から成るロッドと、該ロッドを励起するために、該ロ
ッドに照射される励起光にフィラメントによる熱放射を
利用する光源と、これら光源とロッドとを収納するラン
プハウスとから構成された固体レーザ装置、基底状態に
おける振動準位を利用した振動電子遷移をすることがで
き、かつ、3価のクロムイオンを含む結晶と、フィラメ
ントによる熱放射を利用する光源と、少なくとも一部分
が楕円形状であるランプハウスとから成る固体レーザ装
置としたものであるから、基底状態における振動準位を
利用した振動電子遷移をすることができる結晶では、レ
ーザの終準位は、多数の振動準位で構成される基底準位
中のある振動準位となるが、室温での熱分布による大部
分のエネルギー準位よりも高い準位に位置するため、4
準位レーザとして動作することができる。その結果、反
転分布の閾値が低くなり、CW動作し易いし、また、フ
ィラメントによる熱放射を利用する光源(以下白熱電球
と示す。)は、時間的には連続的に発光でき、波長的に
は近赤外域を中心とした分光特性を有するが、波長約1
ミクロン以下の可視光を含むが、波長1ミクロン以下に
発振波長帯を有する3価のクロムイオンを含む結晶は、
波長1ミクロン以下に吸収帯を含むことから、この光源
で励起させることができるので、高出力,高効率に波長
約0.5 ミクロン以下でCWのレーザ光を発生できる。
According to the solid-state laser device of the present invention described above, a rod made of a crystal containing trivalent chromium ions, which is a laser medium, and an excitation applied to the rod to excite the rod. A light source that uses thermal radiation from a filament for light, and a solid-state laser device that includes a lamp house that houses the light source and a rod, is capable of oscillating electron transition using a vibration level in the ground state, and Since the solid-state laser device is composed of a crystal containing trivalent chromium ions, a light source utilizing thermal radiation by a filament, and a lamp house having at least a part of an elliptical shape, the vibration level in the ground state is In a crystal capable of utilizing oscillating electronic transitions, the final level of the laser is a vibrational level in the ground level composed of many vibrational levels. It made but, because they are located at a higher level than the energy level of the most due to the heat distribution at room temperature, 4
It can operate as a level laser. As a result, the threshold of population inversion becomes low, CW operation is easy, and a light source (hereinafter referred to as an incandescent light bulb) that uses heat radiation by a filament can emit light continuously in terms of time and wavelength. Has spectral characteristics centered on the near infrared region, but has a wavelength of about 1
A crystal containing trivalent chromium ions, which contains visible light of a micron or less, but has an oscillation wavelength band in a wavelength of 1 micron or less,
Since the absorption band is included in the wavelength of 1 micron or less, it can be excited by this light source, so that CW laser light can be generated at a wavelength of 0.5 micron or less with high output and high efficiency.

【0176】また、本発明では、上記の固体レーザ装置
と、該固体レーザ装置から取り出された紫外域で連続波
のレーザ光の方向を変えるミラーと、該ミラーで方向が
変えられたレーザ光を絞るレンズと、該レンズで絞られ
たレーザ光が集光されてエッチング処理される被処理基
板を収納する反応容器とを備えているレーザエッチング
装置,上記固体レーザ装置と、該固体レーザ装置から取
り出された紫外域で連続波のレーザ光をスキャニングす
るためのミラーと、該ミラーでスキャニングされたレー
ザ光が照射され、かつ、マーキングすべきパターンが形
成されている液晶マスクと、該液晶マスクを通過してマ
ーキングすべきパターンが形成されたレーザ光は偏光さ
せ、マーキングすべきパターンが形成されないレーザ光
は透過させる偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームス
プリッタで偏光されたレーザ光で所定のパターンがマー
キングされるフォトレジスト板とを備えているレーザマ
ーキング装置,近赤外域のレーザ光を発生するレーザ発
生装置と、血液成分を測定する生体の一部が挿入され、
この生体を透過した前記レーザ発生装置からのレーザ光
が当り血液成分を検出するフォトダイオードを有する暗
箱と、前記フォトダイオードからの信号を受けて前記レ
ーザ発生装置の発振波長を変化させる制御装置とを備え
ている血液成分測定装置,上記固体レーザ装置と、該固
体レーザ装置から取り出された波長約0.35 ミクロン
の連続波のレーザ光の光路を変えるミラーと、該ミラー
で光路が変えられたされたレーザ光を線状に集光させる
光学系と、該光学系で一方向に絞られたレーザ光が線状
に集光されてアニールされる被処理膜が載置された基板
とを備えているレーザアニール装置としたものであるか
ら、基本波をシングルモードで発振させることができる
ため、波長変換されたレーザ光もシングルモードにでき
るため、取り出されるレーザ光をレンズで集光するとサ
ブミクロン程度に極めて小さく集光できるので、前記そ
れぞれのレーザ加工や半導体の製造を極めて高速、か
つ、高効率に行えるだけでなく、精度良く微細に行え
る。
Further, according to the present invention, the above-mentioned solid-state laser device, the mirror for changing the direction of the continuous-wave laser light in the ultraviolet region extracted from the solid-state laser device, and the laser light for which the direction is changed by the mirror are provided. A laser etching apparatus provided with a lens for squeezing and a reaction container accommodating a substrate to be processed by which laser light focused by the lens is condensed and etched, the solid-state laser apparatus, and a solid-state laser apparatus extracted from the solid-state laser apparatus. Mirror for scanning continuous wave laser light in the ultraviolet region, a liquid crystal mask irradiated with the laser light scanned by the mirror and having a pattern to be marked formed, and passing through the liquid crystal mask Polarized light that polarizes the laser light on which the pattern to be marked is formed and transmits laser light that does not form the pattern to be marked. Laser splitter including a beam splitter and a photoresist plate on which a predetermined pattern is marked with the laser light polarized by the polarization beam splitter, a laser generator for generating laser light in the near infrared region, and a blood component A part of the living body to be measured is inserted,
A dark box having a photodiode for detecting a blood component when the laser light from the laser generator that has passed through the living body hits, and a control device that receives a signal from the photodiode and changes the oscillation wavelength of the laser generator. A blood component measuring device provided, the above-mentioned solid-state laser device, a mirror for changing the optical path of continuous-wave laser light with a wavelength of about 0.35 micron extracted from the solid-state laser device, and the optical path changed by the mirror. And an optical system for condensing the laser light linearly, and a substrate on which a film to be processed on which the laser light focused in one direction by the optical system is linearly condensed and annealed is placed. Since this is a laser annealing device, the fundamental wave can be oscillated in a single mode, and the wavelength-converted laser light can also be made a single mode. That since the laser beam with the lens can when condensed very small condensing about submicron, very fast manufacturing of a laser processing or a semiconductor of said respective, and not only enables a high efficiency, enables high precision fine.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の固体レーザ装置の第1の実施例を示す
構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a solid-state laser device of the present invention.

【図2】図1におけるA−A′断面図である。2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.

【図3】本発明の固体レーザ装置の第2の実施例を示す
図2に相当する断面図である。
FIG. 3 is a sectional view corresponding to FIG. 2 showing a second embodiment of the solid-state laser device of the present invention.

【図4】本発明の固体レーザ装置の第3の実施例を示す
図2に相当する断面図である。
FIG. 4 is a sectional view corresponding to FIG. 2 showing a third embodiment of the solid-state laser device of the present invention.

【図5】本発明の固体レーザ装置を応用したレーザエッ
チング装置の一実施例を示す構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram showing an embodiment of a laser etching apparatus to which the solid-state laser device of the present invention is applied.

【図6】本発明の固体レーザ装置を応用したレーザマー
キング装置の一実施例を示す構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing an embodiment of a laser marking device to which the solid-state laser device of the present invention is applied.

【図7】フォトレジスト板の感光特性を示す特性図であ
る。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the photosensitivity of a photoresist plate.

【図8】液晶マスクを構成する液晶性高分子に存在する
炭素(C)、水素(H)、及び酸素(O)における結合
エネルギーと、それらの結合エネルギーに相当するエネ
ルギーを有する光子の波長を示す図である。
FIG. 8 shows the binding energies of carbon (C), hydrogen (H), and oxygen (O) present in the liquid crystalline polymer constituting the liquid crystal mask, and the wavelengths of photons having energies corresponding to those binding energies. FIG.

【図9】本発明の固体レーザ装置を応用した血液成分測
定装置の一実施例を示す構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram showing an embodiment of a blood component measuring device to which the solid-state laser device of the present invention is applied.

【図10】血液の光吸収特性を示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing light absorption characteristics of blood.

【図11】本発明の固体レーザ装置を応用したレーザア
ニール装置の一実施例を示す構成図である。
FIG. 11 is a configuration diagram showing an embodiment of a laser annealing device to which the solid-state laser device of the present invention is applied.

【図12】a−Si膜の光吸収特性を示す特性図であ
る。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing light absorption characteristics of an a-Si film.

【図13】キセノンアークランプの分光特性を示す特性
図である。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing a spectral characteristic of a xenon arc lamp.

【図14】水銀アークランプの分光特性を示す特性図で
ある。
FIG. 14 is a characteristic diagram showing spectral characteristics of a mercury arc lamp.

【図15】クリプトンアークランプの分光特性を示す特
性図である。
FIG. 15 is a characteristic diagram showing a spectral characteristic of a krypton arc lamp.

【図16】3価のクロムイオンを含むLiSrGaF6
の吸収特性を示す特性図である。
FIG. 16: LiSrGaF 6 containing trivalent chromium ions
It is a characteristic view showing the absorption characteristics of.

【図17】3価のクロムイオンを含むLiSrAlF6
の吸収特性を示す特性図である。
FIG. 17: LiSrAlF 6 containing trivalent chromium ions
It is a characteristic view showing the absorption characteristics of.

【図18】3価のクロムイオンを含むLiCaAlF6
の吸収特性を示す特性図である。
FIG. 18: LiCaAlF 6 containing trivalent chromium ions
It is a characteristic view showing the absorption characteristics of.

【図19】白熱電球の分光特性を示す特性図である。FIG. 19 is a characteristic diagram showing spectral characteristics of an incandescent light bulb.

【図20】コーティング面を透過した光の分光特性を示
す特性図である。
FIG. 20 is a characteristic diagram showing spectral characteristics of light transmitted through a coating surface.

【符号の説明】 1,201…ロッド、2a,2b,803a,803b
…タングステンハロゲンランプ、2a′,2b′,20
2′,302a′,302b′…フィラメント、3a,
3b,203…円柱管、4,4′,804…全反射鏡、
6…ダイクロイックミラー、8…非線形光学結晶、9,
401,502,808a,808b,808c,90
4,907…レーザ光、10,806…プリズム、1
1,806′…エタロン、13...冷却管、12,204,
304a,304b…ランプハウス、100,200,
300…固体レーザ装置、301,802…レーザ媒
質、301′…中央部、202,302a,302b…
励起ランプ、305a,305b…水流を示す矢印、306
a,306b…ガラス板、307a,307b…ステン
レス棒、400…レーザエッチング装置、402,50
3a,503b,809,905…ミラー、403...レン
ズ、404…反応容器、405,810…窓、406…
XYステージ、407…基板、408…排気管、409
…注入管、500…レーザマーキング装置、501…フォ
トレジスト板、504…液晶マスク、505…偏光ビー
ムスプリッタ、506…結合レンズ、507…光吸収
体、800…血液成分測定装置、801…レーザ装置、8
05…出力鏡、807…Qスイッチ、811…Si−P
D、812…暗箱、813a,813b…ケーブル、81
4…制御装置、815…駆動装置、820…生体の挿入
方向を示す矢印、900…レーザアニール装置、901
…基板、902…ベルトコンベア、903…ベルトコン
ベアの移動方向を示す矢印、906…シリンドリカルレ
ンズ、908…レーザ光が照射される部分。
[Explanation of reference numerals] 1,201 ... Rod, 2a, 2b, 803a, 803b
... Tungsten halogen lamp, 2a ', 2b', 20
2 ', 302a', 302b '... filament, 3a,
3b, 203 ... Cylindrical tube, 4, 4 ', 804 ... Total reflection mirror,
6 ... Dichroic mirror, 8 ... Non-linear optical crystal, 9,
401, 502, 808a, 808b, 808c, 90
4, 907 ... Laser light, 10, 806 ... Prism, 1
1,806 '... Etalon, 13 ... Cooling tube, 12, 204,
304a, 304b ... Lamphouse, 100, 200,
300 ... Solid-state laser device, 301, 802 ... Laser medium, 301 '... Central part, 202, 302a, 302b ...
Excitation lamps, 305a, 305b ... Arrows indicating water flow, 306
a, 306b ... Glass plate, 307a, 307b ... Stainless rod, 400 ... Laser etching device, 402, 50
3a, 503b, 809, 905 ... Mirror, 403 ... Lens, 404 ... Reaction container, 405, 810 ... Window, 406 ...
XY stage, 407 ... Substrate, 408 ... Exhaust pipe, 409
Injecting tube, 500 ... Laser marking device, 501 ... Photoresist plate, 504 ... Liquid crystal mask, 505 ... Polarizing beam splitter, 506 ... Coupling lens, 507 ... Optical absorber, 800 ... Blood component measuring device, 801 ... Laser device, 8
05 ... Output mirror, 807 ... Q switch, 811 ... Si-P
D, 812 ... dark box, 813a, 813b ... cable, 81
4 ... Control device, 815 ... Drive device, 820 ... Arrow indicating the insertion direction of living body, 900 ... Laser annealing device, 901
... Substrate, 902 ... Belt conveyor, 903 ... Arrow indicating the moving direction of the belt conveyor, 906 ... Cylindrical lens, 908 ... Laser light irradiation portion.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/00 B 8934−4M 3/093 8934−4M 3/109 8934−4M (72)発明者 小川 和宏 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H01S 3/00 B 8934-4M 3/093 8934-4M 3/109 8934-4M (72) Inventor Kazuhiro Ogawa 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture

Claims (29)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザ媒質である3価のクロムイオンを含
む結晶から成るロッドと、該ロッドを励起するために、
該ロッドに照射される励起光にフィラメントによる熱放
射を利用する光源と、これら光源とロッドとを収納する
ランプハウスとから構成されることを特徴とする固体レ
ーザ装置。
1. A rod made of a crystal containing trivalent chromium ions, which is a laser medium, and for exciting the rod,
A solid-state laser device comprising: a light source that uses thermal radiation from a filament for excitation light with which the rod is irradiated; and a lamp house that houses the light source and the rod.
【請求項2】レーザ媒質である3価のクロムイオンを含
む結晶から成るロッドと、該ロッドを励起するために該
ロッドに照射される励起光を放射し、かつ、タングステ
ンハロゲンランプ中に納められて形成するフィラメント
と、これらフィラメントとロッドとを収納する少なくと
も一部が楕円形状を成したランプハウスとから構成され
ることを特徴とする固体レーザ装置。
2. A rod made of a crystal containing trivalent chromium ions, which is a laser medium, and an excitation light for irradiating the rod to excite the rod. The rod is housed in a tungsten halogen lamp. A solid-state laser device comprising: a filament formed by the above method and a lamp house having an elliptical shape, at least a part of which accommodates the filament and the rod.
【請求項3】レーザ媒質である3価のクロムイオンを含
む結晶から成るロッドと、該ロッドを励起するために該
ロッドに照射される励起光を放射し、かつ、コーティン
グが外周面に施された円柱管で覆われているタングステ
ンハロゲンランプ中に納められて形成するフィラメント
と、これらフィラメントとロッドとを収納する少なくと
も一部が楕円形状を成したランプハウスとから構成され
ることを特徴とする固体レーザ装置。
3. A rod made of a crystal containing trivalent chromium ions, which is a laser medium, and excitation light for irradiating the rod for exciting the rod is emitted, and a coating is applied to the outer peripheral surface. Characterized in that it is composed of a filament formed by being housed in a tungsten halogen lamp covered with a cylindrical tube, and at least a part of the lamp house accommodating the filament and the rod having an elliptical shape. Solid-state laser device.
【請求項4】前記円柱管の外周面に施されているコーテ
ィングは、前記3価のクロムイオンを含む結晶の吸収帯
に含まれる一部の波長帯に対して高い透過率を有し、こ
の波長帯以上の少なくとも一部の波長帯に対して高い反
射率を有するものであることを特徴とする請求項3記載
の固体レーザ装置。
4. The coating provided on the outer peripheral surface of the cylindrical tube has a high transmittance for a part of the wavelength band included in the absorption band of the crystal containing trivalent chromium ions. 4. The solid-state laser device according to claim 3, wherein the solid-state laser device has a high reflectance for at least a part of wavelength bands equal to or more than the wavelength band.
【請求項5】レーザ媒質として3価のクロムイオンを含
む結晶から成るロッドと、該ロッドを励起するために該
ロッドに照射される励起光を放射し、かつ、タングステ
ンハロゲンランプ中に納められて形成するフィラメント
と、これらフィラメントとロッドを収納する少なくとも
一部が楕円形状を成したランプハウスとを備え、前記楕
円形状のランプハウス内の一方の焦点位置付近に前記フ
ィラメントを配置し、もう一方の焦点位置付近に前記ロ
ッドを配置したことを特徴とする固体レーザ装置。
5. A rod made of a crystal containing trivalent chromium ions as a laser medium, emitting excitation light for irradiating the rod to excite the rod, and storing the rod in a tungsten halogen lamp. A filament to be formed, and a lamp house at least a part of which accommodates the filament and the rod have an elliptical shape, and the filament is arranged in the vicinity of one focus position in the elliptical lamp house, and the other one. A solid-state laser device in which the rod is arranged near a focal position.
【請求項6】前記ロッドは、3価のクロムイオンを含む
LiSrAlF6 結晶、または3価のクロムイオンを含
むLiCaAlF6 結晶、または3価のクロムイオンを
含むLiSrGaF6 結晶であることを特徴とする請求
項1,2,3、又は5記載の固体レーザ装置。
6. The rod is a LiSrAlF 6 crystal containing trivalent chromium ions, a LiCaAlF 6 crystal containing trivalent chromium ions, or a LiSrGaF 6 crystal containing trivalent chromium ions. The solid-state laser device according to claim 1, 2, 3, or 5.
【請求項7】基底状態における振動準位を利用した振動
電子遷移をすることができ、かつ、3価のクロムイオン
を含む結晶から成るロッドと、該ロッドに照射される励
起光にフィラメントによる熱放射を利用する光源と、こ
れら光源とロッドを収納する少なくとも一部分が楕円形
状であるランプハウスとから構成されることを特徴とす
る固体レーザ装置。
7. A rod made of a crystal capable of vibrating electronic transition utilizing a vibrational level in a ground state and containing trivalent chromium ions, and excitation light irradiated to the rod is heated by a filament. A solid-state laser device comprising: a light source using radiation; and a lamp house in which at least a part of housing the light source and the rod is elliptical.
【請求項8】前記フィラメントの大きさは、レーザの共
振器長をL(mm)としたとき、半径が0.016 の平方
根mm以下であることを特徴とする請求項7記載の固体レ
ーザ装置。
8. The solid-state laser device according to claim 7, wherein the size of the filament is a square root of 0.016 mm or less when the cavity length of the laser is L (mm). ..
【請求項9】前記ロッドは、3価のクロムイオンを含む
LiSrAlF6 結晶、または3価のクロムイオンを含
むLiCaAlF6 結晶、または3価のクロムイオンを
含むLiSrGaF6 結晶であることを特徴とする請求
項7記載の固体レーザ装置。
9. The rod is a LiSrAlF 6 crystal containing trivalent chromium ions, a LiCaAlF 6 crystal containing trivalent chromium ions, or a LiSrGaF 6 crystal containing trivalent chromium ions. The solid-state laser device according to claim 7.
【請求項10】前記フィラメントは、タングステン、又
は炭化ハフニウムから成ることを特徴とする請求項1,
2,3,5、又は7記載の固体レーザ装置。
10. The filament comprises tungsten or hafnium carbide.
The solid-state laser device according to 2, 3, 5, or 7.
【請求項11】レーザ媒質である3価のクロムイオンを
含む結晶から成るロッドと、該ロッドを励起するため
に、該ロッドに照射される励起光を放射するフィラメン
トと、これらフィラメントとロッドとを収納するランプ
ハウスと、装置の両端部に設けられ、前記ロッドが励起
されることにより発振するレーザ光を繰返し反射させる
2つの全反射鏡と、前記レーザ光の光軸上に設けられ発
振されたレーザ光を略90゜折り曲げて前記1つの全反射
鏡に当て、かつ、反射したレーザ光の一部を透過させて
共振器外部に導くダイクロイックミラーと、該ダイクロ
イックミラーと全反射鏡との間に設けられ、レーザ光の
波長を変換する非線形光学結晶と、他方の全反射鏡側の
光軸上に設けられている発振する基本波の波長を選択す
るプリズム、及び発振する基本波の波長幅を狭帯化する
ためのエタロンとを備えていることを特徴とする固体レ
ーザ装置。
11. A rod, which is a laser medium, made of a crystal containing trivalent chromium ions, a filament that emits excitation light to the rod to excite the rod, and the filament and the rod. A lamp house to be housed, two total reflection mirrors provided at both ends of the device for repeatedly reflecting laser light oscillated when the rod is excited, and oscillated laser light provided on the optical axis of the laser light Between the dichroic mirror, which bends the laser beam approximately 90 ° and hits the one total reflection mirror, and transmits a part of the reflected laser beam to the outside of the resonator, and between the dichroic mirror and the total reflection mirror. A non-linear optical crystal that converts the wavelength of the laser light, a prism that selects the wavelength of the oscillating fundamental wave that is provided on the optical axis of the other total reflection mirror side, and Solid-state laser apparatus characterized by and a etalon for narrowing the wavelength width of the fundamental wave.
【請求項12】前記ダイクロイックミラーは、波長0.
7ミクロンから波長1.0ミクロンの光に対しては99
%以上の反射率を有し、波長0.35ミクロンから波長
0.5ミクロンの光に対しては90%以上の透過率を有
していることを特徴とする請求項11記載の固体レーザ
装置。
12. The dichroic mirror has a wavelength of 0.
99 for light from 7 microns to 1.0 microns
12. The solid-state laser device according to claim 11, wherein the solid-state laser device has a reflectance of not less than%, and a transmittance of not less than 90% with respect to light having a wavelength of 0.35 micron to 0.5 micron. ..
【請求項13】前記ロッドは、3価のクロムイオンを含
むLiSrAlF6 結晶、または3価のクロムイオンを
含むLiCaAlF6 結晶、または3価のクロムイオン
を含むLiSrGaF6 結晶であることを特徴とする請
求項11記載の固体レーザ装置。
13. The rod is a LiSrAlF 6 crystal containing trivalent chromium ions, a LiCaAlF 6 crystal containing trivalent chromium ions, or a LiSrGaF 6 crystal containing trivalent chromium ions. The solid-state laser device according to claim 11.
【請求項14】非線形光学結晶としてβ−BaB24
晶を用いたことを特徴とする請求項11記載の固体レー
ザ装置。
14. The solid-state laser device according to claim 11, wherein a β-BaB 2 O 4 crystal is used as the nonlinear optical crystal.
【請求項15】前記フィラメントは、タングステンハロ
ゲンランプ中に納められ、このタングステンハロゲンラ
ンプはコーティングが外周面に施された円柱管で覆われ
ていることを特徴とする請求項11記載の固体レーザ装
置。
15. The solid-state laser device according to claim 11, wherein the filament is housed in a tungsten halogen lamp, and the tungsten halogen lamp is covered with a cylindrical tube whose outer peripheral surface is coated. ..
【請求項16】前記円柱管の外周側に施されているコー
ティングは、波長0.6 ミクロンから0.75 ミクロン
の間の光に対しては98%以上の透過率を有し、一方、
波長0.8 ミクロンから3ミクロンの間の光に対しては
95%以上の反射率を有していることを特徴とする請求
項15記載の固体レーザ装置。
16. The coating provided on the outer peripheral side of the cylindrical tube has a transmittance of 98% or more for light having a wavelength of 0.6 μm to 0.75 μm, while
16. The solid-state laser device according to claim 15, which has a reflectance of 95% or more with respect to light having a wavelength of 0.8 to 3 microns.
【請求項17】前記ロッドは、結晶がLiSrAl
6 、またはLiCaAlF6 、またはLiSrGaF
6 からなり、この結晶が、3価のクロムイオンを濃度
1.5% 以上含むことを特徴とする請求項1,2,3,
5,7、又は11記載の固体レーザ装置。
17. The rod has a crystal of LiSrAl.
F 6 , or LiCaAlF 6 , or LiSrGaF
6. This crystal is composed of 6 and contains trivalent chromium ions in a concentration of 1.5% or more.
5. The solid-state laser device according to 5, 7, or 11.
【請求項18】レーザ媒質である3価のクロムイオンを
含む結晶から成るロッドと、該ロッドを励起するために
該ロッドに照射される励起光を放射し、かつ、コーティ
ングが外周面に施された円柱管で覆われているタングス
テンハロゲンランプ中に納められて形成するフィラメン
トと、これらフィラメントとロッドとを収納する内面が
楕円形状の一部分から成る2つの部分を合わせたものか
ら成るランプハウスとを備え、前記ランプハウスは、ぞ
れぞれの楕円形が2つ有する焦点の内、一方の焦点はほ
ぼ同じ位置にあり、その位置に前記ロッドが置かれ、他
方の焦点位置付近にはそれぞれ前記フィラメントが置か
れて構成されることを特徴とする固体レーザ装置。
18. A rod made of a crystal containing trivalent chromium ions, which is a laser medium, and a pumping light for irradiating the rod for exciting the rod, wherein the outer peripheral surface is coated. A filament formed by being housed in a tungsten halogen lamp covered with a cylindrical tube, and a lamp house consisting of a combination of two parts, the inner surface of which accommodates these filaments and rods, the part having an elliptical shape. The lamp house is provided with two ellipses, one of which has substantially the same position, the rod is placed at that position, and the other of the focus positions is located near the other focus position. A solid-state laser device comprising a filament placed thereon.
【請求項19】レーザ媒質である3価のクロムイオンを
含む結晶から成り、かつ、コーティングが外周面に施さ
れた円柱管で覆われているロッドと、該ロッドを励起す
るために該ロッドに照射される励起光を放射すると共
に、タングステンから成る直線状の複数のフィラメント
から成る励起ランプと、これら励起ランプとロッドとを
収納する内面が楕円形状から成るランプハウスとを備
え、前記ロッドは、前記ランプハウスの内面の楕円形の
一方の焦点付近に置かれ、かつ、前記励起ランプは、前
記ランプハウスの内面の楕円形のもう一方の焦点付近に
置かれていることを特徴とする固体レーザ装置。
19. A rod which is made of a crystal containing trivalent chromium ions as a laser medium and which is covered with a cylindrical tube whose outer peripheral surface is coated, and a rod for exciting the rod. While irradiating the irradiating excitation light, an excitation lamp made of a plurality of linear filaments made of tungsten, and a lamp house having an elliptical inner surface for accommodating the excitation lamp and the rod, the rod, A solid-state laser placed on the inner surface of the lamp house near one of the elliptical focal points, and the excitation lamp is placed on the inner surface of the lamp house near the other elliptical focal point. apparatus.
【請求項20】3価のクロムイオンを含む結晶から成る
薄板状のレーザ媒質と、該薄板状のレーザ媒質を励起す
るために、該薄板状のレーザ媒質に照射される励起光を
放射すると共に、タングステンハロゲンランプ中に納め
られているフィラメントと、このフィラメントを収納す
る内面が楕円形状の一部分から成る2つの部分を合わせ
たものから成り、この2つの部分を合わせた部分に薄板
状のレーザ媒質が設置されるランプハウスとを備え、前
記ランプハウスは、ぞれぞれの楕円形が2つ有する焦点
の内、一方の焦点はほぼ同じ位置にあり、その位置に前
記薄板状のレーザ媒質の中央部が置かれ、他方の焦点位
置付近にはそれぞれ前記フィラメントが置かれて構成さ
れることを特徴とする固体レーザ装置。
20. A thin plate-shaped laser medium made of a crystal containing trivalent chromium ions, and a pumping light for irradiating the thin plate-shaped laser medium for exciting the thin plate-shaped laser medium. , A tungsten-halogen lamp, and a filament containing a filament, and an inner surface for accommodating the filament, which is made up of two parts each having an elliptical shape, and a thin plate-shaped laser medium. A lamp house in which each of the elliptical shapes has two focal points, one of the focal points is located at substantially the same position, and the thin plate-shaped laser medium A solid-state laser device, comprising: a central portion, and the filaments respectively placed near the other focal position.
【請求項21】請求項1,2,3,5,7,11,1
8,19、又は20に記載された固体レーザ装置と、該
固体レーザ装置から取り出された紫外域で連続波のレー
ザ光の方向を変えるミラーと、該ミラーで方向が変えら
れたレーザ光を絞るレンズと、該レンズで絞られたレー
ザ光が集光されてエッチング処理される被処理基板を収
納する反応容器とを備えていることを特徴とするレーザ
エッチング装置。
21. Claims 1, 2, 3, 5, 7, 11, 1
8, 19, or 20, the solid-state laser device, a mirror that changes the direction of the continuous-wave laser light in the ultraviolet region extracted from the solid-state laser device, and the laser light whose direction is changed by the mirror A laser etching apparatus comprising: a lens; and a reaction container that accommodates a substrate to be processed, which is subjected to an etching process by collecting a laser beam focused by the lens.
【請求項22】前記反応容器は、内部を真空排気する排
気管と、内部に原料となるガスを注入する注入管と、前
記被処理基板を支持し、該被処理基板に照射されるレー
ザ光の照射位置を制御してエッチングが生じる場所に空
間的選択性を持たせるXYステージとを備えていること
を特徴とする請求項21記載のレーザエッチング装置。
22. An exhaust pipe for evacuating the inside of the reaction container, an injection pipe for injecting a gas as a raw material into the reaction container, a laser beam for irradiating the substrate to be processed, which supports the substrate to be processed. 22. The laser etching apparatus according to claim 21, further comprising: an XY stage that controls the irradiation position of the laser beam to provide spatial selectivity at a location where etching occurs.
【請求項23】請求項1,2,3,5,7,11,1
8,19、又は20に記載された固体レーザ装置と、該
固体レーザ装置から取り出された紫外域で連続波のレー
ザ光をスキャニングするためのミラーと、該ミラーでス
キャニングされたレーザ光が照射され、かつ、マーキン
グすべきパターンが形成されている液晶マスクと、該液
晶マスクを通過してマーキングすべきパターンが形成さ
れたレーザ光は偏光させ、マーキングすべきパターンが
形成されないレーザ光は透過させる偏光ビームスプリッ
タと、該偏光ビームスプリッタで偏光されたレーザ光で
所定のパターンがマーキングされるフォトレジスト板と
を備えていることを特徴とするレーザマーキング装置。
23. Claims 1, 2, 3, 5, 7, 11, 1
8, 19, or 20, a mirror for scanning a continuous-wave laser beam in the ultraviolet region extracted from the solid-state laser device, and a laser beam scanned by the mirror. And a liquid crystal mask on which a pattern to be marked is formed and a laser beam which passes through the liquid crystal mask and on which a pattern to be marked is formed is polarized, and a laser beam on which a pattern to be marked is not formed is transmitted. A laser marking device comprising: a beam splitter; and a photoresist plate on which a predetermined pattern is marked with a laser beam polarized by the polarization beam splitter.
【請求項24】前記偏光ビームスプリッタを透過したマ
ーキングすべきパターンが形成されないレーザ光は、光
吸収体に当てられ吸収されることを特徴とする請求項2
3記載のレーザマーキング装置。
24. The laser light, which has passed through the polarization beam splitter and has no pattern to be marked, not formed thereon, is applied to a light absorber to be absorbed.
3. The laser marking device according to item 3.
【請求項25】近赤外域のレーザ光を発生するレーザ発
生装置と、血液成分を測定する生体の一部が挿入され、
この生体を透過した前記レーザ発生装置からのレーザ光
が当り血液成分を検出するフォトダイオードを有する暗
箱と、前記フォトダイオードからの信号を受けて前記レ
ーザ発生装置の発振波長を変化させる制御装置とを備え
ていることを特徴とする血液成分測定装置。
25. A laser generator for generating a laser beam in the near infrared region and a part of a living body for measuring a blood component are inserted,
A dark box having a photodiode for detecting a blood component when the laser light from the laser generator that has passed through the living body hits, and a controller for receiving the signal from the photodiode and changing the oscillation wavelength of the laser generator. A blood component measuring device characterized by being provided.
【請求項26】3価のクロムイオンを含むLiSrAl
6 結晶から成るレーザ媒質、該レーザ媒質を励起して
レーザ光を発生させるタングステンハロゲンランプから
成る励起光源,全反射鏡と出力鏡で構成される共振器,
前記全反射鏡と出力鏡の間に設置された発振波長を選択
するためのプリズム,発振波長幅を狭帯域化するための
エタロン、及びQスイッチからなるレーザ発生装置と、
該レーザ発生装置をレーザ動作させることにより前記出
力鏡を介して取り出される波長約0.8 ミクロン付近の
近赤外域のレーザ光を反射させて光路を変えるミラー
と、血液成分を測定する生体の一部が挿入され、この生
体を透過した前記ミラーで光路が変えられた波長約0.
8 ミクロン付近の近赤外域のレーザ光が当り血液成分
を検出するフォトダイオードを有する暗箱と、前記フォ
トダイオードからの信号を受けて前記レーザ発生装置の
発振波長を変化させる制御装置とを備えていることを特
徴とする血液成分測定装置。
26. LiSrAl containing trivalent chromium ions
A laser medium made of F 6 crystal, an excitation light source made of a tungsten halogen lamp for exciting the laser medium to generate laser light, a resonator made up of a total reflection mirror and an output mirror,
A laser generator including a prism for selecting an oscillation wavelength, an etalon for narrowing the oscillation wavelength width, and a Q switch, the prism being installed between the total reflection mirror and the output mirror;
One of a living body for measuring blood components and a mirror for changing the optical path by reflecting laser light in the near-infrared region around a wavelength of about 0.8 micron extracted through the output mirror by operating the laser generator. Part is inserted, and the optical path is changed by the mirror that has passed through the living body and the wavelength is about 0.
It is provided with a dark box having a photodiode for detecting a blood component hit by laser light in the near-infrared region around 8 microns, and a control device for receiving a signal from the photodiode and changing the oscillation wavelength of the laser generator. A blood component measuring device characterized by the above.
【請求項27】請求項1,2,3,5,7,11,1
8,19、又は20に記載された固体レーザ装置と、該
固体レーザ装置から取り出された波長約0.35 ミクロ
ンの連続波のレーザ光の光路を変えるミラーと、該ミラ
ーで光路が変えられたされたレーザ光を線状に集光させ
る光学系と、該光学系で一方向に絞られたレーザ光が線
状に集光されてアニールされる被処理膜が載置された基
板とを備えていることを特徴とするレーザアニール装
置。
27. Claims 1, 2, 3, 5, 7, 11, 1
8, 19, or 20, a mirror for changing the optical path of a continuous-wave laser beam having a wavelength of about 0.35 micron extracted from the solid-state laser apparatus, and the optical path is changed by the mirror. An optical system for converging the focused laser light into a linear shape, and a substrate on which a film to be processed is annealed by linearly converging the laser light focused in one direction by the optical system. The laser annealing device is characterized in that
【請求項28】前記光学系は、シリンドリカルレンズ、
又は凹面鏡であることを特徴とする請求項27記載のレ
ーザアニール装置。
28. The optical system is a cylindrical lens,
28. The laser annealing apparatus according to claim 27, which is a concave mirror.
【請求項29】前記被処理膜はアモルファスシリコン膜
であり、かつ、前記基板は搬送装置により搬送可能に支
持されていることを特徴とする請求項27記載のレーザ
アニール装置。
29. The laser annealing apparatus according to claim 27, wherein the film to be processed is an amorphous silicon film, and the substrate is supported by a transfer device so as to be transferable.
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