JPH06224524A

JPH06224524A - レーザ装置、レーザプロセッシング装置およびビームパターン解析方法

Info

Publication number: JPH06224524A
Application number: JP23855793A
Authority: JP
Inventors: Kimiharu Yasui; 公治安井; Tetsuo Kojima; 哲夫小島; Kuniaki Iwaki; 邦明岩城
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1993-09-24
Publication date: 1994-08-12
Anticipated expiration: 2014-01-20
Also published as: JPH11121850A; JP2849032B2; JPH11119634A; JP3272674B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高出力のレーザビームを効率良く安定に得
る。【構成】互いに連結された複数の固体素子３を内面が
光反射面よりなる集光器６内に納め、これを光源４から
投光された光で励起してレーザ媒質とし、このレーザ媒
質から発生された光をレーザ共振器を介してレーザビー
ム７０としてレーザ共振器から取り出すように構成した
ものである。これにより、固体素子３や光学系の調整が
容易で、かつ安定的に高出力のレーザビーム７０を出力
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば固体レーザ装
置などのレーザ装置に係り、特に、高出力で品質の良い
レーザビームを発生させるレーザ装置、およびレーザ装
置を用いてホログラムを再現するレーザプロセッシング
装置、ならびにレーザ装置のレーザ光学系の最適設計の
ためのビームパターン解折方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２９は、例えば、レーザ学会編、「レ
ーザハンドブック」（オーム社発行）、ｐ．２２２に示
された従来の固体レーザ装置を示す断面構成図である。
この図において、１は全反射ミラー、２は部分反射ミラ
ー、３は活性固体媒質を含む固体素子であり、ヤグレー
ザを例にとれば活性固体媒質としてＮｄ（Neodymium ）
をドーピングしたＮｄ：ＹＡＧ（Yttrium Aluminium Ga
rnet）からなるレーザ媒質、４は光源であって、例えば
アークランプが適用されている。５は光源４を点灯する
電源、６は光源４の集光器であって、例えば断面形状が
楕円状で内面は光反射面により構成されている。７はミ
ラー１，２にて構成されたレーザ共振器内に発生したレ
ーザビーム、７０は外部に取り出されたレーザビーム、
１００は基台である。

【０００３】次に動作について説明する。光源４と固体
素子３を集光器６内に配置していて、光源４から投光さ
れた光は固体素子３中に集光状態にて入射される。これ
により、固体素子３にて活性固体媒質が励起されて所定
の波長の励起光が発生される。そして、この固体素子３
からなるレーザ媒質より発生されたレーザビーム７は、
ミラー１と２にて構成されるレーザ共振器間を往復する
間に増幅されて、所定値以上の大きさに達すると指向性
の良いレーザビーム７０として部分反射ミラー２からレ
ーザ共振器の外部に放出される。

【０００４】上記のような従来のレーザ装置では、固体
素子３に入射される光量が許容値を越えると固体素子３
は破壊する。例えばＮｄ：ＹＡＧ固体素子３を用いた場
合、固体素子３を破壊させずに安定的にレーザ出力を得
るためには、固体素子３の直径には関係なく長さ２５．
４ｍｍあたり発振効率５％として光源４への投入電力を
３ｋｗ程度に押さえる必要があることが経験的に知られ
ている。したがって、光源４への投入電力を増やしてレ
ーザ出力を増大させる場合、固体素子３を長くする必要
がある。たとえば１．５ｋＷのレーザ出力を得るために
は、発振効率５％として光源４に３０ｋＷの電力を投入
する必要がある。この場合、３０ｋＷの投入電力で安定
動作させるには２５４ｍｍの長さの固体素子３が必要と
なる。

【０００５】しかしながら、Ｎｄ：ＹＡＧ等の固体素子
３は結晶成長が難しく、特に長尺のものは工業的に生成
するのが困難である。例えば２０ｃｍ以上の固体素子３
を現在得ることは極めて困難で、また入手できたにして
も極めて高価なので固体レーザ装置が高価になる。また
長さ方向に品質が安定せず、品質の良いレーザビームを
得ることができなかった。

【０００６】したがって、例えば１．５ｋＷ等の高出力
のレーザビームを得るためには安価に得られる短い固体
素子３を複数本用いる必要がある。この方法として、図
３０に示すように複数の固体素子励起部分３Ａを使用す
る方法と、特開平４−７３９８１号公報に示された図３
１の集光器６内に複数の固体素子３を挿入する方法が知
られている。

【０００７】一方、図３２には、光励起部分３Ａからの
レーザビームをレーザ共振器内にて波長変換、例えば第
２高調波８などを含む高調波に変換して高出力なレーザ
ビームとして取り出す波長変換器１０を含むレーザ装置
が示されている。このような装置として、例えば特開平
２−７４８７号公報に記載された複数の波長変換素子３
０，３４を適用したレーザ装置が知られている。このレ
ーザ装置では波長変換素子３０，３４が長さが異なる例
えばＫＴＰ（Potassium Titanyl Phosphorate）にて形
成された非線形光学結晶にて形成され、基台１１０に角
度調整自在に設置されている。基台１１０には非線形光
学結晶４０ａ，４３ａをそれぞれ温度調節可能な加熱装
置などの温度調節機構が設けられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の光励起固体レー
ザ装置は以上のように構成されているので、上述した図
３０の装置に示すように複数の光励起部分３Ａ，３Ａを
用いてレーザビームの高出力化を図ると、固体素子３同
士を同軸上に調整することが困難となり、また、固体素
子３同士を調整された状態に長期にわたり安定に保つこ
とも困難であるなどの問題があった。

【０００９】また、図３１の装置に示すように複数の固
体素子３を並列してレーザビームの高出力化を図ると、
各々の固体素子３を同軸に調整することが困難であり、
また、折り返し光学系１１が複数必要となり固体レーザ
装置が複雑化し、さらに折り返し光学系１１の調整が困
難であるなどの問題があった。

【００１０】さらに、図３０，３１に示す装置では、各
々の固体素子３が集光器６の両壁部に形成されている貫
通孔に支持されているので、貫通孔が固体素子３の数の
２倍の数だけ必要になる。従って、これらの貫通孔から
漏れる光が損失となり発振の効率を下げるなどの問題が
あった。

【００１１】一方、図３２に示す波長変換器を含む装置
では、波長変換素子として実際に複数の非線形光学結晶
を配置して試験すると、等価的に同じ長さを有する長い
非線形光学結晶を用いた場合に比べて波長変換レーザビ
ームの発生効率が悪く、極端な場合には波長変換レーザ
ビームの発生が生じない場合があった。また、複数の非
線形光学結晶を用いることにより、それらの端面数が増
えるが、高出力の波長変換を実行する際に、これらの端
面にゴミがついて端面を破壊する問題が生じてきた。さ
らに、波長変換器から発生した波長変換レーザビームが
レーザ媒質、例えば固体素子３を加熱し、これによりレ
ーザ出力が不安定になる問題があった。

【００１２】請求項１ないし９の発明は上記のような問
題点を解消するためになされたもので、複数の固体素子
を用いながら互いの光学調整が容易で、また、複雑な光
学系を用いる必要がなく、安定に高出力化を図ることが
できる固体レーザ装置を提供することを目的としてお
り、さらに複数の固体素子を用いながら集光器に形成す
る貫通孔の数を最小限に押さえ効率良く光源の光を固体
素子に導いて発振することができるレーザ装置を提供す
ることを目的とする。

【００１３】さらに、請求項１０の発明は上記のような
問題点を解消するためになされたもので、高出力で品質
の良いレーザビームを得て安定なレーザ加工を実現する
ことができるレーザ装置を提供することを目的とする。

【００１４】また、請求項１１ないし請求項１６の発明
は上記のような問題点を解消するためになされたもので
あり、効率良く安定に波長変換レーザビームを得るレー
ザ装置を提供することを目的とする。

【００１５】請求項１７ないし請求項１９の発明は上記
のような問題点を解消するためになされたもので、高出
力なレーザビームを得る際に素子の加熱などによる素子
の破壊を防止するレーザ装置を提供することを目的とす
る。

【００１６】請求項２０ないし請求項２４の発明は上記
のような問題点を解消するためになされたもので、効率
良く安定に波長変換レーザビームを得るレーザ装置を提
供することを目的とする。

【００１７】請求項２５ないし請求項２６の発明は上記
のような問題点を解消するためになされたもので、波長
変換されたレーザビームを用いて微細なパターンを形成
するレーザプロセッシング装置を提供することを目的と
する。

【００１８】請求項２７の発明は上記のような問題点を
解消するためになされたもので、レーザ装置におけるレ
ーザビームの解析を有効に行い得るビームパターン解析
方法を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るレ
ーザ装置は、互いに連結された複数の固体素子を内面が
光反射面よりなる集光器内に設け、これらの複数の固体
素子を光源から投光された光で励起して、このレーザ媒
質からレーザ共振器によりレーザビームを取り出すよう
に構成したものである。

【００２０】請求項２の発明に係るレーザ装置は、集光
器の内面を拡散型光反射面で構成したものである。

【００２１】請求項３の発明に係るレーザ装置は、スリ
ーブ状の連結部材内に固体素子端部を挿入して複数の固
体素子を連結するように構成したものである。

【００２２】請求項４の発明に係るレーザ装置は、連結
部材が光反射部材で構成されるか、もしくは連結部材表
面に光源から投光された光を反射する光反射部材を備え
るように構成したものである。

【００２３】また、請求項５の発明に係るレーザ装置
は、連結部材内に複数の固体素子に挟まれる形で波長板
または旋光板を備えるとともに、レーザ光学系との間に
偏光選択素子を備えるように構成したものである。

【００２４】請求項６の発明に係るレーザ装置は、固体
素子として、Ｎｄ：ＹＬＦ（LiYF₄：リチウム・イット
リウム・フロライド）を用いたものである。

【００２５】請求項７の発明に係るレーザ装置は、レー
ザ共振器としてコリメート全反射ミラー及び拡大反射ミ
ラーを備えた不安定型共振器を用いたものである。

【００２６】また、請求項８の発明に係るレーザ装置
は、中央に部分反射ミラーが設けられると共にその周囲
部に無反射部が設けられた拡大出口ミラーと、コリメー
ト全反射ミラーとを備えたレーザ共振器によりレーザビ
ームを取り出すようにしたものである。

【００２７】請求項９の発明に係るレーザ装置は、レー
ザ共振器の拡大出口ミラーが、中央の部分反射部とその
周囲の無反射部を通過するレーザビームの位相差を打ち
消す手段を備えたものである。

【００２８】請求項１０の発明に係るレーザ装置は、波
長板または旋光板を挟み込んだ複数の固体素子と共振器
内の偏光選択素子による直線偏光のレーザビームを発生
させて、発生させたレーザビームをレーザ共振器外で円
偏光化してレーザ加工するようにしたものである。

【００２９】請求項１１の発明に係るレーザ装置は、レ
ーザ光学系におけるレーザビームを波長変換する波長変
換器を含み、この波長変換器が波長変換したレーザビー
ムに含まれる基本波成分と波長変換成分の位相差を同位
相または波長の整数倍の位相差として通過させる複数の
波長変換素子を含むものである。

【００３０】請求項１２の発明に係るレーザ装置は、波
長変換素子が、それぞれレーザビームを波長変換する非
線形光学結晶に、その少なくとも一つの端面に非線形光
学結晶と屈折率がほぼ等しいベース薄膜が施され、かつ
ベース薄膜の上に一層もしくは複数の層から無反射薄膜
が施されているものである。

【００３１】請求項１３の発明に係るレーザ装置は、波
長変換素子が少なくとも一つの非線形光学結晶の組成ま
たは形状が、もしくは各非線形光学結晶の端面の薄膜の
構成が少なくとも一か所異なるものである。

【００３２】請求項１４の発明に係るレーザ装置は、波
長変換器が波長変換したレーザビームに含まれる基本波
成分と波長変換成分の位相差が同位相または波長の整数
倍の位相差となって通過させる複数の波長変換素子を有
し、この波長変換器とレーザ媒質の間に、波長変換され
たレーザビームの波長変換成分を反射して基本波成分を
部分反射させる波長選択反射ミラーが備えられているも
のである。

【００３３】請求項１５の発明に係るレーザ装置は、波
長変換器が波長変換したレーザビームに含まれる基本波
成分と波長変換成分の位相差が同位相または波長の整数
倍の位相差となって通過させる複数の波長変換素子を有
し、この波長変換器が外気に含まれる粉塵を遮蔽する粉
塵遮蔽容器に収容されているものである。

【００３４】請求項１６の発明に係るレーザ装置は、波
長変換器が波長変換したレーザビームに含まれる基本波
成分と波長変換成分の位相差が同位相または波長の整数
倍の位相差となって通過させる複数の波長変換素子を有
し、これら波長変換素子間の空間にレーザビームの基本
波成分と波長変換成分を全透過する透過体が配置されて
いるものである。

【００３５】請求項１７の発明に係るレーザ装置は、レ
ーザ媒質とレーザ光学系との間、およびレーザ媒質もし
くはレーザ光学系と波長変換器との間の空間に、レーザ
ビームを全透過する透過体が配置されているものであ
る。

【００３６】請求項１８の発明に係るレーザ装置は、レ
ーザ媒質のレーザビーム出射部分に、レーザビームを全
透過する透過体が配置されているものである。

【００３７】請求項１９の発明に係るレーザ装置は、励
起源が光源と内面が光源から投光された光を反射する反
射面で形成された集光器とを含み、レーザ媒質が光源か
ら投光された光で励起されて端部から励起光を発生する
固体素子からなり、この固体素子の端面に、基本波レー
ザビームに対して透過性を有し、光源の光に対して反射
性を有する波長選択薄膜が設けられたものである。

【００３８】請求項２０の発明に係るレーザ装置は、波
長変換器を含む装置においてレーザ光学系が安定型共振
器からなるものである。

【００３９】請求項２１の発明に係るレーザ装置は、波
長変換器を含む装置においてレーザ光学系が不安定型共
振器からなるものである。

【００４０】請求項２２の発明に係るレーザ装置は、波
長変換器を含む装置においてレーザ光学系が全反射ミラ
ーと、中央部が部分反射で周囲部が全透過部からなる部
分反射ミラーとを含むレーザ共振器からなるものであ
る。

【００４１】請求項２３の発明に係るレーザ装置は、複
数の波長変換素子に、それぞれを独立して角度調整する
角度調整機構が備えられたものである。

【００４２】請求項２４の発明に係るレーザ装置は、励
起源が半導体レーザからなるものである。

【００４３】請求項２５の発明に係るレーザプロセッシ
ング装置は、レーザビーム発生手段と、このレーザビー
ム発生手段からのレーザビームの波長を変換、またはス
キャンさせるレーザビーム変換手段と、この変換手段か
らの複数の波長のレーザビームによる干渉パターンを同
時に記録してホログラムを作成する記録手段と、このホ
ログラムにレーザビームを照射して、ホログラムの像を
感光性の基板上に再現する再生手段とを有するものであ
る。

【００４４】請求項２６の発明に係るレーザプロセッシ
ング装置は、レーザビーム発生手段と、レーザビーム発
生手段からのレーザビームの波長を変化、または小から
大、もしくは大から小とスキャンさせるレーザビーム変
換手段と、このレーザビーム変換手段からのレーザビー
ムを作成したホログラムに照射してホログラムの像を感
光性の基板上に再現する再生手段とを有するものであ
る。

【００４５】請求項２６の発明に係るビームパターン解
析方法は、レーザ装置のそれぞれの光学系に対するラン
ダムパターンを直交するＳ波およびＰ波についてそれぞ
れ用意する第１の工程と、これらＳ波およびＰ波のラン
ダムパターンの強度を合成する第２の工程と、レーザ装
置のそれぞれの光学系におけるビームパターンのＳ波お
よびＰ波を波動計算により求める第３の工程と、求めた
ビームパターンのそれぞれの光学系での偏光量を求め
て、この際のＳ波およびＰ波の変化量を電場計算により
求める第４の工程と、変化量を加味したビームパターン
のＳ波およびＰ波を合成する第５の工程と、この工程に
て合成したビームパターンと第２の工程にて求めたビー
ムパターンとを比較して解析結果を出力する第６の工程
とを含むものである。

【００４６】

【作用】請求項１の発明におけるレーザ装置は、光源を
点灯して得られる光を集光器内にて反射させて、光源か
ら発生された光を集光器内で連結された固体素子に効率
よく吸収させる。これにより、複数の固体素子が励起さ
れて励起光を両端部から発生する。このレーザ媒質から
発生された光はレーザ共振器を介して指向性の良いレー
ザビームとして取り出される。

【００４７】また、請求項２の発明におけるレーザ装置
は、集光器の内面を拡散反射面で形成し、光源からの光
を集光器内面の各点で拡散反射させて連結された固体素
子表面に均一に導く。

【００４８】請求項３の発明におけるレーザ装置は、ス
リーブ状の連結部材内にて固体素子端部を挿入して複数
の固体素子を連結し、複数の固体素子を同軸上に軸ずれ
無く安定に連結する。

【００４９】請求項４の発明におけるレーザ装置は、連
結部材を光反射部材で形成するか、もしくはその表面に
光源からの光反射部材を備え、連結部材で光源からの光
を反射させて再び集光器内で複数回反射後、固体素子に
入射させて固体素子を励起する。

【００５０】請求項５の発明におけるレーザ装置は、連
結部材内に備えた波長板または旋光板で一方の固体素子
中の偏光方向を他方の固体素子中の偏光方向とねじれた
関係となるようにして固体素子中で発生する偏光異方性
を解消する。

【００５１】請求項６の発明におけるレーザ装置は、Ｎ
ｄ：ＹＬＦ固体素子で偏光方向に垂直な方向と平行な方
向で異なる符号を持つ熱レンズを発生し、また、波長板
または旋光板で複数の固体素子中の光が異なる偏光で通
過するようにして総合的に熱変形を打ち消し合うように
する。

【００５２】請求項７の発明におけるレーザ装置は、不
安定型共振器で全断面域においてほぼ均一な強度分布、
すなわち、平板状のレーザビームを発生して固体素子を
均一に加熱し、固体素子内の均一性を保持する。

【００５３】また、請求項８の発明におけるレーザ装置
は、中央の反射ミラー及びその周囲部の無反射部から構
成される拡大出口ミラーと、コリメート全反射ミラーと
から構成されたレーザ共振器で、レーザ共振器内に平板
状のレーザビームを発生して固体素子内の均一性を保持
すると共に、レーザ共振器外にも集光性の良い平板状ビ
ームを発生させ、さらにレーザ共振器内のレーザビーム
の強度を下げてレーザビームによる固体素子の変形を緩
和する。

【００５４】請求項９の発明におけるレーザ装置は、拡
大出口ミラーの部分反射部と無反射部を通過するそれぞ
れのレーザビームの位相差を打ち消す手段で位相のそろ
った中づまり状のレーザビームを発生させる。

【００５５】また、請求項１０の発明におけるレーザ装
置は、複数の固体素子間に挿入された波長板または旋光
板と共振器内の偏光選択素子で直線偏光化し、さらにレ
ーザ共振器外で円偏光化されたレーザビームで加工方向
の異方性無くレーザ加工を行う。

【００５６】請求項１１の発明におけるレーザ装置は、
複数の波長変換素子にて基本波レーザビームに対する位
相差の合計が波長変換されたレーザビームの半波長の整
数倍であるように通過させることにより、基本波レーザ
ビームと波長変換レーザビームの間の位相差を打ち消
し、複数の波長変換素子から発生したレーザビームが互
いに強め合うように作用する。

【００５７】請求項１２の発明におけるレーザ装置は、
非線形光学結晶にて波長変換されたレーザビームの基本
波成分と波長変換成分との間の位相差をベース薄膜の厚
みを調整することによりその屈折率を調整して、基本波
レーザビームと波長変換レーザビームの間の位相差を打
ち消し、複数の波長変換素子から発生したレーザビーム
が互いに強め合うように作用する。

【００５８】請求項１３の発明におけるレーザ装置は、
複数の非線形光学結晶の少なくとも一つ、またはその端
面の光学薄膜の構成を少なくとも一か所異なるようにし
て、それぞれの波長変換素子から発生した波長変換レー
ザビームがその基本成分と波長変換成分とが同位相また
は波長の整数倍となるように調整して、複数の波長変換
素子から発生したレーザビームが互いに強め合うように
作用する。

【００５９】請求項１４の発明におけるレーザ装置は、
波長選択反射ミラーにより波長変換器からの波長変換レ
ーザビームをレーザ媒質側に入射するのを防止するとと
もに、波長選択反射ミラーにより全反射ミラーとの間に
レーザビームを閉じ込めて内部レーザビーム強度を増大
させる。

【００６０】請求項１５の発明におけるレーザ装置は、
粉塵遮蔽容器にて波長変換素子にゴミが付着することを
防止して、ゴミの付着による波長変換素子の波長変換効
率の劣化および加熱などによる破壊を防止する。

【００６１】請求項１６の発明におけるレーザ装置は、
波長変換素子間への粉塵の混入を透過体にて防ぎ、それ
らの間の空間の揺らぎを防止して波長変換素子での基本
波レーザビームと波長変換レーザビーム間の位相差を打
ち消す作用を発揮させ、これにより複数の波長変換素子
から発生したレーザビームが互いに強め合うように作用
させる。

【００６２】請求項１７の発明におけるレーザ装置は、
それぞれの素子間に配置された透過体により光路にゴミ
が侵入するのを防ぐとともに、それらの間の空間の揺ら
ぎを防止して、これによりレーザビームの強度が強くな
り気中破壊が発生するのをより効果的に防止する。

【００６３】請求項１８の発明におけるレーザ装置は、
透過体にてレーザ媒質から光路上に放出される光を透過
させ、レーザビームが通過する部分の気体が熱せられて
発生する気体の揺らぎを防止するとともに、レーザビー
ムの強度が強くなり気中破壊が発生するのを防止する。

【００６４】請求項１９の発明におけるレーザ装置は、
波長選択薄膜にて固体素子の端面から発生されるレーザ
ビームを有効に透過して、集光器内から光路上に放出さ
れる光を反射させ、レーザビームが通過する部分の気体
が光源の光により熱せられて発生する気体の揺らぎを防
止するとともに、レーザビームの強度が強くなり気中破
壊が生じるのを防止する。

【００６５】請求項２０の発明におけるレーザ装置は、
安定型共振器により均一なレーザビームを共振器中に発
生させる。

【００６６】請求項２１の発明におけるレーザ装置は、
不安定型共振器により輝度の高いレーザビームを共振器
中に発生させる。

【００６７】請求項２２の発明におけるレーザ装置は、
全反射ミラーにて均一なレーザビームの反射を行い、部
分反射ミラーにて、その中央の反射ミラーにより集光性
の高い反射を行うとともに、その周囲の全透過部から有
効にレーザビームを透過して所定の強さの出力を得る。

【００６８】請求項２３の発明におけるレーザ装置は、
角度調整機構により各波長変換素子を細かく角度調整し
て、それぞれの波長変換素子にて効率良く波長変換する
ように作用させる。

【００６９】請求項２４の発明におけるレーザ装置は、
半導体レーザにて高輝度の所定の波長のレーザビームを
レーザ媒質に投射して、レーザ媒質を有効に励起し得
る。

【００７０】請求項２５の発明におけるレーザプロセッ
シング装置は、レーザ発生手段から所定の波長のレーザ
ビームを発生させ、このレーザビームをレーザビーム変
換手段にて波長変換または走査させて複数の波長のレー
ザビームを得る。これらのレーザビームを物体に照射し
てその干渉パターンを記録手段にて感光性基板に記録す
ることにより、焦点深度の深い、アスペクト比の高い形
状を記録し得る。

【００７１】請求項２６の発明におけるレーザプロセッ
シング装置は、レーザ発生手段から所定の波長のレーザ
ビームを発生させ、このレーザビームをレーザビーム変
換手段にて波長変換により変化させ、または小から大も
しくは大から小へ走査させて複数の波長のレーザビーム
を得る。これらのレーザビームをホログラムが記録され
た感光性基板に照射して、その透過パターンを再現手段
にて感光性の基板上に再現することにより、焦点深度の
深い、アスペクト比の高い形状のパターンを再現し得
る。

【００７２】請求項２７の発明におけるビームパターン
解析方法は、レーザ装置のそれぞれの光学系に対するラ
ンダムパターンを直交するＳ波およびＰ波についてそれ
ぞれ用意して、これらＳ波およびＰ波のランダムパター
ンの強度を合成する。一方、レーザ装置のそれぞれの光
学系におけるビームパターンのＳ波およびＰ波を波動計
算により求め、これら求めたビームパターンのそれぞれ
の光学系での偏光量を求め、この際のＳ波およびＰ波の
変化量を電場計算により求め、この変化量を加味したビ
ームパターンのＳ波およびＰ波を合成して、この合成し
たビームパターンと合成したランダムパターンとを比較
する。その結果、ビームパターンが安定した際に、その
レーザパターンの値をレーザ装置の出力として得ること
により、それぞれのレーザ光学系の最適設計を精度良
く、高速に実行し得る。

【００７３】

【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図１はこの発明の第１の実施例を示す
断面図であり、従来技術である図２９〜図３２の相当部
分には同符号を付してその説明を省略する。図１におい
て、６１は光源４からの光を反射する材質、例えば白色
セラミックから形成される連結部材であり、断面円形状
の２本の固体素子３，３をそれらの対向する端部間を同
軸上に連結可能なスリーブ状の部材にて形成されてい
る。本実施例における固体素子３，３は、容易に入手で
きる例えば長さ１５０ｍｍのＮｄ：ＹＡＧ（ネオジウム
含有イットリウム−アルミニュウム−ガーネット）が適
用されている。連結部材６１にて同軸上に連結された固
体素子３，３は、その両端部が集光器６の貫通孔８１，
８１を介して全反射ミラー１または部分反射ミラー２に
臨むように配置されている。本実施例の集光器６は、内
面が例えば白色セラミックなどの反射体にて形成されて
おり、反射された光が固体素子３，３に集中しない拡散
型反射面を形成している。

【００７４】次に動作について説明する。まず、図示し
ない電源５のスイッチがオンとされると、光源４が点灯
する。電源５によって点灯された光源４から光が投光さ
れ、投光された光は、直接もしくは集光器６内にて反射
した後に間接的に固体素子３に導かれる。固体素子３に
導かれた光の一部は固体素子３に吸収され、固体素子３
の活性媒質を励起して励起光が発生される。レーザ媒質
より発生された自然放出光は全反射ミラー１と部分反射
ミーラ２にて構成される共振器間を往復する間に増幅さ
れて、所定以上の大きさに達すると指向性の良いレーザ
ビーム７０として外部に放出される。

【００７５】固体素子３は上述したように容易に入手で
きる例えば長さ１５０ｍｍのＮｄ：ＹＡＧが使用され
て、２個の固体素子３，３が白色セラミック等の反射部
材にて形成された連結部材６１にて同軸上に連結されて
いる。この場合、連結部材６１は光を反射するので、連
結された固体素子３，３の全体の光被照射部の長さは２
８０mm程度に設定されることになる。したがって、３０
ｋＷ以下の電力の光源５にて固体素子３，３の破壊を招
くことなく１ｋＷのレーザ出力を得ることができる。ま
た、上述のように、連結部材６１を使用して、固体素子
３，３を集光器６内にて連結することにより、集光器６
の貫通孔８０，８１の数を増加させる必要がない。

【００７６】ところで、レーザ励起に使用される集光器
６の内壁は９９％程度の高い反射率に設定されている。
したがって、光源４から投光された光は、集光器６内に
て反射を繰り返しながらその一部が固体素子３，３に吸
収される。そして、残りの光は、固体素子３，３を集光
器６に挿入するのに必要な貫通孔８１と光源４が挿入さ
れた貫通孔８０から外部に漏れ、さらに残りの光は集光
器６の反射面にて吸収される。

【００７７】この場合、貫通孔８０，８１を増加させず
に、固体素子３，３を集光器６内にて連結させたので、
光源４から投光された光が固体素子３，３に吸収される
前に集光器６の外部に漏れる確率が減少する。したがっ
て、固体素子３，３の励起の効率を著しく向上させるこ
とができる。

【００７８】次に、この実施例１の固体レーザ装置（図
１参照）と、従来の固体レーザ装置（図３０参照）との
励起効率を比較する。励起効率は光源４から投光された
光の集光器６内での固体素子３への衝突確率を計算して
導出した基礎式に基づいて比較計算される。計算結果を
図２（ａ），（ｂ）に示す。図２（ａ）は実施例１の固
体レーザ装置の励起効率を示し、図２（ｂ）は従来の固
体レーザ装置の励起効率を示している。

【００７９】図２（ａ），（ｂ）から明らかなように、
実施例１の固体レーザ装置の励起効率は従来の固体レー
ザ装置の励起効率より２倍程度高くなることがわかる。
すなわち、実施例１の貫通孔を従来の貫通孔の１／２と
することにより、励起効率を２倍程度高くすることがで
きる。

【００８０】図３（ａ），（ｂ）にはレーザ発振特性を
示すグラフが示されている。図３（ａ）は実施例１の固
体レーザ装置のレーザ発振特性を示し、図３（ｂ）は従
来の固体レーザ装置のレーザ発振特性を示している。図
３（ａ），（ｂ）から明らかなように、実施例１のレー
ザ発振効率は従来のレーザ発振効率の２倍程度になる。
すなわち、実施例１の固体レーザ装置によれば、少ない
投入電力によってレーザ出力１ｋＷを得ることができ
る。

【００８１】実施例２．図４はこの発明の第２の実施例
を示す断面図であって、レーザ共振器内の固体素子３と
部分反射ミラー２との間に、例えばブリュースター板か
ら成る偏光選択素子９０が設けられ、連結部材６１内に
波長板９１（または旋光板）が設けられた実施例が示さ
れている。また、本実施例における固体素子３は、活性
固体媒質としてＮｄがドープされたＹＬＦ（YLiF₄ ：リ
チウム・イットリウム・フロライド）が適用されてい
る。

【００８２】次に動作について説明する。偏光選択素子
９０はレーザビームが入射されると、図４上で紙面に対
して平行方向の直線偏光を選択して射出する。また、波
長板９１は入射した楕円偏光の方向を９０°変える。し
たがって、部分反射ミラー２にて反射されたレーザビー
ム７が偏光選択素子９０に入射すると、偏光選択素子９
０から図４上の紙面に対して平行方向の直線偏光が出射
される。出射された平行直線偏光は、図４上で右側の固
体素子３に入射する。これにより、平行直線偏光は右側
の固体素子３によって複屈折されて、右側の固体素子３
から楕円偏光として出射される。右側の固体素子３から
出射された楕円偏光は波長板９１に入射し、入射した楕
円偏光は波長板９１にて方向を９０度変えられて、図４
上において左側の固体素子３に入射する。

【００８３】左側の固体素子３に入射した楕円偏光は、
左側の固体素子３で複屈折されて、右側の固体素子３を
通過するときとは符号が反対の作用を受ける。これによ
り、左側の固体素子３からは、偏光方向が図４上におい
て紙面に対して垂直の直線偏光として出射される。出射
された垂直直線偏光は全反射ミラー１によって反射され
て、再度左側の固体素子３および右側の固体素子３を通
過することにより、図４上において紙面に対して平行な
直線偏光に変換される。そして、変換された直線偏光
は、偏光選択素子９０を損失なく通過する。このよう
に、本実施例によれば、偏光選択素子９０および波長板
９１を使用することにより、左側および右側の固体素子
３，３の複屈折に影響されずに安定した直線偏光を発生
させることができる。

【００８４】この場合、レーザ共振器の外部に例えば１
／４波長板を設けることにより、レーザ共振器から発生
した直線偏光は１／４波長板で円偏光されて異方性のな
いレーザ加工を行うことができる。

【００８５】本実施例において固体素子３にＮｄ：ＹＬ
Ｆを使用すると、固体素子３の複屈折を除去すると共
に、固体素子３の熱レンズも取り除くことができる。す
なわち、Ｎｄ：ＹＬＦ固体素子は偏光方向に垂直な方向
と平行な方向にて異なる符号を持つ熱レンズを発生す
る。これにより、図４上において説明した固体素子３，
３による複屈折の補償作用と同様に、偏光成分が二つの
固体素子３，３を通過する過程で固体素子３，３中に発
生する熱レンズが打ち消される。したがって、偏光成分
はレンズに影響されないので共振器の動作が安定化す
る。

【００８６】実施例３．図５はこの発明の第３の実施例
を示す断面図である。この実施例と上述の実施例１，２
との相異点は、全反射ミラー１に替えてコリメート全反
射ミラー２１を使用し、さらに、部分反射ミラー２に替
えて拡大反射ミラー２０を使用した点である。本実施例
の不安定型共振器を用いると、発生するレーザビーム７
を全断面域において、ほぼ均一な強度分布を持たせるこ
とができる。したがって、高出力域の固体素子３にレー
ザビーム７の一部が吸収されて固体素子３を加熱する場
合、固体素子３を均一に加熱する。これにより、レーザ
ビーム７が固体素子３に局所的に吸収されることを阻止
することができるので、固体素子の破壊が防止される。
さらにこの均一な強度分布を持つレーザビーム７は位相
が均一であるため、外部に出射されたリング状のレーザ
ビーム７０は多少の回析リングを伴いながらも回析限界
に近い集光スポットに集光できる。したがって、このレ
ーザビーム７０を用いて効率の良いレーザ加工が実現で
きる。

【００８７】実施例４．図６はこの発明の第４の実施例
を示す断面図であり、上述の実施例３の拡大反射ミラー
２０に替えて、中央が部分反射ミラー２２であり、周囲
部は無反射部２３の拡大出口ミラー２４を使用してい
る。したがって、本実施例の共振器は拡大出口ミラー２
４とコリメート全反射ミラー２１とから構成される。拡
大出口ミラー２４を使用すると、中づまり状のほとんど
回析限界に近いスポット状に集光された集光性の良いレ
ーザビーム７０をレーザ共振器から出力することができ
る。したがって、このレーザビーム７０を用いて効率良
いレーザ加工を実現できる。さらに、実施例３と比較す
ると同一の集光性を得るために必要なレーザビーム７の
強度を下げることができ、またレーザビーム７が固体素
子３に吸収された時の固体素子３の発生熱量を少なくす
ることができる。したがって、発熱を下げることができ
るので高出力域でも安定に高品質レーザビーム７０を発
生させることができる。

【００８８】実施例５．図７はこの発明の第５の実施例
を示す断面図であり、上述の実施例４に使用されている
拡大出口ミラー２４の外面に段差２５を形成した拡大出
口ミラーが使用されている。これにより、部分反射ミラ
ー部２２を通過するレーザビーム７と無反射部２３を通
過するレーザビーム７間の位相差が打ち消されるので、
位相のそろった中づまり状のレーザビーム７０を得るこ
とができる。この場合、レーザビーム７０の集光性は実
施例４より向上する。

【００８９】なお、上記実施例１〜５においては、固体
素子３，３がスリーブ状の連結部材６１に端部を挿入し
て結合するものを示したが、これに限らず例えば光学接
着剤により接着してお互いに連結するようにしてもよ
い。また、図４に示す波長板９１または旋光板も固体素
子３，３に光学接着剤により接着するように構成しても
よい。

【００９０】なお、上記いずれの実施例においても、固
体素子３の断面が円形のものについて説明したが円形に
限るものでなく、矩形、楕円など任意の形状であって
も、上記実施例の効果と同様の効果を奏する。

【００９１】また、上記いずれの実施例においても、特
に説明しなかったが、光学素子のうち特に指示のない部
分にも、レーザビーム７が通過する部分には無反射薄膜
を施して、共振器内のロスを減少させて、これにより、
効率の良いレーザ発振を実現させることができる。

【００９２】また、固体素子３の数は２本のものについ
て説明したが２本に限ることなく何本でも連結すればよ
く、多くのロッド３を連結することによりさらに高出力
化が図れる。なお、連結部材６１は前記実施例のように
光反射部材で形成する他に、その表面に光反射部材を設
けてもよい。

【００９３】実施例６．図８はこの発明の第６の実施例
を示す断面図であり、この実施例において、上記実施例
１〜５と異なる点は、粉塵遮蔽容器６２に収容された複
数の波長変換素子非線形光学結晶４０，４３が設置され
ているとともに、これら波長変換素子４０，４３にて波
長変換されたレーザビームの波長変換成分を反射する光
学薄膜１９１が貼付され、かつ角度調整可能に設置され
た透過ミラー１９０が設けられている点である。粉塵遮
蔽容器６２は、排気口１６１と、ビーム通過窓６２ａ，
６２ａと、ファン１０１と、フィルタ１０２とが設けら
れており、波長変換素子４０，４３には、それぞれの両
端面にレーザビームの位相差を調整する光学薄膜４１，
４２，４４，４５が設けられている。さらに、本実施例
の波長変換素子４０，，４３は、それぞれ異なる製法、
例えばフラックス法および水溶法にてそれぞれ形成され
た長さの異なるリン酸塩チタン酸カリウム（以下、ＫＴ
Ｐ素子と記す）の非線形光学結晶が適用されている。光
学薄膜４１，４２，４４，４５は、例えば図９に示すよ
うに波長変換素子の端面に施される通常の無反射コート
４２１と、これにさらに例えば酸化マグネシム（Ｍｇ
Ｏ）などの、ＫＴＰ結晶の屈折率とほぼ等しい屈折率の
薄膜を所定の厚みにて形成したベースコート４２２とか
ら構成されている。

【００９４】次に動作について説明する。まず、図示し
ない電源５のスイッチがオンとされると、光源４が点灯
する。電源５によって点灯された光源４から光が投射さ
れると、投光された光は直接もしくは集光器６内にて反
射した後に間接的に固体素子３に導かれる。固体素子３
に導かれた光の一部は固体素子３に吸収され、固体素子
３の活性媒質を励起して励起光が発生される。レーザ媒
質より発生された自然放出光は直接または全反射ミラー
１にて反射されて、透過ミラー１９０，光学薄膜１９１
を透過して波長変換素子４０，４３に入射する。波長変
換素子４０，４３に入射したレーザ光は、波長変換され
て基本波成分（基本波レーザビーム）７ａおよび波長変
換成分（波長変換レーザビーム８ａを含むレーザビーム
となって、部分反射ミラー２に入射する。

【００９５】部分反射ミラー２ではレーザビーム７の基
本波成分７ａを反射して波長変換成分８ａを透過して出
力する。反射されたレーザビーム７は波長変換素子４
０，４３にて再び波長変換されて、その中の基本波成分
は透過ミラー１９０、光学薄膜１９１を透過して再び固
体素子３０を介して全反射ミラー１にて反射される。反
射されたレーザビーム７は、固体素子３０からのレーザ
ビーム７とともに透過ミラー１９０，光学薄膜１９１を
透過して波長変換素子４０，４３にて波長変換されて部
分反射ミラー２に入射し、波長変換成分８ａのみ透過さ
れて出力される。以降、レーザビームの基本波成分７ａ
は、全反射ミラー１，２間にて増幅されて、さらに波長
変換素子４０，４３にて変換されて部分反射ミラー２か
ら出力される。波長変換成分８ａは部分反射ミラー２と
透過ミラー１９０，光学薄膜１９１との間にて反射され
て増幅され、部分反射ミラー２を透過して出力される。

【００９６】以上のような構成において、効率の良い波
長変換を実行するには、固体素子３からなるレーザ媒質
から発生される基本波レーザビーム７ａと波長変換され
た波長変換レーザビーム８ａとの波長変換素子４０，４
３内における進行速度、すなわち位相速度が一致するこ
とが必要であり、その条件が満たされているとき位相整
合が取られる。固体素子３における位相整合は固体素子
３の複屈折を利用して行われ、この複屈折の状態は波長
変換素子４０，４３へのレーザビーム７の入射角度およ
び結晶の温度に依存するため、波長変換素子４０，４３
の効率良い波長変換を行うには一般的には角度調整器に
より波長変換素子４０，４３の角度を変えたり、基台１
１０の温度を細かく調整することにより実現される。勿
論、本実施例の波長変換素子４０，４３もそれぞれ角度
調整可能に設けられ、基台１１０に温度調節機構が設け
られている。

【００９７】さらに、位相速度の一致する条件が満たさ
れたとき、すなわち位相整合が取られたときには、波長
変換の効率は、波長変換素子４０，４３の各部で発生し
た波長変換ビームが互いに強め合い、波長変換結晶の長
さの２乗に比例して増大する。したがって、一般的には
長い波長変換結晶を用いることにより極めて効率良く波
長変換を実現できる。しかし、この波長変換結晶も上記
固体素子３と同様に育成が難しく大型のものが得られな
い。例えば、本実施例にて使用しているリン酸塩チタン
酸カリウム（以下、ＫＴＰ結晶と記す）では、レーザ発
振に用いることができる結晶の最大長は１０ｍｍ程度で
あり、また長い結晶ほど高価である。そこで、本実施例
では、複数の波長変換素子（非線形光学結晶）４０，４
３を並べて実質的に長い波長変換長を得る波長変換器を
構成している。

【００９８】また、波長変換の効率を挙げる手段として
波長変換素子４０，４３に入射するレーザビーム７の強
度を上げることが考えられる。例えば、レンズにて集光
したり、パルス発振させたりすれば、波長変換素子４
０，４３に入射するビーム強度が増して波長変換効率が
上昇する。しかし、この場合には波長変換素子４０，４
３に入射するビームの強度が増したことにより、波長変
換素子の端面ならびに内部が強いレーザビーム７により
損傷を受ける場合があり、好ましくなく、本実施例では
透過ミラー１９０を介してレーザビーム７の強度を柔ら
げて複数の波長変換素子４０，４３に供給し、波長変換
動作を安定化している。

【００９９】詳しくは、透過ミラー１９０にてレーザビ
ーム７の基本波成分７ａを透過させ、光学反射薄膜１９
１にて波長変換成分８ａを全反射させる。これら選出ミ
ラー１９０，光学薄膜１９１がないときには、波長変換
レーザビームが固体素子３に入射し、これに吸収されて
レーザビーム７の動作が不安定になる。特に、複数の波
長変換素子４０，４３を用いて高出力の波長変換レーザ
ビーム、例えば２０Ｗ以上を発生させたときには、この
不安定さが顕著となる。本実施例では、透過ミラー１９
０の角度を調整して波長変換の効率を上昇させることが
できる。

【０１００】つまり、光学反射薄膜１９１が施された透
過ミラー１９０に完全な全透過性をもたらすことは難し
く、したがって、何割かの部分反射が発生することにな
る。この部分反射されたレーザビーム７はミラー１，２
にて構成される共振器内から外部に出てしまい損失とな
る。複数の波長変換素子４０，４３を用いた場合、光学
薄膜１９１にて反射したレーザビーム７も波長変換素子
４０，４３の数だけ増大し、この透過ミラー１９０の角
度を調整して、透過ミラー１９０と全反射ミラー１の
間、あるいは波長変換素子４０，４３の端面と透過ミラ
ー１９０の間で共振条件を満たすようにすることによ
り、光学薄膜１９１による損失は無くなり、したがっ
て、基本波成分７ａは共振器内に完全に閉じ込められ、
強い強度となって波長変換素子４０に入射して効率良く
波長変換が実施される。

【０１０１】さらに、本実施例では、波長変換素子４
０，４３に光学薄膜４１，４２，４４，４５が施されて
いるために、レーザビーム７の基本波成分７ａと波長変
換成分８ａとの位相差を打ち消して、さらに効率よい位
相整合を実現している。例えば、本実施例の波長変換素
子４０，４３に適用されているＫＴＰ結晶はその屈折率
が１．７５であり、これとほぼ同じ屈折率を有するＭｇ
Ｏ薄膜４２２は、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波に
対して屈折率が１．７、波長変換成分に対する屈折率が
１．７８である。したがって、厚み１ミクロン当たり
０．０５波長の位相差が発生する。また、波長変換素子
４０，４３の間の大気の屈折率差によるレーザビーム７
の基本波成分７ａと波長変換成分８ａとの間の位相差が
０．５波長であるとすると、このＭｇＯ薄膜４２２の厚
みを１０ミクロンと調整することにより、波長変換素子
４０，４３との間でのレーザビーム７の基本波成分７ａ
と波長変換成分８ａとの位相差を除去することができ
る。この結果、波長変換されたレーザビーム７での基本
波成分７ａと波長変換成分８ａとが互いに強め合うよう
に作用して波長変換効率をさらに高めることができる。

【０１０２】つまり、位相差を調整する光学薄膜４１，
４２，４４，４５が施されていない波長変換素子を複数
並べた従来の波長変換器（例えば図３２の例）では、結
晶の数を増すごとに予想とは逆に波長変換の効率が減少
する。その原因として、波長変換素子の間の大気の屈折
率がレーザビーム７の基本波成分７ａと波長変換成分８
ａとではそれぞれ異なり、このために１つの波長変換素
子で波長変換したレーザビーム７と次の波長変換素子で
波長変換したレーザビーム７との間に位相差が発生し、
互いに打ち消し合ってしまっていた。また、無反射コー
ト４２１のみを波長変換素子に施した場合、無反射コー
トの膜の屈折率がレーザビーム７の基本波成分７ａと波
長変換成分８ａとでそれぞれ異なり、上記と同様に、波
長変換したレーザビーム同士が互いに打ち消し合ってい
た。

【０１０３】この場合、図３２に例示した特開平２−７
４８７号公報では、２つの波長変換素子４０，４３から
発生されるレーザビーム７の偏光方向が直交するように
波長変換素子４０，４３の角度を調整しているが、ここ
でも示されている通り、波長変換素子４０，４３の温度
変換に対して極めて敏感となり、動作が安定せず、好ま
しくない。さらに、この場合には、２つの波長変換素子
４０，４３から発生されるレーザビーム７が打ち消さな
い代わりに、強め合うこともない。したがって、この場
合、波長変換レーザビームは結晶の長さの２乗ではな
く、長さの１乗に比例して増大することになり、複数の
波長変換素子を用いて、波長変換長を長くする効果が十
分に発揮されない。

【０１０４】そこで、本実施例では上述のようにＫＴＰ
結晶とほぼ屈折率が等しいＭｇＯ薄膜のベースコート４
２２を波長変換素子４０，４３の間でのレーザビーム７
の位相差を打ち消すような厚みにして、位相差を調整し
ている。この場合、本実施例ではそれぞれのレーザビー
ム７の方向、つまり、それぞれの波長変換素子４０，４
３の両端面に光学薄膜４１，４２，４４，４５が施され
て、それぞれの方向のレーザビーム７の位相差を調整し
ている。しかし、本発明においては、いずれか一つに位
相調整用の光学薄膜を施してもよい。要は、端面の光学
薄膜を含めて波長変換素子４０，４３を通過する場合の
レーザビーム７の基本波成分７ａと波長変換成分８ａの
位相差を打ち消す状態、つまり、それらの波長の整数倍
にして位相補償された状態にすればよい。したがって、
本実施例では波長変換素子４０，４３の形状および組
成、つまり波長変換素子４０，４３の長さを変え、か
つ、異なる製法によりＫＴＰ結晶結晶を生成したものを
適用している。

【０１０５】すなわち、本実施例ではフラックス法およ
び水溶法の異なる製法により微妙に組成が異なる非線形
光学結晶４０，４３が形成され、このためレーザビーム
７の基本波成分７ａと波長変換成分８ａの間の位相差に
より発生するウォークオフ角と言われる進行方向の誤差
角の大きさとその方向が波長変換素子により異なる。こ
の違いは、波長変換素子ビーム間の位相差となるから、
２つの製法で製作された波長変換素子４０，４３を組み
合わせて、位相差が打ち消し合う、もしくは位相差を波
長の整数倍にして打ち消すように構成している。

【０１０６】さらに、波長変換素子４０，４３の形状に
ついても、特に長さによる位相差の違いがあるために、
異なる長さの非線形光学結晶を組み合わせて位相差を有
効に打ち消すように構成している。さらに、光学薄膜４
１，４２，４４，４５の構成によっても位相差は異な
る。つまり、波長変換素子４０，４３の両端面には無反
射コート４２１がそれぞれ設けられる。無反射コート膜
４２１の構成は、用いる薄膜材料、薄膜の厚みによる無
数の組み合わせがあり、それぞれがこれを通過するレー
ザビーム７の基本波成分７ａおよび波長変換成分８ａの
間に異なる位相差を与える。したがって、少なくとも一
か所の薄膜構成を他のものと異なるようにして位相差を
打ち消すように構成している。

【０１０７】つまり、波長変換素子４０，４３の組成、
形状を少なくとも一つ、もしくは光学薄膜の無反射コー
ト４２１の薄膜構成を少なくとも一か所異なるように構
成し、さらにベースコート４２２にて位相差を調整する
ように構成することにより、それぞれの波長変換素子を
４０，４３通過するレーザビーム７の基本波成分７ａと
波長変換成分８ａの位相差を打ち消し、もしくは波長の
整数倍にすることにより、それぞれを通過したレーザビ
ーム７が互いに強め合い効率良い波長変換を行うことが
できる。

【０１０８】一方、本実施例では波長変換素子４０，４
３が粉塵遮蔽容器６２に収容されているので、さらに波
長変換の効率を高めることができる。つまり、波長変換
素子４０，４３の端面近傍にゴミが浮遊すると、これら
ゴミはレーザビーム７により、加熱、燃焼して、その反
作用によりロケット的に推進力を与えられて、これらが
波長変換素子端面に強く衝突して、端面を破壊し、波長
変換の効率を低減させ、極端な場合には発振を止めてし
まう。これは波長変換素子を複数用いて高出力の波長変
換レーザビームを得る場合に特に顕著に現れる。これは
出力が増大してゴミが燃焼される確率が上昇したことに
加えて複数の波長変換素子を用いたために波長変換素子
の端面の数が増加し、端面にゴミが衝突する確率が上昇
したためである。さらに波長変換レーザビームは一般的
に可視光であり、ゴミに対する吸収率が高いためである
と予測できる。

【０１０９】本実施例では、波長変換素子４０，４３を
粉塵遮蔽容器６２にて覆うとともに、外気をファン１０
１により取り込み、この外気中に含まれるゴミをゴミフ
ィルタ１０２により除去してクリーン化した雰囲気を波
長変換素子４０，４３の近傍に導いている。この結果、
本実施例では、Ｎｄ：ＹＡＧの固体素子３からのレーザ
ビーム７をＫＴＰ結晶の波長変換素子４０，４３にて波
長変換するレーザ装置にて現状の世界最高値である２０
Ｗ以上のレーザ出力を安定して得られるようになった。

【０１１０】なお、本実施例では位相調整用のベース薄
膜４２２を波長変換素子４０，４３に施した場合を例に
挙げて説明したが、例えば、図１０に示すようにベース
薄膜と同様の光学部品４６、例えばサファイヤを独立さ
せて波長変換素子４０，４３との間に設置するようにし
てもよい。この場合、波長変換素子４０，４３の構成を
変更することなくレーザビーム７の基本波成分７ａと波
長変換成分８ａの位相差を容易に打ち消すことができ
る。

【０１１１】また、本実施例においては透過ミラー１９
０の一端面に反射用の光学薄膜１９１を形成したが、こ
の光学薄膜１９１を波長変換素子４０の端面に光学薄膜
４１の代わりに貼付して用いるようにしてもよい。

【０１１２】さらに、本実施例においては波長変換素子
４０，４３のみを粉塵遮蔽容器６２に収容する場合を例
に挙げて説明したが、固体素子３およびミラー１，２を
含む他の光学系を覆う粉塵遮蔽容器６２に収容するよう
に構成してもよい。また、粉塵が多い雰囲気に装置を設
置する場合には、粉塵遮蔽容器６２内に例えば不活性ガ
スであるＮ２（窒素）、Ａｒ（アルゴン）などを導入し
てもよい。この場合、ファン１０１およびフィルタ１０
２を除去することもできる。さらに、排気口１６１を除
去して容器を密閉し、この場合、容器内部を真空状態に
してもよい。

【０１１３】実施例７．図１１はこの発明の第７の実施
例を示す断面図であり、本実施例において、上記実施例
６と異なる点は、レーザビーム７が通過するそれぞれの
空間にレーザビーム７を全透過する透過体３０１を設け
た点である。これら透過体３０１は、例えば、サファイ
ヤ、ＢＫ−７、水晶、活性素子を含まないＹＡＧなどに
て形成されており、光学素子の間の大気にさらされてい
る空間が最小限になるようにそれぞれの光学素子間に配
置されて、特に損傷を受けやすい波長変換素子４０，４
３および固体素子３の端面にゴミが付着することによる
損傷を防ぐゴミ付着防止手段を形成する。

【０１１４】次に動作について説明する。それぞれの透
過体３０１は、レーザ媒質となる活性媒質をドープした
Ｎｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＬＦなどの固体素子３ある
いはＫＴＰ結晶などの波長変換素子４０，４３に比較し
て格段に光照射に対して強く、その端面にゴミが付着す
ることによる損傷は実用上問題にならない。また、透過
体３０１は強い強度のレーザビーム７が光路上の大気を
加熱し、これにより大気が揺らぎ、これがレーザビーム
７の光軸を揺らがせて不安定なることを防止することが
できる。本実施例では、この光軸の揺らぎの防止によ
り、レーザビーム７が安定化することにより、波長変換
の効率がさらに向上する。つまり、上記実施例６にて説
明したように波長変換素子４０，４３へ入射するレーザ
ビーム７の角度がある範囲内に収まって、いわゆる位相
整合が取られたときに波長変換の効率が最大となる。し
たがって、光軸が揺らいで、波長変換素子４０，４３へ
の入射角度が揺らぐと、波長変換レーザビームの出力も
揺らぎ、時間平均した波長変換レーザビームの出力は減
少する。

【０１１５】そこで、本実施例では光路上に透過体３０
１を配置したために、透過体３０１にてレーザビーム７
のほとんどを通過させてそのとき発生する熱を外部に放
出し、大気の加熱による対流の発生を防止する。また、
一部の透過体３０１にて吸収される光も、透過体３０１
のわずかな温度上昇をもたらすのみで、その熱は透過
体３０１の小さい熱伝導率によりゆっくりと基台などへ
伝送して放散される。例えば、サファイヤガラスなどに
て透過体３０１を形成した場合、長さ１００ｍｍにおい
て、１ｋＷの通過レーザビームのうち１Ｗ程度を吸収す
るが、これらの熱は側面が大気と接しているのみでも十
分に放散される量である。

【０１１６】さらに、発生されたレーザビーム７による
熱以外にも、光源４の光による大気の揺らぎを防止する
ことができる。光源４からの光は集光器６内に閉じ込め
られ、固体素子３にその一部が吸収されるが、吸収され
たないレーザビーム７は固体素子３の端面から放出さ
れ、ホルダー３００内の大気を加熱し、これを揺らがせ
る。これは本実施例では、ホルダー３００内に挿入され
た透過体３０１により容易に除去することができる。特
に、集光器６の内面を反射率の高い、セラミック、白色
の樹脂の拡散反射体で構成した場合には、光は集光器６
内で広い範囲に拡散され、したがって、固体素子３に入
射しない光の成分は、集光器６内を多数回往復した後
に、そのほとんどが強い強度の光として固体素子３を介
してその端面から発せられることになる。この場合に、
ホルダー３００内に挿入された透過体３０１による熱放
散効果が特に顕著となる。

【０１１７】なお、本実施例では固体素子３の端面から
発生された光源４の光を透過体３０１により透過させる
構成を示したが、図１２に示すように固体素子３の端面
から光源４の光が出射しないように固体素子３の端面に
基本波レーザビーム７ａに対して透過性を有し、光源４
の光に対して反射性を有する波長選択薄膜４９を施すよ
うにしてもよい。

【０１１８】また、本実施例では波長変換素子４０，４
３を含むレーザ装置を例に説明したが、透過体３０１お
よび波長選択薄膜４９は、上記実施例１〜５に適用して
もよい。つまり、高い強度を有するレーザビームを発生
するレーザ装置に適用して、その効果を発揮できること
は言うまでもない。

【０１１９】また、図１１の実施例では光学部品のほと
んどの透き間に透過体３０１を配置した構成を示した
が、共振器の構成によっては全箇所に配置する必要がな
いことは言うまでもない。

【０１２０】実施例８．図１３はこの発明の第８の実施
例を示す断面図であり、この実施例において上記実施例
６，７と異なる点は、折り返し反射ミラー２００を介し
てレーザ発生部３ａと波長変換部４０ａとが所定の角度
をおいて対向している点である。折り返し反射ミラー２
００はレーザ発生部３ａからの基本波レーザビーム７ａ
に対して全反射となる全反射ミラー１に、波長変換部４
０ａからの波長変換されたレーザビーム７の波長変換成
分８ａに対して全透過となる光学薄膜１９１が施されて
形成されている。また、波長変換部４０ａを介して折り
返し反射ミラー２００に対向して全反射ミラー１が設け
られている。

【０１２１】したがって、本実施例によれば、波長変換
部４０ａにて波長変換された高出力の波長変換成分８ａ
がレーザ発生部３ａに戻ることがないので、固体素子３
を加熱することがなく、これによる固体素子３の破壊を
有効に防止することができる。この結果、本実施例で
は、上記実施例にて用いられた光学薄膜１９１が施され
た透過ミラー１９０を省くことができ、これによる波長
変換されたレーザビーム７のロス等を防止することがで
きる。

【０１２２】実施例８．図１３はこの発明の第８の実施
例を示す断面図であり、この実施例において上記実施例
と異なる点は、折り返し反射ミラー２００を介してレー
ザ発生部３ａと波長変換部４０ａとが所定の角度をおい
て対向している点である。折り返し反射ミラー２００は
レーザ発生部３ａからの基本波レーザビーム７ａに対し
て全反射となる全反射ミラー１に、波長変換部４０ａか
らの波長変換されたレーザビーム７の波長変換成分８ａ
に対して全透過となる光学薄膜４１，４２，４４，４５
が施されて形成されている。また、波長変換部４０ａを
介して折り返し反射ミラー２００に対向して全反射ミラ
ー１が設けられている。

【０１２３】したがって、本実施例によれば、波長変換
部４０ａにて波長変換された高出力の波長変換成分８ａ
がレーザ発生部３ａに戻ることがないので、固体素子３
を加熱することがなく、これによる固体素子３の破壊を
有効に防止することができる。この結果、本実施例で
は、上記実施例にて用いられた光学薄膜１９１が施され
た透過ミラー１９０を省くことができ、これによる波長
変換されたレーザビーム７のロス等を防止することがで
きる。

【０１２４】実施例９．図１４はこの発明の第９の実施
例、特に請求項２７の発明によるレーザパターン解析方
法の実施例を示すフローチャートである。例えば、図１
３に示す折り返し共振器を用いたレーザ装置では、レー
ザビーム７のビームパターンが軸対称とならないビーム
変形が生じる場合があり、このような場合に、本願発明
の発明者らは計算機シミュレーションにより独自のレー
ザパターン解析方法にてレーザ装置を解析して、ビーム
変形を解決した。このビームパターン解析方法は、基本
的には独立した偏光成分、例えば、直交するＳ波および
Ｐ波を独立して計算し、Ｓ波およびＰ波にてエネルギー
の授受がある光学成分が存在する場合に、その変換量に
よりＳ波およびＰ波を補正して、正確なビームパターン
を得る方法である。

【０１２５】図１４において、まず、ステップＳＴ１０
にて解析対象の光学系の設定条件を設定する。例えば、
ミラー１，２００，１の距離およびその反射率ないし角
度などと、固体素子励起部分３ａの位置および励起効率
と、波長変換器４０ａの位置およびその変換効率と、透
過ミラー１９０がある場合はその位置および反射率など
をそれぞれ設定する。次いで、ステップＳＴ１２にて設
定した光学系の中の最初の光学ゾーンを設定する。次い
で、ステップＳＴ１４，ＳＴ１６にて光学系に存在する
あらゆるビームモードを励起するべくノイズ成分を用意
する。つまり、ビームパターンは独立した２方向の偏光
成分Ｓ波およびＰ波成分に対してそれぞれランダムパタ
ーンとして用意する。

【０１２６】次いで、実際のレーザビームの強度分布で
あるビームパターンは、この独立したＳ波およびＰ波の
成分の強度和で表されるから、ステップＳＴ１８にて、
ステップＳＴ１４，ＳＴ１６の用意したランダムパター
ンのＳ波およびＰ波を合成して、そのビームパターンを
ステップＳＴ２０にて一旦、記録する。次に、ステップ
ＳＴ２２にて、設定した光学ゾ−ンにビームを偏光する
素子があるか否かを判定して、偏光する素子がある場合
はステップＳＴ２４，ＳＴ２６へ進み、偏光する素子が
ない場合にはステップＳＴ２８，ＳＴ３０へ進む。

【０１２７】ステップＳＴ２４，ＳＴ２６ではその光学
ゾーンでの合成する前のＳ波、Ｐ波の成分をそれぞれ波
動計算する。Ｓ波、Ｐ波の成分は直交する偏光成分であ
り、通常の光学素子中の伝播ではお互い干渉しないため
に、それぞれ独立して例えばフレネル積分を計算して波
動計算を実行する。これにより、ステップＳＴ３２にて
Ｐ波成分のうちＰ波への変換成分ＰＯｎＰが計算され、
ステップＳＴ３４にてＰ波成分のうちのＳ波への変換成
分ＳＯｎＰが計算される。同様に、ステップＳＴ３６に
てＳ波成分のうちＰ波への変換成分ＰＯｎＳが計算さ
れ、ステップＳＴ３８にてＳ波成分のうちＳ波への変換
成分ＳＯｎＳがそれぞれ計算される。

【０１２８】例えば、光学系中に偏光間でエネルギーの
やり取りを行う波長変換素子や励起されて熱的に歪んだ
ＹＡＧロッドのような複屈折素子が存在する場合には、
偏光成分間でエネルギーがやり取りされるので、これを
計算する。例えばＳ波の直線偏光のレーザビームが上記
のような複屈折素子に入射すると、楕円偏光となって出
射され、したがってＰ波が減少してＳ波が発生する。こ
のＰ波の減少変化、Ｓ波の増加変化等を電場計算により
計算される。

【０１２９】こうしてＳ波およびＰ波各成分の変化が計
算されると、ステップＳＴ４０，ＳＴ４２にてこれらを
それぞれ合成して偏光変換光学素子を通過後のＳ波およ
びＰ波の電場をそれぞれ独立して求め、次いで、ステッ
プＳＴ４４にて、これらの強度和をとる。ステップＳＴ
２８，ＳＴ３０では偏光素子がないので、Ｓ波およびＰ
波それぞれの波動計算が行われて、ステップＳＴ４６に
てこれらの強度和が求められる。これらステップＳＴ４
４またはＳＴ４６にてＳ波およびＰ波の強度が求められ
ると、ステップＳＴ４８にて全光学ゾーンについてのビ
ームパターンが得られたか否かが判定される。全ゾーン
についての演算が終了していない場合には、ステップＳ
Ｔ５０に進み、次のゾーンを設定し、上記ステップＳＴ
２２〜ステップＳＴ４６を繰り返す。

【０１３０】そして、ステップＳＴ４８にて全ゾーンの
レーザパターンの演算が終了すると、ステップＳＴ５２
にて、これと以前に記録したビームパターンを比較す
る。この結果により、ステップＳＴ５４にてパターンが
安定したか否かを判定して、パターンが安定しない場合
にはステップＳＴ２０に戻り、上記演算を再び実行す
る。パターンが安定したら、ステップＳＴ５６に進み、
その合成ビームパターンを出力して印字またはディスプ
レイなどに表示する。この結果、その出力によりＰ波お
よびＳ波のそれぞれの成分をステップＳＴ５８にて比較
して偏光状態を計算し、解析を終了する。

【０１３１】図１５には上記により解析されたビームパ
ターンの例が示されている。図１５（ａ）は図１３に示
す共振器から発生するレーザビームの強度分布、つまり
ビームパターンの計算結果を示すものであり、ＹＡＧレ
ーザの複屈折性によりビームの対称性が失われているの
がわかる。これは固体素子３の熱歪みにより発生する複
屈折性、すなわち固体素子３の円周方向と径方向で固体
素子の屈折率が異なることが原因である。実験において
も、これとほぼ等しいビームパターンが得られた。

【０１３２】この対称性の崩れを解消するために、上記
実施例である図４に示された複数の固体素子３，３を連
結部材６１により同軸上に連結されたレーザ媒質を一本
の固体素子３の代わりに用いた。これは、図１６に示す
ように一本の固体素子３の代わりに、複数の固体素子
３，３をホルダ６１０により結合するとともに、その間
に挿入された偏光回転板９１ａにより構成した。偏光回
転板９１ａは、例えば水晶により構成された２分の１波
長板、９０度偏光回転板からなる。

【０１３３】この構成によれば、上述したように図中左
の固体素子３を通過する偏光成分が偏光回転板９１ａに
より９０度回転させられ、図中右側の固体素子３を通過
する。こうして、例えばＰ波成分が左の固体素子３を通
過することにより受けた複屈折の影響が、この偏光成分
が右側の固体素子３中ではＳ波として伝播することによ
りキャンセルされることになる。

【０１３４】この構成では、複数の固体素子はホルダ６
１０により連結され一体化されているので、従来の固体
素子と容易に変更できるとともに、複数の固体素子３の
光軸調整が不要であるという特徴を有している。また、
固体素子の端はホルダ３００により支持されている。つ
まり、本実施例では、図１６に示す構成を採用すること
により、図１５（ｂ）に示すように、軸対称なビームパ
ターンが安定に得られるという計算結果を得ることがで
き、実際に実験によってもほぼ同一の軸対称なビームパ
ターンを得ることができた。

【０１３５】なお、本実施例では波長変換素子を含むレ
ーザ装置を例に挙げて説明したが、その目的は高い強度
を有するレーザビームの発生に関連したものであり、主
要部の構成は波長変換素子を含まないレーザ装置に適用
しても同様の効果を発揮できることは言うまでもない。
特に後述する種々の共振器構成のいずれに適用しても高
い効果を発揮するものである。

【０１３６】実施例１０．図１７はこの発明の第１０の
実施例を示す断面図であり、本実施例において上記各実
施例と異なる点は、レーザ共振器に集光性の高い不安定
型共振器を用いた点である。上記各実施例では全反射ミ
ラー１と部分反射ミラー２による共振器内に光を閉じ込
める、いわゆる安定型共振器が適用されていたが、本実
施例では、出力の大きな領域では開放型の共振器、例え
ば不安定型共振器を用いた構成である。すなわち、図１
７において、２０は拡大反射ミラーであり、内面に無反
射薄膜２７が施されて、中央部に全反射薄膜２６が施さ
れており、この全反射薄膜２６の反射により共振器内で
レーザビームを集光する、いわゆるネガティブブランチ
形式の不安定型共振器が形成されている。この集光点を
波長変換素子の近くに配置することにより、効率の良い
波長変換が実行される。

【０１３７】実施例１１．図１８はこの発明の第１１の
実施例を示す断面図であり、本実施例において上記実施
例１０と異なる点は、拡大反射ミラー２０にさらに位相
整合をとるための工夫が施された、いわゆるは位相整合
ミラー２９が用いられている点である。位相整合ミラー
２９は、内面に無反射薄膜２７が施された上に、その中
央部に部分反射薄膜２６０が施されており、上記と同様
に、この部分反射薄膜２６０にてレーザビーム７の基本
波成分７ａのみを反射して共振器内でレーザビームが集
光する、いわゆるネガティブブランチ形式の不安定型共
振器が形成されている。この集光点を波長変換素子の近
くに配置して上記と同様に効率の良い波長変換が実行さ
れる。

【０１３８】この場合、レーザビームは位相整合ミラー
２９の中央部と周囲部で薄膜の構成が異なることにより
位相差を受けることがある。これについては、例えば図
に示すように、位相整合ミラー２９の外面に段差２８を
施して位相差を除去する。これにより、上述したように
位相整合ミラー２９を透過したレーザビーム７の基本波
成分７ａと波長変換成分８ａが互いに打ち消すことのな
い品質の良いレーザビームを得ることができる。

【０１３９】なお、本実施例および上記各実施例では、
共振器内に光を閉じ込め、この共振器内に波長変換器４
０ａを配置する構成を示したが、本発明では波長変換器
４０ａを共振器の外部に配置してもよい。例えば、図１
９は図８に示した波長変換器４０ａをミラー１，２にて
構成された安定型共振器の外部に配置した構成例であ
り、図２０は図１７に示したミラー１，２０にて構成さ
れた不安定型共振器の外部に波長変換器４０ａを配置し
た構成例であり、さらに図２１は図１８に示したミラー
１，２９にて構成された不安定型共振器の外部に波長変
換器４０ａを配置した構成例である。

【０１４０】また、図２２，２３は図２０，２１に示し
た不安定型共振器を用いた例にさらに固体素子３のミラ
ー２０，２９に対向する端部にレーザビームを透過する
透過体３０１を設けたそれぞれ構成例である。これらの
場合、ミラー２０，２９は、集光器６内、つまり固体素
子３に集光点が発生する共振器であるので、固体素子３
に入射する反射したレーザビームの強度が強くなり、集
光点で気中破壊が生じることがある。したがって、図２
２，２３ではさらに固体素子３の出口近傍の光路中に実
施例９にて説明した透過体３０１を配置して固体素子３
の加熱および破壊を防止している。

【０１４１】なお、波長変換器４０ａを共振器の外部に
配置しない場合、例えば、図５〜図７の実施例の場合に
ついても本実施例と同様に透過体３０１を固体素子３の
出口近傍から光路に沿って配置するように構成してもよ
い。要は、共振器内にてレーザビームが集中し得る部分
に透過体３０１を配置することにより、固体素子３また
は波長変換素子４０，４３などの光学素子の破壊を防止
して、レーザ発振および波長変換の効率を高めるように
構成すればよい。

【０１４２】実施例１２．図２４，２５はこの発明の第
１２の実施例の要部の構成を示す図であり、本実施例で
は光源、つまりレーザ媒質の励起源として半導体レーザ
を用いた場合について説明する。図２４（ａ）におい
て、４００は半導体レーザであり、例えば、ＡｌＧａＡ
ｓ（Aluminium Galium Arsenic）などの半導体を発振源
とするレーザダイオードにて構成されている。この半導
体レーザ４００は電源５に接続され、集光器６の両側部
に発光部を内側に向けてそれぞれ固設されている。集光
器６は、半導体レーザ４００が設置された発光部に沿っ
て上下方向に分割可能に形成され、その分割部には図２
４（ｂ）に示すように板状のガラス部材４０１が挿入さ
れている。このガラス部材４０１は同図（Ｃ）に示すよ
うに平板状の部材からなり、その一方の側端部から半導
体レーザ４００の発光部からのレーザ光が入射されて、
その面に沿って光を伝送して他方の側端部から固体素子
３に向かって光を投射する光伝送路を形成している。

【０１４３】図２５（ａ）には、半導体レーザ４００を
取り除いた場合の集光器６の側面図が示されている。本
実施例では集光器６は、さらに左右に分割可能に構成さ
れており、これにより、図２５（ｂ）に示すように固体
素子３を通過するビームパターンを確認して半導体レー
ザ４００がガラス部材４０１ならびに固体素子３に正し
く入射するようにその出射位置、角度などを調整するこ
とができるように構成されている。

【０１４４】本実施例では、特に、半導体レーザ４００
を用いた場合に、集光器６から固体素子３を通して出射
するレーザビームの波長範囲が狭くなるので、上記実施
例である図１２に示した固体素子３の端面の波長選択薄
膜４９などの固体素子３周辺の素子の設計が容易とな
り、これらを簡略化できることにより、安価な構成で上
述の各効果を有効に発揮できる優れた面がある。

【０１４５】実施例１３．図２６は、この発明の第１４
の実施例を示す断面図であり、本実施例では波長変換レ
ーザビームの具体的な応用例、つまりレーザプロセッシ
ン装置、さらに詳細にはホログラフィ生成装置を示した
ものである。この図において、波長変換レーザビーム８
を発生する部分は、実施例８にて説明したレーザ装置と
同様の構成であり、ここでは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの固
体素子３にて発生したレーザビーム７を複数のＫＴＰ結
晶４０，４３により構成された波長変換器４０ａにて波
長変換したグリーンの波長変換レーザビーム８を用いて
ホログラフィを生成する装置について説明する。

【０１４６】部分反射ミラー２を透過した波長変換レー
ザビーム８ａは全反射ミラー１，１にて全反射されてレ
ーザミラー１１１に入射する。レーザミラー１１１は、
角度調整自在に調整された透過ミラーであり、波長変換
レーザビーム８ａを所定の角度にてプリズム３２に導入
する角度調整ミラーである。プリズム３２は波長変換レ
ーザビーム８ａの入射角度に応じてその出射角度を変え
て出射することにより波長を選択する波長選択素子であ
る。このプリズム３２からの波長変換レーザビーム８ａ
はレーザ媒質である固体素子３１を励起する。固体素子
３１は、例えばチタンをドープしたサファイヤである。
固体素子３１から発生されたレーザビーム１６は部分反
射ミラー２１を透過して放出される。この実施例では、
レーザビーム１６は、レーザミラー１１１，２１ａと、
例えばプリズム３２からなる波長選択素子とにより構成
されるレーザ共振器中を往復し、一定の大きさ以上に増
幅されると、レーザミラー２１ａから放出される。つま
り、レーザミラー１１１にはレーザビームに対して透過
性、レーザビーム１６に対して全反射性を有する波長選
択光学薄膜が施されている。同様に、レーザミラー２１
ａには、レーザビーム１６に対して部分反射性を有し波
長変換レーザビーム８ａに対して全反射性を有する光学
薄膜が施されている。

【０１４７】本実施例では固体素子３１は、広い範囲の
波長のレーザ出力を発生できるレーザ媒質である。プリ
ズム３２を通過する光路が波長により異なるために、そ
れぞれの波長の光路に垂直になるようにレーザミラー１
１１の傾きを調整すると、その波長のレーザビームに対
して共振器の損失が小さくなり、結果として、その特定
の波長のみが発振されることになる。

【０１４８】こうして波長を選択されて発生したレーザ
ビーム１６は波長変換素子４６にて波長変換される。波
長変換素子４６は、両面に無反射薄膜４７，４８が施さ
れた例えばＢＢＯ（BaB₂O₄：ホウ素酸バリウム）からな
る非線形光学結晶であり、入射したレーザビーム１６を
紫外レーザビーム１７に変換する。この紫外レーザビー
ム１７は透過ミラー１９０を透過して全反射ミラー１に
入射する。透過ミラー１９０ａは、レーザビーム１６を
全反射する光学薄膜１９２が施された透過ミラーであ
る。全反射ミラー１は、所定の角度を以て設置され、紫
外レーザビーム１７を、ホログラフィ形成部いわゆる全
反射ホログラフィの装置に向かって全反射する。

【０１４９】ホログラフィ形成部は、紫外レーザビーム
１７をプリズム３３に入射し、その底面で紫外レーザビ
ーム１７を反射するときにマスク３５のホログラフィ干
渉パターンを感光性の基板３４に記録する。こうして干
渉パターンを作成した感光性基板３４はホログラムと呼
ばれる。次に図２７に示すように、このホログラム３４
をプリズム３３の下に張りつけて、マスクの像を例えば
半導体基板３６上に再生すれば、いわゆる半導体露光が
実現される。

【０１５０】このような半導体露光では、大きな光源を
用いてホログラム３４と半導体基板３６の距離を短くす
ると、極めて微細なパターンを半導体基板３６の上に転
写できる。この微細度は光源の大きさに反比例し、ホロ
グラム３４と半導体基板３６の距離に比例する。

【０１５１】しかし、微細度を向上させ、波長で決まる
限界程度に至ると、光学器の焦点深度が極端に浅くな
り、アスペクト比の大きい立体形状のパターンが転写で
きず、また、ホログラム３４と半導体基板３６の間の距
離が転写パターンの大きさに大きく影響を与えてしま
う。

【０１５２】本実施例では、これを波長可変レーザビー
ムを用いて解決している。ホログラフィにおいて、ホロ
グラムを作成したときに使用した波長と異なる波長を有
するレーザビームを用いると、元のパターンと同じもの
がホログラムから異なる距離離れた空間に転写されると
いう特徴があることを理論的に見いだした。

【０１５３】この理論に基づけば、レーザビーム１７の
波長を例えば大から小、もしくは小から大へと変化させ
ると、図２８に示すように感光材３７内に、集光性が異
なる形状で多重に光を入射させることができる。感光材
３７は一定以上の強度の光が入射すると、感光する特徴
があるために焦点近傍の細長い部分、すなわち幅が狭
く、長い部分のみが感光され、したがってアスペクト比
の大きいパターンを形成することができることになる。

【０１５４】上記で説明した波長の変換は、レーザミラ
ー１１１の角度を調整して実行できる。さらにレーザミ
ラーの角度変化に合わせて、波長変換素子４６の角度も
しくは温度を調整して一定出力の紫外レーザビーム１７
が発生されるようにしてもよい。

【０１５５】また、上記実施例では、ホログラム作成は
一波長で行い、再生時に複数の波長で行う方法を示した
が、作成を複数の波長で行い、再生を一波長で行って
も、さらにホログラム作成、再生時、共に複数の波長で
行ってもよい。

【０１５６】なお、ここで説明した波長変換レーザビー
ムの実施例は、本発明中で述べた種々のレーザ装置と組
み合わせて用いることができ、さらに、その主要部であ
るホログラムに可変波長レーザビームを照射して、焦点
深度の高い露光を行うという原理は本発明で説明してい
ない他のレーザ装置にも適用できるものである。

【０１５７】また、上記いずれの実施例においても特に
説明しなかったが、光学素子のうち特に指示のない部分
にもレーザビームが通過する部分には通常の光学素子の
ように無反射薄膜を施せば共振器内のロスが減少し、効
率の良い波長変換を実現することができる。

【０１５８】さらに、いずれの実施例についても波長変
換素子を含むレーザ装置を例に挙げて説明したが、その
目的は高い強度を有するレーザビームの発生に関連した
ものであり、主要部の構成は波長変換素子を含まないレ
ーザ装置についても適用してよい。また、いずれの実施
例についても固体レーザ装置を例に説明したが、その目
的は高い強度を有するレーザビーム発生に関連したもの
であり、主要部の構成は、他のガス、色素、イオンレー
ザなど他のレーザ媒質を有するレーザ装置に適用しても
よい。

【０１５９】また、上記実施例で示したレーザ装置の応
用例として、半導体露光に関する応用例のみを示した
が、本発明はこれに限ることなく、レーザ加工、色素レ
ーザの励起、ディスプレイ用の証明光源など通常のレー
ザのあらゆる応用分野に適用してもよい。

【０１６０】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、連結部材にて互いに同軸上に連結され集光器内にお
さめられた複数の固体素子を、内面が光反射面よりなる
集光器内におさめ、これを光源から投光された光で励起
してレーザ媒質とし、このレーザ媒質から発生された光
をレーザ共振器で所望のレーザビームとして取り出し、
このように、安価な短い固体素子を連結して長い固体素
子とすることで、光源からの強い光の照射にも破壊しに
くくすることができるように構成したので、レーザ共振
器を用いて高出力のレーザビームを得ることができる。
また、複数の固体素子同士を連結するように構成したの
で、固体素子間の配置が安定して高出力用のレーザビー
ムを安定に得ることができる。さらに集光器内の孔部の
数を増大させることなく複数の固体素子を設けるように
構成したので、効率良く光源の光を固体素子に導いてこ
れを励起することができる。したがって、高効率のレー
ザ発振が実現できると効果がある。

【０１６１】また、請求項２の発明によれば、集光器内
面を拡散反射面で構成し、光源から投光された光は均一
に集光器内に広がり固体素子を均一に励起する。ように
構成したので、一部に過剰吸収されて固体素子が破壊す
ることなく、高出力域でも安定なレーザ媒質を発生させ
ることができ、レーザ共振器を介して、高出力なレーザ
ビームを安定に得られる効果がある。

【０１６２】請求項３の発明によれば、スリーブ状の連
結部材内に固体素子端部を挿入して複数の固体素子を連
結するように構成したので、複数の固体素子の配置が安
定し、安定なレーザ発振を補償することができる効果が
ある。

【０１６３】請求項４の発明によれば、連結部材が光反
射部材で構成されるかもしくは連結部材表面に光源から
投光された光を反射する反射部材を備えるように構成し
たので、連結部材で光源の光が反射し再び集光器内を往
復して固体素子に導くことができ、効率の良いレーザ発
振が実現できる効果がある。

【０１６４】また、請求項５の発明によれば、連結部材
内の複数の固体素子間に波長板または旋光板を備えると
ともにレーザ共振器内に偏光選択素子を備え、固体素子
による複屈折の補償作用により、ビーム変形の影響を打
ち消すことができるように構成したので、高品質なレー
ザビームを高出力域において安定に得られる効果があ
る。

【０１６５】請求項６の発明によれば、固体素子とし
て、Ｎｄ：ＹＬＦ（LiYF₄ ：リチウム・イットリウム・
フロライド）を使用し、固体素子の複屈折の補償作用と
共に、固体素子の熱レンズを打ち消すことができるよう
に構成したので、高品質なレーザビームを高出力域にお
いても安定に得られる効果がある。

【０１６６】請求項７の発明によれば、不安定型共振器
から発生された平板状のレーザビームは、光源から投光
された光で均一に励起された固体素子に、その一部が均
一に吸収され、これを均一に加熱するように構成したの
で、レーザ媒質の均一性を乱すことなく高出力域でも安
定に高品質レーザビームを取り出すことができる効果が
ある。

【０１６７】また、請求項８の発明によれば、中央が部
分反射ミラーで、その周囲部は無反射部から構成された
拡大出口ミラーとコリメート全反射ミラーとから構成さ
れたレーザ共振器は、レーザ共振器内に平板状のレーザ
ビームを発生して固体素子内の均一性を保持すると共
に、レーザ共振器外にも集光性の良い平板状ビームを発
生させることができ、さらに、共振器内のレーザビーム
の強度を下げることができるように構成したので、レー
ザビームの吸収による固体素子の変形を緩和し、高出力
域でも安定に高品質レーザビームを取り出すことができ
る効果がある。

【０１６８】請求項９の発明によれば、中央が部分反射
ミラーで、その周囲部が無反射部から構成される拡大出
口ミラーとコリメート全反射ミラーとを備え、さらに中
央の部分反射ミラーを透過するレーザビームと周囲無反
射部を通過するレーザビーム間の位相差を調整する手段
を備えるように構成したので、レーザ共振器内部に平板
状のレーザビームが発生して固体素子内の均一性を保持
すると共に、レーザ共振器外にも集光性の良い位相のそ
ろった平板状ビームを発生させることができ、さらにレ
ーザ共振器内のレーザビームの強度を下げることがで
き、レーザビームの吸収による固体素子の変形を緩和
し、高出力域でも安定に高品質レーザビームを取り出す
ことができる効果がある。

【０１６９】また、請求項１０の発明によれば、波長板
または旋光板を挟み込んだ複数の固体素子とレーザ共振
器内の偏光選択素子による直線偏光のレーザビームを発
生させて、このレーザビームをレーザ共振器外で円偏光
化してレーザ加工するように構成したので、加工方向の
異方性無くレーザ加工を行うことができる効果がある。

【０１７０】請求項１１の発明によれば、複数の波長変
換素子にて基本波レーザビームに対する位相差の合計が
波長変換されたレーザビームの半波長の整数倍であるよ
うに通過させることにより、波長変換されたレーザビー
ムに含まれる基本波成分と波長変換成分の間の位相差を
打ち消し、複数の波長変換素子から発生したレーザビー
ムが互いに強め合うように構成したので、効率のよい波
長変換を行うことができるとともに、品質のよいレーザ
ビームを安定して得られる効果がある。

【０１７１】また、請求項１２の発明によれば、非線形
光学結晶にて波長変換されたレーザビームの基本波成分
と波長変換成分との間の位相差をベース薄膜の厚みを調
整し、その屈折率を調整し得ることにより、基本波レー
ザビームと波長変換レーザビームの間の位相差を打ち消
すようにベース薄膜を非線形光学結晶に施して、複数の
波長変換素子から発生するレーザビームが互いに強め合
うように構成したので、効率よく、品質の良いレーザビ
ームが安定して得られる効果がある。

【０１７２】請求項１３の発明によれば、複数の非線形
光学結晶の少なくとも一つ、またはその端面の光学薄膜
の構成を少なくとも一ヶ所異なるように構成したので、
それぞれの波長変換素子から発生した波長変換レーザビ
ームがその基本成分と波長変換成分とが同位相または波
長の整数倍となるように調整され、複数の波長変換素子
から発生したレーザビームが互いに強め合い、効率のよ
い波長変換ができるとともに、品質のよいレーザビーム
が安定して得られる効果がある。

【０１７３】また、請求項１４の発明によれば、波長変
換器とレーザ媒質の間に波長選択反射ミラーを備え、波
長選択反射ミラーにより波長変換器からの波長変換レー
ザビームをレーザ媒質側に入射するのを防止するととも
に、波長選択反射ミラーにより全反射ミラーとの間にレ
ーザビームを閉じ込めて内部レーザビーム強度を増大さ
せるように構成したので、レーザ媒質が波長変換レーザ
により加熱および破壊されることを防止することがで
き、一方、基本レーザの出力を高めて、後の波長変換の
効率を高めて品質の良い高出力のレーザビームを出力す
ることができる効果がある。

【０１７４】請求項１５の発明によれば、波長変換器を
粉塵遮蔽容器に収納するように構成したので、粉塵遮蔽
容器にて波長変換素子にゴミが付着することを防止し
て、ゴミの付着による波長変換素子の波長変換効率の劣
化および加熱などによる破壊を防止することができる効
果がある。

【０１７５】また、請求項１６の発明によれば、複数の
波長変換素子間に透過体を設け、波長変換素子間への粉
塵の混入を透過体にて防ぎ、それらの間の空間の揺らぎ
を防止して波長変換素子での基本波レーザビームと波長
変換レーザビーム間の位相差を打ち消す作用を発揮させ
ることができるように構成したので、複数の波長変換素
子から発生したレーザビームが互いに強め合い、波長変
換の効率を高め、品質の良い安定したレーザビームを得
られる効果がある。

【０１７６】請求項１７の発明によれば、レーザ媒質と
レーザ光学系との間、およびレーザ媒質もしくはレーザ
光学系と波長変換器との間に透過体を設けるように構成
したので、それぞれの素子間に配置された透過体により
光路にゴミが侵入するのを防ぐとともに、それらの間の
空間の揺らぎを防止することができ、これによりレーザ
ビームの強度が強くなり気中破壊が発生するのをより効
果的に防止することができる効果がある。

【０１７７】請求項１８の発明によれば、レーザ媒質の
レーザビーム出射部分に透過体を配置するように構成し
たので、透過体にてレーザ媒質から光路上に放出される
光を透過させ、レーザビームが通過する部分の気体が熱
せられて発生する気体の揺らぎを防止するとともに、レ
ーザビームの強度が強くなり気中破壊が発生するのを防
止することができる効果がある。

【０１７８】また、請求項１９の発明によれば、レーザ
媒質である固体素子の端面に波長選択素子を設るように
構成したので、波長選択薄膜にて固体素子の端面から発
生されるレーザビームを有効に透過して、集光器内から
光路上に放出される光を反射させ、レーザビームが通過
する部分の気体が光源の光により熱せられて発生する気
体の揺らぎを防止するとともに、レーザビームの強度が
強くなり気中破壊が生じるのを防止することができる効
果がある。

【０１７９】請求項２０の発明によれば、レーザ光学系
を安定型共振器にて構成したので、安定型共振器により
均一なレーザビームを共振器中に発生させることがで
き、品質のよい安定したレーザビームを得ることができ
る効果がある。

【０１８０】また、請求項２１の発明によれば、レーザ
光学系を不安定型共振器により構成したので、不安定型
共振器により輝度の高いレーザビームを共振器中に発生
させることができ、品質のよい高出力のレーザビームを
得ることができ、波長変換を行う場合にはその効率を高
めることができる効果がある。

【０１８１】請求項２２の発明によれば、レーザ光学系
を全反射ミラーと部分反射ミラーにて構成したので、全
反射ミラーにて均一なレーザビームの反射を行い、部分
反射ミラーにて、その中央の反射ミラーにより集光性の
高い反射を行うとともに、その周囲の全透過部から有効
にレーザビームを透過して所定の強さの出力を得られる
効果がある。

【０１８２】請求項２３の発明によれば、複数の波長変
換素子を独立して角度調整する角度調整機構が備えるよ
うに構成したので、角度調整機構により各波長変換素子
を細かく角度調整して、それぞれの波長変換素子におけ
る波長変換を効率良く行わせることができる効果があ
る。

【０１８３】請求項２４の発明によれば、励起源を半導
体レーザにて構成したので、半導体レーザにて高輝度の
所定の波長のレーザビームをレーザ媒質に投射して、レ
ーザ媒質を有効に励起することができる効果がある。こ
の場合、レーザ媒質からのレーザビームの波長が狭くな
ることにより、レーザ媒質周囲の光学素子をその波長に
設定することができるので、素子の簡単化を図り装置を
安価に構成することができる効果がある。

【０１８４】また、請求項２５の発明によれば、レーザ
発生手段から所定の波長のレーザビームを発生させ、こ
のレーザビームをレーザビーム変換手段にて波長変換ま
たは走査させて複数の波長のレーザビームを得て、これ
らのレーザビームを物体に照射してその干渉パターンを
記録手段にて感光性基板に記録するように構成したの
で、焦点深度の深い、アスペクト比の高い形状を記録す
ることができ、例えば、品質の高いホログラフィを得ら
れる効果がある。

【０１８５】請求項２６の発明によれば、レーザ発生手
段から所定の波長のレーザビームを発生させ、このレー
ザビームをレーザビーム変換手段にて波長変換により変
化させ、または小から大もしくは大から小へ走査させて
複数の波長のレーザビームを得て、これらのレーザビー
ムをホログラムが記録された感光性基板に照射して、そ
の透過パターンを再現手段にて感光性の基板上に再現す
るように構成したので、焦点深度の深い、アスペクト比
の高い形状のパターンを再現することができる効果があ
る。

【０１８６】また、請求項２７の発明によれば、レーザ
装置のそれぞれの光学系に対するランダムパターンを直
交するＳ波およびＰ波についてそれぞれ用意して、これ
らＳ波およびＰ波のランダムパターンの強度を合成する
一方、レーザ装置のそれぞれの光学系におけるビームパ
ターンのＳ波およびＰ波を波動計算により求め、これら
求めたビームパターンのそれぞれの光学系での偏光量を
求め、この際のＳ波およびＰ波の変化量を電場計算によ
り求め、この変化量を加味したビームパターンのＳ波お
よびＰ波を合成して、この合成したビームパターンと合
成したランダムパターンとを比較して出力するように構
成したので、その結果、ビームパターンが安定した際
に、そのレーザパターンの値をレーザ装置の出力として
得ることにより、それぞれのレーザ光学系の最適設計を
精度良く、高速に実行し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１のレーザ装置を示す断面図
である。

【図２】この発明の実施例１のレーザ装置の動作説明図
である。

【図３】この発明の実施例１のレーザ装置の動作説明図
である。

【図４】この発明の実施例２のレーザ装置を示す断面図
である。

【図５】この発明の実施例３のレーザ装置を示す断面図
である。

【図６】この発明の実施例４のレーザ装置を示す断面図
である。

【図７】この発明の実施例５のレーザ装置を示す断面図
である。

【図８】この発明の実施例６のレーザ装置を示す断面図
である。

【図９】図８の実施例における波長変換素子を示す図で
ある。

【図１０】図８の実施例におけるレーザ装置の他の構成
例を示す断面図である。

【図１１】この発明の実施例７のレーザ装置を示す断面
図である。

【図１２】この発明の実施例７のレーザ装置を示す断面
図である。

【図１３】この発明の実施例８のレーザ装置を示す断面
図である。

【図１４】この発明の実施例９のレーザパターン解析方
法を示すフローチャートである。

【図１５】図１４の実施例における解析結果を示す図で
ある。

【図１６】図１４の実施例におけるレーザ装置を示す断
面図である。

【図１７】この発明の実施例１０のレーザ装置を示す断
面図である。

【図１８】この発明の実施例１１の固体レーザ装置を示
す断面図である。

【図１９】図８の実施例に対応するレーザ装置の他の例
を示す断面図である。

【図２０】図１７の実施例に対応するレーザ装置の他の
例を示す断面図である。

【図２１】図１８の実施例に対応するレーザ装置の他の
例を示す断面図である。

【図２２】図２０に対応する他の実施例のレーザ装置を
示す断面図である。

【図２３】図２１に対応する他の実施例のレーザ装置を
示す断面図である。

【図２４】この発明の実施例１２のレーザ装置の要部の
構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面
図、（ｃ）は要部の斜視図である。

【図２５】図１２の実施例における部分図であり、
（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。

【図２６】この発明の実施例５の固体レーザ装置を示す
断面図である。

【図２７】この発明の実施例１３のレーザプロッセシン
グ装置を示す断面図である。

【図２８】この発明の実施例１３のレーザプロセッシン
グ装置を示す断面図である。

【図２９】従来の実施例のレーザ装置を示す断面図であ
る。

【図３０】従来の実施例のレーザ装置を示す断面図であ
る。

【図３１】従来の実施例のレーザ装置を示す断面図であ
る。

【図３２】従来の実施例のレーザ装置を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１全反射ミラー２部分反射ミラー３固体素子４光源５電源６集光器７レーザビーム２０拡大反射ミラー２１コリメート全反射ミラー２２部分反射ミラー２３無反射部２４拡大出口ミラー２５段差４０，４３波長変換素子（非線形光学結晶）４１，４２，４４，４５光学薄膜６１連結部材６２粉塵遮蔽容器７０レーザビーム８０，８１貫通孔９０偏光選択素子９１波長板または旋光板

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｇ 8934−4Ｍ 3/08 3/093 8934−4Ｍ 3/108 8934−4Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】励起光を発生するレーザ媒質と、該レー
ザ媒質を励起する励起源と、該励起源により励起された
レーザ媒質からレーザビームを取り出すレーザ光学系と
を有するレーザ装置において、前記励起源は、光源と、
内面が光源から投光された光を反射する反射面で形成さ
れた集光器とを含み、前記レーザ媒質は、互いに同軸上
に連結された状態で前記集光器内に設けられるととも
に、両端部が前記集光器に形成された貫通孔を介して前
記レーザ光学系に臨み、前記光源から投光された光で励
起されて励起光を発生する複数の固体素子からなること
を特徴とするレーザ装置。
【請求項２】前記集光器は、内面が前記光源から投光
された光を一部の箇所に集中しないように反射する拡散
型反射面で形成されていることを特徴とする請求項１に
記載のレーザ装置。
【請求項３】前記固体素子同士の互いの連結は、固体
素子の対向する端部同士が同軸上に挿入可能なスリーブ
状の連結部材で成されていることを特徴とする請求項１
または請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】前記固体素子同士の互いの連結は、固体
素子の対向する端部同士が同軸上に挿入可能なスリーブ
状の連結部材で成され、該連結部材は光反射部材で形成
されるか若しくは表面に光反射部材を備えたことを特徴
とする請求項１または請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項５】前記スリーブ状の連結部材内の前記固体
素子同士の対向する端部間に波長板または旋光板を備
え、かつ、前記レーザ光学系の一方側の光学ミラーとの
間に偏光選択素子を備えたことを特徴とする請求項３ま
たは請求項４に記載のレーザ装置。
【請求項６】前記固体素子は、活性固体媒質としてＮ
ｄ（ネオジウム）が含有されたＮｄ：ＹＬＦ（LiYF₄ ：
リチウム・イットリウム・フロライド）であることを特
徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の
レーザ装置。
【請求項７】前記レーザ光学系は、一方側にコリメー
ト全反射ミラーおよび他方側に拡大反射ミラーを備えた
不安定型共振器であることを特徴とする請求項１ないし
請求項６のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項８】前記レーザ光学系は、一方側にコリメー
ト全反射ミラーと、他方側に、その中央部に部分反射ミ
ラーが設けられ、かつ周囲に無反射部材が設けられた拡
大出口ミラーとを備えたことを特徴とする請求項１ない
し請求項６のいずれか１項記載のレーザ装置。
【請求項９】前記レーザ光学系は、一方側にコリメー
ト全反射ミラーと、他方側に、その中央部に部分反射ミ
ラーが設けられ、周囲に無反射部が設けられ、かつ、前
記部分反射ミラーおよび無反射部を透過したレーザ光の
位相を打ち消す手段が設けられた拡大出口ミラーとを備
えたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれ
か１項記載のレーザ装置。
【請求項１０】前記レーザ光学系にて取り出した直線
偏光レーザビームを円偏光する手段を備え、円偏光され
たレーザビームでレーザ加工を行うことを特徴とする請
求項５または請求項６のいずれか１項記載のレーザ装
置。
【請求項１１】励起光を発生するレーザ媒質と、該レ
ーザ媒質を励起する励起源と、該励起源により励起され
たレーザ媒質からレーザビームを取り出すレーザ光学系
と、該レーザ光学系におけるレーザビームを波長変換す
る波長変換器とを含むレーザ装置において、前記波長変
換器は、波長変換したレーザビームに含まれる基本波成
分と波長変換成分の位相差が同位相または波長の整数倍
の位相差となって通過させる複数の波長変換素子を有す
ることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１２】前記波長変換素子は、それぞれレーザ
ビームを波長変換する非線形光学結晶に、その少なくと
も一つの端面に非線形光学結晶と屈折率がほぼ等しいベ
ース薄膜が施され、かつ、ベース薄膜の上に一層もしく
は複数の層からなる無反射薄膜が施されていることを特
徴とする請求項１１に記載のレーザ装置。
【請求項１３】前記波長変換素子は、少なくとも一つ
の非線形光学結晶の組成または形状が、もしくは、各非
線形光学結晶の端面の薄膜の構成が少なくとも一か所異
なることを特徴とする請求項１１に記載のレーザ装置。
【請求項１４】活性媒質を含むレーザ媒質と、該レー
ザ媒質を励起する励起源と、該励起源により励起された
レーザ媒質からレーザビームを取り出すレーザ光学系
と、該レーザ光学系におけるレーザビームを波長変換す
る波長変換器とを含むレーザ装置において、前記波長変
換器は、波長変換したレーザビームに含まれる基本波成
分と波長変換成分の位相差が同位相または波長の整数倍
の位相差となって通過させる複数の波長変換素子を有
し、該波長変換器と前記レーザ媒質の間には、波長変換
されたレーザビームの波長変換成分を反射し、基本波成
分を部分反射させる波長選択反射ミラーが備えられてい
ることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１５】活性媒質を含むレーザ媒質と、該レー
ザ媒質を励起する励起源と、該励起源により励起された
レーザ媒質からレーザビームを取り出すレーザ光学系
と、該レーザ光学系におけるレーザビームを波長変換す
る波長変換器を含むレーザ装置において、前記波長変換
器は、波長変換したレーザビームに含まれる基本波成分
と波長変換成分の位相差が同位相または波長の整数倍の
位相差となって通過させる複数の波長変換素子を有し、
該波長変換器は、外気に含まれる粉塵を遮蔽する粉塵遮
蔽容器に収容されていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項１６】活性媒質を含むレーザ媒質と、該レー
ザ媒質を励起する励起源と、該励起源により励起された
レーザ媒質からレーザビームを取り出すレーザ光学系
と、該レーザ光学系におけるレーザビームを波長変換す
る波長変換器を含むレーザ装置において、前記波長変換
器は、波長変換したレーザビームに含まれる基本波成分
と波長変換成分の位相差が同位相または波長の整数倍の
位相差となって通過させる複数の波長変換素子を有し、
該波長変換素子間の空間には、レーザビームの基本波成
分と波長変換成分を全透過する透過体が配置されている
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１７】活性媒質を含むレーザ媒質と、該レー
ザ媒質を励起する励起源と、該励起源により励起された
レーザ媒質からレーザビームを取り出すレーザ光学系
と、該レーザ光学系におけるレーザビームを波長変換す
る波長変換器を含むレーザ装置において、前記レーザ媒
質とレーザ光学系との間、およびレーザ媒質もしくはレ
ーザ光学系と波長変換器との間の空間に、レーザビーム
を全透過する透過体が配置されていることを特徴とする
レーザ装置。
【請求項１８】活性媒質を含むレーザ媒質と、該レー
ザ媒質を励起する励起源と、該励起源により励起された
レーザ媒質からレーザビームを取り出すレーザ光学系
と、該レーザ光学系におけるレーザビームを波長変換す
る波長変換器を含むレーザ装置において、前記レーザ媒
質のレーザビーム出射部分に、レーザビームを全透過す
る透過体が配置されていることを特徴とするレーザ装
置。
【請求項１９】活性媒質を含むレーザ媒質と、レーザ
媒質を励起する励起源と、励起源を駆動する電源、励起
源により励起されたレーザ媒質からレーザビームを取り
出すレーザ光学系と、レーザビームを波長変換する波長
変換素子からなるレーザ装置において、前記励起源は、
光源と、内面が光源から投光された光を反射する反射面
で形成された集光器とを含み、前記レーザ媒質は、前記
光源から投光された光で励起されて端部から励起光を発
生する固体素子からなり、該固体素子の端面には、基本
波レーザビームに対して透過性を有し、前記光源の光に
対して反射性を有する波長選択薄膜が設けられたことを
特徴とするレーザ装置。
【請求項２０】前記レーザ光学系が安定型共振器であ
ることを特徴とする請求項１１ないし請求項１９のいず
れかに記載のレーザ装置。
【請求項２１】前記レーザ光学系が不安定型共振器で
あることを特徴とする請求項１１ないし１９のいずれか
１項記載のレーザ装置。
【請求項２２】前記レーザ光学系が全反射ミラーと、
中央部が部分反射で周囲部が全透過部からなる部分反射
ミラーとを含むレーザ共振器であることを特徴とする請
求項１１ないし請求項１９のいずれかに記載のレーザ装
置。
【請求項２３】前記複数の波長変換素子には、それぞ
れを独立して角度調整する角度調整機構が備えられたこ
とを特徴とする請求項１１、１２、１３または請求項１
５のいずれか１項記載のレーザ装置。
【請求項２４】励起源が半導体レーザであることを特
徴とする請求項１１ないし請求項１９のいずれか１項記
載のレーザ装置。
【請求項２５】レーザビームを任意の物体に照射し、
物体からの散乱光とレーザビームとの干渉パターンを感
光性基板に記録してホログラムを作成するレーザプロセ
ッシング装置において、レーザビーム発生手段と、該レ
ーザビーム発生手段からのレーザビームの波長を変換、
またはスキャンさせるレーザビーム変換手段と、該変換
手段からの複数の波長のレーザビームによる干渉パター
ンを同時に記録してホログラムを作成する記録手段と、
このホログラムにレーザビームを照射して、ホログラム
の像を感光性の基板上に再現する再生手段とを有するこ
とを特徴とするレーザプロセッシング装置。
【請求項２６】レーザビームを任意の物体に照射し、
物体からの散乱光とレーザビームとの干渉パターンを感
光性基板に記録してホログラムを作成するレーザプロセ
ッシング装置において、レーザビーム発生手段と、前記
レーザビーム発生手段からのレーザビームの波長を変
化、または小から大、もしくは大から小とスキャンさせ
るレーザビーム変換手段と、該レーザビーム変換手段か
らのレーザビームを作成したホログラムに照射してホロ
グラムの像を感光性の基板上に再現する再生手段とを有
することを特徴とするレーザプロセッシング装置。
【請求項２７】活性媒質を含むレーザ媒質と、該レー
ザ媒質を励起する励起源と、該励起源により励起された
レーザ媒質からレーザビームを取り出すレーザ光学系
と、該レーザ光学系におけるレーザビームを波長変換す
る波長変換器を含むレーザ装置のそれぞれの光路におけ
るビームパターンを解析するビームパターン解析方法に
おいて、前記レーザ装置のそれぞれの光学系に対するラ
ンダムパターンを直交するＳ波およびＰ波についてそれ
ぞれ用意する第１の工程と、これらＳ波およびＰ波のラ
ンダムパターンの強度を合成する第２の工程と、前記レ
ーザ装置のそれぞれの光学系におけるビームパターンの
Ｓ波およびＰ波を波動計算により求める第３の工程と、
該求めたビームパターンのそれぞれの光学系での偏光量
を求めて、この際のＳ波およびＰ波の変化量を電場計算
により求める第４の工程と、変化量を加味したビームパ
ターンのＳ波およびＰ波を合成する第５の工程と、該
工程にて合成したビームパターンと前記第２の工程にて
求めたビームパターンとを比較して解析結果を出力する
第６の工程とを含むことを特徴とするビームパターン解
析方法。