JPH07170008A

JPH07170008A - 紫外光レーザ発振装置

Info

Publication number: JPH07170008A
Application number: JP31300793A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Makio; 諭牧尾; Takeshi Miyai; 剛宮井; Yasunori Furukawa; 保典古川; Masazumi Sato; 正純佐藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1995-07-04

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体レーザを基本波とする第二高調波で紫
外レーザ光を発生させることで、小型で高効率、長寿
命、高信頼性の紫外光レーザ発振装置を得る。【構成】レーザ共振器の共振器内に第二高調波発生す
る非線形結晶を有し、基本波として８００〜６００ｎｍ
の光を出射する半導体レーザを用いてレーザ共振器に入
射することでレーザ発振器において第二高調波として４
００〜３００ｎｍの紫外光を発生させ、小型で高効率、
長寿命、高信頼性の紫外光を得る。前記非線形結晶とし
てβ−ＢaＢ₂Ｏ₃もしくはＬiＢ₃Ｏ₅のいずれかを用いる
ことで紫外光領域の第二高調波を発生させる。また、基
本波としての入射出力を高くするために半導体レーザ光
を光ファイバに結合させ、２個以上の半導体レーザを光
ファイバで集合させた光を基本波として用いることで高
出力の紫外レーザ光を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紫外線領域の光を用い
て、光が照射された部分だけ樹脂を硬化させることで樹
脂型を形成する光造形装置や紫外線硬化接着剤を硬化さ
せる光源や紫外光による光精細レーザプリンタ光源とし
て用いられる紫外線レーザ発振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の紫外光レーザであるＡｒイオンレ
ーザ全体の構成を図２に示す。イオンレーザはＡｒイオ
ンが注入されているプラズマチューブ２２と共振器ミラ
ー２１、２３および高圧直流電源２４で構成される。Ａ
ｒのレーザ発振波長は３３４〜３６３．８ｎｍ、４５
７．９〜５１４．５ｎｍ、１０９０ｎｍと数本あり、特
に強い発振線は４８８ｎｍと５１４．５ｎｍである。共
振器ミラー２１、２３の反射率を紫外領域で高くするこ
とで３３４〜３６３．８ｎｍの紫外レーザ光を得ること
ができる。しかし、紫外領域の発振線の強度は４８８ｎ
ｍの１０分の１以下であり、Ａｒレーザの４５７．９〜
５１４．５ｎｍのマルチライン出力が４Ｗクラスのレー
ザで紫外光領域では０．１Ｗ程度しか得ることができな
い。このほかにも３２５ｎｍを発振するＨｅ−Ｃｄレー
ザがあるが紫外領域での発振効率が０．１％以下と低く
高出力の紫外光を得るのは困難であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の紫外光レーザ発
振器では発振効率が非常に低いために０．１Ｗ程度の出
力を得るには高圧直流電源や水冷却装置が必要であり、
５０〜３００Ｋｇの大きなレーザ装置となってしまう。
また、イオンガスを閉じこめるプラズマチューブの寿命
は最大でも２０００時間程度と短く、時間とともに出力
が低下するため信頼性の点で問題点があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】紫外光領域でのレーザ発
振装置を高効率で小型、長寿命、高信頼性を得るために
以下のような手段を用いた。レーザ共振器の共振器内に
第二高調波発生する非線形結晶を有し、基本波として８
００〜６００ｎｍの光を出射する半導体レーザを用いて
レーザ共振器に入射することでレーザ発振器において第
二高調波として４００〜３００ｎｍの紫外光を発生さ
せ、小型で高効率、長寿命、高信頼性の紫外光を得る。
前記非線形結晶としてβ−ＢaＢ₂Ｏ₃もしくはＬiＢ₃Ｏ₅
のいずれかを用いることで紫外光領域の第二高調波を発
生させる。また、基本波としての入射出力を高くするた
めに半導体レーザ光を光ファイバに結合させ、２個以上
の半導体レーザを光ファイバで集合させた光を基本波と
して用いることで高出力の紫外レーザ光を得ることがで
きる。前記基本波の入射ビーム形状が楕円形とし、その
短軸方向が前記非線形結晶の第二高調波のウォークオフ
の方向に対して平行とすることで発生する第二高調波ビ
ーム径を円形に成形し、光ファイバに効率よく結合でき
る紫外光レーザ発振装置とする。非線形結晶をモノリシ
ックリング共振器構成とすることでより小型で安定な共
振器を構成する。さらに、半導体レーザを直接変調する
ことにより第二高調波である紫外光レーザを変調する。

【０００５】

【作用】紫外光領域が発生可能な非線形結晶を用いて、
半導体レーザを基本波とする第二高調波を発生させるこ
とで、小型で高効率、長寿命、高信頼性の紫外光領域で
のレーザ発振装置を得ることができる。

【０００６】

【実施例】図１に本発明の実施例を示す。半導体レーザ
１から出射された基本波７はレンズ２によってミラー
３、５、６で構成される共振器に入射される。共振器ミ
ラー３は基本波の反射率９５％であり５％の基本波を共
振器内に入射する。共振器ミラー５、６は基本波の反射
率が９９．９％以上の誘電体多層膜で構成され、第二高
調波の透過率を９０％以上としてあるために非線形結晶
４で発生した第二高調波８は共振器外に出力される。本
実施例における基本波は６８０ｎｍ、出力５００ｍＷの
半導体レーザ、非線形結晶は長さ５ｍｍのβ−ＢaＢ₂Ｏ
₃を用いて、３４０ｎｍの紫外第二高調波１０ｍＷを得
ることができた。β−ＢaＢ₂Ｏ₃では発生した第二高調
波は結晶の軸方向にビームが広がるウォークオフにより
出射ビーム形状が楕円状になってしまう。このため、入
射する基本波の形状を楕円形としてウォークオフの方向
を楕円の短軸方向とし、結晶の長さを考慮することで第
二高調波出力ビームを円形状にすることを行っている。
これにより、第二高調波出力光はレンズによる集光やフ
ァイバなどに高効率で結合することができる。また、非
線形結晶として耐レーザ損傷に強いＬiＢ₃Ｏ₅を用いる
ことによっても紫外第二高調波を得ることができる。図
３に本発明のもう一つの実施例を示す。ここでは、基本
波入射パワーを高くするために、半導体レーザ光の集光
とファイバ結合を兼ねたレンズ３１で光ファイバ３２に
結合させ、この半導体レーザとファイバを複数重ね合わ
せることで高出力の基本波７を得ることができる。この
基本波７を共振器内に入射することで共振器内の内部パ
ワーを高めることができ高出力の第二高調波が発生でき
る。半導体レーザ１は６８０ｎｍ、出力５００ｍＷを６
個、ファイバ３２は６本のコア径１２０μｍのファイバ
を束ねて融着して１本としたものを用いた。ここでも融
着したコアの形状を楕円形とすることで基本波のビーム
を制御できる。このときのファイバ出力は２５００ｍＷ
で紫外第二高調波出力２００ｍＷを得ることができた。
図４に本発明の実施例を示す。ここでは、図１の実施例
の共振器ミラーを非線形結晶に作り込むモノリシックリ
ング共振器４１とすることで小型で高効率な紫外レーザ
発振器を構成できる。共振器ミラーの部分は誘電体多層
反射膜４２、４３、４４を蒸着により形成している。図
５に本発明の応用実施例を示す。ここでは、図１の実施
例の紫外レーザ発振装置を紫外線硬化接着剤の光源とし
て用いた応用実施例である。発生した紫外光第二高調波
はレンズ５２によって光ファイバに結合され、ガラス板
５６を接着するために紫外線硬化樹脂接着剤に光ファイ
バから直接照射する。数十秒間の照射時間をシャッター
５１でタイマー制御することで適切な接着強度を得るこ
とができる。紫外線硬化型の接着剤は３４０ｎｍを中心
とする波長域で最も硬化し易いために本発明による紫外
レーザ発振装置は最適な光源である。図６に本発明のも
う一つの応用実施例を示す。ここでは、図３の実施例の
紫外レーザ発振装置を紫外線樹脂による光造型用の光源
として用いた応用実施例である。光造形は紫外線硬化樹
脂が紫外レーザ光を照射することでレーザ光があたった
部分だけ約１００μｍ程度硬化する性質を用いてレーザ
光をスキャンさせることで任意の形状の樹脂型を形成す
るものである。紫外レーザ発振装置から出射された光は
レンズ６１によりビームをコリメートしてシャッター６
２を通りスキャンミラー６３により紫外線硬化樹脂６５
の液面に照射される。光造形ステージ６４を左右、樹脂
液面を上下変化させることで、紫外光が照射された部分
だけ樹脂が硬化して樹脂型６６が３次元的に形成され
る。紫外線硬化樹脂は接着剤と同様に３４０ｎｍを中心
とする波長域で最も硬化しやすいため本発明による紫外
レーザ発振装置は小型で最適な光源である。図７に本発
明のもう一つの応用実施例を示す。図３の実施例の紫外
レーザ発振装置を高精細レーザプリンタ用の光源として
用いた応用実施例である。紫外レーザ発振装置から出射
された光８は音響光学素子７１で変調され、分岐ミラー
７２、ビームエキスパンダー７３、回転多面鏡７４、ｆ
θレンズ７５を通過し、感光ドラム７６に集光される。
音響光学素子７１は画像情報に応じて紫外光の変調を行
い、回転多面鏡７４は感光ドラム７６に水平（紙面内）
方向に走査し、感光ドラムが回転することでドラム表面
に二次元情報として部分的な電位差として記録され、電
位差に応じてトナーを付着させ、記録用紙に情報を再生
する。ここで音響光学素子７１を使用しなくても半導体
レーザを直接変調することによって画像情報を変調でき
る。

【０００７】

【発明の効果】本発明によれば、紫外光領域が発生可能
な非線形結晶を用いて、半導体レーザを基本波とする第
二高調波で紫外レーザ光を発生させることで、小型で高
効率、長寿命、高信頼性の紫外光レーザ発振装置を得る
ことができる。また、本発明による紫外レーザ発振装置
を紫外線硬化接着剤、光造形、レーザプリンタ用の光源
として用いることで応用製品が小型で長寿命、高信頼性
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す構成図である。

【図２】従来の紫外光レーザ発振器を示す構成図であ
る。

【図３】本発明の実施例を示す構成図である。

【図４】本発明の実施例のモノリシックリング共振器を
示す構成図である。

【図５】本発明を用いた応用実施例を示す構成図であ
る。

【図６】本発明を用いた応用実施例を示す構成図であ
る。

【図７】本発明を用いた応用実施例を示す構成図であ
る。

【符号の説明】１、半導体レーザ、２、３１、５２、６１、レンズ、
３、５、６、共振器ミラー、４非線形結晶、７基本
波レーザ光、８紫外第二高調波光、２１、２３共振器
ミラー、２２プラズマチューブ、２４高電圧直流電
源、２５紫外レーザ光、３２、５３光ファイバ４
１非線形結晶によるモノリシックリング共振器、４
２、４３、４４、誘電体多層膜共振器ミラー、５１、６
２シャッター、５４紫外線硬化接着剤、５６ガラ
ス板、６３レーザスキャンミラー６４光造形ステー
ジ、６５紫外線硬化樹脂、６６樹脂型、７１音響
光学素子、７２分岐ミラー、７３ビームエキスパン
ダー、７４回転多面鏡、７５ｆθレンズ、７６感
光ドラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤正純埼玉県熊谷市三ケ尻5200番地日立金属株式会社磁性材料研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ共振器の共振器内に第二高調波を
発生する非線形結晶を有し半導体レーザ光を基本波とし
てレーザ共振器に入射するレーザ発振器において、８０
０〜６００ｎｍの基本波波長を出射する半導体レーザを
用いて第二高調波として４００〜３００ｎｍの紫外光を
発生させることを特徴とする紫外光レーザ発振装置。
【請求項２】前記非線形結晶としてβ−ＢaＢ₂Ｏ₃も
しくはＬiＢ₃Ｏ₅のいずれかを用いることを特徴とする
請求項１の紫外光レーザ発振装置。
【請求項３】前記半導体レーザはレーザ光を光ファイ
バに結合させ、２個以上の半導体レーザを光ファイバで
集合させた光を基本波として用いることを特徴とする請
求項１または２の紫外光レーザ発振装置。
【請求項４】前記非線形結晶がモノリシックリング共
振器を形成していることを特徴とする請求項１ないし３
のいずれかの項に記載の紫外光レーザ発振装置。
【請求項５】前記基本波の入射ビーム形状が楕円形で
あり、その短軸方向が前記非線形結晶の第二高調波のウ
ォークオフの方向に対して平行とすることで発生する第
二高調波ビーム径を円形とすることを特徴とする請求項
１ないし４のいずれかの項に記載の紫外光レーザ発振装
置。
【請求項６】前記半導体レーザを直接変調することで
第二高調波を変調することを特徴とする請求項１ないし
５のいずれかの項に記載の紫外光レーザ発振装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかの項に記載の紫
外光レーザ発振装置を用いたことを特徴とする紫外線樹
脂硬化用光源。
【請求項８】請求項１〜６のいずれかの項に記載の紫
外光レーザ発振装置を用いたことを特徴とする光造形装
置。
【請求項９】請求項１〜６のいずれかの項に記載の紫
外光レーザ発振装置を用いたことを特徴とするレーザプ
リンタ装置。
【請求項１０】レーザ共振器内に非線形結晶を有して
第二高調波発生効果を利用して紫外光を発生させること
を特徴とする紫外光レーザ発振装置。