JPH1117255A - Semiconductor excitation solid-state laser device and infrared laser device using the same - Google Patents

Semiconductor excitation solid-state laser device and infrared laser device using the same

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JPH1117255A
JPH1117255A JP9184447A JP18444797A JPH1117255A JP H1117255 A JPH1117255 A JP H1117255A JP 9184447 A JP9184447 A JP 9184447A JP 18444797 A JP18444797 A JP 18444797A JP H1117255 A JPH1117255 A JP H1117255A
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JP
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laser
light
solid
semiconductor laser
excitation
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JP9184447A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoko Otsuki
朋子 大槻
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Nikon Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor excitation solid-state laser device, in which the light excitation of the edge face of a solid laser medium can be efficiently attained by using a wide area semiconductor laser. SOLUTION: Beams from a semiconductor laser 1 having plural light emitting parts arranged with intervals along a prescribed direction are condensed through excitation optical systems 2-5 on the edge face of a solid laser medium 7, and laser excitation is operated by the light excitation of the solid laser medium 7. In this case, the excitation optical systems 2-5 are provided with a diffraction optical element 4 for dividing the beams from the plural light emitting parts of the semiconductor laser into plural beams, whose diffraction order is different along a direction optically corresponding to a prescribed direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ励起固
体レーザ装置および該装置を用いた紫外レーザ装置に関
し、特に複数の発光部を有するワイドエリア半導体レー
ザからのビームにより固体レーザ媒質の端面を励起する
ことによってレーザ発振する半導体レーザ励起型の固体
レーザ装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser-excited solid-state laser device and an ultraviolet laser device using the same, and in particular, to excite an end face of a solid-state laser medium by a beam from a wide-area semiconductor laser having a plurality of light-emitting portions. The present invention relates to a semiconductor laser-excited solid-state laser device that oscillates laser light.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザからのビームにより固体レ
ーザ媒質の端面を励起する半導体レーザ励起固体レーザ
装置では、励起効率を高めるために、球面レンズやシリ
ンドリカルレンズなどを含む励起光学系を介して半導体
レーザからのビームを固体レーザ共振器のモード形に応
じて所定の断面形状に整形する方法が用いられている。
また、この種の半導体レーザ励起固体レーザ装置では、
励起用半導体レーザとして高出力が得られるワイドエリ
ア半導体レーザが用いられており、このワイドエリア半
導体レーザは間隔を隔てて配置された複数の発光部を有
する。たとえば、1W〜5Wの出力を有するワイドエリ
ア半導体レーザの場合、その発光面は所定方向に沿って
数十μmの間隔を隔てて一列に配置された2個〜4個の
細長い帯状の発光部から構成されている。
2. Description of the Related Art In a semiconductor laser-excited solid-state laser device that excites an end face of a solid-state laser medium with a beam from a semiconductor laser, a semiconductor laser is driven through an excitation optical system including a spherical lens and a cylindrical lens in order to increase the excitation efficiency. A method of shaping a beam from a laser into a predetermined cross-sectional shape according to the mode shape of the solid-state laser resonator is used.
In this type of semiconductor laser-pumped solid-state laser device,
As an excitation semiconductor laser, a wide-area semiconductor laser capable of obtaining a high output is used, and this wide-area semiconductor laser has a plurality of light emitting units arranged at intervals. For example, in the case of a wide-area semiconductor laser having an output of 1 W to 5 W, its light emitting surface is formed by two to four elongated strip-shaped light emitting parts arranged in a line at intervals of several tens of μm along a predetermined direction. It is configured.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述のように構成され
たワイドエリア半導体レーザを用いた従来の半導体レー
ザ励起固体レーザ装置において、固体レーザ媒質の端面
には半導体レーザの発光面に対応して2個〜4個の励起
光領域が一列に形成され、各励起光領域の強度分布は半
導体レーザの各発光部の強度分布に対応することにな
る。その結果、各励起光領域における光強度ピーク付近
では、励起光密度が高くなりすぎて励起光の吸収飽和が
起こり、固体レーザ媒質の励起光の吸収が低下するので
励起効率が低下する。また、3準位系の固体レーザ媒質
を用いる場合、各励起光領域の周辺部のように励起光強
度の小さな領域において固体レーザ媒質による発振レー
ザ光の吸収が起こり、励起効率が低下する。
In a conventional semiconductor laser-pumped solid-state laser device using a wide-area semiconductor laser configured as described above, the end face of the solid-state laser medium has two ends corresponding to the light-emitting surface of the semiconductor laser. One to four excitation light regions are formed in a line, and the intensity distribution of each excitation light region corresponds to the intensity distribution of each light emitting portion of the semiconductor laser. As a result, near the light intensity peak in each pumping light region, the pumping light density becomes too high to cause absorption saturation of the pumping light, and the absorption of the pumping light of the solid-state laser medium is reduced, so that the pumping efficiency is reduced. When a three-level solid-state laser medium is used, oscillation laser light is absorbed by the solid-state laser medium in a region where the excitation light intensity is low, such as a peripheral portion of each excitation light region, and the excitation efficiency is reduced.

【0004】なお、半導体レーザからのビームを光ファ
イバーを介して固体レーザ媒質の端面上にガウシアン分
布に近い形状で集光する、いわゆるファイバーカップリ
ング方式が知られている。しかしながら、ファイバーカ
ップリング方式では、半導体レーザからファイバーへの
カップリングにおいて光損失があるため、励起効率の向
上は制限される。また、半導体レーザからファイバーへ
のカップリングは、複雑な製造工程を要するため、高価
になってしまう。
A so-called fiber coupling method is known in which a beam from a semiconductor laser is focused on an end face of a solid-state laser medium via an optical fiber in a shape close to a Gaussian distribution. However, in the fiber coupling method, there is light loss in coupling from the semiconductor laser to the fiber, so that the improvement in the pumping efficiency is limited. In addition, coupling from a semiconductor laser to a fiber requires a complicated manufacturing process and is therefore expensive.

【0005】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、ワイドエリア半導体レーザを用いて固体レー
ザ媒質の端面を効率良く光励起することのできる半導体
レーザ励起固体レーザ装置を提供することを目的とす
る。また、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を
用いて、たとえば半導体露光装置の光源として十分な出
力と低コヒーレンスとを備えた紫外レーザ装置を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser-pumped solid-state laser device that can efficiently pump an end face of a solid-state laser medium using a wide-area semiconductor laser. Aim. It is another object of the present invention to provide an ultraviolet laser device using the semiconductor laser-excited solid-state laser device of the present invention and having, for example, a sufficient output and low coherence as a light source of a semiconductor exposure device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、所定方向に沿って間隔を隔てて
配置された複数の発光部を有する半導体レーザからのビ
ームを励起光学系を介して固体レーザ媒質中に集光し、
前記固体レーザ媒質を光励起することによってレーザ発
振する半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記
励起光学系は、前記半導体レーザの複数の発光部からの
ビームを前記所定方向と光学的に対応する方向に沿って
回折次数の異なる複数のビームに分割するための回折光
学素子を有することを特徴とする半導体レーザ励起固体
レーザ装置を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, there is provided an excitation optical system for exciting a beam from a semiconductor laser having a plurality of light-emitting portions arranged at intervals along a predetermined direction. Through the solid state laser medium,
In a semiconductor laser-pumped solid-state laser device that oscillates by optically pumping the solid-state laser medium, the pumping optical system transmits beams from a plurality of light emitting units of the semiconductor laser along a direction optically corresponding to the predetermined direction. A semiconductor laser-excited solid-state laser device having a diffractive optical element for splitting the beam into a plurality of beams having different diffraction orders.

【0007】本発明の好ましい態様によれば、前記励起
光学系は、前記半導体レーザの複数の発光部からのビー
ムを全体的に所定の断面形状を有する平行ビームに整形
するための整形光学系と、前記整形光学系を介したビー
ムを回折次数の異なる複数のビームに分割するための位
相格子と、前記位相格子を介して分割された各回折次数
のビームを集光するための集光光学系とを有する。ある
いは、前記励起光学系は、前記半導体レーザの複数の発
光部からのビームを全体的に所定の断面形状を有するビ
ームに整形するとともに前記固体レーザ媒質の端面に向
かって所定の収束角で集光させるための整形集光光学系
と、前記整形集光光学系を介したビームを回折次数の異
なる複数のビームに分割するための位相格子とを有す
る。
According to a preferred aspect of the present invention, the excitation optical system includes a shaping optical system for shaping beams from a plurality of light emitting portions of the semiconductor laser into a parallel beam having a predetermined sectional shape as a whole. A phase grating for splitting the beam having passed through the shaping optical system into a plurality of beams having different diffraction orders, and a focusing optical system for collecting beams of each diffraction order split via the phase grating And Alternatively, the pumping optical system shapes the beams from the plurality of light emitting portions of the semiconductor laser as a whole into a beam having a predetermined cross-sectional shape, and collects the beams at a predetermined convergence angle toward the end face of the solid-state laser medium. And a phase grating for splitting a beam passing through the shaped condensing optical system into a plurality of beams having different diffraction orders.

【0008】また、本発明の別の局面によれば、本発明
の半導体レーザ励起固体レーザ装置と、前記半導体レー
ザ励起固体レーザ装置からの発振光を紫外光に波長変換
するための波長変換装置とを有するレーザユニットを並
列的に複数配置することによって構成されていることを
特徴とする紫外レーザ装置を提供する。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser-excited solid-state laser device according to the present invention, and a wavelength conversion device for converting the oscillation light from the semiconductor laser-excited solid-state laser device into ultraviolet light. Provided by arranging a plurality of laser units each having a plurality of laser units in parallel.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明では、励起光学系中に設け
られた位相格子のような回折光学素子の作用により、ワ
イドエリア半導体レーザの複数の発光部からのビームを
所定方向に沿って回折次数の異なる複数のビームに分割
する。したがって、位相格子で所定方向に沿って回折さ
れた各回折次数のビームは、0次光とは異なる光路に沿
って固体レーザ媒質の端面に達し、0次光によって形成
される励起光領域から所定方向に沿って位置ずれした励
起光領域を形成する。したがって、位相格子の作用を受
けて固体レーザ媒質の端面に形成される本発明の励起光
強度分布の最大値は位相格子の作用を受けることなく形
成される従来の励起光強度分布の最大値よりも実質的に
小さくなり、本発明の励起光強度分布の最小値は従来の
励起光強度分布の最小値よりも実質的に大きくなる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to the present invention, a beam from a plurality of light emitting portions of a wide area semiconductor laser is diffracted along a predetermined direction by the action of a diffractive optical element such as a phase grating provided in an excitation optical system. The beam is divided into a plurality of beams of different orders. Therefore, the beam of each diffraction order diffracted along the predetermined direction by the phase grating reaches the end face of the solid-state laser medium along an optical path different from the zero-order light, and a predetermined amount of light from the excitation light region formed by the zero-order light. An excitation light region that is displaced along the direction is formed. Therefore, the maximum value of the excitation light intensity distribution of the present invention formed on the end face of the solid-state laser medium under the action of the phase grating is larger than the maximum value of the conventional excitation light intensity distribution formed without the action of the phase grating. Is substantially smaller, and the minimum value of the excitation light intensity distribution of the present invention is substantially larger than the minimum value of the conventional excitation light intensity distribution.

【0010】このように、励起光学系中に設けられた位
相格子の作用により、本発明の励起光強度分布の最大値
は従来の励起光強度分布の最大値よりも実質的に小さく
なり、本発明の励起光強度分布の最小値は従来の励起光
強度分布の最小値よりも実質的に大きくなる。したがっ
て、本発明では、従来例の励起光強度分布に見られる高
いピーク光強度による吸収飽和に起因する励起効率の低
下を回避することができる。また、3準位系の固体レー
ザ媒質を用いる場合にも、従来例の励起光強度分布に見
られる励起光強度の谷でのレーザ光の吸収に起因する励
起効率の低下を回避することができる。その結果、本発
明では、ワイドエリア半導体レーザを用いた半導体レー
ザ励起固体レーザ装置において、固体レーザ媒質を効率
良く励起することができる。
As described above, due to the action of the phase grating provided in the excitation optical system, the maximum value of the excitation light intensity distribution of the present invention is substantially smaller than the maximum value of the conventional excitation light intensity distribution. The minimum value of the excitation light intensity distribution of the present invention is substantially larger than the minimum value of the conventional excitation light intensity distribution. Therefore, in the present invention, it is possible to avoid a decrease in excitation efficiency due to absorption saturation due to a high peak light intensity seen in the conventional excitation light intensity distribution. In addition, even when a three-level solid-state laser medium is used, it is possible to avoid a decrease in pumping efficiency due to absorption of laser light at a valley of pumping light intensity, which is observed in a conventional pumping light intensity distribution. . As a result, in the present invention, a solid-state laser medium can be efficiently excited in a semiconductor laser-excited solid-state laser device using a wide-area semiconductor laser.

【0011】以下、本発明の実施例を、添付図面に基づ
いて説明する。図1は、本発明の第1実施例にかかる半
導体レーザ励起固体レーザ装置の構成を概略的に示す図
である。図1において、装置の励起光学系の光軸AXと
平行にz軸を、z軸に垂直な面内において図1の紙面に
平行にx軸を、紙面に垂直にy軸をそれぞれ設定してい
る。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of a semiconductor laser pumped solid-state laser device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the z-axis is set in parallel with the optical axis AX of the excitation optical system of the apparatus, the x-axis is set in parallel with the plane of FIG. 1 in the plane perpendicular to the z-axis, and the y-axis is set perpendicular to the plane of FIG. I have.

【0012】図1の装置は、励起用半導体レーザ(レー
ザダイオード)として、x方向に沿って間隔を隔てて配
置された4つの発光部を有するワイドエリア半導体レー
ザ1を備えている。ワイドエリア半導体レーザ1の発光
部から射出されたレーザビームは、y方向に正屈折力で
x方向に無屈折力のファイバーレンズ(あるいはロッド
レンズ)2と、x方向に正屈折力でy方向に無屈折力の
シリンドリカルレンズ3とからなる整形光学系(2、
3)に入射する。こうして、整形光学系(2、3)の作
用により、ワイドエリア半導体レーザ1からのレーザビ
ームが、後述する固体レーザ共振器のモード形に応じた
断面形状を有する平行ビームに整形される。
The apparatus shown in FIG. 1 includes, as a pumping semiconductor laser (laser diode), a wide-area semiconductor laser 1 having four light-emitting portions arranged at intervals in the x direction. The laser beam emitted from the light emitting portion of the wide area semiconductor laser 1 has a fiber lens (or rod lens) 2 having a positive refractive power in the y direction and a non-refractive power in the x direction and a positive refractive power in the x direction in the y direction. A shaping optical system (2, comprising a cylindrical lens 3 having no refracting power)
3). Thus, the laser beam from the wide area semiconductor laser 1 is shaped into a parallel beam having a cross-sectional shape corresponding to the mode shape of the solid-state laser resonator described later by the operation of the shaping optical systems (2, 3).

【0013】整形光学系(2、3)を介して所定の断面
形状に整形された平行ビームは、回折光学素子としての
位相格子4を介して、x方向に沿って回折次数の異なる
複数のビームに分割される。位相格子4を介して分割さ
れた各回折次数のビームは、正屈折力を有する球面レン
ズ5を介して集光され、固体レーザ共振器6中のレーザ
結晶(固体レーザ媒質)7の端面7aに達する。このよ
うに、整形光学系(2、3)、位相格子4、および集光
光学系としての球面レンズ5は、ワイドエリア半導体レ
ーザ1からのビームをレーザ結晶7の端面7a上に集光
して励起光領域を形成するための励起光学系を構成して
いる。
The parallel beam shaped into a predetermined cross-sectional shape through the shaping optical system (2, 3) is passed through a phase grating 4 as a diffractive optical element to form a plurality of beams having different diffraction orders along the x direction. Is divided into The beams of the respective diffraction orders split via the phase grating 4 are condensed via a spherical lens 5 having a positive refractive power, and are focused on an end face 7 a of a laser crystal (solid laser medium) 7 in the solid laser resonator 6. Reach. As described above, the shaping optical system (2, 3), the phase grating 4, and the spherical lens 5 as a condensing optical system condense the beam from the wide area semiconductor laser 1 on the end face 7a of the laser crystal 7. An excitation optical system for forming an excitation light region is configured.

【0014】このとき、位相格子4で回折されることな
くそのまま透過した0次光は、図2(b)に示すよう
に、レーザ結晶7の端面7a上においてx方向に沿って
4つの励起光領域を形成する。そして、レーザ結晶7の
端面7a上における各励起光領域の位置および強度分布
は、ワイドエリア半導体レーザ1の各発光部の位置およ
び強度分布と光学的に対応する。一方、位相格子4でx
方向に沿って回折された各回折次数のビームは、0次光
とは異なる光路に沿ってレーザ結晶7の端面7aに達
し、0次光によって形成される励起光領域からx方向に
沿って位置ずれた励起光領域を形成する。
At this time, the zero-order light transmitted as it is without being diffracted by the phase grating 4 is, as shown in FIG. 2B, four excitation lights along the x direction on the end face 7a of the laser crystal 7. Form an area. The position and intensity distribution of each excitation light region on the end face 7 a of the laser crystal 7 optically correspond to the position and intensity distribution of each light emitting unit of the wide area semiconductor laser 1. On the other hand, x
The beam of each diffraction order diffracted along the direction reaches the end face 7a of the laser crystal 7 along an optical path different from the 0th-order light, and is located along the x-direction from the excitation light region formed by the 0th-order light. A shifted excitation light region is formed.

【0015】したがって、第1実施例において位相格子
4の作用を受けてレーザ結晶7の端面に形成される励起
光強度分布の最大値は、図2(a)に示すように、位相
格子4の作用を受けることなく形成される従来の励起光
強度分布の最大値よりも実質的に小さくなる。また、第
1実施例において形成される励起光強度分布の最小値
は、従来の励起光強度分布の最小値よりも実質的に大き
くなる。さらに、位相格子4の特性および球面レンズ5
の特性を後述するように設定することにより、レーザ結
晶7の端面上において、ほぼ一様な強度分布を有する1
つの励起光領域を形成することもできる。
Therefore, in the first embodiment, the maximum value of the excitation light intensity distribution formed on the end face of the laser crystal 7 under the action of the phase grating 4 is, as shown in FIG. It becomes substantially smaller than the maximum value of the conventional excitation light intensity distribution formed without being affected. The minimum value of the excitation light intensity distribution formed in the first embodiment is substantially larger than the minimum value of the conventional excitation light intensity distribution. Further, the characteristics of the phase grating 4 and the spherical lens 5
By setting the characteristics of the laser crystal 7 as described later, it is possible to obtain a laser beam 7 having a substantially uniform intensity distribution on the end face of the laser crystal 7.
One excitation light region can be formed.

【0016】こうして、ワイドエリア半導体レーザ1か
らの励起光によって端面励起されたレーザ結晶7は、レ
ーザ結晶7に固有の所定波長の光を発する。レーザ結晶
7からの発生光は、出力カップラーを構成する凹面反射
鏡8に入射する。凹面反射鏡8の凹面側には、レーザ結
晶7からの発生光の大部分(たとえば95%)を反射す
るコーティングが施されている。したがって、凹面反射
鏡8で大部分の発生光は反射されて、レーザ結晶7に入
射する。レーザ結晶7の励起光入射側の端面7aには、
励起光に対して高透過率を有し且つ発生光に対して高反
射率を有する波長選択性のコーティングが施されてい
る。こうして、レーザ結晶7の端面7aと凹面反射鏡8
の凹面との間にレーザ共振器が形成され、レーザ発振が
起こる。レーザ共振器の内部の発振光の一部が凹面反射
鏡8を介して発振レーザ光として出力される。
Thus, the laser crystal 7 whose end face is pumped by the pump light from the wide area semiconductor laser 1 emits light having a predetermined wavelength unique to the laser crystal 7. Light generated from the laser crystal 7 is incident on a concave reflecting mirror 8 constituting an output coupler. The concave surface of the concave reflecting mirror 8 is provided with a coating that reflects most (for example, 95%) of the light generated from the laser crystal 7. Therefore, most of the generated light is reflected by the concave reflecting mirror 8 and enters the laser crystal 7. The end face 7a of the laser crystal 7 on the excitation light incident side has
A wavelength-selective coating having a high transmittance to the excitation light and a high reflectance to the generated light is provided. Thus, the end face 7a of the laser crystal 7 and the concave reflecting mirror 8
A laser resonator is formed between the first and second concave surfaces, and laser oscillation occurs. A part of the oscillation light inside the laser resonator is output as oscillation laser light via the concave reflecting mirror 8.

【0017】以下、レーザ結晶7の端面上においてほぼ
一様な強度分布を有する励起光領域を形成するために必
要な位相格子4の特性および球面レンズ5の特性を具体
的な数値例に基づいて説明する。まず、位相格子4の位
相変調の振幅t(x)が、x方向に周期Λ0 を有し、変
調の深さmの周期関数として次の式(1)で表されるも
のとする。 t(x)= exp{j(m/2) sin(2πx/Λ0 )} (1)
Hereinafter, the characteristics of the phase grating 4 and the characteristics of the spherical lens 5 necessary for forming an excitation light region having a substantially uniform intensity distribution on the end face of the laser crystal 7 will be described based on specific numerical examples. explain. First, it is assumed that the phase modulation amplitude t (x) of the phase grating 4 has a period Λ 0 in the x direction and is represented by the following equation (1) as a periodic function of the modulation depth m. t (x) = exp {j (m / 2) sin (2πx / { 0 )} (1)

【0018】この場合、回折次数qの光への回折効率I
q (m)は、次の式(2)で表される。
In this case, the diffraction efficiency I for light of the diffraction order q
q (m) is represented by the following equation (2).

【数1】 ここで、Jq は、次数qの第一種Bessel関数である。(Equation 1) Here, J q is a Bessel function of the first kind of order q.

【0019】本数値例では、0次光の光強度と±1次回
折光の光強度とがほぼ等しくなるように、位相格子4の
変調の深さmをm=2.9と設定する。この場合、0次
光への回折効率はI0 =0.291となり、±1次回折
光への回折効率はI1 =0.303となり、±2次回折
光への回折効率はI2 =0.048となり、±2次より
も高次(q≧3、q≦−3)の回折光への回折効率はI
q <1.1×10-4となる。
In this numerical example, the modulation depth m of the phase grating 4 is set to m = 2.9 so that the light intensity of the zero-order light and the light intensity of the ± first-order diffracted light are substantially equal. In this case, the diffraction efficiency for the zero-order light is I 0 = 0.291, the diffraction efficiency for the ± first -order diffraction light is I 1 = 0.303, and the diffraction efficiency for the ± second-order diffraction light is I 2 = 0. 048, and the diffraction efficiency for diffracted light of higher order (q ≧ 3, q ≦ −3) than ± 2 order is I
q <1.1 × 10 −4 .

【0020】ところで、位相格子4における位相変調
は、素子の屈折率変調により、あるいは等価的に表面レ
リーフによる光学距離変調により行われる。そして、素
子の屈折率変調をΔnとすると、位相格子4の変調の深
さmと屈折率変調Δnとの間には、次の式(3)に示す
関係が成立する。 m=k0 Δnd (3) ここで、k0 は入射励起光の波数(2π/λ0 :λ0
入射励起光の波長)であり、dは位相格子4の厚さであ
る。
Incidentally, the phase modulation in the phase grating 4 is performed by the refractive index modulation of the element or equivalently by the optical distance modulation by the surface relief. Then, assuming that the refractive index modulation of the element is Δn, a relationship expressed by the following equation (3) is established between the modulation depth m of the phase grating 4 and the refractive index modulation Δn. m = k 0 Δnd (3) Here, k 0 is the wave number of the incident excitation light (2π / λ 0 : λ 0 is the wavelength of the incident excitation light), and d is the thickness of the phase grating 4.

【0021】したがって、一例として、入射励起光の波
長(すなわちワイドエリア半導体レーザ1の発振波長)
がλ0 =800nmで、位相格子4の厚さがd=1mm
である場合、位相格子4の変調の深さをm=2.9に設
定するには、次の式(4)に示す値の屈折率変調Δnを
有する位相格子を使用すれば良いことになる。 Δn=m/(k0 d)=mλ0 /(2πd)=3.7×10-4 (4)
Therefore, as an example, the wavelength of the incident pump light (ie, the oscillation wavelength of the wide area semiconductor laser 1)
Is λ 0 = 800 nm, and the thickness of the phase grating 4 is d = 1 mm
In order to set the modulation depth of the phase grating 4 to m = 2.9, a phase grating having a refractive index modulation Δn having a value represented by the following equation (4) may be used. . Δn = m / (k 0 d) = mλ 0 /(2πd)=3.7×10 −4 (4)

【0022】また、位相格子4の周期Λ0 と±1次回折
光の回折角θ1 との間には、次の式(5)に示す関係が
成立する。 Λ0 =λ0 / sinθ1 (5) したがって、焦点距離fを有する球面レンズ5によって
0次光がレーザ結晶7の端面上に集光する位置に対し
て、±1次回折光がレーザ結晶7の端面上に集光する位
置がx方向に距離δxだけずれるが、そのずれ量δxは
次の式(6)で与えられる。 δx=f tanθ1 ≒f sinθ1 (6)
The following equation (5) holds between the period Λ 0 of the phase grating 4 and the diffraction angle θ 1 of ± 1st-order diffracted light. Λ 0 = λ 0 / sin θ 1 (5) Therefore, ± 1st-order diffracted light of the laser crystal 7 is shifted from the position where the 0th-order light is focused on the end face of the laser crystal 7 by the spherical lens 5 having the focal length f. The position where light is condensed on the end face is shifted by the distance δx in the x direction, and the shift amount δx is given by the following equation (6). δx = f tan θ 1 ≒ f sin θ 1 (6)

【0023】こうして、式(5)および式(6)より、
位相格子4の周期Λ0 とレーザ結晶7の端面上における
0次光に対する±1次回折光のずれ量δxとの間には、
次の式(7)に示す関係が近似的に成立することがわか
る。 Λ0 ≒λ0 f/δx (7) 本数値例では、上述したように、0次光の光強度と±1
次回折光の光強度とがほぼ等しく、1次よりも高次(2
次、3次、・・・)の回折光の光強度が非常に小さくな
るように設定されている。
Thus, from equations (5) and (6),
Between the period Λ 0 of the phase grating 4 and the deviation δx of ± 1st-order diffracted light with respect to the 0th-order light on the end face of the laser crystal 7,
It can be seen that the relationship shown in the following equation (7) is approximately established. Λ 0 ≒ λ 0 f / δx (7) In this numerical example, as described above, the light intensity of the zero-order light and ± 1
The light intensity of the second-order diffracted light is almost equal to the higher order (2
, 3rd,...) Are set to be very small.

【0024】したがって、レーザ結晶7の端面上におい
て0次光によって形成される各励起光領域の間隔(x方
向の中心間距離)がたとえば90μmである場合、ずれ
量δxが30μmになるようにレーザ結晶7の端面上に
おいて0次光と±1次回折光とを重ね合わせることによ
り、ほぼ一様な強度分布を有する励起光領域を形成する
ことができる。なお、式(7)を参照すると、ずれ量δ
xが30μmになるように設定するには、たとえば球面
レンズ5の焦点距離をf=15mmとし、位相格子4の
周期をΛ0 =40μmと設定すればよいことがわかる。
Therefore, when the interval (center distance in the x direction) between the excitation light regions formed by the zero-order light on the end face of the laser crystal 7 is, for example, 90 μm, the laser beam is shifted so that the shift amount δx becomes 30 μm. By superimposing the 0th-order light and the ± 1st-order diffracted light on the end face of the crystal 7, an excitation light region having a substantially uniform intensity distribution can be formed. In addition, referring to the equation (7), the shift amount δ
It can be seen that in order to set x to be 30 μm, for example, the focal length of the spherical lens 5 should be set to f = 15 mm, and the period of the phase grating 4 should be set to Λ 0 = 40 μm.

【0025】図2は、第1実施例の数値例における本発
明の効果を説明する図であって、(a)は位相格子4を
備えている第1実施例の数値例における励起光強度分布
を、(b)は位相格子4を備えていない従来例における
励起光強度分布を、(c)はy=0における数値例の励
起光強度分布と従来例の励起光強度分布との比較をそれ
ぞれ示している。図2(b)に示すように、位相格子4
を備えていない従来例において、レーザ結晶7の端面上
において形成される各励起光領域の間隔(x方向の中心
間距離)は約90μmである。したがって、従来例に対
応する第1実施例の数値例では、レーザ結晶7の端面上
において0次光によって形成される各励起光領域の間隔
は90μmとなる。
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the effect of the present invention in a numerical example of the first embodiment. FIG. 2A shows an excitation light intensity distribution in a numerical example of the first embodiment having the phase grating 4. (B) shows the excitation light intensity distribution of the conventional example without the phase grating 4, and (c) shows the comparison between the excitation light intensity distribution of the numerical example at y = 0 and the excitation light intensity distribution of the conventional example. Is shown. As shown in FIG. 2B, the phase grating 4
In the conventional example without the above, the interval (center-to-center distance in the x direction) between the respective excitation light regions formed on the end face of the laser crystal 7 is about 90 μm. Therefore, in the numerical example of the first embodiment corresponding to the conventional example, the interval between the respective excitation light regions formed by the zero-order light on the end face of the laser crystal 7 is 90 μm.

【0026】なお、図2(b)において、励起光領域の
分布形状は、市販のワイドエリア半導体レーザを用いて
の実験データから各励起光領域の強度分布をガウシアン
分布で近似して得られたものである。こうして、図2
(b)の実線および(c)の破線に示すように、位相格
子4を備えていない従来例では、レーザ結晶7の端面上
においてガウシアン形の強度分布を有する4つの励起光
領域がx方向に並んで形成される。しかしながら、位相
格子4を備えている第1実施例の数値例では、位相格子
4の作用により、レーザ結晶7の端面上においてずれ量
δxが30μmになるように0次光と±1次回折光とを
重ね合わせている。その結果、図2(a)の実線および
(c)の実線に示すように、レーザ結晶7の端面上にお
いてほぼ一様な強度分布を有するx方向に延びた1つの
励起光領域を形成することができる。
In FIG. 2B, the distribution shape of the excitation light region was obtained by approximating the intensity distribution of each excitation light region with a Gaussian distribution from experimental data using a commercially available wide area semiconductor laser. Things. Thus, FIG.
As shown by the solid line in (b) and the dashed line in (c), in the conventional example without the phase grating 4, four excitation light regions having a Gaussian intensity distribution on the end face of the laser crystal 7 are arranged in the x direction. Formed side by side. However, in the numerical example of the first embodiment including the phase grating 4, the 0th-order light and the ± 1st-order diffracted light are adjusted so that the shift amount δx on the end face of the laser crystal 7 becomes 30 μm by the action of the phase grating 4. Are superimposed. As a result, as shown by the solid line in FIG. 2A and the solid line in FIG. 2C, one excitation light region having an almost uniform intensity distribution and extending in the x direction is formed on the end face of the laser crystal 7. Can be.

【0027】このように、励起光学系中に設けられた位
相格子4の作用により、第1実施例の励起光強度分布の
最大値は従来の励起光強度分布の最大値よりも実質的に
小さくなり、第1実施例の励起光強度分布の最小値は従
来の励起光強度分布の最小値よりも実質的に大きくな
る。また、第1実施例の数値例によれば、レーザ結晶7
の端面上においてほぼ一様な強度分布を有する励起光領
域を形成することができる。したがって、第1実施例で
は、従来例の励起光強度分布に見られる高いピーク光強
度による吸収飽和に起因する励起効率の低下を回避する
ことができる。また、3準位系の固体レーザ媒質を用い
る場合でも、従来例の励起光強度分布に見られる励起光
強度の谷でのレーザ光の吸収に起因する励起効率の低下
を回避することができる。その結果、第1実施例では、
ワイドエリア半導体レーザ1を用いた半導体レーザ励起
固体レーザ装置において、レーザ結晶7の端面を効率良
く励起することができる。
As described above, the maximum value of the excitation light intensity distribution of the first embodiment is substantially smaller than the maximum value of the conventional excitation light intensity distribution by the action of the phase grating 4 provided in the excitation optical system. That is, the minimum value of the excitation light intensity distribution of the first embodiment is substantially larger than the minimum value of the conventional excitation light intensity distribution. Also, according to the numerical example of the first embodiment, the laser crystal 7
An excitation light region having a substantially uniform intensity distribution can be formed on the end face of. Therefore, in the first embodiment, it is possible to avoid a decrease in excitation efficiency due to absorption saturation due to a high peak light intensity observed in the conventional excitation light intensity distribution. Further, even when a three-level solid-state laser medium is used, it is possible to avoid a decrease in the pumping efficiency due to the absorption of the laser beam at the valley of the pumping light intensity, which is observed in the conventional pumping light intensity distribution. As a result, in the first embodiment,
In a semiconductor laser pumped solid-state laser device using the wide area semiconductor laser 1, the end face of the laser crystal 7 can be efficiently pumped.

【0028】図3は、本発明の第2実施例にかかる半導
体レーザ励起固体レーザ装置の構成を概略的に示す図で
ある。第2実施例は、第1実施例と類似の構成を有す
る。しかしながら、第1実施例では位相格子4を介した
平行ビームを球面レンズ5で集光しているのに対し、第
2実施例では位相格子4に所定の収束角で集光するビー
ムが入射するように構成し球面レンズ5を省いている点
だけが基本的に相違する。したがって、図3において、
図1の第1実施例の構成要素と同様の機能を有する要素
には、図1と同じ参照符号を付している。以下、第1実
施例との相違点に着目して、第2実施例を説明する。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of a semiconductor laser pumped solid-state laser device according to a second embodiment of the present invention. The second embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment. However, in the first embodiment, the parallel beam passing through the phase grating 4 is focused by the spherical lens 5, whereas in the second embodiment, the beam focused at a predetermined convergence angle is incident on the phase grating 4. The only difference is that the spherical lens 5 is omitted and the spherical lens 5 is omitted. Therefore, in FIG.
Elements having functions similar to those of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as in FIG. Hereinafter, the second embodiment will be described by focusing on the differences from the first embodiment.

【0029】図3の装置は、励起用半導体レーザとし
て、第1実施例と同様にx方向に間隔を隔てて配置され
た4つの発光部を有するワイドエリア半導体レーザ1を
備えている。ワイドエリア半導体レーザ1の発光部から
射出されたレーザビームは、y方向に正屈折力でx方向
に無屈折力のファイバーレンズ(あるいはロッドレン
ズ)12とx方向に正屈折力でy方向に無屈折力のシリ
ンドリカルレンズ13とからなる整形集光光学系(1
2、13)に入射する。こうして、整形集光光学系(1
2、13)の作用により、ワイドエリア半導体レーザ1
からのレーザビームが、固体レーザ共振器のモード形に
応じた断面形状を有し且つ所定の収束角で集光するビー
ムに整形される。
The device shown in FIG. 3 has a wide-area semiconductor laser 1 having four light-emitting portions arranged at intervals in the x-direction as in the first embodiment, as a semiconductor laser for excitation. The laser beam emitted from the light emitting portion of the wide area semiconductor laser 1 has a positive refractive power in the y direction and a non-refractive power in the x direction with a fiber lens (or rod lens) 12 having a positive refractive power in the x direction and a non-refractive power in the y direction. A shaped condensing optical system (1) composed of a cylindrical lens 13 having a refractive power.
2, 13). Thus, the shaped condensing optical system (1)
2, 13), the wide area semiconductor laser 1
Is shaped into a beam having a cross-sectional shape corresponding to the mode shape of the solid-state laser resonator and condensing at a predetermined convergence angle.

【0030】整形集光光学系(12、13)を介して所
定の断面形状を有し且つ所定の収束角で集光するように
整形されたビームは、位相格子4を介してx方向に沿っ
て回折次数の異なる複数のビームに分割される。位相格
子4を介して分割された各回折次数のビームは、固体レ
ーザ共振器6に内蔵されたレーザ結晶7の端面7aに達
する。このとき、第2実施例においても、位相格子4で
回折されることなくそのまま透過した0次光は、レーザ
結晶7の端面上において、x方向に沿って4つの励起光
領域を形成する。そして、レーザ結晶7の端面上におけ
る各励起光領域の位置および強度分布は、ワイドエリア
半導体レーザ1の各発光部の位置および強度分布と光学
的に対応する。
A beam having a predetermined cross-sectional shape via a shaped condensing optical system (12, 13) and shaped so as to be condensed at a predetermined convergence angle passes through a phase grating 4 along the x direction. And is split into a plurality of beams having different diffraction orders. The beams of the respective diffraction orders split via the phase grating 4 reach an end face 7 a of a laser crystal 7 built in the solid-state laser resonator 6. At this time, also in the second embodiment, the zero-order light transmitted as it is without being diffracted by the phase grating 4 forms four excitation light regions along the x direction on the end face of the laser crystal 7. The position and intensity distribution of each excitation light region on the end face of the laser crystal 7 optically correspond to the position and intensity distribution of each light emitting unit of the wide area semiconductor laser 1.

【0031】一方、位相格子4でx方向に沿って回折さ
れた各回折次数のビームは、0次光とは異なる光路に沿
ってレーザ結晶7の端面に達し、0次光によって形成さ
れる励起光領域からx方向に沿って位置ずれした励起光
領域を形成する。したがって、第2実施例においても、
位相格子4の作用を受けてレーザ結晶7の端面に形成さ
れる励起光強度分布の最大値は従来の励起光強度分布の
最大値よりも実質的に小さくなり、励起光強度分布の最
小値は従来の励起光強度分布の最小値よりも実質的に大
きくなる。
On the other hand, the beam of each diffraction order diffracted along the x direction by the phase grating 4 reaches the end face of the laser crystal 7 along an optical path different from the zero-order light, and is excited by the zero-order light. An excitation light region that is displaced along the x direction from the light region is formed. Therefore, also in the second embodiment,
The maximum value of the excitation light intensity distribution formed on the end face of the laser crystal 7 under the action of the phase grating 4 is substantially smaller than the maximum value of the conventional excitation light intensity distribution, and the minimum value of the excitation light intensity distribution is It is substantially larger than the conventional minimum value of the excitation light intensity distribution.

【0032】さらに、第2実施例においても、第1実施
例の数値例と同様に、位相格子4の特性および配置を適
切に設定することにより、レーザ結晶7の端面上におい
て、ほぼ一様な強度分布を有する励起光領域を形成する
ことができる。すなわち、第1実施例では位相格子4の
特性と球面レンズ5の焦点距離fとを適切に設定してい
るが、第2実施例では位相格子4とレーザ結晶7の端面
7aとの光軸AXに沿った距離Lと位相格子4の特性と
を適切に設定することにより、レーザ結晶7の端面上に
おいてほぼ一様な強度分布を有する励起光領域を形成す
ることができる。
Further, also in the second embodiment, similarly to the numerical example of the first embodiment, by setting the characteristics and arrangement of the phase grating 4 appropriately, an almost uniform surface on the end face of the laser crystal 7 can be obtained. An excitation light region having an intensity distribution can be formed. That is, in the first embodiment, the characteristics of the phase grating 4 and the focal length f of the spherical lens 5 are appropriately set, but in the second embodiment, the optical axis AX between the phase grating 4 and the end face 7a of the laser crystal 7 is set. By appropriately setting the distance L along and the characteristics of the phase grating 4, it is possible to form an excitation light region having a substantially uniform intensity distribution on the end face of the laser crystal 7.

【0033】なお、上述の第1実施例の数値例では、レ
ーザ結晶の端面上においてほぼ一様な強度分布を有する
励起光領域を形成している。しかしながら、位相格子の
作用により、励起光強度分布の最大値を実質的に小さく
するとともに、励起光強度分布の最小値を実質的に大き
くするだけで、本発明の作用効果を得られることはいう
までもない。また、上述の第1実施例および第2実施例
では、固体レーザ媒質の励起光入射側端面に励起光を集
光する場合を例にとって本発明を説明している。しかし
ながら、励起光の集光位置が固体レーザ媒質中のいずれ
かの位置であれば、本発明の作用効果を得ることが可能
である。励起光の集光位置として、固体レーザ出力がほ
ぼ最大になる位置を選ぶのが一般的である。
In the numerical example of the first embodiment, an excitation light region having a substantially uniform intensity distribution is formed on the end face of the laser crystal. However, the action and effect of the present invention can be obtained only by substantially reducing the maximum value of the excitation light intensity distribution and substantially increasing the minimum value of the excitation light intensity distribution by the action of the phase grating. Not even. In the first and second embodiments described above, the present invention has been described by taking as an example the case where the excitation light is focused on the end face of the solid-state laser medium on the excitation light incidence side. However, if the focus position of the excitation light is any position in the solid-state laser medium, the function and effect of the present invention can be obtained. In general, a position where the solid-state laser output becomes almost maximum is selected as a focus position of the excitation light.

【0034】さらに、上述の第1実施例および第2実施
例では、1つの方向に沿って配置された4つの発光部を
有するワイドエリア半導体レーザを例にとって本発明を
説明している。しかしながら、2つの方向に沿ってアレ
イ状に配置された発光部を有するワイドエリア半導体レ
ーザに対しても、2つの方向に沿って回折次数の異なる
複数のビームに分割する回折光学素子(たとえば2つの
位相格子)を用いて本発明の作用効果を得ることが可能
である。また、本発明において、ワイドエリア半導体レ
ーザの発光部の数について何ら限定されないことはいう
までもない。
Further, in the above-described first and second embodiments, the present invention is described by taking as an example a wide area semiconductor laser having four light emitting portions arranged along one direction. However, even for a wide-area semiconductor laser having light-emitting portions arranged in an array along two directions, a diffractive optical element (for example, two The operation and effect of the present invention can be obtained by using a phase grating. In the present invention, it goes without saying that the number of light emitting units of the wide area semiconductor laser is not limited at all.

【0035】図4は、本発明の半導体レーザ励起固体レ
ーザ装置を用いた紫外レーザ装置にかかる一実施例の構
成を概略的に示す斜視図である。本実施例は、本出願人
の出願にかかる特開平8−334803号公報に開示さ
れた紫外レーザ光源の半導体レーザ励起固体レーザ装置
に本発明の装置を適用した例である。図4に示すよう
に、本実施例の紫外レーザ装置20は、並列的に縦横配
置された100個のレーザユニット23を備えている。
各レーザユニット23は、半導体レーザ励起固体レーザ
装置21と、該レーザ装置21からの発振レーザ光を紫
外レーザ光に波長変換するための波長変換装置22とを
有する。半導体レーザ励起固体レーザ装置21として、
たとえば上述の第1実施例または第2実施例にかかる半
導体レーザ励起固体レーザ装置を使用することができ
る。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a configuration of an embodiment of an ultraviolet laser device using the semiconductor laser pumped solid-state laser device of the present invention. This embodiment is an example in which the device of the present invention is applied to a semiconductor laser-excited solid-state laser device of an ultraviolet laser light source disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-334803 filed by the present applicant. As shown in FIG. 4, the ultraviolet laser device 20 according to the present embodiment includes 100 laser units 23 arranged in parallel vertically and horizontally.
Each laser unit 23 has a semiconductor laser-excited solid-state laser device 21 and a wavelength conversion device 22 for converting the oscillation laser light from the laser device 21 into ultraviolet laser light. As the semiconductor laser pumped solid-state laser device 21,
For example, the semiconductor laser-excited solid-state laser device according to the above-described first or second embodiment can be used.

【0036】本実施例では、半導体レーザ励起固体レー
ザ装置21の固体レーザ媒質として、例えばNd:YV
4 (NdをドープしたYttrium Vanadate)を用いるこ
とができる。この場合、レーザ媒質(すなわちNd:Y
VO4 )の吸収スペクトルに応じて約809nmの励起
光を供給するレーザダイオードを使用し、半導体レーザ
励起固体レーザ装置21から1064nmの波長を有す
るレーザ光を発振させることができる。半導体レーザ励
起固体レーザ装置21から発振された1064nmの可
視レーザ光は、たとえば5倍波発生作用を有する波長変
換装置22を介して波長変換され、213nmの波長を
有する紫外レーザ光となって各レーザユニット23から
出力される。なお、波長変換装置22は、特開平8−3
34803号公報に示すように、第2高調波発生手段と
しての非線形光学結晶と和周波発生手段としての非線形
光学結晶との組み合せで構成することができる。
In this embodiment, the solid-state laser medium of the semiconductor laser-excited solid-state laser device 21 is, for example, Nd: YV
O 4 (Yttrium Vanadate doped with Nd) can be used. In this case, the laser medium (ie, Nd: Y
A laser diode having a wavelength of 1064 nm can be oscillated from the semiconductor laser-excited solid-state laser device 21 using a laser diode that supplies excitation light of about 809 nm according to the absorption spectrum of VO 4 ). The 1064 nm visible laser light oscillated from the semiconductor laser-excited solid-state laser device 21 is wavelength-converted through, for example, a wavelength converter 22 having a fifth harmonic generation action, and is converted into an ultraviolet laser light having a wavelength of 213 nm. Output from the unit 23. Note that the wavelength converter 22 is disclosed in
As shown in Japanese Patent No. 34803, a combination of a nonlinear optical crystal as the second harmonic generation means and a nonlinear optical crystal as the sum frequency generation means can be used.

【0037】本実施例の紫外レーザ装置20では、各レ
ーザユニット23からの紫外レーザ光の出力が小さくて
も、並列的に配置された所要数(本実施例では100
個)のレーザユニット23から出力された紫外レーザ光
を合成させているので、最終的に得られる紫外レーザ光
の出力を高くすることができる。また、本実施例の紫外
レーザ装置20では、並列的に配置された複数のレーザ
ユニット23から出力された紫外レーザ光を合成させて
いるので、最終的に得られる紫外レーザ光の空間的コヒ
ーレンスを低くすることができる。その結果、本実施例
では、たとえば半導体露光装置の光源として十分な出力
と低コヒーレンスとを備えた紫外レーザ装置を実現する
ことができる。
In the ultraviolet laser device 20 of the present embodiment, even if the output of the ultraviolet laser light from each laser unit 23 is small, a required number (100 in this embodiment)
), The output of the finally obtained ultraviolet laser light can be increased. Further, in the ultraviolet laser device 20 of the present embodiment, since the ultraviolet laser light output from the plurality of laser units 23 arranged in parallel is synthesized, the spatial coherence of the finally obtained ultraviolet laser light is reduced. Can be lower. As a result, in the present embodiment, for example, an ultraviolet laser device having a sufficient output and low coherence as a light source of a semiconductor exposure apparatus can be realized.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置によれば、励起光学系中に設け
られた位相格子の作用により、励起光強度分布の最大値
を実質的に小さくすることができるので、高いピーク光
強度による吸収飽和に起因する励起効率の低下を回避す
ることができる。また、励起光強度分布の最小値を実質
的に大きくすることができるので、3準位系の固体レー
ザ媒質を用いる場合にも、励起光強度の谷でのレーザ光
の吸収に起因する励起効率の低下を回避することができ
る。その結果、本発明では、ワイドエリア半導体レーザ
を用いた半導体レーザ励起固体レーザ装置において、固
体レーザ媒質の端面を効率良く励起することができる。
また、本発明では、高価なファイバーカップリングが要
求されないので、コスト的に有利な半導体レーザ励起固
体レーザ装置を実現することができる。
As described above, according to the semiconductor laser-excited solid-state laser device of the present invention, the maximum value of the excitation light intensity distribution is substantially reduced by the action of the phase grating provided in the excitation optical system. Therefore, it is possible to avoid a decrease in the excitation efficiency due to the absorption saturation due to the high peak light intensity. In addition, since the minimum value of the excitation light intensity distribution can be substantially increased, even when a three-level solid-state laser medium is used, the excitation efficiency caused by the absorption of the laser light at the excitation light intensity valley can be improved. Can be avoided. As a result, according to the present invention, in a semiconductor laser-excited solid-state laser device using a wide-area semiconductor laser, the end face of the solid-state laser medium can be efficiently excited.
Further, according to the present invention, an expensive fiber coupling is not required, so that a semiconductor laser-excited solid-state laser device which is advantageous in terms of cost can be realized.

【0039】また、本発明の半導体レーザ励起固体レー
ザ装置と該レーザ装置からの発振光を紫外光に波長変換
するための波長変換装置とを有するレーザユニットを並
列的に複数配置することによって、紫外レーザ装置を構
成することができる。この場合、各レーザユニットから
出力された紫外レーザ光を合成させると、最終的に得ら
れる紫外レーザ光の出力を高くするとともに空間的コヒ
ーレンスを低くすることができる。その結果、本発明の
紫外レーザ装置は、たとえば半導体露光装置の光源とし
て十分な出力と低コヒーレンスとを備えた紫外レーザ光
を供給することができる。
Further, by arranging a plurality of laser units having the semiconductor laser-excited solid-state laser device of the present invention and a wavelength conversion device for wavelength-converting oscillation light from the laser device into ultraviolet light, a plurality of laser units are arranged in parallel. A laser device can be configured. In this case, when the ultraviolet laser light output from each laser unit is combined, the output of the finally obtained ultraviolet laser light can be increased and the spatial coherence can be reduced. As a result, the ultraviolet laser device of the present invention can supply an ultraviolet laser beam having sufficient output and low coherence as a light source of a semiconductor exposure apparatus, for example.

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

【図1】本発明の第1実施例にかかる半導体レーザ励起
固体レーザ装置の構成を概略的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor laser pumped solid-state laser device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施例の数値例における本発明の効果を説
明する図であって、(a)は位相格子4を備えている第
1実施例の数値例における励起光強度分布を、(b)は
位相格子4を備えていない従来例における励起光強度分
布を、(c)はy=0における数値例の励起光強度分布
と従来例の励起光強度分布との比較をそれぞれ示してい
る。
FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating an effect of the present invention in a numerical example of the first embodiment, and FIG. 2A illustrates an excitation light intensity distribution in a numerical example of the first embodiment including the phase grating 4; (b) shows the excitation light intensity distribution of the conventional example without the phase grating 4, and (c) shows the comparison between the excitation light intensity distribution of the numerical example at y = 0 and the excitation light intensity distribution of the conventional example. .

【図3】本発明の第2実施例にかかる半導体レーザ励起
固体レーザ装置の構成を概略的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor laser pumped solid-state laser device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置を用
いた紫外レーザ装置にかかる一実施例の構成を概略的に
示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a configuration of an embodiment according to an ultraviolet laser device using the semiconductor laser pumped solid-state laser device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ワイドエリア半導体レーザ 2、12 ファイバーレンズ(あるいはロッドレンズ) 3、13 シリンドリカルレンズ 4 位相格子 5 球面レンズ 6 固体レーザ共振器 7 レーザ結晶 8 凹面反射鏡 20 紫外レーザ装置 21 半導体レーザ励起固体レーザ装置 22 波長変換装置 23 レーザユニット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wide-area semiconductor laser 2, 12 Fiber lens (or rod lens) 3, 13 Cylindrical lens 4 Phase grating 5 Spherical lens 6 Solid-state laser resonator 7 Laser crystal 8 Concave reflector 20 Ultraviolet laser device 21 Semiconductor laser-excited solid-state laser device 22 Wavelength converter 23 Laser unit

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定方向に沿って間隔を隔てて配置され
た複数の発光部を有する半導体レーザからのビームを励
起光学系を介して固体レーザ媒質中に集光し、前記固体
レーザ媒質を光励起することによってレーザ発振する半
導体レーザ励起固体レーザ装置において、 前記励起光学系は、前記半導体レーザの複数の発光部か
らのビームを前記所定方向と光学的に対応する方向に沿
って回折次数の異なる複数のビームに分割するための回
折光学素子を有することを特徴とする半導体レーザ励起
固体レーザ装置。
1. A laser beam from a semiconductor laser having a plurality of light-emitting portions arranged at intervals along a predetermined direction is condensed into a solid-state laser medium via an excitation optical system, and the solid-state laser medium is optically pumped. A semiconductor laser-excited solid-state laser device that oscillates a laser beam by performing a laser beam oscillation from the plurality of light-emitting units of the semiconductor laser along a direction optically corresponding to the predetermined direction. 1. A semiconductor laser-excited solid-state laser device, comprising: a diffractive optical element for splitting a laser beam.
【請求項2】 前記励起光学系は、 前記半導体レーザの複数の発光部からのビームを全体的
に所定の断面形状を有する平行ビームに整形するための
整形光学系と、 前記整形光学系を介したビームを回折次数の異なる複数
のビームに分割するための位相格子と、 前記位相格子を介して分割された各回折次数のビームを
集光するための集光光学系とを有することを特徴とする
請求項1に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
2. An excitation optical system, comprising: a shaping optical system for shaping beams from a plurality of light emitting units of the semiconductor laser into a parallel beam having a predetermined cross-sectional shape as a whole; and the shaping optical system. A phase grating for splitting the split beam into a plurality of beams having different diffraction orders, and a focusing optical system for collecting the beams of the respective diffraction orders split via the phase grating. The solid-state laser device excited by a semiconductor laser according to claim 1.
【請求項3】 前記励起光学系は、 前記半導体レーザの複数の発光部からのビームを全体的
に所定の断面形状を有するビームに整形するとともに前
記固体レーザ媒質の端面に向かって所定の収束角で集光
させるための整形集光光学系と、 前記整形集光光学系を介したビームを回折次数の異なる
複数のビームに分割するための位相格子とを有すること
を特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ励起固体レ
ーザ装置。
3. The excitation optical system, wherein the beam from the plurality of light-emitting portions of the semiconductor laser is shaped into a beam having a predetermined cross-sectional shape as a whole, and a predetermined convergence angle toward an end face of the solid-state laser medium. A shaped condensing optical system for condensing the light beam by a light source; and a phase grating for splitting a beam passing through the shaped condensing light optical system into a plurality of beams having different diffraction orders. 22. A solid-state laser device excited by the semiconductor laser according to the above.
【請求項4】 前記請求項1乃至3のいずれか1項に記
載された半導体レーザ励起固体レーザ装置と、前記半導
体レーザ励起固体レーザ装置からの発振光を紫外光に波
長変換するための波長変換装置とを有するレーザユニッ
トを並列的に複数配置することによって構成されている
ことを特徴とする紫外レーザ装置。
4. A semiconductor laser-excited solid-state laser device according to claim 1, and a wavelength converter for converting oscillation light from the semiconductor laser-excited solid-state laser device into ultraviolet light. An ultraviolet laser device comprising: a plurality of laser units each having the device.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003502849A (en) * 1999-06-11 2003-01-21 コプフ、ダニエル High power and high gain saturated diode pumping laser means and diode array pumping device
JP2003198017A (en) * 2001-12-10 2003-07-11 Daniel Kopf Laser device for pumping solid-state laser medium
JP2018181991A (en) * 2017-04-10 2018-11-15 株式会社島津製作所 Solid-state laser device

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