JPH1117255A - 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 - Google Patents
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Info
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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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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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。 【解決手段】 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（１）からのビー
ムを励起光学系（２〜５）を介して固体レーザ媒質
（７）の端面上に集光し、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。ここで、励起光学系は、
半導体レーザの複数の発光部からのビームを所定方向と
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（４）を有する。
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。 【解決手段】 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（１）からのビー
ムを励起光学系（２〜５）を介して固体レーザ媒質
（７）の端面上に集光し、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。ここで、励起光学系は、
半導体レーザの複数の発光部からのビームを所定方向と
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（４）を有する。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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）
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）
【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。
q （ｍ）は、次の式（２）で表される。
【数１】 ここで、Ｊq は、次数ｑの第一種Bessel関数である。
【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。
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。
【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 は
入射励起光の波長）であり、ｄは位相格子４の厚さであ
る。
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 は
入射励起光の波長）であり、ｄは位相格子４の厚さであ
る。
【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）
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）
【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）
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）
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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
Ｏ4 （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。
ザ装置２１の固体レーザ媒質として、例えばＮｄ：ＹＶ
Ｏ4 （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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
固体レーザ装置の構成を概略的に示す図である。
【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。
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。
固体レーザ装置の構成を概略的に示す図である。
【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。
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。
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
Claims (4)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9184447A JPH1117255A (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9184447A JPH1117255A (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | 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 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1117255A true JPH1117255A (ja) | 1999-01-22 |
Family
ID=16153315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9184447A Pending JPH1117255A (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1117255A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003502849A (ja) * | 1999-06-11 | 2003-01-21 | コプフ、ダニエル | 高パワーおよび高利得飽和ダイオードポンピングレーザ手段およびダイオードアレイポンピングデバイス |
| JP2003198017A (ja) * | 2001-12-10 | 2003-07-11 | Daniel Kopf | 固体レーザ媒体ポンピング用レーザ装置 |
| JP2018181991A (ja) * | 2017-04-10 | 2018-11-15 | 株式会社島津製作所 | 固体レーザ装置 |
-
1997
- 1997-06-25 JP JP9184447A patent/JPH1117255A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003502849A (ja) * | 1999-06-11 | 2003-01-21 | コプフ、ダニエル | 高パワーおよび高利得飽和ダイオードポンピングレーザ手段およびダイオードアレイポンピングデバイス |
| JP2003198017A (ja) * | 2001-12-10 | 2003-07-11 | Daniel Kopf | 固体レーザ媒体ポンピング用レーザ装置 |
| JP2018181991A (ja) * | 2017-04-10 | 2018-11-15 | 株式会社島津製作所 | 固体レーザ装置 |
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