JPH1068905A - 半導体レーザの発光パターン補正方法、補正用光学系及び固体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザの発光パターン補正方法、補正用光学系及び固体レーザ装置Info
- Publication number
- JPH1068905A JPH1068905A JP22502896A JP22502896A JPH1068905A JP H1068905 A JPH1068905 A JP H1068905A JP 22502896 A JP22502896 A JP 22502896A JP 22502896 A JP22502896 A JP 22502896A JP H1068905 A JPH1068905 A JP H1068905A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor laser
- lens system
- lens
- optical system
- light beam
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- Pending
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザから発する光束の断面光強度分
布のアスペクト比を１に補正するかもしくは近づける光
学系を構成するレンズ枚数を従来より削減する。 【構成】 半導体レーザから出射される発散光束を第１
レンズ系及び後続する第２レンズ系を用いて集束・発散
させる発光パターン補正方法において、前記半導体レー
ザの活性層に平行な方向をｘ方向とし、垂直な方向をｙ
方向とした場合に、ｘ方向に関しては第１レンズ系及び
第２レンズ系のそれぞれにおいて前記半導体レーザから
の発散光束を収束させずに通過させ、ｙ方向に関しては
第１レンズ系において前記半導体レーザからの発散光束
を収束させ第２レンズ系において前記収束光を発散させ
ることによって、半導体レーザの発光パターン形状を真
円に補正することを特徴とする半導体レーザの発光パタ
ーン補正方法である。
布のアスペクト比を１に補正するかもしくは近づける光
学系を構成するレンズ枚数を従来より削減する。 【構成】 半導体レーザから出射される発散光束を第１
レンズ系及び後続する第２レンズ系を用いて集束・発散
させる発光パターン補正方法において、前記半導体レー
ザの活性層に平行な方向をｘ方向とし、垂直な方向をｙ
方向とした場合に、ｘ方向に関しては第１レンズ系及び
第２レンズ系のそれぞれにおいて前記半導体レーザから
の発散光束を収束させずに通過させ、ｙ方向に関しては
第１レンズ系において前記半導体レーザからの発散光束
を収束させ第２レンズ系において前記収束光を発散させ
ることによって、半導体レーザの発光パターン形状を真
円に補正することを特徴とする半導体レーザの発光パタ
ーン補正方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームプリ
ンタ等の光応用装置に用いられる半導体レーザを励起光
源とする固体レーザ装置に関し、特に半導体レーザビー
ムの補正に関する。
ンタ等の光応用装置に用いられる半導体レーザを励起光
源とする固体レーザ装置に関し、特に半導体レーザビー
ムの補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年半導体レーザを励起光源として固体
レーザ結晶を励起し、レーザ発振させる固体レーザ装置
が利用されている。半導体レーザから発する矩型もしく
は楕円形状の断面光強度分布を真円に補正するか、もし
くは近づけることにより固体レーザの励起効率が向上
し、レーザ発振の閾値を低下させかつスロープ効率を向
上させることができる。そのためこのような半導体レー
ザ装置では楕円発光パターンを補正する光学系が必要で
ある。このような半導体レーザ装置で楕円発光パターン
の補正をおこない、固体レーザを励起する現在までに利
用されている光学系は２種類ある。
レーザ結晶を励起し、レーザ発振させる固体レーザ装置
が利用されている。半導体レーザから発する矩型もしく
は楕円形状の断面光強度分布を真円に補正するか、もし
くは近づけることにより固体レーザの励起効率が向上
し、レーザ発振の閾値を低下させかつスロープ効率を向
上させることができる。そのためこのような半導体レー
ザ装置では楕円発光パターンを補正する光学系が必要で
ある。このような半導体レーザ装置で楕円発光パターン
の補正をおこない、固体レーザを励起する現在までに利
用されている光学系は２種類ある。
【０００３】第１の方法であるプリズム方式の基本構成
を図２に示す。半導体レーザ１から出射し発散する光束
をコリメータと呼ばれるレンズ系５により平行光束とす
る。その後アナモリフィックプリズムペア６によって半
導体レーザの活性層と平行方向に関してビームを屈折さ
せて平行方向のビーム径のみを拡大し、ビームの断面強
度分布のアスペクト比の補正をおこなう。光軸を平行に
するためプリズムを２個使用する。最後に真円形状に近
づいた平行光束をフォーカスレンズ系４により微小スポ
ットに集光する。
を図２に示す。半導体レーザ１から出射し発散する光束
をコリメータと呼ばれるレンズ系５により平行光束とす
る。その後アナモリフィックプリズムペア６によって半
導体レーザの活性層と平行方向に関してビームを屈折さ
せて平行方向のビーム径のみを拡大し、ビームの断面強
度分布のアスペクト比の補正をおこなう。光軸を平行に
するためプリズムを２個使用する。最後に真円形状に近
づいた平行光束をフォーカスレンズ系４により微小スポ
ットに集光する。
【０００４】第２の方法であるシリンドリカルレンズ方
式の基本構成を図３に示す。半導体レーザ１から出射し
発散する光束をコリメータ５により平行光束とする。そ
の後シリンドリカルレンズ系７により半導体レーザの活
性層と平行方向に関してビームの発散をおこないさらに
シリンドリカルレンズ系８により半導体レーザの活性層
と平行方向に関してビームを収束させて平行方向のビー
ム径のみを拡大し、ビームの断面強度分布のアスペクト
比の補正をおこなう。最後に真円形状に近づいた平行光
束をフォーカスレンズ系４により微小スポットに集光す
る。以上のプリズム方式とシリンドリカルレンズ方式の
楕円率補正の方法では、それらの基本構成である図２と
図３から明らかなように最低４個の光学素子が必要であ
る。そのため、これらの方法を用いる限り３個以下の光
学素子で補正光学系を構成することは不可能である。
式の基本構成を図３に示す。半導体レーザ１から出射し
発散する光束をコリメータ５により平行光束とする。そ
の後シリンドリカルレンズ系７により半導体レーザの活
性層と平行方向に関してビームの発散をおこないさらに
シリンドリカルレンズ系８により半導体レーザの活性層
と平行方向に関してビームを収束させて平行方向のビー
ム径のみを拡大し、ビームの断面強度分布のアスペクト
比の補正をおこなう。最後に真円形状に近づいた平行光
束をフォーカスレンズ系４により微小スポットに集光す
る。以上のプリズム方式とシリンドリカルレンズ方式の
楕円率補正の方法では、それらの基本構成である図２と
図３から明らかなように最低４個の光学素子が必要であ
る。そのため、これらの方法を用いる限り３個以下の光
学素子で補正光学系を構成することは不可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は半導体レーザ
の楕円発光パターンを真円に補正するかもしくは近づけ
ることのできる光学系の光学素子数の削減をおこなうも
のである。
の楕円発光パターンを真円に補正するかもしくは近づけ
ることのできる光学系の光学素子数の削減をおこなうも
のである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】課題を解決するため、本
発明者らはコリメータと呼ばれるレンズ系をなくすこと
で光学素子数の削減をおこなった。本発明の構造は、半
導体レーザから出射される発散光束を第１レンズ系及び
後続する第２レンズ系を用いて収束・発散させる補正用
光学系において、前記半導体レーザの活性層に平行な方
向をｘ方向とし、垂直な方向をｙ方向とした場合に、前
記第１レンズ系はｘ方向に関しては前記半導体レーザか
らの発散光束を収束させずに通過させ、ｙ方向に関して
は前記半導体レーザからの発散光束を収束させ、前記第
２レンズ系においてはｘ方向に関して前記半導体レーザ
からの発散光束を収束させずに通過させ、ｙ方向に関し
ては前記第１レンズ系からの収束光を発散させることに
よって、半導体レーザの発光パターン形状を真円に補正
することを特徴とする半導体レーザの補正用光学系であ
る。
発明者らはコリメータと呼ばれるレンズ系をなくすこと
で光学素子数の削減をおこなった。本発明の構造は、半
導体レーザから出射される発散光束を第１レンズ系及び
後続する第２レンズ系を用いて収束・発散させる補正用
光学系において、前記半導体レーザの活性層に平行な方
向をｘ方向とし、垂直な方向をｙ方向とした場合に、前
記第１レンズ系はｘ方向に関しては前記半導体レーザか
らの発散光束を収束させずに通過させ、ｙ方向に関して
は前記半導体レーザからの発散光束を収束させ、前記第
２レンズ系においてはｘ方向に関して前記半導体レーザ
からの発散光束を収束させずに通過させ、ｙ方向に関し
ては前記第１レンズ系からの収束光を発散させることに
よって、半導体レーザの発光パターン形状を真円に補正
することを特徴とする半導体レーザの補正用光学系であ
る。
【０００７】本発明は従来のようにコリメータを使用し
ないので、半導体レーザからの発散光の状態のまま楕円
形状を真円に補正する必要がある。本光学系の基本構成
を図１に示す。半導体レーザ１からの発散光を直接２つ
のレンズ系２と３によって、補正する。この二つのレン
ズ系では半導体レーザ活性層に平行な方向ｘに関しては
収束させずに通過させ、垂直な方向ｙに関しては収束・
発散させて、ｘ方向のビーム直径Ｄｘとｙ方向のビーム
直径Ｄｙから計算されるアスペクト比ｍ＝Ｄｙ／Ｄｘを
１に近づける。こうして、コリメータを使用せずに楕円
発光パターンのアスペクト比を１に補正するかもしくは
近づけることができる。最後にフォーカスレンズ系４に
より微小スポットに集光する。そのため最低のレンズ枚
数は３枚とすることができる。
ないので、半導体レーザからの発散光の状態のまま楕円
形状を真円に補正する必要がある。本光学系の基本構成
を図１に示す。半導体レーザ１からの発散光を直接２つ
のレンズ系２と３によって、補正する。この二つのレン
ズ系では半導体レーザ活性層に平行な方向ｘに関しては
収束させずに通過させ、垂直な方向ｙに関しては収束・
発散させて、ｘ方向のビーム直径Ｄｘとｙ方向のビーム
直径Ｄｙから計算されるアスペクト比ｍ＝Ｄｙ／Ｄｘを
１に近づける。こうして、コリメータを使用せずに楕円
発光パターンのアスペクト比を１に補正するかもしくは
近づけることができる。最後にフォーカスレンズ系４に
より微小スポットに集光する。そのため最低のレンズ枚
数は３枚とすることができる。
【０００８】半導体レーザの活性層に平行な方向ｘに関
して発散ビームを収束させずにレンズを通過させるた
め、シリンドリカルレンズやトーリックレンズを用い
る。ここでトーリックレンズとは、図４に示すように、
曲面の頂点を通り互いに直交する座標ｘとｙで測った曲
面の曲率Ｃｘ（≠０）とＣｙ（≠０）が異なる値をとる
場合の曲面もしくはその一部分の曲面として定義される
トーリック面を少なくとも１面有するレンズのことであ
る。
して発散ビームを収束させずにレンズを通過させるた
め、シリンドリカルレンズやトーリックレンズを用い
る。ここでトーリックレンズとは、図４に示すように、
曲面の頂点を通り互いに直交する座標ｘとｙで測った曲
面の曲率Ｃｘ（≠０）とＣｙ（≠０）が異なる値をとる
場合の曲面もしくはその一部分の曲面として定義される
トーリック面を少なくとも１面有するレンズのことであ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】半導体レーザの活性層に垂直な方
向ｙの拡がり角θｙ＝３０゜、水平な方向ｘの拡がり角
θｘ＝１０゜を仮定し、アスペクト比ｍ＝Ｗｙ／Ｗｘ≒
θｙ／θｘ＝３を１に近づける集光光学系を設計した。
設計された光学系の概略図を図５に示す。図５の基本的
構成は、本発明の基本構成を示す図１と同じである。半
導体レーザ光の波長は６８０ｎｍと仮定した。レンズパ
ラメータの設計結果を表１に示す。
向ｙの拡がり角θｙ＝３０゜、水平な方向ｘの拡がり角
θｘ＝１０゜を仮定し、アスペクト比ｍ＝Ｗｙ／Ｗｘ≒
θｙ／θｘ＝３を１に近づける集光光学系を設計した。
設計された光学系の概略図を図５に示す。図５の基本的
構成は、本発明の基本構成を示す図１と同じである。半
導体レーザ光の波長は６８０ｎｍと仮定した。レンズパ
ラメータの設計結果を表１に示す。
【００１０】
【表１】
【００１１】第１のレンズ９は１枚のトーリックレンズ
でレンズ材質はＳＦＳ１ガラスとした。第２のレンズ１
０は１枚のシリンドリカルレンズでレンズ材質はＳＦ２
ガラスとした。第３のレンズ１１は１枚の平凸レンズで
レンズ材質はＳＦＳ１とした。半導体レーザ１の出射端
面と第１レンズ９との距離は２ｍｍとした。図５に示す
光学系を構成し焦点における微小スポットの断面光強度
分布のアスペクト比ｍ＝Ｗｙ／Ｗｘを評価した。第３の
レンズ１１の出射面と焦点との距離は２８．０ｍｍとな
った。集光ビーム直径は、Ｗｘ＝１６．６μｍ、Ｗｙ＝
２０．５μｍとなり、アスペクト比ｍ＝Ｗｙ／Ｗｘ＝
１．２３であり集光状態でのビーム形状はほぼ真円とな
った。
でレンズ材質はＳＦＳ１ガラスとした。第２のレンズ１
０は１枚のシリンドリカルレンズでレンズ材質はＳＦ２
ガラスとした。第３のレンズ１１は１枚の平凸レンズで
レンズ材質はＳＦＳ１とした。半導体レーザ１の出射端
面と第１レンズ９との距離は２ｍｍとした。図５に示す
光学系を構成し焦点における微小スポットの断面光強度
分布のアスペクト比ｍ＝Ｗｙ／Ｗｘを評価した。第３の
レンズ１１の出射面と焦点との距離は２８．０ｍｍとな
った。集光ビーム直径は、Ｗｘ＝１６．６μｍ、Ｗｙ＝
２０．５μｍとなり、アスペクト比ｍ＝Ｗｙ／Ｗｘ＝
１．２３であり集光状態でのビーム形状はほぼ真円とな
った。
【００１２】
【発明の効果】以上のように、本発明を用いることによ
り光学系を３つのレンズで構成することができる。一
方、アナモリフィックプリズムペアもしくはシリンドリ
カルレンズによる光学系は最低４つの光学素子で成立す
る。このように本発明によれば光学素子数を１つ削減す
ることができる。
り光学系を３つのレンズで構成することができる。一
方、アナモリフィックプリズムペアもしくはシリンドリ
カルレンズによる光学系は最低４つの光学素子で成立す
る。このように本発明によれば光学素子数を１つ削減す
ることができる。
【図１】本発明の光学系の基本構成である。
【図２】従来のアナモリフィックプリズムペアによる方
法の基本構成である。
法の基本構成である。
【図３】従来のシリンドリカルレンズによる方法の基本
構成である。
構成である。
【図４】トーリック面の説明図である。
【図５】実施例の光学系の構成図である。
１ 半導体レーザ、２ 第１のレンズ系、３ 第２のレ
ンズ系、４ フォーカスレンズ系、５ コリメータ、６
アナモリフィックプリズムペア、７ 第１のレンズ
系、８ 第２のレンズ系、９ 第１レンズ、１０ 第２
レンズ、１１ 第３レンズ。
ンズ系、４ フォーカスレンズ系、５ コリメータ、６
アナモリフィックプリズムペア、７ 第１のレンズ
系、８ 第２のレンズ系、９ 第１レンズ、１０ 第２
レンズ、１１ 第３レンズ。
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体レーザから出射される発散光束を
第１レンズ系及び後続する第２レンズ系を用いて収束・
発散させる発光パターン補正方法において、前記半導体
レーザの活性層に平行な方向をｘ方向とし、垂直な方向
をｙ方向とした場合に、ｘ方向に関しては第１レンズ系
及び第２レンズ系のそれぞれにおいて前記半導体レーザ
からの発散光束を収束させずに通過させ、ｙ方向に関し
ては第１レンズ系において前記半導体レーザからの発散
光束を収束させ第２レンズ系において前記収束光を発散
させることによって、半導体レーザの発光パターン形状
を真円に補正することを特徴とする半導体レーザの発光
パターン補正方法。 - 【請求項２】 半導体レーザから出射される発散光束を
第１レンズ系及び後続する第２レンズ系を用いて収束・
発散させる補正用光学系において、前記半導体レーザの
活性層に平行な方向をｘ方向とし、垂直な方向をｙ方向
とした場合に、前記第１レンズ系はｘ方向に関しては前
記半導体レーザからの発散光束を収束させずに通過さ
せ、ｙ方向に関しては前記半導体レーザからの発散光束
を収束させ、前記第２レンズ系においてはｘ方向に関し
て前記半導体レーザからの発散光束を収束させずに通過
させ、ｙ方向に関しては前記第１レンズ系からの収束光
を発散させることによって、半導体レーザの発光パター
ン形状を真円に補正することを特徴とする半導体レーザ
の補正用光学系。 - 【請求項３】 前記第１レンズ系と第２レンズ系の少な
くとも一つがトーリックレンズを含むことを特徴とする
請求項２に記載の半導体レーザの補正用光学系。 - 【請求項４】 前記第１レンズ系と第２レンズ系が、ｘ
方向のレンズの曲率が０であるシリンドリカルレンズを
少なくとも一枚含むことを特徴とする請求項２又は請求
項３に記載の半導体レーザの補正用光学系。 - 【請求項５】 請求項２乃至請求項４のいずれかに記載
の半導体レーザの補正用光学系を励起光学系の一部とし
て使用したことを特徴とする固体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22502896A JPH1068905A (ja) | 1996-08-27 | 1996-08-27 | 半導体レーザの発光パターン補正方法、補正用光学系及び固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22502896A JPH1068905A (ja) | 1996-08-27 | 1996-08-27 | 半導体レーザの発光パターン補正方法、補正用光学系及び固体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1068905A true JPH1068905A (ja) | 1998-03-10 |
Family
ID=16822938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22502896A Pending JPH1068905A (ja) | 1996-08-27 | 1996-08-27 | 半導体レーザの発光パターン補正方法、補正用光学系及び固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1068905A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102566324A (zh) * | 2005-08-31 | 2012-07-11 | Asml荷兰有限公司 | 光刻装置和补偿中间掩模版引入的cdu的器件制造方法 |
-
1996
- 1996-08-27 JP JP22502896A patent/JPH1068905A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102566324A (zh) * | 2005-08-31 | 2012-07-11 | Asml荷兰有限公司 | 光刻装置和补偿中间掩模版引入的cdu的器件制造方法 |
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