(57)【要約】【課題】複数の半導体レーザ素子と、マルチモード光ファイバと、複数の半導体レーザ素子からそれぞれ出射されたレーザビームを集光しマルチモード光ファイバの入射端に結合させる集光光学系とを備えてなるレーザ装置において、低コストで高い出力と信頼性を得る。【解決手段】銅または銅合金からなるヒートブロック（放熱ブロック）１０上に配列固定された７個のチップ状態の横シングルモードシングルキャビティＧａＮ系半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７およびＬＤ８と、コリメータレンズ１１と、集光レンズ１２と、１本のマルチモード光ファイバ１３と、マルチモード光ファイバ１３とからなるレーザ装置の光ファイバの出射端に直方体のガラス１４が融着されている。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体レーザ素子と、マルチモード光ファイバと、前記複数の半導体レーザ素子からそれぞれ出射されたレーザビームを集光し前記マルチモード光ファイバの入射端に結合させる集光光学系とを備えてなるレーザ装置において、
前記マルチモード光ファイバの出射端に、該出射端を大気から保護するとともに、前記出射端から所定以上の距離をおいて設けられた出射窓を有する保護手段が設けられていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記保護手段が、前記出射端に固着された、少なくとも固着される面と対向する他方の面を有する透明体であり、前記出射窓が前記他方の面であることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記保護手段が、内部に前記出射端を含むように前記出射端近傍に取付けられた、不活性ガスにより気密封止された密閉容器であり、前記出射窓が前記密閉容器に前記出射端と対向する位置に設けられたガラス窓であることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記保護手段が、内部に前記出射端を含むように前記出射端近傍に取付けられた、不活性ガスを流動させるための気体循環装置に連結された排気口と給気口とを備えた密閉容器であり、前記出射窓が前記密閉容器に前記出射端と対向する位置に設けられたガラス窓であることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記気体循環装置に、前記排気口より排気されたガスに含まれる汚染物質を除去するためのフィルターを備えたことを特徴とする請求項４記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記出射端のコア径が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記半導体レーザ素子がＧａＮ系の半導体からなるものであることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ装置に関し、特に、複数の半導体レーザ素子から発せられたレーザビームを集光光学系により光ファイバーに合波するレーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、紫外域のレーザービームを発生させる装置として、半導体レーザー励起固体レーザーから発せられた赤外光を紫外域の第３高調波に変換する波長変換レーザーや、エキシマレーザーや、Ａｒレーザーが実用に供されている。一方、４００ｎｍ近傍の波長のレーザービームを発するＧａＮ系半導体レーザ素子も提供されている。
【０００３】
このような波長のレーザービームを発する光源は、３５０〜４２０ｎｍの紫外領域を含んだ所定の波長域（以下「紫外域」という）に感度を有する感光材料を露光する露光装置において、露光用光源として適用することも考えられている。その場合の露光用光源は、当然ながら、感光材料を感光させるのに十分な出力を備えることが要求されている。
【０００４】
しかし上記エキシマレーザーは、装置が大型で、コストやメンテナンスコストも高いという問題がある。
【０００５】
また、赤外光を紫外域の第３高調波に変換する波長変換レーザーは、波長変換効率が非常に低いことから、高出力を得るのは極めて困難になっている。そしてこのような波長変換レーザーは、高価な光波長変換素子を用いるために、コストがかなり高いものとなっている。
【０００６】
またＡｒレーザーは電気−光効率が０．００５％と非常に低く、寿命が１０００時間程度と非常に短いという問題がある。
【０００７】
一方、ＧａＮ系半導体レーザーについては、低転位のＧａＮ結晶基板が得られないことから、ＥＬＯＧという成長方法によって約５μｍ程度の低転位領域を作り出し、その上にレーザー領域を形成して高出力化と高信頼性を実現する試みがなされている。しかし、こうして作製されるＧａＮ系半導体レーザーにおいても、大面積に亘って低転位の基板を得るのが難しいので、５００ｍＷ〜１Ｗ級の高出力なものは未だ商品化されていない。
【０００８】
そこで、複数の半導体レーザ素子と、１本のマルチモード光ファイバと、複数の半導体レーザ素子から出射されたレーザビームをマルチモード光ファイバに合波する、高出力化が可能な合波レーザ光源が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
しかし、このような合波レーザ光源において、密閉容器内に残存する汚染物質が半導体レーザ素子の出射端面、レンズおよび光ファイバ等の光学部品に付着して、レーザ特性を劣化させるという問題がある。汚染物質の１つとしては、製造工程の雰囲気中から混入する炭化水素化合物等が挙げられ、この炭化水素が、レーザ光により重合あるいは分解されて分解物が付着し、出力の向上を妨げることが知られている。
【００１０】
また、空中を浮遊している低分子シロキサンが紫外線による光化学反応で酸素と反応し、光学ガラス窓部品にＳｉＯｘの形で堆積、付着することが開示されており、このため、大気と接する「窓」部材の定期的な交換を推奨している（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
そこで、汚染物質の付着等の問題を解決するために、炭化水素化合物等を分解することを目的とした酸素を１００ｐｐｍ以上封止ガスに混入させることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１２】
また、４００ｎｍ以下の紫外線を光学部品に照射する光学系において、光学部品の雰囲気を９９．９％以上の窒素とすることが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【００１３】
また、レーザ装置内の油分等を脱脂、洗浄することが提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−２０２４４２号公報
【００１５】
【特許文献２】
特開平１１−５４８５２号公報
【００１６】
【特許文献３】
米国特許５３９２３０５号公報
【００１７】
【特許文献４】
特開平１１−１６７１３２号公報
【００１８】
【特許文献５】
特開１１−８７８１４号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献４に記載のような、外部共振器部分を有する紫外線発生光学系において、外部共振器内を９９．９％以上の窒素でパージするには、高純度窒素を供給するための高額な設備を必要とするため、レーザ装置の高コスト化を免れない。
【００２０】
一方、本出願人による特願２００２−１０１７２２号において、発振波長が３５０〜４５０ｎｍの半導体レーザ素子を含むモジュールでは、封止雰囲気の酸素濃度が高くなり過ぎると、却ってレーザ特性が劣化することが判明したことが記載されている。
【００２１】
レーザモジュールに使用する半導体レーザ素子の発振波長を４１０ｎｍ、８１０ｎｍ、９８０ｎｍと変更し、特許文献５に記載されているような洗浄工程を実施したレーザモジュールを用いて、封止雰囲気中の酸素濃度に対する信頼性の変化を評価したところ、波長４１０ｎｍの半導体レーザ素子を用いたレーザモジュールでは、経時モジュール劣化速度の酸素濃度に対する依存性は、波長８１０ｎｍ、波長９８０ｎｍの赤外波長を用いたモジュールに見られるような、酸素濃度増加に伴うレーザ特性の改良効果が見られなかった。
【００２２】
すなわち、波長８１０ｎｍ、９８０ｎｍの赤外波長のレーザ光に対しては、モジュール内ファイバ入射端面、レンズ等、レーザ光路上に存在する光学部品表面に堆積する炭化水素系有機化合物の分解反応が、酸素濃度の増加とともに活発になり、経時信頼性の向上が見られる。これに対し、波長４１０ｎｍのレーザ光に対しては、酸素濃度が１００ｐｐｍ以上になると逆に信頼性が悪くなる。
【００２３】
これは、酸素濃度が１００ｐｐｍ以上の領域では、ファイバ端面集光部におけるケイ素化合物の堆積が顕在化することによる。このケイ素化合物の堆積物も炭化水素化合物と同様に、光学的な吸収を発生させるため、連続発振における経時信頼性が著しく損なわれる。
【００２４】
すなわち、レーザ光と炭化水素ガスの反応により生成される炭化水素堆積物は、一定量以上の酸素を含んだガス雰囲気下で二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに分解されて除去される。しかしながら、堆積物には炭化水素だけではなく珪素化合物が含まれている。この珪素化合物の堆積物は、酸素を雰囲気中に含有させるだけでは分解あるいは除去することができない。堆積する珪素化合物は、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）、シラノール基（−Ｓｉ−ＯＨ）等の珪素（ケイ素）原子を含有する有機化合物ガス（以下、「有機珪素化合物」という）とレーザ光の光化学反応により発生する。しかも、雰囲気中の酸素の存在は、その光化学反応の反応速度を速めてしまう。
【００２５】
ここでいう珪素化合物とは、有機、無機を問わず珪素原子を含むあらゆる構造を有している化合物であり、無機酸化珪素（ＳｉＯｘ）、有機珪素化合物、炭化珪素化合物、有機炭化珪素化合物等が含まれる。また、有機珪素化合物ガスは、モジュール製造工程中の任意の場所に使用されているシリコーン系材料から発せられるガスであり、モジュール内の各部品表面に付着している場合に、これを封止して使用すると封止雰囲気中にも微量の有機珪素化合物ガスが含まれる。
【００２６】
これらの製造工程中に存在するガス成分は、通常のクリーンルームが封止ガス精製機を設置するだけでは、完全に除去することができない。これを除去するためにはだ多大な設備投資が必要となる。また、特許文献５に記載のよう脱脂、洗浄工程を実施しても製造工程雰囲気中から有機ケイ素化合物ガスが混入するのを避けることはできない。
【００２７】
従って、上記のように、炭化水素化合物の堆積を防止するために、封止雰囲気中に酸素を含有させる場合であっても、酸素含有量が多すぎると珪素化合物の堆積が増加してレーザ特性が劣化し、信頼性が悪化することになる。そして、モジュール内部のファイバ入射端面、レンズ等の光学部品は、モジュール内に接着剤やロウ材で固定されており、特許文献２のようにこれらを交換することは不可能である。
【００２８】
今後、上記のような合波レーザ光源等のようにレーザ装置の高出力化高輝度化が進むと、エネルギーの高い紫外域の光を発するレーザの場合、半導体レーザ素子の出射端面、光ファイバーの入射端および光学部材のみならず、光ファイバの出力端においてもパワー密度が高くなるため、有機物が分解され易く、その分解物や雰囲気中の埃等の汚染物質も付着し易くなる。
【００２９】
本発明は上記事情に鑑み、低コストで製造可能な、高出力および高信頼性が得られるレーザ装置を提供することを目的とするものである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザ装置は、複数の半導体レーザ素子と、マルチモード光ファイバと、前記複数の半導体レーザ素子からそれぞれ出射されたレーザビームを集光し前記マルチモード光ファイバの入射端に結合させる集光光学系とを備えてなるレーザ装置において、
マルチモード光ファイバの出射端に、該出射端を大気から保護するとともに、前記出射端から所定以上の距離をおいて設けられた出射窓を有する保護手段が設けられていることを特徴とするものである。
【００３１】
保護手段は、出射端に固着された、少なくとも固着される面と対向する他方の面を有する透明体であってもよく、その場合、出射窓はその透明体の前記他方の面であることが望ましい。
【００３２】
また、保護手段は、内部に出射端を含むように出射端近傍に取付けられた、不活性ガスにより気密封止された密閉容器であってもよく、その場合、出射窓は密閉容器に出射端と対向する位置に設けられたガラス窓であることが望ましい。
【００３３】
また、さらに保護手段は、内部に出射端を含むように出射端近傍に取付けられた、不活性ガスを流動させるための気体循環装置に連結された排気口と給気口とを備えた密閉容器であってもよく、その場合、出射窓は密閉容器に出射端と対向する位置に設けられたガラス窓であることが望ましい。さらには、気体循環装置に、排気口より排気されたガスに含まれる汚染物質を除去するためのフィルターを備えることが望ましい。
【００３４】
なお、ここでいう不活性ガスとは、レーザ装置の部材等に不活性なガスであり、例えば、乾燥した窒素、アルゴン等の希ガス等を示す。
【００３５】
また、不活性ガス中に、１ｐｐｍ以上の濃度とハロゲン族ガスおよびハロゲン化合物ガスの少なくとも一方とを含むことが望ましい。さらには、１〜１００ｐｐｍとすることが望ましい。また、ハロゲン族ガスおよびハロゲン化合物ガスは、フッ素原子を含有していることが望ましい。また、ハロゲン化合物ガスは炭素、窒素、硫黄およびキセノン各々のフッ化物と、炭素、窒素、硫黄およびキセノン各々の塩化物とからなる群から選択される少なくとも一種であることが望ましい。
【００３６】
また、気密封止される光ファイバの出射端、および気密封止される出射窓の最表面層を、ハロゲン族ガスおよびハロゲン化合物ガスに対し不活性な材料で構成することが望ましい。この不活性な材料は、インジウム、ガリウム、アルミニウム、チタンおよびタンタル各々の酸化物とガリウム、アルミニウム、チタンおよびタンタル各々の窒化物とからなる群から選択される少なくとも一種であることが望ましい。
【００３７】
出射端のコア径は１００μｍ以下であることが望ましい。
【００３８】
また、半導体レーザ素子はＧａＮ系の半導体からなるものが望ましい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明のレーザ装置によれば、上記のような構成のレーザ装置において、マルチモード光ファイバの出射端に、出射端を大気から保護し、出射端から所定以上の距離をおいて設けられた出射窓を有する保護手段が設けられていることにより、出射端面に汚染物質が付着するのを防止できるので、光出力を向上させることができ、また高い信頼性を得ることができる。
【００４０】
保護手段が、出射端に固着された、少なくとも固着される面と対向する他方の面を有する透明体であり、出射窓をその透明体の前記他方の面とした場合は、最終的にレーザビームが出射される出射端面（すなわち出射窓）がマルチモード光ファイバの出射端より離れた他方の面となるので、出射端面のパワー密度が下がり、汚染物質の付着を防止することができる。また、出射端面のパワー密度が下がることにより、出射端面付近の有機物の分解能力が低下するため、出射端面への分解物の付着を防止することができる。
【００４１】
また、保護手段が、内部に出射端を含むように出射端近傍に取付けられた、不活性ガスにより気密封止された密閉容器であり、出射窓を密閉容器に出射端と対向する位置に設けられたガラス窓とした場合は、上記同様、出射端面のパワー密度を下げることができ、良好に汚染物質の付着を防止することができる。また、不活性ガスにより気密封止されているためさらに汚染物質の付着を抑制することができる。
【００４２】
またさらに、保護手段が、内部に出射端を含むように出射端近傍に取付けられた、不活性ガスを流動させるための気体循環装置に連結された排気口と給気口とを備えた密閉容器であり、出射窓を密閉容器に出射端と対向する位置に設けられたガラス窓とした場合は、前述のように、出射端面のパワー密度を下げることができる。また、常に不活性ガスが出射端面付近に存在することとなるため、良好に汚染物質の付着を防止することができる。また、前述のような高純度な窒素供給設備を必要としないため低コストで高い信頼性および出力を得ることが可能なレーザ装置とすることができる。
【００４３】
さらには、気体循環装置に、排気口より排気されたガスに含まれる汚染物質を除去するためのフィルターを備えた場合は、密閉容器内あるいは気体循環装置に含まれる汚染物質を良好に除去することができ、さらに信頼性の高い高出力化が可能なレーザ装置とすることができる。
【００４４】
不活性ガス中に、１ｐｐｍ以上の濃度の酸素とハロゲン族ガスおよびハロゲン化合物ガスの少なくとも一方（以下、「ハロゲン系ガス」という）とを含むこととした場合は、炭化水素堆積物が酸化分解されて減少すると共に、ケイ素化合物による堆積物がハロゲン系ガスで分解、除去されて減少するので、レーザ特性の劣化が効果的に抑制される。これにより信頼性の高いレーザモジュールを提供することができる。
【００４５】
また、気密封止される光ファイバの出射端、および気密封止される出射窓の最表面層を、ハロゲン族ガスおよびハロゲン化合物ガスに対し不活性な材料で構成することは、ハロゲン系ガスは反応性が高いので、これらの部材の劣化を防止するのに効果的である。
【００４６】
また、出射端のコア径が１００μｍ以下である出射端のパワー密度が高いレーザ装置において本発明を適用することは、良好に汚染物質の付着を防止するために効果的である。
【００４７】
また、半導体レーザ素子がＧａＮ系の半導体からなるレーザ装置においては、エネルギーの高い紫外域のレーザビームを発するため、本発明を適用することは、汚染物質の付着を防止するために効果的である。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００４９】
本発明の第１の実施の形態によるレーザ装置について説明する。図１はそのレーザ装置の構成を示す概略平面図であり、図２および図３はモジュール形状を示す概略平面図および側面図である。
【００５０】
本実施の形態によるレーザ装置は、図１に示すように、銅または銅合金からなるヒートブロック（放熱ブロック）１０上に配列固定された一例として８個のチップ状態の横シングルモードシングルキャビティＧａＮ系半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７およびＬＤ８と、コリメータレンズ１１と、集光レンズ１２と、１本のマルチモード光ファイバ１３と、マルチモード光ファイバ１３の出射端に融着された、厚さ（Ｌ）が２ｍｍ程度の直方体のガラス１４とから構成されている。
【００５１】
なおこの図１は、本実施の形態のレーザ装置の基本構成を示すものであり、コリメータレンズ１１および集光レンズ１２の形状は概略的に示してある。なお、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜８は、例えばＡｌＮからなるサブマウント９上に固設されたものをヒートブロック１０に取付けてもよい。
【００５２】
ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜８は、発振波長が例えば全て共通の４００ｎｍであり、最大出力も全て共通の５０ｍＷである。これらのＧａＮ系半導体レーザーＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３、ＬＤ４、ＬＤ５、ＬＤ６、ＬＤ７およびＬＤ８から発散光状態で出射したレーザービームＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７およびＢ８は、それぞれマイクロレンズアレイ１１によって平行光化される。
【００５３】
平行光とされたレーザビームＢ１〜８は、集光レンズ１２によって集光され、マルチモード光ファイバ１３のコア１３ａの入射端面上で収束する。本例ではマイクロレンズアレイ１１および集光レンズ１２によって集光光学系１９が構成され、それとマルチモード光ファイバ１３とによって合波光学系が構成されている。すなわち、集光レンズ１２によって上述のように集光されたレーザビームＢ１〜８がこのマルチモード光ファイバ１３のコア１３ａに入射してファイバ１３内を伝搬し、１本のレーザビームＢに合波されてマルチモード光ファイバ１３に融着されたガラス１４の出射端面１４ａから出射する。
【００５４】
マルチモード光ファイバ１３’は、コア１３ａとその周囲のクラッド１３ｂとからまるマルチモード光ファイバ１３の周囲が樹脂層により被覆されているものである。
【００５５】
なおマルチモード光ファイバ１３としては、ステップインデックス型のもの、グレーデッドインデックス型のもの、およびそれらの複合型のものが全て適用可能である。
【００５６】
本実施の形態においては、ガラス１４をマルチモード光ファイバ１３の出射端に融着したが、ガラスの代わりにプラスチックを用いてもよく、透明材料であればよい。
【００５７】
次に、上記構成からなるレーザ装置の実装形態について説明する。図２および図３はそれぞれ、その実装形態の平面形状および側面形状を示すものである。
【００５８】
図２および図３に示すように、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜８と、マイクロレンズアレイ１１と、集光レンズ１２と、１本のマルチモード光ファイバ１３の入射端とは、上方が開口した箱状のパッケージ４０内に収容され、このパッケージ４０の上記開口がパッケージ蓋４１によって閉じられることにより、該パッケージ４０およびパッケージ蓋４１によって形成される閉空間内に密閉保持される。
【００５９】
パッケージ４０の底面にはベース板４２が固定され、このベース板４２の上面に前記ヒートブロック１０が取り付けられ、そしてこのヒートブロック１０にマイクロレンズアレイ１１を保持するコリメータレンズホルダ４４が固定されている。さらにベース板４２の上面には、集光レンズ１２を保持する集光レンズホルダ４５と、マルチモード光ファイバ１３の入射端部を保持するファイバホルダ４６が固定されている。またＧａＮ系半導体レーザ素子ＬＤ１〜８に駆動電流を供給する配線類４７は、パッケージ４０の横壁面に形成された開口を通してパッケージ外に引き出されている。
【００６０】
なお図２においては、図の煩雑化を避けるために、ＧａＮ系半導体レーザ素子ＬＤ１〜８のうち１つのＧａＮ系半導体レーザ素子ＬＤ１にのみ番号を付し、またレーザビームＢ１〜８のうちＢ１のみに番号を付してある。
【００６１】
ＧａＮ系半導体レーザ素子ＬＤ１〜８としては、発光幅が約１μｍで、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が一例としてそれぞれ１０°、３０°の状態で各々レーザービームＢ１〜８を発するものが用いられている。これらのＧａＮ系半導体レーザ素子ＬＤ１〜８は、活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設されている。
【００６２】
この構成においては、マイクロレンズアレイ１１の各レンズのＮＡ（開口数）を０．２とし、集光レンズ１２による各ビームの集束角α＝１１°とすると、レーザービームＢ１〜８のマルチモード光ファイバ１３のコア１３ａ上での収束スポット径は約１８μｍとなる。そして、ＧａＮ系半導体レーザ素子ＬＤ１〜２８の出力が全て５０ｍＷのとき、合波されたレーザービームＢの出力は４００ｍＷとなる。
【００６３】
マルチモード光ファイバ１３としては、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを基本として、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２、端面コートの透過率＝９９．５％以上のものが用いられている。本例の場合、先に述べたコア径×ＮＡの値は１０μｍである。
【００６４】
また、ガラス１４の厚さ（Ｌ）が２ｍｍ程度であり、マルチモード光ファイバ１３の出射端からガラス１４の出射端面１４ａまでのレーザビームＢの拡がり角は１６．５°であるため、ガラス１４の出射端面１４ａにおけるレーザビーム径は約１．２ｍｍに拡大し、パワー密度は、マルチモード光ファイバ１３の出射端と比較して１／１０００程度に低減している。
【００６５】
上記第１の実施の形態においては、マルチモード光ファイバ１３の出射端にガラス１４を融着により固着したが、図４に示すように、マルチモード光ファイバ１３の出射端近傍の周囲を金属１５によりメタライズし、さらにガラス１４の光ファイバ１３の固着面を金属１６によりメタライズし、ハンダ１７によりメタライズされたマルチモード光ファイバ２３とガラス１４を固着してもよい。なお、マルチモード光ファイバ１３の出射面およびガラス１４の入射面には、金属層１５および１６によって形成される空気層による反射を防止して、ビーム透過率を上げるため、合波されたレーザビームＢの発振波長に対して無反射となる端面コート１８が施されている。
【００６６】
次に、本発明の第２の実施の形態によるレーザ装置について説明する。本実施の形態によるレーザ装置は、半導体レーザ素子、集光光学系および合波光学系については上記第１の実施の形態と同様であるため、これらの説明は省略し、マルチモード光ファイバの出射近傍に設けられた保護手段についてのみ説明する。その側面図を図５に示す。
【００６７】
図５に示すように、出射端近傍がメタライズされたマルチモード光ファイバ２３が、出射窓となるガラス窓２１を備えたパッケージ２０内に、ホルダ２４上に固設されている。パッケージ内を不活性ガスにより置換した後、蓋２２によりメタル封止する。
【００６８】
マルチモード光ファイバ２３の出射端からガラス窓２１の出射端面までの距離（Ｌ）は２ｍｍ程度であって、ガラス窓２１の出射端面におけるパワー密度はマルチモード光ファイバ２３の出射端におけるパワー密度と比較して約１／１０００程度に減少している。
【００６９】
マルチモード光ファイバ２３’は、コア層とクラッド層とからなるマルチモード光ファイバ２３の周囲が樹脂層により被覆されたものである。
【００７０】
なお、パッケージ２０に充填する不活性ガスとしては、窒素（純度９９．９９％）中に、１ｐｐｍ以上の濃度の酸素とハロゲン族ガスおよびハロゲン化合物ガスの少なくとも一方とを含有するものが望ましい。
【００７１】
封止雰囲気中に１ｐｐｍ以上の濃度の酸素が含まれると、レーザモジュールの劣化を抑制することができる。このような劣化抑制効果が得られるのは、封止雰囲気中に含有される酸素が、炭化水素成分の光分解により発生した固形物を酸化分解するためである。一方、酸素濃度が１ｐｐｍ未満であると、劣化抑制効果が得られない。酸素濃度が高すぎると却って有機珪素化合物ガスの光化学反応が促進されるので、封止雰囲気中の酸素濃度は１〜８００ｐｐｍの範囲が好ましく、１〜１００ｐｐｍの範囲が特に好ましい。
【００７２】
ハロゲン族ガスとは、塩素ガス（Ｃｌ２）、フッ素ガス（Ｆ２）等のハロゲンガスであり、ハロゲン化合物ガスとは、塩素原子（Ｃｌ）、臭素原子（Ｂｒ）、ヨウ素原子（Ｉ）、フッ素原子（Ｆ）等のハロゲン原子を含有するガス状の化合物である。
【００７３】
ハロゲン化合物ガスとしては、ＣＦ３Ｃｌ、ＣＦ２Ｃｌ２、ＣＦＣｌ３、ＣＦ３Ｂｒ、ＣＣｌ４、ＣＣｌ４−Ｏ２、Ｃ２Ｆ４Ｃｌ２、Ｃｌ−Ｈ２、ＣＦ３Ｂｒ、ＰＣｌ３、ＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３、ＸｅＦ２、Ｃ３Ｆ８、ＣＨＦ３等が挙げられるが、フッ素又は塩素と炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）、キセノン（Ｘｅ）との化合物が好ましく、フッ素原子を含有するものが特に好ましい。
【００７４】
ハロゲン系ガスが微量から劣化抑制効果を発揮するが、顕著な劣化抑制効果を得るためには、ハロゲン系ガスの含有濃度を１ｐｐｍ以上とするのが好ましい。このような劣化抑制効果が得られるのは、封止雰囲気中に含有されるハロゲン系ガスが有機珪素化合物ガスの光分解により発生した堆積物を分解するためである。
【００７５】
光学部品を被覆する最表面の材料には、珪素（Ｓｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、スズ（Ｓｎ）、またはジルコニウム（Ｚｒ）の酸化物または窒化物等、ハロゲン系ガスに対して反応性を有する材料を使用する場合には、これらの光学部品の最表面層がエッチングされて、モジュールの信頼性が低下する。
【００７６】
従って、気密封止されるマルチモード光ファイバの出射端部、および出射窓の封止雰囲気に曝される最表面層には、例えば、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）またはタンタル（Ｔａ）の酸化物または窒化物のように、ハロゲン系ガスに対して不活性な材料を使用することが好ましい。
【００７７】
次に、本発明の第３の実施の形態によるレーザ装置について説明する。本実施の形態によるレーザ装置は、半導体レーザ素子、集光光学系および合波光学系については上記第１の実施の形態と同様であるため、これらの説明は省略し、マルチモード光ファイバの出射近傍に設けられた保護手段についてのみ説明する。その平面図を図６に示す。
【００７８】
図６に示すように、本実施の形態における、メタライズされたマルチモード光ファイバ２３は、出射窓となるガラス窓３１を備えたパッケージ３０内に、ホルダ３４上に固設されている。パッケージ３０には、給気口３２ａと排気口３２ｂとが設けられており、さらに、排気口３２ｂから引き出された配管に設けられた汚染物質を除去するフィルター３５と、不活性ガスを循環させるポンプ３６と、ガスボンベ３８からのガス補充を調整するバルブ３７とを備えてなる気体循環装置を備えている。なお、パッケージ３０は不図示の蓋によりメタル封止される。
【００７９】
フィルター３５には、吸着剤が充填されたものを用いることが好ましい。吸着剤としてはゼオライト吸着剤、活性炭あるいはゼオライト吸着剤と活性炭の両方を用いることができる。ゼオライト吸着剤としては、東ソー（株）製の「ゼオラムＦ９　ＨＡ」が好ましく、この「ゼオラム　Ｆ９　ＨＡ」はアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の結晶性含水アルミノケイ酸塩（Ｍｅ／ｘ・Ａｌ２Ｏ３・ｍＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ：Ｍｅはｘ価の金属イオン）からなるものである。ゼオライト吸着剤の量はパッケージの内容積、推定される汚染物質および吸着剤の吸着能力等を考慮して決定されることが望ましい。またゼオライト系の吸着剤に限らず他の組成からなる吸着剤を用いてよい。
【００８０】
また、さらに、吸着剤が充填されたフィルター内に、Ｐｔ、Ｐｄ等の触媒を添加し、このフィルターを５００℃に加熱して炭化水素化合物を分解させるようにしてもよい。
【００８１】
また、本実施の形態においては、配管中にフィルターを設けて汚染物質を除去することとしたが、パッケージ３０内のレーザビームＢの光路上でない箇所に、吸着剤を無機系あるいは有機系の接着剤により接着して汚染物質を除去することとしてもよい。
【００８２】
本実施の形態においても、レーザビームＢが大気中に出射される端面がマルチモード光ファイバ２３の出射端から離れたガラス窓３１であるので、最終的な出射端面でのパワー密度を低減することができる。また、マルチモード光ファイバ２３の出射端からガラス窓３１の出射端面までの距離を調整することにより、ガラス窓３１の出射端面でのパワー密度を調整することが可能である。
【００８３】
次に、本発明の第４の実施の形態によるレーザ装置について説明する。そのレーザ装置の概略斜視図を図７に示す。
【００８４】
図７に示すように、本実施の形態によるレーザ装置は、上記ＧａＮ系半導体レーザ素子ＬＤ１〜８と、マイクロレンズアレイ１１と、集光レンズ１２と、出射端がメタライズされたマルチモード光ファイバ２３の入射端とがパッケージ４０に密封されてなるレーザ装置１００個を、パッケージ４０から引き出された、樹脂被覆されたマルチモード光ファイバ２３’が一次元状に並ぶように配置されてなるものである。
【００８５】
マルチモード光ファイバ２３’の出射端近傍は周囲の樹脂被覆が除去される代わりにメタライズ処理が施されている。光ファイバ２３の出射端近傍に、前述の図５に示すような、光ファイバ２３の配列方向に長い、窓ガラス５２を備えたパッケージ５１が取付けられており、不活性ガス雰囲気でメタル封止されてなるものである。本実施の形態によるレーザ装置は、マルチモード光ファイバ２３の出射端を１次元状に配設して、それらのマルチモード光ファイバ２３の各々から高輝度で高密度の紫外レーザビームＢを出射するものである。
【００８６】
このようなレーザ装置において、本発明の、光ファイバの出射端を大気から保護し、出射端から所定以上の距離をおいて設けられた出射窓を有する保護手段を設けることにより、出射端面でのパワー密度を低減することができるので、汚染物質の付着を良好に防止できる。
【００８７】
本実施の形態では、マルチモード光ファイバ２３の出射端が不活性ガスにより気密封止されてなるものとしたが、上記第１の実施の形態に示すように、ガラスあるいはプラスチック等の透明材料を光ファイバアレイの出射端に融着してもよいし、上記第３の実施の形態に示すように、気体循環装置に連結された排気口と給気口とを備えた密閉容器を取付けて、密閉容器内部に不活性ガスが流動するようにしてもよい。不活性ガスについては前述のガスを用いることができる。
【００８８】
本発明によるレーザ装置は、マルチモード光ファイバの出射端に、該出射端を大気から保護し、出射端から所定以上の距離をおいて設けられた出射窓を有する保護手段が設けられていることにより、出射端面に有機物等の汚染物質が付着するのを防止でき高い出力と信頼性を低コストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるレーザ装置を示す概略構成図
【図２】第１の実施の形態によるレーザ装置の実装形態を示す平面図
【図３】第１の実施の形態によるレーザ装置の実装形態を示す側面図
【図４】第１の実施の形態における光ファイバの出射端とガラスとの他の接着形態を示す断面図
【図５】本発明の第２の実施の形態によるレーザ装置における保護手段を示す側面図
【図６】本発明の第３の実施の形態によるレーザ装置における保護手段を示す平面図
【図７】本発明の第４の実施の形態によるレーザ装置を示す斜視図
【符号の説明】
ＬＤ１〜８　　ＧａＮ系半導体レーザ素子
Ｂ，Ｂ１〜８　　レーザビーム
１１　　マイクロレンズアレイ
１２　　集光レンズ
１３　　マルチモード光ファイバ
１３ａ　　コア層
１３ｂ　　クラッド層
１３’，２３’　　樹脂被覆されたマルチモード光ファイバ
１４　　ガラス
１４ａ　　出射端面
１５，１６　　金属層
１７　　ハンダ
１８　　端面コート
２０，３０，４０　　パッケージ
２１，３１　　窓ガラス
２２　　蓋
２３　　出射端がメタライズ処理されたマルチモード光ファイバ
２４，３４　　ホルダ
３２ａ　　給気口
３２ｂ　　排気口
３５　　フィルター
３６　　ポンプ
３７　　バルブ
３８　　ボンベ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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