(57)【要約】【課題】加工装置における加工精度の向上や、光通信装置における光サージの悪影響の防止などを実現しうる光リミッタ及びレーザシステムを提供する。【解決手段】レーザシステムは、レーザ光発生装置１０と、レーザ光１１のエネルギーを制限するための光リミッタ２０とを備えている。光リミッタ２０は、装置部２１と、上限出力設定器２２と、温度センサ２３とを備えている。装置部２１は、酸化物結晶からなる光透過媒質２４と、ヒータブロック２５とを備えており、温度センサ２３の検出値に応じて、光透過媒質２４の温度を一定に保持する。光透過媒質２４として酸化物非線形光学結晶を用い、グレイトラック現象を利用して、入力されたレーザ光のエネルギーが所定値を越えたときに、光透過媒質２４からの出力光のエネルギーを一定値以下に制限する。【選択図】　　図２
2004069871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を透過させる媒質と、
上記媒質の温度を調節するための温度調節手段とを有し、
上記媒質は、入力されたレーザ光のエネルギーが所定値を越えたときに、当該媒質を通過して出力される光のエネルギーを制限する機能を有することを特徴とする光リミッタ。
【請求項２】
請求項１記載の光リミッタにおいて、
上記媒質は、金属元素と酸素からなる八面体構造を有する結晶構造を持つ酸化物結晶体であることを特徴とする光リミッタ。
【請求項３】
請求項１記載の光リミッタにおいて、
上記媒質は、ＲＥＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶（ＲＥ：希土類元素），ＫＴｉＯＰＯ４　結晶，ＬｉＮｂＯ３　結晶及びＬｉＴａＯ３　結晶から選ばれる少なくとも１つの結晶を有していることを特徴とする光リミッタ。
【請求項４】
請求項１記載の光リミッタにおいて、
上記媒質は、希土類元素又は遷移金属元素を微量に添加したガラス体であることを特徴とする光リミッタ。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の光リミッタにおいて、
上記媒質は、バルクの単結晶体であることを特徴とする光リミッタ。
【請求項６】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の光リミッタにおいて、
上記媒質は、基板上に成長された膜であることを特徴とする光リミッタ。
【請求項７】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の光リミッタにおいて、
上記媒質は、基板内に不純物をドープして形成された導波路層であることを特徴とする光リミッタ。
【請求項８】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の光リミッタにおいて、
上記媒質は、ファイバ状結晶体であることを特徴とする光リミッタ。
【請求項９】
請求項１〜８のうちいずれか１つに記載の光リミッタにおいて、
上記温度調節手段は、
上記媒質を加熱する加熱手段と、
上記媒質の温度を検出するための温度検出手段と、
上記温度検出手段の検出値に応じて、上記加熱手段による媒質の加熱量を制御する制御手段と
を有することを特徴とする光リミッタ。
【請求項１０】
レーザ発生装置と、レーザ発生装置から受けたレーザ光を一定値以下に制限して出力する光リミッタと、該光リミッタからの出力光を利用する利用系とを備えたレーザシステムにおいて、
上記光リミッタは、
レーザ光を透過させる媒質と、
上記媒質の温度を調節するための温度調節手段とを有し、
上記媒質は、入力されたレーザ光のエネルギーが所定値を越えたときに、当該媒質を通過して出力される光のエネルギーを制限する機能を有することを特徴とするレーザシステム。
【請求項１１】
請求項１０記載のレーザシステムにおいて、
上記媒質は、金属元素と酸素からなる八面体構造を有する結晶構造を持つ酸化物結晶体であることを特徴とするレーザシステム。
【請求項１２】
請求項１０記載のレーザシステムにおいて、
上記媒質は、ＲＥＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶（ＲＥ：希土類元素），ＫＴｉＯＰＯ４　結晶，ＬｉＮｂＯ３　結晶及びＬｉＴａＯ３　結晶から選ばれる少なくとも１つの結晶を有することを特徴とするレーザシステム。
【請求項１３】
請求項１０記載のレーザシステムにおいて、
上記媒質は、希土類元素又は遷移金属元素を微量に添加したガラス体であることを特徴とするレーザシステム。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のうちいずれか１つに記載のレーザシステムにおいて、
上記媒質は、バルクの単結晶体であることを特徴とするレーザシステム。
【請求項１５】
請求項１０〜１３のうちいずれか１つに記載のレーザシステムにおいて、
上記媒質は、基板上に成長された膜であることを特徴とするレーザシステム。
【請求項１６】
請求項１０〜１３のうちいずれか１つに記載のレーザシステムにおいて、
上記媒質は、基板内に不純物をドープして形成された導波路層であることを特徴とするレーザシステム。
【請求項１７】
請求項１０〜１３のうちいずれか１つに記載のレーザシステムにおいて、
上記媒質は、ファイバ状結晶体であることを特徴とするレーザシステム。
【請求項１８】
請求項１０〜１７のうちいずれか１つに記載のレーザシステムにおいて、
上記温度調節手段は、
上記媒質を加熱する加熱手段と、
上記媒質の温度を検出するための温度検出手段と、
上記温度検出手段の検出値に応じて、上記加熱手段による媒質の加熱量を制御する制御手段と
を有することを特徴とするレーザシステム。
【請求項１９】
請求項１０〜１８のうちいずれか１つに記載のレーザシステムにおいて、
上記レーザシステムは、レーザ加工装置又は光ファイバーシステムであることを特徴とするレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光のエネルギーを制限するための光リミッタ及びこれを利用したレーザ加工装置，レーザ医療装置，光通信装置などのレーザシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レーザ光は、電子部品などの製造工程におけるレーザ加工や光通信に広く用いられている。例えば、携帯型情報端末などで使用される高密度多層基板・コンデンサ等の部品は、可視から紫外の波長域で発振するレーザを用いたトリミング，切断などのレーザ加工を経て製造されている。このようなレーザ加工の際に使用されるパルス発振の高出力レーザ装置においては、１ショットごとにパルスエネルギーが揺らぐことが知られている。そのために、例えば電子部品の種類によって微細加工が必要とされる場合に深さ方向の加工精度を低下させるという問題があった。
【０００３】
そこで、従来は、底付き孔，底付き溝の加工（ブラインドビア加工）をする際に、はじめの数ショットは高いエネルギーのレーザを照射し、目標の深さに近くなった時には低いエネルギーのレーザに切り替え照射するという工程を行なっていた。あるいは、目標となっている深さの部分に加工が困難な材料を埋め込む方法も行なわれている。
【０００４】
一方、長距離間の光通信においては、希土類元素添加光ファイバ増幅器を用いる必要があるが、大出力のレーザ光を発生すると光ファイバ増幅器の次段に配置された伝送路上の光部品を劣化させる、あるいは破壊する原因となっている。特に、希土類元素添加光ファイバ増幅器に信号光が入力されない状態から入力された状態に変化する過程において、光サージと呼ばれるインパルス状の光強度を持つ成分が発生し、光学部品の劣化を引き起こす要因となっていた。
【０００５】
そこで、光通信における光サージを防止する様々な技術が考案されている。例えば、特開平６−２１６４５２号公報（第１の文献）に開示される技術では、光サージの発生原因に着目し、信号光とは異なる波長のダミー光を増幅器内に入射しておき、信号光が入力されないときはダミー光の強度を増加させ、励起されたエネルギーを放出させることにより、希土類元素添加光ファイバ増幅器内にエネルギーが蓄積された状態で信号光が入力されても、利得を一定とする技術が開示されている。
【０００６】
また、特開平１１−２７４５４７号公報（第２の文献）に開示される技術では、誘電体薄膜を利用し、高強度の光入力が生じた際の非可逆的な反射率変化により光を遮断する光ヒューズに関する技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、パルス発振レーザを用いた上記従来のレーザ加工方法の場合、レーザ１ショットのパルスエネルギーが揺らいだ場合には、底付き孔の深さが、目標深さ以上になったり、目標深さに達しないおそれがあった。特に、強度がガウス分布しているガウシアンビームを用いて加工する場合においては、１ショットごとに材料を加工するに足るエネルギーを持つビームの有効面積が変化するため、深さ方向だけではなく、面内方向の加工精度に影響を与えるという不具合があった。つまり、パルス発振レーザにおけるレーザ光出力の揺らぎという問題に対しては、効果的な対策が講じられていない。
【０００８】
また、光通信における光サージを防止するための第１の文献に開示された技術は光サージを発生させないための技術であり、第２の文献に開示された技術は発生した光サージを抑制する技術であるが、双方ともに、光ファイバ増幅器の構造が複雑であり、光軸あわせが必要であることから組立に手間がかかる。特に、第２の文献に開示された技術の場合、反射率の変化が非可逆的であるために、寿命に達すると部品を交換しなければならいとう不利益もある。
【０００９】
本発明の目的は、上述の不具合がいずれもレーザ光の強度を制御することが困難である点に起因することに着目し、レーザ加工あるいは光通信に用いられるレーザシステムにおいて、光出力を一定に制御する手段を講ずることにより、加工精度の向上や部品等の破損の防止を図ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光リミッタは、レーザ光を透過させる媒質と、上記媒質の温度を調節するための温度調節手段とを有し、上記媒質は、入力されたレーザ光のエネルギーが所定値を越えたときに、当該媒質を通過して出力される光のエネルギーを制限する機能を有している。
【００１１】
これにより、レーザ加工装置や光通信装置，医療装置などに用いられるレーザ発生装置の出力側に光リミッタを配置すると、エネルギーがある上限値よりも低く制限されたレーザ光が出力されるので、レーザ加工装置における加工精度の向上や、光通信における光サージによる部品の劣化などを効果的に抑制することができる。
【００１２】
上記媒質は、金属元素と酸素からなる八面体構造を有する結晶構造を持つ酸化物結晶体であることが好ましい。
【００１３】
上記媒質は、ＲＥＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶（ＲＥ：希土類元素），ＫＴｉＯＰＯ４　結晶，ＬｉＮｂＯ３　結晶及びＬｉＴａＯ３　結晶から選ばれる少なくとも１つの結晶を有することにより、グレイトラック現象が顕著に生じやすいこれらの結晶の特性を利用して、光リミッタからの出力光のエネルギー制限機能をより顕著に得ることができる。
【００１４】
上記媒質は、希土類元素又は遷移金属元素を微量に添加したガラス体であってもよい。
【００１５】
上記媒質は、バルクの単結晶体であることにより、レーザビーム径をカバーしうる媒質の面積や、レーザ光が吸収される部分の長さを確保することができる点で好ましい。
【００１６】
上記媒質は、基板上に成長された膜であることにより、バルクの単結晶体の作成が困難な場合にも、比較的容易に媒質を作成することができる。
【００１７】
上記媒質は、基板内に不純物をドープして形成された導波路層であること二より、特に簡便に媒質を形成することができる。
【００１８】
上記媒質は、ファイバ状結晶体であることにより、光通信システムに適した光リミッタが得られる。
【００１９】
上記温度調節手段は、上記媒質を加熱する加熱手段と、上記媒質の温度を検出するための温度検出手段と、上記温度検出手段の検出値に応じて、上記加熱手段による媒質の加熱量を制御する制御手段とを有することが好ましい。
【００２０】
本発明のレーザシステムは、レーザ発生装置と、レーザ発生装置から受けたレーザ光を一定値以下に制限して出力する光リミッタと、該光リミッタからの出力光を利用する利用系とを備えたレーザシステムにおいて、上記光リミッタが、レーザ光を透過させる媒質と、上記媒質の温度を調節するための温度調節手段とを有し、上記媒質は、入力されたレーザ光のエネルギーが所定値を越えたときに、当該媒質を通過して出力される光のエネルギーを制限する機能を有している。
【００２１】
これにより、上述の光リミッタの機能を確実に得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
−本発明の原理−
本発明では、ある種の光学結晶において、好ましくないとされていたグレイトラックという現象を、レーザ光の光出力を一定に制御するために利用している。
【００２３】
グレイトラックとは、レーザ装置の波長変換装置として用いられている酸化物非線形光学結晶の一部において、高エネルギーの光を照射することにより結晶の透過率が変化するという現象である。グレイトラックは、主にＫＴｉＯＰＯ４　，ＬｉＮｂＯ３　，ＬｉＴａＯ３　，ＲＥＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　（ＲＥ：希土類元素）など、金属元素と酸素からなる八面体構造を有する酸化物結晶において観測される。このグレイトラックによって光学結晶が通過させる光のエネルギーのしきい値が存在し、このしきい値は結晶の温度により変化することが知られている。併せて、光エネルギーのしきい値は、材料に、遷移金属元素など元素の電子構造が閉核構造とならない元素を添加することにより低下させることも可能である。
【００２４】
そこで、本発明では、ある種の光学結晶に生じるこのような欠点を逆に利用し、グレイトラックが生じるＫＴｉＯＰＯ４　，ＬｉＮｂＯ３　，ＬｉＴａＯ３　，ＲＥＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　（ＲＥ：希土類元素）などの非線形光学結晶を用いて、設定値以上のエネルギーを持つレーザパルスの発生を抑制することを特徴としている。
【００２５】
一般に、単結晶中に微量の不純物を添加すると、結晶中で電荷の均衡（ｃｈａｒｇｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　）が崩れた状態となる。そして、不純物の量が多量である場合には、結晶化していないか、あるいは何のきっかけもなく結晶を構成する元素（イオン）の価数が変化し、結晶が着色するという現象が発生する。この現象は、不純物の導入によって発生するだけでなく、単結晶中に結晶欠陥が存在していても発生する。そして、不純物が微量である場合には、結晶内において、空孔（結晶欠陥）を発生するか、結晶を構成する元素（イオン）の価数を変化させるかによって電荷の均衡が保たれる。結晶の種類によっては、結晶内に空孔を生じさせるよりは元素（イオン）の価数を変化させた場合の方がエネルギー的に安定している場合が存在する。ただ、不純物が微量である場合、この変化が生じるにはきっかけが必要である。ここで、光照射というきっかけで価数変化が生じ結晶の透過率が変化するという現象がグレイトラックと呼ばれる現象である。
【００２６】
この現象により生じる透過率の変化は、電子やホールが浅いトラップに捕獲されることに起因するものであるので、熱励起程度のエネルギーを媒質に与えることにより緩和することが可能である。そこで、光透過媒質の温度で光透過率の変化割合を決定するという制御方法を採っている。
【００２７】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態は、医療用レーザ・レーザ加工・光通信等に用いられる可視光又は紫外光レーザ装置の光リミッタを備えたレーザシステムに関する。
【００２８】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるレーザシステムのレーザ光発生部の構成を概略的に示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態のレーザシステムは、可視レーザ又は紫外レーザなどのレーザ光１１を発生するためのレーザ光発生装置１０と、レーザ光発生装置１０から出力されるレーザ光１１のエネルギーを制限するための光リミッタ２０とを備えている。光リミッタ２０は、レーザ光１１が通過する媒質等を含む装置部２１と、装置部２１を通過するレーザ光１１の上限エネルギーを設定するための上限出力設定器２２（結晶温度調節器）と、装置部２１の温度を検出するための温度センサ２３とを備えている。そして、光リミッタ２０からの出力光は、医療レーザシステム，レーザ加工装置，光通信装置などのレーザシステムの種類に応じて設けられたレーザ光の利用部に出力される。
【００２９】
図２（ａ），（ｂ）は、それぞれ装置部の具体的な構造の例を示す断面図及び正面図である。図２（ａ），（ｂ）に示すように、装置部２１は、酸化物結晶からなるバルク結晶体である円柱状の光透過媒質２４と、光透過媒質２４を保持する金属製のヒータブロック２５と、ヒータブロック２５の周囲に巻かれたヒータ線２６と、全体を保持する樹脂製のハウジング２７とを備えており、ヒータブロック２５内に温度センサ２３が埋設されている。そして、樹脂製のハウジング２７は、光透過媒質２４の上方で開口されており、光透過媒質２４の一方の露出面から入射された入力光１１ａを他方の露出面から出力光１１ｂとして出力するように構成されている。本実施形態では、光透過媒質２４として、ＧｄＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶を用いている。
【００３０】
ここで、ヒータブロック２５としては、熱伝導性や耐腐食性の良好な銅（Ｃｕ），黄銅（Ｂｌａｓｓ），ステンレス（ＳＵＳ）等を用いることができ、ハウジング２７としては、ＰＴＦＥ，ベークライト等の耐熱性が高いもの（例えば２００℃以上）が好ましい。
【００３１】
図３は、上限出力設定器２２による温度調節方法の一例を示すブロック図である。同図に示すように、上限出力設定器２２には、目標温度に対するＰＩＤ制御を行なうためのＰＩＤ温度調節器２２ａと、交流電源２２ｃの出力を制御するサイリスタレギュレータ２２ｂとが配置されており、ＰＩＤ温度調節器２２ａは、装置部２１に設置された温度センサ２３の検出値が目標温度に収束するように、ヒータ線２６への供給電力をＰＩＤ制御する。
【００３２】
図４は、ＧｄＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶を通過するレーザ光の入力エネルギーと出力エネルギーとの関係を示すデータである。同図において、横軸はＮｄ：ＹＶＯ４　レーザ（パルス発振，繰り返し周波数５０ＫＨｚ，パルス幅１０ｎｓ）の第３高調波である波長３５５ｎｍの光である入力光のエネルギー（ｍＷ）を表し、縦軸は光リミッタからの出力光のエネルギー（ｍＷ）を表している。同図に示すように、結晶の温度が２０℃，８０℃のいずれにおいても、入力光のエネルギーが４３０（ｍＷ）程度に達するまでは、入力光のエネルギーに比例して出力光の出力エネルギーが増大する。本実施形態の場合には、特に、出力光のエネルギーは入力光のエネルギーの９０％以上である。ところが、結晶の温度が２０℃の場合には、入力光のエネルギーが約４３０（ｍＷ）を越える付近から出力光のエネルギーが飽和を始め、入力光のエネルギーが約５５０（ｍＷ）以上になっても、出力光のエネルギーはほぼ一定（約４８０ｍＷ）である。また、結晶温度が８０℃の場合には、入力光のエネルギーが７５０（ｍＷ）付近から出力光のエネルギーが飽和を始め、入力光のエネルギーが約８５０（ｍＷ）以上になっても、出力光のエネルギーはほぼ一定（約７８０ｍＷ）である。つまり、結晶温度に応じて、出力光のエネルギーが制限される。これは、上述のように、光透過媒質２４にレーザ光を照射すると、グレイトラックが生じて、光透過媒質２４を通過させる光のエネルギーにしきい値が生じるためである。
【００３３】
したがって、上限温度設定器２２により、光透過媒質２４の温度を調節することにより、光透過媒質２４からの出力光のエネルギーをある上限値以下に抑制することが可能となる。したがって、本実施形態のレーザシステムがレーザ加工装置の場合には、底付き孔の深さなど被加工物の寸法精度が向上し、かつ、加工エネルギーの調整などの余分な手間を要しないので、加工能率が向上することになる。
【００３４】
図５は、本発明の光リミッタの光透過媒質２４への入力光と出力光との波高を制御する機能を説明するための図である。同図の下方には、入力光及び出力光の光エネルギーの時間的変動特性（揺らぎ）が例示されている。同図に示すように、レーザ発生装置１０で生成されるレーザ光，つまり光リミッタ２０の光透過媒質２４への入力光のエネルギーに揺らぎが生じ、所定値を越えるエネルギーの入力光が入力されても、光リミッタ２０の光透過媒質２４からの出力光のエネルギーは、一定値以下（図４に示す例では、２０℃においては約４８０（ｍＷ）以下、８０℃においては約７８０（ｍＷ）以下）に制限される。
【００３５】
このような波高制限機能を有する光リミッタ２０を光通信システムに用いることにより、以下の効果を発揮することができる。
【００３６】
例えば、光サージが外部などから光通信経路に不意に侵入しても、光リミッタにより、その出力を一定値以下に抑制することができるため、次段の光学部品を損傷から保護することが可能になる。また、本発明の光リミッタを用いる場合には、部品の交換や光軸合わせも不要であるため、メンテナンスが容易であるという効果もある。
【００３７】
さらに、光信号を扱う通信システムにおいては、波高のそろっていない光の入力信号をそのまま処理する場合、「１」と「０」を判別する基準が定まりにくく、複雑な電子回路が必要であり、計算による処理が必要であった。それに対し、このような波高制限機能を有する光リミッタ２０を用いた場合、波高がある一定以上の値にはならないため「１」の基準が非常に定まりやすくなり、複雑な回路及び計算を簡略化することが可能となる。
【００３８】
また、レーザ光発生装置１０において生成されるレーザ光のエネルギーに揺らぎがあっても、揺らぎの範囲はある程度限られているので、その範囲内では常に一定のエネルギーのレーザ光を光リミッタ２０から出力することもできる。例えば、図４に示す例では、レーザ光発生装置１０の生成するレーザ光のエネルギーが６００〜８００（ｍＷ）の範囲で揺らぎがあることがその特性上わかっており、４８０（ｍＷ）の出力エネルギーのレーザ光を利用したい場合には、光透過媒質２４の温度を２０℃に制御すればよい。
【００３９】
なお、本実施形態においては、金属製のヒータブロック２５を加熱する手段（ヒータ線２６）のみを設けているが、ヒータブロック２５を冷却する手段（例えばペルチェ素子など）を設けることにより、より正確かつ迅速に光透過媒質２４の温度を調節することができる。
【００４０】
本実施形態においては、光透過媒質２４が酸化物単結晶材料で構成されているために、結晶の種類にもよるが、一般的にガラス材料，薄膜材料よりも遥かに高いピークエネルギーを持つレーザ光を入射することにより生じるレーザ損傷が発生しづらいという長所を持っている。また、レーザ光が通過するパスの長さは長い（例えば５ｍｍ以上）方が本発明の効果が得られやすいので、大きな結晶を育成することが容易な単結晶材料を用いることが好ましい。
【００４１】
本実施形態では、光透過媒質２４として、ＧｄＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶を用いているが、ＧｄＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶以外に、ＲＥＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶（ＲＥ：希土類元素），ＫＴｉＯＰＯ４　結晶，ＬｉＮｂＯ３　結晶、ＬｉＴａＯ３　結晶など、金属元素と酸素からなる八面体構造を有する酸化物結晶であれば同様の効果が得られる。
【００４２】
ここでいう希土類元素ＲＥとしては、Ｙ（イットリウム），Ｌａ（ランタン），Ｌｕ（ルテチウム）のうちから選ばれる１又は２以上の元素を用いることができる。これらの酸化物は、無色かつ元素の電子構造が閉殻構造でないことから特に好ましい。またここでいう希土類元素として、Ｃｅ（セリウム），Ｓｍ（サマリウム），Ｇｄ（ガドリニウム），Ｙｂ（イッテルビウム），Ｔｍ（ツリウム），Ｈｏ（ホロミウム）などの元素も、閉殻構造ではないが無色であることから比較的好ましい。
【００４３】
また、酸化物結晶以外に、イットリウムなどの希土類元素，或いは鉄などの遷移金属元素を微量に添加したアルカリホウ素ガラス等のガラス材料を使用した場合も同様の効果を得ることは可能である。これらのガラス材料は、上述の材料に比べてやや小さい光エネルギーによっても破壊されることがあるが、使用光源の波長に応じて、リミッタの制限エネルギーをやや低めに設定すれば、本発明の効果を発揮することができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態も、医療用レーザ・レーザ加工・光通信等に用いられる可視光又は紫外光レーザ装置の光リミッタを備えたレーザシステムに関する。
【００４５】
図６は、本発明の第２の実施形態におけるレーザシステムのレーザ光発生部の構成を概略的に示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態のレーザシステムは、可視レーザ又は紫外レーザなどのレーザ光３１を発生するためのレーザ光発生装置３０と、レーザ光発生装置３０から出力されるレーザ光３１のエネルギーを制限するための光リミッタ４０とを備えている。光リミッタ４０は、レーザ光３１が通過する媒質等を含む装置部４１と、装置部４１を通過するレーザ光３１の上限エネルギーを設定するための上限出力設定器４２（結晶温度調節器）と、装置部４１の温度を検出するための温度センサ４３とを備えている。そして、光リミッタ２０からの出力光は、医療レーザシステム，レーザ加工装置，光通信装置などのレーザシステムの種類に応じて設けられたレーザ光の利用部に出力される。本実施形態の装置部４１には、例えば、以下のような具体例がある。
【００４６】
−第１の具体例−
図７（ａ），（ｂ）は、それぞれ第２の実施形態の第１の具体例における装置部４１Ａの構造を示す上面図及び断面図である。図７（ａ），（ｂ）に示すように、装置部４１Ａは、酸化物結晶からなるバルク結晶体である円板状の光透過媒質４４と、光透過媒質４４をその外周部で保持する金属製のホルダ４５と、ホルダ４５の周囲に設けられたヒータ４６と、光透過媒質４４を覆う無反射コーティング層４８と、無反射コーティング層４８を覆う表面保護膜４９とを備えており、ホルダ４５内に温度センサ４３が埋設されている。そして、光透過媒質４４の上方又は下方から入射された入力光をその反対側から出力光として出力するように構成されている。本具体例では、光透過媒質４４として、ＧｄＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶を用いている。
【００４７】
本具体例の構造では、光透過媒質４４が酸化物単結晶材料で構成され、数ｃｍ程度の大口径のレーザビームを用いる場合に適した構造である。
【００４８】
なお、無反射コーティング層４８は、互いに屈折率ｎの値の異なる複数の薄膜を交互に積層したものを用いるのが一般的であり、ＭｇＦ２　，ＨｆＯ２　，ＳｉＯ２　などを交互に積層したものを用いることができる。
【００４９】
また、表面保護膜４９の機能は、水分や湿気の光透過媒質への侵入を防いだり、光透過媒質が傷つけられるのを防ぐ機能である。
【００５０】
本具体例においても、上限出力設定器４２による温度調節方法は、第１の実施形態と同様に行なうことができる（図３参照）。そして、本具体例により、第１の実施形態と同様に、上限温度設定器４２により、光透過媒質４４の温度を調節することにより、光透過媒質４４からの出力光のエネルギーをある上限値以下に抑制することが可能となる。
【００５１】
ホルダ４５としては、熱伝導性や耐腐食性の良好な銅（Ｃｕ），黄銅（Ｂｌａｓｓ），ステンレス（ＳＵＳ）等を用いることができる。
【００５２】
なお、本具体例においては、金属製のホルダ４５を加熱する手段（ヒータ４６）のみを設けているが、ホルダ４５を冷却する手段（例えばペルチェ素子など）を設けることにより、より正確かつ迅速に光透過媒質４４の温度を調節することができる。
【００５３】
本具体例においては、光透過媒質４４が酸化物単結晶材料で構成されているために、結晶の種類にもよるが、一般的にガラス材料，薄膜材料よりも遥かに高いピークエネルギーを持つレーザ光を入射することにより生じるレーザ損傷が発生しづらいという長所を持っている。また、レーザ光が通過するパスの長さは長い（例えば５ｍｍ以上）方が本発明の効果が得られやすいので、大きな結晶を育成することが容易な単結晶材料を用いることが好ましい。
【００５４】
本具体例では、光透過媒質４４として、ＧｄＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶を用いているが、ＧｄＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶以外に、ＲＥＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶（ＲＥ：希土類元素），ＫＴｉＯＰＯ４　結晶，ＬｉＮｂＯ３　結晶、ＬｉＴａＯ３　結晶など、金属元素と酸素からなる八面体構造を有する酸化物結晶であれば同様の効果が得られる。
【００５５】
ここでいう希土類元素ＲＥとしては、Ｙ（イットリウム），Ｌａ（ランタン），Ｌｕ（ルテチウム）のうちから選ばれる１又は２以上の元素を用いることができる。これらの酸化物は、無色かつ元素の電子構造が閉殻構造でないことから特に好ましい。またここでいう希土類元素として、Ｃｅ（セリウム），Ｓｍ（サマリウム），Ｇｄ（ガドリニウム），Ｙｂ（イッテルビウム），Ｔｍ（ツリウム），Ｈｏ（ホロミウム）などの元素も、閉殻構造ではないが無色であることから比較的好ましい。
【００５６】
また、酸化物結晶以外に、イットリウムなどの希土類元素，或いは鉄などの遷移金属元素を微量に添加したアルカリホウ素ガラス等のガラス材料を使用した場合も同様の効果を得ることは可能である。これらのガラス材料は、上述の材料に比べてやや小さい光エネルギーによっても破壊されることがあるが、使用光源の波長に応じて、リミッタの制限エネルギーをやや低めに設定すれば、本発明の効果を発揮することができる。
【００５７】
−第２の具体例−
図８（ａ），（ｂ）は、それぞれ第２の実施形態の第２の具体例における装置部４１Ｂの構造を示す上面図及び断面図である。図８（ａ），（ｂ）に示すように、装置部４１Ｂは、円板状の石英板５０と、石英板５０をその外周部で保持する金属製のホルダ４５と、ホルダ４５の周囲に設けられたヒータ４６と、石英板５０を覆う第１の酸化物薄膜５１と、第１の酸化物薄膜５１を覆う第２の酸化物薄膜５２とを備えており、ホルダ４５内に温度センサ４３が埋設されている。そして、石英板５０等の上方又は下方から入射された入力光をその反対側から出力光として出力するように構成されている。なお、石英板５０に代えて、サファイア板を用いてもよい。
【００５８】
本具体例においても、上限出力設定器７２による温度調節方法は、第１の実施形態と同様に行なうことができる（図３参照）。そして、この第２の具体例により、第１の実施形態と同様に、上限温度設定器４２により、第１の酸化物薄膜５１の温度を調節することにより、第１の酸化物薄膜５１からの出力光のエネルギーをある上限値以下に抑制することが可能となる。
【００５９】
本具体例では、第１の酸化物薄膜５１が酸化物単結晶材料で構成され、第１の酸化物薄膜５１がグレイトラック現象を利用する光透過媒質であり、第２の酸化物薄膜５２が表面保護層であり、数ｃｍ程度の大口径のレーザビームを用いる場合に適した構造である。
【００６０】
ここで、本具体例における第１，第２の酸化物薄膜５１，５２の形成方法について説明する。まず、石英板又はサファイア板等の基板を流水にて１０分間洗浄した後、アセトン中に投入し、１０分の間超音波洗浄を行う。この操作により、基板の表面に付着したパーティクルを除去する。続いて、バッファード弗酸（例えばフッ化アンモニウム１４％のフッ酸水溶液）にて２０〜３０分洗浄する。この操作により、基板表面に付着した有機質の汚れを除去する。なお、上記バッファード弗酸の洗浄に代えて、バッファード弗酸による洗浄操作と、硫酸：過酸化水素水：水＝１：１：５の混合溶液（硫酸過水）による洗浄操作（２０〜３０分）とを組み合わせても高い洗浄効果を得ることができる。また、酸を使用した洗浄中に超音波洗浄を組み合わせると、さらに高い洗浄効果を得ることができる。洗浄後、リンサードライヤにより乾燥した後、少なくとも１時間以内に成膜装置のチャンバーに投入することが望ましい。
【００６１】
次に、成膜装置としてＲＦマグネトロンスパッタ装置を用い、成膜の際、基板をＲＦマグネトロンスパッタ装置のチャンバーに投入した後、基板の加熱を開始する。設定温度は５００〜６００℃が好ましい。基板温度の昇温中に３×１０−４Ｐａ程度まで真空引きを行う。基板温度が安定したところで、アルゴンガス及び酸素ガスをそれぞれ流量が９（ｍｌ／ｍｉｎ），１（ｍｌ／ｍｉｎ）の割合（酸素分圧１０％）で導入し、チャンバー内の圧力を１×１０−１Ｐａ程度に調整する。次に、ＬｉＮｂＯ３　ターゲットを選択し、高周波出力６０Ｗを投入し、基板上に成長速度４ｎｍ／ｍｉｎでＬｉＮｂＯ３　薄膜を成長させる。このＬｉＮｂＯ３　薄膜は、グレイトラック現象によって透過率が変化する第１の酸化物薄膜５１に相当する。
【００６２】
ここで、第１の酸化物薄膜５１が所望の膜厚となったところで、高周波出力の投入を停止し、ターゲットをＳｉＯ２　に切り替える。アルゴンガス及び酸素ガスは、それぞれ流量が９（ｍｌ／ｍｉｎ），１（ｍｌ／ｍｉｎ）の割合（酸素分圧１０％）で導入し、チャンバー内の圧力を１×１０−１Ｐａ程度のままであることを確認し、５０ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度でＳｉＯ２　薄膜を成膜する。このＳｉＯ２　薄膜は、表面保護層としての第２の酸化物薄膜５２に相当する。以上の操作の後、基板温度を降温し、室温程度となったところで基板をチャンバーから取り出し、基板の裏面側への第１，第２の酸化物薄膜５１，５２の成膜を行なう。
【００６３】
上述の成膜操作において、基板上にＬｉＮｂＯ３　の成膜を行う前に酸素プラズマによる逆スパッタ操作（高周波出力：１５０Ｗ、１５分間）を行なうことにより、基板表面の清浄化を行うことが可能となる。ただし、基板表面に荒れが生じないように注意する必要がある。
【００６４】
ここで、第１の酸化物薄膜５１による出力光のエネルギー制限機能を確保するためには、第１の酸化物薄膜５１が高配向性・高結晶性の薄膜であることが好ましく、高配向性・高結晶性の薄膜を成長させるためには、基板として単結晶基板を使用することが望ましい。
【００６５】
第１の酸化物薄膜５１としては、本具体例におけるＬｉＮｂＯ３　結晶膜以外に、ＧｄＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶，ＲＥＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶（ＲＥ：希土類元素），ＫＴｉＯＰＯ４　結晶，ＬｉＴａＯ３　結晶等の酸化物結晶膜を用いることができる。
【００６６】
ここでいう希土類元素ＲＥとしては、Ｙ（イットリウム），Ｌａ（ランタン），Ｌｕ（ルテチウム）のうちから選ばれる１又は２以上の元素を用いることができる。これらの酸化物は、無色かつ元素の電子構造が閉殻構造でないことから特に好ましい。またここでいう希土類元素として、Ｃｅ（セリウム），Ｓｍ（サマリウム），Ｇｄ（ガドリニウム），Ｙｂ（イッテルビウム），Ｔｍ（ツリウム），Ｈｏ（ホロミウム）などの元素も、閉殻構造ではないが無色であることから比較的好ましい。
【００６７】
また、第１の酸化物薄膜５１として、酸化物結晶以外に、イットリウムなどの希土類元素，或いは鉄などの遷移金属元素を微量に添加したアルカリホウ素ガラス等のガラス材料を使用した場合も同様の効果を得ることは可能である。これらのガラス材料は、上述の材料に比べてやや小さい光エネルギーによっても破壊されることがあるが、使用光源の波長に応じて、リミッタの制限エネルギーをやや低めに設定すれば、本発明の効果を発揮することができる。
【００６８】
第２の酸化物薄膜５２としては、ＳｉＯ２　膜以外に、ＭｇＦ２　膜，ＨｆＯ２　膜などを用いることができる。
【００６９】
また、酸化物薄膜の薄膜の形成方法としては、本具体例におけるスパッタ法以外に、ＬＰＥ法（液層エピタキシャル成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気層体積法）、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気層成長法）、ゾルゲル法などを使用した場合においても同様の効果が得られ、スパッタ法以上に高配向あるいは結晶性の高い薄膜を得ることも可能となる。
【００７０】
ホルダ４５としては、熱伝導性や耐腐食性の良好な銅（Ｃｕ），黄銅（Ｂｌａｓｓ），ステンレス（ＳＵＳ）等を用いることができる。
【００７１】
なお、本具体例においては、金属製のホルダ４５を加熱する手段（ヒータ４６）のみを設けているが、ホルダ４５を冷却する手段（例えばペルチェ素子など）を設けることにより、より正確かつ迅速に第１の酸化物薄膜５１の温度を調節することができる。
【００７２】
そして、この第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、レーザ加工装置における加工精度，能率の向上や、光通信システムにおける光サージによる部品の破損の防止，計算の簡略化などの効果を発揮することができる。
【００７３】
（第３の実施形態）
本発明における第３の実施形態も、医療用レーザ・レーザ加工・光通信等に用いられるレーザ装置の光リミッタに関するものであり、特に、導波路型の構成を備えている。
【００７４】
図９は、本発明の第３の実施形態におけるレーザシステムのレーザ光発生部の構成を概略的に示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態のレーザシステムは、可視レーザ又は紫外レーザなどのレーザ光６１を発生するためのレーザ光発生装置６０と、レーザ光発生装置６０から出力されるレーザ光６１のエネルギーを制限するための光リミッタ７０とを備えている。光リミッタ７０は、レーザ光６１が透過する媒質等を含む装置部７１と、装置部７１を通過するレーザ光６１の上限エネルギーを設定するための上限出力設定器７２（結晶温度調節器）と、装置部６１の温度を検出するための温度センサ７３とを備えている。そして、光リミッタ２０からの出力光は、医療レーザシステム，光通信装置などのレーザシステムの種類に応じて設けられたレーザ光の利用部に出力される。本実施形態の装置部７１には、例えば、以下のような具体例がある。
【００７５】
−第１の具体例−
図１０（ａ），（ｂ）は、それぞれ第３の実施形態の第１の具体例における装置部７１Ａの構造を示す断面図及び上面図である。図１０（ａ），（ｂ）に示すように、装置部７１Ａは、酸化物結晶からなるバルク結晶体である四角板状の光透過媒質７４と、光透過媒質７４をその外周部で保持する金属製のホルダ７５と、ホルダ７５の周囲に設けられたヒータ７６とを備えており、ホルダ７５内に温度センサ７３が埋設されている。本具体例では、光透過媒質７４として、ＧｄＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶を用いている。そして、光透過媒質７４の上部は、Ｔｉ，Ｚｎなどの金属原子が拡散されてなる導波路７４ａが形成されている。そして、導波路７４ａの側方から入射された入力光をその反対側から出力光として出力するように構成されている。
【００７６】
ここで、単結晶に導波路を形成する方法としては、相転位温度が高い単結晶の場合は、Ｔｉ，Ｚｎなどの金属を表面に蒸着した後、１０００℃程度の温度で拡散させる方法（金属拡散法）が適用できる。また、相転位温度が低い単結晶の場合には、安息香酸中でイオン交換を行うことによって屈折率の変化を生じさせるプロトン交換法を適用することも可能となる。また、エッチングなどでリッジ型形状とすることにより導波路を形成してもよい。
【００７７】
本具体例においても、上限出力設定器７２による温度調節方法は、第１の実施形態と同様に行なうことができる（図３参照）。そして、本具体例により、第１の実施形態と同様に、上限温度設定器７２により、光透過媒質７４の導波路７４ａの温度を調節することにより、光導波路７４からの出力光のエネルギーをある上限値以下に抑制することが可能となる。
【００７８】
ホルダ７５としては、熱伝導性や耐腐食性の良好な銅（Ｃｕ），黄銅（Ｂｌａｓｓ），ステンレス（ＳＵＳ）等を用いることができる。
【００７９】
なお、本具体例においては、金属製のホルダ７５を加熱する手段（ヒータ７６）のみを設けているが、ホルダ７５を冷却する手段（例えばペルチェ素子など）を設けることにより、より正確かつ迅速に光透過媒質７４の温度を調節することができる。
【００８０】
本具体例においては、光透過媒質７４が酸化物単結晶材料で構成されているために、結晶の種類にもよるが、一般的にガラス材料，薄膜材料よりも遥かに高いピークエネルギーを持つレーザ光を入射することにより生じるレーザ損傷が発生しづらいという長所を持っている。また、レーザ光が通過するパスの長さは長い（例えば５ｍｍ以上）方が本発明の効果が得られやすいので、大きな結晶を育成することが容易な単結晶材料を用いることが好ましい。
【００８１】
本具体例では、光透過媒質７４として、ＧｄＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶を用いているが、ＧｄＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶以外に、ＲＥＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶（ＲＥ：希土類元素），ＫＴｉＯＰＯ４　結晶，ＬｉＮｂＯ３　結晶、ＬｉＴａＯ３　結晶など、金属元素と酸素からなる八面体構造を有する酸化物結晶であれば同様の効果が得られる。
【００８２】
ここでいう希土類元素ＲＥとしては、Ｙ（イットリウム），Ｌａ（ランタン），Ｌｕ（ルテチウム）のうちから選ばれる１又は２以上の元素を用いることができる。これらの酸化物は、無色かつ元素の電子構造が閉殻構造でないことから特に好ましい。またここでいう希土類元素として、Ｃｅ（セリウム），Ｓｍ（サマリウム），Ｇｄ（ガドリニウム），Ｙｂ（イッテルビウム），Ｔｍ（ツリウム），Ｈｏ（ホロミウム）などの元素も、閉殻構造ではないが無色であることから比較的好ましい。
【００８３】
また、酸化物結晶以外に、イットリウムなどの希土類元素，或いは鉄などの遷移金属元素を微量に添加したアルカリホウ素ガラス等のガラス材料を使用した場合も同様の効果を得ることは可能である。これらのガラス材料は、上述の材料に比べてやや小さい光エネルギーによっても破壊されることがあるが、使用光源の波長に応じて、リミッタの制限エネルギーをやや低めに設定すれば、本発明の効果を発揮することができる。
【００８４】
なお、本具体例において、導波路７４ａの上に、導波路よりも屈折率の低い物質からなる反射防止層を設けてもよい。
【００８５】
−第２の具体例−
図１１（ａ），（ｂ）は、それぞれ第３の実施形態の第２の具体例における装置部７１Ｂの構造を示す断面図及び上面図である。図１１（ａ），（ｂ）に示すように、装置部７１Ｂは、四角板状の石英板７７と、石英板７７をその外周部で保持する金属製のホルダ７５と、ホルダ７５の周囲に設けられたヒータ７６と、石英板７７を覆う第１の酸化物薄膜７８と、第１の酸化物薄膜７８を覆う第２の酸化物薄膜７９とを備えており、ホルダ７５内に温度センサ７３が埋設されている。そして、第１の酸化物薄膜７８の側方から入射された入力光をその反対側から出力光として出力するように構成されている。なお、石英板７７に代えて、サファイア板を用いてもよい。
【００８６】
本具体例の構成により、単結晶材料を光透過媒質として使用した場合と比較して、簡便に導波路型光リミッタを形成することが可能となる。
【００８７】
本具体例では、第１の酸化物薄膜７８が酸化物単結晶材料で構成され、第１の酸化物薄膜７８がグレイトラック現象を利用する光透過媒質であり、第２の酸化物薄膜７９が反射層を兼ねた表面保護層である。そして、本具体例の構造は、レーザダイオード等のビーム径が小さなレーザを用いたレーザシステムに適している。
【００８８】
ここで、本具体例における第１，第２の酸化物薄膜７８，７９の形成方法について説明する。まず、石英板又はサファイア板等の基板を流水にて１０分間洗浄した後、アセトン中に投入し、１０分の間超音波洗浄を行う。この操作により、基板の表面に付着したパーティクルを除去する。続いて、バッファード弗酸（例えばフッ化アンモニウム１４％のフッ酸水溶液）にて２０〜３０分洗浄する。この操作により、基板表面に付着した有機質の汚れを除去する。なお、上記バッファード弗酸の洗浄に代えて、バッファード弗酸による洗浄操作と、硫酸：過酸化水素水：水＝１：１：５の混合溶液（硫酸過水）による洗浄操作（２０〜３０分）とを組み合わせでも高い洗浄効果を得ることができる。また、酸を使用した洗浄中に超音波洗浄を組み合わせると、さらに高い洗浄効果を得ることができる。洗浄後、リンサードライヤにより乾燥した後、少なくとも１時間以内に成膜装置のチャンバーに投入することが望ましい。
【００８９】
本具体例では、成膜装置としてＲＦマグネトロンスパッタ装置を用い、成膜の際、基板をＲＦマグネトロンスパッタ装置のチャンバーに投入した後、基板の加熱を開始する。設定温度は５００〜６００℃が好ましい。基板温度の昇温中に３×１０−４Ｐａ程度まで真空引きを行う。基板温度が安定したところで、アルゴンガス及び酸素ガスをそれぞれ流量が９（ｍｌ／ｍｉｎ），１（ｍｌ／ｍｉｎ）の割合（酸素分圧１０％）で導入し、チャンバー内の圧力を１×１０−１Ｐａ程度に調整する。次に、ＬｉＮｂＯ３　ターゲットを選択し、高周波出力６０Ｗを投入し、基板上に成長速度４ｎｍ／ｍｉｎでＬｉＮｂＯ３　薄膜を成長させる。このＬｉＮｂＯ３　薄膜は、グレイトラック現象によって透過率が変化する第１の酸化物薄膜７８に相当する。
【００９０】
ここで、第１の酸化物薄膜７８が所望の膜厚となったところで、高周波出力の投入を停止し、ターゲットをＳｉＯ２　に切り替える。アルゴンガス及び酸素ガスは、それぞれ流量が９（ｍｌ／ｍｉｎ），１（ｍｌ／ｍｉｎ）の割合（酸素分圧１０％）で導入し、チャンバー内の圧力を１×１０−１Ｐａ程度のままであることを確認し、５０ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度でＳｉＯ２　薄膜を成膜する。このＳｉＯ２　薄膜は、表面保護層としての第２の酸化物薄膜７９に相当する。以上の操作の後、基板温度を降温し、室温程度となったところで基板をチャンバーから取り出し、基板の裏面側への第１，第２の酸化物薄膜７８，７９の成膜を行なう。
【００９１】
上述の成膜操作において、基板上にＬｉＮｂＯ３　の成膜を行う前に酸素プラズマによる逆スパッタ操作（高周波出力：１５０Ｗ、１５分間）を行なうことにより、基板表面の清浄化を行うことが可能となる。ただし、基板表面に荒れが生じないように注意する必要がある。
【００９２】
ここで、第１の酸化物薄膜７８による出力光のエネルギー制限機能を確保するためには、第１の酸化物薄膜７８が高配向性・高結晶性の薄膜であることが好ましく、高配向性・高結晶性の薄膜を成長させるためには、基板として単結晶基板を使用することが望ましい。
【００９３】
第１の酸化物薄膜７８としては、本具体例におけるＬｉＮｂＯ３　結晶膜以外に、ＧｄＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶，ＲＥＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶（ＲＥ：希土類元素），ＫＴｉＯＰＯ４　結晶，ＬｉＴａＯ３　結晶等の酸化物結晶膜を用いることができる。
【００９４】
ここでいう希土類元素ＲＥとしては、Ｙ（イットリウム），Ｌａ（ランタン），Ｌｕ（ルテチウム）のうちから選ばれる１又は２以上の元素を用いることができる。これらの酸化物は、無色かつ元素の電子構造が閉殻構造でないことから特に好ましい。またここでいう希土類元素として、Ｃｅ（セリウム），Ｓｍ（サマリウム），Ｇｄ（ガドリニウム），Ｙｂ（イッテルビウム），Ｔｍ（ツリウム），Ｈｏ（ホロミウム）などの元素も、閉殻構造ではないが無色であることから比較的好ましい。
【００９５】
また、第１の酸化物薄膜７８として、酸化物結晶以外に、イットリウムなどの希土類元素，或いは鉄などの遷移金属元素を微量に添加したアルカリホウ素ガラス等のガラス材料を使用した場合も同様の効果を得ることは可能である。これらのガラス材料は、上述の材料に比べてやや小さい光エネルギーによっても破壊されることがあるが、使用光源の波長に応じて、リミッタの制限エネルギーをやや低めに設定すれば、本発明の効果を発揮することができる。
【００９６】
第２の酸化物薄膜７９としては、ＳｉＯ２　膜以外に、ＭｇＦ２　膜，ＨｆＯ２　膜などを用いることができる。
【００９７】
また、酸化物薄膜の薄膜の形成方法としては、本具体例におけるスパッタ法以外に、ＬＰＥ法（液層エピタキシャル成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気層体積法）、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気層成長法）、ゾルゲル法などを使用した場合においても同様の効果が得られ、スパッタ法以上に高配向あるいは結晶性の高い薄膜を得ることも可能となる。
【００９８】
そして、この第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、レーザ加工装置における加工精度，能率の向上や、光通信システムにおける光サージによる部品の破損の防止，計算の簡略化などの効果を発揮することができる。
【００９９】
（第４の実施形態）
本発明における第４の実施形態は、医療用レーザ・光通信等に用いられるレーザ装置の光リミッタに関するものであり、特に、光ファイバー型の構成を備えている。
【０１００】
図１２は、本発明の第４の実施形態におけるレーザシステムの光リミッタの構成を概略的に示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態の光リミッタは、レーザ光発生装置（図示せず）から出力されるレーザ光を案内するための入力側光ファイバ８１と、レーザ光を出力するための出力側光ファイバ８２と、入力側光ファイバ８１と出力側光ファイバ８２との間に介在するレーザ光の透過率を制限するためのファイバ型結晶体８０と、ファイバ型結晶体８０，入力側光ファイバ８１及び出力側光ファイバ８２を保持するための金属製のホルダ８５と、ホルダ８５を加熱するためのヒータ８６と、温度センサ８３とを備えている。なお、図示されていないが、光リミッタは、温度センサ８３の出力を受けて、ファイバ型結晶体８０を通過するレーザ光の上限エネルギーを設定するための上限出力設定器（結晶温度調節器）を備えている。本実施形態では、ファイバ型結晶体８０として、ＧｄＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶を用いている。
【０１０１】
本実施形態により、医療の分野や光通信の分野において汎用されている光ファイバを通過するレーザ光のエネルギーを、光ファイバーシステムの途中で一定値以下に制限し、あるいは、一定値に制御することが可能になる。例えば、海底ケーブルの途中に本実施形態の光リミッタを設置することもできる。
【０１０２】
そして、この第４の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、光通信システムにおける光サージによる部品の破損の防止，計算の簡略化などの効果を発揮することができる。
【０１０３】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態は、上述の第１〜第３の実施形態において説明した光リミッタを備えたレーザ加工装置に関する。
【０１０４】
図１３は、本発明の第５の実施形態におけるレーザ加工装置の構成を概略的に示す図である。同図に示すように、本実施形態のレーザ加工装置は、可視レーザ又は紫外レーザなどのレーザ光を発生するためのレーザ光発生装置９１と、レーザ光発生装置９１から出力されるレーザ光のエネルギーを制限するための光リミッタ９２と、光リミッタ９２から出力されるレーザ光を反射するためのモータ駆動されるガルバノミラー９３と、ビームを垂直方向から入射させないためのｆ−θレンズ９４と、加工対象物であるウエハ９６を支持するためのｘ−ｙウエハステージ９５を備えている。
【０１０５】
ここで、光リミッタ９２は、例えば上述の第１〜第３の実施形態のいずれかの構成を有している。つまり、レーザ光の出力を一定値以下に制限するための光透過媒質と、光透過媒質の温度を制御するための温度調節機構とを有している。
【０１０６】
本実施形態によると、光リミッタ９２からの出力光のエネルギーを一定値以下に制限することができるので、加工の際に底付き孔を深く形成しすぎたり、貫通孔を形成してしまうなどの不具合を有効に防止することができる。また、出力光のエネルギーを一定値に制御することもできるので、加工に際する制御の容易化や孔の深さの精度の向上を図ることができる。
【０１０７】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態は、上述の第１〜第３の実施形態において説明した光リミッタを備えたレーザ加工装置の一種である医療用レーザ装置に関する。
【０１０８】
図１４は、本発明の第６の実施形態における医療用レーザ装置（レーザメス）の構成を概略的に示す図である。同図に示すように、本実施形態のレーザ加工装置は、可視レーザ又は紫外レーザなどのレーザ光を発生するためのレーザ光発生装置１０１と、レーザ光発生装置１０１から出力されるレーザ光のエネルギーを制限するための光リミッタ１０２と、光リミッタ１０２から出力されるレーザ光を絞るための第１レンズ１０３と、第１レンズ１０３で集光されたレーザ光を導波させるための光ファイバ１０４と、光ファイバ１０４から出力される光をさらに絞って、患部１０６に照射するための第２レンズ１０５とを備えている。
【０１０９】
ここで、光リミッタ１０２は、例えば上述の第１〜第３の実施形態のいずれかの構成を有している。つまり、レーザ光の出力を一定値以下に制限するための光透過媒質と、光透過媒質の温度を制御するための温度調節機構とを有している。
【０１１０】
本実施形態によると、光リミッタ１０２からの出力光のエネルギーを一定値以下に制限することができるので、患部１０６を切除等する際に、誤って正常な組織を傷つけたり、必要以上に患部を切除してしまうなどの不具合を有効に防止することができる。また、レーザ光のエネルギーを一定値に制御することもできるので、より精度の高い手術が可能になり、複雑に入り組んだ器官の手術や、精度が非常に要求される眼科治療などにおいても、より安全に手術を行なうことができる。
【０１１１】
上記各実施形態では、可視〜紫外レーザを用いた例について示したが、材料固有の透過特性を考慮しながら材料を選択することによって赤外線レーザを用いるシステムにも用いることが可能である。
【０１１２】
なお、上記第１〜第３の実施形態において、光透過媒質としてバルクの結晶体を用いた場合にも、その表面に無反射コーティングを施してもよい。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明の光リミッタ又はレーザシステムによれば、所定値以上のエネルギーを持つレーザ光が入射したときに、出力を一定値以下に制限する媒質を有しているので、レーザ加工装置における加工精度，能率の向上や、光通信システムにおける光サージによる部品の破損の防止，計算の簡略化などの効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるレーザシステムのレーザ光発生部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、それぞれ第１の実施形態における装置部の具体的な構造の例を示す断面図及び正面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における上限出力設定器による温度調節方法の一例を示すブロック図である。
【図４】ＧｄＣａ４　Ｏ（ＢＯ３　）３　結晶を通過するレーザ光の入力エネルギーと出力エネルギーとの関係を示すデータである。
【図５】本発明の光リミッタの光透過媒質２４への入力光と出力光との波高を制御する機能を説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施形態におけるレーザシステムのレーザ光発生部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は、それぞれ第２の実施形態の第１の具体例における装置部の構造を示す上面図及び断面図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は、それぞれ第２の実施形態の第２の具体例における装置部の構造を示す上面図及び断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態におけるレーザシステムのレーザ光発生部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図１０】（ａ），（ｂ）は、それぞれ第３の実施形態の第１の具体例における装置部の構造を示す断面図及び上面図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）は、それぞれ第３の実施形態の第２の具体例における装置部の構造を示す断面図及び上面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態におけるレーザシステムの光リミッタの構成を概略的に示すブロック図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態におけるレーザ加工装置の構成を概略的に示す図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態における医療用レーザ装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１０　　レーザ光発生装置
１１　　レーザ光
１１ａ　入力光
１１ｂ　出力光
２１　　装置部
２２　　上限出力設定器
２３　　温度センサ
２４　　光透過媒質
２５　　ヒータブロック
２６　　ヒータ線
２７　　ハウジング
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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