MgO-LiNbO3ド
メ イ ン反 転 バ ル ク結 晶 を用 い た
青 ・緑 色 固 体 レ ー ザ ー とそ の 応 用
神 山 宏 二,岡 崎 洋 二,原 田 明 憲
富士 写真 フイ ル ム(株)宮 台技 術 開発 セ ンタ ー(〒258-8538神 奈 川 県 足 柄 上 郡 開 成 町 宮 台798)
Blue•EGreen Solid State Lasers
Using MgO-LiNbO3 Periodic Domain Inverted Bulk Crystal and Their Applications
Koji KAMIYAMA, Yoji OKAZAKI, and Akinori HARADA
Fuji Photo
Film.
Co., Ltd., Miyanodai
Technology
Development
Center
798
Miyanodai,
Kaisei-Machi,
Ashigarakami-gun,
Kanagawa
258-8538
(Received November 13, 1997)
A periodically domain inverted crystal has several advantages, such as 1) high conversion efficiency 2) wide
temperature tolerance 3) no walk off. Periodically poled MgO-LiNbO3 for blue and green were successfully
obtained with uniform periodicity by the novel corona discharge method. Using these crystals in intracavity
frequency doubling of a diode-pumped device made it possible to control temperatures of LD and periodically
poled MgO-LiNbO3 simultaneously.
As a result, we have developed high beam quality, high power stability
and compact blue and green solid state lasers. Using these blue and green solid state lasers, a new digital photo
printing system and a new fluorescent image analyzer were accomplished.
Key Words: MgO-LN periodic domain inverted crystal , SHG, Solid state laser, Blue, Green
1.は じめ に 光 に よ る デ ジ タ ル 画 像 記 録 方 式 と し て は,レ ー ザ ー 走 査, CRT,白 色光 源 シ ャ ッ タ ー ア レ ー,LEDア レ ー,LEDド ラ ム 走 査 等 が 商 品 と して 実 用 に 供 さ れ て い る.し か し,特 に 高 品 位,高 機 能 の 画 像 記 録 シ ス テ ム に 於 い て は,レ ー ザ ー 技 術 と コ ン ピ ュ ー タ ー 画 像 処 理 技 術 の 進 歩 と が 相 ま っ て, レ ー ザ ー に よ る 画 像 記 録 が 最 も好 ま し い 技 術 と し て 注 目 を集 め て い る.そ の 具 体 的 な シ ス テ ム 例 と し て は,コ ピ ア, 写 真,フ ィ ル ム 録 画,印 刷 製 版,医 療 画 像,分 析 ・解 析 画 像, 画 像 記 録 評 価 な どが 挙 げ ら れ る.こ れ ら の 画 像 記 録 シ ス テ ム は レ ー ザ ー の 本 質 的 な 特 徴 で あ る 単 色 性 ・指 向 性 に 優 れ る こ と に 起 因 す る 微 小 ス ポ ッ トへ の 集 光 お よ び 変 調 ・偏 向 な ど の 精 密 制 御 性,高 エ ネ ル ギ ー 集 光 性 を 有 効 に 生 か した も の で あ る.そ の レ ー ザ ー 特 性 と し て は 多 ビ ー ム 化,高 出 力 化,短 波 長 化,高 品 位 化,小 型 化 な ど が 要 求 さ れ て い る12).こ こ で,短 波 長 化 の 青,緑 色 レ ー ザ ー に 焦 点 を 当 て る と,前 述 の 高 品 位,高 機 能 の 画 像 記 録 シ ス テ ム に 搭 載 さ れ て い る の はAr,He-Cdな ど の ガ ス レ ー ザ ー で あ り, 高 品 位 化,小 型 化 な ど の 点 で シ ス テ ム の 要 求 特 性 を 満 足 し て い な か っ た. 本 稿 で は,筆 者 等 が 開 発 し た 高 品 位 ・小 型 の 青,緑 色 半 導 体 レ ー ザ ー 励 起 内 部 共 振 型 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー(以 下, 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー と呼 ぶ)と そ れ ら の レ ー ザ ー を 搭 載 し た 当 社 の カ ラ ー 写 真 画 像 を 銀 塩 感 材 に 露 光 す る ラ ボ 用 デ ジ タ ル フ ル カ ラ ー プ リ ン トシ ス テ ム"フ ロ ン テ ィ ア"及 び 分 子 生 物 学 用 多 目的 蛍 光 画 像 解 析 シ ス テ ム"FLA2000"に つ い て 述 べ る. 2.MgO-LiNbO3ド メ イ ン 反 転 バ ル ク結 晶 従 来,青 色 の 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー に は,波 長 変 換 結 晶 と してKNbO3が 用 い ら れ て き た3-5).KNbO3は,比 較 的 非 線 形 定 数 は 大 き い が,温 度 許 容 範 囲 が 非 常 に 狭 い と 言 う 問 題 を 有 し,結 晶 の 精 密 な 温 度 制 御 が 必 要 で あ っ た.ま た, 946nmで 位 相 整 合 す る た め に は 角 度 位 相 整 合 し な け れ ば な らず,ウ ォ ー ク オ フ を 生 じて し ま う 問 題 が あ っ た.そ の 結 果,KNbO3を 用 い た 青 色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー は,銀 塩 感 光 材 料 に 露 光 す る 高 品 位 光 源 と し て は,出 力 安 定 性,ビ ー ム 品 質 な どの 点 で 問 題 が あ っ た. 一 方,緑 色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー は,波 長 変 換 結 晶 と し てKTiOPO4が 用 い ら れ て き た6).KTiOPO4は タ イ プII結 晶 で あ る 為 に,ηe,η。の 各 偏 光 成 分 に 位 相 差 を 生 じ,共 振 器 内 に て 偏 光 が 回 転 して し ま う.従 っ て,KTiopo4の 位 相 差 を 制 御 す る た め に,結 晶 を 温 調 し な け れ ば な らず,実 効 的 に は 温 度 許 容 範 囲 が 狭 くな る と い う 問 題 が あ っ た.そ の 結 果,出 力 安 定 化 及 び,再 現 性 良 く高 効 率 に 波 長 変 換 す る 事 が 比 較 的 困 難 で あ っ た7,8). レー ザ ー研 究1998年3月
234
こ れ らの 問 題 に 対 して,筆 者 等 は 高 品 位 ・小 型 の 波 長 変 換 固 体 レー ザ ー を実 用 可 能 と す る 波 長 変 換 結 晶 と して,新 規 なMgO-LiNbO3ド メ イ ン 反 転 バ ル ク 結 晶(periodically poled bulk MgO-LiNbO3crystal;以 下,PPMGLNと 略 す)を 開 発 し た. ドメ イ ン 反 転 結 晶 は ドメ イ ン反 転 周 期 を変 化 さ せ,任 意 の 波 長 に 対 し て 擬 似 位 相 整 合 す る 事 が 可 能 で,LiNbO3 , LiTaO3 ,KTiOPO4,RbTiOAsO4に 対 し て 幾 つ か の ドメ イ ン 反 転 バ ル ク結 晶 作 成 方 法 が 提 案 さ れ て い る9-12).こ れ ら の 中 で は 高 電 圧 パ ル ス 法 が 長 い 相 互 作 用 長 で 比 較 的 均 質 な ド メ イ ン反 転 層 の 形 成 を 可 能 に して い る.LiNbO3ド メ イ ン 反 転 バ ル ク 結 晶 を用 い た シ ン グ ル パ ス の 報 告 例 と し て は 高 出 力LD励 起Nd:YAGレ ー ザ ー を 基 本 波 と し,最 大450mW の473nm青 色 波 長 変 換 出 力13),並 び に 最 大2.7Wの532nm緑 色 波 長 変 換 出 力14)が 得 られ た も の が あ る.し か し,い ず れ の 場 合 も高 出 力 が 得 ら れ て は い る が,LiNbO3光 損 傷 に よ る 出 力 及 び ビ ー ム 不 安 定 性 を 回 避 す る 為 に140℃ 以 上 に LiNbO3結 晶 を 温 調 し て お り,高 品 位 ・小 型 光 源 と し て は 実 用 に 供 し難 い.一 方,小 型 ・高 効 率 が 期 待 で き るNd:YAG レ ー ザ ー の 内 部 共 振 器 波 長 変 換 で は,532nm緑 色 波 長 変 換 出 力400μW15)が 報 告 さ れ て い る に 過 ぎ な い. MgO-LiNbO3はLiNbO3,LiTaO3に 対 し て 耐 光 損 傷 に 優 れ, LiTaO3,KTiOPO4に 対 し て 大 き な 非 線 形 定 数 を持 つ 優 れ た 結 晶 で あ る.筆 者 等 は,Fig.1に 示 し た 新 規 な コ ロ ナ 帯 電 法 に よ り,MgO5モ ル%が ドー プ さ れ た0.4mmの 厚 さ のZカ ッ トMgO-LiNbO3に 均 質 な ド メ イ ン 反 転 形 成 を 可 能 に し た16).+Z面 に は,946nm,1064nm各 々 に 室 温 で の 第 一 次 周 ・ 期 に 対 応 す る4.75μm,7.0μmのTa電 極 を リ ソ グ ラ フ ィ ー で 形 成 し た.+Z面 はTa電 極 間 を 高 抵 抗 に 維 持 す る 為 に10-7 Torrの 真 空 に 保 持 さ れ,-Z面 に-5.5kVの 高 電 圧 を100℃,2 秒 間 か け,均 質 な ドメ イ ン反 転 層 を 持 つPPMGLNを 作 成 し た.Fig.2に1HF:2HNO3混 酸 で 表 面 を エ ッチ ン グ し たY断 面 の ドメ イ ン 反 転 構 造 の 顕 微 鏡 写 真 を 示 し た. PPMGLNは 非 線 型 定 数 の 最 も大 き なd33用 い て 実 効 非 線 形 定 数deff(21pm/V)を 用 い る 事 が で き る 為,ア ン グ ル カ ッ トKNbO3(16pm/V)等 に 対 して 高 い 波 長 変 換 効 率 が 期 待 で き る.ま た,基 本 波 と 第 二 高 調 波 が 同 一 の η,偏光 を 取 る た め に 比 較 的 温 度 許 容 範 囲 が 広 く な る.さ ら に,ウ オ ー ク オ フ が 無 い な ど の 特 徴 を 有 す る.更 に,高 い 波 長 変 換 効 率 を 有 す る 為 に,結 晶 長 を 短 く し て,広 い 温 度 許 容 範 囲 を 実 現 で き る.Fig.3にPPMGLN結 晶 長1=2mmで の,946nm基 本 波
Fig.1 Schematic diagram of the experimental setup for co-rona discharge method.
Fig.2 Optical-microscope image of the Y face-cross sec-tion of the bulk domain structure of a 0.4-mm-thick MgO-LiNbO3 crystal after chemical etching.
Fig.3 Fundamental wavelength dependence of SH power for 2.0-mm-long bulk domain inverted MgO-LiNbO3 with a Ti:Al2O3 laser. SHG:SH generation.
に対 す る青 色473nm波
長 変 換 パ ワ ーの 波 長 依 存 性 を示 し
た.半 値 幅 は0.6nmで,理 論 計 算値 と殆 ど一 致 した.こ の事
実 は結 晶長 方 向 で の ドメ イ ン反 転 の 周期 性 が均 質 で あ る
こ と を示 して い る と考 え られ る.更
に,946nm青
色 対 応
PPMGLNの
青色473nm波
長 変 換 パ ワ ー の温 度 依 存 性 を測
定 した.結 晶長2mmに
お い て,9℃(18℃mm)も
の 温度 許 容
範 囲(半 値 幅)が 得 られ,KNbO3(4℃mm)に
対 して 約5倍 の
温 度 許 容 範 囲 が あ る こ とが わ か っ た.ま た,筆 者等 の作 成
したPPMGLNは,KNbO3に
比 較 して,2光 子 吸 収 等 に よる吸
収 と散 乱 が小 さい為 に,共 振器 内の 内部 ロス が0.1%以 下 で,
KNbO3の0.5%程
度 に対 して非 常 に小 さい.内 部 共 振 器 型
の波 長 変 換 固体 レーザ ーの 出力 は,非 線 型 定 数 と内部 ロス
の逆 数 の2乗 に比 例 す る為,PPMGLNはKNbO3に
比 べ 大 き
な波 長 変 換効 率 を有 す る事 とな り,わず か2mmの 結 晶長 に
お い て も高 出力 の 青 色 波 長 変 換 光 が 期待 で きる.
PPMGLNの
特 徴 を纏 め る と,1)高 変 換 効 率2)温 度 許 容
範 囲が 広 い3)ウ
オ ー ク オ フが 無 い4)位 相 差 を生 じない
事 で あ る.こ れ らの特徴 が 基本 とな り,以下 に述 べ る青,緑
色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー と し て,半
導 体 レ ー ザ ー と
第26巻 第3号Mgo-LiNbO,ド メ イ ン反 転 バ ル ク結 晶 を用 い た青,緑 色 固体 レ ーザ ー とそ の 応 用235
PPMGLNの 同 時 温 調 を 可 能 と し,出 力 安 定 性,低 ノ イ ズ 化, 高 ビ ー ム 品 質,小 型 化 を達 成 す る こ とが で き た17,18). 3.青,緑 色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー の 構 造 青,緑 色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー の 構 造 をFig.4に 示 す.先 ず,青 色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー を例 に と り挙 げ,そ の 構 造 の 概 要 を 述 べ る.励 起 光 源 に は 発 光 幅50μm,出 力500mW の ワ イ ドス トラ イ プ 型 半導 体 レ ー ザ ー を 用 い た.上 記 半 導 体 レ ー ザ ー を集 光 光 学 系 に て 厚 さlmmの1.0at%Nd:YAG 結 晶 内 に 集 光 し,λ=946nmの 基 本 波 を 発 振 させ,PPMGLN に よ っ て 波 長 変 換 し,λ=473nmの 青 色 波 長 変 換 光 を 発 生 させ た.PPMGLNは,周 期A=4.75μm,結 晶 長(相 圧作 用 長) 1=2mmで あ り,発 振 ビ ー ム の 回 折 ロ ス を な くす た め に 厚 さ0.4mmに 最 適 化 し た. Nd:YAGの 前 面 の フ ラ ッ ト ミ ラ ー は946nmに 対 して 高 反 射 率,809nmの 励 起 波 長 に 対 し て は 高 透 過 率 の コ ー トを 施 した.ま たNd:YAGの 反 体 面 に は946nmに 対 し て 無 反 射 コ ー トを 施 し た.反 対 側 の 凹 面 ミ ラ ー に も 同 様 の コ ー ト を 施 し た.基 本 波 の 縦 モ ー ド競 合 を抑 制 す る 為 に,共 振 器 長 を10mmと 短 く し,縦 モ ー ド間 隔 を 広 げ,か つ 共 振 器 内 に エ タ ロ ン を挿 入 す る こ と で,単 一 縦 モ ー ド化 を は か っ た. エ タ ロ ン は946nmの 発 振 ゲ イ ン幅 と 同 等 のFSRと な る 厚 み と し,フ ィ ネ ス は 隣 接 縦 モ ー ドロ ス が 約1%に な る よ う な 反 射 率 と した.こ れ に よ っ て,完 全 な 縦 単 一 モ ー ド条 件 を 実 現 し た.特 に,PPMGLNの 結 晶 長1=2mmで あ る 事 か ら共 振 器 長 を 短 くす る こ とが 可 能 と な り,縦 モ ー ド間 隔 を 十 分 に 広 げ る 事 が で き た 為,エ タ ロ ン に よ る 単 一 縦 モ ー ド化 を 容 易 に し た.更 に,結 晶 長1=2mmの 為.温 度 許 容 範 囲 が 広 が り,半 導 体 レー ザ ー とPPMGLNの 同 時 温 調 が 可 能 と な っ た.従 っ て,本 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー は,半 導 体 レ ー ザ ー と 共 振 器 を 一 つ の ペ ル チ ェ 素上 に 設 置 し た 構 造 に な っ て い る.半 導 体 レ ー ザ ー,PPMGLNお よ び 共 振 器 を 一 定 温 度 で 制 御 す る こ と で,半 導 体 レ ー ザ ー 発 振 波 長,位 相 整 合 温 度,固 体 レ ー ザ ー 発 振 波 長 を 一 定 に 保 つ 事 が で き,安 定 な 出 力 特 性 が 得 ら れ た.こ の 半 導 体 レ ー ザ ー と 共 振 器 同 時 温 調 採 用 に よ り,波 長 変 換 固 体 レー ザ ー の 寸 法 は,50×30 ×29mm3の 小 型 化 を 実 現 す る こ とが で き た. 緑 色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー は,励 起 光 源 と し て 育色 と 同
Fig.4 Basic structure of blue and green diode-pumped intracavity frequency doubling solid-state lasers.
じ 発 光 幅50μm,出 力500mWの ワ イ ドス トラ イ プ 型 半 導 体 レ ー ザ ー を 用 い た.基 本 波 を 発 生 さ せ る レ ー ザ ー 結 晶 と し て は,半 導 体 レ ー ザ ー 光 の 吸 収 係 数 が 大 き く,薄 型 化 で き 縦 モ ー ドが 安 定 化 で き るNd:YVO4(厚 さ1mm)を 用 い た.Nd:YVO4を 励 起 して λ=1064nmの 基 本 波 を 発 振 させ, PPMGLNに よ っ て λ=532nmの 緑 色SH光 を 発 生 させ た. PPMGLNは,周 期A=7.00μm,結 晶 長1=2mmで あ り,発 振 ビ ー ム の 回 折 ロ ス を な くす た め に 厚 さ0.6mmに 最 適 化 し た.ま た,青 色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー と同 様 に 基 本 波 の 縦 モ ー ド競 合 を 抑 制 す る 為 に,共 振 器 内 に エ タ ロ ン を挿 入 し, 単 一 縦 モ ー ド化 を は か っ た.エ タ ロ ンの 構 成,ミ ラ ー,Ndl YVO4コ ー ト等 そ の 他 の 構 成 の 考 え 方 は 青 色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー と ほ ぼ 同 等 と し た. Fig.5に 青,緑 色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー の 写 真 を 示 した. 4.青,緑 色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー の 特 性 青,緑 色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー の 基 本 特 性 に つ い て 示 す.Fig.6に そ れ ら の 出 力 特 性 の 一 例 を 示 す.青 色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー は,PPMGLN結 晶 長1=2mm,半 導 体 レ ー ザ ー 励 起500mWの 時 に青 色 出 力17mWが 得 ら れ,そ の 変 換 効 率 は3.4%で あ っ た.一 方,緑 色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー は, PPMGLN結 晶 長1=2mm,半 導 体 レ ー ザ ー 励 起500mWの 時 に 緑 色 出 力90mWが 得 ら れ,そ の 変 換 効 率 は18%で あ っ た.本 結 果 よ り,PPMGLNの 高 波 長 変 換 効 率 性 が 実 証 さ れ た.次 に ビ ー ム 特 性 は,PPMGLNに ウ オ ー ク オ フ が 無 い こ と か ら 非 常 に均 一 で,楕 円 比 は ほ ぼ1:1で あ り,M2は1,05 と 良 好 で あ っ た.次 に 環 境 温 度 を 変 化 さ せ た 場 合 の 出 力 安 定 性 と ノ イ ズ 特 性 を 測 定 し た 結 果 をFig.7に 示 す 。 環 境 温 度 は10℃ か ら45QCま で 変 化 させ た.出 力 安 定 性 は ±1% 以 内,ノ イ ズ 安 定 性 は1%rms以 内 で あ っ た.さ ら に,上 記 環 境 温 度 範 囲 の 多 重 サ イ ク ル 試 験 を 実 施 し て も 出 力 安 定 性 及 び ノ イ ズ 特 性 に 影 響 は 無 く,実 用 化 に 耐 え る 環 境 特 性 を 持 つ こ と を 確 認 し た. 5.青,緑 色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー の 応 用 高 品 位 の デ ジ タ ル 画 像 形 成 に は,レ ー ザ ー が 必 須 で あ
Fig.5 Blue and green diode-pumped intracavity frequency doubling solid-state lasers.
(a) Blue
(b) Green
Fig.6 SH power of intracavity frequency doubling as a
function
of pumping
laser diode (LD) power.
SHG:SH generation.
Fig.7 Temperature stability of blue and green diode-pumped intracavity frequency doubling solid-state lasers. る.特 に,青,緑 色 レ ー ザ ー に 関 し て は,ガ ス レー ザ ー に 代 わ る 高 品 位 ・小 型 ・長 寿 命 の レ ー ザ ー の 実 用 化 が 望 ま れ て い た こ と は,「 は じめ に 」で も 述 べ た.こ こ で は,筆 者 等 が 開 発 し た 高 品 位 ・小 型 ・長 寿 命 の 青,緑 色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー を キ ー デ バ イ ス と し て 搭 載 し た 当 社 の 世 界 初 の カ ラ ー 写 真 画 像 を 銀 塩 感 材 に 露 光 す る ラ ボ 用 デ ジ タ ル フ ル カ ラ ー プ リ ン トシ ス テ ム"フ ロ ン テ ィ ア"19)及 び 分 子 生 物 学 用 多 目 的 蛍 光 画 像 解 析 シ ス テ ム"FLA2000"に つ い て 述 べ る. 5.1ラ ボ 用 デ ジ タ ル フ ル カ ラ ー プ リ ン トシ ス テ ム 近 年 デ ジ タ ル 画 像 処 理 技 術 の 進 展 に 伴 い,カ ラ ー 画 像 の デ ジ タ ル 処 理 は 急 速 に 普 及 し て い る.カ ラ ー 写 真 を 高 速 で 処 理 す る ラ ボ 機 器 に お い て も,デ ジ タ ル 処 理 の 実 現 が 待 た れ て い た.当 社 で は,高 精 細,大 容 量 の カ ラ ー 写 真 画 像 デ ー タ ー を 高 速 処 理 し,今 ま で に な い 高 画 質 の プ リ ン トを 実 現 し た 世 界 初 の ラ ボ 用 デ ジ タ ル フ ル カ ラ ー プ リ ン トシ ス テ ム"フ ロ ン テ ィ ア"を 商 品 化 し た.こ の シ ス テ ム は,デ ジ タ ル 化 さ れ た カ ラ ー 写 真 画 像 デ ー タ ー を 銀 塩 カ ラ ー ペ ー パ ー に レ ー ザ ー で 露 光 す る も の で,写 真 の 高 画 質 化,高 機 能 化 を 実 現 す る こ と に よ っ て,写 真 の 新 しい サ ー ビ ス を 提 供 す る も の で あ る.カ ラ ー ペ ー パ ー に レ ー ザ ー 露 光 す る レ ー ザ ー 走 査 露 光 部 をFig.8に 示 し た. こ れ を 実 現 す る た め に は,高 品 位 ・小 型 ・長 寿 命 な 青, 緑,赤 色 の 光 の3原 色 の レ ー ザ ー 光 源 が 必 要 で あ る.赤 色 レ ー ザ ー は 市 販 の 半 導 体 レ ー ザ ー の 出 力 安 定 性 を 電 源 回 路 等 で 改 良 して 使 用 し,青,緑 色 レ ー ザ ー と し て は,筆 者 等 が 開 発 し た 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー を 使 用 し た.デ ジ タ ル 化 さ れ た カ ラ ー 写 真 画 像 デ ー タ ー は 青,緑,赤 色 レ ー ザ ー に各 々,供 給 さ れ,変 調 さ れ た 後,ポ リ ゴ ン ミ ラ ー で カ ラ ー ペ ー パ ー 上 に走 査 露 光 さ れ,現 像 さ れ る.カ ラ ー ペ ー パ ー へ の デ ジ タ ル 露 光 に 於 い て ,CRT露 光 等 に 比 較 し て,こ の 青,緑,赤 色 レ ー ザ ー 走 査 露 光 は プ リ ン ト速 度,画 質 の 両 面 に於 い て 優 れ て い る.即 ち,こ の 青,緑 赤 色 レ ー ザ ー 走 査 露 光 で は,サ ー ビ ス サ イ ズ ー 枚 を1.3秒(A4サ イ ズ1枚 を4秒) で プ リ ン トす る 高 速 性 能,更 に は フ レ ア ー が 極 め て 少 な い 抜 け の 良 い 画 像,単 一 光 源 な らで は の ム ラ の な い な め ら か な グ ラ デ ー シ ョ ン再 現 性,大 伸 ば しで も変 わ ら な い 優 れ た シ ャ ー プ ネ ス 等 数 々 の 高 画 質 性 能 を 有 し て い る.以 上 述 べ た 高 速 プ リ ン ト性 能 お よ び 高 画 質 性 は 高 品 位 ・小 型 ・
Fig.8 Configuration of a new digital photo printing sys-tem using blue and green diode-pumped intracavity frequency doubling solid-state lasers.
長 寿 命 な青,緑 波 長変 換 固体 レー ザ ー の基 本 性 能 が ベ ース
とな っ た もの で あ る.
5.2分
子 生 物 学用 多 目的 蛍光 解 析 画 像 シ ス テ ム
遺 伝 子 解析 等 の分 子 生 物 学分 野 で は,解 析 手 法 が多 種 多
様 化 し,多 くの バ イ オ研 究 者 が 新 しい手 法 に移行 しつつ あ
る.従 来,RI(放 射 性 同位 元 素)を 標 識 マ ー カー とす るRI法
が広 く利 用 され て きたが,放 射 性 同位 元 素 を用 い な い化 学
発 光 法 や蛍 光 法 等 の非RI法 が,試 薬 の性 能 向上 もあ り,近
年,急 速 に普 及 しつ つ あ る.従 来,蛍 光 色 素 を励 起 す る た
め の光 源 と して,Arレ ー ザ ー が使 わ れ て きた が,放 熱 の 問
題 や 寸 法 が 大 きい ため,シ ス テ ム が コ ンパ ク トに な らない
等 の 問題 が あ っ た.一 方,450nmの 青 色LEDを 用 い た画 像
解 析 装 置 も開発 されて い るが,発 光 の指 向 性 と励 起 効 率 が
著 し く悪 く,蛍光解 析 画 像 装 置 には適 さ ない.当 社 が 新 規
に 開発 した"FLA2000"は,筆
者 等 が 開発 した青 色 波 長 変 換
固体 レー ザ ー 光 源 を搭 載 して い る小 型 軽 量 の 蛍 光 解 析 シ
ス テ ムで あ る.レ ーザ ー はLEDに 対 して指 向性 が 良 く,励
起 効 率 が 高 い た め,ゲ ル の よ うな厚 み のあ るサ ンプ ルで も
高 感 度 で高 分 解 能 の 画像 と して 読 み 取 る こ とが で き る.
その 画 像 形成 方 法 は,ポ リ ゴ ン ミラ ーで 青 色 波長 変 換 固 体
レーザ ー 光 を解 析 用 の ゲ ル等 の試 料 に走査 し,試料 か ら発
光 した 蛍 光 を フ ォ トマ ル に導 き,そ の デ ジ タル画 像 情 報 を
コ ン ピ ュー ター上 で 解析 し,そ の結 果 を銀 塩 フ ィル ム等 に
画 像 出力 す る もの で あ る.
6.ま と め 筆 者 等 は,新 規 に 開 発 した コ ロ ナ 帯 電 法 に よ り,473nm青 色 及 び532nm緑 色 に 対 応 す る 波 長 変 換 結 晶 と し て,均 一 な 周 期 ド メ イ ン と2mm以 上 の 結 晶 長 を 持 つ 新 規 なMgO-LiNbO3ド メ イ ン反 転 バ ル ク 結 晶 を 開 発 し た.半 導 体 レ ー ザ ー 励 起 内 部 共 振 型 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー に こ の 波 長 変 換 結 晶 を 用 い,500mWの 半 導 体 レ ー ザ ー 励 起 で,最 大 出 力 で 青 色17mW,緑 色90mWの 高 変 換 効 率 を 得 る と 共 に,半 導 体 レ ー ザ ー と波 長 変 換 結 晶 の 同 時 温 調 化 及 び エ タ ロ ン に よ る単 一 縦 モ ー ド化 等 に よ り,出 力 ・ノ イ ズ ・ビ ー ム 品 質 の 安 定 ・高 品 位 しか も小 型 化 を 達 成 し た.ま た,こ の 高 品 位 の 青,緑 色 波 長 変 換 固 体 レ ー ザ ー を カ ラ ー 写 真 画 像 を 銀 塩 感 材 に 露 光 す る ラ ボ 用 デ ジ タ ル フ ル カ ラ ー プ リ ン トシ ス テ ム"フ ロ ン テ ィ ア"及 び 分 子 生 物 学 用 多 目 的 蛍 光 画 像 解 析 シ ス テ ム"FLA2000"に 搭 載 し,そ の 実 用 適 正 を確 認 した.近年,青 色 レー ザ ー に関 して は,InGaN系 半 導 体 レー ザ ー
に注 目が集 ま っ て はい るが,440nm以 上 の 波 長領 域 で は結
晶性 等 か ら発 光効 率 が 下 が り,困難度 が高 い と考 え られ て
い る.ド
メイ ン反 転 波 長 変 換 結 晶 に よ る レ ーザ ー発 振 は
高 出力 化,高 品位 化 で はInGaN系 半 導体 レー ザ ー に対 して
優 位 性 を持 つ 可 能性 が あ り,今後 の 更 な る研 究 の 進展 に期
待 した い.
謝
辞
本 稿 を ま とめ る にあ た って ご協 力頂 い た富 士写 真 フイ ル
ム(株)宮 台技 術 開発 セ ンターの各位 に感謝 の意 を表 します.
参考文献
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