CN110249261B - 固体激光系统和波长转换系统 - Google Patents

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Abstract

本公开的固体激光系统具有：第1固体激光装置，其输出第1波长的第1脉冲激光束；第2固体激光装置，其输出第2波长的第2脉冲激光束；第1非线性晶体，其配置在第1脉冲激光束和第2脉冲激光束行进的第1光路上，通过和频产生过程将第1脉冲激光束和第2脉冲激光束波长转换为第3波长的第3脉冲激光束而输出；以及第2非线性晶体，其配置在第2脉冲激光束和第3脉冲激光束行进的第2光路上，通过和频产生过程将第2脉冲激光束和第3脉冲激光束波长转换为第4波长的第4脉冲激光束而输出，使第2脉冲激光束在入射到第1非线性晶体之前的第1时机入射到第2非线性晶体，使第2脉冲激光束中的在和频产生过程中未被使用而穿过第2非线性晶体的剩余光，在比第1时机晚的第2时机入射到第1非线性晶体。

Description

固体激光系统和波长转换系统
技术领域
本公开涉及固体激光系统和波长转换系统。
背景技术
近年来，在半导体曝光装置(以下称为“曝光装置”)中，随着半导体集成电路的微细化和高集成化，要求分辨率的提高。因此，从曝光用光源放出的光的短波长化发展。一般而言，在曝光用光源中，代替现有的汞灯而使用气体激光装置。例如，作为曝光用的气体激光装置，使用输出波长为248nm的紫外线的激光束的KrF准分子激光装置、以及输出波长为193nm的紫外线的激光束的ArF准分子激光装置。
作为下一代的曝光技术，曝光装置侧的曝光用透镜与晶片之间被液体填满的液浸曝光已经实用化。在该液浸曝光中，曝光用透镜与晶片之间的折射率变化，因此，曝光用光源的外观的波长变短。在将ArF准分子激光装置作为曝光用光源来进行液浸曝光的情况下，对晶片照射水中的波长为134nm的紫外光。将该技术称为ArF液浸曝光(或ArF液浸光刻)。
KrF准分子激光装置和ArF准分子激光装置的自然振荡幅度较宽，大约为350～400pm。因此，在利用透射KrF和ArF激光束这种紫外线的材料构成投影透镜时，有时产生色差。其结果，分辨率可能降低。因此，需要对从气体激光装置输出的激光束的光谱线宽度进行窄带化，直到成为能够忽略色差的程度为止。因此，有时在气体激光装置的激光谐振器内设置具有窄带化元件(标准具、光栅等)的窄带化模块(Line Narrow Module：LNM)，以对光谱线宽度进行窄带化。下面，将对光谱线宽度进行窄带化的激光装置称为窄带化激光装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/143071号
专利文献2：国际公开第2001/020651号
专利文献3：日本特开2009-145791号公报
专利文献4：日本特开平7-170009号公报
发明内容
本公开的固体激光系统具有：第1固体激光装置，其输出第1波长的第1脉冲激光束；第2固体激光装置，其输出第2波长的第2脉冲激光束；第1非线性晶体，其配置在第1脉冲激光束和第2脉冲激光束行进的第1光路上，通过和频产生过程将第1脉冲激光束和第2脉冲激光束波长转换为第3波长的第3脉冲激光束而输出；以及第2非线性晶体，其配置在第2脉冲激光束和第3脉冲激光束行进的第2光路上，通过和频产生过程将第2脉冲激光束和第3脉冲激光束波长转换为第4波长的第4脉冲激光束而输出，使第2脉冲激光束在入射到第1非线性晶体之前的第1时机入射到第2非线性晶体，使第2脉冲激光束中的在和频产生过程中未被使用而穿过第2非线性晶体的剩余光、在比第1时机晚的第2时机入射到第1非线性晶体。
本公开的波长转换系统具有：第1非线性晶体，其配置在第1波长的第1脉冲激光束和第2波长的第2脉冲激光束行进的第1光路上，通过和频产生过程将第1脉冲激光束和第2脉冲激光束波长转换为第3波长的第3脉冲激光束而输出；以及第2非线性晶体，其配置在第2脉冲激光束和第3脉冲激光束行进的第2光路上，通过和频产生过程将第2脉冲激光束和第3脉冲激光束波长转换为第4波长的第4脉冲激光束而输出，使第2脉冲激光束在入射到第1非线性晶体之前的第1时机入射到第2非线性晶体，使第2脉冲激光束中的在和频产生过程中未被使用而穿过第2非线性晶体的剩余光、在比第1时机晚的第2时机入射到第1非线性晶体。
附图说明
下面，参照附图将本公开的若干个实施方式作为简单例子进行说明。
图1概略地示出包含比较例的固体激光系统的曝光装置用激光装置的一个结构例。
图2概略地示出图1所示的曝光装置用激光装置中的放大器的一个结构例。
图3概略地示出比较例的固体激光系统中的波长转换系统的更加详细的结构例。
图4概略地示出比较例的固体激光系统中的各种触发信号和与各种脉冲激光束有关的时序图的一例。
图5概略地示出比较例的固体激光系统中的波长转换系统的一个变形例。
图6概略地示出实施方式1的固体激光系统的一个结构例。
图7概略地示出实施方式1的固体激光系统中的各种触发信号和与各种脉冲激光束有关的时序图的一例。
图8概略地示出实施方式2的固体激光系统的一个结构例。
图9概略地示出实施方式2的固体激光系统中的各种触发信号和与各种脉冲激光束有关的时序图的一例。
图10概略地示出实施方式3的固体激光系统的一个结构例。
图11概略地示出实施方式4的固体激光系统中的各种触发信号和与各种脉冲激光束有关的时序图的一例。
图12概略地示出波长转换系统的波长转换效率的一例。
图13概略地示出实施方式5的固体激光系统的一个结构例。
图14概略地示出实施方式6的固体激光系统的一个结构例。
图15概略地示出第1或第2半导体激光器和第1或第2半导体光放大器的一个结构例。
具体实施方式
<内容>
<1.比较例>(包含固体激光系统的曝光装置用激光装置)(图1～图5)
1.1曝光装置用激光装置
1.1.1结构
1.1.2动作
1.2波长转换系统的详细情况
1.2.1结构
1.2.2动作
1.2.3变形例
1.3课题
1.4实施方式的概要
<2.实施方式1>(固体激光系统的第1例)(图6～图7)
2.1结构
2.2动作
2.3作用/效果
<3.实施方式2>(固体激光系统的第2例)(图8～图9)
3.1结构
3.2动作、作用/效果
<4.实施方式3>(具有环状的光路的波长转换系统)(图10)
4.1结构
4.2动作
4.3作用/效果
<5.实施方式4>(波长转换效率的优化方法)(图11～图12)
5.1结构/动作
5.2作用/效果
<6.实施方式5>(考虑了偏振方向的固体激光系统的第1例)(图13)
6.1结构
6.2动作、作用/效果
<7.实施方式6>(考虑了偏振方向的固体激光系统的第2例)(图14)
7.1结构
7.2动作、作用/效果
<8.实施方式7>(半导体激光器和半导体光放大器的结构例)(图15)
8.1结构
8.2动作
<9.其他>
下面，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。
以下说明的实施方式示出本公开的若干个例子，并不限定本公开的内容。此外，各实施方式中说明的结构和动作不一定全部必须作为本公开的结构和动作。
另外，对相同结构要素标注相同参照标号并省略重复说明。
<1.比较例>(包含固体激光系统的曝光装置用激光装置)
[1.1曝光装置用激光装置]
首先，对包含相对于本公开的实施方式的比较例的固体激光系统的曝光装置用激光装置进行说明。
作为曝光装置用激光装置，存在包含MO(主振荡器)和PO(功率振荡器)的结构。在这种曝光装置用激光装置中，在MO和PO中能够使用将准分子激光气体作为激光介质的激光。但是，从节能的观点来看，正在开发将MO作为组合非线性晶体和固体激光器而得的输出紫外光的脉冲激光束的固体激光系统的曝光装置用激光装置。下面，对包含这种固体激光系统的曝光装置用激光装置的结构例进行说明。
[1.1.1结构]
图1概略地示出包含比较例的固体激光系统1的曝光装置用激光装置的一个结构例。图2概略地示出图1所示的曝光装置用激光装置中的放大器2的一个结构例。
曝光装置用激光装置是对包含曝光装置控制部5的曝光装置4输出脉冲激光束的激光装置。曝光装置用激光装置包含固体激光系统1、ArF激光放大器等放大器2、激光控制部3、同步控制部7、高反射镜91、92。
固体激光系统1包含第1固体激光装置11、第2固体激光装置12、同步电路部13、固体激光控制部14、波长转换系统15、高反射镜16、分色镜17。高反射镜16和分色镜17也可以设置在波长转换系统15内。
第1固体激光装置11构成为输出第1波长的第1脉冲激光束71A。第1波长可以是约为257.5nm的波长。第1固体激光装置11包含第1半导体激光器20、第1半导体光放大器(SOA：Semiconductor Optical Amplifier)23、Yb光纤放大器系统24、Yb：YAG晶体放大器25、LBO晶体(LiB3O5)21、CLBO晶体(CsLiB6O10)22。
第1半导体激光器20也可以是以约为1030nm的波长进行CW(Continuous Wave：连续波)振荡或脉冲振荡的激光器。第1半导体激光器20例如是分布反馈型(DFB：DistributedFeedback)的半导体激光器。
第1半导体光放大器23是通过未图示的电流控制器在半导体中流过脉冲电流、从而将CW或脉冲的种子光转换为规定的脉冲宽度的脉冲激光束的半导体元件。这里，例如，规定的脉冲宽度可以是大约5ns以上且20ns以下。
Yb光纤放大器系统24包含掺杂有Yb的多级的光纤放大器、以及通过CW振荡而射出激励光并将该激励光供给到各光纤放大器的未图示的CW激励半导体激光器。
第2固体激光装置12构成为输出第2波长的第2脉冲激光束71B。第2波长可以是约为1554nm的波长。第2固体激光装置12包含第2半导体激光器40、第2半导体光放大器(SOA)41、Er光纤放大器系统42。
第2半导体激光器40也可以是单纵模、即以约为1554nm的波长进行CW振荡或脉冲振荡的激光器。第2半导体激光器40例如是分布反馈型(DFB)的半导体激光器。
第2半导体光放大器41是通过未图示的电流控制器在半导体中流过脉冲电流、从而将CW或脉冲的种子光转换为规定的脉冲宽度的脉冲激光束的半导体元件。这里，例如，规定的脉冲宽度可以是大约5ns以上且20ns以下。
Er光纤放大器系统42包含一起掺杂有Er和Yb的多级的光纤放大器、以及通过CW振荡而射出激励光并将该激励光供给到各光纤放大器的未图示的CW激励半导体激光器。
波长转换系统15包含第1CLBO晶体18、第2CLBO晶体19、分色镜81、分色镜82、高反射镜83。
高反射镜16配置成对从第2固体激光装置12输出的第2脉冲激光束71B进行高反射而使其入射到分色镜17。
第1CLBO晶体18、分色镜81、第2CLBO晶体19、分色镜82按照该顺序配置在第2脉冲激光束71B的光路上。
在分色镜17上涂布有对波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A进行高透射、对波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B进行高反射的膜。分色镜17配置成使第1脉冲激光束71A和第2脉冲激光束71B在使彼此的光路轴大致一致的状态下入射到波长转换系统15。
第1CLBO晶体18配置在波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A和波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B行进的第1光路上。第1CLBO晶体18是通过和频产生(SFG：SumFrequency Generation)过程将第1脉冲激光束71A和第2脉冲激光束71B波长转换为第3波长的第3脉冲激光束而输出的第1非线性晶体。第3波长可以是约为220.9nm的波长。
第2CLBO晶体19配置在波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B和波长约为220.9nm的第3脉冲激光束行进的第2光路上。第2CLBO晶体19是通过和频产生过程将第2脉冲激光束71B和第3脉冲激光束波长转换为第4波长的第4脉冲激光束71C而输出的第2非线性晶体。第4波长可以是约为193.4nm的波长。
在分色镜81上涂布有对波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A进行高反射、对波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B和波长约为220.9nm的第3脉冲激光束进行高透射的膜。入射到分色镜81的波长约为220.9nm的脉冲激光束是从第1CLBO晶体18输出的第3脉冲激光束，是成为波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A与波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的和频的脉冲激光束。
分色镜82配置成对透射过第2CLBO晶体19的波长约为1554nm的和波长约为220.9nm的这2个脉冲激光束进行高透射、对由第2CLBO晶体19进行波长转换后的波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C进行高反射。
高反射镜83配置成从波长转换系统15输出波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C。
高反射镜91和高反射镜92配置成波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C入射到放大器2。
如图2所示，放大器2包含放大器控制部30、充电器31、触发校正器32、包含开关33的脉冲功率模块(PPM)34、腔35、部分反射镜36、输出耦合镜37。
在腔35设置有窗口39a、39b。在腔35中放入例如包含Ar气体、F2气体、Ne气体的激光气体。在腔35中配置有一对放电电极38。一对放电电极38与PPM34的输出端子连接。
在放大器2中，利用部分反射镜36和输出耦合镜37构成光谐振器。部分反射镜36例如构成为在由透射波长约为193.4nm的光的CaF2晶体构成的基板上涂布有反射率为70％以上且90％以下的部分反射膜。输出耦合镜37例如构成为在由透射波长约为193.4nm的光的CaF2晶体构成的基板上涂布有反射率为10％以上且20％以下的部分反射膜。
另外，在图2中，示出放大器2的光谐振器是法布里珀罗谐振器的结构例，但是，不限于该例子，放大器2也可以是环形谐振器。
固体激光控制部14利用未图示的信号线而与第1半导体激光器20、第2半导体激光器40、未图示的CW激励半导体激光器连接。
从曝光装置4的曝光装置控制部5经由激光控制部3对同步控制部7供给指示固体激光系统1中的脉冲激光束的生成时机的振荡触发信号Tr0。
同步控制部7构成为根据振荡触发信号Tr0生成触发信号Tr1，将触发信号Tr1输出到同步电路部13。此外，同步控制部7构成为根据振荡触发信号Tr0生成触发信号Tr2，将触发信号Tr2经由放大器控制部30输出到触发校正器32。
固体激光控制部14构成为将表示后述第1和第2延迟时间Td1、Td2的延迟数据Tr10输出到同步电路部13。
同步电路部13构成为根据来自固体激光控制部14的延迟数据Tr10和来自同步控制部7的触发信号Tr1，生成针对第1半导体光放大器23的第1触发信号Tr11和针对第2半导体光放大器41的第2触发信号Tr12而输出。
[1.1.2动作]
激光控制部3经由固体激光控制部14使第1半导体激光器20、第2半导体激光器40、未图示的激励用半导体激光器进行CW振荡。
同步控制部7经由激光控制部3从曝光装置4的曝光装置控制部5接收到振荡触发信号Tr0后，对触发信号Tr1和触发信号Tr2的延迟时间进行控制，以与从固体激光系统1输出的波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C注入放大器2的光谐振器内同步地，由一对放电电极38进行放电。
在第1固体激光装置11中，从第1半导体激光器20输出波长约为1030nm的CW振荡光或脉冲振荡光。该CW振荡光或脉冲振荡光被第1半导体光放大器23转换和放大成规定的脉冲宽度，作为脉冲状的种子光入射到Yb光纤放大器系统24。该脉冲状的种子光被Yb光纤放大器系统24和Yb：YAG晶体放大器25进行放大。该放大后的脉冲激光束通过LBO晶体21和CLBO晶体22生成波长约为257.5nm的第4高次谐波光。由此，从第1固体激光装置11输出波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A。
另一方面，在第2固体激光装置12中，从第2半导体激光器40输出波长约为1554nm的CW振荡光或脉冲振荡光。该CW振荡光或脉冲振荡光被第2半导体光放大器41转换和放大成规定的脉冲宽度，入射到Er光纤放大器系统42。该放大后的脉冲激光束被Er光纤放大器系统42进一步放大，作为波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B而从第2固体激光装置12输出。
从第1固体激光装置11输出的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A和从第2固体激光装置12输出的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B经由高反射镜16和分色镜17入射到波长转换系统15。
这里，从固体激光控制部14向同步电路部13发送延迟数据Tr10。延迟数据Tr10包含表示第1和第2延迟时间Td1、Td2的延迟数据，设定该第1和第2延迟时间Td1、Td2，使得第1脉冲激光束71A和第2脉冲激光束71B在大致相同的时机入射到第1CLBO晶体18。
同步电路部13根据触发信号Tr1，在规定的时机向第1半导体光放大器23发送第1触发信号Tr11。此外，同步电路部13根据触发信号Tr1，在规定的时机向第2半导体光放大器41发送第2触发信号Tr12。其结果，第1脉冲激光束71A和第2脉冲激光束71B在大致相同的时机入射到第1CLBO晶体18，在第1CLBO晶体18上，第1脉冲激光束71A和第2脉冲激光束71B的波束重合。其结果，在第1CLBO晶体18中，生成波长约为257.5nm与波长约为1554nm的和频即波长约为220.9nm的第3脉冲激光束。
在分色镜81中，波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A进行高反射，波长约为1554nm和波长约为220.9nm的两个脉冲激光束进行高透射。由此，波长约为1554nm和波长约为220.9nm的两个脉冲激光束入射到第2CLBO晶体19。
在第2CLBO晶体19中，生成波长约为220.9nm与波长约为1554nm的和频即波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C。
通过分色镜82，波长约为220.9nm的第3脉冲激光束和波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B进行高透射，波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C进行高反射。
经由高反射镜83从波长转换系统15输出波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C。
第4脉冲激光束71C在高反射镜91上进行高反射，经由高反射镜92，作为种子光注入包含输出耦合镜37和部分反射镜36在内的放大器2的光谐振器中。与该注入同步地，在放大器2的腔35内，通过一对放电电极38的放电生成反转分布。这里，触发校正器32对PPM34的开关33的时机进行调整，以使得通过放大器2高效地放大波长约为193.4nm的来自固体激光系统1的第4脉冲激光束71C。其结果，通过放大器2的光谐振器进行放大振荡，从输出耦合镜37输出放大后的脉冲激光束。放大后的脉冲激光束入射到曝光装置4。
[1.2波长转换系统的详细情况]
[1.2.1结构]
图3概略地示出比较例的固体激光系统1中的波长转换系统15的更加详细的结构例。
波长转换系统15也可以构成为包含会聚透镜61、62、63、高反射镜16、83、86、87、分色镜17、81、82、84、85、第1CLBO晶体18、第2CLBO晶体19。
会聚透镜61配置在第2固体激光装置12与分色镜17之间的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的光路上。配置会聚透镜61，使得第2脉冲激光束71B经由分色镜17而与从第1固体激光装置11输出的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的波束重合地会聚在第1CLBO晶体18。
会聚透镜62配置在分色镜84与分色镜85之间的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的光路上。配置会聚透镜62，使得第2脉冲激光束71B经由分色镜85而与波长约为220.9nm的第3脉冲激光束的波束重合地会聚。
会聚透镜63配置在第1固体激光装置11与分色镜17之间的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的光路上。配置会聚透镜63，使得第1脉冲激光束71A经由分色镜17而与从第2固体激光装置12输出的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的波束重合地会聚在第1CLBO晶体18。在波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的波束的宽度较小的情况下，也可以从结构中省略会聚透镜63。
高反射镜86配置在从分色镜84反射的波长约为220.9nm的第3脉冲激光束的光路上。配置高反射镜86，使得波长约为220.9nm的第3脉冲激光束经由分色镜85入射到第2CLBO晶体19。在高反射镜86上涂布有对波长约为220.9nm的光进行高反射的膜。
高反射镜87配置在透射过分色镜84的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的光路上。配置高反射镜87，使得第2脉冲激光束71B经由分色镜85入射到第2CLBO晶体19。在高反射镜87上涂布有对波长约为1554nm的光进行高反射的膜。
分色镜84配置在透射过分色镜81的波长约为220.9nm的第3脉冲激光束和波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的光路上。在分色镜84上涂布有对波长约为220.9nm的光进行高反射、对波长约为1554nm的光进行高透射的膜。
分色镜85配置在透射过会聚透镜62的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的光路上。在分色镜85上涂布有对波长约为220.9nm的光进行高透射、对波长约为1554nm的光进行高反射的膜。
[1.2.2动作]
图4概略地示出比较例的固体激光系统1中的各种触发信号和与各种脉冲激光束有关的时序图的一例。在图4中，(A)示出针对同步电路部13的触发信号Tr1的时机。(B)示出针对第1半导体光放大器23的第1触发信号Tr11的时机。(C)示出针对第2半导体光放大器41的第2触发信号Tr12的时机。(D)、(E)示出针对第1CLBO晶体18的入射光的入射时机。特别地，(D)示出波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A针对第1CLBO晶体18的入射时机。(E)示出波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B针对第1CLBO晶体18的入射时机。(F)、(G)示出针对第2CLBO晶体19的入射光的入射时机。特别地，(F)示出波长约为220.9nm的第3脉冲激光束针对第2CLBO晶体19的入射时机。(G)示出波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B针对第2CLBO晶体19的入射时机。(H)示出作为来自第2CLBO晶体19的出射光之一的波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C从第2CLBO晶体19射出的射出时机。在图4中，(A)～(H)的横轴示出时间。(A)～(C)的纵轴示出触发信号的接通(ON)/断开(OFF)状态。(D)～(H)的纵轴示出光强度。以各脉冲激光束的光强度成为峰值的时机为基准示出(D)～(H)中的各脉冲激光束的时机。
当触发信号Tr1入射到同步电路部13后，如图4的(A)、(B)所示，以固体激光控制部14针对触发信号Tr1设定的第1延迟时间Td1输出第1触发信号Tr11。此外，如图4的(A)、(C)所示，以固体激光控制部14针对触发信号Tr1设定的第2延迟时间Td2输出第2触发信号Tr12。
如图4的(D)、(E)所示，波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A和波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B在相同时机入射到第1CLBO晶体18，两个脉冲激光束的波束在第1CLBO晶体18上重合。
在第1CLBO晶体18中，波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A和波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B通过和频产生过程被波长转换为波长约为220.9nm的第3脉冲激光束。
在分色镜82上，波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A进行高反射，波长约为220.9nm的第3脉冲激光束和波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B进行高透射。
接着，在分色镜84上，波长约为220.9nm的第3脉冲激光束进行高反射，波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B进行高透射。
波长约为220.9nm的第3脉冲激光束经由高反射镜86和分色镜85入射到第2CLBO晶体19。
另一方面，波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B经由高反射镜87、会聚透镜62、分色镜85入射到第2CLBO晶体19。
如图4的(F)、(G)所示，波长约为220.9nm的第3脉冲激光束和波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B在相同时机入射到第2CLBO晶体19，两个脉冲激光束的波束在第2CLBO晶体19上重合。
如图4的(H)所示，在第2CLBO晶体19中，波长约为220.9nm的第3脉冲激光束和波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B通过和频产生过程而被波长转换为波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C。
[1.2.3变形例]
图5概略地示出比较例的固体激光系统1中的波长转换系统15的一个变形例。
波长转换系统15也可以考虑各脉冲激光束的偏振方向而如图5所示的波长转换系统150那样构成。
波长转换系统150相对于图3的波长转换系统15还包含1/2波长板88。1/2波长板88例如配置在分色镜84与高反射镜87之间的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的光路上。
在波长转换系统150中，第1固体激光装置11和第2固体激光装置12射出相同的偏振方向的脉冲激光束。
在波长转换系统150中，将第1CLBO晶体18和第2CLBO晶体19配置成彼此的光学轴垂直。
例如，设第1脉冲激光束71A的偏振方向和第2脉冲激光束71B的偏振方向为与纸面垂直的方向，使它们入射到第1CLBO晶体18。
以与纸面平行的偏振从第1CLBO晶体18输出波长约为220.9nm的第3脉冲激光束。
第1CLBO晶体18中无助于波长转换的第2脉冲激光束71B透射过分色镜81和分色镜84，通过1/2波长板88，偏振方向旋转90°，成为与纸面平行的偏振方向。
在第2CLBO晶体19中入射偏振方向与纸面平行的第2脉冲激光束71B和偏振方向与纸面平行的第3脉冲激光束。从第2CLBO晶体19输出通过和频产生过程而与纸面垂直的波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C。
[1.3课题]
输出波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的第1固体激光装置11包含Yb光纤放大器系统24、作为固体放大器的Yb：YAG晶体放大器25、将波长约为1030nm的脉冲激光束转换为第4高次谐波光的LBO晶体21和CLBO晶体22。
但是，在曝光装置用激光装置中，需要对激光束的光谱线宽度进行窄带化，直到成为能够忽略色差的程度为止。为了实现这种窄带化的光谱线宽度，需要使从固体激光系统1的第1固体激光装置11和第2固体激光装置12输出的各个脉冲激光束的光谱线宽度变窄。但是，光谱线宽度较窄的脉冲激光束在利用光纤放大器进行放大后，产生感应布里渊散射(SBS：Stimulated Brillouin Scattering)，有时抑制放大。在Yb光纤放大器系统24中，抑制感应布里渊散射，因此，很难提高脉冲能量。但是，在第1固体激光装置11中，通过不产生感应布里渊散射的固体放大器，能够进一步提高作为基波的波长约为1030nm的波长的脉冲激光束的脉冲能量。其结果，还能够提高被转换为第4高次谐波光的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的输出。
但是，在波长约为1554nm的波段，不存在适当的固体放大器，因此，在第2固体激光装置12中，需要利用Er光纤放大器系统42抑制感应布里渊散射，并且放大波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B。因此，在第2固体激光装置12中，很难提高波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的脉冲能量。
因此，当要提高波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C的脉冲能量时，增加波长约为1030nm的第4高次谐波即波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的脉冲能量。
但是，当增加波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的脉冲能量时，在波长转换系统15的第1CLBO晶体18中的和频产生过程中，波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的脉冲能量的消耗量增加。其结果，第1CLBO晶体18中未被消耗的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的脉冲能量减少。因此，入射到第2CLBO晶体19的第2脉冲激光束71B的光强度减少。在第2CLBO晶体19中，使用该减少的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B生成波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C。
因此，即使增加从第1固体激光装置11输出的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的脉冲能量，也很难充分改善波长转换系统15中的波长转换效率。
[1.4实施方式的概要]
鉴于上述情况，在以下的各实施方式中，使第2脉冲激光束71B在入射到第1CLBO晶体18之前的第1时机入射到第2CLBO晶体19。然后，使第2脉冲激光束71B中的在和频产生过程中未被使用、即波长转换中未被消耗而穿过第2CLBO晶体19的剩余光在比第1时机晚的第2时机入射到第1CLBO晶体18。这样，在使第2脉冲激光束71B最初入射到第2CLBO晶体19后，接着，使波长转换中未被消耗而穿过第2CLBO晶体19的第2脉冲激光束71B的剩余光入射到第1CLBO晶体18。由此，在抑制了入射到第2CLBO晶体19的第2脉冲激光束71B的光强度的减少的状态下生成第4脉冲激光束71C。
另外，在以下的各实施方式中，与上述比较例同样，以第1波长的第1脉冲激光束71A的波长约为257.5nm的情况为例进行说明，但是不限于此，也可以设第1波长为220nm以上且400nm以下的范围内的其他值。此外，以第2波长的第2脉冲激光束71B的波长约为1554nm的情况为例进行说明，但是不限于此，也可以设第2波长为1100nm以上且2000nm以下的范围内的其他值。此外，以第4波长的第4脉冲激光束71C的波长约为193.4nm的情况为例进行说明，但是不限于此，也可以设第4波长为150nm以上且300nm以下的范围内的其他值。
<2.实施方式1>(固体激光系统的第1例)
接着，对本公开的实施方式1的固体激光系统进行说明。另外，下面，对与上述比较例的固体激光系统1的结构要素大致相同的部分，标注相同标号并适当省略说明。
[2.1结构]
图6概略地示出实施方式1的固体激光系统1A的一个结构例。
固体激光系统1A代替上述比较例的固体激光系统1中的波长转换系统15而具有波长转换系统15A。
构成固体激光系统1A，使得第1脉冲激光束71A入射到第1CLBO晶体18的时机和第2脉冲激光束71B入射到第2CLBO晶体19的第1时机大致相同。
波长转换系统15A包含第1CLBO晶体18和第2CLBO晶体19、会聚透镜210、211、212、高反射镜410、411、412、413、414、分色镜310、311、312、313、314、准直透镜510。
会聚透镜210配置在准直透镜510与分色镜313之间的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的光路上。在图6的例子中，会聚透镜210配置在准直透镜510与高反射镜412之间的光路上。
会聚透镜211配置在第2固体激光装置12与分色镜310之间的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的光路上。
会聚透镜212配置在第1固体激光装置11与分色镜313之间的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的光路上。在图6的例子中，会聚透镜212配置在高反射镜410与分色镜313之间的光路上。另外，在波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的波束的宽度较小的情况下，也可以从结构中省略会聚透镜212。
准直透镜510配置在分色镜312与会聚透镜210之间的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的光路上。准直透镜510配置成对从第2CLBO晶体19输出的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B进行准直。
分色镜310配置在如下的光路上：会聚透镜211与第2CLBO晶体19之间的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的光路、且为在分色镜313进行高反射后的波长约为220.9nm的第3脉冲激光束的光路。在分色镜310上涂布有对波长约为220.9nm的光进行高反射、对波长约为1554nm的光进行高透射的膜。配置分色镜310，使得第2CLBO晶体19中的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的会聚波束和波长约为220.7nm的脉冲激光束的波束重合。
分色镜311配置在从第2CLBO晶体19输出的波长约为193.4nm、波长约为220.9nm和波长约为1554nm的各脉冲激光束的光路上，使得反射光入射到高反射镜414。在分色镜311上涂布有对波长约为193.4nm的光进行高反射、对波长约为220.9nm和波长约为1554nm的光进行高透射的膜。
分色镜312配置在透射过分色镜311的波长约为220.9nm和波长约为1554nm的各脉冲激光束的光路上，使得反射光入射到高反射镜411。在分色镜312上涂布有对波长约为220.9nm的光进行高透射、对波长约为1554nm的光进行高反射的膜。
分色镜313配置在高反射镜411与第1CLBO晶体18之间的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的光路上。配置为在高反射镜412和高反射镜413反射的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B入射到分色镜313。在分色镜313上涂布有对波长约为220.9nm的光进行高透射、对波长约为1554nm的光进行高反射的膜。配置分色镜313，使得第1CLBO晶体18中的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的会聚波束和波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的会聚波束重合。
分色镜314配置在从第1CLBO晶体18输出的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A、波长约为220.9nm的第3脉冲激光束、波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的光路上，使得反射光入射到分色镜310。在分色镜314上涂布有对波长约为220.7nm的光进行高反射、对波长约为257.5nm和波长约为1554nm的光进行高透射的膜。
高反射镜411、412、413配置在由分色镜312反射后的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的光路上。配置高反射镜411、412、413，使得波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B经由分色镜313入射到第1CLBO晶体18。在高反射镜411、412、143上涂布有对波长约为1554nm的光进行高反射的膜。
其他结构可以与上述比较例的固体激光系统1大致相同。
[2.2动作]
在固体激光系统1A中，首先，先使波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B入射到第2CLBO晶体19。接着，使在第2CLBO晶体19中的波长转换中未被消耗的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B入射到第1CLBO晶体18。接着，使第1CLBO晶体18中进行波长转换后的波长约为220.9nm的第3脉冲激光束入射到第2CLBO晶体19，通过与先入射的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B之间的和频，输出波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C。
在同步电路部13中设定表示第1和第2延迟时间Td1、Td2的延迟数据Tr10，使得波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A入射到第1CLBO晶体18的时机和波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B入射到第2CLBO晶体19的时机一致。
这里，设从第2CLBO晶体19到第1CLBO晶体18为止的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的光路长度为L1。此外，设从第1CLBO晶体18到第2CLBO晶体19为止的波长约为220.9nm的第3脉冲激光束的光路长度为L2。
从第2CLBO晶体19经由第1CLBO晶体18到第2CLBO晶体19为止的光路长度L用以下的式子表示。
L＝L1+L2
在光路长度L中行进的光的时间Top用以下的式子表示。
Top＝L/c＝T1+T2＝L1/c+L2/c
这里，c是光速，T1和T2分别是光在光路L1和光路L2中行进的时间。例如，优选光路长度L为0.9m以下。在光路长度L为0.9m的情况下，成为Top＝3ns。Td是入射到第2CLBO晶体19的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的入射时机与入射到第1CLBO晶体18的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的入射时机的时机差。
设定第1延迟时间Td1和第2延迟时间Td2，使得入射到第1CLBO晶体18的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的入射时机和入射到第2CLBO晶体19的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的入射时机大致一致。该情况下成为Td＝0秒。
图7概略地示出实施方式1的固体激光系统1A中的各种触发信号和与各种脉冲激光束有关的时序图的一例。图7的(A)～(H)的时机所表示的意思与图4的(A)～(H)相同。
图7是使波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A入射到第1CLBO晶体18的入射时机和波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B入射到第2CLBO晶体19的入射时机大致一致的情况下、即Td＝0的情况下的时序图。
当触发信号Tr1入射到同步电路部13后，如图7的(A)、(B)所示，以固体激光控制部14针对触发信号Tr1设定的第1延迟时间Td1输出第1触发信号Tr11。此外，如图7的(A)、(C)所示，以固体激光控制部14针对触发信号Tr1设定的第2延迟时间Td2输出第2触发信号Tr12。
如图7的(D)、(G)所示，入射到第1CLBO晶体18的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的入射时机和入射到第2CLBO晶体19的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的入射时机大致一致。
如图7的(D)、(E)所示，在第1CLBO晶体18中，波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B比波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A延迟T1＝L1/c进行入射。在第1CLBO晶体18中，波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A和波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B通过和频产生过程被波长转换为波长约为220.9nm的第3脉冲激光束。
如图7的(F)、(G)所示，在第2CLBO晶体19中，波长约为220.9nm的第3脉冲激光束比波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B延迟Top＝L/c进行入射。
如图7的(H)所示，在第2CLBO晶体19中，波长约为220.9nm的第3脉冲激光束和波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B通过和频产生过程被波长转换为波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C。
例如，设从第1固体激光装置11输出的脉冲激光束和从第2固体激光装置12输出的脉冲激光束各自的脉冲宽度为D。在固体激光系统1A中，针对脉冲宽度D，波长转换效率能够降低第2CLBO晶体19中的第3脉冲激光束相对于第2脉冲激光束71B的延迟Top的比例Er＝Top/D量。
这里假设，从第1固体激光装置11输出的第1脉冲激光束71A和从第2固体激光装置12输出的第2脉冲激光束71B各自的脉冲宽度D约为6ns并且Top＝3ns的情况。该情况下，Er＝3/6*100＝50％，抑制了由于第2脉冲激光束71B和第3脉冲激光束的时机的偏移而引起的波长转换效率的降低。Er的值优选为Er＝50％以下。
其他动作可以与上述比较例的固体激光系统1大致同样。
[2.3作用/效果]
根据实施方式1的固体激光系统1A，先使波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B入射到第2CLBO晶体19，接着，使在第2CLBO晶体19中的波长转换中未被消耗的第2脉冲激光束71B的剩余光入射到第1CLBO晶体18，由此，能够大幅改善第2脉冲激光束71B的利用效率。
此外，针对第1和第2脉冲激光束71A、71B的各脉冲宽度D，能够减小第2CLBO晶体19中的第3脉冲激光束相对于第2脉冲激光束71B的延迟Top的比例Er＝Top/D。由此，能够抑制由于第2CLBO晶体19中的第2脉冲激光束71B与第3脉冲激光束的入射时机之差而引起的波长转换效率的降低。
如上所述，能够改善波长转换系统15A的波长转换效率。
<3.实施方式2>(固体激光系统的第2例)
接着，对本公开的实施方式2的固体激光系统进行说明。另外，下面，对与上述比较例或实施方式1的固体激光系统的结构要素大致相同的部分，标注相同标号并适当省略说明。
[3.1结构]
图8概略地示出实施方式2的固体激光系统1B的一个结构例。
固体激光系统1B中，代替上述比较例的固体激光系统1中的波长转换系统15而具有波长转换系统15B。
构成固体激光系统1B，使得第1脉冲激光束71A入射到第1CLBO晶体18的时机和穿过第2CLBO晶体19的第2脉冲激光束71B的剩余光入射到第1CLBO晶体18的第2时机大致相同。
除了与来自第1固体激光装置11的第1脉冲激光束71A的射出时机和来自第2固体激光装置12的第2脉冲激光束71B的射出时机有关的结构以外，固体激光系统1B的结构可以与实施方式1的固体激光系统1A大致相同。
[3.2动作、作用/效果]
在固体激光系统1B中，预先设定第1和第2延迟时间Td1、Td2，使得针对第1CLBO晶体18的第1脉冲激光束71A的入射时机和针对第1CLBO晶体18的第2脉冲激光束71B的入射时机大致一致。
图9概略地示出实施方式2的固体激光系统1B中的各种触发信号和与各种脉冲激光束有关的时序图的一例。图9的(A)～(H)的时机所表示的意思与图4的(A)～(H)相同。
图9是使波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A入射到第1CLBO晶体18的入射时机与波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B入射到第1CLBO晶体18的入射时机大致一致的情况下、即Td＝T1的情况下的时序图。
当触发信号Tr1入射到同步电路部13后，如图9的(A)、(B)所示，以固体激光控制部14针对触发信号Tr1设定的第1延迟时间Td1输出第1触发信号Tr11。此外，如图9的(A)、(C)所示，以固体激光控制部14针对触发信号Tr1设定的第2延迟时间Td2输出第2触发信号Tr12。
如图9的(D)、(E)所示，波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A和波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B以入射时机大致一致的方式入射到第1CLBO晶体18。
如图9的(F)所示，在第1CLBO晶体18中，波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B和波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的波束重合，通过和频产生过程被波长转换为波长约为220.9nm的第3脉冲激光束。
如图9的(F)、(G)所示，在第2CLBO晶体19中，波长约为220.9nm的第3脉冲激光束比波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B延迟Top＝L/c进行入射。
如图9的(H)所示，在第2CLBO晶体19中，波长约为220.9nm的第3脉冲激光束和波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B通过和频产生过程被波长转换为波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C。
例如，设从第1固体激光装置11输出的脉冲激光束和从第2固体激光装置12输出的脉冲激光束各自的脉冲宽度为D。在固体激光系统1B中，针对脉冲宽度D，波长转换效率能够降低第2CLBO晶体19中的第3脉冲激光束相对于第2脉冲激光束71B的延迟Top的比例Er＝Top/D量。
这里假设，从第1固体激光装置11输出的第1脉冲激光束71A和从第2固体激光装置12输出的第2脉冲激光束71B各自的脉冲宽度D约为6ns并且Top＝3ns的情况。该情况下，Er＝3/6*100＝50％，抑制了由于第2脉冲激光束71B和第3脉冲激光束的时机的偏移而引起的波长转换效率的降低。Er的值优选为Er＝50％以下。
其他动作和作用/效果能够与实施方式1的固体激光系统1A大致相同。
<4.实施方式3>(具有环状的光路的波长转换系统)
接着，对本公开的实施方式3的固体激光系统进行说明。另外，下面，对与上述比较例或实施方式1或2的固体激光系统的结构要素大致相同的部分，标注相同标号并适当省略说明。
[4.1结构]
图10概略地示出实施方式3的固体激光系统1C的一个结构例。
固体激光系统1C中，代替上述比较例的固体激光系统1中的波长转换系统15而具有波长转换系统15C。
波长转换系统15C包含第1分色镜，该第1分色镜配置在第2固体激光装置12与第2CLBO晶体19之间的第2脉冲激光束71B的光路与第3脉冲激光束的光路交叉的位置。第1分色镜使第2脉冲激光束71B朝向第2CLBO晶体19透射，使第3脉冲激光束朝向第2CLBO晶体19反射。该第1分色镜也可以是后述分色镜321。
此外，波长转换系统15C包含第2分色镜，该第2分色镜配置在第2脉冲激光束71B的剩余光的光路上，使第2脉冲激光束71B的剩余光进行反射。该第2分色镜也可以是后述分色镜323。
此外，波长转换系统15C包含反射镜，该反射镜配置在由第2分色镜反射后的第2脉冲激光束71B的剩余光的光路上，使第2脉冲激光束71B的剩余光进行反射。该反射镜也可以是后述高反射镜420。
此外，波长转换系统15C包含第3分色镜，该第3分色镜配置在由上述反射镜反射后的第2脉冲激光束71B的剩余光的光路与第1脉冲激光束71A的光路交叉的位置，使第1脉冲激光束71A朝向第1CLBO晶体18反射，使第2脉冲激光束71B的剩余光朝向第1CLBO晶体18透射。该第3分色镜也可以是后述分色镜320。
波长转换系统15C包含会聚透镜220、221、222、高反射镜420、421、422、分色镜320、321、322、323、第1CLBO晶体18、第2CLBO晶体19、准直透镜520。
在波长转换系统15C中，通过分色镜320、321、322、323和高反射镜420、421形成环状的光路。
第1CLBO晶体18配置在分色镜320与分色镜321之间的光路上。
第2CLBO晶体19配置在分色镜321与分色镜322之间的光路上。
准直透镜520配置在分色镜323与高反射镜421之间的光路上，配置成对第2CLBO晶体19中未被消耗的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B进行准直。
会聚透镜220配置在高反射镜421与高反射镜420之间的光路上，配置成使通过准直透镜520进行准直后的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B会聚在第1CLBO晶体18。
在分色镜321上涂布有对波长约为1554nm和257.5nm的光进行高透射、对波长约为220.9nm的光进行高反射的膜。
分色镜322配置在第2CLBO晶体19与分色镜323之间的光路上。在分色镜322上涂布有对波长约为1554nm和波长约为220.9nm的光进行高透射、对波长约为193.4nm的光进行高反射的膜。
分色镜323配置在波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B和波长约为220.9nm的第3脉冲激光束的光路上。在分色镜323上涂布有对波长约为220.9nm的光进行高透射、对波长约为1554nm的光进行高反射的膜。
高反射镜420配置在高反射镜421与分色镜320之间的光路上，配置成使在高反射镜421反射后的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B朝向分色镜320反射。
分色镜320对从第1固体激光装置11输出的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A进行高反射。此外，分色镜320配置成对在高反射镜420反射后的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B进行高透射，波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A和波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的波束在第1CLBO晶体18中重合。在分色镜320上涂布有对波长约为257.5nm的光进行高反射、对波长约为1554nm的光进行高透射的膜。
高反射镜422配置成将波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C输出到外部。在高反射镜422上涂布有对波长约为193.4nm的光进行高反射的膜。
会聚透镜222配置在第1固体激光装置11与分色镜320之间的光路上。配置会聚透镜222，使得从第1固体激光装置11输出的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A经由分色镜320而与波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的会聚波束重合地会聚在第1CLBO晶体18。
配置会聚透镜221，使得波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B经由分色镜321而与波长约为220.9nm的第3脉冲激光束的光波束重合地会聚在第2CLBO晶体19。
波长转换系统15C中的从第2CLBO晶体19经由第1CLBO晶体18到第2CLBO晶体19为止的光路的光路长度L成为由分色镜320、321、322、323和高反射镜420、421形成的环状的光路的光路长度。
同步电路部13对第1和第2触发信号Tr11、Tr12各自相对于触发信号Tr1的第1和第2延迟时间Td1、Td2的设定，可以与上述实施方式1或上述实施方式2大致相同。
即，也可以与图7所示的实施方式1的时机大致同样地设定第1和第2延迟时间Td1、Td2，使得入射到第1CLBO晶体18的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的入射时机和入射到第2CLBO晶体19的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的入射时机大致一致。
或者，也可以与图9所示的实施方式2的时机大致同样地设定第1和第2延迟时间Td1、Td2，使得入射到第1CLBO晶体18的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的入射时机和波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的入射时机大致一致。
其他结构可以与上述比较例或实施方式1或实施方式2的固体激光系统大致相同。
[4.2动作]
从第1固体激光装置11输出的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A通过会聚透镜222经由分色镜320会聚在第1CLBO晶体18。
另一方面，在第2CLBO晶体19的波长转换中未被利用的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B经由高反射镜420和分色镜320被会聚透镜220会聚，以与会聚在第1CLBO晶体18的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的波束重合。其结果，通过和频产生过程，两个脉冲激光束的一部分被转换为波长约为220.9nm的第3脉冲激光束。
从第2固体激光装置12输出的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B通过会聚透镜221经由分色镜321会聚在第2CLBO晶体19。
另一方面，波长约为220.9nm的第3脉冲激光束经由分色镜321入射到第2CLBO晶体19，与波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B重合。其结果，通过和频产生过程，两个脉冲激光束的一部分被转换为波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C。
从第2CLBO晶体19输出波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C、波长转换中未被利用的波长约为220.9nm的第3脉冲激光束、波长转换中未被利用的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B。
通过分色镜322，经由高反射镜422输出波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C。
透射过分色镜322的波长约为220.9nm的第3脉冲激光束对分色镜323进行高透射。透射过分色镜322的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B在分色镜323高反射。
在分色镜323高反射后的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B被准直透镜520进行准直。
波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B经由高反射镜421通过会聚透镜220，经由高反射镜420和分色镜320而与波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的波束重合地会聚在第1CLBO晶体18。
其他动作可以与上述比较例或实施方式1或实施方式2的固体激光系统大致相同。
[4.3作用/效果]
根据实施方式3的固体激光系统1C，在由分色镜320、321、322、323和高反射镜420、421形成的环状的光路上配置有第1CLBO晶体18和第2CLBO晶体19。由此，与图6的光路的结构相比，能够缩短从第2CLBO晶体19经由第1CLBO晶体18到第2CLBO晶体19为止的光路长度L。其结果，能够进一步减小第2CLBO晶体19中的波长约为220.9nm的第3脉冲激光束相对于波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的延迟Top。其结果，根据固体激光系统1C，与图6的固体激光系统1A相比，改善了波长转换效率。
其他作用/效果可以与上述比较例或实施方式1或2的固体激光系统大致相同。
(其他)
在波长转换系统15C中，也可以从结构中省略高反射镜421，由分色镜320、321、322、323和高反射镜420形成大致三角形状的光路。由此，能够进一步缩短光路长度L。
<5.实施方式4>(波长转换效率的优化方法)
接着，对本公开的实施方式4的固体激光系统进行说明。另外，下面，对与上述比较例或实施方式1～3的固体激光系统的结构要素大致相同的部分，标注相同标号并适当省略说明。
[5.1结构/动作]
图11概略地示出实施方式4的固体激光系统中的各种触发信号和与各种脉冲激光束有关的时序图的一例。图11的(A)～(H)的时机所示的意思与图4的(A)～(H)相同。
除了与来自第1固体激光装置11的第1脉冲激光束71A的射出时机和来自第2固体激光装置12的第2脉冲激光束71B的射出时机有关的结构以外，实施方式4的固体激光系统的结构可以与实施方式1的固体激光系统1A大致相同。
在实施方式4的固体激光系统中，与实施方式1的固体激光系统1A大致同样，使第2脉冲激光束71B在入射到第1CLBO晶体18之前的第1时机入射到第2CLBO晶体19。然后，使在第2脉冲激光束71B中的和频产生过程中未被使用、即波长转换中未被消耗且穿过第2CLBO晶体19的剩余光在比第1时机晚的第2时机入射到第1CLBO晶体18。
这里，在实施方式4的固体激光系统中，第1脉冲激光束71A入射到第1CLBO晶体18的时机是第1时机与第2时机之间的时机。即，在实施方式4的固体激光系统中，将第1脉冲激光束71A入射到第1CLBO晶体18的时机设定成第2脉冲激光束71B穿过第2CLBO晶体19后、到达第1CLBO晶体18之前的时机。优选第1脉冲激光束71A入射到第1CLBO晶体18的时机是第1时机与第2时机之间的中间的时机。
这里，设入射到第2CLBO晶体19的波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B的入射时机与入射到第1CLBO晶体18的波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的入射时机之差为Td。设波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B在从第2CLBO晶体19到第1CLBO晶体18为止的光路长度中行进的时间为T1。
图12概略地示出实施方式4的固体激光系统中的波长转换系统的波长转换效率的一例。在图12中，横轴示出Td，纵轴示出波长转换系统的波长转换效率Eff。
如图12所示，根据Td和波长转换效率Eff的关系，优选Td的范围为0≦Td≦T1。更加优选为Td的值为Td＝T1/2。
实际上，根据波长约为1554nm的第2脉冲激光束71B和波长约为257.5nm的第1脉冲激光束71A的脉冲波形，成为最大的转换效率的Td有时从T1/2稍微偏移。
为了成为最大的转换效率，也可以改变针对第1固体激光装置11的第1触发信号Tr11与针对第2固体激光装置12的第2触发信号Tr12的输入时机之差，求出作为最大的转换效率的第1触发信号Tr11与第2触发信号Tr12的时机之差，在同步电路部13中设定各个第1和第2延迟时间Td1、Td2。
其他结构和动作可以与上述比较例或实施方式1～3的固体激光系统大致相同。
[5.2作用/效果]
根据实施方式4的固体激光系统，能够进一步改善波长转换系统的波长转换效率。
其他作用/效果可以与上述比较例或实施方式1～3的固体激光系统大致相同。
<6.实施方式5>(考虑了偏振方向的固体激光系统的第1例)
接着，对本公开的实施方式5的固体激光系统进行说明。另外，下面，对与上述比较例或实施方式1～4的固体激光系统的结构要素大致相同的部分，标注相同标号并适当省略说明。
[6.1结构]
图13概略地示出实施方式5的固体激光系统1D的一个结构例。
固体激光系统1D中，代替上述比较例的固体激光系统1中的波长转换系统15而具有波长转换系统15D。
波长转换系统15D相对于图6的波长转换系统15A采取考虑了各脉冲激光束的偏振方向的结构。
波长转换系统15D相对于图6的波长转换系统15A还包含1/2波长板610。1/2波长板610配置在第2脉冲激光束71B的剩余光的光路上的第1CLBO晶体18与第2CLBO晶体19之间。在图13的例子中，1/2波长板610配置在准直透镜510与会聚透镜210之间的第2脉冲激光束71B的剩余光的光路上。
在固体激光系统1D中，第1固体激光装置11输出向第1偏振方向偏振的第1脉冲激光束71A。第2固体激光装置12输出向与第1偏振方向垂直的第2偏振方向偏振的第2脉冲激光束71B。
在波长转换系统15D中，配置成第1CLBO晶体18的光学轴和第2CLBO晶体19的光学轴相互垂直。
[6.2动作、作用/效果]
在固体激光系统1D中，使第1脉冲激光束71A和第2脉冲激光束71B以彼此的偏振方向垂直的方式入射到波长转换系统15D。
例如，第1脉冲激光束71A以与纸面垂直的方向的偏振入射到第1CLBO晶体18。另一方面，第2脉冲激光束71B以偏振方向与纸面平行的偏振入射到第2CLBO晶体19。第2CLBO晶体19中无助于波长转换的第2脉冲激光束71B经由分色镜311、312和高反射镜411，被准直透镜510转换为平行光。该第2脉冲激光束71B通过1/2波长板610，偏振方向旋转90°，成为与纸面垂直的偏振方向。
该第2脉冲激光束71B和第1脉冲激光束71A都以与纸面垂直的方向的偏振入射到第1CLBO晶体18，通过和频被转换为与纸面平行的第3脉冲激光束。
第3脉冲激光束和第2脉冲激光束71B都以与纸面平行的偏振入射到第2CLBO晶体19，通过和频输出与纸面垂直的波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C。
其他结构、动作和作用/效果可以与上述比较例或实施方式1～4的固体激光系统大致相同。
<7.实施方式6>(考虑了偏振方向的固体激光系统的第2例)
接着，对本公开的实施方式6的固体激光系统进行说明。另外，下面，对与上述比较例或实施方式1～5的固体激光系统的结构要素大致相同的部分，标注相同标号并适当省略说明。
[7.1结构]
图14概略地示出实施方式6的固体激光系统1E的一个结构例。
固体激光系统1E中，代替上述比较例的固体激光系统1中的波长转换系统15而具有波长转换系统15E。
波长转换系统15E相对于图10的波长转换系统15C采取考虑了各脉冲激光束的偏振方向的结构。
波长转换系统15E相对于图10的波长转换系统15C还包含1/2波长板610。1/2波长板610配置在第2脉冲激光束71B的剩余光的光路上的第1CLBO晶体18与第2CLBO晶体19之间。在图14的例子中，1/2波长板610配置在准直透镜520与会聚透镜220之间的第2脉冲激光束71B的剩余光的光路上。
在固体激光系统1E中，第1固体激光装置11输出向第1偏振方向偏振的第1脉冲激光束71A。第2固体激光装置12输出向与第1偏振方向垂直的第2偏振方向偏振的第2脉冲激光束71B。
在波长转换系统15E中，配置成第1CLBO晶体18的光学轴和第2CLBO晶体19的光学轴相互垂直。
[7.2动作、作用/效果]
在固体激光系统1E中，使第1脉冲激光束71A和第2脉冲激光束71B以彼此的偏振方向垂直的方式入射到波长转换系统15E。
例如，第1脉冲激光束71A以与纸面垂直的方向的偏振入射到第1CLBO晶体18。另一方面，第2脉冲激光束71B以偏振方向与纸面平行的偏振入射到第2CLBO晶体19。第2CLBO晶体19中无助于波长转换的第2脉冲激光束71B经由分色镜322和分色镜323，被准直透镜520转换为平行光。该第2脉冲激光束71B通过1/2波长板610，偏振方向旋转90°，成为与纸面垂直的偏振方向。
该第2脉冲激光束71B和第1脉冲激光束71A都以与纸面垂直的方向的偏振入射到第1CLBO晶体18，通过和频被转换为与纸面平行的第3脉冲激光束。
第3脉冲激光束和第2脉冲激光束71B都以与纸面平行的偏振入射到第2CLBO晶体19，通过和频输出与纸面垂直的波长约为193.4nm的第4脉冲激光束71C。
其他结构、动作和作用/效果可以与上述比较例或实施方式1～5的固体激光系统大致相同。
<8.实施方式7>(半导体激光器和半导体光放大器的结构例)
接着，对本公开的实施方式6的固体激光系统进行说明。另外，下面，对与上述比较例或实施方式1～5的固体激光系统的结构要素大致相同的部分，标注相同标号并适当省略说明。
[8.1结构]
图15概略地示出第1半导体激光器20和第1半导体光放大器23的一个结构例。另外，下面，对第1半导体激光器20和第1半导体光放大器23的结构例进行说明，但是，第2半导体激光器40和第2半导体光放大器41也可以是大致相同的结构。
第1半导体激光器20包含半导体激光控制部130、半导体元件131、温度传感器132、珀耳帖元件133、温度控制器134、电流控制器135。半导体元件131包含活性层136和光栅137。例如，第1半导体激光器20可以是CW振荡、即以单纵模进行振荡的分布反馈型激光器。
第1半导体光放大器23包含半导体元件141、电流控制器143、脉冲波形生成器140。半导体元件141包含活性层142。
其他结构可以与上述比较例或实施方式1～6的固体激光系统大致相同。
[8.2动作]
半导体激光控制部130向温度控制器134发送温度设定值，该温度设定值使半导体元件131成为与期望的振荡波长、这里为约1030nm的波长对应的温度Tλ。
温度控制器134对流过珀耳帖元件133的电流进行控制，使得温度传感器132的温度成为Tλ。
半导体激光控制部130向电流控制器135发送规定的电流设定值。
在半导体元件131中流过一定的电流，输出波长为λ的CW激光束。CW激光束入射到第1半导体光放大器23的半导体元件141的活性层142。
脉冲波形生成器140与同步电路部13接收到的第1触发信号Tr11同步地，将与放大后的脉冲波形对应的脉冲波形的电流控制信号140i输出到电流控制器143。在半导体元件141中流过与电流控制信号140i的脉冲波形对应的电流。其结果，对第1半导体激光器20的种子光进行脉冲放大，从半导体元件141的输出侧输出放大后的脉冲激光束。
其他动作可以与上述比较例或实施方式1～6的固体激光系统大致相同。
(其他)
也可以代替半导体光放大器而使用组合偏振片和EO普克尔盒而成的光闸。
也可以从结构中省略第1半导体光放大器23，向第1半导体激光器20的电流控制器135发送脉冲状的电流信号，生成脉冲。此外，也可以使第1半导体激光器20和第1半导体光放大器23同步，向半导体元件131、141发送脉冲状的电流信号，生成脉冲。
<9.其他>
上述说明的意图不是限制，而是简单的例示。因此，本领域技术人员能够明白，能够在不脱离附加的权利要求书的前提下对本公开的实施方式施加变更。
本说明书和附加的权利要求书整体中使用的用语应该解释为“非限定性”用语。例如，“包含”或“所包含的”这样的用语应该解释为“不限于记载为所包含的内容的情况”。“具有”这样的用语应该解释为“不限于记载为具有的内容的情况”。此外，本说明书和附加的权利要求书中记载的不定冠词“一个”应该解释为意味着“至少一个”或者“一个或一个以上”。

Claims (12)

1.一种固体激光系统，其具有：
第1固体激光装置，其输出第1波长的第1脉冲激光束；
第2固体激光装置，其输出第2波长的第2脉冲激光束；
第1非线性晶体，其配置在所述第1脉冲激光束和所述第2脉冲激光束行进的第1光路上，通过第1和频产生过程将所述第1脉冲激光束和所述第2脉冲激光束波长转换为第3波长的第3脉冲激光束而输出；
第2非线性晶体，其配置在所述第2脉冲激光束和所述第3脉冲激光束行进的第2光路上，通过第2和频产生过程将所述第2脉冲激光束和所述第3脉冲激光束波长转换为第4波长的第4脉冲激光束而输出；
第1分色镜，其配置在所述第2固体激光装置与所述第2非线性晶体之间的所述第2脉冲激光束的光路与所述第3脉冲激光束的光路交叉的位置，该第1分色镜使所述第2脉冲激光束朝向所述第2非线性晶体透射，并使所述第3脉冲激光束朝向所述第2非线性晶体反射；
第2分色镜，其配置在所述第2脉冲激光束中的在所述第2和频产生过程中未被使用而穿过所述第2非线性晶体的剩余光的光路上，该第2分色镜使所述第2脉冲激光束的所述剩余光进行反射；
反射镜，其配置在由所述第2分色镜反射后的所述第2脉冲激光束的所述剩余光的光路上，该反射镜使所述第2脉冲激光束的所述剩余光进行反射；以及
第3分色镜，其配置在由所述反射镜反射后的所述第2脉冲激光束的所述剩余光的光路与所述第1脉冲激光束的光路交叉的位置，该第3分色镜使所述第1脉冲激光束朝向所述第1非线性晶体反射，并使所述第2脉冲激光束的所述剩余光朝向所述第1非线性晶体透射，
使所述第2脉冲激光束在入射到所述第1非线性晶体之前的第1时机入射到所述第2非线性晶体，使所述第2脉冲激光束的所述剩余光在比所述第1时机晚的第2时机入射到所述第1非线性晶体。
2.根据权利要求1所述的固体激光系统，其中，
所述第1脉冲激光束入射到所述第1非线性晶体的时机与所述第1时机相同。
3.根据权利要求1所述的固体激光系统，其中，
所述第1脉冲激光束入射到所述第1非线性晶体的时机与所述第2时机相同。
4.根据权利要求1所述的固体激光系统，其中，
所述第1脉冲激光束入射到所述第1非线性晶体的时机是所述第1时机与所述第2时机之间的时机。
5.根据权利要求4所述的固体激光系统，其中，
所述第1脉冲激光束入射到所述第1非线性晶体的时机是所述第1时机与所述第2时机之间的中间的时机。
6.根据权利要求1所述的固体激光系统，其中，
所述第2波长为1100nm以上且2000nm以下。
7.根据权利要求6所述的固体激光系统，其中，
所述第2固体激光装置包含Er光纤放大器。
8.根据权利要求6所述的固体激光系统，其中，
所述第1波长为220nm以上且400nm以下。
9.根据权利要求8所述的固体激光系统，其中，
所述第4波长为150nm以上且300nm以下。
10.根据权利要求1所述的固体激光系统，其中，
所述固体激光系统还具有1/2波长板，该1/2波长板配置在所述第2脉冲激光束的所述剩余光的光路上的所述第1非线性晶体与所述第2非线性晶体之间。
11.根据权利要求10所述的固体激光系统，其中，
所述第1固体激光装置输出向第1偏振方向偏振的所述第1脉冲激光束，
所述第2固体激光装置输出向与所述第1偏振方向垂直的第2偏振方向偏振的所述第2脉冲激光束，
所述第1非线性晶体的光学轴和所述第2非线性晶体的光学轴被配置成相互垂直。
12.一种波长转换系统，其具有：
第1非线性晶体，其配置在第1波长的第1脉冲激光束和第2波长的第2脉冲激光束行进的第1光路上，通过第1和频产生过程将所述第1脉冲激光束和所述第2脉冲激光束波长转换为第3波长的第3脉冲激光束而输出；
第2非线性晶体，其配置在所述第2脉冲激光束和所述第3脉冲激光束行进的第2光路上，通过第2和频产生过程将所述第2脉冲激光束和所述第3脉冲激光束波长转换为第4波长的第4脉冲激光束而输出；
第1分色镜，其配置在入射到所述第2非线性晶体的所述第2脉冲激光束的光路与所述第3脉冲激光束的光路交叉的位置，该第1分色镜使所述第2脉冲激光束朝向所述第2非线性晶体透射，并使所述第3脉冲激光束朝向所述第2非线性晶体反射；
第2分色镜，其配置在所述第2脉冲激光束中的在所述第2和频产生过程中未被使用而穿过所述第2非线性晶体的剩余光的光路上，该第2分色镜使所述第2脉冲激光束的所述剩余光进行反射；
反射镜，其配置在由所述第2分色镜反射后的所述第2脉冲激光束的所述剩余光的光路上，该反射镜使所述第2脉冲激光束的所述剩余光进行反射；以及
第3分色镜，其配置在由所述反射镜反射后的所述第2脉冲激光束的所述剩余光的光路与所述第1脉冲激光束的光路交叉的位置，该第3分色镜使所述第1脉冲激光束朝向所述第1非线性晶体反射，并使所述第2脉冲激光束的所述剩余光朝向所述第1非线性晶体透射，
使所述第2脉冲激光束在入射到所述第1非线性晶体之前的第1时机入射到所述第2非线性晶体，使所述第2脉冲激光束的所述剩余光在比所述第1时机晚的第2时机入射到所述第1非线性晶体。
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