CN114667651A - 气体激光放大器、气体激光装置、euv光发生装置及euv曝光装置 - Google Patents

气体激光放大器、气体激光装置、euv光发生装置及euv曝光装置 Download PDF

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Abstract

气体激光放大器(10A)具有框体(11)、放电电极对(20A、20B)和光谐振器(40)。框体(11)具有：入射窗口(12)，其从外部被射入第1激光；以及出射窗口(13)，其将放大的第1激光射出。放电电极对(20A、20B)使供给至在框体(11)的内部相对而配置的放电电极(21A、22A、21B、22B)之间的激光气体发生激励。光谐振器(40)在第1激光没有从框体(11)的外部从入射窗口(12)射入至框体(11)的内部的非入射状态时，通过被激励的激光气体的增益使第2激光振荡，在第1激光从入射窗口(12)射入至框体(11)的内部的入射状态时，使第2激光的振荡停止。

Description

气体激光放大器、气体激光装置、EUV光发生装置及EUV曝光 装置
技术领域
本发明涉及通过使用气体而作为激光介质，从而产生激光或者放大激光的气体激光放大器、气体激光装置、EUV(Extreme UltraViolet)光发生装置及EUV曝光装置。
背景技术
EUV光生成装置具有：气体激光放大器，其生成激光；以及EUV光生成部，其将从气体激光放大器射出的激光对目标照射而生成EUV光。气体激光放大器具有：腔室，其对包含气体激光放大介质即CO2气体的激光气体进行收容；第1窗口，其设置于腔室的第1面；以及第2窗口，其设置于与第1面相对的第2面。另外，气体激光放大器具有用于对第1凹面镜及第2凹面镜之间的空间施加电压的相对配置的一对平板状电极。在如上所述的气体激光放大器中，如果对平板状电极间施加高频电压，则形成放电区域，激光气体被激励。在该状态下，种子激光从第1窗口射入至腔室内，在经过放电区域后被放大，成为放大光。放大光在第2凹面镜和第1凹面镜之间反复反射。而且，在反射预定次数后，放大光从第1凹面镜经由第2窗口从腔室输出。
在如上所述的气体激光放大器中，在放电区域生成的自然放射光在第1窗口和第2窗口之间反射，由此发生自激振荡。因此，在专利文献1公开了具有光阑的气体激光放大器，该光阑在设计于气体激光放大器内的光轴上形成有开口部。由此，在气体激光放大器内产生的自激振荡光由光阑遮挡，抑制自激振荡光从第1窗口及第2窗口射出。
专利文献1：国际公开第2014/045889号
发明内容
但是，在上述现有的气体激光放大器中，能够抑制在与种子激光不同的光轴产生的自激振荡光从第1窗口及第2窗口的射出，但无法抑制在与种子激光大致相同的光轴产生的自激振荡光的射出。专利文献1所记载的气体激光放大器中的光阑设置于第1窗口及第2窗口。在设置于第1窗口及第2窗口的光阑形成往复光路而振荡出的自激振荡光的光轴与气体激光放大器内的种子激光的光轴变得大致相同。即使光阑中的激光的反射率设定得低，在气体激光放大器的增益大的状态下，即使是少量的散射光，在设置于第1窗口及第2窗口的光阑间也有可能发生自激振荡。在上述的EUV光生成装置的气体激光放大器中存在下述问题，即，如果在与种子激光大致相同的光轴发生自激振荡光，则会在意料之外的定时对EUV光生成部内的目标照射自激振荡光，成为在EUV光生成装置引起故障的原因。
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到能够抑制与种子激光相同的光轴中的自激振荡光的产生的气体激光放大器。
为了解决上述的课题，并达到目的，本发明所涉及的气体激光放大器具有框体、放电电极对和光谐振器。框体具有从外部被射入第1激光的入射窗口及将放大的第1激光射出的出射窗口。放电电极对使供给至在框体的内部相对而配置的放电电极之间的激光气体发生激励。光谐振器在第1激光没有从框体的外部从入射窗口射入至框体的内部的非入射状态时，通过被激励的激光气体的增益使第2激光振荡，在第1激光从入射窗口射入至框体的内部的入射状态时，使第2激光的振荡停止。
发明的效果
本发明所涉及的气体激光放大器具有下述效果，即，能够抑制与种子激光相同的光轴中的自激振荡光的产生。
附图说明
图1是示意地表示具有实施方式1所涉及的气体激光放大器的气体激光装置的结构的一个例子的透视斜视图。
图2是从Y方向观察图1的气体激光放大器的内部的图。
图3是表示向通常的气体激光放大器射入的激光的输出相对于时间的变化的一个例子的图。
图4是表示由通常的气体激光放大器放大的激光的输出相对于时间的变化的一个例子的图。
图5是表示自激振荡输出相对于时间的变化的一个例子的图。
图6是表示通常的气体激光放大器内的增益相对于时间的变化的一个例子的图。
图7是表示由实施方式1所涉及的气体激光放大器放大的激光的输出相对于时间的变化的一个例子的图。
图8是表示实施方式1所涉及的气体激光放大器中的光谐振器输出相对于时间的变化的一个例子的图。
图9是表示实施方式1所涉及的气体激光放大器中的自激振荡输出相对于时间的变化的一个例子的图。
图10是表示实施方式1所涉及的气体激光放大器内的增益相对于时间的变化的一个例子的图。
图11是表示由实施方式1所涉及的气体激光放大器放大的激光的输出相对于时间的变化的一个例子的图。
图12是示意地表示具有实施方式2所涉及的气体激光放大器的气体激光装置的结构的一个例子的透视斜视图。
图13是从Y方向观察图12的气体激光放大器的内部的图。
图14是表示由实施方式2所涉及的气体激光放大器放大的激光的输出相对于时间的变化的一个例子的图。
图15是表示实施方式2所涉及的气体激光放大器中的光谐振器输出相对于时间的变化的一个例子的图。
图16是表示实施方式2所涉及的气体激光放大器中的自激振荡输出相对于时间的变化的一个例子的图。
图17是表示实施方式2所涉及的气体激光放大器内的增益相对于时间的变化的一个例子的图。
图18是示意地表示具有实施方式3所涉及的气体激光放大器的气体激光装置的结构的一个例子的透视斜视图。
图19是从Y方向观察图18的气体激光放大器的内部的图。
图20是示意地表示具有实施方式4所涉及的气体激光放大器的气体激光装置的结构的一个例子的透视斜视图。
图21是从Y方向观察图20的气体激光放大器的内部的图。
图22是示意地表示具有实施方式5所涉及的气体激光放大器的气体激光装置的结构的一个例子的透视斜视图。
图23是从Y方向观察图22的气体激光放大器的内部的图。
图24是示意地表示具有实施方式6所涉及的气体激光放大器的气体激光装置的结构的一个例子的透视斜视图。
图25是从Y方向观察图24的气体激光放大器的内部的图。
图26是示意地表示具有实施方式7所涉及的气体激光放大器的气体激光装置的结构的一个例子的分解斜视图。
图27是表示由实施方式7所涉及的气体激光放大器放大的激光的输出相对于时间的变化的一个例子的图。
图28是表示实施方式7所涉及的气体激光放大器中的光谐振器输出相对于时间的变化的一个例子的图。
图29是表示实施方式7所涉及的气体激光放大器中的自激振荡输出相对于时间的变化的一个例子的图。
图30是表示实施方式7所涉及的第1级的气体激光放大器内的增益相对于时间的变化的一个例子的图。
图31是表示实施方式7所涉及的第2级的气体激光放大器内的增益相对于时间的变化的一个例子的图。
图32是示意地表示实施方式8所涉及的气体激光放大器的结构的一个例子的斜视图。
图33是示意地表示实施方式9所涉及的EUV曝光装置的结构的一个例子的框图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式所涉及的气体激光放大器、气体激光装置、EUV光发生装置及EUV曝光装置详细地进行说明。此外，本发明不受这些实施方式限定。
实施方式1.
图1是示意地表示具有实施方式1所涉及的气体激光放大器的气体激光装置的结构的一个例子的透视斜视图。在图1中，将气体激光放大器10A内的种子激光的光轴OA1的方向设为Z方向，将与Z方向垂直且气体激光放大器10A内的激光气体流动的方向设为X方向。另外，将与Z方向及X方向垂直的方向设为Y方向。此外，X方向、Y方向及Z方向的设置方式在此后的图中也是同样的。图2是从Y方向观察图1的气体激光放大器的内部的图。
气体激光装置1具有：激光光源2，其射出要进行放大的激光即种子激光；以及气体激光放大器10A，其对种子激光进行放大，将放大的种子激光作为放大光射出。
激光光源2对直线偏振的第1激光即种子激光进行输出。种子激光是重复频率为几十kHz至几百kHz为止的脉冲激光或者是连续波激光。在图1的例子中，种子激光是偏振方向PD1为X方向的P偏振光。
气体激光放大器10A具有将激光介质即激光气体封入的框体11。气体激光放大器10A具有：窗口12，其设置于框体11的侧面11A，供来自激光光源2的种子激光射入；以及窗口13，其设置于与侧面11A相反侧的面即侧面11B，将在框体11内放大的放大光向外部射出。窗口12和窗口13设置于与Z方向平行的同一直线上。即，在框体11内，将窗口12和窗口13连结的光轴OA1成为与Z方向平行的直线。窗口12相当于入射窗口，窗口13相当于出射窗口。
气体激光放大器10A具有偏振镜14、15、部分反射镜16、全反射镜17和阻尼器18。偏振镜14、15配置于被窗口12、13夹着的框体11内的光轴OA1上。偏振镜14、15使种子激光和具有与种子激光相同的偏振方向PD1的放大光透过，对与种子激光的偏振方向PD1正交的偏振方向PD2的激光进行反射。即，偏振镜14、15使P偏振光透过，但将S偏振光向X方向反射。由此，在光轴OA1上进行传播的S偏振光由偏振镜14、15向X方向反射。
部分反射镜16使由偏振镜14反射出的激光的一部分透过，对其他激光进行反射。全反射镜17对由偏振镜15反射出的激光进行反射。由部分反射镜16和全反射镜17构成光谐振器40。由该光谐振器40产生的激光，即，不是将种子激光放大后的放大光的激光在部分反射镜16和全反射镜17之间往复而被放大。将部分反射镜16和全反射镜17连结的光轴OA2成为光谐振器40的光轴。
阻尼器18配置于光轴OA2上的部分反射镜16的后级，对透过部分反射镜16的激光进行吸收。此外，由光谐振器40振荡出的激光的偏振方向PD2是在由偏振镜14、15反射的方向偏振，与种子激光的偏振方向PD1正交。因此，由光谐振器40振荡出的激光由偏振镜14、15反射，不从窗口12、13射出，另外，透过部分反射镜16的激光的一部分由阻尼器18吸收。
气体激光放大器10A具有2个放电电极对20A、20B，它们设置于框体11内，对激光气体进行激励。放电电极对20A具有放电电极21A、22A，放电电极对20B具有放电电极21B、22B。放电电极21A、22A配置为在Y方向隔开间隔，电极面彼此平行，构成放电电极对20A。放电电极21B、22B配置为在Y方向隔开间隔，电极面彼此平行，构成放电电极对20B。在图1及图2的例子中，放电电极21A、22A在Z方向配置于框体11的中心和窗口12之间的区域，放电电极21B、22B在Z方向配置于框体11的中心和窗口13之间的区域。气体激光放大器10A还具有与放电电极21A、22A及放电电极21B、22B连接的未图示的高频电源。
另外，气体激光放大器10A具有气流发生部25A、25B。气流发生部25A、25B具有：未图示的激光气体供给部，其供给激光气体；未图示的送风机，其使供给至框体11内的激光气体在X方向流动，并且在框体11内使激光气体循环；以及未图示的热交换器，其对经过了光轴OA1、OA2的激光气体进行冷却。气流发生部25A、25B在Z方向的不同的位置使X方向上的朝向相对的激光气体流动。即，在图1的例子中，气流发生部25A配置于放电电极22A的下部，气流发生部25B配置于放电电极22B的下部。具体地说，在气流发生部25A中，在放电电极21A、22A之间，以激光气体朝向X轴的正方向流动的方式由激光气体供给部沿方向D1供给激光气体。另外，在气流发生部25B中，在放电电极21B、22B之间，以激光气体朝向X轴的负方向流动的方式由激光气体供给部沿方向D2供给激光气体。作为激光气体，能够使用CO2气体。将CO2气体用作激光气体的气体激光放大器10A能够作为EUV曝光装置的光源而使用。
在放电电极21A、22A之间，在方向D1流入激光气体，如果对放电电极21A、22A施加高频电压，则在放电电极21A、22A之间形成放电空间23A。以在方向D1上与光轴OA1相比的上游形成放电空间23A的方式配置放电电极21A、22A。
在放电电极21B、22B之间，在方向D2流入激光气体，如果对放电电极21B、22B施加高频电压，则在放电电极21B、22B之间形成放电空间23B。以在方向D2上与光轴OA1相比的上游形成放电空间23B的方式配置放电电极21B、22B。
如图2所示，气体激光放大器10A在框体11内的窗口12和放电空间23A之间及窗口13和放电空间23B之间的光轴OA1上分别具有光阑31。光阑31是抑制在与光轴OA1不同的光轴产生的自激振荡光向气体激光放大器10A的外部射出的部件。优选以光阑31中的激光的反射率降低的方式对光阑31的结构材料进行选择。
如图1所示，气体激光放大器10A是激光气体流动的方向即X方向、电极间隙方向即Y方向和光轴OA1的方向即Z方向正交的三轴正交型的气体激光放大器。
接下来，对气体激光放大器10A的动作进行说明。通过气流发生部25A、25B在图1及图2所示的方向D1、D2流动激光气体。由此，激光气体流入至放电电极21A、22A之间及放电电极21B、22B之间。通过对放电电极21A、22A之间及放电电极21B、22B之间从未图示的高频电源施加高频电压，从而形成放电空间23A、23B。流入至放电空间23A、23B的激光气体被激励。被激励的激光气体流入至位于各个放电电极对20A、20B的下游侧的光轴OA1、OA2。经过了光轴OA1、OA2的激光气体由未图示的热交换器冷却，通过未图示的送风机向放电空间23A、23B流动，在框体11内循环。
从在气体激光放大器10A的外部设置的激光光源2射出的种子激光沿光轴OA1从窗口12射入至框体11内。在这里，种子激光为P偏振光，因此透过偏振镜14而朝向偏振镜15传播。另外，种子激光经过放电空间23A的下游及放电空间23B的下游的被激励的激光气体中，因此种子激光被放大而成为放大光。而且，P偏振光即放大光透过偏振镜15，从窗口13向框体11的外部射出。
另一方面，在与气体激光放大器10A的光轴OA1不同的光轴上产生而放大的激光被光阑31遮挡，不从窗口12、13射出。
另外，在框体11内，由部分反射镜16及全反射镜17构成光谐振器40。该光谐振器40的光轴OA2经过部分反射镜16、偏振镜14、偏振镜15及全反射镜17。在偏振镜14和偏振镜15之间，与光轴OA1同轴并由光谐振器40振荡出的激光经过被激励的激光气体内。由该光谐振器40振荡出的激光的偏振方向PD2在由偏振镜14、15反射的方向偏振，与种子激光的偏振方向PD1正交。该激光在部分反射镜16和全反射镜17之间被反射而放大，但会由偏振镜14、15反射，因此不向框体11的外部射出。另外，到达部分反射镜16的激光的一部分透过部分反射镜16，被阻尼器18吸收。由此，由光谐振器40振荡出的激光也不向框体11的外部射出。并且，朝向与种子激光相同方向的偏振成分不由偏振镜14、15反射，因此无法在光谐振器40谐振，不进行激光振荡。
在这里，对在与实施方式1无关的气体激光放大器发生自激振荡的状况的一个例子进行说明。图3是表示向通常的气体激光放大器射入的激光的输出相对于时间的变化的一个例子的图，图4是表示由通常的气体激光放大器放大的激光的输出相对于时间的变化的一个例子的图。图5是表示自激振荡输出相对于时间的变化的一个例子的图，图6是表示通常的气体激光放大器内的增益相对于时间的变化的一个例子的图。在这些图中，横轴表示时间。另外，图3的纵轴表示入射激光输出，图4的纵轴表示激光放大输出，图5的纵轴表示自激振荡输出，图6的纵轴表示气体激光放大器的增益ga。
另外，在图6中，g0是小信号增益，gs是自激振荡的振荡阈值增益，gp是激光被放大时的增益。小信号增益g0是输入无限接近0时的每单位长度的放大率。
在区间ΔT0、ΔT2中，如图3所示，是种子激光射入至气体激光放大器而被放大时。如图4所示，气体激光放大器的增益被利用于激光的放大，放大光向气体激光放大器的外部射出。如图6所示，气体激光放大器内的增益ga等于种子激光被放大时的增益gp，低于自激振荡的振荡阈值增益gs，因此如图5所示，不会发生自激振荡。
另一方面，区间ΔT1设为种子激光由于某种问题而无法射入至气体激光放大器的区间。在该情况下，种子激光不被放大，因此如图6所示，气体激光放大器内的增益ga上升，超过自激振荡的振荡阈值增益gs，如图5所示，发生自激振荡。
在实施方式1中，在种子激光不射入至气体激光放大器10A的区间ΔT1，以抑制自激振荡的发生的方式构成气体激光放大器10A。图7是表示由实施方式1所涉及的气体激光放大器放大的激光的输出相对于时间的变化的一个例子的图，图8是表示实施方式1所涉及的气体激光放大器中的光谐振器输出相对于时间的变化的一个例子的图。图9是表示实施方式1所涉及的气体激光放大器中的自激振荡输出相对于时间的变化的一个例子的图，图10是表示实施方式1所涉及的气体激光放大器内的增益相对于时间的变化的一个例子的图。图11是表示由实施方式1所涉及的气体激光放大器放大的激光的输出相对于时间的变化的一个例子的图。在这些图中，横轴表示时间。
此外，图7的激光放大输出示出了种子激光沿光轴OA1射入至气体激光放大器10A，从窗口13射出的激光的放大输出。在这里，重复频率示出了几十kHz至几百kHz的脉冲激光的平均输出波形。此外，重复频率为几十kHz至几百kHz的脉冲激光的瞬时输出波形成为图11所示。
图8的光谐振器输出是从光谐振器40的部分反射镜16输出而被阻尼器18吸收的激光的输出。图9的自激振荡输出是通过从气体激光放大器10A的外部的部件或者内部的光阑31等部件进行的反射或者衍射光而发生的自激振荡的输出。在图10中，g0是小信号增益，gs是自激振荡的振荡阈值增益，gr是光谐振器40的振荡阈值增益，gp是激光被放大时的增益。
区间ΔT10、ΔT12是种子激光射入至气体激光放大器10A而被放大时，与入射状态相对应。在该情况下，如上所述，由射入的种子激光消耗气体激光放大器10A内的增益，如图10所示，气体激光放大器10A内的增益ga等于种子激光被放大时的增益gp。在实施方式1中，光谐振器40的振荡阈值增益gr设定为比种子激光被放大时的增益gp大的值。因此，在光谐振器40侧不形成大于或等于振荡阈值增益gr的增益，如图8所示无法振荡出激光。即，不从光谐振器40射出激光。同样地，如图10所示，自激振荡的振荡阈值增益gs也成为比种子激光被放大时的增益gp大的值，因此如图9所示，不发生自激振荡。
另一方面，区间ΔT11是种子激光不射入至气体激光放大器10A的区间，与非入射状态相对应。在该区间ΔT11中，如图7所示，在激光放大输出成为0时，如图10所示，气体激光放大器10A内的增益ga成为小信号增益g0，超过光谐振器40的振荡阈值增益gr。因此，如图8所示，立即在光谐振器40振荡出激光。此时，光谐振器40的振荡阈值增益gr比自激振荡的振荡阈值增益gs小，因此在自激振荡发生前由光谐振器40振荡出激光。即，如图9所示，不发生自激振荡。而且，气体激光放大器10A内的增益ga由光谐振器40消耗，变得等于光谐振器40的振荡阈值增益gr。因此，气体激光放大器10A内的增益ga低于自激振荡的振荡阈值增益gs，不发生自激振荡。即，实施方式1所涉及的气体激光放大器10A无法抑制自激振荡。此外，如图8所示，由光谐振器40振荡出的激光的一部分透过部分反射镜16，被阻尼器18吸收。
在这里，将正在被射入种子激光的入射状态下的在光轴OA1上种子激光被放大时的每单位长度的增益即残留增益设为gp。另外，将射入至气体激光放大器10A时的种子激光的输出设为Pin，将从气体激光放大器10A射出时的被放大的种子激光即放大光的输出设为Pout。光轴OA1之中的通过被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lp将种子激光放大的增益通过下式(1)表示。
【式1】
Figure BDA0003629675680000111
另外，将光谐振器40的部分反射镜16的反射率设为R1，将光谐振器40振荡时的每单位长度的增益即振荡阈值增益设为gr。此时，以光轴OA2之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lr将由光谐振器40产生的激光进行放大的增益通过下式(2)表示。
【式2】
Figure BDA0003629675680000112
在种子激光射入时，为了光谐振器40的振荡自动地停止，必须满足下式(3)的条件。
gpLp＜grLr···(3)
根据(1)式、(2)式及(3)式，光谐振器40的部分反射镜16所具有的反射率R1必须满足下式(4)的条件。
【式3】
Figure BDA0003629675680000113
例如，设想为100W的种子激光被输入，放大光的输出到达25kW的气体激光放大器10A的放大率为250倍。此时的部分反射镜16的反射率R1的条件成为下式(5)。
R1＜16×10-6···(5)
另一方面，将射入时的种子激光的光束强度设为Iin，将放大时的放大光的光束强度设为Iout，将饱和强度设为Is，将小信号增益设为g0。光轴OA1之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lp的小信号增益通过下式(6)表示。
【式4】
Figure BDA0003629675680000121
例如，饱和强度Is为200W/cm2，放大后的种子激光的光束直径
Figure BDA0003629675680000122
为30mm，在输入上述的100W的种子激光，在放大后将25kW的放大光输出的条件中，光轴OA1之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lp的小信号增益通过下式(7)表示。
g0Lp≒23···(7)
自激振荡是通过从气体激光放大器10A的外部的部件或者内部的光阑31等部件进行的反射或者衍射光而发生的。因此，自激振荡时的光的反馈率非常小，自激振荡的振荡阈值往往大致成为小信号增益g0。因此，在自激振荡光产生前，为了在光谐振器40进行振荡，必须满足下式(8)的条件。
g0Lp＞grLr···(8)
根据(2)式及(7)式，光谐振器40的部分反射镜16所具有的反射率R1必须满足下式(9)的条件。
R1＞7×10-21···(9)
根据(5)式及(9)式，将部分反射镜16的反射率R1设定为大于7×10-21、小于16×10-6的值，由此能够抑制如上所述气体激光放大器10A内的自激振荡的发生。
如上所述，在气体激光放大器10A内设置光谐振器40，适当地设定光谐振器40的部分反射镜16的反射率R1，由此能够设定为由光谐振器40产生的激光的振荡阈值增益大于从外部射入的种子激光放大时的增益，且小于自激振荡的阈值增益。即，光谐振器40的谐振器全损耗设定为，具有光谐振器40的入射状态的增益和光谐振器40的非入射状态的增益之间的值。由此，能够抑制自激振荡。
此外，在图1中种子激光的偏振方向PD1设为与放电电极21A、22A之间及放电电极21B、22B之间的气流方向相同的X方向，但也可以将种子激光的偏振方向PD1设为放电间隙长度方向即Y方向，将由光谐振器40产生的激光的偏振方向PD2设为与其正交的X方向。即，偏振镜14、15可以设为对P偏振光进行反射，使S偏振光透过的偏振镜。
另外，在图1中，将光谐振器40设置于框体11的内部，但也可以将偏振镜14、部分反射镜16及阻尼器18设置于框体11的外侧，也可以将偏振镜15及全反射镜17设置于框体11的外侧。并且，在图1中，部分反射镜16及阻尼器18配置于种子激光的入射侧，全反射镜17配置于种子激光的出射侧，但它们的配置位置也可以相反。即，可以在种子激光的入射侧配置全反射镜17，在种子激光的出射侧配置部分反射镜16及阻尼器18。
另外，在图1中在光谐振器40往复的光通过偏振镜14、15向放电电极21A、22A之间及放电电极21B、22B之间的气流方向即X方向反射，但也可以将其向电极间隙长度方向即Y方向反射。并且，在图1中，气体激光放大器10A的种子激光的光轴OA1是仅一次经过放电空间23A、23B的1通结构，但也可以如后面记述的实施方式所示，是在框体11内部具有折回构造而多次经过放电空间23A、23B的结构。
另外，为了对从窗口13射出的放大光进行放大，可以进一步在该后级设置大于或等于1个气体激光放大器。设置的气体激光放大器可以是实施方式1所涉及的气体激光放大器10A，也可以是与实施方式1无关的气体激光放大器。
在实施方式1中，气体激光放大器10A具有光谐振器40，该光谐振器40将第2激光谐振，该第2激光从外部的激光光源2射入，具有与在框体11的内部进行放大的种子激光的光轴OA1一部分通用化的光轴OA2。在光轴OA1上设置偏振镜14、15，该偏振镜14、15使在第1方向偏振的光透过，对在与第1方向正交的第2方向偏振的光进行反射。光谐振器40由在通过偏振镜14反射的方向配置的部分反射镜16和在通过偏振镜15反射的方向配置的全反射镜17构成。在光轴OA2的部分反射镜16的后级配置对激光进行吸收的阻尼器18。而且，以由光谐振器40产生的激光的振荡阈值增益大于从外部射入的种子激光放大时的增益，并且小于自激振荡的阈值增益的方式对部分反射镜16的反射率R1进行设定。由此，在种子激光没有射入至气体激光放大器10A内时，在自激振荡光产生前，由光谐振器40进行激光振荡，因此抑制自激振荡。另外，在与种子激光的光轴OA1相同的光轴上产生了激光的情况下，偏振成分为第1方向的光没有由偏振镜14、15反射，因此不由光谐振器40放大。并且，偏振成分为第2方向的光由光谐振器40放大，其一部分透过部分反射镜16而被阻尼器18吸收，不向气体激光放大器10A的外部射出。其结果，具有下述效果，即，不使用在时间上使光谐振器40的损耗变化的装置，在气体激光放大器10A内能够抑制在与种子激光相同的光轴产生的自激振荡光的射出。
实施方式2.
图12是示意地表示具有实施方式2所涉及的气体激光放大器的气体激光装置的结构的一个例子的透视斜视图。图13是从Y方向观察图12的气体激光放大器的内部的图。此外，下面，对与实施方式1不同的部分进行说明，关于与实施方式1相同的部分，标注同一标号而省略其说明。
在实施方式1中，构成为种子激光的光轴OA1和由光谐振器40振荡的激光的光轴OA2将一部分重合。在实施方式2中，配置为种子激光的光轴OA1和由光谐振器41振荡的激光的光轴OA2不重合。
即，在经过窗口12和窗口13的光轴OA1上没有配置光阑31以外的光学部件。此外，光阑31设置于光轴OA1上的与放电空间23A相对应的位置和窗口12之间及光轴OA1上的放电空间23B和窗口13之间。
气体激光放大器10B在框体11内具有光谐振器41。光谐振器41具有部分反射镜16、全反射镜17和阻尼器18。由光谐振器41振荡的激光的光轴OA2配置为在与光轴OA1不同的位置与光轴OA1变得平行。在图12及图13的例子中，在XZ平面，光轴OA2相对于光轴OA1在X轴负方向隔开间隔而平行地配置。阻尼器18配置于能够对透过部分反射镜16的激光进行吸收的位置。由光谐振器41振荡出的激光从部分反射镜16输出，被阻尼器18吸收。其结果，由光谐振器41振荡出的激光全部被阻尼器18吸收，使得不从气体激光放大器10B向外部射出。
另外，气体激光放大器10B在光轴OA2上具有光阑32。光阑32配置于放电空间23A和部分反射镜16之间及光轴OA2上的与放电空间23B相对应的位置和全反射镜17之间。
此外，在实施方式2中，以放电空间23A包含光轴OA2的方式配置放电电极21A、22A，以放电空间23B包含光轴OA1的方式配置放电电极21B、22B。
在这里，对气体激光放大器10B的动作进行说明。通过气流发生部25A、25B，在图12及图13所示的方向D1、D2流动激光气体。由此，激光气体流入至放电电极21A、22A之间及放电电极21B、22B之间。对放电电极21A、22A之间及放电电极21B、22B之间从未图示的高频电源施加高频电压，由此形成放电空间23A、23B。流入至放电空间23A、23B的激光气体被激励。被激励的激光气体流入至位于各个放电电极对20A、20B的下游侧的光轴OA1、OA2。经过了光轴OA1、OA2的激光气体由未图示的热交换器冷却，通过未图示的送风机而流向放电空间23A、23B，在框体11内循环。此外，种子激光可以是重复频率为几十kHz至几百kHz的脉冲激光，也可以是连续波激光。
从在气体激光放大器10B的外部设置的激光光源2射出的种子激光沿光轴OA1从窗口12射入至框体11内。种子激光在通过放电空间23A的下游及放电空间23B时经过被激励的激光气体中，因此被放大而成为放大光。而且，放大光从窗口13向框体11的外部射出。
在这里，光谐振器41的部分反射镜16的反射率R1设定为光谐振器41的振荡阈值增益gr满足以下所示的条件。
图14是表示由实施方式2所涉及的气体激光放大器放大的激光的输出相对于时间的变化的一个例子的图，图15是表示实施方式2所涉及的气体激光放大器中的光谐振器输出相对于时间的变化的一个例子的图。图16是表示实施方式2所涉及的气体激光放大器中的自激振荡输出相对于时间的变化的一个例子的图，图17是表示实施方式2所涉及的气体激光放大器内的增益相对于时间的变化的一个例子的图。在这些图中，横轴表示时间。
在图17中，gr’是光谐振器41振荡时的光轴OA1上的增益，gp’是种子激光被放大时的光轴OA2上的增益。此外，关于与在图7、图8、图9及图10中说明的内容相同的部分而省略其说明。
在种子激光射入至气体激光放大器10B而正在被放大的区间ΔT10、ΔT12，光谐振器41的振荡阈值增益gr设定为比种子激光被放大时的光轴OA2上的增益gp’大的值。因此，种子激光被放大，在从窗口13射出时，在光谐振器41侧，没有形成大于或等于振荡阈值增益gr的增益，因此如图15所示，无法振荡出激光。即，不从光谐振器41射出激光。同样地，自激振荡的振荡阈值增益gs也成为比激光被放大时的光轴OA1上的增益gp大的值，因此如图16所示，也不发生自激振荡。
另一方面，在种子激光不射入至气体激光放大器10B的区间ΔT11，如图14所示，在激光放大输出成为0时，如图17所示，气体激光放大器10B内的增益ga超过光谐振器41的振荡阈值增益gr。因此，如图15所示，立即由光谐振器41振荡出激光。此时，光谐振器41的振荡阈值增益gr小于自激振荡的振荡阈值增益gs，因此在自激振荡发生前由光谐振器41振荡出激光。即，如图16所示，没有发生自激振荡。而且，气体激光放大器10B内的光轴OA1上的增益ga由光谐振器41消耗，等于光谐振器41振荡时的光轴OA1上的增益gr’。因此，气体激光放大器10B内的增益ga低于自激振荡的振荡阈值增益gs，没有发生自激振荡。即，实施方式2所涉及的气体激光放大器10B能够抑制自激振荡。此外，如图15所示，由光谐振器41振荡出的激光的一部分透过部分反射镜16，被阻尼器18吸收。
如上所述，在实施方式2中，在气体激光放大器10B内设置光谐振器41，将其振荡阈值增益设定为比从外部射入的种子激光的放大时的增益大，设定为比自激振荡的阈值增益小。由此，在种子激光没有射入时，立即由光谐振器41振荡出激光，因此能够抑制自激振荡。
此外，在图12中，气体激光放大器10B的种子激光的光轴OA1是仅一次经过放电空间23A、23B的1通结构，但也可以如后面记述的实施方式那样，是在框体11内部具有折回构造而多次经过放电空间23A、23B的结构。
并且，在图12中，部分反射镜16及阻尼器18配置于种子激光的入射侧，全反射镜17配置于种子激光的出射侧，但这些配置位置也可以相反。即，也可以在种子激光的入射侧配置全反射镜17，在种子激光的出射侧配置部分反射镜16及阻尼器18。
实施方式3.
图18是示意地表示具有实施方式3所涉及的气体激光放大器的气体激光装置的结构的一个例子的透视斜视图。图19是从Y方向观察图18的气体激光放大器的内部的图。此外，下面对与实施方式1、2不同的部分进行说明，关于与实施方式1、2相同的部分，标注同一标号而省略其说明。
在实施方式1、2中，窗口12和窗口13配置于在Z方向延伸的1个直线上。但是，在实施方式3中，窗口12和窗口13不是配置于在Z方向延伸的1个直线上，而是配置于在XY面内及XZ面内不同的位置。即，种子激光的光轴OA1在框体11内折回。
气体激光放大器10C具有反射镜51、52、53、54。反射镜51、53设置于框体11的对窗口13进行设置的侧面11B，反射镜52、54设置于框体11的对窗口12进行设置的侧面11A。反射镜51、52、53、54以将从窗口12射入的种子激光向窗口13引导的方式配置于框体11内的侧面11A、11B。由此，形成从窗口12经由反射镜51、52、53、54向窗口13到达的光轴OA1。
气体激光放大器10C具有部分反射镜16、19和阻尼器18。由部分反射镜16、19构成光谐振器42。以由光谐振器42振荡的激光的光轴OA2横穿种子激光的光轴OA1的方式，部分反射镜16、19配置于框体11内。在图18及图19的例子中，部分反射镜16设置于对窗口12进行设置的侧面11A和在种子激光的入射侧配置的放电电极对20A之间的区域且流入至放电电极21A、22A之间的气流的上游侧。另外，部分反射镜19配置于对窗口13进行设置的侧面11B和在种子激光的出射侧配置的放电电极对20B之间的区域且流入至放电电极21B、22B之间的气流的上游侧。因此，光谐振器42的光轴OA2的与部分反射镜16、19接近的两端相对于光轴OA1而经过气流的上游侧。另外，将光轴OA1横穿的光轴OA2的中央部分与光轴OA1大致共有被激励的激光气体。
阻尼器18配置为对透过了部分反射镜16、19的激光进行吸收。由光谐振器42振荡出的激光的一部分从部分反射镜16、19射出而全部被阻尼器18吸收。此外，在图18及图19中，光谐振器42的部分反射镜16、19及阻尼器18配置于框体11内，但也可以配置于框体11的外部。
气体激光放大器10C在光轴OA1、OA2上具有光阑31、32、33。光阑31配置于光轴OA1上的与放电空间23A相对应的位置和窗口12之间、及光轴OA1上的与放电空间23B相对应的位置和窗口13之间。光阑33配置于光轴OA1上的反射镜51和放电空间23B之间、光轴OA1上的与放电空间23A相对应的位置和反射镜52之间、光轴OA1上的与放电空间23B相对应的位置和反射镜53之间、及光轴OA1上的放电空间23A和反射镜54之间。光阑32配置于光轴OA2上的放电空间23A和部分反射镜16之间、及放电空间23B和部分反射镜19之间。
另外，在实施方式3中，以光轴OA1之中的将窗口12和反射镜51连结的光轴的一部分包含于放电空间23B的方式对放电电极21B、22B进行配置。并且，以光轴OA1之中的将反射镜54和窗口13连结的光轴的一部分包含于放电空间23A的方式对放电电极21A、22A进行配置。
在这里，对气体激光放大器10C的动作进行说明。通过气流发生部25A、25B在图18及图19所示的方向D1、D2流动激光气体。由此，激光气体流入至放电电极21A、22A之间及放电电极21B、22B之间。在放电电极21A、22A之间及放电电极21B、22B之间从未图示的高频电源施加高频电压，由此形成放电空间23A、23B。流入至放电空间23A、23B的激光气体被激励。被激励的激光气体流入至位于各个放电电极对20A、20B的下游侧的光轴OA1。此外，光轴OA2在其大部分配置为经过放电空间23A、23B。经过了光轴OA1、OA2的激光气体由未图示的热交换器冷却，通过未图示的送风机而流入至放电空间23A、23B，在框体11内循环。此外，种子激光可以是重复频率为几十kHz至几百kHz的脉冲激光，也可以是连续波激光。
从在气体激光放大器10C的外部设置的激光光源2射出的种子激光从窗口12射入至框体11内，沿光轴OA1传播。而且，种子激光经过被激励的激光气体内，由反射镜51反射，再次经过被激励的激光气体内，由反射镜52反射。然后，同样地被反射镜53、54反射。种子激光在每次由反射镜51、52、53、54反射时经过被激励的激光气体内，由此被放大。最终放大的种子激光即放大光经过窗口13而射出至框体11的外部。如上所述，在图18及图19中，种子激光在被激励的激光气体内一边折回5次一边被放大。此外，在这里，作为例子而示出了折回5次的情况，但折回次数也可以大于或等于2次。
在这里，光谐振器42的部分反射镜16、19的反射率R1、R2设定为光谐振器42的振荡阈值增益gr满足以下所示的条件。此外，示出实施方式3中的气体激光放大器10C的动作的图与实施方式2的图14至图17所示的图相同，因此引用图14至图17而进行说明。
在种子激光射入至气体激光放大器10C而被放大的区间ΔT10、ΔT12，由部分反射镜16、19形成的光谐振器42的振荡阈值增益gr设定为比激光被放大时的光轴OA2上的增益gp’大的值。因此，如图15所示，种子激光被放大，在从窗口13射出时，在光谐振器42侧不形成大于或等于振荡阈值增益gr的增益，因此无法振荡出激光。即，不从光谐振器42射出激光。同样地，自激振荡的振荡阈值增益gs也成为比种子激光被放大时的光轴OA1上的增益gp大的值，因此如图16所示，也不发生自激振荡。
另一方面，在种子激光没有射入至气体激光放大器10C的区间ΔT11，如图14所示，在激光放大输出成为0时，如图17所示，气体激光放大器10C内的增益ga超过光谐振器42的振荡阈值增益gr。因此，如图15所示，立即由光谐振器42振荡出激光。此时，光谐振器42的振荡阈值增益gr小于自激振荡的振荡阈值增益gs，因此在发生自激振荡前由光谐振器42振荡出激光。即，如图16所示，没有发生自激振荡。而且，气体激光放大器10C内的光轴OA1上的增益ga由光谐振器42消耗，变得等于光谐振器42振荡时的光轴OA1上的增益gr’。因此，气体激光放大器10C内的增益ga低于自激振荡的振荡阈值增益gs，没有发生自激振荡。即，实施方式3所涉及的气体激光放大器10C能够抑制自激振荡。此外，如图15所示，由光谐振器42振荡出的激光的一部分透过部分反射镜16、19而被阻尼器18吸收。
在实施方式3中，在从窗口12向窗口13到达的框体11内的路径对反射镜51、52、53、54进行配置，被激励的激光气体的光轴OA1的长度比实施方式1、2的情况相比变长。由此，种子激光与实施方式1、2的情况相比，能够在实施方式1、2的效果的基础上，得到能够将输出大的放大光射出这一效果。
实施方式4.
图20是示意地表示具有实施方式4所涉及的气体激光放大器的气体激光装置的结构的一个例子的透视斜视图。图21是从Y方向观察图20的气体激光放大器的内部的图。此外，下面对与实施方式1、2、3不同的部分进行说明，关于与实施方式1、2、3相同的部分，标注同一标号而省略其说明。
实施方式4的气体激光放大器10D是构成对种子激光进行放大的光轴OA1的光学部件与实施方式3相同，但光谐振器43的结构与实施方式3不同。在实施方式4中，由光谐振器43振荡的激光的光轴OA2与种子激光的光轴OA1的一部分重合。
气体激光放大器10D具有偏振镜14、15、部分反射镜16、19和阻尼器18。偏振镜14、15设置于框体11的外部的光轴OA1上。偏振镜14配置于窗口12的外侧的光轴OA1上，偏振镜15配置于窗口13的外侧的光轴OA1上。偏振镜14、15使种子激光和具有与种子激光相同的偏振方向PD1的放大光透过，对具有与偏振方向PD1正交的偏振方向PD2的激光进行反射。即，偏振镜14、15使P偏振光透过，但将S偏振光向X方向反射。偏振镜14、15配置为将S偏振光向X方向反射。
部分反射镜16使由偏振镜14向X方向反射出的激光的一部分透过，并且将没有透过的剩余的激光向偏振镜14反射。部分反射镜19使由偏振镜15向X方向反射出的激光的一部分透过，并且将没有透过的剩余的激光向偏振镜15反射。
阻尼器18配置为对透过了部分反射镜16、19的激光进行吸收。由光谐振器43振荡出的激光从部分反射镜16、19输出，全部被阻尼器18吸收。
部分反射镜16和部分反射镜19构成光谐振器43。由光谐振器43振荡的激光的光轴OA2在偏振镜14和偏振镜15之间与光轴OA1重合。由该光谐振器43振荡出的激光在部分反射镜16、19之间往复而被放大。此外，由光谐振器43振荡出的激光的偏振方向PD2在由偏振镜14、15反射的方向偏振，与种子激光的偏振方向PD1正交。因此，由光谐振器43振荡出的激光会由偏振镜14、15反射，不从窗口12、13射出，另外，透过了部分反射镜16、19的激光的一部分被阻尼器18吸收。
气体激光放大器10D在光轴OA2上具有光阑32。光阑32配置于光轴OA2上的偏振镜14和部分反射镜16之间及偏振镜15和部分反射镜19之间。
在这里，对气体激光放大器10D的动作进行说明。通过气流发生部25A、25B向图20及图21所示的方向D1、D2流动激光气体。由此，激光气体流入至放电电极21A、22A之间及放电电极21B、22B之间。在放电电极21A、22A之间及放电电极21B、22B之间从未图示的高频电源施加高频电压，由此形成放电空间23A、23B。流入至放电空间23A、23B的激光气体被激励。被激励的激光气体流入至位于各个放电电极对20A、20B的下游侧的光轴OA1、OA2。经过了光轴OA1、OA2的激光气体由未图示的热交换器冷却，通过未图示的送风机而流入至放电空间23A、23B，在框体11内循环。此外，种子激光可以是重复频率为几十kHz至几百kHz的脉冲激光，也可以是连续波激光。
从在气体激光放大器10D的外部设置的激光光源2射出的种子激光沿光轴OA1传播。在这里，种子激光为P偏振光，因此透过偏振镜14，从窗口12射入至框体11内。而且，种子激光经过被激励的激光气体内，由反射镜51反射，再次经过被激励的激光气体内，由反射镜52反射。然后，同样地被反射镜53、54反射。种子激光在每次被反射镜51、52、53、54反射时经过被激励的激光气体内，由此种子激光被放大。最终放大的种子激光即放大光经过窗口13。向框体11的外部射出的放大光为P偏振光，因此透过偏振镜15。
如上所述，在图20及图21中，种子激光一边在被激励的激光气体内折回5次一边被放大。此外，在这里，作为例子而示出了折回5次的情况，但折回次数也可以大于或等于2次。
另一方面，在与气体激光放大器10D的光轴OA1不同的光轴上产生而被放大的激光由光阑31、33遮挡，不从窗口12、13射出。
另外，在框体11内，有时会产生在与气体激光放大器10D的光轴OA1相同的光轴上传播的激光。如上所述，在框体11内，由部分反射镜16、19构成光谐振器43。该光谐振器43的光轴OA2经过部分反射镜16、偏振镜14、偏振镜15及部分反射镜19。在偏振镜14、15之间，成为与光轴OA1同轴，经过被激励的激光气体内。由该光谐振器43振荡出的激光的偏振方向PD2在由偏振镜14、15反射的方向偏振，与种子激光的偏振方向PD1正交。因此，该激光在部分反射镜16、19之间反射而被放大，但由偏振镜14、15反射，因此在框体11的外部与光轴OA1分离。而且，到达部分反射镜16、19的激光的一部分透过部分反射镜16、19而被阻尼器18吸收。由此，由光谐振器43振荡出的激光不向外部射出。并且，朝向与种子激光相同的方向的偏振成分不由偏振镜14、15反射，因此无法由光谐振器43谐振，不进行激光振荡。
在这里，对在实施方式4所涉及的气体激光放大器10D中用于进行上述那样的动作的部分反射镜16、19的反射率R1、R2的条件进行说明。此外，示出实施方式4中的气体激光放大器10D的动作的图与实施方式1的图7至图10所示的图相同，因此引用图7至图10而进行说明。但是，在实施方式4中，图8的光谐振器输出成为从光谐振器43的部分反射镜16、19输出而被阻尼器18吸收的激光输出的总和。
在种子激光射入至气体激光放大器10D而被放大的区间ΔT10、ΔT12，气体激光放大器10D内的增益由射入的种子激光消耗。如图10所示，气体激光放大器10D内的增益ga等于种子激光被放大时的增益gp。在实施方式4中，光谐振器43的振荡阈值增益gr设定为比种子激光被放大时的增益gp大的值。因此，在光谐振器43侧，不形成大于或等于振荡阈值增益gr的增益，如图8所示无法振荡出激光。即，不从光谐振器43射出激光。同样地，自激振荡的振荡阈值增益gs也成为比种子激光被放大时的增益gp高的值，因此如图9所示，没有发生自激振荡。
另一方面，在种子激光没有射入至气体激光放大器10D的区间ΔT11，如图7所示，在激光放大输出成为0时，如图10所示，气体激光放大器10D内的增益ga成为小信号增益g0，超过光谐振器43的振荡阈值增益gr。因此，如图8所示，立即由光谐振器43振荡出激光。此时，光谐振器43的振荡阈值增益gr小于自激振荡的振荡阈值增益gs，因此在发生自激振荡前由光谐振器43振荡出激光。即，如图9所示，没有发生自激振荡。而且，气体激光放大器10D内的增益ga由光谐振器43消耗，变得等于光谐振器43的振荡阈值增益gr。因此，气体激光放大器10D内的增益ga低于自激振荡的振荡阈值增益gs，没有发生自激振荡。即，实施方式4所涉及的气体激光放大器10D能够抑制自激振荡。此外，如图8所示，由光谐振器43振荡出的激光的一部分透过部分反射镜16、19而被阻尼器18吸收。
在这里，以气体激光放大器10D的光轴OA1之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lp将种子激光放大的增益如上所述，通过(1)式表示。
另外，将光谐振器43的部分反射镜16、19的反射率分别设为R1、R2。此时，光谐振器43以光轴OA2之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lr振荡时的增益通过下式(10)表示。
【式5】
Figure BDA0003629675680000241
在种子激光射入时，为了光谐振器43的振荡自动地停止，必须满足(3)式的条件。根据(1)式、(10)式及(3)式，光谐振器43的部分反射镜16、19所具有的反射率R1、R2必须满足下式(11)的条件。
【式6】
Figure BDA0003629675680000242
例如，设想为100W的种子激光被输入，放大光的输出到达25kW的气体激光放大器10D的放大率为250倍。此时的部分反射镜16、19的反射率R1、R2的条件成为下式(12)。
R1R2＜16×10-6···(12)
另一方面，光轴OA1之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lp的小信号增益通过(6)式表示。
例如，饱和强度Is为200W/cm2，放大后的种子激光的光束直径
Figure BDA0003629675680000243
为30mm，在输入上述的100W的激光，在放大后对25kW进行输出的条件中，光轴OA1之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lp的小信号增益通过(7)式表示。
自激振荡是通过从气体激光放大器10D的外部的部件或者内部的光阑31、32、33等部件进行的反射或者衍射光而发生的。因此，自激振荡时的光的反馈率非常小，自激振荡的振荡阈值往往大致成为小信号增益。因此，在自激振荡光产生前，为了由光谐振器43振荡，必须满足(8)式的条件。
在(8)式代入(10)式及(7)式，由此光谐振器43的部分反射镜16、19所具有的反射率R1、R2的条件按照下式(13)而求出。
R1R2＞7×10-21···(13)
根据(12)式及(13)式，将部分反射镜16的反射率R1和部分反射镜19的反射率R2的积设定为大于7×10-21而小于16×10-6的值，由此如上所述能够抑制气体激光放大器10D内的自激振荡的发生。
如上所述，在实施方式4中，在气体激光放大器10D内设置光谐振器43，适当地设定光谐振器43的部分反射镜16、19的反射率R1、R2。由此，由光谐振器43产生的激光的振荡阈值增益大于从外部射入的种子激光的放大时的增益且小于自激振荡的阈值增益。其结果，不使用在时间上使光谐振器43的损耗变化的装置，能够抑制自激振荡。
此外，在图20中，种子激光的偏振方向PD1设为与放电电极21A、22A之间及放电电极21B、22B之间的气流方向相同的X方向，但也可以将种子激光的偏振方向PD1设为放电间隙长度方向即Y方向，将由光谐振器43产生的激光的偏振方向PD2设为与其正交的X方向。即，可以设为偏振镜14、15对P偏振光进行反射，使S偏振光透过。
另外，在图20中，将光谐振器43设置于框体11的外部，但也可以将偏振镜14、部分反射镜16及阻尼器18设置于框体11的内侧，也可以将偏振镜15、部分反射镜19及阻尼器18设置于框体11内侧。
并且，在图20中，在光谐振器43往复的光通过偏振镜14、15向放电电极21A、22A之间及放电电极21B、22B之间的气流方向即X方向反射，但也可以将其向电极间隙长度方向即Y方向反射。另外，在图20中，气体激光放大器10D的种子激光的光轴OA1是5次经过放电空间的5通结构，但也可以如实施方式1那样，是将没有反射镜51、52、53、54的放电空间23A、23B仅一次经过的1通结构，也可以是将放电空间23A、23B进行除了5次以外的多次经过的结构。
根据实施方式4，也能够得到与实施方式3相同的效果。
实施方式5.
图22是示意地表示具有实施方式5所涉及的气体激光放大器的气体激光装置的结构的一个例子的透视斜视图。图23是从Y方向观察图22的气体激光放大器的内部的图。此外，下面对与实施方式1、2、3、4不同的部分进行说明，关于与实施方式1、2、3、4相同的部分，标注同一标号而省略其说明。
气体激光放大器10E在实施方式4的气体激光放大器10D的结构中还具有分光器56和阻尼器57a、57b。分光器56配置于部分反射镜16和偏振镜14之间。阻尼器57a对从框体11侧射入至分光器56而反射出的激光进行吸收。阻尼器57b对从部分反射镜16侧射入至分光器56而反射出的激光进行吸收。此外，气体激光放大器10E中的其他结构与实施方式4相同。
另外，实施方式5所涉及的气体激光放大器10E的动作与在实施方式4说明的动作相同。但是，在由光谐振器43放大的激光从窗口12向部分反射镜16传播时，通过分光器56将一部分的激光进行反射，由阻尼器57a吸收。另外，在部分反射镜16，一部分的激光透过而被阻尼器18吸收，但剩余的激光被反射，沿光轴OA2向部分反射镜19传播。此时，反射出的激光的一部分由分光器56反射，被阻尼器57b吸收。
在这里，对在实施方式5所涉及的气体激光放大器10E中用于进行上述那样的动作的部分反射镜16、19的反射率R1、R2和分光器56的透过率T的条件进行说明。此外，示出实施方式5中的气体激光放大器10E的动作的图与实施方式1的图7至图10所示的图相同，因此引用图7至图10而进行说明。但是，在实施方式5中，图8的光谐振器输出成为从光谐振器43的部分反射镜16、19输出而被阻尼器18吸收的激光输出及由分光器56分离而被阻尼器57a、57b吸收的激光输出的总和。
在种子激光射入至气体激光放大器10E而被放大的区间ΔT10、ΔT12，气体激光放大器10E内的增益由射入的种子激光消耗。如图10所示，气体激光放大器10E内的增益ga等于种子激光被放大时的增益gp。在实施方式5中，由部分反射镜16、19形成的光谐振器43的振荡阈值增益gr设定为比种子激光被放大时的增益gp大的值。因此，在光谐振器43侧不形成大于或等于振荡阈值增益gr的增益，如图8所示无法振荡出激光。即，不从光谐振器43射出激光。同样地，自激振荡的振荡阈值增益gs也成为比种子激光被放大时的增益gp高的值，因此如图9所示，没有发生自激振荡。
另一方面，在种子激光没有射入至气体激光放大器10E的区间ΔT11，如图7所示，在激光放大输出成为0时，如图10所示，气体激光放大器10E内的增益ga成为小信号增益g0，超过光谐振器43的振荡阈值增益gr。因此，如图8所示，立即由光谐振器43振荡出激光。此时，光谐振器43的振荡阈值增益gr小于自激振荡的振荡阈值增益gs，因此在发生自激振荡前由光谐振器43振荡出激光。即，如图9所示，没有发生自激振荡。而且，气体激光放大器10E内的增益ga由光谐振器43消耗，变得等于光谐振器43的振荡阈值增益gr。因此，气体激光放大器10E内的增益ga低于自激振荡的振荡阈值增益gs，没有发生自激振荡。即，实施方式5所涉及的气体激光放大器10E能够抑制自激振荡。此外，如图8所示，由光谐振器43振荡出的激光的一部分透过部分反射镜16、19，或者由分光器56反射，被阻尼器18、57a、57b吸收。
在这里，以光轴OA1之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lp将种子激光放大的增益如上所述通过(1)式表示。
另外，将光谐振器43的部分反射镜16、19的反射率分别设为R1、R2，将分光器56的透过率设为T。此时，光谐振器43以光轴OA2之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lr振荡时的增益通过下式(14)表示。
【式7】
Figure BDA0003629675680000271
在种子激光射入时，为了光谐振器43的振荡自动地停止，必须满足(3)式的条件。根据(1)式、(14)式及(3)式，光谐振器43的部分反射镜16、19所具有的反射率R1、R2及分光器56的透过率T必须满足下式(15)的条件。
【式8】
Figure BDA0003629675680000272
例如，设想为100W的种子激光被输入，放大光的输出到达25kW的气体激光放大器10E的放大率为250倍。此时的部分反射镜16、19的反射率R1、R2及分光器56的透过率T的条件成为下式(16)。
R1R2T2＜16×10-6···(16)
另一方面，光轴OA1之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lp的小信号增益通过(6)式表示。
例如，饱和强度Is为200W/cm2，放大后的种子激光的光束直径
Figure BDA0003629675680000281
为30mm，在输入上述的100W的激光，在放大后将25kW进行输出的条件中，轴Z1之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lp的小信号增益通过(7)式表示。
自激振荡是通过从气体激光放大器10E的外部的部件或者内部的光阑31、32、33等部件进行的反射或者衍射光而发生的。因此，自激振荡时的光的反馈率非常小，自激振荡的振荡阈值往往大致成为小信号增益。因此，在自激振荡光产生前，为了由光谐振器43振荡，必须满足(8)式的条件。
在(8)式中代入(14)式及(7)式，由此光谐振器43的部分反射镜16、19所具有的反射率R1、R2及分光器56的透过率T的条件按照下式(17)而求出。
R1R2T2＞7×10-21···(17)
根据(16)式及(17)式，将部分反射镜16的反射率R1、部分反射镜19的反射率R2及分光器56的透过率T的平方的积设定为比7×10-21大而比16×10-6小的值，由此如上所述能够抑制气体激光放大器10E内的自激振荡的发生。
即，通过使用分光器56，从而部分反射镜16、19的反射率R1、R2及分光器56的透过率T的选择的自由度与实施方式4的情况相比而增加。
如上所述，在实施方式5中，在气体激光放大器10E内设置光谐振器43，适当地设定光谐振器43的部分反射镜16、19的反射率R1、R2及分光器56的透过率T。由此，由光谐振器43产生的激光的振荡阈值增益比从外部射入的种子激光的放大时的增益大，且比自激振荡的阈值增益小。由此，不使用在时间上使光谐振器43的损耗变化的装置，能够抑制自激振荡。
此外，在图22中将种子激光的偏振方向PD1设为与放电电极21A、22A之间及放电电极21B、22B之间的气流方向相同的X方向，但也可以将种子激光的偏振方向PD1设为放电间隙长度方向即Y方向，将由光谐振器43产生的激光的偏振方向PD2设为与其正交的X方向。即，可以设为偏振镜14、15对P偏振光进行反射，使S偏振光透过。
另外，在图22中，将光谐振器43设置于框体11的外部，但也可以将偏振镜14、分光器56、部分反射镜16及阻尼器18、57a、57b设置于框体11的内侧，也可以将偏振镜15、部分反射镜19及阻尼器18设置于框体11内侧。
并且，在图22中，在光谐振器43往复的光通过偏振镜14、15向放电电极21A、22A之间及放电电极21B、22B之间的气流方向即X方向反射，但也可以将其向电极间隙长度方向即Y方向反射。另外，在图22中，种子激光的光轴OA1是5次经过放电空间的5通结构，但也可以如实施方式1那样是将没有反射镜51、52、53、54的放电空间23A、23B仅一次经过的1通结构，也可以是将放电空间23A、23B进行除了5次以外的多次经过的结构。并且，在图22中，示出了分光器56设置1个的结构，但也可以在偏振镜14和部分反射镜16之间的光轴OA2上或者偏振镜15和部分反射镜19之间的光轴OA2上设置多个分光器56。
根据实施方式5，也能够得到与实施方式3相同的效果。
实施方式6.
图24是示意地表示具有实施方式6所涉及的气体激光放大器的气体激光装置的结构的一个例子的透视斜视图。图25是从Y方向观察图24的气体激光放大器的内部的图。此外，下面，对与实施方式1、2、3、4、5不同的部分进行说明，关于与实施方式1、2、3、4、5相同的部分，标注同一标号而省略其说明。
气体激光放大器10F在实施方式3的气体激光放大器10C的结构中还具有分光器56和阻尼器57a、57b。分光器56配置于部分反射镜16和光阑32之间。阻尼器57a对从框体11侧射入至分光器56而反射出的激光进行吸收。阻尼器57b对从部分反射镜16侧射入至分光器56而反射出的激光进行吸收。此外，气体激光放大器10F中的其他结构与实施方式3相同。
另外，实施方式6所涉及的气体激光放大器10F的动作与在实施方式3中说明的动作相同。但是，在由光谐振器42放大的激光从部分反射镜19向部分反射镜16传播时，通过分光器56对一部分的激光进行反射，被阻尼器57a吸收。另外，在部分反射镜16使一部分的激光透过而被阻尼器18吸收，但对剩余的激光进行反射，沿光轴OA2向部分反射镜19传播。此时，反射出的激光的一部分由分光器56反射而被阻尼器57b吸收。
在这里，光谐振器42的部分反射镜16、19的反射率R1、R2及分光器56的透过率T设定为光谐振器42的振荡阈值增益gr满足以下所示的条件。此外，示出实施方式6中的气体激光放大器10F的动作的图与实施方式2的图14至图17所示的图相同，因此引用图14至图17而进行说明。但是，在实施方式6的情况下，图15的光谐振器输出成为从光谐振器42的部分反射镜16、19输出而被阻尼器18吸收的激光输出、及由分光器56反射而被阻尼器57a、57b吸收的激光输出的总和。
区间ΔT10、ΔT12在种子激光射入至气体激光放大器10F而被放大时。在该情况下如上所述，气体激光放大器10F内的增益由射入的种子激光消耗。另外，此时的光谐振器42的光轴OA2上的放大时的增益成为gp’。
在实施方式6中，由部分反射镜16、19形成的光谐振器42的振荡阈值增益gr设定为比激光被放大时的光轴OA2上的增益gp’大的值。因此，如图15所示，种子激光被放大，在从窗口13射出时，在光谐振器42侧不形成大于或等于振荡阈值增益gr的增益，因此无法振荡出激光。即，不从光谐振器42射出激光。同样地，自激振荡的振荡阈值增益gs也成为比激光被放大时的光轴OA1上的增益gp大的值，因此如图16所示，也不发生自激振荡。
另一方面，区间ΔT11是种子激光没有射入至气体激光放大器10F的区间。在该区间ΔT11，如图14所示，在激光放大输出成为0时，如图17所示，气体激光放大器10F内的增益ga超过光谐振器42的振荡阈值增益gr。因此，如图15所示，立即由光谐振器42振荡出激光。此时，光谐振器42的振荡阈值增益gr小于自激振荡的振荡阈值增益gs，因此在发生自激振荡前由光谐振器42振荡出激光。即，如图16所示，没有发生自激振荡。而且，气体激光放大器10F内的光轴OA1上的增益ga由光谐振器42消耗，变得等于光谐振器42振荡时的光轴OA1上的增益gr’。因此，气体激光放大器10F内的增益ga低于自激振荡的振荡阈值增益gs，没有发生自激振荡。即，实施方式6所涉及的气体激光放大器10F能够抑制自激振荡。此外，如图15所示，由光谐振器42振荡出的激光的一部分透过部分反射镜16、19而被阻尼器18吸收。另外，由光谐振器42振荡出的激光的一部分由分光器56反射，被阻尼器57a、57b吸收。
此外，与实施方式5同样地，部分反射镜16、19的反射率R1、R2及分光器56的透过率T的选择的自由度与实施方式3相比增加。
根据实施方式6，也能够得到与实施方式3相同的效果。
实施方式7.
图26是示意地表示具有实施方式7所涉及的气体激光放大器的气体激光装置的结构的一个例子的分解斜视图。气体激光装置1具有激光光源2、实施方式4所涉及的气体激光放大器10D和实施方式1所涉及的气体激光放大器10A。在这里，以来自激光光源2的种子激光射入至实施方式4的气体激光放大器10D的窗口12，从气体激光放大器10D射出的放大光射入至实施方式1所涉及的气体激光放大器10A的窗口12的方式连结。即，在气体激光装置1中，构成为将具有使来自激光光源2的种子激光在框体11内反射的反射镜51、52、53、54的折回结构的气体激光放大器10D设置于前级，将在内部没有使种子激光反射的反射镜的单通结构的气体激光放大器10A设置于后级。在一个例子中，激光光源2和气体激光放大器10D之间及气体激光放大器10D和气体激光放大器10A之间由光纤连接。
在如上所述的气体激光装置1中，从激光光源2射出的种子激光沿光轴OA1经过气体激光放大器10D的窗口12而射入至框体11内，经过被激励的激光气体内而被放大。在气体激光放大器10D中，在框体11内光轴OA1多次折回，因此种子激光被多次放大。放大的种子激光经过气体激光放大器10D的窗口13而向框体11外部射出，射入至在后级配置的气体激光放大器10A的窗口12。从窗口12射入至气体激光放大器10A的框体11内的放大光经过被激励的激光气体内而进一步放大，经过窗口13而向外部射出。
在这里，对实施方式7所涉及的气体激光放大器10D的部分反射镜16、19的反射率R1、R2和气体激光放大器10A的部分反射镜16及全反射镜17的反射率R3、R4的条件进行说明。
图27是表示由实施方式7所涉及的气体激光放大器放大的激光的输出相对于时间的变化的一个例子的图，图28是表示实施方式7所涉及的气体激光放大器中的光谐振器输出相对于时间的变化的一个例子的图。图29是表示实施方式7所涉及的气体激光放大器中的自激振荡输出相对于时间的变化的一个例子的图。图30是表示实施方式7所涉及的第1级的气体激光放大器内的增益相对于时间的变化的一个例子的图，图31是表示实施方式7所涉及的第2级的气体激光放大器内的增益相对于时间的变化的一个例子的图。在这些图中，横轴表示时间。
此外，图27的激光放大输出示出了经过沿光轴OA1连结的2个气体激光放大器10D、10A而放大的种子激光的输出。图28的光谐振器输出是从沿光轴OA1连结的气体激光放大器10D、10A内的光谐振器43、40的部分反射镜16、19输出而被阻尼器18吸收的激光输出，曲线C1示出第1级的气体激光放大器10D内的光谐振器43的激光的输出，曲线C2示出第2级的气体激光放大器10A内的光谐振器40的激光输出。图30示出第1级的气体激光放大器10D的增益ga1，图31示出第2级的气体激光放大器10A的增益ga2。另外，在图30及图31中，gr1、gr2分别是第1级、第2级的气体激光放大器10D、10A内的光谐振器43、40的振荡阈值增益，gp1、gp2分别是种子激光被放大时的第1级、第2级的气体激光放大器10D、10A内的增益。
在区间ΔT10、ΔT12，在种子激光射入至气体激光放大器10D、10A而被放大时。在该情况下如上所述，气体激光放大器10D、10A内的增益由射入的种子激光消耗，如图30及图31所示，第1级及第2级的气体激光放大器10D、10A内的增益ga1、ga2分别等于种子激光被放大时的增益gp1、gp2。在实施方式7中，第1级及第2级的气体激光放大器10D、10A中的光谐振器43、40的振荡阈值增益gr1、gr2分别设定为比激光被放大时的增益gp1、gp2大的值。因此，在各个气体激光放大器10D、10A的光谐振器43、40侧不分别形成大于或等于振荡阈值增益gr1、gr2的增益，如图28所示无法振荡出激光。即，不从各个光谐振器43、40射出激光。同样地，自激振荡的振荡阈值增益gs也成为比种子激光被放大时的增益gp1、gp2大的值，因此如图29所示，没有发生自激振荡。
另一方面，区间ΔT11是种子激光没有射入至气体激光放大器10D、10A的区间。在该区间ΔT11，如图27所示，在激光放大输出成为0时，如图30及图31所示，气体激光放大器10D、10A内的增益ga1、ga2成为小信号增益g0，超过各个气体激光放大器10D、10A中的光谐振器43、40的振荡阈值增益gr1、gr2。因此，如图28的曲线C1、C2所示，立即由各个气体激光放大器10D、10A中的光谐振器43、40振荡出激光。此时，各个气体激光放大器10D、10A中的光谐振器43、40的振荡阈值增益gr1、gr2小于自激振荡的振荡阈值增益gs，因此在各个气体激光放大器10D、10A中，在发生自激振荡前由光谐振器43、40振荡出激光。即，如图29所示，没有发生自激振荡。而且，气体激光放大器10D、10A内的增益ga1、ga2由光谐振器43、40消耗，变得等于各个气体激光放大器10D、10A中的光谐振器43、40的振荡阈值增益gr1、gr2。因此，各个气体激光放大器10D、10A内的增益ga1、ga2低于自激振荡的振荡阈值增益gs，没有发生自激振荡。即，实施方式7所涉及的气体激光装置1能够抑制自激振荡。此外，如图28所示，由光谐振器43、40振荡出的激光的一部分透过部分反射镜16、19而被阻尼器18吸收。
在这里，将第1级的气体激光放大器10D内的种子激光射入时的光轴OA1上的种子激光被放大时的每单位长度的增益即残留增益设为gp1。另外，将射入至第1级的气体激光放大器10D时的种子激光的输出设为P1in，将从第1级的气体激光放大器10D射出时的放大的种子激光即放大光的输出设为P1out。以光轴OA1之中的第1级的气体激光放大器10D内的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lp1将种子激光放大的增益通过下式(18)表示。
【式9】
Figure BDA0003629675680000341
另外，将第1级的光谐振器43的部分反射镜16、19的反射率分别设为R1、R2，将光谐振器43振荡时的每单位长度的增益即振荡阈值增益设为gr1。此时，以光轴OA2之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lr1将由光谐振器43产生的激光放大的增益通过下式(19)表示。
【式10】
Figure BDA0003629675680000342
在第1级的气体激光放大器10D中，在种子激光射入时，为了光谐振器43的振荡自动地停止，必须满足下式(20)的条件。
gp1Lp1＜gr1Lr1···(20)
根据(18)式、(19)式及(20)式，光谐振器43的部分反射镜16、19所具有的反射率R1、R2必须满足下式(21)的条件。
【式11】
Figure BDA0003629675680000343
例如，设想为小于或等于100W的种子激光被输入，放大光的输出到达10kW的气体激光放大器10D的放大率为大于或等于100倍。此时的部分反射镜16、19的反射率R1、R2的条件成为下式(22)。
R1R2＜100×10-6···(22)
另一方面，将射入时的种子激光的光束强度设为I1in，将由第1级的气体激光放大器10D放大后的放大光的光束强度设为I1out，将饱和强度设为Is，将第1级的气体激光放大器10D的小信号增益设为g01。光轴OA1之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lp1的小信号增益通过下式(23)表示。
【式12】
Figure BDA0003629675680000351
例如，饱和强度Is为200W/cm2，由第1级的气体激光放大器10D放大后的种子激光的光束直径
Figure BDA0003629675680000352
为15mm，在输入上述的100W的激光，在放大后将10kW的放大光进行输出的条件中，光轴OA1之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lp1的小信号增益通过下式(24)表示。
g01Lp1≒33···(24)
自激振荡是通过从第1级的气体激光放大器10D的外部的部件或者内部的光阑31、32、33等部件进行的反射或者衍射光而发生的。因此，自激振荡时的光的反馈率非常小，自激振荡的振荡阈值往往大致成为小信号增益。因此，在自激振荡光产生前，为了由光谐振器43振荡，必须满足下式(25)的条件。
g01Lp1＞gr1Lr1···(25)
根据(19)式及(24)式，光谐振器43的部分反射镜16、19所具有的反射率R1、R2必须满足下式(26)的条件。
R1R2＞48×10-30···(26)
根据(22)式及(26)式，将部分反射镜16的反射率R1和部分反射镜19的反射率R2的积设定为比48×10-30大而比100×10-6小的值，由此如上所述能够抑制第1级的气体激光放大器10D内的自激振荡的发生。
另外，将第2级的气体激光放大器10A内的放大光射入时的光轴OA1上的激光被放大时的每单位长度的增益即残留增益设为gp2。另外，将射入至第2级的气体激光放大器10A时的放大光的输出设为P2in，将从第2级的气体激光放大器10A射出时的放大光的输出设为P2out。以光轴OA1之中的第2级的气体激光放大器10A内的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lp2将种子激光放大的增益通过下式(27)表示。
【式13】
Figure BDA0003629675680000361
另外，将第2级的光谐振器40的部分反射镜16及全反射镜17的反射率分别设为R3、R4，将光谐振器40振荡时的每单位长度的增益即振荡阈值增益设为gr2。此时，由光谐振器40产生的激光以光轴OA1之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lr2放大的增益通过下式(28)表示。
【式14】
Figure BDA0003629675680000362
在第2级的气体激光放大器10A中，在射入放大光时，为了光谐振器40的振荡自动地停止，必须满足下式(29)的条件。
gp2Lp2＜gr2Lr2···(29)
根据(27)式、(28)式及(29)式，光谐振器40的部分反射镜16所具有的反射率R3及全反射镜17所具有的反射率R4必须满足下式(30)的条件。
【式15】
Figure BDA0003629675680000363
例如，设想为小于或等于100W的种子激光被输入，放大光的输出到达大于或等于25kW的第2级的气体激光放大器10A的放大率为大于或等于2.5倍。此时的部分反射镜16的反射率R3及全反射镜17的反射率R4的条件成为下式(31)。
R3R4＜160×10-3···(31)
另一方面，将射入至第2级的气体激光放大器10A时的放大光的光束强度设为I2in，将由第2级的气体激光放大器10A放大后的放大光的光束强度设为I2out，将饱和强度设为Is，将第2级的气体激光放大器10A的小信号增益设为g02。光轴OA1之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lp2的小信号增益通过下式(32)表示。
【式16】
Figure BDA0003629675680000364
例如，饱和强度Is为200W/cm2，由第2级的气体激光放大器10A放大后的种子激光的光束直径
Figure BDA0003629675680000371
为30mm，在输入上述的10kW的激光，在放大后将25kW的放大光进行输出的条件中，光轴OA1之中的被激励的激光气体所流入的范围的光路长度Lp2的小信号增益通过下式(33)表示。
g02Lp2≒11.5···(33)
自激振荡是通过从第2级的气体激光放大器10A的外部的部件或者内部的光阑31等部件进行的反射或者衍射光而发生的。因此，自激振荡时的光的反馈率非常小，自激振荡的振荡阈值往往大致成为小信号增益。因此，在自激振荡光产生前，为了由光谐振器40振荡，必须满足下式(34)的条件。
g02Lp2＞gr2Lr2···(34)
根据(28)式及(33)式，光谐振器40的部分反射镜16及全反射镜17所具有的反射率R3、R4必须满足下式(35)的条件。
R3R4＞1×10-10···(35)
根据(31)式及(35)式，将部分反射镜16的反射率R3和全反射镜17的反射率R4的积设定为比1×10-10大而比160×10-3小的值，由此如上所述能够抑制第2级的气体激光放大器10A内的自激振荡的发生。
如上所述，将气体激光放大器10D、10A连结大于或等于2个，适当地设定各个气体激光放大器10D、10A内的光谐振器43、40的部分反射镜16、19或者部分反射镜16及全反射镜17的反射率R1、R2、R3、R4，由此能够设定为由光谐振器43、40产生的激光的振荡阈值增益比从外部射入的种子激光的放大时的增益大，且比自激振荡的阈值增益小。由此，不使用在时间上使光谐振器43、40的损耗变化的装置，就能够抑制自激振荡。
此外，图26的气体激光装置1示出了具有将实施方式1、4所示的气体激光放大器10A、10D连结的结构，但实施方式并不限定于此。在一个例子中，连结的气体激光放大器可以使用实施方式1至实施方式6为止所示的任意方式。另外，由气体激光装置1连结的气体激光放大器的数量能够设为任意的数量。
另外，图26的气体激光装置1示出具有相对于各个气体激光放大器10D、10A的框体11而设置1个光谐振器43、40的结构，但实施方式并不限定于此。在一个例子中，气体激光装置1具有遍及多个框体11而设置1个光谐振器的结构。
根据实施方式7，也能够得到与实施方式1至实施方式6相同的效果。
实施方式8.
图32是示意地表示实施方式8所涉及的气体激光放大器的结构的一个例子的斜视图。此外，在图32中省略了框体11的图示。另外，在图32中，在未图示的框体11内将高度方向设为Y方向。另外，在与Y方向垂直的方向，将种子激光的入射方向设为Z方向，将与Z方向垂直的方向设为X方向。
气体激光放大器10G具有未图示的框体11和在框体11的1个侧面设置的窗口12、13。向窗口12射入来自激光光源2的种子激光。从窗口13射出在框体11内放大的放大光。
气体激光放大器10G具有：光学部件，其构成将从窗口12射入的激光在XZ面内引导为正方形状的第1光路OP1；以及光学部件，其构成将来自第1光路OP1的激光直至窗口13为止在XZ面内引导为正方形状的第2光路OP2。
构成第1光路OP1的光学部件包含：在Z方向延伸的2根放电管68、偏振镜60、在X方向延伸的2根放电管69、反射镜61、在Z方向延伸的2根放电管70、反射镜62、在X方向延伸的2根放电管71和反射镜63。偏振镜60对与种子激光的偏振方向PD1相同的偏振方向的激光进行反射，使与种子激光的偏振方向PD1正交的偏振方向PD2的激光透过。反射镜61、62使从Z方向射入的激光向X方向反射，相反地使从X方向射入的激光向Z方向反射。反射镜63使从X方向射入的激光向Y方向反射，相反地使来自Y方向的激光向X方向反射。
构成第2光路OP2的光学部件包含反射镜64、在X方向延伸的2根放电管72、反射镜65、在Z方向延伸的2根放电管73、反射镜66、在X方向延伸的2根放电管74、偏振镜67和在Z方向延伸的2根放电管75。反射镜65、66使从Z方向射入的激光向X方向反射，相反地使从X方向射入的激光向Z方向反射。反射镜64使从X方向射入的激光向Y方向反射，相反地使来自Y方向的激光向X方向反射。偏振镜67对与种子激光的偏振方向PD1相同的偏振方向的激光进行反射，使与种子激光的偏振方向PD1正交的偏振方向PD2的激光透过。
在放电管68、69、70、71、72、73、74、75内流动激光气体。激光气体沿方向D3流动。在正方形状的光路的一边配置的2根放电管68、69、70、71、72、73、74、75在一边的中央部隔开间隔而配置。从该中央部向各放电管68、69、70、71、72、73、74、75供给激光气体，在方向D3流动激光气体。气体激光放大器10G未图示，但还具有在放电管68、69、70、71、72、73、74、75的周围配置的电极、对电极供给高频电压的高频电源和使激光气体流动的送风机。在将激光气体供给至放电管68、69、70、71、72、73、74、75内的状态下，从高频电源将高频电压施加至电极，由此在放电管68、69、70、71、72、73、74、75内对激光气体进行激励。
在气体激光放大器10G内进行传播的种子激光的光轴OA1由第1光路OP1及第2光路OP2构成。
另外，气体激光放大器10G具有部分反射镜81、82和阻尼器83、84。部分反射镜81、82使激光的一部分反射，使剩余的激光透过。部分反射镜81配置于来自反射镜66的激光在偏振镜67透过的位置。阻尼器83对透过了部分反射镜81的激光进行吸收。部分反射镜82配置于来自反射镜61的激光在偏振镜60透过的位置。阻尼器84对透过了部分反射镜82的激光进行吸收。
由部分反射镜81、82构成光谐振器。由光谐振器振荡的激光的光轴OA2经过部分反射镜81、偏振镜67、反射镜66、65、64、63、62、61、偏振镜60及部分反射镜82。
在这里，对气体激光放大器10G的动作进行说明。首先，对种子激光从窗口12射入时的动作进行说明。从在气体激光放大器10G的外侧设置的激光光源2射出的种子激光沿光轴OA1从窗口12射入至框体11内。此外，种子激光成为在偏振方向PD1偏振的直线偏振光，成为由偏振镜60、67反射的方向。而且，种子激光一边在被激励的激光气体所流动的放电管68内放大一边进行传播。放大的种子激光即放大光由偏振镜60反射，射入至接下来的放电管69。然后，放大光依次一边在反射镜61、放电管70、反射镜62、放电管71、反射镜63、反射镜64、放电管72、反射镜65、放电管73、反射镜66、放电管74进行传播一边被放大。而且，放大光由偏振镜67反射，在由放电管75进一步放大后，经过窗口13而射出。即，在图32示出了激光气体所流动的方向D3和激光传播的方向相同的高速轴流型的激光放大器。
在图32中，激光气体从构成正方形状的光路的一边的中央部朝向对偏振镜60、67或者反射镜61、62、63、64、65、66进行配置的端部，在放电管68、69、70、71、72、73、74、75内流过。但是，激光气体也可以从构成正方形状的光路的一边的对偏振镜60、67或者反射镜61、62、63、64、65、66进行配置的端部朝向中央部而在放电管68、69、70、71、72、73、74、75内流过。激光气体的气流由未图示的送风机形成。
下面，对种子激光没有从窗口12射入时的动作进行说明。在种子激光没有射入时，从通过放电而被激励的激光气体产生光，在放电管内沿光轴OA2传播。此时，成为偏振方向与种子激光的偏振方向PD1正交的偏振方向PD2的成分将偏振镜60、67透过，因此由部分反射镜81、82反射。即，在部分反射镜81和部分反射镜82之间形成光谐振器。由部分反射镜81、82反射出的激光在被激励的激光气体内往复而传播，由此进行激光振荡。另外，在部分反射镜81、82之间振荡出的激光的一部分透过部分反射镜81、82，由阻尼器83、84吸收。此外，在部分反射镜81、82之间振荡出的激光具有如上所述与种子激光的偏振方向PD1正交的偏振方向PD2，不由偏振镜60、67反射，因此不会经过窗口12、13向气体激光放大器10G的外部射出。
此外，在图32中，种子激光的偏振方向PD1成为Y方向，但也可以是X方向。在该情况下，由光谐振器振荡的激光的偏振方向PD2成为与种子激光以90°不同的X方向。
在实施方式8所涉及的气体激光放大器10G中，始终存在种子激光或者由光谐振器产生的激光中的任一者，消耗气体激光放大器10G内的增益。因此，在气体激光放大器10G内不会发生意料之外的自激振荡，具有不从气体激光放大器10G内将通过种子激光放大的放大光以外的光射出这一效果。
实施方式9.
图33是示意地表示实施方式9所涉及的EUV曝光装置的结构的一个例子的框图。EUV曝光装置100具有激光光源2、激光放大部110、EUV光发生部120和曝光处理部140。
激光光源2由产生种子激光的激光振荡器构成。激光放大部110具有大于或等于1台气体激光放大器。另外，激光放大部110所包含的气体激光放大器之中的大于或等于1台由实施方式1、2、3、4、5、6、8所说明的气体激光放大器10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G构成。在图33的例子中，激光放大部110具有4台气体激光放大器111、112、113、114沿光轴OA1串联连接的结构。此外，在图33中，例示出将4台气体激光放大器111、112、113、114串联连结的激光放大部110，但激光放大部110中的气体激光放大器111、112、113、114的数量只要大于或等于1台即可，并不限定于4台。
EUV光发生部120将来自激光放大部110的脉冲激光照射至滴下的锡(Sn)的液滴，由此使EUV光产生。产生的EUV光经过传送光路130而射入至曝光处理部140。
曝光处理部140例如对在半导体基板等基板上涂敷的抗蚀层经由设置有预定的图案的光掩模而照射EUV光，使抗蚀层曝光。曝光处理部140具有对基板进行保持的未图示的基板台和对光掩模进行保持的未图示的光掩模台。另外，曝光处理部140具有对EUV光向光掩模的照射范围进行调整的未图示的照明光学系统和将由光掩模反射出的EUV光向基板进行缩小投影的未图示的投影光学系统。
此外，由激光光源2及激光放大部110构成气体激光装置1。即，气体激光装置1包含大于或等于1台实施方式1、2、3、4、5、6、8所说明的气体激光放大器10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G。另外，由激光光源2、激光放大部110及EUV光发生部120构成EUV光发生装置121。即，EUV光发生装置121包含大于或等于1台实施方式1、2、3、4、5、6、8所说明的气体激光放大器10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G。
对EUV曝光装置100的动作进行说明。从激光光源2射出的种子激光沿光轴OA1射入至激光放大部110。在激光放大部110中，种子激光射入至气体激光放大器111，在内部被放大，放大光从气体激光放大器111射出。然后，射出的放大光在气体激光放大器112、113、114被同样地放大而射出。由激光放大部110放大的放大光射入至EUV光发生部120。在EUV光发生部120中，激光聚光并照射至以预定的周期滴下的液滴状的锡的目标。如果激光照射至锡的目标，则从锡产生EUV光。产生的EUV光经过传送光路130而引导至曝光处理部140。在曝光处理部140中，由光掩模反射出的EUV光照射至在基板上涂敷的抗蚀层，抗蚀层被曝光。
实施方式9所涉及的EUV曝光装置100具有在实施方式1、2、3、4、5、6、8的任一项记载的气体激光放大器10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G，因此在种子激光没有向气体激光放大器10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G射入时，没有发生自激振荡光。另外，由气体激光放大器10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G内的光谐振器进行激光振荡的激光也不向气体激光放大器10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G的外部射出。因此，由自激振荡光或者光谐振器振荡出的激光不照射至EUV光发生部120内的目标或者种子激光的激光光源2。其结果，具有下述效果，即，能够抑制EUV曝光装置100及EUV光发生装置121由于意料之外的激光的照射而引起问题的可能性。
以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。
标号的说明
1气体激光装置，2激光光源，10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G、111、112、113、114气体激光放大器，11框体，11A、11B侧面，12、13窗口，14、15、60、67偏振镜，16、19、81、82部分反射镜，17全反射镜，18、57a、57b、83、84阻尼器，20A、20B放电电极对，21A、22A、21B、22B放电电极，23A、23B放电空间，25A、25B气流发生部，31、32、33光阑，40、41、42、43光谐振器，51、52、53、54、61、62、63、64、65、66反射镜，56分光器，68、69、70、71、72、73、74、75放电管，100EUV曝光装置，110激光放大部，120EUV光发生部，121EUV光发生装置，130传送光路，140曝光处理部，OA1、OA2光轴。

Claims (20)

1.一种气体激光放大器，其特征在于，具有：
框体，其具有从外部被射入第1激光的入射窗口、及将放大的所述第1激光射出的出射窗口；
放电电极对，其使供给至在所述框体的内部相对而配置的放电电极之间的激光气体发生激励；以及
光谐振器，其在所述第1激光没有从所述框体的外部从所述入射窗口射入至所述框体的内部的非入射状态时，通过被激励的所述激光气体的增益使第2激光振荡，在所述第1激光从所述入射窗口射入至所述框体的内部的入射状态时，使所述第2激光的振荡停止。
2.根据权利要求1所述的气体激光放大器，其特征在于，
所述光谐振器的谐振器全损耗，具有所述光谐振器的所述入射状态的增益和所述光谐振器的所述非入射状态的增益之间的值。
3.根据权利要求1或2所述的气体激光放大器，其特征在于，
所述第1激光是在第1方向偏振的直线偏振光，
所述第2激光是在与所述第1方向正交的第2方向偏振的直线偏振光。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的气体激光放大器，其特征在于，
所述光谐振器具有：
部分反射镜，其对所述第2激光的一部分进行反射，使剩余的部分透过；
全反射镜，其对所述第2激光进行反射；以及
第1阻尼器，其对在所述部分反射镜透过的所述第2激光进行吸收。
5.根据权利要求4所述的气体激光放大器，其特征在于，
所述部分反射镜的反射率大于7×10-21而小于16×10-6。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的气体激光放大器，其特征在于，
所述光谐振器具有：
第1部分反射镜，其对所述第2激光的一部分进行反射，使剩余的部分透过；
第2部分反射镜，其对所述第2激光的一部分进行反射，使剩余的部分透过；
第1阻尼器，其对在所述第1部分反射镜透过的所述第2激光进行吸收；以及
第2阻尼器，其对在所述第2部分反射镜透过的所述第2激光进行吸收。
7.根据权利要求6所述的气体激光放大器，其特征在于，
所述第1部分反射镜的反射率和所述第2部分反射镜的反射率的积大于7×10-21而小于16×10-6。
8.根据权利要求6所述的气体激光放大器，其特征在于，
所述光谐振器还具有：
分光器，其配置于所述光谐振器的光路上；以及
第3阻尼器，其对由所述分光器分离的所述第2激光进行吸收。
9.根据权利要求8所述的气体激光放大器，其特征在于，
所述第1部分反射镜的反射率、所述第2部分反射镜的反射率及所述分光器的透过率的平方的积大于7×10-21而小于16×10-6。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的气体激光放大器，其特征在于，
还具有反射镜，该反射镜在所述框体内对所述第1激光进行反射，
所述第1激光的光轴通过所述反射镜在所述入射窗口和所述出射窗口之间的所述框体内折回。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的气体激光放大器，其特征在于，
所述第2激光的光轴与经过所述入射窗口和所述出射窗口的所述第1激光的光轴的一部分重合。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的气体激光放大器，其特征在于，
还具有气流发生部，该气流发生部在包含所述放电电极之间的区域，在所述第1激光的光轴的方向使所述激光气体流动。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的气体激光放大器，其特征在于，
所述第2激光的光轴独立于经过所述入射窗口和所述出射窗口的所述第1激光的光轴。
14.根据权利要求13所述的气体激光放大器，其特征在于，
所述光谐振器配置为所述第2激光的光轴与所述第1激光的光轴的一部分相交叉。
15.根据权利要求1至11、13、14中任一项所述的气体激光放大器，其特征在于，
还具有气流发生部，该气流发生部在包含所述放电电极之间的区域使所述激光气体流动，
所述气流发生部在与所述第1激光射入的第1方向垂直且与所述放电电极对的间隙的方向即第2方向垂直的第3方向，在所述第1方向的不同的位置使2个所述激光气体流动，
所述2个激光气体的朝向彼此相对。
16.根据权利要求14所述的气体激光放大器，其特征在于，
还具有气流发生部，该气流发生部在与所述第1激光射入的第1方向垂直且与所述放电电极对的间隙的方向即第2方向垂直的第3方向，在所述第1方向的不同的位置使2个所述激光气体流动，
所述2个激光气体的朝向彼此相对，
所述第2激光的光轴的一部分在所述激光气体流动的方向经过所述第1激光的光轴的上游侧。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的气体激光放大器，其特征在于，
所述第1激光是脉冲激光。
18.一种气体激光装置，其特征在于，具有：
激光光源，其设置于所述气体激光放大器的所述框体的外部，将所述第1激光射出；以及
激光放大部，其包含大于或等于1台的权利要求1至17中任一项所述的气体激光放大器。
19.一种EUV光发生装置，其特征在于，
具有权利要求18所述的气体激光装置。
20.一种EUV曝光装置，其特征在于，
具有权利要求18所述的气体激光装置。
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