JP2001326408A - フッ素レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光の出力を増加させることが可能な、
シングルライン化フッ素レーザ装置を提供する。 【解決手段】 共振器間(6,8)に単数又は複数の分散プ
リズム(17A〜17C)を配置してレーザ光(11)の波長をシン
グルライン化するフッ素レーザ装置において、前記分散
プリズム(17A〜17C)のうち少なくとも１つが、レーザ光
(11)が分散プリズム(17A〜17C)の少なくとも一方の入射
面(28A,28B)に入射する入射角(θ)がブリュースタ角(θ
B)より大きい超分散プリズム(18)であり、その入射面(2
8A,28B)に、フッ素ドープした合成石英をコーティング
したことを特徴とするフッ素レーザ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シングルライン化
されたフッ素レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】フッ素レーザ装置から発振するレーザ光
の比較的強い２本の発振波長のうち、出力のより高いほ
うの波長の光のみを発振させ、フッ素レーザの波長をシ
ングルライン化する技術が、例えば特開平２０００−１
２９４６号公報に開示されている。これにより、レーザ
光のスペクトル幅を狭くできるので、レーザ光をリソグ
ラフィ等の加工用光源として使用する際の色収差が減少
し、加工の解像度を向上させることが可能となる。図１
１は、分散プリズムによってこのシングルライン化を達
成した技術の一例である。尚、以下の説明では、シング
ルライン化によって唯一発振する、出力の高い方の波長
（１５７．６２９９nm）を有するレーザ光を強いライン
１１Ａ、他方の、出力の低い方の波長（１５７．５２３
３nm）のレーザ光を弱いライン１１Ｂと呼ぶ。

【０００３】図１１において、フッ素レーザ装置１は、
レーザガスとしてヘリウム（Ｈｅ）、又はネオン（Ｎ
ｅ）、又はこれらの混合ガスと、フッ素（Ｆ2）とを封
入したレーザチャンバ２を備えている。レーザチャンバ
２の内部で、図示しない放電電極間で放電を起こすこと
により、レーザ光１１が発生する。レーザチャンバ２の
両端部には、レーザ光１１を透過するフロントウィンド
ウ７及びリアウィンドウ９が、レーザ光１１の光軸に対
してブリュースタ角をなして固着されている。また、レ
ーザチャンバ２の前方（図１１中左方）には所定幅のス
リットを有するスリット板１６が配設されており、その
前方にはレーザ光１１を部分透過するフロントミラー８
が配設されている。

【０００４】レーザチャンバ２の後方には、４個の分散
プリズム１７Ａ〜１７Ｄと、その後方にレーザ光１１を
全反射するリアミラー６とが配置されている。このと
き、レーザチャンバ２からリアウィンドウ９を透過して
出射したレーザ光１１中には強いライン１１Ａと弱いラ
イン１１Ｂとが混在している。強いライン１１Ａと弱い
ライン１１Ｂとは波長が異なるため、分散プリズム１７
に入射及び出射する際の屈折角度が異なる。そのため、
強いライン１１Ａと弱いライン１１Ｂとは、４個の分散
プリズム１７を通過するうち、その光路が少しずつずれ
ていく。即ち、強いライン１１Ａは、４個の分散プリズ
ム１７を通過し、リアミラー６で反射してウィンドウ
７，９を透過して４個の分散プリズム１７を再通過し、
スリット板１６のスリットを抜けてフロントミラー８を
部分透過して出射する。これに対して弱いライン１１Ｂ
は、点線で示すように４個の分散プリズム１７を往復す
る間に光路をずらされ、フロントウィンドウ７を透過し
た後にスリット板１６のスリット以外の場所で遮られ
て、発振しなくなる。

【０００５】このように従来技術では、分散プリズム１
７によって強いライン１１Ａが通る光路と弱いライン１
１Ｂが通る光路との間に角度差を生じさせて両者を分離
させ、弱いライン１１Ｂの発振を抑制してレーザ光１１
をシングルライン化している。このとき、分散プリズム
１７の往路側及び復路側の第１、第２入射面２８Ａ，２
８Ｂにレーザ光１１が入射する入射角が、いずれもブリ
ュースタ角となるように分散プリズム１７を設計及び配
置するのが一般的である。これは、入射角がブリュース
タ角であれば、入射面におけるレーザ光１１の反射損失
がほぼ０となるためである。

【０００６】図１２に、第１入射面２８Ａ及び第２入射
面２８Ｂに対する入射角θが、いずれもブリュースタ角
θBとなる分散プリズム１７を示す。レーザ光１１の波
長（約１５７．６nm）に対して透過率の高い材質は、現
在のところフッ化カルシウム（ＣａＦ2）、フッ化マグ
ネシウム（ＭｇＦ2）、及びフッ化リチウムが知られて
いるのみである。このうち、フッ化リチウムは吸水性を
有し、しかも融点が低い等の問題のために、実用化が困
難であり、分散プリズム１７の材質は、フッ化カルシウ
ム又はフッ化マグネシウムに限られている。そして、分
散プリズム１７の材質を例えばフッ化カルシウムとした
場合、レーザ光１１に対するブリュースタ角θBは、図
１２に示すように約５７．３゜となる。以下、このよう
なプリズムをブリュースタプリズム２７と呼ぶ。また、
このブリュースタプリズム２７の頂角は、約６５．４゜
となる。これは、フッ化カルシウムのレーザ光１１に対
する屈折率が約１．５５９であることから、屈折の法則
より導かれる。

【０００７】このように従来技術では、レーザ光１１を
分散プリズム１７の第１、第２入射面２８Ａ，２８Ｂに
ブリュースタ角θBで入射させることより、分散プリズ
ム１７に入射する際のレーザ光１１の損失を減少させて
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術には、次に述べるような問題がある。

【０００９】即ち、このような分散プリズム１７は、強
いラインと弱いラインとを分離させる力が弱い。従って
強いライン１１Ａと弱いライン１１Ｂの光路を分離し、
弱いライン１１Ｂのレーザ発振を抑制するためには、分
散プリズム１７を数多く使用しなければならない。分散
プリズム１７の個数はレーザチャンバ２の長さ等の条件
によって異なるが、例えば本出願人が行なった実験例で
は、強いラインのみを発振させるには、強いラインと弱
いラインとの間に約４mradの角度差が必要であった。そ
して、この角度差をつけるためには、図１１に示すよう
に４個の分散プリズム１７が必要であった。尚、このよ
うに、強いラインと弱いラインとの光路を分離させる力
を分散効果と言い、この分散効果が大きいほど、光路が
大きく分離される。

【００１０】ところが、リアウィンドウ９とリアミラー
６との間に４個もの分散プリズム１７を配置することに
より、リアミラー６とフロントミラー８との間の光路長
で表される共振器長が長くなる。レーザチャンバ２の長
さが同じであれば、共振器長が長いほどレーザ発振の際
に損失が大きくなり、出力が低くなることは一般的に知
られている。このように、従来技術では多数の分散プリ
ズムを必要とするために、レーザ光１１の出力を増大さ
せることが困難であるという問題がある。

【００１１】さらに、図１１に示したようなフッ素レー
ザ装置１においては、４個のブリュースタプリズム２７
の第１、第２入射面２８Ａ，２８Ｂでの反射による損失
は殆んど０％であった。ところが、ブリュースタプリズ
ム２７の内部でレーザ光が吸収されることによって、各
プリズム２７ごとに約３％の損失が生じており、全体と
して、約１２％もの損失があり、このためにレーザ光１
１の出力の増大が困難であった。

【００１２】本発明は、上記の問題に着目してなされた
ものであり、レーザ光の出力を増加させることが可能
な、シングルライン化フッ素レーザ装置を提供すること
を目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、レーザ光が分散プリズムに入射す
る少なくとも１つの入射角を、ブリュースタ角より大き
い角度とするとよい。尚、このような分散プリズムを、
以下超分散プリズムと呼ぶ。これにより、分散プリズム
の入射面において、強いラインと弱いラインとの波長の
違いによる屈折の角度差を大きくして、１個の分散プリ
ズム当たりの分散効果を増大させることができる。従っ
て、より少ない数の分散プリズムによってシングルライ
ン化が可能である。即ち、分散プリズムの個数を減らす
ことにより、分散プリズム内部の損失が減少し、また共
振器長が短くなって損失が減少する。これにより、入射
角をブリュースタ角よりも大きくして、分散プリズムの
入射面における反射によるレーザ光の出力の損失が増大
しても、総合的に損失が小さくなり、レーザ光の出力が
増大する。さらにこのとき、分散プリズムの第１、第２
入射面双方における入射角を、いずれもブリュースタ角
よりも大きくすれば、さらに分散プリズムの分散効果が
上がるので、出力が増大する。

【００１４】また、前記分散プリズムのうち少なくとも
１個をフッ化カルシウム材質とし、かつその頂角を６
５．４゜より大きくなるようにするとよい。フッ化カル
シウムは、フッ素レーザ光を高透過率で透過させるの
で、分散プリズムの材質としては好適である。そして、
このようなフッ化カルシウム製の分散プリズムにおいて
は、頂角が６５．４゜となる場合に、ブリュースタプリ
ズムとなる。従って、頂角をこれより大きくすることに
より、分散プリズムの第１、第２入射面に対する入射角
を、いずれもブリュースタ角よりも大きくすることが可
能である。従って、さらに分散プリズムの分散効果が上
がり、出力が増大する。

【００１５】また、少なくとも１つの分散プリズムを、
レーザ光のビーム幅を拡げるエキスパンダプリズムと
し、かつエキスパンダプリズムよりもレーザチャンバか
ら遠い側に、少なくとも１つ以上の分散プリズムを配置
するとよい。このように、エキスパンダプリズムによっ
てビーム幅を拡げることにより、後段（レーザチャンバ
から遠い側）の分散プリズムの分散効果が上がるので、
より少ない個数の分散プリズムによってシングルライン
化が可能である。従って、さらに共振器長を短くし、か
つ分散プリズム内部での損失を小さくして、レーザ光の
出力を増大させることができる。さらにエキスパンダプ
リズムは、その内部をレーザ光が通過する距離が短いの
で、レーザ光の吸収が小さく、レーザ光の損失をさらに
抑えられる。

【００１６】また、エキスパンダプリズムのうち少なく
とも１つを、ブリュースタ角よりも大きな角度とすると
よい。尚、このようなエキスパンダプリズムを、以下超
分散エキスパンダプリズムと呼ぶ。これによりエキスパ
ンダプリズムに、ビーム幅を拡げるだけでなく、強いラ
インと弱いラインとを分離させる分散効果を兼ねさせる
ことができ、分散プリズムの個数をより少なくすること
ができる。

【００１７】また、分散プリズムのうち少なくとも２つ
を超分散プリズムとし、かつレーザチャンバに近い側の
第１分散プリズムの入射面に対する入射角が、レーザチ
ャンバから遠い側の第２分散プリズムの入射面に対する
入射角よりも大きくなるようにするとよい。これによ
り、一方の第１分散プリズムによって大きな分散効果を
得ているので、第２分散プリズムに対する入射角を、よ
り小さくすることができる。これにより、第１分散プリ
ズムの入射面におけるレーザ光の損失はさほど変わらな
いのに対し、第２分散プリズムの入射面におけるレーザ
光の損失が低下する。従って、さらなる出力増加が得ら
れる。またこのとき、第１分散プリズムによってビーム
幅を拡げるようにすれば、第２分散プリズムによる分散
効果がより大きくなり、少ない分散プリズムの数でも、
効率的に強いラインと弱いラインとを分離可能である。

【００１８】また、フッ化カルシウムで形成された分散
プリズムの入射面のうち、レーザ光をブリュースタ角よ
りも大きな入射角で入射させる入射面にフッ素ドープし
た合成石英をコーティングするとよい。即ち、フッ素ド
ープした合成石英は、フッ化カルシウムよりも屈折率が
高く、かつフッ素レーザ光に対する透過性が高い。この
ような、従来は得られなかった材質をコーティングする
ことにより、分散プリズムの反射による損失を減らし、
レーザ光の出力を増大させることができる。

【００１９】即ち本発明によれば、分散プリズム１個当
たりの分散効果を増やすことにより、分散プリズムの個
数を減らすことが可能となっている。これにより、分散
プリズムによる損失を小さくするとともに、共振器長を
短くして、レーザ光の出力を増大させている。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図を参照しながら、本発明
に係る実施形態を詳細に説明する。尚、各実施形態にお
いて、前記従来技術の説明に使用した図、及びその実施
形態よりも前出の実施形態の説明に使用した図と同一の
要素には同一符号を付し、重複説明は省略する。

【００２１】まず、本発明に係る分散プリズムについて
図１〜図３を用いて説明する。尚、以下の説明におい
て、分散プリズムの材質はフッ化カルシウムとし、レー
ザ光の波長を約１５７．６nmとして説明する。図１は、
第１入射面２８Ａ及び第２入射面２８Ｂに対するレーザ
光１１の入射角θのうち少なくとも一方を、ブリュース
タ角θBである５７．３゜よりも大きくした分散プリズ
ム１７であり、これを超分散プリズム１８と呼ぶ。レー
ザ光１１の分散プリズム１７への入射角θが大きいほ
ど、強いライン１１Ａ及び弱いライン１１Ｂ間の、第
１、第２入射面２８Ａ，２８Ｂでの屈折角度に角度差が
生じ、それぞれの光路が大きく分離される。

【００２２】即ち、超分散プリズム１８の分散効果は、
前記ブリュースタプリズム２７よりも大きくなる。さら
に、分散プリズム１７に入射するレーザ光１１のビーム
幅が広いほど、分散効果は大きくなる。尚、以下の説明
でビーム幅というときには、図１に示したように、分散
プリズムの頂角を正面に見た場合における縦方向のビー
ム幅Ｌを指すものとする。尚、材質がフッ化カルシウム
の分散プリズム１７において、第１入射面２８Ａ及び第
２入射面２８Ｂの双方に対する入射角θをブリュースタ
角θBよりも大きくするためには、頂角をブリュースタ
プリズム２７の頂角である６５．４゜よりも大きくすれ
ばよい。

【００２３】図２は、第１入射面２８Ａに対するレーザ
光１１の入射角θを超分散プリズム１８と同様にブリュ
ースタ角θBよりも大きくし、かつ第２入射面２８Ｂか
ら略垂直（例えば１０゜以下）の出射角で出射させた分
散プリズム１７であり、これを超分散エキスパンダプリ
ズム１９と呼ぶ。このとき復路では、レーザ光１１は第
２入射面２８Ｂから略垂直で入射する。このような超分
散エキスパンダプリズム１９は、強いライン１１Ａと弱
いライン１１Ｂとを分離させるばかりでなく、レーザ光
１１のビーム幅を拡げる機能を有している。図３は、第
１入射面２８Ａに対するレーザ光１１の入射角θをブリ
ュースタ角θBとし、かつ略垂直（例えば１０゜以下）
の出射角で出射させた分散プリズム１７であり、これを
エキスパンダブリュースタプリズム２６と呼ぶ。このよ
うなエキスパンダブリュースタプリズム２６は、超分散
エキスパンダプリズム１９と同様に、強いライン１１Ａ
と弱いライン１１Ｂとを分離させ、かつレーザ光１１の
ビーム幅を拡げる機能を有している。そして、レーザ光
１１のビーム幅を拡げる機能を有する超分散エキスパン
ダプリズム１９及びエキスパンダブリュースタプリズム
２６を総称して、エキスパンダプリズムと呼ぶ。以下、
これらの各プリズム１８，１９，２６と、前記ブリュー
スタプリズム２７とを用いて、実施形態を説明する。

【００２４】まず、本発明の第１実施形態を説明する。
図４は、第１実施形態及び後述する第２、第３実施形態
に係るフッ素レーザ装置の構造図を示している。図４に
おいて、フッ素レーザ装置１は、レーザガスとしてヘリ
ウム、ネオン、又はこれらの混合ガスと、フッ素とを封
入したレーザチャンバ２を備えている。レーザチャンバ
２の内部で、図示しない放電電極間で放電を起こすこと
により、レーザ光１１が発生する。レーザチャンバ２の
両端部には、レーザ光１１にフロントウィンドウ７及び
リアウィンドウ９が、レーザ光１１の光軸に対してそれ
ぞれブリュースタ角θBをなして固着されている。ま
た、レーザチャンバ２の前方には図４中上下方向に所定
幅のスリットを有するスリット板１６が配設されてお
り、その前方にはレーザ光１１を部分透過するフロント
ミラー８が配設されている。

【００２５】レーザチャンバ２の後方（図４中右方）に
は、２個の第１、第２分散プリズム１７Ａ，１７Ｂと、
その後方にレーザ光１１を全反射するリアミラー６とが
配置されている。このとき、レーザチャンバ２からリア
ウィンドウ９を透過して出射したレーザ光１１中には波
長の異なる強いライン１１Ａと弱いライン１１Ｂとが混
在している。

【００２６】図５に、第１実施形態に係る分散プリズム
１７の構成図を示す。図５に示すように、第１、第２分
散プリズム１７Ａ，１７Ｂはいずれも超分散プリズム１
８となっており、それぞれの第１入射面２８Ａ，２８Ａ
におけるレーザ光１１の入射角θは、一例としていずれ
も６８゜となっている。このとき第２入射面２８Ｂ，２
８Ｂにおける入射角θを６８゜よりも大きくすると、第
１、第２分散プリズム１７Ａ，１７Ｂを出射したレーザ
光１１のビーム幅が縮小されるので、それぞれのプリズ
ムにおける分散効果が小さくなる。そのため、第１、第
２分散プリズム１７Ａ，１７Ｂの第２入射面２８Ｂ，２
８Ｂにおける入射角θは、６８゜又は６８゜より小さい
角度がよい。

【００２７】このように第１実施形態によれば、入射角
θをブリュースタ角θBよりも大きくした超分散プリズ
ム１８を分散プリズム１７として用いている。これによ
り、各分散プリズム１７の各入射面２８Ａ，２８Ｂにお
ける強いライン１１Ａと弱いライン１１Ｂとを分離する
分散効果は、ブリュースタプリズム２７を分散プリズム
１７とした場合よりも大きくなる。実施例としては、こ
れら２個の分散プリズム１７により、強いライン１１Ａ
と弱いライン１１Ｂに対して、約４．１mradの角度差を
つけ、弱いライン１１Ｂをスリット板１６で遮って強い
ライン１１Ａのみを発振させることが可能となった。こ
れにより、従来は４個が必要であった分散プリズム１７
Ａ〜１７Ｄを２個に減らすことができ、共振器長が従来
に比較して約１７cm短くなった。これは、共振器長の１
２％に相当する。即ち、共振器長が約８８％になったこ
とにより、従来技術に比較して約１３％の出力増加が得
られた。

【００２８】一方では、分散プリズム１７Ａ，１７Ｂ
を、入射角θをブリュースタ角θBよりも大きくした超
分散プリズム１８としたことにより、各分散プリズム１
７Ａ，１７Ｂの各入射面２８Ａ，２８Ｂにおける反射損
失が３％×４＝約１２％生じた。さらに、各分散プリズ
ム１７の内部におけるレーザ光１１の吸収による損失
が、約６％生じており、合計１８％の損失が生じてい
る。即ち、第１実施形態では、損失１８％から出力増加
１３％を引いた、約５％の損失となっている。これに対
して上述したように、従来技術における４個の分散プリ
ズム１７Ａ〜１７Ｄ内でのレーザ光１１の吸収による損
失は約１２％であった。即ち、第１実施形態によれば、
レーザ出力は従来技術に比較して１２−５＝約７％増加
したことになる。

【００２９】このように、レーザ光１１の出力を増加さ
せたことにより、放電エネルギーとしてレーザチャンバ
２内に注入されたエネルギのうち、レーザ光１１の発振
に寄与するエネルギが増加し、発振効率がよくなる。従
って、熱の発生が抑制され、レーザ光１１の出力安定性
が増加する。特にフッ素レーザ装置１から発振するレー
ザ光１１の出力は熱に対して不安定であり、効果が大き
い。また、熱によってレーザチャンバ２が歪むようなこ
とがない。さらに、熱を除去するための図示しない熱交
換器や、放電エネルギを発生する高圧電源を大型化する
必要がなく、フッ素レーザ装置１をコンパクトなものに
できる。

【００３０】次に、第２実施形態について説明する。図
６に示すように第２実施形態では、図４に示したフッ素
レーザ装置１において、分散プリズム１７をいずれも超
分散プリズム１８としている。そして、レーザ光１１の
第１分散プリズム１７Ａへの入射角θを第１実施形態に
おけるそれよりも大きな６８．７゜とし、第２分散プリ
ズム１７Ｂへのレーザ光１１の入射角θを第１分散プリ
ズム１７Ａにおけるそれよりも小さな６６．３゜として
いる。これにより、強いライン１１Ａと弱いライン１１
Ｂに対して、第１実施形態と同様の約４mradの角度差を
つけることが可能となっている。

【００３１】即ち第２実施形態によれば、第１分散プリ
ズム１７Ａに対して、より大きな入射角θでレーザ光１
１を入射させているので、同じ分散効果を得る場合に、
第２分散プリズム１７Ｂに対する入射角θを小さくする
ことができる。これにより、第１分散プリズム１７Ａの
入射面２８Ａ，２８Ｂにおけるレーザ光１１の損失はさ
ほど変わらないのに対し、第２分散プリズム１７Ｂの入
射面２８Ａ，２８Ｂにおけるレーザ光１１の損失が低下
する。従って、第１実施形態に比較して、さらに出力増
加が得られることになる。またこのとき、第１分散プリ
ズム１７Ａの第２入射面２８Ｂに対する入射角を第１入
射面２８Ａに対する入射角よりも小さくし、第１分散プ
リズム１７Ａから出射するレーザ光１１のビーム幅を拡
げるようにするのがよい。これにより、第２分散プリズ
ム１７Ｂに入射するビーム幅が広がり、強いライン１１
Ａと弱いライン１１Ｂとで生じる屈折角度の差が大きく
なる。従って、第２分散プリズム１７Ｂによる分散効果
がより大きくなり、少ない分散プリズム１７の数でも、
強いライン１１Ａと弱いライン１１Ｂとを効率的に分離
可能となっている。実施形態としては、これによって第
１実施形態に比較して、約１％の出力増加が得られた。

【００３２】次に、第３実施形態について説明する。図
７に示すように第２実施形態では、図１に示したフッ素
レーザ装置１において、第１分散プリズム１７Ａを超分
散エキスパンダプリズム１９とし、第２分散プリズム１
７Ｂを超分散プリズム１８としている。このとき、実施
例では第１分散プリズム１７Ａの第１入射面２８Ａに対
する入射角θを６８．５゜とし、第２分散プリズム１７
Ｂの第１入射面２８Ａに対する入射角θを６４．９゜と
している。

【００３３】このように、第１分散プリズム１７Ａを超
分散エキスパンダプリズム１９として、第１分断プリズ
ムを透過した後のレーザ光１１のビーム幅を拡げてい
る。これにより、第２分散プリズム１７Ｂによる分散効
果が大きくなり、少ない分散プリズム１７の数でも、強
いライン１１Ａと弱いライン１１Ｂとを効率的に分離可
能である。またこのとき、超分散エキスパンダプリズム
１９とするのは、レーザチャンバ２に近い方の第１分散
プリズム１７Ａの方が好適である。即ち、第１分散プリ
ズム１７Ａによってビーム幅を拡げてからレーザ光１１
を後段の第２分散プリズム１７Ｂに入射させることによ
り、第２分散プリズム１７Ｂの分散効果が高くなり、強
いライン１１Ａと弱いライン１１Ｂとを効率良く分離で
きる。しかも第１分散プリズム１７Ａは、ビーム幅を拡
げるばかりでなく、強いライン１１Ａと弱いライン１１
Ｂとを分離する分散効果をも有している。これにより、
より強い分散効果が得られ、確実にシングルライン化が
可能である。さらに、図７に示すように超分散エキスパ
ンダプリズム１９は、レーザ光１１がその内部を通過す
る距離が、ブリュースタプリズム２７や超分散型プリズ
ムに比べて短い。そのため、分散プリズム１７内部での
レーザ光１１の吸収が少なく、レーザ光１１の出力を上
げることが可能である。実験結果では、従来技術に比較
して、約１０％の出力増加が得られた。

【００３４】次に、第４実施形態について説明する。第
４実施形態及び後述する第５実施形態における図示しな
いフッ素レーザ装置は、図４に示したフッ素レーザ装置
１が第１、第２の２個の分散プリズム１７Ａ，１７Ｂを
備えていたのに対し、第１〜第３の３個の分散プリズム
１７Ａ〜１７Ｃを備えている。図８に、第４実施形態に
係る分散プリズム１７Ａ〜１７Ｃの構成図を示す。図８
において、第１分散プリズム１７Ａはエキスパンダブリ
ュースタプリズム２６、第２分散プリズム１７Ｂは超分
散プリズム１８、そして第３分散プリズム１７Ｃはブリ
ュースタプリズム２７となっている。このように、分散
プリズム１７Ａ〜１７Ｃを組み合わせても、従来技術に
比較して分散プリズム１７Ａ〜１７Ｃを１個減らすこと
ができ、光学系の構成が簡単になる。しかも実験結果で
は、従来技術に比較して約１％の出力増加が得られた。

【００３５】次に、第５実施形態について説明する。図
９に、第５実施形態に係る分散プリズム１７Ａ〜１７Ｃ
の構成図を示す。図９において、第１分散プリズム１７
Ａは超分散エキスパンダプリズム１９であり、第２分散
プリズム１７Ｂ及び第３分散プリズム１７Ｃは、共にブ
リュースタプリズム２７となっている。このように、第
２分散プリズム１７Ｂ及び第３分散プリズム１７Ｃをレ
ーザ光１１の損失の小さなブリュースタプリズム２７と
することにより、従来技術に比較して約６％の出力増加
が得られた。

【００３６】以上説明したように、本発明によれば、レ
ーザ光１１をブリュースタ角θBよりも大きな角度で分
散プリズム１７に入射させているので、各分散プリズム
１７における分散効果が大きくなる。これにより、分散
プリズム１７の数を減らすことができ、共振器長を短く
してレーザ光１１の出力を増大させることが可能であ
る。以下の表１に、上記従来技術及び第１〜第５実施形
態に係る分散プリズム１７の組み合わせを示す。このよ
うに、分散プリズムを組み合わせることにより、レーザ
光１１の出力が増大している。

【表１】

【００３７】次に、上記各実施形態で説明した分散プリ
ズム１７において、入射角θがブリュースタ角θBより
も大きな場合における入射面２８Ａ，２８Ｂのコーティ
ングについて説明する。まず、分散プリズム１７等の光
学部品に、ブリュースタ角θBよりも大きな入射角θで
波長λの光を入射させる場合について説明する。このよ
うな場合、光学部品の材質の屈折率よりも高い屈折率の
コーティング材を、コーティング材の中での光学波長の
１／４の厚みでコーティングすると、入射面２８Ａ，２
８Ｂでの表面反射が低減する。尚、上記コーティング材
の内部のレーザ光１１の光学波長は、レーザ光１１の真
空中の波長λをコーティング材の屈折率ｎで割った値
（λ／ｎ）で表す。

【００３８】このとき、分散プリズム１７の材質である
フッ化カルシウムの波長１５７nmの光に対する屈折率は
約１．５５９であることから、これに対するコーティン
グ材としては、屈折率１．６６を有する、フッ素ドープ
された合成石英（ＳiＯ2）が好適である。即ち、前記フ
ッ素ドープ合成石英を、合成石英内の光学波長（１５７
／１．６６＝９４．５８nm）の１／４の厚さでコーティ
ングすることにより、各入射面２８Ａ，２８Ｂでのレー
ザ光１１の反射を小さくすることができる。これによ
り、レーザ光１１がブリュースタ角θBよりも大きな入
射角θで入射する入射面２８Ａ，２８Ｂに対して、レー
ザ光１１の損失が減少するので、レーザ光１１の出力が
増加する。

【００３９】また、前記超分散エキスパンダプリズム１
９及びエキスパンダブリュースタプリズム２６の、第２
入射面２８Ｂにレーザ光１１が入射する場合について
は、入射角θはほぼ０゜（＜１０゜）である。このよう
に、入射角θが０度以上ブリュースタ角θB以下である
場合には、光学部品の屈折率よりも低い屈折率を有する
コーティング材を、コーティング材の中での光学波長の
１／４の厚みでコーティングすると、入射面２８Ａ，２
８Ｂでの表面反射が低減する。このときのコーティング
材としては、屈折率１．４６を有し、一般的なコーティ
ング材として広く使用されているフッ化マグネシウム
（ＭｇＦ2）が好適である。このフッ化マグネシウム
を、フッ化マグネシウム内の光学波長（１５７／１．４
６＝１０７．５３nm）の１／４の厚さでコーティングす
ることにより、表面反射が低減し、レーザ光１１の出力
が増加する。

【００４０】図１０に、フッ化カルシウムにおける、コ
ーティングの有無による反射率の差をグラフで示す。図
１０に一点鎖線で示すように、入射角θがブリュースタ
角θB以下の場合には、フッ化マグネシウムをコーティ
ングすることにより、反射率をコーティングしない場合
（点線）のほぼ１／２に低減させることが可能である。
また図１０に実線で示すように、入射角θがブリュース
タ角θB以上の場合にはフッ素ドープ合成石英をコーテ
ィングすることにより、反射率をコーティングしない場
合のほぼ１／２に低減させることが可能である。

【００４１】即ち、従来の通常の合成石英では、波長１
５７nmの光に対する透過率は極めて低かったのに対し、
本発明ではフッ素ドープした合成石英を使用することに
より、これをフッ素レーザに対するコーティング材とし
て用いることが可能となっている。

【００４２】以上説明したように、このようなコーティ
ングを施すことにより、入射角θをブリュースタ角θB
にしない場合における入射面２８Ａ，２８Ｂでのレーザ
光１１の反射がさらに低減され、損失が小さくなってレ
ーザ光１１の出力が増大する。また、分散プリズム１７
の１個当たりの分散効果を上げてその個数を低減してい
るので、共振器長の短縮化による出力増大と、分散プリ
ズム１７内部での吸収低減とにより、さらにレーザ光１
１の出力が増大する。以下の表２に、上記従来技術及び
第１〜第５実施形態に係る分散プリズム１７に、フッ素
ドープ及びフッ化マグネシウムのコーティングを施した
場合の組み合わせを示す。このように、コーティングを
施すことにより、レーザ光１１の出力がさらに増大して
いる。

【表２】

【００４３】尚、本発明はフッ素レーザについて説明し
たが、例えば複数の発振波長からそのうちの１本又は複
数本を分散によって選択して発振させるようなレーザす
べてについて有効である。また、シングルライン化とし
て２本の発振線のうち、１本を選択するものについて説
明したが、これに限られるものではなく、複数の発振波
長からそのうちの１本又は複数本を選択して発振させる
ものを示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】超分散プリズムを示す構成図。

【図２】超分散エキスパンダプリズムを示す構成図。

【図３】エキスパンダブリュースタプリズムを示す構成
図。

【図４】第１〜第３実施形態に係るフッ素レーザ装置の
構造図。

【図５】第１実施形態に係る分散プリズムの構成図。

【図６】第２実施形態に係る分散プリズムの構成図。

【図７】第３実施形態に係る分散プリズムの構成図。

【図８】第４実施形態に係る分散プリズムの構成図。

【図９】第５実施形態に係る分散プリズムの構成図。

【図１０】コーティングの有無による反射率の差を示す
グラフ。

【図１１】従来技術に係るフッ素レーザ装置の構造図。

【図１２】ブリュースタ分散プリズムを示す構成図。

【符号の説明】

１：フッ素レーザ装置、２：レーザチャンバ、６：リア
ミラー、７：フロントウィンドウ、８：フロントミラ
ー、９：リアウィンドウ、１１：レーザ光、１２：ビー
ムスプリッタ、１６：スリット板、１７：分散プリズ
ム、１８：超分散プリズム、１９：超分散エキスパンダ
プリズム、２６：エキスパンダブリュースタプリズム、
２７：ブリュースタプリズム、２８Ａ：第１入射面、２
８Ｂ：第２入射面。

フロントページの続き (72)発明者 岩田 泰明 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 武久 究 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 Ｆターム(参考） 2H042 CA07 CA17 2K009 AA04 BB04 CC01 5F071 AA04 HH05 JJ04 JJ05 JJ08 5F072 AA04 HH05 JJ04 JJ05 JJ13 KK06 KK18 KK26 RR05 SS01 YY06

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共振器間(6,8)に単数又は複数の分散プ
   リズム(17A〜17C)を配置してレーザ光(11)の波長をシン
   グルライン化するフッ素レーザ装置において、 前記分散プリズム(17A〜17C)のうち少なくとも１つが、
   レーザ光(11)が分散プリズム(17A〜17C)の少なくとも一
   方の入射面(28A,28B)に入射する入射角(θ)がブリュー
   スタ角(θB)より大きい超分散プリズム(18)であること
   を特徴とするフッ素レーザ装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のフッ素レーザ装置におい
   て、 前記分散プリズム(17A〜17C)のうち少なくとも１個がフ
   ッ化カルシウムからなり、かつその頂角が６５．４゜よ
   り大きいことを特徴とするフッ素レーザ装置。
3. 【請求項３】 共振器間(6,8)に複数の分散プリズム(17
   A〜17C)を配置してレーザ光(11)の波長をシングルライ
   ン化するフッ素レーザ装置において、 少なくとも１つの分散プリズム(17A〜17C)が、レーザチ
   ャンバ(2)から遠い側の第２入射面(28B)から出射する出
   射レーザ光(11)のビーム幅をレーザチャンバ(2)側の第
   １入射面(28A)に入射する入射レーザ光(11)よりも拡げ
   るエキスパンダプリズム(19,26)であり、 かつエキスパンダプリズム(19,26)よりもレーザチャン
   バ(2)から遠い側に、少なくとも１つ以上の分散プリズ
   ム(17A〜17C)を配置することを特徴とするフッ素レーザ
   装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のフッ素レーザ装置におい
   て、 前記エキスパンダプリズム(19,26)のうち少なくとも１
   つが、レーザチャンバ(2)側の第１入射面(28A)に対する
   レーザ光(11)の入射角(θ)がブリュースタ角(θB)より
   も大きい超分散エキスパンダプリズム(19)であることを
   特徴とするフッ素レーザ装置。
5. 【請求項５】 共振器間(6,8)に複数の分散プリズム(17
   A〜17C)を配置してレーザ光(11)の波長をシングルライ
   ン化するフッ素レーザ装置において、 前記分散プリズム(17A〜17C)のうち少なくとも２つが、
   レーザ光(11)が分散プリズム(17A〜17C)の少なくとも一
   方の入射面(28A,28B)に入射する入射角(θ)がブリュー
   スタ角(θB)より大きい超分散プリズム(18)であり、 かつこれら超分散プリズム(18)のうち、レーザチャンバ
   (2)に近い側の第１分散プリズム(17A)の入射面(28A,28
   B)に対する入射角(θ)が、レーザチャンバ(2)から遠い
   側の第２分散プリズム(17B)の入射面(28A,28B)に対する
   入射角(θ)よりも大きいことを特徴とするフッ素レーザ
   装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載のフッ素
   レーザ装置において、 フッ化カルシウムで形成された分散プリズム(17A〜17C)
   の入射面(28A,28B)のうち、レーザ光(11)をブリュース
   タ角(θB)よりも大きな入射角(θ)で入射させる入射面
   (28A,28B)にフッ素ドープした合成石英をコーティング
   することを特徴とするフッ素レーザ装置。