JP2002099011A - Laser beam generator - Google Patents

Laser beam generator

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JP2002099011A
JP2002099011A JP2000287661A JP2000287661A JP2002099011A JP 2002099011 A JP2002099011 A JP 2002099011A JP 2000287661 A JP2000287661 A JP 2000287661A JP 2000287661 A JP2000287661 A JP 2000287661A JP 2002099011 A JP2002099011 A JP 2002099011A
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laser light
wavelength
laser
laser beam
emitted
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JP2000287661A
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Japanese (ja)
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Yuji Kaneda
有史 金田
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Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To generate a short wavelength laser beam having good interferential quality at high output and highly repetitively. SOLUTION: A first laser beam L1 emitted from the first laser beam source 2 and a second pulse wave laser beam L2 emitted from the second laser beam source 3 are coaxially multiplexed by using a wavelength-selective mirror 4, which are then made incident on a light parametric amplifier 5 respectively as a seed light and a pump light. The first laser beam L1 amplified by the light parametric amplifier 5 is emitted as pulse wave. This first laser beam L1 is subjected to wavelength conversion a nonlinear optical wavelength conversion system 6, thereby, a forth laser beam L4, for example, of about 193 nm in wavelength is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高出力のパルスレ
ーザ光を波長変換して所望の波長のレーザ光を発生させ
るレーザ光発生装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser beam generator for converting a high-power pulse laser beam into a laser beam having a desired wavelength.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路の微細化に伴い、リソグ
ラフ工程において用いられる露光装置の光源や、回路パ
ターンを検査するために用いられる検査装置の光源とし
て、非常に短波長のものが用いられるようになってきて
いる。
2. Description of the Related Art Along with miniaturization of a semiconductor integrated circuit, a light source of an exposure apparatus used in a lithographic process and a light source of an inspection apparatus used for inspecting a circuit pattern have a very short wavelength. It is becoming.

【0003】近年の半導体集積回路のデザインルールで
は、線幅が0.18μm程度にまでなってきており、こ
のような微細な回路パターンを露光するための露光装置
の光源として、波長が約248nmのKrFエキシマレ
ーザが実用化され、回路パターンの製造プロセスに導入
されるに至っている。
According to the design rule of semiconductor integrated circuits in recent years, the line width has been reduced to about 0.18 μm. As a light source of an exposure apparatus for exposing such a fine circuit pattern, a wavelength of about 248 nm is used. KrF excimer lasers have been put to practical use and have been introduced into circuit pattern manufacturing processes.

【0004】そして、今後、半導体集積回路の微細化が
更に進んで、例えば、線幅0.13μmのデザインルー
ルや線幅0.1μmのデザインルールが適用されるに至
った場合、露光装置の光源としては、波長が約193n
mのArFエキシマレーザが用いられることが予想され
ている。
In the future, when the miniaturization of the semiconductor integrated circuit is further advanced and, for example, a design rule with a line width of 0.13 μm or a design rule with a line width of 0.1 μm is applied, a light source of an exposure apparatus will be used. The wavelength is about 193n
It is expected that m ArF excimer lasers will be used.

【0005】これに伴い、回路パターンを検査するため
の検査装置にも、同様の波長の短い光源が必要とされて
いる。特に、レーザ顕微鏡の観察像をCCDカメラを用
いて撮像することで回路パターンの検査を行うように構
成された検査装置においては、検査対象の回路パターン
を照明するためのレーザ光源として、平均出力が低く、
繰り返し周波数が高いレーザ光源が求められている。ま
た、このような検査装置に用いるレーザ光源としては、
信頼性が高く、コンパクトであり、維持費が低いことが
望まれることは言うまでもない。
Along with this, an inspection apparatus for inspecting a circuit pattern requires a light source having a similar short wavelength. In particular, in an inspection apparatus configured to inspect a circuit pattern by imaging an observation image of a laser microscope using a CCD camera, an average output is used as a laser light source for illuminating a circuit pattern to be inspected. Low,
There is a need for a laser light source with a high repetition frequency. In addition, as a laser light source used in such an inspection device,
It goes without saying that a highly reliable, compact and low maintenance cost is desired.

【0006】以上のようなレーザ光源を実現するため
に、非線形光学素子を用いた波長変換によって短波長の
レーザ光を得る努力が様々な方法によってなされてお
り、例えば、図4に示すような方式も提案されている
(T.Ohtsuki,H.Kitano,H.Kawai,S.Owa,"Efficient 193
nm generation by eighth harmonics of Er3+-doped fi
beramplifier" Conference on Lasers and Electro-opt
ics 2000 (CLEO2000),postdeadline paper,paperCPD9 p
resented on May 11,2000,in SanFrancisco,CA.参
照)。この図4に示す方式は、DFB半導体レーザ10
1から出射された波長が約1547nmのレーザ光を、
ニオブ酸リチウム結晶を用いた光変調器102により変
調してパルス波とした上でファイバ増幅器103に入射
させ、ファイバ増幅器103からの出力光を非線形波長
変換手段104により波長変換することで、1547n
mの1/8に相当する波長が約193nmのレーザ光を
得るようにしている。
In order to realize the above-mentioned laser light source, efforts have been made to obtain a short-wavelength laser beam by wavelength conversion using a non-linear optical element by various methods, for example, as shown in FIG. (T. Ohtsuki, H. Kitano, H. Kawai, S. Owa, "Efficient 193
nm generation by eighth harmonics of Er 3+ -doped fi
beramplifier "Conference on Lasers and Electro-opt
ics 2000 (CLEO2000), postdeadline paper, paperCPD9 p
resented on May 11,2000, in SanFrancisco, CA.). The method shown in FIG.
A laser beam having a wavelength of about 1547 nm emitted from
A pulse wave is modulated by an optical modulator 102 using a lithium niobate crystal and then input to a fiber amplifier 103. The output light from the fiber amplifier 103 is wavelength-converted by a non-linear wavelength conversion unit 104 to obtain 1547n.
A laser beam having a wavelength corresponding to 8 of m and a wavelength of about 193 nm is obtained.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上のような図4に示
す方式は、光通信用の素子として広く普及しており容易
に入射可能な光学素子を用いて、波長が約193nmの
レーザ光を効率よく得ることができる優れた技術であ
る。しかしながら、この方式では、基本波を増幅させる
増幅器としてファイバ増幅器103を用いているため、
ファイバ増幅器103内部の非線形性により基本波の高
出力化に限界があり、このことが出力の高繰り返し或い
は高出力化を妨げる要因となっている。また、ファイバ
増幅器103の自己位相変調により、出力光の干渉性が
損なわれるといった問題もある。
The method shown in FIG. 4 as described above is widely used as an element for optical communication, and uses an optical element which can be easily incident thereon, and uses a laser beam having a wavelength of about 193 nm. It is an excellent technology that can be obtained efficiently. However, in this method, since the fiber amplifier 103 is used as an amplifier for amplifying the fundamental wave,
There is a limit in increasing the output of the fundamental wave due to the non-linearity inside the fiber amplifier 103, and this is a factor that hinders high output repetition or high output. There is also a problem that the coherence of the output light is impaired by the self-phase modulation of the fiber amplifier 103.

【0008】本発明は、以上のような実情に鑑みて創案
されたものであって、高出力、高繰り返しで干渉性の良
いレーザ光を発生させるレーザ光発生装置を提供するこ
とを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a laser light generator which generates laser light having high output, high repetition and good coherence. .

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ光発
生装置は、シード光となる第1のレーザ光を出射する第
1のレーザ光源と、ポンプ光となるパルス波の第2のレ
ーザ光を出射する第2のレーザ光源と、上記第1のレー
ザ光源から出射された第1のレーザ光と上記第2のレー
ザ光源から出射された第2のレーザ光とを同軸に合波す
る光学系と、上記光学系により同軸に合波された第1の
レーザ光及び第2のレーザ光が入射され、上記第1のレ
ーザ光の波長をλ1、上記第2のレーザ光の波長をλ2
としたときに、λ2とλ1の差周波混合過程によりλ3
=1/{(1/λ2)−(1/λ1)}を満たす波長λ
3を有する第3のレーザ光を出射すると共に、上記第1
のレーザ光を増幅しパルス波として出射する光パラメト
リック増幅器と、上記光パラメトリック増幅器により増
幅されパルス波として出射された第1のレーザ光の波長
変換を行って所定の波長の第4のレーザ光を発生させる
非線形波長変換手段とを備えることを特徴としている。
A laser light generator according to the present invention comprises a first laser light source for emitting a first laser light serving as a seed light, and a second laser light of a pulse wave serving as a pump light. A second laser light source that emits light, and an optical system that coaxially multiplexes the first laser light emitted from the first laser light source and the second laser light emitted from the second laser light source And a first laser beam and a second laser beam coaxially multiplexed by the optical system are incident, and the wavelength of the first laser beam is λ1, and the wavelength of the second laser beam is λ2.
And λ3 due to the difference frequency mixing process of λ2 and λ1
Λ satisfying = 1 / {(1 / λ2) − (1 / λ1)}
3 is emitted, and the first laser light is emitted.
An optical parametric amplifier that amplifies the laser light and emits it as a pulse wave, and converts the wavelength of the first laser light that has been amplified by the optical parametric amplifier and emitted as a pulse wave to obtain a fourth laser light having a predetermined wavelength. And a non-linear wavelength converting means for generating.

【0010】このレーザ光発生装置においては、第1の
レーザ光源から、シード光となる第1のレーザ光が出射
され、第2のレーザ光源から、ポンプ光となるパルス波
の第2のレーザ光が出射される。これらシード光となる
第1のレーザ光とポンプ光となるパルス波の第2のレー
ザ光は、光学系によって同軸に合波された上で、光パラ
メトリック増幅器に入射される。
In this laser light generator, a first laser light serving as seed light is emitted from the first laser light source, and a second laser light of a pulse wave serving as pump light is emitted from the second laser light source. Is emitted. The first laser light serving as the seed light and the second laser light of the pulse wave serving as the pump light are multiplexed coaxially by the optical system and then input to the optical parametric amplifier.

【0011】光パラメトリック増幅器は、第1のレーザ
光がシード光として入射され、第2のレーザ光がポンプ
光として入射されると、差周波混合過程により、第2の
レーザ光と第1のレーザ光の差周波である第3のレーザ
光を出射する。また、光パラメトリック増幅器は、シー
ド光として当該光パラメトリック増幅器に入射した第1
のレーザ光を増幅する。このとき、ポンプ光として当該
光パラメトリック増幅器に入射される第2のレーザ光が
パルス波であるので、増幅された第1のレーザ光はパル
ス波として当該光パラメトリック増幅器から出射される
ことになる。
When an optical parametric amplifier receives a first laser beam as a seed beam and a second laser beam as a pump beam, the second laser beam and the first laser beam are mixed by a difference frequency mixing process. A third laser beam having a difference frequency of light is emitted. In addition, the optical parametric amplifier includes a first optical parametric amplifier that has entered the optical parametric amplifier as seed light.
Is amplified. At this time, since the second laser light incident on the optical parametric amplifier as the pump light is a pulse wave, the amplified first laser light is emitted from the optical parametric amplifier as a pulse wave.

【0012】光パラメトリック増幅器により増幅されパ
ルス波として出射された第1のレーザ光は、非線形波長
変換手段により波長変換される。これにより、所定の波
長の第4のレーザ光、例えば、第1のレーザ光の波長λ
1の1/8に相当する波長λ4を有する第4のレーザ光
が発生することになる。
The first laser light amplified by the optical parametric amplifier and emitted as a pulse wave is subjected to wavelength conversion by nonlinear wavelength conversion means. Thereby, the fourth laser light of a predetermined wavelength, for example, the wavelength λ of the first laser light
A fourth laser beam having a wavelength λ4 corresponding to 8 of 1 will be generated.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0014】本発明を適用したレーザ光発生装置の概略
構成を図1に示す。この図1に示すレーザ光発生装置1
は、第1のレーザ光L1を出射する第1のレーザ光源2
と、第2のレーザ光L2を出射する第2のレーザ光源3
と、波長選択性ミラー4と、光パラメトリック増幅器
(OPA:Optical Parametric Amplifier)5と、非線
形波長変換光学系6とを備えている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a laser light generator to which the present invention is applied. The laser light generator 1 shown in FIG.
Is a first laser light source 2 that emits a first laser light L1.
And a second laser light source 3 that emits a second laser light L2
, A wavelength selective mirror 4, an optical parametric amplifier (OPA) 5, and a nonlinear wavelength conversion optical system 6.

【0015】第1のレーザ光源2は、例えば、DFB半
導体レーザ等よりなり、波長が約1547nmの干渉性
の良い連続波のレーザ光を第1のレーザ光L1として出
射する。ここで、第1のレーザ光L1は、シード光とし
て光パラメトリック増幅器5に入射されるものである。
この第1のレーザ光源2から出射される第1のレーザ光
L1の干渉性の良さは、最終的に得られる後述する第4
のレーザ光L4(第1のレーザ光L1の第8高調波で、
第1のレーザ光L1の波長が約1547nmの場合、約
193nmの波長を有するレーザ光)の干渉性の良さに
影響を持つ。ここで、第1のレーザ光源2として用いる
DFB半導体レーザは、例えば20mW程度の出力を持
つものであり、光通信用の素子として容易に入手可能で
ある。
The first laser light source 2 is, for example, a DFB semiconductor laser or the like, and emits a continuous wave laser light having a wavelength of about 1547 nm and having good coherence as the first laser light L1. Here, the first laser light L1 is incident on the optical parametric amplifier 5 as seed light.
The good coherence of the first laser light L1 emitted from the first laser light source 2 is based on the finally obtained fourth laser light L1 described later.
Laser light L4 (the eighth harmonic of the first laser light L1;
When the wavelength of the first laser light L1 is about 1547 nm, it has an effect on the coherence of the laser light having a wavelength of about 193 nm). Here, the DFB semiconductor laser used as the first laser light source 2 has an output of about 20 mW, for example, and can be easily obtained as an element for optical communication.

【0016】なお、第1のレーザ光源2としては、パル
ス波のレーザ光を第1のレーザ光L1として出射するも
のを用いるようにしてもよい。この場合には、シード光
として光パラメトリック増幅器5に入射させる第1のレ
ーザ光L1のピークパワーを高くすることが可能である
が、後述するようにパルス波である第2のレーザ光L2
とタイミングを合わせる必要がある。
The first laser light source 2 may emit a pulsed laser light as the first laser light L1. In this case, it is possible to increase the peak power of the first laser light L1 to be incident on the optical parametric amplifier 5 as the seed light, but the second laser light L2, which is a pulse wave, will be described later.
It is necessary to match the timing.

【0017】第2のレーザ光源3は、例えば半導体レー
ザ励起のNd:YVO4レーザ等よりなり、波長が約1
064nmのパルス波のレーザ光を第2のレーザ光L2
として出射する。ここで、第2のレーザ光L2は、ポン
プ光として光パラメトリック増幅器5に入射されるもの
である。この第2のレーザ光源3は、例えば、レーザ共
振器内に設けられ、外部のタイミング信号発生装置FG
からの信号でトリガを受けてQスイッチ動作を行う。す
なわち、この第2のレーザ光源3は、タイミング信号発
生装置FGによって駆動されるQスイッチ素子により、
典型的には数ワットレベル、例えば、5Wの平均出力を
有し、例えば、タイミング信号発生装置FGからの10
0kHzの矩形波信号によって100kHzの繰り返し
周波数を持つパルス波のレーザ光を第2のレーザ光L2
として出射する。したがって、この第2のレーザ光L2
の一つのパルスエネルギーは、約50マイクロジュール
である。
The second laser light source 3 is composed of, for example, a semiconductor laser-pumped Nd: YVO 4 laser and has a wavelength of about 1 nm.
The laser light of the pulse wave of 064 nm is converted into the second laser light L2.
And emitted. Here, the second laser light L2 is incident on the optical parametric amplifier 5 as pump light. The second laser light source 3 is provided, for example, in a laser resonator and has an external timing signal generator FG.
The Q switch operation is performed in response to a trigger from the signal from. That is, the second laser light source 3 is formed by the Q switch element driven by the timing signal generator FG.
It typically has an average power of a few watts level, for example, 5 W, for example, 10 watts from the timing signal generator FG.
A pulse wave laser beam having a repetition frequency of 100 kHz by a rectangular wave signal of 0 kHz is converted into a second laser beam L2.
And emitted. Therefore, the second laser light L2
Is about 50 microjoules.

【0018】以上のような半導体レーザ励起のNd:Y
VO4レーザ等は、従来から十分に技術開発がなされて
きたものであり、容易に入手又は作製が可能なものであ
る。また、このような半導体レーザ励起の固体レーザを
第2のレーザ光源3として用いるようにすれば、効率良
く第2のレーザ光L2を出射させることができると共
に、第2のレーザ光源3の小型化、長寿命化が実現され
ることになる。
Nd: Y excited by a semiconductor laser as described above
The VO 4 laser and the like have been sufficiently developed from the past, and can be easily obtained or manufactured. In addition, if such a solid-state laser excited by a semiconductor laser is used as the second laser light source 3, the second laser light L2 can be efficiently emitted and the second laser light source 3 can be miniaturized. , A longer life is realized.

【0019】なお、以上のような第2のレーザ光源3に
おいては、共振器パラメータ等、レーザの適切な設計に
よって各光パルスの幅を例えば10ns以下にすること
が技術的に可能である。ここでは、簡単のために、各光
パルスの幅が2.5nsであるとする。このとき、パル
スのピークパワーは約20kWとなる。また、より高い
ピークパワーが望まれる場合には、第2のレーザ光源3
を、第2のレーザ光L2を発振するレーザ発振器と、第
2のレーザ光L2の波長に応じたレーザ増幅器とを組み
合わせて構成するようにしてもよい。
In the second laser light source 3 as described above, it is technically possible to reduce the width of each optical pulse to, for example, 10 ns or less by appropriately designing a laser such as a resonator parameter. Here, for the sake of simplicity, it is assumed that the width of each optical pulse is 2.5 ns. At this time, the peak power of the pulse is about 20 kW. If a higher peak power is desired, the second laser light source 3
May be configured by combining a laser oscillator that oscillates the second laser light L2 and a laser amplifier corresponding to the wavelength of the second laser light L2.

【0020】波長選択性ミラー4は、第1のレーザ光源
2から出射された第1のレーザ光L1と、第2のレーザ
光源3から出射された第2のレーザ光L2とを同軸に合
波して光パラメトリック増幅器5に入射させるためのも
のであり、第1のレーザ光L1の光路と第2のレーザ光
L2の光路とが交わる位置に配設されている。この波長
選択性ミラー4は、例えば、波長が約1547nmの第
1のレーザ光L1をほぼ100%透過し、波長が約10
64nmの第2のレーザ光L2をほぼ100%反射する
ように、光学設計がなされている。そして、この波長選
択性ミラー4を透過した第1のレーザ光L1がシード光
として光パラメトリック増幅器5に入射し、この波長選
択性ミラー4により反射された第2のレーザ光L2がポ
ンプ光として光パラメトリック増幅器5に入射するよう
になされている。
The wavelength-selective mirror 4 coaxially multiplexes the first laser light L1 emitted from the first laser light source 2 and the second laser light L2 emitted from the second laser light source 3. The optical path of the first laser beam L1 and the optical path of the second laser beam L2 intersect each other. This wavelength-selective mirror 4 transmits, for example, approximately 100% of the first laser light L1 having a wavelength of about 1547 nm and has a wavelength of about 1047 nm.
The optical design is such that the second laser light L2 of 64 nm is reflected almost 100%. Then, the first laser light L1 transmitted through the wavelength-selective mirror 4 enters the optical parametric amplifier 5 as seed light, and the second laser light L2 reflected by the wavelength-selective mirror 4 is used as pump light. The light enters the parametric amplifier 5.

【0021】光パラメトリック増幅器5は、非線形光学
材料よりなり、第1のレーザ光L1と第2のレーザ光L
2とによる差周波発生過程が、自然複屈折による位相整
合又は疑似位相整合が満たされたものである。すなわ
ち、この光パラメトリック増幅器5は、シード光である
第1のレーザ光L1の波長をλ1とし、ポンプ光である
第2のレーザ光L2の波長をλ2としたときに、λ2と
λ1の差周波混合過程により、λ3=1/{(1/λ
2)−(1/λ1)}を満たす波長λ3を有する第3の
レーザ光L3をアイドラ光として出射することになる。
例えば、上述したように、シード光として光パラメトリ
ック増幅器5に入射する第1のレーザ光L1の波長λ1
が約1547nmで、ポンプ光として光パラメトリック
増幅器5に入射する第2のレーザ光L2の波長λ2が約
1064nmの場合には、この光パラメトリック増幅器
5における差周波発生過程において、波長λ3が約34
07nmの第3のレーザ光L3がアイドラ光として発生
することになる。
The optical parametric amplifier 5 is made of a non-linear optical material and comprises a first laser light L1 and a second laser light L.
2 satisfies the phase matching or quasi-phase matching by natural birefringence. That is, when the wavelength of the first laser light L1 as the seed light is λ1 and the wavelength of the second laser light L2 as the pump light is λ2, the optical parametric amplifier 5 has a difference frequency between λ2 and λ1. By the mixing process, λ3 = 1 / {(1 / λ
2) The third laser light L3 having the wavelength λ3 satisfying-(1 / λ1)} is emitted as idler light.
For example, as described above, the wavelength λ1 of the first laser light L1 incident on the optical parametric amplifier 5 as the seed light is used.
Is about 1547 nm, and the wavelength λ2 of the second laser beam L2 incident on the optical parametric amplifier 5 as the pump light is about 1064 nm, the wavelength λ3 becomes about 34 in the process of generating the difference frequency in the optical parametric amplifier 5.
The third laser light L3 having a wavelength of 07 nm is generated as idler light.

【0022】ここで、差周波発生過程においては、一方
の波長の長い方(周波数の低い方)の入力光は増幅され
ることに注目すると、波長λ1の第1のレーザ光L1に
対しては、この差周波過程が増幅器として機能すること
になる。さらに、この光パラメトリック増幅が、ポンプ
光である第2のレーザ光L2が入射するときにのみ起こ
ることを考えると、光パラメトリック増幅器5にシード
光として入射する第1のレーザ光L1が連続波であって
も、この光パラメトリック増幅器5における差周波発生
過程において増幅された第1のレーザ光L1は、高いピ
ーク値を持ったパルス波としてこの光パラメトリック増
幅器5から出射されることになる。そして、この光パラ
メトリック増幅器5により増幅されてパルス波として出
射された第1のレーザ光L1の各光パルスのスペクトル
は、光パラメトリック増幅器5にシード光として入射し
た第1のレーザ光L1のスペクトルを反映したものとな
り、上述した例では、単一周波数で干渉性の高いものと
なる。
Here, in the process of generating the difference frequency, it is noted that the input light of one of the longer wavelengths (lower frequency) is amplified, and the first laser light L1 of the wavelength λ1 is amplified. This difference frequency process functions as an amplifier. Further, considering that this optical parametric amplification occurs only when the second laser light L2, which is the pump light, is incident, the first laser light L1 incident as seed light into the optical parametric amplifier 5 is a continuous wave. Even so, the first laser light L1 amplified in the process of generating the difference frequency in the optical parametric amplifier 5 is emitted from the optical parametric amplifier 5 as a pulse wave having a high peak value. The spectrum of each optical pulse of the first laser beam L1 amplified by the optical parametric amplifier 5 and emitted as a pulse wave is the spectrum of the first laser beam L1 incident on the optical parametric amplifier 5 as seed light. This is reflected, and in the example described above, the coherence is high at a single frequency.

【0023】光パラメトリック増幅は、ポンプ光である
第2のレーザ光L2の光子のエネルギーを、シード光で
ある第1のレーザ光L1と、アイドラ光である第3のレ
ーザ光L3とに分割する過程であるから、理論的には、
光パラメトリック増幅器5から出射される第1のレーザ
光L1の光子数は、ポンプ光として光パラメトリック増
幅器5に最大入射する第2のレーザ光L2の光子数と同
量となる。ポンプ光である第2のレーザ光L2の波長λ
2が1064nm、シード光である第1のレーザ光の波
長λ1が1547nmであるとすると、ピーク値20k
Wのパルスに対して、最大14kWの出力を有する第1
のレーザ光L1が得られることになる。
In the optical parametric amplification, the energy of photons of the second laser light L2, which is pump light, is divided into the first laser light L1, which is seed light, and the third laser light L3, which is idler light. Because it is a process, in theory,
The number of photons of the first laser light L1 emitted from the optical parametric amplifier 5 is the same as the number of photons of the second laser light L2 which is incident on the optical parametric amplifier 5 as the pump light at the maximum. The wavelength λ of the second laser light L2 as the pump light
2 is 1064 nm and the wavelength λ1 of the first laser light as the seed light is 1547 nm, the peak value is 20 k
For a W pulse, the first with a maximum output of 14 kW
Will be obtained.

【0024】以上のような効率の良い変換を行うために
は、光パラメトリック増幅器5として光学的非線形性の
高い材料を用いることが必要であるが、近年実現された
周期的分極反転ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウム
等を光パラメトリック増幅器5として用いることによ
り、以上のような効率の良い変換を十分に達成すること
が可能となる。
In order to perform the above-described efficient conversion, it is necessary to use a material having high optical nonlinearity as the optical parametric amplifier 5. By using lithium tantalate or the like as the optical parametric amplifier 5, it is possible to sufficiently achieve the above efficient conversion.

【0025】なお、第2のレーザ光源3として、ピーク
パワーが極めて高いレーザ光を出射するものを用いる場
合には、上述した周期的分極反転ニオブ酸リチウムやタ
ンタル酸リチウム以外に、例えば、LBO(LiB
35)やBBO(β−BaB24)、KTP(KTiO
PO4)等の自然複屈折によって位相整合条件を満たす
非線形光学結晶を光パラメトリック増幅器5として用い
るようにしてもよい。
When the second laser light source 3 emits a laser beam having an extremely high peak power, for example, in addition to the above periodically poled lithium niobate and lithium tantalate, for example, LBO ( LiB
3 O 5 ), BBO (β-BaB 2 O 4 ), KTP (KTiO
A nonlinear optical crystal satisfying the phase matching condition by natural birefringence such as PO 4 ) may be used as the optical parametric amplifier 5.

【0026】ところで、ピークパワー14kWで光パラ
メトリック増幅器5から出射される第1のレーザ光L1
は、典型的にはポンプ光である第2のレーザ光L2より
も若干小さいパルス幅を有するが、光パラメトリック増
幅器5として光学的非線形性の高い材料を用いた場合、
これらのパルス幅は十分に近いものと考えることができ
る。したがって、第1のレーザ光L1の波長λ1が約1
547nmの場合、そのパルスエネルギーは35マイク
ロジュールとなる。また、光パラメトリック増幅器5か
ら出射される第1のレーザ光L1の繰り返し周波数は、
ポンプ光である第2のレーザ光L2と同じになるので、
上述した例においては、光パラメトリック増幅器5から
出射される第1のレーザ光L1の繰り返し周波数は10
0kHzであり、平均パワーは3.5Wとなる。
The first laser beam L1 emitted from the optical parametric amplifier 5 at a peak power of 14 kW
Has a pulse width slightly smaller than the second laser light L2 which is typically a pump light, but when a material having high optical nonlinearity is used as the optical parametric amplifier 5,
These pulse widths can be considered sufficiently close. Therefore, the wavelength λ1 of the first laser light L1 is about 1
At 547 nm, the pulse energy is 35 microjoules. The repetition frequency of the first laser light L1 emitted from the optical parametric amplifier 5 is:
Since it becomes the same as the second laser light L2 which is the pump light,
In the example described above, the repetition frequency of the first laser light L1 emitted from the optical parametric amplifier 5 is 10
0 kHz, and the average power is 3.5 W.

【0027】以上のように、光パラメトリック増幅器5
により増幅され、高出力、高繰り返しのパルス波として
光パラメトリック増幅器5から出射された第1のレーザ
光L1は、非線形波長変換光学系6に入射することにな
る。
As described above, the optical parametric amplifier 5
The first laser light L1 amplified by the above and emitted from the optical parametric amplifier 5 as a high-output, high-repetition pulse wave enters the nonlinear wavelength conversion optical system 6.

【0028】非線形波長変換光学系6は、入射した第1
のレーザ光L1に対して波長変換を行って、所定の波長
λ4の第4のレーザ光L4を発生させるものである。こ
こでは、波長λ1が約1547nmの第1のレーザ光L
1(基本波)に対して波長変換を行って、第1のレーザ
光L1の第8高調波である、波長λ4が約193nmの
第4のレーザ光L4を発生させるように構成された非線
形波長変換光学系6を例に挙げて具体的に説明する。
The non-linear wavelength conversion optical system 6 receives the first incident light.
The wavelength conversion is performed on the laser light L1 to generate a fourth laser light L4 having a predetermined wavelength λ4. Here, the first laser light L having a wavelength λ1 of about 1547 nm
Nonlinear wavelength configured to perform wavelength conversion on 1 (fundamental wave) to generate a fourth laser beam L4 having a wavelength λ4 of about 193 nm, which is the eighth harmonic of the first laser beam L1. The conversion optical system 6 will be specifically described with reference to an example.

【0029】この非線形波長変換光学系6は、例えば図
2に示すように、基本波として入射する第1のレーザ光
L1の第2高調波を発生させる第1の非線形光学結晶
(SHG)11と、第1のレーザ光L1の第4高調波を
発生させる第2の非線形光学結晶(4HG)12と、第
1のレーザ光L1の第8高調波を発生させる第3の非線
形光学結晶(8HG)13とを備え、これら各光学結晶
11,12,13がインラインに配列された構成となっ
ている。
The nonlinear wavelength conversion optical system 6 includes, for example, as shown in FIG. 2, a first nonlinear optical crystal (SHG) 11 for generating a second harmonic of the first laser beam L1 incident as a fundamental wave. A second nonlinear optical crystal (4HG) 12 for generating a fourth harmonic of the first laser light L1, and a third nonlinear optical crystal (8HG) for generating an eighth harmonic of the first laser light L1 The optical crystals 11, 12, and 13 are arranged in-line.

【0030】第1の非線形光学結晶11としては、例え
ばLBO(LiB35)等が用いられる。この第1の非
線形光学結晶11の内部に、波長λ1が約1547nm
の第1のレーザ光L1が基本波として入射すると、この
基本波である第1のレーザ光L1が第1の非線形光学結
晶11内部の位相整合条件が満たされた光路を通過する
過程で、この第1のレーザ光L1の第2高調波である波
長が約774nmのレーザ光が発生し、第1のレーザ光
L1と共に第1の非線形光学結晶11の外部に出射され
ることになる。そして、第1の非線形光学結晶11の外
部に出射された第1のレーザ光L1と、この第1のレー
ザ光L1の第2高調波であるレーザ光は、次に、第2の
非線形光学結晶11の内部に入射することになる。
As the first nonlinear optical crystal 11, for example, LBO (LiB 3 O 5 ) or the like is used. The wavelength λ1 is about 1547 nm inside the first nonlinear optical crystal 11.
When the first laser light L1 is incident as a fundamental wave, the first laser light L1, which is the fundamental wave, passes through an optical path in the first nonlinear optical crystal 11 where the phase matching condition is satisfied. A laser beam having a wavelength of about 774 nm, which is the second harmonic of the first laser beam L1, is generated and emitted to the outside of the first nonlinear optical crystal 11 together with the first laser beam L1. Then, the first laser light L1 emitted to the outside of the first nonlinear optical crystal 11 and the laser light that is the second harmonic of the first laser light L1 are then converted to the second nonlinear optical crystal 11 will be incident inside.

【0031】第2の非線形光学結晶12としては、例え
ばLBO(LiB35)等が用いられる。この第2の非
線形光学結晶12の内部に、第1のレーザ光L1の第2
高調波(波長約774nm)が入射すると、この第2高
調波が第2の非線形光学結晶12内部の位相整合条件が
満たされた光路を通過する過程で、第1のレーザ光L1
の第4高調波である波長が約387nmのレーザ光が発
生し、第1のレーザ光L1及びこの第1のレーザ光L1
の第2高調波と共に、第2の非線形光学結晶12の外部
に出射されることになる。そして、第2の非線形光学結
晶12の外部に出射された第1のレーザ光L1、第1の
レーザ光L1の第2高調波、第1のレーザ光L1の第4
高調波は、次に、第3の非線形光学結晶13の内部に入
射することになる。
As the second nonlinear optical crystal 12, for example, LBO (LiB 3 O 5 ) is used. Inside the second nonlinear optical crystal 12, the second laser beam L1
When a higher harmonic wave (wavelength: about 774 nm) is incident, the second laser wave passes through an optical path in the second nonlinear optical crystal 12 where the phase matching condition is satisfied.
A laser beam having a wavelength of about 387 nm, which is the fourth harmonic, is generated, and the first laser beam L1 and the first laser beam L1
Is emitted to the outside of the second nonlinear optical crystal 12 together with the second harmonic. Then, the first laser light L1 emitted to the outside of the second nonlinear optical crystal 12, the second harmonic of the first laser light L1, and the fourth harmonic of the first laser light L1
The harmonic will then enter the interior of the third nonlinear optical crystal 13.

【0032】第3の非線形光学結晶13としては、例え
ばSBBO(Sr2Be227)等が用いられる。この
第3の非線形光学結晶13の内部に、第1のレーザ光L
1の第4高調波(波長約387nm)が入射すると、こ
の第4高調波が第3の非線形光学結晶13内部の位相整
合条件が満たされた光路を通過する過程で、第1のレー
ザ光L1の第8高調波である波長が約193nmのレー
ザ光が発生し、第1のレーザ光L1、第1のレーザ光L
1の第2高調波、第1のレーザ光L1の第4高調波と共
に、第3の非線形光学結晶13の外部に出射されること
になる。
As the third nonlinear optical crystal 13, for example, SBBO (Sr 2 Be 2 B 2 O 7 ) is used. Inside the third nonlinear optical crystal 13, a first laser beam L
When the first fourth harmonic (wavelength: about 387 nm) enters, the fourth harmonic passes through the optical path in the third nonlinear optical crystal 13 where the phase matching condition is satisfied. A laser beam having a wavelength of about 193 nm, which is the eighth harmonic of the first laser beam L1, the first laser beam L
The light is emitted outside the third nonlinear optical crystal 13 together with the first second harmonic and the fourth harmonic of the first laser light L1.

【0033】非線形波長変換光学系6は、以上のよう
に、各光学結晶11,12,13を用いた非線形波長変
換を順次行うことで、波長λ1が約1547nmの第1
のレーザ光L1の第8高調波である、波長λ4が約19
3nmの第4のレーザ光L4を発生させるようにしてい
る。
As described above, the nonlinear wavelength conversion optical system 6 sequentially performs the nonlinear wavelength conversion using each of the optical crystals 11, 12, and 13 so that the first wavelength having the wavelength λ1 of about 1547 nm is obtained.
The wavelength λ4, which is the eighth harmonic of the laser beam L1 of FIG.
The third laser beam L4 of 3 nm is generated.

【0034】なお、非線形波長変換光学系6の構成は、
以上の例に限定されるものではなく、基本波として入射
する第1のレーザ光L1に対する波長変換を適切に行え
るものであれば如何なる構成とされていてもよい。例え
ば、非線形波長変換光学系6は、図3に示すように、基
本波として入射する第1のレーザ光L1の第2高調波を
発生させる第4の非線形光学結晶(SHG)14と、第
1のレーザ光L1の第3高調波を発生させる第5の非線
形光学結晶(3HG)15と、第1のレーザ光L1の第
4高調波を発生させる第6の非線形光学結晶(4HG)
16と、第1のレーザ光L1の第7高調波を発生させる
第7の非線形光学結晶(7HG)17と、第1のレーザ
光L1の第8高調波を発生させる第8の非線形光学結晶
(8HG)18とを備え、これら各光学結晶14,1
5,16,17,18がインラインに配列された構成と
されていてもよい。
The configuration of the nonlinear wavelength conversion optical system 6 is as follows.
The configuration is not limited to the above example, and any configuration may be used as long as it can appropriately perform wavelength conversion on the first laser beam L1 incident as a fundamental wave. For example, as shown in FIG. 3, the nonlinear wavelength conversion optical system 6 includes a fourth nonlinear optical crystal (SHG) 14 that generates a second harmonic of the first laser beam L1 incident as a fundamental wave, Fifth nonlinear optical crystal (3HG) 15 for generating the third harmonic of the first laser light L1, and sixth nonlinear optical crystal (4HG) for generating the fourth harmonic of the first laser light L1
16, a seventh nonlinear optical crystal (7HG) 17 for generating the seventh harmonic of the first laser light L1, and an eighth nonlinear optical crystal (7HG) for generating the eighth harmonic of the first laser light L1 ( 8HG) 18 and each of these optical crystals 14, 1
5, 16, 17, and 18 may be arranged inline.

【0035】この図3に示す非線形波長変換光学系6に
おいて、第4の非線形光学結晶14としては、例えばL
BO(LiB35)等が用いられる。この第4の非線形
光学結晶14の内部に、波長λ1が約1547nmの第
1のレーザ光L1が基本波として入射すると、この基本
波である第1のレーザ光L1が第4の非線形光学結晶1
4内部の位相整合条件が満たされた光路を通過する過程
で、この第1のレーザ光L1の第2高調波である波長が
約774nmのレーザ光が発生し、第1のレーザ光L1
と共に第4の非線形光学結晶14の外部に出射されるこ
とになる。そして、第4の非線形光学結晶14の外部に
出射された第1のレーザ光L1と、この第1のレーザ光
L1の第2高調波であるレーザ光は、次に、第5の非線
形光学結晶15の内部に入射することになる。
In the nonlinear wavelength conversion optical system 6 shown in FIG. 3, as the fourth nonlinear optical crystal 14, for example, L
BO (LiB 3 O 5 ) or the like is used. When a first laser beam L1 having a wavelength λ1 of about 1547 nm is incident as a fundamental wave into the fourth nonlinear optical crystal 14, the first laser beam L1 as the fundamental wave is transmitted to the fourth nonlinear optical crystal 1.
In the process of passing through the optical path satisfying the phase matching condition inside 4, a laser beam having a wavelength of about 774 nm, which is the second harmonic of the first laser beam L1, is generated, and the first laser beam L1
At the same time, the light is emitted outside the fourth nonlinear optical crystal 14. Then, the first laser light L1 emitted to the outside of the fourth nonlinear optical crystal 14 and the laser light that is the second harmonic of the first laser light L1 are then converted to the fifth nonlinear optical crystal 14. 15 will be incident.

【0036】第5の非線形光学結晶15としては、例え
ばLBO(LiB35)等が用いられる。この第5の非
線形光学結晶15の内部に、第1のレーザ光L1と、第
1のレーザ光L1の第2高調波(波長約774nm)が
入射すると、これらの光の和周波混合過程において、第
1のレーザ光L1の第3高調波である波長が約516n
mのレーザ光が発生し、第1のレーザ光L1及びこの第
1のレーザ光L1の第2高調波と共に、第5の非線形光
学結晶15の外部に出射されることになる。そして、第
5の非線形光学結晶15の外部に出射された第1のレー
ザ光L1、第1のレーザ光L1の第2高調波、第1のレ
ーザ光L1の第3高調波は、次に、第6の非線形光学結
晶16の内部に入射することになる。
As the fifth nonlinear optical crystal 15, for example, LBO (LiB 3 O 5 ) or the like is used. When the first laser light L1 and the second harmonic (wavelength: about 774 nm) of the first laser light L1 enter the inside of the fifth nonlinear optical crystal 15, during the sum frequency mixing process of these lights, The wavelength of the third harmonic of the first laser beam L1 is about 516n.
m laser light is generated and emitted to the outside of the fifth nonlinear optical crystal 15 together with the first laser light L1 and the second harmonic of the first laser light L1. Then, the first laser light L1, the second harmonic of the first laser light L1, and the third harmonic of the first laser light L1 emitted to the outside of the fifth nonlinear optical crystal 15 are: The light enters the sixth nonlinear optical crystal 16.

【0037】第6の非線形光学結晶16としては、例え
ばLBO(LiB35)等が用いられる。この第6の非
線形光学結晶16の内部に、第1のレーザ光L1の第2
高調波(波長約774nm)が入射すると、この第2高
調波が第6の非線形光学結晶16内部の位相整合条件が
満たされた光路を通過する過程で、第1のレーザ光L1
の第4高調波である波長が約387nmのレーザ光が発
生し、第1のレーザ光L1、第1のレーザ光L1の第2
高調波、第1のレーザ光L1の第3高調波と共に、第6
の非線形光学結晶16の外部に出射されることになる。
そして、第6の非線形光学結晶16の外部に出射された
第1のレーザ光L1、第1のレーザ光L1の第2高調
波、第1のレーザ光L1の第3高調波、第1のレーザ光
L1の第4高調波は、次に、第7の非線形光学結晶17
の内部に入射することになる。
As the sixth nonlinear optical crystal 16, for example, LBO (LiB 3 O 5 ) is used. Inside the sixth nonlinear optical crystal 16, the second laser light L1
When a higher harmonic wave (wavelength: about 774 nm) is incident, the second laser wave passes through the optical path in the sixth nonlinear optical crystal 16 where the phase matching condition is satisfied.
Laser light having a wavelength of about 387 nm, which is the fourth harmonic of the first laser light L1, the second laser light L1
Along with the third harmonic of the first laser beam L1,
Is emitted to the outside of the nonlinear optical crystal 16.
Then, the first laser light L1, the second harmonic of the first laser light L1, the third harmonic of the first laser light L1, and the first laser light emitted to the outside of the sixth nonlinear optical crystal 16. The fourth harmonic of the light L1 is then transmitted to the seventh nonlinear optical crystal 17
Will be incident on the inside.

【0038】第7の非線形光学結晶17としては、例え
ばBBO(β−BaB24)等が用いられる。この第7
の非線形光学結晶17の内部に、第1のレーザ光L1の
第3高調波(波長約516nm)と、第1のレーザ光L
1の第4高調波(波長約387nm)が入射すると、こ
れらの光の和周波混合過程において、第1のレーザ光L
1の第7高調波である波長が約221nmのレーザ光が
発生し、第1のレーザ光L1、第1のレーザ光L1の第
2高調波、第1のレーザ光L1の第3高調波、第1のレ
ーザ光L1の第4高調波と共に、第7の非線形光学結晶
17の外部に出射されることになる。そして、第7の非
線形光学結晶17の外部に出射された第1のレーザ光L
1、第1のレーザ光L1の第2高調波、第1のレーザ光
L1の第3高調波、第1のレーザ光L1の第4高調波、
第1のレーザ光L1の第7高調波は、次に、第8の非線
形光学結晶18の内部に入射することになる。
As the seventh nonlinear optical crystal 17, for example, BBO (β-BaB 2 O 4 ) or the like is used. This seventh
Inside the nonlinear optical crystal 17, the third harmonic (wavelength: about 516 nm) of the first laser light L 1 and the first laser light L 1
When the first fourth harmonic (wavelength: about 387 nm) is incident, the first laser light L
A laser light having a wavelength of about 221 nm, which is the seventh harmonic of 1, is generated, and the first laser light L1, the second harmonic of the first laser light L1, the third harmonic of the first laser light L1, The light is emitted outside the seventh nonlinear optical crystal 17 together with the fourth harmonic of the first laser light L1. Then, the first laser light L emitted to the outside of the seventh nonlinear optical crystal 17
1, the second harmonic of the first laser light L1, the third harmonic of the first laser light L1, the fourth harmonic of the first laser light L1,
Next, the seventh harmonic of the first laser light L <b> 1 enters the inside of the eighth nonlinear optical crystal 18.

【0039】第8の非線形光学結晶18としては、例え
ばCLBO(CsLiB610)等が用いられる。この
第8の非線形光学結晶18の内部に、第1のレーザ光L
1(波長約1547nm)と、この第1のレーザ光L1
の第7高調波(波長約221nm)が入射すると、これ
らの光の和周波混合過程において、第1のレーザ光L1
の第8高調波である波長が約193nmのレーザ光が発
生し、第1のレーザ光L1、第1のレーザ光L1の第2
高調波、第1のレーザ光L1の第3高調波、第1のレー
ザ光L1の第4高調波、第1のレーザ光L1の第7高調
波と共に、第8の非線形光学結晶18の外部に出射され
ることになる。
As the eighth nonlinear optical crystal 18, for example, CLBO (CsLiB 6 O 10 ) is used. Inside the eighth nonlinear optical crystal 18, the first laser light L
1 (wavelength: about 1547 nm) and the first laser light L1
When the seventh harmonic (wavelength: about 221 nm) is incident on the first laser light L1 in the sum frequency mixing process of these lights.
A laser beam having a wavelength of about 193 nm, which is the eighth harmonic of the first laser light L1, the second laser light L1
Along with the harmonic, the third harmonic of the first laser light L1, the fourth harmonic of the first laser light L1, and the seventh harmonic of the first laser light L1, they are located outside the eighth nonlinear optical crystal 18. It will be emitted.

【0040】図3に示す非線形波長変換光学系6におい
ては、以上のように、各光学結晶14,15,16,1
7,18を用いた非線形波長変換を順次行うことで、波
長λ1が約1547nmの第1のレーザ光L1の第8高
調波である、波長λ4が約193nmの第4のレーザ光
L4を発生させるようにしている。
In the nonlinear wavelength conversion optical system 6 shown in FIG. 3, each of the optical crystals 14, 15, 16, 1
By sequentially performing the nonlinear wavelength conversion using the wavelengths 7 and 18, a fourth laser light L4 having a wavelength λ4 of about 193 nm, which is the eighth harmonic of the first laser light L1 having a wavelength λ1 of about 1547 nm, is generated. Like that.

【0041】本発明を適用したレーザ光発生装置1にお
いては、上述したように、パルス波の第1のレーザ光L
1に対して非線形波長変換光学系6により波長変換を行
って、例えば、波長λ4が約193nmの第4のレーザ
光L4を発生させるようにしており、基本波であるパル
ス波の第1のレーザ光L1が高いピークパワーを有して
いるので、単純な構成で極めて高い変換効率を得ること
が可能となる。
In the laser light generator 1 to which the present invention is applied, as described above, the first laser light L
1 is subjected to wavelength conversion by the nonlinear wavelength conversion optical system 6 to generate, for example, a fourth laser beam L4 having a wavelength λ4 of about 193 nm. Since the light L1 has a high peak power, it is possible to obtain extremely high conversion efficiency with a simple configuration.

【0042】すなわち、パルスレーザ光を基本波とする
非線形波長変換における変換効率はパルスレーザ光のピ
ークパワーに依存しており、「T.Ohtsuki,H.Kitano,H.K
awai,S.Owa,"Efficient 193 nm generation by eighth
harmonics of Er3+-doped fiber amplifier" Conferenc
e on Lasers and Electro-optics 2000 (CLEO2000),pos
tdeadline paper,paperCPD9 presented on May 11,200
0,in SanFrancisco,CA.」においては、波長が約154
7nmのパルスレーザ光(基本波)を波長変換して、波
長が約193nmの第8高調波を発生させるときに、基
本波のピークパワーが23kWの場合には7%もの変換
効率が得られ、基本波のピークパワーが10kWの場合
には1%の変換効率が得られることが報告されている。
That is, the conversion efficiency in non-linear wavelength conversion using a pulse laser beam as a fundamental wave depends on the peak power of the pulse laser beam, as described in T. Ohtsuki, H. Kitano, HK
awai, S.Owa, "Efficient 193 nm generation by eighth
harmonics of Er 3+ -doped fiber amplifier "Conferenc
e on Lasers and Electro-optics 2000 (CLEO2000), pos
tdeadline paper, paperCPD9 presented on May 11,200
0, in San Francisco, CA. "
When a 7-nm pulse laser beam (fundamental wave) is wavelength-converted to generate an eighth harmonic having a wavelength of about 193 nm, if the peak power of the fundamental wave is 23 kW, a conversion efficiency of as much as 7% can be obtained. It is reported that a conversion efficiency of 1% can be obtained when the peak power of the fundamental wave is 10 kW.

【0043】本発明を適用したレーザ光発生装置1にお
いては、上述したように、光パラメトリック増幅器5か
ら出射され、非線形波長変換光学系6に基本波として入
射するパルス波の第1のレーザ光L1は、例えば、14
kWのピークパワーが見込まれるので、仮に基本波のピ
ークパワーが14kWのときに1%の変換効率が見込ま
れるとすると、本発明を適用したレーザ光発生装置1に
より、出力35mWの第4のレーザ光L4(波長λ4が
約193nm)を発生させることが可能となる。
In the laser light generating apparatus 1 to which the present invention is applied, as described above, the first laser light L1 of the pulse wave emitted from the optical parametric amplifier 5 and incident on the nonlinear wavelength conversion optical system 6 as a fundamental wave. Is, for example, 14
Since the peak power of kW is expected, if the conversion efficiency of 1% is expected when the peak power of the fundamental wave is 14 kW, the fourth laser with the output of 35 mW is output by the laser light generator 1 to which the present invention is applied. It is possible to generate light L4 (wavelength λ4 is about 193 nm).

【0044】また、本発明を適用したレーザ光発生装置
1においては、自己位相変調のない光パラメトリック増
幅器5により第1のレーザ光L1を増幅するようにして
いるので、増幅の過程で干渉性が損なわれることがな
く、最終的に得られる第4のレーザ光L4も干渉性の高
い光とすることができる。したがって、このレーザ光発
生装置1から発生する第4のレーザ光L4は、開口数の
大きな対物レンズに入射させた場合でも色収差が発生し
にくく、また、繰り返し周波数も高いことから、スペッ
クルノイズの除去も容易であり、レーザ顕微鏡やこのレ
ーザ顕微鏡を用いた半導体検査装置における照明光とし
て非常に好適である。
Further, in the laser light generator 1 to which the present invention is applied, the first laser light L1 is amplified by the optical parametric amplifier 5 without self-phase modulation, so that the coherence is reduced in the amplification process. Without being impaired, the finally obtained fourth laser light L4 can also be light having high coherence. Therefore, the fourth laser light L4 generated from the laser light generating device 1 does not easily generate chromatic aberration even when it is incident on an objective lens having a large numerical aperture, and has a high repetition frequency. It is easy to remove and is very suitable as illumination light in a laser microscope or a semiconductor inspection device using this laser microscope.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明に係るレーザ光発生装置によれ
ば、シード光となる第1のレーザ光と、ポンプ光となる
パルス波の第2のレーザ光とを光パラメトリック増幅器
に入射させ、この光パラメトリック増幅器により増幅さ
れパルス波として出射された第1のレーザ光に対して非
線形波長変換を行って所定の波長の第4のレーザ光を得
るようにしているので、高出力、高繰り返しで干渉性の
良いレーザ光を発生させることができる。
According to the laser light generator of the present invention, the first laser light serving as seed light and the second laser light of pulse wave serving as pump light are made to enter the optical parametric amplifier. Since the first laser light amplified by the optical parametric amplifier and emitted as a pulse wave is subjected to non-linear wavelength conversion to obtain a fourth laser light of a predetermined wavelength, interference occurs with high output and high repetition. A good laser beam can be generated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用したレーザ光発生装置の概略構成
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a laser light generator to which the present invention is applied.

【図2】上記レーザ光発生装置が備える非線形波長変換
光学系の一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a nonlinear wavelength conversion optical system provided in the laser light generator.

【図3】上記レーザ光発生装置が備える非線形波長変換
光学系の他の例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing another example of the nonlinear wavelength conversion optical system provided in the laser light generator.

【図4】非線形光学素子を用いた波長変換によって短波
長のレーザ光を得る従来の方式を説明するための図であ
る。
FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional method of obtaining a short-wavelength laser beam by wavelength conversion using a nonlinear optical element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ光発生装置、 2 第1のレーザ光源、 3
第2のレーザ光源、4 波長選択性ミラー、 5 光
パラメトリック増幅器、 6 非線形波長変換光学系
Reference Signs List 1 laser light generator, 2 first laser light source, 3
Second laser light source, 4 wavelength selective mirror, 5 optical parametric amplifier, 6 nonlinear wavelength conversion optical system

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01S 3/094 H01S 5/12 3/11 H01L 21/30 515B 5/12 H01S 3/094 S Fターム(参考) 2H097 AA13 BA10 CA13 CA17 EA01 LA10 2K002 AA07 AB12 AB30 BA02 CA03 DA01 EA30 HA20 HA21 5F046 CA03 CA10 CB27 5F072 AB02 GG05 HH07 MM03 PP07 SS06 YY09 5F073 AA64 BA09 EA29 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (reference) H01S 3/094 H01S 5/12 3/11 H01L 21/30 515B 5/12 H01S 3/094 SF term (reference) 2H097 AA13 BA10 CA13 CA17 EA01 LA10 2K002 AA07 AB12 AB30 BA02 CA03 DA01 EA30 HA20 HA21 5F046 CA03 CA10 CB27 5F072 AB02 GG05 HH07 MM03 PP07 SS06 YY09 5F073 AA64 BA09 EA29

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シード光となる第1のレーザ光を出射す
る第1のレーザ光源と、 ポンプ光となるパルス波の第2のレーザ光を出射する第
2のレーザ光源と、 上記第1のレーザ光源から出射された第1のレーザ光と
上記第2のレーザ光源から出射された第2のレーザ光と
を同軸に合波する光学系と、 上記光学系により同軸に合波された第1のレーザ光及び
第2のレーザ光が入射され、上記第1のレーザ光の波長
をλ1、上記第2のレーザ光の波長をλ2としたとき
に、λ2とλ1の差周波混合過程によりλ3=1/
{(1/λ2)−(1/λ1)}を満たす波長λ3を有
する第3のレーザ光を出射すると共に、上記第1のレー
ザ光を増幅しパルス波として出射する光パラメトリック
増幅器と、 上記光パラメトリック増幅器により増幅されパルス波と
して出射された第1のレーザ光の波長変換を行って所定
の波長の第4のレーザ光を発生させる非線形波長変換手
段とを備えることを特徴とするレーザ光発生装置。
A first laser light source that emits a first laser light serving as a seed light; a second laser light source that emits a second laser light of a pulse wave serving as a pump light; An optical system for coaxially multiplexing the first laser light emitted from the laser light source and the second laser light emitted from the second laser light source; and a first optical system coaxially multiplexed by the optical system. When the wavelength of the first laser beam is λ1 and the wavelength of the second laser beam is λ2, λ3 = 2 is obtained by the difference frequency mixing process of λ2 and λ1. 1 /
An optical parametric amplifier that emits a third laser beam having a wavelength λ3 that satisfies {(1 / λ2) − (1 / λ1)}, amplifies the first laser beam, and emits it as a pulse wave; Non-linear wavelength conversion means for converting the wavelength of a first laser beam amplified by a parametric amplifier and emitted as a pulse wave to generate a fourth laser beam of a predetermined wavelength. .
【請求項2】 上記非線形波長変換手段は、上記光パラ
メトリック増幅器により増幅されパルス波として出射さ
れた第1のレーザ光の波長変換を行って、λ1の1/8
に相当する波長λ4を有する第4のレーザ光を発生させ
ることを特徴とする請求項1記載のレーザ光発生装置。
2. The non-linear wavelength converting means converts the wavelength of the first laser light amplified by the optical parametric amplifier and emitted as a pulse wave, and converts the wavelength into 1/8 of λ1.
The laser light generator according to claim 1, wherein a fourth laser light having a wavelength λ4 corresponding to the following is generated.
【請求項3】 上記第1のレーザ光の波長λ1が約15
47nmであり、上記第4のレーザ光の波長λ4が約1
93nmであることを特徴とする請求項2記載のレーザ
光発生装置。
3. The wavelength λ1 of the first laser beam is about 15
47 nm, and the wavelength λ4 of the fourth laser light is about 1
3. The laser beam generator according to claim 2, wherein the wavelength is 93 nm.
【請求項4】 上記第1のレーザ光源が半導体レーザよ
りなることを特徴とする請求項1記載のレーザ光発生装
置。
4. The laser light generator according to claim 1, wherein said first laser light source comprises a semiconductor laser.
【請求項5】 上記第1のレーザ光源が連続波の第1の
レーザ光を出射する半導体レーザよりなることを特徴と
する請求項4記載のレーザ光発生装置。
5. The laser light generator according to claim 4, wherein said first laser light source comprises a semiconductor laser for emitting a continuous wave first laser light.
【請求項6】 上記第2のレーザ光の波長λ2が約10
64nmであることを特徴とする請求項1記載のレーザ
光発生装置。
6. The wavelength λ2 of the second laser light is about 10
2. The laser beam generator according to claim 1, wherein the wavelength is 64 nm.
【請求項7】 上記第2のレーザ光源が半導体レーザに
よって励起される固体レーザよりなることを特徴とする
請求項1記載のレーザ光発生装置。
7. The laser light generator according to claim 1, wherein said second laser light source is a solid-state laser excited by a semiconductor laser.
【請求項8】 上記第2のレーザ光源がレーザ共振器内
に設けられ、外部の信号発生装置によって駆動されるQ
スイッチ素子によりパルス波のレーザ光を出射すること
を特徴とする請求項1記載のレーザ光発生装置。
8. The Q laser, wherein the second laser light source is provided in a laser resonator and driven by an external signal generator.
2. The laser light generator according to claim 1, wherein the switch element emits a pulsed laser light.
【請求項9】 上記第2のレーザ光源は、連続波の半導
体レーザによって励起され、10kHz以上のパルス繰
り返し周波数で動作することを特徴とする請求項7記載
のレーザ光発生装置。
9. The laser light generating apparatus according to claim 7, wherein said second laser light source is excited by a continuous wave semiconductor laser and operates at a pulse repetition frequency of 10 kHz or more.
【請求項10】 上記光パラメトリック増幅器より出射
される第3のレーザ光の波長λ3が約3407nmであ
ることを特徴とする請求項1記載のレーザ光発生装置。
10. The laser light generator according to claim 1, wherein the wavelength λ3 of the third laser light emitted from the optical parametric amplifier is about 3407 nm.
【請求項11】 上記光パラメトリック増幅器が、周期
的分極反転を施したニオブ酸リチウム又はタンタル酸リ
チウムよりなることを特徴とする請求項1記載のレーザ
光発生装置。
11. The laser light generator according to claim 1, wherein said optical parametric amplifier is made of periodically poled lithium niobate or lithium tantalate.
【請求項12】 上記光パラメトリック増幅器が、自然
複屈折によって位相整合条件を満たす非線形光学結晶よ
りなることを特徴とする請求項1記載のレーザ光発生装
置。
12. The laser light generator according to claim 1, wherein said optical parametric amplifier is made of a nonlinear optical crystal satisfying a phase matching condition by natural birefringence.
【請求項13】 上記第2のレーザ光源が、波長λ2に
おけるレーザ発振器と波長λ2のレーザ増幅器とが組み
合わされてなることを特徴とする請求項7記載のレーザ
光発生装置。
13. The laser light generating apparatus according to claim 7, wherein said second laser light source is a combination of a laser oscillator having a wavelength of λ2 and a laser amplifier having a wavelength of λ2.
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