JP2004079876A - 希土類添加光ファイバ、光増幅装置および光源装置、光源装置を用いた光治療装置、並びに光源装置を用いた露光装置 - Google Patents
希土類添加光ファイバ、光増幅装置および光源装置、光源装置を用いた光治療装置、並びに光源装置を用いた露光装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004079876A JP2004079876A JP2002240207A JP2002240207A JP2004079876A JP 2004079876 A JP2004079876 A JP 2004079876A JP 2002240207 A JP2002240207 A JP 2002240207A JP 2002240207 A JP2002240207 A JP 2002240207A JP 2004079876 A JP2004079876 A JP 2004079876A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- light source
- rare earth
- doped optical
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
【課題】非線形光学効果を抑制して高出力化を図った希土類添加光ファイバ、それを用いた光増幅装置および光源装置、並びに、光源装置を用いた光治療装置および露光装置を提供する。
【解決手段】１．５５μｍの動作波長での分散値が、正常分散領域にあるようにして四光波混合によるパラメトリック増幅を抑制するようにし、さらに、モードフィールド径ＭＦＤが６μｍ以上、あるいは、比屈折率差Δが１．５未満、あるいは、エルビウム濃度を１０００ｐｐｍ以上としてパラメトリック増幅以外の非線形光学効果を抑制し、また、曲げ損を考慮してカットオフ波長を、０．８μｍ以上としている。
【選択図】 図５
【解決手段】１．５５μｍの動作波長での分散値が、正常分散領域にあるようにして四光波混合によるパラメトリック増幅を抑制するようにし、さらに、モードフィールド径ＭＦＤが６μｍ以上、あるいは、比屈折率差Δが１．５未満、あるいは、エルビウム濃度を１０００ｐｐｍ以上としてパラメトリック増幅以外の非線形光学効果を抑制し、また、曲げ損を考慮してカットオフ波長を、０．８μｍ以上としている。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エルビウム添加光ファイバなどの希土類添加光ファイバ、それを用いた光増幅装置および光源装置、並びに、光源装置を用いた光治療装置および露光装置に関し、更に詳しくは、高出力増幅用ファイバに好適な希土類添加光ファイバ、高出力用の光増幅装置および光源装置、並びに、光治療装置および露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）伝送システムにおける大容量化の進展に伴って、エルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ増幅装置に対して、より高い光出力が求められている。
【０００３】
エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）において、高出力パルスを発生させるためには、非線形光学効果の抑制が大きな課題となる。
【０００４】
従来、この非線形光学効果を抑制する方法として、モードフィールド径ＭＦＤを拡大する方法やエルビウム濃度を高くしてファイバ長を短くする方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法では、非線形光学効果を充分に抑制することができず、更なる高出力化には対応できないという難点がある。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、非線形光学効果を抑制して高出力化を図った希土類添加光ファイバ、それを用いた光増幅装置および光源装置を提供することを目的とし、さらに、この光源装置を用いて構成される露光装置や光治療装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本件発明者らは、上述の目的を達成するために、鋭意研究した結果、従来のように、モードフィールド径の拡大およびエルビウムの高濃度化のみでは、非線形光学効果を抑制しきれず、さらに分散値を調整することによって、非線形光学効果を抑制できるとの知見を得て本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、モードフィールド径の拡大およびエルビウムの高濃度化によって非線形光学効果を抑制しようとすると、分散値が異常分散領域となり、このため、後述するように、四光波混合の位相整合条件が満たされ、パラメトリック増幅が生じているものと考えられ、非線形光学効果を抑制しきれないものである。そこで、本発明では、さらに、分散値を、正常分散領域になるように調整してパラメトリック増幅を抑制して高出力化を図るものであり、次のような構成を有している。
【０００９】
本発明の希土類添加光ファイバは、希土類元素が添加された高出力増幅用の希土類添加光ファイバであって、動作波長での分散値が、正常分散領域にあるものである。
【００１０】
ここで、高出力増幅用とは、当該希土類添加光ファイバが、増幅用ファイバとして用いられるものであって、その出力が高出力、例えば、２．５ｋＷ以上、好ましくは５ｋＷ以上、更に好ましくは、１０ｋＷ以上の高出力であることをいう。
【００１１】
なお、分散とは、材料分散および導波路分散の両者を合わせたものをいう。
【００１２】
本発明によると、動作波長での分散値が、正常分散領域にあるので、四光波混合の位相整合条件が満たされず、これによって、モードフィールド径の拡大およびエルビウムなどの希土類元素の高濃度化によって生じると考えられるパラメトリック増幅を抑制することができ、非線形光学効果を抑制して高出力化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の希土類添加光ファイバは、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバであって、動作波長での分散値が正常分散領域にあるとともに、モードフィールド径が、６μｍ以上である。
【００１４】
本発明によると、動作波長での分散値が、正常分散領域にあるので、四光波混合の位相整合条件が満たされず、パラメトリック増幅を抑制することができるとともに、動作波長でのモードフィールド径が、６μｍ以上であるので、ラマン散乱等の他の非線形光学効果を抑制して高出力化を図ることができる。
【００１５】
また、本発明の希土類添加光ファイバは、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバであって、動作波長での分散値が正常分散領域にあるとともに、比屈折率差が１．５未満である。
【００１６】
本発明によると、動作波長での分散値が、正常分散領域にあるので、四光波混合の位相整合条件が満たされず、パラメトリック増幅を抑制することができるとともに、比屈折率差が１．５未満であるので、従来例に比べて、モードフィールド径が大きいので、ラマン散乱等の他の非線形光学効果を抑制して高出力化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明の希土類添加光ファイバは、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバであって、動作波長での分散値が正常分散領域にあるとともに、希土類元素の濃度が１０００ｐｐｍ以上である。
【００１８】
本発明によると、動作波長での分散値が、正常分散領域にあるので、四光波混合の位相整合条件が満たされず、パラメトリック増幅を抑制することができるとともに、希土類元素の濃度が１０００ｐｐｍ以上であるので、従来例に比べて、希土類元素の濃度が高く、短尺化を図ることができ、ラマン散乱等の他の非線形光学効果を抑制して高出力化を図ることができる。
【００１９】
本発明の一実施態様においては、カットオフ波長が、０．８μｍ以上である。
【００２０】
本発明によると、カットオフ波長が、０．８μｍ以上であるので、曲げ損が大きくなって使用できないといったこともない。
【００２１】
本発明の好ましい実施態様においては、前記希土類元素がエルビウムである。
【００２２】
本発明によると、エルビウム添加光ファイバに好適に実施することができ、上述の本発明の作用効果を顕著に奏することができる。
【００２３】
本発明の光増幅装置は、励起光を出力する励起光源と、前記励起光によって信号光を増幅して出力する本発明の希土類添加光ファイバとを備えるものである。
【００２４】
本発明によると、本発明の希土類添加光ファイバを備えているので、パラメトリック増幅等の非線形光学効果を抑制して高出力の光増幅装置を提供できる。
【００２５】
本発明の光源装置は、電気信号を発生する信号発生器と、前記電気信号に基づいて、レーザ光を生成する半導体レーザと、前記半導体レーザからのレーザ光を増幅する希土類添加光ファイバ増幅器とを備える光源装置であって、前記希土類添加光ファイバ増幅器が、本発明の希土類添加光ファイバを備えるものである。
【００２６】
本発明によると、レーザ光を増幅する希土類添加光ファイバ増幅器は、本発明の希土類添加光ファイバを備えているので、パラメトリック増幅等の非線形光学効果を抑制して高出力の光源装置を提供できる。
【００２７】
本発明の一実施態様においては、前記電気信号がパルス状であり、前記半導体レーザは、パルス光を生成するものであり、前記希土類添加光ファイバ増幅器の前段に、別の希土類添加光ファイバ増幅器を備えている。
【００２８】
本発明によると、前段の希土類添加光ファイバ増幅器で増幅された高出力のパルス光を、本発明の希土類添加光ファイバを備える希土類添加光ファイバ増幅器で増幅するので、パラメトリック増幅等の非線形光学効果を抑制して高出力パルス光を得ることができる。
【００２９】
本発明の光治療装置は、上述した構成の光源装置と、この光源装置の出口部から出射される照射光を所定波長の治療用照射光に変換する波長変換器と、この波長変換器により変換された照射光を治療部位に導いて照射させる照射光学系とを備えて構成される。
【００３０】
また、本発明の露光装置は、上述した構成の光源装置と、この光源装置の出口部から出射される照射光を所定波長の照射光に変換する波長変換器と、所定の露光パターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、露光対象物を保持する対象物保持部と、光源装置の出口部から出射される照射光をマスク支持部に保持されたフォトマスクに照射させる照明光学系と、照明光学系を介してフォトマスクに照射されてここを通過した照射光を対象物保持部に保持された露光対象物に照射させる投影光学系とを備えて構成される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
先ず、本発明の希土類添加光ファイバに説明に先立って、図１のパルス増幅実験装置１０を用いて行なった増幅用光ファイバの評価実験について説明する。
【００３３】
このパルス増幅実験装置１０は、分布帰還型のレーザダイオード１１と、このレーザダイオード１１からパルス光を増幅するプリアンプ１２と、１．４８μｍの励起光源１３と、プリアンプ１２からバンドパスフィルタ１４および偏波コントローラ１５を介して与えられるパルス光と励起光源１３からの励起光とを合波する光合波器１６と、評価用の増幅用光ファイバ１７と、この増幅用光ファイバ１７で増幅されてレンズ１８およびバンドパスフィルタ１９を介して与えられるパルス光を検出するパワーメータ２０とを備えている。
【００３４】
このパルス増幅実験装置１０を用いて、下記の表１に示される各種パラメータのエルビウム添加光ファイバを作製してパルス増幅実験を行なって評価した。その結果を、表１に併せて示している。なお、評価した増幅用光ファイバ１７は、通信用の従来例のＥＤＦ、非線形光学効果を抑制するためにモードフィールド径およびエルビウム濃度を高めた比較例１〜３および本発明の実施例である。
【００３５】
【表１】
【００３６】
（従来例）
先ず、番号１の従来例は、通信の増幅に用いられる通常のＥＤＦであり、比屈折率差Δが大きく、モードフィールド径ＭＦＤが小さい。また、濃度消光が起こらないようにエルビウムの濃度も低く設定してある一般的なＥＤＦである。この従来例のＥＤＦは、分散値は、正常分散領域にあるものの、モードフィールド径が小さく、エルビウムの濃度も低いために、パラメトリック増幅は抑制できるものの、ラマン散乱等のその他の非線形光学効果を抑制することができず、高出力パルスを得られず、得られたパルス出力は、２．５ｋＷであった。
【００３７】
（比較例１）
番号２の比較例１は、非線形光学効果を抑制するために、モードフィールド径を拡大するとともに、エルビウムの濃度を高めた。これによって、４．４ｋＷのパルス出力が得られ、非線形光学効果の抑制が見られた。
【００３８】
（比較例２）
番号３の比較例２は、モードフィールド径を更に拡大するために、共添加元素としてボロンＢを加えた。モードフィールド径を拡大するために、ゲルマニウムＧｅ量を減らして比屈折率差Δを小さくしようとすると、ガラス製作が困難となるので、ボロンＢを加えることにより、ガラス製作を容易にして比屈折率差Δを小さくすることができた。この比較例２は、比較例１に比べてエルビウム濃度は低くいものの、モードフィールド径は、拡大されており、非線形光学効果の抑制が期待されたが、得られたパルス出力は、４．２ｋＷであった。
【００３９】
エルビウム濃度の低下とモードフィールド径の拡大とが相殺したものと考えられる。
【００４０】
（比較例３）
番号４の比較例３は、上述の比較例１に比べて、エルビウムの濃度を高めるとともに、モードフィールド径を拡大した。この比較例３では、１２．３ｋＷのパルス出力が得られた。
【００４１】
（実施例）
番号５の実施例は、本発明に係るものであって、動作波長である１．５５μｍでの分散が正常分散領域にあるものであり、モードフィールド径およびエルビウム濃度は、いずれも従来例より大きいものの、比較例３よりは、いずれも小さいものである。この実施例では、２０ｋＷという高いパルス出力が得られた。
【００４２】
このように実施例では、モードフィールド径が比較例１〜３よりも小さく、また、エルビウム濃度も比較例３に比べて低いにも拘わらず、いずれの比較例１〜３をも上回る２０ｋＷという高いパルス出力が得られたのは、分散が正常分散領域にあるために、四光波混合の位相整合条件が満たされず、パラメトリック増幅が抑制されたためであると考えられる。
【００４３】
比較例１〜３は、そのスペクトル形状から四光波混合の位相整合条件が満たされることにより生じるパラメトリック増幅が支配的であると考えられる。
【００４４】
図２は、比較例１のパルススペクトルであり、図３は、実施例のパルススペクトルである。
【００４５】
どちらも出力が飽和した時点のものであるが、両者のスペクトル形状には、違いが見られる。
【００４６】
実施例のスペクトルでは、帯域全体の持ち上がりが少なく、出力パルスに誘起されたラマンゲインが１６６０μｍ付近に見られる。一方、比較例１では、帯域全体の持ち上がりが大きく、ラマンゲインと特定できるようなスペクトルは、現れていない。また、出力パルスの両側にサイドローブが現れているのも特徴の一つである。このサイドローブは、パラメトリック増幅の影響であると考えられる。パラメトリック増幅は、誘導ラマン散乱等とは異なり、位相整合の度合によってその利得が大きく左右されるという特徴を有する。
【００４７】
なお、比較例１で見られるような特徴は、従来例および他の比較例２，３に共通に見られる特徴である。
【００４８】
以上のような結果から、分散が正常分散領域にある実施例では、四光波混合の位相整合条件は満たされず、誘導ラマン散乱が支配的であると思われるのに対して、従来例および比較例１〜３では、四光波混合の位相整合条件が満たされることにより、パラメトリック増幅が生じていると考えられ、実施例に比べて、モードフィールド径が大きく、しかも、エルビウム濃度が高い比較例３の出力パルスが低く抑えられる原因は、このパラメトリック増幅の影響であると考えられる。
【００４９】
本発明のエルビウム添加光ファイバは、動作波長での分散値が、正常分散領域にあり、このため、四光波混合による位相整合条件が満たされず、パラメトリック増幅を抑制することができるものである。
【００５０】
さらに、本発明のエルビウム添加光ファイバは、パラメトリック増幅以外の他の非線形光学効果も抑制するために、動作波長でのモードフィールド径が、６μｍ以上であり、あるいは、比屈折率差が１．５未満であり、あるいは、エルビウムの濃度が１０００ｐｐｍ以上である。
【００５１】
本発明のエルビウム添加光ファイバは、動作波長での分散値が、正常分散領域にあって、好ましくは、動作波長でのモードフィールド径が、６μｍ以上、比屈折率差が１．５未満、エルビウムの濃度が１０００ｐｐｍ以上である。
【００５２】
次に、モードフィールド径の拡大およびエルビウムの高濃度化に加えて、分散値も考慮した本発明のファイバパラメータの設定について説明する。
【００５３】
先ず、動作波長である１．５５μｍでの分散値を、正常分散にする比屈折率差Δ−カットオフ波長λｃの範囲を図４に示す。
【００５４】
この図４においては、比屈折率差Δ＝０．４，０．５，０．６，０．７に対してカットオフ波長λｃを設定した時の１．５５μｍの分散値を示している。
【００５５】
この図４に示されるように、カットオフ波長λｃを短波長側にシフトさせていくと、０．７μｍ付近で１．５５μｍでの分散値が極小となるのが分かる。但し、短波長側にカットオフ波長λｃをシフトさせていくと、曲げ損の影響が出てくる。
【００５６】
この図４から、各々の比屈折率差Δについて、１．５５μｍでの分散が正常分散になる範囲をピックアップし、カットオフ波長λｃ−モードフィールド径ＭＦＤのグラフにプロットしたものが、図５である。図５においては、図４で省略しているΔ＝０．８，０．９，１．０を併せて示している。
【００５７】
各々の比屈折率差Δの設定について、●より短波長側にカットオフ波長を設定した場合、１．５５μｍの分散が正常分散となり、▲より短波長側にカットオフ波長λｃを設定した場合には異常分散になる。したがって、１．５５μｍの分散が正常分散となるような比屈折率差Δとカットオフ波長λｃとの組み合わせは、図５の斜線領域となる。
【００５８】
曲げ損による影響は、経験的に、λｃ＝０．８μｍを境界とした。
【００５９】
したがって、高出力用のＥＤＦ用の比屈折率差Δとカットオフ波長λｃとの組み合わせの好ましい範囲は、図５の斜線領域の内、カットオフ波長λｃ＞０．８μｍの部分となる。また、カットオフ波長λｃは、λｃ＜１．１μｍであるのが好ましい。
【００６０】
実際に、比屈折率差Δとカットオフ波長λｃを設定する際には、さらに、モードフィールド径の拡大を考慮に入れる必要があり、上述のように、動作波長でのモードフィールド径が、６μｍ以上、あるいは、比屈折率差が１．５未満であるのが好ましい。さらに、モードフィールド径が、７μｍ以上、あるいは、比屈折率差が１．０未満であるのが好ましい。
【００６１】
したがって、斜線領域と曲げ損で制限された範囲内でもさらに図５の左上部分、例えば、比屈折率差Δ１．０以上の部分が非線形光学効果の抑制に適している。
【００６２】
図６は、本発明の光増幅装置に構成図である。
【００６３】
この実施の形態の光増幅装置１は、本発明のエルビウム添加光ファイバ２を備えており、このエルビウム添加光ファイバ２に対して信号光と同一方向から励起光を入射するための前方励起用の第１の励起光源３および第１の光合波器４を備えるとともに、信号光と逆方向から励起光を入射するための後方励起用の第２の励起光源５および第２の光合波器６を備える双方向励起型となっており、信号光の入力側および出力側には、それぞれ第１，第２の光アイソレータ７，８が設けられている。
【００６４】
第１，第２の励起光源３，５は、例えば、１．４８μｍの励起用レーザーダイオードである。
【００６５】
この実施の形態のＥＤＦ２は、比屈折率差Δを下げてモードフィールド径ＭＦＤを拡大するとともに、エルビウムＥｒの濃度を高くしており、さらに、パラメトリック増幅を抑制するために、動作波長である１．５５μｍでの分散が正常分散領域にあるものである。
【００６６】
この実施の形態の光増幅装置１によれば、パラメトリック増幅が抑制されるので、高出力の信号光を得ることができる。
【００６７】
図７は、本発明の希土類添加光ファイバを備える光源装置としてのパルス光源の構成図である。
【００６８】
この実施の形態のパルス光源２１は、矩形の電気パルス信号を発生するパルス発生器２２と、電気パルス信号に基づいて、矩形の光パルスを生成するレーザダイオード２３と、偏波コントローラ２４と、第１のエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）２５と、ＡＳＥ（雑音）を除去するためのバンドパスフィルタ２６と、本発明のエルビウム添加光ファイバを備える第２のエルビウムドープファイバ増幅器２７とを備えている。
【００６９】
このパルス光源では、パルス発生器２２で発生した矩形の電気パルス信号が、レーザダイオード２３によって矩形の光パルスに変換され、偏波コントローラ２４を介して第１のエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）２５に入力されて増幅されて増幅パルス光として出力される。第１のエルビウムドープファイバ増幅器２５からの増幅パルス光は、バンドパスフィルタ２６でＡＳＥ（雑音）が除去されて本発明の第２のエルビウムドープファイバ増幅器２７に入力されて増幅され、高いピークパワーのパルス光が出力される。
【００７０】
この実施の形態のパルス光源２１によれば、本発明のエルビウム添加光ファイバを用いているので、パラメトリック増幅を抑制できることになり、高出力のパルス光を得ることができる。
【００７１】
次に、このパルス光源２１を用いた本発明の光治療装置および露光装置について説明する。
【００７２】
（光治療装置）
上述した構成の本発明に係るパルス光源２１を用いて構成される光治療装置について、図８〜図１０を参照して以下に説明する。この光治療装置５０は、レーザ光を角膜に照射して表面のアブレーション（ＰＲＫ： Ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｋｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ）あるいは切開した角膜内部のアブレーション（ＬＡＳＩＫ： Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｒａｓｔｒｏｍａｌ Ｋｅｒａｔｏｍｉｌｅｕｓｉｓ）を行い、角膜の曲率もしくは凹凸を矯正して近眼、乱視などの治療を行なう装置である。
【００７３】
光治療装置５０は、図８に示すように基本的には、装置筐体５１内に、上述したパルス光源２１と、このパルス光源２１により増幅されて出力されるレーザ光を所望の波長のレーザ光に変換する波長変換装置６０と、波長変換装置６０により波長変換されたレーザ光を眼球ＥＹの角膜ＨＣの表面（治療部位）に導いて照射させる照射光学装置７０と、治療部位の観察を行う観察光学装置８０とを備えて構成される。装置筐体５１のベース部５２はＸ−Ｙ移動テーブル５３の上に配設されており、Ｘ−Ｙ移動テーブル５３により装置筐体５１全体が、図８において矢印Ｘ方向すなわち図面左右方向と、紙面に垂直なＹ方向とに移動させることが可能となっている。
【００７４】
パルス光源２１は上述したとおりの構成であり、その出力端４７から出力されるレーザ光が波長変換装置６０内において所望の波長（この装置では、角膜治療に適した波長１９３ｎｍであり、ＡｒＦエキシマレーザ光と同一波長）の治療用レーザ光に変換される。この波長変換装置６０の構成を図９に示しており、パルス光源２１の出力端４７から射出される所定波長（この実施形態では、波長１．５４４μｍ）の基本波を、非線形光学結晶を用いて８倍波（高調波）に波長変換して、ＡｒＦエキシマレーザと同じ波長である１９３ｎｍの紫外光を発生する構成例を示している。出力端４７から出力される波長１．５４４μｍ（周波数ω）の基本波は、非線形光学結晶６１，６２，６３を図中左から右に向かって透過して出力される。なお、非線形光学結晶６１，６２，６３の間には、図示のように集光レンズ６４，６５が配設されている。
【００７５】
これら基本波が非線形光学結晶６１を通る際に、２次高調波発生により基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の７７２ｎｍ）の２倍波が発生する。発生した２倍波は右方向へ進み、次の非線形光学結晶６２に入射する。ここで再び第２次高調波発生を行い、入射波の周波数２ωの２倍、すなわち基本波に対し４倍の周波数４ω（波長は１／４の３８６ｎｍ）をもつ４倍波が発生する。発生した４倍波はさらに右の非線形光学結晶６３に進み、ここで再び第２次高調波発生を行い、入射波の周波数４ωの２倍、すなわち基本波に対し８倍の周波数８ωを有する８倍波（波長は１／８の１９３ｎｍ）を発生する。
【００７６】
前記波長変換に使用する非線形光学結晶としては、例えば基本波から２倍波への変換を行う非線形光学結晶６１にはＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶を、２倍波から４倍波への変換を行う非線形光学結晶６２にはＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶を、４倍波から８倍波への変換を行う非線形光学結晶６３にはＳｒ２Ｂｅ２Ｂ２Ｏ７（ＳＢＢＯ）結晶を使用する。ここで、ＬＢＯ結晶を使用した基本波から２倍波への変換には、波長変換のための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、Ｎｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ：ＮＣＰＭを使用する。ＮＣＰＭは、非線形光学結晶内での基本波と第二高調波との角度ずれ（Ｗａｌｋ−ｏｆｆ）が起こらないため高効率で２倍波への変換を可能にし、また発生した２倍波はＷａｌｋ−ｏｆｆによるビームの変形も受けないため有利である。
【００７７】
このようにして波長変換装置６０において波長変換されて出力される波長１９３ｎｍのレーザ光（ＡｒＦエキシマレーザ光の波長と同一となるレーザ光）を、眼球ＥＹの角膜ＨＣの表面に導いてここに照射させる照射光学装置７０および観察光学装置８０について、説明する。なお、パルス光源２１においては、固体レーザを１．５１μｍ〜１．５９μｍの範囲内に発振波長を持つＤＦＢ半導体レーザもしくはファイバーレーザから構成しているので、波長変換装置６０により、固体レーザからの上記波長のレーザ光は、１８９ｎｍ〜１９９ｎｍの範囲内となる８倍高調波を有したレーザ光に変換されて出力される。このようにこのレーザ光はＡｒＦエキシマレーザ光と略同一の波長のレーザ光であるが、そのパルス発振の繰り返し周波数は１００ｋＨｚと非常に高いものとなっている。
【００７８】
この照射光学装置７０および観察光学装置８０の構成を図１０に示している。照射光学装置７０は、上記パルス光源２１からの光を波長変換装置６０により波長変換して得られた波長１９３ｎｍのレーザ光を細いビーム状に集光する集光レンズ７１と、このように集光されたビーム状レーザ光を反射させて治療対象となる眼球ＥＹの角膜ＨＣの表面に照射させるダイクロイック・ミラー７２とを有して構成される。これにより、角膜ＨＣの表面にレーザ光がスポット光として照射され、この部分の蒸散を行わせる。このとき、Ｘ−Ｙ移動テーブル５３により、装置筐体５１全体をＸ方向およびＹ方向に移動させて角膜ＨＣの表面上に照射されるレーザ光スポットを走査移動させ、角膜表面のアブレーションを行い、近視、乱視、遠視等の治療を行う。
【００７９】
このような治療は、眼科医等の術者が観察光学装置８０を介して目視観察しながらＸ−Ｙ移動テーブル５３の作動を制御して行われる。この観察光学装置８０は、治療対象となる眼球ＥＹの角膜ＨＣの表面を照明する照明ランプ８５と、照明ランプ８５により照明された角膜ＨＣからの光をダイクロイック・ミラー７２を透過して受ける対物レンズ８１と、対物レンズ８１からの光を反射させるプリズム８２と、この光を受ける接眼レンズ８３とから構成され、接眼レンズ８３を通して角膜ＨＣの拡大像を観察できるようになっている。
【００８０】
（露光装置）
次に、上述したパルス光源２１を用いて構成され、半導体製造工程の一つであるフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置１００について、図１１を参照して説明する。光リソグラフィ工程で使用される露光装置は、原理的には写真製版と同じであり、フォトマスク（レチクル）上に精密に描かれたデバイスパターンを、フォトレジストを塗布した半導体ウエハーやガラス基板などの上に光学的に投影して転写する。この露光装置１００は、上述したパルス光源２１と、波長変換装置１０１と、照明光学系１０２と、フォトマスク（レチクル）１１０を支持するマスク支持台１０３と、投影光学系１０４と、半導体ウエハ１１５を載置保持する載置台１０５と、載置台１０５を水平移動させる駆動装置１０６とを備えて構成される。
【００８１】
この露光装置１００においては、上述したとおりのパルス光源２１の出力端４７から出力されるレーザ光が波長変換装置１０１に入力され、ここで半導体ウエハ１１５の露光に必要とされる波長のレーザ光に波長変換される。このように波長変換されたレーザ光は、複数のレンズから構成される照明光学系１０２に入力され、ここを通ってマスク支持台１０３に支持されたフォトマスク１１０の全面に照射される。このように照射されてフォトマスク１１０を通過した光は、フォトマスク１１０に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系１０４を介して載置台１０５に載置された半導体ウエハ１１５の所定位置に照射される。このとき、投影光学系１０４によりフォトマスク１１０のデバイスパターンの像が半導体ウエハ１１５の上に縮小されて結像露光される。
【００８２】
（その他の実施の形態）
本発明の光源装置は、パルス光源に限らず、連続光を出力するＣＷ光源に適用してもよい。
【００８３】
上述の実施の形態では、エルビウムＥｒを添加した光ファイバに適用して説明したけれども、ＹｂやＮｄなどの他の希土類元素を添加した光ファイバに適用してもよい。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、動作波長での分散値が、正常分散領域にあるので、四光波混合の位相整合条件が満たされず、これによって、パラメトリック増幅を抑制することができ、非線形光学効果を抑制して高出力化を図ることができる。
【００８５】
さらに、モードフィールド径の拡大および希土類元素の高濃度化によって、ラマン散乱等の他の非線形光学効果を抑制して高出力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】増幅用光ファイバを評価するためのパルス増幅実験装置の構成図である。
【図２】比較例１のパルススペクトルである。
【図３】実施例のパルススペクトルである。
【図４】１．５５μｍでの分散値を、正常分散にする比屈折率差Δ−カットオフ波長λｃの範囲を示す図である。
【図５】カットオフ波長λｃ−モードフィールド径ＭＦＤの関係を示す図である。
【図６】本発明の光増幅装置の構成図である。
【図７】本発明のパルス光源の構成図である。
【図８】本発明の光治療装置の構成を示す概略図である。
【図９】光治療装置を構成する波長変換装置の構成を示す概略図である。
【図１０】光治療装置を構成する照射光学装置および観察光学装置の構成を示す概略図である。
【図１１】本発明の露光装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 光増幅装置
２ ＥＤＦ
１０ パルス増幅実験装置
２１ パルス光源
２５，２７ ＥＤＦＡ
５０ 光治療装置
６０ 波長変換装置
７０ 照射光学装置
８０ 観察光学装置
１００ 露光装置
１０１ 波長変換装置
１０２ 照明光学系
１０３ マスク支持台
１０４ 投影光学系
１１０ フォトマスク（レチクル）
１１５ 半導体ウエハ
【発明の属する技術分野】
本発明は、エルビウム添加光ファイバなどの希土類添加光ファイバ、それを用いた光増幅装置および光源装置、並びに、光源装置を用いた光治療装置および露光装置に関し、更に詳しくは、高出力増幅用ファイバに好適な希土類添加光ファイバ、高出力用の光増幅装置および光源装置、並びに、光治療装置および露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）伝送システムにおける大容量化の進展に伴って、エルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ増幅装置に対して、より高い光出力が求められている。
【０００３】
エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）において、高出力パルスを発生させるためには、非線形光学効果の抑制が大きな課題となる。
【０００４】
従来、この非線形光学効果を抑制する方法として、モードフィールド径ＭＦＤを拡大する方法やエルビウム濃度を高くしてファイバ長を短くする方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法では、非線形光学効果を充分に抑制することができず、更なる高出力化には対応できないという難点がある。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、非線形光学効果を抑制して高出力化を図った希土類添加光ファイバ、それを用いた光増幅装置および光源装置を提供することを目的とし、さらに、この光源装置を用いて構成される露光装置や光治療装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本件発明者らは、上述の目的を達成するために、鋭意研究した結果、従来のように、モードフィールド径の拡大およびエルビウムの高濃度化のみでは、非線形光学効果を抑制しきれず、さらに分散値を調整することによって、非線形光学効果を抑制できるとの知見を得て本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、モードフィールド径の拡大およびエルビウムの高濃度化によって非線形光学効果を抑制しようとすると、分散値が異常分散領域となり、このため、後述するように、四光波混合の位相整合条件が満たされ、パラメトリック増幅が生じているものと考えられ、非線形光学効果を抑制しきれないものである。そこで、本発明では、さらに、分散値を、正常分散領域になるように調整してパラメトリック増幅を抑制して高出力化を図るものであり、次のような構成を有している。
【０００９】
本発明の希土類添加光ファイバは、希土類元素が添加された高出力増幅用の希土類添加光ファイバであって、動作波長での分散値が、正常分散領域にあるものである。
【００１０】
ここで、高出力増幅用とは、当該希土類添加光ファイバが、増幅用ファイバとして用いられるものであって、その出力が高出力、例えば、２．５ｋＷ以上、好ましくは５ｋＷ以上、更に好ましくは、１０ｋＷ以上の高出力であることをいう。
【００１１】
なお、分散とは、材料分散および導波路分散の両者を合わせたものをいう。
【００１２】
本発明によると、動作波長での分散値が、正常分散領域にあるので、四光波混合の位相整合条件が満たされず、これによって、モードフィールド径の拡大およびエルビウムなどの希土類元素の高濃度化によって生じると考えられるパラメトリック増幅を抑制することができ、非線形光学効果を抑制して高出力化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の希土類添加光ファイバは、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバであって、動作波長での分散値が正常分散領域にあるとともに、モードフィールド径が、６μｍ以上である。
【００１４】
本発明によると、動作波長での分散値が、正常分散領域にあるので、四光波混合の位相整合条件が満たされず、パラメトリック増幅を抑制することができるとともに、動作波長でのモードフィールド径が、６μｍ以上であるので、ラマン散乱等の他の非線形光学効果を抑制して高出力化を図ることができる。
【００１５】
また、本発明の希土類添加光ファイバは、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバであって、動作波長での分散値が正常分散領域にあるとともに、比屈折率差が１．５未満である。
【００１６】
本発明によると、動作波長での分散値が、正常分散領域にあるので、四光波混合の位相整合条件が満たされず、パラメトリック増幅を抑制することができるとともに、比屈折率差が１．５未満であるので、従来例に比べて、モードフィールド径が大きいので、ラマン散乱等の他の非線形光学効果を抑制して高出力化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明の希土類添加光ファイバは、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバであって、動作波長での分散値が正常分散領域にあるとともに、希土類元素の濃度が１０００ｐｐｍ以上である。
【００１８】
本発明によると、動作波長での分散値が、正常分散領域にあるので、四光波混合の位相整合条件が満たされず、パラメトリック増幅を抑制することができるとともに、希土類元素の濃度が１０００ｐｐｍ以上であるので、従来例に比べて、希土類元素の濃度が高く、短尺化を図ることができ、ラマン散乱等の他の非線形光学効果を抑制して高出力化を図ることができる。
【００１９】
本発明の一実施態様においては、カットオフ波長が、０．８μｍ以上である。
【００２０】
本発明によると、カットオフ波長が、０．８μｍ以上であるので、曲げ損が大きくなって使用できないといったこともない。
【００２１】
本発明の好ましい実施態様においては、前記希土類元素がエルビウムである。
【００２２】
本発明によると、エルビウム添加光ファイバに好適に実施することができ、上述の本発明の作用効果を顕著に奏することができる。
【００２３】
本発明の光増幅装置は、励起光を出力する励起光源と、前記励起光によって信号光を増幅して出力する本発明の希土類添加光ファイバとを備えるものである。
【００２４】
本発明によると、本発明の希土類添加光ファイバを備えているので、パラメトリック増幅等の非線形光学効果を抑制して高出力の光増幅装置を提供できる。
【００２５】
本発明の光源装置は、電気信号を発生する信号発生器と、前記電気信号に基づいて、レーザ光を生成する半導体レーザと、前記半導体レーザからのレーザ光を増幅する希土類添加光ファイバ増幅器とを備える光源装置であって、前記希土類添加光ファイバ増幅器が、本発明の希土類添加光ファイバを備えるものである。
【００２６】
本発明によると、レーザ光を増幅する希土類添加光ファイバ増幅器は、本発明の希土類添加光ファイバを備えているので、パラメトリック増幅等の非線形光学効果を抑制して高出力の光源装置を提供できる。
【００２７】
本発明の一実施態様においては、前記電気信号がパルス状であり、前記半導体レーザは、パルス光を生成するものであり、前記希土類添加光ファイバ増幅器の前段に、別の希土類添加光ファイバ増幅器を備えている。
【００２８】
本発明によると、前段の希土類添加光ファイバ増幅器で増幅された高出力のパルス光を、本発明の希土類添加光ファイバを備える希土類添加光ファイバ増幅器で増幅するので、パラメトリック増幅等の非線形光学効果を抑制して高出力パルス光を得ることができる。
【００２９】
本発明の光治療装置は、上述した構成の光源装置と、この光源装置の出口部から出射される照射光を所定波長の治療用照射光に変換する波長変換器と、この波長変換器により変換された照射光を治療部位に導いて照射させる照射光学系とを備えて構成される。
【００３０】
また、本発明の露光装置は、上述した構成の光源装置と、この光源装置の出口部から出射される照射光を所定波長の照射光に変換する波長変換器と、所定の露光パターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、露光対象物を保持する対象物保持部と、光源装置の出口部から出射される照射光をマスク支持部に保持されたフォトマスクに照射させる照明光学系と、照明光学系を介してフォトマスクに照射されてここを通過した照射光を対象物保持部に保持された露光対象物に照射させる投影光学系とを備えて構成される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
先ず、本発明の希土類添加光ファイバに説明に先立って、図１のパルス増幅実験装置１０を用いて行なった増幅用光ファイバの評価実験について説明する。
【００３３】
このパルス増幅実験装置１０は、分布帰還型のレーザダイオード１１と、このレーザダイオード１１からパルス光を増幅するプリアンプ１２と、１．４８μｍの励起光源１３と、プリアンプ１２からバンドパスフィルタ１４および偏波コントローラ１５を介して与えられるパルス光と励起光源１３からの励起光とを合波する光合波器１６と、評価用の増幅用光ファイバ１７と、この増幅用光ファイバ１７で増幅されてレンズ１８およびバンドパスフィルタ１９を介して与えられるパルス光を検出するパワーメータ２０とを備えている。
【００３４】
このパルス増幅実験装置１０を用いて、下記の表１に示される各種パラメータのエルビウム添加光ファイバを作製してパルス増幅実験を行なって評価した。その結果を、表１に併せて示している。なお、評価した増幅用光ファイバ１７は、通信用の従来例のＥＤＦ、非線形光学効果を抑制するためにモードフィールド径およびエルビウム濃度を高めた比較例１〜３および本発明の実施例である。
【００３５】
【表１】
（従来例）
先ず、番号１の従来例は、通信の増幅に用いられる通常のＥＤＦであり、比屈折率差Δが大きく、モードフィールド径ＭＦＤが小さい。また、濃度消光が起こらないようにエルビウムの濃度も低く設定してある一般的なＥＤＦである。この従来例のＥＤＦは、分散値は、正常分散領域にあるものの、モードフィールド径が小さく、エルビウムの濃度も低いために、パラメトリック増幅は抑制できるものの、ラマン散乱等のその他の非線形光学効果を抑制することができず、高出力パルスを得られず、得られたパルス出力は、２．５ｋＷであった。
【００３７】
（比較例１）
番号２の比較例１は、非線形光学効果を抑制するために、モードフィールド径を拡大するとともに、エルビウムの濃度を高めた。これによって、４．４ｋＷのパルス出力が得られ、非線形光学効果の抑制が見られた。
【００３８】
（比較例２）
番号３の比較例２は、モードフィールド径を更に拡大するために、共添加元素としてボロンＢを加えた。モードフィールド径を拡大するために、ゲルマニウムＧｅ量を減らして比屈折率差Δを小さくしようとすると、ガラス製作が困難となるので、ボロンＢを加えることにより、ガラス製作を容易にして比屈折率差Δを小さくすることができた。この比較例２は、比較例１に比べてエルビウム濃度は低くいものの、モードフィールド径は、拡大されており、非線形光学効果の抑制が期待されたが、得られたパルス出力は、４．２ｋＷであった。
【００３９】
エルビウム濃度の低下とモードフィールド径の拡大とが相殺したものと考えられる。
【００４０】
（比較例３）
番号４の比較例３は、上述の比較例１に比べて、エルビウムの濃度を高めるとともに、モードフィールド径を拡大した。この比較例３では、１２．３ｋＷのパルス出力が得られた。
【００４１】
（実施例）
番号５の実施例は、本発明に係るものであって、動作波長である１．５５μｍでの分散が正常分散領域にあるものであり、モードフィールド径およびエルビウム濃度は、いずれも従来例より大きいものの、比較例３よりは、いずれも小さいものである。この実施例では、２０ｋＷという高いパルス出力が得られた。
【００４２】
このように実施例では、モードフィールド径が比較例１〜３よりも小さく、また、エルビウム濃度も比較例３に比べて低いにも拘わらず、いずれの比較例１〜３をも上回る２０ｋＷという高いパルス出力が得られたのは、分散が正常分散領域にあるために、四光波混合の位相整合条件が満たされず、パラメトリック増幅が抑制されたためであると考えられる。
【００４３】
比較例１〜３は、そのスペクトル形状から四光波混合の位相整合条件が満たされることにより生じるパラメトリック増幅が支配的であると考えられる。
【００４４】
図２は、比較例１のパルススペクトルであり、図３は、実施例のパルススペクトルである。
【００４５】
どちらも出力が飽和した時点のものであるが、両者のスペクトル形状には、違いが見られる。
【００４６】
実施例のスペクトルでは、帯域全体の持ち上がりが少なく、出力パルスに誘起されたラマンゲインが１６６０μｍ付近に見られる。一方、比較例１では、帯域全体の持ち上がりが大きく、ラマンゲインと特定できるようなスペクトルは、現れていない。また、出力パルスの両側にサイドローブが現れているのも特徴の一つである。このサイドローブは、パラメトリック増幅の影響であると考えられる。パラメトリック増幅は、誘導ラマン散乱等とは異なり、位相整合の度合によってその利得が大きく左右されるという特徴を有する。
【００４７】
なお、比較例１で見られるような特徴は、従来例および他の比較例２，３に共通に見られる特徴である。
【００４８】
以上のような結果から、分散が正常分散領域にある実施例では、四光波混合の位相整合条件は満たされず、誘導ラマン散乱が支配的であると思われるのに対して、従来例および比較例１〜３では、四光波混合の位相整合条件が満たされることにより、パラメトリック増幅が生じていると考えられ、実施例に比べて、モードフィールド径が大きく、しかも、エルビウム濃度が高い比較例３の出力パルスが低く抑えられる原因は、このパラメトリック増幅の影響であると考えられる。
【００４９】
本発明のエルビウム添加光ファイバは、動作波長での分散値が、正常分散領域にあり、このため、四光波混合による位相整合条件が満たされず、パラメトリック増幅を抑制することができるものである。
【００５０】
さらに、本発明のエルビウム添加光ファイバは、パラメトリック増幅以外の他の非線形光学効果も抑制するために、動作波長でのモードフィールド径が、６μｍ以上であり、あるいは、比屈折率差が１．５未満であり、あるいは、エルビウムの濃度が１０００ｐｐｍ以上である。
【００５１】
本発明のエルビウム添加光ファイバは、動作波長での分散値が、正常分散領域にあって、好ましくは、動作波長でのモードフィールド径が、６μｍ以上、比屈折率差が１．５未満、エルビウムの濃度が１０００ｐｐｍ以上である。
【００５２】
次に、モードフィールド径の拡大およびエルビウムの高濃度化に加えて、分散値も考慮した本発明のファイバパラメータの設定について説明する。
【００５３】
先ず、動作波長である１．５５μｍでの分散値を、正常分散にする比屈折率差Δ−カットオフ波長λｃの範囲を図４に示す。
【００５４】
この図４においては、比屈折率差Δ＝０．４，０．５，０．６，０．７に対してカットオフ波長λｃを設定した時の１．５５μｍの分散値を示している。
【００５５】
この図４に示されるように、カットオフ波長λｃを短波長側にシフトさせていくと、０．７μｍ付近で１．５５μｍでの分散値が極小となるのが分かる。但し、短波長側にカットオフ波長λｃをシフトさせていくと、曲げ損の影響が出てくる。
【００５６】
この図４から、各々の比屈折率差Δについて、１．５５μｍでの分散が正常分散になる範囲をピックアップし、カットオフ波長λｃ−モードフィールド径ＭＦＤのグラフにプロットしたものが、図５である。図５においては、図４で省略しているΔ＝０．８，０．９，１．０を併せて示している。
【００５７】
各々の比屈折率差Δの設定について、●より短波長側にカットオフ波長を設定した場合、１．５５μｍの分散が正常分散となり、▲より短波長側にカットオフ波長λｃを設定した場合には異常分散になる。したがって、１．５５μｍの分散が正常分散となるような比屈折率差Δとカットオフ波長λｃとの組み合わせは、図５の斜線領域となる。
【００５８】
曲げ損による影響は、経験的に、λｃ＝０．８μｍを境界とした。
【００５９】
したがって、高出力用のＥＤＦ用の比屈折率差Δとカットオフ波長λｃとの組み合わせの好ましい範囲は、図５の斜線領域の内、カットオフ波長λｃ＞０．８μｍの部分となる。また、カットオフ波長λｃは、λｃ＜１．１μｍであるのが好ましい。
【００６０】
実際に、比屈折率差Δとカットオフ波長λｃを設定する際には、さらに、モードフィールド径の拡大を考慮に入れる必要があり、上述のように、動作波長でのモードフィールド径が、６μｍ以上、あるいは、比屈折率差が１．５未満であるのが好ましい。さらに、モードフィールド径が、７μｍ以上、あるいは、比屈折率差が１．０未満であるのが好ましい。
【００６１】
したがって、斜線領域と曲げ損で制限された範囲内でもさらに図５の左上部分、例えば、比屈折率差Δ１．０以上の部分が非線形光学効果の抑制に適している。
【００６２】
図６は、本発明の光増幅装置に構成図である。
【００６３】
この実施の形態の光増幅装置１は、本発明のエルビウム添加光ファイバ２を備えており、このエルビウム添加光ファイバ２に対して信号光と同一方向から励起光を入射するための前方励起用の第１の励起光源３および第１の光合波器４を備えるとともに、信号光と逆方向から励起光を入射するための後方励起用の第２の励起光源５および第２の光合波器６を備える双方向励起型となっており、信号光の入力側および出力側には、それぞれ第１，第２の光アイソレータ７，８が設けられている。
【００６４】
第１，第２の励起光源３，５は、例えば、１．４８μｍの励起用レーザーダイオードである。
【００６５】
この実施の形態のＥＤＦ２は、比屈折率差Δを下げてモードフィールド径ＭＦＤを拡大するとともに、エルビウムＥｒの濃度を高くしており、さらに、パラメトリック増幅を抑制するために、動作波長である１．５５μｍでの分散が正常分散領域にあるものである。
【００６６】
この実施の形態の光増幅装置１によれば、パラメトリック増幅が抑制されるので、高出力の信号光を得ることができる。
【００６７】
図７は、本発明の希土類添加光ファイバを備える光源装置としてのパルス光源の構成図である。
【００６８】
この実施の形態のパルス光源２１は、矩形の電気パルス信号を発生するパルス発生器２２と、電気パルス信号に基づいて、矩形の光パルスを生成するレーザダイオード２３と、偏波コントローラ２４と、第１のエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）２５と、ＡＳＥ（雑音）を除去するためのバンドパスフィルタ２６と、本発明のエルビウム添加光ファイバを備える第２のエルビウムドープファイバ増幅器２７とを備えている。
【００６９】
このパルス光源では、パルス発生器２２で発生した矩形の電気パルス信号が、レーザダイオード２３によって矩形の光パルスに変換され、偏波コントローラ２４を介して第１のエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）２５に入力されて増幅されて増幅パルス光として出力される。第１のエルビウムドープファイバ増幅器２５からの増幅パルス光は、バンドパスフィルタ２６でＡＳＥ（雑音）が除去されて本発明の第２のエルビウムドープファイバ増幅器２７に入力されて増幅され、高いピークパワーのパルス光が出力される。
【００７０】
この実施の形態のパルス光源２１によれば、本発明のエルビウム添加光ファイバを用いているので、パラメトリック増幅を抑制できることになり、高出力のパルス光を得ることができる。
【００７１】
次に、このパルス光源２１を用いた本発明の光治療装置および露光装置について説明する。
【００７２】
（光治療装置）
上述した構成の本発明に係るパルス光源２１を用いて構成される光治療装置について、図８〜図１０を参照して以下に説明する。この光治療装置５０は、レーザ光を角膜に照射して表面のアブレーション（ＰＲＫ： Ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｋｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ）あるいは切開した角膜内部のアブレーション（ＬＡＳＩＫ： Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｒａｓｔｒｏｍａｌ Ｋｅｒａｔｏｍｉｌｅｕｓｉｓ）を行い、角膜の曲率もしくは凹凸を矯正して近眼、乱視などの治療を行なう装置である。
【００７３】
光治療装置５０は、図８に示すように基本的には、装置筐体５１内に、上述したパルス光源２１と、このパルス光源２１により増幅されて出力されるレーザ光を所望の波長のレーザ光に変換する波長変換装置６０と、波長変換装置６０により波長変換されたレーザ光を眼球ＥＹの角膜ＨＣの表面（治療部位）に導いて照射させる照射光学装置７０と、治療部位の観察を行う観察光学装置８０とを備えて構成される。装置筐体５１のベース部５２はＸ−Ｙ移動テーブル５３の上に配設されており、Ｘ−Ｙ移動テーブル５３により装置筐体５１全体が、図８において矢印Ｘ方向すなわち図面左右方向と、紙面に垂直なＹ方向とに移動させることが可能となっている。
【００７４】
パルス光源２１は上述したとおりの構成であり、その出力端４７から出力されるレーザ光が波長変換装置６０内において所望の波長（この装置では、角膜治療に適した波長１９３ｎｍであり、ＡｒＦエキシマレーザ光と同一波長）の治療用レーザ光に変換される。この波長変換装置６０の構成を図９に示しており、パルス光源２１の出力端４７から射出される所定波長（この実施形態では、波長１．５４４μｍ）の基本波を、非線形光学結晶を用いて８倍波（高調波）に波長変換して、ＡｒＦエキシマレーザと同じ波長である１９３ｎｍの紫外光を発生する構成例を示している。出力端４７から出力される波長１．５４４μｍ（周波数ω）の基本波は、非線形光学結晶６１，６２，６３を図中左から右に向かって透過して出力される。なお、非線形光学結晶６１，６２，６３の間には、図示のように集光レンズ６４，６５が配設されている。
【００７５】
これら基本波が非線形光学結晶６１を通る際に、２次高調波発生により基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の７７２ｎｍ）の２倍波が発生する。発生した２倍波は右方向へ進み、次の非線形光学結晶６２に入射する。ここで再び第２次高調波発生を行い、入射波の周波数２ωの２倍、すなわち基本波に対し４倍の周波数４ω（波長は１／４の３８６ｎｍ）をもつ４倍波が発生する。発生した４倍波はさらに右の非線形光学結晶６３に進み、ここで再び第２次高調波発生を行い、入射波の周波数４ωの２倍、すなわち基本波に対し８倍の周波数８ωを有する８倍波（波長は１／８の１９３ｎｍ）を発生する。
【００７６】
前記波長変換に使用する非線形光学結晶としては、例えば基本波から２倍波への変換を行う非線形光学結晶６１にはＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶を、２倍波から４倍波への変換を行う非線形光学結晶６２にはＬｉＢ３Ｏ５（ＬＢＯ）結晶を、４倍波から８倍波への変換を行う非線形光学結晶６３にはＳｒ２Ｂｅ２Ｂ２Ｏ７（ＳＢＢＯ）結晶を使用する。ここで、ＬＢＯ結晶を使用した基本波から２倍波への変換には、波長変換のための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、Ｎｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ：ＮＣＰＭを使用する。ＮＣＰＭは、非線形光学結晶内での基本波と第二高調波との角度ずれ（Ｗａｌｋ−ｏｆｆ）が起こらないため高効率で２倍波への変換を可能にし、また発生した２倍波はＷａｌｋ−ｏｆｆによるビームの変形も受けないため有利である。
【００７７】
このようにして波長変換装置６０において波長変換されて出力される波長１９３ｎｍのレーザ光（ＡｒＦエキシマレーザ光の波長と同一となるレーザ光）を、眼球ＥＹの角膜ＨＣの表面に導いてここに照射させる照射光学装置７０および観察光学装置８０について、説明する。なお、パルス光源２１においては、固体レーザを１．５１μｍ〜１．５９μｍの範囲内に発振波長を持つＤＦＢ半導体レーザもしくはファイバーレーザから構成しているので、波長変換装置６０により、固体レーザからの上記波長のレーザ光は、１８９ｎｍ〜１９９ｎｍの範囲内となる８倍高調波を有したレーザ光に変換されて出力される。このようにこのレーザ光はＡｒＦエキシマレーザ光と略同一の波長のレーザ光であるが、そのパルス発振の繰り返し周波数は１００ｋＨｚと非常に高いものとなっている。
【００７８】
この照射光学装置７０および観察光学装置８０の構成を図１０に示している。照射光学装置７０は、上記パルス光源２１からの光を波長変換装置６０により波長変換して得られた波長１９３ｎｍのレーザ光を細いビーム状に集光する集光レンズ７１と、このように集光されたビーム状レーザ光を反射させて治療対象となる眼球ＥＹの角膜ＨＣの表面に照射させるダイクロイック・ミラー７２とを有して構成される。これにより、角膜ＨＣの表面にレーザ光がスポット光として照射され、この部分の蒸散を行わせる。このとき、Ｘ−Ｙ移動テーブル５３により、装置筐体５１全体をＸ方向およびＹ方向に移動させて角膜ＨＣの表面上に照射されるレーザ光スポットを走査移動させ、角膜表面のアブレーションを行い、近視、乱視、遠視等の治療を行う。
【００７９】
このような治療は、眼科医等の術者が観察光学装置８０を介して目視観察しながらＸ−Ｙ移動テーブル５３の作動を制御して行われる。この観察光学装置８０は、治療対象となる眼球ＥＹの角膜ＨＣの表面を照明する照明ランプ８５と、照明ランプ８５により照明された角膜ＨＣからの光をダイクロイック・ミラー７２を透過して受ける対物レンズ８１と、対物レンズ８１からの光を反射させるプリズム８２と、この光を受ける接眼レンズ８３とから構成され、接眼レンズ８３を通して角膜ＨＣの拡大像を観察できるようになっている。
【００８０】
（露光装置）
次に、上述したパルス光源２１を用いて構成され、半導体製造工程の一つであるフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置１００について、図１１を参照して説明する。光リソグラフィ工程で使用される露光装置は、原理的には写真製版と同じであり、フォトマスク（レチクル）上に精密に描かれたデバイスパターンを、フォトレジストを塗布した半導体ウエハーやガラス基板などの上に光学的に投影して転写する。この露光装置１００は、上述したパルス光源２１と、波長変換装置１０１と、照明光学系１０２と、フォトマスク（レチクル）１１０を支持するマスク支持台１０３と、投影光学系１０４と、半導体ウエハ１１５を載置保持する載置台１０５と、載置台１０５を水平移動させる駆動装置１０６とを備えて構成される。
【００８１】
この露光装置１００においては、上述したとおりのパルス光源２１の出力端４７から出力されるレーザ光が波長変換装置１０１に入力され、ここで半導体ウエハ１１５の露光に必要とされる波長のレーザ光に波長変換される。このように波長変換されたレーザ光は、複数のレンズから構成される照明光学系１０２に入力され、ここを通ってマスク支持台１０３に支持されたフォトマスク１１０の全面に照射される。このように照射されてフォトマスク１１０を通過した光は、フォトマスク１１０に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系１０４を介して載置台１０５に載置された半導体ウエハ１１５の所定位置に照射される。このとき、投影光学系１０４によりフォトマスク１１０のデバイスパターンの像が半導体ウエハ１１５の上に縮小されて結像露光される。
【００８２】
（その他の実施の形態）
本発明の光源装置は、パルス光源に限らず、連続光を出力するＣＷ光源に適用してもよい。
【００８３】
上述の実施の形態では、エルビウムＥｒを添加した光ファイバに適用して説明したけれども、ＹｂやＮｄなどの他の希土類元素を添加した光ファイバに適用してもよい。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、動作波長での分散値が、正常分散領域にあるので、四光波混合の位相整合条件が満たされず、これによって、パラメトリック増幅を抑制することができ、非線形光学効果を抑制して高出力化を図ることができる。
【００８５】
さらに、モードフィールド径の拡大および希土類元素の高濃度化によって、ラマン散乱等の他の非線形光学効果を抑制して高出力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】増幅用光ファイバを評価するためのパルス増幅実験装置の構成図である。
【図２】比較例１のパルススペクトルである。
【図３】実施例のパルススペクトルである。
【図４】１．５５μｍでの分散値を、正常分散にする比屈折率差Δ−カットオフ波長λｃの範囲を示す図である。
【図５】カットオフ波長λｃ−モードフィールド径ＭＦＤの関係を示す図である。
【図６】本発明の光増幅装置の構成図である。
【図７】本発明のパルス光源の構成図である。
【図８】本発明の光治療装置の構成を示す概略図である。
【図９】光治療装置を構成する波長変換装置の構成を示す概略図である。
【図１０】光治療装置を構成する照射光学装置および観察光学装置の構成を示す概略図である。
【図１１】本発明の露光装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 光増幅装置
２ ＥＤＦ
１０ パルス増幅実験装置
２１ パルス光源
２５，２７ ＥＤＦＡ
５０ 光治療装置
６０ 波長変換装置
７０ 照射光学装置
８０ 観察光学装置
１００ 露光装置
１０１ 波長変換装置
１０２ 照明光学系
１０３ マスク支持台
１０４ 投影光学系
１１０ フォトマスク（レチクル）
１１５ 半導体ウエハ
Claims (11)
- 希土類元素が添加された高出力増幅用の希土類添加光ファイバであって、
動作波長での分散値が、正常分散領域にあることを特徴とする希土類添加光ファイバ。 - 希土類元素が添加された希土類添加光ファイバであって、
動作波長での分散値が正常分散領域にあるとともに、モードフィールド径が、６μｍ以上であることを特徴とする希土類添加光ファイバ。 - 希土類元素が添加された希土類添加光ファイバであって、
動作波長での分散値が正常分散領域にあるとともに、比屈折率差が１．５未満であることを特徴とする希土類添加光ファイバ。 - 希土類元素が添加された希土類添加光ファイバであって、
動作波長での分散値が正常分散領域にあるとともに、希土類元素の濃度が１０００ｐｐｍ以上であることを特徴とする希土類添加光ファイバ。 - カットオフ波長が、０．８μｍ以上である請求項１〜４のいずれかに記載の希土類添加光ファイバ。
- 前記希土類元素がエルビウムである請求項１〜５のいずれかに記載の希土類添加光ファイバ。
- 励起光を出力する励起光源と、前記励起光によって信号光を増幅して出力する前記請求項１〜６のいずれかに記載の希土類添加光ファイバとを備えることを特徴とする光増幅装置。
- 電気信号を発生する信号発生器と、前記電気信号に基づいて、レーザ光を生成する半導体レーザと、前記半導体レーザからのレーザ光を増幅する希土類添加光ファイバ増幅器とを備える光源装置であって、
前記希土類添加光ファイバ増幅器が、前記請求項１〜６のいずれかに記載の希土類添加光ファイバを備えることを特徴とする光源装置。 - 前記電気信号がパルス状であり、前記半導体レーザは、パルス光を生成するものであり、前記希土類添加光ファイバ増幅器の前段に、別の希土類添加光ファイバ増幅器を備える請求項８記載の光源装置。
- 請求項８又は９に記載の光源装置と、
前記光源装置の前記出口部から出射される照射光を所定波長の治療用照射光に変換する波長変換器と、
前記波長変換器により変換された前記照射光を治療部位に導いて照射させる照射光学系と
を備えて構成されることを特徴とする光治療装置。 - 請求項８又は９に記載の光源装置と、
前記光源装置の前記出口部から出射される照射光を所定波長の照射光に変換する波長変換器と、
所定の露光パターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、
露光対象物を保持する対象物保持部と、
前記光源装置の前記出口部から出射される照射光を前記マスク支持部に保持されたフォトマスクに照射させる照明光学系と、
前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されてここを通過した照射光を前記対象物保持部に保持された露光対象物に照射させる投影光学系と
を備えて構成されることを特徴とする露光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002240207A JP2004079876A (ja) | 2002-08-21 | 2002-08-21 | 希土類添加光ファイバ、光増幅装置および光源装置、光源装置を用いた光治療装置、並びに光源装置を用いた露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002240207A JP2004079876A (ja) | 2002-08-21 | 2002-08-21 | 希土類添加光ファイバ、光増幅装置および光源装置、光源装置を用いた光治療装置、並びに光源装置を用いた露光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004079876A true JP2004079876A (ja) | 2004-03-11 |
Family
ID=32023055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002240207A Pending JP2004079876A (ja) | 2002-08-21 | 2002-08-21 | 希土類添加光ファイバ、光増幅装置および光源装置、光源装置を用いた光治療装置、並びに光源装置を用いた露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004079876A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006003969A1 (ja) * | 2004-07-06 | 2006-01-12 | Tohoku Techno Arch Co., Ltd. | パルスレーザ光発生装置 |
| EP1737087A2 (en) | 2005-06-22 | 2006-12-27 | Fujitsu Limited | Optical amplifier comprising an optical fibre |
| JP2010140024A (ja) * | 2008-12-02 | 2010-06-24 | Draka Comteq Bv | 増幅光ファイバおよび生産方法 |
| US8509580B2 (en) | 2009-01-27 | 2013-08-13 | Fujikura Ltd. | Optical amplifier and resonator |
| WO2019146627A1 (ja) * | 2018-01-23 | 2019-08-01 | 株式会社フジクラ | フィルタ素子、レーザ装置、ファイバレーザ装置、フィルタ方法、及びレーザ装置の製造方法 |
-
2002
- 2002-08-21 JP JP2002240207A patent/JP2004079876A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006003969A1 (ja) * | 2004-07-06 | 2006-01-12 | Tohoku Techno Arch Co., Ltd. | パルスレーザ光発生装置 |
| US7538936B2 (en) | 2004-07-06 | 2009-05-26 | Tohoku Techno Arch Co., Ltd. | Pulse laser beam generating device |
| EP1737087A2 (en) | 2005-06-22 | 2006-12-27 | Fujitsu Limited | Optical amplifier comprising an optical fibre |
| JP2010140024A (ja) * | 2008-12-02 | 2010-06-24 | Draka Comteq Bv | 増幅光ファイバおよび生産方法 |
| US8509580B2 (en) | 2009-01-27 | 2013-08-13 | Fujikura Ltd. | Optical amplifier and resonator |
| US8781274B2 (en) | 2009-01-27 | 2014-07-15 | Fujikura Ltd. | Optical amplifier and resonator |
| WO2019146627A1 (ja) * | 2018-01-23 | 2019-08-01 | 株式会社フジクラ | フィルタ素子、レーザ装置、ファイバレーザ装置、フィルタ方法、及びレーザ装置の製造方法 |
| JPWO2019146627A1 (ja) * | 2018-01-23 | 2021-01-14 | 株式会社フジクラ | フィルタ素子、レーザ装置、ファイバレーザ装置、フィルタ方法、及びレーザ装置の製造方法 |
| US11316315B2 (en) | 2018-01-23 | 2022-04-26 | Fujikura Ltd. | Filter element, laser device, fiber laser device, filter method, and method for manufacturing laser device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW570787B (en) | Laser treatment device | |
| KR100992471B1 (ko) | 자외 광원, 자외 광원을 이용한 레이저 치료 장치 및 자외 광원을 이용한 노광 장치 | |
| US7072367B2 (en) | Systems for generating high-power short-pulse laser light | |
| Serebryakov et al. | Mid-IR laser for high-precision surgery | |
| JP2010080642A (ja) | ファイバレーザ装置、レーザ加工装置、並びにレーザ加工方法 | |
| US20110306954A1 (en) | Pulsed laser with an optical fibre for high-energy sub-picosecond pulses in the l band, and laser tool for eye surgery | |
| KR20180120137A (ko) | 영역 처리 응용분야용 균질 레이저 광원 | |
| JP2006088199A (ja) | レーザ誘起改質加工装置及び方法 | |
| US20060262387A1 (en) | Optical amplifier fiber | |
| JP5359461B2 (ja) | レーザ装置、光源装置、これらの調整方法、光照射装置、露光装置、並びにデバイス製造方法 | |
| JP2004079876A (ja) | 希土類添加光ファイバ、光増幅装置および光源装置、光源装置を用いた光治療装置、並びに光源装置を用いた露光装置 | |
| JP5246262B2 (ja) | レーザ装置、光治療装置、露光装置、デバイス製造方法、及び被検物検査装置 | |
| JP2009186660A (ja) | レーザ加工装置、レーザ加工方法、並びに電子デバイス | |
| JP2003163393A (ja) | 光源装置及び光照射装置 | |
| JP2004146681A (ja) | 光増幅用ファイバ、光増幅装置、光源装置、光治療装置および露光装置 | |
| JP2003338646A (ja) | 光増幅装置およびその製造方法、光増幅装置を用いた光源装置、光源装置を用いた光治療装置、並びに光源装置を用いた露光装置 | |
| JP2003075876A (ja) | 角膜手術装置 | |
| JP2003332653A (ja) | 光増幅装置、光増幅装置を用いた光源装置、光源装置を用いた光治療装置および光源装置を用いた露光装置 | |
| JP2003332654A (ja) | 光増幅装置、光増幅装置を用いた光源装置、光源装置を用いた光治療装置および光源装置を用いた露光装置 | |
| JP2003283012A (ja) | 光増幅装置およびその製造方法、光増幅装置を用いた光源装置、光源装置を用いた光治療装置、並びに光源装置を用いた露光装置 | |
| Hönninger et al. | Femtosecond fiber laser system for medical applications | |
| CN115552335A (zh) | Euv辐射源 | |
| CA2507479A1 (en) | Optical fiber for amplification, optical amplifying apparatus, light source apparatus, photo-therapy apparatus, and exposure apparatus | |
| JP2004279798A (ja) | 波長変換素子及び紫外線発生装置 |