JP2006120788A - 注入同期型レーザ装置及び注入同期型レーザ装置のスペクトル線幅調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ＰＯレーザのリアミラーでＭＯレーザ側に反射することなく増幅段光共振器内に入射するメイン光のみを主に増幅して、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅を狭くする。
【解決手段】
ＰＯリアミラー３６の部分反射面と入射光の光軸とが直交しないように注入同期式レーザ装置の各構成要素が配置される。すると、ＰＯリアミラーで反射することなくＰＯ光共振器内に入射するメイン光の光軸と、ＰＯリアミラー及びＭＯフロントミラーで反射してからＰＯ光共振器内に入射するサブ光の光軸と、は一致しない。さらに、このメイン光の光軸のみがＰＯ光共振器３８内の増幅空間、具体的には互いに対向する電極３０ａ、３０ｂ間、に位置するように注入同期式レーザ装置の各構成要素が配置される。
【選択図】 図１３

Description

本発明は、ＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、Ｆ2レーザ等を用いる発振段レーザ及び増幅段レーザを備えた注入同期型レーザ装置に関し、発振段レーザと増幅段レーザとの間を往復したレーザ光が増幅段レーザで増幅されることを防止して、増幅段レーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅を小さくするものである。

近年、リソグラフィ用光源としてはエキシマレーザ装置やフッ素分子レーザ装置が検討され、採用されている。このような場合に露光装置のスループットを向上させ且つ超微細加工を均一に行うためには、次の二点が必要とされている。

第一点目はレーザ光の高出力化である。高出力化のためには、レーザ装置から出力されるレーザパルスの１パルスあたりのパルスエネルギーを増加させる方法がある。また、１パルスあたりのパルスエネルギーが低い場合は、繰り返し周波数を増加させる方法によってエネルギー不足分を補うことができる。

第二点目はスペクトルの超狭帯域化である。スペクトルの超狭帯域化のためには、例えば、プリズムとグレーティングで構成される狭帯域化モジュール（Line Narrow Module、以下「ＬＮＭ」という）の高分解能化による方法や、下記特許文献１に記載されているようなレーザパルスのロングパルス化等による方法がある。

しかしながら、ＬＮＭの高分解能化やロングパルス化は、一般的に光学的ロスを増加させるため、パルスエネルギーの低下を招く。つまり、スペクトルの超狭帯域化とパルスエネルギーの増加とは相反する関係にある。また、コスト低減ということを前提に考えると、繰り返し周波数の増加、例えば４kHzを超える繰り返し周波数は技術的ハードルが高い。このため、１台のチャンバのみを有するエキシマレーザ装置やフッ素分子レーザ装置において超狭帯域化スペクトルを維持しつつ、繰り返し周波数を増加させて高出力化を実現するには限界がある。

そこで、上記二点を共に満たすべく、発振段レーザ及び増幅段レーザを備えた２ステージレーザが、例えば、下記特許文献２、３等で提案されている。

発振段レーザにはＬＮＭが設けられており、スペクトルの超狭帯域化が実現される。一方、増幅段レーザにおいては、発振段レーザから出力され、増幅段チャンバに注入されるシード光の超狭帯域化スペクトルを維持しつつエネルギーのみが増幅される。この２ステージレーザによれば、増幅段レーザにＬＮＭ等の光学的ロスとなる要素が含まれていないため、レーザ発振効率が非常に高い。したがって、所望の超狭帯域化スペクトル及びレーザ出力を得ることが可能となる。所望のレーザ出力は１パルスあたりのパルスエネルギーと繰り返し周波数の積である。例えば、次世代ＡｒＦエキシマレーザに要求される性能は、スペクトルが半値幅ＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum）で０．２５pm以下であり、レーザ出力が繰り返し周波数４ｋＨｚ動作時で４０Ｗ以上である。

露光装置に備えられた光学系のダメージを低減するため、光のパルス波形は低ピークパワーであることが望ましい。そこでロングパルス化が求められる。また、高出力化の要請により高繰返し化が求められる。

２ステージレーザは大きくは２つの形式に分けられる。一つは、レーザ増幅器に光共振器が備えられない形式で、ＭＯＰＡ方式（Master oscillator Power amplifier）という。一つは、レーザ増幅器に光共振器が備えられた形式で、ＭＯＰＯ方式（Master oscillator Power oscillator）という。ＭＯＰＡ方式の２ステージレーザをインジェクションロックレーザといい、ＭＯＰＯ方式の２ステージレーザを注入同期型レーザという。

［注入同期型レーザに関する説明］
注入同期型レーザ装置について図を参照して説明する。
図１は注入同期型レーザ装置の構成図である。また、図３（ａ）は発振段チャンバ及びその近傍の構成図であり、図３（ｂ）は増幅段チャンバ及びその近傍の構成図である。

注入同期型レーザ装置２においては、発振段レーザ（osc、以下、ＭＯレーザという）１００でシード光（種レーザ光）が生成され狭帯域化される。そして、増幅段レーザ（amp、以下、ＰＯレーザという）３００でそのシード光が増幅される。すなわち、ＭＯレーザ１００から出力されるレーザ光のスペクトル特性によってレーザ装置全体のスペクトル特性が決定され、ＰＯレーザ３００によってレーザ装置自体のレーザ出力（エネルギーまたはパワー）が決定される。ＰＯレーザ３００から出力されるレーザ光は露光装置３に入力され、このレーザ光は露光対象（例えばウエハ）の露光に用いられる。

ＭＯレーザ１００はＭＯチャンバ１０と、充電器１１と、ＭＯ高電圧パルス発生器１２と、ガス供給・排気ユニット１４と、冷却水供給ユニット１５と、ＬＮＭ１６と、ＭＯフロントミラー１７と、第１モニタモジュール１９と、放電検出部２０と、で構成される。

ＰＯレーザ３００はＰＯチャンバ３０と、充電器３１と、ＰＯ高電圧パルス発生器３２と、ガス供給・排気ユニット３４と、冷却水供給ユニット３５と、ＰＯリアミラー３６と、ＰＯフロントミラー３７と、第２モニタモジュール３９と、で構成される。

ここでＭＯレーザ１００とＰＯレーザ３００について説明するが、その構成は同一する部分があるため、同一部分に関してはＭＯレーザ１００を代表して説明する。

ＭＯチャンバ１０の内部には、所定距離だけ離隔し、互いの長手方向が平行であって且つ放電面が対向する一対の電極（カソード電極及びアノード電極）１０ａ、１０ｂが設けられる。これらの電極１０ａ、１０ｂには、充電器１１とＭＯ高電圧パルス発生器１２と、で構成された電源によって高電圧パルスが印加される。高電圧パルスの印加によって電極１０ａ、１０ｂ間で放電が生じ、この放電によってＭＯチャンバ１０内に封入されたレーザガスが励起される。この電源の一例を図４に示す。

図４は電源及びチャンバ内部の回路構成の一例を示す図である。
図４（ａ）に示すＭＯ高電圧パルス発生器１２は、可飽和リアクトルからなる３個の磁気スイッチＳＲ1、ＳＲ2、ＳＲ3を用いた２段の磁気パルス圧縮回路である。磁気スイッチＳＲ1は固体スイッチＳＷでのスイッチングロスを低減するために設けられたものであり、磁気アシストとも呼ばれる。例えば、この固体スイッチＳＷにはＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子が用いられる。なお、図４（ａ）の回路を用いる代わりに、図４（ｂ）の回路を用いてもよい。図４（ｂ）は磁気パルス圧縮回路に加え昇圧トランスＴｒ1を含む回路であり、図４（ｂ）は昇圧トランスの代わりに主コンデンサＣ0の充電用のリアクトルＬ1を含む例である。

図４（ｂ）の回路は昇圧トランスにより昇圧される動作が無いだけで、他の動作は図４（ａ）の回路と同様なので、説明を省略する。
また、ＭＯレーザ１００の電源とＰＯレーザ３００の電源の構成及び動作は同じであるため、ＰＯレーザ３００の電源の説明を省略する。

充電器１１の電圧は所定の値ＨＶに調整され、主コンデンサＣ0が充電される。このとき、固体スイッチＳＷはオフになっている。主コンデンサＣ0の充電が完了し、固体スイッチＳＷがオンとなったとき、固体スイッチＳＷの両端にかかる電圧は主に磁気スイッチＳＲ1の両端にかかる。磁気スイッチＳＲ1の両端にかかる主コンデンサＣ0の充電電圧Ｖ0の時間積分値が磁気スイッチＳＲ1の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ1が飽和して導通状態となる。すると、主コンデンサＣ0、磁気スイッチＳＲ1、昇圧トランスＴｒ1の１次側、固体スイッチＳＷのループに電流が流れる。同時に、昇圧トランスＴｒ1の２次側、コンデンサＣ1のループに電流が流れ、主コンデンサＣ0に蓄えられた電荷がコンデンサＣ1に移行し、コンデンサＣ1が充電される。

コンデンサＣ1における電圧Ｖ1の時間積分値が磁気スイッチＳＲ2の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ2が飽和して導通状態となる。すると、コンデンサＣ1、コンデンサＣ2、磁気スイッチＳＲ3のループに電流が流れ、コンデンサＣ1に蓄えられた電荷がコンデンサＣ2に移行し、コンデンサＣ2が充電される。

コンデンサＣ2における電圧Ｖ2の時間積分値が磁気スイッチＳＲ３の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ3が飽和して導通状態となる。すると、コンデンサＣ2、ピーキングコンデンサＣp、磁気スイッチＳＲ3のループに電流が流れ、コンデンサＣ2に蓄えられた電荷がピーキングコンデンサＣpに移行し、ピーキングコンデンサＣpが充電される。

図４（ａ）に示すように、ＭＯチャンバ１０内には、第１電極９１と、誘電体チューブ９２と、第２電極９３とからなる予備電離手段が設けられている。予備電離のためのコロナ放電は、第１電極９１が挿入されている誘電体チューブ９２と第２電極９３とが接触している個所を基点として誘電体チューブ９２の外周面に発生する。ピーキングコンデンサＣpの充電が進むにつれてその電圧Ｖpが上昇し、電圧Ｖpが所定の電圧になると誘電体チューブ９２の外周面にコロナ放電が発生する。このコロナ放電によって誘電体チューブ９２の外周に紫外線が発生し、一対の電極１０ａ、１０ｂ間のレーザガスが予備電離される。

ピーキングコンデンサＣpの充電がさらに進むにつれて、ピーキングコンデンサＣpの電圧Ｖpが上昇する。この電圧Ｖpがある値（ブレークダウン電圧）Ｖbに達すると、一対の電極１０ａ、１０ｂ間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始される。この主放電によりレーザ媒質が励起される。そして、ＭＯレーザ１００の場合はシード光が発生し、ＰＯレーザ３００（もしくは増幅器）の場合は注入されたシード光が増幅される。主放電によってピーキングコンデンサＣpの電圧は急速に低下し、やがて充電開始前の状態に戻る。

固体スイッチＳＷのスイッチング動作によってこのような放電動作が繰り返し行なわれることで、パルス発振が行われる。固体スイッチＳＷのスイッチング動作は、外部からのトリガ信号に基づき行われる。このトリガ信号を送出する外部コントローラは、例えば、後述する同期コントローラ８である。

図４の構成では、磁気スイッチＳＲ2、ＳＲ3及びコンデンサＣ1、Ｃ2で２段の容量移行型回路が構成されている。容量移行型回路では、後段に行くにつれて各段のインダクタンスを小さくするように設定すれば、各段を流れる電流パルスのパルス幅が順次狭くなるようなパルス圧縮動作が実現される。結果として、一対の電極１０ａ、１０ｂ間、一対の電極３０ａ、３０ｂ間に短パルスの強い放電が実現される。

ここで図１に戻り、他の構成の説明をする。
ＭＯチャンバ１０の内部には、ガス供給・排気ユニット１４から供給されるレーザガスが封入される。ガス供給・排気ユニット１４には、ＭＯチャンバ１０内にレーザガスを供給するガス供給系と、ＭＯチャンバ１０内のレーザガスを排気するガス排気系とが設けられる。本レーザ装置がフッ素分子（Ｆ2）レーザとして使用される場合は、ガス供給・排気ユニット１４は、フッ素（Ｆ2）ガスと、ヘリウム（Ｈｅ）やネオン（Ｎｅ）等からなるバッファガスとをＭＯチャンバ１０に供給する。また、本レーザ装置がＫｒＦエキシマレーザとして使用される場合は、ガス供給・排気ユニット１４は、クリプトン（Ｋｒ）ガス及びフッ素（Ｆ2）ガスと、ヘリウム（Ｈｅ）やネオン（Ｎｅ）等からなるバッファガスとをＭＯチャンバ１０に供給する。また、本レーザ装置がＡｒＦエキシマレーザとして使用される場合は、ガス供給・排気ユニット１４は、アルゴン（Ａｒ）ガス及びフッ素（Ｆ2）ガスと、ヘリウム（Ｈｅ）やネオン（Ｎｅ）等からなるバッファガスとをＭＯチャンバ１０に供給する。各ガスの供給及び排気はガス供給・排気ユニット１４の各バルブの開閉で制御される。

また、ＭＯチャンバ１０の内部には、クロスフローファン１０ｃが設けられる。クロスフローファン１０ｃによってレーザガスがチャンバ内で循環され、電極１０ａ、１０ｂ間に送り込まれる。

また、ＭＯチャンバ１０の内部には、熱交換器１０ｄが設けられる。熱交換器１０ｄは冷却水によってＭＯチャンバ１０内の排熱を行う。冷却水は冷却水供給ユニット１５から供給される。冷却水の供給は冷却水供給ユニット１５のバルブの開閉で制御される。

ＭＯチャンバ１０において、レーザ光の光軸上であってレーザ光出力部分には、ウィンドウ１０ｅ、１０ｆが設けられる。ウィンドウ１０ｅ、１０ｆはレーザ光に対して透過性がある材料、例えばＣａＦ2等、で形成される。両ウィンドウ１０ｅ、１０ｆは、外側の面が互いに平行に配置され、また、レーザ光に対して反射損失を低減すべくブリュースタ角で設置され、更にレーザ光の直線偏光方向がウィンドウ面に対して垂直になるように設置される。

圧力センサＰlは、ＭＯチャンバ１０内のガス圧力をモニタしており、ガス圧力を示す信号をユーティリティコントローラ５に出力する。ユーティリティコントローラ５は、ガス供給・排気ユニット１４に各バルブの開閉及びその開度（又はガス流量）を指示する信号を生成し出力する。すると、ガス供給・排気ユニット１４が各バルブの開閉を制御するため、ＭＯチャンバ１０内のガス組成やガス圧力が制御される。

レーザ出力はガス温度によって変化する。そこで、温度センサＴlは、ＭＯチャンバ１０内の温度をモニタしており、温度を示す信号をユーティリティコントローラ５に出力する。ユーティリティコントローラ５はＭＯチャンバ１０内の所望温度にすべく、冷却水供給ユニット１５にバルブの開閉及びその開度（又は冷却水流量）を指示する信号を生成し出力する。すると、冷却水供給ユニット１５がバルブの開閉を制御するため、ＭＯチャンバ１０内の熱交換器１０ｄに供給される冷却水の流量すなわち排熱量が制御される。

ＭＯチャンバ１０の外部であり、ウィンドウ１０ｅ側のレーザ光の光軸上にはＬＮＭ１６が設けられ、ウィンドウ１０ｆ側のレーザ光の光軸上にはＭＯフロントミラー１７が設けられる。ＭＯフロントミラー１７は部分透過鏡であって、反射面には部分反射膜が蒸着されている。ＬＮＭ１６は、例えば拡大プリズムと波長選択素子であるグレーティング（回折格子）等の光学素子で構成される。また、ＬＮＭ１６は波長選択素子であるエタロンと全反射ミラー等の光学素子で構成される場合もある。このＬＮＭ１６内の光学素子とＭＯフロントミラー１７とでＭＯ光共振器１８が構成される。

第１モニタモジュール１９はＭＯフロントミラー１７を透過したレーザ光のエネルギーや出力線幅や中心波長等のレーザビーム特性をモニタする。第１モニタモジュール１９はレーザ光の中心波長を示す信号を生成し、この信号を波長コントローラ６に出力する。また、第１モニタモジュール１９はレーザ光のエネルギーを測定し、このエネルギーを示す信号をエネルギーコントローラ７に出力する。

なお、ＰＯチャンバ３０の電極３０ａ、３０ｂ、クロスフローファン３０ｃ、熱交換器３０ｄ、ウィンドウ３０ｅ、３０ｆの構成及び機能は、上述したＭＯチャンバ１０の各部の構成及び機能と同じである。また、ＰＯレーザ３００に設けられた充電器３１、ＰＯ高電圧パルス発生器３２、ガス供給・排気ユニット３４、冷却水供給ユニット３５、第２モニタモジュール３９、圧力センサＰ2、温度センサＴ2の構成及び機能は、上述したＭＯレーザ１００側に設けられた同一要素の構成及び機能と同じである。

一方、ＰＯレーザ３００には、ＭＯレーザ１００で設けられたＬＮＭ等からなる共振器に代わり、次に述べる不安定共振器が設けられる。

ＰＯチャンバ３０の外部であり、ウィンドウ３０ｅ側のレーザ光の光軸上にはＰＯリアミラー３６が設けられ、ウィンドウ３０ｆ側のレーザ光の光軸上にはＰＯフロントミラー３７が設けられる。ＰＯリアミラー３６とＰＯフロントミラー３７とで不安定型共振器と呼ばれるＰＯ光共振器３８が構成される。ＰＯリアミラー３６の反射面は凹面であって、その中央部にはミラー後方側から反射面側へレーザ光を通過させる孔が設けられる。ＰＯリアミラー３６の反射面はＨＲ（High Reflection）コートが蒸着される。ＰＯフロントミラー３７の反射面は凸面であって、その中央部にはＨＲ（High Reflection）コートが蒸着され、中央部周囲にはＡＲ（Anti Reflection）コートが蒸着される。なお、ＰＯリアミラー３６としては、中央に孔が開いたものを使用するのではなく、孔に相当する部分のみＡＲコートが施されたミラー基板を使用してもよい。

ＭＯレーザ１００のＭＯフロントミラー１７とＰＯレーザ３００のＰＯリアミラー３６との間には、伝搬ミラーを含むビーム伝搬部４２が設けられる。

ＭＯフロントミラー１７を透過したレーザ光はビーム伝搬部４２によってＰＯリアミラー３６まで案内される。更にこのレーザ光はリア側ミラー３６の孔を通過し、ＰＯチャンバ３０内を通過し、ＰＯフロントミラー３７の中央部で反射される。ＰＯフロントミラー３７で反射されたレーザ光は、ＰＯチャンバ３０内を通過し、ＰＯリアミラー３６の孔周囲で反射される。更に、ＰＯリアミラー３６で反射されたレーザ光は、ＰＯチャンバ３０内を通過し、ＰＯフロントミラー３７の中央部周囲を透過し出力される。レーザ光がＰＯチャンバ３０の放電部すなわち電極３０ａ、３０ｂ間を通過する際に放電が発生すると、レーザ光のパワーは増幅される。

ところで、図２に示すように、ＰＯ光共振器３８には別の形態がある。
ＰＯチャンバ３０の外部であり、ウィンドウ３０ｅ側のレーザ光の光軸上にはＰＯリアミラー３６が設けられ、ウィンドウ３０ｆ側のレーザ光の光軸上にはＰＯフロントミラー３７が設けられる。ＰＯリアミラー３６とＰＯフロントミラー３７は共に平面であって、両者で安定型共振器と呼ばれるＰＯ光共振器３８が構成される。ＰＯリアミラー３６及びＰＯフロントミラー３７は共に部分透過鏡である。ＰＯリアミラー３６のうち、ＰＯチャンバ３０側の面には反射率が５０％〜９５％程度の部分反射膜が蒸着され、その反対側の面には無反射コートが蒸着される。同様に、ＰＯフロントミラー３７のうち、ＰＯチャンバ３０側の面には反射率が１０％〜５０％程度の部分反射膜が蒸着され、その反対側の面には無反射コートが蒸着される。これはＰＯリアミラー３６及びＰＯフロントミラー３７の両面を反射面とするのではなく、一面だけを反射面とするためである。さらにＰＯリアミラー３６及びＰＯフロントミラー３７の裏面は１０′〜１°程度のエッジ角を有することが望ましい。

ＭＯレーザ１００のＭＯフロントミラー１７とＰＯレーザ３００のＰＯリアミラー３６との間には、伝搬ミラーを含むレーザ光伝搬部４２が設けられる。

ＭＯフロントミラー１７を透過したレーザ光はレーザ光伝搬部４２によってＰＯリアミラー３６まで案内される。ＰＯリアミラー３６ではレーザ光の一部が透過し光共振器内に入射する。ＰＯリアミラー３６を透過したレーザ光はＰＯチャンバ３０内を通過し、ＰＯフロントミラー３７に到達する。ＰＯフロントミラー３７ではレーザ光の一部が反射する。ＰＯフロントミラー３７を反射したレーザ光はＰＯチャンバ３０内を通過し、ＰＯリアミラー３６に到達する。ＰＯリアミラー３６ではレーザ光の一部が反射する。ＰＯリアミラー３６を反射したレーザ光はＰＯチャンバ３０内を通過し、ＰＯフロントミラー３７に到達する。ＰＯフロントミラー３７ではレーザ光の一部が透過し出力される。レーザ光がＰＯチャンバ３０の放電部すなわち電極３０ａ、３０ｂ間を通過する際に放電が発生すると、レーザ光のパワーは増幅される。

波長コントローラ６にはモニタモジュール１９、３９で測定された波長に関する信号が入力される。波長コントローラ６はレーザ光の中心波長を所望の波長にすべくＬＮＭ１６内の波長選択素子（グレーティング、エタロン等）の選択波長を変化させる信号を生成し、この信号をドライバ２１に出力する。波長選択素子の選択波長は、例えば、波長選択素子へ入射するレーザ光の入射角を変化させることにより変化する。ドライバ２１は、受信した前記信号に基づき、波長選択素子へ入射するレーザ光の入射角が変化するように、ＬＮＭ１６内の光学素子（例えば、拡大プリズム、全反射ミラー、グレーティング等）の姿勢角等を制御する。なお、波長選択素子の波長選択制御はこれに限られるものではない。例えば、波長選択素子がエアギャップエタロンの場合、ＬＮＭ１６内のエアギャップ内の気圧（窒素等）を制御してもよいし、ギャップ間隔を制御してもよい。

エネルギーコントローラ７にはモニタモジュール１９、３９で測定された波長に関する出力信号が入力される。また、図１に示すように、露光装置３に出力モニタ５１を設け、その出力信号がエネルギーコントローラ７に直接入力されるようにしてもよい。また、露光装置３の出力モニタ５１の出力信号を露光装置３のコントローラ５２に入力し、このコントローラ５２がレーザ内部に搭載されたエネルギーコントローラ７に信号を送出するようにしてもよい。エネルギーコントローラ７は、パルスエネルギーを所望の値にすべく次回充電電圧Ｖosc、Ｖampを示す信号を生成し、この信号を同期コントローラ８に出力する。

同期コントローラ８にはエネルギーコントローラ７からの信号と、放電検出器２０、４０から出力される各チャンバ１０、３０における放電開始を知らせる信号とが入力される。同期コントローラ８はエネルギーコントローラ７からの信号に基づいて、充電器１１の充電電圧を制御する。ところで、ＭＯチャンバ１０の放電とＰＯチャンバ３０の放電のタイミングがずれると、ＭＯチャンバ１０から出力されたレーザ光はＰＯチャンバ３０で効率よく増幅されない。そこで、ＭＯチャンバ１０から出力されたレーザ光（シード光）がＰＯチャンバ３０内の一対の電極３０ａ、３０ｂ間の放電領域（励起領域）に満たされたタイミングでＰＯチャンバ３０において放電する必要がある。

ここでＭＯレーザ１００とＰＯレーザ３００の放電タイミングについて説明する。 先に述べたように、ＭＯチャンバ１０内の電極１０ａ、１０ｂ間、及びＰＯチャンバ３０内の電極３０ａ、３０ｂ間に立上り時間の速い高電圧パルスを印加するために、それぞれ磁気パルス圧縮回路を有するＭＯ高電圧パルス発生器１２と、ＰＯ高電圧パルス発生器３２が用いられる。一般的に、各高電圧パルス発生器１２、３２の磁気パルス圧縮回路で用いられる磁気スイッチＳＲ2、ＳＲ3は可飽和リアクトルである。主コンデンサＣ0からエネルギー（電圧パルス）が転送される場合、この磁気スイッチＳＲ2、ＳＲ3にかかる電圧（Ｖ：すなわち主コンデンサＣ0の充電電圧）と磁気スイッチＳＲ2、ＳＲ3によってパルス圧縮されて転送される電圧パルスの転送時間（ｔ）との積（Ｖｔ積）の値は一定という関係がある。例えば、主コンデンサＣ0の充電電圧が高くなると、電圧パルスの転送時間（すなわち、磁気スイッチがオン状態である時間）が短くなる。

次にＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトルについて検討する。
ＰＯレーザ３００から出射されるレーザ光のスペクトルは、ＭＯレーザ１００の発振状態によって決定される。例えば、ＭＯレーザ１００から出射される１パルスのシード光のうち、光共振器をより多く往復するパルス後半部分ほどスペクトル線幅が狭くなる。このスペクトル特性を図５に示す。図５は、ＭＯレーザ１００で１パルスのレーザ発振が行われた場合のスペクトル特性を示す図であり、ＭＯチャンバ１０内での放電発生から光が光共振器の外部に出射されるまでの時間と、この光のスペクトル線幅及び光量との関係を示している。図５には、放電からの経過時間が長くなるほど、すなわち光が光共振器を多く往復するほど、光のスペクトル線幅が狭くなる結果が示されている。
特開２００１−１５６３６７号公報 特開２００１−２４２６５号公報（第１図） 特開２００３−２４９７０７号公報

安定型共振器を備えた注入同期型レーザ装置に関していえば、ＰＯレーザ３００から出射されるレーザ光のスペクトル特性が、ＭＯレーザ１００から出射されるシード光のスペクトル特性から予期されるものよりも悪化している場合がある。特に１パルスのうちスペクトル線幅が狭くなる後半部分ほど悪化の程度が顕著である。

図６は１パルスのレーザ光のスペクトル特性を示す図であり、悪化の程度が顕著であるスペクトル特性と顕著でないスペクトル特性の比較を示す。ＭＯレーザ１００の放電とＰＯレーザ３００の放電は、任意のタイミングで同期制御される。同期タイミングを変化させて、その都度ＰＯレーザ３００から出射されるレーザ光のスペクトル線幅を測定していくと、最終的に図６に示すような結果が得られる。

本発明者らはスペクトル特性が悪化する現象を調査し解明した。以下で本発明者らが解明したスペクトル特性が悪化する原因について説明する。

図７（ａ）は注入同期型レーザ装置の一部構成を簡略化して示す側面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面を矢印ａ方向から見た図である。図８（ａ）は注入同期型レーザ装置のＰＯレーザの一部構成を簡略化して示す上面図であり、図８（ｂ）は注入同期型レーザ装置のＭＯレーザの一部構成を簡略化して示す上面図である。

図７、図８で示される注入同期型レーザ装置では、ＭＯレーザ１００の上方にＰＯレーザ３００が配置され、ＭＯレーザ１００とＰＯレーザ３００の間の光路上には伝搬ミラー４２ａ、４２ｂが設置されている。また、ＬＮＭ１６としてプリズム１６ａと回折格子（グレーティング）１６ｂが設置されており、ＭＯ光共振器１８内にはスリット２５が設置されている。ＭＯレーザ１００から出射したシード光は伝搬ミラー４２ａ、４２ｂで反射し、ＰＯレーザ３００のＰＯリアミラー３６に入射する。ＰＯリアミラー３６に入射したシード光のうちの一部は透過するものの、残りは略同光軸に反射する。たとえ図９で示すように、ＰＯリアミラー３６がウェッジ角を有していたとしても、入射と反射で偏角がキャンセルされるため、同様である。

一般に出力効率をよくするために、ＰＯリアミラー３６の部分反射面と入射するシード光の光軸とが略直交するように、ＭＯレーザ１００、ＰＯレーザ３００及び伝搬ミラー４２ａ、４２ｂの配置や姿勢角度が設定される。通常は、ＭＯレーザ１００から水平方向に出射した光は、伝搬ミラー４２ａで垂直上方に反射し、伝搬ミラー４２ｂで水平方向に反射し、ＰＯレーザ３００に入射する。このような設定により次のような現象が生ずる。

図１０（ａ）で示すように、ＭＯフロントミラー１７から出射したシード光はＰＯリアミラー３６に入射する。シード光の一部はＰＯリアミラー３６を透過し、残りは入射方向の反対方向に反射する。そして図１０（ｂ）で示すように、ＰＯリアミラー３６で反射したシード光はＭＯフロントミラー１７に入射する。シード光の一部はＭＯフロントミラー１７を透過し、残りは入射方向の反対方向に反射する。そして図１０（ｃ）で示すように、ＭＯフロントミラー１７で反射したシード光は再びＰＯリアミラー３６に入射する。この際、ＰＯリアミラー３６に入射するシード光の光軸と一回前にＰＯリアミラー３６に入射したシード光（図１０（ａ）参照）の光軸は同一である。

このようにＰＯリアミラー３６とＭＯフロントミラー１７との間の同一光軸上には、ＰＯリアミラー３６及びＭＯフロントミラー１７で１回以上反射したシード光の成分が存在する。この現象を多重反射という。本明細書では、多重反射していないシード光の成分をメイン光と定義し、多重反射したシード光の成分をサブ光と定義する。ＭＯフロントミラー１７とＰＯリアミラー３６の間の光伝搬距離をＬとすると、メイン光に対してＰＯリアミラー３６で１回反射した後に透過した第１のサブ光は２Ｌだけ余分に光路を進行する。また第１のサブ光に対してＰＯリアミラー３６で２回反射した後に透過した第２のサブ光もまた２Ｌだけ余分に光路を進行する。

一方、ＰＯレーザ３００のＰＯ光共振器３８内について考えると、メイン光と、１〜ｎ回多重反射したサブ光が混在する。メイン光とサブ光が混在することによって生ずる問題について、図１１を用いて説明する。

図１１（ａ）はＰＯ光共振器３８内に入射する１パルスのシード光のスペクトル線幅を時間に応じて示す図であり、図１１（ｂ）はＰＯ光共振器３８内に入射する１パルスのシード光の光量を時間に応じて示す図である。図１１（ａ）、（ｂ）ではメイン光（曲線ａ）と第１のサブ光（曲線ｂ）と第２のサブ光（曲線ｃ）のみを示し、さらにこれらを合成した合成光（曲線ｄ）を示している。

時刻ｔ1〜時刻ｔ2の間では、ＰＯ光共振器３８内の増幅空間にはメイン光のみが充満するが、時刻ｔ2〜時刻ｔ3の間では、ＰＯ光共振器３８内の増幅空間にはメイン光と第１のサブ光が充満し、時刻ｔ3以降では、ＰＯ光共振器３８内の増幅空間にはメイン光と第１、第２のサブ光が充満する。ＭＯフロントミラー１７とＰＯリアミラー３６の間の光伝搬距離をＬとすると、時刻ｔ1〜時刻ｔ2及び時刻ｔ2〜時刻ｔ3の間隔は２Ｌ／ｃ（ｃは光速）である。

仮に、ＰＯ光共振器３８内の増幅空間でメイン光のみが増幅されれば、出射されるレーザ光のスペクトル線幅はメイン光のスペクトル線幅（曲線ａ）に準ずる。しかし、時刻ｔ1以降ではメイン光の他に第１、第２のサブ光が存在するため、出射されるレーザ光のスペクトル線幅は第１、第２のサブ光のスペクトル線幅の影響を受ける。特に、１パルスの後半部分ほどメイン光の光量と比較して第１、第２のサブ光の光量が大きくなるため、影響は大きくなる。よって、メイン光のスペクトル線幅と合成光のスペクトル線幅との差は、１パルスの後半部分ほど大きくなる。スペクトル線幅は狭い方が望ましいという点を考慮すると、１パルスの後半部分ほどスペクトル特性の悪化が顕著になるといえる。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、ＰＯレーザのリアミラーでＭＯレーザ側に反射することなく増幅段光共振器内に入射するメイン光のみを主に増幅して、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅を狭くすることを解決課題とするものである。

第１発明の注入同期型レーザ装置は、
レーザガスを封入する発振段レーザチャンバと、前記発振段レーザチャンバを介して対峙する狭帯域化モジュール及び発振段用部分透過鏡と、を少なくとも備え、シード光を出力する発振段レーザと、
レーザガスを封入する増幅段レーザチャンバと、前記増幅段レーザチャンバを介して対峙する増幅段用第１部分透過鏡及び増幅段用第２部分透過鏡と、を少なくとも備え、前記発振段レーザから出力されるシード光を入力して増幅する増幅段レーザと、から構成され、
前記増幅段用第１部分透過鏡の部分反射面と、前記発振段レーザから当該部分反射面に入射するシード光の光軸とが非垂直であって、さらに前記増幅段用第１部分透過鏡で一度も反射することなく前記増幅段光共振器内に入射するシード光が当該増幅段光共振器内の増幅空間内に入射すること
を特徴とする。

第１発明は空間的にメイン光とサブ光をずらすものである。
発振段レーザ（ＭＯレーザ）の発振段部分透過鏡（ＭＯフロントミラー）から出射したシード光は、増幅段レーザ（ＰＯレーザ）の第１の増幅段部分透過鏡（ＰＯリアミラー）に入射する。シード光の一部成分（メイン光）は第１の増幅段部分透過鏡（ＰＯリアミラー）を透過し、残りの成分（サブ光）は反射する。第１発明では、第１の増幅段部分透過鏡（ＰＯリアミラー）の部分反射面と入射光の光軸とが直交しないように注入同期式レーザ装置の各構成要素が配置される。すると、第１の増幅段部分透過鏡（ＰＯリアミラー）で反射することなく増幅段光共振器（ＰＯ光共振器）内に入射するメイン光の光軸と、第１の増幅段部分透過鏡（ＰＯリアミラー）及び発振段部分透過鏡（ＭＯフロントミラー）で反射してから増幅段光共振器（ＰＯ光共振器）内に入射するサブ光の光軸と、は一致しない。さらに第１発明では、このメイン光の光軸のみが増幅段光共振器（ＰＯ光共振器）内の増幅空間、具体的には互いに対向する主放電電極間、に位置するように注入同期式レーザ装置の各構成要素が配置される。ただし、サブ光の増幅度合が十分に小さいのであれば、サブ光の光軸が増幅段光共振器（ＰＯ光共振器）内の一部増幅空間にあってもよい。

第２発明の注入同期型レーザ装置は、
レーザガスを封入する発振段レーザチャンバと、前記発振段レーザチャンバを介して対峙する狭帯域化モジュール及び発振段用部分透過鏡と、を少なくとも備え、シード光を出力する発振段レーザと、
レーザガスを封入する増幅段レーザチャンバと、前記増幅段レーザチャンバを介して対峙する増幅段用第１部分透過鏡及び増幅段用第２部分透過鏡と、を少なくとも備え、前記発振段レーザから出力されるシード光を入力して増幅する増幅段レーザと、から構成され、
前記第１の増幅段部分透過鏡で反射することなく透過して前記増幅段光共振器内に入射するメイン光が前記増幅部内に充満するメイン光充満時期と、前記第１の増幅段部分透過鏡と前記発振段部分透過鏡とで反射してから前記第１の増幅段部分透過鏡を透過して前記増幅段光共振器内に入射するサブ光が前記増幅部内に充満するサブ光充満時期と、が重ならないように、前記発振段レーザの発振パルス幅に影響を及ぼすパラメータと、前記発振段レーザと前記増幅段レーザとの間の光伝搬距離と、が設定されていること
を特徴とする。

第３発明の注入同期型レーザ装置は、第２発明において、
前記パラメータは、前記発振段レーザに設けられる放電回路の回路定数と、前記放電回路の充電電圧と、前記発振段レーザに設けられたチャンバ内のガス圧と、前記チャンバ内のＦ2分圧と、のうちの少なくとも一つであること
を特徴とする。

第１発明は空間的にメイン光とサブ光をずらすものであるのに対して、第２、第３発明は時間的にメイン光とサブ光をずらすものである。
第２、第３発明では、メイン光が増幅段光共振器（ＰＯ光共振器）内に充満する時期と、サブ光が増幅段光共振器（ＰＯ光共振器）内に充満する時期と、が重ならないように注入同期式レーザ装置が調整される。メイン光が増幅段光共振器（ＰＯ光共振器）内に充満する時期の起点と、第１のサブ光が増幅段光共振器（ＰＯ光共振器）内に充満する時期の起点とは２Ｌ／ｃの時間差がある。この時間差２Ｌ／ｃの間にメイン光の充満が終了するようにし、さらに増幅段レーザ（ＰＯレーザ）の放電タイミングを設定すれば、メイン光に合わせてサブ光が増幅されることなくスペクトル線幅の狭いレーザ光を得ることが可能になる。

具体的には、発振段レーザ（ＭＯレーザ）の発振パルス幅を小さくしたり、発振段部分透過鏡（ＭＯフロントミラー）と第１の増幅段部分透過鏡（ＰＯリアミラー）との間の光伝搬距離Ｌを長くしたりすればよい。発振段レーザ（ＭＯレーザ）の発振パルス幅は、発振段レーザ（ＭＯレーザ）に設けられた放電回路の回路定数や、その放電回路の充電電圧や、発振段レーザ（ＭＯレーザ）に設けられたレーザチャンバ内のガス圧や、そのレーザチャンバ内のＦ2分圧などを制御することで調整可能である。

第４発明は、
レーザガスを封入する発振段レーザチャンバと、前記発振段レーザチャンバを介して対峙する狭帯域化モジュール及び発振段用部分透過鏡と、を少なくとも備え、シード光を出力する発振段レーザと、
レーザガスを封入する増幅段レーザチャンバと、前記増幅段レーザチャンバを介して対峙する増幅段用第１部分透過鏡及び増幅段用第２部分透過鏡と、を少なくとも備え、前記発振段レーザから出力されるシード光を入力して増幅する増幅段レーザと、
から構成される注入同期型レーザ装置から出射されるレーザ光のスペクトル線幅を最小幅に調整する注入同期型レーザ装置のスペクトル線幅調整方法において、
前記発振段部分透過鏡と前記増幅段部分透過鏡との間の光路上にある光学素子の姿勢を変化させて、前記第１の増幅段部分透過鏡の反射面に対するシード光の入射角度を変化させる角度変化工程と、
前記光学素子の姿勢毎に前記増幅段レーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅を測定するスペクトル線幅測定工程と、
前記スペクトル線幅測定工程で取得した複数のスペクトル線幅のうちの最小のスペクトル線幅が得られた姿勢に前記光学素子を固定する姿勢固定工程と、を備えたこと
を特徴とする。

第５発明は、第４発明において、
前記光学素子は、前記発振段レーザと前記増幅段レーザとの間の光路上にあってシード光の進行方向を変える１以上の伝搬ミラーであること
を特徴とする。

第６発明は、第４発明において、
前記光学素子は、前記第１の増幅段部分透過鏡であること
を特徴とする。

第４〜第６発明は、第１発明の注入同期型レーザ装置を実現するための方法である。
発振段レーザ（ＭＯレーザ）と増幅段レーザ（ＰＯレーザ）との間の光軸上に存在する光学素子、例えば伝搬ミラーや第１の増幅段部分透過鏡（ＰＯリアミラー）など、の姿勢を変化させると、第１の増幅段部分透過鏡（ＰＯリアミラー）の部分反射面に対するシード光の入射角度が変化する。光学素子の姿勢角度を測定し、その姿勢角度毎にスペクトル線幅を測定していくと、姿勢角度とスペクトル線幅の対応関係が取得できる。この対応関係のうち、最も狭いスペクトル線幅が取得された姿勢角度を選択する。そしてこの姿勢角度をなすよう光学素子を固定する。

本発明によれば、ＰＯレーザで放電する際に、増幅空間には実質的にメイン光のみが存在し、サブ光は存在しないことになる。よって、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅は、サブ光の影響を受けることなくメイン光のスペクトル線幅に準ずることになる。したがって、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅は狭くなる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

第１の実施形態は、ＭＯレーザとＰＯレーザの間の光路上に設置された伝搬ミラーの姿勢が調整された注入同期型レーザ装置に関する。なお、以下の説明ではサブ光として第１のサブ光のみを想定している。第１のサブ光がメイン光から分離されれば、必然的に以降のサブ光もメイン光から分離されるためである。

図１２（ａ）は第１の実施形態に係る注入同期型レーザ装置の一部構成を簡略化して示す側面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ断面を矢印ａ方向から見た図である。図１３（ａ）は第１の実施形態に係る注入同期型レーザ装置のＰＯレーザの一部構成を簡略化して示す上面図であり、図１３（ｂ）は第１の実施形態に係る注入同期型レーザ装置のＭＯレーザの一部構成を簡略化して示す上面図である。図１３においては、メイン光が実線で示され、第１のサブ光が破線で示されている。

図１２、図１３で示される注入同期型レーザ装置では、ＭＯレーザ１００の上方にＰＯレーザ３００が配置され、ＭＯレーザ１００とＰＯレーザ３００の間の光路上には伝搬ミラー４２ａ、４２ｂが設置されている。また、ＬＮＭ１６としてプリズム１６ａと回折格子（グレーティング）１６ｂが設置されており、ＭＯ光共振器１８内にはスリット２５が設置されている。ＭＯレーザ１００から出射したシード光は伝搬ミラー４２ａ、４２ｂで反射し、ＰＯレーザ３００のＰＯリアミラー３６に入射する。

既に図７、図８を用いて説明した通り、通常の注入同期型レーザ装置はＰＯリアミラー３６の部分反射面とこの部分反射面に入射するシード光の光軸が直交するように、ＭＯレーザ１００とＰＯレーザ３００と伝搬ミラー４２ａ、４２ｂとがそれぞれ配置される。このような配置では、ＭＯフロントミラー１７から出射しＰＯリアミラー３６に入射するシード光の光軸とＰＯリアミラー３６で反射するシード光の光軸とが一致する。したがって、メイン光の光軸と第１のサブ光の光軸は一致する。

このような配置から、例えば図１２、図１３で示すように、伝搬ミラー４２ａ、４２ｂの少なくとも一つを回転させると、ＰＯリアミラー３６の部分反射面とこの部分反射面に入射するシード光の光軸とが非直交するようになる。この場合、ＭＯフロントミラー１７から出射しＰＯリアミラー３６に入射するシード光の光軸とＰＯリアミラー３６で反射するシード光の光軸とは非平行である。したがって、メイン光の光軸と第１のサブ光の光軸は異なる。

この際注意すべきは次の二点である。
第一の注意点は、図１３（ａ）で示すように、メイン光の光軸がＰＯ光共振器３８内の増幅空間内、すなわち電極３０ａ、３０ｂ間に位置するように伝搬ミラー４２ａ、４２ｂの回転角度を調整することである。伝搬ミラー４２ａ、４２ｂの回転角度が適切でない（例えば大きすぎる）と、図１４（ｂ）、図１５（ａ）で示すように、メイン光が電極３０ａ、３０ｂ間から外れる。すると、電極３０ａ、３０ｂ間を通過するメイン光のビーム量が減少するため、メイン光の増幅率が小さくなる。

第二の注意点は、第１のサブ光の光軸がＰＯ光共振器３８内の増幅空間外、すなわち電極３０ａ、３０ｂ間の外に位置するように伝搬ミラー４２ａ、４２ｂの回転角度を調整することである。伝搬ミラー４２ａ、４２ｂの回転角度が小さすぎると、第１のサブ光が電極３０ａ、３０ｂ間に残る。すると、電極３０ａ、３０ｂ間を通過する第１のサブ光のビーム量が抑制されないため、第１のサブ光の増幅率が低減されなくなる。

ＭＯレーザ１００とＰＯレーザ３００の間の光路上に、第１のサブ光を遮断するスリットなどを適切な位置に設置することによって、伝搬ミラー４２ａ、４２ｂの回転角度が小さい場合でも第１のサブ光を遮断することができ、メイン光の増幅率を保つことができる。

第一、第二の注意点によれば、伝搬ミラー４２ａ、４２ｂの回転角度には適正範囲が存在するということになる。よって、可能な限りメイン光の光軸が電極３０ａ、３０ｂ間に位置し且つ第１のサブ光が電極３０ａ、３０ｂ間の外に位置するように、伝搬ミラー４２ａ、４２ｂの回転角度を調整することが必要である。ただし、第１のサブ光の増幅度合が十分に小さいのであれば、第１のサブ光の光軸が電極３０ａ、３０ｂ間の一部にあってもよい。

伝搬ミラー４２ａ、４２ｂの回転方向は任意である。例えば、図１２、図１３で示すように、ＰＯレーザ３００の電極３０ａ、３０ｂの放電方向を軸として伝搬ミラー４２ａ、４２ｂを水平方向に回転させてもよい。また、図１６で示すように、ＰＯレーザ３００の電極３０ａ、３０ｂの放電方向及び電極３０ａ、３０ｂの長手方向の両者に直交する方向を軸として伝搬ミラー４２ａ、４２ｂを垂直方向に回転させてもよい。しかし、次の点では伝搬ミラー４２ａ、４２ｂを水平方向に回転させる方が有利である。

一般に電極３０ａ、３０ｂの間隔よりも電極３０ａ、３０ｂの幅は狭い。つまり、増幅空間をレーザ光の光軸に直交する断面で考えた場合に、増幅空間は垂直方向よりも水平方向の方が狭い。したがって、伝搬ミラー４２ａ、４２ｂを回転させて第１のサブ光を増幅空間から外す場合は、垂直方向の回転よりも水平方向の回転の方が回転角度を小さくすることが可能になる。このようなことから、伝搬ミラー４２ａ、４２ｂを水平方向に回転させる方が有利であるといえる。

第１の実施形態によれば、ＰＯレーザ３００で放電する際に、増幅空間には実質的にメイン光のみが存在し、サブ光は存在しないことになる。よって、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅は、サブ光の影響を受けることなくメイン光のスペクトル線幅に準ずることになる。したがって、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅は狭くなる。

第２の実施形態は、ＰＯレーザに設けられたＰＯリアミラーの姿勢が調整された注入同期型レーザ装置に関する。なお、以下の説明ではサブ光として第１のサブ光のみを想定している。第１のサブ光がメイン光から分離されれば、必然的に以降のサブ光もメイン光から分離されるためである。

図１７（ａ）は第２の実施形態に係る注入同期型レーザ装置の一部構成を簡略化して示す側面図であり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）のＡ−Ａ断面を矢印ａ方向から見た図である。図１８（ａ）は第２の実施形態に係る注入同期型レーザ装置のＰＯレーザの一部構成を簡略化して示す上面図であり、図１８（ｂ）は第２の実施形態に係る注入同期型レーザ装置のＭＯレーザの一部構成を簡略化して示す上面図である。図１７、図１８においては、メイン光が実線で示され、第１のサブ光が破線で示されている。

図１７、図１８で示される注入同期型レーザ装置では、ＭＯレーザ１００の上方にＰＯレーザ３００が配置され、ＭＯレーザ１００とＰＯレーザ３００の間の光路上には伝搬ミラー４２ａ、４２ｂが設置されている。ＭＯレーザ１００から出射したシード光は伝搬ミラー４２ａ、４２ｂで反射し、ＰＯレーザ３００のＰＯリアミラー３６に入射する。

第１の実施形態と同様に、図７、図８で示すような配置から、例えば図１７、図１８で示すように、ＰＯリアミラー３６を回転させると、ＰＯリアミラー３６の部分反射面とこの部分反射面に入射するシード光の光軸とが非直交するようになる。この場合、ＭＯフロントミラー１７から出射しＰＯリアミラー３６に入射するシード光の光軸とＰＯリアミラー３６で反射するシード光の光軸とは非平行である。したがって、メイン光の光軸と第１のサブ光の光軸は異なる。

この際注意すべきは次の二点である。
第一の注意点は、メイン光がＰＯ共振器内を往復する際にＰＯ光共振器３８内の増幅空間内、すなわち電極３０ａ、３０ｂ間から外れないようにＰＯリアミラー３６の回転角度を調整することである。ＰＯリアミラー３６の部分反射面と、ＰＯリアミラー３６を透過しＰＯ共振器内に入射するメイン光の光軸と、は直交しないため、メイン光はＰＯ共振器内で一定の光軸上を往復しなくなる。ＰＯリアミラー３６の回転角度が大きすぎると、ＰＯ光共振器３８内に入射し最初にＰＯリアミラー３６で反射するメイン光が電極３０ａ、３０ｂ間から外れる。すると、電極３０ａ、３０ｂ間を通過するメイン光のビーム量が減少するため、メイン光の増幅率が小さくなる。

第二の注意点は、第１のサブ光の光軸がＰＯ光共振器３８内の増幅空間外、すなわち電極３０ａ、３０ｂ間の外に位置するようにＰＯリアミラー３６の回転角度を調整することである。ＰＯリアミラー３６の回転角度が小さすぎると、第１のサブ光が電極３０ａ、３０ｂ間に残る。すると、電極３０ａ、３０ｂ間を通過する第１のサブ光のビーム量が抑制されないため、第１のサブ光の増幅率が低減されなくなる。

ＭＯレーザ１００とＰＯレーザ３００の間の光路上に、第１のサブ光を遮断するスリットなどを設置すれば、上記注意点を考慮する必要はなくなる。

第一、第二の注意点によれば、ＰＯリアミラー３６の回転角度には適正範囲が存在するということになる。よって、可能な限りメイン光の光軸が電極３０ａ、３０ｂ間に位置し且つ第１のサブ光が電極３０ａ、３０ｂ間の外に位置するように、ＰＯリアミラー３６の回転角度を調整することが必要である。ただし、第１のサブ光の増幅度合が十分に小さいのであれば、第１のサブ光の光軸が電極３０ａ、３０ｂ間の一部にあってもよい。

ＰＯリアミラー３６の回転方向は任意である。例えば、図１７、図１８で示すように、ＰＯレーザ３００の電極３０ａ、３０ｂの放電方向を軸としてＰＯリアミラー３６を水平方向に回転させてもよい。また、ＰＯレーザ３００の電極３０ａ、３０ｂの放電方向及び電極３０ａ、３０ｂの長手方向の両者に直交する方向を軸としてＰＯリアミラー３６を垂直方向に回転させてもよい。しかし、第１の実施形態と同じ理由により、ＰＯリアミラー３６を水平方向に回転させる方が有利であるといえる。

なお、図１９で示すように、ＰＯリアミラー３６の回転と共に、ＰＯフロントミラー３７を回転させてもよい。メイン光がＰＯ共振器間を往復する間により多く増幅空間を通過するように、ＰＯリアミラー３６の回転角度とＰＯフロントミラー３７の回転角度を調整すれば、出力効率が向上する。

第２の実施形態を第１の実施形態と併用してもよい。

第２の実施形態によれば、ＰＯレーザ３００で放電する際に、増幅空間には実質的にメイン光のみが存在し、サブ光は存在しないことになる。よって、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅は、サブ光の影響を受けることなくメイン光のスペクトル線幅に準ずることになる。したがって、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅は狭くなる。

第３の実施形態は、ＭＯフロントミラーとＰＯリアミラーの間の光路上にスリットが設置された注入同期型レーザ装置に関する。

図２０（ａ）は第３の実施形態に係る注入同期型レーザ装置の一部構成を簡略化して示す側面図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＡ−Ａ断面を矢印ａ方向から見た図である。図２１（ａ）は第３の実施形態に係る注入同期型レーザ装置のＰＯレーザの一部構成を簡略化して示す上面図であり、図２１（ｂ）は第３の実施形態に係る注入同期型レーザ装置のＭＯレーザの一部構成を簡略化して示す上面図である。図２０、図２１においては、メイン光が実線で示され、第１のサブ光が破線で示されている。

図２０、図２１で示される注入同期型レーザ装置では、ＭＯレーザ１００の上方にＰＯレーザ３００が配置され、ＭＯレーザ１００とＰＯレーザ３００の間の光路上には伝搬ミラー４２ａ、４２ｂが設置されている。また、ＰＯリアミラー３６と伝搬ミラー４２ｂの間の光路上にスリット６１が設置されている。ＭＯレーザ１００から出射したシード光は伝搬ミラー４２ａ、４２ｂで反射し、ＰＯレーザ３００のＰＯリアミラー３６に入射する。

レーザ光は一般に広がり角を有する。例えば、エキシマレーザのレーザ光は１mrad程度の広がり角を有する。よって、伝搬距離が長い程、レーザ光のビーム径は大きくなる。先述したように、第１のサブ光はメイン光よりも２Ｌ／ｃだけ伝搬距離が長い。よって、第１のサブ光はメイン光よりもビーム径が大きい。したがって、スリット６１は第１のサブ光を部分的に遮断する。

スリット６１の位置は、ＭＯフロントミラー１７とＰＯリアミラー３６の間の光路上であればどこでも構わない。

なお、第３の実施形態ではサブ光を低減できるものの、遮断することはできない。したがって、第３の実施形態は第１の実施形態又は第２の実施形態にスリット６１を適用した形態であることが望ましい。

第４の実施形態は、ＭＯフロントミラーとＰＯリアミラーの間の光路上に空間フィルタが設置された注入同期型レーザ装置に関する。

図２２（ａ）は第４の実施形態に係る注入同期型レーザ装置の一部構成を簡略化して示す側面図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）のＡ−Ａ断面を矢印ａ方向から見た図である。図２３（ａ）は第４の実施形態に係る注入同期型レーザ装置のＰＯレーザの一部構成を簡略化して示す上面図であり、図２３（ｂ）は第４の実施形態に係る注入同期型レーザ装置のＭＯレーザの一部構成を簡略化して示す上面図である。図２２、図２３においては、メイン光が実線で示され、第１のサブ光が破線で示されている。

図２０、図２１で示される注入同期型レーザ装置では、ＭＯレーザ１００の上方にＰＯレーザ３００が配置され、ＭＯレーザ１００とＰＯレーザ３００の間の光路上には伝搬ミラー４２ａ、４２ｂが設置されている。また、伝搬ミラー４２ａ、４２ａ間の光路上に空間フィルタ６２が設置されている。ＭＯレーザ１００から出射したシード光は伝搬ミラー４２ａ、４２ｂで反射し、ＰＯレーザ３００のＰＯリアミラー３６に入射する。

空間フィルタ６２は、小径のアパーチャ６３とアパーチャ６３を介して互いに対向する一対のレンズ６４ａ、６４ｂとで構成され、アパーチャ６３はレンズ６４ａ、６４ｂの焦点位置に配置される。

空間フィルタ６２は、所定角度で入射した光を通過させ、所定角度外で入射した光を遮断するものである。したがって、空間フィルタ６２を用いて第１のサブ光を遮断するには、空間フィルタ６２に対するシード光の入射角度と、第１のサブ光の入射角度を変えなければならない。このため、第４の実施形態は第１の実施形態又は第２の実施形態に空間フィルタ６２を適用した形態でなければならない。

また、図２４（ａ）、（ｂ）で示すように、一方向のみを制限するようにレンズ又はシリンドリカルレンズ６４′ａ、６４′ｂとスリット６５とを用いて空間フィルタ６２′を形成してもよい。ＭＯレーザ１００から出射されるシード光のビームのポインティング変動は、放電方向に特に大きい傾向がある。空間フィルタ６２′によってメイン光の透過率のふらつきが大幅に低減される。

上記第１〜第４の実施形態は空間的にメイン光とサブ光をずらすものであるのに対して、次に説明する第５、第６の実施形態は時間的にメイン光とサブ光をずらすものである。メイン光とサブ光が増幅空間に充満する時間はＭＯレーザのパルス幅で決まる。また、メイン光とサブ光が増幅空間に充満する時期はＭＯレーザとＰＯレーザの間の光伝搬距離で決まる。したがって、メイン光とサブ光の充満時期が重ならないようにするためには、この両者を適切に調整する必要がある。第５の実施形態ではパルス幅の調整について説明し、第６の実施形態では光伝搬距離の調整について説明する。

第５の実施形態は、増幅空間内でメイン光が充満する時期とサブ光が充満する時期とが重ならないようにＭＯレーザのパルス幅が調整された注入同期型レーザ装置に関する。パルス幅の調整というのは、所謂パルス整形のことである。

図２５（ａ）はＰＯ光共振器３８内に入射する１パルスのシード光のスペクトル線幅を時間に応じて示す図であり、図２５（ｂ）はＰＯ光共振器３８内に入射する１パルスのシード光の光量を時間に応じて示す図である。図２５（ａ）、（ｂ）ではメイン光（曲線ａ）と第１のサブ光（曲線ｂ）と第２のサブ光（曲線ｃ）のみを示し、さらにこれらを合成した合成光（曲線ｄ）を示している。

時刻ｔ1〜時刻ｔ2の間では、ＰＯ光共振器３８内の増幅空間にはメイン光のみが充満する。時刻ｔ3（＞ｔ2）〜時刻ｔ4の間では、ＰＯ光共振器３８内の増幅空間には第１のサブ光のみが充満する。時刻ｔ5（＞ｔ4）以降では、ＰＯ光共振器３８内の増幅空間には第２のサブ光のみが充満する。

ＭＯレーザとＰＯレーザの間の光伝搬距離を所定長さに固定して、ＭＯレーザのレーザパルスを短パルス化すると、図２５（ａ）、（ｂ）に示すような結果が得られ、ＰＯ共振器内の増幅空間でメイン光とサブ光が時間的に重ならなくなる。そこで、メイン光が増幅空間に入射するときにのみ増幅空間で反転分布が得られるように、若しくは増幅空間で十分に生成された反転分布がメイン光で消費されるように、ＰＯレーザの放電のタイミングを調整すれば、メイン光のみが増幅され、サブ光は増幅されなくなる。

ＭＯレーザのパルス幅を調整するためには、図１に示すＭＯ高電圧パルス発生器１２の回路定数（コンデンサの容量やコイルのインダクタンス等）や、ＭＯチャンバ１０内のガス圧や、Ｆ2分圧や、充電器１１の充電電圧等をパラメータとし、これらのパラメータを適切な値にすればよい。

なお、パルス整形ではスペクトル性能を満たすために十分に狭帯域化が進んだ状態でＭＯレーザからシード光が出射されるようにすることも必要である。

第５の実施形態によれば、ＰＯレーザ３００で放電する際に、増幅空間には実質的にメイン光のみが存在し、サブ光は存在しないことになる。よって、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅は、サブ光の影響を受けることなくメイン光のスペクトル線幅に準ずることになる。したがって、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅は狭くなる。

第５の実施形態は、増幅空間内でメイン光が充満する時期とサブ光が充満する時期とが重ならないようにＭＯレーザとＰＯレーザの間の光伝搬距離が調整された注入同期型レーザ装置に関する。

図２６（ａ）は第６の実施形態に係る注入同期型レーザ装置の一部構成を簡略化して示す側面図であり、図２６（ｂ）は図２６（ａ）のＡ−Ａ断面を矢印ａ方向から見た図である。

図２７（ａ）はＰＯ光共振器３８内に入射する１パルスのシード光のスペクトル線幅を時間に応じて示す図であり、図２７（ｂ）はＰＯ光共振器３８内に入射する１パルスのシード光の光量を時間に応じて示す図である。図２７（ａ）、（ｂ）ではメイン光（曲線ａ）と第１のサブ光（曲線ｂ）のみを示し、さらにこれらを合成した合成光（曲線ｃ）を示している。

時刻ｔ1〜時刻ｔ2の間では、ＰＯ光共振器３８内の増幅空間にはメイン光のみが充満する。時刻ｔ3（＞ｔ2）〜時刻ｔ4の間では、ＰＯ光共振器３８内の増幅空間には第１のサブ光のみが充満する。

ＭＯレーザのパルス幅を一定にして、ＭＯレーザとＰＯレーザの間の光伝搬距離を例えばＬからＬ′（＞Ｌ）というように長くすると、図２７（ａ）、（ｂ）に示すような結果が得られ、ＰＯ共振器内の増幅空間でメイン光とサブ光が時間的に重ならなくなる。そこで、メイン光が増幅空間に入射するときにのみ増幅空間で反転分布が得られるように、若しくは増幅空間で十分に生成された反転分布がメイン光で消費されるように、ＰＯレーザの放電のタイミングを調整すれば、メイン光のみが増幅され、サブ光は増幅されなくなる。

光伝搬距離を長くする場合は、レーザ装置が大型化しないように工夫することが望ましい。図２８に示すように、複数の伝搬ミラー４２ａ、４２ｂ、・・・によってレーザ装置の大型化はある程度抑制される。

第６の実施形態によれば、ＰＯレーザ３００で放電する際に、増幅空間には実質的にメイン光のみが存在し、サブ光は存在しないことになる。よって、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅は、サブ光の影響を受けることなくメイン光のスペクトル線幅に準ずることになる。したがって、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅は狭くなる。

第７の実施形態は、ＭＯレーザとＰＯレーザの間の光路上に設けられた伝搬ミラーの角度の調整方法に関し、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅を狭くする注入同期型レーザのスペクトル線幅調整方法に関する。第７の実施形態は、レーザ製造段階で行われてもよいし、レーザ使用時に定期的に行われてもよい。

図２９は第７の実施形態に係る伝搬ミラーの角度の調整方法を示すフローチャートである。なお、以下では図２、図７、図８に示すレーザ装置を用いるものとし、一軸を中心にした伝搬ミラー４２ｂの角度θnを調整する方法を説明する。

第７の実施形態では、注入同期型レーザ装置の運転として、ＰＯレーザ３００の出力が一定となるように、ＰＯレーザ３００に設けられた充電器３１の充電電圧Ｖを制御する。

以下の調整作業の前に、ＰＯリアミラー３６の部分反射面とシード光の光軸とが直交するように、伝搬ミラー４２ｂの初期角度θ0を設定しておく。また、伝搬ミラー４２ｂの角度θnの範囲を設定しておく。具体的には、一方向（＋方向）の回転方向に限界角度θULを設定し、他方向（−方向）の回転方向に限界角度θLLを設定しておく。この限界角度θUL、θLLの間の角度θnのうち、最小のスペクトル線幅ＢＷ（θmin）が得られる角度θminを取得すればよい。

最初に伝搬ミラー４２ｂの角度θnを初期角度θ0にする。この状態でＰＯレーザ３００から出射されるレーザ光のスペクトル線幅ＢＷ（θ0）をモニタモジュール３９にて測定し、測定したスペクトル線幅ＢＷ（θ0）とこのときの角度θ0とを対応付けて記憶する（Ｓ１０１）。

次に、伝搬ミラー４２ｂを＋Δθだけ回転させ、その角度をθnとする（Ｓ１０２）。角度θnが限界角度θULを超えていなければ、ＰＯレーザ３００から出射されるレーザ光のスペクトル線幅ＢＷ（θn）をモニタモジュール３９にて測定し、測定したスペクトル線幅ＢＷ（θn）とこのときの角度θnとを対応付けて記憶する（Ｓ１０３の判断ｎｏ、Ｓ１０４）。こうして、伝搬ミラー４２ｂの回転と、角度θnの判別と、レーザ光のスペクトル線幅ＢＷ（θn）の測定と、を繰り返す。角度θnが限界角度θULを超えたならば、伝搬ミラー４２ｂの角度θnを初期状態の角度θ0に戻す（Ｓ１０３の判断ｙｓｅ、Ｓ１０５）。

次に、伝搬ミラー４２ｂを−Δθだけ回転させ、その角度をθnとする（Ｓ１０６）。角度θnが限界角度θLLを超えていなければ、ＰＯレーザ３００から出射されるレーザ光のスペクトル線幅ＢＷ（θn）をモニタモジュール３９にて測定し、測定したスペクトル線幅ＢＷ（θn）とこのときの角度θnとを対応付けて記憶する（Ｓ１０７の判断ｎｏ、Ｓ１０８）。こうして、伝搬ミラー４２ｂの回転と、角度θnの判別と、レーザ光のスペクトル線幅ＢＷ（θn）の測定と、を繰り返す。角度θnが限界角度θLLを超えたならば、スペクトル線幅ＢＷ（θn）の測定を終了する（Ｓ１０７の判断ｙｅｓ）。

これまでの測定によって、図３０に示すような、伝搬ミラー４２ｂの角度θとスペクトル線幅ＢＷとの対応関係を示すデータ結果が得られる。このデータ結果を用いて、最小のスペクトル線幅ＢＷ（θmin）に対応する角度θminを取得する。そして、伝搬ミラー４２ｂの角度θを取得した角度θminに固定する（Ｓ１０９）。

なお、第７の実施形態では伝搬ミラー４２ｂの回転角度に限界角度を設定しているが、充電電圧Ｖに限界電圧を設定し、伝搬ミラー４２ｂの回転毎に充電電圧Ｖの測定及び測定電圧と限界電圧との比較を行うようにしてもよい。また出射光のポインティング等で判断してもよい。要は、伝搬ミラー４２ｂの回転範囲を規制するための何らかのパラメータを設定すればよい。

また、伝搬ミラー４２ｂの角度を調整する場合だけではなく、伝搬ミラー４２ａの角度を調整する場合にも本実施形態を適用することができ、両者を同時に調整する場合にも本実施形態を適用することができる。さらに、ＰＯリアミラー３６の角度を調整する場合にも本実施形態を適用することができる。

第７の実施形態によれば、ＰＯレーザ３００で放電する際に、増幅空間には実質的にメイン光のみが存在し、サブ光は存在しないことになる。若しくはサブ光によるスペクトル悪化程度が小さな領域での調整となる。よって、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅は、サブ光の影響を受けることなくメイン光のスペクトル線幅に準ずることになる。したがって、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅は狭くなる。

第８の実施形態は、ＭＯレーザとＰＯレーザの間の光路上に設けられた伝搬ミラーの角度の調整方法に関し、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅を狭くし且つパワーを大きくする注入同期型レーザのスペクトル線幅調整方法に関する。第８の実施形態は、レーザ製造段階で行われてもよいし、レーザ使用時に定期的に行われてもよい。

図３１は第８の実施形態に係る伝搬ミラーの角度の調整方法を示すフローチャートである。なお、以下では図２、図７、図８に示すレーザ装置を用いるものとし、一軸を中心にした伝搬ミラー４２ｂの角度θnを調整する方法を説明する。

第８の実施形態では、注入同期型レーザ装置の運転として、ＰＯレーザ３００の出力が一定となるように、ＰＯレーザ３００に設けられた充電器３１の充電電圧Ｖを制御する。

以下の調整作業の前に、ＰＯリアミラー３６の部分反射面とシード光の光軸とが直交するように、伝搬ミラー４２ｂの初期角度θ0を設定しておく。また、ＰＯレーザ３００に設けられた充電器３１の充電電圧Ｖの許容範囲を設定しておく。具体的には、最小電圧Ｖminを基準とする許容幅ΔＶを設定しておく。充電電圧Ｖが最小電圧Ｖmin＋ΔＶの範囲内にあって、且つ最小のスペクトル線幅ＢＷ（θmin）が得られる角度θminを取得すればよい。

最初に伝搬ミラー４２ｂの角度θnを初期角度θ0にする。この状態でＰＯレーザ３００から出射されるレーザ光のスペクトル線幅ＢＷ（θ0）をモニタモジュール３９にて測定し、測定したスペクトル線幅ＢＷ（θ0）とこのときの角度θ0と充電電圧Ｖ（θ0）とを対応付けて記憶する。また、充電電圧Ｖ（θ0）を最小電圧Ｖminとする（Ｓ２０１）。

次に、伝搬ミラー４２ｂを＋Δθだけ回転させ、その角度をθnとする（Ｓ２０２）。ＰＯレーザ３００から出射されるレーザ光のスペクトル線幅ＢＷ（θn）をモニタモジュール３９にて測定し、測定したスペクトル線幅ＢＷ（θn）とこのときの角度θnと充電電圧Ｖ（θn）とを対応付けて記憶する（Ｓ２０３）。また、充電電圧Ｖ（θn）と最小電圧Ｖminのうち、小さい方を最小電圧Ｖminとする（Ｓ２０４）。そして、Ｖ（θn）がＶmin＋ΔＶを超えていなければ、伝搬ミラー４２ｂの回転と、レーザ光のスペクトル線幅ＢＷ（θn）の測定と、を繰り返す（Ｓ２０５の判断ｎｏ）。Ｖ（θn）がＶmin＋ΔＶを超えたならば、伝搬ミラー４２ｂの角度θnを初期状態の角度θ0に戻す（Ｓ２０５の判断ｙｓｅ、Ｓ２０６）。

次に、伝搬ミラー４２ｂを−Δθだけ回転させ、その角度をθnとする（Ｓ２０７）。ＰＯレーザ３００から出射されるレーザ光のスペクトル線幅ＢＷ（θn）をモニタモジュール３９にて測定し、測定したスペクトル線幅ＢＷ（θn）とこのときの角度θnと充電電圧Ｖ（θn）とを対応付けて記憶する（Ｓ２０８）。また、充電電圧Ｖ（θn）と最小電圧Ｖminのうち、小さい方を最小電圧Ｖminとする（Ｓ２０９）。そして、Ｖ（θn）がＶmin＋ΔＶを超えていなければ、伝搬ミラー４２ｂの回転と、レーザ光のスペクトル線幅ＢＷ（θn）の測定と、を繰り返す（Ｓ２１０の判断ｎｏ）。Ｖ（θn）がＶmin＋ΔＶを超えたならば、スペクトル線幅ＢＷ（θn）の測定を終了する（Ｓ２１０の判断ｙｅｓ）。

これまでの測定によって、図３２に示すような、伝搬ミラー４２ｂの角度θとスペクトル線幅ＢＷとの対応関係及び伝搬ミラー４２ｂの角度θnと充電電圧Ｖとの対応関係を示すデータ結果が得られる。このデータ結果を用いて、充電電圧ＶがＶmin＋ΔＶ以下であって、最小のスペクトル線幅ＢＷ（θmin）に対応する角度θminを取得する。そして、伝搬ミラー４２ｂの角度θを取得した角度θminに固定する（Ｓ２１１）。

また、伝搬ミラー４２ｂの角度を調整する場合だけではなく、伝搬ミラー４２ａの角度を調整する場合にも本実施形態を適用することができ、両者を同時に調整する場合にも本実施形態を適用することができる。さらに、ＰＯリアミラー３６の角度を調整する場合にも本実施形態を適用することができる。

第８の実施形態によれば、ＰＯレーザ３００で放電する際に、増幅空間には実質的にメイン光のみが存在し、サブ光は存在しないことになる。若しくはサブ光によるスペクトル悪化程度が小さな領域での調整となる。よって、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅は、サブ光の影響を受けることなくメイン光のスペクトル線幅に準ずることになる。したがって、ＰＯレーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅は狭くなる。

第１、第２、第４、第７、第８の実施形態によると、ＰＯレーザ３００の出力光軸が変動するため、出力光のポインティングが変化する。第９の実施形態はポインティングを補正する機能を備えた注入同期型レーザ装置に関する。

図３３はポインティング補正機構を備えた注入同期式レーザ装置の側面図である。
ポインティング補正機構７０は二つの反射ミラー７１、７２とハーフミラー７３とレンズ７４とポインティングモニタ７５とで構成される。ポインティング補正機構７０に入射した光は、反射ミラー７１、７２で反射し、ハーフミラー７３で一部反射し、レンズに７４に入射し、ポインティングモニタ７５に集光される。一方、ハーフミラー７３では一部の光が透過する。

ポインティングモニタ７５はポインティングをモニタし、ポインティングが所定位置になるように、反射ミラー７１、７２に駆動信号を出力する。

第９の実施形態によれば、一定の出力光軸が得られる。

上記第１〜第９の実施形態では、ＭＯレーザ１００からＰＯレーザ３００の間の光路上に伝搬ミラー４２ａ、４２ｂを配置したが、これに限られるものではなく、例えば、全反射プリズムなどを用いてもよい。

また、上記第１〜第４の実施形態では、伝搬ミラー４２ａ、４２ｂやＰＯリアミラー３６の姿勢を変化させてＰＯリアミラー３６の部分反射面とシード光の光軸とを非直交にしたが、ＭＯレーザ１００とＰＯレーザ３００の相対的な位置関係を変化させてＰＯリアミラー３６の部分反射面とシード光の光軸とを非直交にしてもよい。

図１は注入同期型レーザ装置の構成図である。 図２は図１と異なる注入同期型レーザ装置の構成図である。 図３（ａ）は発振段チャンバ及びその近傍の構成図であり、図３（ｂ）は増幅段チャンバ及びその近傍の構成図である。 図４（ａ）、（ｂ）は電源及びチャンバ内部の回路構成の一例を示す図である。 図５はＭＯレーザで１パルスのレーザ発振が行われた場合のスペクトル特性を示す図である。 図６は１パルスのレーザ光のスペクトル特性を示す図である。 図７（ａ）は注入同期型レーザ装置の一部構成を示す側面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面を矢印ａ方向から見た図である。 図８（ａ）は注入同期型レーザ装置のＰＯレーザの一部構成を示す上面図であり、図８（ｂ）は注入同期型レーザ装置のＭＯレーザの一部構成を示す上面図である。 図９はミラーのウェッジ角を示す図である。 図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はシード光の多重反射を説明するための図である。 図１１（ａ）はＰＯ光共振器３８内に入射する１パルスのシード光のスペクトル線幅を時間に応じて示す図であり、図１１（ｂ）はＰＯ光共振器３８内に入射する１パルスのシード光の光量を時間に応じて示す図である。 図１２（ａ）は第１の実施形態に係る注入同期型レーザ装置の一部構成を示す側面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ断面を矢印ａ方向から見た図である。 図１３（ａ）は第１の実施形態に係る注入同期型レーザ装置のＰＯレーザの一部構成を示す上面図であり、図１３（ｂ）は第１の実施形態に係る注入同期型レーザ装置のＭＯレーザの一部構成を示す上面図である。 図１４（ａ）、（ｂ）は第１の実施形態を説明するための図である。 図１５（ａ）、（ｂ）は第１の実施形態を説明するための図である。 図１６（ａ）、（ｂ）は図１４（ａ）、（ｂ）に示した第１の実施形態の別の形態を示す図である。 図１７（ａ）は第２の実施形態に係る注入同期型レーザ装置の一部構成を示す側面図であり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）のＡ−Ａ断面を矢印ａ方向から見た図である。 図１８（ａ）は第２の実施形態に係る注入同期型レーザ装置のＰＯレーザの一部構成を示す上面図であり、図１８（ｂ）は第２の実施形態に係る注入同期型レーザ装置のＭＯレーザの一部構成を示す上面図である。 図１９（ａ）、（ｂ）は図１８（ａ）、（ｂ）に示した第２の実施形態の別の形態を示す図である。 図２０（ａ）は第３の実施形態に係る注入同期型レーザ装置の一部構成を示す側面図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＡ−Ａ断面を矢印ａ方向から見た図である。 図２１（ａ）は第３の実施形態に係る注入同期型レーザ装置のＰＯレーザの一部構成を示す上面図であり、図２１（ｂ）は第３の実施形態に係る注入同期型レーザ装置のＭＯレーザの一部構成を示す上面図である。 図２２（ａ）は第４の実施形態に係る注入同期型レーザ装置の一部構成を示す側面図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）のＡ−Ａ断面を矢印ａ方向から見た図である。 図２３（ａ）は第４の実施形態に係る注入同期型レーザ装置のＰＯレーザの一部構成を示す上面図であり、図２３（ｂ）は第４の実施形態に係る注入同期型レーザ装置のＭＯレーザの一部構成を示す上面図である。 図２４（ａ）は空間フィルタの斜視図であり、図２４（ｂ）は空間フィルタの部分断面図である。 図２５（ａ）はＰＯ光共振器３８内に入射する１パルスのシード光のスペクトル線幅を時間に応じて示す図であり、図２５（ｂ）はＰＯ光共振器３８内に入射する１パルスのシード光の光量を時間に応じて示す図である。 図２６（ａ）は第６の実施形態に係る注入同期型レーザ装置の一部構成を示す側面図であり、図２６（ｂ）は図２６（ａ）のＡ−Ａ断面を矢印ａ方向から見た図である。 図２７（ａ）はＰＯ光共振器３８内に入射する１パルスのシード光のスペクトル線幅を時間に応じて示す図であり、図２７（ｂ）はＰＯ光共振器３８内に入射する１パルスのシード光の光量を時間に応じて示す図である。 図２８は図２６（ａ）に示した第６の実施形態の別の形態を示す図である。 図２９は第７の実施形態に係る伝搬ミラーの角度の調整方法を示すフローチャートである。 図３０は伝搬ミラーの角度θとスペクトル線幅ＢＷとの対応関係を示す図である。 図３１は第８の実施形態に係る伝搬ミラーの角度の調整方法を示すフローチャートである。 図３２は伝搬ミラーの角度θとスペクトル線幅ＢＷと及び充電電圧Ｖとの対応関係を示す図である。 図３３はポインティング補正機構を備えた注入同期式レーザ装置の側面図である。

符号の説明

１０ａ、１０ｂ…電極
１６ａ…プリズム
１６ｂ…回折格子
１７…ＭＯフロントミラー
１８…ＭＯ光共振器
３０ａ、３０ｂ…電極
３６…ＰＯリアミラー
３７…ＰＯフロントミラー
３８…ＰＯ光共振器
４２ａ、４２ｂ…伝搬ミラー
１００…ＭＯレーザ
３００…ＰＯレーザ

Claims (6)

1. レーザガスを封入する発振段レーザチャンバと、前記発振段レーザチャンバを介して対峙する狭帯域化モジュール及び発振段用部分透過鏡と、を少なくとも備え、シード光を出力する発振段レーザと、
   レーザガスを封入する増幅段レーザチャンバと、前記増幅段レーザチャンバを介して対峙する増幅段用第１部分透過鏡及び増幅段用第２部分透過鏡と、を少なくとも備え、前記発振段レーザから出力されるシード光を入力して増幅する増幅段レーザと、から構成され、
   前記増幅段用第１部分透過鏡の部分反射面と、前記発振段レーザから当該部分反射面に入射するシード光の光軸とが非垂直であって、さらに前記増幅段用第１部分透過鏡で一度も反射することなく前記増幅段光共振器内に入射するシード光が当該増幅段光共振器内の増幅空間内に入射すること
   を特徴とする注入同期型レーザ装置。
2. レーザガスを封入する発振段レーザチャンバと、前記発振段レーザチャンバを介して対峙する狭帯域化モジュール及び発振段用部分透過鏡と、を少なくとも備え、シード光を出力する発振段レーザと、
   レーザガスを封入する増幅段レーザチャンバと、前記増幅段レーザチャンバを介して対峙する増幅段用第１部分透過鏡及び増幅段用第２部分透過鏡と、を少なくとも備え、前記発振段レーザから出力されるシード光を入力して増幅する増幅段レーザと、から構成され、
   前記第１の増幅段部分透過鏡で反射することなく透過して前記増幅段光共振器内に入射するメイン光が前記増幅部内に充満するメイン光充満時期と、前記第１の増幅段部分透過鏡と前記発振段部分透過鏡とで反射してから前記第１の増幅段部分透過鏡を透過して前記増幅段光共振器内に入射するサブ光が前記増幅部内に充満するサブ光充満時期と、が重ならないように、前記発振段レーザの発振パルス幅に影響を及ぼすパラメータと、前記発振段レーザと前記増幅段レーザとの間の光伝搬距離と、が設定されていること
   を特徴とする注入同期型レーザ装置。
3. 前記パラメータは、前記発振段レーザに設けられる放電回路の回路定数と、前記放電回路の充電電圧と、前記発振段レーザに設けられたチャンバ内のガス圧と、前記チャンバ内のＦ2分圧と、のうちの少なくとも一つであること
   を特徴とする請求項２記載の注入同期型レーザ装置。
4. レーザガスを封入する発振段レーザチャンバと、前記発振段レーザチャンバを介して対峙する狭帯域化モジュール及び発振段用部分透過鏡と、を少なくとも備え、シード光を出力する発振段レーザと、
   レーザガスを封入する増幅段レーザチャンバと、前記増幅段レーザチャンバを介して対峙する増幅段用第１部分透過鏡及び増幅段用第２部分透過鏡と、を少なくとも備え、前記発振段レーザから出力されるシード光を入力して増幅する増幅段レーザと、
   から構成される注入同期型レーザ装置から出射されるレーザ光のスペクトル線幅を最小幅に調整する注入同期型レーザ装置のスペクトル線幅調整方法において、
   前記発振段部分透過鏡と前記増幅段部分透過鏡との間の光路上にある光学素子の姿勢を変化させて、前記第１の増幅段部分透過鏡の反射面に対するシード光の入射角度を変化させる角度変化工程と、
   前記光学素子の姿勢毎に前記増幅段レーザから出射されるレーザ光のスペクトル線幅を測定するスペクトル線幅測定工程と、
   前記スペクトル線幅測定工程で取得した複数のスペクトル線幅のうちの最小のスペクトル線幅が得られた姿勢に前記光学素子を固定する姿勢固定工程と、を備えたこと
   を特徴とする注入同期型レーザ装置のスペクトル線幅調整方法。
5. 前記光学素子は、前記発振段レーザと前記増幅段レーザとの間の光路上にあってシード光の進行方向を変える１以上の伝搬ミラーであること
   を特徴とする請求項４記載の注入同期型レーザ装置のスペクトル線幅調整方法。
6. 前記光学素子は、前記第１の増幅段部分透過鏡であること
   を特徴とする請求項４記載の注入同期型レーザ装置のスペクトル線幅調整方法。

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