JP2006227176A

JP2006227176A - 光源装置及び光源装置のパージ方法

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Publication number: JP2006227176A
Application number: JP2005039135A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kawai; 斉河井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】光ファイバ増幅器を構成する光ファイバの被覆から発生するアウトガスによる紫外線の吸収が起こりにくい光源装置を提供する。
【解決手段】電気系統格納部屋１には、ガス導入口２よりパージガスである窒素が供給され、フィルタ３を通った後、ガス供給管４を通して第１の格納部屋１１ａに供給されている。第１の格納部屋１１ａと第２の格納部屋１１ｂとの間は隔壁７で区分され、隔壁７には開口８が設けられている。第１の格納部屋１１ａ内をパージして乾燥状態に保ったパージガスは、開口８を通して第２の格納部屋１１ｂに流入し、光ファイバの被覆から放出されるアウトガスを伴って排出管９を通って、電気系統格納部屋１内に入り、排出口１０から排出される。排出管９を電気系統格納部屋１内に開放せず、電気系統格納部屋１内を通して直接排出口１０に結合するようにしてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を光ファイバ増幅器によって増幅した後、波長変換結晶を使用した波長変換光学系により波長変換して出力する光源装置に関するものである。

紫外レーザ光源装置としては、半導体レーザから放出されるレーザ光を、非線形光学素子である波長変換結晶を用いて高調波に波長変換することにより紫外光を形成して利用するものが、一般的に用いられている。一例として、波長1547nmの半導体レーザの光を、ファイバーアンプや半導体アンプなどで増幅し、その増幅した1547nmの基本波を、波長変換光学系により８倍波に波長変換し193nmの光を得るものがある。

このような光源装置の例は、例えば特開２００４−３４８０６６号公報（特許文献１）に記載されているが、その概要を簡単に説明する。

図３は、レーザ光源の全体構成図であり、基本波発生部１６、波長変換部１７から構成されている。

図４は基本波発生部１６の構成の例を説明する図であり、主に基本波光源部１８、ＥＤＦ部１９（Ｅｒ^３＋添加光ファイバ）、励起用光源２０から構成される。基本波光源となるＤＦＢからは波長1547nmのパルス光が出力され、ＥＤＦ部１９により増幅される。ＥＤＦ部１９はＥＤＦ１、ＥＤＦ２、ＥＤＦ３の３段階のＥＤＦから構成され、励起用光源２０からそれぞれのＥＤＦへ励起光が供給される。ＥＤＦ３からの出力光が後に説明する波長変換部に入力される。

図５に、波長変換光学系の１例の概要を示す。波長1547nmの基本波は、集光レンズ２１により波長変換結晶（ＬＢＯ）２２に集光され、そのうちの一部が２倍波に変換される。波長変換結晶２２からの出力光は、集光レンズ２３により波長変換結晶（ＬＢＯ）２４に集光され、基本波と２倍波の一部が３倍波に変換される。波長変換結晶２４からの出力光のうち、３倍波はダイクロイックミラー２５で反射され、基本波と２倍波はダイクロイックミラー２５を透過する。そして、透過した光のうち２倍波はダイクロイックミラー２６で反射され、基本波はダイクロイックミラー２６を透過する。

ダイクロイックミラー２６で反射された２倍波は、集光レンズ２７により波長変換結晶（ＬＢＯ）２８に集光され、２倍波の一部が４倍波に変換される。波長変換結晶２８の出力光は、シリンドリカルレンズ２９、３０を通って、ダイクロイックミラー３１で反射されて波長変換結晶（ＢＢＯ）３２に集光される。

一方、ダイクロイックミラー２５で反射された３倍波は、コリメートレンズ３３、集光レンズ３４を通ってミラー３５で反射され、ダイクロイックミラー３１を透過して波長変換結晶３２に集光される。波長変換結晶３２では、入射した３倍波と４倍波の一部が７倍波に変換される。波長変換素子３２の出力光は、シリンドリカルレンズ３６、３７を通ってダイクロイックミラー３８で反射され、波長変換結晶３９（ＣＬＢＯ）に集光される。

ダイクロイックミラー２６を透過した基本波は、ミラー４１で反射され、コリメートレンズ４２を通り、ミラー４３、４４で反射されて集光レンズ４５を通り、ダイクロイックミラー３８を透過して、波長変換結晶３９に集光される。波長変換結晶３９では、７倍波と基本波の一部が８倍波に変換され、波長193nmの紫外光として出力される。

紫外線を発生する光源装置を使用する場合に、波長変換結晶の中には潮解性を有するものがあるので、乾燥したガスでパージを行うことにより、これらの波長変換結晶の潮解を防ぐことが行われている。又、これらの光源装置内で、光源装置を構成する物質からアウトガスが発生すると、このアウトガスが起因となり、紫外域の光学素子の透過率を低下させるという問題点がある。そのため、光源装置を構成する物質としてできるだけアウトガスを発生しない物質を使用している。

特開２００４−３４８０６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるような光ファイバ増幅器、配線等を使用した光源装置の場合、配線や光ファイバの被覆から比較的多量のアウトガスが発生することが避けられない。従来行われていた光源装置内のガスパージでは、このアウトガスが波長変換部に流入するのが避けられず、光源装置から発生する光量が低下する原因となっていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、光ファイバ増幅器を構成する光ファイバの被覆から発生するアウトガスによる光量低下が起こりにくい光源装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、基本波光を発振する基本波光源と、前記基本波光を励起光により増幅する光ファイバ増幅器と、前記励起光を発振する励起用光源と、増幅された前記基本波光を波長変換結晶により波長変換する波長変換部と、前記波長変換部を格納する第１の格納部屋と、少なくとも前記光ファイバ増幅器を格納する第２の格納部屋と、パージ用ガスを前記第１の格納部屋に導入し、前記波長変換部のパージを行い、その後、前記第１の格納部屋から流出する前記ガスを前記第２の格納部屋に導いて前記光ファイバ増幅器のパージを行い、排出するガスパージ機構と、を有することを特徴とする光源装置である。

前記課題を解決するための第２の手段は、基本波光を発振する基本波光源と、前記基本波光を波長変換結晶により波長変換する波長変換部と、アウトガスを発生する部材と、前記波長変換部を格納する第１の格納部屋と、前記部材を格納する第２の格納部屋と、パージ用ガスを前記第１の格納部屋に導入し、前記波長変換部のパージを行い、その後、前記第１の格納部屋から流出する前記ガスを前記第２の格納部屋に導いて前記部材のパージを行い、排出するガスパージ機構と、を有することを特徴とする光源装置である。

前記課題を解決するための第３の手段は、紫外光発振部と、アウトガスを発生する部材と、前記紫外光発振部を格納する第１の格納部屋と、前記部材を格納する第２の格納部屋と、パージ用ガスを前記第１の格納部屋に導入し、前記紫外光発振部のパージを行い、その後、前記第１の格納部屋から流出する前記ガスを前記第２の格納部屋に導いて前記部材のパージを行い、排出するガスパージ機構と、を有することを特徴とする光源装置である。

前記課題を解決するための第４の手段は、基本波光を発振する基本波光源と、前記基本波光を励起光により増幅する光ファイバ増幅器と、前記励起光を発振する励起用光源と、増幅された前記基本波光を波長変換結晶により波長変換する波長変換部と、を備えた光源装置のパージ方法であって、パージ用ガスを前記波長変換部に導入して当該波長変換部のパージを行い、その後、前記波長変換部から流出する前記ガスを前記光ファイバ増幅器に導いて排出することを特徴とする光源装置のパージ方法である。

前記課題を解決するための第５の手段は、基本波光を発振する基本波光源と、前記基本波光を波長変換結晶により波長変換する波長変換部と、アウトガスを発生する部材と、を備えた光源装置のパージ方法であって、パージ用ガスを前記波長変換部に導入して当該波長変換部のパージを行い、その後、前記波長変換部から流出する前記ガスを前記部材に導いて排出することを特徴とする光源装置のパージ方法である。

前記課題を解決するための第６の手段は、紫外光発振部と、アウトガスを発生する部材と、を備えた光源装置のパージ方法であって、パージ用ガスを前記紫外光発生部に導入して当該紫外光発生部のパージを行い、その後、前記紫外光発生部から流出する前記ガスを前記部材に導いて排出することを特徴とする光源装置のパージ方法である。

本発明によれば、光ファイバ増幅器を構成する光ファイバの被覆から発生するアウトガスによる素子の透過率の低下が起こりにくい光源装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である紫外線光源装置のガスパージ機構を示す概略図である。この紫外線光源装置は、図３、図４、図５に示したものと同じである。

格納部屋１１は開口８が形成された隔壁７で区切られ、第１の格納部屋１１ａと第２の格納部屋１１ｂを構成する。第１の格納部屋１１ａには波長変換部５が格納され、第２の格納部屋１１ｂには基本波発生部６（基本波光源、光ファイバ増幅器、励起用光源）が格納される。電気系統格納部屋１には、ガス導入口２とフィルタ３とガス供給管４と排出口１０が設けられ、ガス供給管４は第１の格納部屋１１ａと繋がっている。排出管９は電気系統格納部屋１と第２の格納部屋１１ｂとの双方に繋がっている。ガス導入口２よりパージガスである窒素が導入され、フィルタ３を介してガス供給管４を通って第１の格納部屋１１ａ（波長変換部５）に供給される。

第１の格納部屋１１ａ（波長変換部５）内をパージして乾燥状態に保ったパージガスは、開口８を通して第２の格納部屋１１ｂ（基本波発生部６）に流入し、光ファイバの被覆等から放出されるアウトガスを伴って排出管９を通って、電気系統格納部屋１内に入り、排出口１０から排出される。排出管９を電気系統格納部屋１内に開放せず、電気系統格納部１内を通して直接排出口１０に結合するようにしてもよい。このようにすると、パージガスが電気系統格納部屋１の電気系統に入り込まないようにすることができる。電気系統格納部屋１からの複数の配線は、排出管９内を通っている。

図１においては、ガス供給管４と排出管９とを別配管にして２本の配管を使用しているが、これらを１本の２重管から構成し、例えば供給ガスを内側配管、排出ガスを外側配管中を通すようにしてもよい。

図２は、本発明の実施の形態の他の例である紫外線光源装置のガスパージ機構を示す概略図である。この紫外線光源装置は、図３、図４、図５に示したものと同じである。図２において、図１に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略することがある。

前述した一例のように第１の格納部屋１１ａ及び第２の格納部屋１１ｂが構成され、第１の格納部屋１１ａに波長変換部５が格納され、第２の格納部屋１１ｂに基本波発生部６が格納されている点、及び電気系統格納部屋１にガス導入口２、フィルタ３、ガス供給管４が設けられている点は同じであるが、電気系統格納部屋１には排出口を設けず、第２の格納部屋１１ｂに排出口１３が設けられている点が異なる。

また、ガス供給管４は第１の格納部屋１１ａに繋がり、配線用管１２は、電気系統格納部屋１からガス供給管４を貫通して（一部分は、ガス供給管４内に配線用管１２が設けられた二重構造）第２格納部屋１１ｂに繋がっている。配線用管１２には電気系統格納部屋１からの複数の配線が通線されている。配線用管１２は、配線から放出されたガスが外に漏れない構造になっているので、アウトガスがパージガスに混入することがなく、パージガスのみが第１の格納部屋１１ａ（波長変換部５）内に供給される。

第１の格納部屋１１ａ（波長変換部５）内をパージして乾燥状態に保ったパージガスは、開口８を通して第１の格納部屋１１ｂ（基本波発生部６）に流入し、配線から放出され配線用配管１２を伝わって第２の格納部屋１１ｂに流入するアウトガス、又は光ファイバの被覆から放出されるアウトガスを伴って基本波発生部６に設けられた排出口１３から排出される。

このようにすると、パージガス用の配管を１本にすることができる。この場合、パージガスである窒素が装置の外に漏れることになるが、光源装置が、空調設備の部屋に設置されるのであれば問題ない。

また、図２では、配線用管１２をガス供給管４内に設けて二重構造をとっているが、二重構造にせずにガス供給管４は第１の格納部屋１１ａに繋げ、配線用管１２は第２の格納部屋１１ｂに繋げてもよい。さらに、配線用管１２を電気系統格納部屋１から第２の格納部屋１１ｂに繋ぎ、ガス供給管４を配線用管１２内に設け、配線用管１２の側壁を貫通して第１格納部屋１１ａに繋げてもよい（一部分は、配線用管１２内のガス供給管４が設けられた二重構造）。この場合の配線用管１２は、一般的な電気配線用管（アウトガスが外に漏れる管）でよい。

本発明の２つの実施形態では、第２の格納鄙屋１１ｂに基本波発生部６を格納しているが、排出管９又は配線管１２に配線を通線して基本波光源、或いは基本波光源及び励起用光源を電気系統格納部屋１に格納してもよい。

本発明の２つの実施形態では、１つの格納部屋を開口が形成された隔壁により区切って第１の格納部屋と第２の格納部屋とを構成しているが、別々の２つの格納部屋（第１の格納部屋と第２の格納部屋）を通路で繋げた構成にしてもよい。

また、本発明の２つの実施形態では、電気系統は電気系統格納部屋１に格納する例を説明したが、電気系統格納部屋１を設けず、電気系統及び基本波発生部６を第２の格納部屋１１ｂ内に格納してもよい。さらに、電気系統及び光ファイバ増幅器（カップラ等を含む）を第２の格納部屋１１ｂに格納し、基本波光源、励起用光源は、部屋の密封状態を保持しつつ基本波光源及び励起用光源がカップラと接続できるような構造の第３の格納部屋に格納してもよい。少なくともアウトガス発生の原因であるとともに、光源装置の構造上波長変換部５と連続（隣接）関係にある光ファイバ増幅器を第２の格納部屋１１ｂに格納していれば効果がある。

これらの場合は、ガス導入口、フィルタ、ガス導入管等は、第１の格納部屋に設け、排出口、排出管等は第２の格納部屋に設ける。

本発明の実施の形態の１例である紫外線光源装置のガスパージ機構を示す概略図である。本発明の実施の形態の他の例である紫外線光源装置のガスパージ機構を示す概略図である。レーザ光源の全体構成図である。基本波発生部の構成の例を説明する図である。波長変換光学系の１例の概要を示す図である。

符号の説明

１…電気系統格納部屋、２…ガス導入口、３…フィルタ、４…ガス供給管、５…波長変換部、６…基本波発生部、７…隔壁、８…開口、９…排出管、１０…排出口、１１…格納部屋、１２…配線用管、１３…排出口

Claims

基本波光を発振する基本波光源と、
前記基本波光を励起光により増幅する光ファイバ増幅器と、
前記励起光を発振する励起用光源と、
増幅された前記基本波光を波長変換結晶により波長変換する波長変換部と、
前記波長変換部を格納する第１の格納部屋と、
少なくとも前記光ファイバ増幅器を格納する第２の格納部屋と、
パージ用ガスを前記第１の格納部屋に導入し、前記波長変換部のパージを行い、その後、前記第１の格納部屋から流出する前記ガスを前記第２の格納部屋に導いて前記光ファイバ増幅器のパージを行い、排出するガスパージ機構と、
を有することを特徴とする光源装置。
基本波光を発振する基本波光源と、
前記基本波光を波長変換結晶により波長変換する波長変換部と、
アウトガスを発生する部材と、
前記波長変換部を格納する第１の格納部屋と、
前記部材を格納する第２の格納部屋と、
パージ用ガスを前記第１の格納部屋に導入し、前記波長変換部のパージを行い、その後、前記第１の格納部屋から流出する前記ガスを前記第２の格納部屋に導いて前記部材のパージを行い、排出するガスパージ機構と、
を有することを特徴とする光源装置。
紫外光発振部と、
アウトガスを発生する部材と、
前記紫外光発振部を格納する第１の格納部屋と、
前記部材を格納する第２の格納部屋と、
パージ用ガスを前記第１の格納部屋に導入し、前記紫外光発振部のパージを行い、その後、前記第１の格納部屋から流出する前記ガスを前記第２の格納部屋に導いて前記部材のパージを行い、排出するガスパージ機構と、
を有することを特徴とする光源装置。
基本波光を発振する基本波光源と、
前記基本波光を励起光により増幅する光ファイバ増幅器と、
前記励起光を発振する励起用光源と、
増幅された前記基本波光を波長変換結晶により波長変換する波長変換部と、
を備えた光源装置のパージ方法であって、
パージ用ガスを前記波長変換部に導入して当該波長変換部のパージを行い、その後、前記波長変換部から流出する前記ガスを前記光ファイバ増幅器に導いて排出することを特徴とする光源装置のパージ方法。
基本波光を発振する基本波光源と、
前記基本波光を波長変換結晶により波長変換する波長変換部と、
アウトガスを発生する部材と、を備えた光源装置のパージ方法であって、
パージ用ガスを前記波長変換部に導入して当該波長変換部のパージを行い、その後、前記波長変換部から流出する前記ガスを前記部材に導いて排出することを特徴とする光源装置のパージ方法。
紫外光発振部と、
アウトガスを発生する部材と、
を備えた光源装置のパージ方法であって、
パージ用ガスを前記紫外光発生部に導入して当該紫外光発生部のパージを行い、その後、前記紫外光発生部から流出する前記ガスを前記部材に導いて排出することを特徴とする光源装置のパージ方法。