JP2007088384A - Vacuum ultraviolet laser beam source and method for generating vacuum ultraviolet laser - Google Patents

Vacuum ultraviolet laser beam source and method for generating vacuum ultraviolet laser Download PDF

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Shoichi Kubodera
昌一 窪寺
Takeshi Azumaguchi
武史 東口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To generate a vacuum ultraviolet laser beam by stably exciting a rare gas in a compact configuration. <P>SOLUTION: The vacuum ultraviolet laser beam source 1 provided with a fibrous and cylindrical hollow fiber 4 that contains the rare gas inside, a laser device 16 that irradiates a laser beam that generates the vacuum ultraviolet beam by photoelectrically ionizing the rare gas into the hollow fiber 4, and optical resonators (4+7+8) that are disposed as opposed to both end sections of the hollow fiber 4 and have a pair of mirrors 7, 8 that reflect and amplify the vacuum ultraviolet beam. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、真空紫外レーザーを発生させる真空紫外レーザー光源および真空紫外レーザー発生方法に関し、特に、真空紫外光を発生させるエキシマガスとして希ガスを使用する真空紫外レーザー光源および真空紫外レーザー発生方法に関する。   The present invention relates to a vacuum ultraviolet laser light source and a vacuum ultraviolet laser generation method for generating a vacuum ultraviolet laser, and more particularly to a vacuum ultraviolet laser light source and a vacuum ultraviolet laser generation method using a rare gas as an excimer gas for generating vacuum ultraviolet light.

従来のレーザー装置は、レーザー媒質を励起して反転分布状態（高エネルギー状態）にし、放出された光を光共振器で増幅して、レーザー光を得ていた。前記レーザーとしては、レーザー媒質の種類により、Ｔｉ：サファイアレーザーやＮｄ：ＹＡＧレーザー等の固体レーザーや、炭酸ガスレーザー等の気体レーザー等がある。
前記気体レーザーにおいて、レーザー媒質である気体を励起するためには、電気エネルギーを投入する放電励起ならびに電子ビーム励起等の方法が知られている。前記放電励起に関する技術としては、例えば、特許文献１（特開平８−３０６９９９号公報）や特許文献２（特開平５−２３５４４４号公報）記載の技術が従来公知である。 In the conventional laser apparatus, a laser medium is excited to be in an inverted distribution state (high energy state), and the emitted light is amplified by an optical resonator to obtain laser light. Examples of the laser include a solid laser such as a Ti: sapphire laser and an Nd: YAG laser, and a gas laser such as a carbon dioxide gas laser, depending on the type of laser medium.
In order to excite the gas which is a laser medium in the gas laser, methods such as discharge excitation and electron beam excitation in which electric energy is input are known. As the technique relating to the discharge excitation, for example, techniques described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-306999) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-235444) are conventionally known.

これら気体レーザーは、技術的にも成功を収めており、現在使用されている産業用気体レーザーでは、放電励起技術が主となっている。一方で、放電励起技術では、不安定で統計的に扱われる放電現象を使用するため、平均出力が安定しにくい。したがって、放電励起法では、安定なグロー放電を持続させることが技術的な課題となっている。これに対して、これまで、炭酸ガスレーザーや希ガスハライドエキシマレーザーでは、特許文献３（特開平９−３６４６５号公報）や特許文献４（特開平９−３３１０９４号公報）に記載されているように、グロー放電を安定させるための種々の工夫が成されている。   These gas lasers have been technically successful, and the discharge gas excitation technology is the main in the industrial gas lasers currently used. On the other hand, since the discharge excitation technique uses an unstable and statistically treated discharge phenomenon, the average output is difficult to stabilize. Therefore, in the discharge excitation method, it is a technical problem to maintain a stable glow discharge. In contrast, carbon dioxide lasers and rare gas halide excimer lasers have been described in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 9-36465) and Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 9-331994). In addition, various ideas for stabilizing the glow discharge have been made.

特開平８−３０６９９９号公報（「００３６」）JP-A-8-306999 ("0036") 特開平５−２３５４４４号公報（「００１０」〜「００１１」）JP-A-5-235444 ("0010" to "0011") 特開平９−３６４６５号公報（「００２８」〜「００３１」）JP-A-9-36465 ("0028" to "0031") 特開平９−３３１０９４号公報（「００１８」〜「００１９」、「００３６」）JP-A-9-331094 ("0018" to "0019", "0036") 特開平１１−１６３４４５号公報（要約書、図１、図２）Japanese Patent Laid-Open No. 11-163445 (Abstract, FIGS. 1 and 2)

（従来技術の問題点）
しかし、気体レーザーで使用されるレーザー媒質の種類によっては、グロー放電によるエネルギー注入（励起）ができない媒質もある。希ガスはそのような媒質の一つであり、希ガスをもとに発振する真空紫外域の希ガスエキシマは、放電励起法が適用できないレーザー媒質であった。
特に、希ガスエキシマレーザーの中で最も短い波長で発振することがわかっているアルゴンエキシマレーザー（波長１２６ｎｍ）は、放電励起では、レーザー発振を伴うような安定した放電が生成できていない。希ガスエキシマレーザーは、例えば、特許文献５（特開平１１−１６３４４５号公報）記載の技術のように、非常に規模の大きな電子ビーム励起法では実現しているが、装置が大型且つ高価であり、応用分野への適用という点から市場性がないという問題がある。 (Problems of conventional technology)
However, depending on the type of laser medium used in the gas laser, there is a medium that cannot perform energy injection (excitation) by glow discharge. A rare gas is one of such media, and a rare gas excimer in the vacuum ultraviolet region that oscillates based on the rare gas is a laser medium to which the discharge excitation method cannot be applied.
In particular, an argon excimer laser (wavelength 126 nm), which is known to oscillate at the shortest wavelength among rare gas excimer lasers, cannot generate a stable discharge accompanied by laser oscillation by discharge excitation. The rare gas excimer laser is realized by an electron beam excitation method having a very large scale as in the technique described in Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-163445), but the apparatus is large and expensive. There is a problem that there is no marketability in terms of application to application fields.

本発明は、前述の事情に鑑み、コンパクトな構成で、希ガスを安定して励起させて真空紫外レーザー光を発生させることを第１の技術的課題とする。   In view of the above-described circumstances, the present invention has a first technical problem to generate vacuum ultraviolet laser light by stably exciting a rare gas with a compact configuration.

（第１発明）
前記技術的課題を解決するために第１発明の真空紫外レーザー光源は、
繊維状且つ筒状の中空ファイバーであって、内部に希ガスを内包する前記中空ファイバーと、
前記中空ファイバー内に、前記希ガスを光電界電離させて真空紫外光を発生させるレーザー光を照射するレーザー装置と、
前記中空ファイバーの両端部に対向して配置され、前記真空紫外光を反射して増幅する一対の鏡を有する光共振器と、
を備えたことを特徴とする。 (First invention)
In order to solve the technical problem, the vacuum ultraviolet laser light source of the first invention is:
A hollow fiber in the form of a fiber and a cylinder, the hollow fiber enclosing a rare gas therein;
In the hollow fiber, a laser device that irradiates laser light that generates vacuum ultraviolet light by photo-ionizing the rare gas, and
An optical resonator having a pair of mirrors arranged opposite to both ends of the hollow fiber and reflecting and amplifying the vacuum ultraviolet light;
It is provided with.

（第１発明の作用）
前記構成要件を備えた第１発明の真空紫外レーザー光源では、繊維状且つ筒状の中空ファイバーの内部には、希ガスが内包されている。レーザー装置は、前記中空ファイバー内にレーザー光を照射して、前記希ガスを光電界電離させて真空紫外光を発生させる。光共振器は、前記中空ファイバーの両端部に対向して配置された一対の鏡を有し、前記真空紫外光を反射して増幅する。したがって、中空ファイバー内部での光の伝搬と一対の鏡により決まる共振器の発振モードとを一致させた場合、真空紫外光の発生する励起媒質を中空ファイバー長に準じて長く保ちつつ、かつ安定な共振器モードが得られる。この結果、真空紫外レーザー光が得られる。
したがって、第１発明の真空紫外レーザー光源は、繊維状の中空ファイバー内の非常に限定された領域に内包された希ガスにレーザー光が照射されるので、自由空間で気体を励起させる従来技術に比べ、希ガスエキシマの生成に最適なプラズマ状態を容易且つ安定して生成できると共に、正確に制御しやすい光電界電離プロセスにより希ガスエキシマの生成を行うことができる。この結果、第１発明の真空紫外レーザー光源は、安定して希ガスを励起させることができる。また、第１発明の真空紫外レーザー光源は、繊維状の中空ファイバーを使用するので、従来に比べて構成を大幅にコンパクト化できる。 (Operation of the first invention)
In the vacuum ultraviolet laser light source according to the first aspect of the present invention having the above-described constituent elements, a rare gas is contained inside the fiber-shaped and cylindrical hollow fiber. The laser device irradiates the hollow fiber with a laser beam to cause photo-ionization of the rare gas to generate vacuum ultraviolet light. The optical resonator has a pair of mirrors arranged to face both ends of the hollow fiber, and reflects and amplifies the vacuum ultraviolet light. Therefore, when the propagation of light inside the hollow fiber and the oscillation mode of the resonator determined by the pair of mirrors are matched, the excitation medium generated by the vacuum ultraviolet light is kept long according to the length of the hollow fiber and is stable. A resonator mode is obtained. As a result, vacuum ultraviolet laser light is obtained.
Therefore, the vacuum ultraviolet laser light source of the first invention is a conventional technique for exciting a gas in free space because laser light is irradiated to a rare gas contained in a very limited region in a fibrous hollow fiber. In comparison, it is possible to easily and stably generate a plasma state optimal for the generation of a rare gas excimer, and it is possible to generate a rare gas excimer by an optical field ionization process that is easy to control accurately. As a result, the vacuum ultraviolet laser light source of the first invention can excite the rare gas stably. Moreover, since the vacuum ultraviolet laser light source of the first invention uses a fibrous hollow fiber, the configuration can be greatly reduced compared to the conventional one.

（第１発明の形態１）
第１発明の形態１の真空紫外レーザー光源は、前記第１発明において、
前記希ガスとしてアルゴンガスを使用することを特徴とする。
（第１発明の形態１の作用）
前記構成要件を備えた第１発明の形態１の真空紫外レーザー光源では、希ガスとしてアルゴンガスを使用するので、波長１２６ｎｍの真空紫外レーザー光を得ることができる。 (First Embodiment 1)
The vacuum ultraviolet laser light source according to the first aspect of the first invention is the first invention,
Argon gas is used as the rare gas.
(Operation of Form 1 of the First Invention)
In the vacuum ultraviolet laser light source according to the first aspect of the first invention having the above-described constituent elements, argon gas is used as the rare gas, so that vacuum ultraviolet laser light having a wavelength of 126 nm can be obtained.

（第１発明の形態２）
第１発明の形態２の真空紫外レーザー光源は、前記第１発明または第１発明の形態１において、
前記中空ファイバー内に高強度のＴｉ：サファイアレーザー光を照射する前記レーザー装置、を備えたことを特徴とする。
（第１発明の形態２の作用）
前記構成要件を備えた第１発明の形態２の真空紫外レーザー光源では、前記レーザー装置は、前記中空ファイバー内に高強度のＴｉ：サファイアレーザー光を照射するので、市販されている卓上型の高強度のレーザー装置を使用することができる。 (First Embodiment 2)
The vacuum ultraviolet laser light source according to the second aspect of the first invention is the first invention or the first aspect of the first invention,
The hollow fiber is provided with the laser device that irradiates high-intensity Ti: sapphire laser light.
(Operation of the second aspect of the first invention)
In the vacuum ultraviolet laser light source according to the second aspect of the first invention having the above-described structural requirements, the laser device irradiates the hollow fiber with high-intensity Ti: sapphire laser light. An intense laser device can be used.

（第１発明の形態３）
第１発明の形態３の真空紫外レーザー光源では、第１発明および第１発明の形態１，２のいずれかにおいて、
コアが抜き出された光ファイバーにより構成された前記中空ファイバーを使用することを特徴とする。
（第１発明の形態３の作用）
前記構成要件を備えた第１発明の形態３の真空紫外レーザー光源では、コアが抜き出された光ファイバーにより構成された前記中空ファイバーを使用するので、中空ファイバーを容易に作製することができる。 (Embodiment 3 of the first invention)
In the vacuum ultraviolet laser light source of the third aspect of the first invention, in any of the first invention and the first and second aspects of the first invention,
The hollow fiber made of an optical fiber from which a core is extracted is used.
(Operation of the third aspect of the first invention)
In the vacuum ultraviolet laser light source according to the third aspect of the first invention having the above-described constituent elements, since the hollow fiber constituted by the optical fiber from which the core is extracted is used, the hollow fiber can be easily manufactured.

（第２発明）
前記技術的課題を解決するために第２発明の真空紫外レーザー発生方法は、
希ガスが内包された繊維状の中空ファイバー内にレーザー光を照射することにより、希ガスを電界電離させて真空紫外光を発生させ、発生した真空紫外光を光共振器で増幅して真空紫外レーザーを発生させることを特徴とする。 (Second invention)
In order to solve the technical problem, the vacuum ultraviolet laser generation method of the second invention is:
By irradiating laser light into a fibrous hollow fiber containing rare gas, the rare gas is ionized to generate vacuum ultraviolet light, and the generated vacuum ultraviolet light is amplified by an optical resonator and vacuum ultraviolet light is generated. It is characterized by generating a laser.

（第２発明の作用）
前記構成要件を備えた第２発明の真空紫外レーザー発生方法では、希ガスが内包された繊維状の中空ファイバー内にレーザーを照射することにより、希ガスを電界電離させて真空紫外光を発生させ、発生した真空紫外光を光共振器で増幅して真空紫外レーザーを発生させる。
したがって、第２発明の真空紫外レーザー発生方法は、繊維状の中空ファイバー内の非常に限定された領域に内包された希ガスにレーザー光が照射されるので、自由空間で気体を励起させる従来技術に比べ、希ガスエキシマの生成に最適なプラズマ状態を生成できると共に、正確に制御しやすい光電界電離プロセスにより希ガスエキシマの生成を行うことができる。この結果、第２発明の真空紫外レーザー発生方法は、安定して希ガスを励起させることができる。また、第２発明の真空紫外レーザー発生方法は、繊維状の中空ファイバーを使用するので、従来に比べて構成を大幅にコンパクト化できる。 (Operation of the second invention)
In the vacuum ultraviolet laser generation method of the second invention having the above-described constituent elements, the rare gas is ionized in a field by irradiating a laser into a fibrous hollow fiber encapsulating the rare gas to generate vacuum ultraviolet light. The generated vacuum ultraviolet light is amplified by an optical resonator to generate a vacuum ultraviolet laser.
Therefore, the vacuum ultraviolet laser generation method of the second invention is a conventional technique for exciting a gas in free space because a rare gas contained in a very limited region in a fibrous hollow fiber is irradiated with laser light. As compared with the above, it is possible to generate a plasma state optimal for the generation of a rare gas excimer, and it is possible to generate a rare gas excimer by an optical field ionization process that is easy to control accurately. As a result, the vacuum ultraviolet laser generation method of the second invention can stably excite a rare gas. In addition, since the vacuum ultraviolet laser generation method of the second invention uses a fibrous hollow fiber, the configuration can be greatly reduced in comparison with the conventional method.

（第２発明の形態１）
第２発明の形態１の真空紫外レーザー発生方法は、前記第２発明において、
前記希ガスとしてアルゴンガスを使用し、波長１２６ｎｍの真空紫外レーザー光を発生させることを特徴とする。
（第２発明の形態１の作用）
前記構成要件を備えた第２発明の形態１の真空紫外レーザー発生方法では、前記希ガスとしてアルゴンガスを使用するので、波長１２６ｎｍの真空紫外レーザー光を発生させることができる。 (Second Embodiment 1)
The vacuum ultraviolet laser generation method according to the first aspect of the second invention is the above-mentioned second invention,
Argon gas is used as the rare gas, and vacuum ultraviolet laser light having a wavelength of 126 nm is generated.
(Operation of Form 1 of the Second Invention)
In the vacuum ultraviolet laser generating method according to the first aspect of the second invention having the above-described constituent elements, argon gas is used as the rare gas, so that vacuum ultraviolet laser light having a wavelength of 126 nm can be generated.

（第２発明の形態２）
第２発明の形態２の真空紫外レーザー発生方法は、前記第２発明または第２発明の形態１において、
前記中空ファイバー内にＴｉ：サファイアレーザー光を照射することを特徴とする。
（第２発明の形態２の作用）
前記構成要件を備えた第２発明の形態２の真空紫外レーザー発生方法では、前記中空ファイバー内にＴｉ：サファイアレーザー光で光電界電離を行うことができる。 (Second Embodiment 2)
The vacuum ultraviolet laser generation method according to the second aspect of the present invention is the second invention or the first aspect of the second invention,
The hollow fiber is irradiated with Ti: sapphire laser light.
(Operation of the second aspect of the invention 2)
In the vacuum ultraviolet laser generating method according to the second aspect of the second invention having the above-described constituent requirements, optical field ionization can be performed in the hollow fiber with Ti: sapphire laser light.

前述の本発明は、コンパクトな構成で、希ガスを安定して励起させて真空紫外レーザー光を発生させることができる。   The above-described present invention can generate vacuum ultraviolet laser light by stably exciting a rare gas with a compact configuration.

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の真空紫外レーザー光源の説明図である。
図１において、実施の形態１の真空紫外レーザー光源１は、発振器本体２を有する。前記発振器本体２は、円筒部３を有し、円筒部３内部には繊維状且つ円筒状の中空ファイバー４が支持されている。前記中空ファイバー４は従来公知の光ファイバーからコア部分が抜き取られた構成となっている。実施の形態１では、中空ファイバー４として、内径が２５０μｍ、長さが３０ｃｍのものを使用している。
前記円筒部３の両端部には、円筒部３に連通する一対の鏡収容室５，６が形成されており、鏡収容室５、６には一対の凹面鏡７，８が対向して配置されている。実施の形態１では、前記凹面鏡７，８として、Ｔｉ：サファイアレーザー光を透過し且つ１２６ｎｍの波長の真空紫外光の反射率が７０％の誘電体鏡（Dielectric Mirror）を使用している。なお、前記反射率７０％は、現時点の技術水準で実現可能な反射率であり、技術の進歩により高い反射率（例えば、９０％以上）の鏡が作成可能になれば、これらを使用することを除外するものではない。前記一対の凹面鏡７，８と中空ファイバー４とにより光共振器（４＋７＋８）が構成されている。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an explanatory diagram of a vacuum ultraviolet laser light source according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, the vacuum ultraviolet laser light source 1 of Embodiment 1 has an oscillator body 2. The oscillator body 2 has a cylindrical portion 3, and a fibrous and cylindrical hollow fiber 4 is supported inside the cylindrical portion 3. The hollow fiber 4 has a structure in which a core portion is extracted from a conventionally known optical fiber. In Embodiment 1, the hollow fiber 4 having an inner diameter of 250 μm and a length of 30 cm is used.
A pair of mirror housing chambers 5, 6 communicating with the cylindrical portion 3 are formed at both ends of the cylindrical portion 3, and a pair of concave mirrors 7, 8 are disposed facing the mirror housing chambers 5, 6. ing. In the first embodiment, the concave mirrors 7 and 8 are dielectric mirrors that transmit Ti: sapphire laser light and have a reflectivity of 70% vacuum ultraviolet light having a wavelength of 126 nm. The reflectance of 70% is a reflectance that can be realized at the current technical level, and if a mirror with a high reflectance (for example, 90% or more) can be created due to technological progress, these should be used. Is not excluded. The pair of concave mirrors 7 and 8 and the hollow fiber 4 constitute an optical resonator (4 + 7 + 8).

前記右側の鏡収容室６の凹面鏡８の外方には、ＭｇＦ2の窓材９が支持されている。
前記左側の鏡収容室５には、バルブ１１を介して、エキシマガス（励起媒質、レーザー媒質）としての希ガスのアルゴン（Ａｒ2）ガスを供給するガス供給装置１２が接続されており、ガス供給装置１２により、前記円筒部３および鏡収容室５，６にアルゴンガスが供給される。したがって、円筒部３内に収容された中空ファイバー４の内部はアルゴンが充填された状態になる。
左側の鏡収容室５の円筒部３の反対側には、ＢＫ７（ホウ珪酸クラウン光学ガラス）窓材１３が支持されており、ＢＫ７窓材１３の外方には、中空ファイバー４内にレーザーを集光するための凸レンズ１４が配置されている。実施の形態１では、前記凸レンズ１４として、焦点距離ｆが４０ｃｍの凸レンズを使用している。
前記凸レンズ１４の外方には、Ｔｉ：サファイアレーザー光を発生させる高強度レーザー装置１６が配置されている。実施の形態１では、前記高強度レーザー装置１６は、波長λ＝７８５ｎｍ、エネルギーＥ＝１．６ｍＪ、パルス幅τ＝１００ｆｓ（フェムト秒）、パルス周波数ｆ＝１００ＨｚのＴｉ：サファイアレーザー光（高強度レーザー光）を照射する。 An MgF 2 window material 9 is supported outside the concave mirror 8 in the right mirror housing chamber 6.
A gas supply device 12 for supplying a rare gas argon (Ar 2 ) gas as an excimer gas (excitation medium, laser medium) is connected to the left mirror housing chamber 5 through a valve 11. The supply device 12 supplies argon gas to the cylindrical portion 3 and the mirror housing chambers 5 and 6. Therefore, the inside of the hollow fiber 4 accommodated in the cylindrical portion 3 is filled with argon.
A BK7 (borosilicate crown optical glass) window material 13 is supported on the opposite side of the cylindrical portion 3 of the left mirror housing chamber 5, and a laser is placed in the hollow fiber 4 outside the BK7 window material 13. A convex lens 14 for condensing light is disposed. In Embodiment 1, a convex lens having a focal length f of 40 cm is used as the convex lens 14.
A high-intensity laser device 16 that generates Ti: sapphire laser light is disposed outside the convex lens 14. In the first embodiment, the high-intensity laser device 16 includes a Ti: sapphire laser beam (high intensity) having a wavelength λ = 785 nm, energy E = 1.6 mJ, pulse width τ = 100 fs (femtosecond), and pulse frequency f = 100 Hz. (Laser light) is irradiated.

（実施の形態１の作用）
前記構成を備えた実施の形態１の真空紫外レーザー光源１では、高強度レーザー装置１６のＴｉ：サファイアレーザー光（高強度レーザー光）は、集光用の凸レンズ１４で集光され、ＢＫ７窓材１３や凹面鏡７を透過して、中空ファイバー４内に照射される。高強度レーザーが照射された中空ファイバー４内のアルゴンガスは、光エネルギーの強い高強度レーザーの電界により電離（光電界電離）する。したがって、繊維状の中空ファイバー４内で長尺のプラズマ生成が行われる。このとき生成されたアルゴンエキシマによる真空紫外光は中空ファイバー４内（導波路）を伝搬して、一対の凹面鏡７，８と中空ファイバー４とを有する光共振器（４＋７＋８）により反射を繰り返す。前記真空紫外光は、光共振器（４＋７＋８）で反射を繰り返して中空ファイバー４内を伝搬し増幅され、安定な共振器モードを形成し、右側の凹面鏡８から出力される（漏れ出す）。すなわち、実施の形態１の真空紫外レーザー光源１では、中空ファイバー４内部での光の伝搬と一対の鏡７，８により決まる共振器（４＋７＋８）の発振モードとを一致させることにより、真空紫外光の発生する励起媒質を中空ファイバー長に準じて長く保ちつつ、かつ安定な共振器モードを得ている。この結果、波長１２６ｎｍの真空紫外レーザーが得られる。 (Operation of Embodiment 1)
In the vacuum ultraviolet laser light source 1 of the first embodiment having the above configuration, the Ti: sapphire laser light (high intensity laser light) of the high intensity laser device 16 is condensed by the convex lens 14 for condensing, and the BK7 window material 13 and the concave mirror 7 are transmitted and irradiated into the hollow fiber 4. The argon gas in the hollow fiber 4 irradiated with the high intensity laser is ionized (photo electric field ionization) by the electric field of the high intensity laser having strong light energy. Therefore, long plasma generation is performed in the fibrous hollow fiber 4. The vacuum ultraviolet light generated by the argon excimer at this time propagates through the hollow fiber 4 (waveguide) and is repeatedly reflected by an optical resonator (4 + 7 + 8) having a pair of concave mirrors 7 and 8 and the hollow fiber 4. The vacuum ultraviolet light is repeatedly reflected by the optical resonator (4 + 7 + 8), propagates through the hollow fiber 4, is amplified, forms a stable resonator mode, and is output (leaks out) from the right concave mirror 8. That is, in the vacuum ultraviolet laser light source 1 according to the first embodiment, the propagation of light inside the hollow fiber 4 and the oscillation mode of the resonator (4 + 7 + 8) determined by the pair of mirrors 7 and 8 are matched to each other. A stable resonator mode is obtained while keeping the pumping medium in which the above is generated long according to the hollow fiber length. As a result, a vacuum ultraviolet laser having a wavelength of 126 nm is obtained.

したがって、実施の形態１の真空紫外レーザー光源１では、Ｔｉ：サファイアレーザー光を照射する高強度レーザー装置１６を使用するので、光電界電離プロセスにより発生する電子の温度、密度をある程度正確に制御することができる。また、繊維状の中空ファイバー４内という、非常に狭く限定された領域で光電界電離による気体の励起が行われるため、希ガスエキシマの生成に最適なプラズマ状態を安定して得ることができる。さらに、実施の形態１の真空紫外レーザー光源１では、中空ファイバー４を光共振器（４＋７＋８）の内部に配置しているので、レーザーの発振モードを制御することもできる。この結果、実施の形態１の真空紫外レーザー光源１は、安定して希ガスを励起させ、希ガスエキシマレーザーを得ることができる。   Therefore, since the vacuum ultraviolet laser light source 1 of the first embodiment uses the high-intensity laser device 16 that irradiates Ti: sapphire laser light, the temperature and density of electrons generated by the optical field ionization process are controlled to some extent accurately. be able to. In addition, since the gas is excited by optical field ionization in a very narrow and limited region in the fibrous hollow fiber 4, a plasma state optimal for the generation of a rare gas excimer can be stably obtained. Furthermore, in the vacuum ultraviolet laser light source 1 of the first embodiment, the hollow fiber 4 is arranged inside the optical resonator (4 + 7 + 8), so that the laser oscillation mode can be controlled. As a result, the vacuum ultraviolet laser light source 1 of Embodiment 1 can stably excite the rare gas and obtain a rare gas excimer laser.

また、実施の形態１の真空紫外レーザー光源１では、数十ｃｍ程度の中空ファイバー４で励起を行うことができるので、装置を大幅にコンパクト化できる。また、従来公知の卓上型の高強度レーザー装置１６を使用することができるので、電子ビームを発生させる大がかりな装置を必要としないので、装置を大幅にコンパクト化できる。
さらに、レーザー出力は媒質長の指数関数で増加するため、実施の形態１の真空紫外レーザー光源１において、中空ファイバー４の長さを長くすることにより、高出力の真空紫外レーザー光を得ることができる。なお、真空紫外レーザー光源１をコンパクト化すると、取り出せるエネルギー値も低くなってしまうが、高強度レーザー装置１６を制御することで、発生する真空紫外レーザー光の繰り返し率（単位時間当たりに発生する回数）を高くすることにより、エネルギーは低くても、高い平均出力（＝パルス当たりのエネルギー×繰り返し率）を持つ真空紫外レーザー光源とすることができる。この結果、従来存在しなかった真空紫外域で高平均出力を持つレーザーを実現することができる。 Moreover, in the vacuum ultraviolet laser light source 1 of Embodiment 1, since excitation can be performed with the hollow fiber 4 of about several tens of centimeters, the apparatus can be greatly downsized. Further, since a conventionally known desktop type high-intensity laser device 16 can be used, a large-scale device for generating an electron beam is not required, so that the device can be greatly downsized.
Furthermore, since the laser output increases with an exponential function of the medium length, high vacuum UV laser light can be obtained by increasing the length of the hollow fiber 4 in the vacuum UV laser light source 1 of the first embodiment. it can. If the vacuum ultraviolet laser light source 1 is made compact, the energy value that can be extracted also decreases. However, by controlling the high-intensity laser device 16, the repetition rate of the generated vacuum ultraviolet laser light (the number of times generated per unit time). ) Is increased, a vacuum ultraviolet laser light source having a high average output (= energy per pulse × repetition rate) can be obtained even if the energy is low. As a result, it is possible to realize a laser having a high average output in the vacuum ultraviolet region, which has not existed conventionally.

(変更例)
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、前記実施の形態において、希ガスとしてアルゴン（Ａｒ2）ガスを例示したが、クリプトン（Ｋｒ2）ガス（波長：１４７ｎｍ）やキセノン（Ｘｅ2）ガス（波長：１７２ｎｍ）等の希ガスあるいはこれらの混合ガス等を使用することも可能である。
また、前記実施の形態において、高出力レーザー装置としてＴｉ：サファイアレーザーを例示したが、これに限定されず、他の固体レーザーや気体レーザー、色素レーザー等従来公知のレーザー装置を使用することも可能である。 (Example of change)
As mentioned above, although the Example of this invention was explained in full detail, this invention is not limited to the said Example, A various change is performed within the range of the summary of this invention described in the claim. It is possible.
For example, in the above-described embodiment, argon (Ar 2 ) gas is exemplified as the rare gas, but a rare gas such as krypton (Kr 2 ) gas (wavelength: 147 nm) or xenon (Xe 2 ) gas (wavelength: 172 nm) or It is also possible to use these mixed gases.
Moreover, in the said embodiment, although Ti: sapphire laser was illustrated as a high output laser apparatus, it is not limited to this, It is also possible to use conventionally well-known laser apparatuses, such as another solid laser, gas laser, and dye laser. It is.

さらに、前記実施の形態では、Ｔｉ：サファイアレーザーを照射する方向と真空紫外光を増幅、出力する方向とを同軸に設定したが、適当な光学素子により、傾斜させることも可能である。
また、前記実施の形態において、例示した具体的な数値は設計変更等に応じて、適宜変更可能である。なお、前記共振器モードを達成するために、前記中空ファイバー４の内径を５０μｍ以上にすることが好適であり、上限は原理的には特にないと考えられるが、現実的には１ｍｍ程度が好適である。また、中空ファイバー４の長さは、励起用のレーザー装置のエネルギーに応じて、１ｍ程度まで延ばすことも可能である。さらに、前記凹面鏡７，８の反射率や間隔、曲率等も適宜変更可能である。
さらに、前記実施の形態において、光共振器（４＋７＋８）を構成する鏡として凹面鏡７、８を使用することが好ましいが、平面鏡を使用することも可能である。
また、前記実施の形態において、中空ファイバー４内で希ガスを流しながら（流動させながら）、励起を行うように構成することも可能である。
さらに、前記実施の形態では、集光用の凸レンズを使用したが、凸レンズを省略し、１３の窓材に凸レンズの機能を持たせることも可能である。また、凸レンズの焦点距離等は構成に応じて任意に変更可能である。 Furthermore, in the above-described embodiment, the direction of irradiating the Ti: sapphire laser and the direction of amplifying and outputting the vacuum ultraviolet light are set coaxially, but can be inclined by an appropriate optical element.
Moreover, in the said embodiment, the concrete numerical value illustrated can be changed suitably according to a design change etc. In order to achieve the resonator mode, it is preferable that the inner diameter of the hollow fiber 4 is 50 μm or more, and the upper limit is considered to be not particularly limited in principle, but in reality, about 1 mm is preferable. It is. Moreover, the length of the hollow fiber 4 can be extended to about 1 m according to the energy of the laser device for excitation. Furthermore, the reflectance, interval, curvature, etc. of the concave mirrors 7 and 8 can be changed as appropriate.
Furthermore, in the above-described embodiment, it is preferable to use the concave mirrors 7 and 8 as mirrors constituting the optical resonator (4 + 7 + 8), but it is also possible to use a plane mirror.
Moreover, in the said embodiment, it is also possible to comprise so that excitation may be performed, flowing rare gas in the hollow fiber 4 (flowing).
Furthermore, although the convex lens for condensing was used in the said embodiment, a convex lens is abbreviate | omitted and it is also possible to give the function of a convex lens to 13 window materials. The focal length of the convex lens can be arbitrarily changed according to the configuration.

図１は本発明の実施の形態１の真空紫外レーザー光源の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a vacuum ultraviolet laser light source according to Embodiment 1 of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…真空紫外レーザー光源、２…発振器本体、３…円筒部、４…中空ファイバー、５，６…鏡収容室、７，８…凹面鏡、（４＋７＋８）…光共振器、９…窓材、１１…バルブ、１２…ガス供給装置、１３…窓材、１４…凸レンズ、１６…レーザー装置。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum ultraviolet laser light source, 2 ... Oscillator main body, 3 ... Cylindrical part, 4 ... Hollow fiber, 5, 6 ... Mirror storage chamber, 7, 8 ... Concave mirror, (4 + 7 + 8) ... Optical resonator, 9 ... Window material, 11 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Valve | bulb, 12 ... Gas supply apparatus, 13 ... Window material, 14 ... Convex lens, 16 ... Laser apparatus.

Claims (7)

繊維状且つ筒状の中空ファイバーであって、内部に希ガスを内包する前記中空ファイバーと、
前記中空ファイバー内に、前記希ガスを光電界電離させて真空紫外光を発生させるレーザー光を照射するレーザー装置と、
前記中空ファイバーの両端部に対向して配置され、前記真空紫外光を反射して増幅する一対の鏡を有する光共振器と、
を備えたことを特徴とする真空紫外レーザー光源。 A hollow fiber in the form of a fiber and a cylinder, the hollow fiber enclosing a rare gas therein;
In the hollow fiber, a laser device that irradiates laser light that generates vacuum ultraviolet light by photo-ionizing the rare gas, and
An optical resonator having a pair of mirrors arranged opposite to both ends of the hollow fiber and reflecting and amplifying the vacuum ultraviolet light;
A vacuum ultraviolet laser light source characterized by comprising: 前記希ガスとしてアルゴンガスを使用することを特徴とする請求項１に記載の真空紫外レーザー光源。   The vacuum ultraviolet laser light source according to claim 1, wherein argon gas is used as the rare gas. 前記中空ファイバー内に高強度のＴｉ：サファイアレーザー光を照射する前記レーザー装置、を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の真空紫外レーザー光源。   The vacuum ultraviolet laser light source according to claim 1 or 2, further comprising the laser device that irradiates the hollow fiber with high-intensity Ti: sapphire laser light. コアが抜き出された光ファイバーにより構成された前記中空ファイバーを使用することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の真空紫外レーザー光源。   The vacuum ultraviolet laser light source according to any one of claims 1 to 3, wherein the hollow fiber made of an optical fiber from which a core is extracted is used. 希ガスが内包された繊維状の中空ファイバー内にレーザー光を照射することにより、希ガスを光電界電離させて真空紫外光を発生させ、発生した真空紫外光を光共振器で増幅して真空紫外レーザーを発生させることを特徴とする真空紫外レーザー発生方法。   By irradiating laser light into a fibrous hollow fiber containing a rare gas, the rare gas is photo-ionized to generate vacuum ultraviolet light, and the generated vacuum ultraviolet light is amplified by an optical resonator and vacuumed. A vacuum ultraviolet laser generation method characterized by generating an ultraviolet laser. 前記希ガスとしてアルゴンガスを使用し、波長１２６ｎｍの真空紫外レーザー光を発生させることを特徴とする請求項５に記載の真空紫外レーザー発生方法。   6. The vacuum ultraviolet laser generation method according to claim 5, wherein argon gas is used as the rare gas and vacuum ultraviolet laser light having a wavelength of 126 nm is generated. 前記中空ファイバー内にＴｉ：サファイアレーザー光を照射することを特徴とする請求項５または６に記載の真空紫外レーザー発生方法。

The method for generating a vacuum ultraviolet laser according to claim 5 or 6, wherein the hollow fiber is irradiated with a Ti: sapphire laser beam.

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