JP2010050389A - レーザ光発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】和周波混合により、例えば２００ｎｍ程度以下の波長域のレーザ光を、安定して、かつ狭い波長幅で出力することが可能なレーザ光発生装置を提供する。
【解決手段】エルビウム（Ｅｒ）をコアに含むダブルクラッドファイバーにより、波長λ₁のレーザ光Ｌ１を出力するファイバーレーザ光源１０と、イッテルビウム（Ｙｂ）またはネオジム（Ｎｄ）をコアに含むダブルクラッドファイバーにより、波長λ₂のレーザ光Ｌ２を出力するファイバーレーザ光源１１と、外部共振器１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ〜１５Ｃと、非線形光学素子１７とを備える。レーザ光Ｌ１は、外部共振器１４Ａ，１４Ｂを経て波長変換され、レーザ光Ｌ２は外部共振器１５Ａ〜１５Ｃを経て波長変換され、それぞれ同時に非線形光学素子１７に入射して、和周波としての波長λ₃のレーザ光Ｌ３を発生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば波長２００ｎｍ以下の短波長の紫外光を和周波混合により発生するレーザ光発生装置に関する。

レーザ光は、波長および位相が揃った光であるために単色性や指向性に優れ、干渉性を有するという特徴を持つ。また、極めて細く収束させることができ、微小な面積に照射することが可能である。更に、レーザ光は、一般に電波よりも周波数が高く、情報収容能力が大きい。こうした特性から、レーザ光は情報通信処理分野、微細加工分野、計測分野および医療分野など多方面にわたって応用されている。

例えば、半導体露光装置では、波長１９３．４ｎｍで発振するＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザが光源として用いられている。このような半導体露光装置では、投影レンズの精度は、従来、ＡｒＦレーザにより波長狭窄化されたパルス光を放射し、Ｈａｒｔｍａｎ干渉法などを用いて測定されてきた。しかし、波長幅の狭窄化に限界があることと、パルス光で利用できる収差測定方式における精度に限界があることから、高精度の収差測定が困難となっていた。

これを鑑みて近年、１５５０ｎｍ付近で連続波発振する半導体レーザ、例えばＤＦＢ（distributed feedback：分布帰還）タイプの半導体レーザからの出力光をパルス状に切り出し、ファイバーレーザで増幅したのち、数段の波長変換を行うことにより、８次高調波である波長１９３．４ｎｍのレーザ光を発生させるレーザ光発生装置が市販され、高精度な干渉計において使用されている。ところが、このレーザ光発生装置は多段の波長変換による効率低下を補うために、パルス出力が使われている。このため、高ピークの深紫外光の光密度が高くなる波長変換結晶や光学系の一部で損傷が発生しやすく、長時間の動作に耐えられなかった。

さらに、最近では、液浸レンズを使用することにより、開口率（ＮＡ）を１以上にして分解能を極限まで高めたＡｒＦステッパも実用に供されるようになり、光源の波長はＦＷＨＭ（full width half maximum：半値全幅）で１．０×１０^-4ｎｍ程度の波長幅が求められている。従って、検査光源の波長としては、より狭い１．０×１０^-5ｎｍ台の波長幅が求められる。しかるに、上記のような波長１９３．４ｎｍの出力を有するレーザ光発生装置では、半導体レーザからのパルス光を増幅した後、波長変換する構成であるため、１．０×１０^-5ｎｍ台の波長幅を得るためには、パルス幅を５０nsec以上にする必要がある。ところが、このパルス幅と波長変換効率とはトレードオフの関係にあり、例えば波長変換効率を上げるためにパルス幅を１nsec程度にした場合、波長幅は５．０×１０^-4ｎｍ程度までの狭窄化が限界となる。このため、収差測定の精度を充分に確保することができなかった。

特開平１０−３４１０５４号公報 特開平０６−５３５９３号公報

一方、波長幅を狭くするために、連続波出力を固体レーザから得て波長変換を行う手法もある。固体レーザとしては、Ｎｄ（ネオジム）系のレーザ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ）などが産業用に広く使われている。ところが、このようなＮｄ系のレーザでは、上記のような波長変換によって波長１９３．４ｎｍの出力を得ることができない。

そこで、特許文献１には、ＹＡＧレーザの４次高調波とチタンサファイアレーザとの和周波混合により、波長１９３．４ｎｍの出力を得る手法が提案されている。しかしながら、この手法では、チタンサファイアレーザを利用して波長７００ｎｍ台の光を供給する必要があり、波長変換効率が上がらず、出力の安定化が困難となるという問題があった。

また、波長１５４０ｎｍに利得（ゲイン）をもつＥｒ：ＹＡＧレーザの２次高調波と、波長１０３３ｎｍに利得をもつＹｂ：ＹＡＧレーザの４次高調波との和周波混合により、波長１９３．４ｎｍの出力を得ることが、理論上は可能である。しかしながら、このような固体レーザを用いる場合、レンズやミラーなどの光学系により励起光を発振領域に絞り込んでいるが、高出力の励起光は一般に集光性能が悪いため、絞り込みが難しい。また、回折のため励起領域と発振領域とが重なる領域の長さは短く限定されるため、高い利得をもつ領域を長い距離に亘って維持することが難しかった。すなわち、単一モードにおける出力の安定化が困難であった。

特に、イッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）などのイオンの発振準位は、いわゆる擬似３準位であるため、励起光輝度が低下したり、非照射領域における吸収があるなどの理由で、単一モードの高出力光を得ること自体が難しい。こうした理由のため、利得中心からはずれた波長において、単一モードの安定した出力を得ることはきわめて困難であった。参考として、図９に、Ｙｂイオンの典型的母材であるＳｉＯ₂中での吸収散乱断面積（図中のＡ）および誘導放出散乱断面積（図中のＢ）の波長依存性を示し、図１０（Ａ），（Ｂ）に、ＥｒイオンのＡｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂およびＧｅＯ₂／ＳｉＯ₂中での誘導放出散乱断面積の波長依存性を示す。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、和周波混合により、例えば２００ｎｍ程度以下の波長域のレーザ光を、安定して、かつ狭い波長幅で出力することが可能なレーザ光発生装置を提供することにある。

本発明のレーザ光発生装置は、エルビウム（Ｅｒ）をコアに含むダブルクラッドファイバーを有し、第１の波長のレーザ光を単一周波数で出力する第１のファイバーレーザ光源と、イッテルビウム（Ｙｂ）またはネオジム（Ｎｄ）をコアに含むダブルクラッドファイバーを有し、第２の波長のレーザ光を単一周波数で出力する第２のファイバーレーザ光源と、第１の波長のレーザ光を共振させると共に波長変換を行う第１の共振器と、第２の波長のレーザ光を共振させると共に波長変換を行う第２の共振器と、第２の共振器から出力されたレーザ光を共振させると共に波長変換を行う第３の共振器と、第１の共振器から出力されたレーザ光を共振させる第４の共振器と、第３の共振器から出力されたレーザ光を共振させる第５の共振器と、第４および第５の共振器に含まれて配置され、第４の共振器側からのレーザ光と第５の共振器側からのレーザ光との和周波混合により、第３の波長のレーザ光を発生させる非線形素子とを備えたものである。

本発明によるレーザ光発生装置では、第１のファイバーレーザ光源から出力された第１の波長のレーザ光は、第１の共振器において共振されると共に、１／２に波長変換され、第４の共振器へ入射する。一方、第２のファイバーレーザ光源から出力された第２の波長のレーザ光は、第２および第３の共振器のそれぞれにおいて、共振されると共に、１／２に波長変換されたのち、第５の共振器へ入射する。このようにして、第４および第５の共振器にそれぞれ入射したレーザ光は、非線形光学素子内部を通過し、和周波混合により第３の波長のレーザ光を発生する。ここで、第１および第２のファイバーレーザ光源において、第１の波長のレーザ光を、エルビウムをコアに含むダブルクラッドファイバー、第２の波長のレーザ光を、イッテルビウム（Ｙｂ）またはネオジム（Ｎｄ）をコアに含むダブルクラッドファイバーを用いてそれぞれ出力することにより、利得中心からはずれた波長域の光が、狭い波長幅でかつ高い変換効率で取得される。

本発明によるレーザ光発生装置によれば、第１および第２のファイバーレーザ光源に、ダブルクラッドファイバーを設け、第１の波長のレーザ光と第２の波長のレーザ光とを、それぞれ波長変換して非線形光学素子に入射させるようにしたので、第３の波長のレーザ光を狭い波長幅でかつ高い変換効率で取得することができる。よって、和周波混合により、例えば２００ｎｍ程度以下の波長域のレーザ光を、安定して、かつ狭い波長幅で出力することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係るレーザ光発生装置１の概略構成を表すものである。レーザ光発生装置１は、互いに異なる波長のレーザ光の和周波混合により、所定の波長のレーザ光を発生するものである。このレーザ光発生装置１は、２つのファイバーレーザ光源１０，１１、ＲＦ信号源１２、位相変調器１３、外部共振器１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ〜１５Ｃ、非線形光学素子１７を備えている。非線形光学素子１７は、外部共振器１４Ｂと外部共振器１５Ｃとの内部に配設され、これら外部共振器１４Ｂ，１５Ｃおよび非線形光学素子１７が外部共振器セット１６を構成している。ファイバーレーザ光源１０，１１、外部共振器１４Ａ，１５Ａ，１５Ｂおよび外部共振器セット１７はそれぞれ、モードマッチングレンズ１８〜２２やミラー２３，２４などにより光学的に結合されている。

ファイバーレーザ光源１０は、例えば１４８０ｎｍ以上１５８０ｎｍ以下の範囲内の波長（以下、波長λ₁という）の連続光（レーザ光Ｌ１）を出力するものであり、単一周波数で発振するものである。また、このレーザ光Ｌ１の波長幅（出力波長幅）Δλは、好ましくは１０ＭＨｚ以下となっている。但し、波長幅Δλは、｜Δλ｜＝｜λ²・Δν／ｃ｜の式によって与えられるものである。すなわち、波長幅Δλは、周波数幅および波長自体に依存し、例えば波長１４８０ｎｍに対しては７．３×１０^-5ｎｍ以下、波長１５３０ｎｍに対しては７．８×１０^-5ｎｍ以下、波長１５８０ｎｍに対しては８．３×１０^-5ｎｍ以下となる。よって、言い換えると、ファイバーレーザ光源１０の波長幅Δλは、好ましくは、約８．５×１０^-5ｎｍ以下である。

ファイバーレーザ光源１０の波長幅Δλは、より好ましくは、１ＭＨｚ以下となっている。すなわち、例えば波長１４８０ｎｍに対しては７．３×１０^-6ｎｍ以下、波長１５３０ｎｍに対しては７．８×１０^-6ｎｍ以下、波長１５８０ｎｍに対しては８．３×１０^-6ｎｍ以下となる。よって、言い換えると、ファイバーレーザ光源１０の波長幅Δλは、より好ましくは、約８．５×１０^-6ｎｍ以下である。

このようなファイバーレーザ光源１０は、エルビウムが添加されたコアが、内側クラッドおよび外側クラッドにより被覆された、いわゆるダブルクラッドファイバーを有し、例えば半導体レーザなどの励起光源からの光によりレーザ光Ｌ１を発振するファイバーレーザである。但し、コアには、上記エルビウムの他、イッテルビウム、ホルミウム（Ｈｏ）、クロム（Ｃｒ）などが添加されていてもよい。このようなファイバーレーザは、内部が発振器部分と増幅器部分に分かれており、発振器部分には、例えばＤＦＢファイバーレーザが用いられている。ＤＦＢファイバーレーザは、エキシマレーザなどの紫外線をファイバーの一部からほぼ全体にわたり照射することにより軸方向に周期的な屈折率分布を設けたファイバーに、半導体レーザの励起を照射して単一周波数かつ狭線幅の発振を行うものである。一方、増幅器部分には、発振器出力と最終出力との比率や各段階の増幅率に応じて、段数を決められた多段増幅器が用いられる。例えば、最終出力が１０Ｗを超える場合には、３〜４段以上の多段増幅を行わなければならない場合もある。

ファイバーレーザ光源１１は、例えば１０２４ｎｍ以上１０４８ｎｍ以下の範囲内の波長（以下、波長λ₂ という）の連続光（レーザ光Ｌ２）を出力するものであり、単一周波数で発振するものである。また、このレーザ光Ｌ２の波長幅（出力波長幅）Δλは、好ましくは１０ＭＨｚ以下となっている。すなわち、波長幅Δλは、例えば波長１０２４ｎｍに対しては３．５×１０^-5ｎｍ以下、波長１０３６ｎｍに対しては３．６×１０^-5ｎｍ以下、波長１０４８ｎｍに対しては３．７×１０^-5ｎｍ以下となる。よって、言い換えると、ファイバーレーザ光源１１の波長幅Δλは、好ましくは、約４．０×１０^-5ｎｍ以下である。

ファイバーレーザ光源１１の波長幅Δλは、より好ましくは、１ＭＨｚ以下となっている。すなわち、例えば波長１０２４ｎｍに対しては３．５×１０^-6ｎｍ以下、波長１０３６ｎｍに対しては３．６×１０^-6ｎｍ以下、波長１０４８ｎｍに対しては３．７×１０^-6ｎｍ以下となる。よって、言い換えると、ファイバーレーザ光源１１の波長幅Δλは、より好ましくは、約４．０×１０^-6ｎｍ以下である。

このようなファイバーレーザ光源１１は、コアにイッテルビウムまたはネオジムが添加されたダブルクラッドファイバーを有し、例えば半導体レーザなどの励起光源からの光によりレーザ光Ｌ２を発振するファイバーレーザである。なお、ファイバーレーザ光源１１についても、コアへの添加材料以外は、上記ファイバーレーザ光源１０と同様の構成を有するＤＦＢファイバーレーザを用いることができる。

上記波長λ₁，λ₂は、最終的に必要とされるレーザ光Ｌ３の波長λ₃に応じて、以下の式（１）を満足するように設定される。

また、波長λ₁のレーザ光Ｌ１および波長λ₂のＬ２は、次のような条件を満たす波長幅に設定されることが望ましい。すなわち、共振器周回長Ｌによって決まるＦＳＲ(Free Spectral range)は、以下の式（２）で与えられ、共振の鋭さを表すフィネスは、式（３）で表されるものであるから、この共振器が共振状態のときに透過する周波数の幅δfはおおよそ、式（４）で与えられる。このとき、入射光の周波数幅Δfがこれよりも充分小さければ、中心周波数での誤差信号を元に大部分の光を外部共振器へ導くことができる。このため、Δf＜δfが、入射光すなわちレーザ光Ｌ１，Ｌ２の周波数幅（波長幅）に対する必要条件となる。また、安定なロッキングの維持の為には入射光周波数幅が透過周波数幅よりも１ケタ程度狭いことが望ましい。これにより、誤差信号のノイズが低減し、ロッキングが容易となる。

ＲＦ信号源１２は、必要に応じて電気的に増幅された１または複数のキャリア（ＲＦ信号）を位相変調器１３へ供給するものである。一般的には、複数のキャリアを用いた場合には、周波数を多段の外部共振器の透過幅に合わせて選択できるため、出力安定化に適している。一方、１つのキャリアを用いた場合には、構成を簡略化することができる。このようなＲＦ信号の一部は、外部共振器１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ〜１５Ｃの誤差信号復調の際に局所発信器として使用される。なお、ＲＦ信号源１２からの出力で充分な場合も多いが、最終段の外部共振器１４Ｂ，１５Ｃでの誤差信号のＳ／Ｎを充分大きく確保する為に、位相変調器１３との間に電気信号の増幅器などを入れることも有効である。

位相変調器１３は、ファイバーレーザ光源１０，１１のそれぞれに１台ずつ設置され、波長λ₁，λ₂のレーザ光にサイドバンドを付加するものである。この位相変調器１３は、後段の外部共振器１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ〜１５Ｃにおいて、ＦＭサイドバンド法を用いたロッキングを行うために設けられる。例えば、位相変調器１３に、ＲＦ信号源１２で生成されたＲＦ信号が供給されると、これにより位相変調器１３を通過したレーザ光がＲＦ周波数に応じた位相変調を受ける。具体的には、位相変調器１３に、ＲＦ信号源１２から単一のキャリア周波数ｆ１、もしくは複数のキャリア周波数ｆ１，ｆ２，…が供給されると、位相変調器１３を通過するレーザ光Ｌ１，Ｌ２の周波数ｆＬの周囲にサイドバンドが付加され、ｆＬ±ｆ１、もしくはｆＬ±ｆ１，ｆ２，…などの周波数を有する光が発生するようになっている。なお、この位相変調器１３の設置数は１台であることが、コスト上および信頼性保持上望ましいが、複数台であってもよい。また、波長変換後のレーザ光Ｌ１，Ｌ２に位相変調器を追加してもよい。

外部共振器１４Ａは、波長λ₁ のレーザ光Ｌ１を共振させると共に波長変換を行うものである。この外部共振器１４Ａは、例えば４枚のミラー１４０〜１４３を有し、ミラー１４０とミラー１４１との間に、波長変換結晶１４Ａ−１が配設されたものである。波長変換結晶１４Ａ−１は、非線形光学素子であり、入射光の波長を例えば１／２に変換するようになっている。この波長変換結晶１４Ａ−１は、例えばＬＢＯ（ＬｉＢ₃Ｏ₅）結晶などにより構成されている。

このような外部共振器１４Ａは、モードマッチとインピーダンスマッチが両立した状態（詳細は後述）にあり、周回の光路長（共振器周回長）がある値のときに共振し、更にこの光路長が波長λ₁ だけ変化するごとに共振状態となる。このため、図示しないが、共振保持のためのサーボ機構が設けられると共に、ミラー１４０〜１４３の少なくとも１つには、ＶＣＭ素子やＰＺＴ素子などの光路長可変手段が設置されている。これにより、共振器反射光のＰＤ検出後に局所発信器を用いて復調して得られた誤差信号と組み合わせて、共振器周回長が波長の整数倍になるようサーボ制御され、共振状態が維持（ロッキング）される。なお、このようなサイドバンドを付加したレーザ光の共振状態を維持して波長変換を行う手法、いわゆるＦＭサイドバンド法は、例えば特許文献２に開示されている。

外部共振器１５Ａは、波長λ₂ のレーザ光Ｌ２を共振させると共に波長変換を行うものである。この外部共振器１５Ａは、例えば４枚のミラー１５０〜１５３を有し、ミラー１５０とミラー１５１との間に、上記波長変換結晶１４Ａ−１と同様の材料よりなる波長変換結晶１５Ａ−１が配設されたものである。このような外部共振器１５Ａは、上記外部共振器１４Ａと同様に、共振器周回長が波長λ₂ だけ変化するごとに共振状態となる。また、サーボ機構や光路長可変手段が設置されており（図示せず）、ＦＭサイドバンド法による波長変換がなされるようになっている。

外部共振器１５Ｂは、上記外部共振器１５Ａから出力されたレーザ光Ｌ２−２を共振させると共に波長変換を行うものである。この外部共振器１５Ｂは、例えば４枚のミラー１５４〜１５７を有し、ミラー１５４とミラー１５５との間に、上記波長変換結晶１４Ａ−１と同様の材料よりなる波長変換結晶１５Ｂ−１が配設されたものである。このような外部共振器１５Ｂにおいても、上記外部共振器１５Ａと同様に、ＦＭサイドバンド法による波長変換がなされるようになっている。

外部共振器セット１６は、外部共振器１４Ｂ、１５Ｃおよび非線形光学素子１７を含んで構成され、和周波混合により波長λ₃のレーザ光Ｌ３を発生するものである。外部共振器１４Ｂは、外部共振器１４Ａから出力されたレーザ光Ｌ１−２を共振させて非線形光学素子１７へ入射させるものであり、例えば４枚のミラー１４４〜１４７により構成されている。一方、外部共振器１５Ｃは、外部共振器１５Ｂから出力されたレーザ光Ｌ２−４を共振させて非線形光学素子１７へ入射させるものであり、例えば４枚のミラー１５８〜１６１により構成されている。

非線形光学素子１７は、このような２つの外部共振器１４Ｂ、１５Ｃのそれぞれに含まれるように配置されており、外部共振器１４Ｂ、１５Ｃからの出力光が内部を通過するようになっている。この非線形光学素子１７は、和周波混合を行うためのものであり、上記出力光を混合して波長λ₃ のレーザ光Ｌ３を発生させる。そのため、非線形光学素子１７からは、波長λ₃ のレーザ光Ｌ３が出力されると共に、波長λ₁ のレーザ光Ｌ１および波長λ₂ のレーザ光Ｌ２もまた出射され、それぞれミラー１４７，ミラー１６１で反射されて再びミラー１４４，ミラー１５８へ戻される。このような非線形光学素子１７は、例えば、ＢＢＯ（β−ＢａＢ₂ Ｏ₄ ），ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ₆ Ｏ₁₀）などの結晶により構成されている。

モードマッチングレンズ１８は、図示しないミラーなどと共に用いられ、外部共振器１４Ａの固有モードにレーザ光Ｌ１が空間的に重なる（モードマッチング）ように調整する光学素子である。以下、本実施の形態のモードマッチングとインピーダンスマッチングについて説明する。レーザ光Ｌ１がモードマッチした状態では、共振器長制御手段を掃引して、共振器周回長Ｌを変化させると、共振により見掛けの反射光が小さくなる範囲が周期的に発生する。見かけの反射率が小さいピークは一周の光路長が波長の整数倍になる点であり、外部共振器１４Ａのミラー１４０へ入射するレーザ光Ｌ１の大部分は、ミラー１４０で反射せずに外部共振器１４Ａ内部に侵入する。

ここで、レーザ光Ｌ１の波長をλ₁、周回光の位相遅れをδ、入射ミラーとなるミラー１４０の反射率をＲ₁、ｊ番目のミラー（１４１〜１４３）の反射率をＲ_ｊ、ミラー以外のｊ番目の内蔵素子（波長変換結晶１４Ａ−１の線形ロス、非線形ロスなどを含む）の透過率をＴｊとしたときの外部共振器１４Ａの実効反射率Ｒ（δ）は次の式（５）で与えられる。但し、周回光の位相遅れδを式（６）のように規定し、合成反射率Ｒ_ｍは、式（７）に示すように、ミラー１４０以外の周回透過率（ここでは、ミラー１４１〜１４３の反射率の積と、波長変換素子１４Ａ−１の透過率の積を掛け合わせたもの）とする。

また、共振器周回長Ｌ、すなわち周回光の位相遅れδを掃引した時の実効反射率Ｒ（δ）の変化を図２，３に示す。レーザ光Ｌ１と共振器モードの空間モードの重なり効率Ｒ０は、通常、７０〜９５％に維持することは容易であるから、Ｒ０の値を１と近似する。また、簡単の為、インピーダンスマッチングが成り立っているものとし、Ｒ₁＝Ｒ_ｍ＝９５％としている。このとき、透過率が５０％以上になるδの範囲（半値全幅：以降透過幅と呼ぶ）δ０．５は、０．０３３πである。δは本来大きな数字であるが、簡単の為、２πのある整数倍だけ引いた値δ’を表示している。δ’が２πの整数倍では周期的に反射率が小さくなって反射光が極小になり、入射したレーザ光Ｌ１の大部分が外部共振器１４Ａの内部に入っていく。例えば図３（Ａ）に示したように、δ’が±０．２πでは透過率は０．７％程度であるが、δ’が±０．０３πでは２３％まで透過率が増大する。

一方、入射するレーザ光Ｌ１のパワーに対する、共振器内巡回光パワーの増大比率βは、上記式（８）で与えられる。Ｒ₁〜Ｒ_ｍの条件は、インピーダンスマッチングと呼ばれ、通常、この状態に近づけるように設計が行なわれる。式（８）により、インピーダンスマッチングがおおよそ満たされているとき、Ｒ１がおおよそ０．９９のミラー１４０を用いた場合、１０Ｗの入射レーザ光Ｌ１に対して、外部共振器１４Ａ内に置かれた波長変換結晶１４Ａ−１には、おおよそ１００倍の１ｋＷの巡回光が入射して波長変換に使われることになる。共振器内を巡回する強い光が波長変換結晶１４Ａ−１により、別の波長（例えば１／２の波長）に変換されるとき、中心周波数２ｆＬから±ｆ_ｂだけ周波数の異なる上下側帯波も同時に生成され、後段の外部共振器１４Ｂに入射する。このような側帯波が、外部共振器１４Ｂにおけるロッキングに利用される。

モードマッチングレンズ１９〜２２についても、上記モードマッチングレンズ１８と同様に機能し、外部共振器１４Ｂ，１５Ａ〜１５Ｃの固有モードと入射するレーザ光の空間モードとが重なるように調整するようになっている。

ミラー２３，２４は、外部共振器１５Ｂから出力されたレーザ光Ｌ２−４の光路を変換するために適宜設けられる反射ミラーである。このようなミラー２３，２４は必要に応じて配置されるものであり、その枚数や設置場所は特に限定されない。

次に、上記レーザ光発生装置１の作用、効果について説明する。

まず、ファイバーレーザ光源１０より波長λ₁ のレーザ光Ｌ１が出力されると、このレーザ光Ｌ１は、位相変調器１３を通過する。この際、レーザ光Ｌ１は、位相変調器１３において、ＲＦ信号源１２から供給されるＲＦ信号に基づいて、上述したようなサイドバンドを付加される（例えば、図３（Ｂ）参照）。ここで、位相変調器１３によって付加される側帯波（サイドバンド）周波数ｆ_ｂ（ｆ_ｂ＝ｆ１，ｆ２，…）がどの程度のδ’に相当するかは、一般に、ｆ_ｂ＝ｃδ’／２πＬ（ｃ：真空中の光速）で与えられる。上側帯波と下側帯波の極性が逆になっている為、共振点（反射率極小点）の付近では共振器反射光に含まれるＲＦ成分は局所発振器で検波されると誤差信号を与える。局所発振器の位相を合わせて共振の中心と誤差信号の０点を合わせた後に、サーボ回路により共振器長制御手段を駆動して共振点にロックする。ロックすると、見かけの反射率は著しく低下し、外部共振器１４Ａへの入射光の大部分が内部へ注入される。同時に、外部共振器１４Ａ内では、入射したレーザ光Ｌ１よりもはるかに大きなパワーの光が周回するため、外部共振器１４Ａ内に置かれた波長変換結晶１４Ａ−１における変換効率が高くなる。

位相変調器１３によりサイドバンドを付加されたレーザ光Ｌ１は、モードマッチングレンズ１８等を介して、外部共振器１４Ａに入力される。外部共振器１４Ａにおいて、レーザ光Ｌ１は、ミラー１４０〜１４３間を周回することにより共振させられると共に、その過程において波長変換結晶１４Ａ−１を通過することにより、１／２に波長変換される。これにより、外部共振器１４Ａ内部の巡回光のパワーが上昇し、レーザ光Ｌ１の波長変換効率が高まる。また、この際、サイドバンドを用いた誤差信号により外部共振器１４Ａがロッキングされる。このようにして波長変換されたレーザ光（２次高調波）Ｌ１−２は、外部共振器１４Ａから出力され、モードマッチングレンズ１９を介して、外部共振器セット１６における外部共振器１４Ｂへ入力される。

このとき、例えば、波長λ₁として、１４８０ｎｍ以上１５８０ｎｍ以下の範囲内の波長を用いた場合には、上記外部共振器１４Ａにおける波長変換により、例えば７４０ｎｍ以上７９０ｎｍ以下の範囲内の波長のレーザ光Ｌ１−２が出力される。

一方、ファイバーレーザ光源１１より波長λ₂ のレーザ光Ｌ２が出力されると、このレーザ光Ｌ２は、上記レーザ光Ｌ１と同様に位相変調器１３によってサイドバンドを付加され、モードマッチングレンズ２０を介して、外部共振器１５Ａに入力される。外部共振器１５Ａにおいて、レーザ光Ｌ２は、ミラー１５０〜１５３間を周回することにより共振させられると共に、その過程において波長変換結晶１５Ａ−１を通過することにより、１／２に波長変換される。これにより、外部共振器１５Ａ内部の巡回光のパワーが上昇し、レーザ光Ｌ２の波長変換効率が高まる。このように波長変換されたレーザ光（２次高調波）Ｌ２−２は、外部共振器１５Ａから出力される。

外部共振器１５Ａから出力されたレーザ光は、モードマッチングレンズ２１を介して、外部共振器１５Ｂへ入力される。外部共振器１５Ｂにおいても、上記外部共振器１５Ａと同様にして、レーザ光がミラー１５４〜１５７間を周回することにより共振させられると共に、その過程において波長変換結晶１５Ｂ−１を通過することにより、１／２に波長変換される。これにより、外部共振器１５Ａ内部の巡回光のパワーが上昇し、レーザ光Ｌ２の波長変換効率が高まる。このように波長変換されたレーザ光（４次高調波）Ｌ２−４は、外部共振器１５Ｂから出力され、モードマッチングレンズ２２、ミラー２３，２４を介して、外部共振器セット１６における外部共振器１５Ｃへ入力される。

このとき、例えば、波長λ₂として、１０２４ｎｍ以上１０４８ｎｍ以下の範囲内の波長を用いた場合には、まず、上記外部共振器１５Ａにおける波長変換により、例えば５１２ｎｍ以上５２４ｎｍ以下の範囲内の波長のレーザ光Ｌ２−２が出力される。さらに、上記外部共振器１５Ｂにおける波長変換により、例えば２５６ｎｍ以上２６２ｎｍ以下の範囲内の波長のレーザ光Ｌ２−４が出力される。

上記のようにして、外部共振器１４Ａ，１５Ｂからそれぞれ出力されたレーザ光Ｌ１−２，Ｌ２−４は、外部共振器セット１６に入射する。このとき、レーザ光Ｌ１−２は外部共振器１４Ｂ、レーザ光Ｌ２−４は外部共振器１５Ｃへ、それぞれ入力され、互いに独立に共振してロッキングされる。そして、外部共振器１４Ｂおよび外部共振器１５Ｃの内部に配設された非線形光学素子１７へ同時に入射する。この非線形光学素子１７の内部では、共振器モード重なり部分において、これら２つのレーザ光Ｌ１−２，Ｌ２−４の和周波発生と呼ばれる波長変換が行なわれ、波長λ₃のレーザ光Ｌ３が出力される。

このとき、例えば、波長λ₁，λ₂として、上記のような範囲内の波長を用いた場合には、波長λ₃として、例えば２００ｎｍ以下の紫外領域（深紫外領域）、具体的には１９３．４ｎｍのレーザ光Ｌ３が得られる。このような波長１９３．４ｎｍは、例えば、レーザ加工や各種検査などに一般的に利用される波長である。

ここで、従来の固体レーザを光源として用いたレーザ光発生装置では、上記のような波長１９３．４ｎｍを和周波混合により得るために、固体レーザから１５４０ｎｍ付近および１０３３ｎｍ付近の波長を出力することは困難である。これは、固体レーザにおいては、一般に利得幅が狭く、所望の波長における利得が低くなるためである。また、上記のような波長を得るために用いられるエルビウムやイッテルビウムなどを含む固体レーザは、擬似３準位と呼ばれ、反転分布を形成するために強励起が必要になり、また、励起領域以外では吸収が発生するため、単一周波数の出力を安定化することが難しい。

これに対し、本実施の形態では、ガラスなどにより構成されたファイバーレーザ光源１０，１１を用いているため、結晶場が一様ではなく利得幅が拡がっており、選択可能な波長幅が広くなる。このため、波長をその範囲内で選択する手段を設けることにより、所望の波長における利得が得られ易い。また、ファイバーレーザ光源１０により、波長λ₁のレーザ光Ｌ１がエルビウムをコアに含むダブルクラッドファイバーを用いて出力されると共に、ファイバーレーザ光源１１により、波長λ₂のレーザ光Ｌ２がイッテルビウムまたはネオジムをコアに含むダブルクラッドファイバーを用いて出力される。これにより、ファイバーレーザ光源１０，１１では、コアを伝搬する回折限界の発振光と、それを囲むクラッドを伝搬する励起光の相互作用長が、従来の固体レーザを用いる場合に比べて著しく長くなる。このため、利得中心からはずれた波長であっても、長い距離で増幅することによって飽和増幅され、利得中心と同等の高い波長変換効率が得られる。また、例えばＤＦＢファイバーレーザなどのダブルクラッドファイバーを用いることにより、ファイバーレーザの一部から全体にかけて紫外線照射などにより数多くの屈折率変化の周期構造が形成され、極めて狭い特定の波長でのみ反射が起こる。よって、狭い波長幅のみで発振が行われる。

以上、説明したように、本実施の形態では、ファイバーレーザ光源１０，１１に、ダブルクラッドファイバーを設け、波長λ₁のレーザ光Ｌ１と波長λ₂のレーザ光Ｌ２とに対し、それぞれ数段の波長変換を経て非線形光学素子１７に入射させるようにしたので、波長λ₃のレーザ光Ｌ３を狭い波長幅でかつ高い波長変換効率で取得することができる。よって、和周波混合により、例えば２００ｎｍ程度以下の波長域のレーザ光を安定して出力すると共に、波長幅を例えば５．０×１０^-5ｎｍ以下にまで狭くすることが可能となる。

また、ファイバーレーザ光源１０およびファイバーレーザ光源１１において、単一周波数の連続光を発生するようにしたので、従来のようなパルス光を発生する場合に比べて、ピークパワーが著しく低くなり、光学系に用いられる硝材（合成石英、フッ化カルシウムなど）の損傷が極めて小さくなる。よって、光学系の劣化を抑制することができる。また、ピークパワーが低いことにより、波長変換結晶の寿命を長く保つことができる。これにより、レーザの寿命が長くなる。

また、上述したように、外部共振器内部でロッキングを行って共振や波長変換を行なう為には、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の波長線幅が充分狭いことが望ましいが、ダブルクラッドファイバーを用いたファイバーレーザ光源１０，１１により、波長幅の狭窄化が可能である。このようなレーザ光Ｌ１，Ｌ２の仕様は、出力光となるレーザ光Ｌ３の波長幅を狭くするという目的に合致したものであり、レーザ光源の性能を充分生かしたレーザ光発生装置になっているといえる。

さらに、レーザ光Ｌ３として、例えば波長１９３．４ｎｍの深紫外光を出力する場合、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の波長幅が極めて狭いため、仮に波長変換により拡がったとしても、従来に比べて充分に波長幅を狭くすることができる。よって、高開口率をもつ光学系を透過する際の色収差発生を防止し、干渉性に優れた評価光源を実現可能となる。

また、ファイバーレーザを用いているため、構成を簡略化することができ、低コストとなる。また、例えばエキシマレーザで使用するような有毒な気体を用いることがなく、気体交換の手間などが不要である。

次に、上記実施の形態のレーザ光発生装置の変形例について説明する。なお、以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

（変形例１）
図４は、変形例１に係るレーザ光発生装置のファイバーレーザ光源３０付近の概略構成を表すものである。本変形例では、波長λ₁，λ₂のレーザ光Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ出力するファイバーレーザ光源の構成以外は、上記実施の形態のレーザ光発生装置１と同様の構成となっている。また、簡単のため、上記２つのファイバーレーザ光源のうち、波長λ₁のレーザ光Ｌ１を出力するファイバーレーザ光源３０を例に挙げて説明する。

ファイバーレーザ光源３０は、励起光源としてのレーザ発信器３０Ａと、このレーザ発信器３０Ａからの出力光を増幅させるダブルクラッドファイバー増幅器３０Ｂとから構成されている。レーザ発信器３０Ａとしては、例えばＤＦＢやＦＢＧを使用した光ファイバー発振器や、バルクのレーザ媒質による固体レーザ発振器、ＤＦＢ付半導体レーザ発振器や、回折格子でフィードバックして波長幅を狭窄化した半導体レーザ発振器などが挙げられる。望ましくは、小型のＤＦＢ構造を有するレーザ発信器を用いることが望ましい。また、また、レーザ発信器３０Ａから出力される光の波長幅は、上記実施の形態のファイバーレーザ光源１０と同様に、好ましくは１０ＭＨｚ以下、より好ましくは１ＭＨｚ以下となっている。

ダブルクラッドファイバー増幅器３０Ｂは、上記実施の形態のファイバーレーザ光源１０，１１で用いられるダブルクラッドファイバーとほぼ同様の構成を有しており、コアにエルビウム（もしくはイッテルビウムまたはネオジム）を含んでいる。このようなダブルクラッドファイバー増幅器３０Ｂは、１段あるいは多段（ここでは１段）で設置されている。また、ダブルクラッドファイバー増幅器３０Ｂにおいて、高ＮＡのクラッドに、輝度の低い高出力半導体レーザなどの励起光を同軸伝搬させることにより、コアに入射するレーザ光を増幅することが望ましい。

このように、ファイバーレーザ光源３０を、レーザ発信器３０Ａと、ダブルクラッドファイバー増幅器３０Ｂとから構成するようにしてもよい。このように構成した場合であっても、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、特に、レーザ発信器３０Ａとして、小型のＤＦＢ構造のレーザ発信器を用いることにより、安定した中心波長で、単一周波数発振させることができる。これにより、利得中心からはずれた波長において、出力の安定化および波長幅の狭窄化に加えて、高出力化を実現することができる。

（変形例２）
図５は、変形例２に係るレーザ光発生装置のファイバーレーザ光源３１の概略構成を表すものである。本変形例では、波長λ₁，λ₂のレーザ光Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ出力するＲＦ信号源１２および位相変調器１３の設置場所以外は、上記変形例１のレーザ光発生装置と同様の構成となっている。すなわち、ファイバーレーザ光源３１の内部、具体的には、レーザ発信器３０Ａとダブルクラッドファイバー増幅器３０Ｂとの間に位相変調器１３が配置され、この位相変調器１３にＲＦ信号源１２が接続された構成となっている。位相変調器１３とダブルクラッドファイバー増幅器３０Ｂとの間には、光学系３２が設けられ、レーザ発信器３０Ａとダブルクラッドファイバー増幅器３０Ｂとが光学的に結合されている。なお、本変形例においても、簡単のため、２つのファイバーレーザ光源のうち、波長λ₁のレーザ光Ｌ１を出力するファイバーレーザ光源３１を例に挙げて説明する。

このように、位相変調器１３を、ファイバーレーザ光源３１の内部の、レーザ発信器３０Ａとダブルクラッドファイバー増幅器３０Ｂとの間に設けるようにしてもよい。この場合、レーザ発信器３０Ａから発生したレーザ光は、位相変調器１３により位相変調を受けたのち、光学系３２により結合されたダブルクラッドファイバー増幅器３０Ｂにおいて増幅され、レーザ光Ｌ１として、外部共振器１４Ａ（図５には図示せず）へ向けて出力される。このとき、ダブルクラッドファイバー増幅器３０Ｂによる増幅前に、位相変調器１３による位相変調がなされることにより、増幅後の高出力の光によって位相変調器が損傷することを抑制することができる。よって、システムの長寿命化に有利となる。

また、仮に、増幅後の強力なレーザ光の光路中に位相変調器を配置する場合には、位相変調器自体の破壊や劣化を防ぐために、位相変調器の開口を大きくし、かつレーザ光を拡げて通過させる必要がある。ここで、レーザ光を拡げるためには、他の光学系を配置する必要が生じる。また、位相変調器の開口が大きくなると、例えば同程度の電界を与えるために、その開口をカバーする距離に比例した大きな電圧が必要になる。そのためには、高電圧で高周波を位相変調器に与えなければならず、スループット（単位時間当たりの電圧変化）の大きい高価な装置が必要になる。従って、システム全体が複雑化する虞がある。これに対し、本変形例のように、ダブルクラッドファイバー増幅器３０Ｂよりも前段に位相変調器１３を配置し、増幅前の低パワーのビームを位相変調することにより、小さな開口の位相変調器にレーザ光を絞って通過させることが可能となる。これにより、上記のような大きな電圧が不要となり、システムの簡素化を図ることができる。

（変形例３）
図６は、変形例３に係るレーザ光発生装置の一部における概略構成を表すものである。本変形例では、レーザ発振器３０Ａからの出力光が、位相変調器１３、光学系４１を経て、外部共振器４０へ入力されるようになっている。これらレーザ発振器３０Ａから外部共振器４０までの配列構成が、上記実施の形態におけるファイバーレーザ光源１０から外部共振器１４Ａまで、およびファイバーレーザ光源１１から外部共振器１５Ａまでのいずれか一方もしくは両方に置き換えることができる。この外部共振器４０よりも後段には、上記実施の形態の外部共振器セット１６もしくは外部共振器１５Ｂが配置される。

外部共振器４０は、例えば４枚のミラー１７０〜１７３、光学系１７４、波長変換結晶４０Ａ−１、レーザ媒質４０Ａ−２、励起光４０Ａ−３を内部に配置したものである。励起光４０Ａ−３は、外部共振器４０の内部に置かれたレーザ媒質４０Ａ−２に吸収されてレーザ発振波長で発光させるためのエネルギー源となるものである。この励起光としては、例えば高出力で輝度の高い半導体レーザは用いられ、その波長は、レーザ媒質４０Ａ−２に効率よく吸収され、かつレーザ発振波長よりやや短くなっていること好ましい。このような構成において、励起光４０Ａ−３が光学系１７４によりレーザ媒質４０Ａ−２に照射されるようになっている。

本変形例では、レーザ発振器３０Ａからの出力光は、位相変調器１３により位相変調されたのち、光学系４１により外部共振器４０に入力される。外部共振器４０では、上記構成に基づいて、注入同期（いわゆるインジェクションロッキング）と呼ばれる手法により、入力光が増幅される。このとき、外部共振器４０の縦モード（共振周波数）と光学系４１を通過した光の周波数が合致すると、外部共振器４０の内部に光が入力されて増幅されるため、同期により共振器の反射率が大きくなったように振舞う。反射光の一部を取り出し、それに含まれる側帯波を用いてＦＭサイドバンド法でロッキングすれば、入力光より大きな出力光を得ることができる。このようにして得られた出力光は、レーザ光Ｌ１−２あるいはレーザ光Ｌ２−２として、外部共振器１４Ｂあるいは外部共振器１５Ｂに入射する。なお、以降の波長変換の際のロッキングにおいても、外部共振器４０におけるロッキングに使用された周波数と同じ周波数の側帯波が用いられる。

上記のように、上記実施の形態のファイバーレーザ光源１０から外部共振器１４Ａまで、およびファイバーレーザ光源１１から外部共振器１５Ａまでのいずれか一方を、本変形例のレーザ発振器３０Ａから外部共振器４０までの配列構成と置き換えてもよい。このように構成した場合であっても、いずれか一方の光源にダブルクラッドファイバーを用いていれば、上記実施の形態および変形例２と同等の効果を得ることができる。

また、外部共振器４０の内部に、利得を有するレーザ媒質４０Ａ−２と波長変換結晶４０Ａ−１とを同時に有し、ミラー透過や波長変換・散乱や吸収などの共振器損失の総和にレーザによる利得が近づく場合、見かけ賞味損失をゼロにすることができ、変換効率を極めて高くすることが可能である。

なお、レーザ発振器３０Ａの内部にダブルクラッドファイバーからなる増幅器を有していてもよい。

（変形例４）
図７は、変形例４に係るレーザ光発生装置の一部における概略構成を表すものである。本変形例では、外部共振器５０の構成以外は、上記変形例３と同様の構成となっている。外部共振器５０には、波長変換結晶が配設されておらず、４枚のミラー１７０〜１７３により共振されたレーザ光は、ミラー１７５により反射されて、外部へ出力されるようになっている。このように、外部共振器５０の内部に波長変換結晶を配設せず、この外部共振器５０よりも後段において、波長変換するようにしてもよい。この場合であっても、上記実施の形態および変形例２と同等の効果を得ることができる。

また、上記変形例３よりも全体の構成を簡素化することができる。さらに、本変形例では、インジェクションロッキングによる基本波の増幅だけが外部共振器５０により行われるため、波長変換結晶や光学系の劣化などによる特性変化が、インジェクションロッキングによる増幅に影響を与えない。従って、システムの安定化を図ることができる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態等では、外部共振器におけるロッキングについて、ＦＭサイドバンド法を用いたものを例に挙げて説明したが、これに限定されず、他の手法、例えばHansch-Couillaud法、Dither法、フリンジサイドロッキングなどを用いてもよい。

また、上記実施の形態等では、波長λ₁として、１４８０ｎｍ以上１５８０ｎｍ以下の範囲内のもの、波長λ₂として、１０２４ｎｍ以上１０４８ｎｍ以下のものを用い、これらの波長から、最終的に１９３．４ｎｍの波長λ₃を得る構成を例に挙げて説明したが、波長λ₁，λ₂，λ₃の波長域はこのような範囲に限定されるものではない。すなわち、上記式（１）を満足するものであれば、どのような波長域の光を用いてもよい。但し、上述したように、１５４０ｎｍ付近のレーザ光と１０４０ｎｍ付近のレーザ光との和周波混合により、波長１９３．４ｎｍのレーザ光を、安定して、かつ極めて狭い波長幅で出力することが、実用上最も有用である。

また、上記実施の形態等で説明した位相変調器１３の両面に、図８に示したように、電極を取り付け、位相の１８０度異なるＡＣ信号をそれぞれの面に与えるようにしてもよい。これにより、例えば一方をグラウンドにして駆動する通常の方式よりも、内部の電界を２倍にすることができる。この結果、電源電圧をむやみに高くすることなく位相変調度を向上させることができる。よって、誤差信号のＳ／Ｎを高めることが可能となる。

また、上記実施の形態等では、各外部共振器がそれぞれ４枚のミラーを含んで構成された場合について説明したが、外部共振器の構造はこれに限定されず、適宜変更可能である。例えば、ミラーの数は１〜３枚あるいは５枚以上にしてもよい。また、このようなミラーの他にも、例えばプリズム等の素子を用いるようにしてもよい。

本発明の一実施の形態に係るレーザ光発生装置の全体構成を表す平面図である。 共振器周回長Ｌ、すなわち周回光の位相遅れδを掃引した時の実効反射率Ｒ（δ）の変化を表す特性図である。 （Ａ）図は、図２の特性図を拡大表記したものであり、（Ｂ）図は、位相変調により付加されるサイドバンド周波数を表す特性図である。 変形例１に係るレーザ光発生装置の一部構成を表す平面図である。 変形例２に係るレーザ光発生装置の一部構成を表す平面図である。 変形例３に係るレーザ光発生装置の一部構成を表す平面図である。 変形例４に係るレーザ光発生装置の一部構成を表す平面図である。 図１に示した位相変調器の他の例を模式的に表す斜視図である。 ＹｂイオンのＳｉＯ₂中での吸収散乱断面積および誘導放出散乱断面積の波長依存性を示す特性図である。 ＥｒイオンのＡｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂およびＧｅＯ₂／ＳｉＯ₂中での誘導放出散乱断面積の波長依存性を示す特性図である。

符号の説明

１…レーザ光発生装置、１０，１１…ファイバーレーザ光源、１２…ＲＦ信号源、１３…位相変調器、１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ〜１５Ｃ…外部共振器、１６…外部共振器セット、１７…非線形光学素子。

Claims (10)

1. エルビウム（Ｅｒ）をコアに含むダブルクラッドファイバーを有し、第１の波長のレーザ光を単一周波数で出力する第１のファイバーレーザ光源と、
   イッテルビウム（Ｙｂ）またはネオジム（Ｎｄ）をコアに含むダブルクラッドファイバーを有し、第２の波長のレーザ光を単一周波数で出力する第２のファイバーレーザ光源と、
   前記第１の波長のレーザ光を共振させると共に、波長変換を行う第１の共振器と、
   前記第２の波長のレーザ光を共振させると共に、波長変換を行う第２の共振器と、
   前記第２の共振器から出力されたレーザ光を共振させると共に、波長変換を行う第３の共振器と、
   前記第１の共振器から出力されたレーザ光を共振させる第４の共振器と、
   前記第３の共振器から出力されたレーザ光を共振させる第５の共振器と、
   前記第４および第５の共振器に含まれて配置され、前記第４の共振器側からのレーザ光と前記第５の共振器側からのレーザ光との和周波混合により、第３の波長のレーザ光を発生させる非線形素子と
   を備えたレーザ光発生装置。
2. 前記第１および第２のファイバーレーザ光源はそれぞれ、単一周波数で波長幅１０ＭＨｚ以下の光を、前記ダブルクラッドファイバーにより増幅させることにより、前記第１または第２の波長のレーザ光を出力する
   請求項１に記載のレーザ光発生装置。
3. 前記第１および第２のファイバーレーザ光源はそれぞれ、単一周波数で波長幅１ＭＨｚ以下の光を、前記ダブルクラッドファイバーにより増幅させることにより、前記第１または第２の波長のレーザ光を出力する
4. 前記第１および第２のファイバーレーザ光源はそれぞれ、ＤＦＢ構造またはＦＢＧ構造を有するファイバーレーザを有する
   請求項２または３に記載のレーザ光発生装置。
5. 前記第１および第２のファイバーレーザ光源はそれぞれ、固体レーザまたは半導体レーザを有する
   請求項２または３に記載のレーザ光発生装置。
6. 前記非線形光学素子は、ＢＢＯ（β−ＢａＢ₂Ｏ₄）またはＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀）の結晶により構成されている
   請求項１に記載のレーザ光発生装置。
7. 前記第１ないし第５の共振器のうち少なくとも一つは、ＦＭサイドバンド法により共振状態を保持する
   請求項１に記載のレーザ光発生装置。
8. 前記第１の波長をλ₁、第２の波長をλ₂、第３の波長をλ₃としたとき、λ₁、λ₂およびλ₃が以下の式（１）を満足する
   請求項１に記載のレーザ光発生装置。
   

   
9. 前記第１の波長が１４８０ｎｍ以上１５８０ｎｍ以下の範囲内であり、前記第２の波長が１０２４ｎｍ以上１０４８ｎｍ以下の範囲内であり、かつ、前記第３の波長が１９３ｎｍ付近である
   請求項８に記載のレーザ光発生装置。
10. 前記第３の波長のレーザ光の波長幅は５．０×１０^-5ｎｍ以下である
    請求項９に記載のレーザ光発生装置。

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