JP2012027215A - 紫外レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡明な構成で190〜200ｎｍの波長帯域の紫外レーザ光を出力可能な紫外レーザ装置を提供する。
【解決手段】紫外レーザ装置Ｉは、レーザ光出力部１と波長変換部３とを備える。レーザ光出力部１は、Ｐｒファイバアンプ２１，２，２３を有して460〜500ｎｍの第１レーザ光Ｌａを出力する第１レーザ光発生部１ａと、Ｙｂファイバアンプを有して1000〜1200ｎｍの第２レーザ光を出力する第２レーザ光発生部１ｂとを備える。波長変換部３は、第１レーザ光Ｌａの第２高調波を発生する第１波長変換光学素子３１と、第１レーザ光の第２高調波及び第２レーザ光Ｌｂの和周波を発生する第２波長変換光学素子３２とを備え、波長変換部３から190〜200ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖが出力されるように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外〜可視領域の基本波レーザ光を出力するレーザ光出力部と、レーザ光出力部から出力された基本波レーザ光を１９０〜２００ｎｍの紫外領域のレーザ光に波長変換する波長変換部とを備えて構成される紫外レーザ装置に関する。

上記のようなレーザ光出力部と波長変換部とを備えた紫外レーザ装置として、例えば、露光装置や検査装置、治療装置等に好適に用いられるレーザ装置が知られている。このような紫外レーザ装置は、一般的に、ＤＦＢ半導体レーザ等のレーザ光源から出射されたレーザ光をファイバ光増幅器により増幅し、増幅されたレーザ光を波長変換部に設けられた波長変換光学素子により波長変換して紫外波長のレーザ光を出力するように構成される。

ファイバ光増幅器は、光ファイバの開発の歴史的経緯から、波長１．５５μｍ帯の赤外レーザ光を増幅するエルビウム（Ｅｒ）ドープファイバ光増幅器（一般的に「ＥＤＦＡ」と略記される）が広く用いられてきた。近年ではＥＤＦＡよりも高出力の赤外レーザ光を出力可能な波長１．１μｍ帯のイットリビウム（Ｙｂ）ドープファイバ光増幅器（同様「ＹＤＦＡ」と略記される）を用いる構成が提案されている。

一方、紫外レーザ装置を光源とする各種装置では、出力される紫外光の波長が短いほど微細構造の形成や観察が容易となるが、波長が２３５ｎｍ以下の深紫外領域で透明な光学材料は限定的である。また、紫外レーザ装置のレーザ光発生部として、先行して実用化されたＡｒＦエキシマレーザの発振波長は１９３ｎｍである。このようなことから、上記のような紫外レーザ装置の波長変換部は、一般的に、レーザ光出力部から出力された赤外領域のレーザ光を、波長１９０〜２００ｎｍの波長帯域の紫外レーザ光に波長変換して出力するように構成されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。このような構成により、取り扱いが容易で上記波長帯域の紫外レーザ光を出力する小型の全固体型の紫外レーザ装置が実現される。

特開２００４−８６１９３号公報 特開２０１０−９３２１０号公報

ところが、上記のような従来の全固体型の紫外レーザ装置では、レーザ光出力部から出力された９００〜１６００ｎｍの赤外領域のレーザ光を、波長変換部において、１９０ｎｍ〜２００ｎｍの紫外領域（深紫外領域）のレーザ光に波長変換する必要がある。このとき、波長変換部の構成は、特許文献１にも開示されているように種々の形態があるが、一般的に、複数の伝播経路に各々波長変換光学素子を設け、各経路で発生させた複数の高次高調波を後段の波長変換光学素子で和周波発生して１９０〜２００ｎｍの波長帯域の紫外レーザ光を出力するように構成される。

このため、波長変換部に多数の波長変換光学素子が配設されて構成が複雑化するという課題や、波長変換部全体で見たときに高い波長変換効率を得ることが難しいという課題があった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、波長変換部に設けられる波長変換光学素子が少ない簡明な構成で、１９０〜２００ｎｍの波長帯域の紫外レーザ光を出力可能な紫外レーザ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明を例示する態様は、赤外〜可視領域のレーザ光を出力するレーザ光出力部と、レーザ光出力部から出力されたレーザ光を紫外領域のレーザ光に波長変換する波長変換部とを備えて構成される紫外レーザ装置である。そのうえで、前記レーザ光出力部は、コアにＰｒ³⁺がドープされたＰｒ（プラセオジウム）ドープファイバ及びＰｒ³⁺を励起する紫外半導体レーザを有して波長帯域が４６０〜５００ｎｍの第１レーザ光を出力する第１レーザ光発生部と、コアにＹｂ³⁺がドープされたＹｂドープファイバ及びＹｂ³⁺を励起する赤外半導体レーザを有して波長帯域が１０００〜１２００ｎｍの第２レーザ光を出力する第２レーザ光発生部とを備える。また、前記波長変換部は、第１レーザ光発生部から出力された第１レーザ光の第２高調波を発生する第１波長変換光学素子と、第２レーザ光発生部から出力された第２レーザ光及び前記第２高調波の和周波を発生する第２波長変換光学素子とを備える。これにより、波長変換部から第２波長変換光学素子により発生された波長帯域が１９０〜２００ｎｍの紫外レーザ光が出力されるように構成される。

本発明において、前記第１レーザ光発生部は、波長帯域が４６０〜５００ｎｍのシード光を発生するレーザ光源と、このレーザ光源により発生されたシード光を増幅して第１レーザ光を出力するＰｒドープファイバ光増幅器とを有して構成されることがひとつの好ましい構成形態である。また、前記第１レーザ光発生部が、Ｐｒドープファイバレーザにより構成されることが他の好ましい構成形態である。

なお、前記第１波長変換光学素子がＢＢＯ結晶であることが好ましく、前記第２波長変換光学素子がＣＬＢＯ結晶であり位相整合がＮＣＰＭであることが望ましい。

本発明の態様によれば、波長変換部に設けられる波長変換光学素子がわずか二つの簡明な構成で、１９０〜２００ｎｍの波長帯域の紫外レーザ光を出力可能な紫外レーザ装置を提供することができる。

本発明の態様を例示する第１構成形態の紫外レーザ装置の概要図である。 本発明の態様を例示する第２構成形態の紫外レーザ装置の概要図である。 本発明の代表的な適用例を説明するための図表である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。本発明の適用例として第１構成形態の紫外レーザ装置Ｉを図１に示す。紫外レーザ装置Ｉは、大別的に、赤外〜可視領域のレーザ光を出力するレーザ光出力部１と、レーザ光出力部１から出力されたレーザ光を紫外領域のレーザ光に波長変換する波長変換部３とを備えて構成される。

レーザ光出力部１は、波長帯域が４６０〜５００ｎｍの第１レーザ光Ｌaを出力する第１レーザ光発生部１ａと、波長帯域が１０００〜１２００ｎｍの第２レーザ光Ｌｂを出力する第２レーザ光発生部１ｂとから構成される。

本構成形態の第１レーザ光発生部１ａは、４６０〜５００ｎｍの波長帯域で所定波長のシード光Ｌsを発生するレーザ光源１０と、レーザ光源１０により発生されたシード光Ｌsを所定出力に増幅して第１レーザ光Ｌaを出力する光増幅部２０とから構成される。

４６０〜５００ｎｍの波長帯域で所定波長のシード光を発生するレーザ光源１０として、例えば、ＧaＮ（窒化ガリウム）基板にＤＦＢ（Distributed Feedback）構造を形成した分布帰還型のＤＦＢ半導体レーザ、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）付き半導体レーザ、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）構造を形成した分布反射型のＤＢＲ半導体レーザ、励起媒体にＩnＧaＡs系量子井戸式半導体レーザを用いたＯＰＳＬ（Optically Pumped Semiconductor Laser）等の固体レーザ、モード同期のＰｒファイバレーザなどを用いることができる。

波長変換部３から出力する紫外レーザ光の波長を１９３ｎｍとした場合について、より具体的な構成例について説明する。この構成例では、レーザ光源１０として、ＧaＮ基板にＤＦＢ構造を形成したＤＦＢ半導体レーザを用い、このＤＦＢ半導体レーザを駆動する注入電流をパルス変調して、波長４７２ｎｍのパルス光を発生させている。なお、レーザ光源１０を、ＤＦＢ半導体レーザ等とＥＯＭ（Electro-Optic Modulator）等の高速光変調器とにより構成し、ＣＷ発振させたＤＦＢ半導体レーザの出力光を高速光変調器でパルス変調して、パルス光を出力するように構成しても良い。レーザ光源１０から出力されたシード光Ｌsは光増幅部２０に入力される。

光増幅部２０は、コアにＰｒ³⁺がドープされたＰｒ（プラセオジウム）ドープファイバ光増幅器（以下、「ＰＤＦＡ」と略記する）を有して構成される。図１には、レーザ光源１０から出力されたシード光Ｌsが入力される第１段目のＰＤＦＡ２１、第１段目のＰＤＦＡ２１により増幅されたレーザ光が入力される第２段目のＰＤＦＡ２２、第２段目のＰＤＦＡ２２により増幅されたレーザ光が入力される第３段目のＰＤＦＡ２３からなる３段構成とした構成例を示す。

第１，第２，第３段のＰＤＦＡ２１，２２，２３は、それぞれＰｒドープファイバ２１ａ，２２ａ，２３ａと、励起光源の紫外半導体レーザ２１ｂ，２２ｂ，２３ｂとを有して構成される。

具体的には、第１段目のＰＤＦＡ２１は、Ｐｒドープファイバ２１ａと励起光源の紫外半導体レーザ２１ｂとを有し、紫外半導体レーザ２１ｂの出力がカプラ２１ｃを介してＰｒドープファイバ２１ａのコアに結合されている。第２段目のＰＤＦＡ２２は、Ｐｒドープファイバ２２ａと、励起光源の紫外半導体レーザ２２ｂとを有し、紫外半導体レーザ２２ｂの出力がカプラ２２ｃを介してＰｒドープファイバ２２ａのコアに結合されている。第３段目のＰＤＦＡ２３は、Ｐｒドープファイバ２３ａと励起光源の紫外半導体レーザ２３ｂとを有し、複数の紫外半導体レーザ２３ｂ，２３ｂ…の出力がカプラ２１ｃを介してＰｒドープファイバ２１ａのコアに結合されている。

これらのＰＤＦＡ２１，２２，２３において、励起光源の紫外半導体レーザ２１ｂ，２２ｂ，２３ｂは、例えば、ＧaＮレーザが好適に用いられ、ＧaＮレーザから出力された波長約４４０ｎｍの励起光（例えば、ファイバがＰｒ：ＺＢＬＡＮファイバの場合に４４２ｎｍ）が、カプラ２１ｃ，２２ｃ，２３ｃを介して各Ｐｒドープファイバ２１ａ，２２ａ，２３ａのコアに入射される。なお、Ｐｒドープファイバ２３ａとして、ダブル（マルチ）クラッドのファイバを用いる場合には、紫外半導体レーザ２３ｂ，２３ｂ…の出力を第１クラッドに入射するように構成してもよい。

そのため、レーザ光出力部１０から光増幅部２０に入射したシード光Ｌｓは、光増幅部２０に設けられた３段のＰＤＦＡ２１，２２，２３によって順次増幅され、所定出力まで増幅された波長４７２ｎｍの第１レーザ光Ｌａが第１レーザ光発生部１ａから出力される。第１レーザ光発生部１ａから出力された第１レーザ光Ｌａは、波長変換部３に入力される。

一方、波長帯域が１０００〜１２００ｎｍの第２レーザ光Ｌｂを出力する第２レーザ光発生部１ｂは、上記第１レーザ光発生部１ａと同様に構成することができる。すなわち、波長帯域が１０００〜１２００ｎｍのシード光を発生するレーザ光源と、レーザ光源により発生されたシード光を所定出力に増幅して第２レーザ光Ｌｂを出力する光増幅部とから構成することができる。

波長変換部３から出力する紫外レーザ光の波長を１９３ｎｍとした場合の具体的な構成例として、波長１０８１ｎｍのシード光を発生するレーザ光源と、コアにＹｂ ³⁺がドープされたＹｂ（イットリビウム）ドープファイバ光増幅器（以下、「ＹＤＦＡ」と略記する）を有する構成が例示される。ＹＤＦＡの励起光源は赤外波長の半導体レーザが用いられる。このような、レーザ光源及びＹＤＦＡを備え、波長１０００〜１２００ｎｍのレーザ光を出力する装置は、例えば本出願人による特許出願に基づく特開２００８−１１２７８５号公報等により既に公知であるため、ここでは詳細説明を省略する。なお、ＹＤＦＡの入出射端に共振器を組み込んだＹｂドープファイバレーザにより第２レーザ光発生部１ｂを構成しても良い。

第２レーザ光出力部１ｂからは、ＹＤＦＡにより所定出力まで増幅された波長１０８１ｎｍの第２レーザ光Ｌｂが出力される。第２レーザ光出力部１ｂから出力された第２レーザ光Ｌｂは、波長変換部３に入力される。

波長変換部３は、二つの波長変換光学素子３１，３２を主体として構成される。すなわち、波長変換部３は、第１レーザ光発生部１ａから出力された第１レーザ光Ｌａの第２高調波を発生する第１波長変換光学素子３１と、第２レーザ光発生部１ｂから出力された第２レーザ光Ｌｂ、及び第１波長変換光学素子３１により発生された第１レーザ光の第２高調波の和周波を発生する第２波長変換光学素子３２と、を主体として構成される。図１に示す波長変換部３の構成を波長変換光学系３０と表記する。

波長変換光学系３０では、第１レーザ光発生部１ａから出力された波長４７２ｎｍ（周波数ωa）の第１レーザ光Ｌａが、図示省略するレンズ（以下同様）を介して第１波長変換光学素子３１に集光入射される。第１波長変換光学素子３１においては、第１レーザ光Ｌａの第２高調波発生（ＳＨＧ）が行われ、周波数が２倍の２ωa、波長が半分の２３６ｎｍの第２高調波が発生される。第１波長変換光学素子３１は、例えば、ＢＢＯ結晶やＫＢＢＦ結晶等を用いることができる。

第１波長変換光学素子３１から出射した第１レーザ光Ｌａの第２高調波は、ダイクロイックミラー３４に入射する。ダイクロイックミラー３４は、波長２３６ｎｍの第１レーザ光Ｌａの第２高調波を反射し、波長１０８１ｎｍの第２レーザ光Ｌｂを透過するように構成されている。このため、ダイクロイックミラー３４に入射した第１レーザ光Ｌａの第２高調波は、このダイクロイックミラー３４で反射し、第２波長変換光学素子３２に集光入射する。

また、第２レーザ光発生部１ｂから出力された波長１０８１ｎｍ（周波数ωb）の第２レーザ光Ｌｂが、ミラー３３により反射され、ダイクロイックミラー３４を透過して第１レーザ光の第２高調波と同軸に重ね合わされて、第２波長変換光学素子３２に集光入射する。

第２波長変換光学素子３２においては、波長２３６ｎｍ（周波数２ωa）の第１レーザ光Ｌａの第２高調波と、波長１０８１ｎｍ（周波数ωb）の第２レーザ光Ｌｂの和周波発生（ＳＦＧ）が行われ、周波数が２ωa＋ωbで波長が１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖが発生される。そして、第２波長変換光学素子３２により発生された波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖが、紫外レーザ装置Ｉから出力される。

第２波長変換光学素子３２は、例えば、ＣＬＢＯ結晶やＢＢＯ結晶、ＫＢＢＦ結晶などを用いることができる。本構成例では、第２波長変換光学素子３２としてＣＬＢＯ結晶を用い、ＮＣＰＭ（Non-Critical Phase Matching）で使用する。このような構成によれば、高い変換効率で波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖを発生させることができ、かつ、ウォークオフに起因したビームの楕円化を受けない高品質の紫外レーザ光Ｌｖを出力することができる。

従って、以上説明した紫外レーザ装置Ｉによれば、波長変換部３を構成する波長変換光学素子がわずか二つの極めて簡明な構成で、高効率に波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖを出力する紫外レーザ装置を提供することができる。

次に、本発明の適用例として、第２構成形態の紫外レーザ装置IIを図２に示す。紫外レーザ装置IIの大別的な構成は、第１構成形態の紫外レーザ装置Ｉと同様であり、赤外〜可視領域のレーザ光を出力するレーザ光出力部１と、レーザ光出力部１から出力されたレーザ光を紫外領域のレーザ光に波長変換する波長変換部３とを備えて構成される。

レーザ光出力部１は、波長帯域が４６０〜５００ｎｍの第１レーザ光Ｌaを出力する第１レーザ光発生部１ａ′と、波長帯域が１０００〜１２００ｎｍの第２レーザ光Ｌｂを出力する第２レーザ光発生部１ｂ′とから構成される。

本構成形態の第１レーザ光発生部１ａ′は、Ｐｒドープファイバレーザ２５により構成される。Ｐｒドープファイバレーザ（以下、「ＰＤＦＬ」と略記する）２５は、コアにＰｒ³⁺がドープされたダブルクラッドのＰｒドープファイバ２５ａと、このＰｒドープファイバ２５ａの両端部に設けられたＨＲ−ＦＢＧ（High Reflectivity−Fiber Bragg Grating）２５ｂ及びＯＣ−ＦＢＧ（Output Coupler−Fiber Bragg Grating）２５ｃからなる光共振器と、励起用の紫外半導体レーザ２５ｅとを備えて構成される。

ＨＲ−ＦＢＧ２５ｂは発振波長の光に対して９９％程度の高反射率、ＯＣ−ＦＢＧ２５ｃは発振波長の光を一部透過する所定反射率に設定され、レーザ媒質（Ｐｒドープファイバ）を挟む光共振器が構成される。ＰｒドープファイバのＰｒ³⁺を励起する紫外半導体レーザ２５ｅは、既述した第１構成形態におけるＰＤＦＡの紫外半導体レーザ（２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ）と同様であり、例えば、ＧaＮレーザが好適に用いられる。

いま、波長変換部３から出力する紫外レーザ光の波長を１９３ｎｍのＣＷ光とした場合について具体的な構成例を示すと、ＧaＮレーザから出力された波長約４４０ｎｍの励起光がＰｒドープファイバ２５ａの第１クラッドに入射される。第１クラッドに入射された励起光は、ファイバを伝播する過程でコアのＰｒ³⁺を励起し、コア内で生じるレーザ発振により、ＰＤＦＬ２５から波長４７２ｎｍの所定出力の第１レーザ光Ｌａが出力され、第１レーザ光発生部１ａ′から出力される。第１レーザ光発生部１ａ′から出力された第１レーザ光Ｌａは、波長変換部３に入力される。

第２レーザ光Ｌｂを出力する第２レーザ光発生部１ｂ′は、第１レーザ光発生部１ａ′と同様に構成することができ、公知のイットリビウム（Ｙｂ）ファイバレーザを用いて構成することができる。また、第１構成形態の第１レーザ光発生部１ａと同様に、１０００〜１２００ｎｍの波長帯域で所定波長のシード光を発生するレーザ光源（１０）と、レーザ光源により発生されたシード光を所定出力に増幅して第２レーザ光Ｌｂを出力する光増幅部（２０）とから構成することも可能である。

波長変換部３から出力する紫外レーザ光の波長を１９３ｎｍとした具体例では、第２レーザ光出力部１ｂ′から波長１０８１ｎｍの所定出力の第２レーザ光Ｌｂが出力され、波長変換部３に入力される。

波長変換部３は、二つの波長変換光学素子３１，３２を主体として構成される。波長変換部３は、第１レーザ光発生部１ａ′から出力された第１レーザ光Ｌａの第２高調波を発生する第１波長変換光学素子３１と、第２レーザ光発生部１ｂ′から出力された第２レーザ光Ｌｂ、及び第１波長変換光学素子３１により発生された第１レーザ光の第２高調波の和周波を発生する第２波長変換光学素子３２と、を主体として構成される。

すなわち、波長変換部３に設けられる波長変換光学素子及び作用は、前述した第１構成形態の波長変換部と同様である。一方、本構成形態の波長変換部３は、第１波長変換光学素子３１及び第２波長変換光学素子３２が各々外部共振器中に配設される点が、前述した波長変換部と相違する。いま、図２に示す波長変換部の構成を波長変換光学系３０′と表記する。

波長変換光学系３０′は、第１波長変換光学素子３１が配設される第１共振器３６と、第２波長変換光学素子３２が配設される第２共振器３７とを備えて構成される。

第１共振器３６は、入射ミラー３６ａ、フォールディングミラー３６ｂ，３６ｃ、及びＯＣ（Output Coupler）３６ｄから構成される。これらのミラーにより構成されるＸ字状の光路を有する光共振器３６内に第１波長変換光学素子３１が配設される。ＯＣ３６ｄのＳ１面には、波長４７２ｎｍの光を反射し波長２３６ｎｍの光を透過する反射膜が形成されている。

第１波長変換光学素子３１は、波長４７２ｎｍの第１レーザ光Ｌａの第２高調波発生を行う非線形光学素子であり、第１共振器３６に入射した第１レーザ光Ｌａが、入射ミラー３６ａ〜ＯＣ３６ｄ間（第１共振器内）を周回しながら内部の巡回光パワーが上昇し、第１波長変換光学素子３１を透過することで第２高調波発生が行われる。第１波長変換光学素子３１は、前記同様であり、例えばＢＢＯ結晶が好適に用いられる。

この構成により、第１共振器３６では、周波数が第１レーザ光Ｌａの２倍の２ωa、波長が半分の２３６ｎｍの第２高調波がＯＣ３６ｄから出力される。出力された波長２３６ｎｍレーザ光は第２共振器３７に入射する。ここで、第１波長変換光学素子３１の両端をブリュースター角にカットし、結晶の分散を利用することで、ＯＣ３６ｄを透過させずに波長２３６ｎｍの光を取り出してもよい。

第２共振器３７についても、基本的な構成は第１共振器３６と同様であり、入射ミラー３７ａ、フォールディングミラー３７ｂ，３７ｃ、及びＯＣ（Output Coupler）３７ｄによりＸ字状の共振器が構成される。これらのミラーにより構成される光共振器内に第２波長変換光学素子３２が配設される。ＯＣ３７ｄのＳ１面には、波長が２３６ｎｍの光を反射し、波長１９３ｎｍの光を透過する反射膜が形成されている。

第２波長変換光学素子３２は、波長２３６ｎｍのレーザ光と、波長１０８１ｎｍの第２レーザ光Ｌｂの和周波発生を行う波長変換素子であり、例えば、第１構成形態と同様にＣＬＢＯ結晶が好適に用いられる。入射ミラー３７ａを透過して共振器内に入射する波長２３６ｎｍの第１レーザ光の第２高調波、及びフォールディングミラー３７ｃを透過して共振器内に入射する波長１０８１ｎｍの第２レーザ光Ｌｂは、第２共振器内でビームが同軸に重なるようにアライメントされる。

第２共振器３７内では、周回しパワーが上昇した１０８１ｎｍの第２レーザ光Ｌｂと、入射ミラー３７ａにより導入された波長２３６ｎｍ（周波数２ωa）のレーザ光が、第２波長変換光学素子３２を透過することで和周波発生が行われ、発生した周波数が２ωa＋ωb、波長が１９３ｎｍの紫外レーザ光ＬｖがＯＣ３７ｄ（紫外レーザ装置II）から出力される。ここで、第２波長変換光学素子３２の両端をブリュースター角にカットし、結晶の分散を利用することで、入射ミラー３７ａを透過させずに波長２３６ｎｍの光を導入してもよいし、また、ＯＣ３７ｄを透過させずに波長１９３ｎｍの光を出力してもよい。

従って、以上説明した紫外レーザ装置IIにおいても、波長変換部３を構成する波長変換光学素子がわずか二つの極めて簡明な構成で、高効率に波長１９３ｎｍの紫外レーザ光Ｌｖを出力する紫外レーザ装置を提供することができる。

なお、第１構成形態の紫外レーザ装置Ｉ及び第２構成形態の紫外レーザ装置IIの構成要素は適宜組み換え、あるいは組み合わせて利用することができる。例えば、紫外レーザ装置Ｉにおける第２レーザ光発生部１ｂとしてＹｂドープファイバレーザを用い、紫外レーザ装置IIにおける第２レーザ光発生部１ｂ′としてレーザ光源とＹＤＦＡとを用いた構成としても良い。また、紫外レーザ装置Ｉと紫外レーザ装置IIの波長変換部３を相互に組み替えて構成し、あるいは波長変換部の一部の構成要素（例えば第１共振器等）を組み換えて構成しても良い。

以上では、具体的な構成例として、波長変換部３から出力される紫外レーザ光Ｌｖの波長をＡｒＦエキシマレーザと同じ１９３ｎｍとする場合を説明した。しかし、本発明の紫外レーザ装置Ｉ，IIは、出力波長が上記波長に限られるものではない。すなわち、紫外レーザ装置Ｉ，IIは、第１レーザ光発生部１ａ，１ａ′から出力する第１レーザ光Ｌaの波長を４６０〜５００ｎｍの範囲で設定し、また、第２レーザ光発生部１ｂ，１ｂ′から出力する第２レーザ光Ｌｂの波長を１０００〜１２００ｎｍの範囲で設定することにより、１９０〜２００ｎｍの波長帯域で適宜な波長の紫外レーザ光を出力することができる。

具体的には、第１構成形態の紫外レーザ装置Ｉにおいて、レーザ光源１０から光増幅部２０（ＰＤＦＡ）に入射させるシード光Ｌｓの波長を４６０〜５００ｎｍの範囲で調整設定することにより、第１レーザ光発生部１ａの出力波長を上記波長範囲で適宜な波長に設定することができる。第２レーザ光発生部１ｂについても同様である。

１９０〜２００ｎｍの波長帯域で紫外レーザ装置Ｉ，IIから適宜な波長の紫外レーザ光Ｌｖを出力する構成の代表例として、図３に、出力する紫外レーザ光Ｌｖの波長λと、この波長λに対応した第１レーザ光発生部１ａ，１ａ′の出力波長（Ｐｒ波長）、第２レーザ光発生部１ｂ，１ｂ′の出力波長（Ｙｂ波長）、及び最終段の波長変換光学素子３２としてＣＬＢＯ結晶を用いた場合の位相整合状態を、表にまとめて示す。

出力する紫外レーザ光Ｌｖの波長がλ＝１９３ｎｍの場合については、既述した通りであり、第１レーザ光発生部１ａ，１ａ′の出力波長を４７２ｎｍ、第２レーザ光発生部１ｂ，１ｂ′の出力波長を１０８１ｎｍとし、波長変換光学素子３２の位相整合はＮＣＰＭで行うことができる。これにより、高効率かつ高いビーム品質でＡｒＦエキシマレーザと同じ波長の紫外レーザ光を得ることができる。

出力する紫外レーザ光Ｌｖの波長がλ＝１９８．５ｎｍの場合には、第１レーザ光発生部１ａ，１ａ′の出力波長が４８８ｎｍ、第２レーザ光発生部１ｂ，１ｂ′の出力波長が１０６４ｎｍとなる。ただし、この場合には、波長変換光学素子３２の位相整合がＣＰＭ（Critical Phase Matching）となる。

一方、出力する紫外レーザ光Ｌｖの波長をλ＝１９５．５ｎｍとする場合には、第１レーザ光発生部１ａ，１ａ′の出力波長が４８０ｎｍ、第２レーザ光発生部１ｂ，１ｂ′の出力波長が＝１０５５ｎｍであり、このとき波長変換光学素子３２の位相整合はＮＣＰＭで行うことができる。従って、出力波長がλ＝１９３ｎｍの場合と同様に、高効率かつ高いビーム品質の紫外レーザ光を得ることができる。また、第１レーザ光発生部１ａ，１ａ′の出力波長４８０ｎｍは、紫外半導体レーザ励起時におけるＰｒドープファイバの蛍光スペクトルで強度が最大となる波長であることから、より高効率で高いビーム品質の紫外レーザ光を得ることができる。

以上説明したように、本発明の態様によれば、波長変換部に設けられる波長変換光学素子がわずか二つの極めて簡明な構成で、１９０〜２００ｎｍの波長帯域の紫外レーザ光を出力可能な紫外レーザ装置を提供することができる。

このような紫外レーザ装置は、小型軽量であるとともに取り扱いが容易であり、例えば、顕微鏡や望遠鏡等の観察装置、測長器や形状測定器等の測定装置、光造形装置や露光装置等の光加工装置検査装置、治療装置等に好適に適用することができる。

Ｉ 第１構成形態の紫外レーザ装置
II 第２構成形態の紫外レーザ装置
Ｌｓ シード光
Ｌａ 第１レーザ光
Ｌｂ 第２レーザ光
Ｌｖ 紫外レーザ光
１ レーザ光出力部
１ａ 第１レーザ光発生部（第１構成形態）
１ｂ 第２レーザ光発生部（第１構成形態）
１ａ′第１レーザ光発生部（第２構成形態）
１ｂ′第２レーザ光発生部（第２構成形態）
３ 波長変換部
１０ レーザ光源
２０ 光増幅部
２１ 第１段目のＰｒドープファイバ光増幅器
２２ 第２段目のＰｒドープファイバ光増幅器
２３ 第３段目のＰｒドープファイバ光増幅器
２１ａ，２２ａ，２３ａ Ｐｒドープファイバ
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ 紫外半導体レーザ
２５ Ｐｒドープファイバレーザ
２５ａ Ｐｒドープファイバ
２５ｅ 紫外半導体レーザ
３０ 波長変換光学系（第１構成形態）
３０′ 波長変換光学系（第２構成形態）
３１ 第１波長変換光学素子
３２ 第２波長変換光学素子
３６ 第１共振器
３７ 第２共振器

Claims (5)

1. 赤外〜可視領域のレーザ光を出力するレーザ光出力部と、前記レーザ光出力部から出力されたレーザ光を紫外領域のレーザ光に波長変換する波長変換部とを備えて構成される紫外レーザ装置であって、
   前記レーザ光出力部は、コアにＰｒ³⁺がドープされたＰｒドープファイバ及び前記Ｐｒ³⁺を励起する紫外半導体レーザを有して波長帯域が４６０〜５００ｎｍの第１レーザ光を出力する第１レーザ光発生部と、コアにＹｂ³⁺がドープされたＹｂドープファイバ及び前記Ｙｂ³⁺を励起する赤外半導体レーザを有して波長帯域が１０００〜１２００ｎｍの第２レーザ光を出力する第２レーザ光発生部とを備え、
   前記波長変換部は、前記第１レーザ光発生部から出力された前記第１レーザ光の第２高調波を発生する第１波長変換光学素子と、前記第２レーザ光発生部から出力された前記第２レーザ光及び前記第２高調波の和周波を発生する第２波長変換光学素子とを備え、
   前記波長変換部から、前記第２波長変換光学素子により発生された波長帯域が１９０〜２００ｎｍの紫外レーザ光が出力されるように構成したことを特徴とする紫外レーザ装置。
2. 前記第１レーザ光発生部は、
   ４６０〜５００ｎｍの波長帯域で所定波長のシード光を発生するレーザ光源と、
   前記レーザ光源により発生された前記シード光を増幅して前記第１レーザ光を出力するＰｒドープファイバ光増幅器とを有して構成されることを特徴とする請求項１に記載の紫外レーザ装置。
3. 前記第１レーザ光発生部は、Ｐｒドープファイバレーザにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の紫外レーザ装置。
4. 前記第１波長変換光学素子がＢＢＯ結晶であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の紫外レーザ装置。
5. 前記第２波長変換光学素子がＣＬＢＯ結晶であり、位相整合がＮＣＰＭであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の紫外レーザ装置。

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