JP2013135075A - 固体レーザ増幅器、レーザ光増幅器、固体レーザ装置、およびレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱レンズによる非点収差を低減する。
【解決手段】固体レーザ増幅器は、互いの焦点が第１位置で略一致するように配置された２つの集光光学系を含む第１光学系と、第１位置近傍に位置し、レーザ光が入射する面がレーザ光の光路に対して実質的にブリュースター角度で傾くように配置された第１固体レーザ素子と、を含む第１増幅モジュールと、互いの焦点が第２位置で略一致するように配置された２つの集光光学系を含む第２光学系と、第２位置近傍に位置し、第１増幅モジュールを透過したレーザ光が入射する面がレーザ光の光路に対して実質的にブリュースター角度で傾くように配置された第２固体レーザ素子であって、且つ第２固体レーザ素子に対するレーザ光の第２入射面が、第１固体レーザ素子に対するレーザ光の第１入射面に対し、光路を中心とした回転方向に回転した関係になるように配置された第２固体レーザ素子と、を含む第２増幅モジュールと、を含んでもよい。
【選択図】図３

Description

本開示は、固体レーザ増幅器、レーザ光増幅器、固体レーザ装置、およびレーザ装置に関する。

半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置（以下、「露光装置」という）においては解像力の向上が要請されている。このため露光用光源から放出される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を放出するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３ｎｍの紫外線を放出するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。

次世代の露光技術としては、露光装置側の露光用レンズとウエハ間を液体で満たして、屈折率を変えることによって露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が研究されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として液侵露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射され得る。この技術をＡｒＦ液浸露光（又はＡｒＦ液浸リソグラフィー）という。

ＫｒＦエキシマレーザ装置やＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振幅は約３５０〜４００ｐｍと広い。そのため、露光装置において投影レンズが使用されると色収差が発生して解像力が低下する場合がある。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から放出されるレーザビームのスペクトル線幅（スペクトル幅）を狭帯域化する必要がある。近年では、ガスレーザ装置のレーザ共振器内に狭帯域化素子（エタロンやグレーティング等）を有する狭帯域化モジュール（Ｌｉｎｅ Ｎａｒｒｏｗ Ｍｏｄｕｌｅ）が設けられることで、スペクトル幅の狭帯域化が実現されている。このようにスペクトル幅が狭帯域化されるレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。

Y. Nabekawa, T. Togashi, T. Sekikawa, S. Watanabe, S, Konno, T. Kojima, S. Fujikawa, K. Yasui, "All-solid-state high-peak-power Ti:sapphire laser system above 5-kHz repetition rate", Appl. Phys. B 70 [suppl.], S171-S179 (2000) / Digital Object Identifier (DOI) 10.1007/s003400000312

概要

本開示の一態様による固体レーザ増幅器はシードレーザ光を出力するように構成された少なくともひとつのマスタオシレータと共に用いられ、そのシードレーザ光を増幅するように構成された固体レーザ増幅器であって、互いの焦点が第１位置で略一致するように配置された２つの集光光学系を含む第１光学系と、前記第１位置近傍に位置し、レーザ光が入射する面が当該レーザ光の光路に対して実質的にブリュースター角度で傾くように配置された第１固体レーザ素子と、を含む第１増幅モジュールと、互いの焦点が第２位置で略一致するように配置された２つの集光光学系を含む第２光学系と、前記第２位置近傍に位置し、前記第１増幅モジュールを透過したレーザ光が入射する面が当該レーザ光の光路に対して実質的にブリュースター角度で傾くように配置された第２固体レーザ素子であって、且つ前記第２固体レーザ素子に対する前記レーザ光の第２入射面が、前記第１固体レーザ素子に対する前記レーザ光の第１入射面に対し、前記光路を中心とした回転方向に回転した関係になるように配置された第２固体レーザ素子と、を含む第２増幅モジュールと、を含んでもよい。

本開示の他の態様によるレーザ光増幅器は、シード光を出力するように構成された少なくともひとつのマスタオシレータと、励起レーザ光を出力するように構成された少なくとも１つのポンピングレーザと、上記した固体レーザ増幅器と、前記第１固体レーザ素子と前記少なくとも１つのポンピングレーザの間に配置され、かつ前記シード光を反射し、前記レーザ励起光を透過するよう構成された第１ダイクロイックミラーと、前記第２固体レーザ素子と前記少なくとも１つのポンピングレーザの間に配置され、かつ前記シード光を反射し、前記レーザ励起光を透過するよう構成された第２ダイクロイックミラーと、を含んでもよい。

本開示の他の態様による固体レーザ装置は、上記した固体レーザ増幅器と、前記増幅器に入力する前記レーザ光を出力するように構成されたマスタオシレータと、前記増幅器から出力された増幅後のレーザ光の波長を変換するように構成された波長変換器と、を備えてもよい。

本開示の他の態様によるレーザ装置は、上記した固体レーザ装置と、前記固体レーザ装置から出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、を備えてもよい。

本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、本開示の実施の形態１によるレーザ装置の構成例を概略的に示す。 図２は、図１に示される固体レーザ装置の構成例を模式的に示す。 図３は、図２に示される増幅器の構成を概略的に示す。 図４は、図３に示される２つのチタンサファイア結晶の位置関係を示す。 図５は、図４に示される光路を直線に変換した場合の２つのチタンサファイア結晶の位置関係を示す。 図６は、本開示の実施の形態２にかかる増幅器の構成を概略的に示す。 図７は、図６に示される２つのチタンサファイア結晶とパルスレーザ光の偏光方向との関係を示す。 図８は、図７に示される光路を直線に変換した場合の２つのチタンサファイア結晶とパルスレーザ光の偏光方向との関係を示す。 図９は、本開示の実施の形態３にかかる増幅器の構成を概略的に示す。 図１０は、本開示の実施の形態４にかかる増幅器の構成を概略的に示す。 図１１は、本開示の実施の形態５にかかる増幅器の構成を概略的に示す。 図１２は、パワー増幅器として構成された増幅装置の概略構成を模式的に示す。 図１３は、ファブリペロ共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置の概略構成を模式的に示す。 図１４は、リング共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置の概略構成を模式的に示す側視図である。 図１５は、図１４に示される増幅装置の上視図である。

実施の形態

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示の一例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。

以下の説明では、下記目次の流れに沿って説明する。
目次
１．概要
２．用語の説明
３．エキシマレーザ装置（実施の形態１）
３．１ 固体レーザ装置
３．１．１ 増幅器
３．１．１．１ 第１増幅モジュール
３．１．１．２ 第２増幅モジュール
３．１．１．３ ２つのチタンサファイア結晶の位置関係
４．増幅器のバリエーション
４．１ 偏光方向を回転可能な増幅器（実施の形態２）
４．１．１ ２つのチタンサファイア結晶とパルスレーザ光の偏光方向との関係
４．２ ２パス折り返し型増幅器（実施の形態３）
４．３ ２パスリング型増幅器（実施の形態４）
４．４ ２段型増幅器（実施の形態５）
５．その他
５．１ 増幅装置
５．１．１ エキシマガスをゲイン媒質とするパワーアンプ
５．１．２ エキシマガスをゲイン媒質とするパワーオシレータ
５．１．２．１ ファブリペロ共振器を含む実施形態
５．１．２．２ リング共振器を含む実施形態

１．概要
１ｋＨｚ以上の高繰り返し周波数での動作が可能な高出力チタンサファイアレーザ増幅器（以下、単にレーザ装置という）では、コンフォーカル型に配置した集光光学系の焦点近傍にブリュースター角でカットされたレーザ結晶（ブリュースターカット結晶ともいう）が配置されてもよい。この結晶について更に説明する。ひとつの結晶の相対する２面が次の２条件をいずれも満たすようにその結晶を加工してもよい。第１条件は、前記２面が互いにほぼ平行な平面であること。第２条件は、前記２面の中心を通る仮想的直線に対してそれら２面が所定の角度（例えばブリュースタ角）で傾斜することである。前記２面の一方の面へ入射したレーザ光が前記仮想的直線にほぼ沿ってその結晶内部を進行し、前記２面の他方の面から出射するように結晶を配置してもよい。以下の実施形態の説明ではその配置を採用している。この場合、たとえば結晶の入射面に平行な直線偏光の入射光の反射率が低い。マスタオシレータから出力されたレーザ光は、ポンピングレーザからの励起光が集光されることで励起されたレーザ結晶を、集光されながら通過することで増幅され得る。本明細書ではブリュースターカット結晶を例にして説明を行う。しかし、レーザ結晶（例えばチタンサファイアレーザ増幅器）がブリュースターカット結晶であることは必須ではない。ブリュースターカット以外のカットの結晶であっても本明細書記載の実施形態を実現することは可能である。

しかしながら、ブリュースタースカット結晶内では、励起光のビーム断面が楕円になる場合がある。結晶へ入射するレーザ光の光路と、そのレーザ光が入射する面とが直交していないためである。例えば、レーザ光の光路に直交するビームプロファイルがほぼ円形であれば、結晶へレーザ光が入射する面内でビームプロファイルはほぼ楕円になる。結晶内部では楕円の長軸方向に比較して短軸方向ではレーザ光エネルギー密度が高くなる場合がある。その場合、結晶内に生じる熱レンズの焦点距離が、前記短軸方向（これをＸ方向とする）と、Ｘ方向と垂直な長軸方向（これをＹ方向とする）とで異なる場合がある。熱レンズの焦点距離がＸ方向とＹ方向とで異なると、増幅後のレーザ光に非点収差が与えられる場合がある。その場合、増幅されたレーザ光のビームプロファイルが不均一になり得る。

そこで、以下の実施の形態では、コンフォーカル型に配置した集光光学系の焦点付近にブリュースターカット結晶が配置された増幅モジュールが２つ用いられてもよい。この２つのブリュースターカット結晶は、それぞれに対するレーザ光の入射面が、結晶外部のレーザ光の光路を中心とした回転方向に回転していてもよい。それにより、一方のブリュースターカット結晶に発生した熱レンズによって生じる焦点距離の差と、他方のチタンサファイア結晶に発生した熱レンズによって生じる焦点距離の差との相乗効果が低減され得る。その結果、２つのブリュースターカット結晶それぞれにおいて発生する楕円状の熱レンズの偏心方向が一致する場合と比較して、増幅後のレーザ光のビームプロファイルを均一に近づけることができる。

２．用語の説明
つぎに、本開示において使用される用語を、以下のように定義する。上流とは、レーザ光の光路に沿って光源に近い側をいう。また、下流とは、レーザ光の光路に沿って露光装置に近い側をいう。プリズムとは、三角柱またはそれに類似した形状を有し、レーザ光を含む光を透過し得るものをいう。プリズムの底面および上面は、三角形またはそれに類似した形状であるとする。プリズムの底面および上面に対して略９０°に交わる３つの面を側面という。直角プリズムの場合、これらの側面のうち他の２面と９０°に交わらない面を斜面という。なお、プリズムの頂辺を削るなどして形状を変形したものについても、本説明におけるプリズムに含まれ得る。光路とは、レーザ光の進行方向に沿ってレーザ光のビーム断面の略中心を通る軸であってもよい。

本開示では、レーザ光の進行方向がＺ方向と定義される。また、このＺ方向と垂直な一方向がＸ方向と定義され、Ｘ方向およびＺ方向と垂直な方向がＹ方向と定義される。レーザ光の進行方向がＺ方向であるが、説明において、Ｘ方向とＹ方向は言及するレーザ光の位置によって変化する場合がある。例えば、レーザ光の進行方向（Ｚ方向）がＸ−Ｚ平面内で変化した場合、進行方向変化後のＸ方向は進行方向の変化に応じて向きを変えるが、Ｙ方向は変化しない。一方、レーザ光の進行方向（Ｚ方向）がＹ−Ｚ平面内で変化した場合、進行方向変化後のＹ方向は進行方向の変化に応じて向きを変えるが、Ｘ方向は変化しない。なお、理解のために各図では、図示されている光学素子のうち、最上流に位置する光学素子に入射するレーザ光と、最下流に位置する光学素子から出射するレーザ光とのそれぞれに対して、座標系が適宜図示される。また、その他の光学素子に対して入射するレーザ光の座標系は、必要に応じて適宜図示される。

反射型の光学素子に関し、光学素子に入射するレーザ光の光路と該光学素子によって反射したレーザ光の光路との双方を含む面を入射面とすると、「Ｓ偏光」とは、入射面に対して垂直な方向の偏光状態であってもよい。一方、「Ｐ偏光」とは、光路に直交し、且つ入射面に対して平行な方向の偏光状態であってもよい。

３．エキシマレーザ装置（実施の形態１）
本開示の実施の形態１にかかるレーザ装置を、以下に図面を参照して詳細に説明する。

図１は、実施の形態１によるレーザ装置の構成例を概略的に示す。レーザ装置１は、半導体露光用レーザであってもよい。レーザ装置１は、紫外線のレーザ光を出力するレーザ装置であってもよい。レーザ装置１は、たとえばＫｒＦ（２４８．４ｎｍ）またはＡｒＦ（１９３．４ｎｍ）の波長帯域のレーザ光を出力する紫外線レーザ装置であってもよい。レーザ装置１は、発振段（マスタオシレータ）と増幅段（増幅装置）とを備えた２ステージレーザ装置であってもよい。このレーザ装置１は、出力するパルスレーザ光のスペクトル線幅を変更可能であってもよい。

図１に示されるように、レーザ装置１は、固体レーザ装置１０と、増幅装置５０と、光学系３０とを備えてもよい。固体レーザ装置１０は、パルスレーザ光２０を出力してもよい。光学系３０は、固体レーザ装置１０から出力されたパルスレーザ光２０を増幅装置５０へ導いてもよい。増幅装置５０は、入力されたパルスレーザ光２０を増幅して、パルスレーザ光４０として出力してもよい。出力されたパルスレーザ光４０は、たとえば露光装置へ入力されてもよい。

３．１ 固体レーザ装置
図２は、図１に示される固体レーザ装置の構成例を模式的に示す。図２に示されるように、固体レーザ装置１０は、マスタオシレータ１１と、増幅器１００と、波長変換器１２とを含んでもよい。マスタオシレータ１１は、たとえば波長が７７３．６ｎｍのパルスレーザ光（シード光）２１を出力してもよい。

マスタオシレータ１１から出力されたパルスレーザ光１１は、増幅器１００に入力されてもよい。増幅器１００は、チタンサファイア結晶を含む固体レーザ増幅器であってもよい。増幅器１００は、入力されたパルスレーザ光２１を増幅して、パルスレーザ光２２として出力してもよい。増幅器１００の具体例については、後述において触れる。

波長変換器１２は、入力されたパルスレーザ光２２を、紫外光の波長帯域のパルスレーザ光２０に変換してもよい。この波長変換器１２は、複数の非線形光学結晶１３および１４を含んでもよい。

波長変換部１２をＡｒＦエキシマレーザに適用する場合、非線形光学結晶１３は、たとえばＬＢＯ結晶であってもよい。非線形光学結晶１４は、たとえばＫＢＢＦ結晶であってもよい。なお、非線形光学結晶１３には、ＬＢＯ結晶の代わりに、ＢＢＯ結晶などが用いられてもよい。非線形光学結晶１３は、入射したパルスレーザ光２２（波長７７３．６ｎｍ）を基本波とした第２高調波光（波長３８６．８ｎｍ）を発生してもよい。非線形光学結晶１４は、非線形光学結晶１３が発生した第２高調波光を基本波とした第４高調波光（波長１９３．４ｎｍ）を発生してもよい。この第４高調波光がパルスレーザ光２０として出力されてもよい。
また、波長変換器１２をＫｒＦエキシマレーザに適用する場合、非線形光学結晶１３は、たとえばＬＢＯ結晶であってもよい。非線形光学結晶１４は、たとえばＢＢＯ結晶であってもよい。なお、非線形光学結晶１３には、ＬＢＯ結晶の代わりに、ＢＢＯ結晶やＣＬＢＯ結晶などが用いられてもよい。また、非線形光学結晶１４には、ＢＢＯ結晶の代わりに、ＣＬＢＯ結晶などが用いられてもよい。非線形光学結晶１３は、入射したパルスレーザ光２２（波長７７３．６ｎｍ）を基本波とした第２高調波光（波長３８６．８ｎｍ）を発生してもよい。非線形光学結晶１４は、非線形光学結晶１３が発生した第２高調波光を基本波とした第３高調波光（波長２４８．４ｎｍ）を発生してもよい。この第３高調波光がパルスレーザ光２０として出力されてもよい。

３．１．１ 増幅器
つぎに、固体レーザ装置１０における増幅器１００について、具体例を挙げて説明する。図３は、増幅器１００の構成を概略的に示す。図３に示されるように、増幅器１００は、第１増幅モジュール１１０と、第２増幅モジュール１２０と、ポンピングレーザ１４０と、高反射ミラー１０１および１０２と、コリメートレンズ１１６および１２６とを備えてもよい。マスタオシレータ１１から出力されたパルスレーザ光２１は、高反射ミラー１０１で反射されて、第１増幅モジュール１１０に入射してもよい。なお、ポンピングレーザ１４０は図示していない２台のポンピングレーザ１４０ａと１４０ｂであってもよく、１台のポンピングレーザであってもよい。２台のポンピングレーザ１４０ａと１４０ｂからの出力レーザ光はそれぞれコリメートレンズ１１６，１２６により集光されてもよい。ポンピングレーザが１台の場合は、当該レーザからの出力レーザ光を図示していないビームスプリッタにより２つに分けて、それぞれのレーザ光がコリメートレンズ１１６，１２６により集光されてもよい。

３．１．１．１ 第１増幅モジュール
ここで、第１増幅モジュール１１０の構成を説明する。図３に示されるように、第１増幅モジュール１１０は、集光光学系１１１と、高反射ミラー１１２と、チタンサファイア結晶１１３と、ダイクロイックミラー１１４と、集光光学系１１５とを含んでもよい。少なくとも集光光学系１１１および集光光学系１１５が第１光学系と称される。これは、以下に説明する図においても同様とする。ダイクロイックミラー１１４は、パルスレーザ光２１を高反射し、励起光１４１を高透過してもよい。

集光光学系１１１および１１５は、それぞれレンズなどの透過型光学素子であってもよいし、ミラーなどの反射型光学素子であってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。集光光学系１１１は、高反射ミラー１１２を介して焦点を形成してもよい。集光光学系１１５は、ダイクロイックミラー１１４を介して焦点を形成してもよい。集光光学系１１１の焦点位置は、集光光学系１１５の焦点位置と略一致していてもよい。すなわち、集光光学系１１１と集光光学系１１５とは、実質的にコンフォーカルな位置関係に配置されてもよい。集光光学系１１１および１１５の略一致する焦点位置（第１位置）には、チタンサファイア結晶１１３が配置されてもよい。ただし、チタンサファイア結晶１１３の位置は、集光光学系１１１および１１５の焦点位置と完全に一致していなくてもよい。

チタンサファイア結晶１１３は、そのパルスレーザ光２１の光路に対する面がこの光路に対してブリュースター角で傾くように配置されてもよい。一方のブリュースターカット面からチタンサファイア結晶１１３へ入射したレーザ光は、他のブリュースターカット面から出射し得る。チタンサファイア結晶１１３には、ポンピングレーザ１４０から出力された励起光１４１が入射されてよい。チタンサファイア結晶１１３における励起光１４１が入射する面は、励起光１４１の光路に対してブリュースター角で傾いていてもよい。

マスタオシレータ１１から出力されたパルスレーザ光２１は、まず、高反射ミラー１０１で反射されてもよい。高反射ミラー１０１で反射されたパルスレーザ光２１は、第１増幅モジュール１１０の集光光学系１１１に入射してもよい。集光光学系１１１を通過したパルスレーザ光２１は、高反射ミラー１１２で反射された後、チタンサファイア結晶１１３に入射してもよい。この際、パルスレーザ光２１は、チタンサファイア結晶１１３に入射する直前で焦点を形成してもよいし、チタンサファイア結晶１１３内部で焦点を形成してもよい。

ポンピングレーザ１４０から出力された励起光１４１は、コリメートレンズ１１６で平行光に変換された後、ダイクロイックミラー１１４を介してチタンサファイア結晶１１３に入射してもよい。この際、励起光１４１は、たとえばチタンサファイア結晶１１３から出射した増幅後のパルスレーザ光２１の光路と実質的に同じ光路で、チタンサファイア結晶１１３に入射してもよい。これにより、チタンサファイア結晶１１３内での励起光１４１とパルスレーザ光２１との重なり効率が向上するため、パルスレーザ光２１の増幅効率が向上し得る。また、励起光１４１をチタンサファイア結晶１１３および１２３それぞれに入射させるためのミラー点数を削減することが可能となるため、装置構成が簡素化されるとともに、増幅後のパルスレーザ光２１の安定性を向上させることが可能となる。ただし、チタンサファイア結晶１１３に対するパルスレーザ光２１の出射側に限らず、入射側からチタンサファイア結晶１１３に励起光１４１が入射してもよい。

チタンサファイア結晶１１３から出射した増幅されたパルスレーザ光２１は、広がりつつ、ダイクロイックミラー１１４で反射されてもよい。ダイクロイックミラー１１４で反射されたパルスレーザ光２１は、集光光学系１１５に入射してもよい。集光光学系１１５は、入射したパルスレーザ光２１を平行光化してもよい。平行光化されたパルスレーザ光２１は、第２増幅モジュール１２０に入射してもよい。

３．１．１．２ 第２増幅モジュール
つぎに、第２増幅モジュール１２０の構成を説明する。図３に示されるように、第２増幅モジュール１２０は、第１増幅モジュール１１０と実質的に同じ構成であってもよい。具体的には、第２増幅モジュール１２０は、集光光学系１２１と、ダイクロイックミラー１２２と、チタンサファイア結晶１２３と、高反射ミラー１２４と、集光光学系１２５とを含んでもよい。少なくとも集光光学系１２１および集光光学系１２５が第２光学系と称される。これは、以後に説明する図においても同様とする。

集光光学系１２１および１２５は、それぞれ集光光学系１１１または１１５と同様であってもよい。集光光学系１２１は、ダイクロイックミラー１２２を介して焦点を形成してもよい。集光光学系１２５は、高反射ミラー１２４を介して焦点を形成してもよい。集光光学系１２１の焦点位置は、集光光学系１２５の焦点位置と略一致していてもよい。すなわち、集光光学系１２１と集光光学系１２５とは、実質的にコンフォーカルな位置関係に配置されてもよい。集光光学系１２１および１２５の略一致する焦点位置（第２位置）には、チタンサファイア結晶１２３が配置されてもよい。ただし、チタンサファイア結晶１２３の位置は、集光光学系１２１および１２５の焦点位置と完全に一致していなくてもよい。

チタンサファイア結晶１２３は、そのパルスレーザ光２１の光路に対する面が当該光路に対してブリュースター角で傾くように配置されてもよい。チタンサファイア結晶１２３には、ポンピングレーザ１４０から出力された励起光１４１が入射されてもよい。チタンサファイア結晶１２３における励起光１４１が入射する面は、励起光１４１の光路に対してブリュースター角で傾いていてもよい。

第１増幅モジュール１１０から出射したパルスレーザ光２１は、まず、第２増幅モジュール１２０の集光光学系１２１に入射してもよい。集光光学系１２１を通過したパルスレーザ光２１は、ダイクロイックミラー１２２で反射された後、チタンサファイア結晶１２３に入射してもよい。この際、パルスレーザ光２１は、チタンサファイア結晶１２３に入射する直前で焦点を形成してもよいし、チタンサファイア結晶１２３内部で焦点を形成してもよい。

ポンピングレーザから出力された励起光１４１は、コリメートレンズ１２６で平行光に変換された後、ダイクロイックミラー１２２を介してチタンサファイア結晶１２３に入射してもよい。この際、励起光１４１は、たとえばチタンサファイア結晶１２３に入射するパルスレーザ光２１の光路と実質的に同じ光路で、チタンサファイア結晶１２３に入射してもよい。これにより、チタンサファイア結晶１２３内での励起光１４１とパルスレーザ光２１との重なり効率が向上するため、パルスレーザ光２１の増幅効率が向上し得る。ただし、チタンサファイア結晶１２３に対するパルスレーザ光２１の入射側に限らず、出射側からチタンサファイア結晶１１３に励起光１４１が入射してもよい。

チタンサファイア結晶１２３から出射した増幅されたパルスレーザ光２１は、広がりつつ、高反射ミラー１２４で反射されてもよい。高反射ミラー１２４で反射されたパルスレーザ光２１は、集光光学系１２５に入射してもよい。集光光学系１２５は、入射したパルスレーザ光２１を平行光化してもよい。平行光化されたパルスレーザ光２１は、パルスレーザ光２２として、高反射ミラー（出力ミラー）１０２を介して増幅器１００から出力されてもよい。

３．１．１．３ ２つのチタンサファイア結晶の位置関係
ここで、２つのチタンサファイア結晶１１３および１２３の位置関係について説明する。図４は、図３に示される２つのチタンサファイア結晶１１３および１２３の位置関係を示す。Ａｘはパルスレーザ光２１の光路である。図５は、図４に示される光路Ａｘを直線に変換した場合の２つのチタンサファイア結晶１１３および１２３の位置関係を示す。

図４に示されるように、パルスレーザ光２１の光路Ａｘに対するチタンサファイア結晶１２３の向きは、パルスレーザ光２１の光路Ａｘに対するチタンサファイア結晶１１３の向きに対して、その光路Ａｘを中心とした回転方向に回転していてもよい。その場合、図５に示されるように、チタンサファイア結晶１１３からチタンサファイア結晶１２３までのパルスレーザ光２１の光路Ａｘが直線に変換されたと仮定すると、チタンサファイア結晶１２３に対するパルスレーザ光２１の入射面１２３Ｓは、チタンサファイア結晶１１３に対するパルスレーザ光２１の入射面１１３Ｓに対して、光路Ａｘを中心とした回転方向に回転し得る。なお、チタンサファイア結晶１１３からチタンサファイア結晶１２３までのパルスレーザ光２１の光路Ａｘが直線に変換されるとは、パルスレーザ光２１のビーム断面や偏光方向の向きがその光路Ａｘを中心に回転しないようにしながら、折れ曲がったパルスレーザ光２１の光路Ａｘを直線に延ばすことを意味してもよい。

以上のような配置により、一方のチタンサファイア結晶１２３において発生する楕円状の熱レンズの偏心方向が、他方のチタンサファイア結晶１１３において発生する楕円状の熱レンズの偏心方向に対して、パルスレーザ光２１の光路Ａｘを中心とした回転方向におよそ９０°回転し得る。それにより、チタンサファイア結晶１１３に発生した熱レンズによって生じる焦点距離の差と、チタンサファイア結晶１２３に発生した熱レンズによって生じる焦点距離の差との相乗効果が低減され得る。その結果、２つのチタンサファイア結晶１１３および１２３それぞれにおいて発生する楕円状の熱レンズの偏心方向が一致する場合と比較して、増幅後のパルスレーザ光２２のビームプロファイルを均一に近づけることができる。なお、偏心方向とは、同一楕円の２つの焦点を結ぶ直線の方向を意味してもよい。

チタンサファイア結晶１１３に対するチタンサファイア結晶１２３の回転量は、たとえば４５°より大きく、１３５°より小さいとよい。その場合、チタンサファイア結晶１１３に発生した熱レンズによって生じる焦点距離の差が、チタンサファイア結晶１２３に発生した熱レンズによって生じる焦点距離の差によって低減され得る。その結果、増幅後のパルスレーザ光２２のビームプロファイルをより均一に近づけることができる。

さらには、チタンサファイア結晶１１３に対するチタンサファイア結晶１２３の回転量は、たとえば９０°であるとよい。その場合、チタンサファイア結晶１１３に発生した熱レンズによって生じる焦点距離の差が、チタンサファイア結晶１２３に発生した熱レンズによって生じる焦点距離の差によって実質的に解消され得る。その結果、増幅後のパルスレーザ光２２のビームプロファイルをより略均一にすることができる。

４．増幅器のバリエーション
つぎに、上述したレーザ装置１の固体レーザ装置１０における増幅器の他の形態を、以下にいくつか例を挙げる。なお、以下の説明では、固体レーザ装置１０内の増幅器以外の構成は、上述した実施の形態１と同様であってよい。

４．１ 偏光方向を回転可能な増幅器（実施の形態２）
実施の形態２では、パルスレーザ光２１の偏光方向を入射するチタンサファイア結晶の入射面に応じて回転可能な構成を備える増幅器が例に挙げられる。

屈折率の異なる媒質の境界面に平面電磁波が入射したとき、Ｐ偏光の透過率の方が、Ｓ偏光の透過率よりも高い。そのため、透過型の光学素子であるチタンサファイア結晶を用いた増幅器では、パルスレーザ光２１のうち、チタンサファイア結晶のブリュースターカットされた面に対してＰ偏光で入射する成分の方が、Ｓ偏光で入射する成分よりも結晶内へ透過し易い。そこで、実施の形態２では、チタンサファイア結晶１１３および１２３それぞれのブリュースターカットされた面の向きに応じて、パルスレーザ光２１の偏光方向を回転させてもよい。これにより、パルスレーザ光２１が各チタンサファイア結晶１１３および１２３内へ透過する効率を高めることが可能となる。その結果、増幅後のパルスレーザ光２２の光強度を高めることが可能となる。

図６は、実施の形態２にかかる増幅器２００の構成を概略的に示す。図６に示されるように、増幅器２００は、図３に示される増幅器１００と同様の構成に加え、第１光学リターダ２１０を備えてもよい。光学リターダは１／２波長板であってもよい。光学リターダ２１０は、パルスレーザ光２１の偏光方向を、パルスレーザ光２１の光路Ａｘを中心とした回転方向に回転していてもよい。光学リターダ２１０は、第１増幅モジュール１１０と第２増幅モジュール１２０との間のパルスレーザ光２１の光路上に配置されてもよい。ただし、これに限らず、光学リターダ２１０は、第１増幅モジュール１１０内のチタンサファイア結晶１１３と第２増幅モジュール１２０のチタンサファイア結晶１２３との間の光路上のいずれに配置されてもよい。

４．１．１ ２つのチタンサファイア結晶とパルスレーザ光の偏光方向との関係
ここで、２つのチタンサファイア結晶１１３および１２３とパルスレーザ光２１の偏光方向との関係について説明する。図７は、図６に示される２つのチタンサファイア結晶１１３および１２３とパルスレーザ光２１の偏光方向との関係を示す。図８は、図７に示される光路Ａｘを直線に変換した場合の２つのチタンサファイア結晶１１３および１２３とパルスレーザ光２１の偏光方向との関係を示す。なお、以下の説明では、上流のチタンサファイア結晶１１３にＰ偏光のパルスレーザ光２１が入射した場合を例に挙げる。図７および図８における光路Ａｘ上の矢印は、パルスレーザ光２１のＰ偏光方向を示す。

図７に示されるように、光学リターダ２１０は、パルスレーザ光２１の偏光方向を、その光路Ａｘを中心とした回転方向に回転していてもよい。その場合、図８に示されるように、チタンサファイア結晶１１３から光学リターダ２１０を介してチタンサファイア結晶１２３までのパルスレーザ光２１の光路Ａｘが直線に変換されたと仮定すると、チタンサファイア結晶１２３に対するパルスレーザ光２１の偏光方向は、チタンサファイア結晶１１３に対するパルスレーザ光２１の偏光方向に対して、光路Ａｘを中心とした回転方向に回転し得る。なお、チタンサファイア結晶１１３から光学リターダ２１０を介してチタンサファイア結晶１２３までのパルスレーザ光２１の光路Ａｘが直線に変換されるとは、パルスレーザ光２１のビーム断面がその光路Ａｘを中心に回転せず、且つパルスレーザ光２１の偏光方向が光学リターダ２１０による回転作用以外に影響を受けないようにしながら、折れ曲がったパルスレーザ光２１の光路Ａｘを直線に延ばすことを意味してもよい。

偏光方向の回転量は、チタンサファイア結晶１１３に対するチタンサファイア結晶１２３の回転量と同じであってもよい。チタンサファイア結晶１１３に対するチタンサファイア結晶１２３の回転量を９０°とした場合、偏光方向の回転量は９０°であってもよい。この際、チタンサファイア結晶１１３および１２３の両方に対してＰ偏光方向でパルスレーザ光２１が入射するように調節することで、増幅後のパルスレーザ光２２の光強度をより高めることが可能となる。

４．２ ２パス折り返し型増幅器（実施の形態３）
実施の形態３では、増幅器内部の光路をパルスレーザ光２１が往復する構成を備えた増幅器が例に挙げられる。なお、実施の形態３では、実施の形態２にかかる増幅器２００がベースとされた構成を例に挙げるが、これに限定されず、たとえば実施の形態１にかかる増幅器１００がベースとされてもよい。

図９は、実施の形態３にかかる増幅器３００の構成を概略的に示す。図９に示されるように、増幅器３００は、図６に示される増幅器２００と同様の構成に加え、光入出モジュール３２０を備えてもよい。また、増幅器３００では、レーザ出力側の高反射ミラー１０２が、折り返しミラー３０１に置き換えられてもよい。

光入出モジュール３２０は、偏光ビームスプリッタ３２１と、偏光方向制御素子（例えばファラデーローテータ３２２）と、第３光学リターダ３２３とを含んでもよい。光学リターダは１／２波長板であってもよい。偏光ビームスプリッタ３２１は、Ｓ偏光のパルスレーザ光２１を反射し、Ｐ偏光のパルスレーザ光２１を透過してもよい。ファラデーローテータ３２２は、外部の電源３２４から印加された電圧に応じて、透過するパルスレーザ光２１の偏光方向を回転してもよい。ファラデーローテータ３２２に電圧が印加されていない場合、パルスレーザ光２１は、偏光方向の回転を受けずに、ファラデーローテータ３２２を透過してもよい。電源３２４は、たとえばレーザ装置３００を制御する制御部１５からの制御に基づいて、ファラデーローテータ３２２に電圧を印加してもよい。なお、ファラデーローテータ３２２は、パルスレーザ光２１の偏光方向を制御可能な他の光学素子に置き換えられてもよい。光学リターダ３２３は、パルスレーザ光２１の偏光方向を、パルスレーザ光２１の光路Ａｘを中心とした回転方向に回転していてもよい。

マスタオシレータ１１から出力されたパルスレーザ光２１は、まず、光入出モジュール３２０の偏光ビームスプリッタ３２１に入射してもよい。偏光ビームスプリッタ３２１は、入射したパルスレーザ光２１のうち、主にＰ偏光成分を透過してもよい。なお、マスタオシレータ１１から出力されるパルスレーザ光２１が偏光ビームスプリッタ３２１に対してＰ偏光であってもよい。

偏光ビームスプリッタ３２１を透過したパルスレーザ光２１は、ファラデーローテータ３２２に入射してもよい。この際、ファラデーローテータ３２２には、パルスレーザ光２１の偏光方向を９０°回転させる電圧が印加されていてもよい。その場合、ファラデーローテータ３２２に入射したパルスレーザ光２１は、偏光方向が９０°回転して、ファラデーローテータ３２２から出射し得る。

パルスレーザ光２１のＸ方向に直線偏光した成分は、偏光ビームスプリッタ３２１を透過し、ファラデーローテータ３２２に入射してもよい。ファラデーローテータ３２２を透過したパルスレーザ光２１は、その偏光方向が４５度回転して、光学リターダ３２３に入射してもよい。そして、光学リターダ３２３によって、パルスレーザ光２１の偏光方向が−４５度回転してもよい。それにより、パルスレーザ光２１の偏光方向が、偏光ビームスプリッタ３２１を透過し、ファラデーローテータ３２２に入射する前のパルスレーザ光２１と実質的に同一となり得る。

光学リターダ３２３を透過したパルスレーザ光２１は、入射側の高反射ミラー１０１を反射して、第１増幅モジュール１１０に入射してもよい。第１増幅モジュール１１０に入射したパルスレーザ光２１は、集光光学系１１１および高反射ミラー１１２を介して、チタンサファイア結晶１１３に入射してもよい。この際、パルスレーザ光２１は、Ｐ偏光でチタンサファイア結晶１１３に入射するとよい。これは、偏光ビームスプリッタ３２１の向きとチタンサファイア結晶１１３の向きとを調節しておくことで可能である。

チタンサファイア結晶１１３には、コリメートレンズ１１６およびダイクロイックミラー１１４を介して励起光１４１が入射されていてもよい。これにより、チタンサファイア結晶１１３内でパルスレーザ光２１が増幅され得る。チタンサファイア結晶１１３から出射した増幅後のパルスレーザ光２１は、ダイクロイックミラー１１４および集光光学系１１５を介して、光学リターダ２１０に入射してもよい。光学リターダ２１０は、パルスレーザ光２１の偏光方向を、その光路Ａｘを中心とした回転方向に回転してもよい。

偏光方向が回転されたパルスレーザ光２１は、第２増幅モジュール１２０に入射してもよい。第２増幅モジュール１２０に入射したパルスレーザ光２１は、集光光学系１２１およびダイクロイックミラー１２２を介して、チタンサファイア結晶１２３に入射してもよい。この際、パルスレーザ光２１は、Ｐ偏光でチタンサファイア結晶１２３に入射するとよい。これは、チタンサファイア結晶１１３に対するチタンサファイア結晶１２３の向きと光学リターダ２１０による偏光方向の回転量とを調節しておくことで可能である。

チタンサファイア結晶１２３には、コリメートレンズ１２６およびダイクロイックミラー１２２を介して励起光１４１が入射されていてもよい。これにより、チタンサファイア結晶１２３内でパルスレーザ光２１が増幅され得る。チタンサファイア結晶１２３から出射した増幅後のパルスレーザ光２１は、高反射ミラー１２４および集光光学系１２５を介して折り返しミラー３０１に入射してもよい。

折り返しミラー３０１は、パルスレーザ光２１の光路を折り返してもよい。折り返しミラー３０１で反射されたパルスレーザ光２１（戻り光と呼ぶ）は、ミラー３０１への入射光路と同じ光路を逆行することで、光入出モジュール３２０に前記高反射ミラー１０１から入射してもよい。

戻り光の偏光方向は、リターダ３２３で−４５度回転し、ファラデーローテータ３２２によってさらに−４５度回転してもよい。これにより、戻り光の偏光方向が、合計−９０度回転して、Ｙ方向に変化し得る。この戻り光は、偏光ビームスプリッタ３２１によって反射され、パルスレーザ光２２として取り出されてもよい。

ファラデーローテータ３２２を透過したパルスレーザ光２１は、偏光ビームスプリッタ３２１にＳ偏光で入射してもよい。偏光ビームスプリッタ３２１は、Ｓ偏光で入射したパルスレーザ光２１を反射し得る。偏光ビームスプリッタ３２１で反射されたパルスレーザ光２１は、パルスレーザ光２２として、増幅器３００から出力されてもよい。

なお、ここでは、パルスレーザ光２１を増幅器３００内に入射させる場合にファラデーローテータ３２２に電圧を与え、増幅器３００からパルスレーザ光２２を出射させる場合にファラデーローテータ３２２に電圧を与えない場合を例示したが、これに限られない。たとえばパルスレーザ光２１を増幅器３００内に入射させる場合にファラデーローテータ３２２に電圧を与えず、増幅器３００からパルスレーザ光２２を出射させる場合にファラデーローテータ３２２に電圧を与えてもよい。その場合も、偏光ビームスプリッタ３２１の向きとチタンサファイア結晶１１３の向きとを調節することで可能である。

４．３ ２パスリング型増幅器（実施の形態４）
実施の形態４では、増幅器内部の光路をパルスレーザ光２１が複数回（たとえば２回）巡回する構成を備えた増幅器が例に挙げられる。なお、実施の形態４では、実施の形態２にかかる増幅器２００がベースとされた構成を例に挙げるが、これに限定されず、たとえば実施の形態１にかかる増幅器１００がベースとされてもよい。

図１０は、実施の形態４にかかる増幅器４００の構成を概略的に示す。図１０に示されるように、増幅器４００は、図６に示される増幅器２００と同様の構成に加え、２つの高反射ミラー４０１および４０２と、第２光学リターダ４１０とを備えてもよい。

増幅器４００内部に形成されたパルスレーザ光２１の光路は、増幅器内部を２周してもよい。この際、増幅器４００中の２周目の光路（図１０中、破線で示された光路）が１周目の光路（図１０中、実線で示された光路）からずれるように、第２増幅モジュール１２０内の高反射ミラー１２４が傾いていてもよい。

光学リターダ４１０は、たとえば増幅器４００中の１周目の光路と２周目の光路との間の位置に配置されてもよい。これにより、１周目と２周目とで、第１増幅モジュール１１０に入射するパルスレーザ光２１の偏光方向を同じにすることができる。

高反射ミラー４０１および４０２は、増幅器４００中の２周目の光路上に配置されてもよい。たとえば、高反射ミラー４０１および４０２は、２周目の光路における第１モジュール１１０と第２モジュールとの間の光路上に配置されてもよい。これら高反射ミラー４０１および４０２は、パルスレーザ光２１の２周目の光路が２つのチタンサファイア結晶１１３および１２３による増幅が可能な光路から大きく外れることを防止するための構成であってもよい。ただし、高反射ミラー１２４による光路のずらしに対して、２周目のパルスレーザ光２１の光路が増幅可能な光路から外れない場合、高反射ミラー４０１および４０２はなくてもよい。

２周目の光路を通過したパルスレーザ光２１は、高反射ミラー１０２で反射されることで、パルスレーザ光２２として増幅器４００から出力されてもよい。

４．４ ２段型増幅器（実施の形態５）
実施の形態４では、２つの増幅モジュールのうち、１段目の増幅モジュール内の光路をパルスレーザ光２１が往復する構成を備えた増幅器が例に挙げられる。なお、実施の形態５では、実施の形態２にかかる増幅器２００がベースとされた構成を例に挙げるが、これに限定されず、たとえば実施の形態１にかかる増幅器１００がベースとされてもよい。

図１１は、実施の形態３にかかる増幅器５００の構成を概略的に示す。図１１に示されるように、増幅器５００は、図６に示される増幅器２００と同様の構成に加え、光中継モジュール５２０を備えてもよい。また、増幅器５００は、折り返しミラー５０１と、２つの高反射ミラー５０２および５０３とをさらに備えてもよい。

光中継モジュール５２０は、図９に示された光入出力モジュール３２０と同様の構成を備えてもよい。ただし、光中継モジュール５２０では、偏光ビームスプリッタ３２１がパルスレーザ光２１の入射面内の方向で傾いていてもよい。ただし、これに限るものではない。

２つの高反射ミラー５０２および５０３は、第１増幅モジュール１１０から光中継モジュール５２０を経て第２増幅モジュール１２０に入射するパルスレーザ光２１の光路を調節してもよい。

マスタオシレータ１１から出力されたパルスレーザ光２１は、まず、光中継モジュール５２０の偏光ビームスプリッタ３２１に入射してもよい。偏光ビームスプリッタ３２１は、入射したパルスレーザ光２１のうち、主にＰ偏光成分を透過してもよい。なお、マスタオシレータ１１から出力されるパルスレーザ光２１が偏光ビームスプリッタ３２１に対してＰ偏光であってもよい。

偏光ビームスプリッタ３２１を透過したパルスレーザ光２１は、ファラデーローテータ３２２および光学リターダ３２３を順次透過してもよい。この際、ファラデーローテータ３２２には、パルスレーザ光２１の偏光方向を９０°回転させる電圧が印加されていてもよい。その場合、ファラデーローテータ３２２および光学リターダ３２３を透過したパルスレーザ光２１の偏光方向は、偏光ビームスプリッタ３２１を透過したパルスレーザ光２１と実質的に同一となってもよい。

光中継モジュール５２０を透過したパルスレーザ光２１は、入射側の高反射ミラー１０１を反射して、第１増幅モジュール１１０に入射してもよい。第１増幅モジュール１１０に入射したパルスレーザ光２１は、集光光学系１１１、高反射ミラー１１２、チタンサファイア結晶１１３、ダイクロイックミラー１１４および集光光学系１１５を経由して、折り返しミラー５０１に入射してもよい。

折り返しミラー５０１は、第１増幅モジュール１１０の集光光学系１１５から出射したパルスレーザ光２１の光路を折り返してもよい。折り返しミラー５０１で反射されたパルスレーザ光２１は、第１増幅モジュール１１０中の同じ光路を逆行することで、光学リターダ３２３側から光中継モジュール５２０に入射してもよい。

光中継モジュール５２０に光学リターダ３２３側から入射したパルスレーザ光２１は、光学リターダ３２３およびファラデーローテータ３２２を経由して、偏光ビームスプリッタ３２１に入射してもよい。この際、ファラデーローテータ３２２には、電圧が印加されていなくてもよい。その場合、光学リターダ３２３およびファラデーローテータ３２２を透過したパルスレーザ光２１は、主に光学リターダ３２３から偏光方向の回転を受け得る。したがって、光学リターダ３２３およびファラデーローテータ３２２を透過したパルスレーザ光２１は、Ｓ偏光で偏光ビームスプリッタ３２１に入射し得る。

偏光ビームスプリッタ３２１は、前記方向からＳ偏光で入射したパルスレーザ光２１を反射し得る。偏光ビームスプリッタ３２１で反射されたパルスレーザ光２１は、高反射ミラー５０２および５０３を経由して、第２増幅モジュール１２０に入射してもよい。第２増幅モジュール１２０に入射したパルスレーザ光２１は、集光光学系１２１、ダイクロイックミラー１２２、チタンサファイア結晶１２３、高反射ミラー１２４および集光光学系１２５を経由して、高反射ミラー１０２に入射してもよい。高反射ミラー１０２に入射したパルスレーザ光２１は、パルスレーザ光２２として反射されることで、増幅器５００から出力されてもよい。

５．その他
５．１ 増幅装置
ここで、図１で示した上述の実施の形態における増幅装置５０について、以下にいくつかの具体例を挙げる。増幅装置５０は、パワーオシレータやパワー増幅器や再生増幅器など、種々のレーザ増幅装置であってよい。また、増幅装置５０は、１つの増幅装置であってもよいし、複数の増幅装置を含んでいてもよい。

５．１．１ エキシマガスをゲイン媒質とするパワーアンプ
図１２は、パワー増幅器として構成された増幅装置５０の概略構成を模式的に示す。図に示されるように、増幅装置５０は、チャンバ５３を備えてもよい。増幅装置５０は、パルスレーザ光２０のビームプロファイルを調整するスリット５２をさらに備えてもよい。チャンバ５３には、ウィンドウ５４および５７が設けられてもよい。ウィンドウ５４および５７は、チャンバ５３の機密性を保持しつつ、パルスレーザ光２０を透過させてもよい。このチャンバ５３内には、エキシマガスなどのゲイン媒質が封入されていてもよい。ゲイン媒質は、例えばＫｒガス、Ａｒガスのいずれか一方、およびＦ_２ガス、Ｎｅガスを含み、更に微量のＸｅガスを含んでいてもよい。さらに、チャンバ５３内には、一対の放電電極５５および５６が設けられてもよい。放電電極５５および５６は、パルスレーザ光２０が通過する領域（増幅領域）を挟むように配置されていてもよい。放電電極５５および５６間には、不図示の電源からパルス状の高電圧が印加されてもよい。高電圧は、パルスレーザ光２０が増幅領域を通過するタイミングに合わせて、放電電極５５および５６間に印加されてもよい。放電電極５５および５６間に高電圧が印加されると、放電電極５５および５６間に、活性化されたゲイン媒質を含む増幅領域が形成され得る。パルスレーザ光２０は、この増幅領域を通過する際に増幅され得る。

５．１．２ エキシマガスをゲイン媒質とするパワーオシレータ
つづいて、パワーオシレータを増幅装置５０として用いた場合を以下に例を挙げて説明する。

５．１．２．１ ファブリペロ共振器を含む実施形態
まず、ファブリペロ共振器を備えたパワーオシレータを増幅装置５０として用いた場合を例に挙げる。図１３は、ファブリペロ共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置５０Ａの概略構成を模式的に示す。図１３に示されるように、増幅装置５０Ａは、図１２に示される増幅装置５０と同様の構成に加え、レーザ光の一部を反射し、一部を透過するリアミラー５１と、レーザ光の一部を反射し、一部を透過する出力カプラ５８とを備えてもよい。リアミラー５１と出力カプラ５８とは、光共振器を形成してもよい。ここで、リアミラー５１の反射率は出力カプラ５８の反射率よりも高いことが好ましい。

５．１．２．２ リング共振器を含む実施形態
つぎに、リング共振器を備えたパワーオシレータを増幅装置５０として用いた場合を例に挙げる。図１４および図１５は、リング共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置９０の概略構成を模式的に示す。図１４は増幅装置９０の側視図を、図１５は増幅装置９０の上視図を示す。

図１４および図１５に示されるように、増幅装置９０は、高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと、出力カプラ９１と、チャンバ９２とを備えてもよい。高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと出力カプラ９１とは、チャンバ９２内の増幅領域をパルスレーザ光２０が複数回通過するマルチパス光路を形成してもよい。出力カプラ９１は、部分反射ミラーであってもよい。チャンバ９２は、高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと出力カプラ９１とが形成する光路上に配置されてもよい。なお、増幅装置９０は、内部を進行するパルスレーザ光２０のビームプロファイルを調整する不図示のスリットをさらに備えていてもよい。チャンバ９２内には、増幅領域を満たすようにエキシマガスなどのゲイン媒質が封入されていてもよい。ゲイン媒質は、例えばＫｒガス、Ａｒガスのいずれか一方および、Ｆ_２ガス、Ｎｅガスを含み、更に微量のＸｅガスを含んでいてもよい。

上記の構成において、例えば固体レーザ装置１０から出力されたパルスレーザ光２０は、高反射ミラー３１および高反射ミラー３２を介して増幅装置９０に入射してもよい。入射したパルスレーザ光２０は、まず、高反射ミラー９１ａおよび９１ｂで反射された後、ウィンドウ９３を介してチャンバ９２内に入射してもよい。チャンバ９２内に入射したパルスレーザ光２０は、電圧が印加された２つの放電電極９４および９５間の増幅領域を通過する際に増幅されてもよい。増幅後のパルスレーザ光２０は、ウィンドウ９６を介してチャンバ９２から出射してもよい。出射したパルスレーザ光２０は、高反射ミラー９７ａおよび９７ｂで反射されることで、ウィンドウ９６を介して再びチャンバ９２内に入射してもよい。その後、パルスレーザ光２０は、チャンバ９２内の増幅領域を通過する際に再び増幅されてもよい。増幅後のパルスレーザ光２０は、ウィンドウ９３を介してチャンバ９２からパルスレーザ光４０として出射してもよい。

このようにチャンバ９２内の増幅領域を２回通過したパルスレーザ光２０は、その後、その一部が出力カプラ９１を介して出力されてもよい。また、出力カプラ９１で反射された残りのレーザ光は、再度、高反射ミラー９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと出力カプラ９１とが形成する光路を進行して増幅されてもよい。

上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。

本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

１ レーザ装置
１０ 固体レーザ装置
１１ マスタオシレータ
１２ 波長変換器
１３、１４ 非線形光学結晶
１５ 制御部
２０、２１、２２、４０ パルスレーザ光
３１、３２ 高反射ミラー
５０ 増幅装置
１００、２００、３００、４００、５００ 増幅器
１０１、１０２ 高反射ミラー
１１０ 第１増幅モジュール
１１１、１１５ 集光光学系
１１２ 高反射ミラー
１１３ チタンサファイア結晶
１１３Ｓ 入射面
１１４ ダイクロイックミラー
１１６ コリメートレンズ
１２０ 第２増幅モジュール
１２１、１２５ 集光光学系
１２２ ダイクロイックミラー
１２３ チタンサファイア結晶
１２３Ｓ 入射面
１２４ 高反射ミラー
１２６ コリメートレンズ
１４０ ポンピングレーザ
１４１ 励起光
２１０、３２３、４１０ 光学リターダ
３０１ 折り返しミラー
３２０ 光入出モジュール
３２１ 偏光ビームスプリッタ
３２２ ファラデーローテータ
３２４ 電源
４０１、４０２ 高反射ミラー
５０１ 折り返しミラー
５０２、５０３ 高反射ミラー
５２０ 光中継モジュール
Ａｘ 光路

Claims (13)

1. シードレーザ光を出力するように構成された少なくともひとつのマスタオシレータと共に用いられ、そのシードレーザ光を増幅するように構成された固体レーザ増幅器であって、
   互いの焦点が第１位置で略一致するように配置された２つの集光光学系を含む第１光学系と、前記第１位置近傍に位置し、レーザ光が入射する面が当該レーザ光の光路に対して実質的にブリュースター角度で傾くように配置された第１固体レーザ素子と、を含む第１増幅モジュールと、
   互いの焦点が第２位置で略一致するように配置された２つの集光光学系を含む第２光学系と、前記第２位置近傍に位置し、前記第１増幅モジュールを透過したレーザ光が入射する面が当該レーザ光の光路に対して実質的にブリュースター角度で傾くように配置された第２固体レーザ素子であって、且つ前記第２固体レーザ素子に対する前記レーザ光の第２入射面が、前記第１固体レーザ素子に対する前記レーザ光の第１入射面に対し、前記光路を中心とした回転方向に回転した関係になるように配置された第２固体レーザ素子と、を含む第２増幅モジュールと、を含む
   固体レーザ増幅器。
2. 前記回転の角度は、４５度より大きく１３５度より小さい請求項１記載の固体レーザ増幅器。
3. 前記回転の角度は、実質的に９０度である請求項１記載の固体レーザ増幅器。
4. 前記第１増幅モジュールの出力レーザ光の偏光方向を、前記第１入射面に対する前記第２入射面の前記回転方向での回転角度と実質的に同一の回転角度で回転させるように構成された第１光学リターダをさらに備えた、
   請求項１記載の固体レーザ増幅器。
5. 前記シードレーザ光は、Ｐ偏光の直線偏光で前記第１レーザ結晶に入射するように構成された、請求項４記載の固体レーザ増幅器。
6. 前記第２増幅モジュールから出力された増幅後のレーザ光の光路上に設置された折り返しミラーと、
   前記レーザ光の光路上において前記第１増幅モジュールより上流に位置し、該第１増幅モジュールへ向けて入射する前記シードレーザ光を透過し、前記折り返しミラーで反射して該第１増幅モジュールへ入射し、そこから出射した増幅後のレーザ光を反射するように構成された光入出モジュールと、
   をさらに備える、請求項４記載の固体レーザ増幅器。
7. 前記光入出モジュールは、偏光素子と、入射したレーザ光の偏光方向を制御可能な偏光方向制御素子と、第３光学リターダとを含む、請求項６記載の固体レーザ増幅器。
8. 前記第２増幅モジュールから出力された増幅後のレーザ光の光路上に位置し、該増幅後のレーザ光の偏光方向を回転させる第２光学リターダと、
   前記第１増幅モジュールと前記第２増幅モジュールとを２回以上通過して該第２増幅モジュールから出力された増幅後のレーザ光の光路上に位置する出力ミラーと、
   をさらに備え、
   前記第２光学リターダは、前記第１光学リターダによって回転された前記レーザ光の偏光方向を、実質的に当該第１光学リターダによって回転させられる前の偏光方向に戻し、
   前記第２光学リターダを透過したレーザ光は、再度、前記第１増幅モジュールに入射する、
   請求項４記載の固体レーザ増幅器。
9. 前記レーザ光の光路上において前記第１増幅モジュールより上流に位置し、該第１増幅モジュールへ向けて入射する前記レーザ光を透過し、該第１増幅モジュールから出射した増幅後のレーザ光を反射する光中継モジュールと、
   前記第１増幅モジュールを１度通過したレーザ光の光路を折り返す折り返しミラーと、
   をさらに備え、
   前記光中継モジュールで反射された前記増幅後のレーザ光は、前記第２増幅モジュールへ入射する、
   請求項１記載の固体レーザ増幅器。
10. 前記光中継モジュールは、偏光素子と、入射したレーザ光の偏光方向を制御可能な偏光方向制御素子と、第２光学リターダとを含む、請求項９記載の固体レーザ増幅器。
11. シード光を出力するように構成された少なくともひとつのマスタオシレータと、
    励起レーザ光を出力するように構成された少なくとも１つのポンピングレーザと、
    請求項１記載の固体レーザ増幅器と、
    前記第１固体レーザ素子と前記少なくとも１つのポンピングレーザの間に配置され、かつ前記シード光を反射し、前記レーザ励起光を透過するよう構成された第１ダイクロイックミラーと、
    前記第２固体レーザ素子と前記少なくとも１つのポンピングレーザの間に配置され、かつ前記シード光を反射し、前記レーザ励起光を透過するよう構成された第２ダイクロイックミラーと、を含む
    レーザ光増幅器。
12. 請求項１〜１０のいずれか一つに記載の固体レーザ増幅器と、
    前記増幅器に入力する前記レーザ光を出力するように構成されたマスタオシレータと、
    前記増幅器から出力された増幅後のレーザ光の波長を変換するように構成された波長変換器と、
    を備える固体レーザ装置。
13. 請求項１２記載の固体レーザ装置と、
    前記固体レーザ装置から出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、
    を備えるレーザ装置。

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