JP2014033044A - ダブルクラッドファイバ、このダブルクラッドファイバを備えたレーザ装置、露光装置及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】余剰の励起光がファイバ増幅器の出射端面に到達することに起因する問題を解決し、励起光ダンパの局所的な過熱を抑制し得る手段を提供する。
【解決手段】本発明を例示する態様は増幅用のダブルクラッドファイバである。このダブルクラッドファイバ２３０は、出射端部の近傍に第２クラッド２３３を剥離して第１クラッド２３２が露出する第１クラッド露出部２３８が形成され、この第１クラッド露出部２３８に第１クラッドの外周面と密着してその外周を覆う励起光ダンパ５０が設けられる。励起光ダンパ５０は、出射端部に近い下流側の部位５０ｂにおいて第１クラッド２３２の屈折率と略同一または第１クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有し、上流側の部位５０ａにおいて下流側の部位５０ｂよりも低い屈折率を有して構成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、コアと第１、第２クラッドとを有し、コアを伝播するレーザ光を増幅して出射する増幅用のダブルクラッドファイバに関するものである。また、ダブルクラッドファイバを備えたレーザ装置、露光装置、検査装置に関するものである。

増幅用の光ファイバを備えたレーザ装置は、例えば、露光装置や検査装置等の光源として用いられている。このようなレーザ装置において、光ファイバを用いたファイバ増幅器は、一般的に、波長λ＝１．０〜１．５５μｍのシード光を増幅し、所定出力に増幅された増幅光を波長変換部に出力する。波長変換部では、入力された増幅光を波長変換光学素子により波長変換し、例えば、波長λ＝１９３ｎｍ，３５５ｎｍ等の出力光を出力するように構成される（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。

近年では、レーザ加工の適用範囲の拡大や生産性の向上要求等によって出力光の高出力化が望まれており、これに伴ってファイバ増幅器が出力する増幅光もさらなる高出力化が求められている。増幅光の出力が数十〜数百Ｗクラスのハイパワーのレーザ装置では、一般的に複数のファイバ増幅器が直列に接続され、後段のファイバ増幅器にはクラッドが２層のダブルクラッドファイバが用いられる。ダブルクラッドファイバを用いたファイバ増幅器では、高出力半導体レーザから出射されたマルチモードの励起光が第１クラッドに供給される。

特開２０００−２００７４７号公報 特開２００２−５０８１５号公報

第１クラッドに供給された励起光は第１クラッドを出射端に向けて伝播し、伝播する過程でコアにドープされたレーザ媒質を励起する。しかし、第１クラッドに供給された励起光の全光量がレーザ媒質の励起に寄与して消費されるわけではなく、余剰の励起光はファイバ増幅器の出射端部に到達する。ファイバ増幅器の出射端部に到達した余剰の励起光は、その一部が増幅光とともに出射端面から出射し、他の一部は出射端面で反射されて戻り光となってファイバ増幅器を逆流する。

ファイバ増幅器の出射端面から出射した余剰の励起光は、例えば増幅光を波長変換光学素子に集光入射させるレンズの保持・調整機構を加熱してアライメントを変化させる要因や、波長変換光学素子を加熱して波長変換効率を低下させる要因になり得る。また、ファイバ増幅器を逆流する余剰の励起光は、当該ファイバ増幅器自身やその上流側に接続された他のファイバ増幅器等を損傷させるおそれがある。

このような問題を解決する手段として、発明者らは、ファイバ増幅器の出射端部の近傍に、第２クラッドを剥離して第１クラッドが露出する第１クラッド露出部を形成し、この第１クラッド露出部に、第１クラッドと略同一の屈折率を有する樹脂材料で第１クラッドの外周面を覆う励起光ダンパを考案した。このような励起光ダンパを備えたダブルクラッドファイバにおいては、第１クラッドを出射端部に向かって伝播する余剰の励起光は、励起光ダンパが設けられた領域に到達すると、第１クラッドとその外周側の部材との間に実質的な屈折率差がないため第１クラッドの外周面で反射されず、励起光ダンパ側に出射する。これにより、第１クラッドを上流側から出射端部に向けて伝播する残余の励起光は、出射端面よりも上流側に位置する励起光ダンパの配設領域で励起光ダンパ側に出射するため、余剰の励起光がファイバ増幅器の出射端面に到達することに起因する上記問題を解決することができる。

ところが、増幅光の出力が〜数百Ｗレベルになってくると、上記のような励起光ダンパでは当該励起光ダンパの一部の温度が局所的に上昇し、過熱状態になり得るという課題が見いだされた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、余剰の励起光がファイバ増幅器の出射端面に到達することに起因する問題を解決するとともに、励起光ダンパの局所的な過熱を抑制し得る手段を提供することを目的とする。また、このような余剰の励起光が出射端面に到達することや励起光ダンパの局所的な過熱に起因したダウンタイムを抑制したレーザ装置、露光装置及び検査装置を提供することを目的とする。

本発明を例示する第１の態様は、レーザ媒質がドープされたコアと、コアの外周を覆い励起光が導入される第１クラッドと、第１クラッドの外周を覆う第２クラッドとを有し、コアを伝播するレーザ光を増幅して出射する増幅用のダブルクラッドファイバである。このダブルクラッドファイバは、出射端部の近傍に第２クラッドを剥離して第１クラッドが露出する第１クラッド露出部が形成されるとともに、第１クラッド露出部に第１クラッドの外周面と密着してその外周を覆う励起光ダンパが設けられる。励起光ダンパは、出射端部に近い下流側の部位において第１クラッドの屈折率と略同一または第１クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有し、出射端部から離れた上流側の部位において上記下流側の部位の屈折率よりも低い屈折率を有して構成される。本明細書において、「略同一の屈折率」とは、実質的に屈折率の差異がないか、または屈折率差が微少な状態をいい、クラッドを伝播するレーザ光がクラッドと屈折率整合部材との界面で反射することなく、そのまま屈折率整合部材側に出射するような屈折率をいう。

なお、上記ダブルクラッドファイバは、上流側の部位の屈折率が第２クラッドの屈折率と略同一または第２クラッドの屈折率よりも低い屈折率にすることができ、また、下流側の部位から上流側の部位に向けて屈折率が徐々に低下するように構成することができる。

本発明を例示する第２の態様はレーザ装置である。このレーザ装置は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のダブルクラッドファイバと、このダブルクラッドファイバの第１クラッドに励起光を供給する励起光源とを備えて構成される。さらに、ダブルクラッドファイバのコアで増幅されるレーザ光を発生するレーザ光発生部と、ダブルクラッドファイバにより増幅されて出射する増幅光を波長変換して出力する波長変換部とを備えて構成しても良い。

本発明を例示する第３の態様は露光装置である。この露光装置は、請求項５に記載のレーザ装置と、所定の露光パターンが形成されたフォトマスクを保持するマスク支持部と、露光対象物を保持する露光対象物支持部と、レーザ装置から出力されたレーザ光をマスク支持部に保持されたフォトマスクに照射する照明光学系と、フォトマスクを透過した光を露光対象物支持部に保持された露光対象物に投影する投影光学系とを備えて構成される。

本発明を例示する第４の態様は検査装置である。この検査装置は、請求項５に記載のレーザ装置と、被検物を保持する被検物支持部と、レーザ装置から出力されたレーザ光を被検物支持部に保持された被検物に照射する照明光学系と、被検物からの光を検出器に投影する投影光学系とを備えて構成される。

第１の態様のダブルクラッドファイバにおいて、励起光ダンパは、下流側の部位において第１クラッドの屈折率と略同一または高い屈折率を有し、上流側の部位において下流側の部位よりも低い屈折率を有して構成される。ここで、第１クラッドに導入される高出力の励起光は複数の横モードを有するマルチモードの励起光である。そのため、このようなダブルクラッドファイバにおいて、第１クラッドを出射端部に向かって伝播し励起光ダンパが設けられた領域に到達した余剰の励起光は、モード次数が高い高次モードの励起光から励起光ダンパ側に出射してゆき、モード次数が低い低次モードの励起光も第１クラッドと実質的に屈折率差がない下流側の部位で励起光ダンパ側に出射する。そのため、このようなダブルクラッドファイバによれば、余剰の励起光がファイバ増幅器の出射端面に到達することに起因する問題を解決するとともに、励起光ダンパの局所的な過熱を抑制することができる。

第２の態様のレーザ装置は、第１の態様のダブルクラッドファイバを備えて構成される。そのため、余剰の励起光が出射端面に到達することや励起光ダンパの局所的な過熱に起因したダウンタイムを抑制したレーザ装置を提供することができる。

第３の態様の露光装置は、第２の態様のレーザ装置を備えて構成される。そのため、余剰の励起光が出射端面に到達することや励起光ダンパの局所的な過熱に起因したダウンタイムを抑制した露光装置を提供することができる。

第４の態様の検査装置は、第２の態様のレーザ装置を備えて構成される。そのため、余剰の励起光が出射端面に到達することや励起光ダンパの局所的な過熱に起因したダウンタイムを抑制した検査装置を提供することができる。

本発明の適用例として示すレーザ装置の概要構成図である。 上記レーザ装置におけるダブルクラッド構造のファイバ増幅器を主体として示す概要構成図である。 ダブルクラッドファイバの軸線方向に沿った断面図である。 励起光ダンパが設けられたダブルクラッドファイバ出射端部近傍の軸線方向に沿った断面図である。 励起光ダンパの作成過程を説明するための説明図である。 励起光ダンパの軸方向に沿った屈折率分布を示すグラフである。 レーザ装置を備えたシステムの第１の適用例として示す露光装置の概要構成図である。 レーザ装置を備えたシステムの第２の適用例として示す検査装置の概要構成図である。

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。本発明を適用したレーザ装置ＬＳ全体の概要構成を図１に示す。例示するレーザ装置ＬＳは、シード光を出射する光源部１０と、光源部１０から出射されたシード光を増幅して増幅光を出力する増幅部２０と、増幅部２０から出力された増幅光を波長変換して出力光を出力する波長変換部３０と、各部の作動を制御する制御部４０とを備えて構成される。

シード光及び出力光の波長や光波形、パワー等は、このレーザ装置ＬＳを用いて構成される装置の用途及び機能に応じて適宜に設定可能である。本実施形態では、光源部１０から出射される波長λ＝１０６４ｎｍ、パワーが数ｍＷレベルのシード光Ｌsを、増幅部２０において数十〜百Ｗレベルに増幅し、増幅されたシード光すなわち増幅光Ｌaを波長変換部３０において波長３５５ｎｍの出力光Ｌvに変換して出力する場合を例示する。

光源部１０は、波長λ＝１０６４ｎｍのレーザ光を発生するレーザ光源１１を主体として構成される。レーザ光源１１は、例えばＤＦＢ（Distributed Feedback）半導体レーザを用いることができる。ＤＦＢ半導体レーザは、ＣＷ発振及びパルス発振させることができ、また温度制御することにより所定の波長範囲で狭帯域化された単一波長のレーザ光を出力させることができる。図１に示す光源部１０は、レーザ光源１１からＯＮ時間が充分に長いパルス光（あるいはＣＷ光）を出力させ、その一部を電気光学変調素子（ＥＯＭ）や音響光学変調素子（ＡＯＭ）等の外部変調器１５により切り出して、パルス状のシード光Ｌsを出力するようにした構成例を示す。

増幅部２０は、光源部１０から出射されたシード光Ｌsを数十〜百Ｗレベルに増幅して増幅光Ｌa波長変換部３０に出射する。図では３つのファイバ増幅器２１，２２，２３を直列に接続し、これら３段のファイバ増幅器２１，２２，２３によってシード光Ｌsを順次増幅する構成を示す。本構成例では、１段目及び２段目のファイバ増幅器２１，２２としてシングルクラッド構造のイッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器（ＹＤＦＡ）を用い、３段目のファイバ増幅器２３としてダブルクラッド構造のＹＤＦＡを用いた構成を示す。

１段目及び２段目のファイバ増幅器２１，２２は、増幅用のシングルクラッドファイバ２１０，２２２と、イッテルビウム（Ｙｂ）を励起する励起光源２１５，２２５とを主体として構成される。シングルクラッドファイバ２１０，２２０は、Ｙｂがドープされたコアと、コアの外周を覆うクラッドとからなり、コアにシード光Ｌs及び励起光Ｌpが導入される。励起光源２１５，２２５は、例えば波長λ＝９７５ｎｍの半導体レーザが好適に用いられる。

３段目のファイバ増幅器２３は、このファイバ増幅器２３を主体とした概要構成を図２に示すように、増幅用のダブルクラッドファイバ２３０と、Ｙｂを励起する励起光源２３５とを主体として構成される。ダブルクラッドファイバ２３０は、ファイバの軸線方向に沿った断面図を図３に示すように、Ｙｂがドープされたコア２３１と、コア２３１の外周を覆う第１クラッド２３２と、第１クラッドの外周を覆う第２クラッド２３３とを有して構成され、ファイバ増幅器２１，２２により増幅されたシード光（便宜的に信号光という）がコア２３１に導入され、励起光源２３５から出射した励起光Ｌpが第１クラッド２３２に導入される。

具体的には、前段のファイバ増幅器２２から出力された信号光が、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）カプラ２３７を介してダブルクラッドファイバ２３０のコア２３１に入射し、励起光源２３５から出射した励起光Ｌpが、ＷＤＭカプラ２３７を介してダブルクラッドファイバ２３０の第１クラッド２３２に入射するように構成される。第１クラッド（ポンピングガイドとも称される）２３２は励起光のマルチモード導波路として作用し、複数の励起光源２３５から出射された高出力のマルチモードレーザ光を軸方向に導波して、コア２３１にドープされたＹｂが効率的に励起されるようになっている。

ダブルクラッドファイバ２３０は、ファイバの生産性や加工性、取り扱いの容易さなどから、一般的に、コア２３１及び第１クラッド２３２が石英（シリカ）ガラス製、第２クラッド２３３が樹脂製の光ファイバが用いられる。３段目のファイバ増幅器２３により増幅された信号光すなわち増幅光Ｌaは増幅部２０から出射し、波長変換部３０に入射する。

波長変換部３０は、波長変換光学素子３１，３２を主体として構成される。増幅部２０から波長変換部３０に入射した波長λ₁＝１０６４ｎｍの増幅光Ｌaは、集光レンズを介して波長変換光学素子３１に集光入射する。波長変換光学素子３１は、第２高調波発生（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）により増幅光Ｌaの第２高調波を発生する非線形光学結晶である。波長変換光学素子３１として、ＬＢＯ（ＬiＢ₃Ｏ₅）結晶を非臨界位相整合（ＮＣＰＭ：Non Critical Phase Matching）で用いる構成が例示される。

ＬＢＯ結晶を非臨界位相整合で用いた場合には、発生する波長５３２ｎｍの第２高調波にウォークオフが生じない。そのため、十分な相互作用長を確保して効率的に波長変換を行うことができる。また、出射する第２高調波のビーム断面が楕円化するようなことがないため、波長変換光学素子３１と波長変換光学素子３２との間にシリンドリカルレンズ等の整形光学素子を設ける必要がなく、波長変換光学素子３２において効率的に波長変換することができる。

なお、増幅部２０から出力される増幅光Ｌaのパワーが〜十Ｗ程度の低パワーの場合には、波長変換光学素子３１としてＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬiＮbＯ₃）結晶や、ＰＰＬＴ（Periodically Poled ＬiＴaＯ₃）、ＰＰＫＴＰ（Periodically Poled ＫＴiＯＰＯ₄）結晶等の疑似位相整合（ＱＰＭ：Quasi Phase Matching）結晶を用いても良い。ＱＰＭ結晶を用いた場合にも効率的に波長変換することができ、また波長変換光学素子３１と波長変換光学素子３２との間に整形光学素子を設ける必要がない。

波長変換光学素子３１で発生した第２高調波及び波長変換光学素子３１を波長変換されずに透過した増幅光は、２波長波長板によりいずれか一方（例えば増幅光）の偏光面を９０度回転させ、波長変換光学素子３２に集光入射する。

波長変換光学素子３２は、和周波発生（ＳＦＧ：Sum Frequency Generation）により第２高調波と増幅光との和周波を発生させる非線形光学結晶である。波長変換光学素子３２として、ＬＢＯ結晶をタイプＩの臨界位相整合（ＣＰＭ）で用いる構成が例示される。なお、波長変換光学素子３２としては、ＢＢＯ（β-ＢaＢ₂Ｏ₄）結晶、ＣＬＢＯ（ＣsＬiＢ₆Ｏ₁₀）結晶を用いることもできる。波長変換光学素子３２に入射した波長１０６４ｎｍの増幅光と波長５３２ｎｍの第２高調波は、波長変換光学素子３２を透過する過程で波長変換され、和周波である波長が３５５ｎｍの第３高調波が発生する。

波長変換光学素子３２で発生した第３高調波は、出力光Ｌvとしてレーザ装置ＬＳから出力される。なお、波長変換光学素子３２から出射する光には、波長変換光学素子３２を波長変換されずに透過した残余の増幅光及び第２高調波が含まれるが、波長変換光学素子３２の出射端側にダイクロイックミラーまたはプリズム等を配設してこれらを除去することにより、波長３５５ｎｍの第３高調波のみをレーザ装置ＬＳから出力することができる。

以上のように概要構成されるレーザ装置にあって、ファイバ増幅器２３（ダブルクラッドファイバ２３０）の第１クラッド２３２には、コア２３１にドープされたＹｂを励起するのに十分な光量の励起光Ｌpが励起光源２３５から供給される。第１クラッド２３２に供給された励起光Ｌpは、第１クラッドを出射端に向けて伝播し、コア２３１を透過する過程でレーザ媒質であるＹｂを励起する。但し、第１クラッド２３２に供給された励起光の全光量がレーザ媒質の励起に寄与して消費されるわけではなく、余剰の励起光Ｌp′はファイバ増幅器２３の出射端部に到達する。

ファイバ増幅器２３の出射端部に到達した余剰の励起光Ｌp′は、その一部が増幅光とともにダブルクラッドファイバ２３０の出射端面から出射し、他の一部は出射端面で反射されて戻り光となってダブルクラッドファイバ２３０を逆流する。これらの余剰の励起光のうち、ファイバ増幅器２３から出射した余剰の励起光は、増幅光を波長変換光学素子３１に集光入射させるレンズの保持・調整機構を加熱してアライメントを変化させる要因や、波長変換光学素子３１，３２を加熱して波長変換効率を低下させる要因になり得る。また、ダブルクラッドファイバ２３０を逆流する余剰の励起光は、ファイバ増幅器２３やその上流側に接続されたファイバ増幅器２２，２１を損傷させるおそれがある。

このような余剰の励起光Ｌp′による問題を抑止するため、ファイバ増幅器２３のダブルクラッドファイバ２３０には、出射端部の近傍に励起光ダンパ５０が設けられている。以下、励起光ダンパ５０ついて図４を参照して説明する。図４は、励起光ダンパ５０が設けられたダブルクラッドファイバ２３０の出射端部近傍におけるファイバの軸線方向に沿った断面図である。

ダブルクラッドファイバ２３０の出射端部近傍には、第２クラッド２３３を剥離して第１クラッド２３２が露出する第１クラッド露出部２３８が形成され、この第１クラッド露出部２３８に第１クラッド２３２の外周面と密着し第１クラッドの外周を覆って励起光ダンパ５０が設けられる。

励起光ダンパ５０は、出射端部に近い下流側（図４における右側）の部位５０ｂにおいて第１クラッド２３２の屈折率と略同一または第１クラッド２３２の屈折率よりも高い屈折率を有し、出射端部から離れた上流側（図４における左側）の部位５０ａにおいて上記下流側の部位５０ｂの屈折率よりも低い屈折率を有して構成される。

いま、ダブルクラッドファイバ２３０におけるコア２３１の屈折率をｎ₀、第１クラッド２３２の屈折率をｎ₁、第２クラッド２３３の屈折率をｎ₂とする。これらの屈折率の関係はｎ₀＞ｎ₁＞ｎ₂である。また、励起光ダンパ５０の屈折率をｎ₅とし、上流側の部位５０ａの屈折率をｎ_5aとし、下流側の部位５０ｂの屈折率をｎ_5bとする。

このとき、励起光ダンパ５０は、下流側の部位５０ｂにおいてｎ_5b≧ｎ₁であり、上流側の部位５０ａにおいてｎ_5a＜ｎ_5bである。

ダブルクラッドファイバの第１クラッド２３２を伝播する励起光は、モード次数が高い高次モードの励起光〜モード次数が低い低次モードの励起光まで、複数の横モードを有するマルチモードの励起光である。第１クラッド２３２と励起光ダンパ５０との界面において、残余の励起光Ｌp′を全反射させることなく第１クラッド側から励起光ダンパ側に入射させるためには、低次モードの励起光ほど両者の屈折率比ｎ₁／ｎ₅を小さくする必要がある。換言すれば、高次モードの励起光は低次モードの励起光が全反射される臨界角の部位よりも幾分ｎ₁／ｎ₅が大きな部位でも励起光ダンパ側に出射する。本技術は、このように励起光のモード次数によって全反射条件を満たす屈折率比が異なることを利用する。

すなわち、励起光ダンパ５０は、下流側の部位５０ｂにおいてｎ_5b≧ｎ₁であり、屈折率比はｎ₁／ｎ₅≦１となる。上流側の部位５０ａでは、その屈折率は下流側の部位５０ｂよりも低くなっている。このとき、励起光ダンパ５０の屈折率ｎ₅は、下流側の部位５０ｂから上流側の部位５０ａに向けて屈折率が徐々に低くなるように設定することができ、屈折率変化は段階的または連続的とすることができる。そのため、高次モードの励起光はそのモード次数に応じて上流側の部位から順次励起光ダンパ５０側に出射してゆき、上流側で全反射された低次モードの励起光も下流側の部位５０ｂにおいて確実に励起光ダンパ５０側に出射する。

励起光ダンパ５０の具体的な実施例として、上流側の部位５０ａの屈折率ｎ_5aを第２クラッド２３３の屈折率ｎ₂と略同一（ｎ_5a≒ｎ₂）、下流側の部位５０ｂの屈折率ｎ_5bを第１クラッド２３２の屈折率ｎ₁と略同一（ｎ_5b≒ｎ₁）とし、これらの間で上流側から下流側に向けて屈折率が徐々に高くなるように設定した構成について説明する。

このような励起光ダンパ５０は次のようにして作製できる。励起光ダンパ５０の作成過程を説明するための説明図を図５に示す。まず、第２クラッド２３３を剥離した第１クラッド露出部２３８の外周に、内径が第２クラッド２３３の外径よりも幾分大きい注型用の型５５を覆い被せて縮径された一方の端部、図において下流側の端部が第２クラッド２３３の外周を挟み込むように固定する。次に、端部が開放された上流側を上向きとし、第１クラッド２３２と注型用の型５５との間に励起光ダンパ５０を形成する樹脂材料を充填してゆく。

このとき、最初に充填する樹脂材料５０₁は、硬化した後の屈折率が第１クラッド２３２の屈折率ｎ₁と略同一となるように調製されたものを用いる。次に最初に充填した樹脂材料５０₁が硬化した後、または未硬化の状態で、硬化後の屈折率が最初に充填した樹脂材料５０₁よりも幾分低く調製された樹脂材料５０₂を充填する。以降同様に硬化後の屈折率が少しずつ低い樹脂材料５０₃，５０₄…を充填してゆく。第１クラッド露出部２３８における最も上流側に充填する樹脂材料５０_nは、硬化後の屈折率が第２クラッド２３３の屈折率ｎ₂と略同一となるものを用いる。そして、最も下流側の樹脂材料５０_nが硬化した後、型５５を取り外すことで励起光ダンパ５０が構成される。なお、注型用の型５５に代えて透明なガラスパイプ等を用い、樹脂材料の硬化後も取り外すことなく励起光ダンパ５０のケース部材として用いても良い。

このようにして作製された励起光ダンパ５０では、励起光ダンパ５０の屈折率ｎ₅は、図６にファイバの軸方向に沿った屈折率分布を示すように、上流側の部位５０ａにおいて第２クラッド２３３の屈折率ｎ₂と略同一（ｎ_5a≒ｎ₂）であり、下流側に向かうにつれて屈折率ｎ₅が徐々に高くなり、下流側の部位５０ｂにおいて第１クラッド２３２の屈折率ｎ₁と略同一（ｎ_5b≒ｎ₁）になる。なお、図中に実線で示す段階的な屈折率変化は樹脂材料５０₁，５０₂，５０₃…を順次硬化させて注型した場合の屈折率特性、点線で示す連続的な屈折率変化は、先に充填した樹脂材料が未硬化の状態（一定程度相互に混ざり合う状態）で樹脂材料５０₁，５０₂，５０₃…を順次注型した場合の理想的な屈折率特性を示す。

このような励起光ダンパ５０では、第１クラッド２３２を下流側に向けて伝播する余剰の励起光Ｌp′は、まず励起光ダンパ５０の上流側の部位５０ａに到達するが、この部位の屈折率ｎ_5aは第２クラッド２３３の屈折率ｎ₂と略同一であることから直ちには励起光ダンパ５０側には出射せず、第２クラッド２３３が設けられた領域と同様に伝播する。しかし励起光ダンパ５０の屈折率ｎ₅は上流側から下流側に向かうにつれて徐々に高くなり、下流側の部位５０ｂにおいて第１クラッド２３２の屈折率ｎ₁と略同一（屈折率比ｎ₁／ｎ₅＝１）になる。このため、第１クラッド２３２を出射端部に向かって伝播する余剰の励起光は、モード次数が高い高次モードの励起光から順次励起光ダンパ５０側に出射してゆき、低次モードの励起光も第１クラッド２３２と実質的に屈折率差がない下流側の部位５０ｂに到達す以前に励起光ダンパ５０側に出射する。

このため、第１クラッド２３２を伝播する余剰の励起光Ｌp′は、励起光ダンパ５０の形成領域を上流側から下流側に向かう過程で高次モードの励起光から順次励起光ダンパ５０側に抜けて行き、低次モードの励起光も下流側の部位５０ｂに到達する以前に確実に励起光ダンパ５０に抜ける。

従って、上記のような励起光ダンパ５０を備えたダブルクラッドファイバ２３０によれば、余剰の励起光がファイバ増幅器２３の出射端面に到達することに起因する従来の問題を解決できる。さらに、出射端部に向かう残余の励起光が励起光ダンパ５０の形成領域で徐々に励起光ダンパ側に抜けてゆくため、励起光が上流側の部位から集中的に出射することに基づく励起光ダンパの局所的な過熱を抑制することができる。

なお、上記実施例では、硬化後の屈折率が高い樹脂材料から順に注型した構成を例示したが、この順序は逆であってもよい。また、樹脂材料を注型して励起光ダンパ５０を形成した構成を例示したが、屈折率が異なる接着剤等を第１クラッド露出部２３８に順次塗布して励起光ダンパ５０を形成してもよい。

また実施形態では、ファイバ増幅器の一例として、コアにＹｂ（イッテルビウム）がドープされたＹＤＦＡを例示したが、コアにＥｒ（エルビウム）がドープされたＥＤＦや、コアにＴｍ（ツリウム）がドープされたＴＤＦＡについても同様に適用し、同様の効果を得ることができる。さらに、波長変換部３０を有し、増幅部２０から出力された増幅光Ｌaを波長変換部３０において波長３５５ｎｍに波長変換して出力するレーザ装置を例示したが、レーザ装置ＬＳから出力する出力光Ｌvの波長は任意である。すなわち、波長変換部３０を備えることなく増幅光Ｌaをそのまま出射するレーザ装置や、光源部１０を備えることなく１段目のファイバ増幅器２１をファイバーレーザとしたレーザ装置等についても、本発明を適用することにより既述した効果を享受することができる。

以上説明したようなレーザ装置ＬＳは、小型軽量であるとともに取り扱いが容易であり、露光装置や光造形装置等の光加工装置、フォトマスクやウェハ等の検査装置、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、光治療装置などのシステムに好適に適用することができる。

レーザ装置ＬＳを備えたシステムの第１の適用例として、半導体製造や液晶パネル製造のフォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置について、その概要構成を示す図７を参照して説明する。露光装置５００は、原理的には写真製版と同じであり、石英ガラス製のフォトマスク５１３に精密に描かれたデバイスパターンを、フォトレジストを塗布した半導体ウェハやガラス基板などの露光対象物５１５に光学的に投影して転写する。

露光装置５００は、上述したレーザ装置ＬＳと、照明光学系５０２と、フォトマスク５１３を保持するマスク支持台５０３と、投影光学系５０４と、露光対象物５１５を保持する露光対象物支持テーブル５０５と、露光対象物支持テーブル５０５を水平面内で移動させる駆動機構５０６とを備えて構成される。照明光学系５０２は複数のレンズ群からなり、レーザ装置ＬＳから出力されたレーザ光を、マスク支持台５０３に保持されたフォトマスク５１３に照射する。投影光学系５０４も複数のレンズ群により構成され、フォトマスク５１３を透過した光を露光対象物支持テーブル上の露光対象物５１５に投影する。

このような構成の露光装置５００においては、レーザ装置ＬＳから出力されたレーザ光が照明光学系５０２に入力され、所定光束に調整されたレーザ光がマスク支持台５０３に保持されたフォトマスク５１３に照射される。フォトマスク５１３を通過した光はフォトマスク５１３に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系５０４を介して露光対象物支持テーブル５０５に保持された露光対象物５１５の所定位置に照射される。これにより、フォトマスク５１３のデバイスパターンの像が、半導体ウェハや液晶パネル等の露光対象物５１５の上に所定倍率で結像露光される。

次に、レーザ装置ＬＳを備えたシステムの第２の適用例として、フォトマスクや液晶パネル、ウェハ等（被検物）の検査工程で使用される検査装置について、その概要構成を示す図８を参照して説明する。図８に例示する検査装置６００は、フォトマスク等の光透過性を有する被検物６１３に描かれた微細なデバイスパターンの検査に好適に使用される。

検査装置６００は、前述したレーザ装置ＬＳと、照明光学系６０２と、被検物６１３を保持する被検物支持台６０３と、投影光学系６０４と、被検物６１３からの光を検出するＴＤＩ(Time Delay Integration)センサ６１５と、被検物支持台６０３を水平面内で移動させる駆動機構６０６とを備えて構成される。照明光学系６０２は複数のレンズ群からなり、レーザ装置ＬＳから出力されたレーザ光を、所定光束に調整して被検物支持台６０３に保持された被検物６１３に照射する。投影光学系６０４も複数のレンズ群により構成され、被検物６１３を透過した光をＴＤＩセンサ６１５に投影する。

このような構成の検査装置６００においては、レーザ装置ＬＳから出力されたレーザ光が照明光学系６０２に入力され、所定光束に調整されたレーザ光が被検物支持台６０３に保持されたフォトマスク等の被検物６１３に照射される。被検物６１３からの光（本構成例においては透過光）は、被検物６１３に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系６０４を介してＴＤＩセンサ６１５に投影され結像する。このとき、駆動機構６０６による被検物支持台６０３の水平移動速度と、ＴＤＩセンサ６１５の転送クロックとは同期して制御される。

そのため、被検物６１３のデバイスパターンの像がＴＤＩセンサ６１５により検出され、このようにして検出された被検物６１３の検出画像と、予め設定された所定の参照画像とを比較することにより、被検物に描かれた微細パターンの欠陥が抽出される。なお、被検物６１３がウェハ等のように光透過性を有さない場合には、被検物からの反射光を投影光学系６０４に入射してＴＤＩセンサ６１５に導くことにより、同様に構成することができる。

ＬＳ レーザ装置
１０ 光源部（１１ レーザ光源、１５ 外部変調器）
２０ 増幅部（２１〜２３ ファイバ増幅器）
３０ 波長変換部（３１，３２ 波長変換光学素子）
４０ 制御部
５０ 励起光ダンパ（５０ａ 上流側の部位、５０ｂ 下流側の部位）
２１０，２２０ シングルクラッドファイバ
２１５，２２５ 励起光源
２３０ ダブルクラッドファイバ
２３１ コア
２３２ 第１クラッド
２３３ 第２クラッド
２３５ 励起光源
２３８ 第１クラッド露出部
５００ 露光装置
５０２ 照明光学系 ５０３ マスク支持台
５０４ 投影光学系 ５０５ 露光対象物支持テーブル
５０６ 駆動機構 ５１３ フォトマスク
５１５ 露光対象物
６００ 検査装置
６０２ 照明光学系 ６０３ 被検物支持台
６０４ 投影光学系 ６０６ 駆動機構
６１３ 被検物 ６１５ ＴＤＩセンサ

Claims (7)

1. レーザ媒質がドープされたコアと、前記コアの外周を覆い励起光が導入される第１クラッドと、前記第１クラッドの外周を覆う第２クラッドとを有し、前記コアを伝播するレーザ光を増幅して出射する増幅用のダブルクラッドファイバであって、
   前記ダブルクラッドファイバの出射端部の近傍に、前記第２クラッドを剥離して前記第１クラッドが露出する第１クラッド露出部が形成されるとともに、
   前記第１クラッド露出部に、前記第１クラッドの外周面と密着してその外周を覆う励起光ダンパが設けられており、
   前記励起光ダンパは、前記出射端部に近い下流側の部位において前記第１クラッドの屈折率と略同一または前記第１クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有し、前記出射端部から離れた上流側の部位において前記下流側の部位の屈折率よりも低い屈折率を有して構成されることを特徴とするダブルクラッドファイバ。
2. 前記上流側の部位の屈折率は、前記第２クラッドの屈折率と略同一または前記第２クラッドの屈折率よりも低いことを特徴とする請求項１に記載のダブルクラッドファイバ。
3. 前記下流側の部位から前記上流側の部位に向けて屈折率が徐々に低下するように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載のダブルクラッドファイバ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のダブルクラッドファイバと、
   前記第１クラッドに励起光を供給する励起光源とを備えたレーザ装置。
5. 前記コアにおいて増幅されるレーザ光を発生するレーザ光発生部と、
   前記ダブルクラッドファイバにより増幅されて出射する増幅光を波長変換して出力する波長変換部とを備えた請求項４に記載のレーザ装置。
6. 請求項５に記載のレーザ装置と、
   所定の露光パターンが形成されたフォトマスクを保持するマスク支持部と、
   露光対象物を保持する露光対象物支持部と、
   前記レーザ装置から出力されたレーザ光を前記マスク支持部に保持されたフォトマスクに照射する照明光学系と、
   前記フォトマスクを透過した光を露光対象物支持部に保持された露光対象物に投影する投影光学系とを備えた露光装置。
7. 請求項５に記載のレーザ装置と、
   被検物を保持する被検物支持部と、
   前記レーザ装置から出力されたレーザ光を前記被検物支持部に保持された被検物に照射する照明光学系と、
   前記被検物からの光を検出器に投影する投影光学系とを備えた検査装置。