JP2017228671A - レーザ駆動光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ発振部とプラズマ容器とを備えたレーザ駆動光源装置において、大きなパワーのレーザビームを照射することなく、点灯開始後の高温プラズマ状態を安定に維持して、発光を安定に維持させることができ、またプラズマ容器の加熱による点灯寿命の低下を抑制することができるレーザ駆動光源装置を提供する。【解決手段】レーザ発振部２は、共振器内に配置されたレーザ媒質と、該レーザ媒質に光を供給するように配置された第１及び第２のポンピング器とを備え、該各ポンピング器にそれぞれ個別に給電する第１及び第２の給電装置３１ａ、３１ｂを備え、前記第１のポンピング器が連続光を発生するように上記第１の給電装置３１ａを制御するとともに、前記第２のポンピング器がパルス光を発生するように前記第２の給電装置３１ｂを制御する制御部３０を備えてなり、前記レーザ発振部からは、連続レーザ光とパルスレーザ光が出射される。【選択図】図１

Description

この発明は、レーザ駆動光源装置に関するものであり、特に、プラズマ容器内にパルスレーザ光と連続レーザ光を集光照射してプラズマを生成するレーザ駆動光源装置に係わるものである。

レーザ発振器からのレーザ光を発光ガスが封入されたプラズマ容器に照射して、ガスを励起させて発光させるようにした光源装置が、例えば、特開昭６１−１９３３５８号公報（特許文献１）などで知られている。
図１２にその構造が示されていて、レーザ駆動光源装置２００は、レーザ発振部２１０と、このレーザ発振部２１０からのレーザ光を拡大する凹レンズ２２０と、この凹レンズ２２０によって拡大されたレーザ光を平行光にする凸レンズ２３０と、その平行光になったレーザ光を集光する凸レンズ２４０と、その集光されたレーザ光が入射されるプラズマ容器２５０と、プラズマ容器２５０を通過したレーザ光を集光するように反射する凹面鏡２６０と、を備えている。
前記プラズマ容器２５０の内部には、発光元素が封入されており、このプラズマ容器２５０内に集光されたレーザ光が入射されることで、発光元素が励起されてプラズマが生成されて、励起光が得られるものである。
そして、特許文献１の２頁目の右上欄１６〜１８行には上記レーザ発振器は封入ガスの放電励起に十分な強度の連続またはパルス状のレーザ光を発振すると記載されている。

特開昭６１−１９３３５８号公報

ところで、かかる光源装置においては、プラズマ容器に封入した発光ガスを励起させるレーザ光としては、当該特許文献１に記載されるように、連続あるいはパルス状のレーザ光が考えられるが、いずれのレーザ光を用いても、以下のような問題があることが判明した。
（イ）パルス状のレーザ光の場合、発光ガスの放電励起に十分な強度のパルス状のレーザ光を発振するので点灯は開始されるが、封入ガスに断続的にレーザ光が入射されるので、高温プラズマ状態はレーザ光が断ち切れるときに、共に断ち切れてしまう場合があり、常時、高温プラズマ状態を維持することが困難であった。すなわち、放電維持が不安定であるという問題があった。
（ロ）連続のレーザ光の場合、発光ガスの放電開始に十分な強度の連続のレーザ光を発振すれば、点灯は開始されるが、高温プラズマ状態を維持するときも点灯開始時と同じエネルギーを入力すると、プラズマ容器が加熱されてしまい、この熱によって管球にひずみが生じ破損するものがあった。すなわち点灯寿命が短いという問題があった。
また、放電開始に必要なレーザ光のパワーは数十から数百ｋＷとなるが、このような大出力のレーザ光を連続して出力するレーザ装置は大型でコストも高く、実用的でない。

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、レーザ発振部と、該レーザ発振部からのレーザ光が入射されてプラズマを生成して光を出射するプラズマ容器と、を備えたレーザ駆動光源装置において、大きなパワーのレーザ光を照射することなく、点灯開始後の高温プラズマ状態を安定に維持して、発光を安定に維持させることができ、またプラズマ容器の加熱による点灯寿命の低下を抑制することができるレーザ駆動光源装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係わるレーザ駆動光源装置は、前記レーザ発振部は、一対の反射鏡からなる共振器内に配置されたレーザ媒質と、該レーザ媒質に光を供給するように配置された第１及び第２のポンピング器とを備え、該各ポンピング器にそれぞれ個別に給電する第１及び第２の給電装置を備えるとともに、前記第１のポンピング器が連続光を発生するように上記第１の給電装置を制御するとともに、前記第２のポンピング器がパルス光を発生するように前記第２の給電装置を制御する制御部を備えてなり、前記レーザ発振部からは、連続レーザ光とパルスレーザ光が出射されることを特徴とする。

また、前記制御部は、前記パルスレーザ光により前記プラズマ容器内にプラズマを生成し、前記連続レーザ光により該プラズマを維持したのち、前記パルスレーザ光を停止するように前記第１及び第２の給電装置を制御することを特徴とする。
また、前記レーザ媒質は単一であって、前記第１および第２のポンピング器がともに前記レーザ媒質に対向配置されていることを特徴とする。
また、前記レーザ媒質が、中心軸が一致するように直列的に配置された第１のレーザ媒質と第２のレーザ媒質とからなり、前記第１のポンピング器を、前記第１のレーザ媒質に対向配置し、前記第２のポンピング器を、前記第２のレーザ媒質に対向配置したことを特徴とする。
また、前記レーザ発振部と前記プラズマ容器との間の光路上に部分透過ミラーを配置し、該部分透過ミラーによりレーザ光の一部を前記光路外に抽出し、抽出されたレーザ光を受光するレーザ光モニターを配置したことを特徴とする。
また、前記プラズマ容器の外方に、該プラズマ容器内からの励起光を受光する光センサーを配置し、前記プラズマ容器内のプラズマの維持を検知して、前記パルスレーザ光を停止することを特徴とする。

本発明によれば、レーザ媒質に対して少なくとも２つのポンピング器が設けられて、それぞれ個別にパルス光と連続光をレーザ媒質に供給するので、プラズマ容器に対してパルスレーザ光と連続レーザ光を照射する際に、パルスレーザ光により高温プラズマ状態を作り、連続レーザ光によりこの高温プラズマ状態を維持したのちにパルスレーザ光を停止するので、高温プラズマ状態が断ち切れることがなく、放電状態を安定させることができる。
また、連続レーザ光の輝度は、高温プラズマ状態を維持するに必要な強度でよいので、プラズマ容器が加熱されず長寿命とすることができる。また、パルスレーザ光はピークパワーが大きいので、平均出力が比較的小さなレーザ発振部で高温プラズマ状態を作ることが可能であり、また、連続レーザ光も比較的小さな出力の発振部を用いることができるので、装置が大型化することがない。
また、レーザ発振部を共振器と、該共振器内に配置されたレーザ媒質と、該レーザ媒質に光を供給するように配置された少なくとも２つのポンピング器から構成したので、２台のレーザ装置を用いることなく、パルスレーザ光と連続レーザ光をプラズマ容器に照射することができ、光源装置の構成を簡単化することができる。

また、パルスレーザ光と連続レーザ光が、一対の反射鏡からなる共振器を備えたレーザ発振器から照射されるので、パルスレーザ光と連続レーザ光の光路が重なり、プラズマ容器の内部で、パルスレーザ光と連続レーザ光の高エネルギー状態の領域を確実に重ね合わせることができる。このため、高温プラズマ状態の生成と、高温プラズマ状態の維持を確実に行うことができ、高温プラズマ状態が断ち切れを抑制し、安定に放電させることができる。
また、レーザ発振部とプラズマ容器の間の光路上に部分反射ミラーを配置し、該部分反射ミラーで反射された光を受光するレーザ光モニターを配置することにより、レーザ光の照射状態を確認することができ、また、モニターの出力に応じてポンピング器に給電する給電装置を制御することにより、レーザ光の強度を制御することが可能となる。
前記プラズマ容器の外方に、プラズマ容器内からの励起光を受光する光センサーを配置することにより、プラズマ容器の発光状態を確認することができる。

本発明のレーザ駆動光源装置の第１の実施例の構成を示す図。 本発明におけるレーザ発振部の構成を示す図。 レーザ発振部の一動作例のタイムチャート。 レーザ発振部の他の動作例のタイムチャート。 本発明におけるレーザ発振部の他の実施形態を示す図。 本発明のレーザ駆動光源装置の第２の実施例の構成を示す図。 本発明の第２の実施例の変形例の構成を示す図。 本発明のレーザ駆動光源装置の第３の実施例の構成を示す図。 本発明のレーザ駆動光源装置の第４の実施例の構成を示す図。 本発明のレーザ駆動光源装置の第５の実施例の構成を示す図。 本発明のレーザ駆動光源装置の第６の実施例の構成を示す図。 従来技術のレーザ駆動光源装置の構成を示す図。

図１に本発明のレーザ駆動光源装置の第１の実施例の模式図が示されていて、プラズマ容器は断面を示している。
図１のレーザ駆動光源装置は、レーザ光Ｂを出射するレーザ発振部２と、該レーザ光Ｂが入射されるプラズマ容器１と、前記レーザ発振部２に給電する給電装置３１ａ，３１ｂと、該給電装置３１ａ，３１ｂを制御する制御部３０とを備える。
プラズマ容器１の内部には、発光元素が封入されるが、その用途によって、様々な発光元素が用いられる。例えば、露光用の光源としては、発光元素として水銀とキセノンガスやアルゴンガスの混合したものが用いられる。また、例えば、映写機用の光源としては、発光元素としてキセノンガスが用いられる。

プラズマ容器１は、レーザ発振部２からのレーザ光Ｂが入射されると共に、発光元素からの励起光ＥＬを出射することから、レーザ発振部２からのレーザ光Ｂを透過し、且つ、発光元素の励起光ＥＬを透過する部材で構成される。具体的には、レーザ発振部２からのレーザ光の波長が１０６４ｎｍであって、発光元素が水銀でその励起光のうち波長３６５ｎｍを利用する場合においては、プラズマ容器１は、１０６４ｎｍの波長を透過し、且つ、３６５ｎｍの波長を透過する、例えば石英ガラスで構成される。

集光手段４は、レーザ発振部２とプラズマ容器１との間であって、レーザ発振部２からのレーザ光Ｂの光路上に配置される。この集光手段４は、例えば集光レンズや回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）などの集光機能を有するものであって、その焦点はプラズマ容器１の内部に位置する。なお、図１における集光手段４は、レーザ光Ｂを透過する集光レンズを図示したが、集光機能があれば良く、レーザ光Ｂを反射することで集光する集光楕円ミラーや集光放物面ミラー等であってもかまわない。
また、集光手段４がプラズマ容器１の近傍に配置される場合、プラズマ容器１からの励起光ＥＬが照射されることがあり、集光手段４が励起光を透過できない部材のとき、その励起光を吸収して発熱し、破損することが有る。このため、集光手段４は、プラズマ容器１からの励起光も透過する部材、即ちプラズマ容器１と同一の部材又は、励起光を反射する部材で構成することが好ましい。

なお、図１において、点線で示すように、タイマー回路３２が設けられて制御部３０に接続されており、また、プラズマ容器１の外方に該プラズマ容器１からの励起光ＥＬを受光する光センサー３３が設けられているが、これらについては後述する。

次に、図２を用いて、本発明の第１の実施例に係るレーザ駆動光源装置に具備されるレーザ発振部について説明する。
図２は、レーザ発振部２の構成を示す模式図である。
レーザ発振部２は、共振器２４と、該共振器２４内に配置されたレーザ媒質２３と、該レーザ媒質２３に光を供給する一対のポンピング器２１ａ，２１ｂとを備えている。
この一対のポンピング器２１ａ，２１ｂには、それぞれ個別に給電装置３１ａ，３１ｂが接続され、この給電装置３１ａ，３１ｂには、制御部３０が接続される。
共振器２４は、一対の反射鏡２４ａ，２４ｂからなり、一方の第１の反射鏡２４ａが部分反射ミラーで構成され、他方の第２の反射鏡２４ｂが全反射鏡で構成される。
そして、この共振器２４内での光路上には、１つのレーザ媒質２３が配置される。
このレーザ媒質２３を構成する部材としては、固体レーザに用いられるレーザ媒質であって、例えばＮｄ：ＹＡＧ結晶、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶、Ｎｄ：ガラスなどが挙げられる。

レーザ媒質２３の外方には、当該レーザ媒質２３に光を供給するように、第１のポンピング器２１ａと第２のポンピング器２１ｂとが配置される。
このポンピング器としては、レーザ媒質２３を励起させる光を供給するものが用いられ、例えばランプや、複数のレーザダイオード（ＬＤ）などが用いられる。
各ポンピング器２１ａ，２１ｂには、それぞれ個別の給電装置３１ａ，３１ｂが接続される。具体的には、第１のポンピング器２１ａには、連続的な電流の供給する第１の給電装置３１ａが接続され、第２のポンピング器２１ｂには、パルス状の電流を供給する第２の給電装置３１ｂが接続される。
そして、各給電装置３１ａ，３１ｂからポンピング器２１ａ，２１ｂへの給電は、各給電装置３１ａ，３１ｂに接続された制御部３０によって制御される。

図３に、本発明のレーザ駆動光源装置に具備されるレーザ発振部２の始動後の一動作例のタイミングチャートが示されている。
そして、本実施例のレーザ駆動光源装置及びレーザ発振部の動作について、図１〜図３を用いて以下に説明する。
図３（Ａ）に示すように、制御部３０は、第１の給電装置３１ａを制御して、第１のポンピング器２１ａへ、連続的な電流の供給を行なう。これにより、第１のポンピング器２１ａは、レーザ媒質２３に連続的な光を供給する。
一方、制御部３０は図３（Ｂ）に示すように、第１の給電装置３１ａから所定の電流値による第１のポンピング器２１ａへの連続的な電流供給が開始された後に、第２の給電装置３１ｂを制御して、第２のポンピング器２１ｂへ、パルス状の電流の供給を行なう。これにより、第２のポンピング器２１ｂは、レーザ媒質２３にパルス状の光を供給する。

レーザ媒質２３は、第１のポンピング器２１ａ及び第２のポンピング器２１ｂから光を供給されることで、その光によって励起される。これにより、図３（Ｃ）に示すように、レーザ媒質２３では、第１のポンピング器２１ａからの光の強度と第２のポンピング器２１ｂからの光の強度とが積算された強度に応じて励起される。従って、レーザ媒質２３から発生するレーザ光は、第１のポンピング器２１ａからの連続的な光に応じたレーザ光に、第２のポンピング器２１ｂからのパルス状の光に応じたレーザ光が重畳されたものである。
従って、レーザ光Ｂは、連続レーザ光であり、且つ、間歇的にレーザ光強度が高まったパルス状の部分を有するものになる。
レーザ発振部２から出射されたレーザ光Ｂは、図１で示す集光手段４によって集光されて、プラズマ容器１の内部で焦点を結ぶ。これにより、プラズマ容器１内部の発光元素が励起され、図３（Ｄ）に示すように高温プラズマ状態が形成される。この高温プラズマ状態の発光元素から励起光が発生する。

プラズマ容器１の内部に封入された発光元素は、高温プラズマ状態を形成するために、大きなエネルギーが必要である。レーザ光において、パルス状の部分の強度によって、断続的であるが高エネルギーを形成することが可能であるので、このパルス状のレーザ光によって発光元素が高温プラズマ状態に形成されると推察される。
高温プラズマ状態を形成後、この状態を維持するのに必要なエネルギーは、高温プラズマ状態を形成するときよりも小さくてよく、また連続的に供給されることが必要である。
高温プラズマ状態を形成後に照射されるレーザ光は図３（Ｄ）に示されるように連続的なレーザ光であるので、高温プラズマ状態を維持できる。
従って、パルス状のレーザ光は高温プラズマ状態が維持された後には不要であり、パルス状のレーザ光を継続することはエネルギーの無駄であるとともに、せっかく発生したプラズマを消灯してしまうこともある。そこで、省エネの観点から、また、安定に点灯状態を維持させるためにパルス状のレーザ光を停止させることが望ましい。

図３に示した例では、制御部３０は、レーザ発振部２の動作を開始してから、第２のポンピング器２１ｂからのパルス状光により高温プラズマが生成されて、第１のポンピング器２１ａからの連続光に基づく連続レーザ光で高温プラズマ状態が維持され、プラズマ容器１が安定に点灯するに必要な予め定められた時間Ｔ１経過後に、第２の給電装置３１ｂからのパルス状電流の給電を停止し、第２のポンピング器２１ｂからのパルス状の光の出射を停止させる。
そのための具体的な一例としては、図１に示す制御部３０が、第２の給電装置３１ｂから供給するパルス状電流の数をカウントし、第２のポンピング器２１ｂから、プラズマ容器１内で高温プラズマ状態が維持されて安定に点灯するに必要な予め定められた数のパルス状の光を出射した後に、該第２のポンピング器２１ｂからのパルス状の光の出射を停止させるように構成することができる。
より具体的には、制御部３０はカウンタ回路を備え、このカウンタ回路により第２の給電装置３１ｂから供給するパルス数をカウントし、その値が所定数に達したとき、第２のポンピング器２１ｂからのパルス状の光の出射を停止させるものである。

また、上記の動作はタイマー回路によっても実現でき、図１に点線で示すように、レーザ駆動光源装置はタイマー回路３２を備え、制御部３０は、レーザ発振部２の動作を開始したときタイマー回路３２を起動し、該タイマー回路３２でカウントした時間がＴ１経過すると、第２の給電装置３１ｂからのパルス状電流の給電を停止させる。
あるいは、プラズマ容器１からの励起光ＥＬを検知して点灯状態を確認する光センサーを用いることもできる。即ち、同じく図１に点線で示すように、プラズマ容器１の外方に光センサー３３を配置して、プラズマ容器１からの励起光ＥＬを検知し、プラズマ容器１の点灯状態を確認して、プラズマ容器１が安定的に点灯したことが確認されたとき、第２の給電装置３１ｂからのパルス状電流の給電を停止させるようにしてもよい。

また、高温プラズマ状態が維持され励起光の発光が安定した後に、高温プラズマ状態が維持される範囲内において、図３（Ａ）（Ｃ）（Ｄ）に示すように連続レーザ光の強度を低下させて、低強度連続レーザ光としてもよい。
即ち、制御部３０は、上述したカウンタ回路や、タイマー回路や、光センサーなどにより、レーザ発振部２の動作を開始してから、連続レーザ光の強度を減少させてもプラズマ容器の点灯を安定に維持できる予め定められた時間Ｔ２経過後に、第１の給電装置３１ａから供給する連続電流を小さくし、第１のポンピング器２１ａからの連続光の強度を低下させてもよい。
これにより、図３（Ｄ）に示すように高温プラズマの密度は低下するが、励起光の発生は維持される。

このように、図２を参照して、パルス状の電流の供給を行なう第２の給電装置３１ｂと、レーザ媒質２３にパルス状の光を出射する第２のポンピング器２１ｂを含むレーザ発振部２は、プラズマ容器１内で高温プラズマ状態を開始させる点火源Ｘとして機能する。
また、連続的な電流の供給を行なう第１の給電装置３１ａと、レーザ媒質２３に連続的な光を出射する第１のポンピング器２１ａを含むレーザ発振部２は、プラズマ容器１内で高温プラズマ状態を維持する点灯維持源Ｙとして機能する。
なお、ここでは、レーザ発振部２の動作を開始して高温プラズマ状態の形成を開始することを「点火」といい、プラズマ容器１が励起光を連続的に発光している状態を「点灯」という。

図４は、本実施例のレーザ駆動光源装置及びレーザ発振部２の他の動作例を示すタイミングチャートであり、同図は、レーザ発振部２からパルスレーザ光を出射する動作を開始してから、予め定められた時間経過後に、連続レーザ光を出射する場合のタイミングチャートを示す。
図４（Ｂ）に示すように、制御部３０は、第２の給電装置３１ｂを制御して、第２の給電装置３１ｂから第２のポンピング器２１ｂへ、パルス状の電流の供給を行なう。これにより、第２のポンピング器２１ｂは、パルス状の光をレーザ媒質２３に供給する。
レーザ媒質２３は、第２のポンピング器２１ｂからのパルス状の光により励起され、共振器２４内で共振されてレーザ光を発生させ、第１の反射鏡２４ａから出射される。
この第１の反射鏡２４ａから出射されるレーザ光の強度は、図４（Ｃ）に示すように、パルス状のレーザ光である。
レーザ発振部２から出射されたレーザ光は、図１で示す集光手段４によって集光されて、プラズマ容器１の内部で焦点を結ぶ。このため、プラズマ容器１内部の発光元素が励起され、図４（Ｄ）に示すように高温プラズマ状態が形成される。この高温プラズマ状態の発光元素から励起光が発生する。

プラズマ容器１内で高温プラズマ状態が形成されると、制御部３０は、図４（Ａ）に示すように、第１の給電装置３１ａを制御して、第１の給電装置３１ａから第１のポンピング器２１ａへ、連続的な電流の供給を行なう。これにより、第１のポンピング器２１ａは、レーザ媒質２３に連続的な光を供給する。
このような制御を行なう手段としては、前記図３のタイミングチャートの場合に述べたようなタイマー回路を用いることができる。
即ち、制御部３０は、図１に示すタイマー回路３４で時間をカウントし、レーザ発振部２の動作を開始してから、該レーザ発振部２からのパルス状レーザ光によりプラズマ容器１内で高温プラズマ状態が形成され、高温プラズマ状態が維持される状態になるのに必要な時間Ｔ３を経過すると、第１の給電装置３１ａから第１のポンピング器２１ａへ、連続的な電流の供給を行なう。
また、この連続的な電流の供給後に、第２の給電装置３１ｂから第２のポンピング器２１ｂへのパルス状の電流の供給を停止し、第２のポンピング器２１ｂからレーザ媒質２３へのパルス状の光の照射を停止する。
レーザ媒質２３は、第１のポンピング器２１ａからの連続的な光により励起され、レーザ発振部２の共振器２４内で共振されて、図４（Ｄ）に示すようにレーザ発振部２から連続レーザ光として出射する。
レーザ発振部２から出射された連続レーザ光により、前記したようにプラズマ容器１内の高温プラズマ状態が維持され、プラズマ容器１から励起光が出射する。

この例では、まずパルス状のレーザ光をプラズマ容器１に照射して、プラズマ容器１の内部に高温プラズマ状態を形成し、高温プラズマ状態を形成後に、連続レーザ光を照射しているので、パルス状レーザ光で形成された高温プラズマ状態を連続レーザ光で維持することができる。
また、前記したように、パルス状のレーザ光は高温プラズマ状態が開始された後には不要であるので、制御部３０は、第２の給電装置３１ｂからの第２のポンピング器２１ｂへのパルス状電流の給電を停止し、第２のポンピング器２１ｂからのパルス状の光の出射を停止させる。

なお、この態様においても、図３で示したタイムチャートでの説明と同様に、タイマー回路に代えて、カウンタを用いたものでもよい。
具体的には、制御部３０にカウンタを設け、第２の給電装置３１ｂから供給するパルス状電流の数をカウントし、第２のポンピング器２１ｂからのパルス状の光が、プラズマ容器が安定に点灯するに必要な予め定められた数に達した後に、第１の供給装置３１ａから第１のポンピング器２１ａに連続的な電流を供給して、該第１のポンピング器３１ａから連続的な光を出射させて、プラズマ容器１内で高温プラズマ状態を維持して安定点灯するものである。
そして、その後に第２のポンピング器２１ｂからのパルス状の光の出射を停止させるようにしてもよい。

更には、同様に、プラズマ容器１の外方に設けた光センサー３２により、プラズマ容器１からの励起光ＥＬを検知して点灯状態を確認し、プラズマ容器１の点灯が確認されたときに、第１の給電装置３１ａから第１のポンピング器２１ａへ、連続的な電流の供給を行なうとともに、第２の給電装置３１ｂから第２のポンピング器２１ｂへのパルス状の電流の供給を停止するようにしてもよい。

また、前記したように高温プラズマ状態が維持され励起光の発光が安定した後に、高温プラズマ状態が維持される範囲内において、図４（Ａ）（Ｃ）（Ｄ）に示すように、連続レーザ光の強度を低下させて、低強度連続レーザ光としてもよい。すなわち、制御部３０は、レーザ発振部２の動作を開始してから、連続レーザ光の強度を減少させても、プラズマ容器の点灯を維持できる予め定められた時間Ｔ２経過後に、第１の給電装置３１ａから供給する電流を小さくし、第１のポンピング器２１ａからの光の強度を低下させる。これにより、図４（Ｄ）に示すように高温プラズマの密度は低下するが、励起光の発生は維持される。

上述した図１~３に基づく実施例における一数値例及び一部材例を以下に示す。
プラズマ容器の形状：管球形状
プラズマ容器の部材：石英ガラス
プラズマ容器の外径：３０ｍｍ
プラズマ容器の内径：２６ｍｍ
プラズマ容器内に封入した発光元素：キセノン
キセノンガスの封入圧：１０気圧
レーザ発振部のレーザ結晶：ＹＡＧ結晶
ポンピング器：ランプ（例えばキセノンランプ）
第１の給電装置からの給電条件：数〜数十Ａ
第２の給電装置からの給電条件：数百Ａ〜数ｋＡ、０．０１〜１０ｋＨｚ
連続波レーザ発振部からのレーザ光の出力：数十〜数百Ｗ
レーザ発振部から出射されるレーザ光の波長：１０６４ｎｍ

以上のレーザ駆動光源装置に具備されるレーザ発振部２においては、レーザ媒質が１つの例で示したが、図５に示すように、複数のレーザ媒質を備えたものであってもよい。
図５のレーザ発振部２は、レーザ媒質を２つ具備する点と、一対のポンピング器からの光をそれぞれ異なるレーザ媒質に供給する点とで、図２に示すレーザ発振部と相違する。
共振器２４内での光路上には、２つの第１のレーザ媒質２３ａと第２のレーザ媒質２３ｂが、両者の中心軸が一致するように直列的に配置されている。これらのレーザ媒質２３ａ，２３ｂは、出射するレーザ光を吸収しない媒質であれば、同一のレーザ媒質であってもかまわないし、異なるレーザ媒質であってもかまわない。

第１のレーザ媒質２３ａには、第１のポンピング器２１ａが対向配置され、該第１のレーザ媒質２３ａに連続光を供給する。また、第２のレーザ媒質２３ｂには、第２のポンピング器２１ｂが対向配置され、該第２のレーザ媒質２３ｂにパルス光を供給する。
これらの第１のポンピング器２１ａおよび第２のポンピング器２１ｂには、それぞれ個別に第１の給電装置３１ａおよび第２の給電装置３１ｂが接続される。
各給電装置３１ａ，３１ｂからポンピング器２１ａ，２１ｂへの給電は、各給電装置３１ａ，３１ｂに接続された制御部３０によって制御される。
なお、その他の構成は、図２に示す構成と同様である。

図６には、他の第２の実施例が示されていて、この実施例では、レーザ発振部から出射されるレーザ光を所望の強度にする手段を備えている。
レーザ発振部２からプラズマ容器１に至るレーザ光Ｂの光路中に、光軸に対して４５°傾斜された部分透過ミラー３５が配置されている。そして、この部分透過ミラー３５によって反射された一部のレーザ光が向かう光路中にはレーザ光モニター３４が配置されている。
レーザ発振部２から出射されたレーザ光Ｂは光路中の部分反射ミラー３５を透過してプラズマ容器１に向かうが、この部分透過ミラー３５によってその一部が反射され、９０°向きを変えて進行する。レーザ光モニター３４がこの反射されたレーザ光を受光し、その強度を制御部３０に送信するものである。

制御部３０は、レーザ光モニター３４による受光光量信号を得ることで、それが所望の強度であるか否かを判断して、強度が不十分である場合には、第１の給電装置３１ａ及び／又は第２の給電装置３１ｂの電流値を増やすように、又、強度が大きすぎる場合には、第１の給電装置３１ａ及び／又は第２の給電装置３１ｂの電流値を減らすように、制御する。
これにより、プラズマ容器１の内部には、高温プラズマ状態を開始するための所望のレーザ光強度や、高温プラズマ状態を維持するための所望のレーザ光強度を得ることができるものである。

なお、上記実施例では、レーザ光モニター３４からの出力により、所望の強度のレーザ光を得るものとしたが、制御部３０において出力レーザ光の強度を監視して表示することもでき、また、レーザ光の強度が所定の範囲内にないときに、警報信号を出力するようにすることもできる。

上記実施例では、レーザ発振部２からのレーザ光の一部を取り出すために部分透過ミラー３５を用いて、該部分透過ミラー３５により反射された一部のレーザ光をモニターするものとしたが、部分透過ミラーを透過したレーザ光をモニターするものであってもよく、その変形例が図７に示されている。
図７において、レーザ発振部２からのレーザ光Ｂの光路上には、全反射ミラー３６が配置され、これによって全反射されて光路を変更されたレーザ光Ｂの光路上には部分透過ミラー３５が配置されている。そして、この部分透過ミラー３５を透過したレーザ光の光路上にレーザ光モニター３４が配置される。
この構成により、レーザ発振部２からのレーザ光Ｂは、全反射ミラー３６により反射され、その先にある部分透過ミラー３５で反射されて、プラズマ容器１に向かって進む。
一方、部分透過ミラー３５を透過したレーザ光はレーザ光モニター３４に入射する。このレーザ光モニター３４がレーザ光を受光して、その強度信号を制御部３０に送ることは、図６の実施例と同様である。

つまり、図６及び図７の実施例においては、レーザ発振部２から出射されたレーザ光Ｂの光路上に部分透過ミラー３５を配置し、この部分透過ミラー３５によってレーザ光の一部を前記光路外に抽出し、この抽出されたレーザ光をレーザ光モニター３４によって受光して、レーザ光の強度を検出し、これを制御部３０に送信するものである。

ところで、以上の実施例においては、プラズマ容器１は、管球形状を持ったものが示されている。しかしながら、プラズマ容器１の形状はこれ以外に種々の形態を採用でき、図８以下には管球形状以外の構造を持つプラズマ容器１の実施例が示されている。
図８の第３の実施例においては、プラズマ容器１は、円柱形状の本体１１を有しており、その内面に凹面反射面１２が形成されている。この凹面反射面１２は、楕円形状、放物面形状等適宜に選択される。
本体１１には後方開口１１ａと前方開口１１ｂが形成されていて、この後方開口１１ａに対応して入射窓１３が設けられ、また、前方開口１１ｂに対応して出射窓１４が設けられている。
そして、本体１１の後方開口１１ａに対応した入射窓１３は、金属製の窓枠部材１５に装着されていて、この窓枠部材１５が、金属筒体１６によって本体１１に取り付けられている。これら本体１１と、入射窓１３と、出射窓１４とによって密閉空間が形成されていてプラズマ容器１を形成し、この密閉空間内に発光元素が封入されている。

レーザ発振部２からのレーザ光Ｂは、集光手段４によって集光されつつ、プラズマ容器１の背面側の入射窓１３から入射して、凹面反射面１２の焦点位置Ｆに集光する。これにより当該焦点位置Ｆを中心としてプラズマが生成され、発光元素が励起されて生じる励起光ＥＬは、凹面反射面１２により反射されて、前面側の出射窓１４から外部に出射されていくものである。

図８の第３の実施例は、プラズマ容器１を構成する本体１１の凹面反射面１２の背面側からレーザ光が入射する構造を持ったものであるが、図９〜１１には、前面側からレーザ光が入射する構造を有するものが示されている。
図９の第４の実施例では、プラズマ容器１が、凹面反射面１２を有する本体１１と、その前面開口に設けられた前面窓１８とからなり、その内部が密閉空間とされている。このプラズマ容器１は、その前面窓１８をレーザ発振部２側に向けて配置されていて、前面窓１８は、レーザ光入射窓であるとともに励起光出射窓でもある。
そして、レーザ発振部２とプラズマ容器１の間には、更に具体的には、集光手段４とプラズマ容器１の間には、ダイクロイックミラー３７が配置されている。このダイクロイックミラー３７は、レーザ光Ｂを透過し、プラズマ容器１からの励起光ＥＬは反射するものである。

上記構成において、レーザ発振部２からのレーザ光Ｂはダイクロイックミラー３７を透過してプラズマ容器１の前面窓１８を介してプラズマ容器１内に入射し、凹面反射面１２の焦点位置Ｆに集光する。これにより、焦点位置Ｆにプラズマが生成され、それにより発生する励起光ＥＬは、凹面反射面１２で反射されて前面窓１８を介して出射される。凹面反射面１２が放物面形状であるとき、出射光は平行光となる。
この出射された励起光ＥＬは、ダイクロイックミラー３７によって反射されて光路を変更し外部に出射するものである。

図１０に他の第５の実施例が示されていて、この実施例では、レーザ光の光路が９０°曲げられている。即ち、レーザ発振部２とプラズマ容器１とは一直線上に配置されずに、９０°曲げられた位置に配置されているものである。
そして、レーザ発振部２とプラズマ容器１の間にはダイクロイックミラー３７が配置されるが、このダイクロイックミラー３７は、レーザ光Ｂを反射し、プラズマ容器１からの励起光ＥＬは透過するものである。
上記構成においては、レーザ発振部２からのレーザ光Ｂはダイクロイックミラー３７によって反射されてプラズマ容器１に入射し、凹面反射面１２の焦点位置Ｆに集光する。このレーザ光によって生成された励起光ＥＬは、凹面反射面１２によって反射されてプラズマ容器１外に出射され、ダイクロイックミラー３７を透過していくものである。

図１１には、更に他の第６の実施例が示されていて、この実施例では、レーザ光Ｂが集光されることなく、プラズマ容器１に平行光として入射するものである。レーザ発振部２とプラズマ容器１の間にはダイクロイックミラー３７が配置され、このダイクロイックミラー３７は、図９の実施例と同様に、レーザ光を透過し、プラズマ容器１からの励起光は反射するものである。
レーザ発振部２からのレーザ光Ｂは、ダイクロイックミラー３７を透過してプラズマ容器１に平行光として入射し、凹面反射面１２によって反射されて、その焦点に集光する。ここで形成されたプラズマにより生成される励起光ＥＬは、プラズマ容器１から平行光として出射され、ダイクロイックミラー３７により反射されて外部に出射される。なお、この実施例の場合も、凹面反射面１２は放物面形状である。

以上のように、本発明に係るレーザ駆動光源装置は、点灯開始時に、パルス状のレーザ光によって、高温プラズマ状態を形成し、且つ、連続波のレーザ光で高温プラズマ状態が断ち切れることを抑制して、生成された高温プラズマ状態を維持しているものである。
そして、連続レーザ光は、パルスレーザ光のような高強度のレーザ光を連続的に出射しているわけではないので、プラズマ容器の内部に入力されるエネルギーは大きくない。このため、プラズマ容器が加熱されてひずみが生じることを抑制でき、これにより、点灯寿命を長寿命にすることができる。

また、本発明に係るレーザ駆動光源装置は、第１の給電装置による連続的な電流を供給した後に、第２の給電装置によるパルス状の電流を供給するようにすることで、レーザ発振部２から出射されるレーザ光において、連続的なレーザ光中にパルス状部分を形成している。
これにより、プラズマ容器内において、パルス状部分で高温プラズマ状態を形成するとともに、連続的にレーザ光で、この高温プラズマ状態を好適に維持することができる。

また第２の給電装置によるパルス状の電流を供給することで、パルス状レーザ光を形成し、これにより、プラズマ容器内において、高温プラズマ状態を形成した後に、連続的にレーザ光を供給するようにすることもできる。
これにより、パルス状レーザ光で形成された高温プラズマ状態を、連続的にレーザ光で好適に維持することができる。

さらに、本発明に係るレーザ駆動光源装置は、１つのレーザ発振部によって点火源と点灯維持源とを兼ねることができるので、点火源用のレーザ発振部と、点灯維持源用のレーザ発振部をそれぞれ用意する必要が無く、不所望に装置が大型化することを防ぐことができる。

更には、プラズマ容器を、凹面反射面を有する本体と、窓部材とによって構成することで、構成材料が石英ガラスに限定されず、本体部にセラミックス材料や、アルミニウムなどの金属材料を採用でき、また、窓部材に水晶やサファイアなどの結晶材を採用できる。これらの材料を採用することで、プラズマからの高出力のＵＶ光やＶＵＶ光の照射を受けても、プラズマ容器に紫外線ひずみが生じることがないという利点がある。

なお、本発明に係るレーザ駆動光源装置は、露光装置の光源としての用途に用いることもできるし、プラズマ容器内の発光元素を変更すれば、プラズマ容器からの出射光を様々な波長の光に変更することができ、例えば可視光光源である映写機（プロジェクタ）用の光源としても用いることができる。
これは、従来知られているプラズマ容器の内部に一対の電極を対向配置させた、いわゆるランプと呼ばれる光源が、様々な用途で使用されているが、本発明に係るレーザ駆動光源装置は、このランプの代替手段として用いることができ、ランプと同様の様々な用途に用いることができる。

１ プラズマ容器
１１ 本体
１２ 凹面反射面
１３ 入射窓
１４ 出射窓
１８ 前面窓
２ レーザ発振部
２１ａ 第１のポンピング器
２１ｂ 第２のポンピング器
２３ レーザ媒質
２３ａ 第１のレーザ媒質
２３ｂ 第２のレーザ媒質
２４ 共振器
２４ａ 第１の反射鏡（部分反射鏡）
２４ｂ 第２の反射鏡（全反射鏡）
３０ 制御部
３１ａ 第１の給電装置
３１ｂ 第２の給電装置
３２ タイマー回路
３３ 光センサー
３４ レーザ光モニター
３５ 部分透過ミラー
３６ 全反射ミラー
３７ ダイクロイックミラー
４ 集光手段（集光レンズ）
Ｂ レーザ光
ＥＬ 励起光
Ｘ 点火源
Ｙ 点灯維持源

Claims (6)

1. レーザ発振部と、該レーザ発振部からのレーザ光が入射されてプラズマを生成して光を出射するプラズマ容器と、を備えたレーザ駆動光源装置において、
   前記レーザ発振部は、一対の反射鏡からなる共振器内に配置されたレーザ媒質と、該レーザ媒質に光を供給するように配置された第１及び第２のポンピング器とを備え、
   該各ポンピング器にそれぞれ個別に給電する第１及び第２の給電装置を備えるとともに、
   前記第１のポンピング器が連続光を発生するように上記第１の給電装置を制御するとともに、前記第２のポンピング器がパルス光を発生するように前記第２の給電装置を制御する制御部を備えてなり、
   前記レーザ発振部からは、連続レーザ光とパルスレーザ光が出射されることを特徴とするレーザ駆動光源装置。
2. 前記制御部は、前記パルスレーザ光により前記プラズマ容器内にプラズマを生成し、前記連続レーザ光により該プラズマを維持したのち、前記パルスレーザ光を停止するように前記第１及び第２の給電装置を制御することを特徴とする請求項１に記載のレーザ駆動光源装置。
3. 前記レーザ媒質は単一であって、前記第１および第２のポンピング器がともに前記レーザ媒質に対向配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ駆動光源装置。
4. 前記レーザ媒質が、中心軸が一致するように直列的に配置された第１のレーザ媒質と第２のレーザ媒質とからなり、
   前記第１のポンピング器を、前記第１のレーザ媒質に対向配置し、前記第２のポンピング器を、前記第２のレーザ媒質に対向配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ駆動光源装置。
5. 前記レーザ発振部と前記プラズマ容器との間の光路上に部分透過ミラーを配置し、該部分透過ミラーによりレーザ光の一部を前記光路外に抽出し、抽出されたレーザ光を受光するレーザ光モニターを配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ駆動光源装置。
6. 前記プラズマ容器の外方に、該プラズマ容器内からの励起光を受光する光センサーを配置し、前記プラズマ容器内のプラズマの維持を検知して、前記パルスレーザ光を停止することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ駆動光源装置。
   
   
   

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