JP2900703B2 - 狭帯域レーザ装置 - Google Patents
狭帯域レーザ装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は狭帯域レーザ装置に関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の狭帯域レーザ装置については、１
９８４年、７月発行の「カナディアン・ジャーナル・オ
ブ・フィジックス」（CANADIAN JOUNAL OF PHYSICS）第
６３巻、２１４頁から２１９頁に掲載されている文献に
詳細に記述されている。この文献に記載されている従来
の狭帯域エキシマレーザ装置を図６に示す。
９８４年、７月発行の「カナディアン・ジャーナル・オ
ブ・フィジックス」（CANADIAN JOUNAL OF PHYSICS）第
６３巻、２１４頁から２１９頁に掲載されている文献に
詳細に記述されている。この文献に記載されている従来
の狭帯域エキシマレーザ装置を図６に示す。
【０００３】この狭帯域レーザ装置は、レーザ光が励起
されるレーザ媒質２、レーザ光を狭帯域化するための分
散素子９、レーザ光を発振させるための出射鏡１と全反
射鏡３からなる共振器、第１のアパーチャ１０、第２の
アパーチャ１１を有しており図示のごとく配置してい
る。
されるレーザ媒質２、レーザ光を狭帯域化するための分
散素子９、レーザ光を発振させるための出射鏡１と全反
射鏡３からなる共振器、第１のアパーチャ１０、第２の
アパーチャ１１を有しており図示のごとく配置してい
る。
【０００４】この狭帯域レーザにおいては、レーザ媒質
２中で励起されたレーザ光が、分散素子９に入射するこ
とにより分散され、全反射鏡３により折り返され再び分
散素子９、レーザ媒質２を通過し、出射鏡１よりレーザ
光が出射する。ここで共振器内に、第１のアパーチャ１
０と第２のアパーチャ１１が挿入されているので、分散
素子９により分散されたレーザ光の不要な成分が取り除
かれ、スペクトル幅の狭いレーザ光を得ることができ
る。
２中で励起されたレーザ光が、分散素子９に入射するこ
とにより分散され、全反射鏡３により折り返され再び分
散素子９、レーザ媒質２を通過し、出射鏡１よりレーザ
光が出射する。ここで共振器内に、第１のアパーチャ１
０と第２のアパーチャ１１が挿入されているので、分散
素子９により分散されたレーザ光の不要な成分が取り除
かれ、スペクトル幅の狭いレーザ光を得ることができ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の狭帯
域レーザ装置においては、気圧や気温の変化による雰囲
気の屈折率変動により、狭帯域レーザの中心波長がずれ
るという欠点があった。例えば、波長の２４８．３ｎｍ
のＫｒＦエキシマレーザ、雰囲気が空気の場合、気圧１
Ｔｏｒｒの変化に対し８．９×１０-2ｐｍ、気温１゜Ｃ
の変化に対し−０．２３ｐｍ変化する。このため、従来
の狭帯域レーザ装置の波長を安定化するためには、中心
波長を常時モニターし、分散素子の精密な制御が必要で
あった。
域レーザ装置においては、気圧や気温の変化による雰囲
気の屈折率変動により、狭帯域レーザの中心波長がずれ
るという欠点があった。例えば、波長の２４８．３ｎｍ
のＫｒＦエキシマレーザ、雰囲気が空気の場合、気圧１
Ｔｏｒｒの変化に対し８．９×１０-2ｐｍ、気温１゜Ｃ
の変化に対し−０．２３ｐｍ変化する。このため、従来
の狭帯域レーザ装置の波長を安定化するためには、中心
波長を常時モニターし、分散素子の精密な制御が必要で
あった。
【０００６】本発明の目的は、複雑な装置を必要とする
ことなく、雰囲気の屈折率変動による狭帯域レーザ光の
中心波長のずれを従来の狭帯域レーザ装置に対し１／１
０以下に抑制し、狭帯域レーザ光の波長の安定化を図る
ことの出来る狭帯域レーザ装置を提供することにある。
ことなく、雰囲気の屈折率変動による狭帯域レーザ光の
中心波長のずれを従来の狭帯域レーザ装置に対し１／１
０以下に抑制し、狭帯域レーザ光の波長の安定化を図る
ことの出来る狭帯域レーザ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の狭帯域レ
ーザ装置では、レーザ光を狭帯域化するための分散素子
として、第１の回折格子を有する狭帯域レーザ装置であ
って、前記第１の回折格子に対し、次式で表される第２
の回折格子を配置したことを特徴とする。 ０．９≦（ｍ2・ｄ1・ｃｏｓβ1）／（ｍ1・ｄ2・ｃｏｓα2）≦１．１ 但し、ｄ1：第１の回折格子の溝間隔、 β1：第１の回
折格子におけるレーザ光回折角、 ｍ1：第１の回折格
子における回折光次数、 ｄ2：第２の回折格子の溝間
隔、 α2：第２の回折格子におけるレーザ光入射角、
ｍ2：第２の回折格子における回折光次数
ーザ装置では、レーザ光を狭帯域化するための分散素子
として、第１の回折格子を有する狭帯域レーザ装置であ
って、前記第１の回折格子に対し、次式で表される第２
の回折格子を配置したことを特徴とする。 ０．９≦（ｍ2・ｄ1・ｃｏｓβ1）／（ｍ1・ｄ2・ｃｏｓα2）≦１．１ 但し、ｄ1：第１の回折格子の溝間隔、 β1：第１の回
折格子におけるレーザ光回折角、 ｍ1：第１の回折格
子における回折光次数、 ｄ2：第２の回折格子の溝間
隔、 α2：第２の回折格子におけるレーザ光入射角、
ｍ2：第２の回折格子における回折光次数
【０００８】本発明の第２の狭帯域レーザ装置は、レー
ザ光を狭帯域化するための分散素子として、リトロー型
回折格子を有する狭帯域レーザ装置であって、出射鏡及
び前記リトロー型回折格子からなる共振器内に、次式で
表す回折格子を配置したことを特徴とする。 ０．９≦（２・ｍ2・ｄ1・ｃｏｓα）／（ｍ1・ｄ2・ｃｏｓβ）≦１．１ 但し、ｄ1：リトロー型回折格子の溝間隔、 α：リト
ロー型回折格子におけるレーザ光入射角、 ｍ1：リト
ロー型回折格子における回折光次数、 ｄ2：回折格子
の溝間隔、 β：回折格子における回折角、 ｍ2：回
折格子における回折光次数
ザ光を狭帯域化するための分散素子として、リトロー型
回折格子を有する狭帯域レーザ装置であって、出射鏡及
び前記リトロー型回折格子からなる共振器内に、次式で
表す回折格子を配置したことを特徴とする。 ０．９≦（２・ｍ2・ｄ1・ｃｏｓα）／（ｍ1・ｄ2・ｃｏｓβ）≦１．１ 但し、ｄ1：リトロー型回折格子の溝間隔、 α：リト
ロー型回折格子におけるレーザ光入射角、 ｍ1：リト
ロー型回折格子における回折光次数、 ｄ2：回折格子
の溝間隔、 β：回折格子における回折角、 ｍ2：回
折格子における回折光次数
【０００９】本発明の第３の狭帯域レーザ装置は、レー
ザ光を狭帯域化するための分散素子として、リトロー型
回折格子を有する狭帯域レーザ装置であって、出射鏡及
び前記リトロー型回折格子からなる共振器内に、次式で
表す複数個のプリズムを配置したことを特徴とする。 ０．９≦｛４・Ｎ・ｎ0・ｄ1・ｓｉｎ（ａ／２）・ｃｏｓα｝／｛ｍ1・λ・ ｃｏｓ（（γ＋ａ）／２）｝≦１．１ 但し、ｄ1：リトロー型回折格子の溝間隔、 α：リト
ロー型回折格子におけるレーザ光入射角、 λ：レーザ
光の波長、 ｍ1：リトロー型回折格子における回折光
次数、 ａ：プリズムの頂角、 ｎ0：プリズムの波長
λに対する屈折率、 Ｎ：プリズムの個数、 γ：プリ
ズムにおける入射光線と出射光線のなす角 γ＝２・ｓｉｎ-1（ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２））−ａ
ザ光を狭帯域化するための分散素子として、リトロー型
回折格子を有する狭帯域レーザ装置であって、出射鏡及
び前記リトロー型回折格子からなる共振器内に、次式で
表す複数個のプリズムを配置したことを特徴とする。 ０．９≦｛４・Ｎ・ｎ0・ｄ1・ｓｉｎ（ａ／２）・ｃｏｓα｝／｛ｍ1・λ・ ｃｏｓ（（γ＋ａ）／２）｝≦１．１ 但し、ｄ1：リトロー型回折格子の溝間隔、 α：リト
ロー型回折格子におけるレーザ光入射角、 λ：レーザ
光の波長、 ｍ1：リトロー型回折格子における回折光
次数、 ａ：プリズムの頂角、 ｎ0：プリズムの波長
λに対する屈折率、 Ｎ：プリズムの個数、 γ：プリ
ズムにおける入射光線と出射光線のなす角 γ＝２・ｓｉｎ-1（ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２））−ａ
【００１０】本発明の第４の狭帯域レーザ装置は、レー
ザ光を狭帯域化するための分散素子として、エアギャッ
プエタロンを有する狭帯域レーザ装置であって、前記エ
アギャップエタロンの両側に次式で表す２Ｎ個のプリズ
ムをＮ個ずつ配置したことを特徴とする ０．９≦｛２・Ｎ・ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２）・ｔａｎδ｝／｛ｎ・ｃｏｓ（（ γ＋ａ）／２）｝≦１．１ 但し、ｎ：雰囲気の屈折率、 Ｎ：エタロン片側に配置
されたプリズムの個数、 ａ：プリズムの頂角、
ｎ0：プリズムの波長λに対する屈折率、 γ：プリズ
ムにおける入射光線と出射光線のなす角 γ＝２・ｓｉｎ-1（ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２））−ａ δ：レーザ光のエタロンへの入射角
ザ光を狭帯域化するための分散素子として、エアギャッ
プエタロンを有する狭帯域レーザ装置であって、前記エ
アギャップエタロンの両側に次式で表す２Ｎ個のプリズ
ムをＮ個ずつ配置したことを特徴とする ０．９≦｛２・Ｎ・ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２）・ｔａｎδ｝／｛ｎ・ｃｏｓ（（ γ＋ａ）／２）｝≦１．１ 但し、ｎ：雰囲気の屈折率、 Ｎ：エタロン片側に配置
されたプリズムの個数、 ａ：プリズムの頂角、
ｎ0：プリズムの波長λに対する屈折率、 γ：プリズ
ムにおける入射光線と出射光線のなす角 γ＝２・ｓｉｎ-1（ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２））−ａ δ：レーザ光のエタロンへの入射角
【００１１】本発明の第５の狭帯域レーザ装置は、レー
ザ光を狭帯域化するための分散素子として、エアギャッ
プエタロンを有する狭帯域レーザ装置であって、前記エ
アギャップエタロンの両側に次式で表す回折格子を配置
したことを特徴とする。 ０．９≦（ｍ1・λ・ｔａｎδ）／（ｎ・ｄ1・ｃｏｓβ1）≦１．１ 但し、λ：レーザ光の波長、 ｎ：雰囲気の屈折率、
δ：レーザ光のエタロンへの入射角、 ｄ1：回折格子
の溝数、 ｍ1：回折光の次数、 β1：レーザ光回折角
ザ光を狭帯域化するための分散素子として、エアギャッ
プエタロンを有する狭帯域レーザ装置であって、前記エ
アギャップエタロンの両側に次式で表す回折格子を配置
したことを特徴とする。 ０．９≦（ｍ1・λ・ｔａｎδ）／（ｎ・ｄ1・ｃｏｓβ1）≦１．１ 但し、λ：レーザ光の波長、 ｎ：雰囲気の屈折率、
δ：レーザ光のエタロンへの入射角、 ｄ1：回折格子
の溝数、 ｍ1：回折光の次数、 β1：レーザ光回折角
【００１２】
【作用】本発明の第１及び第２の狭帯域レーザにおいて
は、用いる２つの回折格子の雰囲気の屈折率変動にたい
する角度分散の差が１／１０以下であるので、波長変動
を従来の狭帯域レーザに対して１／１０以下にでき、複
雑な装置を必要とすることなく、波長の安定化を図るこ
とが出来る。
は、用いる２つの回折格子の雰囲気の屈折率変動にたい
する角度分散の差が１／１０以下であるので、波長変動
を従来の狭帯域レーザに対して１／１０以下にでき、複
雑な装置を必要とすることなく、波長の安定化を図るこ
とが出来る。
【００１３】本発明の第３の狭帯域レーザ光において
は、Ｎ個のプリズムとリトロー型回折格子の雰囲気の屈
折率変動にたいする角度分散の差が１／１０以下である
ので、波長変動を従来の狭帯域レーザに対して１／１０
以下にでき、複雑な装置を必要とすることなく、波長の
安定化を図ることが出来る。
は、Ｎ個のプリズムとリトロー型回折格子の雰囲気の屈
折率変動にたいする角度分散の差が１／１０以下である
ので、波長変動を従来の狭帯域レーザに対して１／１０
以下にでき、複雑な装置を必要とすることなく、波長の
安定化を図ることが出来る。
【００１４】本発明の第４の狭帯域レーザ光において
は、Ｎ個のプリズムとエアギャップエタロンの雰囲気の
屈折率変動にたいする角度分散の差が１／１０以下であ
るので、波長変動を従来の狭帯域レーザに対して１／１
０以下にでき、複雑な装置を必要とすることなく、波長
の安定化を図ることが出来る。
は、Ｎ個のプリズムとエアギャップエタロンの雰囲気の
屈折率変動にたいする角度分散の差が１／１０以下であ
るので、波長変動を従来の狭帯域レーザに対して１／１
０以下にでき、複雑な装置を必要とすることなく、波長
の安定化を図ることが出来る。
【００１５】本発明の第５の狭帯域レーザ光において
は、回折格子とエアギャップエタロンの雰囲気の屈折率
変動にたいする角度分散の差が１／１０以下であるの
で、波長変動を従来の狭帯域レーザに対して１／１０以
下にでき、複雑な装置を必要とすることなく、波長の安
定化を図ることが出来る。
は、回折格子とエアギャップエタロンの雰囲気の屈折率
変動にたいする角度分散の差が１／１０以下であるの
で、波長変動を従来の狭帯域レーザに対して１／１０以
下にでき、複雑な装置を必要とすることなく、波長の安
定化を図ることが出来る。
【００１６】
【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００１７】図１は、請求項１に記載の発明（以下第１
の発明）の狭帯域レーザ装置の一実施例である。
の発明）の狭帯域レーザ装置の一実施例である。
【００１８】図２は、請求項２に記載の発明（以下第２
の発明）の狭帯域レーザ装置の一実施例である。
の発明）の狭帯域レーザ装置の一実施例である。
【００１９】図３は、請求項３に記載の発明（以下第３
の発明）の狭帯域レーザ装置の一実施例である。
の発明）の狭帯域レーザ装置の一実施例である。
【００２０】図４は、請求項４に記載の発明（以下第４
の発明）の狭帯域レーザ装置の一実施例である。
の発明）の狭帯域レーザ装置の一実施例である。
【００２１】図５は、請求項５に記載の発明（以下第５
の発明）の狭帯域レーザ装置の一実施例である。
の発明）の狭帯域レーザ装置の一実施例である。
【００２２】図１に示した第１の発明を用いた狭帯域レ
ーザ装置は、レーザ光が励起されるレーザ媒質２と、レ
ーザ光を発振させるための出射鏡１、全反射鏡２、レー
ザ光を狭帯域化するための第１の回折格子４と次式で表
される第２の回折格子５を有しており、図示のごとく配
置している。 （ｍ2・ｄ1・ｃｏｓβ1）／（ｍ1・ｄ2・ｃｏｓα2）＝１ ・・・（１） 但し、 ｄ1：第１の回折格子の溝間隔、 α1：第１の回折格子
におけるレーザ光入射角、 β1：第１の回折格子にお
けるレーザ光回折角、 ｍ1：第１の回折格子における
回折光次数、 ｄ2：第２の回折格子の溝間隔、 α2：
第２の回折格子におけるレーザ光入射角、 β2：第２
の回折格子におけるレーザ光回折角、 ｍ2：第２の回
折格子における回折光次数
ーザ装置は、レーザ光が励起されるレーザ媒質２と、レ
ーザ光を発振させるための出射鏡１、全反射鏡２、レー
ザ光を狭帯域化するための第１の回折格子４と次式で表
される第２の回折格子５を有しており、図示のごとく配
置している。 （ｍ2・ｄ1・ｃｏｓβ1）／（ｍ1・ｄ2・ｃｏｓα2）＝１ ・・・（１） 但し、 ｄ1：第１の回折格子の溝間隔、 α1：第１の回折格子
におけるレーザ光入射角、 β1：第１の回折格子にお
けるレーザ光回折角、 ｍ1：第１の回折格子における
回折光次数、 ｄ2：第２の回折格子の溝間隔、 α2：
第２の回折格子におけるレーザ光入射角、 β2：第２
の回折格子におけるレーザ光回折角、 ｍ2：第２の回
折格子における回折光次数
【００２３】ところで、角度β１，α２の空気の屈折率
変動による変化Δβ１、Δα２は、Δβ１＝ｍ１・λ／
ｄ１・１／（−ｎ２）／ｃｏｓ（β１）・Δｎ （２）
Δα２＝ｍ２・λ／ｄ２・１／（−ｎ２）／ｃｏｓ（α
２）・Δｎ （３）と表される。なお、ｎは空気の屈折
率を、Δｎは屈折率変動を表わしている。ここで、Δβ
１＝Δα２を満たす場合に、空気の屈折率の変動に関係
なく発振波長はλとなる。式（２），（３）を用いてΔ
β１＝Δα２を解くと式（１）が得られる。このよう
に、この第１の発明による狭帯域レーザにおいては、第
１の回折格子４と第２の回折格子５の屈折率変動による
角度分散が等しいので、屈折率が変動しても一定の波長
に対する第２の回折格子５の回折角β2 は一定であるの
で、狭帯域レーザ光の波長の安定化を図ることができ
る。
変動による変化Δβ１、Δα２は、Δβ１＝ｍ１・λ／
ｄ１・１／（−ｎ２）／ｃｏｓ（β１）・Δｎ （２）
Δα２＝ｍ２・λ／ｄ２・１／（−ｎ２）／ｃｏｓ（α
２）・Δｎ （３）と表される。なお、ｎは空気の屈折
率を、Δｎは屈折率変動を表わしている。ここで、Δβ
１＝Δα２を満たす場合に、空気の屈折率の変動に関係
なく発振波長はλとなる。式（２），（３）を用いてΔ
β１＝Δα２を解くと式（１）が得られる。このよう
に、この第１の発明による狭帯域レーザにおいては、第
１の回折格子４と第２の回折格子５の屈折率変動による
角度分散が等しいので、屈折率が変動しても一定の波長
に対する第２の回折格子５の回折角β2 は一定であるの
で、狭帯域レーザ光の波長の安定化を図ることができ
る。
【００２４】次に、第１の回折格子４の溝間隔ｄ1 を1/
3600mm、レーザ光入射角α1 を６０゜、回折光次数ｍ1
を１、第２の回折格子５の溝間隔ｄ2 を1/1200mm、レー
ザ光入射角α2 を48.20919432゜、回折光次数ｍ2 を２、
雰囲気（空気）の屈折率を1.0002931701083、狭帯域レ
ーザ光の中心波長を248.3nmとした場合を考えると、第
１の回折格子４における回折角β1 は1.581141013゜、第
２の回折格子５における回折角β2は-8.617515599とな
る。ここで、屈折率が+1/248300だけ変動すると仮定す
ると、狭帯域レーザ光の中心波長にたいする第１の回折
格子４の回折角β1は -2.063×10-4゜変化するが、第２
回折格子５における入射角α2 も -2.063×10-4゜変化す
るので、狭帯域レーザ光の波長248.3nm にたいする第２
の回折格子５の回折角β2 は雰囲気の屈折率変動に関係
なく一定となり、波長の安定化を図ることができる。
3600mm、レーザ光入射角α1 を６０゜、回折光次数ｍ1
を１、第２の回折格子５の溝間隔ｄ2 を1/1200mm、レー
ザ光入射角α2 を48.20919432゜、回折光次数ｍ2 を２、
雰囲気（空気）の屈折率を1.0002931701083、狭帯域レ
ーザ光の中心波長を248.3nmとした場合を考えると、第
１の回折格子４における回折角β1 は1.581141013゜、第
２の回折格子５における回折角β2は-8.617515599とな
る。ここで、屈折率が+1/248300だけ変動すると仮定す
ると、狭帯域レーザ光の中心波長にたいする第１の回折
格子４の回折角β1は -2.063×10-4゜変化するが、第２
回折格子５における入射角α2 も -2.063×10-4゜変化す
るので、狭帯域レーザ光の波長248.3nm にたいする第２
の回折格子５の回折角β2 は雰囲気の屈折率変動に関係
なく一定となり、波長の安定化を図ることができる。
【００２５】図２に示した第２の発明を用いた狭帯域レ
ーザ装置は、レーザ光が励起されるレーザ媒質２、レー
ザ光を発振させるための出射鏡１、レーザ光を狭帯域化
するためのリトロー型回折格子６と次式で表される回折
格子７を有しており、図示のごとく配置している。 （２・ｍ2・ｄ1・ｃｏｓα）／（ｍ1・ｄ2・ｃｏｓβ）＝１ ・・・（４） 但し、 ｄ1：リトロー型回折格子の溝間隔、 α：リトロー型
回折格子におけるレーザ光入射角、 ｍ1：リトロー回
折格子における回折光次数、 ｄ2：回折格子の溝間
隔、 β：回折格子における回折角、 ｍ2：回折格子
における回折光次数
ーザ装置は、レーザ光が励起されるレーザ媒質２、レー
ザ光を発振させるための出射鏡１、レーザ光を狭帯域化
するためのリトロー型回折格子６と次式で表される回折
格子７を有しており、図示のごとく配置している。 （２・ｍ2・ｄ1・ｃｏｓα）／（ｍ1・ｄ2・ｃｏｓβ）＝１ ・・・（４） 但し、 ｄ1：リトロー型回折格子の溝間隔、 α：リトロー型
回折格子におけるレーザ光入射角、 ｍ1：リトロー回
折格子における回折光次数、 ｄ2：回折格子の溝間
隔、 β：回折格子における回折角、 ｍ2：回折格子
における回折光次数
【００２６】ところで、空気の屈折率変動Δｎによる角
度の変化Δβ、Δαは、 Δβ＝ｍ２・λ／ｄ２・１／（−ｎ２）／ｃｏｓ（β）・Δｎ （５） Δα＝ｍ１・λ／２／ｄ１・１／（−ｎ２）／ｃｏｓ（α）・Δｎ （６） と表わされる。ここで、Δβ＝Δαの場合に、空気の屈
折率の変動に関係なく発振波長はλとなり、式（５），
（６）を用いてΔβ＝Δαを解くと式（４）が得られ
る。このように、 この第２の発明による狭帯域レーザに
おいては、リトロー型回折格子６と回折格子７の屈折率
変動による角度分散が等しいので、屈折率が変動しても
回折格子７によりレーザ媒質２へ戻る狭帯域レーザ光の
波長は一定であるので、狭帯域レーザ光の波長の安定化
を図ることが出来る。
度の変化Δβ、Δαは、 Δβ＝ｍ２・λ／ｄ２・１／（−ｎ２）／ｃｏｓ（β）・Δｎ （５） Δα＝ｍ１・λ／２／ｄ１・１／（−ｎ２）／ｃｏｓ（α）・Δｎ （６） と表わされる。ここで、Δβ＝Δαの場合に、空気の屈
折率の変動に関係なく発振波長はλとなり、式（５），
（６）を用いてΔβ＝Δαを解くと式（４）が得られ
る。このように、 この第２の発明による狭帯域レーザに
おいては、リトロー型回折格子６と回折格子７の屈折率
変動による角度分散が等しいので、屈折率が変動しても
回折格子７によりレーザ媒質２へ戻る狭帯域レーザ光の
波長は一定であるので、狭帯域レーザ光の波長の安定化
を図ることが出来る。
【００２７】次に、リトロー型回折格子６の溝間隔をｄ
1 を1/3600mm、レーザ光入射角αを26.53913913684゜、
回折光次数ｍ1 を１、回折格子７の溝間隔ｄ2 を1/600m
m、回折角β を53.38610296゜、回折光次数ｍ2 を２、雰
囲気（空気）の屈折率を1.0002931701083、狭帯域レー
ザ光の中心波長を248.3nmとした場合を考えると、雰囲
気の屈折率が+1/248300だけ変動すると、波長248.3nm
に対するリトロー型回折格子６のリトロー角は、-1.153
×10-4゜変化する。しかしながら、回折格子７の回折角
βも同様に-1.153×10-4゜変化するので、レーザ媒質２
に戻る狭帯域レーザ光の波長は、雰囲気の屈折率変動に
関係なく一定となり、波長の安定化を図ることができ
る。
1 を1/3600mm、レーザ光入射角αを26.53913913684゜、
回折光次数ｍ1 を１、回折格子７の溝間隔ｄ2 を1/600m
m、回折角β を53.38610296゜、回折光次数ｍ2 を２、雰
囲気（空気）の屈折率を1.0002931701083、狭帯域レー
ザ光の中心波長を248.3nmとした場合を考えると、雰囲
気の屈折率が+1/248300だけ変動すると、波長248.3nm
に対するリトロー型回折格子６のリトロー角は、-1.153
×10-4゜変化する。しかしながら、回折格子７の回折角
βも同様に-1.153×10-4゜変化するので、レーザ媒質２
に戻る狭帯域レーザ光の波長は、雰囲気の屈折率変動に
関係なく一定となり、波長の安定化を図ることができ
る。
【００２８】図３に示した第３の発明を用いた狭帯域レ
ーザ装置は、レーザ光が励起されるレーザ媒質２、レー
ザ光を発振させるための出射鏡１、レーザ光を狭帯域化
するためのリトロー型回折格子６と次式で表されるプリ
ズム８を有しており、図示のごとく配置している。 ｛４・Ｎ・ｎ0・ｄ1・ｓｉｎ（ａ／２）・ｃｏｓα｝／｛ｍ1・λ・ｃｏｓ（ （γ＋ａ）／２）｝＝１ ・・・（７） 但し、 ｄ1：リトロー型回折格子の溝間隔、 α：リトロー型
回折格子におけるレーザ光入射角、 λ：レーザ光の波
長、 ｍ1：リトロー型回折格子における回折光次数、
ａ：プリズムの頂角、 ｎ0：プリズムの波長λに対す
る屈折率、 Ｎ：１（プリズムの個数）、 γ：プリズ
ムにおける入射光線と出射光線のなす角（偏角） γ＝２・ｓｉｎ-1（ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２））−ａ
ーザ装置は、レーザ光が励起されるレーザ媒質２、レー
ザ光を発振させるための出射鏡１、レーザ光を狭帯域化
するためのリトロー型回折格子６と次式で表されるプリ
ズム８を有しており、図示のごとく配置している。 ｛４・Ｎ・ｎ0・ｄ1・ｓｉｎ（ａ／２）・ｃｏｓα｝／｛ｍ1・λ・ｃｏｓ（ （γ＋ａ）／２）｝＝１ ・・・（７） 但し、 ｄ1：リトロー型回折格子の溝間隔、 α：リトロー型
回折格子におけるレーザ光入射角、 λ：レーザ光の波
長、 ｍ1：リトロー型回折格子における回折光次数、
ａ：プリズムの頂角、 ｎ0：プリズムの波長λに対す
る屈折率、 Ｎ：１（プリズムの個数）、 γ：プリズ
ムにおける入射光線と出射光線のなす角（偏角） γ＝２・ｓｉｎ-1（ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２））−ａ
【００２９】ここで、空気の屈折率変動Δｎによる偏角
γの変動Δγは、 Δγ＝２・ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２）・（−ｎ２）／ｃｏｓ（（γ＋ａ）／２）・ Δｎ ・・・（８） と表わされる。同じプリズムをＮ個用いると、偏角の変
動ΔγはＮ倍になる。一方、リトロー型回折格子の場合
の屈折率変化に対する角度変化量は、式（６）のように
表される。図３の構成において、空気の屈折率変化によ
る波長の変動を押さえるためには、Δγ・Ｎ＝Δαとな
り、式（６），（８）を用いてこれを解くと式（７）が
得られる。このように、 この第３の発明による狭帯域レ
ーザにおいては、リトロー型回折格子６とプリズム８の
屈折率変動による角度分散が等しいので、屈折率が変動
してもプリズム８によりレーザ媒質２へ戻る狭帯域レー
ザ光の波長は一定であるので、狭帯域レーザ光の波長の
安定化を図ることが出来る。
γの変動Δγは、 Δγ＝２・ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２）・（−ｎ２）／ｃｏｓ（（γ＋ａ）／２）・ Δｎ ・・・（８） と表わされる。同じプリズムをＮ個用いると、偏角の変
動ΔγはＮ倍になる。一方、リトロー型回折格子の場合
の屈折率変化に対する角度変化量は、式（６）のように
表される。図３の構成において、空気の屈折率変化によ
る波長の変動を押さえるためには、Δγ・Ｎ＝Δαとな
り、式（６），（８）を用いてこれを解くと式（７）が
得られる。このように、 この第３の発明による狭帯域レ
ーザにおいては、リトロー型回折格子６とプリズム８の
屈折率変動による角度分散が等しいので、屈折率が変動
してもプリズム８によりレーザ媒質２へ戻る狭帯域レー
ザ光の波長は一定であるので、狭帯域レーザ光の波長の
安定化を図ることが出来る。
【００３０】次に、リトロー型回折格子６の溝間隔をｄ
1 を1/3600mm、レーザ光入射角αを26.53913913684゜、
回折光次数ｍ1 を１、プリズム８の個数Ｎを１個、頂角
ａを18.5゜ 、プリズムの屈折率をｎ0 を1.508、雰囲気
（空気）の屈折率を1.0002931701083、狭帯域レーザ光
の中心波長を248.3pmとした場合を考えると、雰囲気の
屈折率が+1/248300だけ変動すると、波長248.3nm に対
するリトロー型回折格子６のリトロー角は、-1.153×10
-4゜変化する。しかしながら、プリズム８の偏角γも同
様に-1.153×10-4゜変化するので、レーザ媒質２に戻る
狭帯域レーザ光の波長は、雰囲気の屈折率変動に関係な
く一定となり、波長の安定化を図ることができる。
1 を1/3600mm、レーザ光入射角αを26.53913913684゜、
回折光次数ｍ1 を１、プリズム８の個数Ｎを１個、頂角
ａを18.5゜ 、プリズムの屈折率をｎ0 を1.508、雰囲気
（空気）の屈折率を1.0002931701083、狭帯域レーザ光
の中心波長を248.3pmとした場合を考えると、雰囲気の
屈折率が+1/248300だけ変動すると、波長248.3nm に対
するリトロー型回折格子６のリトロー角は、-1.153×10
-4゜変化する。しかしながら、プリズム８の偏角γも同
様に-1.153×10-4゜変化するので、レーザ媒質２に戻る
狭帯域レーザ光の波長は、雰囲気の屈折率変動に関係な
く一定となり、波長の安定化を図ることができる。
【００３１】図４に示した第４の発明を用いた狭帯域レ
ーザ装置は、レーザ光が励起されるレーザ媒質２、レー
ザ光を発振させるための出射鏡１、全反射鏡３、レーザ
光を狭帯域化するためのエアギャップエタロン９と次式
で表されるプリズム８を有しており、図示のごとく配置
している。 ｛２・Ｎ・ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２）・ｔａｎδ｝／｛ｎ・ｃｏｓ（（γ＋ａ） ／２）｝＝１ ・・・（９） 但し、 γ：レーザ光の波長、 ｎ：雰囲気の屈折率、 Ｎ：１
個（エタロン片側に配置されたプリズムの個数）、
ａ：プリズムの頂角、 ｎ0：プリズムの波長λに対す
る屈折率、 γ：プリズムにおける入射光線と出射光線
のなす角 γ＝２・ｓｉｎ-1（ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２））−ａ δ：レーザ光のエタロンへの入射角
ーザ装置は、レーザ光が励起されるレーザ媒質２、レー
ザ光を発振させるための出射鏡１、全反射鏡３、レーザ
光を狭帯域化するためのエアギャップエタロン９と次式
で表されるプリズム８を有しており、図示のごとく配置
している。 ｛２・Ｎ・ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２）・ｔａｎδ｝／｛ｎ・ｃｏｓ（（γ＋ａ） ／２）｝＝１ ・・・（９） 但し、 γ：レーザ光の波長、 ｎ：雰囲気の屈折率、 Ｎ：１
個（エタロン片側に配置されたプリズムの個数）、
ａ：プリズムの頂角、 ｎ0：プリズムの波長λに対す
る屈折率、 γ：プリズムにおける入射光線と出射光線
のなす角 γ＝２・ｓｉｎ-1（ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２））−ａ δ：レーザ光のエタロンへの入射角
【００３２】ここで、空気の屈折率変動Δｎによる波長
λのエタロンを透過する角度変化Δδは、 Δδ＝Δｎ／ｔａｎ（δ）／ｎ２ ・・・（１０） で表わされる。更に、プリズムの場合の空気の屈折率変
動Δｎに対する角度変化量Δγは、式（８）のように表
されることから、図４において、空気の屈折率変動によ
る波長の変動を押さえるためには、Δγ・Ｎ＝Δδとな
り、式（８），（１０）を用いてこれを解くと式（９）
が得られる。このように、 この第４の発明による狭帯域
レーザにおいては、リトロー型回折格子６とプリズム８
の屈折率変動による角度分散が等しいので、屈折率が変
動してもプリズム８によりレーザ媒質２へ戻る狭帯域レ
ーザ光の波長は一定であるので、狭帯域レーザ光の波長
の安定化を図ることが出来る。
λのエタロンを透過する角度変化Δδは、 Δδ＝Δｎ／ｔａｎ（δ）／ｎ２ ・・・（１０） で表わされる。更に、プリズムの場合の空気の屈折率変
動Δｎに対する角度変化量Δγは、式（８）のように表
されることから、図４において、空気の屈折率変動によ
る波長の変動を押さえるためには、Δγ・Ｎ＝Δδとな
り、式（８），（１０）を用いてこれを解くと式（９）
が得られる。このように、 この第４の発明による狭帯域
レーザにおいては、リトロー型回折格子６とプリズム８
の屈折率変動による角度分散が等しいので、屈折率が変
動してもプリズム８によりレーザ媒質２へ戻る狭帯域レ
ーザ光の波長は一定であるので、狭帯域レーザ光の波長
の安定化を図ることが出来る。
【００３３】次に、エアギャップエタロン９のギャップ
長１を１５４μｍ、雰囲気の屈折率ｎを1.000293170108
3、狭帯域レーザ光の波長を248.3nm、狭帯域レーザ光の
入射角δを2.055792715゜、プリズム８の個数２Ｎを２
個、頂角α を82.84732゜、プリズム８の屈折率ｎ0 を1.
508とした場合を考えると、雰囲気の屈折率が+1/248300
だけ変動すると、波長248.3nm がエアギャップエタロン
９と共振条件を満たすためには、δ が+6.42×10-3゜ 変
化する必要がある。しかしながら、雰囲気の屈折率変動
とともに、プリズム８の偏角γ が-6.42×10-3゜ 変化す
るので、レーザ媒質２に戻る狭帯域レーザ光の波長は、
雰囲気の屈折率変動に関係なく一定となり、波長の安定
化を図ることができる。
長１を１５４μｍ、雰囲気の屈折率ｎを1.000293170108
3、狭帯域レーザ光の波長を248.3nm、狭帯域レーザ光の
入射角δを2.055792715゜、プリズム８の個数２Ｎを２
個、頂角α を82.84732゜、プリズム８の屈折率ｎ0 を1.
508とした場合を考えると、雰囲気の屈折率が+1/248300
だけ変動すると、波長248.3nm がエアギャップエタロン
９と共振条件を満たすためには、δ が+6.42×10-3゜ 変
化する必要がある。しかしながら、雰囲気の屈折率変動
とともに、プリズム８の偏角γ が-6.42×10-3゜ 変化す
るので、レーザ媒質２に戻る狭帯域レーザ光の波長は、
雰囲気の屈折率変動に関係なく一定となり、波長の安定
化を図ることができる。
【００３４】図５に示した第５の発明を用いた狭帯域レ
ーザ装置は、レーザ光が励起されるレーザ媒質２、レー
ザ光を発振させるための出射鏡１、全反射鏡３、レーザ
光を狭帯域化するためのエアギャップエタロン９と次式
で表される回折格子７を有しており、図示のごとく配置
している。 （ｍ1・λ・ｔａｎδ）／（ｎ・ｄ1・ｃｏｓβ1）＝１．０ ・・・（１１） 但し、 λ：レーザ光の波長、 ｎ：雰囲気の屈折率、 δ：レ
ーザ光のエタロンへの入射角、 ｄ1：回折格子の溝
数、 ｍ1：回折光の次数、 β1：レーザ光回折角
ーザ装置は、レーザ光が励起されるレーザ媒質２、レー
ザ光を発振させるための出射鏡１、全反射鏡３、レーザ
光を狭帯域化するためのエアギャップエタロン９と次式
で表される回折格子７を有しており、図示のごとく配置
している。 （ｍ1・λ・ｔａｎδ）／（ｎ・ｄ1・ｃｏｓβ1）＝１．０ ・・・（１１） 但し、 λ：レーザ光の波長、 ｎ：雰囲気の屈折率、 δ：レ
ーザ光のエタロンへの入射角、 ｄ1：回折格子の溝
数、 ｍ1：回折光の次数、 β1：レーザ光回折角
【００３５】ここで、回折格子の場合の空気の屈折率変
動Δｎに対する角度変化量は、式（２）、（３）のよう
に表されるので、図５において、空気の屈折率変化によ
る波長の変動を押さえるためには、Δβ＝Δδとなり、
式（２），（３）を用いてこれを解くと式（１１）が得
られる。このように、この第５の発明による狭帯域レー
ザにおいては、エアギャップエタロン９と回折格子７の
屈折率変動による角度分散が等しいので、屈折率が変動
しても回折格子７によりレーザ媒質２へ戻る狭帯域レー
ザ光の波長は一定であるので、狭帯域レーザ光の波長の
安定化を図ることが出来る。
動Δｎに対する角度変化量は、式（２）、（３）のよう
に表されるので、図５において、空気の屈折率変化によ
る波長の変動を押さえるためには、Δβ＝Δδとなり、
式（２），（３）を用いてこれを解くと式（１１）が得
られる。このように、この第５の発明による狭帯域レー
ザにおいては、エアギャップエタロン９と回折格子７の
屈折率変動による角度分散が等しいので、屈折率が変動
しても回折格子７によりレーザ媒質２へ戻る狭帯域レー
ザ光の波長は一定であるので、狭帯域レーザ光の波長の
安定化を図ることが出来る。
【００３６】次に、エアギャップエタロン９のギャップ
長１を１５４μｍ、雰囲気の屈折率ｎを1.000293170108
3、狭帯域レーザ光の波長を248.3nm、狭帯域レーザ光の
入射角δを2.055792715゜、回折格子７における溝間隔を
１／1200mm、回折角β1 を-89.38736、回折光の次数ｍ1
を−１とした場合を考えると、雰囲気の屈折率が+1/24
8300だけ変動すると、波長248.3nm がエアギャップエタ
ロン９と共振条件を満たすためには、δ が+6.42×10-3
゜ 変化する必要がある。しかしながら、雰囲気の屈折率
変動とともに、回折格子７の回折角β が-6.42×10-3゜
変化するので、レーザ媒質２に戻る狭帯域レーザ光の波
長は、雰囲気の屈折率変動に関係なく一定となり、波長
の安定化を図ることができる。
長１を１５４μｍ、雰囲気の屈折率ｎを1.000293170108
3、狭帯域レーザ光の波長を248.3nm、狭帯域レーザ光の
入射角δを2.055792715゜、回折格子７における溝間隔を
１／1200mm、回折角β1 を-89.38736、回折光の次数ｍ1
を−１とした場合を考えると、雰囲気の屈折率が+1/24
8300だけ変動すると、波長248.3nm がエアギャップエタ
ロン９と共振条件を満たすためには、δ が+6.42×10-3
゜ 変化する必要がある。しかしながら、雰囲気の屈折率
変動とともに、回折格子７の回折角β が-6.42×10-3゜
変化するので、レーザ媒質２に戻る狭帯域レーザ光の波
長は、雰囲気の屈折率変動に関係なく一定となり、波長
の安定化を図ることができる。
【００３７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、複
雑な装置を必要とすることなく雰囲気の屈折率変動によ
る狭帯域レーザ光の波長変動を抑えることがてき、波長
の安定した狭帯域レーザ光が得られる狭帯域レーザ装置
を提供できる。
雑な装置を必要とすることなく雰囲気の屈折率変動によ
る狭帯域レーザ光の波長変動を抑えることがてき、波長
の安定した狭帯域レーザ光が得られる狭帯域レーザ装置
を提供できる。
【図１】第１の発明の狭帯域レーザ装置の一実施例を示
す図。
す図。
【図２】第２の発明の狭帯域レーザ装置の一実施例を示
す図。
す図。
【図３】第３の発明の狭帯域レーザ装置の一実施例を示
す図。
す図。
【図４】第４の発明の狭帯域レーザ装置の一実施例を示
す図。
す図。
【図５】第５の発明の狭帯域レーザ装置の一実施例を示
す図。
す図。
【図６】従来の狭帯域エキシマレーザ装置を示す図。
１ 出射鏡 ２ レーザ媒質 ３ 全反射鏡 ４ 第１の回折格子 ５ 第２の回折格子 ６ リトロー型回折格子 ７ 回折格子 ８ プリズム ９ エアギャップエタロン
Claims (5)
- 【請求項１】 レーザ光を狭帯域化するための分散素子
として、第１の回折格子を有する狭帯域レーザ装置であ
って、前記第１の回折格子に対し、次式で表される第２
の回折格子を配置したことを特徴とする狭帯域レーザ装
置。 ０．９≦（ｍ2・ｄ1・ｃｏｓβ1）／（ｍ1・ｄ2・ｃｏｓα2）≦１．１ 但し、ｄ1：第１の回折格子の溝間隔、 β1：第１の回
折格子におけるレーザ光回折角、 ｍ1：第１の回折格
子における回折光次数、 ｄ2：第２の回折格子の溝間
隔、 α2：第２の回折格子におけるレーザ光入射角、
ｍ2：第２の回折格子における回折光次数 - 【請求項２】 レーザ光を狭帯域化するための分散素子
として、リトロー型回折格子を有する狭帯域レーザ装置
であって、出射鏡及び前記リトロー型回折格子からなる
共振器内に、次式で表す回折格子を配置したことを特徴
とする狭帯域レーザ装置。 ０．９≦（２・ｍ2・ｄ1・ｃｏｓα）／（ｍ1・ｄ2・ｃｏｓβ）≦１．１ 但し、ｄ1：リトロー型回折格子の溝間隔、 α：リト
ロー型回折格子におけるレーザ光入射角、 ｍ1：リト
ロー型回折格子における回折光次数、 ｄ2：回折格子
の溝間隔、 β：回折格子における回折角、 ｍ2：回
折格子における回折光次数 - 【請求項３】 レーザ光を狭帯域化するための分散素子
として、リトロー型回折格子を有する狭帯域レーザ装置
であって、出射鏡及び前記リトロー型回折格子からなる
共振器内に、次式で表す複数個のプリズムを配置したこ
とを特徴とする狭帯域レーザ装置。 ０．９≦｛４・Ｎ・ｎ0・ｄ1・ｓｉｎ（ａ／２）・ｃｏｓα｝／｛ｍ1・λ・ ｃｏｓ（（γ＋ａ）／２）｝≦１．１ 但し、ｄ1：リトロー型回折格子の溝間隔、 α：リト
ロー型回折格子におけるレーザ光入射角、 λ：レーザ
光の波長、 ｍ1：リトロー型回折格子における回折光
次数、 ａ：プリズムの頂角、 ｎ0：プリズムの波長
λに対する屈折率、 Ｎ：プリズムの個数、 γ：プリ
ズムにおける入射光線と出射光線のなす角 γ＝２・ｓｉｎ-1（ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２））−ａ - 【請求項４】 レーザ光を狭帯域化するための分散素子
として、エアギャップエタロンを有する狭帯域レーザ装
置であって、前記エアギャップエタロンの両側に次式で
表す２Ｎ個のプリズムをＮ個ずつ配置したことを特徴と
する狭帯域レーザ装置。 ０．９≦｛２・Ｎ・ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２）・ｔａｎδ｝／｛ｎ・ｃｏｓ（（ γ＋ａ）／２）｝≦１．１ 但し、ｎ：雰囲気の屈折率、 Ｎ：エタロン片側に配置
されたプリズムの個数、 ａ：プリズムの頂角、
ｎ0：プリズムの波長λに対する屈折率、 γ：プリズ
ムにおける入射光線と出射光線のなす角 γ＝２・ｓｉｎ-1（ｎ0・ｓｉｎ（ａ／２））−ａ δ：レーザ光のエタロンへの入射角 - 【請求項５】 レーザ光を狭帯域化するための分散素子
として、エアギャップエタロンを有する狭帯域レーザ装
置であって、前記エアギャップエタロンの両側に次式で
表す回折格子を配置したことを特徴とする狭帯域レーザ
装置。 ０．９≦（ｍ1・λ・ｔａｎδ）／（ｎ・ｄ1・ｃｏｓβ1）≦１．１ 但し、λ：レーザ光の波長、 ｎ：雰囲気の屈折率、
δ：レーザ光のエタロンへの入射角、 ｄ1：回折格子
の溝数、 ｍ1：回折光の次数、 β1：レーザ光回折角
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12966492A JP2900703B2 (ja) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | 狭帯域レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12966492A JP2900703B2 (ja) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | 狭帯域レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05299759A JPH05299759A (ja) | 1993-11-12 |
| JP2900703B2 true JP2900703B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=15015102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12966492A Expired - Fee Related JP2900703B2 (ja) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | 狭帯域レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2900703B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2786937B1 (fr) * | 1998-12-04 | 2001-02-16 | Photonetics | Source multi-longueur d'onde |
| JP2007019056A (ja) * | 2005-07-05 | 2007-01-25 | Japan Atomic Energy Agency | 波長可変レーザー共振器及び波長掃引方法 |
| CN100431228C (zh) * | 2006-11-09 | 2008-11-05 | 复旦大学 | 一种基于级联非线性过程的高倍速率多级脉冲压缩方法 |
| FR2986379B1 (fr) * | 2012-01-30 | 2017-03-17 | Agilent Tech Inc (A Delaware Corporation) | "laser accordable en phase continue" |
-
1992
- 1992-04-22 JP JP12966492A patent/JP2900703B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05299759A (ja) | 1993-11-12 |
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| Date | Code | Title | Description |
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