JP3019411B2 - Wavelength stabilizer for narrow band laser - Google Patents

Wavelength stabilizer for narrow band laser

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JP3019411B2 JP2335419A JP33541990A JP3019411B2 JP 3019411 B2 JP3019411 B2 JP 3019411B2 JP 2335419 A JP2335419 A JP 2335419A JP 33541990 A JP33541990 A JP 33541990A JP 3019411 B2 JP3019411 B2 JP 3019411B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、狭帯域レーザ用波長安定化装置、特に紫
外線を発するエキシマレーザの波長安定化に関するもの
である。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength stabilizing device for a narrow band laser, and more particularly to a wavelength stabilizing device for an excimer laser emitting ultraviolet light.

[従来の技術] 第8図は、例えば雑誌(OPTICS AND LASER THCHNO
LOGY AUGUST 1986 p187)に示された、従来の狭帯域レ
ーザ用波長安定化装置を示す構成図である。図におい
て、1はレーザビーム、2は波長較正用のArレーザ、3
はエタロン、4、5、6は干渉縞をつくるためのレン
ズ、7は干渉縞、8a、8bは光検出器、9a、9bは差動アン
プ、10a、10bはエタロンコントローラ、11a、11bはピエ
ゾ素子、12は狭帯域用のエタロンである。
[Prior Art] FIG. 8 shows a magazine (OPTICS AND LASER THCHNO
LOGY AUGUST 1986 p187) is a configuration diagram showing a conventional wavelength stabilizing device for a narrow band laser. In the figure, 1 is a laser beam, 2 is an Ar laser for wavelength calibration, 3
Is an etalon, 4, 5, and 6 are lenses for creating interference fringes, 7 is an interference fringe, 8a and 8b are photodetectors, 9a and 9b are differential amplifiers, 10a and 10b are etalon controllers, 11a and 11b are piezos The element 12 is an etalon for a narrow band.

次に狭帯域レーザ用波長安定化装置の働きについて説
明する。
Next, the operation of the wavelength stabilizing device for a narrow band laser will be described.

狭帯域レーザのビーム1とArレーザ2のビームがそれ
ぞれエタロン3に入射する。出射するビームはエタロン
により特定の角度成分のみが選択される。このビームが
レンズ5を通ると、このレンズの焦点位置に直径が2fθ
の干渉縞7(fは焦点距離、θはビームの出射角)が現
れる。レンズ4はレーザが特定の角度成分しか持たない
ために設置されたもので、一度集光することにより平行
なビームからさまざまな角度成分を作り出すためのもの
である。散乱板で置き換えることもできる。レンズ6は
レンズ5と組にして考えたときの等価焦点距離を長くし
て干渉縞の直径を大きくするために用いられる拡大レン
ズである。
The beam 1 of the narrow band laser and the beam of the Ar laser 2 enter the etalon 3 respectively. For the emitted beam, only a specific angle component is selected by the etalon. When this beam passes through the lens 5, the diameter of the beam is 2fθ at the focal position of the lens.
(F is the focal length and θ is the emission angle of the beam). The lens 4 is provided because the laser has only a specific angle component, and is used to generate various angle components from a parallel beam by converging once. It can be replaced with a scattering plate. The lens 6 is a magnifying lens used to increase the equivalent focal length when considered in combination with the lens 5 to increase the diameter of interference fringes.

まず、図中の上半分の系を考える。Arレーザ2により
生じた干渉縞は光センサ8aで検出する。この検出器は受
光面が2分割されていて、それぞれの受光面は差動アン
プ9aに電気的に結合されており、干渉縞の位置が受光面
のどちらかに偏った場合には差動アンプに出力が現れ
る。この出力をもとにエタロンコントローラ10aはピエ
ゾ素子11aの印加電圧を加減し、干渉縞の位置の偏りが
なくなるまでエタロンのギャップ間距離を変える。その
結果、エタロンのギャップ間距離は一定に保たれる。一
方、図中下の系ではレーザビームによる干渉縞を基にし
て狭帯域レーザの波長を選択するために、共振器中に設
けられたエタロン12の角度を変える。この操作はレーザ
の光が光検出器8bの2つの受光面を偏りなく照らすまで
自動的に続けられる。
First, consider the upper half system in the figure. The interference fringe generated by the Ar laser 2 is detected by the optical sensor 8a. In this detector, the light receiving surface is divided into two, and each light receiving surface is electrically coupled to the differential amplifier 9a. If the position of the interference fringes is shifted to one of the light receiving surfaces, the differential amplifier The output appears at Based on this output, the etalon controller 10a adjusts the voltage applied to the piezo element 11a, and changes the etalon gap distance until the bias of the interference fringe is eliminated. As a result, the inter-gap distance of the etalon is kept constant. On the other hand, in the system in the lower part of the figure, the angle of the etalon 12 provided in the resonator is changed in order to select the wavelength of the narrow band laser based on the interference fringe caused by the laser beam. This operation is automatically continued until the laser beam illuminates the two light receiving surfaces of the photodetector 8b without bias.

狭帯域レーザの波長を所望の波長にしたいときは別の
分光器で波長を観測し、所望の波長になったところで光
検出器の位置を移動させ、干渉縞が受光面を偏りなく照
らすようにしてやればよい。
If you want to set the wavelength of the narrow band laser to the desired wavelength, observe the wavelength with another spectrometer, and move the position of the photodetector when the desired wavelength is reached so that the interference fringes illuminate the light receiving surface without bias Do it.

[発明が解決しようとする課題] 従来の狭帯域レーザ用波長安定化装置は以上のように
構成されおり、Arレーザの明るくて鋭い波長を使用して
いた。また、モニタ用のエタロンのギャップ間隔を高精
度に制御する必要や、受光素子の位置を安定に保つ必要
があった。さらに、狭帯域レーザとしてエキシマレーザ
を使用する場合は、波長がArレーザと大きく異なるため
に屈折率の波長による違いや、温度や圧力など環境変化
に対する変化を正確につかんでいないと、干渉縞を特定
の位置に持ってきたとしても波長を所望する波長にでき
ないという問題や、環境変化によって波長がずれるとい
う問題が生じた。
[Problems to be Solved by the Invention] The conventional wavelength stabilizing device for a narrow band laser is configured as described above, and uses a bright and sharp wavelength of an Ar laser. In addition, it is necessary to control the gap interval of the monitor etalon with high accuracy and to keep the position of the light receiving element stable. Furthermore, when an excimer laser is used as a narrow-band laser, the interference fringes can be generated unless the difference in refractive index due to the wavelength or the change with environmental changes such as temperature and pressure is accurately grasped because the wavelength is significantly different from that of the Ar laser. Even if it is brought to a specific position, there is a problem that the wavelength cannot be changed to a desired wavelength, and a problem that the wavelength shifts due to an environmental change occurs.

その結果、所望する波長をずらせたいときは別の高精
度分光器が必要であり、環境変化を少なくするためにモ
ニタ用エタロンを恒温容器に入れなければならなかっ
た。
As a result, when it is desired to shift the desired wavelength, another high-precision spectroscope is required, and the etalon for monitoring has to be put in a thermostat to reduce environmental changes.

また、特開昭64−22086号公報に示されたレーザ装置
の波長制御装置では、較正用光源による干渉縞とレーザ
による干渉縞を一致させるか、一定間隔に制御するとし
ている。しかしながらこの場合にも、モニタ用のエタロ
ンが変化すると干渉縞の位置が同じでも波長が狂うた
め、エタロンの環境を安定に保つ必要があった。
Further, in a wavelength control device of a laser device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 64-22086, the interference fringe by the calibration light source and the interference fringe by the laser are controlled to be equal to each other or controlled at a constant interval. However, also in this case, if the etalon for monitoring changes, the wavelength goes wrong even if the position of the interference fringe is the same, so that it is necessary to keep the environment of the etalon stable.

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたものであり、環境変化に対しても、レーザ波長を所
望する波長に安定して保つことが可能な狭帯域レーザ用
波長安定化装置を得ることを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and a wavelength stabilizing device for a narrow band laser capable of stably maintaining a laser wavelength at a desired wavelength even with environmental changes. The purpose is to obtain.

[課題を解決するための手段] この発明に係わる狭帯域レーザ用波長安定化装置は、
較正用光源により生じた干渉縞の2個の径を計測し、後
述の(2)式から後述のeHを演算して、このeHと要求さ
れる波長から後述の(3)式を用いて後述の計算値e
L(計算)を演算し、さらに上記レーザにより生じた干
渉縞の2個の径を計測し、この計測された2個の径から
(2)式により後述の測定値eL(測定)を演算して、こ
の測定値eL(測定)と上記計算値eL(計算)の差が所定
値以下になるよう上記レーザの発振波長を制御する手段
を備えたものである。
[Means for Solving the Problems] A wavelength stabilizing device for a narrow band laser according to the present invention comprises:
Two diameters of the interference fringes generated by the calibration light source is measured, by calculating e H below from below equation (2), using the below equation (3) from the wavelength that is required with this e H Calculated value e
L (calculation) is calculated, two diameters of the interference fringes generated by the laser are measured, and a measured value e L (measurement) to be described later is calculated from the measured two diameters according to equation (2). Then, there is provided means for controlling the oscillation wavelength of the laser so that the difference between the measured value e L (measurement) and the calculated value e L (calculated) becomes equal to or smaller than a predetermined value.

また、必要とされるレーザの波長精度に相当する屈折
率の有効桁数を満たす範囲の波長を有する較正用光源を
備え、分光器によりレーザの発振波長を較正した時の、
上記較正用光源により生じた干渉縞の径をDH′、レーザ
により生じた干渉縞の径をDL′とし、その後のレーザ動
作時に較正用光源により生じた干渉縞の径をDH、レーザ
により生じた干渉縞の径をDLとする時、 DH 2−DH=DL 2−DL となるようレーザの発振波長を制御する手段を備えたも
のである。
Further, a calibration light source having a wavelength in a range that satisfies the effective number of the refractive index corresponding to the required wavelength accuracy of the laser is provided, and when the oscillation wavelength of the laser is calibrated by the spectroscope,
The diameter of the interference fringes generated by the calibration light source is D H ′, the diameter of the interference fringes generated by the laser is D L ′, and the diameter of the interference fringes generated by the calibration light source during subsequent laser operation is D H , when the diameter D L of the interference fringes generated by, those having a means for controlling the oscillation wavelength of the laser so that the D H 2 -D H '2 = D L 2 -D L' 2.

[作用] この発明における狭帯域レーザ用波長安定化装置にお
いては較正用光源により応じた干渉縞の径とレーザによ
り生じた干渉縞の径をそれぞれ2個づつ、合計4個の径
を測定して発振波長を制御するようにしたので、波長安
定化機構の光学系のアレンジや環境が多少変化してもレ
ーザ波長の決定には影響しない。
[Operation] In the wavelength stabilizing device for a narrow band laser according to the present invention, the diameter of the interference fringes according to the calibration light source and the diameter of the interference fringes generated by the laser are measured two by two, a total of four diameters. Since the oscillation wavelength is controlled, even if the arrangement or environment of the optical system of the wavelength stabilizing mechanism is slightly changed, it does not affect the determination of the laser wavelength.

また、あらかじめレーザの発振波長を較正した時に生
じる較正用光源による干渉縞の径とレーザによる干渉縞
の径を測定し、レーザ動作時に生じる較正用光源による
干渉縞の径とレーザによる干渉縞の径によりレーザの発
振波長を制御するので、レーザ動作時に測定する干渉縞
の径が少なく、簡単な計測手段により、レーザ波長を精
度よく所望する波長に保つことができる。
In addition, the diameter of the interference fringe caused by the calibration light source and the diameter of the interference fringe caused by the laser generated when the laser oscillation wavelength is calibrated in advance are measured. Controls the oscillation wavelength of the laser, the diameter of the interference fringe measured during laser operation is small, and the laser wavelength can be accurately maintained at a desired wavelength by a simple measuring means.

[実施例] 以下、この発明の一実施例について説明する。第1図
において、1から6は従来例と同等の働きをするもので
ある。なお、較正用光源2は低圧水銀ランプを用いてい
る。13は干渉縞を読み取るためのイメージセンサ、14は
光ファイバ、15は干渉縞解析部、16は制御部、17はエタ
ロンコントローラである。
Example An example of the present invention will be described below. In FIG. 1, reference numerals 1 to 6 function similarly to the conventional example. The light source 2 for calibration uses a low-pressure mercury lamp. 13 is an image sensor for reading interference fringes, 14 is an optical fiber, 15 is an interference fringe analyzer, 16 is a controller, and 17 is an etalon controller.

次に、動作について説明する。光ファイバ14より導か
れたエキシマレーザのビーム1と低圧水銀ランプ2の光
がエタロン3を通過すると、特定の角度成分をもつ光だ
けになる。この光はレンズ5、6により集められ、イメ
ージセンサ上に干渉縞を形成する。第2図はイメージセ
ンサ13の出力としてあらわれる干渉縞の光強度分布を示
したもので、(A)は水銀ランプを消灯してレーザビー
ムだけにしたときの干渉縞であり、(B)は水銀ランプ
のみを点灯したときの干渉縞である。DL、DHは各々レ
ーザ及び水銀ランプによる干渉縞の直径を示す。光学の
教科書(例えば、(Born & Wolf)光学の原理)による
と、干渉縞の直径をDとした場合、次の式が成立する。
Next, the operation will be described. When the beam 1 of the excimer laser guided from the optical fiber 14 and the light of the low-pressure mercury lamp 2 pass through the etalon 3, only the light having a specific angle component is generated. This light is collected by the lenses 5 and 6 and forms interference fringes on the image sensor. FIG. 2 shows the light intensity distribution of the interference fringes appearing as the output of the image sensor 13, wherein (A) shows the interference fringes when the mercury lamp is turned off and only the laser beam is used, and (B) shows the mercury fringes. This is an interference pattern when only the lamp is turned on. DL and DH indicate diameters of interference fringes by a laser and a mercury lamp, respectively. According to a textbook on optics (for example, the principle of (Born & Wolf) optics), when the diameter of an interference fringe is D, the following equation is established.

D2=4λf2(p−1+e)/n・d (1) ここで、λは波長、ndはエタロンのギャップ間の光学
的距離、pは中心からp番目の干渉縞であることを表
し、eは端数と呼ばれる数である。複数の干渉縞の直径
が測定できるようにイメージセンサ13を配置すれば、こ
の測定結果をもとに干渉縞解析部15において次のような
演算を行い、eを決定する。
D 2 = 4λf 2 (p−1 + e) / n · d (1) where λ is the wavelength, nd is the optical distance between the etalon gaps, and p is the p-th interference fringe from the center, e is a number called a fraction. If the image sensor 13 is arranged so that the diameters of a plurality of interference fringes can be measured, the following calculation is performed in the interference fringe analysis unit 15 based on the measurement results to determine e.

e=((D(P=2)/D(P=1))−1)
-1 (2) 一方、得たいレーザの波長λに対して、eL(レーザに
対するe)は次の式より計算できる。
e = ((D (P = 2) / D (P = 1)) 2 -1)
-1 (2) On the other hand, for a desired wavelength λ of the laser, e L (e for the laser) can be calculated from the following equation.

mは干渉縞のその波長にたいする次数、nは屈折率で
あり、添え字のHは水銀、Lはレーザにたいするもので
あることを示す。なお、eHは水銀ランプに対する干渉縞
を測定して、(2)式より得られる値である。
m is the order of the interference fringes with respect to the wavelength, n is the refractive index, the subscript H indicates mercury, and L indicates the laser. Incidentally, e H measures the interference fringes for a mercury lamp, a value obtained from equation (2).

言い替えれば干渉縞の測定手段として、イメージセン
サ13を用い、複数の干渉縞が測定できるようにすれば所
望の波長が多少変わっても(次数mが変わらない範囲
で)、(3)式の計算より求められる計算値eLと、直径
の測定より(2)式から求められる測定値eLとの比較を
干渉縞解析部15で行い、上記各eLが等しくなるように狭
帯域レーザの波長を変えてやれば、特に別の分光器がな
くとも所望の波長にすることができる。
In other words, if the image sensor 13 is used as the interference fringe measuring means and a plurality of interference fringes can be measured, even if the desired wavelength slightly changes (to the extent that the order m does not change), the calculation of the equation (3) is performed. calculated values e L more demanded, compares the measured values e L obtained from the from the measurement of the diameter (2) in an interference fringe analysis unit 15, the wavelength of the narrow band laser as above e L is equal By changing the wavelength, it is possible to obtain a desired wavelength without a separate spectroscope.

第3図はこの発明の一実施例による狭帯域レーザ用波
長安定化装置の動作を説明するフローチャートであり、
ステップS1では較正用光源2の干渉縞の直径を測り、ス
テップS2でこの較正用光源のeHを(2)式より計算す
る。ステップS3ではこのeHを使って(3)式よりeLを計
算する。次に、ステップS4ではレーザの干渉縞を測り、
ステップS5で(2)式を用いてeLを計算する。ステップ
S6では、上記ステップS3で求めたeL(eL(計算)とす
る)と、上記ステップS5で求めたeL(eL(測定)とす
る)との差をとり、この差が充分小さいかどうかを調べ
る。小さくなければステップS7でレーザの波長を変え、
再びステップS4に戻り、干渉縞の直径を測る。小さけれ
ばステップS8で停止命令があるかを調べ、なければステ
ップS9で動作時間がt0(レーザの動作中の雰囲気変化の
時定数より得られる値)より小さいか調べる。即ち雰囲
気変化を生じるような時間が経過すれば較正用光源の干
渉縞の直径を測定しなおし、上記時間以内であればレー
ザの干渉縞の径を再び測定するようにしている。
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the wavelength stabilizing device for a narrow band laser according to one embodiment of the present invention;
In step S1 Measure the diameter of the interference fringes of the calibration light source 2, the e H of the calibration light source in Step S2 (2) calculating from the equation. In step S3 using this e H (3) to calculate the e L from the equation. Next, in step S4, a laser interference fringe is measured,
In step S5, e L is calculated using equation (2). Steps
In S6, the difference between e L (referred to as e L (calculation)) obtained in step S3 and e L (referred to as e L (measurement)) obtained in step S5 is taken, and this difference is sufficiently small. Find out if. If not, change the wavelength of the laser in step S7,
Returning to step S4, the diameter of the interference fringes is measured. If it is smaller, it is checked in step S8 whether there is a stop command. If not, in step S9, it is checked whether the operation time is smaller than t 0 (a value obtained from a time constant of an atmosphere change during laser operation). That is, the diameter of the interference fringes of the calibration light source is measured again after a lapse of time that causes a change in atmosphere, and the diameter of the interference fringes of the laser is measured again within the above time.

ところで従来例のように較正用光源としてArレーザに
より較正した場合を考える。第4図に示したように屈折
率は波長により異なっている。特にエキシマレーザのよ
うに紫外域のレーザではnの変化が大きく、Arレーザの
波長のnとは2x10-5の差がある。そのために屈折率の波
長変化がよほど正確に求められていないかぎり波長精度
は5桁程度しか保証できない。
Now, consider a case where calibration is performed by an Ar laser as a calibration light source as in the conventional example. As shown in FIG. 4, the refractive index differs depending on the wavelength. In particular, in an ultraviolet laser such as an excimer laser, the change in n is large, and there is a difference of 2 × 10 −5 from the wavelength n of the Ar laser. Therefore, unless the wavelength change of the refractive index is obtained very accurately, the wavelength accuracy can be guaranteed only about 5 digits.

一方、KrFエキシマレーザ(248nm)に対して水銀ラン
プ(波長253nm)を用いた場合は屈折率の差がもう1桁
小さく、波長精度を6桁以下にできる。同様に、ArFエ
キシマレーザ(193nm)に対しては、水銀ランプの185nm
のラインを用いればよい。このように6桁の精度を保証
するためには、第4図から屈折率で5桁目が同じとなる
波長(例えばこの場合、300nm程度)の光源を用いると
よい。ここでは水銀ランプについて述べたが、鉄のホロ
ーカソードランプ(248nm)など、他の光源でも波長が
レーザと近いものであれば利用が可能である。また、他
の狭帯域レーザにおいても波長が近い光源を用意すれ
ば、同様の操作により波長を較正する事ができる。
On the other hand, when a mercury lamp (wavelength 253 nm) is used with respect to a KrF excimer laser (248 nm), the difference in refractive index is smaller by another digit, and the wavelength accuracy can be reduced to 6 digits or less. Similarly, for an ArF excimer laser (193 nm), a mercury lamp of 185 nm
May be used. In order to guarantee the accuracy of six digits as described above, it is preferable to use a light source having a wavelength (for example, about 300 nm in this case) having the same refractive index in the fifth digit from FIG. Although a mercury lamp has been described here, other light sources such as an iron hollow cathode lamp (248 nm) can be used as long as the wavelength is close to that of a laser. If a light source having a similar wavelength is prepared for other narrow band lasers, the wavelength can be calibrated by the same operation.

このようにレーザの波長と較正用光源の波長が近い場
合、精度の向上が望める。さらに、この場合には
(2)、(3)式の代わりに次のようなパラメータQを
導入することもできる。
As described above, when the wavelength of the laser and the wavelength of the light source for calibration are close to each other, improvement in accuracy can be expected. Further, in this case, the following parameter Q can be introduced instead of the equations (2) and (3).

Q=(DL1 2−DH1 2)/(DH2 2−DH1 2) (4) ここでDL1はレーザに対する1番目の干渉縞の直径、D
H1及びDH2は各々水銀ランプに対する1番目及び2番目
の干渉縞の直径である。一方、 Q=mH+mLλ/λ (5) ここで、(5)式により期待されるQに対して、干渉
縞の直径の観測データを用いて(4)式より求められる
Qが等しくなるように狭帯域エキシマレーザの波長を変
えてやれば、波長を所望の値にすることができる。この
場合、レーザの干渉縞は1つ測定すればよいことにな
り、測定時間を短縮できる。
Q = (D L1 2 −D H1 2 ) / (D H2 2 −D H1 2 ) (4) where D L1 is the diameter of the first interference fringe to the laser, D
H1 and D H2 are the diameters of the first and second fringes, respectively, for the mercury lamp. On the other hand, Q = m H + m L λ / λ H (5) Here, with respect to Q expected from the equation (5), Q obtained from the equation (4) using observation data of the diameter of the interference fringe is If the wavelength of the narrow band excimer laser is changed so as to be equal, the wavelength can be set to a desired value. In this case, only one interference fringe of the laser needs to be measured, and the measurement time can be reduced.

さらに、所望の波長が決定していて最初だけ分光器の
使用が可能な場合には、分光器により波長を較正したと
きのそれぞれの干渉縞の直径をD′とすれば、次の式が
成り立つようにすることにより、モニタ用のエタロンの
ギャップ長や屈折率が多少変化しても波長を保つことが
できる。
Further, in the case where the desired wavelength is determined and the spectroscope can be used only at the beginning, if the diameter of each interference fringe when the wavelength is calibrated by the spectrometer is D ′, the following equation is established. By doing so, the wavelength can be maintained even if the gap length or the refractive index of the monitor etalon slightly changes.

Fはこの場合のパラメータである。特にレーザと波長
が近い場合には、mLλL/mHλ≒1と置けるので、式は
さらに簡単になり、 G=DH 2−D′H 2=DL 2−D′L 2 (7) Gはこの場合のパラメータである。この場合は水銀ラ
ンプの干渉縞も一個でよいので測定時間が短縮できる
上、レンズ5、6により干渉縞を拡大し、それぞれの干
渉縞が一個づつイメージセンサに入るようにしてやれば
測定精度を向上させることもできる。
F is a parameter in this case. Especially when the laser and the wavelength is short, so put the m L λ L / m H λ H ≒ 1, wherein the even easier, G = D H 2 -D ' H 2 = D L 2 -D' L 2 (7) G is a parameter in this case. In this case, the measurement time can be shortened because only one interference fringe of the mercury lamp is required, and the interference fringes are enlarged by the lenses 5 and 6 so that each interference fringe enters the image sensor one by one to improve the measurement accuracy. It can also be done.

以上の例では直径を算出するために干渉縞の中心をは
さんで2つのピークを検出したが、あらかじめ干渉縞の
中心位置がわかっている場合には1つのピークを検出
し、これにより干渉縞の半径を求めて、これより同様の
パラメータを算出してもよく、同様の議論ができる。
In the above example, two peaks were detected across the center of the interference fringes to calculate the diameter. However, if the center position of the interference fringes was known in advance, one peak was detected. May be obtained, and a similar parameter may be calculated from the radius.

なお、第5図は水銀ランプを波長較正用光源として利
用する場合の注意点を示したものである。低圧水銀ラン
プのスペクトルは水銀のいくつかの同位体の存在のため
に5pm程度の広がりを持っている。ところが、ランプを
点灯して時間が立つと、第6図にあるように水銀の飽和
蒸気圧が増すために波長の広がりと自己吸収によるくぼ
みが観測されるようになる。その結果、水銀ランプの干
渉縞の読み取り精度が低下する。これを防ぐため、電源
との間に可変抵抗を設けてランプに投入される電力を制
限した。投入電力としては1W/cm3を目安とした。あるい
は、水銀ランプにフィン18をつけて空冷したり、放電管
の一部を水冷してやれば水銀の蒸気圧を抑えることがで
きる。
FIG. 5 shows points to note when a mercury lamp is used as a wavelength calibration light source. The spectrum of a low-pressure mercury lamp has a spread of around 5pm due to the presence of some isotopes of mercury. However, when the lamp is turned on for a long time, the saturation vapor pressure of mercury increases, as shown in FIG. 6, so that the spread of the wavelength and the depression due to self-absorption are observed. As a result, the accuracy of reading interference fringes of the mercury lamp decreases. To prevent this, a variable resistor is provided between the power supply and the power supply to limit the power supplied to the lamp. The input power was set to 1 W / cm 3 as a guide. Alternatively, the vapor pressure of mercury can be suppressed by attaching a fin 18 to the mercury lamp and air-cooling it, or by cooling a part of the discharge tube with water.

第7図は波長モニタの部分の別の例で、モニタ用のエ
タロンを密封するための容器19と恒温容器20と狭帯域フ
ィルタ21が追加されている。
FIG. 7 shows another example of the wavelength monitor, in which a container 19 for sealing an etalon for monitoring, a thermostatic container 20 and a narrow band filter 21 are added.

レーザと較正ランプを常に比較しておればモニタ用エ
タロンの安定性にはさほど気を使う必要はないが、波長
制御を高速で行うには較正ランプ点灯回数を減らす必要
がある。そこで、密封容器と恒温容器によりエタロンの
環境にあるガスの密度を一定に保つとともに、狭帯域フ
ィルタ21により水銀ランプ2より出る、他の波長の光や
熱線をカットしてエタロンの温度が上昇するのを防いだ
ところ、波長を一定に保つことができ、較正ランプの点
灯回数を減らす事が可能になった。
If you always compare the laser and the calibration lamp, you do not need to pay much attention to the stability of the monitor etalon, but to perform wavelength control at high speed, you need to reduce the number of times the calibration lamp is turned on. Therefore, while keeping the density of the gas in the etalon environment constant by the sealed container and the thermostatic container, the temperature of the etalon rises by cutting off light and heat rays of other wavelengths emitted from the mercury lamp 2 by the narrow band filter 21. When this was prevented, the wavelength could be kept constant, and the number of times the calibration lamp was turned on could be reduced.

[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、エタロンにより生
じた干渉縞を利用してレーザの発振波長を測定し、この
測定結果に基づいて上記レーザの発振波長を制御するも
のにおいて、上記発振波長を較正するための較正用光源
を備え、この較正用光源により生じた干渉縞の2個の径
を計測し、(2)式からeHを演算して、このeHと要求さ
れる波長から(3)式を用いて計算値eL(計算)を演算
し、さらに上記レーザにより生じた干渉縞の2個の径を
計測し、この計測された2個の径から(2)式により測
定値eL(測定)を演算して、この測定値eL(測定)と上
記計算値eL(計算)の差が所定値以下になるように上記
レーザの発振波長を制御する手段を備えたので、較正用
光源の波長がレーザの波長と多少異なっている場合で
も、波長安定化機構の光学系のアレンジが多少変化して
も、またエタロンの雰囲気(温度、圧力)などが変化し
ても、レーザ波長を保てるようになる効果がある。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the oscillation wavelength of a laser is measured using interference fringes generated by an etalon, and the oscillation wavelength of the laser is controlled based on the measurement result. , comprising a calibration light source for calibrating the oscillation wavelength, the two diameters of the interference fringes generated by the calibration light source is measured, by calculating e H from equation (2), request the e H The calculated value e L (calculation) is calculated from the obtained wavelength by using the equation (3), two diameters of the interference fringes generated by the laser are measured, and (2) is calculated from the two measured diameters. The measured value e L (measurement) is calculated according to the formula, and the oscillation wavelength of the laser is controlled so that the difference between the measured value e L (measurement) and the calculated value e L (calculated) is equal to or less than a predetermined value. Means, the wavelength of the calibration light source is slightly different from the wavelength of the laser. Also arrange some change in the optical system of the wavelength stabilization mechanism and an atmosphere of the etalon (temperature, pressure) even such changes, the effect of so maintain the laser wavelength.

また、必要とされるレーザの波長精度に相当する屈折
率の有効桁数を満たす範囲の波長を有する較正用光源を
備え、分光器により上記レーザの発振波長を較正した時
の、上記較正用光源により生じた干渉縞の径をDH′、上
記レーザにより生じた干渉縞の径をDL′とし、その後の
上記レーザ動作時に較正用光源により生じた干渉縞の径
をDH、上記レーザにより生じた干渉縞の径をDLとする
時、 DH 2−DH=DL 2−DL となるよう上記レーザの発振波長を制御する手段を備え
たので、レーザ動作時に測定を必要とする干渉縞の径が
少なく、簡単な計測手段により、レーザ波長を精度よく
所望する波長に保つことができる。
A calibration light source having a wavelength within a range that satisfies an effective number of a refractive index corresponding to a required wavelength accuracy of the laser; and the calibration light source when the oscillation wavelength of the laser is calibrated by a spectroscope. The diameter of the interference fringes generated by the above is D H ′, the diameter of the interference fringes generated by the laser is D L ′, and the diameter of the interference fringes generated by the calibration light source during the subsequent laser operation is D H , by the laser when the diameter of the resulting interference fringes and D L, since with a means for controlling the oscillation wavelength of the laser so that the D H 2 -D H '2 = D L 2 -D L' 2, during the laser operation The diameter of the interference fringes requiring measurement is small, and the laser wavelength can be accurately maintained at a desired wavelength by a simple measuring means.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の一実施例による狭帯域レーザ用波長
安定化装置を示す構成図、第2図(A)(B)は各々こ
の発明の一実施例に係わる干渉縞を示す説明図、第3図
はこの発明の一実施例による狭帯域レーザ用波長安定化
装置の動作を示すフローチャート、第4図は波長と屈折
率の関係を示す説明図、第5図はこの発明の一実施例に
係わる較正用ランプを示す構成図、第6図はこの発明の
一実施例に係わる水銀ランプの波長の広がりを示す説明
図、第7図はこの発明の他の実施例に係わる狭帯域レー
ザ用波長安定化装置を示す構成図、並びに第8図は従来
の狭帯域波長安定化装置を示す構成図である。 図において、1はレーザビーム、2は較正用光源、3は
エタロン、13はイメージセンサ、15は干渉縞解析部、16
は制御部、17はエタロンコントローラである。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a block diagram showing a wavelength stabilizing device for a narrow band laser according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2 (A) and 2 (B) are explanatory diagrams showing interference fringes according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the wavelength stabilizing device for a narrow band laser according to one embodiment of the present invention, FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between wavelength and refractive index, and FIG. 5 is an embodiment of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a wavelength spread of a mercury lamp according to one embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram for a narrow band laser according to another embodiment of the present invention. FIG. 8 is a configuration diagram showing a wavelength stabilizing device, and FIG. 8 is a configuration diagram showing a conventional narrow band wavelength stabilizing device. In the figure, 1 is a laser beam, 2 is a calibration light source, 3 is an etalon, 13 is an image sensor, 15 is an interference fringe analyzer, 16
Is a control unit, and 17 is an etalon controller. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−101683(JP,A) APPLIED OPTICS Vo l.26 No.17(1987)p.3659− 3662 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 H01S 3/13 - 3/139 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-1-101683 (JP, A) APPLIED OPTICS Vol. 26 No. 17 (1987) p. 3659−3662 (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 3/00 H01S 3/13-3/139

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】エタロンにより生じた干渉縞を利用してレ
ーザの発振波長を測定し、この測定結果に基づいて上記
レーザの発振波長を制御するものにおいて、上記発振波
長を較正するための較正用光源を備え、この較正用光源
により生じた干渉縞の2個の径を計測し、この計測され
た2個の径と要求される波長から計算値eL(計算)を演
算し、さらに上記レーザにより生じた干渉縞の2個の径
を計測し、この計測された2個の径から測定値eL(測
定)を演算して、この測定値eL(測定)と上記計算値eL
(計算)の差が所定値以下になるように上記レーザの発
振波長を制御する手段を備えたことを特徴とする狭帯域
レーザ用波長安定化装置。
An apparatus for measuring an oscillation wavelength of a laser using interference fringes generated by an etalon and controlling the oscillation wavelength of the laser based on the measurement result. A light source, measuring two diameters of interference fringes generated by the calibration light source, calculating a calculated value e L (calculation) from the measured two diameters and a required wavelength; The two diameters of the interference fringes generated by the measurement are measured, and a measured value e L (measurement) is calculated from the two measured diameters, and the measured value e L (measurement) and the calculated value e L are calculated.
A wavelength stabilizing device for a narrow band laser, comprising: means for controlling the oscillation wavelength of the laser so that the difference of (calculation) becomes equal to or less than a predetermined value.
【請求項2】エタロンにより生じた干渉縞を利用してレ
ーザの発振波長を測定し、この測定結果に基づいて上記
レーザの発振波長を制御するものにおいて、必要とされ
るレーザの波長精度に相当する屈折率の有効桁数を満た
す範囲の波長を有する較正用光源を備え、分光器により
上記レーザの発振波長を較正した時の、上記較正用光源
により生じた干渉縞の径をDH′、上記レーザにより生じ
た干渉縞の径をDL′とし、その後の上記レーザ動作時に
較正用光源により生じた干渉縞の径をDH、上記レーザに
より生じた干渉縞の径をDLとする時、 DH 2−DH=DL 2−DL となるよう上記レーザの発振波長を制御する手段を備え
たことを特徴とする狭帯域レーザ用波長安定化装置。
2. A method for measuring an oscillation wavelength of a laser using interference fringes generated by an etalon and controlling the oscillation wavelength of the laser based on the measurement result. A calibration light source having a wavelength in a range that satisfies the effective number of refractive indices to be provided, and when the oscillation wavelength of the laser is calibrated by a spectroscope, the diameter of the interference fringe generated by the calibration light source is D H ', When the diameter of the interference fringes generated by the laser is D L ′, the diameter of the interference fringes generated by the calibration light source during the subsequent laser operation is D H , and the diameter of the interference fringes generated by the laser is D L , D H 2 -D H '2 = D L 2 -D L' 2 and so as wavelength stabilizing system for the narrow-band laser, characterized in that it comprises means for controlling the oscillation wavelength of the laser.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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