JP4925085B2

JP4925085B2 - 深紫外レーザー光の発生方法および深紫外レーザー装置

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Publication number: JP4925085B2
Application number: JP2005271429A
Authority: JP
Inventors: 有史金田; 佳治浦田; 智之和田
Original assignee: Megaopto Co Ltd
Current assignee: Megaopto Co Ltd
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2025-09-20
Also published as: JP2007086108A

Description

本発明は、深紫外レーザー光の発生方法および深紫外レーザー装置に関し、さらに詳細には、非線形光学効果を用いた波長変換技術を利用して深紫外域（波長約１９０〜２７０ｎｍ）の波長の深紫外レーザー光を発生するようにした深紫外レーザー光の発生方法および深紫外レーザー装置に関する。

近年、深紫外レーザー光を発生する深紫外レーザー装置が、例えば、半導体製造工程などの電子産業分野などにおける微細加工技術への応用を目指して種々提案されている。

こうした従来の深紫外レーザー装置は、非線形光学効果を用いた波長変換技術の応用により、目的の波長を備えた深紫外レーザー光を発生するように構成されているものであった。

即ち、従来の深紫外レーザー装置は、高調波発生によりレーザー光の周波数を逓倍したり、あるいは、既存のレーザーを組み合わせて二つの入力されたレーザー光の周波数の和の周波数を持つレーザー光を発生する和周波発生により、目的の波長のレーザー光を得るようになされていた。

ところが、単純な第２高調波発生（周波数を２倍、即ち、波長を半分にする。）やその繰り返しによる高調波発生では、約１９０〜２００ｎｍの波長領域のレーザー光を発生することは困難であるという問題点があった。

同様に、一般に使用されている固体レーザーの波長の組み合わせによる和周波発生では、１９０〜２００ｎｍの波長領域のレーザー光を発生させることは困難であるという問題点があった。

一方、光学的非線形性を有する材料の中で、約１９０〜２００ｎｍの波長領域で充分な透明性を持ったものは限られており、さらに、実効的な波長変換のために必要な条件である位相整合条件を満たす結晶も少ないため、こうした点においても約１９０〜２００ｎｍの波長領域のレーザー光を発生させることは困難であるという問題点があった。

ところで、一般に、レーザー波長変換を行う非線形光学媒質の非線形性はｐｍ／Ｖのオーダーであり、レーザー光を単純に通過させるだけでは効率のよい波長変換は不可能であることが知られている。このため、従来においては、外部共振器を用い、当該外部共振器内に閉じ込められたレーザー光の中に非線形媒質を配置することにより、波長変換効率を向上させるという手法が用いられていた。

しかしながら、こうした手法においては、外部共振器の共振器長をレーザー光の波長の整数倍に同期させる必要があり、このための複雑なサーボ系が必要となって構成が複雑化するという問題点があり、また、外部共振器の光学損失を少なく保つことも必要であることが指摘されていた。

なお、上記した外部共振器を用いる手法を応用して、アルゴンレーザーの第２高調波とＮｄ：ＹＡＧレーザーとの和周波発生により、約１９８．５ｎｍのレーザー光を発生させるようにした技術が知られているが、外部共振器を用いる手法には上記したような問題点があるため、産業用途として広く利用を図ることは困難であった。

一方、パルスレーザーの応用により、パワーの尖頭値をあげることにより非線形波長変換効率を上げる手法も提案されており、光通信用デバイスを応用した波長約１．５４７μｍのレーザー光源の第８高調波によって、波長が約１９３．４ｎｍのレーザー光を発生する光源が実現されている。このような光源の約１９３．４ｎｍの波長は、フッ化アルゴンレーザーにより得られるレーザー光の波長と共通であり、半導体製造の分野においては非常に注目されている波長である。

上記したような様々な背景から、現在においては、深紫外域の波長の深紫外レーザー光を効率よく発生させ、さらに、高出力化することのできる深紫外レーザー光の発生方法および紫外線レーザー装置の提案が強く望まれている。

なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。

本発明は、従来の技術の有する上記したような要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、波長が約２００ｎｍ以下であるような深紫外レーザー光を効率良く発生することができるようにした深紫外レーザー光の発生方法および紫外線レーザー装置を提供しようとするものである。

また、本発明の目的とするところは、波長が約２００ｎｍ以下であるような深紫外レーザー光を高出力で発生することができるようにした深紫外レーザー光の発生方法および紫外線レーザー装置を提供しようとするものである。

さらに、本発明の目的とするところは、低コスト化を図りながら、波長が約２００ｎｍ以下であるような深紫外レーザー光を発生することができるようにした深紫外レーザー光の発生方法および紫外線レーザー装置を提供しようとするものである。

さらにまた、本発明の目的とするところは、信頼性を大幅に向上させながら、波長が約２００ｎｍ以下であるような深紫外レーザー光を発生することができるようにした深紫外レーザー光の発生方法および紫外線レーザー装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、約１μｍ帯の波長のレーザー光の第４高調波と約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光との２回にわたる和周波混合によって、波長が約２００ｎｍ以下のレーザー光を得るようにしたものである。

図１には、こうした本発明の原理が示されており、この図１を参照しながら説明すると、本発明においては、約１μｍ帯の波長のレーザー光の高調波発生によりその第２高調波を得て、さらにこの第２高調波の高調波発生により第４高調波を得る。そして、この第４高調波と約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光との和周波発生によるレーザー光（第１和周波発生レーザー光）を得て、この第１和周波発生レーザー光と約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光との和周波発生によるレーザー光（第２和周波発生レーザー光）を得ると、この第２和周波発生レーザー光は波長が約２００ｎｍ以下のレーザー光となる。

即ち、本発明は、約１μｍ帯の波長のレーザー光の第４高調波と約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光との和周波発生により得られるレーザー光と、約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光との和周波発生により、波長が約２００ｎｍ以下のレーザー光を得るようにしたものである。

ここで、約１μｍ帯の波長のレーザー光が約１．０６μｍ帯の波長のレーザー光であり、約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光が約１．４２μｍ帯の波長のレーザー光である場合には、本発明によると、約１．０６μｍ帯の波長のレーザー光の第４高調波と約１．４２μｍ帯の波長のレーザー光との和周波発生により得られるレーザー光と、約１．４２μｍ帯の波長のレーザー光とを和周波発生することにより、約１９３ｎｍ帯の波長のレーザー光を得ることができる。

また、約１μｍ帯の波長のレーザー光が約１．０３μｍ帯の波長のレーザー光であり、約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光が約１．５５μｍ帯の波長のレーザー光である場合には、本発明によると、約１．０３μｍ帯の波長のレーザー光の第４高調波と約１．５５μｍ帯の波長のレーザー光との和周波発生により得られるレーザー光と、約１．５５μｍ帯の波長のレーザー光とを和周波発生することにより、約１９３ｎｍ帯の波長のレーザー光を得ることができる。

より詳細には、約１μｍ帯の波長のレーザー光が約１．０６４μｍ帯の波長のレーザー光であり、約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光が約１．４１５μｍ帯の波長のレーザー光である場合には、本発明によると、約１．０６４μｍ帯の波長のレーザー光の第４高調波と約１．４１５μｍ帯の波長のレーザー光との和周波発生により得られるレーザー光と、約１．４１５μｍ帯の波長のレーザー光とを和周波発生することにより、約１９３．４ｎｍ帯の波長のレーザー光を得ることができる。

また、約１μｍ帯の波長のレーザー光が約１．０３１μｍ帯の波長のレーザー光であり、約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光が約１．５５０μｍ帯の波長のレーザー光である場合には、本発明によると、約１．０３１μｍ帯の波長のレーザー光の第４高調波と約１．５５０μｍ帯の波長のレーザー光との和周波発生により得られるレーザー光と、約１．５５０μｍ帯の波長のレーザー光とを和周波発生することにより、約１９３．４ｎｍ帯の波長のレーザー光を得ることができる。

即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、１μｍ帯の波長のレーザー光により波長２００ｎｍ以下のレーザー光を発生する深紫外レーザー光の発生方法において、第１の非線形光学結晶に１μｍ帯の波長のレーザー光を入射し、上記１μｍ帯の波長のレーザー光の第２高調波を発生し、第２の非線形光学結晶に上記第１の非線形光学結晶により発生した上記第２高調波を入射し、上記第２高調波から上記１μｍ帯の波長のレーザー光の第４高調波を発生し、光パラメトリック発振器に上記第１の非線形光学結晶に入射された上記１μｍ帯の波長のレーザー光の中で波長変換されずに上記第１の非線形光学結晶を透過したレーザー光と、上記第４高調波とを異なる入射口から入射し、上記光パラメトリック発振器内で、周期的分極反転ニオブ酸リチウムあるいは周期的分極反転タンタル酸リチウムたる第３の非線形光学結晶に上記第１の非線形光学結晶に入射された上記１μｍ帯の波長のレーザー光の中で波長変換されずに上記第１の非線形光学結晶を透過したレーザー光を入射して、上記第３の非線形光学結晶において入射したレーザー光を光パラメトリック発振させて波長変換して１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光を発生し、第４の非線形光学結晶に上記第３の非線形光学結晶により発生した上記１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光と上記第４高調波とを入射して、上記第４の非線形光学結晶において和周波発生により波長変換した和周波発生レーザー光を発生し、上記第５の非線形光学結晶に上記第４の非線形光学結晶より発生した上記和周波発生レーザー光と上記１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とを入射して、上記第５の非線形光学結晶において和周波発生により波長変換して波長２００ｎｍ以下のレーザー光を発生するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記１μｍ帯の波長が１０６３〜１０６５ｎｍのとき、上記１．４〜１．５μｍ帯の波長は１４１０〜１４２４ｎｍであって、上記波長２００ｎｍ以下のレーザー光として波長１９３．３〜１９３．５ｎｍのレーザー光を発生するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記１μｍ帯の波長が１０２７〜１０３２ｎｍのとき、上記１．４〜１．５μｍ帯の波長は１５４１〜１５７１ｎｍであって、上記波長２００ｎｍ以下のレーザー光として波長１９３．３〜１９３．５ｎｍのレーザー光を発生するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、１μｍ帯の波長のレーザー光により波長２００ｎｍ以下のレーザー光を発生する深紫外レーザー装置において、１μｍ帯の波長のレーザー光が入射され、上記１μｍ帯の波長のレーザー光の第２高調波を発生する第１の非線形光学結晶と、上記第１の非線形光学結晶により発生された上記第２高調波が入射され、上記第２高調波から上記１μｍ帯の波長のレーザー光の第４高調波を発生する第２の非線形光学結晶と、上記第１の非線形光学結晶に入射された上記１μｍ帯の波長のレーザー光の中で波長変換されずに上記第１の非線形光学結晶を透過したレーザー光と、上記第４高調波とをそれぞれ異なる入射口から入射されるものであって、上記第１の非線形光学結晶に入射された上記１μｍ帯の波長のレーザー光の中で波長変換されずに上記第１の非線形光学結晶を透過したレーザー光を入射して、入射したレーザー光を光パラメトリック発振させて波長変換して１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光を発生する周期的分極反転ニオブ酸リチウムあるいは周期的分極反転タンタル酸リチウムたる第３の非線形光学結晶と、上記第３の非線形光学結晶により発生した上記１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光と上記第４高調波とを入射して和周波発生により波長変換した第１和周波発生レーザー光を発生する第４の非線形光学結晶と、上記第４の非線形光学結晶により発生した上記第１和周波発生レーザー光と、上記１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とを入射して和周波発生により波長変換した第２和周波発生レーザー光を発生する第５の非線形光学結晶とを備え、上記第２和周波発生レーザー光として波長２００ｎｍ以下のレーザー光を発生する光パラメトリック発振器とを有するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項４に記載の発明において、上記１μｍ帯の波長が１０６３〜１０６５ｎｍのとき、上記１．４〜１．５μｍ帯の波長は１４１０〜１４２４ｎｍであって、上記波長２００ｎｍ以下のレーザー光として波長１９３．３〜１９３．５ｎｍのレーザー光を発生するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項４に記載の発明において、上記１μｍ帯の波長が１０２７〜１０３２ｎｍのとき、上記１．４〜１．５μｍ帯の波長は１５４１〜１５７１ｎｍであって、上記波長２００ｎｍ以下のレーザー光として波長１９３．３〜１９３．５ｎｍのレーザー光を発生するようにしたものである。

本発明によれば、波長が約２００ｎｍ以下であるような深紫外レーザー光を効率良く発生することができるという優れた効果が奏される。

また、本発明によれば、波長が約２００ｎｍ以下であるような深紫外レーザー光を高出力で発生することができるという優れた効果が奏される。

さらに、本発明によれば、低コスト化を図りながら、波長が約２００ｎｍ以下であるような深紫外レーザー光を発生することができるという優れた効果が奏される。

さらにまた、本発明によれば、信頼性を大幅に向上させながら、波長が約２００ｎｍ以下であるような深紫外レーザー光を発生することができるという優れた効果が奏される。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による深紫外レーザー装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

なお、以下の説明ならびに添付の図面において、それぞれ同一あるいは相当する構成については、それぞれ同一の符号を用いて示すことにより、それらの構成ならびに作用に関する重複する説明は適宜に省略する。

図２には、本発明の第１の実施の形態による深紫外レーザー装置１００の概念構成説明図が示されている。

この深紫外レーザー装置１００は、約１μｍ帯の波長のレーザー光を出射する第１半導体レーザー１０２と、約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光を出射する第２半導体レーザー１０４と、第１半導体レーザー１０２と第２半導体レーザー１０４とを駆動するパルス電流を印加するパルス電流源１０６と、第１半導体レーザー１０２から出射された約１μｍ帯の波長のレーザー光を増幅する第１希土類添加光ファイバー増幅器１０８と、第２半導体レーザー１０４から出射された約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光を増幅する第２希土類添加光ファイバー増幅器１１０と、第１希土類添加光ファイバー増幅器１０８の出射側端部１０８ａから出射された約１μｍ帯の波長のレーザー光を集光する第１集光レンズ１１２と、第２希土類添加光ファイバー増幅器１１０の出射側端部１１０ａから出射された約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光を集光する第２集光レンズ１１４と、第１集光レンズ１１２から出射された約１μｍ帯の波長のレーザー光を入射して高調波発生により第２高調波を出射する第１非線形光学結晶１１６と、第１非線形光学結晶１１６から出射された第２高調波を入射して高調波発生により第４高調波を出射する第２非線形光学結晶１１８と、第２非線形光学結晶１１８から出射された第４高調波と第２集光レンズ１１４から出射された約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とを入射して和周波発生により第１和周波発生レーザー光を出射する第３非線形光学結晶１２０と、第３非線形光学結晶１２０から出射された第１和周波発生レーザー光と第３非線形光学結晶１２０による和周波発生に寄与しないで第３非線形光学結晶１２０を透過した約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とを入射して和周波発生により、第２和周波発生レーザー光として波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光を出射する第４非線形光学結晶１２２とを有して構成されている。

また、第１希土類添加光ファイバー増幅器１０８は、入射側端部を第１半導体レーザー１０２の出射端に接続するとともに出射側端部１０８ａを集光レンズ１１２に隣接して配置した希土類を添加した光ファイバー１０８ｂと、光ファイバー１０８ｂに励起光を入射する励起レーザー群１０８ｃとを有して構成されている。

一方、第２希土類添加光ファイバー増幅器１１０は、入射側端部を第２半導体レーザー１０４の出射端に接続するとともに出射側端部１１０ａを集光レンズ１１４に隣接して配置した希土類を添加した光ファイバー１１０ｂと、光ファイバー１１０ｂに励起光を入射する励起レーザー群１１０ｃとを有して構成されている。

なお、希土類添加光ファイバー増幅器１０８、１１０においては、希土類を添加した光ファイバー１０８ｂ、１１０ｂへ入射する励起光の出力強度に応じて、光ファイバー１０８ｂ、１１０ｂから出射されるレーザー光の強度が決定される。このため、この実施の形態においては、励起光の出力強度を高めることを目的として、励起レーザー群１０８ｃ、１１０ｃはそれぞれ３台の励起レーザーによって構成されている。

なお、この「発明を実施するための最良の形態」の項の説明においては、説明を簡略化して本発明の理解を容易にするために、レーザー光の光路を可変するための全反射鏡などの光学系については、その説明ならびに図示を省略したが、適宜の光学系を用いてレーザー光の光路を可変させてよいことは勿論である。例えば、図２に示す第１の実施に形態においても、例えば、第２非線形光学結晶１１８から出射された第４高調波と集光レンズ１１４から出射された約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とを第３非線形光学結晶１２０へ入射する際には、図示しない全反射鏡により各レーザー光の光路を図２に示すように屈曲させて入射するようにしている。

ここで、第１半導体レーザー１０２は、例えば、ＩｎＧａＡｓ系半導体レーザーにより構成することができ、一方、第２半導体レーザー１０４は、例えば、ＤＦＢレーザー（ＤＦＢレーザーとは、レーザーチップの内部に回折格子を作り、特定の波長の光のみを反射させることによって光を活性領域に閉じ込め、レーザー光を発振させる半導体レーザーである。）により構成することができる。

また、希土類添加光ファイバー増幅器１０８は、例えば、希土類としてイットリビウムを光ファイバーに添加したイットリビウム添加光ファイバー増幅器（ＹＤＦＡ：Ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ−ＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）により構成することができる。一方、第２希土類添加光ファイバー増幅器１１０は、例えば、希土類としてエルビウムを光ファイバーに添加したエルビウム添加光ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ−ＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）により構成することができる。

また、第１非線形光学結晶１１６は、例えば、ＬＢＯ結晶などにより構成することができ、第２非線形光学結晶１１８は、例えば、ＣＬＢＯ結晶やＢＢＯ結晶などにより構成することができ、第３非線形光学結晶１２０は、例えば、ＣＬＢＯ結晶やＢＢＯ結晶などにより構成することができ、第４非線形光学結晶１２２は、例えば、ＣＬＢＯ結晶やＢＢＯ結晶などにより構成することができる。

なお、第１非線形光学結晶１１６、第２非線形光学結晶１１８、第３非線形光学結晶１２０あるいは第４非線形光学結晶１２２として用いることのできるＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶あるいはＢＢＯ結晶などの非線形光学結晶の波長変換効率は、いずれも概ね５０％程度である。

以上の構成において、上記した深紫外レーザー装置１００の動作を説明するが、ある波長のレーザー光を非線形光学結晶へ入射することにより波長変換されたレーザー光を発生させる高調波発生や、それぞれ波長が異なる２つのレーザー光を非線形光学結晶へ入射することにより波長変換されたレーザー光を発生させる和周波発生といった非線形光学効果については周知であるので、その詳細な説明は省略する。

まず、第１半導体レーザー１０２と第２半導体レーザー１０４とにパルス電流源１０６からパルス電流を印加して、電流変調により第１半導体レーザー１０２と第２半導体レーザー１０４とを同期して駆動すると、第１半導体レーザー１０２から約１μｍ帯の波長のレーザー光が、また、第２半導体レーザー１０４から約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光が、それぞれ同期して出射される。

ここで、第１半導体レーザー１０２から出射された約１μｍ帯の波長のレーザー光は、希土類添加光ファイバー増幅器１０８へ入射され、希土類添加光ファイバー増幅器１０８を通過する間に増幅されて、出射側端部１０８ａから約１μｍ帯の波長のレーザー光が高出力で出射される。

次に、出射側端部１０８ａから出射された約１μｍ帯の波長のレーザー光は、集光レンズ１１２により集光されて第１非線形光学結晶１１６へ入射されることになり、第１非線形光学結晶１１６へ入射された約１μｍ帯の波長のレーザー光は、第１非線形光学結晶１１６の非線形光学効果である高調波発生により第２高調波に波長変換され、第１非線形光学結晶１１６から第２高調波が出射される。

次に、第１非線形光学結晶１１６から出射された第２高調波は、第２非線形光学結晶１１８へ入射されることになり、第２非線形光学結晶１１８へ入射された第２高調波は、第２非線形光学結晶１１８の非線形光学効果である高調波発生により第４高調波に波長変換され、第２非線形光学結晶１１８から第４高調波が出射される。

一方、第２半導体レーザー１０４から出射された約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光は、第２希土類添加光ファイバー増幅器１１０へ入射され、第２希土類添加光ファイバー増幅器１１０を通過する間に増幅されて、出射側端部１１０ａから約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光が高出力で出射される。

そして、第２非線形光学結晶１１８から出射された第４高調波と出射側端部１１０ａから第２集光レンズ１１４を介して出射された約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とは、第３非線形光学結晶１２０に同期して入射されることになる。第３非線形光学結晶１２０においては、入射された第４高調波と約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とによる非線形光学効果である和周波発生によって、波長変換された第１和周波発生レーザー光を出射する。

さらに、第３非線形光学結晶１２０から出射された第１和周波発生レーザー光は、第４非線形光学結晶１２２へ入射され、同様に、第３非線形光学結晶１２０での和周波発生による波長変換に寄与しないで透過した約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光も第４非線形光学結晶１２２へ入射されることになる。第４非線形光学結晶１２２においては、入射された第１和周波発生レーザー光と約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とによる非線形光学効果である和周波発生によって、波長変換された第２和周波発生レーザー光として波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光を出射する。

従って、深紫外レーザー装置１００によれば、パルス電流源１０６から第１半導体レーザー１０２と第２半導体レーザー１０４とにパルス電流を印加して、第１半導体レーザー１０２と第２半導体レーザー１０４とを電流変調により駆動するため、第３非線形光学結晶１２０や第４非線形光学結晶１２２において和周波発生させる際のレーザー光の入射のタイミング制御することが極めて容易であり、和周波発生の発生効率を向上させることが可能になり、ひいては波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光を効率良く発生することができる。

また、深紫外レーザー装置１００によれば、第１半導体レーザー１０２から出射されたレーザー光と第２半導体レーザー１０４から出射されたレーザー光とは、それぞれ希土類添加光ファイバー増幅器１０８、１１０を用いて増幅されてから波長変換されるので、波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光を高出力で発生することができる。

さらに、深紫外レーザー装置１００によれば、従来より一般に使用されている半導体レーザーや希土類添加光ファイバー増幅器あるいはＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶などの非線形光学結晶を用いて構成することができるので、低コスト化を図りながら、波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光を発生することができる。

さらにまた、深紫外レーザー装置１００によれば、従来より安定的な性能を発揮している半導体レーザーや希土類添加光ファイバー増幅器あるいはＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶などの非線形光学結晶を用いて構成することができるので、信頼性を大幅に向上させながら、波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光を発生することができる。

また、深紫外レーザー装置１００によれば、電流変調によって第１半導体レーザー１０２と第２半導体レーザー１０４との繰り返し周波数を制御するため、繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上の高繰り返しレーザー光を発生させることが可能になる。

次に、図３には、本発明の第２の実施の形態による深紫外レーザー装置２００の概念構成説明図が示されている。

この深紫外レーザー装置２００は、約１μｍ帯の波長のレーザー光を出射する固体レーザー２０２と、固体レーザー２０２から出射されたレーザー光の偏光を直線偏光に変えて出射する１／２波長板２０４と、１／２波長板２０４から出射された直線偏光のレーザー光をＰ偏光成分とＳ偏光成分との２つの成分に分離して出射する偏光ビームスプリッター２０６と、偏光ビームスプリッター２０６から出射された一方の成分の約１μｍ帯の波長のレーザー光を約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光に波長変換して出射する光パラメトリック発振器（ＯＰＯ：ＯｐｔｉｃａｌＰａｒａｍｅｔｒｉｃＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２０８と、偏光ビームスプリッター２０６から出射された他方の成分の約１μｍ帯の波長のレーザー光を入射して高調波発生により第２高調波を出射する第１非線形光学結晶１１６と、第１非線形光学結晶１１６から出射された第２高調波を入射して高調波発生により第４高調波を出射する第２非線形光学結晶１１８と、第２非線形光学結晶１１８から出射された第４高調波と光パラメトリック発振器２０８から出射された約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とを入射して和周波発生により第１和周波発生レーザー光を出射する第３非線形光学結晶１２０と、第３非線形光学結晶１２０から出射された第１和周波発生レーザー光と第３非線形光学結晶１２０による和周波発生に寄与しないで第３非線形光学結晶１２０を透過した約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とを入射して和周波発生により、第２和周波発生レーザー光として波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光を出射する第４非線形光学結晶１２２とを有して構成されている。

なお、光パラメトリック発振器２０８としては、従来より公知の光パラメトリック発振器を用いれば良く、例えば、対向して配置された２枚のミラー２０８ａ、２０８ｂによって構成されたレーザー共振器と、このレーザー共振器を構成する２枚のミラー２０８ａ、２０８ｂの間に配置された周期的分極反転ニオブ酸リチウム（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ−ＰｏｌｅｄＬｉｔｈｉｕｍＮｉｏｂａｔｅ、ＰＰＬＮ）あるいは周期的分極反転タンタル酸リチウム（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ−ＰｏｌｅｄＬｉｔｈｉｕｍＴａｎｔａｌａｔｅ）などの非線形光学結晶２０８ｃとを有して構成されている。光パラメトリック発振器により光パラメトリック発振させて波長変換する手法は公知の技術であるので、詳細な説明は省略する。

以上の構成において、上記した深紫外レーザー装置２００の動作を説明すると、まず、固体レーザー２０２から出射された約１μｍ帯の波長のレーザー光は、１／２波長板２０４へ入射される。１／２波長板２０４へ入射されたレーザー光は、１／２波長板２０４により偏光を直線偏光に制御されて、１／２波長板２０４から出射される。

そして、１／２波長板２０４から出射されたレーザー光は、偏光ビームスプリッター２０６へ入射され、偏光ビームスプリッター２０６へ入射されたレーザー光のＰ偏光成分は偏光ビームスプリッター２０６を透過し、偏光ビームスプリッター２０６へ入射されたレーザー光のＳ偏光成分は偏光ビームスプリッター２０６により反射されて、１／２波長板２０４から出射されたレーザー光が偏光ビームスプリッター２０６によって２つの光路に分岐される。このとき、１／２波長板２０４を回転させて光軸に対する直線偏光の角度を変化させると、偏光ビームスプリッター２０６へ入射されるレーザー光におけるＰ偏光成分とＳ偏光成分との強度を変化することができ、これにより偏光ビームスプリッター２０６によって２つの光路に分岐する各光路のレーザー光の強度を調整することができる。

ここで、偏光ビームスプリッター２０６によって２つの光路に分岐された一方の光路の約１μｍ帯の波長のレーザー光たるＰ偏光成分は、光パラメトリック発振器２０８へ入射され、光パラメトリック発振器２０８において非線形光学効果である光パラメトリック発振によって波長変換され、光パラメトリック発振器２０８からは約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光が出射される。

一方、偏光ビームスプリッター２０６によって２つの光路に分岐された他方の光路の約１μｍ帯の波長のレーザー光たるＳ偏光成分は、第１非線形光学結晶１１６へ入射され、第１非線形光学結晶１１６の非線形光学効果である高調波発生により第２高調波に波長変換され、第１非線形光学結晶１１６から第２高調波が出射される。次に、第１非線形光学結晶１１６から出射された第２高調波は、第２非線形光学結晶１１８へ入射されることになり、第２非線形光学結晶１１８へ入射された第２高調波は、第２非線形光学結晶１１８の非線形光学効果である高調波発生により第４高調波に波長変換され、第２非線形光学結晶１１８から第４高調波が出射される。

そして、第２非線形光学結晶１１８から出射された第４高調波と光パラメトリック発振器２０８から出射された約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とは、第３非線形光学結晶１２０に同期して入射されることになる。第３非線形光学結晶１２０においては、入射された第４高調波と約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とによる非線形光学効果である和周波発生によって、波長変換された第１和周波発生レーザー光を出射する。

なお、この深紫外レーザー装置２００においては光パラメトリック発振器２０８を用いて約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光を得ているが、このように約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光を発生させるために光パラメトリック発振器２０８を用いると、約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光を発生するために固体レーザーを用いる場合と比較すると、和周波発生させる際のタイミングを制御することが容易になる。

次に、図４には、本発明の第３の実施の形態による深紫外レーザー装置３００の概念構成説明図が示されている。

この深紫外レーザー装置３００は、ポンプ波として約１μｍ帯の波長のパルスレーザー光を出射する固体レーザー３０２と、信号波として約１．４〜１．５μｍ帯の波長の連続レーザー光（約１μｍ帯の波長のパルスレーザー光よりも長いパルスレーザー光であって、約１μｍ帯の波長のパルスレーザー光から見れば実質的に連続レーザー光と見なすことができるものを含む。）とを出射する固体レーザー３０４と、固体レーザー３０２から出射されたパルスレーザー光を２つの光路に分岐するビームスプリッター３０６と、ビームスプリッター３０６により分岐された一方の光路の約１μｍ帯の波長のパルスレーザー光を透過するとともに固体レーザー３０４から出射された約１．４〜１．５μｍ帯の波長の連続レーザー光を反射する第１ミラー３０８と、第１ミラー３０８を透過した約１μｍ帯の波長のパルスレーザー光と第１ミラー３０８により反射された約１．４〜１．５μｍ帯の波長の連続レーザー光とが入射して約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光を増幅して出射する光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ：ＯｐｔｉｃａｌＰａｒａｍｅｔｒｉｃＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）３１０と、ビームスプリッター３０６により分岐された他方の光路の約１μｍ帯の波長のパルスレーザー光を入射して高調波発生により第２高調波を出射する第１非線形光学結晶１１６と、第１非線形光学結晶１１６から出射された第２高調波を入射して高調波発生により第４高調波を出射する第２非線形光学結晶１１８と、第２非線形光学結晶１１８から出射された第４高調波を透過するとともに光パラメトリック増幅器３１０から出射された約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光を反射する第２ミラー３１２と、第２ミラー３１２を透過した第４高調波と第２ミラー３１２により反射された約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とが入射して和周波発生により第１和周波発生レーザー光を出射する第３非線形光学結晶１２０と、第３非線形光学結晶１２０から出射された第１和周波発生レーザー光と第３非線形光学結晶１２０による和周波発生に寄与しないで第３非線形光学結晶１２０を透過した約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とを入射して和周波発生により、第２和周波発生レーザー光として波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光を出射する第４非線形光学結晶１２２とを有して構成されている。

以上の構成において、上記した深紫外レーザー装置３００の動作を説明すると、まず、固体レーザー３０２から出射された約１μｍ帯の波長のレーザー光は、ビームスプリッター３０６へ入射されて２つの光路に分岐される。

ビームスプリッター３０６により分岐された一方の光路の約１μｍ帯の波長のパルスレーザー光は、固体レーザー３０４から出射された約１．４〜１．５μｍ帯の波長の連続レーザー光とともに第１ミラー３０８を介して光パラメトリック増幅器３１０へ入射され、光パラメトリック増幅器３１０において約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光が増幅されて、光パラメトリック増幅器３１０から約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光が出射される。

一方、ビームスプリッター３０６により分岐された他方の光路の約１μｍ帯の波長のパルスレーザー光は、第１非線形光学結晶１１６へ入射され、第１非線形光学結晶１１６の非線形光学効果である高調波発生により第２高調波に波長変換され、第１非線形光学結晶１１６から第２高調波が出射される。次に、第１非線形光学結晶１１６から出射された第２高調波は、第２非線形光学結晶１１８へ入射されることになり、第２非線形光学結晶１１８へ入射された第２高調波は、第２非線形光学結晶１１８の非線形光学効果である高調波発生により第４高調波に波長変換され、第２非線形光学結晶１１８から第４高調波が出射される。

そして、第２非線形光学結晶１１８から出射された第４高調波と光パラメトリック増幅器３１０から出射された約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とは、第２ミラー３１２を介して第３非線形光学結晶１２０に同期して入射されることになる。第３非線形光学結晶１２０においては、入射された第４高調波と約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とによる非線形光学効果である和周波発生によって、波長変換された第１和周波発生レーザー光を出射する。

なお、この深紫外レーザー装置３００においては光パラメトリック増幅器３１０を用いて約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光を得ているが、このように約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光を発生させるために光パラメトリック増幅器３１０を用いると、和周波発生させる際のタイミングを制御することが容易になる。

次に、図５には、本発明の第４の実施の形態による深紫外レーザー装置４００の要部の概念構成説明図が示されている。

この深紫外レーザー装置４００は、約１μｍ帯の波長のレーザー光を入射して高調波発生により第２高調波を出射する第１非線形光学結晶１１６と、第１非線形光学結晶１１６から出射された第２高調波を入射して高調波発生により第４高調波を出射する第２非線形光学結晶１１８と、光パラメトリック発振器４０２とを有している。

この光パラメトリック発振器４０２は、対向して配置された２枚のミラー４０２ａ、４０２ｂによって構成されたレーザー共振器と、このレーザー共振器を構成する２枚のミラー４０２ａ、４０２ｂの間にそれぞれ配置された周期的分極反転ニオブ酸リチウムあるいは周期的分極反転タンタル酸リチウムなどの非線形光学結晶４０２ｃ、第３非線形光学結晶１２０、第４非線形光学結晶１２２、第４非線形光学結晶１２２から出射された波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光を透過するが他の波長の光は反射するミラー４０２ｄとを有して構成されている。

以上の構成において、約１μｍ帯の波長のレーザー光は、第１非線形光学結晶１１６へ入射され、第１非線形光学結晶１１６の非線形光学効果である高調波発生により第２高調波に波長変換され、第１非線形光学結晶１１６から第２高調波が出射される。次に、第１非線形光学結晶１１６から出射された第２高調波は、第２非線形光学結晶１１８へ入射されることになり、第２非線形光学結晶１１８へ入射された第２高調波は、第２非線形光学結晶１１８の非線形光学効果である高調波発生により第４高調波に波長変換され、ミラー４０２ｂを透過して光パラメトリック発振器４０２内に入射される。

一方、第１非線形光学結晶１１６へ入射された約１μｍ帯の波長のレーザー光の中で波長変換されずに第１非線形光学結晶１１６を透過した成分は、ミラー４０２ａを透過して光パラメトリック発振器４０２内に入射される。

そして、光パラメトリック発振器４０２においては、入射された約１μｍ帯の波長のレーザー光とその第４高調波とを用いて、第３非線形光学結晶１２０および第４非線形光学結晶１２２により和周波発生が行われ、ミラー４０２ｄから第２和周波発生レーザー光として波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光が出射される。

次に、図６には、本発明の第５の実施の形態による深紫外レーザー装置５００の要部の概念構成説明図が示されている。

この深紫外レーザー装置５００は、約１μｍ帯の波長のレーザー光を入射して高調波発生により第２高調波を出射する第１非線形光学結晶１１６と、第１非線形光学結晶１１６から出射された第２高調波を入射して高調波発生により第４高調波を出射する第２非線形光学結晶１１８と、光パラメトリック発振器５０２とを有している。

この光パラメトリック発振器５０２は、４つのミラー５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ、５０２ｄによりＸ字形状に交差する光路を形成するように構成されたレーザー共振器と、このレーザー共振器を構成する２枚のミラー５０２ａ、５０２ｂの間に配置された周期的分極反転ニオブ酸リチウムあるいは周期的分極反転タンタル酸リチウムなどの非線形光学結晶５０２ｅと、レーザー共振器を構成する２枚のミラー５０２ｃ、５０２ｄの間にそれぞれ配置された第３非線形光学結晶１２０、第４非線形光学結晶１２２とを有して構成されている。

以上の構成において、約１μｍ帯の波長のレーザー光は、第１非線形光学結晶１１６へ入射され、第１非線形光学結晶１１６の非線形光学効果である高調波発生により第２高調波に波長変換され、第１非線形光学結晶１１６から第２高調波が出射される。次に、第１非線形光学結晶１１６から出射された第２高調波は、第２非線形光学結晶１１８へ入射されることになり、第２非線形光学結晶１１８へ入射された第２高調波は、第２非線形光学結晶１１８の非線形光学効果である高調波発生により第４高調波に波長変換され、ミラー５０２ｃを透過して光パラメトリック発振器５０２内に入射される。

一方、第１非線形光学結晶１１６へ入射された約１μｍ帯の波長のレーザー光に中で波長変換されずに第１非線形光学結晶１１６を透過した成分は、ミラー５０２ａを透過して光パラメトリック発振器５０２内に入射される。

そして、光パラメトリック発振器５０２においては、入射された約１μｍ帯の波長のレーザー光とその第４高調波とを用いて、第３非線形光学結晶１２０および第４非線形光学結晶１２２により和周波発生が行われ、ミラー５０２ｄから第２和周波発生レーザー光として波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光が出射される。

ここで、約１μｍ帯の波長のレーザー光や約１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光を発生する光源としては、例えば、以下に示すような組合せのものを適宜に用いることができる。また、以下に示す各組合せの構成も適宜に入れ替えてよいことは勿論である。

（１）波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光として波長約１９３．３〜１９３．５ｎｍの深紫外レーザー光を発生する場合
この場合には、約１μｍ帯の波長は約１０６３〜１０６５ｎｍであり、約１．４〜１．５μｍ帯の波長は約１４１０〜１４２４ｎｍである。

ａ．波長約１０６３〜１０６５ｎｍのレーザー光はＮｄ：ＹＡＧレーザー、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザーもしくは電流変調の半導体レーザーを用いて発生し、波長約１４１０〜１４２４ｎｍのレーザー光は光パラメトリック発振器を用いて発生する（例えば、第２の実施の形態、第４の実施の形態、第５の実施の形態に適用することができる。）。

（２）波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光として波長約１９３．３〜１９３．５ｎｍの深紫外レーザー光を発生する場合
この場合には、約１μｍ帯の波長は約１０２７〜１０３２ｎｍであり、約１．４〜１．５μｍ帯の波長は約１５４１〜１５７１ｎｍである。

ａ．波長約１０２７〜１０３２ｎｍのレーザー光はＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いて発生し、波長約１５４１〜１５７１ｎｍのレーザー光は半導体レーザー光を光パラメトリック増幅器を用いて増幅して発生する（例えば、第３の実施の形態に適用することができる。）。

ｂ．波長約１０２７〜１０３２ｎｍのレーザー光は電流変調の半導体レーザーを用いて発生し、波長約１５４１〜１５７１ｎｍのレーザー光は電流変調の半導体レーザーを用いて発生する（例えば、第１の実施の形態に適用することができる。）。

ｃ．波長約１０２７〜１０３２ｎｍのレーザー光は電流変調の半導体レーザーを用いて発生し、波長約１５４１〜１５７１ｎｍのレーザー光は半導体レーザー光を光パラメトリック増幅器を用いて増幅して発生する（例えば、第３の実施の形態に適用することができる。）。

ｄ．波長約１０２７〜１０３２ｎｍのレーザー光はＮｄ：ＹＡＧレーザーもしくは電流変調の半導体レーザーを用いて発生し、波長約１５４１〜１５７１ｎｍのレーザー光は光パラメトリック発振器を用いて発生する（例えば、第２の実施の形態、第４の実施の形態、第５の実施の形態に適用することができる。）。

なお、上記した（１）および（２）において、電流変調の半導体レーザーを用いて所定の波長のレーザー光を発生する場合には、第１の実施の形態に示すように、希土類添加光ファイバー増幅器などの光ファイバー増幅器を用いて増幅し、出力強度を向上することが好ましい。

また、上記した実施の形態における、第１非線形光学結晶１１６、第２非線形光学結晶１１８、第３非線形光学結晶１２０ならびに第４非線形光学結晶１２２としては、ＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶あるいはＢＢＯ結晶などの適宜の非線形光学結晶を用いることができるが、ＣＬＢＯ結晶は波長変換効率は高いが安定性に劣り、一方、ＢＢＯ結晶は波長変換効率は低いが安定性に優れているというようにそれぞれ特徴があるので、こうした特徴を踏まえて適宜に選択すればよい。

即ち、ＢＢＯ結晶は変換効率が高いといわれ、また、和周波発生の位相整合も選択の幅が広く、例えば、約２６６ｎｍと約７０７ｎｍとの和周波発生で約１９３．４ｎｍの発生が可能であるが、材料の基礎吸収端が約１９０ｎｍ近辺であり、約１９３．４ｎｍでは相当の吸収があり、結果的に変換効率も高くならず、さらに信頼性にも問題が生じる。

一方、ＣＬＢＯ結晶は基礎吸収端はＢＢＯ結晶よりも短く、短波長での使用時の信頼性には優れるが、複屈折、分散が小さく、例えば、ＢＢＯ結晶であれば位相整合可能な約２６６ｎｍと約７０７ｎｍとの和周波発生は位相整合が取れない。一般に、和周波発生は二つの入力波長が離れている方が位相整合がとり易く、約２６６ｎｍと約１４１５ｎｍとの和周波発生による約２２４ｎｍの発生や、約２２４ｎｍと約１４１５ｎｍとの和周波発生による約１９３．４ｎｍも位相整合可能である。

以上において説明したように、深紫外レーザー装置１００、２００、３００、４００、５００によれば、第３非線形光学結晶１２０や第４非線形光学結晶１２２において和周波発生させる際のレーザー光の入射のタイミング制御することが極めて容易であり、和周波発生の発生効率を向上させることが可能になり、ひいては波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光を効率良く発生することができる。

また、深紫外レーザー装置１００、２００、３００、４００、５００によれば、波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光を高出力で発生することができる。

さらに、深紫外レーザー装置１００、２００、３００、４００、５００によれば、従来より一般に使用されている半導体レーザー、固体レーザー、希土類添加光ファイバー増幅器、光パラメトリック発振器、光パラメトリック増幅器あるいはＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶などの非線形光学結晶を用いて構成することができるので、低コスト化を図りながら、波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光を発生することができる。

さらにまた、深紫外レーザー装置１００、２００、３００、４００、５００によれば、従来より安定的な性能を発揮している半導体レーザー、固体レーザー、希土類添加光ファイバー増幅器、光パラメトリック発振器、光パラメトリック増幅器あるいはＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶などの非線形光学結晶を用いて構成することができるので、信頼性を大幅に向上させながら、波長が約２００ｎｍ以下の深紫外レーザー光を発生することができる。

なお、上記において示した各波長は、真空中または空気中のいずれかにおける波長を示すものとする。

本発明は、電子産業分野などにおける微細加工や微細構造の検査などに利用することができる。

図１は、本発明の原理を示す説明図である。図２は、本発明の第１の実施の形態による深紫外レーザー装置の概念構成説明図である。図３は、本発明の第２の実施の形態による深紫外レーザー装置の概念構成説明図である。図４は、本発明の第３の実施の形態による深紫外レーザー装置の概念構成説明図である。図５は、本発明の第４の実施の形態による深紫外レーザー装置の要部の概念構成説明図である。図６は、本発明の第５の実施の形態による深紫外レーザー装置の要部の概念構成説明図である。

符号の説明

１００深紫外レーザー装置
１０２第１半導体レーザー
１０４第２半導体レーザー
１０６パルス電流源
１０８第１希土類添加光ファイバー増幅器
１０８ａ出射側端部
１０８ｂ光ファイバー
１０８ｃ励起レーザー群
１１０第２希土類添加光ファイバー増幅器
１１０ａ出射側端部
１１０ｂ光ファイバー
１１０ｃ励起レーザー群
１１２第１集光レンズ
１１４第２集光レンズ
１１６第１非線形光学結晶
１１８第２非線形光学結晶
１２０第３非線形光学結晶
１２２第４非線形光学結晶
２００深紫外レーザー装置
２０２固体レーザー
２０４１／２波長板
２０６偏光ビームスプリッター
２０８光パラメトリック発振器
２０８ａミラー
２０８ｂミラー
２０８ｃ非線形光学結晶
３００深紫外レーザー装置
３０２固体レーザー
３０４固体レーザー
３０６ビームスプリッター
３０８第１ミラー
３１０光パラメトリック増幅器
３１２第２ミラー
４００深紫外レーザー装置
４０２光パラメトリック発振器
４０２ａミラー
４０２ｂミラー
４０２ｃ非線形光学結晶
４０２ｄミラー
５００深紫外レーザー装置
５０２光パラメトリック発振器
５０２ａミラー
５０２ｂミラー
５０２ｃミラー
５０２ｄミラー
５０２ｅ非線形光学結晶

Claims

１μｍ帯の波長のレーザー光により波長２００ｎｍ以下のレーザー光を発生する深紫外レーザー光の発生方法において、
第１の非線形光学結晶に１μｍ帯の波長のレーザー光を入射し、前記１μｍ帯の波長のレーザー光の第２高調波を発生し、
第２の非線形光学結晶に前記第１の非線形光学結晶により発生した前記第２高調波を入射し、前記第２高調波から前記１μｍ帯の波長のレーザー光の第４高調波を発生し、
光パラメトリック発振器に前記第１の非線形光学結晶に入射された前記１μｍ帯の波長のレーザー光の中で波長変換されずに前記第１の非線形光学結晶を透過したレーザー光と、前記第４高調波とを異なる入射口から入射し、
前記光パラメトリック発振器内で、
周期的分極反転ニオブ酸リチウムあるいは周期的分極反転タンタル酸リチウムたる第３の非線形光学結晶に前記第１の非線形光学結晶に入射された前記１μｍ帯の波長のレーザー光の中で波長変換されずに前記第１の非線形光学結晶を透過したレーザー光を入射して、前記第３の非線形光学結晶において入射したレーザー光を光パラメトリック発振させて波長変換して１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光を発生し、
第４の非線形光学結晶に前記第３の非線形光学結晶により発生した前記１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光と前記第４高調波とを入射して、前記第４の非線形光学結晶において和周波発生により波長変換した和周波発生レーザー光を発生し、
第５の非線形光学結晶に前記第４の非線形光学結晶より発生した前記和周波発生レーザー光と前記１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とを入射して、前記第５の非線形光学結晶において和周波発生により波長変換して波長２００ｎｍ以下のレーザー光を発生する
ことを特徴とする深紫外レーザー光の発生方法。
請求項１に記載の深紫外レーザー光の発生方法において、
前記１μｍ帯の波長が１０６３〜１０６５ｎｍのとき、前記１．４〜１．５μｍ帯の波長は１４１０〜１４２４ｎｍであって、前記波長２００ｎｍ以下のレーザー光として波長１９３．３〜１９３．５ｎｍのレーザー光を発生する
ことを特徴とする深紫外レーザー光の発生方法。
請求項１に記載の深紫外レーザー光の発生方法において、
前記１μｍ帯の波長が１０２７〜１０３２ｎｍのとき、前記１．４〜１．５μｍ帯の波長は１５４１〜１５７１ｎｍであって、前記波長２００ｎｍ以下のレーザー光として波長１９３．３〜１９３．５ｎｍのレーザー光を発生する
ことを特徴とする深紫外レーザー光の発生方法。
１μｍ帯の波長のレーザー光により波長２００ｎｍ以下のレーザー光を発生する深紫外レーザー装置において、
１μｍ帯の波長のレーザー光が入射され、前記１μｍ帯の波長のレーザー光の第２高調波を発生する第１の非線形光学結晶と、
前記第１の非線形光学結晶により発生された前記第２高調波が入射され、前記第２高調波から前記１μｍ帯の波長のレーザー光の第４高調波を発生する第２の非線形光学結晶と、
前記第１の非線形光学結晶に入射された前記１μｍ帯の波長のレーザー光の中で波長変換されずに前記第１の非線形光学結晶を透過したレーザー光と、前記第４高調波とをそれぞれ異なる入射口から入射されるものであって、前記第１の非線形光学結晶に入射された前記１μｍ帯の波長のレーザー光の中で波長変換されずに前記第１の非線形光学結晶を透過したレーザー光を入射して、入射したレーザー光を光パラメトリック発振させて波長変換して１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光を発生する周期的分極反転ニオブ酸リチウムあるいは周期的分極反転タンタル酸リチウムたる第３の非線形光学結晶と、前記第３の非線形光学結晶により発生した前記１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光と前記第４高調波とを入射して和周波発生により波長変換した第１和周波発生レーザー光を発生する第４の非線形光学結晶と、前記第４の非線形光学結晶により発生した前記第１和周波発生レーザー光と、前記１．４〜１．５μｍ帯の波長のレーザー光とを入射して和周波発生により波長変換した第２和周波発生レーザー光を発生する第５の非線形光学結晶とを備え、前記第２和周波発生レーザー光として波長２００ｎｍ以下のレーザー光を発生する光パラメトリック発振器と
を有することを特徴とする深紫外レーザー装置。
請求項４に記載の深紫外レーザー装置において、
前記１μｍ帯の波長が１０６３〜１０６５ｎｍのとき、前記１．４〜１．５μｍ帯の波長は１４１０〜１４２４ｎｍであって、前記波長２００ｎｍ以下のレーザー光として波長１９３．３〜１９３．５ｎｍのレーザー光を発生する
ことを特徴とする深紫外レーザー装置。
請求項４に記載の深紫外レーザー装置において、
前記１μｍ帯の波長が１０２７〜１０３２ｎｍのとき、前記１．４〜１．５μｍ帯の波長は１５４１〜１５７１ｎｍであって、前記波長２００ｎｍ以下のレーザー光として波長１９３．３〜１９３．５ｎｍのレーザー光を発生する
ことを特徴とする深紫外レーザー装置。