JP5455044B2

JP5455044B2 - レーザ装置

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Publication number: JP5455044B2
Application number: JP2010021044A
Authority: JP
Inventors: 善紀尾下; 章徳久
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Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2030-02-02
Also published as: JP2011158749A

Description

本発明は、レーザ光発生部から射出されたパルス光を所定の波長に波長変換する波長変換部を備えたレーザ装置に関する。

半導体製造装置等の分野での利用を目的として、近年、深紫外レーザの開発が盛んに行われている。特に、小型、高出力で、有毒ガスを用いない等の利点を持つ固体レーザ装置の開発が行われている。この種のレーザ装置では、光増幅器により増幅された赤外波長領域のレーザ光を、複数の波長変換光学素子から成る波長変換部において順次波長変換し、最終的にＡｒＦエキシマレーザの発振波長と同じ波長である１９３［ｎｍ］の紫外光（以下適宜、１９３［ｎｍ］光と称する）として出力するような構成のものが知られている。

例えば図４に示すように、このような従来のレーザ装置１０１では、所定時間毎に１９３［ｎｍ］光のＯＮ・ＯＦＦを繰り返すバースト発光での利用が要求される（例えば、特許文献１を参照）。バースト発光を行うレーザ装置１０１には、図５（ａ）に示すように、少なくとも２チャネル分のパルス光発生部（種光部）１０２，１０４およびファイバアンプ１０３，１０５が設けられる。第１のパルス光発生部１０２から発生した第１のパルス光Ｌｐ１は、第１のファイバアンプ１０３で増幅され、波長変換部１１０のダイクロイックミラー１１１を透過して波長変換光学素子１１２に達する。一方、第２のパルス光発生部１０４から発生した第２のパルス光Ｌｐ２は、第２のファイバアンプ１０５で増幅され、ミラー１０６およびダイクロイックミラー１１１で反射して波長変換光学素子１１２に達する。

１９３［ｎｍ］光がＯＮ状態のとき、図５（ａ）に示すように、各ファイバアンプ１０３，１０５でそれぞれ増幅された第１および第２のパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２の時間タイミングが波長変換光学素子１１２で重なるように調整される。これにより、波長変換光学素子１１２から１９３［ｎｍ］光（紫外光Ｌｖ）が発生する。一方、１９３［ｎｍ］光がＯＦＦ状態のとき、図５（ｂ）に示すように、第２のパルス光Ｌｐ２´の時間タイミングが波長変換光学素子１１２で第１のパルス光Ｌｐ１の時間タイミングと重ならないように調整される。なお、各パルス光発生部１０２，１０４は電気パルス発生部（図示せず）からの電気パルスによって駆動されるため、例えば、第２のパルス光発生部１０４の駆動タイミングをずらすことにより、第２のパルス光Ｌｐ２´の発光タイミングをずらすことが可能になる。また、電気パルスは高速に変化させることが可能なため、１９３［ｎｍ］光のＯＮ・ＯＦＦを高速に切り替えることができる。

国際公開第２００７／０５５１１０号パンフレット

しかしながら、１９３［ｎｍ］光のＯＮ・ＯＦＦを切り替える際、各チャネル間でパルス光発生部等において電気的な発光タイミングの揺らぎ（ジッター：Jitter）が発生すると、波長変換光学素子でパルス光の時間タイミングがずれてしまうため、波長変換後の光のパワーに揺らぎが生じてノイズの原因となっていた。なお、このようなジッター（以下、タイミングジッターと称する）が少ない電気パルス発生部（図示せず）を利用しようとすると、装置が高価になってしまう。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ノイズを低減させたレーザ装置を提供することを目的とする。

このような目的達成のため、本発明に係るレーザ装置は、パルス光を発生させるパルス光発生部と、前記パルス光発生部から発生したパルス光を２つのパルス光に分離させる分離部と、前記分離部において分離された２つのパルス光又はそれらの高調波をそれぞれ同軸に重ね合わせて前記パルス光の波長と異なる波長を有する光を発生させる波長変換部と、前記２つのパルス光のうち一方のパルス光を前記分離部から前記波長変換部へ導く一方側の光路と、前記２つのパルス光のうち他方のパルス光を前記分離部から前記波長変換部へ導く他方側の光路と、前記一方側の光路長を、前記一方のパルス光が前記波長変換部で前記他方のパルス光と時間的に重なる第１光路長および、前記一方のパルス光が前記波長変換部で前記他方のパルス光と時間的に重ならない第２光路長のいずれかに選択的に切り替える光路長切替部とを備えて構成される。

なお、上述のレーザ装置において、前記光路長切替部が前記一方側の光路長を所定のタイミングで前記選択的に切り替えることにより、前記パルス光の波長と異なる波長を有する光が前記波長変換部から所定の時間間隔をおいて発生することが好ましい。

本発明によれば、発光タイミングの揺らぎ（タイミングジッター）が発生しないため、ノイズを低減させることが可能になる。

第１実施形態に係るレーザ装置の概略構成図である。波長変換部の概略構成図である。参考形態に係るレーザ装置の概略構成図である。従来のレーザ装置によるバースト発光の例を示す図である。（ａ）は従来のレーザ装置における光のＯＮ状態を示す図であり、（ｂ）は従来のレーザ装置における光のＯＦＦ状態を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。第１実施形態に係るレーザ装置１を図１に示しており、このレーザ装置１は、パルス光Ｌｐを発生させるパルス光発生部（種光部）１０と、パルス光発生部１０から発生したパルス光Ｌｐを２つのパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２に分離させる分岐カップラー素子１２と、分岐カップラー素子１２において分離された２つのパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２をそれぞれ同軸に重ね合わせてパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２の波長と異なる波長を有する光（例えば、紫外光Ｌｖ）を発生させる波長変換部３０（図２を参照）とを主体に構成される。また、分岐カップラー素子１２と波長変換部３０との間には、経路の異なる２つの光路Ｒ１１，Ｒ１２が接続され、２つの光路Ｒ１１，Ｒ１２のうち、図１の上側に位置する第１光路Ｒ１１には、第１の光増幅器１６が配設される。一方、図１の下側に位置する第２光路Ｒ１２には、一対の光スイッチング素子１４，１５や、第２の光増幅器１７が配設される。

パルス光発生部１０は、狭帯域化された単一波長のパルス光Ｌｐ（シード光）を発生させる。このようなパルス光発生部１０には、例えば、発振波長１．０２〜１．１５［μｍ］のＤＦＢ（分布帰還型）半導体レーザや、発振波長１．５１〜１．５９［μｍ］のＤＦＢ半導体レーザ等が用いられる。本構成形態では、発振波長１．５［μｍ］帯のＤＦＢ半導体レーザが用いられ、ペルチェ素子等を利用した温度調整器により温度制御した状態で発振させることにより、波長λ＝１．５４７［μｍ］の単一波長のシード光を発生させる。なお、ＤＦＢ半導体レーザは、励起電流を波形制御することにより任意強度でＣＷ発振またはパルス発振させることができるが、本構成形態では、例えば、繰り返し周波数が２［ＭＨｚ］、パルス幅が１〜２［ｎｓｅｃ］となる単一波長のパルス光Ｌｐを発生させる。なお、パルス光発生部１０には、電気パルス発生部（図示せず）が電気的に接続されており、電気パルス発生部から出力された電気パルスによってパルス光発生部１０が駆動される。

分岐カップラー素子１２は、パルス光発生部１０から発生したパルス光Ｌｐを２つのパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２に分離させる。分岐カップラー素子１２において分離された２つのパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２のうち、第１のパルス光Ｌｐ１は、光ファイバー等で構成された第１光路Ｒ１１を通って波長変換部３０に導かれる。第１の光増幅器１６は、例えば、波長１．５［μｍ］帯の赤外光を増幅するエルビウム（Ｅｒ）・ドープ・ファイバー光増幅器（ＥＤＦＡ）であり、第１光路Ｒ１１を通る第１のパルス光Ｌｐ１を増幅して波長変換部３０に入射させる。

一方、２つのパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２のうち、第２のパルス光Ｌｐ２は、光ファイバー等で構成された第２光路Ｒ１２を通って波長変換部３０に導かれる。第１の光スイッチング素子１４と第２の光スイッチング素子１５とは、２本の光ファイバーで接続されており、２本の光ファイバーのうち一方の光ファイバーは、光路長が相対的に短いＯＮ側光路Ｒ１３となり、他方の光ファイバーは、光路長が相対的に長いＯＦＦ側光路Ｒ１４となる。ここで、第２のパルス光Ｌｐ２が波長変換部３０で第１のパルス光Ｌｐ１と時間的に重なるように、ＯＮ側光路Ｒ１３を経由する第２光路Ｒ１２の光路長（以下、第１光路長と称する）が調整される。また、第２のパルス光Ｌｐ２が波長変換部３０で第１のパルス光Ｌｐ１と時間的に重ならないように（例えば、パルス一個分の時間差が生じるように）、ＯＦＦ側光路Ｒ１４を経由する第２光路Ｒ１２の光路長（以下、第２光路長と称する）が調整される。すなわち、ＯＮ側光路Ｒ１３とＯＦＦ側光路Ｒ１４との間の光路長の差は、パルス一個分の時間差を生み出せる程度の差になっている。

そして、一対の光スイッチング素子１４，１５は、図示しない制御部からの制御信号を受けて、第２光路Ｒ１２がＯＮ側光路Ｒ１３もしくはＯＦＦ側光路Ｒ１４のいずれか一方を経由するように選択的に切り替える。なお、各光スイッチング素子１４，１５として、公知のものが使用される。光スイッチング素子の方式は、大きく分類すると、機械式、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）式、および光導波路式の３つの方式があり、本実施形態においては、いずれの方式も使用可能である。第２の光増幅器１７は、例えば、波長１．５［μｍ］帯の赤外光を増幅するエルビウム（Ｅｒ）・ドープ・ファイバー光増幅器（ＥＤＦＡ）であり、ＯＮ側光路Ｒ１３もしくはＯＦＦ側光路Ｒ１４を通った第２のパルス光Ｌｐ２（Ｌｐ２´）を増幅して波長変換部３０に入射させる。なお、波長１．１［μｍ］帯の赤外光を増幅する場合には、第１および第２の光増幅器１６，１７として、イットリビウム（Ｙｂ）・ドープ・ファイバー光増幅器（ＹＤＦＡ）が好適に用いられる。

波長変換部３０は、非線形光学結晶や周期分極反転結晶などの波長変換光学素子を備えて構成され、分岐カップラー素子１２において分離され第１および第２光路Ｒ１１，Ｒ１２を通った第１および第２のパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２を同軸に重ね合わせて波長変換光学素子に入射させ、和周波発生により高調波を発生させる。なお、複数のパルス光を同軸に重ね合わせ、和周波発生により高調波を発生させる波長変換部には種々の態様がある。本実施形態においては、異なる経路を通った複数のパルス光を同軸に重ね合わせて和周波発生を行わせる態様であれば、いずれの態様も適用可能である。そこで、図２に、波長変換部３０の構成例を示し、簡潔に説明する。なお、図２において、光路上に楕円形で示すものはコリメータレンズや集光レンズであり、個々の説明を省略する。また、図２において、Ｐ偏光を矢印で、Ｓ偏光を○中に点のある印で示し、基本波をω、そのｎ倍波をｎωで示す。

波長変換部３０は、６つの波長変換光学素子３１〜３６を主体に構成される。第１の光増幅器１６により増幅されて波長変換部３０に入射した周波数ωの第１のパルス光Ｌｐ１（基本波）は、ハーフミラー（分岐カップラー素子でもよい）４１でさらに分離される。ハーフミラー４１で分離された一方のパルス光Ｌｐ１ａがω→２ω→３ω→５ωの順に波長変換されるとともに、他方のパルス光Ｌｐ１ｂがω→２ωに波長変換され、波長変換部３０に入射した周波数ωの第１のパルス光Ｌｐ１（基本波）は、５倍波と２倍波の和周波発生により周波数７ωの第１のパルス光Ｌｐ１ｃ（７倍波）に波長変換される。そして、周波数７ωの第１のパルス光Ｌｐ１ｃ（７倍波）と第２の光増幅器１７により増幅された周波数ωの第２のパルス光Ｌｐ２（基本波）の和周波発生により８倍波（８ω）が生成される。

波長変換部３０に入射してハーフミラー４１を透過したＰ偏光の基本波（第１のパルス光Ｌｐ１のうち分離された一方のパルス光Ｌｐ１ａ）は、第１の波長変換光学素子３１に集光入射し、一部の光がＰ偏光の２倍波（２ω）に変換される。なお、２倍波発生用の波長変換光学素子３１として、例えばＰＰＬＮ結晶が用いられるが、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＳＬＴ結晶、ＬＢＯ結晶等を用いることもできる。

第１の波長変換光学素子３１から発生した２倍波と、第１の波長変換光学素子３１を透過した基本波は、第２の波長変換光学素子３２に集光入射し、一部の光が和周波発生によりＳ偏光の３倍波（３ω）に変換される。なお、３倍波発生用の波長変換光学素子３２として、例えばＬＢＯ結晶が用いられる。

第２の波長変換光学素子３２から発生されたＳ偏光の３倍波と、第２の波長変換光学素子３２を透過したＰ偏光の基本波および２倍波は、２波長波長板４２を透過して２倍波だけがＳ偏光に変換される。２波長波長板４２として、例えば、結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の結晶の平板からなる波長板が用いられる。この波長板は、一方の波長の光（２倍波）に対して偏光を回転させ、他方の波長の光に対しては、偏光が回転しないように、波長板（結晶）の厚さを一方の波長の光に対してλ／２の整数倍で、他方の波長の光に対しては、λの整数倍になるようにカットすることにより構成される。

ともにＳ偏光になった２倍波および３倍波は、第３の波長変換光学素子３３に集光入射し、一部の光が和周波発生によりＰ偏光の５倍波（５ω）に変換される。なお、５倍波発生用の波長変換光学素子３３として、例えばＬＢＯ結晶が用いられるが、ＢＢＯ結晶、ＣＢＯ結晶を用いることも可能である。第３の波長変換光学素子３３から出射される５倍波は、ウォークオフのため断面が楕円形になっている。そこで、２枚のシリンドリカルレンズ４３ｖ，４３ｈにより、楕円形の断面形状を円形に整形し、ダイクロイックミラー４７に入射させる。

波長変換部３０に入射してハーフミラー４１で反射したＰ偏光の基本波（第１のパルス光Ｌｐ１のうち分離された他方のパルス光Ｌｐ１ｂ）は、ミラー４４で反射等して第４の波長変換光学素子３４に集光入射し、一部の光がＰ偏光の２倍波（２ω）に変換される。なお、２倍波発生用の波長変換光学素子３４として、例えばＰＰＬＮ結晶が用いられるが、ＬＢＯ結晶、ＰＰＫＴＰ結晶、ＰＰＳＬＴ結晶等を用いることも可能である。

第４の波長変換光学素子３４から発生した２倍波は、ミラー４６で反射等して第１のダイクロイックミラー４７に入射する。第１のダイクロイックミラー４７は、２倍波の波長帯域の光を反射させるとともに、５倍波の波長帯域の光を透過させるように構成され、第１のダイクロイックミラー４７で反射したＰ偏光の２倍波と、第１のダイクロイックミラー４７を透過したＰ偏光の５倍波とが同軸に重ね合わされて第５の波長変換光学素子３５に入射する。第５の波長変換光学素子３５では、Ｐ偏光の２倍波（２ω）とＰ偏光の５倍波（５ω）による和周波発生が行われ、Ｓ偏光の７倍波（７ω）が発生する。なお、７倍波発生用の波長変換光学素子３５として、例えばＣＬＢＯ結晶が用いられる。このように、波長変換部３０に入射した周波数ωの第１のパルス光Ｌｐ１（基本波）は、周波数７ωの第１のパルス光Ｌｐ１ｃ（７倍波）に波長変換され、第２のダイクロイックミラー４９に入射する。

第２の光増幅器１７により増幅された周波数ωの第２のパルス光Ｌｐ２（基本波）は、Ｓ偏光で波長変換部３０に入射し、波長変換されることなくミラー４８で反射等して第２のダイクロイックミラー４９に入射する。第２のダイクロイックミラー４９は、基本波の波長帯域の光が反射するとともに、７倍波の波長帯域の光が透過するように構成され、第１のダイクロイックミラー４７で反射したＳ偏光の基本波と、第１のダイクロイックミラー４７を透過したＳ偏光の７倍波とが同軸に重ね合わされて第６の波長変換光学素子３６に入射する。第６の波長変換光学素子３６では、Ｓ偏光の基本波（ω）とＳ偏光の７倍波（７ω）による和周波発生が行われ、Ｐ偏光の８倍波（８ω）が発生する。なお、８倍波発生用の波長変換光学素子３６として、例えばＣＬＢＯ結晶が用いられる。

このように、分岐カップラー素子１２において分離された波長λ＝１．５４７［μｍ］の基本波（すなわち、第１および第２のパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２）は、波長変換部３０で同軸に重ね合わせられるとともに周波数８ωの８倍波（すなわち、波長が基本波の１／８である１９３[ｎｍ]のパルス光）に波長変換され、波長変換部３０から波長λ＝１９３［ｎｍ］の紫外光Ｌｖが出力される。なお、波長変換部３０から出力される光には、８倍波以外に、第６の波長変換光学素子３６を透過した基本波や２倍波等の他の波長成分が含まれるが、ダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタ、プリズム等を使用することにより、これらを分離・除去することができる。

以上のように構成されるレーザ装置１において、所定時間毎に１９３［ｎｍ］光（紫外光Ｌｖ）のＯＮ・ＯＦＦを繰り返すバースト発光を行うには、パルス光発生部１０からパルス光Ｌｐ（シード光）を発生させるとともに、一対の光スイッチング素子１４，１５により、所定のタイミングで（例えば、パルス光Ｌｐの繰り返し周波数と同じ周波数タイミングで）、ＯＮ側光路Ｒ１３とＯＦＦ側光路Ｒ１４の切り替えを行う。

１９３［ｎｍ］光がＯＮ状態のとき、一対の光スイッチング素子１４，１５は、図示しない制御部からの制御信号を受けて、第２光路Ｒ１２がＯＮ側光路Ｒ１３を経由するように切り替える。このとき、パルス光発生部１０から発生した波長λ＝１．５４７［μｍ］のパルス光Ｌｐは、分岐カップラー素子１２において２つのパルス光に分離され、２つのパルス光のうち第１のパルス光Ｌｐ１は、第１光路Ｒ１１を通り、第１の光増幅器１６により増幅されて波長変換部３０に入射する。一方、２つのパルス光のうち第２のパルス光Ｌｐ２は、ＯＮ側光路Ｒ１３を経由する第２光路Ｒ１２を通り、第２の光増幅器１７により増幅されて波長変換部３０に入射する。そして、ＯＮ側光路Ｒ１３を経由する第２光路Ｒ１２の光路長は、波長変換部３０において第２のパルス光Ｌｐ２が第１のパルス光Ｌｐ１と時間的に重なる第１光路長に調整されているため、第１のパルス光Ｌｐ１および第２のパルス光Ｌｐ２が波長変換部３０で同軸におよび時間的に重ね合わせられて前述のような波長変換が行われ、波長変換部３０から１９３［ｎｍ］光（紫外光Ｌｖ）が出力される。

一方、１９３［ｎｍ］光がＯＦＦ状態のとき、一対の光スイッチング素子１４，１５は、図示しない制御部からの制御信号を受けて、第２光路Ｒ１２がＯＦＦ側光路Ｒ１４を経由するように切り替える。このとき、パルス光発生部１０から発生した波長λ＝１．５４７［μｍ］のパルス光Ｌｐは、分岐カップラー素子１２において２つのパルス光に分離され、２つのパルス光のうち第１のパルス光Ｌｐ１は、第１光路Ｒ１１を通り、第１の光増幅器１６により増幅されて波長変換部３０に入射する。一方、２つのパルス光のうち第２のパルス光Ｌｐ２´は、ＯＦＦ側光路Ｒ１４を経由する第２光路Ｒ１２を通り、第２の光増幅器１７により増幅されて波長変換部３０に入射する。そして、ＯＦＦ側光路Ｒ１４を経由する第２光路Ｒ１２の光路長は、波長変換部３０において第２のパルス光Ｌｐ２´が第１のパルス光Ｌｐ１と時間的に重ならない第２光路長に調整されているため、第１のパルス光Ｌｐ１および第２のパルス光Ｌｐ２´が波長変換部３０で同軸に重ね合わせられても時間的に重ならないことから前述のような波長変換が行われず、波長変換部３０から１９３［ｎｍ］光（紫外光Ｌｖ）が出力されなくなる。

このように、第１実施形態においては、第２光路Ｒ１２の光路長を、第２のパルス光Ｌｐ２が波長変換部３０で第１のパルス光Ｌｐ１と時間的に重なる第１光路長および、第２のパルス光Ｌｐ２´が波長変換部３０で第１のパルス光Ｌｐ１と時間的に重ならない第２光路長のいずれかに選択的に切り替える一対の光スイッチング素子１４，１５が設けられている。これにより、１組のパルス光発生部（種光部）１０から発生したパルス光Ｌｐが分離して波長変換部３０に達するため、１９３［ｎｍ］光のＯＮ・ＯＦＦを切り替える際に発光タイミングの揺らぎ（タイミングジッター）が発生しないことから、バースト発光におけるノイズを低減させることが可能になる。

なおこのとき、一対の光スイッチング素子１４，１５が第２光路Ｒ１２の光路長を所定のタイミングで（例えば、パルス光Ｌｐの繰り返し周波数と同じ周波数タイミングで）切り替えることにより、１９３［ｎｍ］光（紫外光Ｌｖ）が波長変換部３０から所定の時間間隔をおいて（例えば、パルス光Ｌｐの繰り返し周波数の１／２倍の周波数タイミングで）発生するようになっている。そのため、安定したバースト発光を行うことができ、また、バースト発光における発光タイミングを容易に変更することができる。

なお、上述の第１実施形態において、第２光路Ｒ１２に一対の光スイッチング素子１４，１５を設けて、第２光路Ｒ１２の光路長を切り替えているが、これに限られるものではなく、第１光路Ｒ１１に一対の光スイッチング素子を設けて、第１光路Ｒ１１の光路長を切り替えるようにしてもよい。

次に、レーザ装置の参考形態について、図３を参照しながら説明する。参考形態に係るレーザ装置５１は、パルス光を発生させる第１および第２のパルス光発生部（種光部）６０，６１と、第１のパルス光発生部６０から発生したパルス光Ｌｐを２つのパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２に分離させる第１の分岐カップラー素子６２と、第２のパルス光発生部６１から発生したパルス光Ｌｐ´を２つのパルス光Ｌｐ１´，Ｌｐ２´に分離させる第２の分岐カップラー素子６３と、第１の分岐カップラー素子６２において分離された２つのパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２をそれぞれ同軸に重ね合わせてパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２の波長と異なる波長を有する光（例えば、紫外光Ｌｖ）を発生させる波長変換部３０（図２を参照）とを主体に構成される。なお、参考形態の波長変換部３０は、第１実施形態の波長変換部３０と同様の構成であり、第１実施形態の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

また、第１の分岐カップラー素子６２と波長変換部３０との間には、経路の異なる２つの光路Ｒ２１，Ｒ２２が接続され、２つの光路Ｒ２１，Ｒ２２のうち、図３の上側に位置する第１光路Ｒ２１には、第１のカップラー素子６４および第１の光増幅器６６が配設される。一方、図３の下側に位置する第２光路Ｒ２２には、第２のカップラー素子６５および第２の光増幅器６７が配設される。さらに、第２の分岐カップラー素子６３と第１のカップラー素子６４との間に第３光路Ｒ２３が接続されるとともに、第２の分岐カップラー素子６３と第２のカップラー素子６５との間に第４光路Ｒ２４が接続される。

第１のパルス光発生部６０は、第１実施形態のパルス光発生部１０と同様の構成であり、波長λ＝１．５４７［μｍ］の単一波長のパルス光Ｌｐ（シード光）を発生させる。第２のパルス光発生部６１も、第１実施形態のパルス光発生部１０と同様の構成であり、波長λ＝１．５４７［μｍ］の単一波長のパルス光Ｌｐ´（シード光）を発生させる。なお、第１および第２のパルス光発生部６０，６１には、電気パルス発生部（図示せず）が電気的に接続されており、１つの電気パルス発生部から出力された電気パルスによって第１および第２のパルス光発生部６０，６１がそれぞれ駆動される。

第１の分岐カップラー素子６２は、第１のパルス光発生部６０から発生したパルス光Ｌｐを２つのパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２に分離させる。第１の分岐カップラー素子６２において分離された２つのパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２のうち、第１のパルス光Ｌｐ１は、光ファイバー等で構成された第１光路Ｒ２１を通って波長変換部３０に導かれる。第１の光増幅器６６は、第１実施形態における第１の光増幅器１６と同様の構成であり、第１光路Ｒ２１を通る第１のパルス光Ｌｐ１を増幅して波長変換部３０に入射させる。

一方、２つのパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２のうち、第２のパルス光Ｌｐ２は、光ファイバー等で構成された第２光路Ｒ２２を通って波長変換部３０に導かれる。ここで、第２のパルス光Ｌｐ２が波長変換部３０で第１のパルス光Ｌｐ１と時間的に重なるように、第２光路Ｒ２２の光路長（以下、第１光路長と称する）が調整される。第２の光増幅器６７は、第１実施形態における第２の光増幅器１７と同様の構成であり、第２光路Ｒ２２を通る第２のパルス光Ｌｐ２を増幅して波長変換部３０に入射させる。

第２の分岐カップラー素子６３は、第２のパルス光発生部６１から発生したパルス光Ｌｐ´を２つのパルス光Ｌｐ１´，Ｌｐ２´に分離させる。第２の分岐カップラー素子６３において分離された２つのパルス光Ｌｐ１´，Ｌｐ２´のうち、第３のパルス光Ｌｐ１´は、光ファイバー等で構成された第３光路Ｒ２３を通って第１のカップラー素子６４で第１光路Ｒ２１に合流し、波長変換部３０に導かれる。

一方、２つのパルス光Ｌｐ１´，Ｌｐ２´のうち、第４のパルス光Ｌｐ２´は、光ファイバー等で構成された第４光路Ｒ２４を通って第２のカップラー素子６５で第２光路Ｒ２２に合流し、波長変換部３０に導かれる。ここで、第４のパルス光Ｌｐ２´が波長変換部３０で第３のパルス光Ｌｐ１´と時間的に重ならないように（例えば、パルス一個分の時間差が生じるように）、第２光路Ｒ２２と合流する第４光路Ｒ２４の光路長（以下、第２光路長と称する）が調整される。

以上のように構成されるレーザ装置５１において、所定時間毎に１９３［ｎｍ］光（紫外光Ｌｖ）のＯＮ・ＯＦＦを繰り返すバースト発光を行うには、所定のタイミングで（例えば、パルス光Ｌｐ，Ｌｐ´の繰り返し周波数と同じ周波数タイミングで）、電気パルス発生部（図示せず）から出力された電気パルスによって駆動されるパルス光発生部６０，６１の切り替えを行う。

１９３［ｎｍ］光がＯＮ状態のとき、電気パルス発生部（図示せず）が電気パルスを出力して、第１および第２のパルス光発生部６０，６１のうち、第１のパルス光発生部６０のみを駆動する。このとき、第１のパルス光発生部６０から発生した波長λ＝１．５４７［μｍ］のパルス光Ｌｐは、第１の分岐カップラー素子６２において２つのパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２に分離され、２つのパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２のうち第１のパルス光Ｌｐ１は、第１光路Ｒ２１を通り、第１の光増幅器６６により増幅されて波長変換部３０に入射する。一方、２つのパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２のうち第２のパルス光Ｌｐ２は、第２光路Ｒ２２を通り、第２の光増幅器６７により増幅されて波長変換部３０に入射する。そして、第２光路Ｒ２２の光路長は、波長変換部３０において第２のパルス光Ｌｐ２が第１のパルス光Ｌｐ１と時間的に重なる第１光路長に調整されているため、第１のパルス光Ｌｐ１および第２のパルス光Ｌｐ２が波長変換部３０で同軸におよび時間的に重ね合わせられて前述のような波長変換が行われ、波長変換部３０から１９３［ｎｍ］光（紫外光Ｌｖ）が出力される。

一方、１９３［ｎｍ］光がＯＦＦ状態のとき、電気パルス発生部（図示せず）が電気パルスを出力して、第１および第２のパルス光発生部６０，６１のうち、第２のパルス光発生部６１のみを駆動する。このとき、第２のパルス光発生部６１から発生した波長λ＝１．５４７［μｍ］のパルス光Ｌｐ´は、第２の分岐カップラー素子６３において２つのパルス光Ｌｐ１´，Ｌｐ２´に分離され、２つのパルス光Ｌｐ１´，Ｌｐ２´のうち第３のパルス光Ｌｐ１´は、第３光路Ｒ２３を通って第１のカップラー素子６４で第１光路Ｒ２１に合流し、第１の光増幅器６６により増幅されて波長変換部３０に入射する。一方、２つのパルス光Ｌｐ１´，Ｌｐ２´のうち第４のパルス光Ｌｐ２´は、第４光路Ｒ２４を通って第２のカップラー素子６５で第２光路Ｒ２２に合流し、第２の光増幅器６７により増幅されて波長変換部３０に入射する。そして、第２光路Ｒ２２と合流する第４光路Ｒ２４の光路長は、波長変換部３０において第４のパルス光Ｌｐ２´が第３のパルス光Ｌｐ１´と時間的に重ならない第２光路長に調整されているため、第３のパルス光Ｌｐ１´および第４のパルス光Ｌｐ２´が波長変換部３０で同軸に重ね合わせられても時間的に重ならないことから前述のような波長変換が行われず、波長変換部３０から１９３［ｎｍ］光（紫外光Ｌｖ）が出力されなくなる。

このように、参考形態においては、電気パルス発生部（図示せず）を利用してパルス光発生部６０，６１の切り替えを行うことにより、（第１光路Ｒ２１を通る光の光路長に対する）第２光路Ｒ２２を通る光の光路長を、第２のパルス光Ｌｐ２が波長変換部３０で第１のパルス光Ｌｐ１と時間的に重なるようにした第１光路長および、第４のパルス光Ｌｐ２´が波長変換部３０で第３のパルス光Ｌｐ１´と時間的に重ならないようにした第２光路長のいずれかに選択的に切り替えている。これにより、いずれか１組のパルス光発生部（種光部）６０，６１から発生したパルス光Ｌｐ，Ｌｐ´だけが分離して波長変換部３０に達するため、１９３［ｎｍ］光のＯＮ・ＯＦＦを切り替える際に発光タイミングの揺らぎ（タイミングジッター）が発生しないことから、バースト発光におけるノイズを低減させることが可能になる。

なおこのとき、（第１光路Ｒ２１を通る光の光路長に対する）第２光路Ｒ２２を通る光の光路長を所定のタイミングで（例えば、パルス光Ｌｐ，Ｌｐ´の繰り返し周波数と同じ周波数タイミングで）切り替えることにより、１９３［ｎｍ］光（紫外光Ｌｖ）が波長変換部３０から所定の時間間隔をおいて（例えば、パルス光Ｌｐの繰り返し周波数の１／２倍の周波数タイミングで）発生するようになっている。そのため、安定したバースト発光を行うことができ、また、バースト発光における発光タイミングを容易に変更することができる。

なお、上述の参考形態において、電気パルス発生部（図示せず）を利用して駆動するパルス光発生部６０，６１の切り替えを行っているが、これに限られるものではない。例えば、図３に示すように、第１のカップラー素子６４および第２のカップラー素子６５の代わりに、それぞれ第１の光スイッチング素子６８および第２の光スイッチング素子６９を設け、第１および第２のパルス光発生部６０，６１からそれぞれパルス光Ｌｐ，Ｌｐ´を発生させた状態で、第１および第２の光スイッチング素子６８，６９により光路の切り替えを行って、第１および第２のパルス光発生部６０，６１のうちいずれか一方から発生したパルス光だけが波長変換部３０に達するようにしてもよい。このようにしても、参考形態の場合と同様の効果を得ることができる。

なおこの場合、１９３［ｎｍ］光がＯＮ状態のとき、第１のパルス光発生部６０から発生したパルス光Ｌｐが、第１の分岐カップラー素子６２において２つのパルス光Ｌｐ１，Ｌｐ２に分離され、図示しない制御部からの制御信号による第１のおよび第２の光スイッチング素子６８，６９の切替作動によって第１光路Ｒ２１および第２光路Ｒ２２を通過可能となり、第１の光増幅器６６および第２の光増幅器６７によりそれぞれ増幅されて波長変換部３０に入射する。一方、１９３［ｎｍ］光がＯＦＦ状態のとき、第２のパルス光発生部６１から発生したパルス光Ｌｐ´が、第２の分岐カップラー素子６３において２つのパルス光Ｌｐ１´，Ｌｐ２´に分離され、第１および第２の光スイッチング素子６８，６９の切替作動によって第３光路Ｒ２３および第４光路Ｒ２４から第１光路Ｒ２１および第２光路Ｒ２２を通過可能となり、第１の光増幅器６６および第２の光増幅器６７によりそれぞれ増幅されて波長変換部３０に入射する。

また、上述の参考形態において、第２光路Ｒ２２を通る光の光路長を切り替えているが、これに限られるものではなく、（第２光路Ｒ２２を通る光の光路長に対する）第１光路Ｒ２１を通る光の光路長を切り替えるようにしてもよい。

また、上述の第１実施形態および参考形態において、波長変換部３０の構成は、上記構成に限られるものではなく、例えば、いずれも本出願人に係る、特開２００４−８６１９３号公報に開示した構成や、国際公開第２００５／１１６７５１号パンフレットに開示した構成などを適用することができる。

また、上述の第１実施形態および参考形態において、１９３［ｎｍ］光（紫外光Ｌｖ）のＯＮ・ＯＦＦを、例えば、パルス光の繰り返し周波数と同じ周波数タイミングで切り替えているが、これに限られるものではなく、パルス光の繰り返し周波数の１／ｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数タイミングでＯＮ側に切り替えるようにしてもよい。なお、１９３［ｎｍ］光のＯＮ・ＯＦＦを一定のタイミングではなくランダムに切り替えることも可能である。

１レーザ装置（第１実施形態）
１０パルス光発生部１２分岐カップラー素子（分離部）
１４第１の光スイッチング素子（光路長切替部）
１５第２の光スイッチング素子（光路長切替部）
３０波長変換部
Ｒ１１第１光路Ｒ１２第２光路
５１レーザ装置（参考形態）
６０第１のパルス光発生部６１第２のパルス光発生部
６２第１の分岐カップラー素子（分離部）
６３第２の分岐カップラー素子（分離部）
６８第１の光スイッチング素子（光路長切替部）
６９第２の光スイッチング素子（光路長切替部）
Ｒ２１第１光路Ｒ２２第２光路
Ｒ２３第３光路Ｒ２４第４光路
１０１レーザ装置（従来例）
１０２第１のパルス光発生部１０４第２のパルス光発生部
１１０波長変換部

Claims

パルス光を発生させるパルス光発生部と、
前記パルス光発生部から発生したパルス光を２つのパルス光に分離させる分離部と、
前記分離部において分離された２つのパルス光又はそれらの高調波をそれぞれ同軸に重ね合わせて前記パルス光の波長と異なる波長を有する光を発生させる波長変換部と、
前記２つのパルス光のうち一方のパルス光を前記分離部から前記波長変換部へ導く一方側の光路と、
前記２つのパルス光のうち他方のパルス光を前記分離部から前記波長変換部へ導く他方側の光路と、
前記一方側の光路長を、前記一方のパルス光が前記波長変換部で前記他方のパルス光と時間的に重なる第１光路長および、前記一方のパルス光が前記波長変換部で前記他方のパルス光と時間的に重ならない第２光路長のいずれかに選択的に切り替える光路長切替部とを備えて構成されることを特徴とするレーザ装置。
前記光路長切替部が前記一方側の光路長を所定のタイミングで前記選択的に切り替えることにより、前記パルス光の波長と異なる波長を有する光が前記波長変換部から所定の時間間隔をおいて発生することを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。