JP5709072B2 - Laser apparatus and light generation method - Google Patents
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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、および光発生方法に関する。 The present invention relates to a laser device including a wavelength conversion unit that converts the wavelength of pulsed light emitted from a laser light generation unit into a predetermined wavelength , and a light generation method .
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。 In recent years, deep ultraviolet lasers have been actively developed for use in the field of semiconductor manufacturing equipment and the like. In particular, solid-state laser devices having advantages such as small size, high output, and no use of toxic gas have been developed. In this type of laser apparatus, laser light in the infrared wavelength region amplified by an optical amplifier is sequentially wavelength-converted by a wavelength conversion unit composed of a plurality of wavelength conversion optical elements, and finally the same as the oscillation wavelength of an ArF excimer laser. There is known a configuration that outputs ultraviolet light having a wavelength of 193 [nm] (hereinafter referred to as 193 [nm] light as appropriate).
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。
For example, as shown in FIG. 4, such a
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。
When the 193 [nm] light is in the ON state, as shown in FIG. 5A, the time timings of the first and second pulse lights Lp1 and Lp2 respectively amplified by the
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。 However, when switching on / off of 193 [nm] light, if the electrical light emission timing fluctuation (jitter) occurs between the channels in the pulsed light generating part or the like, the time of the pulsed light in the wavelength conversion optical element Since the timing is shifted, the light power after wavelength conversion fluctuates, causing noise. Note that if an electric pulse generator (not shown) with little jitter (hereinafter referred to as timing jitter) is used, the apparatus becomes expensive.
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および光発生方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a laser device and a light generation method in which noise is reduced.
このような目的達成のため、本発明に係るレーザ装置は、波長変換部を備えるレーザ装置であって、パルス状の第1のシード光を発生させる第1のパルス光発生部と、前記第1のシード光を第1のパルス光と第2のパルス光とに分離させる第1の分岐カップラー素子とを備え、分離された前記第1のパルス光と前記第2のパルス光とを時間的に重ね合わせて前記波長変換部に導き、前記波長変換部により前記第1のパルス光の波長および前記第2のパルス光の波長とは異なる波長を有する光を発生させる第1の光学装置と、パルス状の第2のシード光を発生させる第2のパルス光発生部と、前記第2のシード光を第3のパルス光と第4のパルス光とに分離させる第2の分岐カップラー素子とを備え、分離された前記第3のパルス光と前記第4のパルス光とを時間的に重ならないように調整し、前記第3のパルス光と前記第4のパルス光をそれぞれ前記第1のパルス光と前記第2のパルス光が通過する光路に合流させて前記波長変換部に導く第2の光学装置と、前記第1のシード光または前記第2のシード光が発生するように、前記第1の光学装置または前記第2の光学装置を駆動させる電気パルスを出力することにより、前記第1の光学装置と前記第2の光学装置との切り替えを行う電気パルス発生部と、を備えて構成される。 In order to achieve such an object, a laser apparatus according to the present invention is a laser apparatus including a wavelength conversion unit, the first pulsed light generating unit for generating a pulsed first seed light, and the first the seed light and a first branch coupler element to be separated into a first pulse light and the second pulse light, a and separated the first pulse light and the second pulse light temporally A first optical device that superimposes and guides the light to the wavelength converter, and generates light having a wavelength different from the wavelength of the first pulsed light and the wavelength of the second pulsed light by the wavelength converter, and a pulse It comprises a second pulse light generator for generating a second seed light Jo, and a second branch coupler element for separating the second seed light and a third light pulse and the fourth pulse light , The separated third pulse light and the fourth pulse light Was adjusted so as not to overlap a pulse light in time, it is combined in the optical path of the third pulse light and the fourth said pulsed light each first pulse light and the second pulse light passes A second optical device that leads to the wavelength converter, and an electric pulse that drives the first optical device or the second optical device so that the first seed light or the second seed light is generated. , And an electric pulse generator that switches between the first optical device and the second optical device .
また、本発明に係る光発生方法は、パルス状の第1のシード光を発生させ、前記第1のシード光を第1のパルス光と第2のパルス光とに分離させ、分離された前記第1のパルス光と前記第2のパルス光とを時間的に重ね合わせて波長変換部に導き、前記波長変換部により前記第1のパルス光の波長および前記第2のパルス光の波長とは異なる波長を有する光を発生させる第1のステップと、パルス状の第2のシード光を発生させ、前記第2のシード光を第3のパルス光と第4のパルス光とに分離させ、分離された前記第3のパルス光と前記第4のパルス光とを時間的に重ならないように調整し、前記第3のパルス光と前記第4のパルス光をそれぞれ前記第1のパルス光と前記第2のパルス光が通過する光路に合流させて前記波長変換部に導く第2のステップと、前記第1のシード光または前記第2のシード光が発生するように、前記第1のステップまたは前記第2のステップを実行させる電気パルスを出力することにより、前記第1のステップと前記第2のステップとの切り替えを行う切り替えステップと、を有することを特徴とする。Further, the light generation method according to the present invention generates a pulsed first seed light, separates the first seed light into a first pulse light and a second pulse light, and separates the separated first light The first pulsed light and the second pulsed light are temporally superimposed and guided to a wavelength conversion unit, and the wavelength conversion unit determines the wavelength of the first pulsed light and the wavelength of the second pulsed light. A first step of generating light having different wavelengths, and generating a pulsed second seed light, separating the second seed light into a third pulse light and a fourth pulse light; The third pulsed light and the fourth pulsed light are adjusted so as not to overlap with each other in time, and the third pulsed light and the fourth pulsed light are adjusted to the first pulsed light and the fourth pulsed light, respectively. The light is combined with an optical path through which the second pulsed light passes and guided to the wavelength conversion unit. And outputting an electric pulse for executing the first step or the second step so that the first seed light or the second seed light is generated. And a switching step for switching between the step and the second step.
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。 According to the present invention, since the light emission timing does not fluctuate (timing jitter), noise can be reduced.
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。参考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。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. A
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。
The
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。
The
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。
On the other hand, of the two pulsed lights Lp1 and Lp2, the second pulsed light Lp2 is guided to the
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。
The pair of
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。
The
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。
The
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。
The P-polarized fundamental wave (one of the first pulsed light Lp1 separated from the first pulsed light Lp1) incident on the
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。
The double wave generated from the first wavelength conversion
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。
The S-polarized third harmonic wave generated from the second wavelength conversion
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。
The second and third harmonics, both of which are S-polarized light, are collected and incident on the third wavelength conversion
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。
The P-polarized fundamental wave (the other pulsed light Lp1b separated from the first pulsed light Lp1) incident on the
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。
The second harmonic wave generated from the fourth wavelength conversion
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。
The second pulsed light Lp2 (fundamental wave) having the frequency ω amplified by the second
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。
As described above, the fundamental wave of the wavelength λ = 1.547 [μm] separated in the branch coupler element 12 (that is, the first and second pulse lights Lp1 and Lp2) is coaxially overlapped by the
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。
In the
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。
When the 193 [nm] light is in the ON state, the pair of
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。
On the other hand, when the 193 [nm] light is in the OFF state, the pair of
このように、参考形態においては、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。
As described above, in the reference mode , the optical path length of the second optical path R12 is set such that the second optical pulse Lp2 is temporally overlapped with the first optical pulse Lp1 by the
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。
At this time, the pair of
なお、上述の参考形態において、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。
In the reference embodiment described above, the pair of
次に、レーザ装置の本実施形態について、図3を参照しながら説明する。本実施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、本実施形態の波長変換部30は、参考形態の波長変換部30と同様の構成であり、参考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。
Next, this embodiment of the laser apparatus will be described with reference to FIG. The
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。
Further, two optical paths R21 and R22 having different paths are connected between the first
第1のパルス光発生部60は、参考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、参考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。
The first pulsed
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、参考形態における第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。
The first
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、参考形態における第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。
On the other hand, of the two pulsed lights Lp1 and Lp2, the second pulsed light Lp2 is guided to the
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。
The second
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。
On the other hand, of the two pulsed lights Lp1 ′ and Lp2 ′, the fourth pulsed light Lp2 ′ passes through the fourth optical path R24 formed of an optical fiber or the like and is joined to the second optical path R22 by the
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。
In the
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。
When 193 [nm] light is in the ON state, an electric pulse generator (not shown) outputs an electric pulse, and the first pulse light is generated from the first and second
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。
On the other hand, when the 193 [nm] light is in the OFF state, an electric pulse generator (not shown) outputs an electric pulse, and the second pulse among the first and second pulsed
このように、本実施形態においては、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。
As described above, in the present embodiment , by switching the pulsed
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。
At this time, the optical path length of the light passing through the second optical path R22 (relative to the optical path length of the light passing through the first optical path R21) is set at a predetermined timing (for example, at the same frequency timing as the repetition frequency of the pulsed lights Lp and Lp ′). By switching, 193 [nm] light (ultraviolet light Lv) is generated from the
なお、上述の本実施形態において、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、本実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
In the above-described embodiment , the
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。
In this case, when the 193 [nm] light is in the ON state, the pulse light Lp generated from the first
また、上述の本実施形態において、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。 In the above-described embodiment , the optical path length of the light passing through the second optical path R22 is switched. However, the present invention is not limited to this, and the first optical path R21 (relative to the optical path length of the light passing through the second optical path R22). The optical path length of the light passing through may be switched.
また、上述の参考形態および本実施形態において、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。
Moreover, in the above-mentioned reference form and this embodiment, the structure of the
また、上述の参考形態および本実施形態において、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。 Further, in the above-described reference mode and the present embodiment , ON / OFF of 193 [nm] light (ultraviolet light Lv) is switched at, for example, the same frequency timing as the repetition frequency of the pulsed light. Instead, it may be switched to the ON side at a frequency timing that is 1 / n times the repetition frequency of the pulsed light (n is an integer of 2 or more). Note that ON / OFF of 193 [nm] light can be switched randomly instead of at a fixed timing.
1 レーザ装置(参考形態)
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(本実施形態)
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
1 Laser equipment ( reference form )
10
14 1st optical switching element (optical path length switching part)
15 Second optical switching element (optical path length switching unit)
30 wavelength converter R11 first optical path R12 second
60 1st pulse
63 Second branch coupler element (separator)
68 1st optical switching element (optical path length switching part)
69 Second optical switching element (optical path length switching unit)
R21 1st optical path R22 2nd optical path R23 3rd optical path R24 4th
102 1st pulse
Claims (2)
パルス状の第1のシード光を発生させる第1のパルス光発生部と、前記第1のシード光を第1のパルス光と第2のパルス光とに分離させる第1の分岐カップラー素子とを備え、分離された前記第1のパルス光と前記第2のパルス光とを時間的に重ね合わせて前記波長変換部に導き、前記波長変換部により前記第1のパルス光の波長および前記第2のパルス光の波長とは異なる波長を有する光を発生させる第1の光学装置と、
パルス状の第2のシード光を発生させる第2のパルス光発生部と、前記第2のシード光を第3のパルス光と第4のパルス光とに分離させる第2の分岐カップラー素子とを備え、分離された前記第3のパルス光と前記第4のパルス光とを時間的に重ならないように調整し、前記第3のパルス光と前記第4のパルス光をそれぞれ前記第1のパルス光と前記第2のパルス光が通過する光路に合流させて前記波長変換部に導く第2の光学装置と、
前記第1のシード光または前記第2のシード光が発生するように、前記第1の光学装置または前記第2の光学装置を駆動させる電気パルスを出力することにより、前記第1の光学装置と前記第2の光学装置との切り替えを行う電気パルス発生部と、を備えることを特徴とするレーザ装置。 A laser device including a wavelength conversion unit,
A first pulse light generator for generating a first seed light pulse shape, and a first branch coupler element to separate the first seed light into a first light pulse and second pulse light And separating the first pulsed light and the second pulsed light temporally so as to be guided to the wavelength converting unit, and the wavelength converting unit converts the wavelength of the first pulsed light and the second pulsed light. A first optical device for generating light having a wavelength different from the wavelength of the pulsed light of
A second pulse light generating portion for generating a pulse-shaped second seed light, and a second branch coupler element for separating the second seed light and a third light pulse and the fourth pulse light And adjusting the separated third pulse light and the fourth pulse light so that they do not overlap in time, and the third pulse light and the fourth pulse light are respectively adjusted to the first pulse light. A second optical device that joins an optical path through which light and the second pulsed light pass and guides them to the wavelength conversion unit ;
Outputting an electric pulse for driving the first optical device or the second optical device so that the first seed light or the second seed light is generated , and the first optical device, An electrical pulse generator that performs switching with the second optical device.
パルス状の第2のシード光を発生させ、前記第2のシード光を第3のパルス光と第4のパルス光とに分離させ、分離された前記第3のパルス光と前記第4のパルス光とを時間的に重ならないように調整し、前記第3のパルス光と前記第4のパルス光をそれぞれ前記第1のパルス光と前記第2のパルス光が通過する光路に合流させて前記波長変換部に導く第2のステップと、Pulse-shaped second seed light is generated, the second seed light is separated into third pulse light and fourth pulse light, and the separated third pulse light and fourth pulse light are separated. The light is adjusted so that it does not overlap with time, and the third pulse light and the fourth pulse light are joined to the optical path through which the first pulse light and the second pulse light pass, respectively. A second step leading to the wavelength converter;
前記第1のシード光または前記第2のシード光が発生するように、前記第1のステップまたは前記第2のステップを実行させる電気パルスを出力することにより、前記第1のステップと前記第2のステップとの切り替えを行う切り替えステップと、を有することを特徴とする光発生方法。By outputting an electric pulse for executing the first step or the second step so that the first seed light or the second seed light is generated, the first step and the second step are output. A light generation method comprising: a switching step for switching to the step.
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