JP6737877B2 - レーザ装置 - Google Patents
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Description
本開示の他の1つの観点に係るレーザ装置は、一対の放電電極が内部に配置されたチャンバと、チャンバから出力されたビームのビーム幅を、少なくとも第1の方向であって一対の放電電極の間における放電方向と略平行な第1の方向に拡大するように配置された、第1のビームエキスパンダと、狭帯域化光学系であって、チャンバから出力されたビームのビーム幅を、少なくとも第2の方向であって第1の方向と略垂直な第2の方向に拡大するように配置された、少なくとも1つの光学素子を含む第2のビームエキスパンダと、第1及び第2のビームエキスパンダによってビーム幅が拡大されたビームを、第2の方向と略平行な面内に波長分散させるように配置された、グレーティングと、グレーティングの回折面に略垂直な第1の軸周りにグレーティングの傾斜角度を調節可能な第1の角度変更機構と、第1の軸に略垂直であってグレーティングの分散面に略平行な第2の軸周りにグレーティングの傾斜角度を変更する第2の角度変更機構と、を有し、グレーティングが、第1のビームエキスパンダによる波長分散を補償するように、第1の軸と、第2の軸と、を中心にそれぞれ傾けて配置されている狭帯域化光学系と、を備える。
本開示の他の1つの観点に係るレーザ装置は、一対の放電電極が内部に配置されたチャンバと、チャンバから出力されたビームを波長分散させるように配置されたグレーティングと、チャンバとグレーティングとの間のビーム経路に配置された第1のビームエキスパンダであって、グレーティングへの入射位置におけるビーム幅を、少なくとも第1の方向であってグレーティングの分散面と略垂直な第1の方向に拡大するように配置された、第1のビームエキスパンダと、チャンバとグレーティングとの間のビーム経路に配置された第2のビームエキスパンダであって、グレーティングへの入射位置におけるビーム幅を、少なくとも第2の方向であってグレーティングの分散面と略平行な第2の方向に拡大するように配置された、少なくとも1つの光学素子を含む第2のビームエキスパンダと、グレーティングの回折面に略垂直な第1の軸周りにグレーティングの傾斜角度を調節可能な第1の角度変更機構と、第1の軸に略垂直であってグレーティングの分散面に略平行な第2の軸周りにグレーティングの傾斜角度を調節可能な第2の角度変更機構と、を備え、グレーティングが、第1のビームエキスパンダによる波長分散を補償するように、第1の軸と、第2の軸と、を中心にそれぞれ傾けて配置される。
1.概要
2.グレーティングを傾斜させて第1のビームエキスパンダによる波長分散を補償するレーザ装置
2.1 構成
2.1.1 レーザチャンバ
2.1.2 狭帯域化光学系
2.1.3 出力結合ミラー
2.1.4 第1のビームエキスパンダ
2.2 動作
2.3 波長分散の補償作用
3.第2のビームエキスパンダに含まれるプリズムを傾斜させて第1のビームエキスパンダによる波長分散を補償するレーザ装置
4.第1のビームエキスパンダが上下反転している場合
5.グレーティングの角度変更機構
6.プリズムの角度変更機構
7.その他
本開示の1つの観点において、レーザ装置は、チャンバと、第1のビームエキスパンダと、狭帯域化光学系と、を備える。チャンバの内部には、一対の放電電極が配置される。第1のビームエキスパンダ及び狭帯域化光学系は、チャンバの外に配置される。狭帯域化光学系は、第2のビームエキスパンダと、グレーティングと、を備える。
第2のビームエキスパンダは、少なくとも1つのプリズムを含む。第2のビームエキスパンダは、チャンバから出力されたビームを、一対の放電電極の間における放電方向と略垂直な第2の方向に拡大させる。
なお、本願における「垂直」、「平行」等の語は、角度等の数値を厳密に規定するものではなく、実用的範囲内での誤差を含む趣旨である。
2.1 構成
図1及び図2は、本開示の第1の実施形態に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。図1及び図2に示されるレーザ装置は、レーザチャンバ10と、一対の放電電極11a及び11bと、狭帯域化光学系14と、出力結合ミラー15と、を含む。狭帯域化光学系14と出力結合ミラー15とが、光共振器を構成する。レーザチャンバ10は、光共振器の光路に配置される。レーザ装置は、図示しない増幅器に入射させるシード光をレーザ発振して出力するマスターオシレータである。
レーザチャンバ10は、例えばレアガスとしてアルゴンガス又はクリプトンガス、ハロゲンガスとしてフッ素ガス、バッファガスとしてネオンガス等を含むレーザ媒質としてのレーザガスが封入されるチャンバである。レーザチャンバ10の両端にはウインドウ10a及び10bが設けられる。レーザチャンバ10は、ホルダ20によって支持されている。
狭帯域化光学系14は、少なくとも1つのプリズムと、グレーティング14eと、ホルダ16a〜16eと、筐体12とを含む。少なくとも1つのプリズムは、放電方向と略垂直なH方向にビームを拡大させる4つのプリズム14a〜14dを含む。プリズム14a〜14dは、本開示における第2のビームエキスパンダを構成し得る。H方向は、本開示における第2の方向に相当し得る。
4つのプリズム14a〜14dの各々は、フッ化カルシウムの結晶で構成される。4つのプリズム14a〜14dの各々は、ビームが通過する2つの面18及び19を有する。面18を通過するビームが面18に対して非垂直となり、面19を通過するビームが面19に対して略垂直となるように、これらのプリズムが配置される。面18においては、ビームが屈折し、V軸に垂直な面内に波長分散が行われる。面19においては、ビームの屈折が抑制される。面18には、レーザ光に含まれる光の内の少なくともP偏光の反射を抑制する膜がコーティングされている。面19には、レーザ光の反射を抑制する膜がコーティングされている。グレーティング14eは、表面に高反射率の材料を含み、多数の溝が所定間隔で形成されたエシェールグレーティングである。
出力結合ミラー15は、筐体13に収容されている。出力結合ミラー15は、筐体13の内部で、ホルダ17によって支持されている。出力結合ミラー15のチャンバ10側の表面には、部分反射膜がコーティングされ、もう一つの面には反射抑制膜がコーティングされている。
第1の実施形態に係るレーザ装置は、放電方向と略平行なV方向にビームを拡大させる第1のビームエキスパンダを備える。第1のビームエキスパンダは、複数のプリズム43及び44を含む。プリズム43及び44は、ウインドウ10aとグレーティング14eとの間の光路に配置される。V方向は、本開示における第1の方向に相当し得る。
プリズム43及び44は、H方向にはビーム幅を拡大させなくてもよい。その場合、H方向のビーム幅を拡大させるプリズム14a〜14dとの機能分担を明確にし、光学系の設計を容易にすることができる。
一対の放電電極11a及び11b間に高電圧が印加されると、一対の放電電極11a及び11b間に放電が起こる。この放電のエネルギーにより、レーザチャンバ10内のレーザ媒質が励起されて高エネルギー準位に移行する。励起されたレーザ媒質が、その後低エネルギー準位に移行するとき、そのエネルギー準位差に応じた波長の光を放出する。
プリズム43及び44は、V方向にビームを拡大するだけでなく、VZ面に平行な面内に波長分散させる機能も有する。このため、プリズム43及び44からグレーティング14eに入射するビームの光軸は、発振波長がλ1である場合とλ2である場合とでわずかに異なる。図2における一点鎖線は、発振波長がλ1である場合の光軸を示し、図2における二点鎖線は、発振波長がλ2である場合の光軸を示す。例えば、発振波長が193.300nmから193.457nmに変更されると、光共振器内をレーザ光が1往復したときのV方向のポインティングは0.1mradずれる。光共振器内をレーザ光が6往復したときのV方向のポインティングは最大0.6mradずれる。図2においては、説明のために、これらの光軸のずれが誇張されて描かれている。
図4は、本開示の第2の実施形態に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。図4においては、一対の放電電極11a及び11bの間の放電方向に略平行な方向からみたレーザ装置の内部構成が示されている。第2の実施形態においては、プリズム43及び44の分散面に直交する面に対してグレーティング14eの分散面を傾ける代わりに、第2のビームエキスパンダに含まれる少なくとも1つのプリズムの分散面を傾ける。これより、第1のビームエキスパンダによる波長分散を補償することができる。
プリズム14dにおいても、プリズム14cと同様にS軸、P軸、Q軸が定義される。
他の点については、第1の実施形態と同様である。
図5は、本開示の第3の実施形態に係るレーザ装置の構成を模式的に示す。図5においては、一対の放電電極11a及び11bの間の放電方向に略平行な方向からみたレーザ装置の内部構成が示されている。第3の実施形態において、プリズム43及び44は、チャンバ側の位置における第1のビームB1に対してグレーティング側の位置における第2のビームB2を−V方向にシフトさせる。すなわち、プリズム43及び44は、第1の実施形態における配置に対して上下反転している。
他の点については、第1又は第2の実施形態と同様である。
また、一例として、プリズム43及び44によるV方向へのビーム幅の拡大率が2倍である場合、プリズム14cを、S軸周りに反時計回りに0.23°、P軸周りに反時計回りに−0.057°傾けて配置することが望ましい。あるいは、プリズム14cを傾ける代わりに、プリズム14dを、S軸周りに反時計回りに0.074°、P軸周りに反時計回りに−0.20°傾けて配置することが望ましい。
グレーティング14eのP軸周りの傾斜角度の絶対値は、0.12°以上、0.64°以下が望ましい。
プリズム14cのS軸周りの傾斜角度の絶対値は、0.14°以上、0.40°以下が望ましい。
プリズム14cのP軸周りの傾斜角度の絶対値は、0.034°以上、0.34°以下が望ましい。
プリズム14dのS軸周りの傾斜角度の絶対値は、0.046°以上、0.16°以下が望ましい。
プリズム14dのP軸周りの傾斜角度の絶対値は、0.12°以上、0.36°以下が望ましい。
図6A〜図6Cは、本開示の第4の実施形態に係るレーザ装置において使用可能な角度変更機構を模式的に示す。図6Aは、Q軸方向からみたグレーティング14e及び角度変更機構を示す。図6Bは、P軸方向からみたグレーティング14e及び角度変更機構を示す。図6Cは、S軸方向からみたグレーティング14e及び角度変更機構を示す。第4の実施形態においては、グレーティング14eの傾斜角度が調整可能である。
第1マイクロメータ34の近傍には、第1プレート31と第2プレート32との間隔を狭める方向に応力を有するバネ38が配置される。第2マイクロメータ35の近傍には、第1プレート31と第2プレート32との間隔を狭める方向に弾性力を有するバネ39が配置される。
第2マイクロメータ35は、図示しない制御装置により、ヘッド部35aの高さを調整可能である。これにより、グレーティング14eの傾きをP軸と略平行な軸周りに調節可能である。
ここではグレーティング14eの傾きを調節する場合について説明したが、同様の機構により、プリズム14c又は14dの角度を調節してもよい。
図7A〜図7Cは、本開示の第5の実施形態に係るレーザ装置において使用可能な角度変更機構を模式的に示す。図7Aは、Q軸方向からみたプリズム14d及び角度変更機構を示す。図7Bは、P軸の負の方向からみたプリズム14d及び角度変更機構を示す。図7Cは、S軸方向からみたプリズム14d及び角度変更機構を示す。図7Cにおいて、角度変更機構の一部は断面で示されている。第5の実施形態においては、プリズム14dの傾斜角度が調整可能である。
第1の蝶番41aは、2つ折りにされた1枚の板で構成されている。第1の蝶番41aは、肉薄の折り曲げ部からみて一方側の可動部42aと他方側の固定部43aとを含む。第1の蝶番41aの肉薄の折り曲げ部は、S軸と略平行に配置されている。
第2の蝶番41bは、2つ折りにされた別の1枚の板で構成されている。第2の蝶番41bは、肉薄の折り曲げ部からみて一方側の可動部42bと他方側の固定部43bとを含む。第2の蝶番41bの肉薄の折り曲げ部は、P軸と略平行に配置されている。
ここではプリズム14dの傾きを調節する場合について説明したが、同様の機構により、他のプリズムの角度を調節してもよいし、グレーティングの角度を調節してもよい。
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
Claims (16)
- 一対の放電電極が内部に配置されたチャンバと、
前記チャンバから出力されたビームのビーム幅を、少なくとも第1の方向であって前記一対の放電電極の間における放電方向と略平行な前記第1の方向に拡大するように配置された、第1のビームエキスパンダと、
狭帯域化光学系であって、
前記チャンバから出力されたビームのビーム幅を、少なくとも第2の方向であって前記第1の方向と略垂直な前記第2の方向に拡大するように配置された、少なくとも1つの光学素子を含む第2のビームエキスパンダと、
前記第1及び前記第2のビームエキスパンダによってビーム幅が拡大されたビームを、前記第2の方向と略平行な面内に波長分散させるように配置された、グレーティングと、を有し、
前記グレーティングが、前記第1のビームエキスパンダによる波長分散を補償するように配置され、前記グレーティングの分散面に垂直な第3の方向が、前記第1の方向と前記グレーティングに入射するビームの前記グレーティングへの入射位置におけるビーム軸方向との両方に平行な面と交差している、
前記狭帯域化光学系と、
を備えるレーザ装置。 - 前記第1のビームエキスパンダは、前記第1のビームエキスパンダよりも前記チャンバ側の位置における第1のビームと、前記第1のビームエキスパンダよりも前記グレーティング側の位置における第2のビームと、が略平行となるように配置された第1及び第2のプリズムを含む、請求項1記載のレーザ装置。
- 前記グレーティングが、当該グレーティングの回折面に略垂直な第1の軸と、前記第1の軸に略垂直であって当該グレーティングの分散面に略平行な第2の軸と、を中心にそれぞれ傾けて配置されている、請求項1記載のレーザ装置。
- 前記第1の軸を中心とした前記グレーティングの傾斜角度の絶対値が、0.084度以上、0.29度以下であり、前記第2の軸を中心とした前記グレーティングの傾斜角度の絶対値が、0.12度以上、0.64度以下である、請求項3記載のレーザ装置。
- 前記狭帯域化光学系が、
前記グレーティングの回折面に略垂直な第1の軸周りに前記グレーティングの傾斜角度を変更する第1の角度変更機構と、
前記第1の軸に略垂直であって前記グレーティングの分散面に略平行な第2の軸周りに前記グレーティングの傾斜角度を変更する第2の角度変更機構と、
をさらに有する、請求項1記載のレーザ装置。 - 一対の放電電極が内部に配置されたチャンバと、
前記チャンバから出力されたビームのビーム幅を、少なくとも第1の方向であって前記一対の放電電極の間における放電方向と略平行な前記第1の方向に拡大するように配置された、第1のビームエキスパンダと、
狭帯域化光学系であって、
前記チャンバから出力されたビームのビーム幅を、少なくとも第2の方向であって前記第1の方向と略垂直な前記第2の方向に拡大するように配置された、少なくとも1つの光学素子を含む第2のビームエキスパンダと、
前記第1及び前記第2のビームエキスパンダによってビーム幅が拡大されたビームを、前記第2の方向と略平行な面内に波長分散させるように配置された、グレーティングと、
前記グレーティングの回折面に略垂直な第1の軸周りに前記グレーティングの傾斜角度を調節可能な第1の角度変更機構と、
前記第1の軸に略垂直であって前記グレーティングの分散面に略平行な第2の軸周りに前記グレーティングの傾斜角度を変更する第2の角度変更機構と、
を有し、
前記グレーティングが、前記第1のビームエキスパンダによる波長分散を補償するように、前記第1の軸と、前記第2の軸と、を中心にそれぞれ傾けて配置されている、
前記狭帯域化光学系と、
を備えるレーザ装置。 - 前記第1のビームエキスパンダは、前記第1のビームエキスパンダよりも前記チャンバ側の位置における第1のビームと、前記第1のビームエキスパンダよりも前記グレーティング側の位置における第2のビームと、が略平行となるように配置された第1及び第2のプリズムを含む、請求項6記載のレーザ装置。
- 前記第1の軸を中心とした前記グレーティングの傾斜角度の絶対値が、0.084度以上、0.29度以下であり、前記第2の軸を中心とした前記グレーティングの傾斜角度の絶対値が、0.12度以上、0.64度以下である、請求項6記載のレーザ装置。
- 一対の放電電極が内部に配置されたチャンバと、
前記チャンバから出力されたビームを波長分散させるように配置されたグレーティングと、
前記チャンバと前記グレーティングとの間のビーム経路に配置された第1のビームエキスパンダであって、前記グレーティングへの入射位置におけるビーム幅を、少なくとも第1の方向であって前記グレーティングの分散面と垂直な方向成分を有する前記第1の方向に拡大するように配置された、前記第1のビームエキスパンダと、
前記チャンバと前記グレーティングとの間のビーム経路に配置された第2のビームエキスパンダであって、前記グレーティングへの入射位置におけるビーム幅を、少なくとも第2の方向であって前記グレーティングの分散面と略平行な前記第2の方向に拡大するように配置された、少なくとも1つの光学素子を含む前記第2のビームエキスパンダと、
を備え、
前記グレーティングが、前記第1のビームエキスパンダによる波長分散を補償するように配置され、前記グレーティングの分散面に垂直な第3の方向が、前記第1の方向と前記グレーティングに入射するビームの前記グレーティングへの入射位置におけるビーム軸方向との両方に平行な面と交差している、
レーザ装置。 - 前記第1のビームエキスパンダは、前記第1のビームエキスパンダよりも前記チャンバ側の位置における第1のビームと、前記第1のビームエキスパンダよりも前記グレーティング側の位置における第2のビームと、が略平行となるように配置された第1及び第2のプリズムを含む、請求項9記載のレーザ装置。
- 前記グレーティングが、当該グレーティングの回折面に略垂直な第1の軸と、前記第1の軸に略垂直であって当該グレーティングの分散面に略平行な第2の軸と、を中心にそれぞれ傾けて配置されている、請求項9記載のレーザ装置。
- 前記第1の軸を中心とした前記グレーティングの傾斜角度の絶対値が、0.084度以上、0.29度以下であり、前記第2の軸を中心とした前記グレーティングの傾斜角度の絶対値が、0.12度以上、0.64度以下である、請求項11記載のレーザ装置。
- 前記グレーティングの回折面に略垂直な第1の軸周りに前記グレーティングの傾斜角度を変更する第1の角度変更機構と、
前記第1の軸に略垂直であって前記グレーティングの分散面に略平行な第2の軸周りに前記グレーティングの傾斜角度を調節可能な第2の角度変更機構と、
をさらに備える、請求項9記載のレーザ装置。 - 一対の放電電極が内部に配置されたチャンバと、
前記チャンバから出力されたビームを波長分散させるように配置されたグレーティングと、
前記チャンバと前記グレーティングとの間のビーム経路に配置された第1のビームエキスパンダであって、前記グレーティングへの入射位置におけるビーム幅を、少なくとも第1の方向であって前記グレーティングの分散面と略垂直な前記第1の方向に拡大するように配置された、前記第1のビームエキスパンダと、
前記チャンバと前記グレーティングとの間のビーム経路に配置された第2のビームエキスパンダであって、前記グレーティングへの入射位置におけるビーム幅を、少なくとも第2の方向であって前記グレーティングの分散面と略平行な前記第2の方向に拡大するように配置された、少なくとも1つの光学素子を含む前記第2のビームエキスパンダと、
前記グレーティングの回折面に略垂直な第1の軸周りに前記グレーティングの傾斜角度を調節可能な第1の角度変更機構と、
前記第1の軸に略垂直であって前記グレーティングの分散面に略平行な第2の軸周りに前記グレーティングの傾斜角度を調節可能な第2の角度変更機構と、
を備え、
前記グレーティングが、前記第1のビームエキスパンダによる波長分散を補償するように、前記第1の軸と、前記第2の軸と、を中心にそれぞれ傾けて配置されている、
レーザ装置。 - 前記第1のビームエキスパンダは、前記第1のビームエキスパンダよりも前記チャンバ側の位置における第1のビームと、前記第1のビームエキスパンダよりも前記グレーティング側の位置における第2のビームと、が略平行となるように配置された第1及び第2のプリズムを含む、請求項14記載のレーザ装置。
- 前記第1の軸を中心とした前記グレーティングの傾斜角度の絶対値が、0.084度以上、0.29度以下であり、前記第2の軸を中心とした前記グレーティングの傾斜角度の絶対値が、0.12度以上、0.64度以下である、請求項14記載のレーザ装置。
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