JP7258178B2 - ガスレーザ増幅器、ガスレーザ装置、ｅｕｖ光発生装置およびｅｕｖ露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ媒質としてガスを用いることでレーザ光を発生または増幅するガスレーザ増幅器、ガスレーザ装置、ＥＵＶ（Extreme UltraViolet）光発生装置およびＥＵＶ露光装置に関する。

ＥＵＶ光生成装置は、レーザ光を生成するガスレーザ増幅器と、ガスレーザ増幅器から出射されたレーザ光をターゲットに照射してＥＵＶ光を生成させるＥＵＶ光生成部と、を備える。ガスレーザ増幅器は、ガスレーザ増幅媒体であるＣＯ₂ガスを含むレーザガスが収容されるチャンバと、チャンバの第１面に設けられる第１ウィンドウと、第１面と対向する第２面に設けられる第２ウィンドウと、を有する。また、ガスレーザ増幅器は、第１凹面鏡および第２凹面鏡の間の空間に電圧を印加するための対向配置された一対の平板状電極を有する。このようなガスレーザ増幅器で、平板状電極間に高周波電圧が印加されると、放電領域が形成され、レーザガスが励起される。この状態で、第１ウィンドウからシードレーザ光がチャンバ内に入射し、放電領域を通過すると増幅され、増幅光となる。増幅光は第２凹面鏡と第１凹面鏡との間で反射を繰り返す。そして、予め定められた回数の反射の後、増幅光は、第１凹面鏡から第２ウィンドウを介してチャンバから出力される。

このようなガスレーザ増幅器では、放電領域で生成される自然放出光が第１ウィンドウと第２ウィンドウとの間で反射することによって、自励発振が生じる。そこで、特許文献１には、ガスレーザ増幅器内に設計された光軸上に開口部が形成されたアパーチャを有するガスレーザ増幅器が開示されている。これによって、ガスレーザ増幅器内で生じる自励発振光は、アパーチャによって遮られ、自励発振光が第１ウィンドウおよび第２ウィンドウから出射されることが抑制される。

国際公開第２０１４／０４５８８９号

しかしながら、上記従来のガスレーザ増幅器では、シードレーザ光と異なる光軸で発生する自励発振光の第１ウィンドウおよび第２ウィンドウからの出射を抑制することができるが、シードレーザ光と略同じ光軸で発生する自励発振光の出射を抑制することができない。特許文献１に記載のガスレーザ増幅器におけるアパーチャは、第１ウィンドウおよび第２ウィンドウに設けられている。第１ウィンドウおよび第２ウィンドウに設けられたアパーチャで往復光路が形成されて発振する自励発振光の光軸は、ガスレーザ増幅器内でのシードレーザ光の光軸と略同じになる。アパーチャにおけるレーザ光の反射率が低く設定されていたとしても、ガスレーザ増幅器の利得が大きい状態では、わずかな散乱光でも第１ウィンドウおよび第２ウィンドウに設けられたアパーチャ間で自励発振が発生する可能性がある。上記したＥＵＶ光生成装置のガスレーザ増幅器において、シードレーザ光と略同じ光軸で自励発振光が発生すると、意図しないタイミングでＥＵＶ光生成部内のターゲットに自励発振光が照射され、ＥＵＶ光生成装置に不具合を起こす原因となるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シードレーザ光と同じ光軸での自励発振光の発生を抑制することができるガスレーザ増幅器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るガスレーザ増幅器は、筐体と、放電電極対と、光共振器と、を備える。筐体は、外部から第１レーザ光が入射される入射ウィンドウ、および増幅された第１レーザ光が出射される出射ウィンドウを有する。放電電極対は、筐体の内部に対向して配置される放電電極間に供給されるレーザガスを励起させる。光共振器は、筐体の外部から第１レーザ光が入射ウィンドウから筐体の内部に入射しない非入射状態のときには、励起されたレーザガスの利得によって第２レーザ光を発振させ、第１レーザ光が入射ウィンドウから筐体の内部に入射する入射状態のときには、第２レーザ光の発振を停止させる。

本発明に係るガスレーザ増幅器は、シードレーザ光と同じ光軸での自励発振光の発生を抑制することができるという効果を奏する。

実施の形態１によるガスレーザ増幅器を備えるガスレーザ装置の構成の一例を模式的に示す透視斜視図 図１のガスレーザ増幅器の内部をＹ方向から見た図 一般的なガスレーザ増幅器に入射するレーザ光の出力の時間に対する変化の一例を示す図 一般的なガスレーザ増幅器で増幅されたレーザ光の出力の時間に対する変化の一例を示す図 自励発振出力の時間に対する変化の一例を示す図 一般的なガスレーザ増幅器内の利得の時間に対する変化の一例を示す図 実施の形態１によるガスレーザ増幅器で増幅されたレーザ光の出力の時間に対する変化の一例を示す図 実施の形態１によるガスレーザ増幅器における光共振器出力の時間に対する変化の一例を示す図 実施の形態１によるガスレーザ増幅器における自励発振出力の時間に対する変化の一例を示す図 実施の形態１によるガスレーザ増幅器内の利得の時間に対する変化の一例を示す図 実施の形態１によるガスレーザ増幅器で増幅されたレーザ光の出力の時間に対する変化の一例を示す図 実施の形態２によるガスレーザ増幅器を備えるガスレーザ装置の構成の一例を模式的に示す透視斜視図 図１２のガスレーザ増幅器の内部をＹ方向から見た図 実施の形態２によるガスレーザ増幅器で増幅されたレーザ光の出力の時間に対する変化の一例を示す図 実施の形態２によるガスレーザ増幅器における光共振器出力の時間に対する変化の一例を示す図 実施の形態２によるガスレーザ増幅器における自励発振出力の時間に対する変化の一例を示す図 実施の形態２によるガスレーザ増幅器内の利得の時間に対する変化の一例を示す図 実施の形態３によるガスレーザ増幅器を備えるガスレーザ装置の構成の一例を模式的に示す透視斜視図 図１８のガスレーザ増幅器の内部をＹ方向から見た図 実施の形態４によるガスレーザ増幅器を備えるガスレーザ装置の構成の一例を模式的に示す透視斜視図 図２０のガスレーザ増幅器の内部をＹ方向から見た図 実施の形態５によるガスレーザ増幅器を備えるガスレーザ装置の構成の一例を模式的に示す透視斜視図 図２２のガスレーザ増幅器の内部をＹ方向から見た図 実施の形態６によるガスレーザ増幅器を備えるガスレーザ装置の構成の一例を模式的に示す透視斜視図 図２４のガスレーザ増幅器の内部をＹ方向から見た図 実施の形態７によるガスレーザ増幅器を備えるガスレーザ装置の構成の一例を模式的に示す分解斜視図 実施の形態７によるガスレーザ増幅器で増幅されたレーザ光の出力の時間に対する変化の一例を示す図 実施の形態７によるガスレーザ増幅器における光共振器出力の時間に対する変化の一例を示す図 実施の形態７によるガスレーザ増幅器における自励発振出力の時間に対する変化の一例を示す図 実施の形態７による１段目のガスレーザ増幅器内の利得の時間に対する変化の一例を示す図 実施の形態７による２段目のガスレーザ増幅器内の利得の時間に対する変化の一例を示す図 実施の形態８によるガスレーザ増幅器の構成の一例を模式的に示す斜視図 実施の形態９によるＥＵＶ露光装置の構成の一例を模式的に示すブロック図

以下に、本発明の実施の形態に係るガスレーザ増幅器、ガスレーザ装置、ＥＵＶ光発生装置およびＥＵＶ露光装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１によるガスレーザ増幅器を備えるガスレーザ装置の構成の一例を模式的に示す透視斜視図である。図１で、ガスレーザ増幅器１０Ａ内でのシードレーザ光の光軸ＯＡ１の方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直でガスレーザ増幅器１０Ａ内のレーザガスの流れる方向をＸ方向とする。また、Ｚ方向およびＸ方向に垂直な方向をＹ方向とする。なお、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の取り方は、以降の図でも同様である。図２は、図１のガスレーザ増幅器の内部をＹ方向から見た図である。

ガスレーザ装置１は、増幅させるレーザ光であるシードレーザ光を出射するレーザ光源２と、シードレーザ光を増幅し、増幅されたシードレーザ光を増幅光として出射するガスレーザ増幅器１０Ａと、を備える。

レーザ光源２は、直線偏光の第１レーザ光であるシードレーザ光を出力する。シードレーザ光は、繰り返し周波数が数十ｋＨｚから数百ｋＨｚまでのパルスレーザ光、または連続波レーザ光である。図１の例では、シードレーザ光は、偏光方向ＰＤ１がＸ方向であるＰ偏光である。

ガスレーザ増幅器１０Ａは、レーザ媒質であるレーザガスを封入する筐体１１を備える。ガスレーザ増幅器１０Ａは、筐体１１の側面１１Ａに設けられ、レーザ光源２からのシードレーザ光が入射するウィンドウ１２と、側面１１Ａとは反対側の面である側面１１Ｂに設けられ、筐体１１内で増幅された増幅光を外部に出射するウィンドウ１３と、を備える。ウィンドウ１２とウィンドウ１３とは、Ｚ方向に平行な同一直線上に設けられる。すなわち、筐体１１内で、ウィンドウ１２とウィンドウ１３とを結ぶ光軸ＯＡ１は、Ｚ方向に平行な直線となる。ウィンドウ１２は、入射ウィンドウに相当し、ウィンドウ１３は、出射ウィンドウに相当する。

ガスレーザ増幅器１０Ａは、偏光ミラー１４，１５と、部分反射鏡１６と、全反射鏡１７と、ダンパ１８と、を備える。偏光ミラー１４，１５は、ウィンドウ１２，１３に挟まれた筐体１１内の光軸ＯＡ１上に配置されている。偏光ミラー１４，１５は、シードレーザ光と、シードレーザ光と同じ偏光方向ＰＤ１を有する増幅光と、を透過し、シードレーザ光の偏光方向ＰＤ１と直交する偏光方向ＰＤ２のレーザ光を反射する。すなわち、偏光ミラー１４，１５は、Ｐ偏光を透過するが、Ｓ偏光をＸ方向に反射する。これによって、光軸ＯＡ１上を伝播するＳ偏光は、偏光ミラー１４，１５によってＸ方向に反射される。

部分反射鏡１６は、偏光ミラー１４によって反射されたレーザ光の一部を透過させ、その他を反射する。全反射鏡１７は、偏光ミラー１５によって反射されたレーザ光を反射する。部分反射鏡１６と全反射鏡１７とによって光共振器４０が構成される。この光共振器４０で発生したレーザ光、すなわち、シードレーザ光が増幅された増幅光ではないレーザ光は、部分反射鏡１６と全反射鏡１７との間で往復され、増幅される。部分反射鏡１６と全反射鏡１７とを結ぶ光軸ＯＡ２は、光共振器４０の光軸となる。

ダンパ１８は、光軸ＯＡ２上の部分反射鏡１６の後段に配置され、部分反射鏡１６を透過したレーザ光を吸収する。なお、光共振器４０で発振したレーザ光の偏光方向ＰＤ２は、偏光ミラー１４，１５で反射される方向に偏光し、シードレーザ光の偏光方向ＰＤ１と直交する。そのため、光共振器４０で発振したレーザ光は、偏光ミラー１４，１５で反射され、ウィンドウ１２，１３から出射されることがなく、また、部分反射鏡１６を透過したレーザ光の一部は、ダンパ１８で吸収されることになる。

ガスレーザ増幅器１０Ａは、筐体１１内に設けられ、レーザガスを励起する２つの放電電極対２０Ａ，２０Ｂを備える。放電電極対２０Ａは、放電電極２１Ａ，２２Ａを有し、放電電極対２０Ｂは、放電電極２１Ｂ，２２Ｂを有する。放電電極２１Ａ，２２Ａは、Ｙ方向に間隔をおいて、電極面が互いに平行となるように配置され、放電電極対２０Ａを構成する。放電電極２１Ｂ，２２Ｂは、Ｙ方向に間隔をおいて、電極面が互いに平行となるように配置され、放電電極対２０Ｂを構成する。図１および図２の例では、放電電極２１Ａ，２２Ａは、Ｚ方向において、筐体１１の中心とウィンドウ１２との間の領域に配置され、放電電極２１Ｂ，２２Ｂは、Ｚ方向において、筐体１１の中心とウィンドウ１３との間の領域に配置される。ガスレーザ増幅器１０Ａは、放電電極２１Ａ，２２Ａおよび放電電極２１Ｂ，２２Ｂに接続される図示しない高周波電源をさらに備える。

また、ガスレーザ増幅器１０Ａは、ガス流発生部２５Ａ，２５Ｂを備える。ガス流発生部２５Ａ，２５Ｂは、レーザガスを供給する図示しないレーザガス供給部と、筐体１１内に供給されたレーザガスをＸ方向に流すとともに、筐体１１内にレーザガスを循環させる図示しない送風機と、光軸ＯＡ１，ＯＡ２を通過したレーザガスを冷却する図示しない熱交換器と、を有する。ガス流発生部２５Ａ，２５Ｂは、Ｚ方向の異なる位置に、Ｘ方向での向きが対向するレーザガスを流す。すなわち、図１の例では、ガス流発生部２５Ａは、放電電極２２Ａの下部に配置され、ガス流発生部２５Ｂは、放電電極２２Ｂの下部に配置される。具体的には、ガス流発生部２５Ａでは、放電電極２１Ａ，２２Ａ間で、Ｘ軸の正方向に向かってレーザガスが流されるように、レーザガス供給部によって方向Ｄ１に沿ってレーザガスが供給される。また、ガス流発生部２５Ｂでは、放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間で、Ｘ軸の負方向に向かってレーザガスが流されるように、レーザガス供給部によって方向Ｄ２に沿ってレーザガスが供給される。レーザガスとして、ＣＯ₂ガスを用いることができる。ＣＯ₂ガスをレーザガスとして用いたガスレーザ増幅器１０Ａは、ＥＵＶ露光装置の光源として使用することができる。

放電電極２１Ａ，２２Ａ間には、方向Ｄ１にレーザガスが流れ込み、放電電極２１Ａ，２２Ａに高周波電圧を印加すると、放電電極２１Ａ，２２Ａ間に放電空間２３Ａが形成される。方向Ｄ１において光軸ＯＡ１よりも上流に放電空間２３Ａが形成されるように、放電電極２１Ａ，２２Ａは配置される。

放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間には、方向Ｄ２にレーザガスが流れ込み、放電電極２１Ｂ，２２Ｂに高周波電圧を印加すると、放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間に放電空間２３Ｂが形成される。方向Ｄ２において光軸ＯＡ１よりも上流に放電空間２３Ｂが形成されるように、放電電極２１Ｂ，２２Ｂは配置される。

図２に示されるように、ガスレーザ増幅器１０Ａは、筐体１１内のウィンドウ１２と放電空間２３Ａとの間、およびウィンドウ１３と放電空間２３Ｂとの間の光軸ＯＡ１上に、それぞれアパーチャ３１を備える。アパーチャ３１は、光軸ＯＡ１と異なる光軸で発生する自励発振光のガスレーザ増幅器１０Ａの外への出射を抑制する部材である。アパーチャ３１におけるレーザ光の反射率が低くなるように、アパーチャ３１の構成材料が選択されることが望ましい。

図１に示されるように、ガスレーザ増幅器１０Ａは、レーザガスの流れる方向であるＸ方向と、電極ギャップ方向であるＹ方向と、光軸ＯＡ１の方向であるＺ方向と、が直交した三軸直交型のガスレーザ増幅器である。

つぎに、ガスレーザ増幅器１０Ａの動作について説明する。ガス流発生部２５Ａ，２５Ｂによって、図１および図２に示される方向Ｄ１，Ｄ２にレーザガスが流される。これによって、レーザガスは放電電極２１Ａ，２２Ａ間および放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間に流れ込む。放電電極２１Ａ，２２Ａ間および放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間に図示しない高周波電源から高周波電圧を印加することによって、放電空間２３Ａ，２３Ｂが形成される。放電空間２３Ａ，２３Ｂに流れ込んだレーザガスは励起される。励起されたレーザガスは、それぞれの放電電極対２０Ａ，２０Ｂの下流側に位置する光軸ＯＡ１，ＯＡ２に流れ込む。光軸ＯＡ１，ＯＡ２を通過したレーザガスは、図示しない熱交換器によって冷却され、図示しない送風機によって放電空間２３Ａ，２３Ｂに流され、筐体１１内で循環させられる。

ガスレーザ増幅器１０Ａの外部に設けられるレーザ光源２から出射されたシードレーザ光は、光軸ＯＡ１に沿ってウィンドウ１２から筐体１１内に入射する。ここでは、シードレーザ光はＰ偏光であるので、偏光ミラー１４を透過し、偏光ミラー１５に向かって伝播する。また、シードレーザ光は放電空間２３Ａの下流および放電空間２３Ｂの下流の励起されたレーザガス中を通過するので、シードレーザ光は増幅され、増幅光となる。そして、Ｐ偏光である増幅光は、偏光ミラー１５を透過して、ウィンドウ１３から筐体１１の外部へと出射される。

一方、ガスレーザ増幅器１０Ａの光軸ＯＡ１とは異なる光軸上で発生し、増幅されたレーザ光は、アパーチャ３１に遮られ、ウィンドウ１２，１３から出射されることはない。

また、筐体１１内では、部分反射鏡１６および全反射鏡１７によって光共振器４０が構成されている。この光共振器４０の光軸ＯＡ２は、部分反射鏡１６、偏光ミラー１４、偏光ミラー１５および全反射鏡１７を通る。偏光ミラー１４と偏光ミラー１５との間では、光軸ＯＡ１と同軸となり、光共振器４０で発振したレーザ光は、励起されたレーザガス内を通過することになる。この光共振器４０で発振したレーザ光の偏光方向ＰＤ２は、偏光ミラー１４，１５で反射される方向に偏光し、シードレーザ光の偏光方向ＰＤ１と直交する。このレーザ光は、部分反射鏡１６と全反射鏡１７との間で反射され、増幅されるが、偏光ミラー１４，１５で反射されてしまうため、筐体１１の外部に出射されることはない。また、部分反射鏡１６に到達したレーザ光の一部は、部分反射鏡１６を透過し、ダンパ１８に吸収される。これによっても、光共振器４０で発振したレーザ光は、筐体１１の外部に出射されることはない。さらに、シードレーザ光と同じ方向に向く偏光成分は、偏光ミラー１４，１５で反射されないため、光共振器４０で共振できず、レーザ発振しない。

ここで、実施の形態１によらないガスレーザ増幅器で自励発振が発生する状況の一例を説明する。図３は、一般的なガスレーザ増幅器に入射するレーザ光の出力の時間に対する変化の一例を示す図であり、図４は、一般的なガスレーザ増幅器で増幅されたレーザ光の出力の時間に対する変化の一例を示す図である。図５は、自励発振出力の時間に対する変化の一例を示す図であり、図６は、一般的なガスレーザ増幅器内の利得の時間に対する変化の一例を示す図である。これらの図において、横軸は、時間を示している。また、図３の縦軸は、入射レーザ光出力を示し、図４の縦軸は、レーザ光増幅出力を示し、図５の縦軸は、自励発振出力を示し、図６の縦軸は、ガスレーザ増幅器の利得ｇ_aを示している。

また、図６において、ｇ₀は小信号利得であり、ｇ_sは自励発振の発振閾値利得であり、ｇ_pはレーザ光が増幅されているときの利得である。小信号利得ｇ₀は、入力が限りなく０に近いときの単位長さあたりの増幅率である。

区間ΔＴ０，ΔＴ２では、図３に示されるように、シードレーザ光がガスレーザ増幅器に入射し、増幅されているときである。図４に示されるように、ガスレーザ増幅器の利得は、レーザ光の増幅に利用され、増幅光はガスレーザ増幅器の外部に出射される。図６に示されるように、ガスレーザ増幅器内の利得ｇ_aは、シードレーザ光が増幅されているときの利得ｇ_pと等しくなり、自励発振の発振閾値利得ｇ_sを下回っているため、図５に示されるように、自励発振は発生しない。

一方、区間ΔＴ１は、シードレーザ光が何らかの不具合でガスレーザ増幅器に入射されなかった区間であるとする。この場合には、シードレーザ光が増幅されないため、図６に示されるように、ガスレーザ増幅器内の利得ｇ_aが上昇し、自励発振の発振閾値利得ｇ_sを上回り、図５に示されるように、自励発振が発生する。

実施の形態１では、シードレーザ光がガスレーザ増幅器１０Ａに入射されない区間ΔＴ１で、自励発振の発生が抑制されるように、ガスレーザ増幅器１０Ａが構成される。図７は、実施の形態１によるガスレーザ増幅器で増幅されたレーザ光の出力の時間に対する変化の一例を示す図であり、図８は、実施の形態１によるガスレーザ増幅器における光共振器出力の時間に対する変化の一例を示す図である。図９は、実施の形態１によるガスレーザ増幅器における自励発振出力の時間に対する変化の一例を示す図であり、図１０は、実施の形態１によるガスレーザ増幅器内の利得の時間に対する変化の一例を示す図である。図１１は、実施の形態１によるガスレーザ増幅器で増幅されたレーザ光の出力の時間に対する変化の一例を示す図である。これらの図で、横軸は時間を示している。

なお、図７のレーザ光増幅出力は、シードレーザ光が光軸ＯＡ１に沿ってガスレーザ増幅器１０Ａに入射し、ウィンドウ１３から出射されるレーザ光の増幅出力を示している。ここでは、繰り返し周波数が数十ｋＨｚから数百ｋＨｚのパルスレーザの平均出力波形を示している。なお、繰り返し周波数が数十ｋＨｚから数百ｋＨｚのパルスレーザの瞬時出力波形は、図１１に示されるようになる。

図８の光共振器出力は、光共振器４０の部分反射鏡１６から出力され、ダンパ１８に吸収されるレーザ光の出力である。図９の自励発振出力は、ガスレーザ増幅器１０Ａの外部の部材または内部のアパーチャ３１などの部材からの反射または回折光によって発生する自励発振の出力である。図１０において、ｇ₀は小信号利得であり、ｇ_sは自励発振の発振閾値利得であり、ｇ_rは光共振器４０の発振閾値利得であり、ｇ_pはレーザ光が増幅されているときの利得である。

区間ΔＴ１０，ΔＴ１２は、ガスレーザ増幅器１０Ａにシードレーザ光が入射し、増幅されているときであり、入射状態に対応する。この場合には、上記したように、入射したシードレーザ光によってガスレーザ増幅器１０Ａ内の利得が消費され、図１０に示されるように、ガスレーザ増幅器１０Ａ内の利得ｇ_aは、シードレーザ光が増幅されているときの利得ｇ_pと等しくなる。実施の形態１では、光共振器４０の発振閾値利得ｇ_rは、シードレーザ光が増幅されているときの利得ｇ_pよりも大きな値に設定されている。このため、光共振器４０側では、発振閾値利得ｇ_r以上の利得が形成されず、図８に示されるようにレーザ光は発振できない。つまり、光共振器４０からはレーザ光は出射されない。同様に、図１０に示されるように、自励発振の発振閾値利得ｇ_sもシードレーザ光が増幅されているときの利得ｇ_pよりも大きな値となっているため、図９に示されるように、自励発振が発生しない。

一方、区間ΔＴ１１は、シードレーザ光がガスレーザ増幅器１０Ａに入射されなかった区間であり、非入射状態に対応する。この区間ΔＴ１１では、図７に示されるように、レーザ光増幅出力が０になったときに、図１０に示されるように、ガスレーザ増幅器１０Ａ内の利得ｇ_aは、小信号利得ｇ₀となり、光共振器４０の発振閾値利得ｇ_rを上回る。このため、図８に示されるように、直ちに、光共振器４０でレーザ光が発振する。このとき、自励発振の発振閾値利得ｇ_sよりも光共振器４０の発振閾値利得ｇ_rの方が小さいため、自励発振が発生する前に光共振器４０でレーザ光が発振する。つまり、図９に示されるように、自励発振が発生しない。そして、ガスレーザ増幅器１０Ａ内の利得ｇ_aは、光共振器４０によって消費され、光共振器４０の発振閾値利得ｇ_rと等しくなる。このため、ガスレーザ増幅器１０Ａ内の利得ｇ_aは、自励発振の発振閾値利得ｇ_sを下回り、自励発振は発生しない。つまり、実施の形態１によるガスレーザ増幅器１０Ａは、自励発振を抑制できる。なお、図８に示されるように、光共振器４０で発振したレーザ光の一部は、部分反射鏡１６を透過し、ダンパ１８で吸収される。

ここで、シードレーザ光が入射されている入射状態における光軸ＯＡ１上でシードレーザ光が増幅されているときの単位長さ当たりの利得である残留利得をｇ_pとする。また、ガスレーザ増幅器１０Ａに入射したときのシードレーザ光の出力をＰ_inとし、ガスレーザ増幅器１０Ａから出射したときの増幅されたシードレーザ光である増幅光の出力をP_outとする。光軸ＯＡ１のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_pでシードレーザ光が増幅される利得は、次式（１）で示される。

また、光共振器４０の部分反射鏡１６の反射率をＲ₁とし、光共振器４０が発振しているときの単位長さ当たりの利得である発振閾値利得をｇ_rとする。このとき、光軸ＯＡ２のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_rで、光共振器４０で発生するレーザ光が増幅される利得は次式（２）で示される。

シードレーザ光が入射したときに、光共振器４０の発振が自動的に止まるためには、次式（３）の条件が満たされなければならない。
ｇ_pＬ_p＜ｇ_rＬ_r ・・・（３）

（１）式、（２）式および（３）式から、光共振器４０の部分反射鏡１６が有する反射率Ｒ₁は、次式（４）の条件を満たさなければならない。

例えば、１００Ｗのシードレーザ光が入力され、増幅光の出力が２５ｋＷに到達するように想定されたガスレーザ増幅器１０Ａの増幅率は２５０倍である。このときの部分反射鏡１６の反射率Ｒ₁の条件は、次式（５）となる。
Ｒ₁＜１６×１０^-6 ・・・（５）

一方、入射時のシードレーザ光のビーム強度をＩ_inとし、増幅時の増幅光のビーム強度をＩ_outとし、飽和強度をＩ_sとし、小信号利得をｇ₀とする。光軸ＯＡ１のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_pでの小信号利得は、次式（６）で示される。

例えば、飽和強度Ｉ_sが２００Ｗ／ｃｍ²であり、増幅後のシードレーザ光のビーム径φが３０ｍｍであり、上記の１００Ｗのシードレーザ光を入力し、増幅後に２５ｋＷの増幅光を出力する条件では、光軸ＯＡ１のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_pでの小信号利得は、次式（７）で示される。
ｇ₀Ｌ_p≒２３ ・・・（７）

自励発振は、ガスレーザ増幅器１０Ａの外部の部材あるいは内部のアパーチャ３１などの部材からの反射または回折光によって発生する。そのため、自励発振時の光のフィードバック率は非常に小さく、自励発振の発振閾値は略小信号利得ｇ₀となる場合が多い。したがって、自励発振光が発生する前に、光共振器４０で発振するためには、次式（８）の条件が満たされなければならない。
ｇ₀Ｌ_p＞ｇ_rＬ_r ・・・（８）

（２）式および（７）式から、光共振器４０の部分反射鏡１６が有する反射率Ｒ₁は、次式（９）の条件を満たさなければならない。
Ｒ₁＞７×１０^-21 ・・・（９）

（５）式および（９）式より、部分反射鏡１６の反射率Ｒ₁を、７×１０^-21よりも大きく、１６×１０^-6よりも小さい値に設定することによって、上記したようにガスレーザ増幅器１０Ａ内での自励発振の発生を抑制することができる。

このように、ガスレーザ増幅器１０Ａ内に光共振器４０を設置し、光共振器４０の部分反射鏡１６の反射率Ｒ₁を適切に設定することによって、光共振器４０で発生するレーザ光の発振閾値利得が、外部から入射したシードレーザ光の増幅時の利得よりも大きくなるようにし、かつ自励発振の閾値利得よりも小さくなるように設定することができる。すなわち、光共振器４０の共振器全損失は、光共振器４０の入射状態の利得と、光共振器４０の非入射状態の利得と、の間の値を有するように設定される。これによって、自励発振を抑制することができる。

なお、図１ではシードレーザ光の偏光方向ＰＤ１は放電電極２１Ａ，２２Ａ間および放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間におけるガス流方向と同じＸ方向としているが、シードレーザ光の偏光方向ＰＤ１を放電ギャップ長方向であるＹ方向とし、光共振器４０で発生するレーザ光の偏光方向ＰＤ２を、これと直交するＸ方向としてもよい。つまり、偏光ミラー１４，１５が、Ｐ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過する偏光ミラーとしてもよい。

また、図１では、光共振器４０を筐体１１の内部に設置したが、偏光ミラー１４、部分反射鏡１６およびダンパ１８を筐体１１の外側に設置してもよいし、偏光ミラー１５および全反射鏡１７を筐体１１の外側に設置してもよい。さらに、図１では、部分反射鏡１６およびダンパ１８がシードレーザ光の入射側に配置され、全反射鏡１７がシードレーザ光の出射側に配置されているが、これらの配置位置が逆にされてもよい。すなわち、シードレーザ光の入射側に全反射鏡１７が配置され、シードレーザ光の出射側に部分反射鏡１６およびダンパ１８が配置されてもよい。

また、図１では光共振器４０を往復する光は、偏光ミラー１４，１５で放電電極２１Ａ，２２Ａ間および放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間におけるガス流方向、すなわちＸ方向へ反射されているが、これを電極ギャップ長方向、すなわちＹ方向へ反射されるようにしてもよい。さらに、図１では、ガスレーザ増幅器１０Ａのシードレーザ光の光軸ＯＡ１は、１度だけ放電空間２３Ａ，２３Ｂを通り抜ける１パス構成であるが、後述する実施の形態のように筐体１１内部に折り返し構造を持たせて放電空間２３Ａ，２３Ｂを複数回通り抜ける構成であってもよい。

また、ウィンドウ１３から出射された増幅光を増幅するために、さらにこの後段に１つ以上のガスレーザ増幅器を設置してもよい。設置されるガスレーザ増幅器は、実施の形態１によるガスレーザ増幅器１０Ａでもよいし、実施の形態１によらないガスレーザ増幅器でもよい。

実施の形態１では、ガスレーザ増幅器１０Ａは、外部のレーザ光源２から入射され、筐体１１の内部で増幅されるシードレーザ光の光軸ＯＡ１と一部が共通化される光軸ＯＡ２を有する第２レーザ光を共振する光共振器４０を備える。光軸ＯＡ１上に、第１方向に偏光する光を透過し、第１方向に直交する第２方向に偏光する光を反射する偏光ミラー１４，１５が設けられる。光共振器４０は、偏光ミラー１４で反射される方向に配置される部分反射鏡１６と、偏光ミラー１５で反射される方向に配置される全反射鏡１７と、によって構成される。光軸ＯＡ２の部分反射鏡１６の後段には、レーザ光を吸収するダンパ１８が配置される。そして、光共振器４０で発生するレーザ光の発振閾値利得が、外部から入射したシードレーザ光の増幅時の利得よりも大きくなるとともに、自励発振の閾値利得よりも小さくなるように、部分反射鏡１６の反射率Ｒ₁が設定される。これによって、ガスレーザ増幅器１０Ａ内にシードレーザ光が入射されないときに、自励発振光が発生する前に、光共振器４０でレーザ発振されるので、自励発振が抑制される。また、シードレーザ光の光軸ＯＡ１と同じ光軸上でレーザ光が発生した場合に、偏光成分が第１方向の光は、偏光ミラー１４，１５で反射されないので、光共振器４０で増幅されない。さらに、偏光成分が第２方向の光は、光共振器４０で増幅され、その一部が部分反射鏡１６を透過してダンパ１８で吸収されるが、ガスレーザ増幅器１０Ａの外部に出射されることはない。その結果、時間的に光共振器４０の損失を変化させる装置を用いることなく、ガスレーザ増幅器１０Ａ内で、シードレーザ光と同じ光軸で発生する自励発振光の出射を抑制することができるという効果を有する。

実施の形態２．
図１２は、実施の形態２によるガスレーザ増幅器を備えるガスレーザ装置の構成の一例を模式的に示す透視斜視図である。図１３は、図１２のガスレーザ増幅器の内部をＹ方向から見た図である。なお、以下では、実施の形態１と異なる部分を説明し、実施の形態１と同一の部分については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

実施の形態１では、シードレーザ光の光軸ＯＡ１と、光共振器４０で発振されるレーザ光の光軸ＯＡ２と、が、一部重なるように構成されていた。実施の形態２では、シードレーザ光の光軸ＯＡ１と、光共振器４１で発振されるレーザ光の光軸ＯＡ２と、が重ならないように配置される。

すなわち、ウィンドウ１２とウィンドウ１３とを通過する光軸ＯＡ１上には、アパーチャ３１以外の光学部品が配置されていない。なお、アパーチャ３１は、光軸ＯＡ１上の放電空間２３Ａに対応する位置とウィンドウ１２との間、および光軸ＯＡ１上の放電空間２３Ｂとウィンドウ１３との間に、設けられる。

ガスレーザ増幅器１０Ｂは、筐体１１内に光共振器４１を備える。光共振器４１は、部分反射鏡１６と、全反射鏡１７と、ダンパ１８と、を有する。光共振器４１で発振するレーザ光の光軸ＯＡ２は、光軸ＯＡ１とは異なる位置に、光軸ＯＡ１と平行となるように配置される。図１２および図１３の例では、ＸＺ平面において、光軸ＯＡ２は、光軸ＯＡ１に対してＸ軸負方向に間隔をおいて平行に配置される。ダンパ１８は、部分反射鏡１６を透過したレーザ光を吸収することができる位置に配置される。光共振器４１で発振したレーザ光は部分反射鏡１６から出力され、ダンパ１８で吸収される。その結果、光共振器４１で発振したレーザ光はすべてダンパ１８で吸収され、ガスレーザ増幅器１０Ｂから外部には出射されないようになっている。

また、ガスレーザ増幅器１０Ｂは、光軸ＯＡ２上にアパーチャ３２を備える。アパーチャ３２は、放電空間２３Ａと部分反射鏡１６との間と、光軸ＯＡ２上の放電空間２３Ｂに対応する位置と全反射鏡１７との間と、に配置される。

なお、実施の形態２では、放電空間２３Ａが光軸ＯＡ２を含むように、放電電極２１Ａ，２２Ａが配置され、放電空間２３Ｂが光軸ＯＡ１を含むように、放電電極２１Ｂ，２２Ｂが配置される。

ここで、ガスレーザ増幅器１０Ｂの動作について説明する。ガス流発生部２５Ａ，２５Ｂによって、図１２および図１３に示される方向Ｄ１，Ｄ２にレーザガスが流される。これによって、レーザガスは放電電極２１Ａ，２２Ａ間および放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間に流れ込む。放電電極２１Ａ，２２Ａ間および放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間に図示しない高周波電源から高周波電圧を印加することによって、放電空間２３Ａ，２３Ｂが形成される。放電空間２３Ａ，２３Ｂに流れ込んだレーザガスは励起される。励起されたレーザガスは、それぞれの放電電極対２０Ａ，２０Ｂの下流側に位置する光軸ＯＡ１，ＯＡ２に流れ込む。光軸ＯＡ１，ＯＡ２を通過したレーザガスは、図示しない熱交換器によって冷却され、図示しない送風機によって放電空間２３Ａ，２３Ｂに流され、筐体１１内で循環させられる。なお、シードレーザ光は、繰り返し周波数が数十ｋＨｚから数百ｋＨｚのパルスレーザ光であってもよいし、連続波レーザ光であってもよい。

ガスレーザ増幅器１０Ｂの外部に設けられるレーザ光源２から出射されたシードレーザ光は、光軸ＯＡ１に沿ってウィンドウ１２から筐体１１内に入射する。シードレーザ光は、放電空間２３Ａの下流および放電空間２３Ｂを通るときに励起されたレーザガス中を通過するので、増幅され、増幅光となる。そして、増幅光は、ウィンドウ１３から筐体１１の外部に出射される。

ここで、光共振器４１の部分反射鏡１６の反射率Ｒ₁は、光共振器４１の発振閾値利得ｇ_rが以下に示す条件を満たすように設定される。

図１４は、実施の形態２によるガスレーザ増幅器で増幅されたレーザ光の出力の時間に対する変化の一例を示す図であり、図１５は、実施の形態２によるガスレーザ増幅器における光共振器出力の時間に対する変化の一例を示す図である。図１６は、実施の形態２によるガスレーザ増幅器における自励発振出力の時間に対する変化の一例を示す図であり、図１７は、実施の形態２によるガスレーザ増幅器内の利得の時間に対する変化の一例を示す図である。これらの図で、横軸は時間を示している。

図１７において、ｇ_r’は光共振器４１が発振しているときの光軸ＯＡ１上の利得であり、ｇ_p’はシードレーザ光が増幅されているときの光軸ＯＡ２上の利得である。なお、図７、図８、図９および図１０で説明したものと同一のものについては、その説明を省略する。

ガスレーザ増幅器１０Ｂにシードレーザ光が入射し増幅されている区間ΔＴ１０，ΔＴ１２では、光共振器４１の発振閾値利得ｇ_rは、シードレーザ光が増幅されているときの光軸ＯＡ２上の利得ｇ_p’よりも大きな値に設定されている。このため、シードレーザ光が増幅され、ウィンドウ１３から出射されているときに、光共振器４１側では、発振閾値利得ｇ_r以上の利得が形成されないので、図１５に示されるように、レーザ光は発振できない。つまり、光共振器４１からはレーザ光は出射されない。同様に、自励発振の発振閾値利得ｇ_sもレーザ光が増幅されているときの光軸ＯＡ１上の利得ｇ_pよりも大きな値となっているため、図１６に示されるように、自励発振も発生しない。

一方、シードレーザ光がガスレーザ増幅器１０Ｂに入射されない区間ΔＴ１１では、図１４に示されるように、レーザ光増幅出力が０になったときに、図１７に示されるように、ガスレーザ増幅器１０Ｂ内の利得ｇ_aは、光共振器４１の発振閾値利得ｇ_rを上回る。このため、図１５に示されるように、直ちに、光共振器４１でレーザ光が発振する。このとき、自励発振の発振閾値利得ｇ_sよりも光共振器４１の発振閾値利得ｇ_rの方が小さいため、自励発振が発生する前に光共振器４１でレーザ光が発振する。つまり、図１６に示されるように、自励発振が発生しない。そして、ガスレーザ増幅器１０Ｂ内の光軸ＯＡ１上の利得ｇ_aは光共振器４１によって消費され、光共振器４１が発振しているときの光軸ＯＡ１上の利得ｇ_r’と等しくなる。このため、ガスレーザ増幅器１０Ｂ内の利得ｇ_aは、自励発振の発振閾値利得ｇ_sを下回り、自励発振は発生しない。つまり、実施の形態２によるガスレーザ増幅器１０Ｂは、自励発振を抑制できる。なお、図１５に示されるように、光共振器４１で発振したレーザ光の一部は、部分反射鏡１６を透過し、ダンパ１８で吸収される。

このように、実施の形態２では、ガスレーザ増幅器１０Ｂ内に光共振器４１を設置し、その発振閾値利得を外部から入射したシードレーザ光の増幅時の利得より大きくなるように設定し、自励発振の閾値利得よりも小さくなるように設定した。これによって、シードレーザ光が入射されないときには、直ちに光共振器４１でレーザ光が発振されるため、自励発振を抑制できる。

なお、図１２では、ガスレーザ増幅器１０Ｂのシードレーザ光の光軸ＯＡ１は、１度だけ放電空間２３Ａ，２３Ｂを通り抜ける１パス構成であるが、後述する実施の形態のように筐体１１内部に折り返し構造を持たせて放電空間２３Ａ，２３Ｂを複数回通り抜ける構成であってもよい。

さらに、図１２では、部分反射鏡１６およびダンパ１８がシードレーザ光の入射側に配置され、全反射鏡１７がシードレーザ光の出射側に配置されているが、これらの配置位置が逆にされてもよい。すなわち、シードレーザ光の入射側に全反射鏡１７が配置され、シードレーザ光の出射側に部分反射鏡１６およびダンパ１８が配置されてもよい。

実施の形態３．
図１８は、実施の形態３によるガスレーザ増幅器を備えるガスレーザ装置の構成の一例を模式的に示す透視斜視図である。図１９は、図１８のガスレーザ増幅器の内部をＹ方向から見た図である。なお、以下では、実施の形態１，２と異なる部分を説明し、実施の形態１，２と同一の部分については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

実施の形態１，２では、ウィンドウ１２とウィンドウ１３とは、Ｚ方向に延在する１つの直線上に配置されていた。しかし、実施の形態３では、ウィンドウ１２とウィンドウ１３とは、Ｚ方向に延在する１つの直線上にはなく、ＸＹ面内およびＸＺ面内で異なる位置に配置される。すなわち、シードレーザ光の光軸ＯＡ１が筐体１１内で折り返されている。

ガスレーザ増幅器１０Ｃは、反射ミラー５１，５２，５３，５４を備える。反射ミラー５１，５３は、筐体１１のウィンドウ１３が設置される側面１１Ｂに設けられ、反射ミラー５２，５４は、筐体１１のウィンドウ１２が設置される側面１１Ａに設けられる。反射ミラー５１，５２，５３，５４は、ウィンドウ１２から入射したシードレーザ光が、ウィンドウ１３へと導かれるように、筐体１１内の側面１１Ａ，１１Ｂに配置される。これによって、ウィンドウ１２から反射ミラー５１，５２，５３，５４を介してウィンドウ１３へと至る光軸ＯＡ１が形成される。

ガスレーザ増幅器１０Ｃは、部分反射鏡１６，１９と、ダンパ１８と、を備える。部分反射鏡１６，１９によって光共振器４２が構成される。光共振器４２で発振するレーザ光の光軸ＯＡ２がシードレーザ光の光軸ＯＡ１を横切るように、部分反射鏡１６，１９は筐体１１内に配置される。図１８および図１９の例では、部分反射鏡１６は、ウィンドウ１２が設けられる側面１１Ａとシードレーザ光の入射側に配置される放電電極対２０Ａとの間の領域であって、放電電極２１Ａ，２２Ａ間に流入するガス流の上流側に設けられる。また、部分反射鏡１９は、ウィンドウ１３が設けられる側面１１Ｂとシードレーザ光の出射側に配置される放電電極対２０Ｂとの間の領域であって、放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間に流入するガス流の上流側に配置されている。このことから、光共振器４２の光軸ＯＡ２の部分反射鏡１６，１９に近い両端は光軸ＯＡ１に対してガス流の上流側を通る。また、光軸ＯＡ１を横切っている光軸ＯＡ２の中央部分は励起されたレーザガスを光軸ＯＡ１と略共有している。

ダンパ１８は、部分反射鏡１６，１９を透過したレーザ光を吸収するように配置される。光共振器４２で発振したレーザ光の一部は、部分反射鏡１６，１９から出射され、ダンパ１８ですべて吸収される。なお、図１８および図１９では、光共振器４２の部分反射鏡１６，１９およびダンパ１８は、筐体１１内に配置されているが、筐体１１の外部に配置されてもよい。

ガスレーザ増幅器１０Ｃは、光軸ＯＡ１，ＯＡ２上にアパーチャ３１，３２，３３を備える。アパーチャ３１は、光軸ＯＡ１上の放電空間２３Ａに対応する位置とウィンドウ１２との間、および光軸ＯＡ１上の放電空間２３Ｂに対応する位置とウィンドウ１３との間に配置される。アパーチャ３３は、光軸ＯＡ１上の反射ミラー５１と放電空間２３Ｂとの間、光軸ＯＡ１上の放電空間２３Ａに対応する位置と反射ミラー５２との間、光軸ＯＡ１上の放電空間２３Ｂに対応する位置と反射ミラー５３との間、および光軸ＯＡ１上の放電空間２３Ａと反射ミラー５４との間に配置される。アパーチャ３２は、光軸ＯＡ２上の放電空間２３Ａと部分反射鏡１６との間、および放電空間２３Ｂと部分反射鏡１９との間に配置される。

また、実施の形態３では、光軸ＯＡ１のうち、ウィンドウ１２と反射ミラー５１とを結ぶ光軸の一部が放電空間２３Ｂに含まれるように、放電電極２１Ｂ，２２Ｂが配置される。さらに、光軸ＯＡ１のうち、反射ミラー５４とウィンドウ１３とを結ぶ光軸の一部が放電空間２３Ａに含まれるように、放電電極２１Ａ，２２Ａが配置される。

ここで、ガスレーザ増幅器１０Ｃの動作について説明する。ガス流発生部２５Ａ，２５Ｂによって、図１８および図１９に示される方向Ｄ１，Ｄ２にレーザガスが流される。これによって、レーザガスは放電電極２１Ａ，２２Ａ間および放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間に流れ込む。放電電極２１Ａ，２２Ａ間および放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間に図示しない高周波電源から高周波電圧を印加することによって、放電空間２３Ａ，２３Ｂが形成される。放電空間２３Ａ，２３Ｂに流れ込んだレーザガスは励起される。励起されたレーザガスは、それぞれの放電電極対２０Ａ，２０Ｂの下流側に位置する光軸ＯＡ１に流れ込む。なお、光軸ＯＡ２は、その大部分において、放電空間２３Ａ，２３Ｂを通過するように配置されている。光軸ＯＡ１，ＯＡ２を通過したレーザガスは、図示しない熱交換器によって冷却され、図示しない送風機によって放電空間２３Ａ，２３Ｂに流され、筐体１１内で循環させられる。なお、シードレーザ光は、繰り返し周波数が数十ｋＨｚから数百ｋＨｚのパルスレーザ光であってもよいし、連続波レーザ光であってもよい。

ガスレーザ増幅器１０Ｃの外部に設けられるレーザ光源２から出射されたシードレーザ光は、ウィンドウ１２から筐体１１内に入射し、光軸ＯＡ１に沿って伝播する。そして、シードレーザ光は、励起されたレーザガス内を通過し、反射ミラー５１で反射され、再度励起されたレーザガス内を通過し、反射ミラー５２で反射される。その後、同様に反射ミラー５３，５４に反射される。シードレーザ光は、反射ミラー５１，５２，５３，５４で反射されるごとに励起されたレーザガス内を通過することによって、増幅される。最終的に増幅されたシードレーザ光である増幅光は、ウィンドウ１３を通過して筐体１１の外部に出射される。このように、図１８および図１９では、シードレーザ光は、励起されたレーザガス内を５回折り返しながら増幅される。なお、ここでは、例として５回折り返す場合を示したが、折り返し回数は２回以上でもよい。

ここで、光共振器４２の部分反射鏡１６，１９の反射率Ｒ₁，Ｒ₂は、光共振器４２の発振閾値利得ｇ_rが以下に示す条件を満たすように設定される。なお、実施の形態３におけるガスレーザ増幅器１０Ｃの動作を示す図は、実施の形態２の図１４から図１７で示した図と同様であるので、図１４から図１７を引用して説明する。

ガスレーザ増幅器１０Ｃにシードレーザ光が入射し増幅されている区間ΔＴ１０，ΔＴ１２では、部分反射鏡１６，１９で形成される光共振器４２の発振閾値利得ｇ_rは、レーザ光が増幅されているときの光軸ＯＡ２上の利得ｇ_p’よりも大きな値に設定されている。このため、図１５に示されるように、シードレーザ光が増幅され、ウィンドウ１３から出射されているときに、光共振器４２側では、発振閾値利得ｇ_r以上の利得が形成されないので、レーザ光は発振できない。つまり、光共振器４２からはレーザ光は出射されない。同様に、自励発振の発振閾値利得ｇ_sもシードレーザ光が増幅されているときの光軸ＯＡ１上の利得ｇ_pよりも大きな値となっているため、図１６に示されるように、自励発振も発生しない。

一方、シードレーザ光がガスレーザ増幅器１０Ｃに入射されない区間ΔＴ１１では、図１４に示されるように、レーザ光増幅出力が０になったときに、図１７に示されるように、ガスレーザ増幅器１０Ｃ内の利得ｇ_aは、光共振器４２の発振閾値利得ｇ_rを上回る。このため、図１５に示されるように、直ちに、光共振器４２でレーザ光が発振する。このとき、自励発振の発振閾値利得ｇ_sよりも光共振器４２の発振閾値利得ｇ_rの方が小さいため、自励発振が発生する前に光共振器４２でレーザ光が発振する。つまり、図１６に示されるように、自励発振が発生しない。そして、ガスレーザ増幅器１０Ｃ内の光軸ＯＡ１上の利得ｇ_aは光共振器４２によって消費され、光共振器４２が発振しているときの光軸ＯＡ１上の利得ｇ_r’と等しくなる。このため、ガスレーザ増幅器１０Ｃ内の利得ｇ_aは、自励発振の発振閾値利得ｇ_sを下回り、自励発振は発生しない。つまり、実施の形態３によるガスレーザ増幅器１０Ｃは、自励発振を抑制できる。なお、図１５に示されるように、光共振器４２で発振したレーザ光の一部は、部分反射鏡１６，１９を透過し、ダンパ１８で吸収される。

実施の形態３では、ウィンドウ１２からウィンドウ１３へと至る筐体１１内の経路に反射ミラー５１，５２，５３，５４を配置して、励起されたレーザガスの光軸ＯＡ１の長さが実施の形態１，２の場合に比して長くなるようにした。これによって、シードレーザ光は実施の形態１，２の場合に比して、出力の大きい増幅光を出射することができるという効果を、実施の形態１，２の効果に加えて得ることができる。

実施の形態４．
図２０は、実施の形態４によるガスレーザ増幅器を備えるガスレーザ装置の構成の一例を模式的に示す透視斜視図である。図２１は、図２０のガスレーザ増幅器の内部をＹ方向から見た図である。なお、以下では、実施の形態１，２，３と異なる部分を説明し、実施の形態１，２，３と同一の部分については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

実施の形態４のガスレーザ増幅器１０Ｄは、シードレーザ光を増幅する光軸ＯＡ１を構成する光学部品は、実施の形態３と同様であるが、光共振器４３の構成が、実施の形態３と異なる。実施の形態４では、光共振器４３で発振するレーザ光の光軸ＯＡ２がシードレーザ光の光軸ＯＡ１の一部と重なるようにしている。

ガスレーザ増幅器１０Ｄは、偏光ミラー１４，１５と、部分反射鏡１６，１９と、ダンパ１８と、を備える。偏光ミラー１４，１５は、筐体１１の外部の光軸ＯＡ１上に設けられる。偏光ミラー１４は、ウィンドウ１２の外側の光軸ＯＡ１上に配置され、偏光ミラー１５は、ウィンドウ１３の外側の光軸ＯＡ１上に配置される。偏光ミラー１４，１５は、シードレーザ光と、シードレーザ光と同じ偏光方向ＰＤ１を有する増幅光を透過し、偏光方向ＰＤ１と直交する偏光方向ＰＤ２を有するレーザ光を反射する。すなわち、偏光ミラー１４，１５は、Ｐ偏光を透過するが、Ｓ偏光をＸ方向に反射する。偏光ミラー１４，１５は、Ｓ偏光をＸ方向に反射するように配置される。

部分反射鏡１６は、偏光ミラー１４でＸ方向に反射されたレーザ光の一部を透過するとともに、透過しなかった残りのレーザ光を偏光ミラー１４に反射する。部分反射鏡１９は、偏光ミラー１５でＸ方向に反射されたレーザ光の一部を透過するとともに、透過しなかった残りのレーザ光を偏光ミラー１５に反射する。

ダンパ１８は、部分反射鏡１６，１９を透過したレーザ光を吸収するように配置される。光共振器４３で発振したレーザ光は、部分反射鏡１６，１９から出力され、ダンパ１８ですべて吸収される。

部分反射鏡１６と部分反射鏡１９とは、光共振器４３を構成する。光共振器４３で発振するレーザ光の光軸ＯＡ２は、偏光ミラー１４と偏光ミラー１５との間では、光軸ＯＡ１と重なる。この光共振器４３で発振したレーザ光は、部分反射鏡１６，１９間で往復され、増幅される。なお、光共振器４３で発振したレーザ光の偏光方向ＰＤ２は、偏光ミラー１４，１５で反射される方向に偏光し、シードレーザ光の偏光方向ＰＤ１と直交する。そのため、光共振器４３で発振したレーザ光は、偏光ミラー１４，１５で反射されてしまい、ウィンドウ１２，１３から出射されることがなく、また、部分反射鏡１６，１９を透過したレーザ光の一部は、ダンパ１８で吸収されることになる。

ガスレーザ増幅器１０Ｄは、光軸ＯＡ２上にアパーチャ３２を備える。アパーチャ３２は、光軸ＯＡ２上の偏光ミラー１４と部分反射鏡１６との間、および偏光ミラー１５と部分反射鏡１９との間に配置される。

ここで、ガスレーザ増幅器１０Ｄの動作について説明する。ガス流発生部２５Ａ，２５Ｂによって、図２０および図２１に示される方向Ｄ１，Ｄ２にレーザガスが流される。これによって、レーザガスは放電電極２１Ａ，２２Ａ間および放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間に流れ込む。放電電極２１Ａ，２２Ａ間および放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間に図示しない高周波電源から高周波電圧を印加することによって、放電空間２３Ａ，２３Ｂが形成される。放電空間２３Ａ，２３Ｂに流れ込んだレーザガスは励起される。励起されたレーザガスは、それぞれの放電電極対２０Ａ，２０Ｂの下流側に位置する光軸ＯＡ１，ＯＡ２に流れ込む。光軸ＯＡ１，ＯＡ２を通過したレーザガスは、図示しない熱交換器によって冷却され、図示しない送風機によって放電空間２３Ａ，２３Ｂに流され、筐体１１内で循環させられる。なお、シードレーザ光は、繰り返し周波数が数十ｋＨｚから数百ｋＨｚのパルスレーザ光であってもよいし、連続波レーザ光であってもよい。

ガスレーザ増幅器１０Ｄの外部に設けられるレーザ光源２から出射されたシードレーザ光は、光軸ＯＡ１に沿って伝播する。ここでは、シードレーザ光はＰ偏光であるので、偏光ミラー１４を透過し、ウィンドウ１２から筐体１１内に入射する。そして、シードレーザ光は、励起されたレーザガス内を通過し、反射ミラー５１で反射され、再度励起されたレーザガス内を通過し、反射ミラー５２で反射される。その後、同様に反射ミラー５３，５４に反射される。シードレーザ光は、反射ミラー５１，５２，５３，５４で反射されるごとに励起されたレーザガス内を通ることによって、シードレーザ光は増幅される。最終的に増幅されたシードレーザ光である増幅光は、ウィンドウ１３を通過する。筐体１１の外部に出射された増幅光は、Ｐ偏光であるので、偏光ミラー１５を透過する。

このように、図２０および図２１では、シードレーザ光は、励起されたレーザガス内を５回折り返しながら増幅される。なお、ここでは、例として５回折り返す場合を示したが、折り返し回数は２回以上でもよい。

一方、ガスレーザ増幅器１０Ｄの光軸ＯＡ１とは異なる光軸上で発生し、増幅されたレーザ光は、アパーチャ３１，３３に遮られ、ウィンドウ１２，１３から出射されることはない。

また、筐体１１内で、ガスレーザ増幅器１０Ｄの光軸ＯＡ１と同じ光軸上を伝播するレーザ光が発生する場合もある。上記したように、筐体１１内では、部分反射鏡１６，１９によって光共振器４３が構成されている。この光共振器４３の光軸ＯＡ２は、部分反射鏡１６、偏光ミラー１４、偏光ミラー１５および部分反射鏡１９を通る。偏光ミラー１４，１５間では、光軸ＯＡ１と同軸となり、励起されたレーザガス内を通過することになる。この光共振器４３で発振したレーザ光の偏光方向ＰＤ２は、偏光ミラー１４，１５で反射される方向に偏光し、シードレーザ光の偏光方向ＰＤ１と直交する。そのため、このレーザ光は、部分反射鏡１６，１９間で反射され、増幅されるが、偏光ミラー１４，１５で反射されてしまうために、筐体１１の外部で光軸ＯＡ１と分離される。そして、部分反射鏡１６，１９に到達したレーザ光の一部は、部分反射鏡１６，１９を透過し、ダンパ１８に吸収される。これによって、光共振器４３で発振したレーザ光が、外部に出射されることはない。さらに、シードレーザ光と同じ方向に向く偏光成分は、偏光ミラー１４，１５で反射されないため、光共振器４３で共振できず、レーザ発振しない。

ここで、実施の形態４によるガスレーザ増幅器１０Ｄで、上記のような動作が行われるための部分反射鏡１６，１９の反射率Ｒ₁，Ｒ₂の条件について説明する。なお、実施の形態４におけるガスレーザ増幅器１０Ｄの動作を示す図は、実施の形態１の図７から図１０で示した図と同様であるので、図７から図１０を引用して説明する。ただし、実施の形態４では、図８の光共振器出力は、光共振器４３の部分反射鏡１６，１９から出力され、ダンパ１８に吸収されるレーザ出力の総和となる。

ガスレーザ増幅器１０Ｄにシードレーザ光が入射し増幅されている区間ΔＴ１０，ΔＴ１２では、入射したシードレーザ光によってガスレーザ増幅器１０Ｄ内の利得が消費される。図１０に示されるように、ガスレーザ増幅器１０Ｄ内の利得ｇ_aは、シードレーザ光が増幅されているときの利得ｇ_pと等しくなる。実施の形態４では、光共振器４３の発振閾値利得ｇ_rは、シードレーザ光が増幅されているときの利得ｇ_pよりも大きな値に設定されている。このため、光共振器４３側では、発振閾値利得ｇ_r以上の利得が形成されず、図８に示されるようにレーザ光は発振できない。つまり、光共振器４３からはレーザ光は出射されない。同様に、自励発振の発振閾値利得ｇ_sもシードレーザ光が増幅されているときの利得ｇ_pより高い値となっているため、図９に示されるように、自励発振が発生しない。

一方、シードレーザ光がガスレーザ増幅器１０Ｄに入射されない区間ΔＴ１１では、図７に示されるように、レーザ光増幅出力が０になったときに、図１０に示されるように、ガスレーザ増幅器１０Ｄ内の利得ｇ_aは、小信号利得ｇ₀となり、光共振器４３の発振閾値利得ｇ_rを上回る。このため、図８に示されるように、直ちに、光共振器４３でレーザ光が発振する。このとき、自励発振の発振閾値利得ｇ_sよりも光共振器４３の発振閾値利得ｇ_rの方が小さいため、自励発振が発生する前に光共振器４３でレーザ光が発振する。つまり、図９に示されるように、自励発振が発生しない。そして、ガスレーザ増幅器１０Ｄ内の利得ｇ_aは、光共振器４３によって消費され、光共振器４３の発振閾値利得ｇ_rと等しくなる。このため、ガスレーザ増幅器１０Ｄ内の利得ｇ_aは、自励発振の発振閾値利得ｇ_sを下回り、自励発振は発生しない。つまり、実施の形態４によるガスレーザ増幅器１０Ｄは、自励発振を抑制できる。なお、図８に示されるように、光共振器４３で発振したレーザ光の一部は、部分反射鏡１６，１９を透過し、ダンパ１８で吸収される。

ここで、ガスレーザ増幅器１０Ｄの光軸ＯＡ１のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_pでシードレーザ光が増幅される利得は、上記したように（１）式で示される。

また、光共振器４３の部分反射鏡１６，１９の反射率をそれぞれＲ₁，Ｒ₂とする。このとき、光軸ＯＡ２のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_rで、光共振器４３が発振しているときの利得は次式（１０）で示される。

シードレーザ光が入射したときに、光共振器４３の発振が自動的に止まるためには、（３）式の条件が満たされなければならない。（１）式、（１０）式および（３）式から、光共振器４３の部分反射鏡１６，１９が有する反射率Ｒ₁，Ｒ₂は、次式（１１）の条件を満たさなければならない。

例えば、１００Ｗのシードレーザ光が入力され、増幅光の出力が２５ｋＷに到達するように想定されたガスレーザ増幅器１０Ｄの増幅率は２５０倍である。このときの部分反射鏡１６，１９の反射率Ｒ₁，Ｒ₂の条件は、次式（１２）となる。
Ｒ₁Ｒ₂＜１６×１０^-6 ・・・（１２）

一方、光軸ＯＡ１のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_pでの小信号利得は、（６）式で示される。

例えば、飽和強度Ｉ_sが２００Ｗ／ｃｍ²であり、増幅後のシードレーザ光のビーム径φが３０ｍｍであり、上記の１００Ｗのレーザ光を入力し、増幅後に２５ｋＷを出力する条件では、光軸ＯＡ１のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_pでの小信号利得は、（７）式で示される。

自励発振は、ガスレーザ増幅器１０Ｄの外部の部材あるいは内部のアパーチャ３１，３２，３３などの部材からの反射または回折光によって発生する。そのため、自励発振時の光のフィードバック率は非常に小さく、自励発振の発振閾値は略小信号利得となる場合が多い。したがって、自励発振光が発生する前に、光共振器４３で発振するためには、（８）式の条件が満たされなければならない。

（８）式に、（１０）式および（７）式を代入することによって、光共振器４３の部分反射鏡１６，１９が有する反射率Ｒ₁，Ｒ₂の条件が、次式（１３）のように求められる。
Ｒ₁Ｒ₂＞７×１０^-21 ・・・（１３）

（１２）式および（１３）式より、部分反射鏡１６の反射率Ｒ₁と部分反射鏡１９の反射率Ｒ₂との積を、７×１０^-21よりも大きく、１６×１０^-6よりも小さい値に設定することによって、上記したようにガスレーザ増幅器１０Ｄ内での自励発振の発生を抑制することができる。

このように、実施の形態４では、ガスレーザ増幅器１０Ｄ内に光共振器４３が設置され、光共振器４３の部分反射鏡１６，１９の反射率Ｒ₁，Ｒ₂が適切に設定される。これによって、光共振器４３で発生するレーザ光の発振閾値利得が、外部から入射したシードレーザ光の増幅時の利得より大きく、かつ自励発振の閾値利得より小さくなる。その結果、時間的に光共振器４３の損失を変化させる装置を用いることなく、自励発振を抑制することができる。

なお、図２０ではシードレーザ光の偏光方向ＰＤ１は放電電極２１Ａ，２２Ａ間および放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間におけるガス流方向と同じＸ方向としているが、シードレーザ光の偏光方向ＰＤ１を放電ギャップ長方向であるＹ方向とし、光共振器４３で発生するレーザ光の偏光方向ＰＤ２を、これと直交するＸ方向としてもよい。つまり、偏光ミラー１４，１５が、Ｐ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過するものとしてもよい。

また、図２０では、光共振器４３を筐体１１の外部に設置したが、偏光ミラー１４、部分反射鏡１６およびダンパ１８を筐体１１の内側に設置してもよいし、偏光ミラー１５、部分反射鏡１９およびダンパ１８を筐体１１内側に設置してもよい。

さらに、図２０では、光共振器４３を往復する光は、偏光ミラー１４，１５で放電電極２１Ａ，２２Ａ間および放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間におけるガス流方向、すなわちＸ方向へ反射されているが、これを電極ギャップ長方向、つまりＹ方向へ反射されるようにしてもよい。また、図２０では、ガスレーザ増幅器１０Ｄのシードレーザ光の光軸ＯＡ１は、５回放電空間を通り抜ける５パス構成であるが、実施の形態１のように反射ミラー５１，５２，５３，５４がなく放電空間２３Ａ，２３Ｂを１度だけ通過する１パス構成でもよいし、放電空間２３Ａ，２３Ｂを５回以外の複数回通り抜ける構成であってもよい。

実施の形態４によっても、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

実施の形態５．
図２２は、実施の形態５によるガスレーザ増幅器を備えるガスレーザ装置の構成の一例を模式的に示す透視斜視図である。図２３は、図２２のガスレーザ増幅器の内部をＹ方向から見た図である。なお、以下では、実施の形態１，２，３，４と異なる部分を説明し、実施の形態１，２，３，４と同一の部分については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

ガスレーザ増幅器１０Ｅは、実施の形態４のガスレーザ増幅器１０Ｄの構成に、ビームスプリッタ５６と、ダンパ５７ａ，５７ｂと、をさらに備える。ビームスプリッタ５６は、部分反射鏡１６と偏光ミラー１４との間に配置される。ダンパ５７ａは、筐体１１側からビームスプリッタ５６に入射し、反射されたレーザ光を吸収する。ダンパ５７ｂは、部分反射鏡１６側からビームスプリッタ５６に入射し、反射されたレーザ光を吸収する。なお、ガスレーザ増幅器１０Ｅにおける他の構成は、実施の形態４と同じである。

また、実施の形態５によるガスレーザ増幅器１０Ｅの動作は、実施の形態４で説明したものと同様である。ただし、光共振器４３で増幅されたレーザ光がウィンドウ１２から部分反射鏡１６へと伝播するときに、ビームスプリッタ５６によって、一部のレーザ光が反射され、ダンパ５７ａで吸収される。また、部分反射鏡１６では、一部のレーザ光が透過してダンパ１８で吸収されるが、残りのレーザ光は反射され、光軸ＯＡ２に沿って部分反射鏡１９へと伝播する。このとき、反射されたレーザ光の一部は、ビームスプリッタ５６で反射され、ダンパ５７ｂに吸収される。

ここで、実施の形態５によるガスレーザ増幅器１０Ｅで、上記のような動作が行われるための部分反射鏡１６，１９の反射率Ｒ₁，Ｒ₂と、ビームスプリッタ５６の透過率Ｔの条件について説明する。なお、実施の形態５におけるガスレーザ増幅器１０Ｅの動作を示す図は、実施の形態１の図７から図１０で示した図と同様であるので、図７から図１０を引用して説明する。ただし、実施の形態５では、図８の光共振器出力は、光共振器４３の部分反射鏡１６，１９から出力され、ダンパ１８に吸収されるレーザ出力、およびビームスプリッタ５６で分離されダンパ５７ａ，５７ｂに吸収されるレーザ出力の総和である。

ガスレーザ増幅器１０Ｅにシードレーザ光が入射し増幅されている区間ΔＴ１０，ΔＴ１２では、入射したシードレーザ光によってガスレーザ増幅器１０Ｅ内の利得が消費される。図１０に示されるように、ガスレーザ増幅器１０Ｅ内の利得ｇ_aは、シードレーザ光が増幅されているときの利得ｇ_pと等しくなる。実施の形態５では、部分反射鏡１６，１９で形成される光共振器４３の発振閾値利得ｇ_rは、シードレーザ光が増幅されているときの利得ｇ_pよりも大きな値に設定されている。このため、光共振器４３側では、発振閾値利得ｇ_r以上の利得が形成されず、図８に示されるようにレーザ光は発振できない。つまり、光共振器４３からはレーザ光は出射されない。同様に、自励発振の発振閾値利得ｇ_sもシードレーザ光が増幅されているときの利得ｇ_pより高い値となっているため、図９に示されるように、自励発振が発生しない。

一方、シードレーザ光がガスレーザ増幅器１０Ｅに入射されない区間ΔＴ１１では、図７に示されるように、レーザ光増幅出力が０になったときに、図１０に示されるように、ガスレーザ増幅器１０Ｅ内の利得ｇ_aは、小信号利得ｇ₀となり、光共振器４３の発振閾値利得ｇ_rを上回る。このため、図８に示されるように、直ちに、光共振器４３でレーザ光が発振する。このとき、自励発振の発振閾値利得ｇ_sよりも光共振器４３の発振閾値利得ｇ_rの方が小さいため、自励発振が発生する前に光共振器４３でレーザ光が発振する。つまり、図９に示されるように、自励発振が発生しない。そして、ガスレーザ増幅器１０Ｅ内の利得ｇ_aは、光共振器４３によって消費され、光共振器４３の発振閾値利得ｇ_rと等しくなる。このため、ガスレーザ増幅器１０Ｅ内の利得ｇ_aは、自励発振の発振閾値利得ｇ_sを下回り、自励発振は発生しない。つまり、実施の形態５によるガスレーザ増幅器１０Ｅは、自励発振を抑制できる。なお、図８に示されるように、光共振器４３で発振したレーザ光の一部は、部分反射鏡１６，１９を透過し、またはビームスプリッタ５６で反射され、ダンパ１８，５７ａ，５７ｂで吸収される。

ここで、光軸ＯＡ１のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_pでシードレーザ光が増幅される利得は、上記したように（１）式で示される。

また、光共振器４３の部分反射鏡１６，１９の反射率をそれぞれＲ₁，Ｒ₂とし、ビームスプリッタ５６の透過率をＴとする。このとき、光軸ＯＡ２のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_rで、光共振器４３が発振しているときの利得は次式（１４）で示される。

シードレーザ光が入射したときに、光共振器４３の発振が自動的に止まるためには、（３）式の条件が満たされなければならない。（１）式、（１４）式および（３）式から、光共振器４３の部分反射鏡１６，１９が有する反射率Ｒ₁，Ｒ₂およびビームスプリッタ５６の透過率Ｔは、次式（１５）の条件を満たさなければならない。

例えば、１００Ｗのシードレーザ光が入力され、増幅光の出力が２５ｋＷに到達するように想定されたガスレーザ増幅器１０Ｅの増幅率は２５０倍である。このときの部分反射鏡１６，１９の反射率Ｒ₁，Ｒ₂およびビームスプリッタ５６の透過率Ｔの条件は、次式（１６）となる。
Ｒ₁Ｒ₂Ｔ²＜１６×１０^-6 ・・・（１６）

一方、光軸ＯＡ１のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_pでの小信号利得は、（６）式で示される。

例えば、飽和強度Ｉ_sが２００Ｗ／ｃｍ²であり、増幅後のシードレーザ光のビーム径φが３０ｍｍであり、上記の１００Ｗのレーザ光を入力し、増幅後に２５ｋＷを出力する条件では、軸Ｚ１のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_pでの小信号利得は、（７）式で示される。

自励発振は、ガスレーザ増幅器１０Ｅの外部の部材あるいは内部のアパーチャ３１，３２，３３などの部材からの反射または回折光によって発生する。そのため、自励発振時の光のフィードバック率は非常に小さく、自励発振の発振閾値は略小信号利得となる場合が多い。したがって、自励発振光が発生する前に、光共振器４３で発振するためには、（８）式の条件が満たされなければならない。

（８）式に、（１４）式および（７）式を代入することによって、光共振器４３の部分反射鏡１６，１９が有する反射率Ｒ₁，Ｒ₂およびビームスプリッタ５６の透過率Ｔの条件が、次式（１７）のように求められる。
Ｒ₁Ｒ₂Ｔ²＞７×１０^-21 ・・・（１７）

（１６）式および（１７）式より、部分反射鏡１６の反射率Ｒ₁、部分反射鏡１９の反射率Ｒ₂、およびビームスプリッタ５６の透過率Ｔの２乗の積を、７×１０^-21よりも大きく、１６×１０^-6よりも小さい値に設定することによって、上記したようにガスレーザ増幅器１０Ｅ内での自励発振の発生を抑制することができる。

つまり、ビームスプリッタ５６を用いることによって、部分反射鏡１６，１９の反射率Ｒ₁，Ｒ₂およびビームスプリッタ５６の透過率Ｔの選択の自由度が、実施の形態４の場合に比して増えることになる。

このように、実施の形態５では、ガスレーザ増幅器１０Ｅ内に光共振器４３が設置され、光共振器４３の部分反射鏡１６，１９の反射率Ｒ₁，Ｒ₂およびビームスプリッタ５６の透過率Ｔが適切に設定される。これによって、光共振器４３で発生するレーザ光の発振閾値利得が、外部から入射したシードレーザ光の増幅時の利得より大きく、かつ自励発振の閾値利得より小さくなる。これによって、時間的に光共振器４３の損失を変化させる装置を用いることなく、自励発振を抑制することができる。

なお、図２２ではシードレーザ光の偏光方向ＰＤ１は放電電極２１Ａ，２２Ａ間および放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間におけるガス流方向と同じＸ方向としているが、シードレーザ光の偏光方向ＰＤ１を放電ギャップ長方向であるＹ方向とし、光共振器４３で発生するレーザ光の偏光方向ＰＤ２を、これと直交するＸ方向としてもよい。つまり、偏光ミラー１４，１５が、Ｐ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過するようにしてもよい。

また、図２２では、光共振器４３を筐体１１の外部に設置したが、偏光ミラー１４、ビームスプリッタ５６、部分反射鏡１６およびダンパ１８，５７ａ，５７ｂを筐体１１の内側に設置してもよいし、偏光ミラー１５、部分反射鏡１９およびダンパ１８を筐体１１内側に設置してもよい。

さらに、図２２では、光共振器４３を往復する光は、偏光ミラー１４，１５で放電電極２１Ａ，２２Ａ間および放電電極２１Ｂ，２２Ｂ間におけるガス流方向、すなわちＸ方向へ反射されているが、これを電極ギャップ長方向、つまりＹ方向へ反射するようにしてもよい。また、図２２では、シードレーザ光の光軸ＯＡ１は、５回放電空間を通り抜ける５パス構成であるが、実施の形態１のように反射ミラー５１，５２，５３，５４がなく放電空間２３Ａ，２３Ｂを１度だけ通過する１パス構成でもよいし、放電空間２３Ａ，２３Ｂを５回以外の複数回通り抜ける構成であってもよい。さらに、図２２では、ビームスプリッタ５６が１つ設けられる構成が示されているが、偏光ミラー１４と部分反射鏡１６との間の光軸ＯＡ２上、または偏光ミラー１５と部分反射鏡１９との間の光軸ＯＡ２上に、複数のビームスプリッタ５６が設けられてもよい。

実施の形態５によっても、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

実施の形態６．
図２４は、実施の形態６によるガスレーザ増幅器を備えるガスレーザ装置の構成の一例を模式的に示す透視斜視図である。図２５は、図２４のガスレーザ増幅器の内部をＹ方向から見た図である。なお、以下では、実施の形態１，２，３，４，５と異なる部分を説明し、実施の形態１，２，３，４，５と同一の部分については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

ガスレーザ増幅器１０Ｆは、実施の形態３のガスレーザ増幅器１０Ｃの構成に、ビームスプリッタ５６と、ダンパ５７ａ，５７ｂと、をさらに備える。ビームスプリッタ５６は、部分反射鏡１６とアパーチャ３２との間に配置される。ダンパ５７ａは、筐体１１側からビームスプリッタ５６に入射し、反射されたレーザ光を吸収する。ダンパ５７ｂは、部分反射鏡１６側からビームスプリッタ５６に入射し、反射されたレーザ光を吸収する。なお、ガスレーザ増幅器１０Ｆにおける他の構成は、実施の形態３と同じである。

また、実施の形態６によるガスレーザ増幅器１０Ｆの動作は、実施の形態３で説明したものと同様である。ただし、光共振器４２で増幅されたレーザ光が部分反射鏡１９から部分反射鏡１６へと伝播するときに、ビームスプリッタ５６によって、一部のレーザ光が反射され、ダンパ５７ａで吸収される。また、部分反射鏡１６では、一部のレーザ光が透過してダンパ１８で吸収されるが、残りのレーザ光は反射され、光軸ＯＡ２に沿って部分反射鏡１９へと伝播する。このとき、反射されたレーザ光の一部は、ビームスプリッタ５６で反射され、ダンパ５７ｂに吸収される。

ここで、光共振器４２の部分反射鏡１６，１９の反射率Ｒ₁，Ｒ₂およびビームスプリッタ５６の透過率Ｔは、光共振器４２の発振閾値利得ｇ_rが以下に示す条件を満たすように設定される。なお、実施の形態６におけるガスレーザ増幅器１０Ｆの動作を示す図は、実施の形態２の図１４から図１７で示した図と同様であるので、図１４から図１７を引用して説明する。ただし、実施の形態６の場合には、図１５の光共振器出力は、光共振器４２の部分反射鏡１６，１９から出力され、ダンパ１８に吸収されるレーザ出力およびビームスプリッタ５６で反射され、ダンパ５７ａ，５７ｂに吸収されるレーザ出力の総和となる。

区間ΔＴ１０，ΔＴ１２は、ガスレーザ増幅器１０Ｆにシードレーザ光が入射し増幅されているときである。この場合には上記したように、入射したシードレーザ光によってガスレーザ増幅器１０Ｆ内の利得が消費される。また、このときの光共振器４２の光軸ＯＡ２上の増幅時の利得はｇ_p’となる。

実施の形態６では、部分反射鏡１６，１９で形成される光共振器４２の発振閾値利得ｇ_rは、レーザ光が増幅されているときの光軸ＯＡ２上の利得ｇ_p’よりも大きな値に設定されている。このため、図１５に示されるように、シードレーザ光が増幅され、ウィンドウ１３から出射されているときに、光共振器４２側では、発振閾値利得ｇ_r以上の利得が形成されないので、レーザ光は発振できない。つまり、光共振器４２からはレーザ光は出射されない。同様に、自励発振の発振閾値利得ｇ_sもレーザ光が増幅されているときの光軸ＯＡ１上の利得ｇ_pよりも大きな値となっているため、図１６に示されるように、自励発振も発生しない。

一方、区間ΔＴ１１は、シードレーザ光がガスレーザ増幅器１０Ｆに入射されなかった区間である。この区間ΔＴ１１では、図１４に示されるように、レーザ光増幅出力が０になったときに、図１７に示されるように、ガスレーザ増幅器１０Ｆ内の利得ｇ_aは、光共振器４２の発振閾値利得ｇ_rを上回る。このため、図１５に示されるように、直ちに、光共振器４２でレーザ光が発振する。このとき、自励発振の発振閾値利得ｇ_sよりも光共振器４２の発振閾値利得ｇ_rの方が小さいため、自励発振が発生する前に光共振器４２でレーザ光が発振する。つまり、図１６に示されるように、自励発振が発生しない。そして、ガスレーザ増幅器１０Ｆ内の光軸ＯＡ１上の利得ｇ_aは光共振器４２によって消費され、光共振器４２が発振しているときの光軸ＯＡ１上の利得ｇ_r’と等しくなる。このため、ガスレーザ増幅器１０Ｆ内の利得ｇ_aは、自励発振の発振閾値利得ｇ_sを下回り、自励発振は発生しない。つまり、実施の形態６によるガスレーザ増幅器１０Ｆは、自励発振を抑制できる。なお、図１５に示されるように、光共振器４２で発振したレーザ光の一部は、部分反射鏡１６，１９を透過し、ダンパ１８で吸収される。また、光共振器４２で発振したレーザ光の一部は、ビームスプリッタ５６で反射され、ダンパ５７ａ，５７ｂで吸収される。

なお、実施の形態５と同様に、部分反射鏡１６，１９の反射率Ｒ₁，Ｒ₂およびビームスプリッタ５６の透過率Ｔの選択の自由度は、実施の形態３よりも増える。

実施の形態６によっても、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

実施の形態７．
図２６は、実施の形態７によるガスレーザ増幅器を備えるガスレーザ装置の構成の一例を模式的に示す分解斜視図である。ガスレーザ装置１は、レーザ光源２と、実施の形態４によるガスレーザ増幅器１０Ｄと、実施の形態１によるガスレーザ増幅器１０Ａと、を備える。ここでは、レーザ光源２からのシードレーザ光が、実施の形態４のガスレーザ増幅器１０Ｄのウィンドウ１２に入射され、ガスレーザ増幅器１０Ｄから出射される増幅光が実施の形態１によるガスレーザ増幅器１０Ａのウィンドウ１２に入射されるように、連結されている。つまり、ガスレーザ装置１では、レーザ光源２からのシードレーザ光を筐体１１内で反射させる反射ミラー５１，５２，５３，５４を持つ折り返し構成のガスレーザ増幅器１０Ｄが前段に設置され、内部にシード光を反射させる反射ミラーがないシングルパス構成のガスレーザ増幅器１０Ａが後段に設置される構成となっている。レーザ光源２とガスレーザ増幅器１０Ｄとの間、およびガスレーザ増幅器１０Ｄとガスレーザ増幅器１０Ａとの間は、一例では、光ファイバによって接続される。

このようなガスレーザ装置１では、レーザ光源２から出射したシードレーザ光は、光軸ＯＡ１に沿ってガスレーザ増幅器１０Ｄのウィンドウ１２を通過して筐体１１内に入射し、励起されたレーザガス内を通過することによって増幅される。ガスレーザ増幅器１０Ｄでは、筐体１１内で光軸ＯＡ１が複数回折り返されているため、シードレーザ光は複数回増幅されることになる。増幅されたシードレーザ光は、ガスレーザ増幅器１０Ｄのウィンドウ１３を通過して筐体１１外部に出射され、後段に配置されたガスレーザ増幅器１０Ａのウィンドウ１２に入射する。ウィンドウ１２からガスレーザ増幅器１０Ａの筐体１１内に入射した増幅光は、励起されたレーザガス内を通過することによってさらに増幅され、ウィンドウ１３を通過して外部に出射される。

ここで、実施の形態７によるガスレーザ増幅器１０Ｄの部分反射鏡１６，１９の反射率Ｒ₁，Ｒ₂と、ガスレーザ増幅器１０Ａの部分反射鏡１６および全反射鏡１７の反射率Ｒ₃，Ｒ₄の条件について説明する。

図２７は、実施の形態７によるガスレーザ増幅器で増幅されたレーザ光の出力の時間に対する変化の一例を示す図であり、図２８は、実施の形態７によるガスレーザ増幅器における光共振器出力の時間に対する変化の一例を示す図である。図２９は、実施の形態７によるガスレーザ増幅器における自励発振出力の時間に対する変化の一例を示す図である。図３０は、実施の形態７による１段目のガスレーザ増幅器内の利得の時間に対する変化の一例を示す図であり、図３１は、実施の形態７による２段目のガスレーザ増幅器内の利得の時間に対する変化の一例を示す図である。これらの図で、横軸は時間を示している。

なお、図２７のレーザ光増幅出力は、光軸ＯＡ１に沿って連結された２つのガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａを通過して増幅されたシードレーザ光の出力を示している。図２８の光共振器出力は、光軸ＯＡ１に沿って連結されたガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａ内の光共振器４３，４０の部分反射鏡１６，１９から出力され、ダンパ１８に吸収されるレーザ出力であり、曲線Ｃ１は、１段目のガスレーザ増幅器１０Ｄ内の光共振器４３のレーザ光の出力を示し、曲線Ｃ２は、２段目のガスレーザ増幅器１０Ａ内の光共振器４０のレーザ出力を示す。図３０は、１段目のガスレーザ増幅器１０Ｄの利得ｇ_a1を示し、図３１は、２段目のガスレーザ増幅器１０Ａの利得ｇ_a2を示す。また、図３０および図３１において、ｇ_r1，ｇ_r2は、それぞれ１段目、２段目のガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａ内の光共振器４３，４０の発振閾値利得であり、ｇ_p1，ｇ_p2は、それぞれシードレーザ光が増幅されているときの１段目、２段目のガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａ内での利得である。

区間ΔＴ１０，ΔＴ１２では、ガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａにシードレーザ光が入射し、増幅されているときである。この場合には上記したように、入射したシードレーザ光によってガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａ内の利得が消費され、図３０および図３１に示されるように、１段目および２段目のガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａ内の利得ｇ_a1，ｇ_a2は、それぞれシードレーザ光が増幅されているときの利得ｇ_p1，ｇ_p2と等しくなる。実施の形態７では、１段目および２段目のガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａにおける光共振器４３，４０の発振閾値利得ｇ_r1，ｇ_r2は、それぞれレーザ光が増幅されているときの利得ｇ_p1，ｇ_p2よりも大きな値に設定されている。このため、それぞれのガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａの光共振器４３，４０側では、それぞれ発振閾値利得ｇ_r1，ｇ_r2以上の利得が形成されず、図２８に示されるようにレーザ光は発振できない。つまり、それぞれの光共振器４３，４０からはレーザ光は出射されない。同様に、自励発振の発振閾値利得ｇ_sもシードレーザ光が増幅されているときの利得ｇ_p1，ｇ_p2よりも大きな値となっているため、図２９に示されるように、自励発振が発生しない。

一方、区間ΔＴ１１は、シードレーザ光がガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａに入射されなかった区間である。この区間ΔＴ１１では、図２７に示されるように、レーザ光増幅出力が０になったときに、図３０および図３１に示されるように、ガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａ内の利得ｇ_a1，ｇ_a2は、小信号利得ｇ₀となり、それぞれのガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａにおける光共振器４３，４０の発振閾値利得ｇ_r1，ｇ_r2を上回る。このため、図２８の曲線Ｃ１，Ｃ２に示されるように、直ちに、それぞれのガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａにおける光共振器４３，４０でレーザ光が発振する。このとき、自励発振の発振閾値利得ｇ_sよりもそれぞれのガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａにおける光共振器４３，４０の発振閾値利得ｇ_r1，ｇ_r2の方が小さいため、それぞれのガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａでは、自励発振が発生する前に光共振器４３，４０でレーザ光が発振する。つまり、図２９に示されるように、自励発振が発生しない。そして、ガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａ内の利得ｇ_a1，ｇ_a2は、光共振器４３，４０によって消費され、それぞれのガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａにおける光共振器４３，４０の発振閾値利得ｇ_r1，ｇ_r2と等しくなる。このため、それぞれのガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａ内の利得ｇ_a1，ｇ_a2は、自励発振の発振閾値利得ｇ_sを下回り、自励発振は発生しない。つまり、実施の形態７によるガスレーザ装置１は、自励発振を抑制できる。なお、図２８に示されるように、光共振器４３，４０で発振したレーザ光の一部は、部分反射鏡１６，１９を透過し、ダンパ１８で吸収される。

ここで、１段目のガスレーザ増幅器１０Ｄ内のシードレーザ光の入射時における光軸ＯＡ１上のシードレーザ光が増幅されているときの単位長さ当たりの利得である残留利得をｇ_p1とする。また、１段目のガスレーザ増幅器１０Ｄに入射したときのシードレーザ光の出力をＰ１_inとし、１段目のガスレーザ増幅器１０Ｄから出射したときの増幅されたシードレーザ光である増幅光の出力をＰ１_outとする。光軸ＯＡ１のうちの１段目のガスレーザ増幅器１０Ｄ内の励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_p1でシードレーザ光が増幅される利得は、次式（１８）で示される。

また、１段目の光共振器４３の部分反射鏡１６，１９の反射率をそれぞれＲ₁，Ｒ₂とし、光共振器４３が発振しているときの単位長さ当たりの利得である発振閾値利得をｇ_r1とする。このとき、光軸ＯＡ２のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_r1で、光共振器４３で発生するレーザ光が増幅される利得は次式（１９）で示される。

１段目のガスレーザ増幅器１０Ｄにおいて、シードレーザ光が入射したときに、光共振器４３の発振が自動的に止まるためには、次式（２０）の条件が満たされなければならない。
ｇ_p1Ｌ_p1＜ｇ_r1Ｌ_r1 ・・・（２０）

（１８）式、（１９）式および（２０）式から、光共振器４３の部分反射鏡１６，１９が有する反射率Ｒ₁，Ｒ₂は、次式（２１）の条件を満たさなければならない。

例えば、１００Ｗ以下のシードレーザ光が入力され、増幅光の出力が１０ｋＷに到達するように想定されたガスレーザ増幅器１０Ｄの増幅率は１００倍以上となる。このときの部分反射鏡１６，１９の反射率Ｒ₁，Ｒ₂の条件は、次式（２２）となる。
Ｒ₁Ｒ₂＜１００×１０^-6 ・・・（２２）

一方、入射時のシードレーザ光のビーム強度をＩ１_inとし、１段目のガスレーザ増幅器１０Ｄで増幅後の増幅光のビーム強度をＩ１_outとし、飽和強度をＩ_sとし、１段目のガスレーザ増幅器１０Ｄの小信号利得をｇ₀₁とする。光軸ＯＡ１のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_p1での小信号利得は、次式（２３）で示される。

例えば、飽和強度Ｉ_sが２００Ｗ／ｃｍ²であり、１段目のガスレーザ増幅器１０Ｄで増幅後のシードレーザ光のビーム径φが１５ｍｍであり、上記の１００Ｗのレーザ光を入力し、増幅後に１０ｋＷの増幅光を出力する条件では、光軸ＯＡ１のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_p1での小信号利得は、次式（２４）で示される。
ｇ₀₁Ｌ_p1≒３３ ・・・（２４）

自励発振は、１段目のガスレーザ増幅器１０Ｄの外部の部材あるいは内部のアパーチャ３１，３２，３３などの部材からの反射または回折光によって発生する。そのため、自励発振時の光のフィードバック率は非常に小さく、自励発振の発振閾値は略小信号利得となる場合が多い。したがって、自励発振光が発生する前に、光共振器４３で発振するためには、次式（２５）の条件が満たされなければならない。
ｇ₀₁Ｌ_p1＞ｇ_r1Ｌ_r1 ・・・（２５）

（１９）式および（２４）式から、光共振器４３の部分反射鏡１６，１９が有する反射率Ｒ₁，Ｒ₂は、次式（２６）の条件を満たさなければならない。
Ｒ₁Ｒ₂＞４８×１０^-30 ・・・（２６）

（２２）式および（２６）式より、部分反射鏡１６の反射率Ｒ₁と部分反射鏡１９の反射率Ｒ₂との積を、４８×１０^-30よりも大きく、１００×１０^-6よりも小さい値に設定することによって、上記したように１段目のガスレーザ増幅器１０Ｄ内での自励発振の発生を抑制することができる。

また、２段目のガスレーザ増幅器１０Ａ内の増幅光の入射時における光軸ＯＡ１上のレーザ光が増幅されているときの単位長さ当たりの利得である残留利得をｇ_p2とする。また、２段目のガスレーザ増幅器１０Ａに入射したときの増幅光の出力をＰ２_inとし、２段目のガスレーザ増幅器１０Ａから出射したときの増幅光の出力をＰ２_outとする。光軸ＯＡ１のうちの２段目のガスレーザ増幅器１０Ａ内の励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_p2でシードレーザ光が増幅される利得は、次式（２７）で示される。

また、２段目の光共振器４０の部分反射鏡１６および全反射鏡１７の反射率をそれぞれＲ₃，Ｒ₄とし、光共振器４０が発振しているときの単位長さ当たりの利得である発振閾値利得をｇ_r2とする。このとき、光軸ＯＡ１のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_r2で、光共振器４０で発生するレーザ光が増幅される利得は次式（２８）で示される。

２段目のガスレーザ増幅器１０Ａにおいて、増幅光が入射したときに、光共振器４０の発振が自動的に止まるためには、次式（２９）の条件が満たされなければならない。
ｇ_p2Ｌ_p2＜ｇ_r2Ｌ_r2 ・・・（２９）

（２７）式、（２８）式および（２９）式から、光共振器４０の部分反射鏡１６が有する反射率Ｒ₃および全反射鏡１７が有する反射率Ｒ₄は、次式（３０）の条件を満たさなければならない。

例えば、１０ｋＷ以下のレーザ光が入力され、増幅光の出力が２５ｋＷ以上に到達するように想定された２段目のガスレーザ増幅器１０Ａの増幅率は２．５倍以上となる。このときの部分反射鏡１６の反射率Ｒ₃および全反射鏡１７の反射率Ｒ₄の条件は、次式（３１）となる。
Ｒ₃Ｒ₄＜１６０×１０^-3 ・・・（３１）

一方、２段目のガスレーザ増幅器１０Ａに入射時の増幅光のビーム強度をＩ２_inとし、２段目のガスレーザ増幅器１０Ａで増幅後の増幅光のビーム強度をＩ２_outとし、飽和強度をＩ_sとし、２段目のガスレーザ増幅器１０Ａの小信号利得をｇ₀₂とする。光軸ＯＡ１のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_p2での小信号利得は、次式（３２）で示される。

例えば、飽和強度Ｉ_sが２００Ｗ／ｃｍ²であり、２段目のガスレーザ増幅器１０Ａで増幅後のシードレーザ光のビーム径φが３０ｍｍであり、上記の１０ｋＷのレーザ光を入力し、増幅後に２５ｋＷの増幅光を出力する条件では、光軸ＯＡ１のうちの励起されたレーザガスが流れ込む範囲の光路長Ｌ_p2での小信号利得は、次式（３３）で示される。
ｇ₀₂Ｌ_p2≒１１．５ ・・・（３３）

自励発振は、２段目のガスレーザ増幅器１０Ａの外部の部材あるいは内部のアパーチャ３１などの部材からの反射または回折光によって発生する。そのため、自励発振時の光のフィードバック率は非常に小さく、自励発振の発振閾値は略小信号利得となる場合が多い。したがって、自励発振光が発生する前に、光共振器４０で発振するためには、次式（３４）の条件が満たされなければならない。
ｇ₀₂Ｌ_p2＞ｇ_r2Ｌ_r2 ・・・（３４）

（２８）式および（３３）式から、光共振器４０の部分反射鏡１６および全反射鏡１７が有する反射率Ｒ₃，Ｒ₄は、次式（３５）の条件を満たさなければならない。
Ｒ₃Ｒ₄＞１×１０^-10 ・・・（３５）

（３１）式および（３５）式より、部分反射鏡１６の反射率Ｒ₃と全反射鏡１７の反射率Ｒ₄との積を、１×１０^-10よりも大きく、１６０×１０^-3よりも小さい値に設定することによって、上記したように２段目のガスレーザ増幅器１０Ａ内での自励発振の発生を抑制することができる。

このように、ガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａを２つ以上連結して、それぞれのガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａ内の光共振器４３，４０の部分反射鏡１６，１９または部分反射鏡１６および全反射鏡１７の反射率Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄を適切に設定することによって、光共振器４３，４０で発生するレーザ光の発振閾値利得が、外部から入射したシードレーザ光の増幅時の利得よりも大きくなるようにし、かつ自励発振の閾値利得よりも小さくなるように設定することができる。これによって、時間的に光共振器４３，４０の損失を変化させる装置を用いることなく、自励発振を抑制することができる。

なお、図２６のガスレーザ装置１は、実施の形態１，４に示したガスレーザ増幅器１０Ａ，１０Ｄを連結した構成を有するものを示したが、実施の形態がこれに限定されるものではない。一例では、連結するガスレーザ増幅器は、実施の形態１から実施の形態６までに示したもののいずれを用いてもよい。また、ガスレーザ装置１で連結されるガスレーザ増幅器の数は、任意の数とすることができる。

また、図２６のガスレーザ装置１は、それぞれのガスレーザ増幅器１０Ｄ，１０Ａの筐体１１に対して１つの光共振器４３，４０を設ける構成を有するものを示したが、実施の形態がこれに限定されるものではない。一例では、ガスレーザ装置１は、複数の筐体１１にわたって１つの光共振器を設ける構成を有するものであってもよい。

実施の形態７によっても、実施の形態１から実施の形態６と同様の効果を得ることができる。

実施の形態８．
図３２は、実施の形態８によるガスレーザ増幅器の構成の一例を模式的に示す斜視図である。なお、図３２では、筐体１１の図示を省略している。また、図３２では、図示しない筐体１１内において、高さ方向をＹ方向とする。また、Ｙ方向に垂直な方向で、シードレーザ光の入射方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な方向をＸ方向とする。

ガスレーザ増幅器１０Ｇは、図示しない筐体１１と、筐体１１の１つの側面に設けられるウィンドウ１２，１３と、を備える。ウィンドウ１２には、レーザ光源２からのシードレーザ光が入射する。ウィンドウ１３からは、筐体１１内で増幅された増幅光が出射される。

ガスレーザ増幅器１０Ｇは、ウィンドウ１２から入射したレーザ光をＸＺ面内で正方形状に導く第１光路ＯＰ１を構成する光学部品と、第１光路ＯＰ１からのレーザ光をウィンドウ１３までＸＺ面内で正方形状に導く第２光路ＯＰ２を構成する光学部品と、を有する。

第１光路ＯＰ１を構成する光学部品は、Ｚ方向に延在する２本の放電管６８と、偏光ミラー６０と、Ｘ方向に延在する２本の放電管６９と、反射ミラー６１と、Ｚ方向に延在する２本の放電管７０と、反射ミラー６２と、Ｘ方向に延在する２本の放電管７１と、反射ミラー６３と、を含む。偏光ミラー６０は、シードレーザ光の偏光方向ＰＤ１と同じ偏光方向のレーザ光を反射し、シードレーザ光の偏光方向ＰＤ１と直交する偏光方向ＰＤ２のレーザ光を透過する。反射ミラー６１，６２は、Ｚ方向から入射するレーザ光をＸ方向に反射させ、逆にＸ方向から入射するレーザ光をＺ方向に反射させる。反射ミラー６３は、Ｘ方向から入射するレーザ光をＹ方向に反射させ、逆にＹ方向からのレーザ光をＸ方向に反射させる。

第２光路ＯＰ２を構成する光学部品は、反射ミラー６４と、Ｘ方向に延在する２本の放電管７２と、反射ミラー６５と、Ｚ方向に延在する２本の放電管７３と、反射ミラー６６と、Ｘ方向に延在する２本の放電管７４と、偏光ミラー６７と、Ｚ方向に延在する２本の放電管７５と、を含む。反射ミラー６５，６６は、Ｚ方向から入射するレーザ光をＸ方向に反射させ、逆にＸ方向から入射するレーザ光をＺ方向に反射させる。反射ミラー６４は、Ｘ方向から入射するレーザ光をＹ方向に反射させ、逆にＹ方向からのレーザ光をＸ方向に反射させる。偏光ミラー６７は、シードレーザ光の偏光方向ＰＤ１と同じ偏光方向のレーザ光を反射し、シードレーザ光の偏光方向ＰＤ１と直交する偏光方向ＰＤ２のレーザ光を透過する。

放電管６８，６９，７０，７１，７２，７３，７４，７５内には、レーザガスが流される。レーザガスは、方向Ｄ３に沿って流れる。正方形状の光路の一辺に配置される２本の放電管６８，６９，７０，７１，７２，７３，７４，７５は、一辺の中央部で間隔をあけて配置される。この中央部から各放電管６８，６９，７０，７１，７２，７３，７４，７５にレーザガスが供給され、方向Ｄ３にレーザガスが流される。ガスレーザ増幅器１０Ｇは、図示しないが、放電管６８，６９，７０，７１，７２，７３，７４，７５の周りに配置される電極と、電極に高周波電圧を供給する高周波電源と、レーザガスを流す送風機と、をさらに備える。放電管６８，６９，７０，７１，７２，７３，７４，７５内にレーザガスを供給した状態で、電極に高周波電源から高周波電圧を印加することによって、放電管６８，６９，７０，７１，７２，７３，７４，７５内でレーザガスが励起される。

ガスレーザ増幅器１０Ｇ内を伝播するシードレーザ光の光軸ＯＡ１は、第１光路ＯＰ１および第２光路ＯＰ２によって構成される。

また、ガスレーザ増幅器１０Ｇは、部分反射鏡８１，８２と、ダンパ８３，８４と、を備える。部分反射鏡８１，８２は、レーザ光の一部を反射させ、残りのレーザ光を透過させる。部分反射鏡８１は、反射ミラー６６からのレーザ光が偏光ミラー６７で透過する位置に配置される。ダンパ８３は、部分反射鏡８１を透過したレーザ光を吸収する。部分反射鏡８２は、反射ミラー６１からのレーザ光が偏光ミラー６０で透過する位置に配置される。ダンパ８４は、部分反射鏡８２を透過したレーザ光を吸収する。

部分反射鏡８１，８２によって、光共振器が構成される。光共振器で発振するレーザ光の光軸ＯＡ２は、部分反射鏡８１、偏光ミラー６７、反射ミラー６６，６５，６４，６３，６２，６１、偏光ミラー６０、および部分反射鏡８２を通る。

ここで、ガスレーザ増幅器１０Ｇの動作について説明する。まず、シードレーザ光がウィンドウ１２から入射されるときの動作を説明する。ガスレーザ増幅器１０Ｇの外側に設けられるレーザ光源２から出射されたシードレーザ光は、光軸ＯＡ１に沿ってウィンドウ１２から筐体１１内に入射する。なお、シードレーザ光は、偏光方向ＰＤ１に偏光する直線偏光となっており、偏光ミラー６０，６７で反射される方向となっている。そして、シードレーザ光は、励起されたレーザガスが流れる放電管６８内を増幅されながら伝播する。増幅されたシードレーザ光である増幅光は、偏光ミラー６０で反射されて、つぎの放電管６９に入射する。その後、増幅光は、反射ミラー６１、放電管７０、反射ミラー６２、放電管７１、反射ミラー６３、反射ミラー６４、放電管７２、反射ミラー６５、放電管７３、反射ミラー６６、放電管７４の順に伝播しながら増幅される。そして、増幅光は、偏光ミラー６７で反射され、放電管７５でさらに増幅された後、ウィンドウ１３を通って出射される。つまり、図３２には、レーザガスの流れる方向Ｄ３とレーザ光が伝播する方向とが同じである高速軸流型のレーザ増幅器が示されている。

図３２では、レーザガスは、正方形状の光路を構成する一辺の中央部から偏光ミラー６０，６７または反射ミラー６１，６２，６３，６４，６５，６６が配置される端部に向かって、放電管６８，６９，７０，７１，７２，７３，７４，７５内を流れる。しかし、レーザガスは、正方形状の光路を構成する一辺の偏光ミラー６０，６７または反射ミラー６１，６２，６３，６４，６５，６６が配置される端部から中央部に向かって、放電管６８，６９，７０，７１，７２，７３，７４，７５内を流れるようにしてもよい。レーザガスの流れは、図示しない送風機によって形成される。

つぎに、シードレーザ光がウィンドウ１２から入射されないときの動作を説明する。シードレーザ光が入射しないときには、放電で励起されたレーザガスから光が発生し、放電管内を光軸ＯＡ２に沿って伝播する。このとき、偏光方向がシードレーザ光の偏光方向ＰＤ１とは直交する偏光方向ＰＤ２となる成分は偏光ミラー６０，６７を透過するため、部分反射鏡８１，８２で反射される。つまり、部分反射鏡８１と部分反射鏡８２との間で、光共振器が形成される。部分反射鏡８１，８２で反射されたレーザ光は、励起されたレーザガス内を往復し、伝播することになり、レーザ発振する。また、部分反射鏡８１，８２間で発振したレーザ光の一部は、部分反射鏡８１，８２を透過し、ダンパ８３，８４によって吸収される。なお、部分反射鏡８１，８２間で発振したレーザ光は、上記したようにシードレーザ光の偏光方向ＰＤ１とは直交する偏光方向ＰＤ２を有し、偏光ミラー６０，６７で反射されないため、ウィンドウ１２，１３を通過して、ガスレーザ増幅器１０Ｇの外に出てくることはない。

なお、図３２では、シードレーザ光の偏光方向ＰＤ１はＹ方向となっているが、Ｘ方向でもよい。この場合には、光共振器で発振するレーザ光の偏光方向ＰＤ２はシードレーザ光とは９０°異なるＸ方向となる。

実施の形態８によるガスレーザ増幅器１０Ｇでは、常にシードレーザ光または光共振器によるレーザ光のどちらか一方が存在し、ガスレーザ増幅器１０Ｇ内の利得を消費していることになる。このことから、ガスレーザ増幅器１０Ｇ内で意図しない自励発振が発生せず、ガスレーザ増幅器１０Ｇ内からシードレーザ光で増幅された増幅光以外の光が出射されることがないという効果を有する。

実施の形態９．
図３３は、実施の形態９によるＥＵＶ露光装置の構成の一例を模式的に示すブロック図である。ＥＵＶ露光装置１００は、レーザ光源２と、レーザ増幅部１１０と、ＥＵＶ光発生部１２０と、露光処理部１４０と、を備える。

レーザ光源２は、シードレーザ光を発生するレーザ発振器によって構成される。レーザ増幅部１１０は、１台以上のガスレーザ増幅器を有する。また、レーザ増幅部１１０に含まれるガスレーザ増幅器のうち、１台以上は、実施の形態１，２，３，４，５，６，８で説明したガスレーザ増幅器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇで構成される。図３３の例では、レーザ増幅部１１０は、４台のガスレーザ増幅器１１１，１１２，１１３，１１４が光軸ＯＡ１に沿って直列に接続された構成を有する。なお、図３３では、４台のガスレーザ増幅器１１１，１１２，１１３，１１４を直列に連結したレーザ増幅部１１０が例示されたが、レーザ増幅部１１０におけるガスレーザ増幅器１１１，１１２，１１３，１１４の数は、１台以上であればよく、４台に限定されるものではない。

ＥＵＶ光発生部１２０は、レーザ増幅部１１０からのパルスレーザ光を、滴下される錫（Ｓｎ）の液滴に照射することによって、ＥＵＶ光を発生させる。発生したＥＵＶ光は、伝送光路１３０を通り、露光処理部１４０に入射される。

露光処理部１４０は、例えば半導体基板などの基板上に塗布されたレジストに、予め定められたパターンが設けられたフォトマスクを介してＥＵＶ光を照射し、レジストを露光する。露光処理部１４０は、基板を保持する図示しない基板ステージと、フォトマスクを保持する図示しないフォトマスクステージと、を有する。また、露光処理部１４０は、フォトマスクへのＥＵＶ光の照射範囲を調整する図示しない照明光学系と、フォトマスクで反射されたＥＵＶ光を基板に縮小投影する図示しない投影光学系と、を有する。

なお、レーザ光源２およびレーザ増幅部１１０でガスレーザ装置１が構成される。すなわち、ガスレーザ装置１は、実施の形態１，２，３，４，５，６，８で説明したガスレーザ増幅器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇを１台以上含む。また、レーザ光源２、レーザ増幅部１１０およびＥＵＶ光発生部１２０でＥＵＶ光発生装置１２１が構成される。すなわち、ＥＵＶ光発生装置１２１は、実施の形態１，２，３，４，５，６，８で説明したガスレーザ増幅器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇを１台以上含む。

ＥＵＶ露光装置１００の動作について説明する。レーザ光源２から出射されたシードレーザ光は、光軸ＯＡ１に沿ってレーザ増幅部１１０に入射する。レーザ増幅部１１０では、シードレーザ光は、ガスレーザ増幅器１１１に入射し、内部で増幅され、増幅光がガスレーザ増幅器１１１から出射される。その後、出射された増幅光は、ガスレーザ増幅器１１２，１１３，１１４で同様に増幅され、出射される。レーザ増幅部１１０によって増幅された増幅光は、ＥＵＶ光発生部１２０に入射する。ＥＵＶ光発生部１２０では、予め定められた周期で滴下される液滴状の錫のターゲットにレーザ光が集光され、照射される。錫のターゲットにレーザ光が照射されると、錫からＥＵＶ光が発生する。発生したＥＵＶ光は伝送光路１３０を通って露光処理部１４０に導かれる。露光処理部１４０では、フォトマスクで反射されたＥＵＶ光が、基板上に塗布されたレジストに照射され、レジストが露光される。

実施の形態９によるＥＵＶ露光装置１００は、実施の形態１，２，３，４，５，６，８のいずれかに記載されたガスレーザ増幅器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇを備えるため、シードレーザ光がガスレーザ増幅器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇに入射していないときには、自励発振光は発生しない。また、ガスレーザ増幅器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ内の光共振器でレーザ発振するレーザ光も、ガスレーザ増幅器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇの外部に出射されることはない。このため、自励発振光または光共振器で発振したレーザ光が、ＥＵＶ光発生部１２０内のターゲットあるいはシードレーザ光のレーザ光源２に照射されることがない。その結果、ＥＵＶ露光装置１００およびＥＵＶ光発生装置１２１が意図しないレーザ光の照射によって不具合を起こす可能性を抑制することができるという効果を有する。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ ガスレーザ装置、２ レーザ光源、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１１１，１１２，１１３，１１４ ガスレーザ増幅器、１１ 筐体、１１Ａ，１１Ｂ 側面、１２，１３ ウィンドウ、１４，１５，６０，６７ 偏光ミラー、１６，１９，８１，８２ 部分反射鏡、１７ 全反射鏡、１８，５７ａ，５７ｂ，８３，８４ ダンパ、２０Ａ，２０Ｂ 放電電極対、２１Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂ 放電電極、２３Ａ，２３Ｂ 放電空間、２５Ａ，２５Ｂ ガス流発生部、３１，３２，３３ アパーチャ、４０，４１，４２，４３ 光共振器、５１，５２，５３，５４，６１，６２，６３，６４，６５，６６ 反射ミラー、５６ ビームスプリッタ、６８，６９，７０，７１，７２，７３，７４，７５ 放電管、１００ ＥＵＶ露光装置、１１０ レーザ増幅部、１２０ ＥＵＶ光発生部、１２１ ＥＵＶ光発生装置、１３０ 伝送光路、１４０ 露光処理部、ＯＡ１，ＯＡ２ 光軸。

Claims (20)

1. 外部から第１レーザ光が入射される入射ウィンドウ、および増幅された前記第１レーザ光が出射される出射ウィンドウを有する筐体と、
   前記筐体の内部に対向して配置される放電電極間に供給されるレーザガスを励起させる放電電極対と、
   前記筐体の外部から前記第１レーザ光が前記入射ウィンドウから前記筐体の内部に入射しない非入射状態のときには、励起された前記レーザガスの利得によって第２レーザ光を発振させ、前記第１レーザ光が前記入射ウィンドウから前記筐体の内部に入射する入射状態のときには、前記第２レーザ光の発振を停止させる光共振器と、
   を備えることを特徴とするガスレーザ増幅器。
2. 前記光共振器の共振器全損失は、前記光共振器の前記入射状態の利得と、前記光共振器の前記非入射状態の利得と、の間の値を有することを特徴とする請求項１に記載のガスレーザ増幅器。
3. 前記第１レーザ光は、第１方向に偏光する直線偏光であり、
   前記第２レーザ光は、前記第１方向に直交する第２方向に偏光する直線偏光であることを特徴とする請求項１または２に記載のガスレーザ増幅器。
4. 前記光共振器は、
   前記第２レーザ光の一部を反射し、残りの部分を透過する部分反射鏡と、
   前記第２レーザ光を反射する全反射鏡と、
   前記部分反射鏡で透過された前記第２レーザ光を吸収する第１ダンパと、
   を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のガスレーザ増幅器。
5. 前記部分反射鏡の反射率は７×１０^-21よりも大きく、１６×１０^-6よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載のガスレーザ増幅器。
6. 前記光共振器は、
   前記第２レーザ光の一部を反射し、残りの部分を透過する第１部分反射鏡と、
   前記第２レーザ光の一部を反射し、残りの部分を透過する第２部分反射鏡と、
   前記第１部分反射鏡で透過された前記第２レーザ光を吸収する第１ダンパと、
   前記第２部分反射鏡で透過された前記第２レーザ光を吸収する第２ダンパと、
   を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のガスレーザ増幅器。
7. 前記第１部分反射鏡の反射率と前記第２部分反射鏡の反射率の積は、７×１０^-21よりも大きく、１６×１０^-6よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載のガスレーザ増幅器。
8. 前記光共振器は、
   前記光共振器の光路上に配置されるビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタで分離される前記第２レーザ光を吸収する第３ダンパと、
   をさらに有することを特徴とする請求項６に記載のガスレーザ増幅器。
9. 前記第１部分反射鏡の反射率、前記第２部分反射鏡の反射率、および前記ビームスプリッタの透過率の２乗の積は、７×１０^-21よりも大きく、１６×１０^-6よりも小さいことを特徴とする請求項８に記載のガスレーザ増幅器。
10. 前記筐体内に前記第１レーザ光を反射する反射ミラーをさらに備え、
    前記第１レーザ光の光軸は、前記反射ミラーによって前記入射ウィンドウと前記出射ウィンドウとの間の前記筐体内で折り返されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載のガスレーザ増幅器。
11. 前記第２レーザ光の光軸は、前記入射ウィンドウと前記出射ウィンドウとを通る前記第１レーザ光の光軸の一部と重なることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載のガスレーザ増幅器。
12. 前記放電電極間を含む領域に前記第１レーザ光の光軸の方向に前記レーザガスを流すガス流発生部をさらに備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載のガスレーザ増幅器。
13. 前記第２レーザ光の光軸は、前記入射ウィンドウと前記出射ウィンドウとを通る前記第１レーザ光の光軸とは重ならないことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載のガスレーザ増幅器。
14. 前記光共振器は、前記第２レーザ光の光軸が前記第１レーザ光の光軸と一部が交差するように配置されることを特徴とする請求項１３に記載のガスレーザ増幅器。
15. 前記放電電極間を含む領域に前記レーザガスを流すガス流発生部をさらに備え、
    前記ガス流発生部は、前記第１レーザ光が入射する第１方向に垂直で、かつ前記放電電極対のギャップの方向である第２方向に垂直である第３方向に、前記第１方向の異なる位置に２つの前記レーザガスを流し、
    前記２つのレーザガスの向きは、互いに対向することを特徴とする請求項１から１１，１３および１４のいずれか１つに記載のガスレーザ増幅器。
16. 前記第１レーザ光が入射する第１方向に垂直で、かつ前記放電電極対のギャップの方向である第２方向に垂直である第３方向に、前記レーザガスの流れであるガス流を発生させる２つのガス流発生部をさらに備え、
    前記２つのガス流発生部は、前記第１方向の異なる位置に配置され、
    前記２つのガス流発生部によって発生されるそれぞれの前記ガス流は、前記第３方向での向きが互いに対向し、
    前記第２レーザ光の光軸の少なくとも一部は、前記第１レーザ光の光軸の一部より前記ガス流の上流側を通ることを特徴とする請求項１４に記載のガスレーザ増幅器。
17. 前記第１レーザ光は、パルスレーザ光であることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１つに記載のガスレーザ増幅器。
18. 前記ガスレーザ増幅器の前記筐体の外部に設置され、前記第１レーザ光を出射するレーザ光源と、
    請求項１から１７のいずれか１つに記載のガスレーザ増幅器を１台以上含むレーザ増幅部と、
    を備えることを特徴とするガスレーザ装置。
19. 請求項１８に記載のガスレーザ装置を備えることを特徴とするＥＵＶ光発生装置。
20. 請求項１８に記載のガスレーザ装置を備えることを特徴とするＥＵＶ露光装置。

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