JPH02276283A - 狭帯域レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はレーザ光を狭帯域化させるための狭帯域レー
ザ装置に関する。

（従来の技術） レーザ光の狭帯域化には用途に応じて種々の方法があり
、その中でも比較的高出力が得られる方法として第７図
に示す方法が用いられている。

すなわち、図中１はレーザ励起部であり、このレーザ励
起部１は図示しないレーザ媒質と、このレーザ媒質の励
起手段とからなる。このレーザ励起部１の両端にはそれ
ぞれスリット２が形成された規制部材３が配置されてい
る。一方の規制部材３−には出力鏡４が離間対向して配
置され、他方の規制部材３には拡大光学系５を介して上
記出力鏡４とで共振器を構成する回折格子６が配設され
ている。

上記拡大光学系５は複数のプリズム７ａ、７ｂ。

７Ｃから形成されていて、上記規制部材３のスリット２
によって拡がり角が規制されたレーザ光りをその規制方
向Ｘと同方向に拡大して上記回折格子６に入射させる。

それによって、レーザ光りが照射する回折格子６の溝数
が増大するから、この回折格子６による分解能を高める
ことができるようになっている。

上記回折格子６はレーザ光りの入射角と回折光の反射角
とが等しくなるようリトロ−配置されている。したがっ
て、レーザ励起部１から出力されたレーザ光りは出力鏡
４と回折格子６との間の同一光路を往復することによっ
て狭帯域化され、上記出力鏡から発振されるようになっ
ている。

ところで、レーザ光りを拡大する場合、プリズムによる
反射損失を最小とするため、１つのプリズムによる拡大
率が制限されるので、通常プリズムを多段、たとえば３
段に配置して拡大率を大きくするようにしている。

しかしながら、プリズムを多段に配置すると、各段のプ
リズム７ａ、７ｂ、７ｃはそれぞれ拡大されたレーザ光
の断面に応じた大きさとしなければならないから、最終
段のプリズム７Ｃは切設のプリズム７ａと比較してかな
り大きなものとなってしまう。すると、最終段のプリズ
ム７Ｃを通過するレーザ光りの光路（距離）が長くなる
から、このプリズム７Ｃによる光エネルギの吸収が増大
する。それによって、レーザ発振効率の低下を招くこと
になったり、プリズム７Ｃ内の温度分布が不均一となっ
て屈折率の分布も不均一となる。プリズム７Ｃの屈折率
が不均一となると、本来平行に拡大されるべきレーザ光
りが平行に拡大されなくなり、回折格子６への入射角が
場所により異なってしまうから、レーザ光りのスペクト
ル幅が大幅に増大する。スペクトル幅が増大すれば、そ
のレーザ光りをレンズを用いて結像させる場合、レンズ
の色収差によって像がぼけることになるから、たとえば
半導体の製造過程におけるパターンの露光工程に適用し
た場合、その露光を精度よく行なえないということが生
じる。

（発明が解決しようとする課題） このように、回折格子に入射するレーザ光を複数のプリ
ズムによって順次拡大すると、最終段のプリズムを大き
くしなければならないから、そのプリズムによる熱エネ
ルギの吸収が増大してレーザ光の発振効率が低下したり
、プリズム内の温度分布が不均一となって屈折率の分布
も不均一となり、それによってレーザ光のスペクトル幅
が増大するなどのことがあった。

この発明は上記事情にもとずきなされたもので、その目
的とするところは、プリズムを複数段に配置してレーザ
光を拡大する場合、プリズムを大型化せずにすむように
した狭帯域レーザ装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段及び作用）上記課題を解決
するためにこの発明は、共振器を構成する出力鏡と回折
格子との間にレーザ励起部を設け、このレーザ励起部か
ら出力されたレーザ光をプリズムからなるｍｔ段の拡大
光学部で所定方向に順次拡大して上記回折格子に入射さ
せ、この回折格子からのレーザ光を上記出力鏡から出力
させる狭帯域レーザ装置において、少なくとも最終段の
拡大光学部は、各々の入射面が同一面をなす状態もしく
は平行に配置された１支数のプリズムから構成する。

このようにすることで、少なくとも最終段の拡大光学部
を大きなプリズムを用いずに構成することができるよう
にした。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を第１図乃至第３図を参照し
て説明する。第１図に示す狭帯域レーザ装置はレーザ励
起部１１を備えている。このレーザ励起部１１には図示
しないレーザ媒質と、このレーザ媒質の励起手段とが設
けられている。このレーザ励起部１１の両端にはそれぞ
れスリット１２が形成された規制部材１３が配置されて
いる。

一方の規制部材１３には出力鏡１４が離間対向して配置
され、他方の規制部材１３には拡大光学系１５を介して
上記出力鏡１４とで共振器を構成する回折格子１６が配
設されている。

上記規制部材１３のスリット１２は、レーザ励起部１１
から出力されるレーザ光りの第１図にＸで示す方向の拡
がり角を小さく規制するようそのＸ方向と直交する方向
に細長く形成されている。

上記拡大光学系１５は第１乃至第３の拡大光学部１７〜
１９からなる。第１の拡大光学部１７と第２の拡大光学
部１８とはそれぞれ同じ大きさの１つのプリズム１７ａ
、１８ａからなり、第３の拡大光学部１９は上記プリズ
ム１７　ａ　ｓ　１８　ａと同じ大きさの２つのプリズ
ム１９ａから構成されている。すなわち、第３の拡大光
学部１９を構成する一対のプリズム１９ａはそれぞれ第
２図に示す位置決め機構２１に取付けられ、これらの入
射面１９ｂを同一平面上に位置させて配置されている。

上記位置決め機構２１はベース２２と、このベース２２
上に一端側を支点として水平方向と交差するθ１方向と
０２方向とに揺動自在に設けられ、それぞれねじ２３ａ
、２３ｂによって各方向の傾き角度を調節することがで
きる第１の可動プレート２３と、この第１の可動プレー
ト２３上にθ３で示す水平方向に回動自在に設けられた
第２の可動プレート２４とから構成されている。そして
、この第２の可動プレート２４上に上記第３の拡大光学
部１９を構成するプリズム１９ａがその一側面を接合さ
せて爪管されている。

このような構成の狭帯域レーザ装置によれば、レーザ励
起部１１から出力されたレーザ光りは拡大光学系１５の
第１乃至第３の拡大光学部１７〜１９のプリズム１７ａ
〜１９ａによって拡大されてから回折格子１６に入射し
、所定の波長の回折光だけが入射方向と同方向に反射し
、出力鏡１４との間で増幅されて上記出力鏡１４から出
力されることになる。

ところで、拡大光学系１５の第３の拡大光学部１９を２
つのプリズム１９ａで構成したことにより、１つのプリ
ズムで構成する場合に比べて第３図に斜線で示す部分Ａ
を小さくすることができる。

つまり、材料の使用量を少なくし、その分、レーザ光り
の透過光路を短くすることができる。それによって、第
３の拡大光学部１９で吸収する熱エネルギが減少するか
ら、レーザ光りの発振効率が低下するのが防げる。

また、吸収する熱エネルギが減少すれば、プリズム１９
ａ内の温度分布に起因する屈折率の分布状態の不均一も
生じずらいから、プリズム１９ａによって拡大されたレ
ーザ光りが回折格子１６へ入射する角度が場所によって
異なることがない。

したがって、回折格子１６への入射角によって決定され
るレーザ光りの中心波長はほとんど変化しないから、そ
のスペクトル幅が増大することもない。

また、上記第３の拡大光学部１９の２つのプリズム１９
ａの入射面１９ｂの角度がずれていると、第４図に示す
ようにそれぞれのプリズム１９ａによって拡大された成
分が異なる中心波長で発振することになる。しかしなが
ら、各プリズム１９ａはそれぞれ位置決め機ｔｉ４２１
によって２つの入射面１９ｂが１つの入射面となるよう
同一平面上に位置させることができるから、それによっ
て第５図に示すように各プリズム１９ａで拡大されたレ
ーザ光りの成分の中心波長を一致させることができる。

また、１段の拡大光学部による通常の拡大率は２．５倍
であるから、４　ａｍ幅のレーザ光りを３段目の拡大光
学部１９から出射するときには、レーザ光りの幅は８２
．５ｍｍに拡大される。

したがって、各拡大光学部１７〜１９のプリズム１７ａ
〜１９ａを同じサイズとする場合、出射側の端面の幅寸
法が３５龍のプリズムを用いれば、３段目の拡大光学部
１９で拡大されるレーザ光りに対しても対処することが
できる。つまり、従来は出射側の端面の一辺が７０ｍｍ
のプリズムを必要としたが、２つに分割することによっ
て３５ｍｍのプリズム１９ａを用いればよいから、加工
精度や価格などの面で有利である。

また、実験によると、第３の拡大光学部１９を出射側の
一辺が３５ｍｍの２つのプリズム１９ａで構成したこと
により、７ｈａのプリズムを用いた場合に比べて発振効
率が１２０−１４０％に向上し、またスペクトル幅は口
、００８ｎｓから０．００６ｎ＊に向上したことが追認
された。

第６図はこの発明の他の実施例を示す。この実施例は第
２の拡大光学部１８を２つのプリズム１８ａで構成し、
第３の拡大光学部１９を４つのプリズム１９ａで構成す
るようにしたもので、このようにすれば、各拡大光学部
１７．１８．１９のプリズム１７ａ、１８ａ、１９ａを
上記一実施例に比べてさらに小さくすることができる。

なお、上記各実施例から明らかなように、複数のプリズ
ムで構成する拡大光学部は、１段目以降であれば適用す
ることができ、要は少なくとも最終段に適用すればよ＜
、シかもプリズムの数もなんら限定されるものでなく、
複数であればよい。

また、各プリズムの入射面は同一面をなす状態に配置す
る代りに、互いに平行に配置してもよい。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明は、レーザ光を複数の拡大光
学部で拡大して回折格子に入射させる場合、少なくとも
最終段の拡大光学部を、各々の入射面が同−而をなす状
態もしくは互いに平行に配置された複数のプリズムで構
成するようにした。

したがって、大きなプリズムを用いた場合に比べて熱エ
ネルギの吸収が少なくなるから、発振効率の低下も少な
くすることができる。また、小さなプリズムはｉＲ度分
布が不均一になりずらいか、ら、それによって屈折率の
分布状態も安定し、スペクトル幅が増大するのを押える
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す狭帯域レーザ装置の
構成図、第２図は同じくプリズムの位置決め機構の斜視
図、第３図はこの発明によってプリズムをどの程度小さ
くできたかを示す説明図、第４図は第３の拡大光学部の
一対のプリズムの入射面がずれているときのレーザスペ
クトルの説明図、第５図は一対のプリズムの入射面が１
つの入射面をなす状態で同一平面上に位置したときのレ
ーザスペクトルの説明図、第６図はこの発明の他の実施
例を示す狭帯域レーザ装置の構成図、第７図は従来の狭
帯域レーザ装置の構成図である。 １１・・・レーザ励起部、１４・・・出力鏡、１６・・
・回折格子、１７〜１９・・・第１乃至第３の拡大光学
部、１７　ａ　ｓ　１８　ａ　ｓ　１９　ａ・・・プリ
ズム。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第４図 スミ ＾１ 第　１　図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 共振器を構成する出力鏡と回折格子との間にレーザ励起
   部を設け、このレーザ励起部から出力されたレーザ光を
   プリズムからなる複数段の拡大光学部で所定方向に順次
   拡大して上記回折格子に入射させ、この回折格子からの
   レーザ光を上記出力鏡から出力させる狭帯域レーザ装置
   において、少なくとも最終段の拡大光学部は、各々の入
   射面が同一面をなす状態もしくは平行に配置された複数
   のプリズムから構成されていることを特徴とする狭帯域
   レーザ装置。