JPH03283478A - 紫外線パルスレーザー装置 - 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） 本発明は、レーザー媒質ガスをパルス放電により励起し
、共振器を用いて紫外線レーザー発振を行う紫外線パル
スレーザ−装置に関する。

（従来の技術） 紫外線波長の領域で発振するレーザーとしてエキシマレ
ーザ−が知られている。

最近までは、比較的簡単で小型の放電励起による短波長
の発振は、１９３ｎｍ（ＡｒＦ）までであった。これ以
下の波長でのエキシマレーザ−の発振は、例えば、１２
６ｎｍ（Ａｒ２）　、１４６ｎｓ（Ｋｒｚ　）　、１７
２ｎｍ（Ｘｅ２）等は、電子線励起方式による発振があ
った。

ところが、電子線励起方式は、装置が非常に大掛かりで
、大規模な装置になってコストが高いので、産業用には
適していないという欠点があった。

そこで、最近Ｅｆｉｔｈｉｍ１ｏｐｏｕｌｏｓ（）　ｏ
ント大学）らが、０ＰＴＩＣ３ＬＥＡＴＴＥＲＶｏｌ、
１４．Ｎｏ、１２．ｐ８２４．１９８６で、放電励起に
より、初めて１２６ｎｓ（Ａｒ２）の発振に成功した。

第５図には、Ｅｆ　ｉｔｈｉｍｉｏｐｏｕｌｏｓらが用
いた実験装置の概略が示されている。以下このｊｆｉ５
図に示される従来の紫外線レーザー発振装置について説
明する。

このレーザー発振装置は、図示しない排気真空排気装置
により排気されて真空状態とされた真空容器１と、供給
されたレーザー媒質ガスを真空容器内へ噴出するノズル
３と、このノズル内に配置されて陰極及び陽極のいずれ
か一方となる第１の電極５と、前記ノズル３の近傍に配
置されて陰極及び陽極のいずれか他方となる第２の電極
７と、前記第１の電極と第２の電極との間にパルス電圧
を印加するパルス電圧印加手段９と、ミラー１１．１３
からなる共振器１５とで構成されている。

上記構成のレーザー発振装置では、例えば高圧のレーザ
ー媒質ガス（例えばＡｒガス等）を図示しない高速電磁
バルブ等により真空容器内へパルス的に供給し、約１．
５ｃｍ離れた第１の電極と第２の電極との間に、レーザ
ー媒質ガスのパルス的供給に同期して、高電圧のパルス
電圧を印加する。ノズルから噴出したレーザー媒質ガス
中で放電が行われる。

この時、断熱膨脹によりガスを冷却すると同時に放電に
よりプラズマＰを生成し、レーザー媒質ガスを励起して
エキシマを生成し、真空容器１内に配置された共振器１
５によりレーザー発振りを行う。この発振されたレーザ
ーでは繰り返しＩＨ２１出力約出力約２グ また発振領域はノズル先端から約２ｍｍの位置で、直径
２ｍｍ，長さ３ｍｍとノズル先端近傍に限られている。

また繰り返し速度は、真空容器１内のレーザー媒質ガス
の排気速度により制限されている。このため、上記従来
の紫外線パルスレーザ−発振装置では、出力も小さく、
繰り返しも小さい。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来の紫外線パルスレーザ−装置は、出力
も小さく、繰り返しも小さいという欠点があった。

これを解決するためには、ノズル付近での効率的な放電
、レーザー媒質ガスの真空容器内からの排気効率が必要
である。

ところが、従来のようにノズル内に針状の第１の電極を
設置した構成では、パルス電圧の印加時に第１の電極全
体で放電が生じ、ノズル内の第１の電極の表面も放電が
生じている。このため、ノズル内での第１電極の表面の
放電により、ノズル先端部での効率的なレーザー媒質ガ
スの励起が出来ないという問題があった。

さらに、第１電極の端部以外の部分での放電はレーザー
媒質ガスの発振に寄与することがなく、無駄な放電が起
こっていた。このため、レーザー媒質ガスの無駄な温度
上昇が生じて、断熱膨脹による。ガス冷却の効果を低下
させることになり、レーザーの発振効率を低下させてい
た。またノズルから噴出するガスの流れが、ノズル近傍
に配置された第２の電極により、乱されるためレーザー
媒質ガスが速やかに真空容器内から排出されにくくなっ
ていた。このため発振効率が低かった。

本発明は上記事実を考慮し、高効率で、高繰り返しの紫
外線パルスレーザ−装置を提供することが目的である。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため請求項（１）の発明では、第１
の電極の先端を露出させた状態で絶縁体で被覆したこと
を特徴としている。

また、請求項（２）の発明では、陰極及び陽極のいずれ
か他方の第２の電極の長手方向に対して直角に切断した
断面形状を流線形としたことを特徴としている。

さらに、請求項（３）の発明では、レーザー媒質が希ガ
ス及びハロゲンガス及びこれらの混合ガスであることを
特徴としている。

（作用） 請求項（１）の発明によれば、第１の電極の先端部を露
出させた状態で、絶縁体で被覆したので、放電時の放電
が先端部に集中し、ノズル先端付近での電流密度が大き
くなる。さらに、レーザー媒質ガスの励起がノズル付近
でのみ起きるので、励起効率が高くなると共に無駄なレ
ーザー媒質ガスの温度上昇を防止することが出来、発振
効率が向上する。

第２の電極を流線形とすることにより、ノズルから噴出
したレーザー媒質ガスの流れに乱れが生じることがなく
、速やかに真空容器内から排出される。従って、繰り返
しが大きく取れる。

さらに、レーザー媒質ガスを希ガス及びハロゲンガス及
びこれらの混合ガスとすることにより。

発振効率を向上することが出来る。

（実施例） 次に第１図乃至第４図を用いて本発明に係る紫外線パル
スレーザ−装置の実施例について説明する。第１図は紫
外線パルスレーザ−装置１７の構成を示す断面図である
。

第１図に示されるように、真空容器１は排気装置１９と
連通されており、この排気装置１９により内部の気体が
外部へ排出されて、内部が真空状態とされている。さら
に真空容器１には、発振したレーザーＬが容器内へ放出
されるレーザー発振口１ａが形成されている。

真空容器１内には、円筒状のノズル３の端部が配置され
ている。このノズル３の端部の先端は鋭角に形成されて
おり、噴出口３ａが形成されている。またノズル３は高
速電磁バルブ２１を介してレーザー媒質ガスタンク２３
と連通されている。

この高速電磁バルブ２１の高速な開閉によりレーザー媒
質ガスがノズル３内へパルス的に供給され、噴出口３ａ
から真空容器１内へ噴出される。

ノズル３の内部には、丸棒状の陰極である第１の電極２
５が、ノズル３の軸中心方向に沿って配置されている。

また第１の電極２５の先端部は、ノズル３の噴出口３ａ
から若干ノズル３内部に退避している。従って、ノズル
３内へ供給されたレーザー媒質ガスは第１の電極の外周
とノズル３の内壁との間に形成される環状の空間３３を
通過して、噴出口３ａから真空容器１内へ噴出される。

また、ノズル３の噴出口３ａの近傍（第１図では噴出口
３ａか所定の距離だけ離間して、陽極である第２の電極
２７が配置されている。これらの第１の電極と第２の電
極はパルス電圧印加手段であるパルス電源２９と接続さ
れている。このパルス電源２９の動作タイミングは高速
電磁バルブ２１の作動と同期されており、ノズル３内へ
のレーザー媒質ガスの供給時に第１の電極と第２の電極
２７との間にパルス放電を生じさせる。

第２図に示されるように、第１の電極２５は噴出口３ａ
側の先端部が、ノズル３の内部で露出された状態で絶縁
体３１で被覆されている。このためパルス電源２９によ
るパルス電圧印加時に、絶縁体３１で被覆されている部
分の表面からの放電が防止される。

第３図に示されるように、第２の電極２７は、長手方向
に対して直角に切断した断面形状が流線形に形成されて
おり、狭幅部２７ａが噴出口３ａに対応した状態で配置
されている。これにより、噴出口３ａから噴出されたレ
ーザー媒質ガスは第２図矢印で示されるように第２の電
極の表面を滑らかに流れて、排気装置１９により、真空
容器１の外部へ排出される。

次に本実施例の作用について説明する。

高速電磁バルブ２１が高速で開閉して、ノズル３内へレ
ーザー媒質のガスが供給されるのと同期してパルス電源
２９から第１の電極２５、第２の電極２７へ高パルス電
圧が印加される。

ノズル３内を第１の電極２５に沿って流れたレーザー媒
質ガスは噴出口３ａがら真空容器１内へ噴出される。こ
の噴出されたレーザー媒質ガスは第１の電極２５と第２
の電極２７との間でパルス放電する。このパルス放電に
より、レーザー媒質ガスは励起されてプラズマＰが生成
されて、エキシマが生成され、ミラー１１．１３により
発振する。

レーザーが発振した後のレーザー媒質ガスは排気装置１
９により真空容器１内から速やかに排出される。

また噴出口３ａから噴出されたレーザー媒質ガスは、第
２の電極２７が断面形状が流線形に形成されているので
、この第２の電極２７の表面を滑らかに流れて、乱れが
生じることがなく、レーザー媒質ガスは速やかに排出装
置１９により真空容器１内から排出される。従って、排
気装置１９の能力が同じ場合に比べて従来より繰り返し
が大きくとれる。

またノズル３内の第１の電極２５の表面は、先端部が露
出された状態で絶縁体３１で被覆されているので、ノズ
ル３内の表面では放電が生じない。

これにより、励起効率が向上すると共に、無駄なガスの
温度上昇を防止することが出来、断熱膨脹によるガス冷
却の効果がより大きくなり、発振効率が高くなる。

次に第４図を用いて他の実施例について説明する。

この実施例は、第１の電極３７の噴出口３ａ側の先端部
と、絶縁体３５により被覆されている部分の形状が異な
っている。すなわち、被覆されている部分が露出されて
いる部分と比較して細く形成されており、絶縁体により
被覆されて、全体として外形が一定となるようにしてい
る。

従って、本実施例によれば、ノズル３内を流れれるレー
ザー媒体ガスは滑らかに流れて、噴出口３ａから均一な
流れとなって噴出される。

また、上記各実施例で使用されるレーザー媒体ガスはＨ
ｅ５Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ５Ｘｅの希ガスあるいは、これら
のうちの２種類以上の混合ガス、または一種類以上の希
ガスとハロゲンガスとの混合ガス等を利用することが出
来る。

特に、１９３ｎｓよりも短い波長のレーザー媒質ガスと
しては、Ｎ　ｅ　２　（７８ｎｗ）、Ａ　ｒ　２　（１
２８ｎｍ）　、Ｋｒ　２　（１４８ｎｉ）　、Ｘ　ｅ　
２　（１７２ｎｏ＋）　、Ｆ　２　（１５７ｎｍ）、Ａ
　ｒ　Ｃ１（１７５ｎ■）等が使用されている。

このように上記各実施例では、第１電極の先端部を除い
て他の部分を絶縁体で被覆したので、放電が第１の電極
の先端部に集中し、ノズル３付近での電流密度が大きく
なる。さらに、レーザー媒体ガスの励起がノズル３付近
のみで起きるので、励起効率が高くなるとともに、無駄
なレーザー媒質ガスの温度上昇を防止することが出来、
発振効率が高くなる。

また第２の電極２７を流線形にすることにより、ノズル
３の噴出口３ａから噴出したレーザー媒質ガスの流れが
、第２の電極２７により乱されにくいので、レーザー媒
質ガスが速やかに排気装置１９により、真空容器内から
排出され、繰り返しが大きくとれる。

なお、上記各実施例では、真空容器内に１個のノズルを
配置した例を示したがこれに限らず２個以上配置しても
良い。

また、上記実施例では、第２図に示される第１の電極に
対して第３図に示される第２の電極の例を示したがこれ
に限らず第４図に示される第１電極に対して第３図の第
２の電極を配置しても良い。

また上記各実施例では、第１の電極を陰極とし、第２の
電極を陽極としたがこれに限らず、第１の電極を陽極と
し、第２の電極を陰極としても良い。

また本実施例では、共振器１５によりレーザー光りを発
振したが、他の手段で発振させても良い。

［発明の効果］ 以上説明したように請求（１）乃至請求項（３）の発明
によれば、ノズル先端付近での効率的な放電と、ガスの
排気効率の上昇が達成され、高効率、高繰り返しの紫外
線パルスレーザ−装置を提供することが出来るという優
れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る紫外線パルスレーザ−装置の実施
例を示す断面図、第２図はノズル先端部分を拡大した断
面図、第３図は第２の電極を示す斜視図、第４図は他の
実施例のノズルを示す断面図、第５図は従来の紫外線パ
ルスレーザ−装置の概略構成を示す断面図である。 １７・・・紫外線パルスレーザ−装置 ９・・・排気装置 ５．３７・・・第１の電極 ７・・・第２の電極 ９・・・パルス電源 １．３５・・・絶縁体 代ＩＵｙ弁七三好秀和 第１ 図 第２図 第３図 第４ 図 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部が排気装置で真空状態とされた真空容器と、
   レーザー媒質ガスを真空容器内へ噴出するノズルと、こ
   のノズル内に配置されて陰極及び陽極のいずれか一方と
   なる第１の電極と、前記ノズルの近傍に配置されて陰極
   及び陽極のいずれか他方となる第２の電極と、前記第１
   の電極と第２の電極とに間にパルス電圧を印加するパル
   ス電圧印加手段と、励起されたレーザー媒質ガスからレ
   ーザーを発振させる共振器と、を備えてノズルへの前記
   レーザー媒質ガスの供給に同期して高電圧のパルス電圧
   を印加し、ノズルから噴出したレーザー媒質ガス中でパ
   ルス放電を行うことによりレーザー媒質ガスを励起して
   レーザー発振を行う紫外線パルスレーザー装置において
   、 前記第１の電極の先端を露出させた状態で絶縁体で被覆
   したことを特徴とする紫外線パルスレーザー装置。
2. （２）前記陰極及び陽極のいずれか他方の第２の電極の
   長手方向に対して直角方向に切断した断面形状を流線形
   としたことを特徴とする請求項（１）記載の紫外線パル
   スレーザー装置。
3. （３）前記レーザー媒質が希ガスまたはハロゲンガス及
   びこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項（１
   ）記載の紫外線パルスレーザー装置。