JPH04198822A - レーザ光の波長検出方法及び装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ光の波長検出方法及び装置に係り、特に
エタロンを使用する形式のものに関する。

〔従来の技術〕

近へ　ＬＳＩの高密度化に伴い、エキシマレーザを狭帯
域化して配線パターンを形成するリングラフィが注目さ
れている。しかしエキシマレーザはその構造上、波長安
定性に欠けるという問題があるため波長を安定化する装
置が必要である。この波長安定化装置としては発振光の
波長を計測し、その計測結果に基づいてレーザ発振装置
にフィードバック制御をかける方法が一般的である。

ところで、レーザの波長は使用環境や機械的振動等の外
乱によって微妙に変動するためこの波長をいかに高精度
に計測するかが発振波長安定化の鍵となる。レーザ波長
を測定する方法としては種々あるが、比較的簡便で精度
が得られる方法としてエタロン（ファブリペローエタロ
ン）を用いたものがある。この方法は、レーザ光をエタ
ロンに入射させ、第５図に示すよう番へ　透過光が描く
干渉縞２０の半径部分を一次元フォトディテクタアレイ
２１上に照射する。一次元フォトディテクタアレイ２１
はＣＣＤ等の感光素子（エレメント）を多数配列したも
ので、干渉縞２０の濃淡を信号の強度として出力する。

そして、これら受光素子（エレメント）に与えられた番
号（アドレス）を基礎として各種の演算処理を施し波長
を算出する。

なお、エタロンは気温や湿度の変化によって屈折率が変
動するため、基準の波長を有する基準レーザ発振光を用
いて誤差を補正する方法もある。

これは、基準レーザ発振光と被測定レーザ発振光とをエ
タロン２１に導入し、前記基準レーザ発振光による同心
円状干渉縞と被測定レーザ発振光による同心円状干渉縞
との位置差を計測することにより被測定レーザ発振光の
波長を計測するものである。この場合、基準レーザ発振
光と被測定レーザ発振光とは同時または個別に入射して
測定する。

なお、レーザを必要な部分に配光する場合にはバンドル
型光ファイバを用いている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前記した従来の方法でＩＪ　　いずれも干渉
縞と一次元フォトディテクタアレイとの位置関係に絶対
的な精度が要求されるため誤差が大きいという問題があ
る。

即ち、単純な位置調整ミスは勿幕　装置に熱膨張や機械
的振動が加わった場合において頃　干渉縞と一次元フォ
トディテクタアレイとに位置的誤差が生し　正規の位置
と異なった部分に干渉縞が照射されることとなるから前
記受光素子のエレメント番号（アドレス）に狂いが生じ
るからである。

しかも、伝送効率上有利なため用いられているバンドル
型光ファイバは、マルチモードタイプの光ファイバを２
０本程度束ねて構成されているため、光フアイバ内で干
渉が生じ易い。このため一次元フォトディテクタアレイ
にはいくつものモードが混然と発生し強度分布が生じる
こととなる。

さらにこれに伴って出力のピークレベルも変動するため
、絶対波長の正確な換算が困難になるという問題がある
。特に、ＨｅＮｅレーザはコヒーレンスが良好であるた
め、ファイバーガイドを曲げるまたは振動させる要因が
あればこの問題が顕在化することとなる。

本発明は前記事項に鑑みてなされたもので、干渉縞と一
次元フォトディテクタアレイとの位置関係や光学系に若
干の誤差を生じても、波長を正確に測定することができ
るとともに、測定精度の安定化を図ることができるよう
にしたレーザ光の波長検出方法及び装置を提供すること
を技術的課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記技術的課題を解決するために、以下のよう
な方法とした 即ち、第１の方法として、被測定レーザ発振光を、シン
グルモード光ファイバを介してエタロンに導入する。

このエタロンから導出された同心円状干渉縞を、その円
の最大直径に対応する位置に配置した一次元フォトディ
テクタアレイ上に照射する。そして、この干渉縞の直径
を計測することにより波長を計測する。

次に第２の方法として、基準レーザ発振光と被測定レー
ザ発振光とをシングルモード光ファイバを介してエタロ
ンに導入する。

このエタロンから導出された各レーザ発振光による同心
円状干渉縞を、そのエタロンから導出された各同心円状
干渉縞の直径部分を包含する位置に配置した一次元フォ
トディテクタアレイ上に照射する。

そして、前記基準レーザ発振光による同心円状干渉縞と
被測定レーザ発振光による同心円状干渉縞との直径の差
を計測することにより被測定レーザ発振光の波長を計測
する。

前記基準レーザ発振光と被測定レーザ発振光とをエタロ
ンに導入する場合、これらを同時に入射してもよいし、
個別に入射してもよい。

さらに　前記技術的課題を解決するために、以下のよう
な装置とした 即ち、第１の構成として、被測定レーザ発振光を導入す
るシングルモード光ファイバと、このシングルモード光
ファイバからの出力光を入光するエタロンを設け、この
エタロンｌのレーザ発振光導出側に一次元フォトディテ
クタアレイを配置する。

この一次元フォトディテクタアレイに一次元フォトディ
テクタアレイ上に照射された同心円状干渉縞の位置を測
定する測定手段を接続する。

そして、前記一次元フォトディテクタアレイはエタロン
から導出された同心円状干渉縞の直径部分を包含する位
置に配置してレーザ光の波長検出装置とした また、第２の構成として、基準レーザ発振光と被測定レ
ーザ発振光とを導入するシングルモード光ファイバと、
このシングルモード光ファイバからの出力光を入光する
エタロンを設ける。そしてこのエタロンのレーザ発振光
導出側に一次元フォトディテクタアレイを配置する。

この一次元フォトディテクタアレイに一次元フォトディ
テクタアレイ上に照射された各レーザ発振光による同心
円状干渉縞の位置を測定する測定手段を接続する。

そして、前記一次元フォトディテクタアレイはエタロン
から導出された各同心円状干渉縞の直径部分を包含する
位置に配置してレーザ光の波長検出装置とした さらにシングルモード光ファイバの入射側に凸レンズを
介挿することが好ましい。

なお、前記一次元フォトディテクタアレイはスタティッ
ク型またはダイナミック型のいずれも使用することがで
きる。

また、これらの方法及び装置は、エキシマレーザは勿論
のことあらゆるレーザ装置に適用することができる。

〔作用〕

一次元フォトディテクタアレイはエタロンから導出され
た同心円状干渉縞の直径部分を包含する位置に配置され
ているので、一次元フォトディテクタアレイは同心円状
干渉縞の直径、またはそれに極めて近い弦の距離を検出
することができる。

したがって、同心円状干渉縞ど一次元フォトディテクタ
アレイとの相対位置がずれたとしても、同心円状干渉縞
の直径そのものが変動することはなく、−次元フォトデ
ィテクタアレイ上に照射される同心円状干渉縞の直径を
正確に検出することができる。エタロンへの入射光と干
渉縞の直径とは１対ｌの対応関係があることが知られて
いるがら、前記装置により得られた同心円状干渉縞の直
径に基づき波長を算出することができる。ここで、エタ
ロンにはシングルモード光ファイバで選択されたモード
のみが入光するため干渉縞に強度の分布や変動が生じる
ことがなく、安定度や精度が良好となる。

また、第２の構成例で（戴　さらに精度を向上させるこ
とができる。

即ち、エタロンからは基準レーザ発振光と被測定レーザ
発振光とによる２組の同心円状干渉縞が得ら枳　光学系
のズレと使用環境の状態変化のいずれに対しても和瓦に
同傾向の変位を生ずる。光学系にズレが生じた場合には
、一次元フォトディテクタアレイで測定されるのは干渉
縞の弦になる。

干渉縞は円形であるから直径と弦の長さは比例する。し
たがって基準レーザ発振光と被測定レーザ発振光とによ
る２組の同心円状干渉縞の寸法比を波長データとして使
用すれば光学系の位置ズレに関係なく正確な測定ができ
る。一方、使用環境の変化による屈折率の変化に対して
も２組の同心円状干渉縞は同一の比率で影響を受けるた
め、両者間の誤差は相殺され容易に補正される。

この例でも、不要なモードはフィルタリングされるため
安定度や精度が良好となる。

なお、前記シングルモード光ファイバとエタロンとの間
に凸レンズを介挿した構成としたもので版　シングルモ
ードのレーザを効率的に集光でき伝送損失を低く抑さえ
ることができる。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図ないし第５図に基づいて説明す
る。

く第１実施例〉 第１実施例を第１は　第２図及び第５図により説明する
。

被測定レーザ発振光１０はシングルモード光ファイバ４
を介して伝送さ法　シングルモード光ファイバ４の先端
に配置された拡散光学系１１を介して拡散さ枳　エタロ
ン１に入射される。このエタロン１から導出された導出
光は同心円状干渉縞Ｃをなしており、この同心円状干渉
縞Ｃはその最大直径に略等しい長さの一次元フォトディ
テクタアレイ２に照射される。一次元フォトディテクタ
アレイ２は可能な限り同心円状干渉縞Ｃの直径位置に配
置する。この一次元フォトディテクタアレイ２には測定
手段３を接続されている。この測定手段３は一次元フォ
トディテクタアレイ２の照度情報を入力とし　その情報
をコンピュータで処理するものである。具体的には第２
図に示すようＥ。

一次元フォトディテクタアレイ２の２点に現れる最大照
度点を計測しそのアドレスを減算することにより同心円
状干渉ＭＣの直径を検出することができる。ここで前記
シングルモード光ファイバ４の働きにより不要なモード
は除去されるため、必要な干渉縞だけを得ることができ
る。

前記シングルモード光ファイバ４は単線であり、全体が
スリーブＳに被われている。シングルモード光ファイバ
はマルチモード型に比較してコア径が小さく開口数（Ｎ
Ａ）が小さいため一般に結合効率が低い。このため、そ
の先端には第５図に示すように石英またはガラス製の凸
レンズ５が取り付けられている。この凸レンズ５によっ
てレーザ光＋Ｌ　　シングルモード光ファイバ４のＮＡ
に合うよう収束さ札　結合効率を向上させることができ
る。

〈第２実施例〉 第２実施例を第３図及び第４図により説明するカＣ１前
記第１実施例で説明した部分と同一部分には同一符号を
付してその説明を省略する。

拡散光学系１１の前段には基準レーザ発振光Ｒと被測定
レーザ発振光１０とを同軸で導入するためのプリズムＰ
が配置され各レーザ発振光はエタロン１に入射される。

すると、エタロンｌからは第４図に示すように基準レー
ザ発振光Ｒと被測定レーザ発振光１０とによる夫々の同
心円状干渉綿ＣＳ　ＲＣが得られる。そして、一次元フ
ォトディテクタアレイ２のアドレスから、同心円状干渉
縞Ｃの最内周線の直径はＤ２、Ｄ３（ピーク値）間、同
心円状干渉縞ＣＲの最内周線の直径はＤｌ、Ｄ４　（ピ
ーク値）を得る。

そして（Ｄ３−Ｄ２）／　（Ｄ４−ＤＩ）の演算を行う
ことによって波長値のデータが得られる。

このよう番ミ　エタロンに基準レーザ発振光と被測定レ
ーザ発振光とを導入するように構成することによって光
学系の位置ズレや精度に影響を受けることなく極めて高
精度な波長測定ができる。なお、プリズムＰを用いず各
レーザ発振光を交互に入射するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、同心円状干渉縞の直径を測定するよう
にしたので、光学系の位置ズレに影響を受けることなく
正確に測定することができる。また、被測定レーザ発振
光を、シングルモード光ファイバを介してエタロンに導
入するため、不要なモードがフィルタリングされ一次元
フォトディテクタアレイに安定な干渉縞を描かせること
ができ、極めて高精度な波長測定ができる。

なお、エタロンに基準レーザ発振光と被測定レーザ発振
光とを導入する構成を採れば、光学系の位置ズレや精度
に影響を受けることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の実施例を示し、第１図は
第１実施例に示す装置の側面は　第２図はその動作原理
を示し　同心円状干渉縞と一次元フォトディテクタアレ
イの出力分布との関係を示す１　第３図は第２実施例に
示す装置の側面は第４図はその動作原理を示し、同心円
状干渉縞と一次元フォトディテクタアレイの出方分布と
の関係を示す尺　第５図はシングルモード光ファイバの
先端部の形状を示す断面は　第６図は従来のレーザ光の
波長検出方法の原理を示し、同心円状干渉縞と一次元フ
ォトディテクタアレイの出方分布との関係を示す図であ
る。 １　・エタロン、 ２　・一次元フォトディテクタアレイ、３　測定手段、 ４・シングルモード光ファイバ、 ５　凸レンズ。 特許出願人　三井石油化学工業株式会社代理人　弁理士
　佐　藤　宗　徳 同　　　　　遠　　山　　　　　勤 向　松倉秀実 第１図 距章 第２図 第３図 距駐 第４図 第５図 距離 第６図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定レーザ発振光を、シングルモード光ファイ
   バを介してエタロンに導入し、このエタロンから導出さ
   れた同心円状干渉縞を、その円の最大直径に対応する位
   置に配置した一次元フォトディテクタアレイ上に照射し
   、この干渉縞の直径を計測することにより波長を計測す
   ることを特徴とするレーザ光の波長検出方法。
2. （２）基準レーザ発振光と被測定レーザ発振光とを、シ
   ングルモード光ファイバを介してエタロンに導入し、こ
   のエタロンから導出された各レーザ発振光による同心円
   状干渉縞を、そのエタロンから導出された各同心円状干
   渉縞の直径部分を包含する位置に配置した一次元フォト
   ディテクタアレイ上に照射し、基準レーザ発振光による
   同心円状干渉縞と被測定レーザ発振光による同心円状干
   渉縞との直径の差を計測することにより被測定レーザ発
   振光の波長を計測することを特徴とするレーザ光の波長
   検出方法。
3. （３）被測定レーザ発振光を導入するシングルモード光
   ファイバと、このシングルモード光ファイバからのレー
   ザ光が入光するエタロンを設け、このエタロンのレーザ
   発振光導出側に一次元フォトディテクタアレイを配置し
   、この一次元フォトディテクタアレイに一次元フォトデ
   ィテクタアレイ上に照射された同心円状干渉縞の位置を
   測定する測定手段を接続し、前記一次元フォトディテク
   タアレイはエタロンから導出された同心円状干渉縞の直
   径部分を包含する位置に配置されていることを特徴とす
   るレーザ光の波長検出装置。
4. （４）基準レーザ発振光と被測定レーザ発振光とがシン
   グルモード光ファイバを介して導入される光入力部を有
   するエタロンを備え、このエタロンのレーザ発振光導出
   側に一次元フォトディテクタアレイを配置し、この一次
   元フォトディテクタアレイに一次元フォトディテクタア
   レイ上に照射された各レーザ発振光による同心円状干渉
   縞の位置を測定する測定手段を接続し、前記一次元フォ
   トディテクタアレイはエタロンから導出された各同心円
   状干渉縞の直径部分を包含する位置に配置されているこ
   とを特徴とするレーザ光の波長検出装置。
5. （５）シングルモード光ファイバとエタロンとの間に凸
   レンズを介挿したことを特徴とする請求項３または４に
   記載のレーザ光の波長検出装置。