JPH07175014A

JPH07175014A - パルス分割器

Info

Publication number: JPH07175014A
Application number: JP5321710A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ono; 賢二小野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-07-14

Abstract

(57)【要約】【目的】分割された光の各々の光量差を少なくする。【構成】所定の光軸(Ax)上に配置されかつ光軸に斜設
される第１の光分割面(BS1) と、光軸上に配置されかつ
光軸に斜設される第２の光分割面(BS2) と、第１の光分
割面にて分割された光を第２の光分割面へ入射させる光
案内手段(11,12)とを有する。そして、光案内手段は、
第１の反射面(M1)と第２の反射面(M2)とを持ち、第１の
光分割面から第１の反射面へ到る光路中と、第２の反射
面から第２の光分割面へ到る光路中とは、均一な媒質で
満たされ、第１の光分割面は、光軸を法線とする射出面
(10a) を持つ第１の光学部材(10)上に設けられ、第２の
光分割面は、光軸を法線とする入射面(13a) を持つ第２
の光学部材(13)上に設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１つのパルス光を複数
個のパルス光に分割するパルス分割器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】パルス分割器は、非常に短い時間間隔の
レーザーパルス光を金属に照射して、軟Ｘ線を発生させ
るための手段として使用される。例えば、 OPTICS AND
LASERTECHNOLOGY. April 1985 ｐ９９〜ｐ１０１に
は、１つのパルス光を４分割するパルス分割器が記載さ
れている。このパルス分割器は、図１２に示すように、
光軸上に沿って配置された３枚のハーフミラーＨＭ1 〜
ＨＭ3 と、４枚のミラーｍ1 〜ｎ4 とから構成されてい
る。図１２において、ハーフミラーＨＭ1 〜ＨＭ3は、
それぞれの反射面が光軸Axに対して45°となるように斜
設されており、ミラーｍ1 ，ｍ2 は、ハーフミラーＨＭ
1 にて反射された光をハーフミラーＨＭ2 へ向けるよう
に配置され、ミラーｍ3 ，ｍ4 は、ハーフミラーＨＭ2
にて反射された光をハーフミラーＨＭ3 へ向けるように
配置されている。

【０００３】ここで、ハーフミラーＨＭ1 とハーフミラ
ーＨＭ2 との間隔をＬ1 、ハーフミラーＨＭ1 からミラ
ーｍ1 ，ｍ2 を経てハーフミラーＨＭ2 までの光路の空
気換算値（実測される光の道筋を媒質の屈折率で割った
値）をＬ1 ’とし、ハーフミラーＨＭ2 とハーフミラー
ＨＭ3 との間隔をＬ2 、ハーフミラーＨＭ2 からミラー
ｍ3 ，ｍ4 を経てハーフミラーＨＭ3 までの光路の空気
換算値（実測される光の道筋を媒質の屈折率で割った
値）をＬ2 ’とすると、これらのハーフミラーＨＭ1 〜
ＨＭ3 と、ミラーｍ1 〜ｍ4 とは、以下の条件を満足す
るように配置されている。

【数１】Ｌ1 ’−Ｌ1 ＝Ｃ・ｔ ‥‥（１）

【数２】Ｌ2 ’−Ｌ2 ＝２・Ｃ・ｔ ‥‥（２）ただし、ｔ：パルス光の時間間隔、Ｃ：光速、である。

【０００４】図１２に示されるパルス分割器は、上記
（１）式及び（２）式を満足するように構成されてお
り、これより１つのパルス光を４つのパルス光に分割し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
如き従来のパルス分割器においては、４つのパルス光が
通過する光路における光の減衰率が異なる問題点があ
る。

【０００６】具体的には、図１２において、第１の光路
は、ハーフミラーＨＭ1 〜ＨＭ3 を全て透過する光路で
あり、第２の光路は、ハーフミラーＨＭ1 で反射された
後、ミラーｍ1 ，ｍ2 を介してハーフミラーＨＭ2 で反
射され、ハーフミラーＨＭ3を透過する光路である。ま
た、第３の光路は、ハーフミラーＨＭ1 を透過した後、
ハーフミラーＨＭ2 で反射され、ミラーｍ3 ，ｍ4 を経
てハーフミラーＨＭ3で反射される光路であり、第４の
光路は、ハーフミラーＨＭ1 で反射された後、ミラーｍ
1 ，ｍ2 を介してハーフミラーＨＭ2 を透過し、ミラー
ｍ3 ，ｍ4 を介してハーフミラーＨＭ3 で反射される光
路である。

【０００７】ここで、ハーフミラーＨＭ1 〜ＨＭ3 の裏
面での表面反射及びハーフミラーＨＭ1 〜ＨＭ3 を透過
することによる光の吸収があるため、ハーフミラーの裏
面側から入射して反射される光とハーフミラー表面で反
射される光との光量の減衰率が異なる。また、第１〜第
４の光路においては、ハーフミラーＨＭ1 〜ＨＭ3 を透
過する回数に差がある。よって、第１〜第４の光路を通
過する光の間に光量差が生じる問題点がある。

【０００８】そこで、本発明は、分割された光の各々の
光量差を少なくできるパルス分割器を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明によるパルス分割器は、例えば図１に示す
如く、所定の光軸(Ax)上に配置され、かつ光軸に斜設さ
れる第１の光分割面(BS1) と、光軸上に配置され、かつ
光軸に斜設される第２の光分割面(BS2) と、第１の光分
割面にて分割された光を第２の光分割面へ入射させる光
案内手段(11,12)とを有するように構成される。

【００１０】そして、光案内手段は、第１の反射面(M1)
と第２の反射面(M2)とを持ち、第１の光分割面から第１
の反射面へ到る光路中と、第２の反射面から第２の光分
割面へ到る光路中とは、均一な媒質で満たされ、第１の
光分割面は、光軸を法線とする射出面(10a) を持つ第１
の光学部材(10)上に設けられ、第２の光分割面は、光軸
を法線とする入射面(13a) を持つ第２の光学部材(13)上
に設けられるように構成される。

【００１１】また、上述の構成のもとで、第１の反射面
は、光軸を法線とする入射面(11a)を持つ光学部材(11)
上に設けられることが望ましく、第２の反射面は、光軸
を法線とする入射面(12a) を持つ光学部材上に設けられ
ることが望ましい。

【００１２】

【作用】パルス分割器における分割された光路の各々の
光透過率は、光分割面での反射率または透過率と、光案
内手段の入射面及び射出面における透過率（１−表面反
射率）との積で表される。上述の如き本発明において
は、原理的に、光分割面での反射率または透過率と、光
案内手段の入射面及び射出面における透過率との積を一
定にすることができるため、分割される各パルスの光量
を一定にできる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明による実施例を
説明する。図１は、本発明によるパルス分割器を軟Ｘ線
を発生させるための励起用光源に適用したものである。

【００１４】図１において、パルス光を生成する光源１
は、所定の光軸Axに沿って配置されている。また、光源
１の射出側には、光軸Axに沿って、光分割面ＢＳ1 が光
軸Axに対して45°で斜設されている。この光分割面ＢＳ
1 は、光軸Axを法線とする射出面１０ａを持つプリズム
部材１０上に設けられている。また、光軸Axから離れた
位置には、光分割面ＢＳ1 と平行な反射面Ｍ1 が設けら
れている。この反射面Ｍ1 は、プリズム部材１０と接合
されたプリズム部材１１上に設けられている。このプリ
ズム部材１１は、光軸Axを法線とする入射面１１ａと、
この入射面１１ａと平行に設けられた射出面１１ｂとを
有する。

【００１５】光分割面ＢＳ1 によって、光源１からのパ
ルス光が分割される。ここで、光分割面ＢＳ1 を透過し
た光は、プリズム部材１０の射出面１０ａから射出さ
れ、光分割面ＢＳ1 にて反射された光は、反射面Ｍ2 を
介して、プリズム部材１１の射出面１１ｂから射出され
る。

【００１６】射出面１１ｂの射出側には、プリズム部材
１２が配置されている。このプリズム部材１２は、射出
面１１ｂと平行に設けられた入射面１２ａと射出面１２
ｂとを持つものであって、光分割面ＢＳ1 にて反射され
た後、反射面Ｍ1 ，Ｍ2 を介した光を再び光軸Ax上に向
けるものである。このプリズム部材１２には、反射面Ｍ
2 と平行な光分割面ＢＳ2 が設けられている。この光分
割面ＢＳ2 によって、反射面Ｍ2 からの光が分割される
と共に、プリズム部材１０からの光が分割される。

【００１７】また、プリズム部材１２には、光分割面Ｂ
Ｓ2 と平行に設けられた反射面Ｍ3を持つプリズム部材
１３が接合されており、このプリズム部材１３は、プリ
ズム部材１０の射出面１０ａと平行に設けられた入射面
１３ａ及び射出面１３ｂを持つ。光分割面ＢＳ2 にて反
射されたプリズム部材１０からの光と、光分割面ＢＳ2
を透過する反射面Ｍ2 からの光とは、反射面Ｍ3 にて光
路が90°偏向され、光軸Axと平行な方向へ射出する。反
射面Ｍ3 からの射出方向には、この射出方向に対して45
°に斜設された反射面Ｍ4 が設けられており、反射面Ｍ
4 を介した反射面Ｍ3 からの光は、再び光軸Axへ向か
う。そして、反射面Ｍ4 が設けられているプリズム部材
１４には、反射面Ｍ4 と平行に設けられた光分割面ＢＳ
3 が設けられており、この光分割面ＢＳ3 によって、光
分割面ＢＳ2 からの光が分割されると共に、反射面Ｍ4
からの光が分割される。

【００１８】光分割面ＢＳ3 を透過した反射面Ｍ4 から
の光は、反射面Ｍ4 と平行に設けられた反射面Ｍ5 によ
って光路が90°偏向される。反射面Ｍ5 は、プリズム部
材１４に接合されたプリズム部材１５上に設けられてい
る。プリズム部材１５は、プリズム１２の射出面１２ｂ
と平行に設けられた入射面１５ａと射出面１５ｂとを持
つ。反射面にて偏向された光は、射出面１５ｂから射出
され、プリズム部材１６に入射する。プリズム部材１６
は、プリズム部材１５の射出面１５ｂからの光を90°偏
向させて光軸Ax上へ向ける反射面Ｍ6 と、反射面Ｍ6 と
平行に設けられた光分割面ＢＳ4 とを有する。また、プ
リズム部材１６は、プリズム部材１５の射出面１５ｂと
平行に設けられた入射面１６ａ及び射出面１６ｂを有す
る。プリズム部材１６には、プリズム部材１４の射出面
１４ｂと平行に設けられた入射面１７ａを持つプリズム
部材１７が接合されている。

【００１９】尚、本実施例においては、反射面Ｍ1 〜Ｍ
6 は、全反射する面であるが、この反射面Ｍ1 〜Ｍ6 に
蒸着等により反射膜（反射増加膜）を設ける構成であっ
ても良い。

【００２０】上述の構成により、光源１からのパルス光
が８分割される。以下、分割される各光路について図２
〜図９を参照して説明する。図２〜図９は、プリズム部
材１０〜１７を通過する光のそれぞれの光路を示す図で
ある。

【００２１】光源１からの光は、光分割面ＢＳ1 〜ＢＳ
4 と反射面Ｍ1 〜Ｍ6 とによって、８通りの光路を通過
する光に分割される。

【００２２】以下、８通りの光路について説明する。光
路０は、図２に示す如く、光源１からの光が、光分割面
ＢＳ1 〜ＢＳ4 を全て透過する光路である。

【００２３】光路１は、図３に示す如く、光源１からの
光が、光分割面ＢＳ1 、反射面Ｍ1,M2 、光分割面ＢＳ2
にて順に反射され、光分割面ＢＳ3 ，ＢＳ4 を透過す
る光路である。

【００２４】光路２は、図４に示す如く、光源１からの
光が、光分割面ＢＳ1 を透過して、光分割面ＢＳ2 、反
射面Ｍ3 ，Ｍ4 、光分割面ＢＳ3 にて順に反射され、光
分割面ＢＳ4 を透過する光路である。

【００２５】光路３は、図５に示す如く、光源１からの
光が、光分割面ＢＳ1 、反射面Ｍ1，Ｍ2 にて順に反射
され、光分割面ＢＳ2 を透過した後、反射面Ｍ3 ，Ｍ4
、光分割面ＢＳ3 にて順に反射され、光分割面ＢＳ4
を透過する光路である。

【００２６】光路４は、図６に示す如く、光源１からの
光が、光分割面ＢＳ1 ，ＢＳ2 を順に透過した後、光分
割面ＢＳ3 、反射面Ｍ5 ，Ｍ6 、光分割面ＢＳ4 にて順
に反射される光路である。

【００２７】光路５は、図７に示す如く、光源１からの
光が、光分割面ＢＳ1 、反射面Ｍ1，Ｍ2 、光分割面Ｂ
Ｓ2 ，ＢＳ3 、反射面Ｍ5 ，Ｍ6 、光分割面ＢＳ4 にて
順に反射される光路である。

【００２８】光路６は、図８に示す如く、光源１からの
光が、光分割面ＢＳ1 を透過した後、光分割面ＢＳ2 、
反射面Ｍ3 ，Ｍ4 にて順に反射され、光分割面ＢＳ3 を
透過し、反射面Ｍ5 ，Ｍ6 、光分割面ＢＳ4 にて順に反
射される光路である。

【００２９】光路７は、図９に示す如く、光源１からの
光が、光分割面ＢＳ1 、反射面Ｍ1，Ｍ2 にて順に反射
され、光分割面ＢＳ2 を透過した後、反射面Ｍ3 ，Ｍ4
にて順に反射され、光分割面ＢＳ3 を透過し、反射面Ｍ
5 ，Ｍ6 、光分割面ＢＳ4 にて順に反射される光路であ
る。

【００３０】なお、本実施例では、光分割面ＢＳ1 から
反射面Ｍ1 ，Ｍ2 を経て光分割面ＢＳ2 へ到るバイパス
光路と、光分割面ＢＳ2 から反射面Ｍ3 ，Ｍ4 を経て光
分割面ＢＳ3 へ到るバイパス光路と、光分割面ＢＳ3 か
ら反射面Ｍ5 ，Ｍ6 を経て光分割面ＢＳ4 へ到るバイパ
ス光路との光路長の比を１：２：４となるように規定し
ている。

【００３１】図１に戻って、プリズム部材１６の射出面
１６ｂ側には、光軸Axに沿って、光路内外に挿脱可能に
設けられた可動ミラー２が配置されている。この可動ミ
ラー２が光路中（射出面１６ｂからの光の光路中）に存
在するときには、各プリズム部材１０〜１７によって分
割されたパルス光は、90°偏向され、ピンホール３Ａを
介した後、光電変換素子４に達する。光電変換素子４
は、到達したパルス光を光電変換して、信号処理部５へ
出力する。信号処理部５は、光電変換素子４からの信号
に基づいて、到達したパルス光の時間差を計算する。

【００３２】例えば、光源１が図１０に示す如きパルス
光を生成するときには、信号処理部５は、図１１に示す
如き出力を算出する。これより、分割されたパルスの時
間間隔を得ることができる。

【００３３】また、図１に戻って、可動ミラー４が光路
外に位置するときには、各プリズム部材１０〜１７を介
したパルス光は、ピンホール３Ｂを介して、レンズ６に
より集光され、容器８へ向かう。容器８は、パルス光を
透過させる窓７を有するものであって、その内部がほぼ
真空状態に維持されている。容器８中には、金属片から
なる試料９が配置してあり、窓７を介したレンズ６から
のパルス光は、試料９の表面上に集光する。これによ
り、試料９からは、軟Ｘ線が発生する。

【００３４】さて、本実施例によるパルス分割器におい
ては、分割されたパルスが各々通過する光路における透
過率が一定となるように構成されている。以下に、各光
路０〜光路７の透過率を表１に示す。

【００３５】ただし、表１においては、光路番号とパル
ス番号が同一のものとし、光源１の波長がλ＝ 1.053nm
であるとし、プリズム部材１０〜１７が石英で構成され
ているとする。なお、λ＝1.053nm における石英の屈折
率は、ｎ＝ 1.4498 である。

【表１】

【００３６】以下に、表１の計算条件を示す。反射面Ｍ1 〜Ｍ6 における反射率 … 100 ％各プリズム部材１０〜１７の入射面及び射出面での透過率 … 99.8％光分割面ＢＳ1 〜ＢＳ4 での透過率及び反射率 … 50 ％なお、表１においては、各プリズム部材１０〜１７を構
成する材料による光吸収がないものとし、プリズム部材
の間の空間における透過率がそれぞれ一定であるとして
いる。

【００３７】このように、本実施例によるパルス分割器
は、各光路を通過するパルス光の透過率を一定にするこ
とができ、ひいては各パルス光の光量を一定にすること
ができる。

【００３８】尚、上述の本実施例においては、各プリズ
ム部材１０〜１７を構成する材料の屈折率ｎをｎ＞１．
４１とすることが望ましい。ここで、屈折率がｎ＜１．
４１となる場合には、反射面Ｍ1 〜Ｍ6 にて反射される
光が全反射とならなくなり、光量損失が生ずるため好ま
しくない。

【００３９】また、本実施例によるパルス分割器には、
分割されるパルスの間隔を可変にするためのシャッタ部
材Ｓ1 〜Ｓ3 が設けられている。ここで、シャッタ部材
Ｓ1は、反射面Ｍ1 と反射面Ｍ2 との間の光路内外に挿
脱可能に設けられており、シャッタ部材Ｓ2 は、反射面
Ｍ3 と反射面Ｍ4 との間の光路内外に挿脱可能に設けら
れている。また、シャッタ部材Ｓ3 は、反射面Ｍ5 と反
射面Ｍ6 との間の光路内外に挿脱可能に設けられてい
る。これにより、各光路を通過するパルスのうちの一部
のパルスを遮光できる。ここで、シャッタＳ1 のみを光
路中に位置させると、図１０に示されるパルスのうち、
パルス番号０，２，４，６のパルス光のみがプリズム部
材１０〜１７から射出される。また、シャッタＳ2 のみ
を光路中に位置させると、図１０に示されるパルスのう
ち、パルス番号０，１，４，５のパルス光のみがプリズ
ム部材１０〜１７から射出される。さらに、シャッタＳ
3 のみを光路中に位置させると、図１０に示されるパル
スのうち、パルス番号０，１，２，３のみのパルス光が
プリズム部材１０〜１７から射出される。これにより、
試料９に照射されるパルスの時間間隔が変化するため、
軟Ｘ線の発生効率を変化させることができる。

【００４０】なお、以上に示した本実施例では、光分割
面ＢＳ1 がプリズム部材１０上に設けられているが、こ
の光分割面ＢＳ1 は、プリズム部材１１上に設けられて
も良い。また、光分割面ＢＳ2 は、プリズム部材１２の
代わりに、プリズム部材１３上に設けられても良い。さ
らに、光分割面ＢＳ3 は、プリズム部材１４上の代わり
に、プリズム部材１５に設けられても良い。そして、光
分割面ＢＳ4 は、プリズム部材１６の代わりに、プリズ
ム部材１７に設けられても良い。

【００４１】また、上述の実施例の各プリズム部材の入
射面及び射出面には、反射防止膜を設けることが望まし
い。また、本実施例によるパルス分割器は、軟Ｘ線を発
生させるための励起用光源のみに適用できるものではな
く、超高速で起こる光化学反応の解析等の励起用光源と
しても用いることができる。

【００４２】

【発明の効果】上述の如き本発明によれば、分割された
光の各々の光量差を少なくできるパルス分割器が提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例の構成を示す図である。

【図２】分割された光路を示す図である。

【図３】分割された光路を示す図である。

【図４】分割された光路を示す図である。

【図５】分割された光路を示す図である。

【図６】分割された光路を示す図である。

【図７】分割された光路を示す図である。

【図８】分割された光路を示す図である。

【図９】分割された光路を示す図である。

【図１０】光源が生成するパルス光の一例を示す図であ
る。

【図１１】分割されたパルスの一例を示す図である。

【図１２】従来のパルス分割器を示す図である。

【符号の説明】

ＢＳ1 〜ＢＳ4 ‥‥ 光分割面、Ｍ1 〜Ｍ6 ‥‥ 反射面、１０〜１７ ‥‥ プリズム部材、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の光軸上に配置され、かつ前記光軸に
斜設される第１の光分割面と、前記光軸上に配置され、かつ前記光軸に斜設される第２
の光分割面と、前記第１の光分割面にて分割された光を前記第２の光分
割面へ入射させる光案内手段とを有し、前記光案内手段は、第１の反射面と第２の反射面とを持
ち、前記第１の光分割面から前記第１の反射面へ到る光路中
と、前記第２の反射面から前記第２の光分割面へ到る光
路中とは、均一な媒質で満たされ、前記第１の光分割面は、前記光軸を法線とする射出面を
持つ第１の光学部材上に設けられ、前記第２の光分割面は、前記光軸を法線とする入射面を
持つ第２の光学部材上に設けられることを特徴とするパ
ルス分割器。
【請求項２】前記第１の反射面は、前記光軸を法線とす
る入射面を持つ光学部材上に設けられることを特徴とす
る請求項１に記載のパルス分割器。
【請求項３】前記第２の反射面は、前記光軸を法線とす
る入射面を持つ光学部材上に設けられることを特徴とす
る請求項１に記載のパルス分割器。