JPH09199775A - 狭帯域レ−ザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は出力として有効に利用できるレ−
ザ光のスペクトル幅を狭くできるようにした狭帯域レ−
ザ装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 レ−ザ管２１と、レ−ザ管２１で発生す
るレ−ザ光の光軸上でレ−ザ管の一端側に反射面を対面
させて配設された第１の高反射ミラ−２３と、レ−ザ管
の他端側に配設され第１の高反射ミラ−で反射して進行
するレ−ザ光のビ−ム断面の一部に挿入して設けられレ
−ザ光の一部を分割し残りを出力させるプリズム２４
と、プリズムで分割された一部のレ−ザ光を狭帯域化す
るエタロン２５と、エタロンによって狭帯域化されたレ
−ザ光をプリズムを介してレ−ザ管へ戻すとともに、第
１の高反射ミラ−とで光共振器を形成する第２の高反射
ミラ−２６とを具備し、第１の高反射ミラ−と第２の高
反射ミラ−との少なくとも一方は凸面ミラ−からなるこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はレ−ザ光のスペク
トル幅を狭帯域化するための狭帯域レ−ザ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】レ−ザ光を用いて露光を行う場合、サブ
ミクロンの微細パタ−ンを精度よく露光するために、た
とえばＫｒＦエキシマ−レザから出力される短波長（24
8nm ）のレ−ザ光を用いることが試みられている。

【０００３】レ−ザ光の波長が短くなると、いろいろな
材料のレンズを組み合わせて色収差を補正することが難
しい。そこで、レ−ザ光のスペクトル幅を狭帯域化して
取り出し、露光精度の向上を計るようにしている。

【０００４】図１４に一般的な狭帯域レ−ザ装置を示
す。同図中１は軸方向両端に窓１ａ、１ｂが形成された
レ−ザ管である。このレ−ザ管１内にはＮｅ（ネオ
ン）、Ｆ₂（フッ素）、Ｋｒ（クリプトン）を所定の割
合で混合してなるガスレ−ザ媒質が充填されている。

【０００５】上記レ−ザ管１内には上記軸方向と交差す
る上下方向に離間対向して一対の主電極２が配設されて
いる。これら主電極２には図示しない高圧電源が接続さ
れていて、この高圧電源により上記主電極２に電気エネ
ルギを供給してこれら主電極２間に主放電を点弧させる
ことにより、上記ガスレ−ザ媒質が励起されてレ−ザ光
Ｌが上記レ−ザ管１の軸方向に発生するようになってい
る。

【０００６】上記レ−ザ管１の軸方向一端側には、レ−
ザ光Ｌを所定のスペクトル幅に狭帯域化する一対のエタ
ロン３およびこのエタロン３で狭帯域化されたレ−ザ光
Ｌを反射して上記レ−ザ管１へ戻す高反射ミラ−４が順
次配置されている。

【０００７】上記レ−ザ管１の軸方向他端側には上記高
反射ミラ−４とで光共振器を形成する出力ミラ−５が配
置されている。この出力ミラ−５からは上記エタロン３
で狭帯域化されて上記高反射ミラ−４によってレ−ザ管
１に戻されることで増幅されたレ−ザ光Ｌが発振出力さ
れるようになっている。

【０００８】上記構成の狭帯域レ−ザ装置においては、
レ−ザ管１で発生したレ−ザ光Ｌのほとんど全部がエタ
ロン３に入射して狭帯域化されるため、そのエタロン３
が早期に損傷するということがあるばかりか、出力とし
て有効に利用できるレ−ザ光Ｌの、上記レ−ザ管１内で
発生して上記エタロン３に入射するときの発散角度が比
較的大きくなるため、狭帯域化に限界が生じるというこ
とがあった。

【０００９】エタロン３が早期に損傷するのを防止する
ために、特開平３−２５９５８３号公報に示される狭帯
域レ−ザ装置が提案されている。この先願の装置は、図
１５に示すようにレ−ザ管１の軸方向一端側に第１の高
反射ミラ−１１を配置し、他端側には窓１ｂから出射す
るレ−ザ光Ｌのビ−ム断面の一部にプリズム１２を所定
の角度で挿入して設ける。

【００１０】上記窓１ｂから出射されたレ−ザ光Ｌの一
部は上記プリズム１２によって分割される。分割された
レ−ザ光Ｌの進行方向には一対のエタロン３と第２の高
反射ミラ−１３とが順次配置されている。

【００１１】上記プリズム１２で分割されたレ−ザ光Ｌ
はエタロン３で狭帯域化され、上記第２の高反射ミラ−
１３で反射し、再び上記エタロン３で狭帯域化されて上
記プリズム１２を通ってレ−ザ管１へ戻り、ここで増幅
されて出力として取り出される。

【００１２】このような構成によれば、エタロン３には
プリズム１２で分割されたレ−ザ光Ｌの一部が入射する
ため、全部を入射させる場合に比べて上記エタロン３の
を高寿命化を計ることができる。

【００１３】しかしながら、出力として有効に利用でき
るレ−ザ光Ｌの、上記レ−ザ管１内で発生して上記エタ
ロン３に入射するときの発散角度は図１４に示す狭帯域
レ−ザ装置と同様、約０．５ｒａｄ以上と比較的大きく
なることが避けられないため、やはりレ−ザ光Ｌの狭帯
域化に限界があった。

【００１４】実験によれば、このような狭帯域レ−ザ装
置において得られるスペクトル幅は１．０ｐｍであり、
加工できるパタ−ンは０．２５μｍ程度であった。それ
以下の微細パタ−ンを精度よく加工するためには、露光
装置のレンズの開口数を大きくし、さらにレ−ザ光Ｌの
スペクトル幅を狭くする必要があった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の狭
帯域レ−ザ装置においては、出力として有効に利用でき
るレ−ザ光がエタロン（狭帯域化手段）に入射するとき
の発散角度が大きくなるため、そのレ−ザ光のスペクト
ル幅を十分に小さくすることができないということがあ
った。

【００１６】この発明は上記事情に基づきなされたもの
で、その目的するところは、出力として有効に利用でき
るレ−ザ光が狭帯域化手段に入射するときの発散角度を
小さくすることで、スペクトル幅を十分に小さくできる
ようにした狭帯域化レ−ザ装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、レ−
ザ媒質を収容したレ−ザ管と、このレ−ザ管で発生する
レ−ザ光の光軸上で上記レ−ザ管の一端側に反射面を対
面させて配設された第１の高反射ミラ−と、上記レ−ザ
管の他端側に配設され上記第１の高反射ミラ−で反射し
て進行するレ−ザ光のビ−ム断面の一部に挿入して設け
られ上記レ−ザ光の一部を分割する分割手段と、この分
割手段で分割された一部のレ−ザ光を狭帯域化する狭帯
域化手段と、この狭帯域化手段への入射レ−ザ光の発散
角度を０．５ｍrad 未満にする光学素子と、上記狭帯域
化手段によって狭帯域化されたレ−ザ光を上記分割手段
を介して上記レ−ザ管へ戻すとともに、上記第１の高反
射ミラ−とで光共振器を形成する第２の高反射ミラ−と
を具備したことを特徴とする。

【００１８】請求項２の発明は、レ−ザ媒質を収容した
レ−ザ管と、このレ−ザ管で発生するレ−ザ光の光軸上
で上記レ−ザ管の一端側に反射面を対面させて配設され
た第１の高反射ミラ−と、上記レ−ザ管の他端側に配設
され上記第１の高反射ミラ−で反射して進行するレ−ザ
光のビ−ム断面の一部に挿入して設けられ上記レ−ザ光
の一部を分割する分割手段と、この分割手段で分割され
た一部のレ−ザ光を狭帯域化する狭帯域化手段と、この
狭帯域化手段によって狭帯域化されたレ−ザ光を上記分
割手段を介して上記レ−ザ管へ戻すとともに、上記第１
の高反射ミラ−とで光共振器を形成する第２の高反射ミ
ラ−とを具備し、上記第１の高反射ミラ−と第２の高反
射ミラ−との少なくとも一方は凸面ミラ−からなること
を特徴とする狭帯域レ−ザ装置。

【００１９】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、上記第１の高反射ミラ−と第２の高反射ミラ−との
一方は凸面ミラ−で、他方は平面ミラ−からなることを
特徴とする。

【００２０】請求項４の発明は、請求項２の発明にい
て、上記第１の高反射ミラ−と第２の高反射ミラ−とは
凸面ミラ−からなることを特徴とする。請求項５の発明
は、請求項４の発明において、上記第１の高反射ミラ−
と第２の高反射ミラ−との曲率半径の絶対値を同じにし
たことを特徴とする。

【００２１】請求項６の発明は、請求項２の発明におい
て、上記第１の高反射ミラ−と第２の高反射ミラ−との
どちらか一方は凸面ミラ−で、他方は凹面ミラ−からな
ることを特徴とする。

【００２２】請求項７の発明は、レ−ザ媒質を収容した
レ−ザ管と、このレ−ザ管で発生するレ−ザ光の光軸上
で上記レ−ザ管の一端側に反射面を対面させて配設され
た第１の高反射ミラ−と、上記レ−ザ管の他端側に配設
され上記第１の高反射ミラ−で反射して進行するレ−ザ
光のビ−ム断面の一部に挿入して設けられ上記レ−ザ光
の一部を分割するとともに分割した一部のレ−ザ光を狭
帯域化する分割兼狭帯域化手段と、この分割兼狭帯域化
手段で分割されて狭帯域化されたレ−ザ光を上記分割兼
狭帯域化手段を介して上記レ−ザ管へ戻すとともに、上
記第１の高反射ミラ−とで光共振器を形成する第２の高
反射ミラ−とを具備し、上記第１の高反射ミラ−と第２
の高反射ミラ−との少なくとも一方は凸面ミラ−からな
ることを特徴とする。

【００２３】請求項８の発明は、レ−ザ媒質を収容した
レ−ザ管と、このレ−ザ管で発生するレ−ザ光の光軸上
で上記レ−ザ管の一端側に反射面を対面させて配設され
た第１の高反射ミラ−と、上記レ−ザ管の他端側に配設
され上記第１の高反射ミラ−で反射して進行するレ−ザ
光のビ−ム断面の一部に挿入して設けられ上記レ−ザ光
の一部を分割する分割手段と、この分割手段で分割され
た一部のレ−ザ光を狭帯域化する狭帯域化手段と、この
狭帯域化手段によって狭帯域化されたレ−ザ光を上記分
割手段を介して上記レ−ザ管へ戻すとともに、上記第１
の高反射ミラ−とで光共振器を形成する第２の高反射ミ
ラ−と、上記分割手段と上記狭帯域化手段との間に設け
られ上記分割手段で分割された一部のレ−ザ光を平行に
して進行させるレンズとを具備したことを特徴とする。

【００２４】請求項９の発明は、請求項３乃至請求項８
のいずれかに記載された発明において、凸面ミラ−の曲
率半径は５ｍ以上、１０ｍ以下であることを特徴とす
る。請求項１乃至請求項７の発明によれば、出力として
有効に利用できるレ−ザ光の、狭帯域化手段に入射する
ときの発散角度を小さくできるため、出力として得られ
るレ−ザ光のスペクトル幅を従来に比べて狭帯域化する
ことができる。

【００２５】請求項１乃至請求項６の発明では、高反射
ミラ−の少なくとも一方が凸面ミラ−であることによっ
て、出力として有効に利用できるレ−ザ光が上記凸面ミ
ラ−に入射する際の発散角度を小さくできる。

【００２６】請求項７の発明では、分割手段で分割され
たレ−ザ光をレンズによって平行光線にして狭帯域化手
段に入射させるため、この狭帯域化手段へ入射するレ−
ザ光のビ−ムサイズを抑制してスペクトル幅を小さくで
きる。

【００２７】

【発明の実施形態】以下、この発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１乃至図３はこの発明の第１の実
施形態を示し、図１において２１は軸方向両端に窓２１
ａ、２１ｂが設けられたレ−ザ管である。このレ−ザ管
２１内にはＮｅ（ネオン）、Ｆ₂ （フッ素）、Ｋｒ（ク
リプトン）を所定の割合で混合してなるガスレ−ザ媒質
が充填されている。

【００２８】上記レ−ザ管２１内には上記軸方向と交差
する上下方向に離間対向して一対の主電極２２が配設さ
れている。これら主電極２２には図示しない高圧電源が
接続されていて、この高圧電源により上記主電極２２に
電気エネルギを供給してこれら主電極２２間に主放電を
点弧させることにより、上記ガスレ−ザ媒質が励起され
てレ−ザ光Ｌが上記レ−ザ管２１の軸方向に発生するよ
うになっている。

【００２９】上記レ−ザ管２１の軸方向一端側の一方の
窓２１ａには第１の高反射ミラ−２３が対向して配置さ
れ、他端側には窓２１ｂから出射するレ−ザ光Ｌのビ−
ム断面の一部にプリズム２４が所定の角度で挿入して設
けられている。

【００３０】上記窓２１ｂから出力されたレ−ザ光Ｌの
ビ−ム断面形状は図４に示すように幅寸法がａで、長さ
寸法がｂの長方形状になっており、上記プリズム２２は
上記レ−ザ光Ｌをビ−ム断面形状の長さ寸法がほぼａと
なるように分割する。つまり、上記プリズム２４によっ
て分割されるビ−ムの断面形状はほぼ正方形となる。な
お、プリズム２４によってレ−ザ光Ｌを分割する割合
は、そのビ−ム断面への挿入深さによって設定すること
ができる。

【００３１】上記窓２１ｂから出射されたレ−ザ光Ｌの
一部は上記プリズム２４によって分割される。分割され
たレ−ザ光Ｌの進行方向には一対のエタロン２５と第２
の高反射ミラ−２６とが順次配置されている。この第２
の高反射ミラ−２６は凸面ミラ−からなる。それによっ
て、後述するごとく、出力として有効に利用できるレ−
ザ光Ｌが凸面ミラ−からなる上記第２の高反射ミラ−２
６へ入射するときの発散角度を、上記第２の高反射ミラ
−２６が平面ミラ−の場合に比べて小さくできる。

【００３２】上記プリズム２４で分割されたレ−ザ光Ｌ
はエタロン２５で狭帯域化され、上記第２の高反射ミラ
−２６で反射し、再び上記エタロン２５で狭帯域化され
て上記プリズム２４を通ってレ−ザ管２１へ戻り、ここ
で増幅される。増幅されたレ−ザ光Ｌは出力として取り
出されるようになっている。

【００３３】この発明のように第２の高反射ミラ−２６
が凸面ミラ−の場合と、図１５に示す従来の狭帯域レ−
ザ装置のように第２の高反射ミラ−１３が平面ミラ−の
場合とでは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、出力と
して有効に利用できるレ−ザ光Ｌのビ−ムサイズがとも
にＡであるとすると、このビ−ムサイズＡを得るための
ビ−ム発散角度Δθ₁ 、Δθ₂ と、各エタロン２５、３
へ入射するビ−ムサイズＢ₁ 、Ｂ₂ は凸面ミラ−を用い
た場合の方が小さくなる。たとえば、凸面ミラ−の曲率
半径が１５ｍのときには発散角度は約０．４ｒａｄ、同
じく１０ｍのときには約０．３５ｒａｄ，同じく５ｍの
ときには約０．３ｒａｄとなる。つまり、Δθ₁ ＜Δθ
₂ となり、またＢ₁ ＜Ｂ₂ となる。

【００３４】また、ビ−ムサイズのうち、先に示したｂ
について、ｂ＝２０mmの場合には、ビ−ム端部での凸面
ミラ−の湾曲幅は各曲率半径について以下のようにな
る。１５ｍの場合には3.3 ×１０^-6ｍ、１０ｍの場合に
は5.0 ×１０^-6ｍ、５ｍの場合には1.0 ×１０^-5ｍであ
る。

【００３５】一方、平面ミラ−として用いられる鏡の湾
曲は規格として以下のように定めてある。 （Ｈｅ−Ｎｅレ−ザの波長／４）＝630/4 （nm）＝1.6
×１０^-7（ｍ） したがって、曲率半径１５ｍの場合は湾曲幅が規格値の
20.6倍、同じく１０ｍの場合は31.3倍、５ｍの場合は6
2.5倍となり、このような鏡は平面ミラ−とは言えな
い。すなわち、本発明で用いる凸面ミラ−は平面ミラ−
の歪みからでは得ることができないものである。

【００３６】一般に、エタロンによって狭帯域化される
レ−ザ光Ｌのスペクトル幅は、エタロンの自由スペクト
ル間隔ＦＳＲ（Free Spectral Range ）とフィネスＦと
によって固有に決定されるΔλｅ（＝ＦＳＲ／Ｆ）と、
エタロンへ入射するレ−ザ光Ｌのビ−ム発散角度Δθで
決定されるΔλｄに依存する。Δλｄは、屈折率ｎ、エ
タロン板間の間隔ｔ、入射角θ、透過次数ｍ、およびビ
−ムの発散角度Δθから下記（１）式で求めることがで
きる。

【００３７】

【数１】

【００３８】図３（ａ）、（ｂ）にはΔλｅとΔλｄで
決まるスペクトル幅の概念図を示す。同図（ａ）にはΔ
λｄ＝０、つまり上記（１）式においてθが０の場合を
示すが、スペクトル幅はΔλｅのみで決定される。それ
に対してθ≠０で、Δλｄ≠０の場合は、同図（ｂ）に
示すようにスペクトル幅は中心波長の異なる複数のΔλ
ｅで決定される。したがって、θを小さくすること、お
よびエタロンへ入射するビ−ムサイズを小さくすること
で、スペクトル幅を狭くすることができる。

【００３９】以上のことより、図２（ａ）に示すように
第２の高反射ミラ−２６が凸面ミラ−の場合と、図２
（ｂ）に示すように第２の高反射ミラ−１３が平面ミラ
−の場合とを比較すると、出力として有効に利用できる
レ−ザ光Ｌのビ−ムサイズがともにＡであるとすると、
このビ−ムサイズＡを得るためのビ−ム発散角度Δ
θ₁、Δθ₂ は、上述したごとくΔθ₁ ＜Δθ₂ とな
る。

【００４０】つまり、第２の高反射ミラ−２６が凸面ミ
ラ−の場合、ビ−ム発散角度がΔθ₁ よりも大きな角度
で上記第２の高反射ミラ−２６に入射したレ−ザ光Ｌ´
は、図２（ａ）に鎖線で示すようにビ−ムサイズＡより
も大きくなるから、有効に利用できる成分とはならな
い。

【００４１】これに対して図２（ｂ）に示すように第２
の高反射ミラ−１３が平面であると、ビ−ム発散角度Δ
θ₂ が図２（ａ）に示すΔθ₁ の場合よりも大きくて
も、上記第２の高反射ミラ−１３で反射したレ−ザ光Ｌ
は出力として有効に利用できる成分、つまりビ−ムサイ
ズＡの範囲内となる。

【００４２】したがって、この発明のように第２の高反
射ミラ−２６を凸面ミラ−とすることで、平面ミラ−の
場合に比べて有効に利用できるビ−ムサイズとなるレ−
ザ光Ｌの発散角度、つまりエタロン２５に入射するビ−
ムサイズＢ₁ をＢ₂ に比べてを小さくできるため、その
分、スペクトル幅を小さくすることができる。

【００４３】上記第１の実施例では第２の高反射ミラ−
２６を凸面ミラ−としたが、第１の高反射ミラ−２３を
凸面ミラ−としてもよい。また、図５に示す第２の実施
形態のように第１の高反射ミラ−２３と第２の高反射ミ
ラ−２６との両方を凸面ミラ−としてもよい。この実施
形態において、第１の実施形態と同一部分−には同一記
号を付して説明を省略する。

【００４４】図６はこの発明の第３の実施形態を示し、
この実施形態はレ−ザ光Ｌの一部を分割する分割手段と
して図１に示す第１の実施形態のプリズム２４に代わり
平面反射ミラ−３１が用いられている。

【００４５】つまり、上記平面反射ミラ−３１はレ−ザ
管２１の窓２１ｂから出射されるレ−ザ光Ｌのビ−ム断
面に一部を挿入して所定の傾斜角度で設けられている。
それによって、上記平面反射ミラ−３１に入射したレ−
ザ光Ｌの一部はその反射面で反射して分割される。

【００４６】上記平面反射ミラ−３１で反射分割された
レ−ザ光Ｌの進行方向には一対のエタロン２５および凸
面ミラ−からなる第２の高反射ミラ−２６が順次配置さ
れている。それによって、上記平面反射ミラ−３１で分
割されたレ−ザ光Ｌは上記エタロン２５で狭帯域化さ
れ、上記第２の高反射ミラ−２６で反射してレ−ザ管２
１へ戻る。

【００４７】この第３の実施形態においても、第２の高
反射ミラ−２６に凸面ミラ−を用いたことで、上記第１
の実施形態と同様、出力されて有効に利用できるレ−ザ
光Ｌのスペクトル幅を狭くすることができる。

【００４８】図７はこの発明の第４の実施形態を示す。
この実施形態はレ−ザ管２１の窓２１ｂから出射される
レ−ザ光Ｌの光路には、このビ−ム断面の一部に回析格
子３２が所定の傾斜角度で挿入して配設されている。

【００４９】上記回析格子３２に入射したレ−ザ光Ｌは
波長選択されて狭帯域化され、所定方向へ反射する。上
記回析格子３２で反射したレ−ザ光Ｌの進行方向には１
つのエタロン３３と凸面ミラ−からなる第２の高反射ミ
ラ−３４とが順次配置されている。

【００５０】上記回析格子３２で分割および狭帯域化さ
れたレ−ザ光Ｌはエタロン３３でさらに狭帯域化され
る。そして、上記第２の高反射ミラ−３４および上記回
析格子３２を反射してレ−ザ管２１に戻され、ここで増
幅されて出力されるようになっている。なお、この実施
形態において、エタロン３３がなくても、レ−ザ光Ｌを
狭帯域化する上で、なんら支障はない。

【００５１】このような構成によれば、回析格子３２が
レ−ザ管１からのレ−ザ光Ｌの一部を分割する分割手段
と、分割されたレ−ザ光Ｌを狭帯域化する狭帯域化手段
とを兼ねているから、これらの手段が別々の場合に比べ
て構成を簡略かすることができる。しかも、第２の高反
射ミラ−３４に凸面ミラ−を用いたことで、上記第１の
実施形態と同様、有効に利用できるビ−ムサイズＡのレ
−ザ光Ｌのスペクトル幅を小さくすることができる。

【００５２】図８と図９はこの発明の第５の実施形態を
示す。この実施形態は第１の実施形態とほぼ同じである
が、第１の高反射ミラ−２３Ａに凹面ミラ−が用いられ
ているという点で相違している。

【００５３】つまり、この実施形態の狭帯域レ−ザ装置
は第１の高反射ミラ−２３Ａと第２の高反射ミラ−３４
とで不安定型光共振器を形成している。不安定型光共振
器であっても、第１の高反射ミラ−２３Ａには凹面ミラ
−を用い、第２の高反射ミラ−２６には凸面ミラ−を用
いることにより、エタロン２５に入射するレ−ザ光Ｌの
ビ−ム発散角度を十分に小さくすることができる。すな
わち、レ−ザ光Ｌは平行光となっているので、Δθ＝０
となる。よって、上記（１）式によりΔλ＝０となる。
これは図３（ａ）に示される状態である。故に、出力と
して有効に利用できるレ−ザ光Ｌのスペクトル幅を狭帯
域化できるのである。

【００５４】上記第１の高反射ミラ−２３Ａの曲率半径
をＲ₁ 、上記第２の高反射ミラ−３４の曲率半径をＲ₂
とすると、これらは曲率半径の絶対値が同じ値になるよ
う設定される。曲率半径の絶対値が同じであると、図９
に示すように不安定型光共振器の第１の高反射ミラ−２
３Ａと上記第２の高反射ミラ−２６との間を往復するレ
−ザ光Ｌの出力パワ−が低下するのを最小に抑制するこ
とができる。このことは後述する測定結果から明らかで
ある。

【００５５】なお、この第５の実施形態において、第１
の高反射ミラ−２３Ａに凸面ミラ−、第２の高反射ミラ
−２６に凹面ミラ−を用いるようにしても同じである。
図１０と図１１はこの発明の第６の実施形態を示す。こ
の実施形態は第１の実施形態に比べて第１の高反射ミラ
−２３だけでなく、第２の高反射ミラ−２６Ａも平面ミ
ラ−であるという点、およびプリズム２４とエタロン２
５との間には上記プリズム２４で分割された一部のレ−
ザ光Ｌを平行光線として上記エタロン２５に入射させる
レンズ３５が設けられているという点で相違している。

【００５６】このように、プリズム２４とエタロン２５
との間にレンズ３５を設けることで、図１１に示すよう
に上記レンズ３５に所定の発散角度θ₃ で入射したレ−
ザ光Ｌは平行光線となって上記エタロン２５を通過す
る。そのため、エタロン２５に入射するレ−ザ光Ｌの発
散角度θ₃ を小さくできるから、出力として有効に利用
できるレ−ザ光Ｌのスペクトル幅を狭帯域化することが
できる。

【００５７】図１２（ａ）〜（ｅ）はこの発明の狭帯域
レ−ザ装置と、従来の狭帯域レ−ザ装置を用いてレ−ザ
光Ｌを狭帯域化した場合のスペクトル幅の測定結果を示
す。ここで、レ−ザ光Ｌの大きさは先に示したａ＝４〜
５mm、ｂ＝２０mmの場合で測定をした。

【００５８】図１２（ａ）は一対の高反射ミラ−の一方
を曲率半径１０mmの凸面ミラ−、他方を平面ミラ−とし
た場合で、この場合のスペクトル幅は０．８３ｐｍであ
った。

【００５９】図１２（ｂ）は一対の高反射ミラ−の一方
を凸面ミラ−、他方を凹面ミラ−とし、それぞれの曲率
半径を１０ｍ、−１０ｍとした場合で、この場合のスペ
クトル幅は０．７２ｐｍであった。

【００６０】図１２（ｃ）は一対の高反射ミラ−の両方
を曲率半径が１０ｍの凸面ミラ−とした場合で、この場
合のスペクトル幅は０．７５〜０．８０ｐｍであった。
図１２（ｄ）は一対の高反射ミラ−の両方が平面ミラ−
である、従来の狭帯域レ−ザ装置の場合で、その場合の
スペクトル幅は１．１３ｐｍであった。

【００６１】図１２（ｅ）は一対の高反射ミラ−の一方
は平面ミラ−、他方は曲率半径−１０mmの凹面ミラ−
で、この発明の範囲以外の場合で、この場合のスペクト
ル幅は１．６１ｐｍであった。

【００６２】以上のことから、一対の高反射ミラ−の少
なくとも一方を凸面ミラ−とする、この発明の狭帯域レ
−ザ装置によれば、一対の高反射ミラ−に平面ミラ−を
用いる従来の狭帯域レ−ザ装置に比べ、出力として取り
出されるレ−ザ光のスペクトル幅を狭くできることが確
認された。

【００６３】ここで、凸面ミラ−の曲率半径を１０ｍと
したのは、平面ミラ−と平面ミラ−との組合わせにおい
て、平面ミラ−の片方を曲率半径１５ｍ、１０ｍ、５ｍ
の凸面ミラ−に取り替えていって測定した際に、１０ｍ
で得られたデ−タが最も有効だったからである。すなわ
ち、平面から曲率半径１５ｍ、１０ｍ、５ｍへと順次推
移するにしたがってスペクトル幅は狭くなっていった
が、それととともに出力も低下した。故に、曲率半径５
ｍでの測定値では十分な出力が得られなかったので、十
分な出力を持ち、スペクトル幅も狭められている曲率半
径１０ｍでの測定値を採用した。

【００６４】図１３はこの発明の狭帯域レ−ザ装置と、
従来の狭帯域レ−ザ装置との出力を測定したグラフであ
る。図中曲線Ｘ、Ｙはこの発明の構成を適用した狭帯域
レ−ザ装置で、曲線Ｘは、一方の高反射ミラ−に曲率半
径が−１０ｍの凹面ミラ−が用いられ、他方の高反射ミ
ラ−に曲率半径が１０ｍの凸面ミラ−が用いられてい
て、図１２（ｂ）に示すように０．７２ｐｍのスペクト
ル幅が得られる場合である。この場合、パルス繰り返し
数が６００ｐｐｓのときに、８．１Ｗの出力が得られ
た。

【００６５】曲線Ｙは、一方の高反射ミラ−に曲率半径
が−１０ｍの凹面ミラ−を用い、他方の高反射ミラ−に
曲率半径が５ｍの凸面ミラ−が用いた場合で、この場合
に得られるスペクトル幅は０．６５ｐｍと狭くなるもの
の、パルス繰り返し数が６００ｐｐｓのときの出力は
５．７Ｗとなり、曲線Ｘの場合に比べて出力が低下す
る。

【００６６】つまり、上述したごとく、図８と図９に示
す第５の実施形態で説明したように、一対の高反射ミラ
−の一方に凹面ミラ−、他方に凸面ミラ−を用いる場合
には、これらの曲率の絶対値を同じにすることで、出力
低下を招くことなくレ−ザ光Ｌを狭帯域化できることが
分かる。

【００６７】なお、この測定では、凹面ミラ−を曲率半
径−１０ｍで固定し、もう一方を平面ミラ−から曲率半
径１５ｍ、１０ｍ，５ｍの凸面ミラ−に取り替えていっ
た。その際、凸面ミラ−が曲率半径５ｍの場合が上述し
た通り、最も狭帯域化がなされた。しかし、出力が減少
したので、曲率半径１０ｍでの測定値を採用した。

【００６８】したがって、凹面ミラ−を曲率半径−５ｍ
で、凸面ミラ−を曲率半径１０ｍとした場合には、高出
力を保ったまま狭帯域化が計れると予想される。曲線Ｚ
は、図１２（ｄ）に示すように１．１３ｐｍのスペクト
ル幅が得られる、一対の高反射ミラ−がともに平面ミラ
−の場合で、その場合、パルス繰り返し数が６００ｐｐ
ｓのときに、８．０Ｗの出力であった。

【００６９】以上のことから、一対の高反射ミラ−の一
方を凹面ミラ−、他方を凸面ミラ−とするとともに、こ
れらミラ−の曲率半径の絶対値を同じにすることで、一
対の高反射ミラ−が平面ミラ−の、従来の狭帯域レ−ザ
装置の場合に比べて出力低下を招くことなく、スペクト
ル幅を狭帯域化できることが確認された。

【００７０】なお、上記の実施形態においては、発散角
度を小さくする光学素子として凸面ミラ−、レンズを例
としたが、同様の作用を持つ他の光学素子を用いてもな
んら差支えない。つまり、本発明の目的とするところは
発散角度を小さくし、狭帯域化を促進することにあるか
らである。

【００７１】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１乃至請求項
７の発明によれば、一対の高反射ミラ−の少なくとも一
方を凸面ミラ−としたことで、出力として有効に利用で
きるレ−ザ光が狭帯域化手段に入射するときの発散角度
を小さくできるから、出力として得られるレ−ザ光のス
ペクトル幅を従来に比べて狭帯域化することができる。

【００７２】請求項４の発明によれば、一対の高反射ミ
ラ−を凸面ミラ−とするとともに、これらの曲率半径の
絶対値を同じにしたことで、高反射ミラ−に平面ミラ−
が用いられた従来に比べて出力の低下を招くということ
もない。

【００７３】請求項７の発明によれば、分割手段と狭帯
域化手段とが兼用であるから、部品点数の減少を計るこ
とができる。請求項８の発明では、分割手段で分割され
たレ−ザ光をレンズによって平行光線にして狭帯域化手
段に入射させるため、出力として有効に利用できるレ−
ザ光が狭帯域化手段へ入射するときの発散角度を抑制で
きる。そのため、この場合も出力として得られるレ−ザ
光のスペクトル幅を従来に比べて狭帯域化することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態の狭帯域レ−ザ装置
を示す構成図。

【図２】（ａ）は同じく高反射ミラ−の一方に凸面ミラ
−を用いた場合の出力として有効に利用できるビ−ムサ
イズと上記凸面ミラ−に入射するレ−ザ光の発散角度と
の関係の説明図、（ｂ）は従来の平面ミラ−を用いた場
合の出力として有効に利用できるビ−ムサイズと上記平
面ミラ−に入射するレ−ザ光の発散角度との関係の説明
図。

【図３】（ａ）は自由スペクトル間隔（ＦＳＲ）とフィ
ネス（Ｆ）とによって決定されるスペクトル幅Δλｅの
説明図、（ｂ）はエタロンに入射するレ−ザ光のビ−ム
発散角度によって決定されるスペクトル幅Δλｄの説明
図。

【図４】同じくプリズムによって分割されるレ−ザ光の
ビ−ム断面の説明図。

【図５】この発明の第２の実施形態を示す一対の高反射
ミラ−が凸面ミラ−の場合の狭帯域レ−ザ装置の構成
図。

【図６】この発明の第３の実施形態を示す分割手段に平
面反射ミラ−を用いた場合の狭帯域レ−ザ装置の構成
図。

【図７】この発明の第４の実施形態を示す分割手段と狭
帯域化手段とを兼用する回析格子を用いた場合の狭帯域
レ−ザ装置の構成図。

【図８】この発明の第５の実施形態を示す一対の高反射
ミラ−の一方に凸面ミラ−、他方に凹面ミラ−を用いた
狭帯域レ−ザ装置の構成図。

【図９】同じくその場合のエタロンに入射するレ−ザ光
の説明図。

【図１０】この発明の第６の実施形態を示すプリズムと
エタロンとの間にレンズを設けた狭帯域レ−ザ装置の構
成図。

【図１１】同じくその場合のエタロンに入射するレ−ザ
光の説明図。

【図１２】（ａ）〜（ｅ）は一対の高反射ミラ−の形状
と、そのときに得られるレ−ザ光のスペクトル幅との関
係を示すグラフ。

【図１３】一対の高反射ミラ−の形状と、そのときに得
られるレ−ザ光の出力との関係を示すグラフ。

【図１４】従来の狭帯域レ−ザ装置の構成図。

【図１５】他の従来の狭帯域レ−ザ装置の構成図。

【符号の説明】

２１…レ−ザ管、２３…第１の高反射ミラ−、２４…プ
リズム（分割手段）、２５…エタロン（狭帯域化化手
段）、２６…第２の高反射ミラ−、３１…平面反射ミラ
−（分割手段）、３２…回析格子（分割兼狭帯域化手
段）、３５…レンズ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レ−ザ媒質を収容したレ−ザ管と、 このレ−ザ管で発生するレ−ザ光の光軸上で上記レ−ザ
   管の一端側に反射面を対面させて配設された第１の高反
   射ミラ−と、 上記レ−ザ管の他端側に配設され上記第１の高反射ミラ
   −で反射して進行するレ−ザ光のビ−ム断面の一部に挿
   入して設けられ上記レ−ザ光の一部を分割する分割手段
   と、 この分割手段で分割された一部のレ−ザ光を狭帯域化す
   る狭帯域化手段と、 この狭帯域化手段への入射レ−ザ光の発散角度を０．５
   ｍrad 未満にする光学素子と、 上記狭帯域化手段によって狭帯域化されたレ−ザ光を上
   記分割手段を介して上記レ−ザ管へ戻すとともに、上記
   第１の高反射ミラ−とで光共振器を形成する第２の高反
   射ミラ−とを具備したことを特徴とする狭帯域レ−ザ装
   置。
2. 【請求項２】 レ−ザ媒質を収容したレ−ザ管と、 このレ−ザ管で発生するレ−ザ光の光軸上で上記レ−ザ
   管の一端側に反射面を対面させて配設された第１の高反
   射ミラ−と、 上記レ−ザ管の他端側に配設され上記第１の高反射ミラ
   −で反射して進行するレ−ザ光のビ−ム断面の一部に挿
   入して設けられ上記レ−ザ光の一部を分割し残りを出力
   させる分割手段と、 この分割手段で分割された一部のレ−ザ光を狭帯域化す
   る狭帯域化手段と、 この狭帯域化手段によって狭帯域化されたレ−ザ光を上
   記分割手段を介して上記レ−ザ管へ戻すとともに、上記
   第１の高反射ミラ−とで光共振器を形成する第２の高反
   射ミラ−とを具備し、 上記第１の高反射ミラ−と第２の高反射ミラ−との少な
   くとも一方は凸面ミラ−からなることを特徴とする狭帯
   域レ−ザ装置。
3. 【請求項３】 上記第１の高反射ミラ−と第２の高反射
   ミラ−との一方は凸面ミラ−で、他方は平面ミラ−から
   なることを特徴とする請求項２記載の狭帯域レ−ザ装
   置。
4. 【請求項４】 上記第１の高反射ミラ−と第２の高反射
   ミラ−とは凸面ミラ−からなることを特徴とする請求項
   ２記載の狭帯域レ−ザ装置。
5. 【請求項５】 上記第１の高反射ミラ−と第２の高反射
   ミラ−との曲率半径の絶対値を同じにしたことを特徴と
   する請求項４記載の狭帯域レ−ザ装置。
6. 【請求項６】 上記第１の高反射ミラ−と第２の高反射
   ミラ−とのどちらか一方は凸面ミラ−で、他方は凹面ミ
   ラ−からなることを特徴とする請求項２記載の狭帯域レ
   −ザ装置。
7. 【請求項７】 レ−ザ媒質を収容したレ−ザ管と、 このレ−ザ管で発生するレ−ザ光の光軸上で上記レ−ザ
   管の一端側に反射面を対面させて配設された第１の高反
   射ミラ−と、 上記レ−ザ管の他端側に配設され上記第１の高反射ミラ
   −で反射して進行するレ−ザ光のビ−ム断面の一部に挿
   入して設けられ上記レ−ザ光の一部を分割し残りを出力
   させるとともに分割した一部のレ−ザ光を狭帯域化する
   分割兼狭帯域化手段と、 この分割兼狭帯域化手段で分割されて狭帯域化されたレ
   −ザ光を上記分割兼狭帯域化手段を介して上記レ−ザ管
   へ戻すとともに、上記第１の高反射ミラ−とで光共振器
   を形成する第２の高反射ミラ−とを具備し、 上記第１の高反射ミラ−と第２の高反射ミラ−との少な
   くとも一方は凸面ミラ−からなることを特徴とする狭帯
   域レ−ザ装置。
8. 【請求項８】 レ−ザ媒質を収容したレ−ザ管と、 このレ−ザ管で発生するレ−ザ光の光軸上で上記レ−ザ
   管の一端側に反射面を対面させて配設された第１の高反
   射ミラ−と、 上記レ−ザ管の他端側に配設され上記第１の高反射ミラ
   −で反射して進行するレ−ザ光のビ−ム断面の一部に挿
   入して設けられ上記レ−ザ光の一部を分割し残りを出力
   させる分割手段と、 この分割手段で分割された一部のレ−ザ光を狭帯域化す
   る狭帯域化手段と、 この狭帯域化手段によって狭帯域化されたレ−ザ光を上
   記分割手段を介して上記レ−ザ管へ戻すとともに、上記
   第１の高反射ミラ−とで光共振器を形成する第２の高反
   射ミラ−と、 上記分割手段と上記狭帯域化手段との間に設けられ上記
   分割手段で分割された一部のレ−ザ光を平行にして進行
   させるレンズとを具備したことを特徴とする狭帯域レ−
   ザ装置。
9. 【請求項９】 凸面ミラ−の曲率半径は５ｍ以上、１０
   ｍ以下であることを特徴とする請求項３乃至請求項８の
   いずれかに記載された狭帯域レ−ザ装置。