JPH10101486A - 紫外レーザ光用光学材 - Google Patents

紫外レーザ光用光学材

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JPH10101486A
JPH10101486A JP25819896A JP25819896A JPH10101486A JP H10101486 A JPH10101486 A JP H10101486A JP 25819896 A JP25819896 A JP 25819896A JP 25819896 A JP25819896 A JP 25819896A JP H10101486 A JPH10101486 A JP H10101486A
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JP
Japan
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ultraviolet laser
optical
single crystal
laser light
lithium tetraborate
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JP25819896A
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English (en)
Inventor
Ryuichi Komatsu
▲隆▼一 小松
Tamotsu Sugawara
保 菅原
Masakuni Takahashi
正訓 高橋
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高出力の紫外レーザ光を損傷することなく高
い透過率で透過可能であって、熱伝導率が良好で割れに
くく、カラーセンタが発生せず、曇りのない紫外レーザ
光用光学材を得る。 【解決手段】 紫外レーザ光の光路10に設けられる紫
外レーザ光用の窓材11、レンズ材12、アッテネータ
材、ビームスプリッタ材、レーザキャビティオプティク
ス材及びビームシェイピングオプティクス材等の光学材
を四ほう酸リチウム単結晶で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、紫外領域のレーザ
光(以下、紫外レーザ光という)の光路に設けられる窓
材、レンズ材、アッテネータ(attenuator)材、ビーム
スプリッタ(beamsplitters)材、レーザキャビティオ
プティクス(laser cavity optics)材及びビームシェ
イピングオプティクス(beam-shaping optics)材等の
紫外レーザ光用光学材に関する。更に詳しくは四ほう酸
リチウム単結晶(Li247)からなる紫外レーザ光
用光学材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】工業的に利用されている紫外レーザ光と
してエキシマレーザ(excimer laser)がある。エキシ
マレーザは、1970年にソ連のBasov等により液
体Xeを電子ビームで励起する方法で初めて実現した。
1976年には放電励起方式でも発振に成功し、産業用
レーザとして使用されるようになった。放電励起エキシ
マレーザは紫外線のパルス繰返し発振レーザであって、
ArF(193nm)、KrF(248nm)、XeCl(308n
m)などの化合物が発する紫外光を光共振器により増大
させ、レーザ光として取り出したものである。このレー
ザの応用としては、高分子材料の加工(アブレーション
加工)、表面改質、マーキング、薄膜作製等の他に、医
薬品の製造、同位体の分離、レーザレーダなどの多くの
研究が進められている。
【0003】このエキシマレーザで発生する紫外レーザ
光を取り出し、使用に供するために、紫外レーザ光を透
過可能な窓材、レンズ材等が設けられている。従来、こ
の種の紫外レーザ光用窓材、レンズ材等は、CaF2
MgF2、合成シリカ等により構成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、CaF2やM
gF2は透過率が良好である反面、熱伝導率が悪く、も
ろく割れ易い欠点があった。またCaF2やMgF2はカ
ラーセンタが発生し易く、紫外レーザ光用光学材に使用
するときには、カラーセンタが発生していない箇所を選
別する必要があった。また合成シリカはカラーセンタは
発生しにくいものの、曇り易い欠点があった。本発明の
目的は、熱伝導率が良好で割れにくく、カラーセンタが
発生せず、曇りのない紫外レーザ光用光学材を提供する
ことにある。本発明の別の目的は、高出力の紫外レーザ
光を損傷することなく高い透過率で透過可能な紫外レー
ザ光用光学材を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
図1に示すように、紫外レーザ光の光路10に設けられ
る窓材11を含む紫外レーザ光用光学材において、窓材
11が四ほう酸リチウム単結晶からなることを特徴とす
る。請求項2に係る発明は、図1に示すように、紫外レ
ーザ光の光路10に設けられるレンズ材12を含む紫外
レーザ光用光学材において、レンズ材12が四ほう酸リ
チウム単結晶からなることを特徴とする。
【0006】請求項3に係る発明は、紫外レーザ光の光
路に設けられるアッテネータ材を含む紫外レーザ光用光
学材において、アッテネータ材が四ほう酸リチウム単結
晶からなることを特徴とする。請求項4に係る発明は、
紫外レーザ光の光路に設けられるビームスプリッタ材を
含む紫外レーザ光用光学材において、ビームスプリッタ
材が四ほう酸リチウム単結晶からなることを特徴とす
る。
【0007】請求項5に係る発明は、紫外レーザ光の光
路に設けられるレーザキャビティオプティクス材を含む
紫外レーザ光用光学材において、レーザキャビティオプ
ティクス材が四ほう酸リチウム単結晶からなることを特
徴とする。請求項6に係る発明は、紫外レーザ光の光路
に設けられるビームシェイピングオプティクス材を含む
紫外レーザ光用光学材において、ビームシェイピングオ
プティクス材が四ほう酸リチウム単結晶からなることを
特徴とする。
【0008】四ほう酸リチウム単結晶は、レーザ入射光
の波長に対する透明領域が広く、光損傷しきい値が高
く、良質の大型結晶の作成が容易で、加工性に優れるた
め、紫外レーザ光用の窓材、レンズ材、アッテネータ
材、ビームスプリッタ材、レーザキャビティオプティク
ス材及びビームシェイピングオプティクス材等の光学材
として最適である。ここでレンズはレーザビームの集光
又は拡大に使用される。アッテネータは光強度が強すぎ
る場合に所望の強度まで減衰させるために、またビーム
スプリッタはレーザビームを分割するためにそれぞれ使
用される。レーザキャビティオプティクスは光共振器を
構成するレンズ、ミラーを含む光学部品である。更にビ
ームシェイピングオプティクスはレーザビーム幅を調整
するための光学部品である。
【0009】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。本発明の四ほう酸リチウム単結晶
は、図2に示すようにチョクラルスキー法(CZ法)に
より製造される。即ち、四ほう酸リチウム単結晶の育成
装置20は、四ほう酸リチウム多結晶が融解されている
白金るつぼ21を有する。四ほう酸リチウムは酸化物の
中では低融点であるため、白金るつぼで育成することが
できる。白金るつぼ21の周囲には断熱材22、23を
介してるつぼ21内の四ほう酸リチウム多結晶を融解さ
せるための抵抗加熱ヒータのような加熱装置24が設け
られる。るつぼ21内の融液21aの温度は熱電対29
により検出される。るつぼ21の上部には断熱壁25、
26が二重に設けられており、種結晶が取付けられる引
上げ軸27が断熱壁25、26を貫通している。
【0010】この育成装置20を用いて四ほう酸リチウ
ム多結晶から直径1インチ〜4インチ程度の四ほう酸リ
チウム単結晶28を育成し、その後この単結晶を紫外レ
ーザ光用の窓材、レンズ材、アッテネータ材、ビームス
プリッタ材、レーザキャビティオプティクス材及びビー
ムシェイピングオプティクス材等の光学材に応じた形状
に加工する。
【0011】この育成装置20を用いた四ほう酸リチウ
ム単結晶の育成方法の一実施の形態を述べる。所定のモ
ル比の四ほう酸リチウム多結晶を白金るつぼ21内に充
填し、加熱装置24で融解した後、所定の引上げ方位、
例えば<110>で四ほう酸リチウム単結晶28を引上
げる。このとき融液表面と融液直上10mmの間の温度
勾配を30〜200℃/cm、好ましくは50〜150
℃/cmにし、それより上部の温度勾配を5〜50℃/
cm、好ましくは10〜40℃/cmにする。四ほう酸
リチウム単結晶28の直胴部を引上げる際の引上げ速度
を0.1〜2mm/時間、好ましくは0.3〜1mm/
時間にする。
【0012】融液表面と融液直上10mmの間の温度勾
配が30℃/cm未満であると、育成される四ほう酸リ
チウム単結晶が多結晶化し易くなる。この温度勾配が2
00℃/cmを越えると、熱歪みによって育成される四
ほう酸リチウム単結晶中に転位が生じ易くなる。また融
液直上10mmより上部の温度勾配を融液表面と融液直
上10mmの間の温度勾配より小さくすることにより、
育成後期の熱膨張差によるクラックを抑制することがで
きる。更に引上げ速度が0.1mm/時間未満では生産
性に劣り、2mm/時間を越えると、単結晶中に亜結晶
粒(subgrain)が生じたり、或いは結晶内部に気泡が発
生して単結晶が白く濁り易くなる。
【0013】
【実施例】次の本発明の実施例を比較例とともに説明す
る。 <実施例1>図2に示した育成装置を用いて四ほう酸リ
チウム単結晶28を育成した。所定のモル比の純度9
9.99%の四ほう酸リチウム多結晶原料粉末を白金る
つぼ21に充填した後、このるつぼ21を抵抗加熱ヒー
タ24で加熱して原料粉末を融解した。種結晶は<11
0>の結晶方位のものを用いた。融液表面と融液直上1
0mmの間の温度勾配(降温勾配)を100℃/cmに
し、それより上部の降温勾配を30℃/cmにした。更
に単結晶の直胴部育成時には0.5mm/時間の速度で
単結晶を引上げ直径2インチの四ほう酸リチウム単結晶
28を育成した。この育成した単結晶28をトポグラフ
で観察した結果、無欠陥であり、屈折率変動が10-6
mm以下であった。これらのことから単結晶28が紫外
レーザ光用の窓材、レンズ材、アッテネータ材、ビーム
スプリッタ材、レーザキャビティオプティクス材及びビ
ームシェイピングオプティクス材等の光学材に適してい
ることが判った。そのため、上記紫外レーザ光用光学材
の中で、30mm×30mm×1mmの正方形の窓材1
1及び直径20mmの凸レンズ材12を単結晶28より
加工した。
【0014】<比較例1>市販の紫外レーザ光用のCa
2からなる実施例1と同形同大の窓材及び凸レンズ材
を比較例1とした。 <比較例2>市販の紫外レーザ光用のMgF2からなる
実施例1と同形同大の窓材及び凸レンズ材を比較例2と
した。 <比較例3>市販の紫外レーザ光用の合成シリカからな
る実施例1と同形同大の窓材及び凸レンズ材を比較例3
とした。
【0015】<比較評価> (a) 透過率 実施例1及び比較例1〜3の窓材について、透過率を調
べた。その結果を図3に示す。図3から明らかなよう
に、エキシマレーザのArF(193nm)及びKrF(248
nm)の波長において、四ほう酸リチウム単結晶からなる
実施例1は、フッ化物結晶の比較例1,2より劣るが、
合成シリカからなる比較例3と比べて透過率が高かっ
た。
【0016】(b) 光損傷しきい値 実施例1及び比較例3の窓材について、レーザ光を絞っ
て屈折率変動が生じる光損傷しきい値を測定した。即
ち、Nd:YAGレーザ(1064nm)により10ナノ秒間
レーザ光を照射して光損傷しきい値を測定した。その結
果を図4に示す。図4より明らかなように、四ほう酸リ
チウム単結晶からなる実施例1の窓材は合成シリカから
なる比較例3の窓材と比べて、約4倍であった。このこ
とは強力な紫外レーザ光の照射に対して、実施例1の窓
材は比較例3の窓材より耐久性が良好であることを示し
ている。
【0017】(c) カラーセンタの生成状況 実施例1及び比較例1〜3の凸レンズ材について、カラ
ーセンタの生成状況を調べた。即ち、400Hz、10
0mJのKrF(248nm)のエキシマレーザを光学研磨
した実施例1及び比較例1〜3の凸レンズ材に照射し
た。その結果、1時間の照射で比較例1及び比較例2の
フッ化物結晶には着色が見られた。この着色は結晶中に
カラーセンタが生じたことによる。一方、100時間照
射しても実施例1の四ほう酸リチウム単結晶及び比較例
3の合成シリカには着色は生じなかった。カラーセンタ
が生じると、透過率が低下し、レーザ品質が低下するよ
うになる。
【0018】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の紫外レーザ
光用窓材及びレンズ材を四ほう酸リチウム単結晶で構成
することにより、窓材及びレンズ材は熱伝導率が良好で
割れにくくなり、カラーセンタ及び曇りを生じず、また
高出力の紫外レーザ光を損傷することなく高い透過率で
透過することができる優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の紫外レーザ光用窓材及びレンズ材を含
むエキシマレーザ装置の構成図。
【図2】その窓材及びレンズ材の母材となる四ほう酸リ
チウム単結晶の育成装置の構成図。
【図3】実施例1及び比較例1〜3の窓材の真空紫外領
域での透過率を示す図。
【図4】実施例1及び比較例3の窓材の光損傷しきい値
を示す図。
【符号の説明】
10 紫外レーザ光の光路 11 窓材 12 レンズ材

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 紫外レーザ光の光路(10)に設けられる窓
    材(11)を含む紫外レーザ光用光学材において、前記窓材
    (11)が四ほう酸リチウム単結晶からなることを特徴とす
    る紫外レーザ光用光学材。
  2. 【請求項2】 紫外レーザ光の光路(10)に設けられるレ
    ンズ材(12)を含む紫外レーザ光用光学材において、前記
    レンズ材(12)が四ほう酸リチウム単結晶からなることを
    特徴とする紫外レーザ光用光学材。
  3. 【請求項3】 紫外レーザ光の光路(10)に設けられるア
    ッテネータ材を含む紫外レーザ光用光学材において、前
    記アッテネータ材が四ほう酸リチウム単結晶からなるこ
    とを特徴とする紫外レーザ光用光学材。
  4. 【請求項4】 紫外レーザ光の光路(10)に設けられるビ
    ームスプリッタ材を含む紫外レーザ光用光学材におい
    て、前記ビームスプリッタ材が四ほう酸リチウム単結晶
    からなることを特徴とする紫外レーザ光用光学材。
  5. 【請求項5】 紫外レーザ光の光路(10)に設けられるレ
    ーザキャビティオプティクス材を含む紫外レーザ光用光
    学材において、前記レーザキャビティオプティクス材が
    四ほう酸リチウム単結晶からなることを特徴とする紫外
    レーザ光用光学材。
  6. 【請求項6】 紫外レーザ光の光路(10)に設けられるビ
    ームシェイピングオプティクス材を含む紫外レーザ光用
    光学材において、前記ビームシェイピングオプティクス
    材が四ほう酸リチウム単結晶からなることを特徴とする
    紫外レーザ光用光学材。
JP25819896A 1996-09-30 1996-09-30 紫外レーザ光用光学材 Pending JPH10101486A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1382982A1 (en) * 2002-07-05 2004-01-21 Agilent Technologies, Inc. Heating compensated optical device

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Legal Events

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20011120