JPH10135577A - 紫外レーザ光用光学材 - Google Patents

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ガラスで構成する。

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（Ｌｉ₂Ｂ₄０₇）ガラス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、長い間使用すると曇りが生じ易い
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、曇りを生じない紫外
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ガラス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
チウムガラス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、アッテネータ材が四ほう酸リチウム
ガラス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、ビームス
プリッタ材が四ほう酸リチウムガラスからなることを特
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、レーザキャビティ
オプティクス材が四ほう酸リチウムガラスからなること
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、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ガラスからな
ることを特徴とする。

【０００８】四ほう酸リチウムガラスは、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
い。また単結晶と異なり複屈折することがなく、結晶方
位を決めて切断する必要もなく、任意の大きさに作製で
き、加工性に優れる。このため、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】本発明の四ほう酸リチウムガラス
は、四ほう酸リチウム粉末原料を融解して、公知のガラ
ス製造法により作られる。製造された四ほう酸リチウム
ガラス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。

【００１０】

【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＞内径１５０ｍｍ、高さ１３０ｍｍの有底筒
状のアルミナるつぼの内側に外径及び高さをアルミナる
つぼに合わせた有底筒状の厚さ０．１ｍｍの白金を挿着
した。４Ｎの四ほう酸リチウム粉末原料をるつぼ内に充
填し、１０５０℃まで加熱して四ほう酸リチウム粉末原
料を融解した。融解物を１０５０℃で５時間維持した
後、１０時間かけて室温まで冷却した。アルミナるつぼ
を壊し、白金箔を剥離すると、円柱状の四ほう酸リチウ
ムのガラスが得られた。この四ほう酸リチウムガラスの
屈折率変動は１０^-6／ｍｍ以下であった。これらのこと
からこのガラス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、得ら
れた四ほう酸リチウムガラスを加工して、上記紫外レー
ザ光用光学材の中から、３０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍの
正方形の窓材１１及び直径２０ｍｍの凸レンズ材１２を
製造した。

【００１１】＜比較例１＞市販の紫外レーザ光用のＣａ
Ｆ₂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。

【００１２】＜比較例２＞市販の紫外レーザ光用のＭｇ
Ｆ₂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。

【００１３】＜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。

【００１４】＜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２に示す。図２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、四ほう酸リチウムガラスからなる
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。

【００１５】(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３に示す。図３より明らかなように、四ほう酸リ
チウムガラスからなる実施例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。

【００１６】(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ガラス及び比較例
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。

【００１７】

【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ガラスで構成
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】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３】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ガラス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ガラスからなることを
   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ガラスからなるこ
   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ガラス
   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
   四ほう酸リチウムガラス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ガラスからなることを特徴とする
   紫外レーザ光用光学材。