JPH10303488A

JPH10303488A - 光源装置

Info

Publication number: JPH10303488A
Application number: JP9112346A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Deki; 恭一出来; Masahiro Horiguchi; 昌宏堀口
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレー
ザの代替光源として使用できるスペクトルの安定性が良
好な固体レーザ装置を提供すること。【解決手段】波長安定化手段Ｒ１により、原子または
分子の吸収スペクトル等を基準として、ＹＬＦ／ＹＡＧ
レーザ発振器等から構成されるレーザ装置Ｌ１の出力光
の波長をλ２に安定化する。また、波長安定化手段Ｒ
２，Ｒ３によりレーザ装置Ｌ２、Ｌ３の出力光の波長を
λa ，λb に安定化し、光パラメトリック発振器ＯＰＯ
により波長λａと波長λｂの差周波λ１を得る。そし
て、波長λ２とλ１の光を和周波を得る非線形光学結晶
ＣＬＢＯに与え、ＡｒＦエキシマレーザの出力に相当す
る波長１９３ｎｍ近傍のレーザ光を得る。同様に図１
（ｂ）の構成においてレーザ装置Ｌ５としてチタンサフ
ァイアレーザを用い、ＫｒＦエキシマレーザの出力に相
当する波長２４８ｎｍのレーザ光を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体リソグラフィ
ー装置等に利用される光源装置に関し、特に本発明は、
エキシマレーザの代替光源として使用できる固体レーザ
からなる光源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の微細化に伴い、
解像度を高めることが求められており、露光光の波長が
短波長化している。現在では、波長２４８ｎｍのＫｒＦ
エキシマレーザが線幅０．２５μｍ対応の２５６Ｍビッ
トのＤＲＡＭの製造のためのリソグラフィー装置用光源
として、用いられている。また、次世代の線幅０．２０
μｍ対応の１ＧビットのＤＲＡＭ製造のためのリソグラ
フィー装置用光源としては、波長１９３ｎｍのＡｒＦエ
キシマレーザが注目されている。

【０００３】しかし、上記したエキシマレーザを用いた
光源には以下の欠点があることが良く知られている。（１）レーザ媒質として腐食性ガスが用いられるので、
レーザ本体を構成する電極、コンデンサ等の主要部品が
腐食、劣化し易くメインテナンスに多額の経費を必要と
する。（２）レーザガスの劣化も早く、１０⁹ショット毎にガ
ス交換が必要である。（３）腐食性ガスの漏洩による安全管理上の問題があ
る。（４）レーザ性能維持のためのガス配管のステンレス化
などにより付帯設備が多額化する等。

【０００４】さらに、上記問題以外にも、実際使用上、
次の重要な問題がある。それは光源の波長の安定化とス
ペクトル幅の狭帯域化である。すなわち、エキシマレー
ザのスペクトル幅は従来から用いられてきた光源である
水銀ランプより狭いとはいえ、０．３ｎｍ〜０．４ｎｍ
程度であり、スペクトルの狭帯域化を行う必要がある。
例えば、ＫｒＦレーザの場合には、出力光の波長は２４
８．５±０．１５ｎｍあり、狭帯域化しないとリソグラ
フィー装置の光学系に色収差が発生し光源として用いる
ことができない。この色収差補正（色消し）のために
は、通常２種類以上の硝材が用いられる。ＫｒＦレーザ
の場合には、色消し硝材として、例えば合成石灰と弗化
カルシウムとの組み合わせが考えられるが、弗化カルシ
ウムは、その結晶から必要サイズを切り取るための大型
結晶製造に現状では問題があり、また、その研磨特性に
も問題があると言われている。

【０００５】このため、ＫｒＦレーザではスペクトルの
狭帯域化が避けられない。狭帯域化には、レーザ共振器
内部に挿入したエアギャップエタロン等の波長選択素子
が用いられる。これによって単一縦モードを選択的に発
振させることでスペクトルの狭帯域化を図っている。し
かし、このような手段によってスペクトルの狭帯域化を
図ったとしても、レーザ媒質の発振利得幅が先に述べた
ように０．３ｎｍあるため、この単一縦モードを光学系
設計時に想定された波長に固定しなければならない。こ
れを波長安定化という。波長安定化の程度は１０^-6程度
要求される。

【０００６】ＫｒＦレーザの波長安定化は、例えば特開
昭６３−２２８６９３号公報によると以下のように行わ
れる。図２３（ａ）に示すように、レーザ共振器内に挿
入されたエアギャップエタロンによって、実際にはレー
ザ発振スペクトルは主波長及び２つの副波長との３つの
縦モードからなる。もちろん、これらの縦モード間隔は
共振器内に挿入されたエタロン板のフリースペクトラル
レンジＦＳＲに対応する。これらの縦モード強度はレー
ザ利得曲線内のどこにモードが配置しているかに依存し
て変化する。例えば、エタロンのエアギャップがわずか
に変化すると、図２３（ｂ）に示したようなモード配置
となり、３つのモードの強度は図２３（ａ）の場合と異
なる。

【０００７】図２３（ａ）の場合、主波長であるk0モー
ドは利得曲線の中央にあり、最も強度も強く、この状態
のk0モードがリソグラフィー用の光として利用される。
したがって、このときのk0モードの強度と k-1またはk1
モードの強度比をコンピュータに記憶させておき、常に
この比が記憶値と同一になるようにエアギャップ間隔を
制御すれば、k0モードは常に利得曲線の中央に安定化さ
れることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記方法は、例えば、
Ｈｅ−Ｎｅレーザの波長安定化には既に古くから用いら
れており、この方法には次の欠点がある。その一つは、
レーザガスが劣化すると図２３（ａ）のようなモード配
置であっても、k0モードの強度と、k-1 またはk1モード
の強度比はガスが劣化する前と異なってくることであ
る。このため、ＫｒＦレーザの連続運転とともに波長安
定度が悪化する。

【０００９】以上のように、ＫｒＦエキシマレーザやＡ
ｒＦエキシマレーザはハンドリングや装置のコスト、あ
るいはメンテナンスに問題があり、さらに、波長安定化
が連続運転とともに悪化するといった問題がある。本発
明は上記した事情を考慮してなされたものであって、そ
の目的とするところは、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦ
エキシマレーザの代替光源として使用でき、狭帯域化し
たスペクトルの安定性が良好な固体レーザ装置から構成
される光源装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の基本構成
を示す図であり、同図（ａ）に示す構成により波長１９
３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザの代替光源を構成するこ
とができ、また、同図（ｂ）に示す構成により波長２４
８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザの代替光源を構成するこ
とができる。図１において、第１、第２のコヒーレント
光源を構成するレーザ装置Ｌ１〜Ｌ５は半導体レーザ光
源や、固体レーザ発振器からなるレーザ光源とその出力
光の高調波を発生する非線形光学結晶から構成される。
また、波長安定化手段Ｒ１〜Ｒ５は上記レーザ装置を構
成するレーザ光源もしくは非線形光学結晶から放出され
る光の波長を、原子または分子の吸収スペクトルあるい
は光ガルバノスペクトルを基準として安定化する。

【００１１】同図（ａ）において、レーザ装置Ｌ１〜Ｌ
３、波長安定化手段Ｒ１〜Ｒ３として後述する図２〜図
１１に示す手段を用い、次のようにしてＡｒＦエキシマ
レーザの出力に相当する波長λ３（１９３ｎｍ）の光を
得ることができる。波長安定化手段Ｒ１によりレーザ装
置Ｌ１の光の波長をλ２に安定化する。また、レーザ装
置Ｌ２の光の波長を波長安定化手段Ｒ２によりλａに安
定化し、さらに、レーザ装置Ｌ３の光の波長を波長安定
化手段Ｒ３によりλｂに安定化する。光パラメトリック
発振器ＯＰＯ（以下、ＯＰＯという）は、上記波長λａ
の光および上記レーザ装置Ｌ３が出力する波長λｂの光
の差周波λ１の光を出力する。そして、上記レーザ装置
Ｌ１が出力する波長λ２の光と、上記ＯＰＯが出力する
波長λ１の光を非線形光学結晶ＣＬＢＯに与え、その和
周波λ３を得ることにより、ＡｒＦエキシマレーザの出
力に相当する波長が１９３ｎｍ近傍のレーザ光を得る。

【００１２】また、同図（ｂ）においてはレーザ装置Ｌ
４，Ｌ５、波長安定化手段Ｒ４，Ｒ５として後述する図
２〜図１１に示す手段を用い、次のようにしてＫｒＦエ
キシマレーザが出力する波長２４８ｎｍに相当する波長
λ３の光を得ることができる。波長安定化手段Ｒ４によ
りレーザ装置Ｌ４の光の波長をλ２に安定化する。ま
た、レーザ装置Ｌ５の光の波長を波長安定化手段Ｒ５に
よりλ１に安定化する。そして、上記レーザ装置Ｌ４が
出力する波長λ２の光と、上記レーザ装置Ｌ５が出力す
る波長λ１の光を非線形光学結晶ＣＬＢＯに与え、その
和周波λ３の光を得ることにより、ＫｒＦエキシマレー
ザの出力に相当する波長が２４８ｎｍ近傍のレーザ光を
得る。

【００１３】上記波長λ１，λ２，λａ，λａの光を得
るには、図２〜図１１に示すようにＹＬＦレーザ光源、
ＹＡＧレーザ光源、チタンサファイア（以下、Ｔｉ：Ａ
ｌ₂Ｏ₃という）レーザ光源、あるいは半導体レーザ光
源を用い、これらの基本波や、これらの基本波から非線
形光学結晶により生成した高調波を用いることができ
る。

【００１４】また、上記第１、第２のコヒーレント光源
の出力光の波長を安定化するには、例えば、上記レーザ
装置Ｌ１〜Ｌ５の基本波や高調波を一部取り出し、後述
する図２〜図１１に示すように所望の波長とほぼ等しい
スペクトルを持つ原子の線スペクトル基準、分子の吸収
スペクトル基準と比較する。そして、位相敏感検波によ
り上記差分の一次微分を得て、これを誤差信号として、
レーザ装置Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４，Ｌ５のレーザ光源の共振
長の制御等を行うことにより出力光の波長を制御する。
これにより、上記レーザ装置Ｌ１〜Ｌ５の出力光の波長
を所望の波長に一致させることができる。なお、光ガル
バノ効果を用いて波長安定化を行ったり、さらに波長安
定度を高める必要がある場合には、飽和吸収の技術を利
用することもできる。

【００１５】図２〜図８は、前記した上記図１（ａ）
（ｂ）に示した光源装置において、波長２４８ｎｍのＫ
ｒＦエキシマレーザ、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマ
レーザの代替レーザを構成する際に使用されるレーザ
光、および原子の線スペクトル基準を示す表である。図
２〜図８において、例えば図２の〔１〕は図１（ａ）に
示す構成において１９３ｎｍの近傍の波長である波長１
９３．４４４６ｎｍの光を発生する場合に使用できるレ
ーザ光および原子の線スペクトル基準を示している。

【００１６】例えば、図２の〔１〕に示すように、下記
のようにして波長１９３．４４４６ｎｍの光を得ること
ができる。図１（ａ）に示すレーザ装置Ｌ１を、ＹＬＦレーザ
発振器と該レーザ発振器の出力光の５倍波を生成する非
線形光学結晶から構成し、波長安定化手段Ｒ１により上
記ＹＬＦレーザ発振器の基本波を中性のアルゴンのスペ
クトル（波長１０４７．００５ｎｍ；以下、ＡｒI スペ
クトルという）に安定化し、上記非線形光学結晶により
その５倍波（波長２０９．４０１ｎｍ）を得ることによ
り、波長λ２の光を発生する。

【００１７】レーザ装置Ｌ２としてＹＬＦレーザ発
振器と該レーザ光の２倍波を生成する非線形光学結晶を
用い、波長安定化手段Ｒ２によりＹＬＦレーザ発振器の
基本波をＡｒI のスペクトルにロックし、非線形光学結
晶により該波長の光の２倍波を得て、波長λａ（波長５
２３．５０２５ｎｍ）の光をＯＰＯに与える。また、例
えばレーザ装置Ｌ３として半導体レーザ発振器等を用
い、波長安定化手段Ｒ３によりその出力波長を１価のキ
セノンイオンのスペクトル（波長６５９．５０１ｎｍ；
以下、ＸｅIIスペクトルという）にロックし、該波長λ
ｂ（波長６５９．５０１ｎｍ）の光をＯＰＯシグナル光
としてＯＰＯに与える。ＯＰＯは上記波長λａ，λｂの
光の差周波（１／λ１＝１／λａ−１／λｂ）である波
長λ１（波長２５３８．６３４０）の光を発生する。

【００１８】上記で得た波長λ２の光と、上記
で得た波長λ１（波長２５３８．６３４０）の光を図１
（ａ）に示す非線形光学結晶ＣＬＢＯに照射し、その和
周波（１／λ１＋１／λ２＝１／λ３）である波長λ３
（波長１９３．４４４６ｎｍ）の光を得る。同様に、図
１（ａ）の構成において、図２〔２〕〜図４〔６〕、図
６〔１〕〜図７〔３〕により、波長１９３ｎｍの近傍の
波長の光を発生するＡｒＦエキシマレーザの代替レーザ
を構成することができる。

【００１９】すなわち、ＹＬＦレーザ発振器を用いる場
合、上記図２〔１〕以外に次のようにしてＡｒＦエキシ
マレーザの代替レーザを構成することができる。 (i) 図２〔２〕のように、中性のキセノンのスペクトル
ＸｅI(波長６５９．５５６ｎｍ）にロックされたＯＰＯ
シグナル光λｂと、ＹＬＦ基本波がＡｒI （波長１０４
７．００５ｎｍ）にロックされたＹＬＦの２倍波λａの
差周波からλ１を得て、ＹＬＦ基本波がＡｒI （波長１
０４７．００５ｎｍ）にロックされたＹＬＦの５倍波λ
２との和周波λ３（波長１９３．４３９９ｎｍ）を得
る。 (ii)図３〔３〕のように、中性のカルシウムのスペクト
ルＣａI （波長６５７．４６ｎｍ）にロックされたＯＰ
Ｏシグナル光λｂと、ＹＬＦ基本波がＡｒI （波長１０
４７．００５ｎｍ）にロックされたＹＬＦの２倍波λａ
の差周波からλ１を得て、ＹＬＦ基本波がＡｒI （波長
１０４７．００５ｎｍ）にロックされたＹＬＦの５倍波
λ２との和周波λ３（波長１９３．６２０９ｎｍ）を得
る。

【００２０】(iii) 図３〔４〕のように、ＸｅI （波長
６６２．００２ｎｍ）にロックされたＯＰＯシグナル光
λｂと、ＹＬＦ基本波がＡｒI （波長１０４７．００５
ｎｍ）にロックされたＹＬＦの２倍波λａの差周波から
λ１を得て、ＹＬＦ基本波がＡｒI （波長１０４７．０
０５ｎｍ）にロックされたＹＬＦの５倍波λ２との和周
波λ３（波長１９３．２３０５ｎｍ）を得る。 (iv)図４〔５〕のように、中性のヘリウムのスペクトル
ＨｅI （波長６６７．８１５ｎｍ）にロックされＯＰＯ
シグナル光λｂと、ＹＬＦ基本波がＡｒI （波長１０４
７．００５ｎｍ）にロックされたＹＬＦの２倍波λａの
差周波からλ１を得て、ＹＬＦ基本波がＡｒI （波長１
０４７．００５ｎｍ）にロックされたＹＬＦの５倍波λ
２との和周波λ３（波長１９２．７４０８ｎｍ）を得
る。

【００２１】(v) 図４〔６〕のように、中性のネオンの
スペクトルＮｅI （波長６５９．８９４９ｎｍ）にロッ
クされたＯＰＯシグナル光λｂと、ＹＬＦ基本波がＡｒ
I （波長１０４７．００５ｎｍ）にロックされたＹＬＦ
の２倍波λａの差周波からλ１を得て、ＹＬＦ基本波が
ＡｒI （波長１０４７．００５ｎｍ）にロックされたＹ
ＬＦの５倍波λ２との和周波λ３（波長１９３．４１０
７ｎｍ）を得る。また、ＹＡＧレーザ発振器を用いる場合、次のようにし
てＡｒＦエキシマレーザの代替レーザを構成することが
できる。 (vi)図６〔１〕のように、Ｎｅ1s₅-2p₁₀（波長７０３．
２４ｎｍ）にロックされたＯＰＯシグナル光λｂと、Ｓ
ｍ（サマリウム）遷移５３２．０６１ｎｍにロックされ
たＹＡＧ２倍波λｂの差周波からλ１を得て、ＹＡＧ２
倍波がＳｍ遷移５３２．０６１ｎｍにロックされたＹＡ
Ｇの５倍波λ２との和周波λ３（波長１９３．９４１１
ｎｍ）を得る。

【００２２】(vii) 図６〔２〕のように、Ｎｅ1s₂-2p₈
（波長７１７．３９３ｎｍ）にロックされたＯＰＯシグ
ナル光λｂと、Ｓｍ遷移５３２．０６１ｎｍにロックさ
れたＹＡＧ２倍波λａの差周波からλ１を得て、ＹＡＧ
２倍波がＳｍ遷移５３２．０６１ｎｍにロックされたＹ
ＡＧの５倍波λ２との和周波λ３（波長１９２．８９１
７ｎｍ）を得る。 (iix) 図７〔３〕のように、Ｈｅ1s₂p³P⁰-1s₃p³S（波長
７０６．５１９ｎｍ）にロックされたＯＰＯシグナル光
λｂと、Ｓｍ遷移５３２．０６１ｎｍにロックされたＹ
ＡＧ２倍波λａの差周波からλ１を得て、ＹＡＧ２倍波
がＳｍ遷移５３２．０６１ｎｍにロックされたＹＡＧの
５倍波λ２との和周波λ３（波長１９３．６９３２ｎ
ｍ）を得る。

【００２３】また、図２〜図８において、例えば図５
〔７〕は図１（ｂ）に示す構成において、上記２４８ｎ
ｍの近傍の波長である波長２４７．５９６７ｎｍの光を
発生する場合に使用できるレーザ光および原子の線スペ
クトル基準を示している。図５〔７〕に示すように、下
記のようにして波長２４７．５９６７ｎｍの光を得るこ
とができる。図１（ｂ）に示すレーザ装置Ｌ４を、ＹＬＦレーザ
発振器と該レーザ発振器の出力光の３倍波を生成する非
線形光学結晶から構成し、上記ＹＬＦレーザ発振器の基
本波を波長安定化手段Ｒ４によりＡｒI スペクトル（波
長１０４７．００５ｎｍ）にロックし、上記非線形光学
結晶によりその３倍波（波長３４９．００１６７ｎｍ）
を得て、波長λ２の光を発生する。

【００２４】レーザ装置Ｌ５としてＴｉ：Ａｌ₂Ｏ
₃レーザ発振器を用い、Ｔｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レーザ発振器
の基本波を波長安定化手段Ｒ５によりＡｒ1s₂-2p₄のス
ペクトル（波長８５２．１４３８ｎｍ）にロックし、波
長λ１の光を発生する。上記で得た波長λ２（波長３４９．００１６７ｎ
ｍ）の光と、上記で得た波長λ１（波長８５２．１４
３８ｎｍ）の光を図１（ｂ）に示す非線形光学結晶ＣＬ
ＢＯに照射し、その和周波（１／λ１＋１／λ２＝１／
λ３）である波長λ３（波長２４７．５９６７ｎｍ）の
光を得る。

【００２５】同様に、図１（ｂ）の構成において、図５
〔８〕〜〔１０〕、図７〔４〕〜図８〔７〕により、波
長２４８ｎｍの近傍の波長の光を発生するＫｒＦエキシ
マレーザの代替レーザを構成することができる。すなわ
ち、ＹＬＦレーザ発振器を用いる場合、上記図５〔７〕
以外に次のようにしてＫｒＦエキシマレーザの代替レー
ザを構成することができる。 (i) 図５〔８〕のように、セシウムのスペクトルＣｓの
Ｄ₂線、具体的には6S_1/ ₂→6P_3/2遷移（波長８５２．
１２４ｎｍ）にロックされたＴｉ：Ａｌ₂Ｏ₃波長λ１
と、ＹＬＦ基本波がＡｒI （波長１０４７．００５ｎ
ｍ）にロックされたＹＬＦの３倍波λ２とから和周波λ
３（波長２４７．５９５０ｎｍ）を得る。

【００２６】(ii)図５

〔９〕のように、Ｘｅ（波長８６
４．８５４ｎｍ）にロックされたＴｉ：Ａｌ₂Ｏ₃波長
λ１と、ＹＬＦ基本波がＡｒI （波長１０４７．００５
ｎｍ）にロックされたＹＬＦの３倍波λ２とから和周波
λ３（波長２４８．６５８５ｎｍ）を得る。 (iii) 図５〔１０〕のように、Ｘｅ（波長８６２．４２
４ｎｍ）にロックされたＴｉ：Ａｌ₂Ｏ₃波長λ１と、
ＹＬＦ基本波がＡｒI （波長１０４７．００５ｎｍ）に
ロックされたＹＬＦの３倍波λ２とから和周波λ３（波
長２４８．４５７２ｎｍ）を得る。また、ＹＡＧレーザ発振器を用いる場合、次のようにし
てＫｒＦエキシマレーザの代替レーザを構成することが
できる。

【００２７】(iv)図７〔４〕のように、クリプトンＫｒ
1s₂-2p₂（波長８２８．１０４７ｎｍ）にロックされた
Ｔｉ：Ａｌ₂Ｏ₃波長λ１と、ＹＡＧ２倍波がＳｍ遷移
５３２．０６１ｎｍにロックされたＹＡＧの３倍波λ２
とから和周波λ３（波長２４８．３３６０ｎｍ）を得
る。 (v) 図７〔５〕のように、ＫｒIs₄-2p₇（波長８２９．
８１０５ｎｍ）にロックされたＴｉ：Ａｌ₂Ｏ₃波長λ
１と、ＹＡＧ２倍波がＳｍ遷移５３２．０６１ｎｍにロ
ックされたＹＡＧの３倍波λ２とから和周波λ３（波長
２４８．４８９２ｎｍ）を得る。

【００２８】(vi)図８〔６〕のように、Ｋｒ1s₂-2p
₃（波長８２６．３２３７ｎｍ）にロックされたＴｉ：
Ａｌ₂Ｏ₃波長λ１と、ＹＡＧ２倍波がＳｍ遷移５３
２．０６１ｎｍにロックされたＹＡＧの３倍波λ２とか
ら和周波λ３（波長２４８．１７５６ｎｍ）を得る。 (vii) 図８〔７〕のように、Ｘｅ（波長８２８．０１２
ｎｍ）にロックされたＴｉ：Ａｌ₂Ｏ₃波長λ１と、Ｙ
ＡＧ２倍波がＳｍ遷移５３２．０６１ｎｍにロックされ
たＹＡＧの３倍波λ２とから和周波λ３（波長２４８．
３２７７ｎｍ）を得る。また、図２〜図８に示した原子吸収スペクトル以外に、
分子吸収スペクトルを使用することができ、例えば、サ
マリウム（Ｓｍ）の原子吸収スペクトルに換え、沃素
（Ｉ₂）の分子吸収スペクトルを使用することができ
る。

【００２９】図９〜図１１は、前記した上記図１（ａ）
（ｂ）に示した光源装置において、波長２４８ｎｍのＫ
ｒＦエキシマレーザ、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマ
レーザの代替レーザを構成する際に使用されるレーザ
光、および分子の吸収スペクトル基準を示す表である。
図９〜図１１において、例えば図９〔１〕は図１（ａ）
に示す構成において１９３ｎｍの近傍の波長である１９
４．００２６ｎｍの光を発生する場合に使用できるレー
ザ光および分子の吸収スペクトル基準を示している。

【００３０】例えば、図９〔１〕に示すように、下記の
ようにして波長１９４．００２６ｎｍの光を得ることが
できる。図１（ａ）に示すレーザ装置Ｌ１を、ＹＡＧレーザ
発振器と該レーザ発振器の出力光の５倍波を生成する非
線形光学結晶から構成し、波長安定化手段Ｒ１により上
記ＹＡＧレーザ発振器の２倍波を沃素（Ｉ₂）の分子吸
収スペクトル（波長５３２．２４６１ｎｍ）に安定化
し、上記非線形光学結晶により上記ＹＡＧレーザ発振器
の５倍波（波長２１２．８９８４ｎｍ）を得ることによ
り、波長λ２の光を得る。

【００３１】レーザ装置Ｌ２としてＹＡＧレーザ発
振器と該レーザ光の２倍波を生成する非線形光学結晶を
用い、波長安定化手段Ｒ２によりＹＡＧレーザ発振器の
２倍波をサマリウム（Ｓｍ）遷移５３２．０６１ｎｍに
ロックし、波長λａ（波長５３２．０６１ｎｍ）の光を
ＯＰＯに与える。また、例えばレーザ装置Ｌ３として半
導体レーザ発振器等を用い、波長安定化手段Ｒ３により
その出力波長をネオン（Ｎｅ）1s₂-2p₁₀（波長７０３．
２４ｎｍ）にロックし、該波長λｂ（波長７０３．２４
ｎｍ）の光をＯＰＯシグナル光としてＯＰＯに与える。
ＯＰＯは上記波長λａ，λｂの光の差周波（１／λ１＝
１／λａ−１／λｂ）である波長λ１（波長２１８５．
８２０６ｎｍ）の光を発生する。

【００３２】上記で得た波長λ２の光と、上記
で得た波長λ１（波長２１８５．８２０６ｎｍ）の光を
図１（ａ）に示す非線形光学結晶ＣＬＢＯに照射し、そ
の和周波（１／λ１＋１／λ２＝１／λ３）である波長
λ３（波長１９４．００２６ｎｍ）の光を得る。同様
に、図１（ａ）の構成において、図９の〔２〕、図１０
の〔３〕により、波長１９３ｎｍの近傍の光を発生する
ＡｒＦエキシマレーザの代替光源を構成することができ
る。

【００３３】すなわち、上記図９〔１〕以外に次のよう
にしてＡｒＦエキシマレーザの代替レーザを構成するこ
とができる。 (i) 図９〔２〕のように、Ｎｅ 1s₂-2p₈（波長７１７．
３９３ｎｍ）にロックされたＯＰＯシグナル光λｂと、
Ｓｍ遷移５３２．０６１ｎｍにロックされたＹＡＧの２
倍波λａの差周波からλ１を得て、ＹＡＧ２倍波がＩ₂
遷移５３２．２４６１ｎｍにロックされたＹＡＧ２倍波
λ２との和周波λ３（波長１９２．９５２５ｎｍ）を得
る。 (ii)図９〔３〕のように、ヘリウムＨｅ 1s₂p³P⁰-1s₃p³
S （波長７０６．５１９ｎｍ）にロックされたＯＰＯシ
グナル光λｂと、Ｓｍ遷移５３２．０６１ｎｍにロック
されたＹＡＧの２倍波λａの差周波からλ１を得て、Ｙ
ＡＧ２倍波がＩ₂遷移５３２．２４６１ｎｍにロックさ
れたＹＡＧ２倍波λ２との和周波λ３（波長１９３．７
５４５ｎｍ）を得る。

【００３４】また、図１０〔４〕は図１（ｂ）に示す構
成において、上記２４８ｎｍの近傍の波長である２４
８．３９６５ｎｍの光を発生する場合に使用できるレー
ザ光および分子の吸収スペクトル基準を示している。図
１０〔４〕に示すように、下記のようにして波長２４
８．３９６５ｎｍの光を得ることができる。図１（ｂ）に示すレーザ装置Ｌ４を、ＹＡＧレーザ
発振器と該レーザ発振器の出力光の３倍波を生成する非
線形光学結晶から構成し、波長安定化手段Ｒ４により上
記ＹＡＧレーザ発振器の２倍波をＩ₂遷移５３２．２４
６１ｎｍにロックし、上記非線形光学結晶により上記Ｙ
ＡＧレーザ発振器の３倍波（波長３５４．８３０７ｎ
ｍ）を得ることにより、波長λ２の光を発生する。

【００３５】レーザ装置Ｌ５としてＴｉ：Ａｌ₂Ｏ
₃レーザ発振器を用い、Ｔｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レーザ発振器
の基本波を波長安定化手段Ｒ５によりクリプトンＫｒ 1
s₂-2p₂のスペクトル（波長８２８．１０４７ｎｍ）にロ
ックし、波長λ１の光を発生する。上記で得た波長λ２（波長３５４．８３０７ｎ
ｍ）の光と、上記で得た波長λ１（波長８２８．１０
４７ｎｍ）の光を図１（ｂ）に示す非線形光学結晶ＣＬ
ＢＯに照射し、その和周波（１／λ１＋１／λ２＝１／
λ３）である波長λ３（波長２４８．３９６５ｎｍ）の
光を得る。同様に、図１（ｂ）の構成において、図１０
の〔５〕、図１１の〔６〕〔７〕により、波長２４８ｎ
ｍの近傍の光を発生するＫｒＦエキシマレーザの代替光
源を構成することができる。

【００３６】すなわち、上記図１０の〔４〕以外に次の
ようにしてＫｒＦエキシマレーザの代替レーザを構成す
ることができる。 (i) 図１０の〔５〕のように、Ｋｒ 1s₄-2p₇（波長８２
９．８１０５ｎｍ）にロックされたＴｉ：Ａｌ₂Ｏ₃波
長λ１と、ＹＡＧレーザ２倍波がＩ₂遷移５３２．２４
６１ｎｍにロックされたＹＡＧの３倍波λ２とから和周
波λ３（波長２４８．５４９７ｎｍ）を得る。 (ii)図１１の〔６〕のように、Ｋｒ 1s₂-2p₃（波長８２
６．３２３７ｎｍ）にロックされたＴｉ：Ａｌ₂Ｏ₃波
長λ１と、ＹＡＧレーザ２倍波がＩ₂遷移５３２．２４
６１ｎｍにロックされたＹＡＧの３倍波λ２とから和周
波λ３（波長２４８．２３６０ｎｍ）を得る。 (iii) 図１１の〔７〕のように、キセノンＸｅ（波長８
２８．０１２ｎｍ）にロックされたＴｉ：Ａｌ₂Ｏ₃波
長λ１と、ＹＡＧレーザ２倍波がＩ₂遷移５３２．２４
６１ｎｍにロックされたＹＡＧの３倍波λ２とから和周
波λ３（波長２４８．３８８１ｎｍ）を得る。本発明においては、上記のように波長安定化の基準とし
て、分子や原子の吸収線を利用しているので、絶対波長
安定化を行うことができ、しかも、吸収線のスペクトル
の線幅はドップラー広がりできまり、高々、ＧＨｚのオ
ーダなので波長安定化としては、１０^-6の精度を十分達
成することができる。

【００３７】ここで、図１（ａ）（ｂ）において、第１
のコヒーレント光源、第２のコヒーレント光源が出力す
る波長λ１，λ２のパルス光のタイミングは、パルス光
が上記非線形光学結晶ＣＬＢＯに到達する時刻で一致し
ていないと波長λ３の和周波光は大きな値とならない。
すなわち、光パルスは１ｎｓｅｃの間に３０ｃｍ進む。
和周波混合される各波長のもととなるレーザ発振器が完
全に同じタイミングで発振したとしても、光学系の配置
によって和周波混合される各波長のパルス光の光路長が
数１０ｃｍずれると、非線形光学結晶ＣＬＢＯに到達す
る時刻が数ｎｓｅｃずれる。

【００３８】ここで、光パルスの幅が例えば５ｎｓｅｃ
であると仮定すると、５ｎｓｅｃの光パルスに対し数ｎ
ｓｅｃのずれは深刻な問題であり、図１２に示すよう
に、波長λ１のパルス光と波長λ２のパルス光がずれる
ことにより、その和周波である波長λ３のパルス光の強
度は低下する。一方、和周波混合される各波長のもとと
なるレーザ発振器を完全に同じタイミングで発振させる
ことは難しく、どちらかが一定時間遅れる。この時間の
ずれが数ｎｓｅｃある場合、和周波混合される各波長の
パルス光の光路長を完全に同じにしても図１２に示すよ
うな結果を引き起こす。

【００３９】上記した問題を解決するため、本発明にお
いては、光路長や本来の発振タイミングのずれを十分吸
収できる可変遅延回路を内蔵したタイミング回路ＴＭを
設けている。そして、上記タイミング回路の出力パルス
を利用して、各レーザ発振器のＱスイッチの駆動タイミ
ングを調整する。これによって、図１３に示すように和
周波混合される各波長λ１とλ２の光が非線形光学結晶
ＣＬＢＯに到達する時刻を一致させることができる。そ
の結果、非線形相互作用時間が長くなり、十分に大きな
非線形分極を引き起こすことができ、その和周波である
波長λ３のパルス光の強度を大きくすることができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。（１）実施例１図１４は、本発明の第１の実施例の光源装置の構成を示
す図であり、本実施例は、前記図４〔６〕により光源装
置を構成した場合を示している。同図において、ＡｒＦ
エキシマレーザの出力光に相当した波長１９３ｎｍ近傍
の光は次のようにして生成される。

【００４１】(a) 波長λ２（波長２０９．４０１ｎｍ）
のレーザ光の発生Ｎｄ：ＹＬＦレーザ発振器から構成される連続発振シー
ダ１が出力する単一縦モードの出力光はビームサンプラ
ＢＳ１を介してＮｄ：ＹＬＦレーザ発振器２に与えられ
る。また、上記連続発振シーダ１が出力する単一縦モー
ドの光の一部は上記ビームサンプラＢＳ１により取り出
され、アルゴン放電管Ｂ１（以下Ａｒ放電管という）の
中を通過する。上記Ａｒ放電管Ｂ１内を光が通過すると
き、上記Ａｒ放電管Ｂ１内のアルゴン原子は、通過する
光を吸収し上の準位に遷移する。このとき吸収される光
の波長はガスによって所定の値が定まっており、中性の
アルゴンのスペクトル（以下ＡｒI のスペクトルとい
う）は、１０４７．００５ｎｍである。

【００４２】図１５はＡｒI のスペクトルを利用した波
長安定化手段の構成を示す図であり、図１４に示したも
のと同一のものには同一の符号が付されており、同図に
よりＡｒI スペクトルによる波長安定化について説明す
る。同図に示すように、Ａｒ放電管Ｂ１の電極は安定化
抵抗Ｒ１を介して放電管用電源Ｐ１と接続されており、
Ａｒ放電管Ｂ１は放電管用電源Ｐ１から印加される電圧
より放電している。また、Ａｒ放電管Ｂ１の両端部には
光学窓Ｗ１，Ｗ２が設けられており、連続発振シーダ１
が出力する単一縦モードの出力光はビームサンプラＢＳ
１を介して上記光学窓Ｗ１からＡｒ放電管Ｂ１内に入
り、光学窓Ｗ２から出射して光−電気変換増幅器ＯＥ１
に入射する。そして、Ａｒ放電管Ｂ１を光が通過すると
き、上記したようにＡｒI のスペクトルが吸収される。

【００４３】ここで、上記連続発振シーダ１の共振器ミ
ラーには共振器長を制御するための電歪素子が設けられ
ており、該電歪素子には直流バイアス回路ＤＢ１の出力
が与えられている。また、変調器ＭＤ１が出力するｆ１
Ｈｚの信号が上記直流バイアス回路ＤＢ１に与えられお
り、上記ｆ１Ｈｚの信号は直流バイアス回路ＤＢ１が出
力する直流電圧に重畳される。このため、上記共振器ミ
ラーはｆ１Ｈｚで微小振動し、連続発振シーダ１が出力
する単一縦モードの光波長は微小振動している。上記連
続発振シーダ１の出力光の波長がＡｒ放電管の吸収スペ
クトルの近傍で微小振動すると、上記光−電気変換器Ｏ
Ｅ１が出力する電気信号も微小変動し、この信号はｆ１
Ｈｚの周波数の信号を通過させるバンドパスフィルタＦ
１を介して位相敏感検波器Ｄ１に与えられる。

【００４４】一方、上記変調器ＭＤ１が出力するｆ１Ｈ
ｚの信号は、上記位相敏感検波器Ｄ１にも与えられ、位
相敏感検波器Ｄ１は上記光−電気変換器ＯＥ１が出力す
る微小振動の位相と上記変調器ＭＤ１が出力するｆ１Ｈ
ｚの信号の位相から連続発振シーダ１が出力する光の波
長が上記吸収スペクトルの波長より大きいか小さいかを
弁別し、連続発振シーダ１の出力光の波長と吸収スペク
トルの中心波長との誤差信号に相当した出力（上記吸収
スペクトルの一次微分に相当する）を発生する。

【００４５】位相敏感検波器Ｄ１の出力は、前記直流バ
イアス回路ＤＢ１に与えられ、直流バイアス回路ＤＢ１
は上記誤差信号に応じて直流バイアス値を制御し、上記
連続発振シーダ１の共振器ミラーの共振長を制御する。
このため、上記連続発振シーダ１の出力光の波長が上記
吸収スペクトルの中心波長からずれると、共振器ミラー
の共振長が制御され、連続発振シーダ１の出力光の波長
は１０４７．００５ｎｍに安定化される。

【００４６】なお、図１５では、ＡｒI スペクトルによ
る線形吸収による波長安定化について説明したが、その
他の原子の線形吸収スペクトルを用いて波長安定化を行
う場合にも、同様の構成で行うことができる。分子の線
形吸収スペクトルを利用して波長安定化を行う場合に
は、図１５において、Ａｒ放電管Ｂ１を沃素等の分子を
封入したセルに置き換えればよい。この場合には、放電
管用電源Ｐ１は不要である。また、光ガルバノ効果を用
いたり、飽和吸収を用いて波長安定化を行うこともで
き、これらを用いた波長安定化については後述する。

【００４７】図１４に戻り、上記波長安定化手段により
波長が１０４７．００５ｎｍに安定化された連続発振シ
ーダ１の単一縦モード光はＮｄ：ＹＬＦレーザ発振器２
に与えられ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ発振器２は、波長１０
４７．００５ｎｍに安定化された単一縦モード光が注入
される。一方、タイミング回路ＴＭにより駆動されるＱ
スイッチドライバＳＤ１が出力するｆ２Ｈｚ（ｆ２＞＞
ｆ１）の信号が上記Ｎｄ：ＹＬＦレーザ発振器２に与え
られ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ発振器２は波長が１０４７．
００５ｎｍに安定化されたｆ２Ｈｚでオンオフするパル
ス状のレーザ光を出力する。

【００４８】タイミング回路ＴＭは、前記したように光
路長や本来の発振タイミングのずれを十分吸収できる可
変遅延回路を備えており、上記可変遅延回路の遅延時間
を調整することにより、上記Ｎｄ：ＹＬＦレーザ発振器
２が出力するパルス光の出力タイミングが調整される。
上記パルス光はＬＢＯ（ＬｉＢ₃Ｏ₅）からなる２倍波
結晶３に入射し、第２高調波である波長５２３．５０２
５ｎｍの光に変換される。さらに、ＣＬＢＯ（Ｃs Ｌｉ
Ｂ₆Ｏ₁₀）からなる４倍波結晶４および５倍波結晶５に
入射し、第５高調波である波長２０９．４０１ｎｍの光
に変換される。

【００４９】(b) 波長λ１のレーザ光の発生上記(a) と同様、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ発振器から構成さ
れる連続発振シーダ１１が出力する単一縦モードの出力
光はビームサンプラＢＳ２を介してＮｄ：ＹＬＦレーザ
発振器１２に与えられる。また、上記連続発振シーダ１
１が出力する単一縦モードの光の一部は上記ビームサン
プラＢＳ２により取り出され、放電管用電源Ｐ２から印
加される電圧より励起されているＡｒ放電管Ｂ２の中を
通過する。

【００５０】上記Ａｒ放電管Ｂ２の中を通過する光は、
光−電気変換器ＯＥ２に入射し、電気信号に変換され、
位相敏感検波器Ｄ２に与えられる。位相敏感検波器Ｄ２
は前記したように、連続発振シーダ１１の出力光の波長
と吸収スペクトルの中心波長（波長１０４７．００５ｎ
ｍ）との誤差信号に相当した出力（上記吸収スペクトル
の一次微分に相当する）を発生する。位相敏感検波器Ｄ
２の出力は、前記直流バイアス回路ＤＢ２に与えられ、
直流バイアス回路ＤＢ１は上記誤差信号に応じて直流バ
イアス値を制御し、上記連続発振シーダ１１の共振器ミ
ラーの共振長を制御する。このため、上記連続発振シー
ダ１１の出力光の波長が上記吸収スペクトルの中心波長
からずれると、共振器ミラーの共振長が制御され、連続
発振シーダ１１の出力光の波長は１０４７．００５ｎｍ
に安定化される。

【００５１】上記波長が１０４７．００５ｎｍに安定化
された連続発振シーダ１１の単一縦モード光はＮｄ：Ｙ
ＬＦレーザ発振器１２に与えられ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ
発振器１２は、波長１０４７．００５ｎｍに安定化され
た単一縦モード光が注入される。また、タイミング回路
ＴＭにより出力タイミングが制御されるＱスイッチドラ
イバＳＤ２が出力するｆ２Ｈｚの信号が上記Ｎｄ：ＹＬ
Ｆレーザ発振器１２に与えられ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ発
振器１２は波長が１０４７．００５ｎｍに安定化された
ｆ２Ｈｚでオンオフするパルス状のレーザ光を出力す
る。上記波長が１０４７．００５ｎｍに安定化されたＮ
ｄ：ＹＬＦレーザ発振器１２の単一縦モードのパルス光
はＬＢＯ（ＬｉＢ₃Ｏ₅）からなる２倍波結晶１３に入
射し、第２高調波である波長５２３．５０２５ｎｍの光
に変換され、ＯＰＯ１４に入射する。

【００５２】一方、半導体レーザ発振器１６が出力する
単一縦モードの光の一部はビームサンプラＢＳ３により
取り出され、放電管用電源Ｐ３から印加される電圧より
励起されているネオン放電管（以下、Ｎｅ放電管とい
う）Ｂ３の中を通過する。上記Ｎｅ放電管Ｂ３内を光が
通過するとき、上記Ｎｅ放電管Ｂ３内のネオン原子は、
通過する光を吸収し上の準位に遷移する。このとき吸収
される光の波長は、中性のネオンのスペクトル（以下Ｎ
ｅI のスペクトルという）の場合、６５９．８９４９ｎ
ｍである。

【００５３】上記Ｎｅ放電管Ｂ３の中を通過する光は、
光−電気変換器ＯＥ３に入射し、電気信号に変換され、
位相敏感検波器Ｄ３に与えられる。ここで、上記半導体
レーザ発振器１６には、電流注入回路ＣＳから電流が注
入されており、この注入電流は変調器ＭＤ３が出力する
ｆ１Ｈｚの信号により変調される。このため、上記半導
体レーザ発振器１６の出力光の波長はＮｅ放電管の吸収
スペクトルの近傍で微小振動し、上記光−電気変換器Ｏ
Ｅ３が出力する電気信号も微小変動する。

【００５４】一方、前記したように上記変調器ＭＤ３が
出力するｆ１Ｈｚの信号は、位相敏感検波器Ｄ３にも与
えられ、位相敏感検波器Ｄ３は半導体レーザ発振器１６
の出力光の波長と上記吸収スペクトルの中心波長（波長
６５９．８９４９ｎｍ）との誤差信号に相当した出力
（上記吸収スペクトルの一次微分に相当する）を発生す
る。位相敏感検波器Ｄ３の出力は、温度制御器ＴＣに
与えられ、温度制御器ＴＣは上記誤差信号に応じて上記
半導体レーザ発振器１６の温度を制御する。これによ
り、上記上記半導体レーザ発振器１６の出力光の波長は
６５９．８９４９ｎｍに安定化される。

【００５５】波長が６５９．８９４９ｎｍに安定化され
た半導体レーザ発振器１６の出力光は、前記ビームサン
プラＢＳ３、およびミラーＭ２を介してＯＰＯ１４に入
射する。ＯＰＯ１４は前記２倍波結晶１３から出力され
る波長５２３．５０２５ｎｍのパルス光と、上記半導体
レーザ発振器１６から出力される波長６５９．８９４９
ｎｍの光が入射すると、上記波長５２３．５０２５ｎｍ
（＝λａ）、６５９．８９４９ｎｍ（＝λｂ）の光の差
周波（１／λ１＝１／λａ−１／λｂ）である波長２５
３２．８１４ｎｍ（＝λ１）のパルス光を発生する。

【００５６】(c) 波長λ３のレーザ光の発生前記(a) で説明した５倍波結晶５が発生する波長２０
９．４０１ｎｍのパルス光はミラーＭ１、レンズＬＮ
１、ビームスプリッタＢＳ４を介して、和周波結晶１５
に入射する。また、前記(b) で説明したＯＰＯ１４が発
生する上記波長２５３２．８１４ｎｍのパルス光は、レ
ンズＬＮ２、ビームスプリッタＢＳ４を介して和周波結
晶１５に入射する。

【００５７】ここで、前記したようにタイミング回路Ｔ
Ｍにより、上記波長２０９．４０１ｎｍのパルス光と上
記波長２５３２．８１４ｎｍのパルス光のタイミングを
調整することにより、前記図１０に示したように両パル
ス光が和周波結晶１５に到達する時刻を一致させること
ができる。和周波結晶１５は、上記波長２０９．４０１
ｎｍ（＝λ２）と上記波長２５３２．８１４ｎｍ（＝λ
１）のパルス光の和周波（１／λ３＝１／λ１＋１／λ
２）である波長１９３．４１０７ｎｍ（＝λ３）の光を
発生する。

【００５８】本発明の第１の実施例においては、上記の
ように、ＡｒI のスペクトルによりＮｄ：ＹＬＦレー
ザ発振器が出力するレーザ光の波長を１０４７．００５
ｎｍに安定化し、非線形光学結晶により上記レーザ光の
５倍波である波長２０９．４０１ｎｍ（＝λ２）の光を
生成し、また、ＡｒI のスペクトルによりＮｄ：ＹＬ
Ｆレーザ発振器が出力するレーザ光の波長を１０４７．
００５ｎｍに安定化し、非線形光学結晶により上記レー
ザ光の２倍波である５２３．５０２５ｎｍ（＝λａ）を
生成してＯＰＯに入射するとともに、ＮｅI のスペクト
ルにより半導体レーザ発振器が出力するレーザ光を６５
９．８９４９ｎｍ（＝λｂ）に安定化して上記ＯＰＯに
入射し、ＯＰＯにより、その差周波である波長２５３
２．８１４ｎｍ（＝λ１）の光を得て、上記、の
レーザ光を和周波結晶に入射して、１９３．４１０７ｎ
ｍの波長の光を得ているので、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ発振
器と半導体レーザ発振器を用いてＡｒＦエキシマレーザ
の代替光源を構成することができ、前記したエキシマレ
ーザの欠点であるハンドリングやメンテナンス上の問
題、連続運転による波長安定化の悪化といった問題を解
消することができる。

【００５９】また、波長安定化の基準として、原子の吸
収線を利用しているので、高精度な波長安定化を行うこ
とができる。さらに、タイミング回路により、上記と
のパルス光のタイミングを調整しているので、上記
、のレーザ光が和周波結晶に到達する時刻を一致さ
せることができ、和周波である波長１９３．４１０７ｎ
ｍの光の強度を十分に大きくすることができる。

【００６０】（２）実施例２図１６は、本発明の第２の実施例の光源装置の構成を示
す図であり、本実施例は、前記図６〔１〕により光源装
置を構成した場合を示している。同図において、ＡｒＦ
エキシマレーザの出力光に相当した波長１９３ｎｍ近傍
の光は次のようにして生成される。

【００６１】(a) 波長λ２（波長２１２．８２４４ｎ
ｍ）のレーザ光の発生Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器から構成される連続発振シー
ダ２１が出力する単一縦モードの出力光はＮｄ：ＹＡＧ
レーザ発振器２２に与えられ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振
器２２は、連続発振シーダ２１が出力する単一縦モード
光により励起される。また、タイミング回路ＴＭにより
出力タイミングが制御されるＱスイッチドライバＳＤ１
が出力するｆ２Ｈｚの信号が上記Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発
振器２２に与えられ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器２２は
ｆ２Ｈｚでオンオフするパルス状のレーザ光を出力す
る。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器２２が出力するパルス光
はＬＢＯからなる２倍波結晶２３に入射し、第２高調波
である波長５３２．０６１ｎｍに変換され、ビームサン
プラＢＳ１を介してＣＬＢＯからなる４倍波結晶２４に
入射する。

【００６２】また、上記２倍波結晶２３が出力するパル
ス光の一部はビームサンプラＢＳ１により取り出され、
放電管用電源Ｐ１から印加される電圧より励起されてい
るサマリウム放電管（以下Ｓｍ放電管という）Ｂ４の中
を通過する。上記Ｓｍ放電管Ｂ４内を光が通過すると
き、上記Ｓｍ放電管Ｂ４内のサマリウム原子（以下、Ｓ
ｍという）は、通過する光を吸収し上の準位に遷移す
る。このとき吸収される光の波長は、５３２．０６１ｎ
ｍである。上記Ｓｍ放電管Ｂ４の中を通過する光は、光
−電気変換器ＯＥ１に入射し、電気信号に変換され、位
相敏感検波器Ｄ１に与えられる。位相敏感検波器Ｄ１は
前記したように、２倍波結晶２３の出力光の波長と吸収
スペクトルの中心波長（波長５３２．０６１ｎｍ）との
誤差信号に相当した出力（上記吸収スペクトルの一次微
分に相当する）を発生する。

【００６３】位相敏感検波器Ｄ１の出力は、前記直流バ
イアス回路ＤＢ１に与えられ、放出されるＹＡＧ基本波
が、その２倍波が波長５３２．０６１ｎｍとなるように
連続発振シーダ２１の共振器ミラーの共振長が制御さ
れ、２倍波結晶２３の出力光の波長は５３２．０６１ｎ
ｍに安定化される。波長が５３２．０６１ｎｍに安定化
された２倍波結晶２３の出力光は、ＣＬＢＯからなる４
倍波結晶２４および５倍波結晶２５に入射し、第４高調
波である波長２６６．０３ｎｍの光、第５高調波である
波長２１２．８２４４ｎｍの光に変換される。

【００６４】(b) 波長λ１（波長２１８５．８２１ｎ
ｍ）のレーザ光の発生上記(a) と同様、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器から構成さ
れる連続発振シーダ３１が出力する単一縦モードの出力
光はＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器３２に与えられ、Ｎｄ：
ＹＡＧレーザ発振器３２は、連続発振シーダ３１が出力
する単一縦モード光により励起される。また、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧレーザ発振器３２はＱスイッチドライバＳＤ２が出
力するｆ２Ｈｚの信号により、ｆ２Ｈｚでオンオフする
パルス状のレーザ光を出力する。

【００６５】Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器３２が出力する
パルス光はＬＢＯからなる２倍波結晶３３に入射し、第
２高調波である波長５３２．０６１ｎｍに変換され、ビ
ームサンプラＢＳ１を介してＯＰＯ３４に入射する。ま
た、上記２倍波結晶３３が出力するパルス光の一部はビ
ームサンプラＢＳ２により取り出され、放電管用電源Ｐ
２から印加される電圧より励起されているＳｍ放電管Ｂ
５の中を通過し、光−電気変換器ＯＥ２に入射して電気
信号に変換される。そして、位相敏感検波器Ｄ２に与え
られ、前記したように２倍波結晶３３の出力光の波長は
Ｓｍの吸収スペクトルである５３２．０６１ｎｍに安定
化される。

【００６６】一方、前記第１の実施例と同様、半導体レ
ーザ発振器１６が出力する単一縦モードの光の一部はビ
ームサンプラＢＳ３により取り出され、放電管用電源Ｐ
３から印加される電圧より励起されているネオン放電管
（以下、Ｎｅ放電管という）Ｂ３の中を通過して、光−
電気変換器ＯＥ３に入射し、電気信号に変換される。そ
して、位相敏感検波器Ｄ３に与えられ、前記したように
半導体レーザ発振器１６の出力光はＮｅ 1s₅-2p₁₀の吸
収スペクトルである７０３．２４ｎｍに安定化される。

【００６７】波長が７０３．２４ｎｍに安定化された半
導体レーザ発振器１６の出力光は、前記ビームサンプラ
ＢＳ３、およびミラーＭ２を介してＯＰＯ３４に入射す
る。ＯＰＯ３４は前記２倍波結晶３３から出力される波
長５３２．０６１ｎｍ（＝λａ）のパルス光と、上記半
導体レーザ発振器１６から出力される波長７０３．２４
ｎｍ（＝λｂ）の光が入射すると、その差周波（１／λ
１＝１／λａ−１／λｂ）である波長２１８５．８２０
６ｎｍ（＝λ１）のパルス光を発生する。

【００６８】(c) 波長λ３のレーザ光の発生前記(a) で説明した５倍波結晶２５が発生する波長２１
２．８２４４ｎｍ（＝λ２）のパルス光はミラーＭ１、
レンズＬＮ１、ビームスプリッタＢＳ４を介して、和周
波結晶１５に入射し、また、前記(b) で説明したＯＰＯ
３４が発生する上記波長２１８５．８２０６ｎｍ（＝λ
１）のパルス光は、レンズＬＮ２、ビームスプリッタＢ
Ｓ４を介して和周波結晶１５に入射し、和周波結晶１５
は、その和周波（１／λ３＝１／λ１＋１／λ２）であ
る波長１９３．９４１１ｎｍ（＝λ３）の光を発生す
る。

【００６９】なお、上記実施例では、波長を５３２．０
６１ｎｍに安定化するため、Ｓｍ放電管Ｂ４，Ｂ５を使
用しているが、Ｓｍ放電管Ｂ４，Ｂ５を沃素（Ｉ₂）を
封入した沃素吸収セルに替え、Ｉ₂の分子吸収スペクト
ルを使用して波長を安定化してもよい。また、Ｎｅ放電
管の代わりに波長の安定化にキセノン（Ｘｅ）放電管を
使用してもよい。

【００７０】本発明の第２の実施例においては、上記の
ように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器が出力するレーザ
光の２倍波の波長をＳｍのスペクトルにより５３２．０
６１ｎｍに安定化して波長２１２．８２４４ｎｍ（＝λ
２）の光を生成し、また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器
が出力するレーザ光の２倍波の波長をＳｍのスペクトル
により５３２．０６１ｎｍに安定化するとともに、Ｎｅ
1s₅-2p₁₀のスペクトルにより半導体レーザ発振器が出
力するレーザ光を７０３．２４ｎｍ（＝λｂ）に安定化
してＯＰＯに入射し、ＯＰＯにより、その差周波である
波長２１８５．８２０６ｎｍ（＝λ１）の光を得て、
上記、のレーザ光を和周波結晶に入射して、その和
周波である１９３．９４１１ｎｍの波長の光を得ている
ので、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器を用いてＡｒＦエキシ
マレーザの代替光源を構成することができ、前記したエ
キシマレーザの欠点であるハンドリングやメンテナンス
上の問題、連続運転による波長安定化の悪化といった問
題を解消することができる。また、第１の実施例と同
様、高精度な波長安定化を行うことができるとともに、
上記、のレーザ光が和周波結晶に到達する時刻を一
致させることができ、和周波である波長１９３．９４１
１ｎｍの光の強度を十分に大きくすることができる。

【００７１】（３）実施例３図１７は、本発明の第３の実施例の光源装置の構成を示
す図であり、本実施例は、前記図５〔１０〕により光源
装置を構成した場合を示している。同図において、Ｋｒ
Ｆエキシマレーザの出力光に相当した波長２４８ｎｍ近
傍の光は次のようにして生成される。

【００７２】(a) 波長λ２（波長３４９．００１６７ｎ
ｍ）のレーザ光の発生波長５２３．５０２５ｎｍのレーザ光を得るまでの構成
は第１の実施例の(a)と同じであり、Ｎｄ：ＹＬＦレー
ザ発振器から構成される連続発振シーダ４１が出力する
単一縦モードの光の一部をビームサンプラＢＳ１により
取り出し、ＡｒI のスペクトルである１０４７．００５
ｎｍに安定化する。連続発振シーダ４１が出力する単一
縦モードの出力光はビームサンプラＢＳ１を介してＮ
ｄ：ＹＬＦレーザ発振器４２に与えられる。

【００７３】上記Ｎｄ：ＹＬＦレーザ発振器４２が出力
するパルス光はＬＢＯからなる２倍波結晶４３に入射し
第２高調波である波長５２３．５０２５ｎｍの光に変換
され、さらに、ＣＬＢＯからなる３倍波結晶４４に入射
し、第３高調波である波長３４９．００１６７ｎｍの光
に変換される。 (b) 波長λ１（波長８６２．４２４ｎｍ）のレーザ光の
発生タイミング回路ＴＭにより出力タイミングが制御される
ＱスイッチドライバＳＤ２の出力であるｆ２Ｈｚの信号
により制御されるＮｄ：ＹＬＦレーザ発振器５１の出力
光がＬＢＯからなる２倍波結晶５２に入射して、第２高
調波に変換され、Ｔｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レーザ発振器５３に
与えられる。

【００７４】Ｔｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レーザ発振器５３の出力
光の一部は、ビームサンプラＢＳ２により取り出され、
Ｘｅ放電管Ｂ７の中を通過して光−電気変換器ＯＥ２に
入射し、電気信号に変換される。そして、前記したよう
に位相敏感検波器Ｄ２に与えられ、Ｔｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レ
ーザ発振器４３の出力光の波長はＸｅの吸収スペクトル
である８６２．４２４ｎｍに安定化される。

【００７５】(c) 波長λ３のレーザ光の発生前記(a) で説明した３倍波結晶４４が発生する波長３４
９．００１６７ｎｍ（＝λ２）のパルス光はミラーＭ
１、レンズＬＮ１、ビームスプリッタＢＳ４を介して、
和周波結晶１５に入射し、また、前記(b) で説明したＴ
ｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レーザ発振器５３が発生する上記波長８
６２．４２４ｎｍ（＝λ１）のパルス光は、レンズＬＮ
２、ビームスプリッタＢＳ４を介して和周波結晶１５に
入射し、和周波結晶１５は、その和周波（１／λ３＝１
／λ１＋１／λ２）である波長２４８．４５７２ｎｍ
（＝λ３）の光を発生する。なお、上記実施例では、波
長を８２６．４２４ｎｍに安定化するため、Ｘｅ放電管
Ｂ７を使用しているが、Ｘｅ放電管Ｂ７の代わりに、波
長の安定化にＡｒ放電管を使用したり、Ｃｓ吸収セルを
用いることもできる。

【００７６】本発明の第３の実施例においては、上記の
ように、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ発振器が出力するレーザ
光をＡｒI のスペクトルにより５３２．０６１ｎｍに安
定化することにより波長３４９．００１６７ｎｍ（＝λ
２）の光を発生し、また、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ発振器
が出力するレーザ光の２倍波の波長によりＴｉ：Ａｌ ₂
Ｏ₃レーザ発振器を励起し、上記Ｔｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レー
ザ発振器の出力をＸｅのスペクトルにより８６２．４２
４ｎｍに安定化し、上記、のレーザ光を和周波結
晶に入射して、その和周波である２４８．４５７２ｎｍ
の波長の光を得ているので、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ発振器
とＴｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レーザ発振器を用いてＫｒＦエキシ
マレーザの代替光源を構成することができ、前記したよ
うにエキシマレーザの欠点であるハンドリングやメンテ
ナンス上の問題、連続運転による波長安定化の悪化とい
った問題を解消することができる。また、第１，２の実
施例と同様、高精度な波長安定化を行うことができると
ともに、上記、のレーザ光が和周波結晶に到達する
時刻を一致させることができ、和周波である波長２４
８．４５７２ｎｍの光の強度を十分に大きくすることが
できる。

【００７７】（４）実施例４図１８は、本発明の第４の実施例の光源装置の構成を示
す図であり、本実施例は、前記図８〔７〕により光源装
置を構成した場合を示している。同図において、ＫｒＦ
エキシマレーザの出力光に相当した波長２４８ｎｍ近傍
の光は次のようにして生成される。

【００７８】(a) 波長λ２（波長３５４．７０７３３ｎ
ｍ）のレーザ光の発生波長５３２．０６１ｎｍのレーザ光を得るまでの構成は
第２の実施例の(a) と同じであり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
発振器から構成される連続発振シーダ６１が出力する単
一縦モードの出力光はＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器６２に
与えられる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器６２の出力光は
ＬＢＯからなる２倍波結晶６３に与えられ第２高調波に
変換される。その出力光の一部はビームサンプラＢＳ１
により取り出され、Ｓｍ放電管Ｂ８の中を通過して光−
電気変換器ＯＥ１に入射し、電気信号に変換される。該
電気信号は、位相敏感検波器Ｄ１に与えられ、前記した
ように２倍波結晶６３の出力光の波長はＳｍの吸収スペ
クトルである５３２．０６１ｎｍに安定化される。

【００７９】上記２倍波結晶６３の出力光はさらにＣＬ
ＢＯからなる３倍波結晶６４に入射し、波長３５４．７
０７３３ｎｍの光に変換される。 (b) 波長λ１（波長８２８．０１２ｎｍ）のレーザ光の
発生タイミング回路ＴＭにより出力タイミングが制御される
ＱスイッチドライバＳＤ２の出力であるｆ２Ｈｚの信号
により制御されるＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器７１の出力
光がＬＢＯからなる２倍波結晶７２に入射して、第２高
調波に変換され、Ｔｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レーザ発振器７３に
与えられる。Ｔｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レーザ発振器７３の出力
光の一部は、ビームサンプラＢＳ２により取り出され、
Ｘｅ放電管Ｂ７の中を通過して光−電気変換器ＯＥ２に
入射し、電気信号に変換される。そして、位相敏感検波
器Ｄ２に与えられ、Ｔｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レーザ発振器７３
の出力光の波長はＸｅの吸収スペクトルである８２８．
０１２ｎｍに安定化される。

【００８０】(c) 波長λ３のレーザ光の発生前記(a) で説明した３倍波結晶６４が発生する波長３５
４．７０７３３ｎｍ（＝λ２）のパルス光はミラーＭ
１、レンズＬＮ１、ビームスプリッタＢＳ４を介して、
和周波結晶１５に入射し、また、前記(b) で説明したＴ
ｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レーザ発振器７３が発生する上記波長８
２８．０１２ｎｍ（＝λ１）のパルス光は、レンズＬＮ
２、ビームスプリッタＢＳ４を介して和周波結晶１５に
入射し、和周波結晶１５は、その和周波（１／λ３＝１
／λ１＋１／λ２）である波長２４８．３２７７ｎｍ
（＝λ３）の光を発生する。なお、上記実施例では、波
長を５３２．０６１ｎｍに安定化するため、Ｓｍ放電管
Ｂ７を使用しているが、Ｓｍ放電管Ｂ７の代わりに、Ｉ
₂セルを用いて波長を安定化することもできる。また、
波長を８２８．０１２ｎｍに安定化するため、Ｘｅ放電
管Ｂ９を使用しているが、波長の安定化にクリプトン
（Ｋｒ）放電管を使用してもよい。

【００８１】本発明の第４の実施例においては、上記の
ように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器が出力するレーザ
光をＳｍのスペクトルにより５３２．０６１ｎｍに安定
化することにより波長３５４．７０７ｎｍ（＝λ２）の
光を生成し、また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器が出力
するレーザ光の２倍波の波長によりＴｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レ
ーザ発振器を励起し、上記Ｔｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レーザ発振
器の出力をＸｅのスペクトルにより８２８．０１１ｎｍ
に安定化し、上記、のレーザ光を和周波結晶に入
射して、その和周波である２４８．３２７７ｎｍの波長
の光を得ているので、Ｎｄ：ＹＡＦレーザ発振器とＴ
ｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レーザ発振器を用いてＫｒＦエキシマレ
ーザの代替光源を構成することができ、前記したように
エキシマレーザの欠点であるハンドリングやメンテナン
ス上の問題、連続運転による波長安定化の悪化といった
問題を解消することができる。また、第１，２，３の実
施例と同様、高精度な波長安定化を行うことができると
ともに、上記、のレーザ光が和周波結晶に到達する
時刻を一致させることができ、和周波である波長２４
８．３２７７ｎｍの光の強度を十分に大きくすることが
できる。

【００８２】（５）波長安定化手段の他の実施例上記第１〜第４の実施例では、放電管における原子の線
形吸収を利用して波長安定化を行う実施例を示したが、
本発明においては、上記方法以外に光ガルバノ効果を用
いて波長安定化を行ったり、さらに波長安定度を高める
必要がある場合には、飽和吸収の技術を利用することも
できる。以下、上記光ガルバノ効果を用いた波長安定
化、および飽和吸収の技術を用いた波長安定化について
説明する。

【００８３】(a) 光ガルバノ効果を用いた波長安定化
（ＹＬＦ基本波の安定化の例）図１９はホローカソード型のＡｒ放電管を用い、光ガル
バノ効果によりＮｄ：ＹＬＦレーザ発振器の基本波を安
定化する場合を示しており、前記図１５に示したものと
同一のものには同一の符号が付されている。同図に示す
ように、ホローカソード型のＡｒ放電管Ｂ１０（以下Ａ
ｒ放電管と略記する）の電極は安定化抵抗器Ｒ１および
電流検出用抵抗器Ｒ２を介して放電管用電源Ｐ１と接続
されており、Ａｒ放電管Ｂ１０は放電管用電源Ｐ１から
印加される電圧より放電している。

【００８４】また、Ａｒ放電管Ｂ１０には光学窓Ｗ１が
設けられており、連続発振シーダ１が出力する単一縦モ
ードの波長１０４７．００５ｎｍの出力光はビームサン
プラＢＳ１を介して上記光学窓Ｗ１からＡｒ放電管１０
内に入る。さらに、上記電流検出用抵抗器Ｒ２のＡｒ放
電管Ｂ１０側にはコンデンサＣ１を介して周波数ｆ１Ｈ
ｚの信号を通過させるパンドパスフィルタＦ１が接続さ
れている。

【００８５】上記構成において、Ａｒ放電管Ｂ１０の放
電電流はＡｒ放電管Ｂ１０に入射する光の波長に依存
し、Ａｒ放電管の場合は、ＡｒI のスペクトルである１
０４７．００５ｎｍの波長の光が入射したとき、放電電
流が増加する。本実施例における波長安定化は上記光ガ
ルバノ効果を利用してＹＬＦレーザ発振器の基本波を安
定化するものであり、上記放電電流の変化を電流検出用
抵抗器Ｒ２により検出し、コンデンサＣ１、バンドパス
フィルタＦ１を介して位相敏感検波器Ｄ１に与える。

【００８６】一方、前記したように、変調器ＭＤ１が出
力するｆ１Ｈｚの信号が直流バイアス回路ＤＢ１が出力
する直流電圧に重畳されており、連続発振シーダ１の共
振器ミラーはｆ１Ｈｚで微小振動し、連続発振シーダ１
の出力光の波長がＡｒ放電管の吸収スペクトルの近傍で
微小振動している。このため、上記光−電気変換器ＯＥ
１が出力する電気信号も微小変動し、この信号はｆ１Ｈ
ｚの周波数の信号を通過させるバンドパスフィルタＦ１
を介して位相敏感検波器Ｄ１に与えられる。また、上記
変調器ＭＤ１が出力するｆ１Ｈｚの信号は位相敏感検波
器Ｄ１にも与えられ、位相敏感検波器Ｄ１は前記したよ
うに連続発振シーダ１の出力光の波長とＡｒI のスペク
トルの中心波長との誤差信号に相当した出力を発生す
る。位相敏感検波器Ｄ１の出力は、直流バイアス回路Ｄ
Ｂ１に与えられ、前記したように、連続発振シーダ１の
共振器ミラーの共振長を制御され、連続発振シーダ１の
出力光の波長が１０４７．００５ｎｍに安定化される。

【００８７】(b) 光ガルバノ効果を用いた波長安定化
（ＹＡＧ２倍波の安定化の例）図２０はホローカソード型のＳｍ放電管Ｂ１１を用い、
光ガルバノ効果によりＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器の２倍
波を安定化する場合を示しており、前記図１９に示した
ものと同一のものには同一の符号が付されている。本実
施例の構成および動作はホローカソード型のＡｒ放電管
がホローカソード型のＳｍ放電管である点を除き基本的
には上記(a) と同じであり、本実施例の場合、ＹＡＧレ
ーザ発振器の２倍波は、Ｓｍのスペクトルである５３
２．０６１ｎｍに安定化される。

【００８８】(c) 飽和吸収を利用した波長安定化（ＹＬ
Ｆ基本波の安定化の例）図２１はホローカソード型のＡｒ放電管を用い、飽和吸
収を利用してＮｄ：ＹＬＦレーザ発振器の基本波を安定
化する場合を示しており、前記図１５に示したものと同
一のものには同一の符号が付されている。同図に示すよ
うに、Ａｒ放電管Ｂ１０の電極は安定化抵抗器Ｒ１およ
び電流検出用抵抗器Ｒ２を介して放電管用電源Ｐ１と接
続されており、Ａｒ放電管Ｂ１０は放電管用電源Ｐ１か
ら印加される電圧より放電している。また、Ａｒ放電管
Ｂ１には光学窓Ｗ１，Ｗ２が設けられており、連続発振
シーダ１が出力する単一縦モードの波長１０４７．００
５ｎｍの出力光の一部はビームサンプラＢＳ１で取り出
され、ビームスプリッタＢＳ１０で２分割されその一部
が、ミラーＭ１０で反射され、上記光学窓Ｗ２からＡｒ
放電管Ｂ１０内に入り、ビームスプリッタＢＳ１１を介
して光電気−変換増幅器ＯＥ１に入射する。また、ビー
ムスプリッタＢＳ１０に入射した光の他の一部がビーム
スプリッタＢＳ１１で反射されてＡｒ放電管Ｂ１０に入
射する。

【００８９】上記構成において、角周波数ωの入射光
は、ＡｒI の吸収線の中央にないときは、図２２（ａ）
の２か所の速度分布をもつ原子を吸収する。しかし、ω
が上記スペクトルの中心ω0 に一致すると、同一の速
度、即ち速度＝０の原子しか吸収に寄与できなくなり、
吸収に飽和が生ずる。このため、吸収強度は図２２
（ｂ）に示すように変化する。この信号は前記した線形
吸収にくらべスペクトル幅が数十分の一以下となる。

【００９０】本実施例における波長安定化は上記飽和吸
収を利用してＹＬＦレーザ発振器の基本波を安定化する
ものであり、上記光電気−変換増幅器ＯＥ１の出力をバ
ンドパスフィルタＦ１を介して位相敏感検波器Ｄ１に与
える。そして、前記したように位相敏感検波器Ｄ１の出
力により連続発振シーダ１の共振器ミラーの共振長を制
御し、その出力光の波長を１０４７．００５ｎｍに安定
化する。上記のような飽和吸収を用いて波長の安定化を
行うことにより、前記した線形吸収を利用した波長安定
化にくらべ波長の安定度を飛躍的に向上させることがで
きる。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
以下の効果を得ることができる。（１）固体レーザ光源と非線形光学結晶から光源装置を
構成し、該光源装置の出力光の波長をＫｒＦエキシマレ
ーザ、ＡｒＦエキシマレーザの出力光の波長にほぼ一致
させているので、操作性がよくメインテナンス費用も低
廉で、連続運転とともに波長安定化が悪化するといった
問題のない、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレ
ーザの代替光源を提供することができる。（２）波長安定化を原子または分子の吸収スペクトルあ
るいは光ガルバノスペクトルを基準として行っているの
で、波長安定性のよい光源を提供することができる。（３）第１、第２のコヒーレント光源から放出される光
パルスが上記和周波を得る非線形光学結晶に略同一時刻
に到達するように、上記第１、第２のコヒーレント光源
から放出される光パルスのタイミングを調整する手段を
設けているので、上記非線形光学結晶から出力される和
周波光の強度を十分に大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す図である。

【図２】波長248nm,193nm のレーザ光の発生に使用され
るレーザ光、原子の線スペクトル基準を示す表（１）で
ある。

【図３】波長248nm,193nm のレーザ光の発生に使用され
るレーザ光、原子の線スペクトル基準を示す表（２）で
ある。

【図４】波長248nm,193nm のレーザ光の発生に使用され
るレーザ光、原子の線スペクトル基準を示す表（３）で
ある。

【図５】波長248nm,193nm のレーザ光の発生に使用され
るレーザ光、原子の線スペクトル基準を示す表（４）で
ある。

【図６】波長248nm,193nm のレーザ光の発生に使用され
るレーザ光、原子の線スペクトル基準を示す表（５）で
ある。

【図７】波長248nm,193nm のレーザ光の発生に使用され
るレーザ光、原子の線スペクトル基準を示す表（６）で
ある。

【図８】波長248nm,193nm のレーザ光の発生に使用され
るレーザ光、原子の線スペクトル基準を示す表（７）で
ある。

【図９】波長248nm,193nm のレーザ光の発生に使用され
るレーザ光、分子の吸収スペクトル基準を示す表（１）
である。

【図１０】波長248nm,193nm のレーザ光の発生に使用さ
れるレーザ光、分子の吸収スペクトル基準を示す表
（２）である。

【図１１】波長248nm,193nm のレーザ光の発生に使用さ
れるレーザ光、分子の吸収スペクトル基準を示す表
（３）である。

【図１２】波長λ１とλ２のパルス光が非線形光学結晶
ＣＬＢＯに到達する時刻がずれた場合を示す図である。

【図１３】波長λ１とλ２のパルス光が非線形光学結晶
ＣＬＢＯに到達する時刻が一致している場合を示す図で
ある。

【図１４】本発明の第１の実施例の光源装置の構成を示
す図である。

【図１５】ＡｒI のスペクトルを利用した波長安定化手
段の構成を示す図である。

【図１６】本発明の第２の実施例の光源装置の構成を示
す図である。

【図１７】本発明の第３の実施例の光源装置の構成を示
す図である。

【図１８】本発明の第４の実施例の光源装置の構成を示
す図である。

【図１９】光ガルバノ効果を利用したＡｒ放電管による
波長安定化手段の構成を示す図である。

【図２０】光ガルバノ効果を利用したＳｍ放電管による
波長安定化手段の構成を示す図である。

【図２１】飽和吸収を利用した波長安定化手段の構成を
示す図である。

【図２２】飽和吸収による波長安定化を説明する図であ
る。

【図２３】従来技術における波長安定化を説明する図で
ある。

【符号の説明】

Ｌ１〜Ｌ５レーザ装置Ｒ１〜Ｒ５波長安定化手段１，１１，Ｎｄ：ＹＬＦ連続発振シーダ２，１２Ｎｄ：ＹＬＦレーザ３，１３２倍波結晶（LBO ）４，２４４倍波結晶（CLBO）５，２５５倍波結晶（CLBO）１４光パラメトリック発振器１５和周波結晶（CLBO）１６半導体レーザ２１，３１Ｎｄ：ＹＡＧ連続発振シーダ２２，３２Ｎｄ：ＹＡＧレーザ２３，３３２倍波結晶（LBO ）３４光パラメトリック発振器４１Ｎｄ：ＹＬＦ連続発振シーダ４２，５１Ｎｄ：ＹＬＦレーザ４３，５２２倍波結晶（LBO ）４４３倍波結晶（CLBO）５３チタンサファイアレーザ６１，７１Ｎｄ：ＹＡＧ連続発振シーダ６２Ｎｄ：ＹＡＧレーザ６３，７２２倍波結晶（LBO ）６４３倍波結晶（CLBO）７３チタンサファイアレーザＯＥ１〜ＯＥ３光−電気変換増幅器Ｄ１〜Ｄ３位相敏感検波器ＭＤ１〜ＭＤ３変調器ＤＢ１〜ＤＢ２直流バイアス回路Ｐ１〜Ｐ３放電管用電源ＢＳ１〜ＢＳ３ビームサンプラＢＳ４ビームスプリッタＳＤ１，ＳＤ２ＱスイッチドライバＴＭタイミング回路ＣＳ電流注入回路ＴＣ温度制御器Ｍ１，Ｍ２ミラーＬＮ１，ＬＮ２レンズＢ１，Ｂ２，Ｂ６Ａｒ放電管Ｂ３Ｎｅ放電管Ｂ４，Ｂ５，Ｂ８Ｓｍ放電管Ｂ７Ｘｅ放電管Ｂ１０ホローカソード型Ａｒ放電管Ｂ１１ホローカソード型Ｓｍ放電管ＢＳ１０ビームスプリッタＢＳ１１ビームスプリッタＭ１０ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源と非線形光学結晶から構成さ
れる第１のコヒーレント光源と、レーザ光源と非線形光
学結晶から構成される第２のコヒーレント光源と、上記第１、第２のコヒーレント光源から放出される光の
和周波を得る非線形光学結晶から構成される光源装置で
あって、上記第１、第２のコヒーレント光源から放出される光パ
ルスが上記和周波を得る非線形光学結晶に略同一時刻に
到達するように、上記第１、第２のコヒーレント光源か
ら放出される光パルスのタイミングを調整する手段と、上記第１、第２のコヒーレント光源から放出される光パ
ルスの波長を原子または分子の吸収スペクトルあるいは
光ガルバノスペクトルを基準として安定化する波長安定
化手段とを備えており、上記波長安定化手段は、位相敏感検波器により上記第
１，第２のコヒーレント光源のレーザ光源もしくは非線
形光学結晶から放出される光の波長と原子または分子の
吸収スペクトルあるいは光ガルバノスペクトルとの誤差
信号を求め、該誤差信号を上記第１、第２のコヒーレン
ト光源のレーザ光源にフィードバックすることにより上
記第１，第２のコヒーレント光源から放出される光の波
長を安定化することを特徴とする光源装置。
【請求項２】上記和周波を得る非線形光学結晶により
得られる光の波長がほぼ２４８ｎｍであることを特徴と
する請求項１の光源装置。
【請求項３】上記和周波を得る非線形光学結晶により
得られる光の波長がほぼ１９３ｎｍであることを特徴と
する請求項１の光源装置。
【請求項４】上記第１のコヒーレント光源は、連続発
振する第１のＮｄ：ＹＬＦレーザ光源から放出されるレ
ーザ光を励起光とする第２のＮｄ：ＹＬＦレーザ光源
と、上記第２のＮｄ：ＹＬＦレーザ光源から放出される第１
の基本レーザ光から該第１の基本レーザ光の第２高調波
を発生する第１の非線形光学結晶と、上記第２高調波から上記第１の基本レーザ光の第４高調
波を発生する第２の非線形光学結晶と、上記第４高調波および上記第１の基本レーザ光から上記
第１の基本レーザ光の第５高調波を発生する第３の非線
形光学結晶とから構成されており、上記第２のコヒーレント光源は、連続発振する第３のＮ
ｄ：ＹＬＦレーザ光源から放出されるレーザ光を励起光
とする第４のＮｄ：ＹＬＦレーザ光源と、上記第４のＮｄ：ＹＬＦレーザ光源から放出される第２
の基本レーザ光から該第２の基本レーザ光の第２高調波
を発生する第４の非線形光学結晶と、半導体レーザ光源と、該半導体レーザ光源から放出され
るレーザ光と上記第２の基本レーザ光の第２高調波との
差周波レーザ光を発生する第５の非線形結晶とから構成
されており、上記第１のコヒーレント光源から放出される光と、上記
第２のコヒーレント光源から放出される光との和周波の
光の波長はほぼ１９３ｎｍであり、アルゴンの吸収スペクトルを基準として上記第１のＮ
ｄ：ＹＬＦレーザ光源から放出される光の波長を安定化
することにより、上記第１のコヒーレント光源から放出
される光の波長を安定化し、アルゴンの吸収スペクトルを基準として上記第３のＮ
ｄ：ＹＬＦレーザ光源から放出される光の波長を安定化
するとともに、ヘリウム、ネオン、キセノン、キセノン
イオン、もしくは、カルシウムのいずれか一つの吸収ス
ペクトルを基準してして上記半導体レーザ光源から放出
される光の波長を安定化することにより、上記第２のコ
ヒーレント光源から放出される光の波長を安定化するこ
とを特徴とする請求項１の光源装置。
【請求項５】上記第１のコヒーレント光源は、連続発
振する第１のＮｄ：ＹＡＧレーザ光源から放出されるレ
ーザ光を励起光とする第２のＮｄ：ＹＡＧレーザ光源
と、上記第２のＮｄ：ＹＡＧレーザ光源から放出される第１
の基本レーザ光から該第１の基本レーザ光の第２高調波
を発生する第１の非線形光学結晶と、上記第２高調波から上記第１の基本レーザ光の第４高調
波を発生する第２の非線形光学結晶と、上記第４高調波および上記第１の基本レーザ光から第１
の基本レーザ光の第５高調波を発生する第３の非線形光
学結晶とから構成されており、上記第２のコヒーレント光源は、連続発振する第３のＮ
ｄ：ＹＡＧレーザ光源から放出されるレーザ光を励起光
とする第４のＮｄ：ＹＡＧレーザ光源と、上記第４のＮｄ：ＹＡＧレーザ光源から放出される第２
の基本レーザ光から該第２の基本レーザ光の第２高調波
を発生する第４の非線形光学結晶と、半導体レーザ光源と、該半導体レーザ光源から放出され
るレーザ光と上記第２の基本レーザ光の第２高調波との
差周波レーザ光を発生する第５の非線形結晶とから構成
されており、上記第１のコヒーレント光源から放出される光と、上記
第２のコヒーレント光源から放出される光との和周波の
光の波長はほぼ１９３ｎｍであり、サマリウム、もしくは、沃素分子のいずれか一つの吸収
スペクトルを基準として上記第１のＮｄ：ＹＡＧレーザ
光源から放出される光の波長を安定化することにより上
記第１のコヒーレント光源から放出される光の波長を安
定化し、サマリウム、もしくは、沃素分子の吸収スペクトルを基
準として上記第３のＮｄ：ＹＡＧレーザ光源から放出さ
れる光の波長を安定化するとともに、ヘリウム、ネオン
のいずれか一つの吸収スペクトルを基準してして上記半
導体レーザ光源から放出される光の波長を安定化するこ
とにより上記第２のコヒーレント光源から放出される光
の波長を安定化することを特徴とする請求項１の光源装
置。
【請求項６】上記第１のコヒーレント光源は、連続発
振する第１のＮｄ：ＹＬＦレーザ光源から放出されるレ
ーザ光を励起光とする第２のＮｄ：ＹＬＦレーザ光源
と、上記第２のＮｄ：ＹＬＦレーザ光源から放出される第１
の基本レーザ光から該基本レーザ光の第２高調波を発生
する第１の非線形光学結晶と、上記第２高調波から上記基本レーザ光の第３高調波を発
生する第２の非線形光学結晶とから構成されており、上記第２のコヒーレント光源は、連続発振する第３のＮ
ｄ：ＹＬＦレーザ光源と、上記第３のＮｄ：ＹＬＦレーザ光源から放出される第２
の基本波レーザ光の第２高調波を発生する第３の非線形
光学結晶と、上記第２の基本波レーザ光の第２高調波を励起光とする
チタンサファイアレーザ光源とから構成されており、上記第１のコヒーレント光源から放出される光と、上記
第２のコヒーレント光源から放出される光との和周波の
光の波長はほぼ２４８ｎｍであり、アルゴンの吸収スペクトルを基準として上記第１の基本
レーザ光の第２高調波の波長を安定化することにより上
記第１のコヒーレント光源から放出される光の波長を安
定化し、アルゴン、キセノン、もしくはセシウムのいずれか一つ
の吸収スペクトルを基準として上記チタンサファイアレ
ーザ光源から放出される光の波長を安定化することによ
り上記第２のコヒーレント光源から放出される光の波長
を安定化することを特徴とする請求項１の光源装置。
【請求項７】上記第１のコヒーレント光源は、連続発
振する第１のＮｄ：ＹＡＧレーザ光源から放出されるレ
ーザ光を励起光とする第２のＮｄ：ＹＡＧレーザ光源
と、上記第２のＮｄ：ＹＡＧレーザ光源から放出される第１
の基本レーザ光から該基本レーザ光の第２高調波を発生
する第１の非線形光学結晶と、上記第２高調波から上記基本レーザ光の第３高調波を発
生する第２の非線形光学結晶とから構成されており、上記第２のコヒーレント光源は、連続発振する第３のＮ
ｄ：ＹＡＧレーザ光源と、上記第３のＮｄ：ＹＡＧレーザ光源から放出される第２
の基本波レーザ光の第２高調波を発生する第３の非線形
光学結晶と、上記第２の基本波レーザ光の第２高調波を励起光とする
チタンサファイアレーザ光源とから構成されており、上記第１のコヒーレント光源から放出される光と、上記
第２のコヒーレント光源から放出される光との和周波を
得る非線形光学結晶から放出される光の波長はほぼ２４
８ｎｍであり、サマリウム、もしくは、沃素分子のいずれか一つの吸収
スペクトルを基準として上記第１の基本レーザ光の第２
高調波の波長を安定化することにより上記第１のコヒー
レント光源から放出される光を安定化し、キセノン、もしくは、クリプトンのいずれか一つの吸収
スペクトルを基準として上記チタンサファイアレーザ光
源から放出される光の波長を安定化することにより上記
第２のコヒーレント光源から放出される光の波長を安定
化することを特徴とする請求項１の光源装置。