JPH11261140A

JPH11261140A - 光共振器

Info

Publication number: JPH11261140A
Application number: JP10062532A
Authority: JP
Inventors: Taiji Ouchi; 泰司大内; Soichi Yamato; 壮一大和
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】進行波型外部共振器方式において共振器長を変
化あるいは共振器長の変化を補正しながらも、入射光と
共振器内ビームの位置関係、出射するレーザ光の光軸位
置を変化させないレーザ光共振器を提供する。【解決手段】入射反射鏡４１、出射反射鏡４２、第１、
第２反射鏡４３、４４から構成された共振器と、当該共
振器内に配置された非線形結晶２１と、第１、第２反射
鏡４３、４４の位置を変位させるための微動装置５１
ａ、５１ｂとを備え、入射反射鏡４１、出射反射鏡４２
が凹面鏡、第１、第２反射鏡４３、４４が平面鏡である
場合には、第１、第２反射鏡４３、４４を各反射面の法
線方向に沿って同じ距離だけ移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非線形光学結晶を
利用してレーザ光の高調波を発生させる波長変換装置、
及び、レーザ結晶を利用してレーザ光の発振を行わせる
レーザ装置に関するものである。

【０００２】また、レーザ光を共振器と同調させる他の
技術、例えば波長安定化技術、長さ変化の測定技術、重
力波検出技術、屈折率変化測定技術などに応用できる。

【０００３】

【従来の技術】非線形光学結晶を利用してレーザ光の高
調波を発生させる波長変換光学系の変換効率は、入射レ
ーザ光の光パワー密度に比例する。入射レーザ光のパワ
ー密度を向上させる従来の技術としては、レンズにより
レーザ光を集光してそのビームウエストの位置に非線形
光学結晶を単数または複数配置した「レンズ方式」や、
レーザ外部に共振器をおき、その内部に非線形光学結晶
をおく「外部共振器方式」がある。

【０００４】「レンズ方式」では、入射レーザ光をレン
ズにより集光し、そのビームウエストの位置に非線形光
学結晶を配置することにより、入射光パワー密度を向上
させて高調波への変換効率を向上させる。非線形光学結
晶１個で変換効率が十分でない場合には、通常レンズの
焦点距離を小さくすることで結晶中のビームサイズを小
さくし、パワー密度を上昇させる方法や、非線形光学結
晶を長くする方法が採られた。

【０００５】また、「外部共振器方式」は、対向した反
射鏡対を使用する「定在波型外部共振器方式」と、三個
以上の反射鏡を使用し共振器内部で入射レーザ光を循環
させる「進行波型外部共振器方式」に分類される。

【０００６】「定在波型外部共振器方式」では、入射レ
ーザ光を互いに対面する一対の反射鏡からなる共振器に
入射する。一方の反射鏡の端面には入射レーザ光に対し
て部分透過するコーティングが施されている。他方の反
射鏡の端面には、入射レーザ光に対しては高反射率であ
るが、その高調波に対しては高透過率のコーティングが
施されている。この共振器の内部では、レーザ光はその
パワーが増大する。この共振器内部に非線形光学結晶を
配置することにより、変換効率を向上させる。また、入
射レーザ光として、複数の波長のレーザ光を利用して和
周波発生や差周波発生させることもある。

【０００７】一方、「進行波型外部共振器方式」では、
入射レーザ光を４つの反射鏡からなる共振器に入射す
る。入射レーザ光が共振器に入射する位置にある入射反
射鏡の端面には入射レーザ光を部分透過するコーティン
グが施されている。入射反射鏡を透過した入射レーザ光
を入射する出射反射鏡の端面には入射レーザ光に対して
は高反射率であるが、その高調波に対して高透過率のコ
ーティングが施されている。また、出射反射鏡を反射し
た入射レーザ光を反射する第１反射鏡及び第１反射鏡を
反射した入射レーザ光を入射反射鏡に向けて反射する第
２反射鏡がある。第１、第２反射鏡の端面にはレーザ光
に対して高反射率のコーティングが施されている。

【０００８】このような「進行波型外部共振器方式」の
共振器の内部では、入射レーザ光は入射反射鏡、出射反
射鏡、第１、第２反射鏡の順で共振器内を循環すること
によりそのパワーが増大する。この共振器内部に非線形
光学結晶を配置することにより、変換効率を向上させ
る。また、「定在波型外部共振器方式」と同様に、入射
レーザ光として、複数の波長のレーザ光を利用して和周
波発生や差周波発生することもある。

【０００９】また、この「定在波型外部共振器方式」、
「進行波型外部共振器方式」と称した二つの共振器光学
系で、非線形光学結晶の代わりにレーザ結晶を配置する
ことによって、レーザ光発振を行わせるための光学系が
得られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の「進行波型外部
共振器方式」では、共振器の共振周波数を入射レーザ光
の発振周波数に同調させるための共振器長の調整、また
は、周囲の温度変化に伴って発生する共振器自体の伸縮
に起因する共振器長変化の補正をするために、共振器を
構成する反射鏡には微動装置が取り付けられている。

【００１１】この微動装置を使用し反射鏡を微動させた
時、その移動方向によっては共振器内部でのレーザ光の
伝播位置が変化する。このような場合には、入射レーザ
光の光軸と共振器内の光軸の関係が変化し、共振器に入
射する入射レーザ光の入射効率が悪化し、その結果共振
器内部でのレーザ光のパワーが低下する。

【００１２】また、レーザ共振器としてこの共振器を使
用した場合、発振するレーザ光の光軸が変化し、その結
果、共振器から出射するレーザ光の光軸も変化し、後続
の光学系等に悪影響を与える。

【００１３】本発明は上述したような点を考慮してなさ
れたもので、その目的は、共振器長の調整あるいは共振
器長の変化を補正しながらも、入射光と共振器内光の位
置関係、出射光の光軸位置を維持することが可能とす
る、進行波型外部共振器を提供することにある。

【００１４】また、本発明の他の目的は、出射レーザ光
の光軸位置と励起効率が変化しない光学系を実現でき
る、レーザ光発振用の共振器を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては、３個以上の反射鏡から構成され、
入射光を目的とする特性の光に変換して出射する光共振
器において、前記３個以上の反射鏡のうちの２個を互い
の反射面が対称配置した一対の反射鏡として設けると共
に、前記一対の反射鏡をそれぞれ微動させる微動手段を
備え、前記微動手段は、前記出射光の位置が前記微動前
後で変わらないように、前記一対の反射鏡を移動させ
る。

【００１６】前記微動手段は、例えば、前記一対の反射
鏡をそれぞれ微動させる微動装置と、前記一対の反射鏡
の微動が同期して行われるように前記微動装置を制御す
るサーボ制御装置とで構成される。

【００１７】また、当該光共振器内の光路中に、非線形
光学結晶あるいはレーザ媒体をさらに備える構成として
もよい。

【００１８】また、前記一対の反射鏡を平面鏡で構成
し、前記微動手段が前記平面鏡の反射面の法線方向に沿
って前記平面鏡の各々を同一距離だけ微動する構成とし
てもよい。

【００１９】また、前記一対の反射鏡を球面鏡で構成
し、前記微動手段が前記球面鏡の各々が微動前と同一の
位置でレーザ光が反射されるように前記球面鏡を微動さ
せる構成としてもよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】［第一の実施形態］以下、本発明
の第一の実施形態について図１、図２を用いて説明す
る。

【００２１】本実施形態のレーザ光共振器は、図１に示
すように、入射反射鏡４１、出射反射鏡４２、第１反射
鏡４３、第２反射鏡４４から構成された共振器と、当該
共振器内に配置された非線形結晶２１と、反射鏡４３、
４４の位置を変位させるための、例えばピエゾ素子で構
成されたアクチュエータを備えた一対の微動装置５１
ａ、５１ｂと、各微動装置５１ａ、５１ｂを同期制御す
るためのサーボ制御装置５２とを備えている。

【００２２】ここで、入射反射鏡４１には外部からレー
ザ光が入射し、出射反射鏡４２からは目的とする波長の
レーザ光が出射される。第１反射鏡４３および第２反射
鏡４４は、互いの反射面が対称となるように隣接して配
置された一対の反射鏡である。すなわち、入射反射鏡４
１に入射した入射レーザ光が、出射反射鏡４２、第１反
射鏡４３、第２反射鏡４４で反射して再び、入射反射鏡
４１で形成されるタスキ状の共振光路を通るように各反
射鏡の方向が配置されている。

【００２３】以下では入射レーザ光として、波長５３２
ｎｍのレーザ光を用いる場合を例に挙げて説明する。入
射反射鏡４１は曲率半径が２０００ｍｍの溶融石英製凹
面反射鏡で、波長５３２ｎｍのレーザ光に対する部分反
射コーティングが施されている。出射反射鏡４２も同じ
く曲率半径２０００ｍｍの溶融石英製凹面反射鏡であ
る。出射反射鏡４２には、波長５３２ｎｍのレーザ光を
反射し、波長２６６ｎｍのレーザ光を透過するコーティ
ングが施してある。また、第１、第２反射鏡４３、４４
は、溶融石英製平面反射鏡で波長５３２ｎｍの入射レー
ザ光に対する高反射コーティングが施されている。反射
鏡４１、４２の間隔および反射鏡４３、４４の間隔はそ
れぞれ１００ｍｍ、それぞれの反射鏡４１、４２、４
３、４４への入射角は１５度とした。

【００２４】このような構成の共振器を入射光の波長に
同調させることにより、共振器内に高強度のレーザ光が
循環し、共振する。

【００２５】共振器は、入射反射鏡４１の凹面による集
光作用により、その内部を循環するレーザ光が入射反射
鏡４１、４２間の中央に置かれた非線型光学結晶ＢＢＯ
（β−ＢａＢ₂Ｏ₄）２１内において、ビームウエストを
持つように構成されている。そのためＢＢＯ結晶２１内
において、５３２ｎｍ光の強度が大きくなるために、Ｂ
ＢＯ結晶２１から２６６ｎｍ光が高効率で発生される。

【００２６】入射光の波長に変化が生じた場合には、そ
の変化に応じて当該共振器の同調を維持するように、第
１、第２反射鏡４３、４４に接続した微動装置５１ａ、
５１ｂを使用して共振器の光路長を変化させる。微動装
置５１ａ、５１ｂは、入射角および反射角が微動前後で
変わらないように、互いの反射面が対称配置されている
隣接した一対の反射鏡を対称的に移動させる。より具体
的には、第１、第２反射鏡４３、４４を、各反射鏡の法
線方向へ向かって同じ距離だけ移動させるように、サー
ボ制御装置５２が微動装置５１ａ、５１ｂを制御する。

【００２７】上記微動の条件に応じて第１、第２反射鏡
４３、４４は位置を変え、図２の反射鏡４６、４７の位
置に移動する。この微動によって生じる共振器内光路の
光軸位置の変動は、第１、第２反射鏡４３、４４間の光
軸にのみ発生する。すなわち、図２の光軸６１として示
したように、微動後の光軸は、微動前の光軸に対して第
１、第２反射鏡４３、４４間でシフトするのみである。

【００２８】微動装置５１ａ、５１ｂは、例えば、第
１、第２反射鏡４３、４４の裏面と基盤との間に介在し
たリング状のピエゾ素子で構成し、電圧印加によって第
１、第２反射鏡４３、４４を法線方向へ移動させるもの
である。もちろん、このリング状のピエゾ素子の代わり
に、高さ方向へ伸縮する円柱形等、他の形状のピエゾ素
子を用いることができる。サーボ制御装置５２では、オ
ペレータのマニュアル指示により、第１、第２反射鏡４
３、４４を同期させて同量だけ法線方向へ移動させても
よいし、また、入射レーザ光が入射反射鏡４１で反射し
た光をモニタし、その光量変化で温度変化を自動補正す
るように、第１、第２反射鏡４３、４４を同期させて同
量だけ法線方向へ移動させてもよい。

【００２９】本実施形態によれば、入射レーザ光１１の
光軸と入射反射鏡４１、出射反射鏡４２間の光軸との位
置関係に変化は生じない。このために、入射レーザ光の
共振器に対する入射効率に悪影響を与えない。

【００３０】また、共振器をアルミ製と仮定し、周囲の
温度変化として室温（２０℃）付近で、３℃の温度変化
を考えた場合、該温度変化に起因する共振器長の変化量
ΔＬは約２０μｍとなる。

【００３１】これを補正し、共振器において同調状態を
維持するためには、第１、第２反射鏡４３、４４を微動
装置５１ａ、５１ｂによって上記微動条件で約５μｍ移
動させることが必要となる。

【００３２】この時、本実施形態による微動条件を適用
することで、入射レーザ光の光軸と共振器内の入射反射
鏡４１、出射反射鏡４２間の光軸の位置関係を変化させ
ずに、共振器長を変化させることができる。このため、
入射レーザ光の共振器への入射光率は変化させずに、温
度変化によって生じた共振器長の変化を補正することが
できる。

【００３３】なお、本発明においては、微動前の入射角
あるいは反射角と変わらないように、隣接して対称配置
されている一対の反射鏡を互いに対称的に微動させるこ
とによって、共振器の光路長を変化させるものであれ
ば、上記図２に示されるような微動条件の例に限定され
るものではなく、光路長を変化させるための部材はアク
チュエータ以外にも、周囲の環境条件の変化がほとんど
無いような所では、手動で行ってもよい。

【００３４】例えば、図３に示すように、共振器を構成
する入射反射鏡４１、出射反射鏡４２、第１、第２反射
鏡４３’、４４’がすべて凹面反射鏡で、かつ、レーザ
光が入射も出射もしない第１、第２反射鏡４３’、４
４’を微動させる場合には、第１、第２反射鏡４３’、
４４’の反射面において微動前と同一の点にレーザ光が
入射するように、第１、第２反射鏡４３’、４４’を移
動させる。このような移動は、例えば、入射反射鏡４１
と第２反射鏡４４’との間の光軸に沿って第２反射鏡４
４’を、出射反射鏡４２と第１反射鏡４３’との間の光
軸に沿って第１反射鏡４３’を、それぞれ同じ距離だけ
対称的に微動させることによって実現される。図中の４
６’、４７’、６１はそれぞれ、微動後の第１、第２反
射鏡４３’、４４’、微動後の光軸を示している。

【００３５】また、図４に示すように、共振器を一対の
凹面反射鏡４１、４２と一対の平面反射鏡４３、４４と
から構成し、レーザ光が入射あるいは出射する入射反射
鏡４１、出射反射鏡４２を微動させる場合には、入射反
射鏡４１、出射反射鏡４２の反射面において微動前と同
一の点にレーザ光が入射するように、該反射鏡４１、４
２を移動させるとよい。このような移動は、入射反射鏡
４１と出射反射鏡４２との間の光軸に沿って両反射鏡を
同じ距離だけ対称的に微動させることによって実現され
る。図中の４８、４９、６１は、微動後の入射反射鏡４
１、出射反射鏡４２、微動後の光軸を示している。

【００３６】また、図５に示すように、共振器を１つの
凹面反射鏡４１と一対の平面反射鏡４３、４４とから構
成し、レーザ光が入射も出射もしない第１、第２反射鏡
４３、４４を微動させる場合には、上記第一の実施形態
の場合と同様に、第１、第２反射鏡４３、４４を、各反
射面が同じ距離だけ対称的に平行移動されるように微動
させる。図中の４６、４７、６１はそれぞれ、微動後の
第１、第２反射鏡４３、４４、微動後の光軸を示してい
る。

【００３７】［第二の実施形態］本発明の第二の実施形
態として、図６を参照して説明する。

【００３８】本実施形態のレーザ光発生装置は、上記図
１の構成において、共振器内部に配置された非線形結晶
２１の代わりに出射すべきレーザ光を発生するレーザ媒
体２２を配置すると共に、上記出射反射鏡４２の代わり
に発生したレーザ光を出射するための高透過コーティン
グを施した出射反射鏡４５を配置したものである。

【００３９】以下では、外部から波長５３２ｎｍのレー
ザ光を励起光１１として、入射反射鏡４１、第１、第２
反射鏡４３、４４、出射反射鏡４５から構成される共振
器に入射させる場合を例に挙げて説明する。また、上記
第一の実施形態と同じ構成については同じ符号を用い、
その説明を省略する。

【００４０】図６に示すように、励起光１１は入射反射
鏡４１を透過し、レーザ結晶であるTi:Saphire結晶２２
内において吸収される。入射反射鏡４１、出射反射鏡４
５の曲率半径は２０００ｍｍ、第１、第２反射鏡４３、
４４は平面反射鏡で、４１、４５の間隔および４３、４
４の間隔はそれぞれ１００ｍｍ、各反射鏡への入射角は
１５度である。

【００４１】出射反射鏡４５は、上記図１の出射反射鏡
４２において、波長７００〜８００ｎｍのレーザ光に対
する高透過コーティングをさらに施したものである。ま
た、第１、第２反射鏡４３、４４はピエゾ素子で構成さ
れるアクチュエータを備えた微動装置５１ａ、５１ｂに
装着されており、図示省略されたサーボ制御装置５２
（図１参照）によって、各平面反射鏡の表面（反射面）
の法線方向へ対称的に移動することが可能な構成となっ
ている。

【００４２】入射された励起光を吸収することによりレ
ーザ結晶２２は励起され、７００〜１０００ｎｍのレー
ザ光を発生し、共振器内を循環させる。図不示の複屈折
フィルターによって任意の発振波長を１つ選択して、出
射レーザ光１３として出射する。また、エタロンを挿入
することによって、縦モードを１つ選択する構成として
もよい。

【００４３】本実施形態のレーザ光発生装置において
は、レーザ結晶２２を設置した共振器の共振器長を変化
させることで、レーザの発振周波数を微小に変化させる
ことができる。ここでは、第１、第２反射鏡４３、４４
に接続した微動装置５１ａ、５１ｂを使用して共振器の
光路長を変化させる。

【００４４】この時、微動装置５１ａ、５１ｂにより第
１、第２反射鏡４３、４４は微動し位置を変え、図２に
符号４６、４７で示された位置まで移動するが、それに
よる共振器内光路の光軸位置の変動は、第１、第２反射
鏡４３、４４間の光軸にのみ発生し、出射レーザ光１３
の光軸と入射反射鏡４１、出射反射鏡４５間の光軸との
位置関係に変化は生じない。

【００４５】本実施形態によれば、共振器長を変化させ
ても出射レーザ光の光軸位置変化は起こらず、さらに入
射する励起光の光軸と共振器内の入射反射鏡４１、出射
反射鏡４５間の光軸の位置関係も変化しないために、レ
ーザ結晶における励起効率も変化しない。

【００４６】また、共振器をアルミ製と仮定し、周囲の
温度変化として室温（２０℃）付近で、３℃の温度変化
を考えた場合、該温度変化による共振器長の変化量ΔＬ
は約２０μｍとなる。

【００４７】この変化を補正するために、第１、第２反
射鏡４３、４４に接続された微動装置５１ａ、５１ｂを
約５μｍ移動させることが必要となるが、この際にも上
記と同様な微動条件を適用することで、出射するビーム
の位置や励起効率に変動を起こすことなく、温度変化に
伴って生じた共振器長変化の補正を行うことができる。

【００４８】［第三の実施形態］本発明の第三の実施形
態を図７を参照して説明する。

【００４９】本実施形態は、入射する可視光を変換して
紫外レーザ光を発生する紫外レーザ光発生装置に本発明
を適用したもので、当該装置に備えられた少なくとも１
つの共振器に含まれている隣接して対称配置された一対
の反射鏡を、本発明の微動条件に基づき移動させるため
の微動装置を備えたものである。

【００５０】本実施形態による装置は、レーザ光源（以
下レーザと略称する）とそれに対応する共振器とを２組
設け、これら２つの共振器の光路の一部を共有させ、そ
こで和周波発生を行わせ、目的とする波長のレーザを発
生させるものである。

【００５１】図７において、９１３は、５００ｎｍ付近
の連続光を発生する出力５Ｗ程度のレーザであり、チタ
ン・サファイア結晶９１５を励起することに用いられ
る。このレーザとしては、Nd:YVO₄レーザの２倍波の５
３２ｎｍのレーザを用いても良いし、５１５ｎｍ、４８
８ｎｍを発生するアルゴンイオンレーザを用いても良
い。励起用の５００ｎｍ付近の光はチタン・サファイア
結晶９１５で吸収される。

【００５２】チタン・サファイアレーザの共振器９１４
は、１４１、１４２、１４３、１２３の４枚の平面また
は曲面の反射鏡で構成される。また、１２３の反射鏡を
後述する２６６ｎｍの共振器９１２と共有している。

【００５３】チタン・サファイア結晶９１５から発生す
る７０７ｎｍの連続光は、４枚の平面または曲面の反射
鏡１４１、１４２、１４３、１２３からなるリングレー
ザ共振器９１４（第１の共振器）に共振して、高強度の
７０７ｎｍ光を共振器中に循環させる。この共振器９１
４中を循環する７０７ｎｍ光のパワーは３０Ｗ程度にな
る。

【００５４】ここで、１４１、１４２、１４３は波長７
０７ｎｍ光に対して高反射率の反射鏡とする。さらに、
１４１は励起光の５００ｎｍ付近に対して高透過であ
る。１２３の反射鏡は、７０８ｎｍ光と２６６ｎｍ光に
対して、どちらも高反射率で、１９３ｎｍの光を十分に
透過するものである。

【００５５】リングレーザ共振器９１４中の光路中に
は、光の進行方向を本図の矢印の方向の１方向（１４２
−１４３−１２３−１４１の順）に限定するための、図
不示の光ダイオードを挿入してある。さらに、リングレ
ーザ共振器９１４の共振波長を選択する複屈折フィルタ
ー、および縦モードを１つに選択するエタロンも挿入し
てある（図不示）。

【００５６】第２のレーザ９１１は、２６６ｎｍの連続
光（パワー１Ｗ）を発生するもので、例えば、Nd:YVO₄
レーザの発生する１０６４ｎｍ光の４倍高調波レーザを
用いる。

【００５７】第２の共振器として機能する２６６ｎｍの
共振器９１２は、１２１、１２２、１２３、１２４の４
枚の平面または曲面の反射鏡で構成される。レーザ光の
入射する１２１の反射鏡は、２６６ｎｍ光に対して高い
反射率を有する部分透過鏡である。反射鏡１２２と１２
４は、２６６ｎｍ光に対しては高反射であるが、７０７
ｎｍ光に対しては高透過である。反射鏡１２３は、前述
したように、７０７ｎｍの共振器９１４と２６６ｎｍの
共振器９１２で共有している。

【００５８】本実施形態においては、上述したような本
発明による微動装置およびその制御装置（不図示）を利
用して共振器９１２の共振器長を調整することで、共振
器９１２が入射される２６６ｎｍのレーザ光に同調する
ように、FMサイドバンド法（パウンド・ドレーバー法）
によるサーボ制御がかけられている。共振器９１２の中
には約５０Ｗの２６６ｎｍの光が循環すると見込まれ
る。

【００５９】具体的な微動方向およびその量は、共振器
９１２内のどの反射鏡を移動するか、さらに、移動する
反射鏡の表面形状が平面かあるいは曲面か等の共振器の
具体的な構成内容に応じて決定される。例えば、共振器
９１２の各反射鏡の表面形状および移動すべき反射鏡の
位置が図１に示すような場合には、上記第一の実施形態
のように、対となる平面反射鏡をそれぞれ各反射面の法
線方向に向かって同じ距離だけ対称的に移動させる。

【００６０】本実施形態では、７０７ｎｍの共振器９１
４と２６６ｎｍの共振器９１２とでは、反射鏡１２２か
ら１２３までと、反射鏡１２３から１２４までが共有さ
れる光路となる。この反射鏡１２２から１２３までの光
路中に、和周波発生用の非線形光学結晶ＢＢＯ（図中９
１６）が配置されている。非線型光学結晶９１６として
は、例えば、和周波発生のための非線形光学結晶ＢＢＯ
（β−BaB₂O₄）を用いることができる。

【００６１】ＢＢＯのカット方向は、光軸が結晶軸を基
準とした座標において約θ＝７６°である。これは７０
７ｎｍ光と２６６ｎｍ光の和周波発生を行い、１９３ｎ
ｍ光を発生することに位相整合する角度である。また、
ＢＢＯの入射・出射の両端面には、７０７ｎｍ光と２６
６ｎｍ光に対して反射防止コートがなされている。さら
に、このコートは出射端面が１９３ｎｍ光に対して十分
大きなの透過率を持つという条件も満たす。

【００６２】ＢＢＯでの和周波発生出力Ｐ₁₉₃は、７０
７ｎｍのパワーをＰ₇₀₇、２６６ｎｍのパワーをＰ₂₆₆と
すると、Ｐ₁₉₃ ＝ ηＰ₇₀₇Ｐ₂₆₆ で与えられる。ここで、ηはビーム径や結晶の長さによ
って与えられる変換効率でη＝５×１０^-5Ｗ^-1程度の値
を取る。今回の場合は、Ｐ₇₀₇ = ３０Ｗ、Ｐ₂₆₆= ５０
Ｗであるので、Ｐ₁₉₃ = ７５ｍＷ程度の１９３ｎｍの光
がＢＢＯ結晶で発生すると見込まれる。なお、そのレー
ザ光が、反射鏡１２３を透過する際に、透過率の影響を
受けて、約６０ｍＷの１９３ｎｍ出力９１７が発生され
ることになる。

【００６３】また、和周波発生のための非線型光学結晶
として、ここではＢＢＯを用いた場合の例を説明した
が、その代わりにSr₂Be₂B₂O₇やKBe₂B₃O₂を用いてもよ
い。これらの結晶のほうが、１９３ｎｍでの光の吸収が
小さいので高出力が見込まれ、また損傷も少ない。

【００６４】本実施形態によれば、紫外レーザ光を発生
するレーザ光発生装置において、共振器に入射あるいは
出射するレーザ光との位置関係を変えることなく、該共
振器に入射するレーザ光に同調するように共振器長を調
整することができる。

【００６５】［第四の実施形態］上記図７に示す第三の
実施形態のレーザ光発生装置を光源に用いた投影露光装
置を第四の実施形態として、図８を参照して説明する。

【００６６】本実施形態による投影露光装置は、上記図
７の紫外レーザ光を発生させるレーザ光発生装置から構
成されるレーザ光源１６１と、レーザ光源１６１から出
射された光を拡散させるための回転拡散板６２と、レー
ザ光源１６１からの光を下方のフライアイレンズ（また
はインテグレータレンズ）６５に照射させるための反射
板６４と、フライアイレンズ６５と、照明レンズ系６６
と、露光パターンが描画されたマスク６７を設置するた
めのマスク支持部６７１と、マスク６７に描画されたパ
ターンを半導体基板（またはウェハー）６９１上に結像
させるための対物レンズ６８と、基板６９１を載置する
ための移動ステージ６９２とを備えている。そして、回
転拡散板６２は、図示されていない拡散板回転装置によ
って回転することができる。また、移動ステージ６９２
は、移動ステージ６９２を支持する移動ステージ支持部
６９３と、移動ステージを駆動するためのステージ駆動
部６９５と、ステージ駆動部６９５で発生した動力を移
動ステージ支持部６９３に伝達するための伝達部材６９
４とによって、移動可能となっている。

【００６７】この投影露光装置では、レーザ光源１６１
からでたビームを回転拡散板６２に当て、ビームを拡散
する。拡散板が回転移動し、拡散板上のビーム位置が変
化することにより、拡散された光の強度分布や位相分布
が変化する。これによってマスクパターンを照射時に生
ずるスペックルを常時変化させて、露光時間中に平均化
させることによってスペックルによる悪影響（照度ム
ラ）を除去する。この拡散板は、スペックル除去を完全
にするために２枚にすることもできる。その場合、一方
は固定拡散板にしても良い。両方を異なる方向に動かし
てもよい。

【００６８】この拡散光をレンズ６３でほぼ並行ビーム
の状態にしてから、フライアイレンズ６５に入射する。
フライアイレンズ６５では、ビームの強度の均一化が行
われ、複数のレンズよりなる照明レンズ系６６によって
マスク（またはレチクル）６７を照明する。

【００６９】照明されたマスク６７上の回路パターン
は、投影レンズ６８によって半導体基板（またはウェハ
ー）６９１に所定の倍率（１倍〜１／５倍）で縮小投影
される。基板６９１は移動ステージ６９２上に置かれて
おり、ステージの移動によってステップ・アンド・リピ
ートや、マスク支持部６７１にマスク６７を移動させる
ための移動機構を設けることで、マスクとの同期した移
動によってスキャン露光が行われる。

【００７０】本実施形態による投影露光装置によれば、
エキシマレーザでは必要であったガス交換やウィンドウ
交換の必要がなくなるために、半導体製造におけるスル
ープットを向上させることができる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
進行波型外部共振器方式において共振器長を変化あるい
は共振器長の変化を補正しながらも、入射光と共振器内
ビームの位置関係、出射するレーザ光の光軸位置を変化
させないことが可能になる。

【００７２】また、レーザ光発振用の共振器に応用した
場合、出射レーザ光の光軸位置と励起効率が変化しない
光学系を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態を示す説明図である。

【図２】本発明の第一の実施形態を示す説明図である。

【図３】本発明の他の実施形態を示す説明図である。

【図４】本発明の他の実施形態を示す説明図である。

【図５】本発明の他の実施形態を示す説明図である。

【図６】本発明の第二の実施形態を示す説明図である。

【図７】本発明の第三の実施形態を示す説明図である。

【図８】本発明を利用する露光機の構成を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１１レーザ光（波長５３２ｎｍ）１２レーザ光（波長５３２、２６６ｎｍ）１３レーザ光（波長７００〜８００ｎｍの範囲で任意
に選択された波長）２１非線形光学結晶ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）無反射コーティング付き（波長５３２、２６６ｎｍ）２２レーザ結晶Ｔｉ：Ｓａｐｈｉｒｅ３１溶融石英製平凸レンズ無反射コーティング付き（波長５３２ｎｍ）４１溶融石英製凹面反射鏡（曲率半径２０００ｍｍ）部分反射コーティング付き（波長５３２ｎｍ）４２溶融石英製凹面反射鏡（曲率半径２０００ｍｍ）高反射コーティング付き（波長５３２ｎｍ）高透過コーティング付き（波長２６６ｎｍ）４３溶融石英製平面反射鏡高反射コーティング付き（波長５３２ｎｍ）４３’ 溶融石英製凹面反射鏡（曲率半径２０００ｍ
ｍ）高反射コーティング付き（波長５３２ｎｍ）４４溶融石英製平面反射鏡高反射コーティング付き（波長５３２ｎｍ）４４’ 溶融石英製凹面反射鏡（曲率半径２０００ｍ
ｍ）高反射コーティング付き（波長５３２ｎｍ）４５溶融石英製凹面反射鏡（曲率半径２０００ｍｍ）高反射コーティング付き（波長５３２ｎｍ）高透過コーティング付き（波長７００〜８００ｎｍ）４６微動装置によって移動した反射鏡４３４６’ 微動装置によって移動した反射鏡４３’ ４７微動装置によって移動した反射鏡４４４７’ 微動装置によって移動した反射鏡４４’ ４８微動装置によって移動した反射鏡４１４９微動装置によって移動した反射鏡４２５１ａ，５１ｂ微動装置５２サーボ制御装置６１反射鏡４６、４７によって構成される共振器内の
光路の光軸。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３個以上の反射鏡から構成され、入射光を
目的とする特性の光に変換して出射する光共振器におい
て、前記３個以上の反射鏡のうちの２個を互いの反射面が対
称配置した一対の反射鏡として設けると共に、前記一対の反射鏡をそれぞれ微動させる微動手段を備
え、前記微動手段は、前記出射光の位置が前記微動前後で変
わらないように、前記一対の反射鏡を移動させることを
特徴とする光共振器。
【請求項２】前記微動手段は、前記一対の反射鏡をそれ
ぞれ微動させる微動装置と、前記一対の反射鏡の微動が
同期して行われるように前記微動装置を制御するサーボ
制御装置とで構成されることを特徴とする請求項１に記
載の光共振器。
【請求項３】当該光共振器内の光路中に、非線形光学結
晶あるいはレーザ媒体をさらに備えることを特徴とする
請求項１または２に記載の光共振器。
【請求項４】前記一対の反射鏡を平面鏡で構成し、前記微動手段は、前記平面鏡の反射面の法線方向に沿っ
て、前記平面鏡の各々を同一距離だけ微動することを特
徴とする請求項１に記載の光共振器。
【請求項５】前記一対の反射鏡を球面鏡で構成し、前記微動手段は、前記球面鏡の各々が微動前と同一の位
置でレーザ光が反射されるように、前記球面鏡を微動さ
せることを特徴とする請求項１に記載の光共振器。