JPH11298083A

JPH11298083A - 注入同期型狭帯域レーザ

Info

Publication number: JPH11298083A
Application number: JP10105055A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Tanaka; 宏和田中; Osamu Wakabayashi; 理若林
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-04-15
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】１９３ｎｍ等の短波長のレーザ光を高い波長安
定性をもって長期間維持することができる注入同期型狭
帯域化レーザを提供する。【解決手段】ポンピングレーザ１１からのポンピング光
によってオシレータ段Ａの増幅媒体３が励起され、リア
ミラー１とフロントミラー４との間で発振した基本波光
Ｌ１は、波長変換部１２に入力され、４倍の高調波光Ｌ
２に波長変換され、さらに全反射ミラー１３，１４を介
して増幅段Ｂに入力され、高調波光Ｌ２が増幅された出
力光Ｌ３として出力される。オシレータ段Ａでは、基本
波光Ｌ１を波長モニタ６によってモニタし、波長コント
ローラ７が所望の狭帯域化された基本波光Ｌ１となるよ
うに波長制御を行う。これによって、出力光Ｌ３が紫外
領域の光である場合、可視領域の長波長でかつ低パワー
の基本波光Ｌ１で波長制御がなされるため、高精度で安
定した波長制御を容易に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、注入同期（インジ
ェクションロック）型狭帯域レーザに関し、特に１９
３．４ｎｍ等の短波長の紫外レーザ光を高い波長安定性
をもって狭帯域化された増幅光を出力することができる
注入同期型狭帯域レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、狭帯域化ＫｒＦエキシマレーザで
は、２４８ｎｍの紫外レーザ光をパルス発振する際、出
力レーザ光の一部を取り出し、レーザ出力とレーザ波長
とを検出し、波長制御及び出力制御を行っていた。

【０００３】例えば、図１９は、従来の狭帯域化エキシ
マレーザの概要構成を示し、この狭帯域化エキシマレー
ザは、放電電極１０２のパルス放電によってレーザチャ
ンバ１０１内に充填されたレーザガスが励起され、フロ
ントミラー１０５とリアミラー１０４とで構成される共
振器によってレーザ発振し、フロントミラー１０５から
レーザ出力光ＬＡが出力される。レーザ出力光ＬＡの一
部はビームスプリッタ１０６によって取り出され、波長
モニタ１０７に入力される。波長モニタ１０７では、ビ
ームスプリッタ１０７ｅ、エタロン１０７ｂ、レンズ１
０７ｃを介して入力されたレーザ出力光ＬＡの干渉縞が
ラインセンサ１０７ｄに撮像され、その結果が波長コン
トローラ１０８に入力される。また、波長モニタ１０７
内には、レーザ出力光ＬＡの波長に近い基準光１０７ａ
を発する光源を有し、基準光１０７ａは、ビームスプリ
ッタ１０７ｅ、エタロン１０７ｂ、レンズ１０７ｃを介
して出力され、基準光１０７ａの干渉縞がラインセンサ
１０７ｄに撮像されて波長コントローラ１０８に入力さ
れる。波長コントローラ１０８は、入力されたレーザ出
力光の干渉縞と基準光の干渉縞とからレーザ出力光の波
長を算出するとともに、目標波長との波長ずれを算出
し、この算出結果をもとに、ドライバ１０９を介して、
狭帯域化モジュール１０３内のリアミラー１０４及び波
長選択素子１１０を駆動して所望の発振波長となるよう
に制御する。このようなフィードバック制御によってレ
ーザ出力光ＬＡの波長は目標波長に制御される。

【０００４】一方、狭帯域化されたレーザ光を発生する
オシレータ段とこのレーザ光を増幅する増幅段とを連結
して、増幅段から出力の大きな狭帯域化されたレーザ光
を出力する同期注入（インジェクションロック）型レー
ザが知られており、このインジェクションロック型レー
ザを用いることによっても狭帯域化されたレーザ光を得
ることができる（特開昭６３−５４７８６号参照）。

【０００５】また、露光装置では、極微細加工をさらに
精密に行うことができる要求から、さらに波長が短く、
安定し、微細加工が可能な出力をもった紫外レーザ光を
発振できるレーザ装置の出現が望まれている。

【０００６】このため、例えば図２０に示すように、固
体レーザを用いたインジェクションロック型レーザの研
究が行われている。このインジェクションロック型レー
ザでは、１９３ｎｍの波長のレーザ光を出力することが
できる。すなわち、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１２１が発振し
たレーザ光の第２高調波（５３２ｎｍ）をポンピング光
として、狭帯域化チタンサファイヤレーザ１２２を発振
させ、発振した７７３．６ｎｍのレーザ光を波長変換部
１２３で４倍の高調波（１９３ｎｍ）のレーザ光ＬＢ１
として出力する。そして、このレーザ光ＬＢ１は、全反
射ミラー１３１，１３２を介して増幅段１２４に入力さ
れ、増幅されたレーザ光ＬＢ２として出力される。この
増幅段１２４における増幅は、オシレータ段１２０のレ
ーザ発振に同期して放電電極１２６が放電し、レーザ励
起ガスが充填されたチャンバ１２５内に入力されたレー
ザ光ＬＢ１が凸面ミラー１２７、凹面ミラー１２８を介
して通過出力されるまでの間に誘導放出することによっ
て行われる。これによって、狭帯域化された１９３ｎｍ
のレーザ光を得ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図２０に示す
インジェクションロック型レーザでは、レーザ光を狭帯
域化することができるが、露光装置に用いる場合、波長
安定性が±０．１ｐｍ、波長の制御範囲が１９３．３±
０．２ｎｍであることが要求され、このような波長制御
されたレーザ光を得ることができないという問題点があ
り、現実の露光装置用のレーザ光として用いることがで
きない。

【０００８】ここで、インジェクションロック型レーザ
からの出力光の一部をモニタし、フィードバックによる
波長制御を行うことが考えられるが、次のような理由に
よって、このような波長制御は困難である。すなわち、（１）ＡｒＦのエキシマによる発振波長（１９３ｎｍ）
のように波長が短くなると、耐久性のある適切な母材お
よびコーティング材がない。例えば、蛍石（ＣａＦ2）
のようなフッ化物結晶材料であっても耐久性に問題があ
り、反射防止膜等のＡＲあるいはＨＲコートも耐久性に
問題がある。

【０００９】（２）ＡｒＦのエキシマによる発振波長
（１９３ｎｍ）のように波長が短くなると、波長および
線幅を高精度に検出することが困難である。具体的に
は、１９３ｎｍの波長に適合した基準光源が存在しな
い。また、１９３ｎｍの波長に適合した吸収線がない。
さらに１９３ｎｍ用の高精度のエタロンを製造できな
い。さらには、波長モニタ自体の耐久性もない。

【００１０】一方、インジェクションロック型レーザで
は、オシレータ段において狭帯域化を図っており、この
オシレータ段におけるレーザ光の強度は低いため、図１
９に示すような単一段のレーザに比較して波長選択素子
等の光学素子の寿命を長くすることができる。

【００１１】そこで、本発明は、かかる問題点を除去
し、１９３ｎｍ等の短波長のレーザ光を高い波長安定性
をもって長期間維持することができる注入同期型狭帯域
化レーザを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段および効果】第１の発明
は、オシレータ段でレーザ発振した発振波光を波長変換
手段によって高調波光に波長変換し、この高調波光を増
幅段によって増幅出力する注入同期型狭帯域レーザにお
いて、前記オシレータ段の発振波長をモニタして該発振
波長を所望の波長に制御する波長制御手段を具備したこ
とを特徴とする。

【００１３】第１の発明では、高調波に波長変換される
前の低い周波数の発振波光の波長を制御するようにして
いるので、波長が長くなった分、精度の高い波長制御を
行うことができるとともに、波長制御に用いられる光学
素子の寿命が飛躍的に長くなる。

【００１４】第２の発明は、第１の発明において、前記
オシレータ段内の共振器内に、所定倍の中間高調波に波
長変換する中間波長変換手段を設け、前記中間波長変換
手段は、該中間波長変換手段を前記共振器内に設けない
場合の発振波光と前記高調波光との間における前記所定
倍の中間高調波に変換し、前記波長制御手段は、前記オ
シレータ段から出力された中間高調波の波長をモニタし
て該オシレータ段がレーザ発振する中間高調波の波長を
所望の中間高調波の波長に制御することを特徴とする。

【００１５】これにより、第２の発明では、第１の発明
と同様な作用効果を奏するとともに、中間波長のレーザ
光を効率よく発振することができ、注入同期型狭帯域レ
ーザの全体の発振効率を向上させることができる。

【００１６】第３の発明は、第１の発明において、前記
波長制御手段は、前記波長変換手段内で生成される中間
高調波の波長をモニタして前記オシレータ段における前
記発振波長を所望の波長に制御することを特徴とする。

【００１７】第３の発明では、第１の発明と同様な作用
効果を奏するとともに、波長モニタにとして最適な波長
検出素子を割り当てることができるという自由度が増大
するという効果も有する。

【００１８】第４の発明は、第１の発明において、前記
波長制御手段は、前記波長変換手段の前段のレーザ光の
波長をモニタして前記オシレータ段の前記発振波長を所
望の波長に制御することを特徴とする。

【００１９】これにより、第４の発明では、第１の発明
と同様な作用効果を奏する。

【００２０】第５の発明は、第１の発明において、前記
波長制御手段は、前記波長変換手段の後段のレーザ光の
波長をモニタして前記オシレータ段の前記発振波長を所
望の波長に制御することを特徴とする。

【００２１】これにより、第５の発明では、第１の発明
と同様な作用効果を奏する。

【００２２】第６の発明は、第１から第５の発明におい
て、前記波長制御手段がモニタするレーザ光を一部サン
プリング抽出する抽出手段と、既知の波長の光を吸収す
る吸収セルと、前記抽出手段によって抽出され、前記吸
収セルを通過したレーザ光の光強度を検出する光強度検
出手段とをさらに具備し、前記波長制御手段は、前記光
強度が最小となるように前記オシレータ段の発振波長を
制御し、この光強度が最小となる前記既知の波長の干渉
縞を記憶して較正用干渉縞とし、この較正用干渉縞を用
いて前記発振波長または前記中間高調波の波長のモニタ
を定期的に較正することを特徴とする。

【００２３】これにより、第６の発明では、さらに高精
度の波長制御が可能となる。

【００２４】第７の発明は、第１から第６の発明におい
て、前記高調波光は、紫外領域の光であり、前記発振波
光または前記中間高調波光は、可視領域又は近赤外領域
の光であることを特徴とする。

【００２５】第７の発明では、第１から第６の発明と同
様な作用効果を奏する。特に、高調波光の波長が紫外領
域となるとこの波長を検出する素子がないか、あっても
精度が低く、さらには、その波長の短さから検出する素
子の製造が困難であるのに対し、発振波光あるいは高調
波光が可視領域又は近赤外領域であるため、波長検出素
子が豊富であり、信頼性も高いため、高精度の波長制御
を容易に行うことができ、安定性も増すという効果を有
する。

【００２６】第８の発明は、第１から第７の発明におい
て、前記オシレータ段と前記波長変換手段との間に前記
発振波光または前記中間高調波光を増幅する増幅手段を
さらに具備したことを特徴とする。

【００２７】第８の発明では、高精度に波長制御された
発振波光または中間高調波光を該発振波光または中間高
周波光段階で増幅するので、非常に増幅率の高い狭帯域
化レーザ光を出力することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００２９】図１は、本発明の第１の実施の形態である
インジェクションロック型狭帯域レーザの全体構成を示
す図である。

【００３０】図１において、このインジェクションロッ
ク型狭帯域レーザはオシレータ段Ａ、波長変換部１２、
および増幅段Ｂとから構成される。

【００３１】オシレータ段Ａは、ポンピングレーザ１１
と、これによって励起され、基本波光Ｌ１を出力するチ
タンサファイヤレーザ１０とからなる。

【００３２】ポンピングレーザ１１としては、アルゴン
イオンレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ等が用いら
れ、アルゴンイオンレーザの場合は４８８ｎｍ，５１５
ｎｍ等のマルチライン、ＹＡＧレーザの場合は第２高調
波（５３２ｎｍ）、ＹＬＦレーザの場合は第２高調波
（５２７ｎｍ）がポンピング光として使用される。

【００３３】チタンサファイヤレーザ１０の詳細構成に
ついては後述するが、ポンピングレーザ１１からのポン
ピング光が増幅媒体３としてのチタンサファイヤロッド
に入射されると、増幅媒体３は、７７３．６ｎｍのレー
ザ光を含む光を発生し、リアミラー１とフロントミラー
４とで構成される共振器とこの共振器内の波長選択素子
２等によって７７３．６ｎｍの狭帯域のレーザ光を増幅
発振して基本波光Ｌ１として波長変換部１２に出力す
る。チタンサファイヤレーザ１０内には、波長制御機能
を有し、ビームスプリッタ５によって基本波光Ｌ１の一
部を取り出し、波長モニタ６によって基本波光Ｌ１の波
長を検出し、この検出した波長をもとに、波長コントロ
ーラ７がドライバ８を介して波長選択素子２及びリアミ
ラー１を調整して、狭帯域の７７３．６ｎｍの基本波光
Ｌ１が出射されるようにフィードバック制御される。

【００３４】波長変換部１２は、入射された基本波光Ｌ
１を和周波混合によって４倍の高調波である１９３．４
ｎｍのレーザ光に変換し、高周波光Ｌ２として増幅段Ｂ
に入力する。この波長変換部１２は、非線形光学効果を
もつ波長変換素子によって実現される。例えば、非線形
光学素子を３つ用い、最初の非線形光学素子によって、
入力された波長ωをもつレーザ光は、波長ωと２ωのレ
ーザ光を生成し、次の非線形光学素子によって波長ωと
波長３ω（ω＋２ω）のレーザ光を生成し、さらに次の
非線形光学素子によって波長ωと４ω（ω＋３ω）のレ
ーザ光を生成し、この波長４ωのレーザ光を透過させる
ミラーを用いて出力させるようにする。この高調波光Ｌ
２は、全反射ミラー１３、１４を介して増幅段Ｂに入力
される。

【００３５】増幅段Ｂのチャンバ２４内には、１９３ｎ
ｍのレーザ光を発生することができるＡｒＦガスが充填
され、このＡｒＦガスをエキシマ状態に励起する放電電
極２３を有する。入力された高調波光Ｌ２は、凹面ミラ
ーのカップリングホールを介してチャンバ２４内に入力
し、凸面ミラー２１を介して反射し、さらに凹面ミラー
２２に反射し、出力光Ｌ３として出力する。高調波光Ｌ
２がチャンバ２３内を往復する間に、誘導放出を行うこ
とにより、高調波光Ｌ２が増幅された出力光Ｌ３として
出力される。この場合、ポンピングレーザ１１、チタン
サファイヤレーザ１０、及び増幅段Ｂの放電電極２３の
放電タイミングを同期させる必要がある。

【００３６】次に、図２を参照してチタンサファイヤレ
ーザ１０の構成、特にチタンサファイアレーザ１０内に
おける波長制御のための構成について説明する。

【００３７】図２において、リアミラー１とフロントミ
ラー４とで構成される共振器内のチタンサファイアロッ
ド３にポンピング光Ｌ０が入射すると、チタンサファイ
ヤロッド３はレーザ光を発し、共振器および波長選択素
子としてのエタロン２によって狭帯域化された７７３．
６ｎｍの基本波光Ｌ１が出力される。基本波光Ｌ１の一
部は上述したようにビームスプリッタ５によってサンプ
ルされて取り出され、波長モニタ６内に入力される。

【００３８】波長モニタ６は、ビームスプリッタ５から
の基本波光Ｌ１を散乱板３１によって散乱し、この散乱
された光はビームスプリッタ３２を介してモニタエタロ
ン３３に入射され、集光レンズ３４を介してラインセン
サ３５上に干渉縞を生成する。一方、７７３．６ｎｍの
基本波光の波長に近い基準光としての７７２．２７６ｎ
ｍラインを発光するアルゴンランプ３６がコリメータレ
ンズ３７の焦点に配置され、干渉フィルタ３８によって
アルゴンランプ３６が発生する光のうち７７２．２７６
ｎｍの光のみを透過させ、この透過した基準光は、ビー
ムスプリッタ３２、モニタエタロン３３、集光レンズ３
４を介してラインセンサ３５上に干渉縞を生成する。ラ
インセンサ３５によって撮像された基本波光および基準
光の干渉縞は、波長コントローラ７に送出される。

【００３９】波長コントローラ７は、基本波光の干渉縞
と基準光の干渉縞とを比較することによって、現在の基
本波光の絶対波長を算出し、増幅段Ｂから出力される出
力光Ｌ３の波長１９３．３ｎｍの４倍の波長である基本
波目標波長とのずれを算出し、このずれを補正すべくド
ライバ８を介してエタロン２を制御するとともに、圧電
素子であるＰＺＴを駆動する制御を行ってリアミラーの
位置を調整し、共振器長を変化させる波長制御を行う。
なお、エタロンの制御とは、エタロン２の角度を変化さ
せることによってレーザ光のエタロン２への入射角度を
変化させたり、エタロンのエアギャップ間隔を調整した
り、エタロンの温度を変化させたり、エタロンのエアギ
ャップ内の温度を変化させたりすることによって、レー
ザ光の波長選択を適切に行う制御である。

【００４０】次に、図３から図９を参照して、波長コン
トローラ７の波長制御処理について説明する。

【００４１】まず、図３は、波長制御処理の全体フロー
チャートを示している。図３において、最初に目標波長
λatが入力される（ステップＳ１）。この目標波長と
は、出力光Ｌ３の波長１９３．３ｎｍの波長である。次
に、基本波目標波長λot（＝λat＊ｎ）を算出する（ス
テップＳ２）。この基本波目標波長λotは、チタンサフ
ァイヤレーザ１０からの高調波光Ｌ１の波長に対する目
標波長である。その後、現在の基本波波長λoを検出す
る基本波波長検出処理を行い（ステップＳ３）、基本波
目標波長λotと検出された基本波波長λoとの差Δλを
算出する（ステップＳ４）。その後、このΔλをなくす
ように、波長選択素子（エタロン）２等を駆動制御する
波長制御処理を行い（ステップＳ５）、ステップＳ１に
移行し、上述した処理を繰り返す。

【００４２】図４（ａ）は、ステップＳ３の基本波波長
検出処理手順を示すフローチャートである。図４（ａ）
において、まず基本波光の干渉縞を検出する処理を行い
（ステップＳ１１）、その後、検出された基本波光の干
渉縞と基準光の干渉縞とから現在の基本波光の絶対波長
λoを算出し（ステップＳ１２）、ステップＳ３にリタ
ーンする。

【００４３】図４（ｂ）は、ステップＳ１１の基本波光
の干渉縞検出処理を示すフローチャートであり、まず、
タイマの時間Ｔが、基準光の読み込み周期Ｋに到達した
か否かを判断し（ステップＳ２１）、周期Ｋに到達した
場合に、基準光の干渉縞を検出し（ステップＳ２２）、
その後タイマの時間Ｔを０にリセットし（ステップＳ２
３）、ステップＳ２１に移行し、上述した処理を繰り返
す。

【００４４】次に、図５は、ステップＳ５の波長制御処
理手順を示すフローチャートであり、波長制御処理は、
まず、チタンサファイヤレーザ１０の共振器の選択波長
がΔλ分変化するように共振器長を変化させる中心波長
制御処理を行い（ステップＳ３１）、その後、チタンサ
ファイヤレーザ１０からの基本波光Ｌ１の出力または中
心波長が最大となるように、エタロン２等の波長選択素
子の選択波長を制御する重ね合わせ制御処理を行って
（ステップＳ３２）、ステップＳ５にリターンする。

【００４５】ここで、図７（ａ）は、波長に対する光強
度との関係を示す図であり、ステップＳ３１の中心波長
制御とは、現在発振している中心波長λoの選択を基本
波目標波長λotに変化させる処理を行うものである。こ
の変化は、上述したようにＰＺＴ９を駆動させてリアミ
ラー１の位置を変化させ、これによってリアミラー１と
フロントミラー４との間の共振器長を変化させるもので
ある。これにより、共振器による選択波長は適正なもの
となる。

【００４６】次に、図６は、ステップＳ３２の重ね合わ
せ制御処理手順を示すフローチャートであり、まず波長
コントローラ７は、最初に読み込んだ中心波長の初期パ
ワーをＰ０と設定し（ステップＳ４１）、さらにエタロ
ン２の選択波長をプラス側に所定波長分シフトさせる
（ステップＳ４２）。その後、中心波長パワーＰを読み
込み（ステップＳ４３）、この読み込んだ中心波長パワ
ーＰと初期パワーＰ０とを比較する（ステップＳ４
４）。中心波長パワーＰが初期パワーＰ０より大きい場
合は、エタロン２の選択波長を前回のシフト方向と同一
の方向に所定波長分シフトさせ（ステップＳ４５）、現
在の中心波長パワーＰをＰ０に設定して（ステップＳ４
７）、ステップＳ４３に移行し、中心波長パワーＰがＰ
０となるまで処理を繰り返す。また、中心波長パワーＰ
が初期パワーＰ０より小さい場合は、エタロン２の選択
波長を前回のシフト方向と逆の方向に所定波長分シフト
させ（ステップＳ４６）、現在の中心波長パワーＰをＰ
０に設定して（ステップＳ４７）、ステップＳ４３に移
行し、中心波長パワーＰがＰ０となるまで処理を繰り返
す。一方、中心波長パワーＰがＰ０と等しい場合、ステ
ップＳ３２にリターンする。

【００４７】すなわち、図７（ｂ），（ｃ）に示すよう
に、エタロン２の選択波長曲線の最大点の波長λeの前
後で発振している場合は、このエタロン２の選択波長曲
線の最大点に中心波長λoが収束する。これは、ステッ
プＳ４７で順次中心波長パワーＰがＰ０に再設定され、
選択波長曲線の凸部最大点に段階的に収束するからであ
る。なお、ステップＳ４４における中心波長パワーＰと
パワーＰ０とが等しいか否かは、ＰとＰ０との差が所定
範囲内であるか否かによって判断する。

【００４８】このような中心波長制御および重ね合わせ
制御によって、共振器による波長選択とエタロンによる
波長選択とが適正となって、所望の基本波目標波長λot
に制御されるとともに、そのときのパワーも最大とな
る。

【００４９】次に、ステップＳ５の波長制御処理手順の
他の例について説明する。これは、図９（ａ）〜（ｃ）
に示すように、共振器の波長選択は、共振器長に応じて
複数の選択波長が現れ、共振器長の変化によって選択波
長が全体的に間隔を変えながらシフトし、エタロンによ
る選択波長も同様に複数現れるが、共振器による選択波
長の間隔に比べて大きいため、エタロンによる選択波長
と共振器による選択波長とが大きくずれている場合に
は、まずエタロンによる選択波長を調整した方が効率的
かつ確実に波長制御を行うことができるからである。

【００５０】ここで、ＦＳＲとは上述した複数の選択波
長間の波長差を意味し、共振器のＦＳＲであるＦＳＲc
は、ＦＳＲc＝λ＾２／（２ｎＬ）で表され、エタロンのＦＳＲであるＦＳＲeは、ＦＳＲe＝λ＾２／（２ｎｄ）で表される。なお、「＾」はべき乗、「ｎ」は自然数、
「Ｌ」は共振器長、「ｄ」はエタロン２内のミラー間距
離を示す。

【００５１】従って、他の波長制御処理では、図９
（ａ）に示すように、現在の基本波波長λoと基本波目
標波長λotとのずれΔλがＦＳＲc／２より大きい場合
には、エタロン２の選択波長の制御を先に行うようにし
ている。

【００５２】すなわち、図８において、まずΔλがＦＳ
Ｒc／２よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ５
１）。大きい場合には、エタロン２の選択波長をΔλ変
化させ（ステップＳ５４，図９（ｂ））、その後、共振
器の選択波長がΔλ変化するように共振器長を変化させ
（ステップＳ５５，図９（ｃ））、ステップＳ５にリタ
ーンする。

【００５３】一方、ΔλがＦＳＲc／２によりも大きく
ない場合には、図５のステップＳ３１に示す中心波長制
御と同じ中心波長制御処理を行い（ステップＳ５２）、
さらに図５のステップＳ３２に示す重ね合わせ制御と同
じ重ね合わせ制御処理を行い（ステップＳ５３）、細か
い波長制御を行って、ステップＳ５にリターンする。

【００５４】このような他の波長制御処理を含めた基本
波に対する波長制御処理を行うと、基本波の４倍の高調
波に対する波長制御に比べて高い精度をもった波長制御
を行うことができ、狭帯域化を容易にするとともに、波
長領域が可視領域であって低いため、波長モニタ６が用
いる光学素子が豊富であり、さらに高精度の波長制御を
容易に実現できる。

【００５５】例えば、図１０は、図２の波長制御装置に
よる波長制御にさらに吸収セル波長検出部を付加した第
２の実施の形態である波長制御装置を示し、この吸収セ
ル波長検出部を用いて基本波光Ｌ１の波長をさらに高精
度に調整することができる。このような吸収セル波長検
出部を用いることができるのは、上述したように基本波
光が可視領域であるからである。

【００５６】すなわち、図１０において、ビームスプリ
ッタ５によってサンプリングされた基本波光Ｌ１は、波
長モニタ６に入射される途中の光路に設けられたビーム
スプリッタ４０によってさらに基本波光がサンプリング
される。このサンプリングされた基本波光Ｌ１の一部
は、吸収セル波長検出部４１内に入力され、所定の吸収
ラインを有するガスセル４２を透過し、吸収セル波長検
出部は、フォトセンサ４３によって光強度を検出する。
この光強度に応じて波長コントローラ７が光強度が最小
となるよに波長制御を行い、最小のときの基本波光の干
渉縞を波長モニタによって記憶しておくことにより、波
長の較正処理を行うことができる。ここで、光強度が最
小のときの基本波波長とガスセル４２の吸収ラインとが
一致しなくても、吸収ラインの波長が既知であるため、
この既知の波長をもとに波長モニタ６が較正され、現在
の基本波波長を検出することができる。この基本波波長
の較正処理を定期的に行い、上述した波長制御処理に付
加することによってさらに高精度の波長制御が可能とな
る。

【００５７】この吸収セル波長検出部４１の制御処理お
よびこの検出結果を用いた較正処理の手順について図１
１に示すフローチャートを参照して説明する。

【００５８】図１１（ａ）において、波長コントローラ
７は、タイマの時間Ｔが所定周期Ｋを超えたか否かを判
断し（ステップＳ６１）、所定周期Ｋを超えた場合、波
長較正モードに設定してこの時の基本波の初期波長を設
定する（ステップＳ６２）。その後、この初期波長にお
ける吸収セル４２を透過した光強度Ｐ１０をフォトセン
サ４３によって検出する（ステップＳ６３）。さらに、
基本波波長（初期波長）を所定波長分プラス側に変化さ
せる波長制御を行う（ステップＳ６４）。その後、変化
した基本波波長において吸収セルを透過した光強度Ｐ１
１を検出する（ステップＳ６５）。その後、光強度Ｐ１
１がＰ１０より大きいか否かを判断し（ステップＳ６
６）、光強度Ｐ１１がＰ１０より大きくない場合は、Ｐ
１１をＰ１０に設定し（ステップＳ６０）、ステップＳ
６４に移行し、光強度が最小となる波長に制御する。一
方、光強度Ｐ１１がＰ１０より大きい場合、ガスセル４
２による吸収が大きいため、このガスセル４２の吸収ラ
インと現在の基本波波長とが一致するので、このときの
基本波の干渉縞を較正時の干渉縞として波長モニタに記
憶させる（ステップＳ６７）。その後、タイマの時間Ｔ
を０にリセットして（ステップＳ６８）、本処理を終了
する。

【００５９】一方、この較正時の干渉縞を用いた較正処
理は、図１１（ｂ）に示すように、まず、通常時におい
て基本波光の干渉縞を波長モニタ６によって検出し（ス
テップＳ７１）、その後、この基本波光の干渉縞と図１
１（ａ）のステップＳ６８で記憶した較正時の干渉縞と
から基本波光の絶対波長λoを算出し（ステップ７
２）、これにより、絶対波長λoをさらに精度高く算出
し、ひいては精度の高い波長制御が可能となる。

【００６０】なお、このような較正処理は、波長モニタ
６内のモニタエタロン３３の安定性を考慮して、定期的
に行えばよい。

【００６１】次に、第３の実施の形態について説明す
る。第１及び第２の実施の形態では、チタンサファイヤ
レーザ１０の基本波光Ｌ１をそのまま波長変換部１２に
入力するようにしているが、第３の実施の形態では、さ
らにこの基本波光Ｌ１を波長変換せずに増幅する基本波
増幅段を介在させている点が第１及び第２の実施の形態
とは異なり、その他の構成は同じである。

【００６２】すなわち、図１２は、第３の実施の形態で
あるインジェクションロック型狭帯域レーザの概要構成
を示し、チタンサファイヤレーザ１０と波長変換部１２
との間にチタンサファイヤレーザ１０が出力した基本波
光を増幅する基本波増幅段Ｃを設けている。この場合、
ポンピングレーザ１１からのポンピング光Ｌ０は、ビー
ムスプリッタ５０を介して、チタンサファイヤレーザ１
０のみならず、全反射ミラー５１を介して基本波増幅段
Ｃにも入力される。これにより、最終出力光の出力が大
幅にアップすることになる。

【００６３】なお、図１２では、チタンサファイヤレー
ザ１０の基本波光Ｌ１をモニタして波長制御する構成と
なっているが、これに限らず、基本波増幅段Ｃからの出
力光を一部サンプルしモニタすることによって、チタン
サファイヤレーザ１０の波長制御を行うようにしてもよ
い。

【００６４】さらに、こ基本波増幅段Ｃ内に波長選択素
子を配置し、基本波増幅段Ｃからの出力光を一部サンプ
ルしモニタした結果を該波長選択素子にフィードバック
することによって波長制御するようにしてもよい。

【００６５】また、この場合、基本波増幅段Ｃがリング
共振器によって実現される場合には、このリングレーザ
の共振器長を変化させて波長制御を行うようにしてもよ
い。

【００６６】次に、図１３を参照してリアミラーがグレ
ーティング機能を有する場合のチタンサファイヤレーザ
１０内における波長制御のための構成について説明す
る。

【００６７】図１３において、グレーティング機能を有
するリアミラー６１とフロントミラー６４とで構成され
る共振器内にポンピングレーザ７１からのポンピング光
が入射すると、チタンサファイヤロッド３はレーザ光を
発し、共振器、および波長選択素子としてのエタロン６
２とリアミラー（グレーティング）６１とによって狭帯
域化された７７３．６ｎｍの基本波光Ｌ１１が出力され
る。基本波光Ｌ１１の一部は、ビームスプリッタ６５に
よってサンプルされて取り出され、波長モニタ６６内に
入力される。

【００６８】波長モニタ６６は、ビームスプリッタ６５
からの基本波光Ｌ１１を散乱板８１によって散乱し、こ
の散乱された光はビームスプリッタ８２を介してモニタ
エタロン８３に入射され、集光レンズ８４を介してライ
ンセンサ８５上に干渉縞を生成する。一方、７７３．６
ｎｍの基本波光の波長に近い基準光としての７７２．３
７６ｎｍラインを発光するアルゴンランプ８６がコリメ
ータレンズ８７の焦点に配置され、干渉フィルタ８８に
よってアルゴンランプ８６が発生する光のうち７７２．
３７６ｎｍの光のみを透過させ、この透過した基準光
は、ビームスプリッタ８２、モニタエタロン８３、集光
レンズ８４を介してラインセンサ８５上に干渉縞を生成
する。ラインセンサ８５によって撮像された基本波光お
よび基準光の干渉縞は、波長コントローラ６７に送出さ
れる。

【００６９】波長コントローラ６７は、基本波光の干渉
縞と基準光の干渉縞とを比較することによって、現在の
基本波光の絶対波長を算出し、増幅段Ｂ１から出力され
る出力光Ｌ１３の波長１９３．３ｎｍの４倍の波長であ
る基本波目標波長とのずれを算出し、このずれを補正す
べくドライバ６８を介してエタロン６２、リアミラー６
１のグレーティング角度、共振器長変化のためのリアミ
ラー６１の位置を制御して波長制御を行う。

【００７０】次に、図１４から図１７を参照して、波長
コントローラ６７の波長制御処理について説明する。基
本的には、図３から図９に示す波長制御手順と同じであ
るが、リアミラー６１をグレーティングとしているの
で、このグレーティングによる波長制御処理も加わるこ
とになる。

【００７１】図１４は、波長コントローラ６７による波
長制御処理の全体フローチャートであり、図３に示す波
長制御処理とほぼ同じであるが、ステップＳ８５におけ
る波長制御処理にグレーティング制御が含まれるため、
若干異なる。

【００７２】図１５は、ステップＳ８５における波長制
御処理手順を示すフローチャートであり、まず、基本波
波長λoと基本波目標波長λotとの差Δλと、中心波長
パワーＰとを読み込む（ステップＳ９１）。

【００７３】その後、現在の中心波長パワーＰが予め設
定した所定のパワーＰＬよりも小さいか否かを判断し
（ステップＳ９２）、小さい場合には、この中心波長パ
ワーＰが最大となるようにグレーティング６１の角度を
変化させ、このグレーティング６１による波長選択を行
う（ステップＳ９３）。さらに、中心波長パワーＰが最
大となるようにエタロン６２の選択波長を変化させ（ス
テップＳ９４）、その後ステップＳ９１に移行し、処理
を続行する。ここで、図１６（ａ）に示すように、グレ
ーティングの選択波長の間隔は、エタロンの選択波長間
隔よりも大きい。従って、グレーティングによる選択波
長、エタロンによる選択波長、共振器長による選択波長
の順序で選択波長の間隔は狭くなり、より微細な波長選
択が行われることになる。ステップＳ９３及びＳ９４の
処理は、図１６（ａ）の状態から図１６（ｂ）の状態に
変化させることであり、グレーティングの選択波長曲線
Ｃgの最大点とエタロンの選択波長曲線Ｃeの最大点とを
現在の発振波長に一致させることによって最大パワーを
得ている。

【００７４】次に、ステップＳ９２で中心波長パワーＰ
が所定のパワーＰＬよりも小さくない場合は、さらにΔ
λがＦＳＲe／２より大きいか否かを判断し（ステップ
Ｓ９５）、小さくない場合には、グレーティングの選択
波長をΔλ変化させ（ステップＳ９６、図１６
（ｃ））、グレーティングの選択波長の最大点を基本波
目標波長λotに一致させる。さらに、最大パワーとなる
ように、エタロンの選択波長を変化させる（ステップＳ
９７、図１６（ｄ））。その後、ステップＳ９１に移行
し、処理を続行する。これにより、現在の発振波長がよ
り基本波目標波長λotに近づくことになる。

【００７５】次に、ステップＳ９５でΔλがＦＳＲeよ
り大きくない場合は、さらにΔλがＦＳＲc／２より大
きいか否かを判断し（ステップＳ９８）、大きい場合
は、エタロンの選択波長をΔλ変化させ（ステップＳ９
９、図１７（ａ））、最大パワーとなるように、ＰＺＴ
６９を駆動して共振器長を変化させ、共振器の選択波長
を変化させる（ステップＳ１００、図１７（ｂ））。そ
の後、ステップＳ９１に移行し、処理を続行する。

【００７６】さらに、ステップＳ９８でΔλがＦＳＲc
／２より大きくない場合は、共振器の選択波長をΔλを
変化させ（ステップＳ１０１、図１７（ｂ））、最大パ
ワーとなるように、エタロンの選択波長を変化させ（ス
テップＳ１０２、図１７（ｂ））、さらに最大パワーと
なるように、グレーティングの選択波長を変化させる
（ステップＳ１０３、図１７（ｂ））。この場合、Δλ
はＦＳＲc／２内であるので、まず共振器の選択波長を
Δλ変化させることにより、精度の高い波長制御がなさ
れることになる。その後、ステップＳ８５にリターンす
る。

【００７７】このような波長制御を行うことにより、段
階的に確実に所望の狭帯域化された基本波目標波長λot
に調整することができる。

【００７８】次に、第４の実施の形態について説明す
る。第４の実施の形態では、第１から第３の実施の形態
がいずれもオシレータ段内から波長をモニタして波長制
御を行っていたのに対し、波長変換部１２内のレーザ光
の波長をモニタして波長制御を行うようにしている。

【００７９】すなわち、図１８は、第４の実施の形態で
あるインジェクションロック型狭帯域レーザの概要構成
を示す図であり、波長モニタ６は、波長変換部１２から
波長を検出するようにしている。波長変換部１２は、上
述したように和周波混合によって基本波光Ｌ１の波長ω
を順次３つの波長変換素子９３〜９５によって順次波長
２ω、波長３ω、波長４ωに変換している。そこで、波
長変換素子９３に入力される波長ωをビームスプリッタ
９６でサンプルして取り出し、または波長変換素子９３
と波長変換素子９４との間の波長２ωをビームスプリッ
タ９７でサンプルして取り出し、または波長変換素子９
４と波長変換素子９５との間の波長３ωをビームスプリ
ッタ９８でサンプルして取り出すようにする。これらの
ビームスプリッタ９６〜９８は、いずれか１つを設けて
よいし、これらを適切に組み合わせるような構成として
もよい。いずれか１つを設ける構成の場合には、波長モ
ニタ６および波長コントローラ７は、取り出される波長
を制御できることが必要であり、適切に組み合わせた構
成とした場合、波長モニタおよび波長コントローラ７
は、これらの取り出された波長を全て制御できることが
必要である。複数の波長を制御することによって、さら
に精度の高い波長制御が可能となる。

【００８０】このようにして、上述した実施の形態で
は、それぞれの検出した波長に応じた精度、例えば最終
的な出力光の波長が４ωの場合で波長ωの基本波光をモ
ニタする場合には４倍精度が向上し、波長２ωの基本波
光をモニタする場合には２倍精度が向上し、最終的な出
力の波長が３ωの場合で波長ωの基本波光をモニタする
場合には３倍精度が向上した波長制御を行うことができ
るとともに、制御する周波数領域が低いため、波長モニ
タが波長制御する際の光学素子が豊富であり、精度の高
い波長制御が可能となり、かつ光学素子の寿命を格段に
向上させることができる。

【００８１】なお、上述した第１から第４の実施の形態
は適宜組み合わせが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態であるインジェクシ
ョンロック型狭帯域レーザの全体構成を示す図である。

【図２】図１のチタンサファイヤレーザ１０内の波長制
御の構成を示す図である。

【図３】波長コントローラ７の波長制御処理手順を示す
全体フローチャートである。

【図４】ステップＳ３の基本波波長検出処理手順および
ステップＳ１１の基本波光の干渉縞検出処理手順を示す
フローチャートである。

【図５】ステップＳ５の波長制御処理手順を示すフロー
チャートである。

【図６】ステップＳ３２の重ね合わせ制御処理手順を示
すフローチャートである。

【図７】波長制御時における波長に対する光強度の関係
を示す図である。

【図８】ステップＳ５における別の波長制御処理手順を
示すフローチャートである。

【図９】図８に示す波長制御時における波長に対する光
強度の関係を示す図である。

【図１０】吸収セル波長検出部を付加して波長制御を行
う第２の実施の形態の構成を示す図である。

【図１１】吸収セル波長検出部の処理結果を用いた較正
処理手順を示すフローチャートである。

【図１２】本発明の第３の実施の形態であるインジェク
ションロック型狭帯域レーザの全体構成を示す図であ
る。

【図１３】リアミラーがグレーティング機能を有する場
合のチタンサファイヤレーザ１０の波長制御の構成を示
す図である。

【図１４】波長コントローラ６７の波長制御処理手順の
全体フローチャートである。

【図１５】ステップＳ８５の波長制御処理手順を示すフ
ローチャートである。

【図１６】ステップＳ８５の波長制御時の波長に対する
光強度の関係を示す図である。

【図１７】ステップＳ８５の波長制御時の波長に対する
光強度の関係を示す図である。

【図１８】本発明の第４の実施の形態であるインジェク
ションロック型狭帯域レーザの全体構成を示す図であ
る。

【図１９】従来の狭帯域化エキシマレーザの概要構成を
示す図である。

【図２０】従来のインジェクションロック型狭帯域レー
ザの構成を示す図である。

【符号の説明】

１…リアミラー２…波長選択素子（エタロン）３…増幅媒体（チタンサファイヤロッド）４…フロン
トミラー５，３２…ビームスプリッタ６…波長モニタ７…波
長コントローラ８…ドライバ９…ＰＺＴ１０…チタンサファイヤレ
ーザ１１…ポンピングレーザ１２…波長変換部１３，１
４…全反射ミラー２１…凸面ミラー２２…凹面ミラー２３…放電電極
２４…チャンバＡ…オシレータ段Ｂ…増幅段３１…拡散板３３…
モニタエタロン３４…集光レンズ３５…ラインセンサ３６…アルゴ
ンランプ３７…コリメータレンズ３８…干渉フィルタＬ１…
基本波光Ｌ２…高周波光Ｌ３…出力光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】オシレータ段でレーザ発振した発振波光
を波長変換手段によって高調波光に波長変換し、この高
調波光を増幅段によって増幅出力する注入同期型狭帯域
レーザにおいて、前記オシレータ段の発振波長をモニタして該発振波長を
所望の波長に制御する波長制御手段を具備したことを特
徴とする注入同期型狭帯域レーザ。
【請求項２】前記オシレータ段内の共振器内に、所定
倍の中間高調波に波長変換する中間波長変換手段を設
け、前記中間波長変換手段は、該中間波長変換手段を前記共
振器内に設けない場合の発振波光と前記高調波光との間
における前記所定倍の中間高調波に変換し、前記波長制御手段は、前記オシレータ段から出力された
中間高調波の波長をモニタして該オシレータ段がレーザ
発振する中間高調波の波長を所望の中間高調波の波長に
制御することを特徴とする請求項１に記載の注入同期型
狭帯域レーザ。
【請求項３】前記波長制御手段は、前記波長変換手段内で生成される中間高調波の波長をモ
ニタして前記オシレータ段における前記発振波長を所望
の波長に制御することを特徴とする請求項１に記載の注
入同期型狭帯域レーザ。
【請求項４】前記波長制御手段は、前記波長変換手段の前段のレーザ光の波長をモニタして
前記オシレータ段の前記発振波長を所望の波長に制御す
ることを特徴とする請求項１に記載の注入同期型狭帯域
レーザ。
【請求項５】前記波長制御手段は、前記波長変換手段の後段のレーザ光の波長をモニタして
前記オシレータ段の前記発振波長を所望の波長に制御す
ることを特徴とする請求項１に記載の注入同期型狭帯域
レーザ。
【請求項６】前記波長制御手段がモニタするレーザ光
を一部サンプリング抽出する抽出手段と、既知の波長の光を吸収する吸収セルと、前記抽出手段によって抽出され、前記吸収セルを通過し
たレーザ光の光強度を検出する光強度検出手段とをさら
に具備し、前記波長制御手段は、前記光強度が最小となるように前記オシレータ段の発振
波長を制御し、この光強度が最小となる前記既知の波長
の干渉縞を記憶して較正用干渉縞とし、この較正用干渉
縞を用いて前記発振波長または前記中間高調波の波長の
モニタを定期的に較正することを特徴とする請求項１〜
５のうちのいずれか１項に記載の注入同期型狭帯域レー
ザ。
【請求項７】前記高調波光は、紫外領域の光であり、前記発振波光または前記中間高調波光は、可視領域又は
近赤外領域の光であることを特徴とする請求項１〜６の
うちのいずれか１項に記載の注入同期型狭帯域レーザ。
【請求項８】前記オシレータ段と前記波長変換手段と
の間に前記発振波光または前記中間高調波光を増幅する
増幅手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１〜
７のうちのいずれか１項に記載の注入同期型狭帯域レー
ザ。