JPWO2015140901A1 - レーザシステム - Google Patents

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貴士 小野瀬
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弘司 柿崎
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理 若林
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Abstract

本開示によるレーザシステムは、ラマンセルと、ＯＰＡを含み、ラマンセルに向けて、第１のラマンセル用ポンプ光及び第２のラマンセル用ポンプ光を出力するポンプ光生成装置と、ラマンセルに向けて波長変換の対象であるプローブ光を出力するラマンセル用レーザ装置とを備えてもよい。

Description

本開示は、ラマン散乱を利用したレーザシステムに関する。
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置（以下、「露光装置」という）においては解像力の向上が要請されている。このため露光用光源から放出される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を放出するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３ｎｍの紫外線を放出するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。
次世代の露光技術としては、露光装置側の露光用レンズとウエハ間を液体で満たして、屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が研究されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として液侵露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光（又はＡｒＦ液浸リソグラフィー）という。
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振幅は約３５０〜４００ｐｍと広いため、これらの投影レンズが使用されると色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から放出されるレーザビームのスペクトル線幅（スペクトル幅）を狭帯域化する必要がある。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には狭帯域化素子（エタロンやグレーティング等）を有する狭帯域化モジュール（Ｌｉｎｅ Ｎａｒｒｏｗ Ｍｏｄｕｌｅ）が設けられ、スペクトル幅の狭帯域化が実現されている。このようにスペクトル幅が狭帯域化されるレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
さらに、ＡｒＦエキシマレーザの波長以下の波長のＶＵＶ（真空紫外：Vacuum Ultraviolet）光を生成する装置の開発がなされている。ＶＵＶ光は発生させるレーザ媒質が殆ど無いため、波長変換を使って発生させる必要がある。波長変換を行う代表的な方法として、非線形結晶を使った波長変換と、ラマン散乱を使った波長変換とがある。
米国特許第５７７１１１７号明細書
Andrew J. Merriam, S. J. Sharpe, H. Xia, D. Manuszak, G. Y. Yin, and S. E. Harris ,"Efficient gas-phase generation of coherent vacuum ultraviolet radiation", OPTICS LETTERS, Vol. 24, No. 9 (1999)625-627
概要
本開示によるレーザシステムは、ラマンセルと、ＯＰＡを含み、ラマンセルに向けて、第１のラマンセル用ポンプ光及び第２のラマンセル用ポンプ光を出力するポンプ光生成装置と、ラマンセルに向けて波長変換の対象であるプローブ光を出力するラマンセル用レーザ装置とを備えてもよい。
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、ＶＵＶ光生成装置の一構成例を概略的に示す。 図２は、ポンプ光生成装置を含むレーザシステムとしてのＶＵＶ光生成装置の一構成例を概略的に示す。 図３は、図２に示したＶＵＶ光生成装置に適用されるレーザ波長の具体例を示す。 図４は、ＡｒＦエキシマレーザを用いた場合の被波長変換光と、被波長変換光から生成されるストークス光及びアンチストークス光との波長の一例を示す。 図５は、Ｆ２レーザを用いた場合の被波長変換光と、被波長変換光から生成されるストークス光及びアンチストークス光との波長の一例を示す。 図６は、ＫｒＦエキシマレーザを用いた場合の被波長変換光と、被波長変換光から生成されるストークス光及びアンチストークス光との波長の一例を示す。 図７は、ポンプ光生成装置を含むＶＵＶ光生成装置の制御システムの一構成例を概略的に示す。 図８は、ＶＵＶ光生成装置の制御の流れの一例を示す。 図９は、図８に続く制御の流れの一例を示す。 図１０は、ポンプ光生成装置の第１の構成例を概略的に示す。 図１１は、ポンプ光生成装置の第２の構成例を概略的に示す。 図１２は、ポンプ光生成装置の第３の構成例を概略的に示す。 図１３は、ポンプ光生成装置の第４の構成例を概略的に示す。 図１４は、ポンプ光生成装置の第５の構成例を概略的に示す。 図１５は、ラマンセルへのポンプ光の偏光方向が最適化されたＶＵＶ光生成装置の第１の構成例を概略的に示す。 図１６は、ラマンセルへのポンプ光の偏光方向が最適化されたＶＵＶ光生成装置の第２の構成例を概略的に示す。 図１７は、制御部のハードウエア環境の一例を示す。
実施形態
＜内容＞
［１．概要］
［２．用語の説明］
［３．高コヒーレンスラマンによるＶＵＶ光生成装置］（図１）
３．１ 構成
３．２ 動作
３．３ 課題
［４．第１の実施形態］（ＯＰＡを備えたポンプ光生成装置を含むＶＵＶ光生成装置）（図２、図３〜図６）
４．１ 構成（図２）
４．２ 動作
４．３ 作用
４．４ 変形例
４．５ 波長の具体例（図３〜図６）
４．５．１ 具体例の構成
４．５．２ 具体例の動作及び作用
４．５．３ 具体例の変形例
［５．第２の実施形態］（ポンプ光生成装置を含むＶＵＶ光生成装置の制御システム）（図７〜図９）
５．１ 構成
５．２ 動作
５．３ 作用
５．４ 変形例
［６．第３の実施形態］（ＯＰＡを備えたポンプ光生成装置のバリエーション）（図１０〜図１４）
６．１ 第１の構成例（図１０）
６．１．１ 構成
６．１．２ 動作
６．１．３ 作用
６．１．４ 変形例
６．２ 第２の構成例（図１１）
６．３ 第３の構成例（図１２）
６．３．１ 構成
６．３．２ 動作及び作用
６．４ 第４の構成例（図１３）
６．４．１ 構成
６．４．２ 動作
６．４．３ 作用
６．４．４ 変形例
６．５ 第５の構成例（図１４）
６．５．１ 構成
６．５．２ 動作及び作用
［７．第４の実施形態］（偏光方向が最適化されたＶＵＶ光生成装置）（図１５、図１６）
７．１ 第１の構成例（図１５）
７．２ 第２の構成例（図１６）
［８．第５の実施形態］（ラマンセル用ポンプ光の最適化）
８．１ ラマンセル用ポンプ光の波長最適化
８．２ ラマンセル用ポンプ光のスペクトル線幅の最適化
［９．制御部のハードウエア環境］（図１７）
［１０．その他］
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
［１．概要］
本開示は、例えば、ＡｒＦエキシマレーザの波長以下の波長のＶＵＶ光を生成するためのレーザシステムに関する。
［２．用語の説明］
２つの励起光のそれぞれの波長をラマンの共鳴から近共鳴の範囲となるように調整することで、ラマン媒質の分子の運動がコヒーレントに動作する状態を作り得る。その結果、生成されるストークス光、及びアンチストークス光は、通常の誘導ラマン散乱とは異なり、位相整合を無視して同軸に生成され得る。本開示では、この現象を「高コヒーレンスラマン」と呼ぶ。
［３．高コヒーレンスラマンによるＶＵＶ光生成装置］
３．１ 構成
図１は、高コヒーレンスラマンによるＶＵＶ光生成装置の一構成例を概略的に示している。ＶＵＶ光生成装置は、ポンプ光生成装置１０１と、第３のレーザ装置３０と、高反射ミラー２２と、ダイクロイックミラー１２と、ラマンセル２と、ダイクロイックミラー１３とを含んでいてもよい。
ラマンセル２は、チャンバ４０と、レーザ光を入力するためのウインドウ４１と、レーザ光を出力するためのウインドウ４２とを含んでいてもよい。ここで、ラマンセル２中に封入されるガスは、例えば、水素ガスであってもよい。好ましくは、電子スピンの方向が同じ方向であるパラ水素ガスであってもよい。ウインドウ４２はＶＵＶ光９を透過するフッ化物（例えば、ＣａＦ2、ＭｇＦ2）結晶であってもよい。
ポンプ光生成装置１０１は、第１のレーザ装置１０１Ａと、第２のレーザ装置１０１Ｂと、高反射ミラー２１と、ダイクロイックミラー１１とを含んでいてもよい。
第１のレーザ装置１０１Ａは、第１のラマンセル用ポンプ光４Ａとなる波長λ１のパルスレーザ光を出力する狭帯域化レーザ装置であってもよい。第１のレーザ装置１０１Ａは例えば、シングル縦モードで発振する半導体レーザと、シード光を増幅する増幅器とを含むレーザ装置であってもよい。この場合、増幅器は、例えばチタンサファイア結晶を含んでいてもよい。
第２のレーザ装置１０１Ｂは、第２のラマンセル用ポンプ光４Ｂとなる波長λ２のパルスレーザ光を出力する狭帯域化レーザ装置であってもよい。第２のレーザ装置１０１Ｂは例えば、シングル縦モードで発振する半導体レーザと、シード光を増幅する増幅器とを含むレーザ装置であってもよい。この場合、増幅器は、例えばチタンサファイア結晶を含んでいてもよい。
ここで、第１のラマンセル用ポンプ光４Ａの光エネルギと第２のラマンセル用ポンプ光４Ｂの光エネルギとの差が、ラマンセル２に封入されているガス分子を共鳴又は近共鳴させることとなるように、波長λ１と波長λ２とが調節されていてもよい。
高反射ミラー２１とダイクロイックミラー１１は、第１のラマンセル用ポンプ光４Ａと第２のラマンセル用ポンプ光４Ｂとが互いに略同軸でポンプ光生成装置１０１から出力されるように配置されていてもよい。高反射ミラー２１には、波長λ２の光を高反射する膜がコートされていてもよい。ダイクロイックミラー１１には、波長λ１の光を高透過し、波長λ２の光を高反射する膜がコートされていてもよい。
第３のレーザ装置３０は、被波長変換光３となるパルスレーザ光を出力するレーザ装置であってもよい。被波長変換光３は、波長変換の対象であるプローブ光であってもよい。被波長変換光３は、波長λ３の紫外光であってもよい。第３のレーザ装置３０は、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ２レーザであってもよい。第３のレーザ装置３０はまた、紫外線レーザ光を出力する非線形結晶を含む固体レーザ装置であってもよい。
高反射ミラー２２とダイクロイックミラー１２は、第１のラマンセル用ポンプ光４Ａと第２のラマンセル用ポンプ光４Ｂと被波長変換光３とが略同軸でラマンセル２のウインドウ４１に入射するように配置されていてもよい。
高反射ミラー２２には、波長λ３の光を高反射する膜がコートされていてもよい。ダイクロイックミラー１２には、波長λ１及び波長λ２の光を高透過し、波長λ３の光を高反射する膜がコートされていてもよい。
ダイクロイックミラー１３は、ラマンセル２のウインドウ４２から出力されたレーザ光の光路上に配置されていてもよい。ダイクロイックミラー１３には、ラマンセル２で生成された所望のＶＵＶ光９の波長の光を高反射し、波長λ１、波長λ２、波長λ３の光は高透過する膜がコートされていてもよい。
３．２ 動作
図１に示したＶＵＶ光生成装置において、第１のレーザ装置１０１Ａと第２のレーザ装置１０１Ｂとから、それぞれ波長λ１と波長λ２のパルスレーザ光が出力され得る。第１のラマンセル用ポンプ光４Ａとなる波長λ１のパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー１１とダイクロイックミラー１２とを高透過して、ラマンセル２に入射し得る。第２のラマンセル用ポンプ光４Ｂとなる波長λ２のパルスレーザ光は、高反射ミラー２１とダイクロイックミラー１１とを高反射して、波長λ１のパルスレーザ光と略同軸となり得る。そして、波長λ２のパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー１２を高透過して、ラマンセル２に入射し得る。
被波長変換光３となる波長λ３のパルスレーザ光は、高反射ミラー２２とダイクロイックミラー１２とを高反射して、波長λ１及び波長λ２のパルスレーザ光と略同軸となり得る。そして、波長λ３のパルスレーザ光は、ラマンセル２に入射し得る。
波長λ１、波長λ２、及び波長λ３のパルスレーザ光が互いに略同軸で、ラマンセル２のガス中を通過する際に、高コヒーレンスラマンの現象が起こり得る。その結果、ラマンセル２において、波長λ３の被波長変換光３に対してストークス光とアンチストークス光とが生成され得る。このアンチストークス光としては、波長λ３の被波長変換光３よりも短波長のＶＵＶ波長域の複数の次数のパルスレーザ光が生成され得る。
ウインドウ４２からは、波長λ１、波長λ２、及び波長λ３のパルスレーザ光と、複数のストークス光と複数のアンチストークス光とが出力され得る。そして、これらの光のうち、所望のＶＵＶ光９はダイクロイックミラー１３によって高反射され、その他の光、すなわち波長λ１、波長λ２、及び波長λ３のパルスレーザ光やストークス光等はダイクロイックミラー１３を高透過し得る。
３．３ 課題
図１に示したＶＵＶ光生成装置では、２つのラマンセル用ポンプ光を出力するために、独立した２台の狭帯域、高出力のパルスレーザ装置（第１及び第２のレーザ装置１０１Ａ，１０１Ｂ）を用い得る。このため、２つのラマンセル用ポンプ光となるレーザパルスの立ち上がり時間のオーバーラップを長期間維持するのが困難であり得た。
また、波長可変させるために第１及び第２のレーザ装置１０１Ａ，１０１Ｂにチタンサファイアレーザを使用する場合、以下の課題があった。まず、結晶を励起するために５００ｎｍ付近のレーザ光が別に必要になり得る。そのため、発振効率が悪く、システムも巨大になり得る。また、チタンサファイア結晶は熱レンズ効果を強く受けるため、高繰り返し化、高出力化をすると波面が歪み得る。その結果、安定した高コヒーレンスラマン現象を得るのが困難となり得た。
［４．第１の実施形態］（ＯＰＡ５０を備えたポンプ光生成装置１を含むＶＵＶ光生成装置）
４．１ 構成
図２は、本開示の第１の実施形態として、ポンプ光生成装置１を含むレーザシステムとしてのＶＵＶ光生成装置の一構成例を概略的に示している。なお、以下では図１に示したＶＵＶ光生成装置における構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図２に示したＶＵＶ光生成装置は、図１におけるポンプ光生成装置１０１に代えてポンプ光生成装置１を含んでいてもよい。ポンプ光生成装置１は、第１のレーザ装置１０と、第２のレーザ装置２０とを含んでいてもよい。ポンプ光生成装置１はまた、高反射ミラー２３と、ダイクロイックミラー１４と、ＯＰＡ（光パラメトリック増幅器：Optical Parametric Amplifier）５０と、ダイクロイックミラー１５とを含んでいてもよい。
第１のレーザ装置１０は、第１のＯＰＡ用レーザ装置であってもよい。第２のレーザ装置２０は、第２のＯＰＡ用レーザ装置であってもよい。第３のレーザ装置３０は、プローブ光としての被波長変換光３を出力するラマンセル用レーザ装置であってもよい。ポンプ光生成装置１は、ラマンセル２に向けて、少なくとも、第１のラマンセル用ポンプ光及び第２のラマンセル用ポンプ光を出力するものであってもよい。ＯＰＡ５０は、ＯＰＡ用ポンプ光４及びＯＰＡ用シグナル光５を入力としてもよい。ＯＰＡ５０は、ＯＰＡ用ポンプ光４、ＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａ、及びアイドラ光６の３つの光のうち２つの光を、第１のラマンセル用ポンプ光及び第２のラマンセル用ポンプ光としてラマンセル２に向けて出力するするＯＰＡであってもよい。
第１のレーザ装置１０は、ＯＰＡ用ポンプ光４となる波長λ４のパルスレーザ光を出力する狭帯域化レーザ装置であってもよい。第１のレーザ装置１０は例えば、ＣＷのシングル縦モードで発振する半導体レーザと、光シャッタと、シード光を増幅する増幅器と、第２高調波を生成するＬＢＯ結晶とを含むレーザ装置であってもよい。この場合、光シャッタは例えばＥＯポッケルスセルと偏光子との組み合わせでもよい。増幅器は例えば、Ｙｂファイバ増幅器を含んでもよい。
第２のレーザ装置２０は、ＯＰＡ用シグナル光５となる波長λ５のパルスレーザ光を出力する狭帯域化レーザ装置であってもよい。第２のレーザ装置２０は例えば、ＣＷで発振するシングル縦モードの半導体レーザ装置と光シャッタと増幅器との組み合わせであってもよい。この場合、光シャッタは例えば、ＥＯポッケルスセルと偏光子との組み合わせであってもよい。
高反射ミラー２３とダイクロイックミラー１４は、波長λ４のパルスレーザ光と波長λ５のパルスレーザ光とが互いに略同軸となるように配置されていてもよい。高反射ミラー２３には、波長λ５の光を高反射する膜がコートされていてもよい。ダイクロイックミラー１４には、波長λ４の光を高透過し、波長λ５の光を高反射する膜がコートされていてもよい。
ＯＰＡ５０は、ＯＰＡ用ポンプ光４となる波長λ４のパルスレーザ光とＯＰＡ用シグナル光５となる波長λ５のパルスレーザ光とが入力されるように配置してもよい。ＯＰＡ５０は、例えば、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）や、ＢＢＯ結晶であってもよい。
ダイクロイックミラー１５は、ＯＰＡ５０の出力側の光路上に配置されていてもよい。ダイクロイックミラー１５には、波長λ４の光と波長λ５の光を高透過し、ＯＰＡ５０によって生成されたアイドラ光６の波長λ６の光を高反射する膜がコートされていてもよい。
４．２ 動作
図２に示したＶＵＶ光生成装置において、第１のレーザ装置１０から、波長λ４のＯＰＡ用ポンプ光４となるパルスレーザ光が出力され得る。また、第２のレーザ装置２０から、波長λ５のＯＰＡ用シグナル光５となるパルスレーザ光が出力され得る。波長λ４のＯＰＡ用ポンプ光４はダイクロイックミラー１４を高透過して、ＯＰＡ５０に入射し得る。波長λ５のＯＰＡ用シグナル光５は、高反射ミラー２３とダイクロイックミラー１４とを高反射して、波長λ４のＯＰＡ用ポンプ光４と略同軸となって、波長λ４のＯＰＡ用ポンプ光４と共にＯＰＡ５０に入射し得る。
ＯＰＡ５０の結晶中を、波長λ４のＯＰＡ用ポンプ光４と波長λ５のＯＰＡ用シグナル光５とが通過すると、波長λ５のＯＰＡ用シグナル光５が増幅され、波長λ６のアイドラ光６が生成され得る。そして、ＯＰＡ５０から、波長λ４のＯＰＡ用ポンプ光４と、波長λ５のＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａと、波長λ６のアイドラ光６との３つの光が出力され得る。ここで、アイドラ光６の波長λ６に関して、以下の関係式（１）が成立し得る。
ｃ／λ４−ｃ／λ５＝ｃ／λ６ ……（１）
ただし、ｃは光速を示す。
上記３つの光のうち、アイドラ光６はダイクロイックミラー１５によって高反射され、ＯＰＡ用ポンプ光４とＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａとがダイクロイックミラー１５を高透過し得る。そして、波長λ４のＯＰＡ用ポンプ光４と波長λ５のＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａとがダイクロイックミラー１２を高透過して、第１のラマンセル用ポンプ光及び第２のラマンセル用ポンプ光としてラマンセル２に入射し得る。
ここで、波長λ４の光エネルギと波長λ５の光エネルギとの差が、ラマンセル２に封入されているガス分子を共鳴又は近共鳴させることとなるように、第１のレーザ装置１０と第２のレーザ装置２０との発振波長をそれぞれ波長制御してもよい。
被波長変換光３（プローブ光）となる波長λ３のパルスレーザ光は、高反射ミラー２２とダイクロイックミラー１２とを高反射して、波長λ４及び波長λ５のパルスレーザ光と互いに略同軸となり得る。そして、被波長変換光３はラマンセル２に入射し得る。
波長λ４、波長λ５、及び波長λ３のパルスレーザ光が互いに略同軸で、ラマンセル２のガス中を通過する際に、高コヒーレンスラマンの現象が起こり得る。その結果、ラマンセル２において、波長λ３の被波長変換光３に対して、ストークス光とアンチストークス光とが生成され得る。このアンチストークス光としては、波長λ３の被波長変換光３よりも短波長の複数の次数のパルスレーザ光が生成され得る。
ウインドウ４２からは、波長λ４、波長λ５、及び波長λ３のパルスレーザ光と、複数のストークス光と複数のアンチストークス光とが出力され得る。そして、これらの光のうち、所望のＶＵＶ光９はダイクロイックミラー１３によって高反射され、その他の光、すなわち波長λ４、波長λ５、及び波長λ３のパルスレーザ光やストークス光等はダイクロイックミラー１３を高透過し得る。
４．３ 作用
この第１の実施形態によれば、ＯＰＡ５０を利用することで、高出力のＯＰＡ用ポンプ光４で低出力のＯＰＡ用シグナル光５を増幅し、アイドラ光６に変換させ得る。ＯＰＡ５０を通過してきたＯＰＡ用ポンプ光４とＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａとをラマンセル用ポンプ光として利用できるので、図１に示したＶＵＶ光生成装置に比べてポンプ光生成装置１を小型化し得る。
第１のレーザ装置１０と第２のレーザ装置２０は、それぞれ、ＣＷ発振のシングル縦モードの半導体レーザと、光シャッタと、増幅器との組み合わせであってもよい。この場合、第１のレーザ装置１０と第２のレーザ装置２０とにおけるそれぞれの光シャッタの開閉タイミングを制御することによって、第１のレーザ装置１０と第２のレーザ装置２０とから出力される各パルスレーザ光の出力タイミングとパルス波形とが安定化し得る。
４．４ 変形例
上記説明では、ラマンセル用ポンプ光として、ＯＰＡ用ポンプ光４とＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａとを利用する例を挙げたが、これに限定されることなく、ラマンセル用ポンプ光として以下の光の組み合わせ（ａ）又は（ｂ）を利用してもよい。
（ａ）波長λ４のＯＰＡ用ポンプ光４と波長λ６のアイドラ光６
この（ａ）の場合は、ダイクロイックミラー１４には、波長λ５の光を高反射、波長λ４の光と波長λ６の光を高透過する膜がコートされていてもよい。
（ｂ）波長λ５のＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａと波長λ６のアイドラ光６
この（ｂ）の場合は、ダイクロイックミラー１４には、波長λ４の光を高反射、波長λ５の光と波長λ６の光を高透過する膜がコートされていてもよい。
上記説明では、第１のレーザ装置１０及び第２のレーザ装置２０としてシングル縦モードで発振する半導体レーザの例を挙げたが、これに限定されない。例えば、第１のレーザ装置１０及び第２のレーザ装置２０から出力されるパルスレーザ光がマルチ縦モードであってもよい。ただし、このときのそれぞれのスペクトル線幅は、高コヒーレンスラマンの現象が起こり得る線幅であってもよい。
４．５ 波長の具体例
４．５．１ 具体例の構成
図３に、図２に示したＶＵＶ光生成装置に適用されるレーザ波長の具体例を示す。図４〜図６には、被波長変換光３と、被波長変換光３から生成されるストークス光及びアンチストークス光との波長の一例を示す。
第１のレーザ装置１０は例えば、波長１０３０ｎｍでＣＷ発振する半導体レーザと、光シャッタと、増幅器と、第２高調波を生成する非線形結晶とを含んでいてもよい。そして、第１のレーザ装置１０は例えば、図３に示したように、波長λ４＝５１５ｎｍのパルスレーザ光を出力するレーザ装置であってもよい。
第２のレーザ装置２０は、例えば、波長６５５．２６ｎｍでＣＷ発振する半導体レーザと、光シャッタと、増幅器とを含んでいてもよい。そして、第２のレーザ装置２０は例えば、図３に示したように、波長λ５＝６５５．２６ｎｍのパルスレーザ光を出力するレーザ装置であってもよい。
第３のレーザ装置３０は例えば、図３に示したように、波長λ３＝１９３．４ｎｍで発振するＡｒＦエキシマレーザ装置であってもよい。
４．５．２ 具体例の動作及び作用
図４は、第３のレーザ装置３０がＡｒＦエキシマレーザである場合に、高コヒーレンスラマンの現象によって、生成され得るストークス光とアンチストークス光との波長を示す。ＡｒＦエキシマレーザの場合、＋１次光として１７９．０ｎｍ、＋２次光として１６６．５９ｎｍ、＋３次光として１５５．７９ｎｍ、＋４次光として１４６．３０ｎｍ、・・・・のアンチストークス光が生成され得る。この場合、＋１次、＋２次、＋３次、＋４次、・・・・のアンチストークス光の光強度は、波長λ３＝１９３．４ｎｍの光強度に対して、それぞれ１５％、６％、３％、１％、・・・・となり得る。
図５は、第３のレーザ装置３０がＦ２レーザである場合に生成され得るストークス光とアンチストークス光との波長を示す。図５に示すように、Ｆ２レーザの場合、＋１次光として１４７．９３ｎｍ、＋２次光として１３９．３５ｎｍ、＋３次光として１３１．７１ｎｍ、＋４次として１２４．８７ｎｍ、・・・・のアンチストークス光が生成され得る。この場合、＋１次、＋２次、＋３次、＋４次、・・・・のアンチストークス光の光強度は、波長λ３＝１５７．６３ｎｍの光強度に対して、それぞれ１５％、６％、３％、１％、・・・・となり得る。このようにして、１２４．８７ｎｍのＶＵＶ光９が生成され得る。
図６は、第３のレーザ装置３０がＫｒＦエキシマレーザである場合に生成され得るストークス光とアンチストークス光との波長を示す。図６に示すように、ＫｒＦエキシマレーザの場合、＋１次光として２２５．２０ｎｍ、＋２次光として２０５．９０ｎｍ、＋３次光として１８９．６５ｎｍ、＋４次光として１７５．７８ｎｍ、・・・・のアンチストークス光が生成され得る。
４．５．３ 具体例の変形例
上記した具体例に限らず、第３のレーザ装置３０として、波長１２６ｎｍで発振するＡｒ２（アルゴンダイマー）レーザを用いてもよい。
また、複数の次数のストークス光を生成するため、ダイクロイックミラー１３で所望のＶＵＶ光９を分離するのが困難な場合には、フッ化カルシウム結晶のプリズム、又は、反射型のグレーティングで分光して所望のＶＵＶ光９を取り出してもよい。
［５．第２の実施形態］（ポンプ光生成装置１を含むＶＵＶ光生成装置の制御システム）
５．１ 構成
図７は、本開示の第２の実施形態として、ＶＵＶ光生成装置の制御システムの一構成例を概略的に示している。なお、以下では図２に示したＶＵＶ光生成装置における構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図７に示したＶＵＶ光生成装置は、図２に示したＶＵＶ光生成装置に対してさらに、第１のモニタ部５１と、第２のモニタ部５２と、第３のモニタ部５３と、第４のモニタ部５４と、制御部５６と、トリガ遅延回路５５とを含んでいてもよい。なお、図７において、Ｔｒはトリガ信号ライン、Ｄｓは制御信号又はデータ信号の送受信ラインを示す。
第１のモニタ部５１は、ＯＰＡ用ポンプ光４の状態を計測するポンプ光モニタ部であってもよい。第２のモニタ部５２は、ＯＰＡ用シグナル光５の状態を計測するシグナル光モニタ部であってもよい。第３のモニタ部５３は、被波長変換光３の状態を計測するプローブ光モニタ部であってもよい。第４のモニタ部５４は、ＯＰＡ５０とラマンセル２との間の光路上に配置され、ＯＰＡ用ポンプ光４、ＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａ、及びアイドラ光６の３つの光の状態を計測するＯＰＡモニタ部であってもよい。
第１のモニタ部５１は、第１のレーザ装置１０とダイクロイックミラー１４との間の光路上に配置してもよい。第２のモニタ部５２は、高反射ミラー２３とダイクロイックミラー１４との間の光路上に配置してもよい。第３のモニタ部５３は、高反射ミラー２２とダイクロイックミラー１２との間の光路上に配置してもよい。第４のモニタ部５４は、ＯＰＡ５０とダイクロイックミラー１５との間の光路上に配置してもよい。
第１のモニタ部５１は、ビームスプリッタ７１と、第１の光センサ６１とを含んでいてもよい。ビームスプリッタ７１は、第１のレーザ装置１０とダイクロイックミラーとの間の光路上に配置してもよい。ビームスプリッタ７１には、波長λ４のＯＰＡ用ポンプ光４の一部の光を反射する膜がコートされていてもよい。
第２のモニタ部５２は、ビームスプリッタ７２と、第２の光センサ６２とを含んでいてもよい。ビームスプリッタ７２は、高反射ミラー２３とダイクロイックミラー１４との間の光路上に配置してもよい。ビームスプリッタ７２には、波長λ５のＯＰＡ用シグナル光５の一部の光を反射する膜がコートされていてもよい。
第３のモニタ部５３は、ビームスプリッタ７３と、第３の光センサ６３とを含んでいてもよい。ビームスプリッタ７３には、波長λ３の被波長変換光３の一部の光を反射する膜がコートされていてもよい。ビームスプリッタ７３は、被波長変換光３の一部の光を第３の光センサ６３に入射するように配置されていてもよい。
第４のモニタ部５４は、ビームスプリッタ７４と、分光器６４とを含んでいてもよい。分光器６４は、ビームスプリッタ７４の反射光が入射するように配置されていてもよい。ビームスプリッタ７４には、波長λ４のＯＰＡ用ポンプ光４と、波長λ５のＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａと、波長λ６のアイドラ光６の一部の光を反射する膜がコートされていてもよい。分光器６４は、例えば、マイケルソン干渉計、グレーティング又はエタロン等を含む分光器であってもよい。分光器６４は、ＯＰＡ用ポンプ光４と、ＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａと、アイドラ光６との波長をそれぞれ計測可能な装置であってもよい。
第１のモニタ部５１の第１の光センサ６１とＯＰＡ５０との間の光路長Ｌ１と、第２のモニタ部５２の第２の光センサ６２とＯＰＡ５０との間の光路長Ｌ２とが、略一致するように各モニタ部を配置してもよい。さらに、第３のモニタ部５３とラマンセル２との間の光路長Ｌ３と、第１のモニタ部５１又は第２のモニタ部５２とラマンセル２までの光路長Ｌ４とが略一致するように各モニタ部を配置してもよい。
第１、第２及び第３の光センサ６１，６２，６３は、パルスレーザ光の時間波形を計測可能な高速のフォトダイオード又は光電管を含む光センサであってもよい。
制御部５６及びトリガ遅延回路５５は、第１のレーザ装置１０及び第２のレーザ装置２０を制御する第１のタイミング制御部であってもよい。第１のタイミング制御部は、第１のモニタ部５１及び第２のモニタ部５２の計測結果に基づいて、ＯＰＡ５０にＯＰＡ用ポンプ光４とＯＰＡ用シグナル光５とが略同時に入力されるようにタイミング制御を行ってもよい。
制御部５６及びトリガ遅延回路５５はまた、第２のレーザ装置２０及び第３のレーザ装置３０を制御する第２のタイミング制御部であってもよい。第２のタイミング制御部は、第２のモニタ部５２及び第３のモニタ部５３の計測結果に基づいて、ラマンセル２にＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａと被波長変換光３とが略同時に入力されるようにタイミング制御を行ってもよい。
制御部５６はまた、第１のレーザ装置１０及び第２のレーザ装置２０のうち少なくとも１つを制御する波長制御部であってもよい。波長制御部は、第４のモニタ部５４の計測結果に基づいて、ＯＰＡ用ポンプ光４、ＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａ、及びアイドラ光６のうち、第１のラマンセル用ポンプ光、及び第２のラマンセル用ポンプ光となる２つのレーザ光の波長が所望の波長となるように波長制御を行ってもよい。
５．２ 動作
図７に示したＶＵＶ光生成装置において、制御部５６は、第１及び第２のモニタ部５１，５２によって、ＯＰＡ５０に入射するＯＰＡ用ポンプ光４及びＯＰＡ用シグナル光５に対応する２つのパルスレーザ光の時間パルス波形と両パルスのタイミングの差ΔＴ4-5とを計測し得る。ここで、制御部５６は、トリガ遅延回路５５に、ΔＴ4-5が０に近づくように、トリガ遅延回路５５に遅延データを送信してもよい。
｜ΔＴ4-5｜≦ΔＴ4-5ｍａｘ（許容値以下）となると、その結果、ＯＰＡ５０から、波長λ４のＯＰＡ用ポンプ光４、波長λ５のＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａ、及び波長λ６のアイドラ光６が出力され得る。
制御部５６はまた、第２のモニタ部５２と第３のモニタ部５３とによって、ＯＰＡ用シグナル光５及び被波長変換光３に対応する２つのパルスレーザ光が通過時の時間パルス波形を計測し得る。第２のモニタ部５２及び第３のモニタ部５３からラマンセル２までの光路長Ｌ３＝Ｌ４で配置しているので、制御部５６は、ラマンセル２に入射するときのそれぞれのパルスレーザ光のパルス波形のタイミングの差ΔＴ3-5を計測し得る。ここで、制御部５６は、トリガ遅延回路５５に、ΔＴ3-5が０に近づくように、遅延データを送信してもよい。
｜ΔＴ3-5｜≦ΔＴ3-5ｍａｘ（許容値以下）となると、その結果、ＯＰＡ用ポンプ光４とＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａと被波長変換光３とが略同時にラマンセル２に入射し得る。
制御部５６は、第４のモニタ部５４で計測された、ＯＰＡ用ポンプ光４、ＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａ、及びアイドラ光６のそれぞれの波長データを受信してもよい。ここで、高コヒーレンスラマンの現像が発生するためには、以下の式を満たす必要があり得る。
ｈ・ｃ／λ４−ｈ・ｃ／λ５＝ΔＥ ……（２）
ここで、ｈ：プランク定数、ｃ：光速、ΔＥ：ラマンの共鳴又は近共鳴のバンドギャップ
（２）式から第２のレーザ装置２０の目標波長λ５ｔを以下の式により求めてもよい。
λ５ｔ＝λ４・ｈ・ｃ／（ｈ・ｃ−λ４・ΔＥ） ……（３）
制御部５６は、計測されたＯＰＡ用シグナル光５の波長λ５と目標波長λ５ｔとの差δλ５を計算し、δλ５が０に近づくように第２のレーザ装置２０に制御信号を送信し発振波長を制御してもよい。
これにより、｜δλ５｜≦δλ５ｍａｘ（許容範囲以下）となり得る。その結果、ラマンセル２において、波長λ４、波長λ５、及び波長λ３のパルスレーザ光が互いに略同軸で、ガス中を通過する際に、高コヒーレンスラマンの現象が起こり得る。その結果、ラマンセル２のウインドウ４２からは、波長λ５、波長λ６、及び波長λ３のパルスレーザ光と、複数のストークス光と複数のアンチストークス光とが出力され得る。そして、これらの光のうち、所望のＶＵＶ光９はダイクロイックミラー１３によって高反射され、その他の光、すなわち波長λ５、波長λ６、及び波長λ３のパルスレーザ光やストークス光等はダイクロイックミラー１３を高透過し得る。
次に、図８及び図９を参照して、上記した制御の流れをより具体的に説明する。図９は図８に続く制御の流れの一例を示している。
制御部５６は、以下の初期データの設定処理を開始してもよい（ステップＳ１０１）。
第１のレーザ装置１０の設定波長λ４ｓ＝λ４０
第２のレーザ装置２０の設定波長λ５ｓ＝λ５０
第１のレーザ装置１０の設定遅延時間Ｔｄ４ｓ＝Ｔｄ４０
第２のレーザ装置２０の設定遅延時間Ｔｄ５ｓ＝Ｔｄ５０
第３のレーザ装置３０の設定遅延時間Ｔｄ３ｓ＝Ｔｄ３０
制御部５６はまず、第１及び第２のレーザ装置１０，２０にそれぞれの設定波長データλ４ｓとλ５ｓを送信してもよい（ステップＳ１０２）。次に、制御部５６は、第１、第２及び第３のレーザ装置１０，２０，３０のそれぞれのトリガの遅延データＴ４ｄｓ，Ｔ５ｄｓ，Ｔ３ｄｓをトリガ遅延回路５５に送信してもよい（ステップＳ１０３）。このとき、制御部５６は。トリガ遅延回路５５に所定の繰り返し周波数ｆでトリガを送信してもよい（ステップＳ１０４）。
制御部５６は、第１及び第２のモニタ部５２，５３によって、ＯＰＡ用ポンプ光４及びＯＰＡ用シグナル光５に対応する２つのパルスレーザ光のパルス波形のタイミングの差ΔＴ4-5を計測してもよい（ステップＳ１０５）。
次に、制御部５６は、ＯＰＡ用ポンプ光４とＯＰＡ用シグナル光５とのパルスがＯＰＡ５０に略同時に入射するように、ステップＳ１０６〜Ｓ１０９の処理によって、トリガのタイミングを調整してもよい。このために、まず、制御部５６は、第２のレーザ装置２０に対する以下の遅延データ補正値を計算してもよい（ステップＳ１０６）。
Ｔ５ｄｓ＝Ｔ５ｄｓ＋ΔＴ4-5
次に、制御部５６は、第１、第２及び第３のレーザ装置１０，２０，３０のそれぞれのトリガの遅延データＴ４ｄｓ，Ｔ５ｄｓ，Ｔ３ｄｓをトリガ遅延回路５５に送信してもよい（ステップＳ１０７）。次に、制御部５６は、第１及び第２のモニタ部５１，５２によって、ＯＰＡ用ポンプ光４とＯＰＡ用シグナル光５とのパルス波形のタイミングの差ΔＴ4-5を計測してもよい（ステップＳ１０８）。
次に、制御部５６は、以下の式のようにΔＴ4-5が所定の許容値ΔＴ4-5ｍａｘ以下となっているか否かを判断してもよい（ステップＳ１０９）。
｜ΔＴ4-5｜≦ΔＴ4-5ｍａｘ
所定の許容値ΔＴ4-5ｍａｘ以下になっていない場合（ステップＳ１０９：Ｎ）、制御部５６は、ステップＳ１０６の処理に戻ってもよい。所定の許容値ΔＴ4-5ｍａｘ以下になっている場合（ステップＳ１０９：Ｙ）、制御部５６は次に、第２及び第３のモニタ部５２，５３によって、ＯＰＡ用シグナル光５及び被波長変換光３に対応する２つのパルスレーザ光のパルス波形のタイミングの差ΔＴ5-3を計測してもよい（ステップＳ１１０）。
次に、制御部５６は、ＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａと被波長変換光３とがラマンセル２に略同時に入射するように、ステップＳ１１１〜Ｓ１１４の処理によって、トリガのタイミングを調整してもよい。このために、まず、制御部５６は、第３のレーザ装置３０に対する以下の遅延データ補正値を計算してもよい（ステップＳ１１１）。
Ｔ３ｄｓ＝Ｔ３ｄｓ＋ΔＴ5-3
次に、制御部５６は、第１、第２及び第３のレーザ装置１０，２０，３０のそれぞれのトリガの遅延データＴ４ｄｓ，Ｔ５ｄｓ，Ｔ３ｄｓをトリガ遅延回路５５に送信してもよい（ステップＳ１１２）。次に、制御部５６は、第２及び第３のモニタ部５２，５３によって、ＯＰＡ用シグナル光５と被波長変換光３とのパルス波形のタイミングの差ΔＴ5-3を計測してもよい（ステップＳ１１３）。
次に、制御部５６は、以下の式のようにΔＴ5-3が所定の許容値ΔＴ5-3ｍａｘ以下となっているか否かを判断してもよい（ステップＳ１１４）。
｜ΔＴ5-3｜≦ΔＴ5-3ｍａｘ
所定の許容値ΔＴ5-3ｍａｘ以下になっていない場合（ステップＳ１１４：Ｎ）、制御部５６は、ステップＳ１１１の処理に戻ってもよい。所定の許容値ΔＴ5-3ｍａｘ以下になっている場合（ステップＳ１１４：Ｙ）、制御部５６は次に、第４のモニタ部５４によって、ＯＰＡ５０の出力光の波長（波長λ４、波長λ５、波長λ６）を計測してもよい（ステップＳ１１５）。
次に、制御部５６は、上記式（３）によって、高コヒーレンスラマンの現象が発生するためのＯＰＡ用シグナル光５の目標波長λ５ｔを計算してもよい（ステップＳ１１６）。次に、制御部５６は、第２のレーザ装置２０の設定波長λ５ｓを目標波長λ５ｔに設定してもよい（ステップＳ１１７）。
次に、制御部５６は、高コヒーレンスラマンの現象が発生するように、ステップＳ１１８〜Ｓ１２１の処理によって、第２のレーザ装置２０の波長を調整してもよい。このために、まず、制御部５６は、第１及び第２のレーザ装置１０，２０にそれぞれの設定波長データλ４ｓとλ５ｓを送信してもよい（ステップＳ１１８）。次に、制御部５６は、制御部５６は、第４のモニタ部５４によって、ＯＰＡ５０の出力光の波長（波長λ４、波長λ５、波長λ６）を計測してもよい（ステップＳ１１９）。
次に、制御部５６は、計測されたＯＰＡ用シグナル光５の波長λ５と目標波長λ５ｔとの差Δλ５（＝λ５−λ５ｔ）を計算してもよい（ステップＳ１２０）。次に、制御部５６は、Δλ５＝δλ５が、以下の式のように所定の許容値δλ５ｍａｘ以下となっているか否かを判断してもよい（ステップＳ１２１）。
｜δλ５｜≦δλ５ｍａｘ
所定の許容値δλ５ｍａｘ以下になっていない場合（ステップＳ１２１：Ｎ）、制御部５６は、ステップＳ１１８の処理に戻ってもよい。所定の許容値δλ５ｍａｘ以下になっている場合（ステップＳ１２１：Ｙ）、制御部５６は次に、ＶＵＶ光９の生成を中止するか否かを判断してもよい（ステップＳ１２２）。ＶＵＶ光９の生成を中止する場合（ステップＳ１２２：Ｙ）、制御のローを終了してもよい。ＶＵＶ光９の生成を中止しない場合（ステップＳ１２２：Ｎ）、ステップＳ１０５の処理に戻ってもよい。
５．３ 作用
この第２の実施形態によれば、第１のモニタ部５１及び第２のモニタ部５２によって、ＯＰＡ５０に入射するＯＰＡ用ポンプ光４及びＯＰＡ用シグナル光５に対応する２つのパルスレーザ光の時間パルス波形とタイミングとを計測し得る。この計測結果に基づいて、第１及び第２のレーザ装置２０へのトリガの入力タイミングを制御しているので、ＯＰＡ５０において、ＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａとアイドラ光６とを効率よく、安定して生成し得る。
また、この第２の実施形態によれば、第４のモニタ部５４によって、ＯＰＡ用ポンプ光４とＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａとアイドラ光６との波長を計測し得る。この計測結果に基づいて、第２のレーザ装置２０の発振波長を制御することによって、高精度にＯＰＡ用ポンプ光４とＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａとの光のエネルギ差をラマンの共鳴又は近共鳴となるように制御し得る。その結果、効率よく、安定してＶＵＶ光９を生成し得る。
また、第３のモニタ部５３によって、被波長変換光３がラマンセル２へ入射するパルスのタイミングと時間パルス波形とを計測し得る。この計測結果に基づいて、第３のレーザ装置３０へのトリガのタイミングを制御しているので、ラマンセル２から出力されるＶＵＶ光９を効率よく、安定して生成し得る
５．４ 変形例
上記の説明では、波長λ４と波長λ５との波長差δλ4-5と、波長差の目標値Δλ4-5ｔとを計算し、Δλ4-5が０に近づくように制御部５６が第２のレーザ装置２０に制御信号を送信し発振波長を制御し得る。この例に限定されることなく、第１のレーザ装置１０の発振波長を制御してもよい。又は、第１及び第２のレーザ装置１０，２０の発振波長の両方を制御してもよい。
さらに、ＯＰＡ用ポンプ光４のパルス幅ΔＴ４は、ＯＰＡ用シグナル光５のパルス幅ΔＴ５以下が好ましい。
ＯＰＡ用ポンプ光４、ＯＰＡ用シグナル光５、及び被波長変換光３のそれぞれのパルスレーザ光のタイミングは、時間パルス波形のピークの時間、又は、ピークの半値の２つの時間の平均値であってもよい。ＯＰＡ用シグナル光５のパルス幅の半値全幅は、２０〜４０ｎｓであってもよい。ＯＰＡ用ポンプ光４のパルス幅の半値全幅は、１０〜３０ｎｓ＋１０ｎｓであってもよい。被波長変換光３のパルス幅の半値全幅は１０〜３０ｎｓであってもよい。
［６．第３の実施形態］（ＯＰＡ５０を備えたポンプ光生成装置１のバリエーション）
本実施形態では、上記第１及び第２の実施形態のＶＵＶ光生成装置に適用可能なポンプ光生成装置１のバリエーションについて説明する。
６．１ 第１の構成例
６．１．１ 構成
図１０は、ポンプ光生成装置１の第１の構成例を概略的に示している。なお、以下では図２又は図７に示したＶＵＶ光生成装置における構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図１０に示したように、第１のレーザ装置１０は、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）１１１と、光シャッタ１１２と、レーザダイオード（ＬＤ）１１４でポンプするファイバ増幅器１１３と、ＬＤ１１７でポンプする固体増幅器１１５とを含んでもよい。光シャッタ１１２と、ファイバ増幅器１１３と、固体増幅器１１５は、この順序で、ＤＦＢ−ＬＤ１１１の出力レーザ光の光路上にそれぞれ配置されていてもよい。
ＤＦＢ−ＬＤ１１１は、ＯＰＡ用ポンプ光４のシードとしてのシード光を出力するレーザ光源であってもよい。ＤＦＢ−ＬＤ１１１は、シングル縦モードのＣＷ発振のレーザであって、例えば、ペルチェ素子によって、高精度に半導体の温度を制御する装置を含んでいてもよい。ＤＦＢ−ＬＤ１１１の発振波長λは、１０３０ｎｍであってもよい。光シャッタ１１２は、ＥＯポッケルスセルと偏光子とを組み合わせた光シャッタであってもよい。ファイバ増幅器１１３は、金属がドープされていてもよい。ファイバ増幅器１１３は、ポンプ用のＬＤ１１４を含んでいてもよい。固体増幅器１１５は、金属をドープしたＹＡＧ結晶のロッドと、ポンプ用のＬＤ１１７とを含んでいてもよい。
第２のレーザ装置２０は、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）１２１と、光シャッタ１２２と、増幅器１２３とを含んでいてもよい。光シャッタ１２２と増幅器１２３は、この順序で、ＤＦＢ−ＬＤ１２１の出力レーザ光の光路上にそれぞれ配置されていてもよい。ＤＦＢ−ＬＤ１２１は、シングル縦モードのＣＷ発振のレーザであって、例えば、ペルチェ素子によって、高精度に半導体の温度を制御する装置を含んでいてもよい。ＤＦＢ−ＬＤ１２１の発振波長λは、１８３２．６ｎｍ又は２４０３ｎｍであってもよい。光シャッタ１２２は、ＥＯポッケルスセルと偏光子とを組み合わせた光シャッタであってもよい。
図１０には図示していないが、第１のモニタ部５１と第２のモニタ部５２とが、図７と同様な位置に設けられていてもよい。
６．１．２ 動作
図１０において、制御部５６から、ＤＦＢ−ＬＤ１１１に、目標の発振波長λ＝１０３０ｎｍとなるように、半導体レーザの温調の温度を設定して、半導体に図示しない直流電源を介して所定の電流を流してもよい。また、制御部５６から、ＤＦＢ−ＬＤ１２１に、目標の発振波長λ＝１８３２．６ｎｍ又は２４０３ｎｍとなるように、半導体レーザの温調の温度を設定して、半導体に図示しない直流電源を介して所定の電流を流してもよい。その結果、ＤＦＢ−ＬＤ１１１から、波長λ＝１０３０ｎｍのＣＷのレーザ光が出力され得る。また、ＤＦＢ−ＬＤ１２１から、波長λ＝１８３２．６ｎｍ又は２４０３ｎｍのＣＷのレーザ光が出力され得る。
制御部５６は、ファイバ増幅器１１３及び固体増幅器１１５のそれぞれのＬＤ１１４，１１７に電流を流してポンプするよう制御してもよい。次に、制御部５６は、トリガをトリガ遅延回路５５に送信してもよい。その結果、トリガ遅延回路５５から、光シャッタ１１２及び光シャッタ１２２へそれぞれ開閉信号が出力され得る。その結果、光シャッタ１１２及び光シャッタ１２２の出力として、それぞれ、パルスレーザ光が出力され得る。
光シャッタ１１２から出力されたパルスレーザ光は、ファイバ増幅器１１３と固体増幅器１１５とによって増幅され、ＯＰＡ用ポンプ光４として，ＯＰＡ５０に入力され得る。また、光シャッタ１２２から出力されたパルスレーザ光は、増幅器１２３によって増幅され、ＯＰＡ用シグナル光５としてＯＰＡ５０に入力され得る。その結果、ＯＰＡ５０から、ＯＰＡ用ポンプ光４と、ＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａと、アイドラ光６とのそれぞれのパルス光が同時に出力され得る。
ビームスプリッタ７４によって反射された上記３つのパルスレーザ光は分光器６４に入射し、それぞれ波長が計測され得る。ＯＰＡ５０から出力された光のうち、波長２４０３ｎｍのアイドラ光６はダイクロイックミラー１５によって高反射され得る。波長１８３２ｎｍのＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａと、波長１０３０ｎｍのＯＰＡ用ポンプ光４は、偏光が揃えられた後、同軸にラマンセル２に入射し得る。
制御部５６は、ＯＰＡ用ポンプ光４の波長λ４とＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａの波長λ５との計測結果に基づいて、高コヒーレンスラマンの現象が起こり得る波長となるように、ＤＦＢ−ＬＤ１１１とＤＦＢ−ＬＤ１２１との少なくとも一方の発振波長を変化させてもよい。
６．３ 作用
この第１の構成例によれば、第１のレーザ装置１０において基本波をＯＰＡ用ポンプ光４として出力し得る。第１のレーザ装置１０で２倍波を取る必要がないため、高効率でＯＰＡ用ポンプ光４を出力し得る。
６．１．４ 変形例
第１のレーザ装置１０のファイバ増幅器１１３は、Ｙｂをドープした光ファイバを含む増幅器であってもよい。さらに、固体増幅器１１５は、Ｎｄ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＬＦ，Ｎｄ：ＹＶＯ４等の結晶を含んでいてもよい。
波長１０３０ｎｍと波長１８３２ｎｍの周波数差は、パラ水素ガスの振動遷移と近共鳴するような波長であってもよい。
また、ＯＰＡ５０を光共振器中に配置してもよい。この光共振器の両ミラーはＯＰＡ用シグナル光５の波長λ５の光を部分反射、例えば約３０％〜７０％反射するミラーであってもよい。このようにすることによって、ＯＰＡ用シグナル光５への変換効率を改善し得る。
６．２ 第２の構成例
図１１は、ポンプ光生成装置１の第２の構成例を概略的に示している。なお、以下では図１０に示したポンプ光生成装置１における構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図１１に示したポンプ光生成装置１は、図１０における第１のレーザ装置１０に代えて、高調波発生用素子としての非線形結晶ＬＢＯ１１８を含む第１のレーザ装置１０Ａを備えていてもよい。非線形結晶ＬＢＯ１１８は、固体増幅器１１５の光出射側に配置されていてもよい。第１のレーザ装置１０Ａは、波長１０３０ｎｍの第２高調波光（波長５１５ｎｍ）を非線形結晶ＬＢＯ１１８により生成してもよい。第２のレーザ装置２０のＤＦＢ−ＬＤ１２１の発振波長λは６５５．２６ｎｍであってもよい。波長５１５ｎｍのパルスレーザ光をＯＰＡ用ポンプ光４とし、波長６５５．２６ｎｍのパルスレーザ光をＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａとして、ラマンセル２に入射させてもよい。
この第２の構成例によれば、波長６５５．２６ｎｍが一般のＤＦＢ−ＬＤで得られる波長のため、システム化が容易になり得る。
６．３ 第３の構成例
６．３．１ 構成
図１２は、ポンプ光生成装置１の第３の構成例を概略的に示している。なお、以下では図１１に示したポンプ光生成装置１における構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
第２のレーザ装置２０のＤＦＢ−ＬＤ１２１の発振波長λは８４８．２３ｎｍであってもよい。図１２に示したように、ＯＰＡ５０から出力されるＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａ（波長λ５＝８４８．２３ｎｍ）と、ＯＰＡ５０から出力されるアイドラ光６（波長λ６＝１３１０．９２）との２つの波長λ５，λ６のパルスレーザ光をラマンセル２に入射させてもよい。
６．３．２ 動作及び作用
この第３の構成例では、ＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａとアイドラ光６は、偏光方向とパルス波形とが略一致し得る。このため、ＯＰＡ５０から、ＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａとアイドラ光６とをそのままの状態で、ラマンセル２に入射させ得る。これによって、高コヒーレンスラマンの現象を発生させ得る。この第３の構成例によれば、ＯＰＡ５０の結晶の吸収が最も少ない波長帯域で使用しているので、高出力化や長寿命化を達成し得る。
６．４ 第４の構成例
６．４．１ 構成
図１３は、ポンプ光生成装置１の第４の構成例を概略的に示している。なお、以下では図１１に示したポンプ光生成装置１における構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図１３に示したポンプ光生成装置１は、図１１における第２のレーザ装置２０に代えて、第２−１のレーザ装置２０Ａと、第２−２のレーザ装置２０Ｂとを備えていてもよい。また、ＯＰＡ５０として、ラマンセル２に向けて第１のラマンセル用ポンプ光を出力する第１のＯＰＡ５０Ａと、ラマンセル２に向けて第２のラマンセル用ポンプ光を出力する第２のＯＰＡ５０Ｂとを含んでいてもよい。図１３に示したポンプ光生成装置１はさらに、高反射ミラー２４及び高反射ミラー２５と、光分離部としてのハーフミラー８１と、ダイクロイックミラー１６，１７，１８，１９と、ビームスプリッタ７５とを含んでいてもよい。
第１のレーザ装置１０Ａは、第１のＯＰＡ５０Ａ及び第２のＯＰＡ５０Ｂに対するＯＰＡ用ポンプ光４を出力する第１のＯＰＡ用レーザ装置であってもよい。第２−１のレーザ装置２０Ａは、第１のＯＰＡ５０Ａに向けて、第１のＯＰＡ用シグナル光５−１を出力する第２のＯＰＡ用レーザ装置であってもよい。第２−２のレーザ装置２０Ｂは、第２のＯＰＡ５０Ｂに向けて、第２のＯＰＡ用シグナル光５−２を出力する第３のＯＰＡ用レーザ装置であってもよい。
第１のレーザ装置１０ＡにおけるＤＦＢ−ＬＤ１１１は、波長１０３０ｎｍのレーザ光をＣＷで発振するレーザであってもよい。必ずしもシングル縦モードで発振するレーザでなくてもよい。
第２−１のレーザ装置２０Ａは、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ１２１Ａ）と、光シャッタ１２２Ａと、増幅器１２３Ａとを含んでいてもよい。光シャッタ１２２Ａと増幅器１２３Ａは、この順序で、ＤＦＢ−ＬＤ１２１Ａの出力レーザ光の光路上にそれぞれ配置されていてもよい。ＤＦＢ−ＬＤ１２１Ａは、シングル縦モードのＣＷ発振のレーザであって、例えば、ペルチェ素子によって、高精度に半導体の温度を制御する装置を含んでいてもよい。ＤＦＢ−ＬＤ１２１Ａの発振波長λは、８４８．２３ｎｍであってもよい。光シャッタ１２２Ａは、ＥＯポッケルスセルと偏光子とを組み合わせた光シャッタであってもよい。
第２−２のレーザ装置２０Ｂは、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ１２１Ｂ）と、光シャッタ１２２Ｂと、増幅器１２３Ｂとを含んでいてもよい。光シャッタ１２２Ｂと増幅器１２３Ｂは、この順序で、ＤＦＢ−ＬＤ１２１Ｂの出力レーザ光の光路上にそれぞれ配置されていてもよい。ＤＦＢ−ＬＤ１２１Ｂは、シングル縦モードのＣＷ発振のレーザであって、例えば、ペルチェ素子によって、高精度に半導体の温度を制御する装置を含んでいてもよい。ＤＦＢ−ＬＤ１２１Ｂの発振波長λは、１３１０．９２ｎｍであってもよい。光シャッタ１２２Ｂは、ＥＯポッケルスセルと偏光子とを組み合わせた光シャッタであってもよい。
第１のレーザ装置１０Ａから出力されたＯＰＡ用ポンプ光４が、第１のＯＰＡ５０Ａと第２のＯＰＡ５０Ｂとにそれぞれ入射するように、高反射ミラー２４と、ハーフミラー８１と、ダイクロイックミラー１６とを配置してもよい。
ハーフミラー８１は、第１のレーザ装置１０Ａから出力されたＯＰＡ用ポンプ光４を、第１のＯＰＡ５０Ａ及び第２のＯＰＡ５０Ｂに向けて２つに分岐させる光分離部であってもよい。ハーフミラー８１は、ＯＰＡ用ポンプ光４である波長λ４＝５１５ｎｍの光を５０％反射し、第１のＯＰＡ用シグナル光５−１である波長λ５１＝８４８．２３ｎｍの光を高透過する膜がコートされたミラーであってもよい。
ダイクロイックミラー１７には、第１のＯＰＡ用シグナル光５−１の増幅光５−１Ａである波長λ５１＝８４８．２３ｎｍの光は高透過し、第１のアイドラ光６−１である波長λ６１の光は高反射する膜がコートされていてもよい。ダイクロイックミラー１８には、第２のＯＰＡ用シグナル光５−２の増幅光５−２Ａである波長λ５２＝１３１０．９２ｎｍの光は高透過し、第２のアイドラ光６−２である波長λ６２の光は高反射する膜がコートされていてもよい。
ダイクロイックミラー１９には、第１のＯＰＡ用シグナル光５−１の増幅光５−１Ａである波長λ５１の光は高反射し、第２のＯＰＡ用シグナル光５−２の増幅光５−２Ａである波長λ５２の光は高透過する膜がコートされていてもよい。ビームスプリッタ７５には、第１のＯＰＡ用シグナル光５−１の増幅光５−１Ａである波長λ５１の光の一部と、第２のＯＰＡ用シグナル光５−２の増幅光５−２Ａである波長λ５２の光の一部とを反射する膜がコートされていてもよい。
６．４．２ 動作
図１３に示したように、第１のレーザ装置１０Ａから出力されたパルスレーザ光は、ハーフミラー８１によって分岐され、第１のＯＰＡ５０Ａと第２のＯＰＡ５０Ｂとにそれぞれ入射し得る。
第２−１のレーザ装置２０Ａにおいて、ＤＦＢ−ＬＤ１２１Ａから波長λ５１＝８４８．２３ｎｍのＣＷのレーザ光が出力され、光シャッタ１２２Ａに入射し得る。ここで、光シャッタ１２２Ａによって、所定のパルスのレーザ光が光シャッタ１２２Ａから出力され、そのパルスレーザ光は増幅器１２３Ａによって増幅され、第１のＯＰＡ用シグナル光５−１として第１のＯＰＡ５０Ａに入射し得る。
第２−２のレーザ装置２０Ｂにおいて、ＤＦＢ−ＬＤ１２１Ｂから波長λ５２＝１３１０．９２ｎｍのＣＷのレーザ光が出力され、光シャッタ１２２Ｂに入射し得る。ここで、光シャッタ１２２Ｂによって、所定のパルスのレーザ光が光シャッタ１２２Ｂから出力し、そのパルスレーザ光は増幅器１２３Ｂによって増幅され、第２のＯＰＡ用シグナル光５−２として第２のＯＰＡ５０Ｂに入射し得る。
第１のＯＰＡ５０Ａからは、波長λ５１＝８４８．２３ｎｍの第１のＯＰＡ用シグナル光５−１の増幅光５−１Ａと第１のアイドラ光６−１とが出力され得る。この第１のアイドラ光６−１は、ダイクロイックミラー１７によって高反射され得る。第１のＯＰＡ用シグナル光５−１の増幅光５−１Ａは、高反射ミラー２５によって高反射され、ダイクロイックミラー１９に入射し得る。
第２のＯＰＡ５０Ｂからは、波長λ５２＝１３１０．９２ｎｍの第２のＯＰＡ用シグナル光５−２の増幅光５−２Ａと第２のアイドラ光６−２とが出力され得る。この第２のアイドラ光６−２は、ダイクロイックミラー１８によって高反射され得る。第２のＯＰＡ用シグナル光５−２の増幅光５−２Ａは、ダイクロイックミラー１９に入射し得る。
第１のＯＰＡ用シグナル光５−１の増幅光５−１Ａ及び第２のＯＰＡ用シグナル光５−２の増幅光５−２Ａは、ダイクロイックミラー１９によって互いに略同じ光路となって、ビームスプリッタ７５を介してラマンセル２へ入射し得る。
ビームスプリッタ７５によって、一部反射された、両シグナル光の増幅光５−１Ａ，５−２Ａは、分光器６４に入射し得る。制御部５６は、分光器６４で計測された増幅光５−１Ａ，５−２Ａの波長λ５１，λ５２に基づいて、ラマンセル２において高コヒーレンスラマンの現象が発生するように、ＤＦＢ−ＬＤ１２１ＡとＤＦＢ−ＬＤ１２１Ｂとの少なくとも１つのレーザの発振波長を制御してもよい。
６．４．３ 作用
ファイバ増幅器１１３では高出力化すると、シード光に対してスペクトル線幅が広くなり得る。スペクトル線幅が広くなると、このレーザ光は、ラマンセル２のポンプ光としては使用できない場合があり得る。
そこで、この第４の構成例では、第１のレーザ装置１０Ａから出力されるパルスレーザ光を２つに分離し、第１及び第２のＯＰＡ５０Ａ，５０Ｂの各々に入射させ、それぞれのシグナル光５−１，５−２を増幅して、ラマンセル２のポンプ光として用い得る。これにより、それぞれのシグナル光５−１，５−２の増幅光５−１Ａ，５−２Ａのスペクトル線幅や波長が安定に制御され得る。その結果、ラマンセル２に最適なポンプ光を生成し得る。
６．４．４ 変形例
第２−１のレーザ装置２０Ａ及び第２−２のレーザ装置２０Ｂから出力されるレーザ光は、第１及び第２のＯＰＡ５０Ａ，５０Ｂによる光パラメトリック増幅が可能な光強度を出力するＣＷのシグナル光を出力させる構成であってもよい。このような場合は、少なくとも光シャッタ１２２Ａ及び光シャッタ１２２Ｂは削除してもよい。増幅器１２３Ａ，１２３Ｂが無くても第１及び第２のＯＰＡ５０Ａ，５０Ｂによる光パラメトリック増幅が可能な光強度を出力する分布帰還型の半導体レーザの場合は、増幅器１２３Ａ，１２３Ｂを削除してもよい。この場合、第１のレーザ装置１０Ａから出力されるパルスレーザ光をタイミングを制御する必要がなくなり、シグナル光のパルス波形、スペクトル線幅が安定し得る。
６．５ 第５の構成例
６．５．１ 構成
図１４は、ポンプ光生成装置１の第５の構成例を概略的に示している。なお、以下では図１３に示したポンプ光生成装置１における構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図１４に示したポンプ光生成装置１は、図１３における第１のレーザ装置１０Ａに代えて、第１のレーザ装置１０Ｂを備えていてもよい。図１４に示したポンプ光生成装置１はさらに、高反射ミラー２６及び高反射ミラー２７と、ダイクロイックミラー１４Ａ，１４Ｂとを含んでいてもよい。
第１のレーザ装置１０Ｂは、第１のＯＰＡ５０Ａ及び第２のＯＰＡ５０Ｂのそれぞれに向けて２つのＯＰＡ用ポンプ光４を出力する第１のＯＰＡ用レーザ装置であってもよい。
第１のレーザ装置１０Ｂは、固体増幅器１１５に加え、レーザダイオード（ＬＤ）１１７Ａでポンプする２つ目の固体増幅器１１５Ａをさらに含んでもよい。また、ＬＢＯ１１８に加え、２つ目のＬＢＯ１１８Ａをさらに含んでもよい。さらに、ハーフミラー８２と、高反射ミラー２８とをさらに含んでもよい。
第１のレーザ装置１０Ｂにおいて、ファイバ増幅器１１３から出力されたレーザ光は、ハーフミラー８２によって、分岐され、それぞれの固体増幅器１１５，１１５Ａに入射されて増幅され得る。ＬＢＯ１１８，１１８Ａは、増幅されたレーザ光の第２高調波光を生成してもよい。それぞれの第２高調波光をそれぞれ、ＯＰＡ用ポンプ光４として第１及び第２のＯＰＡ５０Ａ，５０Ｂに入射させてもよい。
ダイクロイックミラー１４Ａは、ＬＢＯ１１８と第１のＯＰＡ５０Ａとの間の光路上に配置されていてもよい。ダイクロイックミラー１４Ａには、ＯＰＡ用ポンプ光４は高透過し、第１のＯＰＡ用シグナル光５−１は第１のＯＰＡ５０Ａに向けて高反射する膜がコートされていてもよい。ダイクロイックミラー１４Ｂは、ＬＢＯ１１８Ａと第２のＯＰＡ５０Ｂとの間の光路上に配置されていてもよい。ダイクロイックミラー１４Ｂには、ＯＰＡ用ポンプ光４は高透過し、第２のＯＰＡ用シグナル光５−２は第２のＯＰＡ５０Ｂに向けて高反射する膜がコートされていてもよい。
高反射ミラー２７は、第２−１のレーザ装置２０Ａからの第１のＯＰＡ用シグナル光５−１をダイクロイックミラー１４Ａに向けて高反射してもよい。高反射ミラー２７は、第２−２のレーザ装置２０Ｂからの第２のＯＰＡ用シグナル光５−２をダイクロイックミラー１４Ｂに向けて高反射してもよい。
６．５．２ 動作及び作用
この第５の構成例では、図１３の第４の構成例のようにＯＰＡ用ポンプ光４を１つの固体増幅器１１５のみで増幅して分岐させた場合に比べて、２つのＯＰＡ用ポンプ光４を並列に固体増幅器１１５，１１５Ａで増幅し得る。これにより、第１及び第２のＯＰＡ５０Ａ，５０Ｂのそれぞれに入射するＯＰＡ用ポンプ光４のエネルギは約２倍となり得る。
［７．第４の実施形態］（偏光方向が最適化されたＶＵＶ光生成装置）
上記第１乃至第３の実施形態において、ラマンセル２への２つのポンプ光は偏光方向を合わせる必要があり得る。被波長変換光３の偏光方向はラマンセル２への２つのポンプ光の偏光方向に必ずしも合わせなくともよい。そこで、本実施形態では、図１５及び図１６を参照して、第１及び第２のラマンセル用ポンプ光の偏光方向が最適化されたＶＵＶ光生成装置について説明する。なお、以下では図２に示したＶＵＶ光生成装置における構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
７．１ 第１の構成例
図１５は、第１及び第２のラマンセル用ポンプ光の偏光方向が最適化されたＶＵＶ光生成装置の第１の構成例を概略的に示している。図１５において、両端が矢印の実線は紙面を含む偏光方向を示す。
例えば、ＯＰＡ５０の結晶として周期的分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）のような擬似位相整合を使う場合、図１５に示したように、ＯＰＡ５０に入射させるＯＰＡ用ポンプ光４とＯＰＡ用シグナル光５は、略直線偏光であってもよい。そして、ＯＰＡ用ポンプ光４の偏光方向とＯＰＡ用シグナル光５の偏光方向とは略一致させてもよい。その結果、ＯＰＡ５０から出力されたＯＰＡ用ポンプ光４と、ＯＰＡ用シグナル光５の増幅光５Ａと、アイドラ光６との偏光方向は略同一になり得る。この場合は、これら３つの光のうちの少なくとも２つの光を第１及び第２のラマンセル用ポンプ光として、そのままラマンセル２に入射させてもよい。
７．２ 第２の構成例
図１６は。第１及び第２のラマンセル用ポンプ光の偏光方向が最適化されたＶＵＶ光生成装置の第２の構成例を概略的に示している。図１６において、両端が矢印の実線は紙面を含む偏光方向を示し、黒塗りの丸印は紙面に対して垂直な偏光方向を示す。
例えば、ＯＰＡ５０の結晶としてＢＢＯを使う場合、ＯＰＡ５０から出力される光のうちで、ラマンセル２に入射させる２つの光の偏光方向が９０度異なり得る。この場合は、図１６に示したように、どちらかの波長、例えば波長λ５に対してのみλ／２位相が遅れるλ／２板９０を位相差板として、ＯＰＡ５０とラマンセル２との間の光路上に配置してもよい。その結果、ラマンセル２に入射させる２つの光の偏光方向が略一致し得る。
［８．第５の実施形態］（ラマンセル用ポンプ光の最適化）
８．１ ラマンセル用ポンプ光の波長の最適化
上記第１乃至第４の実施形態において、ラマンセル２に入射する第１のラマンセル用ポンプ光の波長、及び第２のラマンセル用ポンプ光の波長は、以下の条件を満たすことが好ましい。
（ΔＥｆ／ｈ）−１（ＧＨｚ）≦ｈ・ｃ／λａ−ｈ・ｃ／λｂ≦（ΔＥｆ／ｈ）＋１（ＧＨｚ）
ただし、
ｈ：プランク定数、
ｃ：光速、
ΔＥｆ：ラマンの共鳴バンドギャップ、
λａ：第１のラマンセル用ポンプ光の波長、
λｂ：第２のラマンセル用ポンプ光の波長
とする。
さらに好ましくは、以下の条件を満たしてもよい。
（ΔＥｆ／ｈ）−５（ＧＨｚ）≦ｈ・ｃ／λａ−ｈ・ｃ／λｂ≦（ΔＥｆ／ｈ）＋５（ＧＨｚ）
８．２ ラマンセル用ポンプ光のスペクトル線幅の最適化
上記第１乃至第４の実施形態において、ラマンセル２に入射する第１のラマンセル用ポンプ光、及び第２のラマンセル用ポンプ光は、以下の条件を満たすことが好ましい。
Δλａ≦（１０ＧＨｚ／ｃ）λａ2
Δλｂ≦（１０ＧＨｚ／ｃ）λｂ2
ただし、
Δλａ：第１のラマンセル用ポンプ光の波長λａのスペクトル線幅
Δλｂ：第２のラマンセル用ポンプ光の波長λｂのスペクトル線幅
とする。
さらに好ましくは、以下の条件を満たしてもよい。
Δλａ≦（２ＧＨｚ／ｃ）λａ2
Δλｂ≦（２ＧＨｚ／ｃ）λｂ2
［９．制御部のハードウエア環境］
当業者は、汎用コンピュータ又はプログラマブルコントローラにプログラムモジュール又はソフトウエアアプリケーションを組み合わせて、ここに述べられる主題が実行されることを理解するだろう。一般的に、プログラムモジュールは、本開示に記載されるプロセスを実行できるルーチン、プログラム、コンポーネント、データストラクチャー等を含む。
図１７は、開示される主題の様々な側面が実行され得る例示的なハードウエア環境を示すブロック図である。図１７の例示的なハードウエア環境１００は、処理ユニット１０００と、ストレージユニット１００５と、ユーザインターフェイス１０１０と、パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０と、シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０と、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０とを含んでもよいが、ハードウエア環境１００の構成は、これに限定されない。
処理ユニット１０００は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１００１と、メモリ１００２と、タイマ１００３と、画像処理ユニット（ＧＰＵ）１００４とを含んでもよい。メモリ１００２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）とリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）とを含んでもよい。ＣＰＵ１００１は、市販のプロセッサのいずれでもよい。デュアルマイクロプロセッサや他のマルチプロセッサアーキテクチャが、ＣＰＵ１００１として使用されてもよい。
図１７におけるこれらの構成物は、本開示において記載されるプロセスを実行するために、相互に接続されていてもよい。
動作において、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５に保存されたプログラムを読み込んで、実行してもよい。また、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５からプログラムと一緒にデータを読み込んでもよい。また、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５にデータを書き込んでもよい。ＣＰＵ１００１は、ストレージユニット１００５から読み込んだプログラムを実行してもよい。メモリ１００２は、ＣＰＵ１００１によって実行されるプログラム及びＣＰＵ１００１の動作に使用されるデータを、一時的に保管する作業領域であってもよい。タイマ１００３は、時間間隔を計測して、プログラムの実行に従ってＣＰＵ１００１に計測結果を出力してもよい。ＧＰＵ１００４は、ストレージユニット１００５から読み込まれるプログラムに従って、画像データを処理し、処理結果をＣＰＵ１００１に出力してもよい。
パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０は、トリガ遅延回路５５、第１のレーザ装置１０，１０Ａ，１０Ｂ、第２のレーザ装置２０、第３のレーザ装置３０、第２−１のレーザ装置２０Ａ、第２−２のレーザ装置２０Ｂ、及び分光器６４等の、処理ユニット１０００と通信可能なパラレルＩ／Ｏデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれらパラレルＩ／Ｏデバイスとの間の通信を制御してもよい。シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０は、処理ユニット１０００と通信可能な複数のシリアルＩ／Ｏデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれら複数のシリアルＩ／Ｏデバイスとの間の通信を制御してもよい。Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０は、アナログポートを介して、各種センサ、例えば第１の光センサ光６１、第２の光センサ光６２、及び第３の光センサ光６３等のアナログデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれらアナログデバイスとの間の通信を制御したり、通信内容のＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換を行ってもよい。
ユーザインターフェイス１０１０は、操作者が処理ユニット１０００にプログラムの停止や、割込みルーチンの実行を指示できるように、処理ユニット１０００によって実行されるプログラムの進捗を操作者に表示してもよい。
例示的なハードウエア環境１００は、本開示における制御部５６等の構成に適用されてもよい。当業者は、それらのコントローラが分散コンピューティング環境、すなわち、通信ネットワークを介して繋がっている処理ユニットによってタスクが実行される環境において実現されてもよいことを理解するだろう。本開示において、制御部５６等は、イーサネット（登録商標）やインターネットといった通信ネットワークを介して互いに接続されてもよい。分散コンピューティング環境において、プログラムモジュールは、ローカル及びリモート両方のメモリストレージデバイスに保存されてもよい。
［１０．その他］
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

Claims (16)

  1. ラマンセルと、
    ＯＰＡを含み、前記ラマンセルに向けて、第１のラマンセル用ポンプ光及び第２のラマンセル用ポンプ光を出力するポンプ光生成装置と、
    前記ラマンセルに向けて波長変換の対象であるプローブ光を出力するラマンセル用レーザ装置と
    を備えたレーザシステム。
  2. 前記ポンプ光生成装置は、
    前記ＯＰＡに向けて、ＯＰＡ用ポンプ光を出力する第１のＯＰＡ用レーザ装置と、
    前記ＯＰＡに向けて、ＯＰＡ用シグナル光を出力する第２のＯＰＡ用レーザ装置と
    をさらに含む
    請求項１に記載のレーザシステム。
  3. 前記ＯＰＡは、前記ＯＰＡ用ポンプ光及び前記ＯＰＡ用シグナル光を入力とし、前記ＯＰＡ用ポンプ光、前記ＯＰＡ用シグナル光の増幅光、及びアイドラ光の３つの光のうち２つの光を、前記第１のラマンセル用ポンプ光及び前記第２のラマンセル用ポンプ光として前記ラマンセルに向けて出力する
    請求項２に記載のレーザシステム。
  4. 前記ラマンセルは、内部にガス分子を含み、
    前記第１のラマンセル用ポンプ光の波長と前記第２のラマンセル用ポンプ光の波長は、前記ガス分子を共鳴させる波長、及び近共鳴させる波長のいずれかである
    請求項１に記載のレーザシステム。
  5. 前記ラマンセルは、ＶＵＶ波長域のアンチストークス光を出力する
    請求項１に記載のレーザシステム。
  6. 前記ＯＰＡ用ポンプ光の状態を計測するポンプ光モニタ部と、
    前記ＯＰＡ用シグナル光の状態を計測するシグナル光モニタ部と、
    前記ポンプ光モニタ部及び前記シグナル光モニタ部の計測結果に基づいて、前記ＯＰＡに前記ＯＰＡ用ポンプ光と前記ＯＰＡ用シグナル光とが略同時に入力されるように、前記第１のＯＰＡ用レーザ装置及び前記第２のＯＰＡ用レーザ装置を制御するタイミング制御部と
    をさらに備えた
    請求項２に記載のレーザシステム。
  7. 前記ＯＰＡ用シグナル光の状態を計測するシグナル光モニタ部と、
    前記プローブ光の状態を計測するプローブ光モニタ部と、
    前記シグナル光モニタ部及び前記プローブ光モニタ部の計測結果に基づいて、前記ラマンセルに前記ＯＰＡ用シグナル光の増幅光と前記プローブ光とが略同時に入力されるように、前記第２のＯＰＡ用レーザ装置及び前記ラマンセル用レーザ装置を制御するタイミング制御部と
    をさらに備えた
    請求項３に記載のレーザシステム。
  8. 前記ＯＰＡと前記ラマンセルとの間の光路上に配置され、前記ＯＰＡ用ポンプ光、前記ＯＰＡ用シグナル光の増幅光、及び前記アイドラ光の状態を計測するＯＰＡモニタ部と、
    前記ＯＰＡモニタ部の計測結果に基づいて、前記２つの光の波長が所望の波長となるように、前記第１のＯＰＡ用レーザ装置及び前記第２のＯＰＡ用レーザ装置のうち少なくとも１つを制御する波長制御部と
    をさらに備えた
    請求項３に記載のレーザシステム。
  9. 前記第１のＯＰＡ用レーザ装置は、前記ＯＰＡ用ポンプ光のシードとしてのシード光を出力するレーザ光源と、前記シード光の光路上に順に配置された、光シャッタと、増幅器とを含む
    請求項２に記載のレーザシステム。
  10. 前記第１のＯＰＡ用レーザ装置は、前記増幅器の光出射側に配置された、高調波発生用素子をさらに含む
    請求項９に記載のレーザシステム。
  11. 前記ＯＰＡは、
    前記ラマンセルに向けて、前記第１のラマンセル用ポンプ光を出力する第１のＯＰＡと、
    前記ラマンセルに向けて、前記第２のラマンセル用ポンプ光を出力する第２のＯＰＡと
    を含み、
    前記ポンプ光生成装置は、
    １のＯＰＡ用ポンプ光を出力する第１のＯＰＡ用レーザ装置と、
    前記第１のＯＰＡ用レーザ装置から出力された前記ＯＰＡ用ポンプ光を、前記第１のＯＰＡ及び前記第２のＯＰＡに向けて２つに分岐させる光分離部と、
    前記第１のＯＰＡに向けて、第１のＯＰＡ用シグナル光を出力する第２のＯＰＡ用レーザ装置と
    前記第２のＯＰＡに向けて、第２のＯＰＡ用シグナル光を出力する第３のＯＰＡ用レーザ装置と
    をさらに含む
    請求項１に記載のレーザシステム。
  12. 前記ＯＰＡは、
    前記ラマンセルに向けて、前記第１のラマンセル用ポンプ光を出力する第１のＯＰＡと、
    前記ラマンセルに向けて、前記第２のラマンセル用ポンプ光を出力する第２のＯＰＡと
    を含み、
    前記ポンプ光生成装置は、
    前記第１のＯＰＡ及び前記第２のＯＰＡのそれぞれに向けて２つのＯＰＡ用ポンプ光を出力する第１のＯＰＡ用レーザ装置と、
    前記第１のＯＰＡに向けて、第１のＯＰＡ用シグナル光を出力する第２のＯＰＡ用レーザ装置と
    前記第２のＯＰＡに向けて、第２のＯＰＡ用シグナル光を出力する第３のＯＰＡ用レーザ装置と
    をさらに含む
    請求項１に記載のレーザシステム。
  13. 前記第１のラマンセル用ポンプ光と前記第２のラマンセル用ポンプ光は、偏光方向が略同一である
    請求項１に記載のレーザシステム。
  14. 前記ラマンセルと前記ポンプ光生成装置との間の光路上に配置され、前記第１のラマンセル用ポンプ光と前記第２のラマンセル用ポンプ光との偏光方向を略同一に揃える位相差板をさらに備えた
    請求項１に記載のレーザシステム。
  15. 前記第１のラマンセル用ポンプ光の波長、及び前記第２のラマンセル用ポンプ光の波長は、以下の条件を満たす
    請求項１に記載のレーザシステム。
    （ΔＥｆ／ｈ）−１（ＧＨｚ）≦ｈ・ｃ／λａ−ｈ・ｃ／λｂ≦（ΔＥｆ／ｈ）＋１（ＧＨｚ）
    ただし、
    ｈ：プランク定数、
    ｃ：光速、
    ΔＥｆ：ラマンの共鳴バンドギャップ、
    λａ：前記第１のラマンセル用ポンプ光の波長、
    λｂ：前記第２のラマンセル用ポンプ光の波長
    とする。
  16. 前記第１のラマンセル用ポンプ光、及び前記第２のラマンセル用ポンプ光は、以下の条件を満たす
    請求項１に記載のレーザシステム。
    Δλａ≦（１０ＧＨｚ／ｃ）λａ2
    Δλｂ≦（１０ＧＨｚ／ｃ）λｂ2
    ただし、
    Δλａ：前記第１のラマンセル用ポンプ光の波長λａのスペクトル線幅
    Δλｂ：前記第２のラマンセル用ポンプ光の波長λｂのスペクトル線幅
    とする。
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