KR102358736B1 - 펄스 광 생성 장치, 펄스 광 생성 방법, 펄스 광 생성 장치를 구비한 노광 장치 및 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 간단하고 쉬운 구성에 의해 시간 강도 파형이 서로 상이한 2종류의 펄스 광을 생성할 수 있다.
(해결 수단) 펄스 광 생성 장치는, 제 1 포트, 제 2 포트, 제 3 포트 및 제 4 포트의 적어도 4개의 입출력 포트를 구비한 광 커플러와, 상기 제 3 포트와 상기 제 4 포트를 접속하는 접속 광로와, 상기 접속 광로에 배치된 위상 변조 소자를 구비하고, 상기 광 커플러는, 상기 제 1 포트에 입력된 입력 펄스 광을 분기하여, 상기 제 3 포트 및 상기 제 4 포트에 각각 제 1 방향 펄스 광 및 제 2 방향 펄스 광으로서 출력하고, 상기 위상 변조 소자는, 상기 제 1 방향 펄스 광 및 상기 제 2 방향 펄스 광의 적어도 한쪽에 대하여 위상 변조를 주는 것에 의해, 상기 제 1 포트 및 상기 제 2 포트의 각각으로부터, 서로 상이한 파형의 출력 펄스 광을 출력한다.

Description

펄스 광 생성 장치, 펄스 광 생성 방법, 펄스 광 생성 장치를 구비한 노광 장치 및 검사 장치
본 발명은, 펄스 광 생성 장치, 펄스 광 생성 방법, 펄스 광 생성 장치를 구비한 노광 장치 및 검사 장치에 관한 것이다.
반도체 레이저 등으로부터 출력된 펄스 광을 검사 장치나 가공 장치의 광원으로서 이용하기 위해서는, 펄스 광의 강도가 크고, 또한, 파장 스펙트럼 폭이 작을 것이 요구된다. 강도가 큰 펄스 광을 얻기 위해서는, 반도체 레이저로부터 출력된 펄스 광을 광 파이버 증폭기에 의해 증폭할 필요가 있다. 그러나, 증폭하는 과정에서 펄스 광에는 자기 위상 변조에 의한 위상 변조가 발생하고, 그 결과, 펄스 광의 파장 스펙트럼이 넓어진다고 하는 문제가 있다.
특허문헌 1에는, 비 상반 광학 소자를 포함하는 비선형 옵티컬 루프 미러를 구비한 레이저 공진기가 개시되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2013-187542호 공보
특허문헌 1에 개시된 레이저 공진기는, 시간 강도 파형이 서로 상이한 2종류의 펄스 광을 생성할 수 없다.
본 발명의 제 1 태양에 의한 펄스 광 생성 장치는, 제 1 포트, 제 2 포트, 제 3 포트 및 제 4 포트의 적어도 4개의 입출력 포트를 구비한 광 커플러와, 상기 제 3 포트와 상기 제 4 포트를 접속하는 접속 광로와, 상기 접속 광로에 배치된 위상 변조 소자를 구비하고, 상기 광 커플러는, 상기 제 1 포트에 입력된 입력 펄스 광을 분기하여, 상기 제 3 포트 및 상기 제 4 포트에 각각 제 1 방향 펄스 광 및 제 2 방향 펄스 광으로서 출력하고, 상기 위상 변조 소자는, 상기 제 1 방향 펄스 광 및 상기 제 2 방향 펄스 광의 적어도 한쪽에 대하여 위상 변조를 주는 것에 의해, 상기 제 1 포트 및 상기 제 2 포트의 각각으로부터, 서로 상이한 파형의 출력 펄스 광을 출력한다.
본 발명의 제 2 태양에 의한 펄스 광 생성 방법은, 제 1 포트, 제 2 포트, 제 3 포트 및 제 4 포트의 적어도 4개의 입출력 포트에 입력 펄스 광을 입력하여 분기하고, 상기 제 3 포트와 상기 제 4 포트가 접속된 접속 광로에, 상기 제 3 포트 및 상기 제 4 포트로부터 제 1 방향 펄스 광 및 제 2 방향 펄스 광을 각각 출력하고, 상기 접속 광로에 있어서, 상기 제 1 방향 펄스 광 및 상기 제 2 방향 펄스 광의 적어도 한쪽에 대하여 위상 변조를 주고, 상기 제 1 포트 및 상기 제 2 포트의 각각으로부터, 서로 상이한 파형의 출력 펄스 광을 출력한다.
도 1은 제 1 실시의 형태와 관련되는 펄스 광 생성 장치의 개념도이다.
도 2는 파이버 용융형 커플러의 개략 구성도이다.
도 3은 광 커플러의 포트 배치와 각 포트 사이의 광의 전파를 모식적으로 나타내는 모식도이다.
도 4는 2개의 펄스 광의 합파(合波)에 대하여 설명하는 개념도이고, (a) 및 (b)는 합파되는 2개의 펄스 광의 각각의 진폭을, (c)는 합파 광의 시간 강도 변화를 나타낸다.
도 5는 2개의 펄스 광의 합파에 대하여 설명하는 개념도이고, (a) 및 (b)는 합파되는 2개의 펄스 광의 각각의 진폭을, (c)는 합파 광의 시간 강도 변화를 나타낸다.
도 6은 펄스 광의 일부분의 위상 변조를 나타내는 개념도이고, (a)는 펄스 광의 시간 강도 변화를 나타내고, (b)는 펄스 광의 중앙부를 위상 변조하는 것을 나타낸다.
도 7은 펄스 광을 위상 변조한 경우의 개념도이고, (a) 및 (b)는 합파되는 2개의 펄스 광의 각각의 진폭을, (c)는 합파 광의 시간 강도 변화를 나타낸다.
도 8은 펄스 광을 위상 변조한 경우의 개념도이고, (a) 및 (b)는 합파되는 2개의 펄스 광의 각각의 진폭을, (c)는 합파 광의 시간 강도 변화를 나타낸다.
도 9는 위상 변조의 일례를 나타내는 개념도이고, (a)는 펄스 광의 시간 강도 변화를 나타내고, (b)는 펄스 광의 중앙부를 위상 변조하는 것을 나타낸다.
도 10은 펄스 광의 일부분의 위상 변조를 나타내는 개념도이고, (a)는 펄스 광의 시간 강도 변화를 나타내고, (b)는 펄스 광의 중앙부 이외의 부분을 위상 변조하는 것을 나타낸다.
도 11은 위상 변조의 일례를 나타내는 개념도이고, (a)는 펄스 광의 시간 강도 변화를 나타내고, (b)는 펄스 광의 중앙부 이외의 부분을 위상 변조하는 것을 나타낸다.
도 12는 제 2 실시의 형태와 관련되는 펄스 광 생성 장치의 개념도이다.
도 13은 주 펄스 광 및 부 펄스 광의 시간 강도 변화의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는 제 3 실시의 형태와 관련되는 펄스 광 생성 장치의 개념도이다.
도 15는 제 3 실시의 형태에 있어서의 위상 변조를 나타내는 개념도이다.
도 16은 제 4 실시의 형태와 관련되는 펄스 광 생성 장치의 개념도이다.
도 17은 제 5 실시의 형태와 관련되는 펄스 광 생성 장치의 개념도이다.
도 18은 제 6 실시의 형태와 관련되는 펄스 광 생성 장치의 개념도이다.
도 19는 파장 변환부의 구성의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 20은 펄스 광 생성 장치를 구비한 시스템의 제 1 적용예로서 예시하는 노광 장치의 개요 구성도이다.
도 21은 펄스 광 생성 장치를 구비한 시스템의 제 2 적용예로서 예시하는 노광 장치의 개요 구성도이다.
도 22는 펄스 광 생성 장치를 구비한 시스템의 제 3 적용예로서 예시하는 노광 장치의 개요 구성도이다.
도 23은 펄스 광 생성 장치를 구비한 시스템의 제 4 적용예로서 예시하는 검사 장치의 개요 구성도이다.
(제 1 실시의 형태)
이하, 본 발명의 제 1 실시의 형태와 관련되는 펄스 광 생성 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 제 1 실시의 형태와 관련되는 펄스 광 생성 장치의 개념도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 펄스 광 생성 장치(100)는, 광 커플러(101)와, 광 커플러(101)에 접속된 접속 광로(102)와, 접속 광로(102)에 배치된 위상 변조 소자(103)와, 제 1 포트(1)에 광을 입력하기 위한 입력부(104)를 구비한다. 광 커플러(101)는, 광의 입력 및 출력이 가능한, 제 1 포트(1), 제 2 포트(2), 제 3 포트(3) 및 제 4 포트(4)의 4개의 포트를 구비한다.
접속 광로(102)는 제 3 포트(3)와 제 4 포트(4)를 접속하여 마련된다. 광 커플러(101)로서는, 분기비가 50:50인 파이버 용융형 커플러를 이용할 수 있다. 또, 입력부(104)로서는 광 서큘레이터 등을 이용할 수 있다. 광 커플러(101)로서는, 용융형에 한하지 않고 하프 미러를 구비한 분기비가 50:50인 것도 이용할 수 있다. 또, 분기비가 50:50이 아닌 광 커플러(101)를 이용한 경우, 분기비가 50:50으로부터 벗어남에 따라, 제 1 펄스 광(이하, 주 펄스 광이라고도 부른다)에 페데스탈 성분이 발생하게 된다. 페데스탈 성분이란, 펄스 광의 전후에 발생하는 피크 강도보다 강도가 작은 대(臺) 형상의 성분을 말한다. 따라서, 광 커플러(101)는 분기비 50:50인 것을 이용하는 것이 바람직하다.
위상 변조 소자(103)는, 위상 변조 소자(103)로부터 제 3 포트(3)까지의 광학적 거리와, 위상 변조 소자(103)로부터 제 4 포트(4)까지의 광학적 거리가 상이한 위치에 배치된다. 위상 변조 소자(103)로서는, 전기 광학 변조기(EO 변조기) 등의 변조기를 이용할 수 있다. 또, 접속 광로(102)는, 광로 상의 공기 유동에 의한 위상 변화를 억제하기 위해, 광 파이버를 이용하여 루프 형상으로 접속하는 것에 의해 구성하는 것이 바람직하지만, 미러 등을 조합하여 접속 광로(102)를 형성하는 것도 가능하다. 그 경우, 접속 광로의 부분을 진공 중에 배치하더라도 좋다.
도 2는 광 커플러(101)로서 일반적으로 이용되는 파이버 용융형 커플러의 개략 구성도이다. 파이버 용융형 커플러에 있어서는, 2개의 광 파이버가 가열 용융되어 융착 연신하고 있다. 광 커플러(101)는, 광을 입출력시키기 위한, 제 1 포트(1), 제 2 포트(2), 제 3 포트(3), 및 제 4 포트(4)의 4개의 포트를 구비한다. 제 1~제 4의 어느 포트에 입력된 광은 분기되어 광 커플러(101)로부터 출력된다. 예컨대, 제 1 포트(1)로부터 광 커플러(101)에 입력된 광은 제 3 포트(3) 및 제 4 포트(4)로 분기되어 출력된다. 혹은, 제 3 포트(3)와 제 4 포트(4)로부터 동시에 광 커플러(101)에 입력된 광은, 합파되고 분기되어 제 1 포트(1) 및 제 2 포트(2)로부터 출력된다.
도 3은 광 커플러(101)의 포트 배치와 각 포트 사이의 광의 전파를 모식적으로 나타내는 모식도이다. 광 커플러(101)에 있어서, 제 1 포트(1)와 제 2 포트(2)는 한쪽에 배치되고, 제 3 포트(3)와 제 4 포트(4)는 반대쪽에 배치된다. 본 명세서에 있어서는, 제 1 포트(1)와 제 3 포트(3), 및 제 2 포트(2)와 제 4 포트(4)는, 서로 대향하고 있다고 표현한다. 또한, 제 1 포트(1)와 제 4 포트(4), 및 제 2 포트(2)와 제 3 포트(3)는, 서로 대향하지 않는다, 또는, 비대향이라고 표현한다.
광 커플러(101)에 있어서, 제 1 포트(1)에 펄스 광이 입력되면, 이 펄스 광은, 제 1 포트(1)에 대향하는 제 3 포트(3)와 제 1 포트(1)에 비대향의 제 4 포트(4)로 분기하여 전파한다. 제 2 포트(2)에 펄스 광이 입력되면, 이 펄스 광은, 제 2 포트(2)에 대향하는 제 4 포트(4)와 제 2 포트(2)에 비대향의 제 3 포트(3)로 분기하여 전파한다. 제 3 포트(3)에 펄스 광이 입력되면, 이 펄스 광은, 제 3 포트(3)에 대향하는 제 1 포트(1)와 제 3 포트(3)에 비대향의 제 2 포트(2)로 분기하여 전파한다. 제 4 포트(4)에 펄스 광이 입력되면, 이 펄스 광은, 제 4 포트(4)에 대향하는 제 2 포트(2)와 제 4 포트(4)에 비대향의 제 1 포트(1)로 분기하여 전파한다.
광 커플러(101)에 있어서, 대향하는 포트 사이를 전파하는 광에 비하여, 비대향의 포트 사이를 전파하는 광은, 위상이 파장의 1/4(이하, λ/4와 같이 기재) 지연된다. 예컨대, 제 1 포트(1)에 입력된 광이 분기하여 제 3 포트(3) 및 제 4 포트(4)에 전파하는 경우, 대향하는 제 3 포트(3)에 전파한 광에 비하여, 비대향의 제 4 포트(4)에 전파한 광은 위상이 λ/4 지연된다.
<위상 변조 소자를 기능시키지 않는 상태>
다음으로, 도 1에 나타내는 펄스 광 생성 장치(100)의 입력부(104)에 펄스 광을 입력하는 경우에 대하여 설명한다. 광 커플러(101)로서는, 분기비가 50:50인 용융형 커플러를 이용한다. 우선, 위상 변조 소자(103)가 기능하고 있지 않은 상태에 대하여 설명한다. 상기 설명과 같이, 입력부(104)에 입력된 펄스 광은 제 1 포트(1)로부터 광 커플러(101)에 입력되어 광 커플러(101) 내에서 분기하고, 제 1 포트(1)에 대향하는 제 3 포트(3) 및 제 1 포트(1)에 비대향의 제 4 포트(4)에 전파하여, 각각 접속 광로(102)에 출력된다.
제 3 포트(3)로부터 출력되어 제 4 포트(4)로 향하는 펄스 광을 제 1 방향 펄스 광, 제 4 포트(4)로부터 출력되어 제 3 포트(3)로 향하는 펄스 광을 제 2 방향 펄스 광이라고 부른다. 제 1 방향 펄스 광은 광 커플러(101) 내에서 대향 포트 사이를 전파하여 출력된 펄스 광인 것에 비하여, 제 2 방향 펄스 광은 광 커플러(101) 내에서 비대향 포트 사이를 전파하여 출력된 펄스 광이기 때문에, 제 4 포트(4)로부터 출력된 시점에 있어서의 제 2 방향 펄스 광은, 제 3 포트(3)로부터 출력된 시점에 있어서의 제 1 방향 펄스 광에 비하여, 위상이 λ/4 지연되고 있다.
제 1 방향 펄스 광은 접속 광로(102)를 전파한 후, 제 4 포트(4)로부터 광 커플러(101)에 입력된다. 제 2 방향 펄스 광은 접속 광로(102)를 제 1 방향 펄스 광과는 역방향으로 전파한 후, 제 3 포트(3)로부터 광 커플러(101)에 입력된다. 제 1 방향 펄스 광과 제 2 방향 펄스 광은 공통의 접속 광로(102)를 전파한다. 따라서, 제 3 포트(3)로부터 광 커플러(101)에 입력되는 시점에 있어서의 제 2 방향 펄스 광의 위상은, 제 4 포트(4)로부터 광 커플러(101)에 입력되는 시점에 있어서의 제 1 방향 펄스 광의 위상에 비하여, 여전히 λ/4만큼 지연된 상태이다.
제 4 포트(4)로부터 광 커플러(101)에 입력된 제 1 방향 펄스 광은, 광 커플러(101) 내에서, 제 4 포트(4)와는 비대향의 제 1 포트(1)에 전파하는 펄스 광(11)과, 제 4 포트(4)에 대향하는 제 2 포트(2)에 전파하는 펄스 광(12)으로 분기한다. 제 3 포트(3)로부터 광 커플러(101)에 입력된 제 2 방향 펄스 광은, 광 커플러(101) 내에서, 제 3 포트(3)에 대향하는 제 1 포트(1)에 전파하는 펄스 광(21)과 제 3 포트(3)와는 비대향의 제 2 포트(2)에 전파하는 펄스 광(22)으로 분기한다. 즉, 제 1 포트(1)에는 펄스 광(11)과 펄스 광(21)이 전파하고, 제 2 포트(2)에는 펄스 광(12)과 펄스 광(22)이 전파한다.
제 1 포트(1)로부터의 출력에 대하여 설명한다. 제 1 방향 펄스 광이 분기한 펄스 광(11)은, 제 2 방향 펄스 광이 분기한 펄스 광(21)에 비하여, 분기 시에 있어서는 λ/4 상당 분만큼 위상이 앞서 있다. 그러나, 광 커플러(101) 내에 있어서, 비대향 포트 사이를 전파하는 펄스 광(11)은, 대향 포트 사이를 전파하는 펄스 광(21)에 비하여, λ/4 상당 분만큼 위상이 지연된다. 따라서, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)이 합파되는 시점에서는, 펄스 광(21)에 대한 펄스 광(11)의 위상차는, 광 커플러(101)로의 입력 직전의 위상의 앞섬이, 광 커플러(101)를 전파할 때의 위상의 지연에 의해 상쇄되어 제로가 된다. 즉, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)은 동일 위상이 된다. 그 결과, 제 1 포트(1)로부터는, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)이 서로 강하게 한 펄스 광이 출력된다.
다음으로, 제 2 포트(2)로부터의 출력에 대하여 설명한다. 제 2 방향 펄스 광이 분기한 펄스 광(22)은, 제 1 방향 펄스 광이 분기한 펄스 광(12)에 비하여, 분기 시에 있어서는 λ/4 상당 분만큼 위상이 지연되고 있다. 또한, 광 커플러(101) 내에 있어서, 비대향 포트 사이를 전파하는 펄스 광(22)은, 대향 포트 사이를 전파하는 펄스 광(12)에 비하여, λ/4 상당 분만큼 위상이 지연된다. 따라서, 펄스 광(12)과 펄스 광(22)이 합파되는 시점에서는, 펄스 광(12)에 대한 펄스 광(22)의 위상차는, 광 커플러(101)로의 입력 시의 위상의 지연에 대하여, 광 커플러(101)를 전파할 때의 위상의 지연이 더해져, λ/2(파장의 1/2) 상당 분이 된다. 그 결과, 펄스 광(12)의 진폭과 펄스 광(22)의 진폭은 상쇄되기 때문에, 제 2 포트(2)로부터는 광이 출력되지 않는다.
이상 설명한 작용에 대하여, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4에 있어서, (a)는 펄스 광(11)의 진폭, (b)는 펄스 광(21)의 진폭, (c)는 펄스 광(11)과 펄스 광(21)의 합파 광의 시간 강도 변화를 나타낸다. 상기 설명과 같이, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)은 위상차가 제로이다. 즉, (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 펄스 광(11)의 진폭과 펄스 광(21)의 진폭은 위상이 일치하고 있다. 따라서, 제 1 포트(1)에서는 펄스 광(11)과 펄스 광(21)이 서로 강하게 한다. 그 결과, 제 1 포트(1)에는, (c)에 나타내는 바와 같이, 입력부(104)에 입력된 펄스 광에 상당하는 광이 출력된다. 또, 도 4에 있어서, (a) 및 (b)는, (c)에 비하여 시간축을 확대하여 표시하고 있고, (a) 및 (b)는, (c)의 파선으로 나타낸 시간 영역에 있어서의 펄스 광(11) 및 펄스 광(21)의 진폭을 나타낸다.
도 5에 있어서, (a)는 펄스 광(12)의 진폭, (b)는 펄스 광(22)의 진폭, (c)는 펄스 광(12)과 펄스 광(22)의 합파 광의 시간 강도 변화를 나타낸다. 상기 설명과 같이, 펄스 광(12)과 펄스 광(22)은 위상차가 λ/2 상당 분 존재한다. 즉, (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 펄스 광(12)의 진폭과 펄스 광(22)의 진폭은 위상이 서로 반전되어 있다. 따라서, 제 2 포트(2)에 있어서는, 펄스 광(12)과 펄스 광(22)은 서로 상쇄되므로 광이 출력되지 않는다. 또, 도 5에 있어서, (a) 및 (b)는, (c)에 비하여 시간축을 확대하여 표시하고 있고, (a) 및 (b)는, (c)의 파선으로 나타낸 시간 폭에 있어서의 펄스 광(11) 및 펄스 광(21)의 진폭을 나타내고 있다.
상기 설명을 식에 의해 나타낸다. 우선, 입력부(104)로부터 입력시키는 펄스 광의 진폭을 A(t)로 하면, 제 1 포트(1)로부터 출력된 펄스 광의 진폭 AR(t)는 식 (1)로 나타내어진다. 또, 간단하게 하기 위해, 입력 펄스 광에 대해서도 출력 펄스 광에 대해서도, 동일한 시간 좌표 t를 사용하고 있다.
[수학식 1]
Figure 112018117451158-pct00001
식 (1)에 있어서, 제 1 항은 펄스 광(11)에 대응하는 진폭, 제 2 항은 펄스 광(21)에 대응하는 진폭을 나타낸다. 즉, 제 1 포트(1)로부터 출력되는 펄스 광은, 입력부(104)에 입력시킨 펄스 광과 동등한 강도의 펄스 광인 것을 알 수 있다. 간단하게 하기 위해 광로에 있어서의 손실은 제로로 하고 있다. 광로의 손실을 고려한 경우에는, 제 1 포트(1)로부터 출력되는 펄스 광의 진폭은, 손실에 의해 감쇠된 만큼 작아진다.
제 2 포트(2)로부터 출력되는 펄스 광의 진폭 AT(t)는 식 (2)로 나타내어진다.
[수학식 2]
Figure 112018117451158-pct00002
식 (2)에 있어서, 제 1 항은 펄스 광(12)에 대응하는 진폭, 제 2 항은 펄스 광(22)에 대응하는 진폭을 나타낸다. 즉, 제 2 포트(2)로부터는 펄스 광은 출력되지 않는 것을 알 수 있다.
<제 1 방향 펄스 광을 파장의 1/2(즉 π)만큼 위상 변조하는 경우>
제 1 방향 펄스 광의 일부분의 위상을 λ/2(즉 π) 상당 분만큼 지연시키도록 위상 변조 소자(103)를 제어하는 경우에 대하여 설명한다. 제 2 방향 펄스 광에 대해서는 위상 변조를 행하지 않는다. 제 1 방향 펄스 광과 제 2 방향 펄스 광에 각각 상이한 위상 변조를 행하기 위해서는(어느 한쪽에 대해서는 위상 변조를 행하지 않는 경우도 포함한다), 제 1 방향 펄스 광 및 제 2 방향 펄스 광의 양쪽의 펄스 광이 위상 변조 소자(103)를 동시에 통과하지 않는 것이 조건이 된다. 이 때문에, 위상 변조 소자(103)는, 제 3 포트(3)까지의 광학 거리와 제 4 포트(4)까지의 광학 거리가 상이한 위치에 배치되고, 이것에 의해, 제 1 방향 펄스 광 및 제 2 방향 펄스 광이 위상 변조 소자(103)를 통과하는 타이밍이 어긋나도록 하고 있다. 양자의 광학적 거리의 차이는, 입력부(104)로부터 입력하는 펄스 광의 펄스 길이(pulse duration)와, 제 1 방향 펄스 광을 위상 변조하는 시간적 길이에 근거하여 설정한다.
도 6은 제 1 방향 펄스 광에 대해서만, 그 펄스의 일부분의 위상 변조를 행하는 경우를 나타내는 개념도이다. (a)는, 위상 변조 소자(103)에 있어서의 제 1 방향 펄스 광 및 제 2 방향 펄스 광의 시간 강도 변화를 나타낸다. (b)는, 제 1 방향 펄스 광의 중앙부를 소정 시간만큼 λ/2(즉, π)만큼 위상 변조하는 것을 나타내고 있다. 즉, 제 1 방향 펄스 광의 중앙부만 위상을 λ/2만큼 지연되는 쪽으로 변화시킨다. (a)에 나타내는 바와 같이, 위상 변조 소자(103)에는, 제 1 방향 펄스 광과 제 2 방향 펄스 광이 순차적으로 통과한다. 그러나, (b)에 나타내는 바와 같이, 위상 변조 소자(103)는, 제 1 방향 펄스 광에 대해서만, 그 펄스의 일부분을 위상 변조하고, 제 2 방향 펄스 광에 대해서는 위상 변조를 행하지 않는다. 따라서, 제 2 방향 펄스 광의 위상은 변화하는 일 없이 위상 변조 소자(103)를 통과한다.
도 7은 도 6에 나타내는 바와 같이 제 1 방향 펄스 광의 중앙부를 위상 변조한 경우의, 제 1 포트(1)에 있어서의, 펄스 광(11) 및 펄스 광(21)의 각각의 진폭과, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)의 합파 광의 강도를 설명하는 개념도이다. 도 7에 있어서, (a)는 펄스 광(11)의 진폭, (b)는 펄스 광(21)의 진폭, (c)는 펄스 광(11)과 펄스 광(21)의 합파 광의 시간 강도 변화를 나타낸다. (a) 및 (b)는, 3개의 시간 영역에 있어서의 펄스 광(11) 및 펄스 광(21)의 각각의 진폭을 나타내고 있다.
3개의 시간 영역 중, 중앙에 나타내는 시간 영역은, 제 1 방향 펄스 광에 대하여 위상 변조를 행하는 시간 영역에 상당하고, 좌우의 2개의 시간 영역은, 제 1 방향 펄스 광에 대하여 위상 변조를 행하지 않는 시간 영역에 상당한다. (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 제 1 방향 펄스 광에 대하여 위상을 λ/2만큼 지연되도록 위상 변조한 시간 영역에서는, 펄스 광(11)의 위상이 λ/2 상당 분만큼 변화한다. 한편, 제 2 방향 펄스 광에 대해서는, 위상 변조를 행하지 않으므로, 펄스 광(21)의 진폭은, 도 4의 (b)에 나타낸 상태와 마찬가지이다. 그 결과, 위상 변조한 시간 영역에서는, 펄스 광(11)의 진폭과 펄스 광(21)의 진폭은 위상이 서로 반전된 상태가 되므로, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)은 서로 상쇄된다. 즉, 위상 변조한 시간 영역에는 제 1 포트(1)로부터 광은 출력되지 않는다.
한편, 제 1 방향 펄스 광에 대하여 위상 변조를 행하지 않는 시간 영역에서는, 펄스 광(11)의 진폭과 펄스 광(21)의 진폭은 위상이 일치한 상태가 된다. 따라서, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)은 서로 강하게 하므로, 위상 변조를 행하지 않는 시간 영역에는 제 1 포트(1)로부터 광이 출력된다. 그 결과, 제 1 포트(1)에 있어서, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)의 합파 광의 시간 강도 변화는 (c)에 나타내는 바와 같이, 2개의 피크를 갖는 한 쌍의 펄스의 세트와 같은 형상의 부 펄스 광이 생성된다.
제 1 방향 펄스 광에 대하여 위상 변조가 개시될 때에는, 위상 변조량이 λ/2 상당 분에 도달할 때까지 상승 시간(예컨대 10㎰)을 요한다. 이 상승 시간에 있어서는, 제 1 방향 펄스 광의 위상이 서서히 변화하므로, 펄스 광(11)의 위상도 이것에 따라 변화한다. 즉, 상승 시간에 있어서는, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)은, 서로 강하게 하는 상태로부터 서서히 서로 상쇄하는 상태로 변화한다.
제 1 방향 펄스 광에 대하여 위상 변조가 종료될 때에는 상기와 반대의 현상이 된다. 즉, 위상 변조량이 λ/2 상당 분으로부터 제로에 도달할 때까지 하강 시간(예컨대 10㎰)을 요한다. 이 하강 시간에 있어서는, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)은, 서로 상쇄하는 상태로부터 서서히 서로 강하게 하는 상태로 변화한다. 상기의 결과, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)의 합파 광 강도는 (c)에 나타내는 바와 같이, 제 1 피크 강도로부터 서서히 저하하여 제로가 되고, 그 후 다시 서서히 상승하여 제 2 피크 강도에 도달하도록 변화한다. 또, 도 7에 있어서, (a) 및 (b)는, (c)에 비하여 시간축을 확대하여 표시하고 있고, (c)의 파선으로 나타낸 3개의 시간 영역에 있어서의 펄스 광(11) 및 펄스 광(21)의 진폭을 각각 나타내고 있다.
도 8은 도 6에 나타내는 바와 같이 제 1 방향 펄스 광의 중앙부를 위상 변조한 경우의, 제 2 포트(2)에 있어서의, 펄스 광(12) 및 펄스 광(22)의 각각의 진폭과, 펄스 광(12)과 펄스 광(22)의 합파 광의 강도를 설명하는 개념도이다. 도 8에 있어서, (a)는 펄스 광(12)의 진폭, (b)는 펄스 광(22)의 진폭, (c)는 펄스 광(12)과 펄스 광(22)의 합파 광의 시간 강도 변화를 나타낸다. 도 7과 마찬가지로, (a) 및 (b)는, 3개의 시간 영역에 있어서의 펄스 광(12) 및 펄스 광(22)의 각각의 진폭을 나타내고 있다.
3개의 시간 영역 중, 중앙에 나타내는 시간 영역은, 제 1 방향 펄스 광에 대하여 위상 변조를 행하는 시간 영역에 상당하고, 좌우의 2개의 시간 영역은, 제 1 방향 펄스 광에 대하여 위상 변조를 행하지 않는 시간 영역에 상당한다. (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 제 1 방향 펄스 광에 대하여 위상을 λ/2만큼 지연되도록 위상 변조한 시간 영역에서는, 펄스 광(12)의 위상이 λ/2 상당 분만큼 변화한다. 한편, 제 2 방향 펄스 광에 대해서는, 위상 변조를 행하지 않으므로, 펄스 광(22)의 진폭은, 도 5의 (b)에 나타낸 상태와 마찬가지이다. 그 결과, 위상 변조한 시간 영역에서는, 펄스 광(12)의 진폭과 펄스 광(22)의 진폭은 위상이 일치하므로, 펄스 광(12)과 펄스 광(22)은 서로 강하게 한다. 즉, 이 위상 변조한 시간 영역에는 제 2 포트(2)로부터 광이 출력된다.
제 1 방향 펄스 광에 대하여 위상 변조를 행하지 않는 시간 영역에서는, 펄스 광(12)의 진폭과 펄스 광(22)의 진폭은 위상이 서로 반전되므로, 펄스 광(12)과 펄스 광(22)은 서로 상쇄된다. 즉, 위상 변조를 행하지 않는 시간 영역에는 제 2 포트(2)로부터는 광이 출력되지 않는다. 그 결과, 제 2 포트(2)에 있어서, 펄스 광(12)과 펄스 광(22)의 합파 광의 시간 강도 변화는 (c)에 나타내는 바와 같이, 짧은 펄스 길이의 주 펄스 광이 생성된다.
제 1 방향 펄스 광에 대하여 위상 변조가 개시될 때 및 종료될 때의 상승 시간 및 하강 시간에 있어서는, 도 7에 대하여 설명한 경우와 마찬가지의 현상이 발생한다. 즉, 상승 시에 있어서는, 펄스 광(12)과 펄스 광(22)은, 서로 상쇄하는 상태로부터 서서히 서로 강하게 하는 상태로 변화한다. 또한, 하강 시에 있어서는, 펄스 광(12)과 펄스 광(22)은, 서로 강하게 하는 상태로부터 서서히 서로 상쇄하는 상태로 변화한다. 또, 도 8에 있어서, (a) 및 (b)는, (c)에 비하여 시간축을 확대하여 표시하고 있고, (c)의 파선으로 나타낸 3개의 시간 영역에 있어서의 펄스 광(11) 및 펄스 광(21)의 진폭을 각각 나타내고 있다.
도 7 및 도 8로부터 분명한 바와 같이, 제 1 펄스 광의 형상은, 제 2 펄스 광의 중앙부의 형상과는 상보적인 관계로 되어 있다. 즉, 제 2 펄스 광은, 제 1 펄스 광의 강도가 증가할 때에는 강도가 감소하고, 제 1 펄스 광의 강도가 감소할 때에는 강도가 증가한다. 후술하는 바와 같이, 이와 같은 특성의 2개의 펄스 광(즉, 주 펄스 광 및 부 펄스 광)을 합파시켜 증폭함으로써, 파장 스펙트럼의 넓어짐을 억제한 큰 강도의 펄스 광을 얻을 수 있다.
제 2 포트(2)로부터 출력되는 펄스 광에 대하여, 식에 의해 설명한다. 입력부(104)로부터 입력시키는 펄스 광의 진폭을 A(t), 제 1 방향 펄스 광에 대한 위상 변조를 φ(t)로 하면, 제 2 포트(2)로부터 출력되는 펄스 광(12)과 펄스 광(22)이 합파된 주 펄스 광의 진폭 AT(t)는 다음의 식 (3)으로 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112018117451158-pct00003
식 (3)에 있어서, 제 1 항은 펄스 광(12)에 대응하는 진폭, 제 2 항은 펄스 광(22)에 대응하는 진폭을 나타낸다. 제 2 방향 펄스 광은 위상 변조하지 않으므로, 위상 변조의 인자가 존재하지 않는다. 또, 간단하게 하기 위해, 입력 펄스 광에 대해서도 출력 펄스 광에 대해서도, 동일한 시간 좌표 t를 사용하고 있다.
식 (3)은 다음에 나타내는 식 (4)와 같이 변형할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112018117451158-pct00004
식 (4)에서, 제 2 포트(2)로부터 출력되는 주 펄스 광의 진폭은, 입력부(104)에 입력시킨 펄스 광의 진폭 A(t)에 대하여, 위상 변조 φ(t)/2와 진폭 변조 sin(φ(t)/2)를 곱한 형태이다. 주 펄스 광의 강도 IT(t)는 다음에 나타내는 식 (5)로 나타내어진다.
[수학식 5]
Figure 112018117451158-pct00005
여기서, I(t)는 입력부(104)에 입력시킨 펄스 광의 강도이다.
한편, 제 1 포트(1)로부터 출력되는 부 펄스 광의 시간 강도 IR(t)는 다음의 식 (6)에 의해 나타내어진다.
[수학식 6]
Figure 112018117451158-pct00006
따라서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제 1 방향 펄스 광만 파장의 1/2만큼 위상 변조를 행한 경우, 주 펄스 광 및 부 펄스 광의 시간 강도 변화는, 각각 도 8의 (c) 및 도 7의 (c)에 나타내는 바와 같은 상태가 되는 것을 알 수 있다. 또, 주 펄스 광과 부 펄스 광은 동일한 위상 변조 파형 φ(t)에 근거하여 동일한 위상 변조 소자에 의해 동시에 생성되므로, 양자 사이에는 원리적으로 지터가 발생하지 않는다. 만약, 주 펄스 광과 부 펄스 광이 각각의 위상 변조 파형에 근거하여 생성된 경우, 혹은, 동일한 위상 변조 파형 φ(t)에 근거하여 각각의 위상 변조 소자에 의해 생성되는 경우에는, 양자 사이에 지터가 발생하는 것은 피할 수 없다.
상기 설명에서는, 제 1 방향 펄스 광에 대해서만 위상 변조를 행하고, 제 2 방향 펄스 광에 대해서는 위상 변조를 행하지 않는 경우에 대하여 설명했다. 그러나, 이것과는 상이한 위상 변조를 행하더라도 마찬가지의 결과를 얻을 수 있다. 마찬가지의 효과를 얻기 위한 위상 변조의 조건은 다음과 같다. 제 1 포트(1)를 향해 전파하여 합파되는 2개의 펄스 광에 대하여, 한쪽의 펄스 광의 위상 변조 부분과, 그 위상 변조 부분에 대응하는 다른 쪽의 펄스 광의 부분은, 서로 상쇄하는 위상의 관계일 필요가 있다. 동시에, 제 2 포트(2)에 전파한 2개의 펄스 광에 대하여, 한쪽의 펄스 광의 위상 변조 부분과, 그 위상 변조 부분에 대응하는 다른 쪽의 펄스 광의 부분은, 서로 강하게 하는 위상의 관계일 필요가 있다.
그렇게 하기 위해서는, 제 1 방향 펄스 광에 대한 위상 변조량과 제 2 방향 펄스 광에 대한 위상 변조량의 차이를 λ(1/2+m)로 하면 된다. 여기서, m은 제로 또는 자연수이다. 또, 위상 변조하지 않는 경우의 위상 변조량은 제로이다. 이 조건을 만족시키면, 제 1 방향 펄스 광 및 제 2 방향 펄스 광의 어느 한쪽만을 부분적으로 위상 변조하더라도 좋고, 혹은, 제 1 방향 펄스 광과 제 2 방향 펄스 광을 모두 부분에 대하여 위상 변조하더라도 좋다.
<제 2 방향 펄스 광을 위상 변조하는 경우>
제 1 방향 펄스 광에 대해서는 위상 변조하지 않고, 제 2 방향 펄스 광의 일부분의 위상을 λ/2(즉, π) 상당 분만큼 지연시키도록 위상 변조 소자(103)를 제어하는 경우에 대하여 설명한다.
우선, 제 1 포트(1)의 출력에 대하여 설명한다. 이미 설명한 바와 같이, 접속 광로(102)에 출력된 시점에서, 제 2 방향 펄스 광은 제 1 방향 펄스 광에 대하여 -λ/4의 위상차가 있다. 제 2 방향 펄스 광은, 그 일부분이 위상 변조 소자(103)에 의해, -λ/2 상당 분의 위상 변조를 더 받은 후, 광 커플러(101) 내에서 펄스 광(21)과 펄스 광(22)으로 분기한다. 이 중, 펄스 광(21)은 제 1 포트(1)에 전파한다. 한편, 제 1 방향 펄스 광은 위상 변조되지 않고 접속 광로(102)를 전파한 후, 광 커플러(101) 내에서 펄스 광(11)과 펄스 광(12)으로 분기한다. 이 중, 펄스 광(11)은, 광 커플러(101) 내에 있어서, 펄스 광(21)에 대하여 -λ/4 상당 분의 위상이 지연된다. 따라서, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)이 합파될 때의, 펄스 광(11)에 대한 펄스 광(21)의 위상차는, (-λ/4)-(-λ/4-λ/2)=λ/2가 된다. 즉, 반파장 분의 위상차가 발생한다. 그 결과, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)이 합파하면 상쇄되므로, 합파 광의 강도는 제로가 된다. 이것은, 도 7의 (c)와 마찬가지의 합파 광 강도가 되는 것을 의미한다.
다음으로, 제 2 포트(2)의 출력에 대하여 설명한다. 상기와 같이, 접속 광로(102)에 출력된 시점에서, 제 2 방향 펄스 광은 제 1 방향 펄스 광에 대하여 -λ/4의 위상차가 있다. 제 2 방향 펄스 광은 부분적으로, 접속 광로(102)에 있어서 -λ/2 상당 분의 위상 변조를 더 받은 후, 광 커플러(101) 내에서 펄스 광(21)과 펄스 광(22)으로 분기한다. 이 중, 펄스 광(22)은 제 2 포트(2)에 전파한다. 한편, 제 1 방향 펄스 광은 위상 변조되지 않고 접속 광로(102)를 전파한 후, 광 커플러(101) 내에서 펄스 광(11)과 펄스 광(12)으로 분기한다. 광 커플러(101) 내에 있어서, 펄스 광(22)은, 펄스 광(12)에 대하여 -λ/4 상당 분의 위상 지연이 발생한다. 따라서, 펄스 광(12)과 펄스 광(22)이 합파될 때의, 펄스 광(12)에 대한 펄스 광(22)의 위상차는, 0-(-λ/4-λ/2-λ/4)=λ가 된다. 즉, 1파장 분의 위상차가 발생한다. 그 결과, 펄스 광(12)과 펄스 광(22)이 합파하면 서로 강하게 하므로, 위상 변조 소자(103)에 의한 변조 시간에 상당하는 펄스 길이가 짧은 펄스 광이 생성된다. 이것은, 도 8의 (c)와 마찬가지의 합파 광 강도가 되는 것을 의미한다.
<제 1 방향 펄스 광 및 제 2 방향 펄스 광을 모두 위상 변조하는 경우>
제 1 방향 펄스 광의 일부분의 위상을 -λ/4 상당 분만큼 위상 변조하고, 제 2 방향 펄스 광의 일부분의 위상을 +λ/4 상당 분만큼 위상 변조하는 경우에 대하여 설명한다.
우선, 제 1 포트(1)의 출력에 대하여 설명한다. 접속 광로(102)에 출력된 시점에서, 제 2 방향 펄스 광은 제 1 방향 펄스 광에 대하여 -λ/4의 위상차가 있다. 이 제 2 방향 펄스 광은, 접속 광로(102)에 있어서, 그 일부분이 위상 변조 소자(103)에 의해 +λ/4 상당 분의 위상 변조를 받은 후, 제 3 포트(3)로부터 광 커플러(101)에 입력되어 펄스 광(21)과 펄스 광(22)으로 분기한다. 이 중, 펄스 광(21)은 제 1 포트(1)에 전파한다. 한편, 제 1 방향 펄스 광은, 위상 변조 소자(103)에 의해 일부분이 -λ/4 상당 분의 위상 변조를 받은 후, 제 4 포트(4)로부터 광 커플러(101)에 입력되어 펄스 광(11)과 펄스 광(12)으로 분기한다. 이 중, 펄스 광(11)은, 광 커플러(101) 내에 있어서, 펄스 광(21)에 대하여 -λ/4 상당 분만큼 위상이 지연된다. 따라서, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)이 합파될 때의, 펄스 광(11)에 대한 펄스 광(21)의 위상차는 (-λ/4-λ/4)-(-λ/4+λ/4)=-λ/2가 된다. 즉, 반파장 분의 위상차가 발생한다. 따라서, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)은 상쇄되고, 이들의 합파 광의 강도는 제로가 된다. 이것은, 도 7의 (c)와 마찬가지의 합파 광 강도가 되는 것을 의미한다.
다음으로, 제 2 포트(2)의 출력에 대하여 설명한다. 제 1 방향 펄스 광은, 위상 변조 소자(103)에 의해 그 일부분이 -λ/4 상당 분의 위상 변조를 받은 후, 제 4 포트(4)로부터 광 커플러(101)에 입력되어 펄스 광(11)과 펄스 광(12)으로 분기한다. 이 중, 펄스 광(12)은 제 2 포트(2)에 전파한다. 한편, 상기와 같이, 접속 광로(102)에 출력된 시점에서, 제 2 방향 펄스 광은 제 1 방향 펄스 광에 대하여 -λ/4의 위상차가 있다. 이 제 2 방향 펄스 광은, 그 일부분이 위상 변조 소자(103)에 의해 +λ/4 상당 분의 위상 변조를 받은 후, 제 3 포트(3)로부터 광 커플러(101)에 입력되어 펄스 광(21)과 펄스 광(22)으로 분기한다. 이 중, 펄스 광(22)은, 광 커플러(101) 내에 있어서, 펄스 광(12)에 대하여 -λ/4 상당 분의 위상만큼 위상이 지연된다. 따라서, 펄스 광(12)과 펄스 광(22)이 합파될 때의, 펄스 광(12)에 대한 펄스 광(22)의 위상차는 (-λ/4)-(-λ/4+λ/4-λ/4)=0이 된다. 즉, 위상차는 제로가 된다. 그 결과, 펄스 광(12)과 펄스 광(22)이 합파하면 서로 강하게 하므로, 위상 변조 소자(103)에 의한 변조 시간에 상당하는 펄스 길이가 짧은 펄스 광이 생성된다. 이것은, 도 8의 (c)와 마찬가지의 합파 광 강도가 되는 것을 의미한다.
<다른 변조 방법 1>
상기는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제 1 방향 펄스 광의 일부에 대하여 위상 변조하도록 위상 변조 소자(103)를 제어하는 경우에 대하여 설명했다. 그러나, 입력 펄스 광에 비하여 짧은 펄스 길이의 주 펄스 광과 그 상보적인 시간 강도 변화를 하는 부 펄스 광을 생성하기 위한 위상 변조 소자(103)의 제어는 이것에 한하지 않는다. 예컨대, 도 6에 나타내는 위상 변조 대신에, 도 9에 나타내는 바와 같이 위상 변조 소자(103)의 제어를 행하더라도 좋다. 도 9에 나타내는 위상 변조 소자(103)의 제어는, 접속 광로(102)를 전파하는 제 1 방향 펄스 광 또는 제 2 방향 펄스 광에 대하여, 위상 변조 소자(103)에 의해 펄스의 도중에서 위상 변조량을 제로로부터 2π(즉, λ 상당 분)까지 단시간에 변화시킨다.
이와 같이 위상 변조량을 단시간에 변화시키는 것에 의해, 제 1 방향 펄스 광 또는 제 2 방향 펄스 광의 위상은, 제로로부터 π를 거쳐 2π까지 변화하게 된다. 위상 변조량 2π와 위상 변조 제로는 등가이므로, 상기와 같은 위상 변조량의 변화는, 위상 변조량을 제로로부터 π로 변화시킨 후, 다시 제로로 되돌리는 것과 등가이다. 따라서, 도 9에 나타내는 바와 같이 위상 변조 소자(103)의 제어를 행한 경우에도, 도 7 및 도 8을 참조한 설명과 마찬가지로, 제 2 포트(2) 및 제 1 포트(1)에는, 각각 주 펄스 광 및 부 펄스 광이 생성된다.
(변형예)
상기는, 제 1 포트(1)로부터 광 커플러(101)에 펄스 광을 입력하여, 제 2 포트(2)에 주 펄스 광을 생성하고, 제 1 포트(1)에 부 펄스 광을 생성하는 구성에 대한 설명이다. 여기서는, 제 1 포트(1)로부터 광 커플러(101)에 펄스 광을 입력하여, 제 1 포트(1)에 주 펄스 광을 생성하고, 제 2 포트(2)에 부 펄스 광을 생성하는 구성에 대하여 기재한다.
도 10은 제 1 방향 펄스 광만, 그 펄스의 일부(중앙부를 제외한 전후의 부분)의 위상 변조를 행하는 경우를 나타내는 개념도이다. (a)는, 위상 변조 소자(103)에 있어서의 제 1 방향 펄스 광 및 제 2 방향 펄스 광의 시간 강도 변화를 나타낸다.
도 10의 (b)는, 제 1 방향 펄스 광에 대하여, 도 6의 (b)에 나타낸 위상 변조를 반전시킨 위상 변조를 행한다. 즉, 도 6의 (b)에 나타낸 위상 변조는, 제 1 방향 펄스 광에 대하여, 중앙부만 λ/2(즉, π)만큼 위상 변조하고, 그 이외의 부분에 대해서는 위상 변조를 행하지 않는다. 이것에 비하여, 도 10의 (b)에 나타내는 위상 변조는, 이것과는 반대로, 제 1 방향 펄스 광에 대하여, 중앙부 이외의 전후의 부분은 λ/2(즉, π)만큼 위상 변조하고, 중앙부에 대해서는 위상 변조를 행하지 않는다. 또, 제 2 방향 펄스 광에 대해서는 위상 변조를 행하지 않는다.
구체적으로는 다음과 같이 위상 변조를 행한다. 위상 변조 소자(103)에 제 1 방향 펄스 광이 입력되기 전에, 위상 변조 소자(103)를 제 1 방향 펄스 광의 위상을 λ/2만큼 위상 변조하는 상태로 한다. 이 상태에서, 위상 변조 소자(103)는, 제 1 방향 펄스 광의 위상 변조를 행하고, 제 1 방향 펄스 광의 앞쪽을 위상 변조한다. 제 1 방향 펄스 광의 중앙부가 위상 변조 소자(103)에 도달하면, 위상 변조를 정지한다. 즉, 위상 변조 소자(103)는, 이 부분에 대해서는 위상 변조를 행하지 않는다. 제 1 방향 펄스 광의 중앙부가 위상 변조 소자(103)를 통과하면, 위상 변조 소자(103)는 다시 λ/2만큼 위상 변조를 행하고, 이 상태를, 제 1 방향 펄스 광의 통과가 종료될 때까지 유지하여, 제 1 방향 펄스 광의 끝 쪽의 위상 변조를 행한다. 제 1 방향 펄스 광이 위상 변조 소자(103)를 통과 후, 위상 변조 소자(103)는 위상 변조를 정지한다.
우선, 제 1 포트(1)의 출력에 대하여 설명한다. 상기와 같이, 제 1 방향 펄스 광의 중앙부는 위상 변조되지 않고, 제 2 방향 펄스 광도 위상 변조되지 않는다. 따라서, 이들 펄스 광이 각각 광 커플러(101)에 입력되면, 제 1 포트(1)에 있어서는, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)이 서로 강하게 한다. 이 점에 대해서는 도 4를 참조하여 설명한 바와 같다. 한편, 제 1 방향 펄스 광의 중앙부 이외의 부분에 대해서는, 상기와 같이, λ/2(π)만큼 위상 변조된다. 따라서, 제 1 방향 펄스 광과 제 2 방향 펄스 광이 각각 광 커플러(101)에 입력되면, 제 1 포트(1)에 있어서는, 펄스 광(11)과 펄스 광(21)은 상쇄된다. 이 점에 대해서는 도 5를 참조하여 설명한 바와 같다. 그 결과, 제 1 포트(1)에 있어서는, 제 1 방향 펄스 광의 중앙부에 상당하는 펄스 길이를 갖는 주 펄스 광이 생성된다(도 8의 (c)와 마찬가지의 시간 강도 변화의 주 펄스 광이 생성된다). 즉, 제 1 실시의 형태에 있어서는 제 2 포트(2)에 생성된 주 펄스 광이, 본 변형예에 있어서는 제 1 포트(1)에 생성된다.
다음으로, 제 2 포트(2)의 출력에 대하여 설명한다. 상기와 같이, 제 1 방향 펄스 광의 중앙부는 위상 변조되지 않고, 제 2 방향 펄스 광도 위상 변조되지 않는다. 따라서, 이들 펄스 광이 각각 광 커플러(101)에 입력되면, 제 2 포트(2)에 있어서는, 펄스 광(12)과 펄스 광(22)이 상쇄된다. 한편, 제 1 방향 펄스 광의 중앙부 이외의 부분에 대해서는, 상기와 같이, λ/2(π)만큼 위상 변조된다. 따라서, 제 1 방향 펄스 광과 제 2 방향 펄스 광이 각각 광 커플러(101)에 입력되면, 제 2 포트(2)에 있어서는, 펄스 광(12)과 펄스 광(22)은 서로 강하게 한다. 그 결과, 제 2 포트(2)에 있어서는, 2개의 피크를 갖는 한 쌍의 펄스의 세트와 같은 형상의 부 펄스 광이 생성된다(도 7의 (c)와 마찬가지의 시간 강도 변화의 부 펄스 광이 생성된다). 즉, 제 1 실시의 형태에 있어서는 제 1 포트(1)에 생성된 부 펄스 광이, 본 변형예에 있어서는 제 2 포트(2)에 생성된다.
<다른 변조 방법 2>
제 1 방향 펄스 광에 대한 위상 변조는 다음과 같이 행하더라도 좋다. 예컨대, 도 11에 다른 위상 변조에 대하여 나타낸다. 도 11에 나타내는 위상 변조 소자(103)의 제어는, 접속 광로(102)를 전파하는 제 1 방향 펄스 광에 대하여, 위상 변조 소자(103)에 의해 펄스의 도중에서 위상 변조량을 2π(즉, λ 상당 분)로부터 제로까지 단시간에 변화시킨다. 즉, 도 9를 참조하여 설명한 제 1 방향 펄스 광에 대한 위상 변조를 반전시킨 위상 변조를 행한다.
이와 같이 위상 변조량을 단시간에 변화시키는 것에 의해, 제 1 방향 펄스 광의 위상은, 2π로부터 π를 거쳐 제로까지 변화하게 된다. 위상 변조량 2π와 위상 변조 제로는 등가이므로, 상기와 같은 위상 변조량의 변화는, 위상 변조량을 제로로부터 π로 변화시킨 후, 다시 제로로 되돌리는 것과 등가이다. 따라서, 도 11에 나타내는 바와 같이 위상 변조 소자(103)의 제어를 행한 경우에도, 상기 변형예와 마찬가지로, 제 1 포트(1) 및 제 2 포트(2)에는, 각각 주 펄스 광 및 부 펄스 광이 생성된다.
또, 상기 설명에 있어서는, 제 1 방향 펄스 광에 대해서만 위상 변조한 경우를 예로 들었지만, 이미 기재한 바와 같이, 제 1 방향 펄스 광만을 위상 변조하는 대신에, 제 2 방향 펄스 광만을 위상 변조하더라도 마찬가지의 결과를 얻을 수 있다.
상기 설명과 같이, 본 실시의 형태에 의한 펄스 광 발생 장치에 의하면, 간단하고 쉬운 구성에 의해, 시간 강도 파형이 서로 상이한 주 펄스 광과 부 펄스 광을 생성할 수 있다.
(제 2 실시의 형태)
도 12는 본 발명의 제 2 실시의 형태와 관련되는 펄스 광 생성 장치(200)의 개념도이다. 펄스 광 생성 장치(200)는, 제 1 실시의 형태의 펄스 광 생성 장치(100)의 구성에 더하여, 펄스 광을 입력부(104)를 향해서 출력하는 레이저 광원(201) 및 제어부(202)를 더 구비한다. 도 12에 있어서, 펄스 광 생성 장치(100)와 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 이용하고 있다. 레이저 광원(201)으로서는 DFB 레이저(Distributed Feedback Laser)를 적합하게 이용할 수 있다.
제어부(202)는, 레이저 광원(201)에 공급하는 전류 혹은 전압을 제어하여, 레이저 광원(201)으로부터 출력시키는 펄스 광의 발광 시간, 발광 간격, 피크 강도 등을 조절한다. 또한, 제어부(202)는, 위상 변조 소자(103)에 공급하는 전류 혹은 전력을 제어하여, 위상 변조 소자(103)의 위상 변조 타이밍이나 위상 변조량을 조절한다. 그때, 제어부(202)는, 접속 광로(102)를 전파하는 제 1 방향 펄스 광 및 제 2 방향 펄스 광의 적어도 어느 한쪽의 펄스 광의 일부분이 위상 변조되도록, 레이저 광원(201)으로부터의 펄스 광의 출력과 위상 변조 소자(103)에 의한 위상 변조를 동기시킨다.
<주 펄스 광과 부 펄스 광의 생성>
펄스 광 생성 장치(200)에 있어서, 레이저 광원(201)으로부터 펄스 길이 1㎱의 펄스 광을 출력시켜, 입력부(104)에 출력시킨다. 입력부(104)로부터 입력시키는 펄스 광은, 제 1 포트(1)를 거쳐 광 커플러(101)에 입력된 후, 제 1 방향 펄스 광과 제 2 방향 펄스 광으로 분기하여 접속 광로(102)를 전파한다. 위상 변조 소자(103)는 제 1 방향 펄스 광만 그 일부분을 위상 변조하도록 제어한다.
도 9는 위상 변조 소자(103)가 제 1 방향 펄스 광에 대하여 행하는 위상 변조의 일례를 나타내는 개념도이다. (a)는, 제 1 방향 펄스 광의 시간 강도 변화를 나타낸다. 제 1 방향 펄스 광의 펄스 길이는 1㎱이다. (b)는, 제 1 방향 펄스 광에 대한 위상 변조량과 그 타이밍을 나타낸다. 제어부(202)는, 레이저 광원(201)과 위상 변조 소자(103)를 제어하여, 제 1 방향 펄스 광의 중앙부의 위상을 20㎰의 사이에 제로로부터 2π까지 변조하고, 제 1 방향 펄스 광이 위상 변조 소자(103)를 통과한 후, 변조량 제로의 상태로 되돌린다.
도 13은 제 1 포트(1) 및 제 2 포트(2)에 각각 생성된 부 펄스 광 및 주 펄스 광의 시간 강도 변화의 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 도 13으로부터, 제 2 포트(2)에는 주 펄스 광이 생성되고, 제 1 포트(1)에는 부 펄스 광이 생성되는 것을 알 수 있다. 주 펄스 광의 펄스 길이는 약 25㎰이다. 레이저 광원(201)으로부터 출력되는 펄스 광의 펄스 길이는 1㎱이므로, 펄스 광 생성 장치(200)에 의해, 펄스 길이가 매우 짧고 품질이 좋은 주 펄스 광이 생성되는 것을 알 수 있다. 또한, 부 펄스 광에 대해서도, 주 펄스 광과 상보적인 시간 강도 파형을 갖고 품질이 좋은 펄스 광을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 부 펄스 광은, 주 펄스 광의 강도가 증가할 때에는 강도가 감소하고, 주 펄스 광의 강도가 감소할 때에는 강도가 증가하는 것을 알 수 있다.
또, 도 13에 있어서, 부 펄스 광은, 강도가 큰 상태로부터 강도가 저하하고, 다시 강도가 상승하는 시간 강도 파형으로서 나타나 있다. 이것은, 도 13에 있어서의 표시 시간이 500㎰(=0.5㎱)이고, 이것은 제 1 방향 펄스 광의 펄스 길이인 1㎱에 비하여 짧기 때문에, 부 펄스 광의 양단이 도 13에는 나타나 있지 않기 때문이다. 부 펄스 광이 2개의 피크를 갖는 한 쌍의 펄스의 세트인 것은 말할 필요도 없다. 즉, 부 펄스 광은, 2개의 피크를 갖는 1세트의 펄스이고, 각 펄스의 펄스 길이는 500㎰ 정도이다.
상기 설명과 같이, 본 실시의 형태에 의한 펄스 광 발생 장치에 의하면, 간단하고 쉬운 구성에 의해, 시간 강도 파형이 서로 상이한 주 펄스 광과 부 펄스 광을 생성할 수 있다.
(제 3 실시의 형태)
도 14는 본 발명의 제 3 실시의 형태와 관련되는 펄스 광 생성 장치(300)의 개념도이다. 펄스 광 생성 장치(100)에 구비된 위상 변조 소자는 1개인 것에 비하여, 펄스 광 생성 장치(300)는, 제 1 위상 변조 소자(103-1) 및 제 2 위상 변조 소자(103-2)의 2개의 위상 변조 소자를 구비하고 있다. 그 이외의 구성은 펄스 광 생성 장치(100)와 마찬가지이다. 도 14에 있어서, 펄스 광 생성 장치(100)와 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 이용한다.
제 1 위상 변조 소자(103-1)는, 제 1 방향 펄스 광만, 그 일부분을 위상 변조한다. 제 2 위상 변조 소자(103-2)는, 제 2 방향 펄스 광만, 제 1 위상 변조 소자(103-1)가 위상 변조하는 제 1 방향 펄스 광의 일부분에 상당하는 제 2 방향 펄스 광의 일부분을 위상 변조한다. 각각의 위상 변조 소자에 의한 위상 변조량은, 방향이 역(부호가 역)이고 절대량이 동일한 것이 바람직하다. 예컨대, 제 1 위상 변조 소자(103-1)에 의한 위상 변조량이 +λ/4(+π/2)인 경우, 제 2 위상 변조 소자(103-2)에 의한 위상 변조량은 -λ/4(-π/2)인 것이 바람직하다.
또, 제 1 위상 변조 소자(103-1) 및 제 2 위상 변조 소자(103-2)의 각각이, 제 1 방향 펄스 광 및 제 2 방향 펄스 광의 양쪽을 위상 변조시키더라도 좋다. 예컨대, 제 1 위상 변조 소자(103-1)는, 제 1 방향 펄스 광의 일부분의 위상을 +λ/8(+π/4) 변조하고, 제 2 방향 펄스 광의 일부분의 위상을 -λ/8(-π/4) 변조한다. 제 2 위상 변조 소자(103-2)는, 제 1 방향 펄스 광의 일부분의 위상을 +λ/8(+π/4) 변조하고, 제 2 방향 펄스 광의 일부분의 위상을 -λ/8(-π/4) 변조한다. 이것에 의해, 제 1 방향 펄스 광에 대해서는 2개의 위상 변조 소자에 의한 위상 변조량의 합계가 +λ/4(+π/2)가 되고, 제 2 방향 펄스 광에 대해서는 2개의 위상 변조 소자에 의한 위상 변조량의 합계가 -λ/4(-π/2)가 된다. 이와 같이 위상 변조를 행함으로써, 각 위상 변조 소자의 1회당 위상 변조량을 작게 할 수 있다.
또, 2개의 위상 변조 소자에 의한 위상 변조가, 서로 방향이 역이고 절대량이 동일한 것은 바람직하지만, 필수는 아니다. 제 1 실시의 형태에 있어서 설명한 바와 같이, 제 1 방향 펄스 광에 대한 위상 변조량과 제 2 방향 펄스 광에 대한 위상 변조량의 차이가 π(λ/2)가 되도록 설정하면, 주 펄스 광과 부 펄스 광을 생성할 수 있다.
펄스 광 생성 장치(300)에 있어서, 제 1 위상 변조 소자(103-1)가 제 1 방향 펄스 광을 φ1(t)만큼 위상 변조하고, 제 2 위상 변조 소자(103-2)가 제 2 방향 펄스 광을 φ2(t)만큼 위상 변조하는 경우에 대하여, 식을 이용하여 설명한다. 즉, 제 1 위상 변조 소자(103-1)는 제 2 방향 펄스 광의 위상 변조는 행하지 않고, 제 2 위상 변조 소자(103-2)는 제 1 방향 펄스 광의 위상 변조는 행하지 않는다. 제 1 위상 변조 소자(103-1) 및 제 2 위상 변조 소자(103-2)가, 각각 제 1 방향 펄스 광 및 제 2 방향 펄스 광에 대하여 행하는 위상 변조에 대하여, 도 15에 그 개념도를 나타낸다.
도 15에 있어서, (a)는 제 1 위상 변조 소자(103-1)의 위상 변조를 나타내고, (b)는 제 2 위상 변조 소자(103-2)의 위상 변조를 나타낸다. (a)로부터 알 수 있듯이, 제 1 위상 변조 소자(103-1)는 제 1 방향 펄스 광에 대해서만, 그 펄스의 일부분에 대하여 위상 변조를 행하고, 제 2 방향 펄스 광에 대해서는 위상 변조를 행하지 않는다. 한편, 제 2 위상 변조 소자(103-2)는 제 2 방향 펄스 광에 대해서만, 그 펄스의 일부분에 대하여 위상 변조를 행하고, 제 1 방향 펄스 광에 대해서는 위상 변조를 행하지 않는다.
입력부(104)로부터 입력시키는 펄스 광의 진폭을 A(t), 제 1 방향 펄스 광에 대한 위상 변조를 φ1(t), 제 2 방향 펄스 광에 대한 위상 변조를 φ2(t)로 하면, 제 2 포트(2)로부터 출력되는 주 펄스 광의 진폭 AT(t)는, 다음의 식 (7)로 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112018117451158-pct00007
식 (7)에 있어서, 제 1 항은 펄스 광(12)에 대응하는 진폭, 제 2 항은 펄스 광(22)에 대응하는 진폭을 나타낸다. 식 (7)을 변형하면 다음에 나타내는 식 (8)을 얻을 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112018117451158-pct00008
식 (8)로부터, 주 펄스 광의 진폭 AT(t)는, 입력부(104)에 입력시킨 펄스 광의 진폭인 A(t)에 대하여, 위상 변조 (φ1(t)+φ2(t))/2와 진폭 변조 sin((φ1(t)-φ2(t))/2)를 곱한 형태이다. 따라서, φ1=-φ2와 같이 위상 변조를 설정하면, (φ1(t)+φ2(t))/2가 제로가 되므로, 입력시킨 펄스 광의 진폭인 A(t)에 진폭 변조만을 곱한 형태가 된다.
주 펄스 광의 강도 IT(t)는 다음에 나타내는 식 (9)로 나타내어진다.
[수학식 9]
Figure 112018117451158-pct00009
또, I(t)는 입력부(104)에 입력시킨 펄스 광의 강도이다. 부 펄스 광의 강도는, 식 (6)과 마찬가지로, IR(t)=I(t)-IT(t)로 나타내어진다.
도 15에 나타낸 바와 같이, 제 1 위상 변조 소자(103-1)가 제 1 방향 펄스 광을 +λ/4(+π/2)만큼 위상 변조하고, 제 2 위상 변조 소자(103-2)가 제 2 방향 펄스 광을 -λ/4(-π/2)만큼 위상 변조한 경우는, sin((φ1(t)+φ2(t))/2)=1이 되므로, IT(t)=I(t)가 된다.
상기 설명과 같이, 본 실시의 형태에 의한 펄스 광 발생 장치에 의하면, 간단하고 쉬운 구성에 의해, 시간 강도 파형이 서로 상이한 주 펄스 광과 부 펄스 광을 생성할 수 있다.
(제 4 실시의 형태)
도 16은 본 발명의 제 4 실시의 형태와 관련되는 펄스 광 생성 장치(400)의 개념도이다. 펄스 광 생성 장치(400)는, 제 2 실시의 형태의 펄스 광 생성 장치(200)의 구성에 더하여, 합파 소자(401), 편광 빔 스플리터(402), 제 1 광 파이버(411), 제 2 광 파이버(412), 제 3 광 파이버(413), 및 제 4 광 파이버(414)를 더 구비한다. 도 16에 있어서, 펄스 광 생성 장치(200)와 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 이용하고 있다.
합파 소자(401)는, 생성된 주 펄스 광과 부 펄스 광을 합파시킨다. 편광 빔 스플리터(402)는, 합파 소자(401)에 의해 합파된 주 펄스 광과 부 펄스 광을, 주 펄스 광과 부 펄스 광으로 분리한다.
펄스 광 생성 장치(200)에 대하여 이미 설명한 바와 같이, 레이저 광원(201)으로부터 입력부(104)에 펄스 광을 입력시키면, 제 2 포트(2) 및 제 1 포트(1)에는 각각 주 펄스 광 및 부 펄스 광이 생성된다. 펄스 광 생성 장치(400)에 있어서, 편광 빔 스플리터(402)에 입력시키는 주 펄스 광과 부 펄스 광은, 편광 방향이 서로 직교한다. 부 펄스 광은 제 4 광 파이버(414)를 전파하여 증폭되고, 합파 소자(401)에 입력된다. 주 펄스 광은 제 3 광 파이버(413)를 전파한 후, 합파 소자(401)에 입력된다.
제 3 광 파이버(413)는, 합파 소자(401)에 있어서, 주 펄스 광과 부 펄스 광을 동기시키기 위해 광로 길이를 조정할 목적으로 마련된다. 또, 주 펄스 광과 부 펄스 광을 동기시킨다는 것은, 주 펄스 광의 강도가 증가할 때에는 부 펄스 광의 강도는 감소하고, 주 펄스 광의 강도가 감소할 때에는 부 펄스 광의 강도는 증가하는 상태로 하는 것을 의미한다. 즉, 주 펄스 광과 부 펄스 광은 상보의 관계가 된다.
합파 소자(401)에 입력된 주 펄스 광과 부 펄스 광은, 합파 소자(401)에서 합파되어 제 1 광 파이버(411)를 전파한다. 즉, 제 1 광 파이버(411)에는 주 펄스 광과 증폭된 부 펄스 광이 전파한다. 제 1 광 파이버(411)를 전파하는 과정에서, 주 펄스 광에는 부 펄스 광으로부터의 상호 위상 변조(XPM : Cross-Phase Modulation)에 의해 위상 변조 φXPM이 발생한다. 제 1 광 파이버(411)로부터 출력된 주 펄스 광과 부 펄스 광의 합파 광은 편광 빔 스플리터(402)에 입력되고, 주 펄스 광과 부 펄스 광으로 분리된다. 주 펄스 광은 제 2 광 파이버(412)를 전파하여 소망하는 피크 강도로 증폭된다. 주 펄스 광이 제 2 광 파이버(412)를 전파하는 과정에서, 주 펄스 광에는 자기 위상 변조(SPM : Self-Phase Modulation)에 의한 위상 변조 φSPM이 발생한다.
또, 제 1 광 파이버(411)에 주 펄스 광과 부 펄스 광이 입력되는 시점에서, 부 펄스 광의 피크 강도에 대하여 주 펄스 광의 피크 강도가 1/1000배 정도가 되도록, 제 4 광 파이버(414)는 부 펄스 광을 증폭한다. 주 펄스 광의 피크 강도는 부 펄스 광의 피크 강도에 비하여 작기 때문에, 제 1 광 파이버(411)에 있어서 SPM에 의해 발생하는 주 펄스 광의 위상 변조는 무시할 수 있을 정도로 작다.
상기와 같이, 주 펄스 광과 부 펄스 광에서는 강도 변화가 역의 관계(상보적 관계)이기 때문에, 위상 변조 φXPM과 위상 변조 φSPM에서는 부호가 반대로 된다(여기서는, 파장 스펙트럼의 넓어짐에 기여하지 않는 위상의 오프셋은 제외하고 생각한다). 또한, 제 1 광 파이버(411)의 길이는, 위상 변조 φXPM과 위상 변조 φSPM의 절대치가 실질적으로 동일해지도록 설정된다. 이것에 의해, 위상 변조 φXPM과 위상 변조 φSPM은 서로 상쇄하고, 증폭 후의 주 펄스 광은, 위상 변조에 의한 파장 스펙트럼의 넓어짐이 매우 작아진다. 즉, 파장 스펙트럼의 넓어짐을 억제하여 주 펄스 광을 증폭할 수 있다.
제 1 광 파이버(411) 및 제 3 광 파이버(413)로서는, 석영 유리를 주재료로 하는 편광 유지의 싱글 모드 파이버를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 광 파이버(412) 및 제 4 광 파이버(414)로서는, YDFA(Ytterbium Doped Fiber Amplifier)를 이용하는 것이 바람직하다.
펄스 광 생성 장치(400)에 있어서는, 제 2 광 파이버(412)는 복수 단에 의해 구성하더라도 좋다. 즉, 1개의 제 2 광 파이버(412) 대신에, 복수 단의 광 파이버에 의해 주 펄스 광을 증폭하도록 구성하더라도 좋다.
상기 설명과 같이, 본 실시의 형태에 의한 펄스 광 발생 장치에 의하면, 1개의 레이저 광원에 의해, 시간 강도 파형이 서로 상이한 주 펄스 광과 부 펄스 광을 생성할 수 있다.
(제 5 실시의 형태)
도 17은 본 발명의 제 5 실시의 형태와 관련되는 펄스 광 생성 장치(500)의 개념도이다. 펄스 광 생성 장치(500)는, 주 펄스 광을 출력하는 제 1 레이저 광원(501)과 부 펄스 광을 출력하는 제 2 레이저 광원(502)을 각각 구비하는 점에서 펄스 광 생성 장치(400)와 상이하다. 각각의 레이저 광원은 출력하는 펄스 광의 파장이 서로 상이하다. 즉, 주 펄스 광과 부 펄스 광에서는 서로 파장이 상이하다. 제 1 레이저 광원(501) 및 제 2 레이저 광원(502)으로서는 DFB 레이저를 적합하게 이용할 수 있다. 그 때문에, 펄스 광 생성 장치(500)는 밴드 패스 필터(503)를 구비하고, 이것에 의해 주 펄스 광과 부 펄스 광을 분리한다. 또한, 펄스 광 생성 장치(500)에서는, 합파 소자(401)는 불필요하다. 또, 도 17에 있어서, 펄스 광 생성 장치(400)와 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 이용하고 있다.
제 1 레이저 광원(501)은 파장 1064㎚의 펄스 광을 출력하고, 제 2 레이저 광원(502)은, 파장 1058㎚의 펄스 광을 출력한다. 이들 펄스 광의 피크 강도는 모두 약 10㎽이다. 이들 펄스 광은 합파된 후, 입력부(104)를 경유하여 제 1 포트(1)에 입력된다. 그 결과, 광 커플러(101)의 제 2 포트(2)에는 주 펄스 광이 형성되고, 제 1 포트(1)에는 부 펄스 광이 생성된다. 제 2 포트(2)와 제 3 광 파이버(413)의 사이에는, 파장 1064㎚의 광만을 투과시키는 밴드 패스 필터(504)가 배치되고, 제 1 포트(1)와 제 4 광 파이버(414)의 사이에는, 파장 1058㎚의 광만을 투과시키는 밴드 패스 필터(505)가 배치된다.
제 2 포트(2)에는 파장 1064㎚ 및 파장 1058㎚의 주 펄스 광이 생성되지만, 이들 중, 파장 1064㎚의 주 펄스 광만이 밴드 패스 필터(504)를 투과하여, 제 3 광 파이버(413)를 전파하고, 합파 소자(401)에 입사한다. 한편, 제 1 포트(1)에는 파장 1064㎚ 및 파장 1058㎚의 부 펄스 광이 생성되지만, 이들 중, 파장 1058㎚의 부 펄스 광만이 밴드 패스 필터(505)를 투과하고, 제 4 광 파이버(414)를 전파하여 증폭되고, 합파 소자(401)에 입사한다. 제 3 광 파이버(413)는, 합파 소자(401)에 있어서, 주 펄스 광과 부 펄스 광을 동기시키기 위해 광로 길이를 조정할 목적으로 마련된다. 주 펄스 광과 부 펄스 광의 동기에 대해서는 이미 설명한 바와 같다.
합파 소자(401)에 입력된 주 펄스 광과 부 펄스 광은, 합파 소자(401)에 의해 합파되어 제 1 광 파이버(411)를 전파한다. 즉, 제 1 광 파이버(411)에는 주 펄스 광 및 증폭된 부 펄스 광이 전파한다. 제 1 광 파이버(411)를 전파하는 과정에서, 주 펄스 광에는 부 펄스 광으로부터의 XPM에 의해 위상 변조 φXPM이 발생한다. 제 1 광 파이버(411)로부터 출력된 주 펄스 광과 부 펄스 광의 합파 광은 밴드 패스 필터(503)에 입력되어, 주 펄스 광과 부 펄스 광으로 분리된다. 주 펄스 광은 제 2 광 파이버(412)를 전파하여 소망하는 피크 강도로 증폭된다. 주 펄스 광이 제 2 광 파이버(412)를 전파하는 과정에서, 주 펄스 광에는 SPM에 의한 위상 변조 φSPM이 발생한다.
제 1 광 파이버(411)에 주 펄스 광과 부 펄스 광이 입력되는 시점에서, 부 펄스 광의 피크 강도에 대하여 주 펄스 광의 피크 강도가 1/1000배 정도가 되도록, 제 4 광 파이버(414)는 부 펄스 광을 증폭한다. 또한, 제 1 광 파이버(411)의 길이는, 위상 변조 φXPM과 위상 변조 φSPM의 절대치가 실질적으로 동일해지도록 설정된다. 펄스 광 생성 장치(500)에 의하면, 파장 스펙트럼의 넓어짐을 억제하여 주 펄스 광을 증폭할 수 있다.
펄스 광 생성 장치(400)와 마찬가지로, 제 1 광 파이버(411) 및 제 3 광 파이버(413)로서는 석영 유리를 주재료로 하는 편광 유지의 싱글 모드 파이버가 바람직하고, 제 2 광 파이버(412) 및 제 4 광 파이버(414)로서는 편광 유지의 YDFA가 바람직하다. 또, 제 2 레이저 광원(502)의 출력이 큰 경우, 예컨대, 출력되는 펄스 광의 피크 강도가 수십 W인 경우에는, 제 4 광 파이버(414)는 배치하지 않는 구성이더라도 좋다.
상기 설명과 같이, 본 실시의 형태에 의한 펄스 광 발생 장치에 의하면, 시간 강도 파형이 서로 상이한 주 펄스 광과 부 펄스 광을 생성할 수 있다. 본 실시의 형태에 의하면, 서로 파장이 상이한 2개의 레이저 광원으로부터 주 펄스 광 및 부 펄스 광을 생성하기 위한 펄스 광을 출력시킨다. 따라서, 간단하고 쉬운 파장 선택 광학계에 의해, 주 펄스 광과 부 펄스 광을 확실히 분리할 수 있다.
(제 6 실시의 형태)
도 18은 본 발명의 제 6 실시의 형태와 관련되는 펄스 광 생성 장치(600)의 개념도이다. 펄스 광 생성 장치(600)는, 제 2 광 파이버(412)로부터 출력된 증폭 후의 주 펄스 광의 파장을 보다 짧은 파장으로 변환한다. 펄스 광 생성 장치(600)는, 펄스 광 생성 장치(500)에 더하여, 파장 변환부(601)를 더 구비하여 구성된다. 제 2 광 파이버(412)를 전파하여 증폭되어 출력된 주 펄스 광은, 파장 변환부(601)에 입력된다. 파장 변환부(601)는 복수의 비선형 광학 결정을 갖고 있고, 주 펄스 광의 파장을 자외 영역의 파장으로 변환하여 출력한다. 즉, 펄스 광 생성 장치(600)는 자외 펄스 광을 출력한다.
도 19는 파장 변환부(601)의 구성의 일례를 나타내는 개략도이다. 도 19에 있어서, 상하 방향의 화살표는 편광 방향이 지면에 평행한 직선 편광(P 편광)을 나타내고, 이중의 원은, 지면에 수직 방향인 편광 방향(S 편광)을 나타낸다. 또한, 세로로 긴 타원은 렌즈를 나타내고, ω는 주 펄스 광의 주파수를 나타낸다. 제 2 광 파이버(412)로부터 출력된 파장 1064㎚의 주 펄스 광은 파장 변환부(601)에 입력된다. 파장 변환부(601)에 입력 시의 주 펄스 광은 P 편광이다.
파장 변환부(601)에 입력된 P 편광의 주 펄스 광(이후, 기본파라고도 부른다)은, 비선형 광학 결정(611)에 입력되어 전파하고, 기본파의 2배 고조파(S 편광이고 주파수 2ω)가 발생한다. 비선형 광학 결정(611)으로서는 LBO 결정을 이용할 수 있다. 비선형 광학 결정(611)에서 발생한 S 편광의 2배 고조파와 비선형 광학 결정(611)을 투과한 P 편광의 기본파는, 파장판(613)에 입력된다. 파장판(613)은, 2배 고조파의 편광 방향을 90° 변화시켜 S 편광으로부터 P 편광으로 변화시킨다. P 편광의 2배 고조파 및 P 편광의 기본파는, 비선형 광학 결정(612)에 입력되어 전파한다. 비선형 광학 결정(612)에서는 합주파 발생에 의해, S 편광의 3배 고조파(주파수 3ω)가 발생한다. 비선형 광학 결정(612)으로서는 LBO 결정을 이용할 수 있다.
비선형 광학 결정(612)에서 발생한 S 편광의 3배 고조파와 비선형 광학 결정(612)을 투과한 P 편광의 2배 고조파 및 P 편광의 기본파는, 다이클로익 미러(614)에 입력된다. 다이클로익 미러(614)는, S 편광의 3배 고조파만을 반사시키고, 그 이외의 P 편광의 2배 고조파, 및 P 편광의 기본파는 투과시킨다. 이것에 의해, S 편광의 3배 고조파가 분리된다. 3배 고조파의 파장은 자외 영역의 355㎚이다.
상기에서는, 파장 변환부(601)에 입력되는 주 펄스 광은 P 편광으로서 설명했지만, 주 펄스 광은 S 편광이더라도 좋고, 그 경우에도 도 19에 나타낸 구성에 의해 자외 영역의 주 펄스 광을 얻을 수 있다.
또, 제 6 실시의 형태는, 펄스 광 생성 장치(500)에 더하여, 파장 변환부(601)를 더 구비한 구성으로 했지만, 펄스 광 생성 장치(400)에 더하여 파장 변환부(601)를 더 구비한 구성으로 하더라도 좋다.
상기의 각 실시의 형태는, 입력부(104)로부터 제 1 포트(1)에 펄스 광을 입력시키고, 제 2 포트(2)에 주 펄스 광을 생성하고, 제 1 포트(1)에 부 펄스 광을 생성하는 구성에 대하여 설명했다. 그러나, 제 1 실시의 형태의 변형예에 나타낸 바와 같이, 입력부(104)로부터 제 1 포트(1)에 펄스 광을 입력하여, 제 1 포트(1)에 주 펄스 광을 생성하고, 제 2 포트(2)에 부 펄스 광을 생성하는 경우에는, 주 펄스 광에 관한 구성과 부 펄스 광에 관한 구성을 바꿔 넣은 구성의 펄스 변조기로 하는 것은 말할 필요도 없다. 예컨대, 도 16, 도 17 및 도 18에 나타내는 펄스 광 생성 장치(400, 500 및 600)에 대하여, 제 3 광 파이버(413)를 제 1 포트(1) 쪽에 배치하고, 제 4 광 파이버(414)를 제 2 포트(2) 쪽에 배치한다.
본 실시의 형태의 펄스 광 생성 장치에 의하면, 주 펄스 광을, 파장 스펙트럼의 넓어짐을 억제하면서 큰 강도로 증폭하고, 또한, 자외역의 파장으로 파장 변환할 수 있다. 이와 같은 펄스 광 생성 장치는, 고밀도의 집적 회로의 노광 장치나 검사 장치 등의 광원으로서 적합하게 이용할 수 있다.
상기의 펄스 광 생성 장치를 구비한 시스템의 제 1 적용예로서, 반도체 제조나 액정 패널 제조의 포토리소그래피 공정에서 이용되는 노광 장치에 대하여, 그 개요 구성을 나타내는 도 20을 참조하여 설명한다. 노광 장치(700)는, 원리적으로는 사진 제판과 동일하고, 패턴 형성부로서의 석영 유리제의 포토마스크(713)에 정밀하게 그려진 패턴을, 포토레지스트를 도포한 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 노광 대상물(715)에 광학적으로 투영하여 전사한다.
노광 장치(700)는, 상술한 펄스 광 생성 장치 PD(예컨대, 펄스 광 생성 장치(600))와, 조명 광학계(702)와, 포토마스크(713)를 유지하는 마스크 지지대(703)와, 투영 광학계(704)와, 노광 대상물(715)을 유지하는 노광 대상물 지지 테이블(705)과, 노광 대상물 지지 테이블(705)을 수평면 내에서 이동시키는 구동 기구(706)를 구비하여 구성된다. 조명 광학계(702)는 복수의 렌즈군으로 이루어지고, 펄스 광 생성 장치 PD로부터 출력된 자외 펄스 광을, 마스크 지지대(703)에 유지 된 포토마스크(713)에 조사한다. 투영 광학계(704)는 복수의 렌즈군에 의해 구성되고, 포토마스크(713)를 투과한 광을 노광 대상물 지지 테이블(705)의 위의 노광 대상물(715)에 투영한다.
노광 장치(700)에 있어서는, 펄스 광 생성 장치 PD로부터 출력된 자외 펄스 광이 조명 광학계(702)에 입력되고, 소정 광속으로 조정된 자외 펄스 광이 마스크 지지대(703)에 유지된 포토마스크(713)에 조사된다. 포토마스크(713)에 그려진 패턴 상은 투영 광학계(704)를 거쳐서 노광 대상물 지지 테이블(705)에 유지된 노광 대상물(715)의 소정 위치에 결상한다. 이것에 의해, 포토마스크(713)의 패턴의 상이, 반도체 웨이퍼나 액정 패널용 유리 기판 등의 노광 대상물(715)의 위에 소정 배율로 노광된다.
노광 장치(700)는, 비교적 간명한 구성으로, 고출력, 높은 빔 품질의 자외 펄스 광을 출력 가능한 펄스 광 생성 장치 PD를 구비하고 있으므로, 포토리소그래피 공정에 있어서의 스루풋의 향상이나 가공 품질 향상에 기여하는 것으로 기대된다.
상기한 펄스 광 생성 장치를 구비한 시스템의 제 2 적용예로서, 패턴 형성부로서의 가변 성형 마스크를 이용한 노광 장치에 대하여, 그 개요 구성을 나타내는 도 21을 참조하여 설명한다. 노광 장치(720)는, 포토마스크 대신에 가변 성형 마스크를 구비하는 점을 제외하고, 기본적으로는 상술한 제 1 적용예의 노광 장치(700)와 마찬가지이다. 노광 장치(720)에 있어서는, 가변 성형 마스크에 의해 생성된 임의 패턴의 상을, 포토레지스트를 도포한 유리 기판이나 반도체 웨이퍼 등의 노광 대상물(745)에 광학적으로 투영하여 전사한다(예컨대, 본 출원인과 관련되는 일본 특허 제 5211487호 공보, 일본 특허 공개 2012-54500호 공보, 일본 특허 공개 2011-49296호 공보 등을 참조).
노광 장치(720)는, 상술한 펄스 광 생성 장치 PD(예컨대, 펄스 광 생성 장치(600))와, 조명 광학계(722)와, 가변 성형 마스크(733)와, 투영 광학계(724)와, 노광 대상물(735)을 유지하는 노광 대상물 지지 테이블(725)과, 노광 대상물 지지 테이블(725)을 수평면 내에서 이동시키는 구동 기구(726)를 구비하여 구성된다. 조명 광학계(722)는 복수의 렌즈군으로 이루어지고, 펄스 광 생성 장치 PD로부터 출력된 자외 펄스 광을, 미러(723)를 거쳐서 가변 성형 마스크(733)에 조사한다. 투영 광학계(724)는 복수의 렌즈군에 의해 구성되고, 가변 성형 마스크(733)에 의해 생성된 임의 패턴의 광을, 노광 대상물 지지 테이블(725)에 유지 된 노광 대상물(735)에 투영한다.
가변 성형 마스크(733)는, 복수의 가동 미러를 갖고 임의 패턴의 반사광을 생성 가능하게 구성된다. 가변 성형 마스크(733)로서는, 예컨대, 복수의 가동 미러를 2차원 형상으로 배열한 DMD(Digital Micromirror Device, 혹은 Deformable Micromirror Device)가 적합하게 이용된다. 복수의 가동 미러의 각각은, 독립적으로 반사면의 방향을 변화시키는 것이 가능하게 마련되어 있고, 도시 생략하는 DMD 구동 장치에 의해, 각 가동 미러의 방향을 온 위치와 오프 위치로 전환 제어한다. 또한, 패턴 형성부는, 각 가동 미러의 반사면의 방향을 바꾸지 않고서, 반사광에 위상차만을 주는 것에 의해 온 위치와 오프 위치를 전환하는 구조의 마이크로 미러 디바이스를 이용하더라도 좋다.
DMD 구동 장치에 의해 가동 미러가 온 위치가 되도록 제어된 경우, 조명 광학계(722)로부터 출사되어 가동 미러에서 반사된 광은, 투영 광학계(724)에 입사하여 노광 대상물(735)의 노광면에 결상한다. 한편, DMD 구동 장치에 의해 가동 미러가 오프 위치가 되도록 제어된 경우, 조명 광학계(722)로부터 출사되어 가동 미러에서 반사된 광은 투영 광학계(724)에 입사하지 않고서, 반사 광로 상에 마련된 댐퍼에 의해 흡수된다. 그 때문에, 소정 위치의 가동 미러를 온 위치가 되도록 제어하고, 그 이외의 가동 미러를 오프 위치가 되도록 제어하는 것에 의해, 임의 패턴의 광을 생성하여 노광할 수 있다.
노광 장치(720)에 있어서는, 펄스 광 생성 장치 PD로부터 출력된 자외 펄스 광이 조명 광학계(722)에 입사하고, 소정 광속으로 조정된 자외 펄스 광은 미러(723)를 거쳐서 가변 성형 마스크(733)에 조사된다. 가변 성형 마스크(733)에 의해 소정 패턴이 생성된 자외 펄스 광은 투영 광학계(724)에 입사하고, 노광 대상물 지지 테이블(725)에 유지된 노광 대상물(735)의 소정 위치에 조사된다. 이것에 의해, 노광 패턴에 따른 노광 광이, 반도체 웨이퍼나 액정 패널 등의 노광 대상물(735)에 소정 배율로 결상된다.
상술한 바와 같이, 펄스 광 생성 장치 PD는 자외 펄스 광을 고속으로 온/오프 제어할 수 있다. 그 때문에, 가변 성형 마스크를 이용한 노광 장치에 있어서 특히 중요하게 되는 자외 펄스 광 그 자체를 정밀하게 제어할 수 있고, 정밀도가 높은 노광을 실현할 수 있다.
상술한 펄스 광 생성 장치 PD를 구비한 시스템의 제 3 적용예로서, 직접 묘화 타입의 노광 장치에 대하여, 도 22를 참조하여 설명한다. 이 노광 장치(740)의 패턴 형성부는, 펄스 광 생성 장치 PD로부터 출력된 자외 펄스 광을 편향 수단에 의해 편향하여 노광 대상물(755) 상에 주사시켜, 미리 설정된 임의 패턴의 상을 노광 대상물에 직접 묘화한다. 본 적용예에서는, 편향 수단으로서 폴리곤 미러를 이용한 구성을 예시한다.
노광 장치(740)는, 상술한 펄스 광 생성 장치 PD(예컨대, 펄스 광 생성 장치(600))와, 정형 광학계(742)와, 폴리곤 미러(753)와, 대물 광학계(744)와, 노광 대상물(755)을 유지하는 노광 대상물 지지 테이블(745)과, 노광 대상물 지지 테이블(745)을 수평면 내에서 이동시키는 구동 기구(746)를 구비하여 구성된다. 정형 광학계(742)는 콜리메이트 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈군으로 이루어지고, 펄스 광 생성 장치 PD로부터 출력된 자외 펄스 광을 정형하고, 미러(743)를 거쳐서 폴리곤 미러(753)에 입사시킨다. 폴리곤 미러(753)는 회전 다면경이다. 도 22에서는, 평면에서 볼 때 정육각형의 폴리곤 미러가 미러 구동 기구에 의해 지면에 직교하는 축 주위로 회전 구동되는 구성을 예시한다. 대물 광학계(744)는 fθ 렌즈나 집광 렌즈 등의 복수의 렌즈군에 의해 구성되고, 폴리곤 미러(753)에 의해 주사되는 자외 펄스 광을, 노광 대상물 지지 테이블(745)에 유지된 노광 대상물(755) 상에 결상시킨다. 노광 대상물 지지 테이블(745)은, 노광 대상물(755)을 폴리곤 미러(753)로부터의 자외 펄스 광의 주사 방향과 직교하는 방향(도면에 있어서 지면 직교 방향)으로 이동시킨다.
펄스 광 생성 장치 PD, 폴리곤 미러(753) 및 노광 대상물 지지 테이블(745)의 동작은, 도시 생략하는 제어 장치에 의해 제어된다. 제어 장치에는, 노광 대상물(755)에 묘화하는 패턴의 데이터가 미리 기억되어 있고, 제어 장치는, 기억된 패턴의 데이터에 따라 펄스 광 생성 장치 PD, 폴리곤 미러(753) 및 노광 대상물 지지 테이블(745)의 동작을 제어한다. 이것에 의해, 노광 대상물 지지 테이블(745)에 유지된 노광 대상물(755)에 미리 설정된 패턴의 상이 노광 형성된다.
상술한 바와 같이, 펄스 광 생성 장치 PD는 자외 펄스 광을 고속으로 온/오프 제어할 수 있다. 그 때문에, 마스크를 이용하지 않고서 자외 펄스 광으로 직접 묘화하는 본 적용예의 노광 장치에 있어서 특별히 중요하게 되는 자외 펄스 광 그 자체를 정밀하게 제어할 수 있고, 정밀도가 높은 노광을 실현할 수 있다.
또, 본 적용예에서는, 편향 수단으로서 폴리곤 미러(753)를 예시했지만, 편향 수단으로서는 다른 구성을 이용할 수도 있다. 예컨대, 폴리곤 미러(753) 대신에, 갈바노 미러를 이용할 수 있다. 혹은, 2개의 갈바노 미러를 직교하는 2축 방향으로 조합하여, 펄스 광 생성 장치 PD로부터 출력된 자외 펄스 광을 노광 대상물(755) 상에서 2축 방향으로 주사시키도록 구성할 수도 있다.
펄스 광 생성 장치 PD를 구비한 시스템의 제 4 적용예로서, 포토마스크나 액정 패널, 웨이퍼 등(피검물)의 검사 공정에서 사용되는 검사 장치에 대하여, 그 개요 구성을 나타내는 도 23을 참조하여 설명한다. 검사 장치(800)는, 포토마스크 등의 광 투과성을 갖는 피검물(813)에 그려진 미세한 패턴의 검사에 적합하게 사용된다.
검사 장치(800)는, 전술한 펄스 광 생성 장치 PD와, 조명 광학계(802)와, 피검물(813)을 유지하는 피검물 지지대(803)와, 투영 광학계(804)와, 피검물(813)로부터의 광을 검출하는 TDI(Time Delay Integration) 센서(815)와, 피검물 지지대(803)를 수평면 내에서 이동시키는 구동 기구(806)를 구비하여 구성된다. 조명 광학계(802)는 복수의 렌즈군으로 이루어지고, 펄스 광 생성 장치 PD로부터 출력된 자외 펄스 광을, 소정 광속으로 조정하여 피검물 지지대(803)에 유지된 피검물(813)에 조사한다. 투영 광학계(804)는 복수의 렌즈군에 의해 구성되고, 피검물(813)을 투과한 광을 TDI 센서(815)에 투영한다.
검사 장치(800)에 있어서는, 펄스 광 생성 장치 PD로부터 출력된 자외 펄스 광이 조명 광학계(802)에 입력되고, 소정 광속으로 조정된 자외 펄스 광이 피검물 지지대(803)에 유지된 포토마스크 등의 피검물(813)에 조사된다. 피검물(813)로부터의 광(본 구성예에 있어서는 투과 광)은, 피검물(813)에 그려진 패턴의 상을 갖고 있고, 이 광이 투영 광학계(804)를 거쳐서 TDI 센서(815)에 투영되어 결상한다. 이때, 구동 기구(806)에 의한 피검물 지지대(803)의 수평 이동 속도와, TDI 센서(815)의 전송 클록은 동기하여 제어된다.
이것에 의해, 피검물(813)의 패턴의 상은 TDI 센서(815)에 의해 검출되고, 검출된 화상과, 미리 설정된 소정의 참조 화상을 비교하는 것에 의해, 피검물에 그려진 패턴에 결함이 있는 경우에는, 이것을 추출할 수 있다. 또, 피검물(813)이 웨이퍼 등과 같이 광 투과성을 갖지 않는 경우에는, 피검물로부터의 반사광을 투영 광학계(804)에 입사시켜 TDI 센서(815)에 유도하는 것에 의해, 마찬가지로 구성할 수 있다.
검사 장치(800)는, 비교적 간명한 구성으로, 고출력, 높은 빔 품질의 자외 펄스 광을 출력하는 펄스 광 생성 장치 PD를 구비하고 있으므로, 검사 공정에 있어서의 검사 정밀도의 향상이나 검사 시간의 단축에 기여하는 것으로 기대된다.
또, 본 발명은 상기 실시 형태의 내용으로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 생각할 수 있는 그 외의 태양도 본 발명의 범위 내에 포함된다. 또한, 상기 실시의 형태의 조합도 본 발명에 포함된다.
다음의 우선권 기초 출원의 개시 내용은 인용문으로서 여기에 포함된다.
일본 특허 출원 2016년 제 105613호(2016년 5월 26일 출원)
101 : 광 커플러
102 : 접속 광로
103 : 위상 변조 소자
104 : 입력부
401 : 합파 소자
402 : 편광 빔 스플리터
411 : 제 1 광 파이버
412 : 제 2 광 파이버
413 : 제 3 광 파이버
414 : 제 4 광 파이버
501 : 제 1 레이저 광원
502 : 제 2 레이저 광원
503, 504, 505 : 밴드 패스 필터
601 : 파장 변환부
611, 612 : 비선형 광학 결정

Claims (31)

  1. 제 1 포트, 제 2 포트, 제 3 포트 및 제 4 포트의 적어도 4개의 입출력 포트를 구비한 광 커플러와,
    상기 제 3 포트와 상기 제 4 포트를 접속하는 접속 광로와,
    상기 접속 광로에 배치된 위상 변조 소자
    를 구비하고,
    상기 광 커플러는, 상기 제 1 포트에 입력된 입력 펄스 광을 분기하여, 상기 제 3 포트 및 상기 제 4 포트에 각각 제 1 방향 펄스 광 및 제 2 방향 펄스 광으로서 출력하고,
    상기 제 1 포트 및 상기 제 2 포트의 각각으로부터 출력되는, 서로 상이한 파형의 출력 펄스 광이 입력되어 합파(合波)된 합파 광을 생성하는 합파 소자와,
    상기 합파 소자로부터 출력된 상기 합파 광이 입력되어 내부를 전파하는 제 1 광 파이버와,
    상기 합파 광을 분리하는 분리 소자와,
    상기 분리 소자로부터 출력된 펄스 광이 입력되어 내부를 전파하여 증폭되는 제 2 광 파이버
    를 더 구비하는 펄스 광 생성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 변조 소자는, 상기 위상 변조 소자에 입력된 상기 제 1 방향 펄스 광의 적어도 일부와, 상기 위상 변조 소자에 입력된 상기 제 2 방향 펄스 광의 적어도 일부에 각각 제로가 아닌 상이한 양의 위상 변조를 주거나, 또는 상기 위상 변조 소자에 입력된 상기 제 1 방향 펄스 광의 적어도 일부와, 상기 위상 변조 소자에 입력된 상기 제 2 방향 펄스 광의 적어도 일부의 한쪽에 대하여 제로가 아닌 소정량의 위상 변조를 주는 펄스 광 생성 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 위상 변조 소자로부터 상기 제 3 포트까지의 광학적 거리와, 상기 위상 변조 소자로부터 상기 제 4 포트까지의 광학적 거리는 상이한 펄스 광 생성 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광 커플러는, 상기 제 1 포트와 상기 제 3 포트의 사이, 상기 제 1 포트와 상기 제 4 포트의 사이, 상기 제 2 포트와 상기 제 3 포트의 사이, 및 상기 제 2 포트와 상기 제 4 포트의 사이에서 광을 전파시키는 것이 가능하고,
    상기 제 1 포트와 상기 제 4 포트의 사이를 전파하는 광은, 상기 제 1 포트와 상기 제 3 포트의 사이를 전파하는 광에 비하여, 위상이 파장의 1/4만큼 지연되고,
    상기 제 2 포트와 상기 제 3 포트의 사이를 전파하는 광은, 상기 제 2 포트와 상기 제 4 포트의 사이를 전파하는 광에 비하여, 위상이 파장의 1/4만큼 지연되는
    펄스 광 생성 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 위상 변조 소자는, 상기 제 1 방향 펄스 광 및 상기 제 2 방향 펄스 광의 적어도 한쪽에 대하여, 펄스의 일부를 파장의 1/2만큼 위상 변조하는 펄스 광 생성 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 출력 펄스 광 중, 상기 제 1 포트와 상기 제 2 포트의 한쪽으로부터 출력되는 제 1 펄스 광은, 다른 쪽으로부터 출력되는 제 2 펄스 광의 강도가 감소할 때에는 강도가 증가하고, 상기 제 2 펄스 광의 강도가 증가할 때에는 강도가 감소하는 펄스 광 생성 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 펄스 광은, 상기 제 1 펄스 광의 강도가 최대가 되는 시점의 전 및 후의 시점에 각각 극대치를 갖는 펄스 광 생성 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 접속 광로에 있어서 상기 위상 변조 소자는 제 1 위상 변조 소자이고,
    상기 제 1 위상 변조 소자와는 상이한 위치에 배치된 제 2 위상 변조 소자를 더 구비하고,
    상기 제 2 위상 변조 소자로부터 상기 제 3 포트까지의 광학적 거리와, 상기 제 2 위상 변조 소자로부터 상기 제 4 포트까지의 광학적 거리는 상이한
    펄스 광 생성 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 위상 변조 소자는, 상기 제 1 방향 펄스 광의 펄스의 일부를 파장의 1/4만큼 위상 변조하고,
    상기 제 2 위상 변조 소자는, 상기 제 2 방향 펄스 광의 펄스의 일부를, 상기 제 1 방향 펄스 광의 위상 변조 방향과는 역의 방향으로 파장의 1/4만큼 위상 변조하는
    펄스 광 생성 장치.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    제 1 파장의 입력 펄스 광을 출력하는 제 1 레이저 광원과,
    상기 제 1 레이저 광원과 상기 위상 변조 소자를 제어하는 제어부
    를 더 갖는 펄스 광 생성 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리 소자는, 편광 빔 스플리터인 펄스 광 생성 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 파장과는 파장이 상이한 제 2 파장의 입력 펄스 광을 출력하는 제 2 레이저 광원을 더 갖고,
    상기 제어부는, 상기 제 2 레이저 광원을 제어하고,
    상기 분리 소자는, 파장 선택 필터인
    펄스 광 생성 장치.
  14. 제 1 항 및 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 포트와 상기 합파 소자의 사이에 배치된 제 3 광 파이버와,
    상기 제 1 포트와 상기 합파 소자의 사이에 배치된 제 4 광 파이버
    를 더 구비하는 펄스 광 생성 장치.
  15. 제 1 항 및 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 광 파이버로부터 출력된 상기 펄스 광이 입력되어 전파하고, 상기 펄스 광의 파장을 변환하는 파장 변환부를 더 갖는 펄스 광 생성 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 파장 변환부는, 복수의 비선형 광학 결정을 포함하고, 상기 펄스 광의 파장을 자외 영역의 파장으로 변환하는 펄스 광 생성 장치.
  17. 제 1 포트, 제 2 포트, 제 3 포트 및 제 4 포트의 적어도 4개의 입출력 포트를 구비한 광 커플러의 상기 제 1 포트에 입력 펄스 광을 입력하여 분기하고,
    상기 제 3 포트와 상기 제 4 포트가 접속된 접속 광로에, 상기 제 3 포트 및 상기 제 4 포트로부터 제 1 방향 펄스 광 및 제 2 방향 펄스 광을 각각 출력하고,
    상기 접속 광로에 있어서, 상기 제 1 방향 펄스 광 및 상기 제 2 방향 펄스 광의 적어도 한쪽에 대하여 위상 변조를 주고,
    상기 제 1 포트 및 상기 제 2 포트의 각각으로부터, 서로 상이한 파형의 출력 펄스 광을 출력하고,
    상기 출력 펄스 광을 합파시킨 합파 광을 제 1 광 파이버에 입력시켜 내부를 전파시키고,
    상기 제 1 광 파이버로부터 출력된 상기 합파 광을 제 1 펄스 광과 제 2 펄스 광으로 분리하고, 상기 제 1 펄스 광을 제 2 광 파이버에 입력시켜 내부를 전파시켜 증폭하고,
    상기 제 2 광 파이버에 있어서 자기 위상 변조에 의해 발생하는 상기 제 1 펄스 광의 위상 변조를, 상기 제 1 광 파이버에 있어서 상기 제 2 펄스 광으로부터의 상호 위상 변조에 의해 상기 제 1 펄스 광에 발생하기 전 위상 변조에 의해 감쇄하는
    펄스 광 생성 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 방향 펄스 광 및 상기 제 2 방향 펄스 광에 대하여 서로 상이한 위상 변조를 주는 펄스 광 생성 방법.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 광 커플러는, 상기 제 1 포트와 상기 제 3 포트의 사이, 상기 제 1 포트와 상기 제 4 포트의 사이, 상기 제 2 포트와 상기 제 3 포트의 사이, 및 상기 제 2 포트와 상기 제 4 포트의 사이에서 광을 전파시키는 것이 가능하고,
    상기 제 1 포트와 상기 제 4 포트의 사이를 전파하는 광은, 상기 제 1 포트와 상기 제 3 포트의 사이를 전파하는 광에 비하여, 위상을 파장의 1/4만큼 지연시키고,
    상기 제 2 포트와 상기 제 3 포트의 사이를 전파하는 광은, 상기 제 2 포트와 상기 제 4 포트의 사이를 전파하는 광에 비하여, 위상을 파장의 1/4만큼 지연시키는
    펄스 광 생성 방법.
  20. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 방향 펄스 광 및 상기 제 2 방향 펄스 광의 적어도 한쪽에 대하여, 펄스의 일부를 파장의 1/2만큼 위상 변조하는 펄스 광 생성 방법.
  21. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 방향 펄스 광의 펄스의 일부를 파장의 1/4만큼 위상 변조하고,
    상기 제 2 방향 펄스 광의 펄스의 일부를, 상기 제 1 방향 펄스 광의 위상 변조 방향과는 역의 방향으로 파장의 1/4만큼 위상 변조하는
    펄스 광 생성 방법.
  22. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 출력 펄스 광 중, 한쪽의 제 1 펄스 광은, 다른 쪽의 제 2 펄스 광의 강도가 감소할 때에는 강도가 증가하고, 상기 제 2 펄스 광의 강도가 증가할 때에는 강도가 감소하는 펄스 광 생성 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 2 펄스 광은, 상기 제 1 펄스 광의 강도가 최대가 되는 시점보다 전 및 후의 시점에 각각 극대치를 갖는 펄스 광 생성 방법.
  24. 삭제
  25. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 광 파이버로부터 출력된 상기 합파 광을 편향 빔 스플리터에 의해 상기 제 1 펄스 광과 상기 제 2 펄스 광으로 분리하고,
    분리된 상기 제 1 펄스 광을 상기 제 2 광 파이버에 입력시켜 내부를 전파시키는
    펄스 광 생성 방법.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 입력 펄스 광은, 제 1 파장의 펄스 광과 제 2 파장의 펄스 광이 합파된 펄스 광이고,
    상기 제 1 파장의 펄스 광과 상기 제 2 파장의 펄스 광을 파장 선택 필터에 의해 분리하고,
    분리된 상기 제 1 펄스 광을 상기 제 2 광 파이버에 입력시켜 내부를 전파시키는
    펄스 광 생성 방법.
  27. 제 17 항, 제 25 항 및 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 펄스 광을, 상기 제 1 펄스 광과 합파시키기 전에 증폭하는 펄스 광 생성 방법.
  28. 제 17 항, 제 25 항 및 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 펄스 광을 파장 변환부에 입력시켜 내부를 전파시켜, 상기 제 1 펄스 광의 파장을 변환하는 펄스 광 생성 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 1 펄스 광의 파장을, 상기 파장 변환부에 포함되는 복수의 비선형 광학 결정에 의해 자외 영역의 파장으로 변환하는 펄스 광 생성 방법.
  30. 청구항 1, 2 및 11 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 펄스 광 생성 장치와,
    노광 대상물을 유지하는 노광 대상물 지지부와,
    상기 펄스 광 생성 장치로부터 출력된 펄스 광을 소정의 패턴 광으로 형성하는 패턴 형성부와,
    상기 패턴 광을 노광 대상물 지지부에 유지된 노광 대상물에 투영하는 투영 광학계
    를 구비한 노광 장치.
  31. 청구항 1, 2 및 11 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 펄스 광 생성 장치와,
    피검물을 유지하는 피검물 지지부와,
    상기 펄스 광 생성 장치로부터 출력된 펄스 광을 상기 피검물 지지부에 유지된 피검물에 조사하는 조명 광학계와,
    상기 피검물로부터의 광을 검출기에 투영하는 투영 광학계
    를 구비한 검사 장치.
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