KR20000069013A - 광원장치 - Google Patents

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KR20000069013A
KR20000069013A KR1019997004362A KR19997004362A KR20000069013A KR 20000069013 A KR20000069013 A KR 20000069013A KR 1019997004362 A KR1019997004362 A KR 1019997004362A KR 19997004362 A KR19997004362 A KR 19997004362A KR 20000069013 A KR20000069013 A KR 20000069013A
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다카오카에이코
호리구치마사히로
데키교이치
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다나카 아키히로
가부시키가이샤 우시오소고기쥬츠 겐큐쇼
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Abstract

본 발명은 ArF 엑시머 레이저의 대체광원으로서 이용할 수 있는 광원장치이다. Nd : YAG 레이저 광원(L1)으로부터 방출되는 광을 비선형 광학 결정(C1)에 입사하여 제2 고조파를 발생시켜 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)에 부여한다. 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)이 방출하는 광을 비선형 광학 결정(C2, C3)에 입사시켜 제3 고조파인 코히런트광(W2)를 얻고, 화주파 발생수단(C4)에 의해 193nm인 화주파광을 얻는다. 또한 벡터 위상 정합을 행함으로써 열유기 위상 부정합에 의한 변환효율의 저하를 작게할 수 있다. 또한, Nd : YAG 레이저 광원으로 바꾸어 Nd : YLF, Nd : YVO4등의 레이저 광원이나 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)으로 바꾸어 광 파라메트릭 발진기를 이용할 수도 있다.

Description

광원장치{LIGHT SOURCE APPARATUS}
최근, 반도체 집적회로 등의 미세화에 따라 해상도를 높히는 것이 요구되며, 노광광의 파장이 단파장화되고 있고, 차세대의 반도체 리소그래피용 광원으로서 파장 193㎚인 ArF 엑시머 레이저가 유력시되고 있다.
그러나, 상기한 엑시머 레이저를 이용한 광원은 이하와 같은 결점이 있는 것이 잘 알려져 있다.
(1) 레이저 매질(媒質)로서 부식성 가스가 이용되므로, 레이저 본체를 구성하는 전극, 콘덴서 등의 주요부품이 부식, 열화되기 쉬워 유지 보수에 많은 금액의 경비를 필요로 한다.
(2) 레이저 가스의 열화도 빠르고, 109쇼트마다 가스 교환이 필요하다.
(3) 부식성 가스의 누설에 의한 안전 관리상의 문제가 있다.
(4) 레이저 성능 유지를 위한 가스 배관의 스테인레스화 등에 의해 부대설비금액이 커진다는 등.
그래서 본 발명자 등은 먼저 고체 레이저 장치를 이용하여 파장 193nm인 광을 발생하는 하기 광원 장치를 제안했다(특원평 9-112346호).
(a) Nd-YLF 레이저 광원이 방출하는 레이저광의 5배파를 비선형 광학결정 LBO, CLBO로 발생한다(제1 코히런트광 : 파장 209.4nm).
또한, Nd-YLF 레이저 광원이 방출하는 레이저광의 2배파를 비선형 광학결정 LBO로 발생하고, 그 2배파와 반도체 레이저 광원이 방출하는 레이저광의 차주파(差周波)를 광 파라메트릭 발진기로 발생한다(제2 코히런트광 : 파장 2532.814nm). 상기 제1, 제2 코히런트광의 화주파(和周波)광(193.4nm)을 비선형 광학결정CLBO로 발생한다(특원평 9-112346호의 제1 실시예).
(b) Nd-YAG 레이저 광원이 방출하는 레이저광의 5배파를 비선형 광학결정 LBO, CLBO로 발생한다(제1 코히런트광 : 파장 212.824nm). 또한, Nd-YAG 레이저 광원이 방출하는 레이저광의 2배파를 비선형 광학결정 LBO로 발생하고, 그 2배파와 반도체 레이저 광원이 방출하는 레이저광의 차주파를 광 파라메트릭 발진기로 발생한다(제2 코히런트광 : 파장 2185.8206nm).
상기 제1, 제2 코히런트광의 화주파광(193.9nm)을 비선형 광학결정CLBO로 발생한다(특원평 9-112346호의 제2 실시예).
상기 (a) (b)의 광원장치는 다음과 같은 문제점을 가지고 있었다.
(1) 제1 코히런트광과 제2 코히런트광의 화주파 발생시에 있어서의 비선형 광학결정 CLBO(이하, CLBO 결정이라고 한다)의 위상 부정합(不整合)의 문제.
CLBO 결정은 수화물(水和物)을 생성하기 쉬운 성질을 가지고, 도26에 도시하는 바와같이, 1800nm 보다 긴 2㎛근방의 파장역에 흡수대가 존재한다.
이 때문에, 상기 (a) (b)에 있어서, 제2 코히런트광〔상기(a)에 있어서는 파장 2532.814nm의 광, 상기 (b)에 있어서는 파장 2185.8206nm의 광〕의 흡수가 커진다.
따라서, CLBO 결정내부에서 열이 발생하고, 화주파 발생 프로세스중에서 위상 정합각이 발생한 열에 의해 밀려 위상 부정합 상태로 되고, 화주파광에의 파장 변환 효율이 저하되는 문제가 있다. 또한, 위상 부정합, 정합에 대해서는 예를들면 본 발명자들이 먼저 제안한 특원평 8-312478호 등을 참조하기 바란다.
또한, 발생하는 파장 193nm의 광 자체의 흡수에 의해 CLBO 결정이 가열되며, 상기와 마찬가지로 위상 부정합 상태로 되고, 화주파광에의 파장 변환 효율이 저하되는 문제도 있다.
(2) 제1 코히런트 광 발생시의 CLBO 결정의 위상 부정합의 문제
제2 코히런트 광은 Nd-YLF 레이저 광원, Nd-YAG 레이저 광원의 기본파가 제1 비선형 광학결정에 의해 2배파로 되고, 제2 비선형 광학 결정으로 4배파로 되며, 제3 비선형 광학결정으로 5배파로 된다.
여기서, 5배파 발생의 최종단인 제3 비선형 광학결정으로서 사용할 수 있는 실용적인 결정은 CLBO, BBO 결정이다.
그러나, 양자 모두 발생하는 5배파 자체의 흡수(선형 흡수나 2광자 흡수)에 기인하는 위상 부정합에 의해, 5배파에의 파장 변환 효율이 저하되는 문제가 있다.
이상과 같이, 상기 광원장치에 있어서는 비선형 광학 결정이 5배파 발생시 및 화주파광 발생시에 광을 흡수하고, 또한 화주파 광 자체를 흡수하므로, 결정의 위상 정합 상태가 변화하고, 파장 변환 효율로 저하되어 버리는 문제가 있었다(이하, 상기와 같이 결정의 위상 정합 상태가 변화하여 위상 부정합으로 되는 상태를 「열유기성 위상 부정합」이라고 한다).
본 발명은 상기한 종래의 광원장치가 가지는 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로써, 그 목적으로 하는 바는, 파장 변환 효율을 저하시키지 않고 효율적으로 파장이 대략 193nm인 광을 발생할 수 있고, 구조가 간단하고 빔 품질의 열화가 적은 ArF 엑시머 레이저의 대체광원을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 다음과 같이 하여 해결한다.
(1) 광원장치를, 파장이 1000nm 이상, 1800nm 이하인 기본 레이저 광을 발생하는 고체 레이저 광원과, 상기 기본 레이저 광의 고조파를 발생하는 고조파 발생수단과, 상기 고조파에 의해 여기되는 코히런트 광원과, 상기 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 기본 레이저광과 상기 코히런트 광원으로부터 방출되는 코히런트광으로부터, 파장이 대략 193nm인 화주파 레이저광을 발생시키는 화주파 발생수단으로 구성한다.
(2) 광원장치를, 파장이 1000nm 이상, 1800nm 이하인 제1 기본 레이저광을 발생하는 제1 고체 레이저 광원과, 파장이 1000nm 이상, 1800nm 이하인 제2 기본 레이저광을 발생하는 제2 고체 레이저 광원과, 상기 제2 기본 레이저광의 고조파를 발생하는 고조파 발생수단과, 상기 고조파에 의해 여기되는 코히런트 광원과, 상기 제1 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 제1 기본 레이저광과 상기 코히런트 광원으로부터 방출되는 코히런트광으로부터, 파장이 대략 193nm인 화주파 레이저광을 발생시키는 화주파 발생수단과, 상기 제1 기본 레이저광과 상기 코히런트광이 대략 동시에 상기 화주파 발생수단에 입사하도록, 상기 제1 고체 레이저 광원과 상기 제2 고체 레이저 광원의 발진(發振)의 타이밍을 조정하는 타이밍 회로로 구성한다.
(3) 상기 (1) (2)에 있어서, 상기 화주파 발생수단에 입사하는 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 기본 레이저광과 상기 코히런트 광원으로부터 방출되는 코히런트광이 이루는 각도를 0도보다 크게 한다.
(4) 광원장치를, 네오디뮴 이온이 도프된 고체 결정을 이용하여 파장이 1000nm 이상 1800nm 이하의 기본 레이저광을 발생하는 고체 레이저 광원과, 상기 고체 레이저 광원이 방출되는 기본 레이저광의 고조파를 발생하는 제1 고조파 발생수단과, 상기 고조파에 의해 여기되는 광 파라메트릭 발진기와, 상기 광 파리메트릭 발진기로부터 방출되는 레이저광의 고조파를 발생시키는 제2 고조파 발생수단과, 상기 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 기본 레이저광과, 상기 제2 고조파 발생수단으로부터 방출되는 상기 광 파라메트릭 발진기의 레이저광의 고조파가 입사하고, 파장이 대략 193nm인 화주파광을 발생시키는 CLBO 결정으로 구성된다.
(5) 광원장치를, 네오디뮴 이온이 도프된 고체 결정을 이용하여, 파장이 1000nm 이상, 1800nm 이하의 기본 레이저광을 발생하는 제1 고체 레이저 광원과, 제2 고체 레이저 광원과, 상기 제2 고체 레이저 광원이 방출하는 기본 레이저광의 고조파를 발생하는 제1 고조파 발생수단과, 상기 고조파에 의해 여기되는 티탄 사파이어 레이저 광원과, 상기 티탄 사파이어 레이저 광원으로 방출되는 레이저광의 고조파를 발생시키는 제2 고조파 발생수단과, 상기 제1 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 기본 레이저광과, 상기 제2 고조파 발생수단으로부터 방출되는 상기 티탄 사파이어 광원의 레이저광의 고조파가 입사하고, 파장이 대략 193nm인 화주파광을 발생시키는 CLBO 결정과, 상기 제1 고체 레이저 광원으로부터의 기본 레이저광과, 상기 제2 고조파 발생수단으로부터 방출되는 상기 티탄 사파이어 광원의 레이저광의 고조파가, 대략 동시에 상기 화주파광을 발생시키는 CLBO 결정에 입사하도록, 상기 제1 고체 레이저 광원과 상기 제2 고체 레이저 광원과의 발진 타이밍을 조정하는 타이밍 회로로 구성된다.
(6) 광원장치를, 파장이 1000nm 이상, 1800nm 이하인 기본 레이저광을 발생하는 고체 레이저 광원과, 상기 기본 레이저광의 고조파를 발생하는 고조파 발생수단과, 상기 고조파에 의해 여기되는 코히런트 광원과, 상기 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 기본 레이저광과 상기 코히런트 광원으로부터 방출되는 코히런트광으로부터, 제1 화주파광을 발생시키는 제1 화주파 발생수단과, 상기 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 기본 레이저광과, 상기 제1 화주파 발생수단으로부터의 화주파광으로부터, 파장이 대략 193nm인 제2 화주파광을 발생시키는 제2 화주파 발생수단으로 구성된다.
(7) 광원장치를, 파장이 1000nm 이상, 1800nm 이하인 제1 기본 레이저광을 발생하는 제1 고체 레이저 광원과, 파장이 1000nm 이상, 1800nm 이하인 제2 기본 레이저광을 발생하는 제2 고체 레이저 광원과, 상기 제2 기본 레이저광의 고조파를 발생하는 고조파 발생수단과, 상기 고조파에 의해 여기되는 코히런트 광원과, 상기 제1 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 제1 기본 레이저광과 상기 코히런트 광원으로부터 방출되는 코히런트광으로부터, 제1 화주파광을 발생시키는 제1 화주파 발생수단과, 상기 제1 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 제1 기본 레이저광과, 상기 제1 화주파 발생수단으로부터의 화주파광으로부터 파장이 대략 193nm인 제2 화주파광을 발생시키는 제2 화주파 발생수단과, 상기 제1 기본 레이저광과, 상기 코히런트 광원으로부터 방출되는 코히런트광이, 대략 동시에 상기 제1 화주파 광 발생수단에 입사하도록 , 상기 제1 고체 레이저 광원과 상기 제2 고체 레이저 광원과의 발진 타이밍을 조정하는 타이밍 회로로 구성된다.
(8) 상기 (4) (5)에 있어서, 상기 고체 레이저 광원을, Nd-YVO4레이저 광원, 혹은 Nd-YAG 레이저 광원, Nd-YLF 레이저 광원으로 구성하고, 상기 화주파 발생수단인 CLBO 결정의 결정축에 대한 출사각 θcoa이 77.4°≤θcoa≤90°가 되도록 CLBO 결정에 입사하는 기본 레이저광과, 상기 광 파라메트릭 발진기, 혹은 상기 티탄 사파이어 광원의 레이저광의 제3 고조파의 입사각도를 선정한다.
(9) 상기 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)에 있어서, 상기 코히런트 광원이 방출하는 광의 파장을 안정화하는 파장 안정화 수단을 설치한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 구조가 간단하고 빔 품질의 열화가 적은 ArF 엑시머 레이저의 대체광원을 구성할 수 있다. 또한 고체 레이저 광원이 방출하는 기본 레이저광을 감쇠시키지 않고 화주파 발생수단으로 유도할 수 있으므로, 화주파 발생수단에 있어서의 변환효율을 크게 하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 의하면, 화주파 발생수단에 입사하는 광은 Nd : YAG 레이저 광원이 방출하는 광의 5배파(파장 213nm)나, Nd : YLF 레이저 광원이 방출하는 광의 5배파(파장 209.4nm)보다 장파장이므로, 위상 부정합에 의한 변환효율의 저하를 종래 기술에 비해 적게할 수 있다.
또한, 기본 레이저 광의 파장은 1000nm 이상, 1800nm 이하이고, 화주파 발생수단으로서 CLBO 결정을 이용한 경우, 기본 레이저광의 파장이 CLBO 결정의 흡수대가 있는 2㎛ 근방의 파장역에 없으므로, 파장 변환 효율을 향상시킬 수 있고, 화주파 발생수단에 의한 열유기성 위상 부정합을 종래기술보다 작게 할 수 있다.
또한, 벡터 위상 정합을 행함으로써, 각도 허용폭을 크게할 수 있고, 열유기성 위상 부정합에 의한 변환효율의 저하를 작게 할 수 있다.
본 발명은 반도체 리소그래피 장치, 표면개질(改質), 정밀가공(천공, 절단, 홈 가공), 프린트 기판의 천공, 잉크 젯 프린터의 노즐 가공, 마킹 등에 이용되는 광원 장치에 관한 것으로, 특히 본 발명은 엑시머 레이저의 대체광원으로 사용할 수 있는 고체 레이저 장치로 이루어지는 광원장치에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 관한 티탄 사파이어 레이저 광원을 사용한 광원장치의 기본구성을 도시하는 도면(1)이다.
도2는 본 발명에 관한 티탄 사파이어 레이저 광원을 사용한 광원장치의 기본구성을 도시하는 도면(2)이다.
도3은 본 발명에 있어서, 파장 안정화에 사용할 수 있는 원자의 스펙트럼 기준을 도시하는 도면이다.
도4는 2개의 광이 CLBO 결정에 입사한 경우의 입사각과 출사각의 관계를 설명하는 도면이다.
도5는 위상 정합이 얻어지는 각도 θ1, θ2, θooe의 관계를 도시하는 도면(Nd : YAG 레이저 광원을 사용한 경우)이다.
도6은 위상 정합이 얻어지는 각도 θ1, θ2, θooe의 관계를 도시하는 도면(Nd : YLF 레이저 광원을 사용한 경우)이다.
도7은 Nd : YAG 레이저 광원을 사용한 경우의 입사광의 각도차a와 각도허용폭의 관계를 도시하는 도면(1)이다.
도8은 Nd : YAG 레이저 광원을 사용한 경우의 입사광의 각도차a와 각도허용폭의 관계를 도시하는 도면(2)이다.
도9는 Nd : YAG 레이저 광원을 사용한 경우의 입사광의 각도차a와 각도허용폭의 관계를 도시하는 도면(3)이다.
도10은 Nd : YLF 레이저 광원을 사용한 경우의 입사광의 각도차a와 각도허용폭의 관계를 도시하는 도면(1)이다.
도11은 Nd : YLF 레이저 광원을 사용한 경우의 입사광의 각도차a와 각도허용폭의 관계를 도시하는 도면(2)이다.
도12는 Nd : YLF 레이저 광원을 사용한 경우의 입사광의 각도차a와 각도허용폭의 관계를 도시하는 도면(3)이다.
도13은 도1(a)에 도시한 광원장치의 구체적 구성예를 도시하는 도면이다.
도14는 도2(b)에 도시한 광원장치의 구체적 구성예를 도시하는 도면이다.
도15는 타이밍 회로를 설치한 광원장치의 구성예를 도시하는 도면이다.
도16은 타이밍 회로에 의한 타이밍 조정을 설명하는 도면이다.
도17은 타이밍 회로의 출력에 의한 레이저의 발진 개시 시간의 제어를 설명하는 도면이다.
도18은 화주파 발생을 2회 행하여 대략 193nm 파장의 광을 얻는 광원장치의 구성예를 도시하는 도면이다.
도19는 화주파 발생을 2회 행하는 광원장치의 파장 안정화에 사용할 수 있는 원자의 스펙트럼 기준을 도시하는 도면이다.
도20은 OPO 발진기(제2 고조파로 여기)를 사용한 광원장치의 기본 구성도이다.
도21은 OPO 발진기(제3 고조파로 여기)를 사용한 광원장치의 기본 구성도이다.
도22는 OPO 발진기(제3 고조파로 여기)를 사용한 광원장치의 파장 안정화에 사용할 수 있는 원자의 스펙트럼 기준을 기준을 도시하는 도면이다.
도23은 OPO 발진기를 사용하고, 화주파 발생을 2회 행하여 대략 193nm의 광을 발생시키는 광원장치의 기본 구성을 도시하는 도면이다.
도24는 도21에 도시한 광원장치의 구체적 구성예이다.
도25는 도24에 도시한 광원장치의 파장 안정화를 설명하는 도면이다.
도26은 CLBO 결정의 자외-적외역의 투과 스펙트럼을 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 설명한다.
(1) 티탄 사파이어 레이저 광원을 사용한 광원장치
〔a〕기본구성
도1, 도2는 티탄 사파이어 레이저 광원을 사용한 광원장치의 기본구성을 도시하는 도면이다. 도1(a), 도2(a)는 2개의 광을 동일방향으로부터 CLBO 결정에 입사시켜 그 화주파광인 파장 193nm의 광을 얻는 경우의 구성을 도시하고, 도1(b), 도2(b)는 벡터 위상 정합을 실현하기 위해, 2개의 광을 다른 방향으로부터 CLBO 결정에 입사시켜 파장이 대략 193nm인 화주파광(파장이 대략 193nm인 화주파광을 이하에서는 193nm의 화주파광이라고 하기로 한다)을 얻을 경우의 구성을 도시하고 있으며, 도1에 기본 레이저광(W1)을 방출하는 광원으로서 Nd : YAG 레이저광을 이용한 경우의 구성을 도시하고, 도2에 Nd : YLF 레이저 광원을 이용한 경우의 구성을 도시한다.
또한, 도1, 도2의 설명에서는 1064nm로 발진하는 Nd : YAG 레이저 광원, 1047nm으로 발진하는 Nd : YLF 레이저 광원을 이용하는 경우에 대해 설명하는데, 1053nm으로 발진하는 Nd : YLF 레이저 광원, 1064nm으로 발진하는 YVO4레이저 광원, 1032nm 부근에서 발진하는 Yb : YAG 레이저 광원을 이용할 수도 있다.
도1(a)에 있어서, 193nm인 화주파광은 다음과 같이하여 얻어진다.
(1) Nd : YAG 레이저 광원(L1)으로부터 방출되는 기본 레이저광(W1)(파장 1064nm)을 비선형 광학결정(C1)(CLBO, LBO, KTP 혹은 BBO결정)에 입사하고, 제2 고조파(파장 532nm)를 발생시킨다.
(2) 비선형 광학결정(C1)으로부터 방출되는 기본 레이저광(W1) 및 그 제2 고조파를 하모닉 세퍼레이터(harmonic separator)(Hs1)에 의해 분리한 후, 기본 레이저광(W1)을 다이크로익 미러(DM1)를 통하여 화주파 발생용 비선형 광학결정(C4)(CLBO 결정)으로 유도한다.
(3) 하모닉 세퍼레이터(Hs1)에 의해 분리한 제2 고조파를 여기광으로서, 티탄 사파이어(Ti : Al2O3) 레이저 광원(L2)을 발진시킨다(발진파장 707.3nm).
(4) 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)이 방출하는 레이저광을 비선형 광학결정C2(CLBO, LBO, KTP 혹은 BBO결정)에 입사시켜 제2 고조파(파장 353.7nm)를 얻는다.
(5) 비선형 광학결정(C2)으로부터 방출되는 파장 707.3nm, 파장 353.7nm의 광을 비선형 광학 결정(C3)(CLBO 혹은 BBO결정)에 입사시켜 제3 고조파(235.8nm)를 얻는다.
(6) 비선형 광학결정(C3)으로부터 얻어지는 코히런트광(W2)을, 미러(M1), 다이크로익 미러(DM1)를 통하여 화주파 발생용 비선형 광학결정(C4)(CLBO결정)으로 인도한다.
(7) 화주파 발생용 비선형 광학결정(C4)(CLBO결정)은 상기 기본 레이저광(W1)(파장 1064nm)과 상기 코히런트광(W2)(파장 235.8nm)으로부터 그 화주파광인 193nm의 광을 발생한다.
또한, 화주파 발생용 비선형 광학결정(C4)에서는 파장 1064nm과 파장 235.8nm의 광도 방출되는데, 후술하는 바와같이 하모닉 세퍼레이터를 이용하여 193nm의 광만을 추출한다.
도2(a)는 Nd : YLF 레이저 광원을 이용한 경우이고, 도1(a)와 마찬가지로 193nm의 광은 다음과 같이 하여 얻어진다.
(1) Nd : YLF 레이저 광원(L3)으로부터 방출되는 기본 레이저광(W1)(파장 1047nm)을 비선형 광학결정(C1)(CLBO, LBO, KTP 혹은 BBO결정)에 입사시켜 제2 고조파(파장 523.5nm)를 발생시킨다.
(2) 하모닉 세퍼레이터(Hs1)에 의해 기본 레이저광(W1) 및 그 제2 고조파를 분리한 후, 기본 레이저광(W1)을 다이크로익 미러(DM1)를 통하여 화주파 발생용 비선형 광학결정(C4)(CLBO 결정)으로 인도한다.
(3) 하모닉 세퍼레이터(Hs1)에 의해 분리한 제2 고조파(523.5nm)에 의해 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)을 여기하고, 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)이 방출하는 레이저광(발진파장 709.8nm)을, 도1(a)과 마찬가지로, 비선형 광학결정(C2), 비선형 광학결정(C3)에 의해 제2 고조파(파장 354.9nm), 제3 고조파(236.6nm)를 얻는다.
(4) 비선형 광학결정(C3)으로부터 얻어지는 코히런트광(W2)을, 미러(M1), 다이크로익 미러(DM1)를 통하여 화주파 발생용 비선형 광학결정(C4)(CLBO결정)으로 인도하고, 상기 기본 레이저광(W1)(파장 1047nm)과 상기 코히런트광(W2)(파장 236.6nm)으로부터 그 화주파광인 193nm의 광을 발생시킨다.
상기 Nd : YAG 레이저 광원(L1), Nd : YLF 레이저 광원(L3) 및 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)이 방출하는 광의 파장은 원하는 파장과 대략 같은 스펙트럼을 가지는 원자의 선 스펙트럼 기준, 분자의 흡수 스펙트럼 기준을 이용하여 안정화할 수 있다.
도3은 Nd : YAG 레이저 광원(L1), Nd : YLF 레이저 광원(L3) 및 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 파장 안정화에 사용할 수 있는 원자의 스펙트럼 기준을 도시하는 도면이다. 또한, Nd : YAG 레이저 광원(L1)으로 바꾸고, Nd : YVO4레이저 광원을 사용한 경우에도 마찬가지로 도3(a)에 도시한 원자의 스펙트럼 기준에 의해 파장 안정화를 행할 수 있다. 또한, 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)으로 바꾸어 후술하는 OPO(Optical Parametric Oscillation의 약어 : 광 파라메트릭 발진기, 이하에서는 OPO 발진기라고 약기한다)를 사용한 경우에도 도3의 원자 스펙트럼 기준에 의해 파장 안정화가 가능하다.
도3(a)에 도시하는 바와같이, 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)을 크세논(Xe), 클립톤(Kr), 헬륨(He), 아르곤(Ar)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 파장 안정화키기고, Nd : YAG/Nd : YVO4레이저 광원(L1)을 요드분자(I2) 혹은 사마륨(Sm)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 안정화함으로써, 파장이 193nm의 광을 얻을 수 있다.
또한, 도3(b)에 도시하는 바와같이, 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)을 크세논(Xe), 네온(Ne), 크립톤(Kr), 아르곤(Ar)의 스펙트럼을 이용하여 파장안정화하고, Nd : YLF 레이저 광원(L3)을 아르곤(Ar)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 안정화함으로써 파장이 193nm인 광을 얻을 수 있다.
예를들면, 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 파장을 크세논(Xe)의 스펙트럼을 이용하여 708.215nm으로 안정화한 경우, 그 2배파(제2 고조파), 3배파(제3 고조파)로서 각각 파장이 354.11nm, 236.07nm의 광을 얻을 수 있다.
한편, Nd : YAG 레이저/Nd : YVO4광원(L1)이 방출하는 기본 레이저광(W1)의 제2 고조파와 대략 같은 파장을 가지는 분자의 흡수 스펙트럼으로서, 요드(I2)의 분자 흡수 스펙트럼(파장 532.2461nm)이 있고, 이에 따라 Nd : YAG 레이저/Nd : YVO4광원(L1)의 파장을 안정화함으로써 기본 레이저광(W1)으로서 1064.4922nm의 광을 얻을 수 있다.
상기 광안정화수단에 의해 안정화된 파장 236.07nm의 광과 파장 1064.4922nm의 광에서 그 화주파광으로서 도3에 도시하는 바와같이 193.221nm의 광이 얻어진다(동 도면①).
마찬가지로, 크립톤(Kr)의 스펙트럼을 이용하여 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 파장을 707.397nm으로 안정화한 경우, 그 2배파(제2 고조파), 3배파(제3 고조파)로서 각각 파장이 353.70nm, 235,80nm의 광을 얻을 수 있고, 상기 1064.4922nm의 기본 레이저광(W1)과의 화주파광으로서 도3에 도시하는 바와같이 193.038nm의 광을 얻을 수 있다(동 도면②).
이하 마찬가지로, 헬륨(He), 아르곤(Ar)의 스펙트럼을 이용하여 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 파장을 안정화함으로써, 화주파광으로서 192.842nm, 193.787nm의 광을 얻을 수 있다(동 도면③, ④).
또한, Nd : YAG 레이저/Nd : YVO4광원(L1)의 파장을 사마륨(Sm)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 안정화함으로써, 도3(a)의 ⑤∼⑧에 도시하는 193nm의 광을 얻을 수 있다.
한편, Nd : YLF레이저 광원(L3)이 방출하는 기본 레이저광(W1)과 대략 같은 파장을 가지는 원자의 선스펙트럼으로서, 중성의 아르곤 스펙트럼(파장 1047.005nm, 이하, ArI 스펙트럼이라고 한다)가 있고, 상기 스펙트럼을 이용하여 Nd : YLF 레이저 광원(L3)의 파장을 안정화함으로써 도3(b)에 도시하는 바와같이 기본 레이저광(W1)으로서 파장 1047.005nm의 광을 얻을 수 있다.
그리고, 상기한 바와같이, 크세논(Xe)의 스펙트럼을 이용하여 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 파장을 안정화함으로써 그 3배파(제3 고조파)로서 236.07nm의 광을 얻을 수 있으므로, 상기 파장 1047.005nm의 기본 레이저광(W1)을 이용함으로써 화주파광으로서 192.637nm의 광을 얻을 수 있다.
마찬가지로, 네온(Ne), 크립톤(Kr), 아르곤(Ar)의 스펙트럼을 이용하여 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 파장을 안정화함으로써 화주파광으로서 도3에 도시하는 바와같이 192.456nm, 192.261nm, 193.199nm의 광을 얻을 수 있다.
도1(a), 도2(a)의 구성에 의하면, 고체 레이저 광원(L1), (L2)과 화주파광을 발생하는 비선형 광학 결정(C4)(CLBO결정) 사이에 개재하는 비선형 광학 결정이 적기 때문에 구조가 간단하고, 또한, 비선형 광학결정을 통과할 시의 빔 품질의 열화(파면의 변형)이 적다.
또한, 고체 레이저 광원(L1, L2)으로부터 방출되는 광을 감쇠시키지 않고 비선형 광학 결정(C4)(CLBO결정)으로 유도할 수 있으므로, 비선형 광학 결정(C4)(CLBO결정)에 있어서의 변환효율을 크게 할 수 있어 파장이 193nm인 화주파광을 효율적으로 발생시킬 수 있다.
또한, 비선형 광학 결정(C4)(CLBO결정)에 입사하는 광은 파장이 대략 236nm인 광과 파장이 대략 1064nm, 1047nm인 광이고, 파장이 대략 236nm인 광(W2)은 상기 특원평 9-112346호로 사용되는 Nd : YAG 레이저 광원이 방출하는 광의 5배파(파장 212.824nm)나 Nd : YLF 레이저 광원이 방출하는 광의 5배파(파장 209.4nm)보다 장파장이다.
이 파장 영역에서는 파장이 짧아질수록 열유기성 위상 부정합이 커져 파장 변환 효율이 저하하는 것이 보고되어 있고, 파장이 대략 236nm인 광(W2)을 이용함으로써, 위상 부정합에 의한 변환효율의 저하를 종래기술(특원평 9-112346호)에 비해 적게할 수 있다.
또한, 다른 한쪽의 광(W1)의 파장은 파장 1064nm, 1047nm으로, 흡수대가 있는 2㎛근방(상기 도15 참조)의 파장역에 없고, 비선형 광학 결정(C4)(CLBO결정)으로 흡수되지 않는다.
즉, 도1(a), 도2(a)의 구성에 의하면 비선형 광학 결정(C4)(CLBO결정)에 의한 열유기성 위상 부정합을 종래기술보다 작게할 수 있고, 파장 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
도1(b), 도2(b)는 벡터 위상 정합을 실현하기 위해 2개의 광(W1), (W2)을 다른 방향으로부터 비선형 광학 결정(C4)(CLBO결정)에 입사시킬 경우의 구성을 도시하고 있다.
도1(b), 도2(b)에 있어서, 파장 1064nm, 1047nm의 기본 레이저광(W1), 파장이 대략 236nm인 코히런트광(W2)을 발생시키기 까지의 구성은 도1(a), 도2(a)와 같고, 도1(b), 도2(b)에 있어서는 상기 기본 레이저광(W1), 코히런트광(W2)을 미러(M2), (M3)를 통하여 다른 방향으로부터 비선형 광학 결정(C4)(CLBO결정)에 입사시키고 있다.
여기서 비선형 광학 결정(C4)(CLBO결정)으로의 입사각과 위상 정합의 관계에 대해 설명한다.
도4는 2개의 광(W1, W2)이 다른 방향으로부터 CLBO결정으로 입사한 경우의 입사각과 출사각(CLBO결정의 결정축에 대한 각도)의 관계를 설명하는 도면이다. 또한, 동 도면에 있어서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해 결정에 광이 입사할 시의 광의 굴절 및 결정에서 광이 출사할 시의 광의 굴절은 무시하고 있고, 동 도면에 표시되는 입사각과 출사각은 결정의 내부각에 상당한다.
동 도면에 있어서, W1, W2는 CLBO결정으로 입사하는 광, C는 CLBO결정의 결정축 방향, W3은 CLBO결정으로부터 출사하는 193nm의 화주파광이고, 동 도면에 도시하는 바와같이, 광(W1, W2)이 결정축(C)에 대해 각도θ1, θ2로 입사하면, 그 화주파광은 결정축C에 대해 각도θooe(이하 이 각도를 위상 정합각이라고 한다)로 출사한다.
위상 정합이 얻어지는 상기 θ1, θ2, θooe의 관계를 조사한 바 도5, 도6에 도시하는 관계가 얻어졌다.
도5는 파장 1064nm와 235.8nm의 광이 입사한 경우(Nd : YAG 레이저광을 이용한 경우)를 도시하고, 도6은 파장 1047nm과 236.6nm의 광이 입사한 경우(Nd : YLF 레이저 광원을 이용한 경우)를 도시하고 있으며, 도5(a), 도6(a)는 θ1, θ2의 각도차a, θ1, θ2, θooe의 관계를 표로 나타낸 것이고, 도5(b), 도6(b)는 횡축을 a, 종축을 θ1, θ2, θooe로 하여 상기 관계를 그래프로 표시한 것이다.
예를들면, 도5에 있어서, 2개의 광이 결정축C에 대해 76.1834°(동일방향)로 입사하면, 화주파 광은 입사광과 동일방향인 결정축C에 대해각도 76.1834°로 출사된다〔상기 도1(a)의 경우〕.
또한, θ1이 87.7894°, θ2가 100.6077°일 때(각도차 a=12.8183°), 위상 정합각 θooe은 90°로 된다. 또한, θ1, θ2의 각도가 이 이상으로 되면, 위상 부정합으로 되어 화주파 광을 얻을 수 없다.
마찬가지로, 도6에 있어서는 2개의 광이 결정축C에 대해 77.4184°로 입사하면, 화주파광은 결정축C에 대해 각도 77.4184°로 출사하고〔상기 도2(a)의 경우〕, 또한, θ1이 87.9163°, θ2가 99.5223°일 때(각도차a=11.6061°), 위상 정합각 θooe가 90°로 된다.
다음에, 상기 입사광의 각도차a와 위상 정합을 얻을 수 있는 각도 허용폭의 관계에 대해 조사했다.
도7∼도9는 입사광의 파장이 1064nm과 235.8nm인 경우(Nd : YAG 레이저 광원을 이용한 경우)에 있어서의 입사광의 각도차a(횡축)와 각도 허용폭(종축)의 관계를 도시하는 도면이고, 도7은 각도차a가 0°∼14°에서의 각도 허용폭을 나타내며, 도8은 각도차a가 12°부근에서의 각도 허용폭을 나타내고, 도9는 도7의 종축을 확대한 그래프이다.
또한, 도10∼도12는 입사광의 파장이 1047nm과 236.6nm인 경우(Nd : YLF 레이저 광원을 이용한 경우)에 있어서의 입사광의 각도차a(횡축)와 각도 허용폭(종축)의 관계를 도시하는 도면이고, 도10은 각도차a가 0°∼14°에서의 각도 허용폭을 나타내며, 도11은 각도차a가 12°부근에서의 각도 허용폭을 나타내고, 도12는 도10의 종축을 확대한 그래프이다.
도7∼도12에서 명백한 바와같이, 입사광의 각도차a가 12.8183°, 11.6061°에 가깝고, 위상 정합각 θooe가 90°에 가까워짐에 따라, 각도 허용폭은 커지고, 동축 정합(a=0일 때)에 비해 3배 이상으로 된다.
동축 정합일 때 보다 각도 허용폭이 크다는 것은 CLBO 결정의 온도 상승에 의해 위상 정합각이 밀려도, 동축 정합일 때보다 화주파광의 출력 저하가 일어나지 않는 것을 의미하고, 상기한 벡터 위상 정합을 행함으로써, 열유기성 위상 부정합에 의한 변환 효율의 저하를 작게 할 수 있다.
즉, 도1(b), 도2(b)의 구성에 의하면, 도1(a), 도2(a)의 것과 마찬가지로, 구조를 간단하게 하고, 빔 품질의 열화를 저감시킬수 있음과 동시에, 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)에서의 열유기성 위상 부정합을 도1(a), 도2(a)에 비해 한층 작게 할 수 있고, 또한 변환효율을 향상시킬 수 있다.
〔b〕도1, 도2에 도시하는 광원장치의 구체적 구성예
이하, 도1, 도2에 도시한 광원 장치에 파장 안정화 수단을 설치한 구체적 구성예를 도시한다. 또한, 이하 설명에서는 도1(a), 도2(b)에 도시한 YAG 레이저 광원, YLF 레이저 광원을 이용하는 광원장치의 구성예에 대해 설명하는데, 상기한 바와같이 1053nm으로 발진하는 Nd : YLF 레이저 광원, 1064nm으로 발진하는 YVO4레이저 광원, 1032nm부근에서 발진하는 Yb : YAG 레이저 광원을 이용하는 경우에도, 상기 도3에 도시한 파장 안정화 수단 등을 이용하여 파장 안정화함으로써 마찬가지로 실현할 수 있다.
도13은 상기 도1(a)에 도시한 광원장치의 구체적 구성예를 도시하는 도면이고, 동 도면은 고체 레이저 광원으로서 Nd : YAG 레이저를 이용하고, 동축 정합에 의해 파장이 193nm인 화주파광을 얻는 경우의 구성을 도시하고 있다.
도13에 있어서 파장이 193nm인 화주파광은 다음과 같이 하여 얻어진다.
(1) 기본 레이저광(W1)의 발생
Nd : YAG 레이저 광원(L1)은 YAG 연속 발진 시더(L11)에 의해 파장이 정해지고, 기본 레이저광(W1)을 방출한다. Nd : YAG 레이저 광원(L11)이 방출하는 광은 비선형 광학 결정(C1)(BBO, LBO, KTP 혹은 CLBO결정)으로 입사하고, 비선형 광학 결정(C1)은 파장1064nm의 기본 레이저광(W1)과 그 제2 고조파인 파장 532nm의 광을 방출한다.
LBO결정(C1)으로부터 방출되는 기본 레이저광(W1) 및 그 제2 고조파를 하모닉 세퍼레이터(Hs1)에 의해 분리한 후, 기본 레이저광(W1)을 다이크로익 미러(DM1)를 통하여 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)으로 인도한다.
하모닉 세퍼레이터(Hs1)에 의해 분리한 파장 532nm의 광은 빔 샘플러(Bs2)를 통하여 요드(I2)셀Cs로 공급됨과 동시에, 여기광으로서 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)으로 공급된다.
요드(I2)셀(Cs)내를 광이 통과할 때, 요드(I2)셀(Cs)내의 요드(I2)분자는 통과하는 광을 흡수한다. 이 때 흡수되는 광의 파장은 셀Cs내의 가스에 의해 소정값으로 정해져 있고, I2분자는 파장 532.2461nm의 광을 흡수한다. 요드(I2) 셀(Cs)을 통과한 광은 광·전기 변환 증폭기 OE1로 공급되어 전기신호로 변환된다.
한편, 상기한 YAG 연속 발진 시더(L11)의 공진기 미러에는 공진 길이를 제어하기 위한 전왜(電歪) 소자가 구비되어 있고, 상기 전왜 소자에는 직류 바이어스 회로(DB1)의 출력이 주어진다. 또한, 변조기(MD1)가 출력하는 f1Hz의 신호가 직류 바이어스 회로(DB1)에 주어지고, 상기 공진기 미러는 f1Hz로 미소하게 진동한다. 이 때문에 YAG 연속 발진 시더(L11) 및 Nd : YAG 레이저 광원(L2)이 출력하는 광의 파장은 미소 진동하고 있다.
Nd : YAG 레이저 광원(L1)이 출력하는 광의 제2 고조파의 파장이 I2분자의 흡수 스펙트럼의 근방에서 미소 진동하면, 광·전기 변환 증폭기(OE1)가 출력하는 전기신호도 미소 진동하고, 이 신호는 위상 민감 검파기(D1)에 주어진다.
한편, 변조기(MD1)가 출력하는 f1Hz의 신호가 위상 민감 검파기(D1)에 주어져 있고, 위상 민감 검파기(D1)는 상기 광·전기 변환 증폭기(OE)가 출력하는 전기신호의 미소진동의 위상과, 변조기(MD1)가 출력하는 f1Hz의 신호의 위상에서 Nd : YAG 레이저 광원(L1)이 출력하는 광의 제2 고조파 파장과, 흡수 스펙트럼의 중심 파장의 오차에 상당하는 출력을 발생한다.
위상 민감 검파기(D1)의 출력은 직류 바이어스 회로(DB1)에 주어지고, 직류 바이어스 회로(DB1)는 상기 오차신호에 따라 직류 바이어스값을 제어하며, YAG 연속 발진 시더(L11)의 공진기 미러 길이를 제어한다.
이 때문에 YAG 연속 발진 시더(L11) 및 Nd : YAG 레이저 광원(L1)이 출력하는 광의 파장은 상기 흡수 스펙트럼의 중심 파장(532.2461nm)의 2배의 파장(1064.4922nm)으로 안정화된다.
(2) 코히런트광(W2)의 발생
티탄 사파이어 연속 발진 시더(L12)의 출력이 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)에 주어지고, 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)은 티탄 사파이어 연속 발진 시더(L12)의 출력광과 동일 파장의 광을 방출한다.
티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 출력광은 빔 샘플러(BS3)로 추출되어 크세논(Xe) 방전관(B1)을 통과한다.
크세논(Xe) 방전관(B1)은 방전 전원(P1)으로부터 인가되는 전압에 의해 방전되어 있고, 빔 샘플러(BS3)로 추출된 광이 상기 크세논(Xe) 방전관(B1)을 통과할 때, Xe 스펙트럼(파장708.215nm)으로 흡수된다.
크세논(Xe) 방전관(B1)을 통과한 광은 광·전기 변환기OE2로 입사하고, 전기신호로 변환된 위상 민감 검파기(D2)에 주어진다.
위상 민감 검파기(D2)는 상기한 바와같이, 티탄 사파이어 연속 발진 시더(L12) 출력광의 파장과 상기 크세논(Xe) 방전관(B1)의 흡수 스펙트럼의 중심 파장과의 오차 신호에 상당한 출력을 발생한다. 위상 민감 검파기(D2)의 출력은 직류 바이어스 회로(DB2)에 주어지고, 직류 바이어스 회로(DB2)는 상기 오차신호에 따라 직류 바이어스값을 제어하며, 상기 티탄 사파이어 연속 발진 시더(L12)의 공진기 미러의 공진 길이를 제어한다. 이 때문에 티탄 사파이어 연속 발진 시더(L12)의 출력광의 파장이 상기 흡수 스펙트럼의 중심 파장으로부터 밀리면, 공진기 미러의 공진 길이가 제어되고, 티탄 사파이어 연속 발진 시더(L12), 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 출력광의 파장은 708.215nm으로 안정화된다.
파장이 안정화된 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 출력광은 비선형 광학 결정(C2)(BBO, LBO 혹은 CLBO 결정)에 주어지고, 제2 고조파인 파장 354.11nm의 광으로 변환되며, 또한 비선형 광학 결정(C3)(CLBO 결정)에 주어져 제3 고조파인 파장 236.07nm의 광으로 변환된다.
상기와 같이 하여 생성된 파장 236.07nm의 광은 미러(M1), 다이크로익 미러(DM1)를 통하여 화주파광 발생용의 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)으로 주어진다.
(3) 화주파광의 발생
상기 기본 레이저광(W1)(파장 1064.4922nm), 코히런트광(W2)(파장 236.07nm)이 화주파 발생용의 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)에 상기한 바와같이 결정축에 대해 76.1834°(결정내의 내부각)로 입사하면, 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)은 상기 기본 레이저광(W1)과 코히런트광(W2)의 화주파광인 파장 193.221nm의 광을 발생한다.
비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)에서는 상기 파장 193.221nm의 화주파광과 함께, 파장 1064.4922nm, 파장 236.07nm의 광이 방출되는데, 이들 광 중, 파장이 193nm로 대략 같은 193.221nm의 광이 하모닉 세퍼레이터(Hs2)로 추출된다.
도14는 상기 도2(b)에 도시한 광원장치의 구체적 구성예를 도시하는 도면이고, 동 도면은 고체 레이저 광원으로서 Nd : YLF 레이저를 이용하여 벡터 위상 정합에 의해 화주파광을 얻는 경우의 구성을 도시하고 있다.
도14에 있어서, 파장이 193nm인 화주파광은 다음과 같이 하여 얻을 수 있다.
(1) 기본 레이저광(W1)의 발생
YLF 연속 발진 시더(L13)가 방출하는 광은 Nd : YLF 레이저 광원(L3)에 주어짐과 동시에, 그 일부는 하모닉 세퍼레이터(Hs3)에서 분리되며, 아르곤(Ar) 방전관(B2)을 통과한다.
아르곤(Ar) 방전관(B2)은 방전 전원(P2)으로부터 인가되는 전압에 의해 방전되어 있고, 빔 샘플러(BS3)로 추출된 광이 상기 아르곤(Ar) 방전관(B1)을 통과할 때, 중성의 아르곤 스펙트럼(파장 1047.005nm)이 흡수된다.
아르곤(Ar) 방전관(B2)을 통과한 광은 광·전기 변환기(OE1)로 입사하고, 전기신호로 변환되어 위상 민감 검파기(D1)로 주어진다.
위상 민감 검파기(D1)는 상기한 바와같이, YLF 연속 발진 시더(L11)의 출력광의 파장과 상기 아르곤(Ar) 방전관(B2)의 흡수 스펙트럼의 중심파장과의 오차신호에 상당하는 출력을 발생한다. 위상 민감 검파기(D1)의 출력은 직류 바이어스 회로(DB1)에 주어지며, 직류 바이어스 회로(DB1)는 상기 오차신호에 따라 직류 바이어스값을 제어하고, YLF 연속 발진 시더(L13)의 공진기 미러의 공진 길이를 제어한다. 이에따라, YLF 연속 발진 시더(L13)의 출력광의 파장은 1047.005nm으로 안정화된다.
YLF 연속 발진 시더(L13)에 의해 여기되는 Nd : YLF 레이저 광원(L3)은 파장 1047.005nm의 기본 레이저광(W1)을 방출한다. Nd : YLF 레이저 광원(L3)이 방출하는 광은 비선형 광학 결정(C1)(BBO/LBO 혹은 CLBO결정)에 입사되고, 비선형 광학 결정(C1)은 파장 1047.005nm의 기본 레이저광(W1)과 그 제2 고조파인 파장 523.5nm의 광을 방출한다.
LBO 결정(C1)으로부터 방출되는 기본 레이저광(W1) 및 그 제2 고조파를 하모닉 세퍼레이터(Hs1)에 의해 분리한 후, 기본 레이저광(W1)을 미러(M2)를 통하여 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)으로 인도한다.
하모닉 세퍼레이터(Hs1)에 의해 분리한 파장 523.5nm의 광은 여기광으로서 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)으로 공급된다.
(2) 코히런트광(W2)의 발생
티탄 사파이어 연속 발진 시더(L12)의 출력이 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)에 주어지고, 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)은 티탄 사파이어 연속 발진 시더(L12)의 출력광과 동일 파장의 광을 방출한다.
티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 출력광은 빔 샘플러(BS3)로 추출되어 아르곤(Ar) 방전관(B3)을 통과한다.
아르곤(Ar) 방전관(B3)은 방전전원(P3)으로부터 인가되는 전압에 의해 방전되고, 빔 샘플러(BS3)로 추출된 광이 상기 아르곤(Ar) 방전관(B3)을 통과할 때, Ar의 스펙트럼(파장 710.750nm)이 흡수된다.
아르곤(Ar) 방전관(B3)을 통과한 광은 상기한 바와같이 광·전기 변환기(OE2)로 입사하고, 전기신호로 변환되어 위상 민감 검파기(D2)에 주어진다.
위상 민감 검파기(D2)는 티탄 사파이어 연속 발진 시더(L12)의 출력광의 파장과 상기 아르곤(Ar) 방전관(B3)의 흡수 스펙트럼의 중심파장의 오차신호에 상당하는 출력을 발생하고, 직류 바이어스 회로(DB2)에 의해 티탄 사파이어 연속 발진 시더(L12)의 공진기 미러의 공진 길이가 제어되며, 티탄 사파이어 연속 발진 시더(L12), 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 출력광의 파장은 710.750nm으로 안정화된다.
파장이 안정화된 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 출력광은 비선형 광학 결정(C2)(BBO, LBO 혹은 CLBO결정)에 주어지고, 제2 고조파인 파장 355.38nm의 광으로 변환되며, 또한 비선형 광학 결정(C3)(CLBO 결정)에 주어져 제3 고조파인 파장 236.92nm의 광으로 변환된다.
상기와 같이 하여 생성된 광은 미러(M1)를 통하여 화주파 발생용의 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)에 입사된다.
(3) 화주파광의 발생
상기 기본 레이저광(W1)(파장 1047.005nm), 코히런트광(W2)(236.92nm)이 화주파 발생용의 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)에, 결정축C에 대해 각각 상기 도6에 도시한 각도θ1, θ2(상기한 바와같이 결정내의 내부각)로 입사되면, 결정축C에 대해 각도θooe(결정내의 내부각)로 193.199nm의 화주파광이 출사된다. 또한, 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)으로 입사된 기본 레이저광(W1), 코히런트광(W2)은 도14에 도시하는 바와같이 각도 θ1, θ2로 출사한다. 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)의 출사측에는 핀 홀판(Ph)이 구비되어 있고, 193.199nm의 화주파광만이 핀 홀판(Ph)으로부터 추출된다.
또한, 도13, 도14에서는 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 광을 안정화하기 위해, 크세논(Xe), 아르곤(Ar)의 흡수 스펙트럼을 사용했는데, 상기 도3에 도시한 바와같이, 크립톤(Kr), 헬륨(He), 아르곤(Ar)의 흡수 스펙트럼을 사용할 수도 있다. 또한, Nd : YAG 레이저(N1)의 안정화에 사마륨(Sm)을 사용할 수도 있다.
또한, 파장 안정화로서, 상기와 같이 방전관에 있어서의 원자 흡수 스펙트럼, 분자 흡수 스펙트럼을 사용하는 이외, 광 갈바노 효과를 이용하여 파장 안정화를 행하거나, 혹은 포화흡수의 기술을 이용할 수도 있다(포화흡수에 대해서는 상기한 특원평 9-112346호 등을 참조하기 바란다).
〔c〕타이밍 회로를 사용한 광원장치
그런데, 티탄 사파이어 레이저로부터 방출되는 광은 통상 여기광의 상승으로부터 수십ns∼수백십ns 지연된다.
한편, 기본파 레이저광(W1)에는 지연이 없으므로, 화주파를 발생시키는 비선형 광학 결정(C4)상에서 두개의 광이 겹쳐지지 않는 일이 발생한다. 이 지연이 짧을 때는 기본파 레이저광의 광로를 길게함으로써 두개의 광이 겹쳐지도록 조정하는 것이 가능하다. 그러나, 광의 속도는 1ns에서 30cm이므로, 지연시간이 길어지면 광로를 수10m로 할 필요가 있어 실용적이지 않다.
이와같은 문제를 해결하기 위해서는, 기본파 레이저광을 방출하는 제1 고체 레이저 광원(L1)에 추가하여 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 여기광을 방출하는 제2 고체 레이저 광원을 구비함과 동시에, 제1 고체 레이저 광원(L1)이 방출하는 기본파 레이저광(W1)과 상기 제2 고체 레이저 광원이 방출하는 여기광의 발생시간을 조정하는 타이밍 회로를 구비하는 것이 바람직하다.
도15는 상기 타이밍 회로를 구비한 광원 장치의 구성예를 도시하고 있다.
동 도면에 있어서 L1은 상기한 제1 고체 레이저 광원이고 발생하는 파장은 1000nm∼1800nm의 범위에 있다.
이하에서는 설명을 간단히 하기 위해, 제1 고체 레이저 광원(L1)으로서 1064.2nm으로 발진하는 Nd : YAG 레이저 광원을 이용하여, 동축 정합에 의해 화주파를 발생시키는 경우에 대해 설명하는데, Nd : YAG 레이저 광원 대신에, 1047nm 또는 1053nm으로 발진하는 Nd : YLF 레이저 광원, 1084nm로 발진하는 Nd : YVO4레이저 광원, 1032nm 부근에서 발진하는 Yb : YAG 레이저 광원을 이용할 수도 있다. 또한 상기한 벡터 위상 정합에 적용할 수도 있다.
L4는 제2 고체 레이저 광원이고 발생하는 파장은 마찬가지로 1000nm∼1800nm의 범위에 있고, 동 도면에 도시하는 바와같이 Nd : YAG 레이저 광원, Nd : YLF 레이저 광원, Nd : YVO4레이저 광원 등을 사용할 수 있다.
도15에 있어서, 제2 고체 레이저 광원(L4)으로 나온 광은 고조파 발생용의 비선형 광학 결정(C5)(CLBO, LBO, BBO, KTP 결정)에 의해 파장 변환되어 파장이 1/2인 길이(Nd : YAG 레이저 광원의 경우 532nm)로 된다. 이 파장의 광은 티탄 사파이어 결정의 흡수대에 합치되어 있고, 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 여기광으로서 이용된다.
티탄 사파이어 레이저 광원(L2)은 650nm∼1000nm의 범위에서 발진할 수 있는 가변 파장 레이저이므로, 이를 707.3nm으로 발진시키는 것이 가능하다. 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)으로부터 나온 파장 707.3nm의 광은 비선형 광학 결정(C2)(CLBO, LBO, BBO 결정), 비선형 광학 결정(C3)(CLBO, BBO 결정)에 의해 파장을 각각 1/2(제2 고조파) 및 1/3(제3 고조파)로 할 수 있다. 따라서, 비선형 광학 결정(C3)으로부터 나온 광은 파장이 235.8nm인 코히런트광이 된다.
티탄 사파이어 레이저 광원(L2)은 상기 여기광의 상승 시간에서 수10ns 지연되어 발진을 개시한다. 따라서 이에 의해 발생하는 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 제2 고조파와 제3 고조파도 여기광에 대해 같은 정도의 지연을 가진다.
한편, 제1 고체 레이저 광원(Nd-YAG 레이저)(L1)으로부터 나온 광은 기본파 그대로이므로, 파장은 1064nm이고 지연시간은 제로이다.
제1 고체 레이저 광원(L1), 제2 고체 레이저 광원(L4)의 발진 개시 시간은 타이밍 회로(T1)에 의해 조정된다. 타이밍 회로(T1)는 예를들면, 클럭 발생기(Ck1)와 카운터(Ct1), (Ct2)로 구성된다. 타이밍 회로(T1)는 클럭 발생기(Ck1)로부터 나오는 클럭 펄스를, 각각 미리 설정된 갯수만큼 세는 카운터(Ct1) 및 카운터(Ct2)로 카운트하고, 카운트 종료시에 각각의 레이저 광원(L1, L4)의 기동신호를 발생하도록 하여 조정된다.
제1 고체 레이저 광원(Nd-YAG 레이저)(L1)의 기동신호를 제2 고체 레이저 광원(L4)의 기동신호보다, 수십ns∼수백십ns만큼 지연시키도록 타이밍 회로(T1)를 조정하면, 제1 고체 레이저 광원(Nd-YAG 레이저)(L1)으로부터의 기본 레이저광(W1)과 제2 고체 레이저 광원(L4)으로 구성되는 코히런트 광원으로부터의 코히런트광(W2)을, 화주파 발생용 광학 결정(C4)상에서 겹칠 수 있고, 상기 도1(b)로 설명한 바와같이 193nm부근의 파장의 광을 발생시킬 수 있다.
도16은 상기 타이밍 회로(T1)에 의한 타이밍 조정을 설명하는 도면이다. 동 도면에 도시하는 바와같이, 제1 고체 레이저 광원(Nd-YAG 레이저)(L1)의 기동신호②와 제2 고체 레이저 광원(L4)의 기동신호①의 발생 타이밍을 타이밍 회로(T1)에 의해 조정하면, 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)이 방출하는 광의 3배파 ⑤와 제1 고체 레이저 광원(L1)이 방출하는 기본파(W1)⑥를 화주파 발생용 광학 결정(C4)상에서 겹칠 수 있고, 기본파(W1)와 코히런트광(W2)의 화주파인 193nm 부근의 파장을 발생시킬 수 있다.
타이밍 회로(T1)의 출력에 의한 레이저 광원(L1, L4)의 발진 제어는 다음과 같이 행해진다.
통상, 연속 펄스 발진을 하는 레이저는 통상 Q-스위치 방식을 이용하여 펄스를 발생시킨다. Q-스위치 방식에는 초음파를 이용하는 AO-QSW와 전기 광학 효과를 이용하는 EQ-QSW가 많이 이용된다.
AO-QSW를 이용한 YAG 레이저 광원을 예로서 설명하면, 도17(a)에 도시하는 바와같이, YAG 결정(100)과 공진기 미러(101)의 사이에 초음파Q스위치(AQ-QSW)(102)가 배치되며, 초음파 스위치(102)는 고조파 전원(103)에 위해 구동되고 있다.
그리고, 타이밍 회로(T1)로부터 나온 펄스는 상기 초음파Q 스위치(102)로 공급하는 고조파 전원(103)의 오프 신호의 트리거로서 작용하고, 초음파Q 스위치(102)에 인가되는 고조파를 오프로 하는 타이밍을 결정한다. 레이저의 발진은 도17(b)에 도시하는 바와같이 초음파Q 스위치(102)에 걸리는 고조파가 오프로 되고나서 시작되므로, 타이밍 회로(T1)로부터 나오는 펄스의 타이밍을 조정함으로써, 레이저의 발진 개시시간을 제어하는 것이 가능하다.
〔d〕화주파 발생을 2회 행하는 광원장치
이상의 설명에서는 화주파 발생을 1회 행하여 193nm의 파장의 광을 얻는 경우에 대해 설명했는데, 화주파 발생을 2회 행하여 193nm의 파장의 광을 얻을 수 도 있다.
도18은 상기와 같이 화주파 발생을 2회 행하여 193nm의 파장의 광을 얻는 경우의 구성을 도시하는 도면이다. 또한, 설명을 간단히 하기 위해, 이하에서는 1064.2nm으로 발진하는 Nd : YAG 레이저 광원(L1)과, Nd : YAG/Nd : YVO4/Nd : YLF 레이저 광원에 의해 여기되는 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)과 타이밍 회로(T1)를 사용하여 동축 정합에 의해 화주파를 발생시키는 경우에 대해 설명하는데, 상기한 바와같이, Nd : YAG 레이저 광원(L1)으로 바꾸어 1064nm으로 발진하는 Nd : YVO4, 1047nm 또는 1053nm으로 발진하는 Nd : YLF 레이저 광원, 1032nm 부근에서 발진하는 Yb : YAG 레이저 광원을 사용할 수도 있고, 또한, 벡터 위상 정합을 이용해도 된다.
도18에 있어서, 파장이 193nm인 화주파광을 얻는 방법은 다음과 같다.
(1) 상기한 바와같이 타이밍 회로(T1)에 의해 Nd: YAG 레이저 광원(L1)의 발진시간을 제어하고, Nd: YAG 레이저 광원(L1)으로부터 기본파 레이저광(W1)을 방출시킨다.
도1 고체 레이저 광원인 Nd : YAG 레이저 광원(L1)으로부터 방출되는 기본 레이저광(W1)(파장 1064nm)을 비선형 광학 결정(C6)(CLBO, LBO, BBO, KTP 결정)으로 입사하여 제2 고조파(파장 532nm)을 발생시킨다.
(2)비선형 광학 결정(C6)으로부터 방출되는 기본 레이저광(W1)(파장 1064nm) 및 제2 고조파는 비선형 광학 결정(C7)(CLBO, BBO 결정)으로 입사하고, 제3 고조파(파장 354.7nm)를 발생시킨다.
(3) 비선형 광학 결정(C7)(CLBO, BBO 결정)으로부터 방출되는 기본 레이저광(W1), 제2 고조파(파장 532nm) 및 그 제3 고조파(파장 354.7nm)를 하모닉 세퍼레이터(Hs1)에 의해 분리한다.
하모닉 세퍼레이터(Hs1)를 투과한 기본 레이저광(W1)은 다이크로익 미러(DM1)를 통하여 제2 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)으로 인도된다.
(4) 하모닉 세퍼레이터(Hs1)에 의해 분리된 제3 고조파(파장 354.7nm)은 다이크로익 미러(DM2)를 통하여 제1 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C8)(CLBO, BBO 결정)으로 인도된다.
(5) 한편, 다이크로익 회로(T1)에 의해 발진시간이 제어되는 제2 고체 레이저 광원(L4)(Nd : YAG/Nd : YLF/Nd : YVO4)으로부터 방출되는 광을 비선형 광학 결정(C5)(CLBO, LBO, BBO, KTP 결정)으로 입사하고, 제2 고조파(파장 532nm)를 발생시킨다.
(6) 비선형 광학 결정(C5)으로부터 방출되는 제2 고조파에 의해 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)을 여기하고, 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)이 방출하는 레이저광(발진 파장 707.3nm)을, 다이크로익 미러(DM2)를 통하여 제1 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C8)(CLBO, BBO 결정)으로 인도한다.
(7) 상기 타이밍 회로(T1)에 의해, 제2 고체 레이저 광원(L2)은 제1 고체 레이저 광원(L1)(Nd : YAG)의 발진시간보다 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 지연분만큼 빨리 발진하도록 조절된다.
(8) 제1 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C8)(CLBO, BBO 결정)은 제1 고체 레이저 광원(L1)(Nd : YAG)으로부터의 기본 레이저광(W1)의 제3 고조파(파장 354.7nm)와 상기 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)(발진파장 707.3nm)에서 그 화주파인 235.8nm의 코히런트광(W2)을 발생시킨다.
(9) 제1 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C8)(CLBO, BBO결정)으로부터 얻어지는 코히런트광(파장 235.8nm)을, 미러(M1), 다이크로익 미러(DM1)를 통하여 제2 화주파 발생용 비선형 광학결정(C4)(CLBO 결정)으로 인도한다.
(10) 제2 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)은 상기 기본 레이저광(W1)(파장 1064nm)과 상기 코히런트광(W2)(파장 235.8nm)에서 그 화주파인 193nm의 광을 발생한다.
상기 Nd : YAG 레이저 광원(L1), 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)이 방출하는 광의 파장은 상기한 바와같이 원하는 파장과 대략 같은 스펙트럼을 가지는 원자의 선 스펙트럼 기준, 분자의 흡수 스펙트럼 기준을 이용하여 안정화할 수 있다.
도19는 상기 화주파를 2회 발생시킴으로써 193nm의 광을 발생시키는 광원장치에 있어서, Nd : YAG 레이저 광원(L1), Nd : YLF 레이저 광원 및 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 파장 안정화에 사용할 수 있는 원자의 스펙트럼 기준을 도시하는 도면이다. 또한, Nd : YAG 레이저 광원(L1)으로 바꾸고, Nd : YVO4레이저 광원을 사용한 경우에도 마찬가지로 도19(a)에 도시한 원자의 스펙트럼 기준에 의해 파장 안정화를 행할 수 있다. 또한, 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)으로 바꾸어 후술하는 OPO 발진기를 사용한 경우에도 도19의 원자 스펙트럼 기준에 의해 파장 안정화가 가능하다.
도19(a)에 도시하는 바와같이, 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)을 크세논(Xe), 크립톤(Kr), 헬륨(He), 아르곤(Ar)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 파장 안정화하고, Nd : YAG/Nd : YVO4레이저 광원(L1)을 요드분자(I2) 혹은 사마륨(Sm)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 안정화함으로써, 파장이 193nm인 광을 얻을 수 있다. 또한, 도19(b)에 도시하는 바와같이, 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)을 상기와 같은 크세논(Xe), 네온(Ne), 크립톤(Kr), 아르곤(Ar)의 스펙트럼을 이용하여 파장 안정화하고, Nd : YLF 레이저 광원(L3)을 아르곤(Ar)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 안정화함으로써 파장이 193nm인 광을 얻을 수 있다.
예를들면, 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 파장을 크세논(Xe)의 스펙트럼을 이용하여 708.215nm로 안정화시킬 수 있다.
또한, Nd : YAG/Nd : YVO4레이저 광원(L1)이 방출하는 기본 레이저광(W1)의 2배파와 대략 같은 파장을 가지는 분자의 흡수 스펙트럼으로서 요드(I2)의 분자 흡수 스펙트럼(파장 532.2461nm)이 있고, 이에 따라 Nd : YAG 레이저/Nd : YVO4광원(L1)의 파장이 안정화됨으로써 기본 레이저광(W1)으로서 1064.492nm의 광을 얻을 수 있다.
그리고, 상기 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)이 방출하는 708.215nm의 광과 1064.492nm의 기본 레이저광(W1)의 제3 고조파를 제1 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C8)에 입사함으로써, 그 화주파로서 236.393nm의 코히런트광(W2)을 얻을 수 있다.
상기 제1 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C8)으로부터 얻어지는 236.938nm의 코히런트광(W2)과 파장 1064.492nm의 광에서, 그 화주파광으로서 도19에 도시하는 바와같이 193.436nm의 광이 얻어진다(동 도면①).
마찬가지로, 크립톤(Kr)의 스펙트럼을 이용하여 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 파장을 707.397nm으로 안정화한 경우, 제1 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C7)으로부터 236.302nm의 코히런트광(W2)을 얻을 수 있고, 상기 1064.492nm의 기본 레이저광(W1)과의 화주파광으로서, 도19에 도시하는 바와같이 193.375nm의 광을 얻을 수 있다(동 도면②).
이하 마찬가지로, 헬륨(He), 아르곤(Ar)의 스펙트럼을 이용하여 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 파장을 안정화함으로써, 화주파광으로서 193.310nm, 193.625nm의 광을 얻을 수 있다(동 도면③, ④).
또한, Nd : YAG 레이저/Nd : YVO4광원(L1)의 파장을 사마륨(Sm)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 안정화함으로써, 도19(a)의 ⑤∼⑧에 도시하는 193nm의 광을 얻을 수 있다.
한편, Nd : YLF 레이저 광원이 방출하는 기본 레이저광과 대략 같은 파장을 가지는 원자의 선 스펙트럼으로서, 중성의 아르곤 스펙트럼(파장 1047.005nm, 이하 ArI 스펙트럼이라고 한다)이 있고, 상기 스펙트럼을 이용하여 Nd : YLF 레이저 광원의 파장을 안정화함으로써 도19(b)에 도시하는 바와같이 기본 레이저광(W1)으로서 파장 1047.005nm의 광을 얻을 수 있다.
그리고 상기한 바와같이, 크세논(Xe)의 스펙트럼을 이용하여 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 파장을 안정화함으로써 738.600의 광을 얻을 수 있으므로, 상기 파장 1047.005nm의 기본 레이저광의 제3 고조파와의 화주파로서 제1 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C8)으로부터 237.010nm의 광을 얻을 수 있다. 따라서, 제1 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C8)으로부터 방출되는 237.010nm의 광과 기본 레이저광의 화주파로서 193.262nm의 광을 얻을 수 있다.
마찬가지로, 네온(Ne), 크립톤(Kr), 아르곤(Ar)의 스펙트럼을 이용하여 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)의 파장을 안정화함으로써 화주파광으로서 도19에 도시하는 바와같이 193.622nm, 193.405nm, 193.248nm의 광을 얻을 수 있다.
(2) OPO 발진기를 사용한 광원장치
이상의 설명에서는 고체 레이저 광원(L1) 혹은 (L4)의 고조파에 의해 여기되는 티탄 사파이어 레이저 광원(L2)을 이용하여 235.8nm의 광을 만들고, 이를 코히런트 광원의 코히런트광으로서 Nd-YAG 레이저 광원 등이 방출하는 제1 기본 레이저광과의 화주파를 발생시켰다.
다음에, 상기 티탄 사파이어 레이저 광원대신에 OPO 발진기를 이용하는 방법에 대해 설명한다. OPO 발진기는 예를들면 BBO 결정 등의 비선형 광학 결정을 이용하여 펌프광을 2개의 파장의 광으로 나누는 것이고, 나뉘어진 2개의 광의 주파수의 광이 펌프광의 주파수와 같아진다. OPO 발진기는 결정의 양단에 반사미러를 배치하여 2개의 파장광내의 어느하나와 공진하도록 설계한다. 이에따라 발생한 광이 공진함으로써 강해져 변환효율이 향상된다.
또한, 설명을 간단히 하기 위해, 이하에서는 Nd : YAG 레이저의 1064.2nm으로 발진하는 고체 레이저 광원을 사용하고, 동축 정합에 의해 화주파를 발생시키는 경우에 대해 설명하는데, 상기한 바와같이 Nd : YAG 레이저 광원대신에, 1047nm 또는 1053nm으로 발진하는 Nd : YLF 레이저 광원, 1064nm으로 발진하는 Nd : YVO4레이저 광원, 1032nm 부근에서 발진하는 Yb : YAG 레이저 광원을 이용할 수도 있고, 또한 벡터 위치 정합에 의해 화주파를 발생시킬 수도 있다.
〔a〕기본구성
도20은 OPO 발진기를 이용한 코히런트 광원의 코히런트광과, 고체 레이저 광원으로부터의 기본파와의 화주파를 발생시키는 광원장치의 구성예를 도시하는 도면이고, 고체 레이저 광원(L1)(Nd : YAG)의 제2 고조파에 의해 OPO 발진기(L5)를 여기하는 경우를 도시하고 있다.
도20에 있어서, 파장이 193nm인 화주파광을 얻는 방법은 다음과 같다.
(1) Nd : YAG 레이저 광원(L1)으로부터 방출되는 기본 레이저광(W1)(파장 1064nm)을 비선형 광학 결정(C10)(CLBO, LBO, KTP, BBO 결정)으로 입사시켜 제2 고조파(파장 532nm)를 발생시킨다.
(2) 비선형 광학 결정(C10)으로부터 방출되는 기본 레이저광(W1) 및 그 제2 고조파를 하모닉 세퍼레이터(Hs1)에 의해 분리한다. 하모닉 세퍼레이터(Hs1)를 투과한 기본 레이저광은 다이크로익 미러(DM1)를 통하여 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)으로 인도된다.
(3) 하모닉 세퍼레이터(Hs1)에 의해 분리된 제2 고조파는 OPO 발진기(L5)로 인도되고, OPO 발진기(L5)의 펌프광으로 된다. OPO 발진기(L5)는 펌프광을 그 주파수의 합이 펌프광의 주파수와 일치하는 2개의 파장(도면의 예에서는 2개의 파장은 각각 707.3nm 및 2146.5nm이다)을 가지는 코히런트한 광을 발생시킨다.
(4) 발생한 2개의 광 중, 파장이 707.3nm인 코히런트한 광을 비선형 광학 결정(C11)(CLBO, LBO, BBO결정)으로 입사시켜 이 광의 제2 고조파(파장 353.7nm)를 얻는다.
(5) 비선형 광학 결정(C11)으로부터 방출되는 파장 707.3nm, 파장 353.7nm의 광을 비선형 광학 결정(C12)(CLBO, BBO 결정)에 입사시켜 제3 고조파(파장 235.8nm)를 얻는다.
(6) 비선형 광학 결정(C3)으로부터 얻어지는 코히런트광(W2)(파장 235,8nm)을, 미러(M1), 다이크로익 미러(DM1)를 통하여 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)으로 인도한다.
(7) 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)은 상기 기본 레이저광(W1)(파장 1064nm)과 상기 코히런트광(W2)(파장 235.8nm)에서 그 화주파인 193nm의 광을 발생한다.
도20에 도시한 고체 레이저 광원(L1)과 OPO 발진기(L5)의 파장을 안정화할 경우에는 상기 도3에 도시한 원자의 스펙트럼 기준에 의해 행할 수 있다.
즉, 도3(a)에 도시한 바와같이, OPO 발진기(L5)를 크세논(Xe), 크립톤(Kr), 헬륨(He), 아르곤(Ar)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 파장 안정화하고, Nd : YAG 레이저 광원(L1)을 요드분자(I2) 혹은 사마륨(Sm)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 안정화시킴으로써 파장이 193nm인 광을 얻을 수 있다.
또한, 고체 레이저 광원(L1)으로서 Nd : YLF 레이저 광원을 이용할 경우에는 도3(b)에 도시한 바와같이, OPO 발진기(L5)를 크세논(Xe), 네온(He), 크립톤(Kr), 아르곤(Ar)의 스펙트럼을 이용하여 파장 안정화하고, Nd: YLF 레이저 광원을 아르곤(Ar)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 안정화함으로써 파장이 193nm인 광을 얻을 수 있다.
도21은 OPO 발진기를 이용한 코히런트 광원의 코히런트광과, 고체 레이저 광원으로부터의 기본파와의 화주파를 발생시키는 광원장치의 다른 구성예를 도시하는 도면이고, 고체 레이저 광원(L1)의 제3 고조파에 의해 OPO 발진기(L5)를 여기하는 경우를 도시하고 있다.
도21에 있어서, 파장이 193nm인 화주파광을 얻는 방법은 다음과 같다.
(1) Nd : YAG 레이저 광원(L1)으로부터 방출되는 기본 레이저광(W1)(파장 1064nm)을 비선형 결정(C10)(CLBO, LBO, KTP, BBO결정)에 입사시켜 제2 고조파(파장 532nm)를 발생시킨다.
(2) 비선형 광학 결정(C10)으로부터 방출되는 기본 레이저광(W1)(파장 1064nm) 및 제2 고조파는 비선형 광학 결정(C13)(CLBO, LBO, BBO 결정)으로 입사되어 제3 고조파(파장 354.7nm)를 발생시킨다.
(3) 비선형 광학 결정(C13)(CLBO, LBO, BBO 결정)으로부터 방출되는 기본 레이저광(W1)(파장 1064nm), 제2 고조파(파장 532nm) 및 그 제3 고조파(354.7nm)를 하모닉 세퍼레이터(Hs1)에 의해 분리한다. 하모닉 세퍼레이터(Hs1)를 투과한 기본 레이저광(W1)은 다이크로익 미러(DM1)를 통하여 화주파 발생용 비선형 결정(C4)(CLBO 결정)으로 유도된다.
(4) 하모닉 세퍼레이터(Hs1)에 의해 분리된 제3 고조파(354.7nm)는 미러(M2), 하모닉 세퍼레이터(Hs2), 미러(M3)를 통하여 OPO 발진기(L5)로 인도되고, OPO 발진기(L5)의 펌프광으로 된다. OPO 발진기(L5)는 펌프광을 그 주파수의 합이 펌프광의 주파수와 일치하는 2개의 파장(도면의 예에서는 2개의 파장은 각각 471.6nm 및 1430.4nm이다)을 가지는 코히런트한 광을 발생시킨다.
(5) 발생한 2개의 광 중, 파장이 471.6nm인 코히런트한 광을 비선형 광학결정(C14)(CLBO 결정)으로 입사시켜 이 광의 제2 고조파(파장 285.8nm)를 얻는다.
(6) 비선형 광학 결정(C14)(CLBO 결정)에서 얻어지는 코히런트광(W2)(파장 235.8nm)을, 미러(M1), 다이크로익 미러(DM1)를 통하여 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)으로 인도한다.
(7) 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)은 상기 기본 렌트광(W1)(파장 1064nm)과 상기 코히런트광(파장 235.8nm)에서 그 화주파인 193nm의 광을 발생한다.
도21에 도시한 고체 레이저 광원(L1)과 OPO 발진기(L5)의 파장 안정화는 도22에 도시하는 원자의 스펙트럼 기준에 의해 행할 수 있다.
즉, 도22(a)에 도시하는 바와같이, OPO 발진기(L5)를 사마륨(Sm), 크세논(Xe), 크립톤(Kr), 아르곤(Ar)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 파장 안정화하고, Nd : YAG/YVO4레이저 광원(L1)을 요드분자(I2) 혹은 사마륨(Sm)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 안정화함으로써 파장이 193nm인 광을 얻을 수 있다.
또한, 고체 레이저 광원(L1)으로서 Nd : YLF 레이저 광원을 이용할 경우에는 도22(b)에 도시하는 바와같이, OPO 발진기(L5)를 사마륨(Sm), 크세논(Xe), 크립톤(Kr), 아르곤(Ar)의 스펙트럼을 이용하여 파장 안정화하고, Nd : YLF 레이저 광원을 아르곤(Ar)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 안정화함으로써 파장이 193nm인 광을 얻을 수 있다.
이상의 설명에서는 화주파 발생을 1회 행하여 193nm인 광을 발생시킬 경우에 대해 설명했는데, OPO 발진기를 사용한 광원장치에 있어서, 상기 티탄 사파이어 레이저 광원을 사용하는 광원장치와 마찬가지로, 화주파 발생을 2회 행하여 193nm의 광을 발생시킬 수 도 있다.
도23은 화주파 발생을 2회 행하여 193nm의 광을 발생시키는 광원장치의 구성예를 도시하는 도면이다.
도23에 있어서, 파장이 193nm인 화주파광을 얻는 방법은 다음과 같다.
(1) Nd : YAG 레이저 광원(L1)으로부터 기본파 레이저광(W1)을 방출시킨다.
Nd : YAG 레이저 광원(L1)으로부터 방출되는 기본 레이저광(W1)(파장 1064nm)을 비선형 광학 결정(C15)(CLBO, LBO, BBO, KTP 결정)에 입사시켜 제2 고조파(파장 532nm)를 발생시킨다.
(2) 비선형 광학 결정(C15)(CLBO, LBO, BBO, KTP 결정)으로부터 방출되는 기본 레이저광(W1), 제2 고조파(파장 532nm)를 하모닉 세퍼레이터(Hs1)를 통하여 비선형 광학 결정(C16)(CLBO, BBO 결정)에 입사시켜 제3 고조파(파장 354.7nm)를 발생시킨다.
(3) 비선형 광학 결정(C16)(CLBO, BBO 결정)에서 방출되는 광을 하모닉 세퍼레이터(Hs2)로 분리하고, 제3 고조파(파장 354.7nm)를 다이크로익 미러(DM2)를 통하여 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C17)으로 인도한다.
(4) 한편, 하모닉 세퍼레이터(Hs1)에 의해 분리된 제2 고조파(파장 532nm)는 미러(M1)를 통하여 OPO 발진기(L5)로 인도되고, OPO 발진기(L5)의 펌프광이 된다. OPO 발진기(L5)는 펌프광을 그 주파수의 합이 펌프광의 주파수와 일치하는 2개의 파장(도면의 예에서는 2개의 파장은 각각 707.3nm 및 2146.5nm이다)을 가지는 코히런트한 광을 발생시킨다.
(5) 발생된 2개의 광 중, 파장이 707.3nm인 코히런트한 광을 다이크로익 미러(DM2)를 통하여 제1 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C17)(CLBO, BBO 결정)으로 인도한다.
(6) 제1 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C17)(CLBO, BBO 결정)은 Nd : YAG 레이저 광원(L1)에서의 기본 레이저광의 제3 고조파(파장 354.7nm)와 상기 OPO 발진기(L5)의 코히런트광(파장 707.3nm)에서 그 화주파인 235.8nm의 코히런트광(W2)을 발생시킨다.
(7) 제1 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C17)(CLBO, BBO 결정)으로부터 얻어지는 코히런트광(파장 235.8nm)을, 미러(M2), 다이크로익 미러(DM1)를 통하여 제2 화주파 발생용 비선형 결정(C4)(CLBO 결정)으로 인도한다.
(8) 제2 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C4)(CLBO 결정)은 상기 기본 레이저광(W1)(파장 1064nm)과 상기 코히런트광(W2)(파장 235.8nm)에서 그 화주파인 193nm의 광을 발생한다.
도22에 도시한 고체 레이저 광원(L1)과 OPO 발진기(L5)의 파장을 안정화할 경우에는, 상기 도19에 도시한 원자의 스펙트럼 기준에 의해 행할 수 있다.
즉, 도19(a)에 도시한 바와같이, OPO 발진기(L5)를 크세논(Xe), 크립톤(Kr), 헬륨(He), 아르곤(Ar)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 파장 안정화하고, Nd : YAG/YVO4레이저 광원(L1)을 요드분자(I2) 혹은 사마륨(Sm)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 안정화함으로써, 파장이 193nm인 광을 얻을 수 있다.
또한, 고체 레이저 광원(L1)으로서 Nd : YLF 레이저 광원을 이용할 경우에는 도19(b)에 도시한 바와같이, OPO 발진기(L5)를 크세논(Xe), 네온(Ne), 크립톤(Kr), 아르곤(Ar)의 스펙트럼을 이용하여 파장 안정화하고, Nd : YLF 레이저 광원을 아르곤(Ar)의 흡수 스펙트럼을 이용하여 안정화함으로써 파장이 193nm인 광을 얻을 수 있다.
〔b〕OPO 발진기를 사용한 광원장치의 구체적 구성예
이하, 도21에 도시한 광원장치의 구체적 구성예를 도시한다. 또한, 이하 설명에서는 도21에 도시한 YAG 레이저 광원을 이용하여, 제3 고조파에 의해 OPO 발진기를 여기하는 광원장치의 구성예에 대해 설명하는데, 도20, 도23에 도시한 광원장치에 대해서도 마찬가지로 실현할 수 있다. 또한, 상기한 바와같이 1053nm으로 발진하는 Nd : YLF 레이저 광원, 1064nm으로 발진하는 YVO4레이저 광원, 1032nm 부근에서 발진하는 Yb : YAG 레이저 광원을 이용하는 경우에도, 상기 도3, 도19, 도22에 도시한 파장 안정화 수단 등을 이용하여 파장 안정화를 함으로써 마찬가지로 실현할 수 있다.
도24는 상기 도21에 도시한 광원장치의 구체적 구성예이고, 24도에 의해 파장 안정화 수단을 구비한 OPO 발진기를 이용한 광원장치의 구체적 구성예애 대해 설명한다.
(1) 여기용 반도체 레이저(LD1)로 여기된 Nd : YAG 레이저 광원(L1)에서의 광(기본파 : 파장 1064nm)은 고조파 발생용 결정(C10)(LBO, KTP, BBO 결정)으로 인도된다.
(2) 고조파 발생용 결정(C10)은 Nd : YAG 레이저 광원(L1)으로부터 방출되는 광의 일부광을 제2 고조파로 변환한다.
(3) 고조파 발생용 결정(C10)을 나온 광 중, 기본 레이저광(W1)의 일부가 하모닉 세퍼레이터(Hs1)로 반사되고, 반사된 광은 미러(M1, M2)를 통하여 화주파 발생용 비선형 광학 결정(C4)(CLBO, BBO 결정)으로 인도된다.
(4) 하모닉 세퍼레이터(Hs1)를 투과한 광(파장 1064nm과 파장 532nm) 중, 532nm의 광의 일부는 빔 스플릿터(Bs1)에 의해 반사되어 흡수 셀(Ce1)로 인도된다. 다른 광은 빔 스플릿터(Bs1)투과하고, 제3 고조파 발생용의 비선형 광학 결정(C13)(LBO, CLBO, BBO 결정)으로 인도된다.
(5) 흡수 셀(Ce1)을 통과한 광(파장 532nm)은 흡수 셀의 내부에 있는 사마륨(Sm)의 원자에 의해 흡수된다. 이 흡수 정도는 파장이 사마륨(Sm)의 흡수 라인(중심 파장 532.061nm)과의 엇갈림의 크기로 변화한다. 이 흡수량은 검출기(Dt11) 및 그 후에 배치된 파장제어회로(Cn1)에 의해 검출된다.
(6) 파장제어회로(Cn1)에서는 Nd : YAG 레이저 광원(L1)의 제2 고조파와 사마륨(Sm)의 흡수 라인과의 차를 검출하고, Nd : YAG 레이저 광원(L1)의 제2 고조파의 파장이 사마륨(Sm)의 흡수 라인 중심에 일치하도록 전왜소자(Pz1)에 의해 단일 파장 YAG 레이저(SL1)의 공진기의 길이를 제어한다.
(7) 파장이 사마륨(Sm)의 흡수 라인 중심에 맞추어진 단일 파장 YAG 레이저(SL1)로부터의 출력광은 기본 레이저광(W1)을 발진하는 Nd : YAG 레이저 광원(L1)의 공진기에 주입된다. 기본 레이저광(W1)을 발진하는 Nd : YAG 레이저 광원(L1)은 주입된 파장에 의해 발진하도록 제어되며, 그 파장은 1064.122nm로 된다.
(8) 상기 (4)로 빔 스플릿터(Bs1)를 투과한 광(파장 1064.122nm과 파장 532.061nm)은 비선형 광학 결정(C13)(LBO, CLBO, BBO 결정)으로 인도되고, 제3 고조파(파장 354.707nm)가 발생된다. 발생된 제3 고조파는 OPO 발진기(L5)로 인도되고, OPO 발진기(L5)의 펌프광으로서 작용한다.
(9) OPO 발진기(L5)로 입사된 펌프광(파장 354.707nm)에 의해 OPO 결정은 그 비선형 효과에 따라 2개의 파장의 광을 발생시킨다.
이 때 발생된 2개의 파장(λ1, λ2)의 각각의 역수의 합은 다음식에 표시하는 바와같이 입사된 펌프광의 파장 λO의 역수와 일치한다.
1/λO= (1/λ1) + (1/λ2)
OPO 발진기(L5)로부터 방출되는 광은 광의 일부가 빔 스플릿터(Bs2)에 의해 반사되어 사마륨(Sm)을 봉입한 흡수 셀(Ce2)로 인도된다. 다른 광은 빔 스플릿터(Bs2)투과하고, 제2 고조파 발생용의 비선형 광학 결정(C14)(CLBO, BBO 결정)으로 인도된다.
(10) 흡수 셀(Ce2)을 통과한 광은 흡수 셀의 내부에 있는 사마륨(Sm)의 원자에 의해 흡수되며, 흡수량이 검출기(Dt12) 및 그 후에 설치된 파장 제어 회로(Cn2)에 의해 검출된다.
(11) 파장 제어회로(Cn2)에서는 OPO 발진기(L5)가 방출하는 광의 파장과 사마륨(Sm)의 흡수 라인의 차를 검출하고, OPO 발진기(L5)가 방출하는 광의 파장이 사마륨(Sm)의 흡수 라인의 중심에 일치하도록 전왜소자(Pz2)에 의해 단일 파장 반도체 레이저(SL2)의 공진기의 길이를 제어한다.
OPO 발진기(L5)의 주파수 안정화의 동작을 도25에 의해 설명한다.
OPO 발진기(L5)에서는 발생한 2개의 파장중 어느한쪽의 파장에 공진하도록 공진기를 설정하는 경우가 많다(드물게 2개의 파장에 동시에 공진하도록 설정할 때도 있다).
도25에서는 공진기 미러M1, M2, M3 및 M4에 의해 링형 공진기를 설정한 경우에 대해 도시하고 있다. 공진기는 링형에 한정되지 않고, 2매의 미러를 평행하게 배치하는 왕복형이어도 된다.
OPO 발진기(L5)를 안정화할 경우에, 상기 링 공진기로 공진하는 파장을 λ1로 하고, 실제로 이용하는 파장을 λ2로 할 수 있다. 이와같은 방법을 채용하면 파장 λ1의 광이 공진기내에서 강해지므로 변환의 효율을 크게 할 수 있다. 단, 이용하려는 파장 λ2에서 공진시켜도 된다.
도25는 파장λ1로 공진시킨 경우를 도시하고 있다. 이 경우 이용하는 파장 λ2는 472.842nm이다. 펌프광λO의 파장은 354.707nm이므로, 상기식에 따라 λ1은 1419.740nm으로 된다.
우선 파장이 대략 1419.740nm로 발진하는 반도체 레이저SL2의 광을 아이솔레이터(Is)를 통과시켜 OPO 공진기(L5)로 주입한다.
반도체 레이저(SL2)는 변조기(MD1)가 발생하는 느린 반복 주파수fm으로 파장을 변화시키는 광을 발생한다. OPO 발진기(L5)에 주입된 반도체 레이저(SL2)의 광은 OPO 발진기(L5)의 시드광으로서 OPO 발진기(L5)의 발진 주파수를 반도체 레이저(SL2) 광의 주파수에 일치시키도록 작용한다.
한편 OPO 결정에서는 파장 λ1의 광과 파장 λ2의 광을 발생한다. 공진기 미러(M1∼M4)는 파장 λ1의 광으로 공진하도록 설계되어 있으므로, 공진기내에서 파장 λ1의 광은 강해져 높은 전계강도를 가지게 된다. 파장 λ1의 광의 전계강도가 높아지면 그에 따라 파장 λ2의 광도 강해지므로 효율좋게 파장 λ2의 광을 발생시킬 수 있다.
링 공진기의 출력 추출용 미러(M2)는 발생한 파장 λ2의 광을 대부분 투과시키도록 설계한다. 이와같이 하면 파장 λ2의 광은 공진기내에 머무르지 않고, 출력으로서 유효하게 사용할 수 있다.
발생한 파장 λ2의 광은 빔 스플릿터(Bs2)로 일부를 반사하고, 흡수 셀(Ce)로 인도된다. 흡수 셀(Ce2)에는 사마륨(Sm) 원자가 봉입되어 방전으로 여기되어 있으므로, 입사된 광은 사마륨(Sm)원자에 의해 흡수된다.
흡수 셀(Ce2)을 투과한 광은 검출기(Dt12)로 검출되며, 이 신호는 파장제어회로(Cn2)의 위상 민감 검파기(D1)로 인도되고, 흡수 라인의 중심과의 엇갈림 신호로 변환된다(이하, 이 신호를 오차신호라고 한다).
오차신호는 귀환되지 않는 극성으로 증폭되고, 변조기(MD1)의 출력과 가산기(AD)에서 가산되며, 고전압 증폭기(AMP)를 통하여 반도체 레이저(SL2)의 공진기 미러를 구동하는 전변환소자(PZ2)에 인가되어 반도체 레이저(SL2)의 발진파장을 변화시킨다.
이상과 같이 하여 반도체 레이저(SL2)가 발생하는 파장은 1419.740nm에 맞추어지고, 파장λ2의 광은 사마륨의 흡수 라인(중심파장 472.842nm)의 중앙에 맞출 수 있다.
(12) 도24로 되돌아가, 파장이 사마륨(Sm)의 흡수 라인(중심 파장 472.842nm)의 중앙에 맞추어진 파장 λ2의 광은 비선형 광학 결정(C14)으로 인도되고, 비선형 광학 결정(C14)은 제2 고조파(236.421nm)를 발생시킨다. 발생된 제2 고조파는 다이크로익 미러(DM1)를 통하여 비선형 광학 결정(C4)(CLBO, BBO 결정)으로 인도된다.
(13) 비선형 광학 결정(C4)에는 상기 (3)에서 설명한 기본파(파장 1064.122nm)와 상기 (12)로 설명한 제2 고조파(파장 236.421nm)가 입사되고, 비선형 광학 결정(C4)은 그 화주파(파장 193.443nm)을 발생시킨다.
이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면, ArF 엑시머 레이저의 대체광원으로서 사용할 수 있다. 구조가 간단하고 빔 품질의 열화가 적은 광원장치를 제공할 수 있고, 반도체 리소그래피 장치, 표면개질, 정밀가공(천공, 절단, 홈 가공), 프린트 기판의 천공, 잉크 젯 프린터의 노즐 가공, 마킹 등의 각종 용도로 이용할 수 있다. 특히, 본 발명의 광원장치는 화주파 발생수단에 있어서의 변환효율을 크게하는 것이 가능하고, 화주파 발생수단에 의한 열유기성 위상 부정합을 작게할 수 있다.

Claims (9)

  1. 파장이 1000nm 이상, 1800nm 이하인 기본 레이저 광을 발생하는 고체 레이저 광원과, 상기 기본 레이저 광의 고조파를 발생하는 고조파 발생수단과, 상기 고조파에 의해 여기되는 코히런트 광원과, 상기 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 기본 레이저광과 상기 코히런트 광원으로부터 방출되는 코히런트광에서 파장이 대략 193nm인 화주파 레이저광을 발생시키는 화주파 발생수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광원장치.
  2. 파장이 1000nm 이상, 1800nm 이하인 제1 기본 레이저광을 발생하는 제1 고체 레이저 광원과, 파장이 1000nm 이상, 1800nm 이하인 제2 기본 레이저광을 발생하는 제2 고체 레이저 광원과, 상기 제2 기본 레이저광의 고조파를 발생하는 고조파 발생수단과, 상기 고조파에 의해 여기되는 코히런트 광원과, 상기 제1 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 제1 기본 레이저광과 상기 코히런트 광원으로부터 방출되는 코히런트광에서 파장이 대략 193nm인 화주파 레이저광을 발생시키는 화주파 발생수단과, 상기 제1 기본 레이저광과 상기 코히런트광이 대략 동시에 상기 화주파 발생수단에 입사되도록, 상기 제1 고체 레이저 광원과 상기 제2 고체 레이저 광원의 발진 타이밍을 조정하는 타이밍 회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광원장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화주파 발생수단에 입사하는 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 기체 레이저광과 상기 코히런트 광원으로부터 방출되는 코히런트광이 이루는 각도가 0도보다 큰 것을 특징으로 하는 광원장치.
  4. 네오디뮴 이온이 도프된 고체 결정을 이용하여 파장이 1000nm 이상 1800nm 이하인 기체 레이저광을 발생하는 고체 레이저 광원과, 상기 고체 레이저 광원이 방출하는 기본 레이저광의 고조파를 발생하는 제1 고조파 발생수단과, 상기 고조파에 의해 여기되는 광 파라메트릭 발생기와, 상기 광 파라메트릭 발진기로부터 방출되는 레이저광의 고조파를 발생시키는 제2 고조파 발생수단과, 상기 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 기본 레이저광과, 상기 제2 고조파 발생수단으로부터 방출되는 상기 광 파라메트릭 발생기의 레이저광의 고조파가 입사되고, 파장이 대략 193nm인 화주파광을 발생시키는 CLBO 결정을 구비하는 것을 특징으로 하는 광원장치.
  5. 네오디뮴 이온이 도프된 고체 결정을 이용하여, 파장이 1000nm 이상, 1800nm 이하인 기본 레이저광을 발생하는 제1 고체 레이저 광원과, 제2 고체 레이저 광원과, 상기 제2 고체 레이저 광원이 방출하는 기본 레이저광의 고조파를 발생하는 제1 고조파 발생수단과, 상기 고조파에 의해 여기되는 티탄 사파이어 레이저 광원과, 상기 티탄 사파이어 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저광의 고조파를 발생시키는 제2 고조파 발생수단과, 상기 제1 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 기본 레이저광과, 상기 제2 고조파 발생수단으로 부터 방출되는 상기 티탄 사파이어 광원의 레이저광의 고조파가 입사되고, 파장이 대략 193nm인 화주파광을 발생시키는 CLBO 결정과, 상기 제1 고체 레이저 광원으로부터의 기본 레이저광과, 상기 제2 고조파 발생수단으로부터 방출되는 상기 티탄 사파이어 광원의 레이저광의 고조파가 대략 동시에 상기 화주파광을 발생시키는 CLBO 결정에 입사되도록, 상기 제1 고체 레이저 광원과 상기 제2 고체 레이저 광원의 발진 타이밍을 조정하는 타이밍 회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광원장치.
  6. 파장이 1000nm 이상, 1800nm 이하인 기본 레이저광을 발생하는 고체 레이저 광원과, 상기 기본 레이저광의 고조파를 발생하는 고조파 발생수단과, 상기 고조파에 의해 여기되는 코히런트 광원과, 상기 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 기본 레이저광과 상기 코히런트 광원으로부터 방출되는 코히런트광으로부터, 제1 화주파광을 발생시키는 제1 화주파 발생수단과, 상기 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 기본 레이저광과, 상기 제1 화주파 발생수단에서의 화주파광으로부터 파장이 대략 193nm인 제2 화주파광을 발생시키는 제2 화주파 발생수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광원장치.
  7. 파장이 1000nm 이상, 1800nm 이하인 제1 기본 레이저광을 발생하는 제1 고체 레이저 광원과, 파장이 1000nm 이상, 1800nm 이하인 제2 기본 레이저광을 발생하는 제2 고체 레이저 광원과, 상기 제2 기본 레이저광의 고조파를 발생하는 고조파 발생수단과, 상기 고조파에 의해 여기되는 코히런트 광원과, 상기 제1 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 제1 기본 레이저광과, 상기 코히런트 광원으로부터 방출되는 코히런트광에서 제1 화주파광을 발생시키는 제1 화주파 발생수단과, 상기 제1 고체 레이저 광원으로부터 방출되는 제1 기본 레이저광과, 상기 제1 화주파 발생수단으로부터의 화주파광에서 파장이 대략 193nm인 제2 화주파광을 발생시키는 제2 화주파 발생수단과, 상기 제1 기본 레이저광과, 상기 코히런트 광원으로부터 방출되는 코히런트광이 대략 동시에 상기 제1 화주파 광 발생수단에 입사하도록, 상기 제1 고체 레이저 광원과 상기 제2 고체 레이저 광원과의 발진 타이밍을 조정하는 타이밍 회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광원장치.
  8. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 고체 레이저 광원은 Nd-YVO4레이저 광원, 혹은 Nd-YAG 레이저 광원, Nd-YLF 레이저 광원으로 이루어지고, 상기 화주파 발생수단인 CLBO 결정의 결정축에 대한 출사각 θcoa이 77.4°≤θ…≤90°가 되도록, CLBO 결정에 입사하는 기본 레이저광과, 상기 광 파라메트릭 발진기 혹은 상기 티탄 사파이어 광원의 레이저광의 제3 고조파의 입사각도를 선정한 것을 특징으로 하는 광원장치.
  9. 제1항 내지 제8항에 있어서, 상기 코히런트 광원이 방출하는 광의 파장을 안정화시키는 파장 안정화 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 광원장치.
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