KR940011104B1 - 협대역 레이저 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

협대역 레이저 장치

제 1 도는 본 발명의 제 1 실시예의 정면도.

제 2 도는 제 2 실시예의 정면도.

제 3 도는 제 3 실시예의 정면도.

제 4 도는 제 4 실시예의 정면도.

제 5 도는 제 5 실시예의 정면도.

제 6 도는 제 6 실시예의 정면도.

제 7 도는 제 7 실시예의 정면도.

제 8 도는 제 8 실시예의 정면도.

제 9 도는 제 9 실시예의 정면도.

제 10 도는 제 10 실시예의 정면도.

제 11 도는 제 11 실시예의 정면도.

제 12 도는 제 12 실시예의 정면도.

제 13a-13c 도는 실시예의 같은 소자를 갖는 제 1 군의 개략도.

제 14a-14c 도의 실시예의 같은 소자를 갖는 제 2 군의 개략도.

제 15a 및 제 15b 도는 실시예의 같은 소자를 갖는 제 3 군의 개락도.

제 16a-제 16c 도는 실시예의 같은 소자를 갖는 제 4 군의 개략도.

제 17a 및 제 17b 도는 실시예의 같은 소자를 갖는 제 5 군의 개략도.

제 18 도는 제 13c 도의 투시도.

제 19 도는 편광비임분할기의 대체소자의 정면도.

제 20 도는 편광비임분할기의 대체소자의 정면도.

제 21 도는 제 1 실시예의 도표.

제 22 도는 제 10 실시예의 도표.

제 23 도는 종래기술의 레이저장치의 정면도.

제 24 도는 종래기술의 설명도표.

제 25 도는 종래기술의 또 다른 설명도표.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 레이저매체 2 : 전반사거울

3 : 전반사거울 4 : 변환수단

5 : 편광비임 분할수단 6 : 선택수단

30 : 프리즘 81 : 편광비임 분할수단

81' : 편광비임 분할수단 88 : 전반사거울

111 : 편광비임 분할수단 116 : 편광비임 분할프리즘

본 발명은 협대역 레이저장치에 관한 것이다.

엑사이머레이저(excimer laser)는 사진평판용(photolithography) 광원에 이용된다. 이 엑사이머레이저는 불활성인 립튼, 제논과 할로겐인 플루오르기체 및 염소를 함유한 레이저매체를 통해 반도체 웨이퍼의 포토레지스터 필름에 유효 전력을 갖는 레이저광 비임을 353㎚에서 193㎚ 사이의 여러 파장으로 출력시킬 수 있다. 엑사이머레이저의 이득대역폭은 약 1㎚이기 때문에 사진평판에 많은 광원이 노출된다. 엑사이머레이저의 광대역폭 출력 레이저광은 0.5㎚이다(최대폭의 1/2에서의 전체폭). 만일 이러한 광대역 레이저광이 노출용으로 이용되면 색지음노출 광학장치가 사진평판용 노출장치에 필요하게 된다. 350㎚이하의 자외선영역에서 촛점렌즈시스템에 사용되는 광학재료가 적기 때문에 색지음하기가 어렵다. 대역폭이 약 0.005㎚인 노출광원을 사용한 엑사이머의 협대역폭이 바람직하다. 이러한 노출광원은 색지음없이 초점렌즈 시스템 사진평판용 노출장치의 광학시스템을 간단히 및 소형화 할 수 있고 비용도 적게할 수 있다.

출력전력의 감쇠없이 레이저광의 대역폭을 줄이는 광학공진기에 제공된 파장선택 소자를 포함하는 노출레이저장치는 아래에 설명된 일본 특허출원 공개공보 제 63-160287호에 개시되어 있다.

제 23 도는 위에서 언급한 종래기술의 협대역 엑사이머레이저의 정면도이다. 제 23 도에서 종래기술의 레이저 장치는 전반사거울(102)과, 반투명거울(103)과, 광학공진기의 광로에 제공된 방전관(101)을 포함하는 광학진공기와 ; 파장선택 소자인 파브리-페로 에탈론(Fabay-Perot etalon)(104)을 각각 포함한다. 이 레이저 장치에서 파브리-페로 에탈론(104)에 의해 선택된 파장의 광만을 증폭하고 발진시키므로서, 협대역 레이저광 비임이 얻어진다.

그러나, 이러한 엑사이머레이저 장치에도 높은 에너지광이 광학공진기에 지속적으로 존재하므로 파장선택소자가 질이 저하되고, 변형된다는 단점이 존재한다. 따라서, 선택파장이 변하고 출력전압이 감소하게 되어, 이러한 엑사이머 장치가 노출용으로 그 광원으로 사용할 경우, 집적회로의 제품의 질이 저하된다. 다시 말해 선택소자의 고에너지광 저항성이 엑사이머레이저의 최대전력을 제한한다.

본 발명은 종래의 엑사이머 레이저장치의 상기에서 설명한 결점을 극복하기 위해 개발되었다.

본 발명은 따르는 협대역 레이저장치는 제 1 및 제 2 반사거울을 포함하는 광학공진기와 ; 광학공진기의 광로에 제공되어 광을 방출하며, 여자기를 포함하는 레이저매체와 ; 제 1 반사거울과 레이저매체 사이의 광로에 제공되어, 광을 제 1 편광성분과 제 2 편광성분으로 분할하는 편광비임분할기와 ; 광로의 제 1 반사거울과 편광비임분할기 사이 또는 제 2 반사거울과 레이저매체 사이에 제공되어, 입사광으로부터 소정의 파장성분을 선택하는 선택기와 ; 광로의 제 2 반사거울과 편광비임분할기 사이에 제공되어 광원에 따라 제 1 편광성분과 제 2 편광성분을 발생시키는 편광변환기를 포함한다.

또한, 본 발명을 따르는 협대역 레이저장치는 제 1 및 제 2 반사거울을 포함하는 광학공진기와 ; 이 광학공진기의 광로에 제공되어 광을 방출하며, 여진기를 포함하는 레이저매체와 ; 이 레이저매체와 제 1 반사거울 사이에 제공되어 제 1 편광성분을 제 1 성분의 나머지 부분과 광의 제 2 편광성분을 반사시키는 제 1 편광비임분할기와 ; 제 1 반사거울과 제 1 편광비임분할기 사이에 제공되어 부분적으로 투과된 제 1 편광성분으로부터 소정의 파장성분을 선택하는 선택기와 ; 제 1 편광비임분할기로부터의 광선을 원위치로 반사키는 제 3 반사거울과 ; 제 1 편광비임분할기와 제 3 반사거울 사이에 제공되어 이 광선에 따라 제 1 편광성분을 제 2 편광성분으로 변환시키는 변환기와 ; 광로상에서 레이저매체와 제 2 반사거울 사이에 제공되어 광선을 제 1 편광성분 및 제 2 편광성분을 분할하여 제 2 편광성분을 출력으로 하여 제 2 반사거울에 유도하는 제 2 편광비임분할기를 각각 포함한다.

파장선택소자는 하나 이상의 파브리-페로 에탈론, 그레이팅(회절격자), 또는 프리즘을 포함한다. 비임편광변환소자는 1/4파장판, 위상감속프리즘 또는 위상감속거울을 포함한다. 편광비임분할소자는 편광비임분할기 또는 편광비임분할프리즘을 포함한다. 계단식 회절격자는 제 1 반사거울과 파브리-페로 에탈론과 대신하여 이용할 수 있다. 위상감속거울은 제 2 거울과 파장위상판과 대체하여 이용할 수 있다. 편광비임 분할프리즘은 파브리-페로 에탈론과 더불어 편광비임분할소자 및 파장선택소자를 포함한다.

본 발명의 목적 및 특징은 수반한 도면과 관련지어 상세히 설명하므로서 분명해질 것이다.

제 1 도는 본 발명의 협대역 엑 사이머 레이저장치의 제 1 실시예의 정면도이다.

제 1 도에 있어서, 방전관(1)은 레이저매체로서 불환성기체 및 할로겐 기체의 혼합기체를 포함한다. 광학공진기는 전반사거울(2) 및 (3)을 포함하고 방전관(1)은 편광비임분할기(5)를 경유하여 전반사거울(2)과 전반사거울(3) 사이의 광학공진기의 광로상에 제공되어 있다. 방전관(1)이 여기될 때 자외선의 레이저비임이 발생한다. P편광성분에서 S편광성분으로 바꾸는 편광 변환소자로서의 1/4파장판(4)과 편광비임 분할소자로서의 편광비임분할기(5)가 도시되어 있듯이 광학공진기의 광로상에 제공되어 있다. 방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭된 출력광비임(8)은 외부로 출력되는 편광비임(7)과 편광비임 분할기(5)에 의해 반사되는 편광비임(9)으로 분리된다.

파장선택소자로서의 파브리-페로 에탈론(6)은 편광비임분할기(5)와 전반사거울(2) 사이에 제공되어 특정한 협대역 광비임만을 광학공진기에서 발진시킨다.

아래에서는 제 1 실시예의 레이저장치의 작용을 설명할 것이다.

방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭된 광비임(8)은 편광성분에 따라 분할된다. 하나의 편광된 성분은 편광비임분할기(5)를 통해 투과하고, 출력광비임(7)으로 출력된다. 또 다른 성분의 광비의 광비임(9)은 편광비임분할기(5)에 의해 반사된다. 파브리-페로 에탈론(6)은 광비임(9)의 파장을 선택한 다음 전반사거울(2)에서 반사시킨다. 반사된 광비임(10)은 파브리-페로 에탈론(6)을 통해 투과되고, 다시 편광비임분할기(5)에 의해 반사되어 레이저매체에 의해 증폭된다. 증폭된 광비임(11)은 1/4파장판(4)에 들어간다. 광비임(11)은 전반사거울(3)을 경유하여 두 번 1/4파장판(4)을 통해 투과되어 반사광 비임(12)을 발생한다. 1/4파장판(4)을 통하는 두 번의 투과는 1/2파장판을 통하는 한번의 투과와 같다. 따라서, 한쪽방향으로 편광된 광비임(11)은 모든 편광성분을 갖는 반사광비임(12)으로 변화한다. 일반적으로, 광로의 중심축 주위로 1/4파장판의 회전위치를 바꾸므로서 반사된 광비임(12)의 두개의 편광성분 사이의 비를 설정할 수 있다. 반사된 광(12)은 방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭되어 광비임(8)을 발생시킨다. 광비임(8)의 하나의 편광성분은 출력광비임(7)으로 편광비임분할기(5)를 통해 투과된다. 또 다른 성분은 발진을 유지시키는 광비임(9)으로 편광비임 분할기(5)에서 반사된다. 여기서, 1/4파장판(4)에 회전시키므로서 광비임(9)과 광비임(8)의 비율을 변환하므로서 출력광비임(8)의 레이저 결하비(lasing coupling ratio)를 바꿀 수 있다. 위에서 언급한 것처럼, 출력광비임(7)의 강도가 레이저매체의 이득만큼 광비임(9)의 강도보다 크므로 파브리-페로 에탈론(6)의 변형 및 특성저하를 상당히 줄일 수 있다.

제 21 도는 제 1 실시예에서 편광비임분할기의 P성분의 반사율, 즉 광비임(8)에 대한 광비임(9)의 비율, 즉 레이저발진의 결합계수에 대한 출력레이저 광강도 1out와 광의 강도 I_E사이의 관계를 도시한 실험결과를 도시했다. 이 결과는 제 1 도의 KrF 엑사이머레이저를 사용하므로서 얻어진다. 레이저 매체의 혼합가스는 F₂가 0.22%이고, Kr가 4.4%이고, 나머지는 He이다. 또한, 전압력은 1800mb이다. 레이저의 발진은 28KV의 전압을 방전관(1)에 인가하면 된다. 이러한 조건하에서의 결과는 펄스당 Iout 및 파브리-페로 에탈론 부하 I_E를 나타내게 된다. 제 24 도는 같은 조건하에서, 제 23 도의 선행기술의 반투명거울(103)의 반사율 R에 대해 같은 관계를 도시한 또 다른 실험결과를 도시했다. 제 21 도에 있어서, 최대출력 레이저광강도 I_OUT가 약 44mJ일때, 파브리-페로 에탈론 I_E는 10mJ이다. 한편, 종래의 기술인 제 24 도에서 최대출력 레이저과강도 I_OUT가 약 14mJ일때, 에탈론부하 I_E는 약 23mJ이다. 따라서, 제 1 실시예의 출력광강도 I_OUT는 제 23 도의 종래 기술의 강도에 세베이고, 파브리-페로 에탈론 부하 I_E는 종래기술의 부하의 약 58%이다.

아래에서 제 2 실시예를 설명할 것이다. 제 2 도는 본 발명의 레이저장치의 제 2 실시예의 정면도이다. 제 2 도에 있어서, 광학공진기는 전반사거울(2) 및 (3)을 포함한다. 방전관(1)은 전반사거울(2)과 전반사거울(3)사이의 광학공진기의 광로상에 제공되어 있다. 방전관(1)이 여기되면, 자외선의 레이저 비임이 발생한다. P편광성분을 S편광성분의 비로 변환시키는 편광 변환소자의 1/4파장판(4)과 편광비임 분할소자로서의 편광비임분할기는 도시되어 있듯이 광학공진기의 광로상에 제공되어 있다. 방전판(1)의 레이저 매체에 의해 증폭된 출력광비임(8)은 외부로 출력되는 하나의 편광비임(7)과 편광비임분할기(5)에 의해 편광된 다른 출력된 광비임(9)으로 분리된다.

파장선택소자로서 파브리-페로 에탈론(6)이 방전관(1)과 1/4파장판(4) 사이에 제공하여, 특정의 협대역광비임만을 광학공진기에서 발진시킨다. S편광성분을 반사시키는 편광비임분할기가 쉽게 제공되기 때문에 이 실시예는 S로 편광된 성분광을 제공한다.

지금부터 제 2 실시예의 레이저장치의 작용을 설명할 것이다.

방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭된 광비임(8)은 편광성분에 따라 분할된다. 하나의 편광된 성분은 출력광비임(7)로서 출력된다. 또 다른 성분의 광인 광비임(9)은 편광비임분할기(5)를 통해 투과된다. 반사된 광비임(10)은 다시 편광비임분할기(5)를 통해 투과되고 레이저매체에 의해 증폭된다. 증폭된 광비임은 파장선택하는 파브리-페로 에탈론(6)을 통해 투과된다. 파브리-페로 에탈론으로 부터의 광비임(11)은 전반사 거울을 경유하여 두번 1/4파장판을 통해 투과되어 반사광비임(12)을 만든다. 1/4파장판(4)을 통하는 두번의 투과는 1/2파장판을 통하는 한번의 투과와 같다. 따라서, 한쪽방향을 편광된 광비임(11)은 두개의 편광성분을 갖는 반사광 비임(12)으로 변환된다. 일반적으로, 광로의 중심축 주위로 1/4파장판(4)의 회전위치를 바꾸므로서 반사된 광비임(12)의 두개의 편광성분 사이의 비를 설정할 수 있다. 반사광(12)은 파브리-페로 에탈론(6)을 통해 투과된다. 파브리-페로 에탈론(6)로부터의 광비임(113)은 방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭되어 광비임(8)을 발생시킨다. 광비임(8)의 하나의 편광성분은 편광비임분할기(5)에서 출력광비임(7)으로 반사된다. 또다른 성분은 발진을 유지하는 광비임(9)로서 편광비임분할기(5)를 통해 투과된다. 위에서 언급했듯이, 출력광비임(7)의 강도는 레이저매체의 이득만큼 광비임(113)의 강도보다 크므로 파브리-페로 에탈론(6)의 변형 및 특성의 저하를 줄일 수 있다. 제 2 실시예에 사용한 파브리-페로 에탈론(6)의 광부하는 제 1 실시예의 광부하보다 약간 크다. 이 실시예는 P편광성분을 쉽게 제공할 수 있다.

지금부터 제 3 실시예를 설명할 것이다. 제 3 도는 본 발명의 레이저장치의 제 3 실시예의 정면도이다. 제 3 실시예의 기본적인 구조는 제 2 실시예의 구조와 같다. 파브리-페로 에탈론(6)이 1/4파장판(4)과 전반사거울(3) 사이에 제공되어 있다는 차이점이 있을 뿐이다. 제 3 실시예의 기본작용은 제 2 실시예의 작용과 같다. 따라서, 상세한 설명을 생략하기로 한다.

지금부터 제 4 실시예를 설명할 것이다. 제 4 도는 본 발명의 레이저장치의 제 4 실시예의 정면도이다. 제 4 도에서, 광학공진기는 전반사거울(2) 및 (3)을 포함한다. 방전관(1)은 전반사거울(2)과 전반사거울(3) 사이의 광학공진기의 광로상에 제공되어 있다. 방전관(1)이 여기되면, 자외선의 레이전비임을 발생한다. S편광성분에 대한 P편광성분의 비율을 변환하는 편광변환소자로서의 1/4파장판(4)과 편광비임 분할소자로서의 편광 비임분할기(5)는 도시되어 있듯이 광학공진기의 광로에 제공되어 있다. 방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭된 출력광비임(8)은 외부로 출력되는 편광비임(7)과 편광비임분할기(5)에 의해 출력되는 편광비임(9)으로 분리된다.

파장선택소자로서의 파브리-페로 에탈론(6)은 방전관(1)과 1/4파장판(4) 사이에 제공되므로 특정한 협대역 광비임만이 광학공진기에서 발진한다.

지금부터 제 4 실시예의 레이저장치의 작용을 설명한 것이다.

방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭된 광비임(8)은 편광성분(8)에 따라 분할된다. 하나의 편광성분은 출력광비임(7)으로 출력된다. 또 다른 성분광비임인 광비임(9)은 편광비임분할기(5)에서 반사된다. 광비임(9)은 전반사거울(2)에서 반사된다. 반사된 광비임(10)은 다시 편광비임분할기(5)에서 반사되어 레이저매체에 의해 증폭된다. 증폭된 광비임은 파장을 선택하는 파브리-페로 에탈론(6)을 통해 투과된다. 파브리-페로 에탈론(6)으로 부터의 광비임(11)은 전반사거울(3)을 경유하여 1/4파장판(4)을 통해 두 번 투과되어 반사광비임(12)을 발생시킨다. 1/4파장판(4)을 통하는 두번의 투과는 1/2파장판을 통하는 한번의 투과와 같다. 따라서, 한쪽방향으로 편광된 광비임(11)은 두개의 편광성분을 갖는 반사광비임(12)으로 변환된다. 반사된 광(12)은 파브리-페로 에탈론(6)을 통해 투과된다. 파브리-페로 에탈론(6)로부터 광비임(113)은 방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭되어 광비임(8)을 발생시킨다. 광비임(7)의 하나의 편광성분은 출력광비임으로 편광비임분할기(5)를 통해 투과된다. 또 다른 성분은 발진을 유지하는 광비임(9)으로 편광비임분할기(5)에서 반사된다. 위에서 언급했듯이, 출력광비임(7)의 강도는 레이저매체의 이득만큼 광비임(113)의 강도보다 크므로 파브로-에탈론(6)의 변형과 특성의 저하를 줄일 수 있다. 제 4 실시예에서 사용한 파브리-페로 에탈론(6)의 광부하는 제 1 실시예의 광부하보다 약간 크다. P편광성분을 투과시키는 편광비임분할기가 쉽게 제공될 수 있기 때문에, 이 실시예는 P로 편광된 광을 제공한다.

지금부터 제 5 실시예를 설명할 것이다. 제 5 도는 본 발명의 레이저 장치의 제 5 실시예의 정면도이다. 제 5 도에서 방전관(1)은 레이저 매체로 양족기체와 할로겐기체의 혼합기체를 포함한다. 광학공진기는 전반사거울(2) 및 (3)을 포함하고, 방전관(1)은 전반사거울(2)과 전반사거울(3) 사이의 광학공진기의 광로에 제공되어 있다. 방전관(1)이 여기될 때, 자외선의 레이저 비임이 발생한다. S편광성분에 대한 P편광성분의 비율을 변환시키는 편광 변환소자로서의 1/4파장판(4)과 편광비임분할소자로서의 월라스톤프리즘(111)이 도시되어 있듯이 광학공진기의 광로에 제공되어 있다. 방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭된 출력광비임(8)은 외부로 출력되는 편광비임(7)과 월라스톤프리즘(11)에 의해 출력되는 편광비임(9)으로 분할된다.

파장선택소자로서의 파브리-페로 에탈론(6)은 월라스톤프리즘(111)과 전반사거울(2) 사이에 제공되어 특정한 협대역 광비임만을 광학공진기에서 발진시킨다.

지금부터 제 5 실시예의 레이저장치의 작용을 설명할 것이다.

방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭된 광비임(8)은 편광성분에 따라 분할된다. 하나의 편광성분은 출력 광비임(7)으로 출력된다. 또 다른 성분 광비임인 광비임(9)은 파브리-페로 에탈론(6)에 의해 파장선택되어지고 전반사거울(2)에서 반사된다. 반사된 광비임(10)은 파브리-페로 에탈론(6) 및 월라스톤프리즘(111)을 통해 다시 투과되어 레이저매체에 의해 증폭된다. 증폭된 광비임(11)은 1/4파장판(4)에 들어간다. 전반사거울(3)을 경유하여 두번 1/4파장판(4)을 통해 투과되어 반사광비임(12)을 만든다. 1/4파장판(4)을 통하는 두번의 투과는 1/2파장판을 통하는 한번의 투과와 같다. 따라서, 한쪽방향으로 편광된 광비임(11)은 두개의 편광성분을 갖는 반사광비임(12)로 변환된다. 반사된 광(12)은 방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭되어 광비임(8)으로 된다. 광비임(8)의 하나의 편광성분은 월라스톤 프리즘(111)을 통해 출력광비임(7)로 투과된다. 또 다른 성분은 발진을 유지시키는 광비임으로 월라스톤프리즘(111)을 통해 투과된다. 위에서 언급했듯이, 출력광비임(7)의 강도는 레이저매체의 이득만큼 광비임(9)의 강도보다 크므로 파브리-페로 에탈론(6)의 변형 및 특성의 저하를 감소시킬 수 있다.

지금부터 제 6 실시예를 설명할 것이다. 제 6 도는 본 발명의 레이저장치의 제 6 실시예의 정면도이다. 제 6 도에 있어서, 광학공진기는 전반사거울(2) 및 (3)을 포함한다. 방전관(1)은 전반사거울(2)과 전반사거울(3) 사이의 광학공진기의 광로에 제공되어 있다. 방전관(1)이 여기되면, 자외선의 레이저 비임이 발생한다. 편광성분 S에 대한 편광성분 P의 비율을 변환시키는 편광 변환소자로서의 1/4파장판(4)과 편광비임 분할소자로서의 월라스톤프리즘(111)은 도시되어 있듯이, 광학공진기의 광로에 제공되어 있다. 방전관(1)의 레이저 매체에 의해 증폭된 출력광비임(8)은 외부로 출력하는 편광비임(7)과 월라스톤프리즘(111)에 의한 편광비임(9)로 나누어진다.

파장선택소자로서의 파브리-페로 에탈론(6)은 방전관(1)과 1/4파장판 사이에 제공되므로 특정한 협대역 광비임만을 광학공진기에서 발진시킨다.

지금부터 제 6 실시예에의 레이저장치의 작용을 설명할 것이다.

방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭된 광비임(8)은 편광성분에 따라 분할된다. 하나의 편광성분은 분할되어 출력광비임(7)으로 출력된다. 또 다른 성분의 광비임인 광비임(9)는 분할되어 월라스톤프리즘(111)에 의해 된다. 광비임(9)은 전반사거울(2)에 반사된다. 반사된 광(10)은 월라스톤프리즘(11)을 다시 통과하고, 이 월라스톤프리즘은 광비임(10)을 방전관(1)에 대한 광통로에 귀환시킨다. 월라스톤프리즘(111)으로부터의 광은 레이저매체에 의해 증폭된다. 증폭된 광비임은 파장선택을 하는 파브리-페로 에탈론(6)을 통해 투과된다. 파브리-페로 에탈론(6)으로부터의 광비임(11)은 전반사거울(3)을 경유하여 1/4파장판을 통해 두번 투과되어 반사광비임(12)을 발생시킨다. 1/4파장판(4)을 통하는 두번의 투과는 1/2파장판을 하는 한번의 투과와 같다. 따라서, 한쪽방향으로 편광된 광비임(11)은 두개의 편광성분을 갖는 반사광비임(12)로 변환된다. 반사된 광(12)은 파브리-페로 에탈론(6)을 통해 투과된다. 파브리-페로 에탈론(6)으로부터의 광비임(113)은 방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭되어 광비임(8)을 발생시킨다. 광비임(8)의 하나의 편광성분은 월라스톤프리즘(111)에 의해 한쪽방향으로 굴절되고, 출력광비임(7)으로 출력된다. 또 다른 성분은 발진을 유지하는 광비임(9)으로 다른 방향으로 굴절된다. 위에서 언급했듯이, 출력광비임(7)의 강도는 레이저매체의 이득만큼 광비임(113)의 강도보다 크므로 파브리-페로 에탈론(6)의 변형 및 특성의 저하를 상당히 감소시킬 수 있다. 제 2 실시예에서 사용한 파브리-페로 에탈론(6)의 광부하는 제 1 실시예의 광부하 보다 약간 크다.

지금부터 제 7 실시예를 설명할 것이다. 제 7 도는 본 발명의 레이저장치의 제 7 실시예의 정면도이다.

제 7 도에서, 방전관(1)은 레이저매체로 영족기체 및 할로겐기체의 혼합기체를 포함한다. 광학공진기는 전반사거울(2) 및 (3)을 포함하고 방전관(1)은 전반사거울(2)과 전반사거울(3) 사이의 광학공진기의 광로에 제공되어 있다. 방전관(1)에 여기될 때, 자외선의 레이저비임이 발생한다. S편광성분에 대한 P편광성분의 비율을 변환시키는 편광변환 소자로서의 1/4파장판(4) 및 편광비임분할소자로서의 편광비임분할기(5)는 도시되어 있듯이, 광학공진기의 광로에 제공되어 있다. 방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭된 출력광비임(8)은 1/4파장판(4)을 통해 투과되고 바깥쪽으로 출력되는 편광비임(7)과 편광비임분할기(5)에 의한 편광비임(9)으로 분리된다.

파장선택소자로서의 파브리-페로 에탈론(6)을 편광비임분할기(5)와 전반사 거울(2) 사이에 제공하므로서 특정한 협대역 광비임만을 광학공진기에서 발진시킨다.

지금부터 제 7 실시예의 레이저장치의 작용을 설명할 것이다.

방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭된 광비임(8)은 편광성분에 따라 분할된다. 하나의 분할된 성분은 출력광비임(7)으로 출력된다. 또 다른 성분 광비임인 광비임(9)은 평관비임분할기(5)를 통해 투과된다. 광비임(9)은 파브리-페로 에탈론(6)에 의해 파장선택되어 전반사거울(2)에서 반사한다. 반사된 광비임(10)은 파브리-페로 에탈론(6) 및 편광비임분할기(5)를 통해 다시 투과되고, 1/4파장판(4)을 통해 투과된 후 레이저매체에 의해 증폭된다. 광비임(11)은 전반사거울(3)을 경유하며 1/4파장판(4)을 통해 투과된다. 1/4파장판(4)을 통하는 두번의 투과는 1/2파장판을 통하는 한번의 투과와 같다. 따라서, 한쪽방향으로 편광된 광비임(11)은 두개의 편광성분을 갖는 반사광비임(12)으로 변환된다. 전반사거울에서 반사된 광은 방전관의 레이저메체에 의해 증폭되어 광비임(8)을 발생시킨다. 광비임(12)의 하나의 편광성분은 출력광비임(7)으로 편광비임분할기(5)에서 반사된다. 또 다른 성분은 발진을 유지시키는 광비임(9)으로 편광비임분할기(5)를 통해 투과된다. 위에서 언급했듯이, 출력광(7)의 강도는 레이저매체의 이득만큼 광비임(9)의 강도보다 크다. 따라서, 파브리-페론 에탈론(6)의 변형 및 특성저하를 상당히 감소시킬 수 있다. 1/4파장판의 공부하는 1/4파장판(4)가 방전관(1)과 전반사거울(3) 사이에 위치할 경우보다 크다. 그러나, 출력을 효율은 같다.

지금부터 제 8 실시예를 설명할 것이다. 제 8 도는 본 발명의 레이저장치의 제 8 실시예의 정면도이다. 제 8 도에서 방전관(1)은 레이저매체로 영족기체 및 할로겐기체의 혼합가스를 포함한다. 광학공진기는 전반사거울(2) 및 (3)을 포함하고, 방전관(1)은 편광비임분할기(5)를 경유하여 전반사거울(2)과 전반사거울(3) 사이의 광로에 제공되어 있다. 방전관(1)이 여기될 때, 자외선의 레이저비임이 발생한다. 편광성분 S에 대한 P편광성분의 비율을 변환시키는 편광변환소자로서의 1/4파장판(4)과 편공비임분할소자로서의 편광비임분할기(5)가 도시되어 있듯이 광학공진기의 광로에 제공되어 있다. 방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭된 출력광비임(8)은 바깥쪽으로 출력되는 편광비임(7)과 1/4파장판을 통하여 투과된 후, 편광비임분할기(5)에 의한 편광비임(8)으로 나누어진다.

파장선택소자로서의 파브리-폐로 에탈론(6)이 편광비임분할기(5)와 전반사거울(2) 사이에 제공되므로 특정한 협대역 광비임만을 광학공진기에서 발진시킨다.

지금부터 제 8 실시예의 레이저장치의 동작을 설명할 것이다.

방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭된 광비임(8)은 1/4파장판(4)을 통해 투과된 후 편광성분에 따라 분리된다. 하나의 편광된 성분은 편광비임분할기(5)를 통해 투과되고 출력광비임(7)으로 출력된다. 또 다른 성분 광비임인 광비임(9)은 편광비임분할기(5)에 의해 반사된다. 광비임(9)은 파브리-페로 에탈론(6)에 의해 파장선택되고 전반사거울(2)에서 반사된다. 반사된 광비임(10)은 파브리-페로 에탈론(6)을 통해 투과되고, 편광비임분할기(5)에 의해 다시 반사되고 1/4파장판(4)을 통해 투과한 후 레이저매체에 의해 증폭된다. 광비임(11)은 전반사거울(3)을 경유하여 1/4파장판(4)을 통해 두번 투과된다. 1/4파장판을 통하는 두번의 투과는 1/2파장판을 통하는 한번의 투과와 같다. 따라서, 한쪽방향으로 편광된 광비임(11)은 두개의 편광성분을 갖는 광비임(12)으로 변환된다. 광비임(12)은 방전관(1)의 레이저매체에 의해 중복된다. 광비임(12)의 하나의 편광성분은 출력광비임(7)으로 편광비임분할기(5)를 통해 투과된다. 또 다른 성분은 발진을 유지시키는 광비임(9)으로 편광비임분할기(5)에서 반사된다. 위에서 언급했듯이, 출력광비임(7)의 강도는 레이저매체의 이득만큼 광비임(9)의 강도보다 크므로 파브리-페로 에탈론(6)의 변형 및 특성의 저하를 상당히 감소시킬 수 있다. 1/4파장판(4)의 광부하는 1/4파장판(4)이 방전관(1)과 전반사거울(3) 사이에 위치할 경우 보다 크다. 그러나, 출력효율은 같다. 이 실시예는 P로 편광된 성분광을 쉽게 제공한다.

지금부터 제 9 실시예를 설명할 것이다. 제 9 도는 본 발명의 레이저장치의 제 9 실시예의 정면도이다. 제 9 도에서, 방전관(1)은 레이저매체로 영족기체 및 할로겐기체의 혼합기체를 포함한다. 광학공진기는 전반사거울(2) 및 (3)을 포함하고, 방전관(1)은 전반사거울(2)과 전반사거울(3) 사이의 광학공진기의 광로상에 제공되어 있다. 방전관(1)이 여기될 때, 자외선의 레이저비임이 발생한다. 편광성분 S에 대한 P편광성분의 비를 변환시키는 편광변환소자로서의 1/4파장판(4)과 편광비임분할소자로서의 편광비임분할기(5)는 도시되어 있듯이 광학공진기의 광로상에 제공되어 있다. 방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭된 출력광비임(8)은 1/4파장판(4)을 통해 투과된다. 1/4파장판(4)으로부터의 광비임은 바깥쪽으로 출력되는 편광비임(7)과 편광비임 분할기(5)에 의한 편광비임(9)으로 분리된다.

파장선택소자로서의 파브리-페로 에탈론(6)이 방전관(1)과 전반사거울(2) 사이에 제공되어 있으므로 특정한 협대역 광비임만을 광학공진기에서 발진시킨다.

지금부터 제 9 실시예의 레이저장치의 동작을 설명할 것이다.

방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭된 광비임(8)은 1/4파장판(4)을 통해 투과한 후 편광성분에 따라 분할된다. 하나의 편광성분은 출력광비임으로 출력된다. 또 다른 성분광비임인 광비임(9)은 편광비임분할기(5)를 통해 투과된다. 반사된 광비임(10)은 다시 편광비임분할기(5)를 통해 투과되고, 1/4파장판(4)을 통해 투과한 후 레이저매체에 의해 증폭된다. 광비임(11)은 전반사거울(3)을 경유하여 1/4파장판(4)을 통해 두번 투과된다. 1/4파장판(4)을 통하는 두번의 투과는 1/2파장판을 통하는 한번의 투과와 같다. 따라서, 한쪽방향으로 편광된 광비임(11)은 두개의 편광성분을 갖는 반사광비임(12)으로 변화된다. 1/4파장판(4)으로부터의 광비임은 레이저매체에 의해 증폭되고, 파브리-페로 에탈론(6)을 통해 투과된다. 전반사거울(3)에서 증폭된 광의 비임 및 반사광은 파브리-페로 에탈론(6)에 의해 파장선택된다. 파장이 선택된 후, 광비임은 방전관(1)의 레이저매체에 의해 증폭되어 광비임(8)을 발생시킨다. 광비임(12)의 하나의 편광성분은 출력광비임(7)으로 편광비임분할기(5)에서 반사된다. 또 다른 성분은 발진을 유지시키는 광비임(9)으로 편광비임분할기(5)를 통해 투과된다. 위에서 언급했듯이, 출력광비임의 강도는 레이저매체의 이득만큼 광비임(9)의 강도보다 크므로 파브리-페로 에탈론(6)의 변형 및 특성저하를 상당히 줄일 수 있다. 제 9 실시예에서 이용된 파브리-페로 에탈론(6)의 광부하는 제 1 실시예의 광부하보다 약간 크다.

지름부터 제 10 도와 관련지어 제 10 실시예를 설명할 것이다.

제 10 도는 협대역 레이저장치의 제 10 실시예의 정면도이다. 제 10 도에서 광학공진기는 전반사거울(2) 및 (3)을 포함하고, 레이저매체로 영족기체와 할로겐기체의 혼합기체를 포함하는 방전관(1)은 전반사거울(2)과 전반사거울(3) 사이의 광학공진기의 광로상에 제공되어 있다. 방전관(1)이 여기될 때, 자외선의 레이저비임이 발생한다. 공진기의 광로에서, 편광비임분할기(81)은 방전관(1)과 제 1 전반사거울(2) 사이에 제공되어 있다. 편광비임분할기는 방전관(1)과 제 2 전반사거울(3) 사이에 제공되어 있다. 편광비임분할기(81)는 다른 편광성분을 갖는 광비임의 전파방향을 분할한다. 그러나, 하나의 전파성분의 부분은 편광비임분할기(81)에서 반사되고 나머지 성분은 편광비임분할기(81)을 통해 투과된다. 예를들면, 편광비임분할기(81)는 S편광성분을 100% 반사시키고, P편광성분의 비율 T를 투과시키지만 P편광성분을 (1-T)비율을 반사시킨다. T비율은 대략 0.005에서 0.8이다. 편광비임분할기(5)는 다른 편광성분의 광비임의 전파방향을 분할시킨다. 예를들면, S편광의 100%를 투과시키고, P의 편광의 100%를 반사시킨다. 따라서, S편광(99)이 출력된다. 파브리-페로 에탈론(6)은 파장선택소자로서 편광비임분할기(81)와 제 1 전반사거울(2) 사이에 제공된다. 1/4파장판(4) 및 제 3 전반사거울을 발진을 유지시키는 공진기의 광로가 아닌 편광비임분할기(81)에서 분할된 광로에 제공된다.

지금부터 위에서 언급한 실시예의 작용을 설명한 것이다.

편광비임분할기(81)는 부분적으로 입사된 증폭된 P편광비임(94)을 투과시킨다. 투과된 P편광비임(89)은 광비임(89)으로부터 특정의 파장성분만을 선택하는 파장선택소자의 파브리-페로 에탈론(6)에 들어간다. 파브리-페로 에탈론(6)을 통해 투과된 광비임은 제 1 전반사거울에서 반사된다. 광비임(90)이 P편광비임이므로 편광비임분할기(81)는 광비임(90)[광비임(91)]의 부분을 투과시킨다. 방전관(1)은 광비임(91)을 증폭시켜 광비임(92)을 출력시킨다. 광비임(12)이 편광되어지므로 편광비임분할기(5)는 광비임(92)를 반사시킨다. 투과된 광비임은 제 2 전반사거울(3)에서 반사되고, 다시 광비임(93)으로 편광비임분할기(5)에서 반사된다. 광비임(93)은 방전관(1)에 의해 증폭되어 광비임(94)을 출력시킨다. 광비임(94)의 다른 부분은 앞에서 언급한 방식으로 발진을 유지시키는 광비임(89)으로 편광비임분할기(81)에서 반사한다. 광비임(94)의 부분은 광비임(95)으로 편광비임분할기(81)에서 반사된다. 광비임(95)은 1/4파장판(4)을 투과한다. 투과된 광비임은 제 3 전반사거울(88)에서 반사되고, P편광비임을 S편광비임인 광비임(96)으로 변환시키는 1/4파장판(4)을 다시 투과한다. 1/4파장판(4)을 통하는 두번의 투과는 1/2파장판을 통하는 한번의 투과와 같다. 만일, 1/4파장판(4)이 광축이 입사광의 편광면에 대해 경사각이 45°이면, P편광입사각은 S편광으로 전체가 변환된다는 것을 알 수 있다. 편광비임분할기(81)는 S편광비임(96)을 100% 반사시켜 S편광비임을 발생하게 하여 방전관(1)이 이 S편광비임을 증폭한다. 증폭된 S편광비임(98)은 편광비임분할기(5)를 투과하여 전체가 S편광출력비임(99)을 발생시킨다.

위에서, 언급했듯이, 출력광비임(99)의 강도가 레이저매체의 이득만큼 파브리-페로 에탈론(6)에 입사된 광비임(89)의 강도보다 크므로, 즉 출력광비임이 방전관(1)에 의해 증폭된 후 얻어지기 때문에 파브리-페로 에탈론(6)의 변형 및 특성의 저하를 상당히 감소시킬 수 있다. 이 실시예에서 파브리-페로 에탈론(6)의 변형 및 특성의 저하가 제 1 실시예보다 더 감소하는데 그 이유는 파장이 선택된 광비임(90)은 방전관(1)에 의해 3배로 증폭되는 반면, 파장이 선택된 제 1 도의 광비임(10)은 두배로 증폭되기 때문이다.

제 22 도는 편광비임분할기(81)의 P성분의 투과율에 대한 파브리-페로 에탈론(6)의 출력광비임(99)의 광강도와 비임(89)의 광강도 사이의 관계를 도시한 계산결과이다. 이 결과는 리그로드저 더블유·더블유·리드로스씨가 1965년 8월에 발간한 저어널 오브 어플라이드 피직스의 제 36권 제 8 호, 2487-2490페이지의 고이득 레이저 포화의 방정식(7),(11)("Saturation Effects in High-Gain Lasers" by W.W.RIGROD, Journal of Applied Physics, Vol. 36, No 8, P2487-P2490, August 1965(Eqs. 7 and 11 of the document)에 의해 얻어진다. 이 결과는 편광비임분할기(8)의 P편광비임의 투과율에 대한 포화광세기 I_S에 의해 정규화된 출력광강도 I_OUTS/I_S와 에탈론 부하 광강도 I_E/I_S를 나타낸다.

제 25 도는 제 23 도의 선행기술의 파브리-페로 에탈론(104)의 광부하로 출력광비임의 광강도와 비임(108)의 광강도 사이의 관계를 도시한 계산결과이다. 이 결과는 위에서 언급한 문서의 방성직에 의해 얻어진다. 이 결과는 반투명 거울(103)의 반사율 R에 대한 포화광강도에 의해 정규화된 출력광강도 I_OUT/I_S와 에탈론 부하 광강도 I_E/I_S를 나타낸다.

본 발명의 실시예인 제 22 도와 선행기술인 제 25 도의 결과를 비교하면, 본 발명의 실시예는 제 23 도의 선행기술보다 작은 I_E으로 동일한 I_OUT를 출력시킬 수 있다는 것이 명백하다. 즉 제 22 도에서 I_OUT/I_S=0.3일 때, I_E/I_S=0.004인 반면 제 25 도에서 I_E/I_S=0.41로 되어 나중것이 처음것의 백배 이상이다. 따라서, 파브리-페로 에탈론(6)에 대한 입사광의 광의 강도는 상당히 감소하게 된다. 더우기, 다음과 같은 현저한 특징이 있다.

선행기술의 제 25 도에서, R의 값이 0.15일때, 최대출력값 I_OUT/I_S=0.31이 얻어진다. 한편, 본 발명의 실시예에서, T=0.58일때, 최대출력값 I_OUT/I_S=0.83이 얻어진다. 따라서, 본 발명의 출력은 선행기술에서 보다 2.7배가 된다. 이는 본 발명의 레이저장치가 레이저장치로서 우수함을 알 수 있다.

위에서 언급했듯이, 이 실시예에서 파브리-페로 에탈론(6)을 통해 투과되는 광에너지가 크게 감소하고 우수한 출력효율의 특성을 나타내는 협대역 레이저장치가 제공된다.

지금부터 제 11 도와 관련지어 본 발명의 제 11 실시예를 설명할 것이다.

제 11 도는 협대역 레이저장치의 제 11 실시예의 정면도이다. 제 11 도에 있어서, 광학공진기는 전반사거울(2) 및 (3)을 포함하고, 레이저매체로서 영족기체와 할로겐 기체의 혼합기체를 포함하는 방전관(1)은 전반사거울(2)과 전반사거울(3) 사이의 광학공진기의 광로에 제공된다. 방전관(1)이 여기되며, 자외선의 레이저비임이 발생한다. 공진기의 광로에서, 편광비임분할기(81)는 방전관(1)과 제 1 전반사거울(2) 사이에 제공되어 있다. 편광비임분할기(5)는 방전관(1)과 제 2 전반사거울(3) 사이에 또한 제공되어 있다. 편광비임분할기(81)는 다른 편광성분을 갖는 비임광의 전파방향을 상이한 비율로 분할한다. 예컨대, P성분의 30%는 반사하고 70%는 투과한다. 그리고, S성분 모두를 투과시킨다. 그러나, 이 비율은 변할 수도 있다. 편광비임분할기(5)는 다른 편광방향의 광비임의 전파방향을 분할한다. 예컨데, 이것은 S성분은 반사하고 P성분을 투과한다. 1/4파장판(4) 및 제 3 전반사거울은 편광비임분할기(81)에서 분할된 광로, 즉 발진을 유지시키는 공진기의 광로외의 광로에 제공되어 있다. 파브리-페로 에탈론(6)은 편광비임분할기(81)와 전반사거울(2) 사이의 공진기의 광로에 제공되어 있다.

아래에서, 위에서 언급한 실시예의 동작을 설명할 것이다.

편광비임분할기(81)는 부분적으로 입사된 증폭된 P편공비임(94)를 투과시킨다. 투과된 P편광비임(89)은 P편광성분을 S편광성부으로 변환시키는 1/4파장판에 제3전반사거울(89)을 경유해 두번 통과한다. 광비임(90)이 S편광비임이므로 편광비임분할기(81)는 광비임(90)[광비임(91)]의 부분을 투과시킨다. S성분의 부분은 편광비임분할기(81)에서 반사된다. 방전관(1)은 광비임(91)을 증폭시켜 광비임(92)를 출력시키다. 광비임(92)의 S편광이기 때문에 편광비임분할기(5)는 광비임(92)을 반사시킨다. 한편, 편광비임분할기(81)에 의해 부분적으로 반사된 P성분은 파브리-페로 에탈론(6)을 통해 투과되고 전반사거울(2)에 의해 뒤로 반사된다. 파브리-페로 에탈론(6)에 의해 선택된 파장의 광비임은 다시 편광비임분할기(81)에 의해 반사되고, 방전관(1)에 의해 증폭된다. 이 P성분은 편광비임분할기(5)를 통해 투과되고 제 2 전반사거울(3)에서 반사된다. 이 성분은 발진을 유지하는데 이용된다.

지금부터, 제 12 도와 관력지어 본 발명의 제 12 실시예를 설명할 것이다.

제 12 도는 협대역 레이저장치의 제 12 실시예의 정면도이다. 제 12 도에서, 광학공진기는 전반사거울(2)과 전반사거울(3)을 포함하고, 레이저매체로서 영족기체와 할로겐기체의 혼합기체를 포함하는 방전관(1)은 전반사거울(2)과 전반사거울(3) 사이의 광학공진기의 광로에 제공되어 있다. 방전관(1)이 여기될때, 자외선의 레이저비임이 발생한다. 공진기의 광로에서 편광비임분할기(81)는 방전관(1)과 제 1 전반사거울(2) 사이에 제공되어 있다. 편광비임분할소자로서의 월라스톤프리즘(111)은 방전관(1)과 제2전반사거울(3) 사이에 제공되어 있다. 편광비임분할기(81)는 다른 편광성분을 갖는 광비임의 전파방향을 분할한다. 그러나, 하나의 편광성분의 부분은 편광비임분할기(81)에서 반사되고, 나머지 부분은 편광비임분할기를 통해 투과한다. 월라스톤프리즘은, 도시되어 있듯이 다른 방형의 P 및 S성분의 광로를 굴절시키므로서, 다른 편광방향의 광비임의 전파방향을 분할한다. 파브리-페로 에탈론(6)은 파장선택소자로 편광비임분할기(81)와 제 1 전반사거울(2) 사이에 제공되어 있다. 1/4파장만(4) 및 제 3 전반사거울은 편광비임분할기(81)에서 분리된 광로, 즉 발진을 유지시키는 공진기의 광로 이외의 광로에 제공되어 있다.

지금부터 위에서 언급한 실시예의 작용을 설명할 것이다.

편광비임분할기(81)는 부분적으로 입사한 증폭된 P편광비임(14)을 투과시킨다. 투과한 P편광비임(89)은 광비임(89)으로부터의 특정의 파장성분만을 선택하는 파장선택소자로의 파브리-페로 에탈론(6)에 들어간다. 다음, 파브리-페로 에탈론(6)을 통해 투과한 광비임은 제1전반사거울(2)에서 반사된다. 광비임(90)이 P편광비임이므로 편광비임분할기(81)는 광비임(90)[광비임(91)]의 부분을 투과시킨다. 방전관(1)은 광비임(91)을 증폭시켜 광비임(92)을 출력시킨다. 광비임(92)이 P로 편광되므로서 월라스튼프리즘(111)은 한쪽방향으로 광비임(92)을 투과시켜 굴절한다. 투과한 광비임은 제 2 전반사거울(3)에서 반사되고, 광비임(93)으로 편광비임분할기(5)를 통해 광비임(93)을 귀환시킨 후 다시 방전관(1)에 투과된다. 광비임(93)은 방전관(1)에 의해 증폭되어 광비임(94)을 발생시킨다. 광비임(94)의 부분은 앞에서 언급한 방식으로 발진을 유지시키는 광비임(89)으로 편광비임분할기(81)를 투과한다. 광비임(94)의 다른 부분은 광비임(95)으로 편광비임분할기(81)에서 반사된다. 광비임(95)는 1/4파장판(4)을 통해 투과된다. 투과된 광비임은 제 3 전반사거울(88)에서 반사하고, P편광비임을 S편광비임인 광비임(8)으로 변환시키는 1/4파장판(4)을 다시 투과한다. 1/4파장판(4)을 통하는 두번의 투과는 1/2파장판을 통하는 한번의 투과와 간다. 1/4파장판(4)의 광축이 입사광의 편광면에 대해 경사각 45°로 갖도록 설정되면, P편광입사광은 S편광으로 전체가 변환한다. 편광비임분할기(81)는 S편광비임(96)을 100% 반사시켜 S편광비임을 발생시킨 후 방전관(1)에 의해 증폭된다. 증폭된 S편공비임(98)은 월라스톤프리즘(111)을 통해 투과하여 S편광 출력비임(99)을 출력시킨다.

위에서 언급했듯이, 출력광비임(99)이 강도가 레이저매체의 이득만큼 파브리-펠로 에탈론(6)에 입사된 출력광비임(89)의 강도보다 크므로, 즉 방전관에 의해 증폭된 후 얻어지기 때문에 파브리-페로 에탈론(6)이 변형과 특성의 저하를 상당히 줄일 수 있다. 선택된 파장의 광비임(90)이 방전관(1)에 의해 3배로 증폭되고, 선택된 파장의 제 1 도의 광비임(10)이 2배로 증폭되기 때문에 이 실시예의 파브리-페로 에탈론(6)의 변형과 특성의 저하가 제 1 실시예보다 적다.

상기에서 언급한 실시예는 파브리-페로 에탈론(6), 1/4파장판(4), 편광비임분할기(5),(81) 및 월라스톤프리즘(111)을 사용하여 설명했다.

지금부터, 그러한 소자를 사용한 다른 실시예를 설명할 것이다.

제 13a 도는 1/4파장판(4) 및 전반사거울(3)의 배열을 도시하였다. 제 13b 도 및 제 13c 도는 이들 소자에 같은 소자를 사용한 같은 구조를 도시한다. 위상지연거울(140)과 전반사거울(3)과의 결합은 1/4파장판(4)과 전반사거울(3)과의 결합과 같은 역할을 한다. 위상지연프리즘(40)의 형태는 이들 결합과 같다. 따라서, 이들 결합과 소자는 서로 대신할 수 있다.

제 18 도는 위상지연프리즘(40)의 사시도이다. 제 18 도에서, 위상지연프리즘(40)은 합성수정 및 CaF₂와 같은 고투과율 재fy로 만들어진다. 반사방지도금면(AR 도금면)은 광비임(29)이 위상지연프리즘(40)으로 들어가가고 광비임(26)이 나가는 면(43)에 위에 형성되어 있다. 더구나, 이 반사방지도금면(43)은 약 2°로기울어져 있으므로, 방사방지도금면에 직접 반사된 입사광비임(29)은 출력광비임(26)과 섞이지 않는다. 따라서, 이 프리즘(40)은 일반적 형태의 45° 프리즘과는 달리 꼭지각이 45°, 47°, 및 88°이다. 표면(42)은 광비임을 직각으로 반사시킨다. 표면(42)위에 형성되어 있는 절연다중층이 절연층구조 및 두께에 따라 위상 차가 90°인 P 및 S편광성분을 발생시키고, 1/4파장판(4)과, 광학적으로 동일하다. 표면(42)에서 반사된 광비임은 전반사거울(41)에서 직가그로 반사하고, 반대방향으로 [광비임(26)]출력된다. 전반사거울면(41)은 절연다중층에 의해 쉽게 형성될 수 있다.

위에서 언급했듯이, 위상지연프리즘(40)은 1/4파장판(4) 및 제 2 전반사거울(88)의 기능을 하므로서 장치의 구조가 간단해지고 쉽게 조정할 수 있다.

제 14a 도는 파브리-페로 에탈론(6)을 도시한다. 제 14b 도 및 제 14c 도는 이들 소자와 동일한 소자를 도시한다. 프리즘(30)은 입사광으로부터 특정의 파장성분을 선택할 수 있다. 또한, 회절격자(20)는 입사광으로부터 특정의 파장성분을 선택할 수 있다. 따라서, 이들 소자는 서로 대치할 수 있다.

제 15a 도는 회절격자(20) 및 전반사거울(2)의 구조를 나타낸다. 제 15b 도는 제 15a 도의 구조와 동일한다. 리트로(Littrow) 방식의 회절격자 또는 에셀(echelle) 회절격자(60)는 특정의 파장성분을 분리하고 입사광에 반대방향으로 반사한다. 따라서, 이들 결합 및 소자를 서로 대치할 수 있다.

제 16a 도는 편광비임분할기(5)를 도시한다. 제 16b 도 및 제 16c 도는 편광비임분할기(5)와 이와 동등한 소자를 도시한다. 정육면체형 편광비임분할기는 입사광을 두 개의 편광성분으로 분할한다. 또한, 월라사톤프리즘(111)은 입사광을 두개의 편광성분으로 분할한다. 따라서, 이들 소자는 서로를 대치될 수 있다.

제 17a 도는 편광비임분할기(5) 및 프리즘(30)의 구성을 도시한다. 제 17b 도는 이들 소자와 동등한 소자를 도시한다. 편광비임분할프리즘(116)은 두개의 편광성분을 분할하고 이들을 통해 투과된 광으로부터의 소정의 파장성분을 분한한다. 이 반사면은 다중절연층을 포함하므로 이들의 결합 및 소자들 서로를 바꿀 수 있다.

위에서 언급한 레이저장치의 실시예에서 레이저발진은 P편광성분으로 이루어진 다음, P편광성분을 레이저비임을 출력시키도록 증폭되는 S편광 성분으로 변화한다. 이와는 반대로, 레이저발진이 S편광성분에 의해 수행되고, 다음 S편광성분은 레이저비임을 증폭시키도록 증폭되는 P편광성분으로 변화할 수 있다. 따라서, 위에서 언급한 실시예를 쉽게 수행하기 위해 발진 및 증폭이 둘중 어느 하나의 편광성분을 선택할 수 있다.

위에서 언급했듯이 프레넬 장사방형 프리즘(Fresnel rhomboid prism), 전반사 초색지움 1/4파장판(thrhee time total reflection ultra-achromatic quarter-wave plate)과 같은 여러 형태의 편광변화 소자들이 있다. 노출에 의해 커다란 반경을 얻기 위해, 수정판을 이용한 제 1 차 또는 복수차 1/4파장판을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 1/4파장판이 정밀해야 한다. 즉, 편광성분 P과 S사이의 비를 바꿀 수 있는 위상판이 이용될 수 있다.

더구나 다중층 정육면체 편광소자, 브루우스터 각의 반사판, 월라스톤프리즘 등은 위에서 언급된 편광비임분할기로서 이용될 수 있다. 노출을 위해 커다란 반경비비임을 얻기 위해 편광비임분할거울이 바람직하다. 제 19 도는 편광비임분할기(81)의 정면도이다. 이것을 편광비임분할기(81)의 결합과 같은 기능을 하기 위해 편광비임분할기(50)의 반투명거울(51)의 결합을 포함한다.

제 20 도에서 도시되어 있듯이, 또한 편광비임분할기(81)는 한쪽면이 수정 또는 CaF₂로 만들어지고 나머지면이 반투명막(44)으로 피복된 판(53)에 형성된 절연체로 만들어진 편광비임분할막(52)을 포함한다.

더구나, 다중층 정육면체 편광소자, 브루우스터 각의 투명판, 월라스톤판 등은 위에서 언급한 편광비임분할기로서 사용할 수 있다. 노출을 위해 카다란 직경비임을 얻기 위해 절연다중층 편광비임분할기를 이용하는 것이 바람직하다.

더구나, 위에서 언급한 실시예에서 파장선택소자는 편광비임분할기와 전반사거울(2) 사이에 제공되어 있다. 그러나, 파장선택소자는 출력레이저비임이 가장 강한 곳, 즉 레이저매체로부터의 출력광이 외부로 출력되는 편광비임분할기까지의 광로를 제외한 장소에 제공될 수 있다.

위에서 언급한 실시예에서 사용한 다중 파브리-페로 에탈론(6), 화절격자(20), 또는 프리즘은 파장선택소자로 이용될 수 있거나, 위에서 언급한 소자사이 사이의 결합이 이용될 수 있다. 또한, 회절격자의 파장선택 기능을 이용되는 에셀회절격자 또는 계단식 회절격자와 같은 파장선택소자와 전반사거울을 결합하는 소자가아 이용될 수 있다.

위에서 언급한 실시예에 이용된 프리즘에 있어서, 전반사거울은 이의 표면위에 형성되어 있다. 더구나, 소자의 수는 1/4파장판과 전반사거울(2)을 결합하므로서 줄일 수 있다. 즉, 전반사면이 MgF₂의 판 또는 수정위상판위에 형성된다. 다시말해, 소자들의 수는 상기 파장선택소자, 전반사거울, 1/4파장판, 편광비임분할기 등의 소자를 결합하는 소자를 사용하므로서 줄일 수 있다.

상기 실시예에 이용된 전반사거울이 100% 반사율을 가질 필요가 없고 광학공진을 유지하는 반사율이면 된다.

상기와 같이 본 발명에 따르면, 부분 편광된 광비임이 한 편광광비임으로부터 편광비임분할기에 의해 출력되고, 출력된 비임은 편광변환소자에 의해 편광비임 변환을 한후, 레이저매체에 의해 증폭되고, 증폭된 비임은 편광비임분할기에 의해 출력된다. 따라서, 파장선택요소를 통해 투과된 광에너지는 레이저매체의 이득의 역수만큼 감소되어 파장선택요소의 변형이나 질적 저하는 감소된다. 그 결과, 선택파장의 변동이나 출력의 감소열이 사진평판용 노출광원으로 적합한 협대역 레이저장치에 제공된다.

Claims (28)

1. 협대역 레이저장치는 (a) 제 1 반사수단(2)과 제 2 반사수단(3)을 포함하는 광학공진기와, (b) 여기수단을 포함하고 광학공진기의 광로에 제공되어 빛을 방출하는 레이저매체(1)와, (c) 제 1 반사수단(2)과 레이저매체(1) 사이의 광로에 제공되어, 상기 광을 출력광으로 제 1 편광성분과, 제 2 편광성분으로 분할하며, 상기 제 2 편광성분을 제 1 반사수단 쪽으로 향하도록 정렬된 편광비임분할수단(5)과, (d) 제 2 반사수단과 레이저매체(1) 사이의 광로에 제공되어, 상기 광으로부터 소정의 파장성분을 선택하는 선택수단(6)과, (e) 상기 편광비임분할수단(5)과, 상기 제 2 반사수단(3) 사이의 광로에 제공되어, 상기 광에 따라 제 1 편광성분과 제 2 편광성분을 발생시키는 편광변환수단(4)을 구비한 협대역 레이저장치.
2. (a) 제 1 반사수단(2)과, 제 2 반사수단(3)을 포함하는 광학공진기와, (b) 여기수단을 포함하고 광학공진자의 광로에 제공되어 빛을 방출하는 레이저매체(1)와, (c) 제 1 반사수단(2)과 레이저매체(1)의 광로에 제공되어 제 1 편광성분을 투과시키고 제 2 편광성분은 반사시키는 편광비임분할수단(5)과, (d) 제 1 반사수단(2)과 편광비임분할수단(5) 사이의 광로에 제공되어, 제 2 편광성분으로부터 소정의 파장성분을 선택하는 선택수단(6), (e) 상기 편광비임분할수단(5)과 레이저매체(1) 사이의 광로에 제공되어, 상기 광에 따라 제 1 편광성분과 제 2 편광성분을 발생시키는 편광변환수단(4)을 구비한 협대역 레이저장치.
3. (a) 제 1 반사수단(2)과 제 2 반사수단(3)을 포함하는 광학공진기와, (b) 여기 수단을 포함하고, 광학공진기의 광로에 제공되어 광을 방출시키는 레이저 매체(1)와, (c) 상기 제 1 반사수단(2)과 상기 레이저매체(1) 사이의 광로에 제공되어 상기 광의 제 1 편광성분을 투과시키고 제 2 편광성분은 반사시키고, 상기 제 2 편광성분을 반사시키므로서 광로를 굴절시키는 편광비임분할수단과, (d) 제 1 반사수단(2)과 편광비임분할수단(5) 사이의 광로 사이에 제공되어, 상기 광의 제 2 편광성분으로부터 소정의 파장성분을 선택하는 선택수단(6)과, (e) 상기 편광비임분할수단(5)과 제 2 반사수단(3) 사이의 광로에 제공되어 상기 광에 따라 제 1 및 제 2 편광 성분을 발생시키는 편광변환수단(4)을 구비한 협대역 레이저장치.
4. (a) 제 1 반사수단(2)과 제 2 반사수단(3)을 포함하는 광학공진기와, (b) 여기수단을 포함하고 광학공진자의 광로에 제공되어 광을 방출하는 레이저매체(1)와, (c) 제 1 반사수단(2)과 레이저매체(1) 사이의 광로에 제공되어 한쪽방향으로 제 1 성분을 굴절시키고 다른 방향으로 제 2 성분을 투과시키므로서 상기 광을 제 1 편광성분과 제 2 편광성분으로 분할하여 제 1 반사수단쪽으로 상기 제 2 편광성분을 투과시키는 편광비임 분할수단(11)과, (d) 제 1 반사수단(2)과 편광비임분할수단을 사이의 광로에 제공되어 상기 공의 제 2 편광성분으로부터 소정의 파장성분을 선택하는 선택수(6)과, (e)편광비임분할수단(111)과 제 2 반사수단(3) 사이의 광로에 제공되어 상기 광에 따라 제 2 편광성분과 제 2 편광성분을 발생시키는 편광변환수단(4)을 구비한 협대역 레이저장치.
5. 제 1 항에 있어서, 편광비임분할수단(5), (81)은 제 1 편광성분을 투과시키고 제 2 편광성분을 반사시키므로서 상기 광을 분할하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
6. 제 5 항에 있어서, 편광비임분할수단(5), (81)은 한쪽방향으로 제 1 방향으로 제 1 성분을 굴절시키고 다른 반향으로 제 2 편광성분을 굴절시키므로서 상기 광을 분할하여 제 1 반사수단쪽으로 제 2 편광성분을 투과시키는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 선택수단(6)은 월라스톤프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
8. 제 1 항에 있어서, 선택수단(6)은 파브리-페로 에탈론을 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
9. 제 1 항에 있어서, 선택수단(6)은 회절격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
10. 제 1 항에 있어서, 선택수단(6)은 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
11. 제 1 항에 있어서, 편광비임분할수단(5), (81)은 정육면체형의 편광비임분할기를 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
12. 제 1 항에 있어서, 편광비임분할수단(5), (81)은 편광비임 분할프리즘을 포함하며, 상기 편광비임분할프리즘 위에 절연 다중층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
13. 제 1 항에 있어서, 레이저매체(1)는 영족기체와 할로겐 기체를 포함하는 엑사이머를 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
14. 제 1 항에 있어서, 편광변환수단(4)은 수정판을 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
15. 제 1 항에 있어서, 편광변환수단(4)은 위상지연 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
16. 제 1 항에 있어서, 한면이 반사층으로 피복된 위상지연 프리즘은 제 2 반사수단(3)과 편광변환수단(4)의 결합 대신에 이용되는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
17. 제 1 항에 있어서, 엑셀회절격자는 제 1 반사수단(2)과 선택수단(6)의 결합 대신에 이용되는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
18. 제 1 항에 있어서, 계단식 회절격자는 제 1 반사수단(2)과 선택수단(6)의 결합 대신에 이용되는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
19. (a) 제 1 반사수단(2)과 제 2 반사수단(3)을 포함하는 광학공진기와, (b) 여기수단을 포함하고 광학공진기의 광로에 제공되어 광을 방출시키는 레이저매체와, (c) 레이저매체(1)와 제 1 반사수단(2) 사이에 제공되어 제 1 편광성분을 부분적으로 투과시키고 나머지 상기 제 1 성분과 상기 광의 제 2 편광성분을 반사시키는 제 1 편광비임분할수단(81)과, (d)상기 제 1 반사수단(2)과 제 1 편광비임분할수단(81) 사이에 제공되어 부분적으로 투과한 제 1 편광성분으로부터 소정의 파장성분을 선택하는 선택수단(6)과, (e) 제 1 편광비임분할수단으로부터의 광선을 원위치로 반사키는 제 3 반사수단(88)과, (f) 제 1 편광비임분할수단(81)과 제 3 반사수단(88) 사이에 제공되어 상기 광선에 따라 제 1 편광성분을 제 2 편광성분으로 변환시키는 편광변환수단(4)과, (g) 상기 레이저매체(1)와 상기 제 2 반사수단(3) 사이의 광로 사이에 제공되어 제 1 편광성분을 제 2 반사수단쪽으로 반사시키고, 제 2 편광성분을 출력광으로 투과시키는 제 2 편광비임분할수단(5)을 구비한 협대역 레이저장치.
20. (a) 제 1 반사수단(2)과 제 2 반사수단(3)을 포함하는 광학공진기와, (b)는 여기수단을 포함하고 광학공진기의 광로에 제공되어 광을 방출하는 제공되어 레이저매체(1)와, (c) 레이저매체(1)와 제 1 반사수단(2)사이에 제공되어 제 1 편광성분을 부분적으로 투과시키고 나머지 상기 제 1 성분과 상기 광의 제 2 편광성분을 반사시키고, 부분적으로 반사된 상기 제 1 편광성분을 반사시키므로서 광로를 굴절시키는 제 1 편광비임분할수단(81)과, (d) 제 1 반사수단(2)과 제 1 편광비임분할수단(81) 사이에 제공되어 부분적으로 반사한 상기 제 1 편광성분으로부터 소장의 파장성분을 선택하는 선택수단(6)과 ; (e) 상기 제 1 편광비임 분할수단(81)을 통해 투과한 광선을 반사시키는 제 3 반사수단(88)과, (f) 상기 제 1 편광비임분할수단(81)과 상기 제 3 반사수단(88) 사이에 제공되어 상기 광선에 따라 상기 제 1 편광성분을 상기 제 2 편광성분으로 변환시키는 편광변환수단(4)과, (g) 레이저매체(1)와 제 2 반사수단(3) 사이의 광로 사이에 제공되어 제 1 편광성분을 투과시키고, 제 2 편광성분을 출력광으로 반사시키는 제 2 편광비임분할수단(5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
21. (a) 제 1 반사수단(2)과 제 2 반사수단(3)을 포함하는 광학공진기, (b) 여기수단을 포함하고 광로에 제공되어 광을 방출하는 광학공진자의 레이저매(1)와, (c) 상기 레이저매체(1)와 상기 제 1 반사수단(2) 사이에 제공되어 제 1 편광성분을 부분적으로 투과시키고 나머지 상기 제 1 성분과 광의 제 2 편광성분을 반사시키는 제 1 편광비임분할수단(81)과, (d) 상기 제 1 반사수단(2)과 상기 제 1 편광비임 분할수단(88) 사이에 제공되어 부분적으로 투과한 제 1 편광성분으로부터 소정의 파장성분을 선택하는 선택수단(6)과, (e) 상기 제 1 편광비임분할수단(88)으로부터의 광선을 원위치로 반사시키는 제 3 반사수단(88)과, (f) 상기 제 1 편광비임분할수단(81)과 상기 제 3 반사수단(88) 사이에 제공되어 상기 광선에 따라 제 1 편광성분을 제 2 편광성분으로 변환시키는 편광변환수단(4)과, (g) 상기 레이저매체(1)와, 상기 제 2 반사수단(3) 사이의 광로에 제공되어 제 2 반사수단(3)에 대한 제 1 방향으로 제 1 성분을 굴절시키고, 제 2 방향으로 상기 제 2 성분을 굴절시키므로서 상기 광을 제 1 편광성분과 제 2 편광성분으로 분할하는 제 2 편광비임분할수단(111)을 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
22. 제 19 항에 있어서, 레이저매체는 영족기체와 할로겐기체를 포함하는 엑사이머를 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저 장치.
23. 제 19 항에 있어서, 상기 편광변환수단은 수정판을 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
24. 제 19 항에 있어서, 편광변환수단은 위상지연 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
25. 제 19 항에 있어서, 엑셀회절격자는 상기 제 1 반사수단과 상기 선택수단(6) 사이의 결합 대신에 이용되는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
26. 제 19 항에 있어서, 계단식 회절격자는 상기 제 1 반사수단(2)과 상기 선택수단(6)의 결합 대신에 이용되는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
27. 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 편광비임분할수단(81)은 편광비임분할기와 반투명거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.
28. 제 19 항에 있어서, 한면이 반사층으로 피복된 위상지연 프리즘은 상기 제 3 반사수단(88)과 상기 편광변환수단(4)의 결합 대신에 이용되는 것을 특징으로 하는 협대역 레이저장치.