WO2011118380A1 - レーザ装置 - Google Patents

レーザ装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2011118380A1
WO2011118380A1 PCT/JP2011/055359 JP2011055359W WO2011118380A1 WO 2011118380 A1 WO2011118380 A1 WO 2011118380A1 JP 2011055359 W JP2011055359 W JP 2011055359W WO 2011118380 A1 WO2011118380 A1 WO 2011118380A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
beam width
laser
changing element
light
width changing
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/055359
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
准一 藤本
貴仁 熊崎
徹 鈴木
智史 田中
理 若林
Original Assignee
ギガフォトン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ギガフォトン株式会社 filed Critical ギガフォトン株式会社
Publication of WO2011118380A1 publication Critical patent/WO2011118380A1/ja
Priority to US13/421,116 priority Critical patent/US8611393B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08004—Construction or shape of optical resonators or components thereof incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08004—Construction or shape of optical resonators or components thereof incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection
    • H01S3/08009—Construction or shape of optical resonators or components thereof incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection using a diffraction grating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08018—Mode suppression
    • H01S3/08022—Longitudinal modes
    • H01S3/08031—Single-mode emission
    • H01S3/08036—Single-mode emission using intracavity dispersive, polarising or birefringent elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0971—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H01S3/2316—Cascaded amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H01S3/2325—Multi-pass amplifiers, e.g. regenerative amplifiers
    • H01S3/2333—Double-pass amplifiers

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser device for outputting laser light.
  • the spectral width of laser light output from a laser device is narrowed by arranging a wavelength dispersion element in the optical path of the laser device.
  • the narrowing of the laser light band is performed, for example, when it is desired to reduce chromatic aberration in an optical system such as a semiconductor exposure apparatus using laser light output from the laser apparatus.
  • a laser apparatus includes (1) an excitation source that excites a laser medium in a laser gain space, and (2) an output coupler disposed on one side of an optical path passing through the laser gain space; An optical resonator including a wavelength dispersion element disposed on the other side of the optical path passing through the laser gain space; and (3) at least expanding or reducing the beam width in the optical path between the laser gain space and the wavelength dispersion element. And a switching mechanism that switches a beam width expansion ratio or reduction ratio by putting in and out one beam width changing element or inverting the direction of at least one beam width changing element in the optical path.
  • Embodiment described below shows an example of this indication and does not unduly limit the contents of this indication.
  • all of the configurations described in the embodiments are not necessarily essential as the configurations of the present disclosure.
  • the same referential mark is attached
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the laser apparatus according to the first embodiment.
  • the laser apparatus 1 includes, in order from the output side, a wavefront adjuster 2, a laser chamber 3, a switching mechanism 4 for putting a first beam width changing element into and out of the optical path, a second beam width changing element 50, a grating 59 may be arranged.
  • the wavefront tuner 2 may include a cylindrical concave lens 21 and a cylindrical convex lens 22.
  • the cylindrical concave lens 21 may be a cylindrical surface having a flat surface on one surface and a concave surface on the other surface.
  • the flat surface 21 a of the cylindrical concave lens 21 may be coated with a partial reflection film. Therefore, the cylindrical concave lens 21 can constitute an output coupler for transmitting and outputting part of the light output from the laser chamber 3 and reflecting the other part back into the laser chamber 3. .
  • the cylindrical concave lens 21 can constitute an optical resonator together with the grating 59.
  • the distance between the flat surface 21a and the grating 59 can be set to a distance at which light of a predetermined wavelength output from the laser chamber 3 forms a standing wave.
  • the cylindrical convex lens 22 may be a cylindrical surface with one surface being a flat surface and the other surface being a convex surface.
  • Both the cylindrical concave lens 21 and the cylindrical convex lens 22 have a refractive action for expanding or reducing the beam width in the first direction (Y-axis direction) perpendicular to the axis (Z-axis direction) of the light output from the laser chamber 3.
  • the cylindrical concave lens 21 and the cylindrical convex lens 22 do not have to have a refractive action in a second direction (X-axis direction) perpendicular to the axis and perpendicular to the first direction.
  • the wavefront adjuster 2 the light incident on the cylindrical concave lens 21 via the cylindrical convex lens 22 can be reflected or transmitted on the flat surface 21a with the beam width reduced by these lenses.
  • the light reflected on the flat surface 21a can be emitted from the cylindrical convex lens 22 with the beam width expanded again by these lenses.
  • the optical path length of the light transmitted through the cylindrical concave lens 21 and the cylindrical convex lens 22 may be different between light passing near the central axis of these lenses and light passing near both ends of these lenses.
  • the difference in optical path length can depend on the distance between the cylindrical concave lens 21 and the cylindrical convex lens 22. Therefore, by adjusting the distance between the cylindrical concave lens 21 and the cylindrical convex lens 22, the wavefront of the light passing through the optical resonator can be adjusted.
  • the laser chamber 3 may be a chamber in which a laser medium such as a rare gas (such as helium or argon) and a halogen gas (such as fluorine) is enclosed.
  • a pair of discharge electrodes 31 and 32 may be arranged as an excitation source for exciting the laser medium.
  • the discharge electrodes 31 and 32 may be connected to a power supply device. When a high voltage is applied to the discharge electrodes 31 and 32 from the power supply device, a discharge may occur between the discharge electrodes 31 and 32. Due to the energy of this discharge, the laser medium in the laser chamber 3 can be excited to shift to a high energy level. When the excited laser medium subsequently moves to a low energy level, light corresponding to the energy level difference can be emitted.
  • the window 33 and 34 are provided in the laser chamber 3, and the light generated in the laser chamber 3 can be emitted through the windows 33 and 34.
  • the light emitted from the laser chamber 3 reciprocates between the grating 59 constituting the optical resonator and the flat surface 21a of the cylindrical concave lens 21, and between the discharge electrode 31 and the discharge electrode 32 in the laser chamber 3 (laser gain). It can be amplified every time it passes through (space). A part of the amplified light can be output as output laser light through the flat surface 21a of the cylindrical concave lens 21 arranged on one side of the optical path passing through the laser gain space.
  • the second beam width changing element 50 may be a prism disposed on the other side of the optical path passing through the laser gain space.
  • the second beam width changing element 50 has a first surface 501 on which light emitted from the laser chamber 3 is incident, and a second surface 502 that causes the grating 59 to emit light incident on the first surface. Can do.
  • the second beam width changing element 50 By arranging the second beam width changing element 50 so that the first surface 501 is inclined with respect to the axis of the light emitted from the laser chamber 3, the light incident on the first surface 501 is converted into the YZ plane. Can be refracted in the first direction.
  • the beam width can be expanded in the second direction orthogonal to the first direction in the YZ plane, but not expanded in the third direction (X-axis direction) perpendicular to the YZ plane.
  • the light incident on the second beam width changing element 50 travels in a direction substantially perpendicular to the second surface 502 and can be emitted from the second surface 502 without being refracted.
  • the second beam width changing element 50 can expand the beam width of the light emitted from the laser chamber 3 and transmit the light to the grating 59 side. Further, the second beam width changing element 50 can reduce the beam width of the reflected light from the grating 59 and transmit the light to the laser chamber 3 side.
  • the beam width enlargement direction (second direction) by the second beam width changing element 50, and the beam width enlargement or reduction direction (Y-axis direction) by the cylindrical concave lens 21 or the cylindrical convex lens 22. May be in substantially the same plane (YZ plane).
  • the second beam width changing element 50 transmits light, the second beam width changing element 50 can refract the light at different angles depending on the wavelength of the light. Therefore, the second beam width changing element 50 can also function as a wavelength dispersion element.
  • the grating 59 may be a wavelength dispersive element in which a large number of grooves are formed of a highly reflective material. As shown in FIG. 1, the direction of each groove (X-axis direction) of the grating 59 is a direction substantially perpendicular to the beam width expansion or reduction direction (Y-axis direction) by the cylindrical concave lens 21 or the cylindrical convex lens 22. obtain.
  • the light incident on the grating 59 from the second beam width changing element 50 can be reflected in multiple directions on the slope of each groove, perpendicular to the direction of each groove.
  • the difference in optical path length between the reflected lights depends on the reflection angle of the reflected light. obtain. Then, light having a wavelength corresponding to the difference in optical path length can be intensified in phase with the reflected light, and light having a wavelength not corresponding to the difference in optical path length can be reflected between the reflected lights. Can weaken each other without matching the phase. As a result of this interference action, light of a specific wavelength is strengthened according to the reflection angle, and the light of the specific wavelength can be returned to the laser chamber 3 via the second beam width changing element 50.
  • the second beam width changing element 50 and the grating 59 may constitute a narrowband module that reduces the spectral width of the output laser light.
  • the wavelength selection characteristics of the second beam width changing element 50 and the grating 59 can be controlled by adjusting the wavefront using the wavefront adjuster 2. As a result, the spectral width of the light returned from the second beam width changing element 50 and the grating 59 to the laser chamber 3, and consequently the spectral width of the output laser light, can be precisely controlled.
  • the wavelength selection characteristics of the second beam width changing element 50 and the grating 59 can also be controlled by, for example, bending the grating 59 and adjusting its curvature.
  • the second beam width changing element 50 is shown as the second beam width changing element 50, but a plurality of prisms may be provided to obtain a desired magnification.
  • the second beam width changing element 50 and the grating 59 are used as the band narrowing module, and the example in which the grating 59 further configures one reflecting surface of the optical resonator has been described.
  • the narrowband module may be configured using a wavelength dispersion element in which the angle of the emitted light depends on the wavelength.
  • the band-narrowing module may be constituted by a plurality of prisms, and one reflection surface of the optical resonator may be separately constituted by a high reflection mirror.
  • the switching mechanism 4 may be a mechanism for moving the first beam width changing element in and out of the optical path between the laser chamber 3 and the second beam width changing element 50.
  • the first beam width changing element 40a may be configured by a combination of a cylindrical convex lens 42a and a cylindrical concave lens 41a. The first beam width changing element 40 a can reduce the beam width of the light output from the laser chamber 3 and make the light incident on the second beam width changing element 50.
  • the beam width reduction direction (Y-axis direction) by the cylindrical convex lens 42a and the cylindrical concave lens 41a is substantially the same as the beam width expansion or reduction direction (Y-axis direction) by the cylindrical concave lens 21 or the cylindrical convex lens 22 of the wavefront adjuster 2.
  • the relative positions of the cylindrical convex lens 42a and the cylindrical concave lens 41a are fixed, and these lenses can be moved together by the switching mechanism 4.
  • the first beam width changing element 40a greatly reduces the wavelength selection characteristics of the second beam width changing element 50 and the grating 59 by reducing the beam width of the light incident on the second beam width changing element 50. Can be made. As a result, the spectral width of the light returned from the second beam width changing element 50 to the laser chamber 3 and, consequently, the spectral width of the output laser light can be greatly increased. In this state, the spectral width can be finely adjusted by the wavefront adjuster 2. Conversely, when the target spectral width is small, the first beam width changing element 40a can be retracted from the optical path and moved to the position of the broken line shown in FIG. Thereby, it can enter into the 2nd beam width change element 50, without reducing a beam width, and the spectral width of an output laser beam can be made small. Even in this state, the spectral width can be finely adjusted by the wavefront adjuster 2.
  • the expansion ratio of the beam width by the first beam width changing element 40a is M (M ⁇ 1 because the first beam width changing element 40a reduces the beam width), and the second beam An expansion ratio of the beam width by the width changing element 50 is assumed to be M ′ (M ′> 1).
  • the expansion ratio of the beam width combining the first beam width changing element 40a and the second beam width changing element 50 arranged in the optical path is M ⁇ M ′.
  • the beam width enlargement ratio becomes M ′.
  • the spectral width of the output laser light is about (1 / M) times.
  • the incident light to the first beam width changing element 40a and the emitted light from the first beam width changing element 40a are arranged substantially coaxially.
  • the first beam width changing element 40a can be positioned in the optical path. Therefore, the beam width of the light incident on the second beam width changing element 50 changes depending on whether the first beam width changing element 40a is positioned in the optical path or retracted from the optical path.
  • the incident angle to the beam width changing element 50 can be prevented from changing. For this reason, although the spectral width of the light returned from the second beam width changing element 50 to the laser chamber 3 changes, the center wavelength can be prevented from deviating.
  • an optical system for adjusting the incident angle to the second beam width changing element 50 may not be separately prepared. Since the spectrum width can be controlled independently of the control of the center wavelength, the spectrum width can be easily adjusted. By performing this adjustment, the depth of focus in the optical system using laser light can be increased.
  • the first beam width changing element 40a may be configured by an afocal optical system. Therefore, if the incident light with respect to the first beam width changing element 40a is parallel light, the emitted light from the first beam width changing element 40a can also be parallel light. Therefore, when the first beam width changing element 40a is arranged in the optical path, a collimating optical system may not be separately prepared.
  • FIG. 2 is a graph showing the adjustable range of the spectrum width in the first embodiment.
  • a curve A indicates the spectral width of the output laser light according to the distance between the lenses of the wavefront adjuster 2 when the first beam width changing element 40a shown in FIG. 1 is retracted from the optical path (first state).
  • a curve B shows the spectral width of the output laser light corresponding to the distance between the lenses of the wavefront adjuster 2 in the state (second state) in which the first beam width changing element 40a shown in FIG. Yes.
  • the spectral width is between about 0.2 pm and about 0.9 pm depending on the distance between the lenses of the wavefront adjuster 2 as shown by the curve A.
  • First predetermined range can be adjusted.
  • the target spectral width is larger than that, if the first beam width changing element 40a is arranged in the optical path, the spectral width is reduced to about 0 by the inter-lens distance of the wavefront adjuster 2 as shown by the curve B. Adjustable between .3 pm and about 1.9 pm (second predetermined range).
  • the method can be selected from curve A and curve B.
  • FIG. 2 shows an example in which the curve A and the curve B are switched with a spectrum width of about 0.7 pm as a boundary.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a first modification of the first embodiment.
  • the first beam width changing element 40b includes a cylindrical concave lens 41b and a cylindrical convex lens 42b, and is opposite to the first beam width changing element 40a in the first embodiment shown in FIG. This is different from the first embodiment shown in FIG. Other points are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
  • the first beam width changing element 40 b expands the beam width of the light output from the laser chamber 3 and makes the light incident on the second beam width changing element 50. Can be made. Thereby, compared with the case where the 1st beam width change element 40b is evacuated from the optical path, the spectrum width of output laser light can be made smaller.
  • the expansion ratio of the beam width by the first beam width changing element 40b is M (here, M> 1)
  • the expansion ratio of the beam width by the second beam width changing element 50 is M "( Let M ′′> 1).
  • the expansion ratio of the beam width combining the first beam width changing element 40b and the second beam width changing element 50 arranged in the optical path is M ⁇ M ′′.
  • First beam width changing element 40b Is retracted from the optical path, the expansion ratio of the beam width becomes M ′′.
  • the maximum value of the beam width magnification in the case of FIG. 3 is the magnification when the first beam width changing element 40b is arranged in the optical path, and is M ⁇ M ′′.
  • the maximum value of the expansion ratio of the beam width in the embodiment is the expansion ratio when the first beam width changing element 40a is retracted from the optical path, and is M ′, and therefore the first embodiment shown in FIG.
  • the beam width enlargement ratio M ′′ by the second beam width changing element 50 in the case of FIG. 3 is the beam width enlargement ratio M by the second beam width changing element 50 in the first embodiment shown in FIG. Therefore, as compared with the first embodiment shown in FIG. 1, the number of prisms for obtaining a desired enlargement ratio can be reduced in the case of FIG. In the first modification shown in FIG. 3, energy loss in the laser device can be reduced, and the laser device can be downsized.
  • the beam width of the light output from the laser chamber 3 is expanded by the first beam width changing element 40b and the second beam width changing element 50, and the light is It is incident on the grating 59. That is, the beam width of the light output from the laser chamber 3 can be prevented from being reduced in the optical path until it enters the grating 59. Therefore, according to the first modified example, it is possible to prevent a portion having an excessively high light intensity (light intensity) from being formed between the laser chamber 3 and the grating 59, and therefore, the degree of freedom in selecting an optical element. Can be improved.
  • FIG. 3 shows an example in which the expansion ratio of the beam width is changed by putting the first beam width changing element 40b in and out of the optical path, but the present disclosure is not limited to this.
  • the switching mechanism 4 may change the magnification ratio of the beam width by inverting the first beam width changing element 40b in the optical path.
  • the first beam width changing element 40b is switched in the lens arrangement like the first beam width changing element 40a shown in FIG. 1 by being inverted in the optical path. Therefore, by inverting the first beam width changing element 40b in the optical path, the beam width of the light can be reduced and the light can be incident on the second beam width changing element 50.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a second modification of the first embodiment.
  • the second modified example is that the switching mechanism 4 can select one first beam width changing element from the plurality of first beam width changing elements 40c and 40d and place it in the optical path. Different from the first embodiment shown in FIG. Other points are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
  • the first beam width changing element 40c may include a cylindrical convex lens 42c and a cylindrical concave lens 41c
  • the first beam width changing element 40d may include a cylindrical convex lens 42d and a cylindrical concave lens 41d.
  • the magnification ratio of the beam width by the first beam width changing element 40c is M1
  • the magnification ratio of the beam width by the first beam width changing element 40d is M2, and M2 ⁇ M1 ⁇ 1.
  • the spectral width can be minimized when both the first beam width changing elements 40c and 40d are retracted from the optical path.
  • the first beam width changing element 40c is arranged in the optical path
  • the spectrum width is increased
  • the first beam width changing element 40d is arranged in the optical path instead of the first beam width changing element 40c.
  • the spectral width can be increased. Therefore, according to the second modification shown in FIG. 4, the range in which the spectral width can be adjusted can be further improved.
  • Third Modification> 5A and 5B are schematic views showing a first beam width changing element in a third modification of the first embodiment.
  • the wavefront adjuster 2, the laser chamber 3, the second beam width changing element 50, the grating 59, and the like are the same as those in the first embodiment shown in FIG.
  • the switching mechanism 4 can move the first beam width changing element 40e shown in FIG. 5A in and out of the optical path.
  • the first beam width changing element 40e can reduce the beam width of the light incident on the second beam width changing element 50 (see FIG. 1) by the prism 43e and the prism 44e.
  • the first beam width changing element 40e can further match the input / output axes of the first beam width changing element 40e by the parallel flat substrate 45e.
  • the switching mechanism 4 may put the first beam width changing element 40f shown in FIG. 5B into and out of the optical path.
  • the first beam width changing element 40f can expand the beam width of the light incident on the second beam width changing element 50 by the prism 43f and the prism 44f.
  • the first beam width changing element 40f can further match the input / output axes of the first beam width changing element 40f by the plane parallel substrate 45f.
  • the input / output axes are matched by the parallel flat substrate 45e or 45f, but the present disclosure is not limited to this.
  • the input / output axes may be matched by a plurality of mirrors.
  • the switching mechanism 4 may cause the same effect as that of the first beam width changing element 40f by inverting the first beam width changing element 40e in the optical path.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a fourth modification of the first embodiment.
  • the axis of light passing through the laser chamber 3 and the axis of light incident on the second beam width changing element 50 are substantially parallel, and the offset amount X is between these axes.
  • the first beam width changing element 40g (expansion ratio M1) can have an offset amount X between the input and output axes
  • the first beam width changing element 40h (expansion ratio M2) is also input / output. It is possible to have the same offset amount X between the axes.
  • the switching mechanism 4 can switch the expansion ratio of the beam width by replacing the first beam width changing element 40g and the first beam width changing element 40h.
  • the first beam width changing element 40g may include a prism 43g and a prism 44g.
  • the first beam width changing element 40h may include a prism 43h and a prism 44h.
  • the beam width expansion ratios M1 and M2 by the first beam width changing elements may have a relationship of M2 ⁇ M1 ⁇ 1, for example. In this case, the spectrum width of the output laser light can be larger when the first beam width changing element 40h is arranged in the optical path than when the first beam width changing element 40g is arranged in the optical path. .
  • the parallel plane substrate in the third modification shown in FIGS. 5A and 5B is not required, and the laser device can be made compact. Further, energy loss due to light passing through the parallel plane substrate can be reduced.
  • the switching mechanism 4 may change the expansion ratio of the beam width by inverting the first beam width changing element 40g or 40h in the optical path.
  • Other points are the same as those of the third modification shown in FIGS. 5A and 5B.
  • Fifth Modification> 7A and 7B are schematic views showing a first beam width changing element in a fifth modification of the first embodiment.
  • the wavefront tuner 2, the laser chamber 3, the second beam width changing element 50, the grating 59, and the like are the same as those in the fourth modification shown in FIG.
  • the switching mechanism 4 includes a first beam width changing element 40j (expansion factor M1) shown in FIG. 7A and a first beam width changing element 40k (expansion factor M2) shown in FIG. 7B. These first beam width changing elements can be taken in and out of the optical path.
  • the first beam width changing element 40j can expand the beam width of the light incident on the second beam width changing element 50 by the prism 43j and the prism 44j.
  • the first beam width changing element 40k can expand the beam width of the light incident on the second beam width changing element 50 by the prism 43k and the prism 44k.
  • the beam width of the light output from the laser chamber side is expanded by the first beam width changing element 40j or 40k, and the light is transmitted to the grating side. is doing. That is, the light output from the laser chamber side can be prevented from reducing the beam width in the optical path until it enters the grating. Therefore, according to the fifth modification, it is possible to prevent a portion having an excessively high light intensity from being formed between the laser chamber and the grating, so that the degree of freedom in selecting an optical element can be improved.
  • Other points are the same as those of the fourth modification shown in FIG.
  • FIG. 8A and FIG. 8B are schematic views showing a first beam width changing element in a sixth modification of the first embodiment.
  • the wavefront tuner 2, the laser chamber 3, the second beam width changing element 50, the grating 59, and the like are the same as those in the fourth modification shown in FIG.
  • the switching mechanism 4 includes a first beam width changing element 40m (expansion ratio M> 1) shown in FIG. 8A and a first beam width changing element 40n (expansion ratio M) shown in FIG. 8B.
  • first beam width changing element 40m can expand the beam width of the light incident on the second beam width changing element 50 by the concave cylindrical mirror 45m and the convex cylindrical mirror 46m.
  • the first beam width changing element 40n can reduce the beam width of the light incident on the second beam width changing element 50 by the concave cylindrical mirror 45n and the convex cylindrical mirror 46n.
  • the switching mechanism 4 may change the expansion ratio of the beam width by inverting the first beam width changing element 40m or 40n in the optical path.
  • Other points are the same as those of the fourth modification shown in FIG.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a laser apparatus according to the second embodiment.
  • the laser device according to the second embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that it includes a second switching mechanism 5 for taking the second beam width changing element 50a into and out of the optical path. Other points are the same as in the first embodiment.
  • the second switching mechanism 5 may select and place one of the second beam width changing element 50a and the optical path maintaining prism 50b in the optical path.
  • the second beam width changing element 50a may have the same configuration as the second beam width changing element 50 described with reference to FIG. That is, the second beam width changing element 50a can expand the beam width of the light emitted from the laser chamber 3, and can refract the light and transmit it to the grating 59 side.
  • the optical path maintaining prism 50b does not change the beam width. Therefore, by changing the second beam width changing element 50a and the optical path maintaining prism 50b, the expansion ratio of the beam width in the optical path between the laser chamber 3 and the grating 59 is changed, and the spectral width of the output laser light is changed. Can be changed.
  • the optical path maintaining prism 50b can refract the light emitted from the laser chamber 3 and transmit it to the grating 59 side.
  • the light refraction angle by the optical path maintaining prism 50b can be the same as the light refraction angle by the second beam width changing element 50a. Therefore, when the second beam width changing element 50a and the optical path maintaining prism 50b are replaced, it is not necessary to change the arrangement of the grating 59 or other optical elements.
  • the second switching mechanism 5 in addition to changing the beam width enlargement ratio by the switching mechanism 4, the second switching mechanism 5 can further change the beam width enlargement ratio. Therefore, it is possible to improve the degree of freedom in designing a laser device that can change the spectral width.
  • the switching mechanism 4 may replace the second beam width changing element 50a with another beam width changing element.
  • FIG. 10A and FIG. 10B are schematic views showing a narrowband module in a first modification of the second embodiment.
  • a narrowband module is configured by the beam width expanding prism 51a, the second switching mechanism 5, the beam width expanding prism 53a, the beam width expanding prism 54a, and the grating 59. Also good.
  • the second switching mechanism 5 may be a mechanism that selectively arranges the second beam width changing element 52a and the optical path maintaining prism 52b in the optical path.
  • the light output from the laser chamber 3 includes a beam width expanding prism 51a, an optical element disposed in the optical path by the second switching mechanism 5, a beam width expanding prism 53a, and a beam width expanding prism 54a.
  • the beam width can be expanded and incident on the grating 59.
  • the expansion ratio of the beam width in the optical path between the laser chamber 3 and the grating 59 can be changed, and the spectral width of the output laser light can be changed.
  • Other points are the same as those of the second embodiment shown in FIG.
  • the second beam width changing element 52a is the same as the second beam width changing element 50a shown in FIG. 9, and the optical path maintaining prism 52b is the same as the optical path maintaining prism 50b shown in FIG.
  • the second beam width changing element 52 a may be a prism having a first surface 501 and a second surface 502. This prism can refract incident light emitted from the laser chamber 3 (see FIG. 9) on the first surface 501 to expand the beam width.
  • the prism can emit light incident on the first surface to the grating 59 on the second surface 502 without refracting or enlarging or reducing the light.
  • the optical path maintaining prism 52b refracts incident light emitted from the laser chamber 3 on the first surface 503 to temporarily expand the beam width.
  • the incident light can be refracted again to reduce the beam width and output to the grating 59.
  • the optical path maintaining prism 52b can transmit light at the same refraction angle as the light refraction angle by the second beam width changing element 52a without changing the beam width. Accordingly, even if the arrangement of the grating 59 or other optical elements is not changed, the second beam width changing element 52a and the optical path maintaining prism 52b are replaced, so that the optical path between the laser chamber 3 and the grating 59 is changed.
  • the spectral width of the output laser beam can be changed by changing the magnification ratio of the beam width.
  • the second switching mechanism 5 may move the second beam width changing element 52a and the optical path maintaining prism 52b in the vertical direction of FIGS. 10A and 10B, and these may be moved in the depth direction of FIGS. 10A and 10B. It may be moved to.
  • the second switching mechanism 5 may be moved without changing the inclinations of the second beam width changing element 52a and the optical path maintaining prism 52b, or may be moved while rotating them.
  • FIG. 11A and FIG. 11B are schematic views showing a band narrowing module in a second modification of the second embodiment.
  • a narrowband module may be configured by the beam width expanding prism 51c, the second switching mechanism 5, the beam width expanding prism 54c, and the grating 59.
  • the second switching mechanism 5 selectively arranges one of a set of (1) the second beam width changing elements 52c and 53c and (2) a set of the optical path maintaining prisms 52d and 53d in the optical path. It may be a mechanism.
  • the light output from the laser chamber 3 passes through the beam width expanding prism 51c, the optical element disposed in the optical path by the second switching mechanism 5, and the beam width expanding prism 54c.
  • the beam width can be expanded and incident on the grating 59.
  • the magnification ratio of the beam width in the optical path between the laser chamber 3 and the grating 59 can be changed, and the spectral width of the output laser light can be changed. it can.
  • Other points are the same as those of the first modification shown in FIGS. 10A and 10B.
  • the set of optical elements that are put into and out of the optical path by the second switching mechanism 5 is configured by two optical elements, respectively.
  • the set of optical elements may be composed of three or more optical elements.
  • n optical elements may be replaced with other m optical elements (where n and m are different natural numbers).
  • FIG. 12A, FIG. 12B, and FIG. 12C are schematic views showing a narrowband module in a third modification of the second embodiment.
  • a narrowband module may be configured by the second switching mechanism 5, the beam width expanding prism 53e, the beam width expanding prism 54e, and the grating 59.
  • the second switching mechanism 5 includes (1) a set of second beam width changing elements 51e and 52e, (2) a set of second beam width changing elements 51f and 52f, and (3) a second beam width.
  • a mechanism for selectively arranging one of the changing element 51g and the optical path maintaining prism 52g in the optical path may be used.
  • the light output from the laser chamber 3 (see FIG. 9) is transmitted through the optical element disposed in the optical path by the second switching mechanism 5, the beam width expanding prism 53e, and the beam width expanding prism 54e.
  • the beam width can be expanded and incident on the grating 59.
  • the expansion ratio of the beam width in the optical path between the laser chamber 3 and the grating 59 can be changed, and the spectral width of the output laser light can be changed.
  • Other points are the same as those of the second modification shown in FIGS. 11A and 11B.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a laser apparatus according to the third embodiment.
  • the laser apparatus according to the third embodiment includes the second switching mechanism 5 that moves the second beam width changing element 50a in and out of the optical path, but does not include the switching mechanism 4 (see FIG. 9). Different from the second embodiment. Other points are the same as in the second embodiment.
  • the modification described with reference to FIGS. 10A to 12C can be applied.
  • the beam width of the light output from the laser chamber 3 is expanded by the second beam width changing element 50a or maintained by the optical path maintaining prism 50b, and the light is transmitted to the grating 59.
  • the beam width of the light output from the laser chamber 3 can be prevented from being reduced in the optical path until it enters the grating 59. Therefore, according to the third embodiment, it is possible to prevent an excessively high light intensity portion from being formed between the laser chamber 3 and the grating 59, so that the degree of freedom in selecting an optical element can be improved.
  • the laser apparatus 101 includes a laser apparatus 1 that functions as a master oscillator for generating seed light, and a power oscillator 100 that further amplifies the seed light output from the laser apparatus 1 (MOPO) (master oscillator power oscillator). It may be configured as a system.
  • MOPO laser apparatus 1
  • MOPO master oscillator power oscillator
  • the laser apparatus 1 has the same configuration as that of the first to third embodiments described above or modifications thereof, and can generate seed light having a predetermined spectral width.
  • slits 35 and 36 that allow a selected wavelength to pass may be provided before and after the laser chamber 3.
  • the laser light output from the laser device 1 can be introduced into the partial reflection mirror (output coupler) 67 of the power oscillator 100 via the high reflection mirrors 61, 62 and 63.
  • the power oscillator 100 may include a ring resonator that circulates laser light by the high reflection mirrors 64, 65, 66 and the partial reflection mirror 67.
  • the power oscillator 100 can amplify the laser light by passing through the laser chamber 8 while circulating the laser light.
  • the laser chamber 8 may include a pair of discharge electrodes 81 and 82 and windows 83 and 84 in the same manner as the laser chamber 3 in the laser apparatus 1. Slits 85 and 86 that allow the selected wavelength to pass may be provided before and after the laser chamber 8.
  • the laser light amplified by the power oscillator 100 can be output as output laser light through a partial reflection mirror (output coupler) 67.
  • the power oscillator 100 amplifies the seed light even if the energy of the seed light changes somewhat due to the control of the spectral width in the laser device 1, so that the power oscillator 100 stably outputs the output laser light. be able to.
  • FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a laser apparatus according to the fifth embodiment.
  • This laser device 201 may be configured as a MOPO system including a laser device 1 that functions as a master oscillator for generating seed light and a power oscillator 200 that further amplifies the seed light output from the laser device 1. Good.
  • the configuration and function of the laser apparatus 1 in the fifth embodiment are the same as the configuration and function of the laser apparatus 1 in the fourth embodiment.
  • the laser beam output from the laser device 1 can be introduced into the partial reflection mirror (rear mirror) 73 of the power oscillator 200 via the high reflection mirrors 71 and 72.
  • the power oscillator 200 may include a Fabry-Perot resonator that reciprocates laser light between a partial reflection mirror (rear mirror) 73 and a partial reflection mirror (output coupler) 74.
  • the power oscillator 200 can amplify the laser beam by passing the laser beam through the laser chamber 8 while reciprocating the laser beam.
  • the configuration and function of the laser chamber 8 are the same as the configuration and function of the laser chamber 8 described in the fourth embodiment.
  • the laser light amplified by the power oscillator 200 can be output as output laser light via a partial reflection mirror (output coupler) 74. Also in this embodiment, even if the energy of the seed light is slightly changed by controlling the spectrum width in the laser apparatus 1, the power oscillator 200 amplifies the seed light, so that the power oscillator 200 stably outputs the output laser light. be able to.
  • a power amplifier may be used instead of the power oscillator. This is not MOPO but MOPA (master oscillator power amplifier).

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

レーザ装置のスペクトル幅調整の可能な範囲を向上する。レーザ装置は、（１）レーザ媒質をレーザゲイン空間において励起する励起源と、（２）レーザゲイン空間を通る光路の一方の側に配置されたアウトプットカプラと、レーザゲイン空間を通る光路の他方の側に配置された波長分散素子と、を含む光共振器と、（３）レーザゲイン空間と波長分散素子との間の光路にビーム幅を拡大又は縮小する少なくとも１つのビーム幅変更素子を出し入れし、又は、上記光路において少なくとも１つのビーム幅変更素子の向きを反転させることにより、ビーム幅の拡大率又は縮小率を切り換える切換機構と、を含んでもよい。

Description

レーザ装置
　本開示は、レーザ光を出力するためのレーザ装置に関する。
　レーザ装置の光路内に波長分散素子を配置することにより、レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル幅を狭帯域化することが行われている。レーザ光の狭帯域化は、例えば、レーザ装置から出力されるレーザ光を利用した半導体露光装置などの光学系における色収差を低減したい場合に行われる。
概要
　本開示の１つの観点に係るレーザ装置は、（１）レーザ媒質をレーザゲイン空間において励起する励起源と、（２）レーザゲイン空間を通る光路の一方の側に配置されたアウトプットカプラと、レーザゲイン空間を通る光路の他方の側に配置された波長分散素子と、を含む光共振器と、（３）レーザゲイン空間と波長分散素子との間の光路にビーム幅を拡大又は縮小する少なくとも１つのビーム幅変更素子を出し入れし、又は、上記光路において少なくとも１つのビーム幅変更素子の向きを反転させることにより、ビーム幅の拡大率又は縮小率を切り換える切換機構と、を含んでもよい。
　本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の概略図を参照して以下に説明する。
第１実施形態に係るレーザ装置の構成例を示す模式図である。 第１実施形態におけるスペクトル幅の調整可能範囲を示すグラフである。 第１実施形態の第１の変形例を示す模式図である。 第１実施形態の第２の変形例を示す模式図である。 第１実施形態の第３の変形例における第１のビーム幅変更素子を示す模式図である。 第１実施形態の第３の変形例における第１のビーム幅変更素子を示す模式図である。 第１実施形態の第４の変形例を示す模式図である。 第１実施形態の第５の変形例における第１のビーム幅変更素子を示す模式図である。 第１実施形態の第５の変形例における第１のビーム幅変更素子を示す模式図である。 第１実施形態の第６の変形例における第１のビーム幅変更素子を示す模式図である。 第１実施形態の第６の変形例における第１のビーム幅変更素子を示す模式図である。 第２実施形態に係るレーザ装置の構成例を示す模式図である。 第２実施形態の第１の変形例における狭帯域化モジュールを示す模式図である。 第２実施形態の第１の変形例における狭帯域化モジュールを示す模式図である。 第２実施形態の第２の変形例における狭帯域化モジュールを示す模式図である。 第２実施形態の第２の変形例における狭帯域化モジュールを示す模式図である。 第２実施形態の第３の変形例における狭帯域化モジュールを示す模式図である。 第２実施形態の第３の変形例における狭帯域化モジュールを示す模式図である。 第２実施形態の第３の変形例における狭帯域化モジュールを示す模式図である。 第３実施形態に係るレーザ装置の構成例を示す模式図である。 第４実施形態に係るレーザ装置の構成例を示す模式図である。 第４実施形態に係るレーザ装置の構成例を示す模式図である。 第５実施形態に係るレーザ装置の構成例を示す模式図である。
実施形態
　以下、実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明する実施形態は、本開示の一例を示すものであって、本開示の内容を不当に限定するものではない。また、実施形態で説明される構成の全てが本開示の構成として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
　＜１．第１実施形態＞
　図１は、第１実施形態に係るレーザ装置の構成例を示す模式図である。このレーザ装置１は、出力側から順に、波面調節器２と、レーザチャンバ３と、第１のビーム幅変更素子を光路に出し入れする切換機構４と、第２のビーム幅変更素子５０と、グレーティング５９とを配置した構成でもよい。
　＜１－１．波面調節器＞
　波面調節器２は、シリンドリカル凹レンズ２１とシリンドリカル凸レンズ２２とを備えてもよい。シリンドリカル凹レンズ２１は、一方の面がフラット面で他方の面が凹面状の円筒面（cylindrical surface）であり得る。シリンドリカル凹レンズ２１のフラット面２１ａには部分反射膜がコーティングされてもよい。従って、シリンドリカル凹レンズ２１は、レーザチャンバ３から出力される光のうちの一部を透過させて出力し、他の一部を反射させてレーザチャンバ３内に戻すためのアウトプットカプラを構成し得る。そして、このシリンドリカル凹レンズ２１は、グレーティング５９とともに、光共振器を構成し得る。フラット面２１ａとグレーティング５９との間の距離は、レーザチャンバ３から出力される所定波長の光が定常波を形成する距離に設定され得る。シリンドリカル凸レンズ２２は、一方の面がフラット面で他方の面が凸面状の円筒面であり得る。
　シリンドリカル凹レンズ２１及びシリンドリカル凸レンズ２２は、何れも、レーザチャンバ３から出力された光の軸（Ｚ軸方向）に垂直な第１の方向（Ｙ軸方向）にビーム幅を拡大又は縮小させる屈折作用を有し得る。しかし、シリンドリカル凹レンズ２１及びシリンドリカル凸レンズ２２は、その軸に垂直で且つ第１の方向に垂直な第２の方向（Ｘ軸方向）には屈折作用を有しなくてもよい。波面調節器２において、シリンドリカル凸レンズ２２を介してシリンドリカル凹レンズ２１に入射した光は、これらのレンズによってビーム幅を縮小させられてフラット面２１ａにおいて反射又は透過し得る。フラット面２１ａにおいて反射した光は、再度これらのレンズによってビーム幅を拡大させられてシリンドリカル凸レンズ２２から出射し得る。
　シリンドリカル凹レンズ２１及びシリンドリカル凸レンズ２２を透過する光の光路長は、これらのレンズの中心軸付近を通る光と、これらのレンズの両端付近を通る光とで異なり得る。そして、この光路長の差は、シリンドリカル凹レンズ２１とシリンドリカル凸レンズ２２との間の距離に依存し得る。従って、シリンドリカル凹レンズ２１とシリンドリカル凸レンズ２２との間の距離を調節することにより、光共振器内を通る光の波面が調節され得る。
　＜１－２．レーザチャンバ＞
　レーザチャンバ３は、希ガス（ヘリウム又はアルゴン等）及びハロゲンガス（フッ素等）等のレーザ媒質が封入されるチャンバであり得る。レーザチャンバ３内には、レーザ媒質を励起するための励起源として、例えば一対の放電電極３１及び３２が配置されてもよい。放電電極３１及び３２は、電源装置に接続されてもよい。放電電極３１及び３２に電源装置から高電圧が印加されると、放電電極３１及び３２間に放電が起こり得る。この放電のエネルギーにより、レーザチャンバ３内のレーザ媒質が励起されて高エネルギー準位に移行し得る。励起されたレーザ媒質が、その後低エネルギー準位に移行するとき、そのエネルギー準位差に応じた光を放出し得る。
　レーザチャンバ３にはウインド３３及び３４が設けられており、レーザチャンバ３内で発生した光は、ウインド３３及び３４を介して出射し得る。レーザチャンバ３から出射した光は、光共振器を構成するグレーティング５９とシリンドリカル凹レンズ２１のフラット面２１ａとの間で往復し、レーザチャンバ３内の放電電極３１と放電電極３２との間（レーザゲイン空間）を通過する度に増幅され得る。増幅された光の一部が、レーザゲイン空間を通る光路の一方の側に配置されたシリンドリカル凹レンズ２１のフラット面２１ａを介して、出力レーザ光として出力され得る。
　＜１－３．第２のビーム幅変更素子＞
　第２のビーム幅変更素子５０は、レーザゲイン空間を通る光路の他方の側に配置されたプリズムでもよい。第２のビーム幅変更素子５０は、レーザチャンバ３から出射された光が入射する第１の面５０１と、第１の面に入射した光をグレーティング５９に出射させる第２の面５０２とを有し得る。レーザチャンバ３から出射された光の軸に対して第１の面５０１が傾斜するように第２のビーム幅変更素子５０を配置することにより、第１の面５０１に入射した光が、ＹＺ平面内の第１の方向に屈折し得る。これにより、ビーム幅はＹＺ平面内において第１の方向と直交する第２の方向に拡大するが、ＹＺ平面に垂直な第３の方向（Ｘ軸方向）には拡大しないようにすることができる。第２のビーム幅変更素子５０に入射した光は、第２の面５０２にほぼ垂直な方向に進み、第２の面５０２において、ほぼ屈折することなく出射し得る。
　従って、第２のビーム幅変更素子５０は、レーザチャンバ３から出射された光のビーム幅を拡大させるとともに、その光をグレーティング５９側に透過させ得る。また、第２のビーム幅変更素子５０は、グレーティング５９からの反射光のビーム幅を縮小させるとともに、その光をレーザチャンバ３側に透過させ得る。図１に示すように、第２のビーム幅変更素子５０によるビーム幅の拡大方向（第２の方向）と、シリンドリカル凹レンズ２１又はシリンドリカル凸レンズ２２によるビーム幅の拡大又は縮小方向（Ｙ軸方向）とは、略同一の面内（ＹＺ面内）にあり得る。なお、第２のビーム幅変更素子５０は、光を透過させるとき、光の波長に応じて異なった角度で光を屈折させ得る。従って、第２のビーム幅変更素子５０は波長分散素子としても機能し得る。
　＜１－４．グレーティング＞
　グレーティング５９は、高反射率の材料で多数の溝を形成した波長分散素子でもよい。図１に示すように、グレーティング５９の各溝の方向（Ｘ軸方向）は、シリンドリカル凹レンズ２１又はシリンドリカル凸レンズ２２によるビーム幅の拡大又は縮小方向（Ｙ軸方向）に対して略垂直な方向であり得る。第２のビーム幅変更素子５０からグレーティング５９に入射した光は、各溝の斜面において、各溝の方向に対して垂直な、多方向に反射し得る。１つの溝において反射した反射光と、他の１つの溝において反射した反射光とが合波するとき、それらの反射光の間の光路長の差は、それらの反射光の反射角度に依存し得る。そして、当該光路長の差に対応する波長の光は、それらの反射光どうしで位相が一致して強め合うことができ、当該光路長の差に対応しない波長の光は、それらの反射光どうしで位相が一致せずに弱め合うことができる。この干渉作用の結果、反射角度に応じて特定の波長の光が強められ、当該特定の波長の光が第２のビーム幅変更素子５０を介してレーザチャンバ３に戻され得る。
　以上のように、第２のビーム幅変更素子５０とグレーティング５９とによって、出力レーザ光のスペクトル幅を低減する狭帯域化モジュールが構成されてもよい。第２のビーム幅変更素子５０及びグレーティング５９における波長選択特性は、波面調節器２により波面を調節することによって制御することができる。これにより、第２のビーム幅変更素子５０及びグレーティング５９からレーザチャンバ３に戻される光のスペクトル幅、ひいては、出力レーザ光のスペクトル幅が、精密に制御できるようになっている。なお、第２のビーム幅変更素子５０及びグレーティング５９における波長選択特性は、例えば、グレーティング５９を曲げ、その曲率を調節することによっても制御することができる。
　図１においては、第２のビーム幅変更素子５０としてプリズムが１つのみ示されているが、所望の拡大率を得るためにプリズムが複数設けられてもよい。
　また、以上においては、狭帯域化モジュールとして第２のビーム幅変更素子５０とグレーティング５９とを用いることとし、グレーティング５９がさらに光共振器の一方の反射面を構成する例について説明したが、本開示はこれに限定されない。つまり、狭帯域化モジュールは、出射光の角度が波長に依存する波長分散素子を用いて構成すればよい。例えば、狭帯域化モジュールを複数のプリズムによって構成し、別途、高反射ミラーによって光共振器の一方の反射面を構成することとしてもよい。
　＜１－５．切換機構＞
　切換機構４は、レーザチャンバ３と第２のビーム幅変更素子５０との間の光路に第１のビーム幅変更素子を出し入れする機構でもよい。本実施形態において、第１のビーム幅変更素子４０ａは、シリンドリカル凸レンズ４２ａとシリンドリカル凹レンズ４１ａとの組み合わせによって構成されてもよい。第１のビーム幅変更素子４０ａは、レーザチャンバ３から出力された光のビーム幅を縮小させて、その光を第２のビーム幅変更素子５０に入射させ得る。シリンドリカル凸レンズ４２ａ及びシリンドリカル凹レンズ４１ａによるビーム幅の縮小方向（Ｙ軸方向）は、波面調節器２のシリンドリカル凹レンズ２１又はシリンドリカル凸レンズ２２によるビーム幅の拡大又は縮小方向（Ｙ軸方向）と、略同一の方向（グレーティング５９の各溝の方向（Ｘ軸方向）に略垂直な方向）であり得る。
　第１のビーム幅変更素子４０ａにおいて、シリンドリカル凸レンズ４２ａとシリンドリカル凹レンズ４１ａとは相対的位置関係が固定されており、これらのレンズが一体となって、切換機構４によって移動できるようになっている。
　第１のビーム幅変更素子４０ａは、第２のビーム幅変更素子５０に入射させる光のビーム幅を縮小させることによって、第２のビーム幅変更素子５０及びグレーティング５９における波長選択特性を大幅に低下させることができる。これにより、第２のビーム幅変更素子５０からレーザチャンバ３に戻される光のスペクトル幅、ひいては、出力レーザ光のスペクトル幅を大幅に拡大することができる。この状態において、さらに、波面調節器２によるスペクトル幅の微調整が可能である。
　逆に、目標スペクトル幅が小さい場合には、第１のビーム幅変更素子４０ａを光路から退避させて図１に示す破線の位置まで移動させ得る。これにより、ビーム幅を縮小させずに第２のビーム幅変更素子５０に入射させ、出力レーザ光のスペクトル幅を小さくすることができる。この状態においても、さらに、波面調節器２によるスペクトル幅の微調整が可能である。
　図１に示すように、第１のビーム幅変更素子４０ａによるビーム幅の拡大率をＭ（第１のビーム幅変更素子４０ａはビーム幅を縮小させるので、Ｍ＜１）とし、第２のビーム幅変更素子５０によるビーム幅の拡大率をＭ'（Ｍ'＞１）とする。このとき、光路に配置された第１のビーム幅変更素子４０ａと第２のビーム幅変更素子５０とを合わせたビーム幅の拡大率は、Ｍ×Ｍ'となる。第１のビーム幅変更素子４０ａを光路から退避させると、ビーム幅の拡大率は、Ｍ'となる。第２のビーム幅変更素子５０に入射する光のビーム幅をＭ倍にすると、出力レーザ光のスペクトル幅は約（１／Ｍ）倍となる。
　本実施形態においては、図１に一点鎖線で示すように、第１のビーム幅変更素子４０ａへの入射光と、第１のビーム幅変更素子４０ａからの出射光とが、略同軸配置となるように、第１のビーム幅変更素子４０ａが光路内に位置決めされ得る。従って、第１のビーム幅変更素子４０ａを光路内に位置決めしたときと、光路から退避させたときとで、第２のビーム幅変更素子５０に入射する光のビーム幅は変化するが、第２のビーム幅変更素子５０への入射角度は変化しないようにすることができる。このため、第２のビーム幅変更素子５０からレーザチャンバ３に戻される光のスペクトル幅は変化するが、中心波長はずれないようにすることができる。従って、本実施形態によれば、第２のビーム幅変更素子５０への入射角度を調整するための光学系は別途用意されなくてもよい。そして、スペクトル幅の制御を、中心波長の制御とは独立に行えるので、スペクトル幅を容易に調整することができる。この調整を行うことによって、レーザ光を利用した光学系における焦点深度を大きくすることもできる。
　第１のビーム幅変更素子４０ａは、アフォーカル（afocal）光学系によって構成されてもよい。従って、第１のビーム幅変更素子４０ａに対する入射光が平行光であれば、第１のビーム幅変更素子４０ａからの出射光も平行光となり得る。このため、第１のビーム幅変更素子４０ａを光路に配置する場合に、コリメート用の光学系は別途用意されなくてもよい。
　＜１－６．スペクトル幅の調整＞
　図２は、第１実施形態におけるスペクトル幅の調整可能範囲を示すグラフである。曲線Ａは、図１に示す第１のビーム幅変更素子４０ａを光路から退避させた状態（第１の状態）における、波面調節器２のレンズ間距離に応じた出力レーザ光のスペクトル幅を示している。曲線Ｂは、図１に示す第１のビーム幅変更素子４０ａを光路に配置した状態（第２の状態）における、波面調節器２のレンズ間距離に応じた出力レーザ光のスペクトル幅を示している。
　第１のビーム幅変更素子４０ａを光路から退避させた状態においては、曲線Ａで示されるように、波面調節器２のレンズ間距離によって、スペクトル幅を約０．２ｐｍ～約０．９ｐｍの間（第１の所定範囲）で調節することができる。それよりも目標スペクトル幅が大きい場合には、第１のビーム幅変更素子４０ａを光路に配置すれば、曲線Ｂで示されるように、波面調節器２のレンズ間距離によって、スペクトル幅を約０．３ｐｍ～約１．９ｐｍの間（第２の所定範囲）で調節することができる。
　このように、第１のビーム幅変更素子４０ａを光路から退避させた状態で波面調節器２によって調節可能なスペクトル幅の範囲（第１の所定範囲）と、第１のビーム幅変更素子４０ａを光路に配置した状態で波面調節器２によって調節可能なスペクトル幅の範囲（第２の所定範囲）との間には、一部重複する部分が存在してもよい。すなわち、曲線Ａと曲線Ｂとの何れにおいても、スペクトル幅を約０．３ｐｍ～約０．９ｐｍの範囲で制御することが可能となっている。従って、第１のビーム幅変更素子４０ａを光路に配置した場合のエネルギーの損失や、波面調節器２による微調整の容易さなどの要因を考慮して、目標スペクトル幅を得るための最適な制御方法を曲線Ａ及び曲線Ｂから選択することができる。図２においては、約０．７ｐｍのスペクトル幅を境界として、曲線Ａと曲線Ｂとを切り換える例が示されている。
　＜１－７．第１の変形例＞
　図３は、第１実施形態の第１の変形例を示す模式図である。第１の変形例は、第１のビーム幅変更素子４０ｂが、シリンドリカル凹レンズ４１ｂとシリンドリカル凸レンズ４２ｂとを含み、図１に示した第１実施形態における第１のビーム幅変更素子４０ａと逆向きになっている点で、図１に示した第１実施形態と異なる。
　その他の点については図１に示した第１実施形態と同様である。
　図３に示す第１の変形例において、第１のビーム幅変更素子４０ｂは、レーザチャンバ３から出力された光のビーム幅を拡大させて、その光を第２のビーム幅変更素子５０に入射させることができる。これにより、第１のビーム幅変更素子４０ｂを光路から退避させた場合に比べて、出力レーザ光のスペクトル幅をより小さくすることができる。
　図３に示すように、第１のビーム幅変更素子４０ｂによるビーム幅の拡大率をＭ（ここではＭ＞１）とし、第２のビーム幅変更素子５０によるビーム幅の拡大率をＭ"（Ｍ"＞１）とする。このとき、光路に配置した第１のビーム幅変更素子４０ｂと第２のビーム幅変更素子５０とを合わせたビーム幅の拡大率は、Ｍ×Ｍ"となる。第１のビーム幅変更素子４０ｂを光路から退避させると、ビーム幅の拡大率は、Ｍ"となる。
　図３の場合におけるビーム幅の拡大率の最大値は、第１のビーム幅変更素子４０ｂを光路に配置した場合の拡大率であり、Ｍ×Ｍ"となる。一方、図１に示した第１実施形態におけるビーム幅の拡大率の最大値は、第１のビーム幅変更素子４０ａを光路から退避させた場合の拡大率であり、Ｍ'となる。従って、図１に示した第１実施形態におけるビーム幅の拡大率の最大値と同等の拡大率を図３の場合において得ようとする場合には、Ｍ×Ｍ"＝Ｍ'とすればよい（ここではＭ＞１）。すなわち、図３の場合における第２のビーム幅変更素子５０によるビーム幅の拡大率Ｍ"は、図１に示した第１実施形態における第２のビーム幅変更素子５０によるビーム幅の拡大率Ｍ'より小さい値で済む。このため、図１に示した第１実施形態に比べて、図３の場合においては所望の拡大率を得るためのプリズムの個数を削減することができる。従って、図３に示す第１の変形例においては、レーザ装置におけるエネルギーの損失を低減することができ、レーザ装置の小型化も可能となる。
　図３に示す第１の変形例においては、レーザチャンバ３から出力された光のビーム幅が、第１のビーム幅変更素子４０ｂ及び第２のビーム幅変更素子５０によって拡大されて、その光がグレーティング５９に入射している。つまり、レーザチャンバ３から出力された光は、グレーティング５９に入射するまでの光路において、ビーム幅が縮小されないようにすることができる。従って、第１の変形例によれば、レーザチャンバ３とグレーティング５９との間に、光強度（light intensity）の高すぎる部分が形成されないようにすることができるため、光学素子の選択の自由度が向上し得る。
　図３においては、第１のビーム幅変更素子４０ｂを光路に出し入れすることによりビーム幅の拡大率を変更する例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、切換機構４が第１のビーム幅変更素子４０ｂを光路において反転させることによりビーム幅の拡大率を変更してもよい。第１のビーム幅変更素子４０ｂは、光路において反転することにより、図１に示す第１のビーム幅変更素子４０ａのようなレンズの配置に切り換わる。従って、第１のビーム幅変更素子４０ｂを光路において反転させることにより、光のビーム幅を縮小させてその光を第２のビーム幅変更素子５０に入射させることができる。
　＜１－８．第２の変形例＞
　図４は、第１実施形態の第２の変形例を示す模式図である。第２の変形例は、切換機構４が、複数の第１のビーム幅変更素子４０ｃ及び４０ｄの内から、１つの第１のビーム幅変更素子を選択して光路に配置できる点で、図１に示した第１実施形態と異なる。
　その他の点については図１に示した第１実施形態と同様である。
　第１のビーム幅変更素子４０ｃは、シリンドリカル凸レンズ４２ｃ及びシリンドリカル凹レンズ４１ｃを含んでもよいし、第１のビーム幅変更素子４０ｄは、シリンドリカル凸レンズ４２ｄ及びシリンドリカル凹レンズ４１ｄを含んでもよい。
　ここで、例えば、第１のビーム幅変更素子４０ｃによるビーム幅の拡大率をＭ１とし、第１のビーム幅変更素子４０ｄによるビーム幅の拡大率をＭ２とし、Ｍ２＜Ｍ１＜１とする。この場合には、第１のビーム幅変更素子４０ｃ及び４０ｄの両者を光路から退避させた場合に最もスペクトル幅を小さくすることができる。そして、第１のビーム幅変更素子４０ｃを光路に配置した場合にはスペクトル幅を大きくし、さらに、第１のビーム幅変更素子４０ｃの代わりに第１のビーム幅変更素子４０ｄを光路に配置した場合にはスペクトル幅をより大きくすることができる。
　従って、図４に示す第２の変形例によれば、スペクトル幅調整の可能な範囲を一層向上することができる。
　＜１－９．第３の変形例＞
　図５Ａ、図５Ｂは、第１実施形態の第３の変形例における第１のビーム幅変更素子を示す模式図である。波面調節器２、レーザチャンバ３、第２のビーム幅変更素子５０、グレーティング５９等については、図１に示した第１実施形態と同様である。
　第３の変形例においては、切換機構４が、図５Ａに示す第１のビーム幅変更素子４０ｅを光路に出し入れすることができる。第１のビーム幅変更素子４０ｅは、プリズム４３ｅ及びプリズム４４ｅによって、第２のビーム幅変更素子５０（図１参照）に入射させる光のビーム幅を縮小させることができる。第１のビーム幅変更素子４０ｅは、さらに、平行平面基板４５ｅによって、第１のビーム幅変更素子４０ｅにおける入出力の軸を一致させることができる。
　また、第３の変形例においては、切換機構４が、図５Ｂに示す第１のビーム幅変更素子４０ｆを光路に出し入れしてもよい。第１のビーム幅変更素子４０ｆは、プリズム４３ｆ及びプリズム４４ｆによって、第２のビーム幅変更素子５０に入射させる光のビーム幅を拡大させることができる。第１のビーム幅変更素子４０ｆは、さらに、平行平面基板４５ｆによって、第１のビーム幅変更素子４０ｆにおける入出力の軸を一致させることができる。
　なお、図５Ａ、図５Ｂに示す第３の変形例においては、平行平面基板４５ｅ又は４５ｆによって入出力の軸を一致させているが、本開示はこれに限定されない。例えば、複数のミラーによって入出力の軸を一致させてもよい。
　また、第３の変形例においては、第１のビーム幅変更素子４０ｅ又は４０ｆを光路に出し入れする場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、切換機構４が第１のビーム幅変更素子４０ｅを光路において反転させることによって、第１のビーム幅変更素子４０ｆと同様の作用を生じさせてもよい。
　＜１－１０．第４の変形例＞
　図６は、第１実施形態の第４の変形例を示す模式図である。第４の変形例においては、レーザチャンバ３を通る光の軸と、第２のビーム幅変更素子５０に入射する光の軸とが略平行であり、これらの軸の間に、オフセット量Ｘが与えられ得る。また、第１のビーム幅変更素子４０ｇ（拡大率Ｍ１）は、入出力の軸間にオフセット量Ｘを有することができ、第１のビーム幅変更素子４０ｈ（拡大率Ｍ２）も、入出力の軸間に、同一のオフセット量Ｘを有することができる。切換機構４は、第１のビーム幅変更素子４０ｇと第１のビーム幅変更素子４０ｈとを差し換えることによって、ビーム幅の拡大率を切り換えることができる。
　第１のビーム幅変更素子４０ｇは、プリズム４３ｇ及びプリズム４４ｇを含んでもよい。第１のビーム幅変更素子４０ｈは、プリズム４３ｈ及びプリズム４４ｈを含んでもよい。そして、これらの第１のビーム幅変更素子によるビーム幅の拡大率Ｍ１及びＭ２は、例えば、Ｍ２＜Ｍ１＜１の関係を有し得る。この場合には、第１のビーム幅変更素子４０ｇを光路に配置した場合よりも、第１のビーム幅変更素子４０ｈを光路に配置した場合の方が、出力レーザ光のスペクトル幅が大きくなり得る。
　図６に示す第４の変形例においては、図５Ａ、図５Ｂに示した第３の変形例における平行平面基板が不要となるため、レーザ装置をコンパクト化することができる。また、光が平行平面基板を透過することによるエネルギーの損失を低減することができる。
　なお、図６に示す第４の変形例においては、第１のビーム幅変更素子４０ｇ及び４０ｈを光路に出し入れする場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、切換機構４が、第１のビーム幅変更素子４０ｇ又は４０ｈを光路において反転させることによって、ビーム幅の拡大率を変化させてもよい。
　その他の点については図５Ａ、図５Ｂに示した第３の変形例と同様である。
　＜１－１１．第５の変形例＞
　図７Ａ、図７Ｂは、第１実施形態の第５の変形例における第１のビーム幅変更素子を示す模式図である。波面調節器２、レーザチャンバ３、第２のビーム幅変更素子５０、グレーティング５９等については、図６に示した第４の変形例と同様である。
　第５の変形例においては、切換機構４が、図７Ａに示す第１のビーム幅変更素子４０ｊ（拡大率Ｍ１）と、図７Ｂに示す第１のビーム幅変更素子４０ｋ（拡大率Ｍ２）とを差し換えることにより、これらの第１のビーム幅変更素子を光路に出し入れし得る。第１のビーム幅変更素子４０ｊは、プリズム４３ｊ及びプリズム４４ｊによって、第２のビーム幅変更素子５０に入射させる光のビーム幅を拡大させ得る。また、第１のビーム幅変更素子４０ｋは、プリズム４３ｋ及びプリズム４４ｋによって、第２のビーム幅変更素子５０に入射させる光のビーム幅を拡大させ得る。
　図７Ａ、図７Ｂに示す第５の変形例においては、レーザチャンバ側から出力された光のビーム幅が、第１のビーム幅変更素子４０ｊ又は４０ｋによって拡大されて、その光がグレーティング側に透過している。つまり、レーザチャンバ側から出力された光は、グレーティングに入射するまでの光路において、ビーム幅が縮小されないようにすることができる。従って、第５の変形例によれば、レーザチャンバとグレーティングとの間に、光強度の高すぎる部分が形成されないようにすることができるため、光学素子の選択の自由度が向上し得る。
　その他の点については図６に示した第４の変形例と同様である。
　＜１－１２．第６の変形例＞
　図８Ａ、図８Ｂは、第１実施形態の第６の変形例における第１のビーム幅変更素子を示す模式図である。波面調節器２、レーザチャンバ３、第２のビーム幅変更素子５０、グレーティング５９等については、図６に示した第４の変形例と同様である。
　第６の変形例においては、切換機構４が、図８Ａに示す第１のビーム幅変更素子４０ｍ（拡大率Ｍ＞１）と、図８Ｂに示す第１のビーム幅変更素子４０ｎ（拡大率Ｍ＜１）とを差し換えることにより、これらの第１のビーム幅変更素子を光路に出し入れし得る。第１のビーム幅変更素子４０ｍは、凹面シリンドリカルミラー４５ｍ及び凸面シリンドリカルミラー４６ｍによって、第２のビーム幅変更素子５０に入射させる光のビーム幅を拡大させ得る。また、第１のビーム幅変更素子４０ｎは、凹面シリンドリカルミラー４５ｎ及び凸面シリンドリカルミラー４６ｎによって、第２のビーム幅変更素子５０に入射させる光のビーム幅を縮小させ得る。
　なお、第６の変形例においては、第１のビーム幅変更素子４０ｍ及び４０ｎを光路に出し入れする場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、切換機構４が第１のビーム幅変更素子４０ｍ又は４０ｎを光路において反転させることによって、ビーム幅の拡大率を変化させてもよい。
　その他の点については図６に示した第４の変形例と同様である。
　＜２．第２実施形態＞
　図９は、第２実施形態に係るレーザ装置の構成例を示す模式図である。第２実施形態に係るレーザ装置は、第２のビーム幅変更素子５０ａを光路に出し入れする第２の切換機構５を含んでいる点で、図１に示した第１実施形態と異なる。その他の点については、第１実施形態と同様である。第２の切換機構５は、第２のビーム幅変更素子５０ａ及び光路維持プリズム５０ｂの内の１つを選択して光路に配置してもよい。
　第２のビーム幅変更素子５０ａは、図１を参照しながら説明した第２のビーム幅変更素子５０と同様の構成でもよい。つまり、第２のビーム幅変更素子５０ａは、レーザチャンバ３から出射された光のビーム幅を拡大させるとともに、その光を屈折させてグレーティング５９側に透過させることができる。
　一方、光路維持プリズム５０ｂは、ビーム幅を変更しない。従って、第２のビーム幅変更素子５０ａと光路維持プリズム５０ｂとを差し換えることにより、レーザチャンバ３とグレーティング５９との間の光路におけるビーム幅の拡大率を変更し、出力レーザ光のスペクトル幅を変更することができる。
　また、光路維持プリズム５０ｂは、レーザチャンバ３から出射された光を屈折させてグレーティング５９側に透過させ得る。そして、光路維持プリズム５０ｂによる光の屈折角度は、第２のビーム幅変更素子５０ａによる光の屈折角度と同一であり得る。従って、第２のビーム幅変更素子５０ａと光路維持プリズム５０ｂとを差し換える時に、グレーティング５９又はその他の光学素子の配置を変更しなくてもよい。
　第２実施形態によれば、切換機構４によってビーム幅の拡大率を変更できる他に、第２の切換機構５によってさらにビーム幅の拡大率を変更できる。従って、スペクトル幅を変更可能なレーザ装置の設計の自由度を向上することができる。
　第２実施形態においては、第２のビーム幅変更素子５０ａと光路維持プリズム５０ｂとを差し換える場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、切換機構４が、第２のビーム幅変更素子５０ａを他のビーム幅変更素子と差し換えてもよい。
　＜２－１．第１の変形例＞
　図１０Ａ、図１０Ｂは、第２実施形態の第１の変形例における狭帯域化モジュールを示す模式図である。第１の変形例においては、ビーム幅拡大プリズム５１ａと、第２の切換機構５と、ビーム幅拡大プリズム５３ａと、ビーム幅拡大プリズム５４ａと、グレーティング５９とによって、狭帯域化モジュールが構成されてもよい。
　第２の切換機構５は、第２のビーム幅変更素子５２ａと光路維持プリズム５２ｂとを選択的に光路に配置する機構でもよい。レーザチャンバ３（図９参照）から出力された光は、ビーム幅拡大プリズム５１ａと、第２の切換機構５によって光路に配置される光学素子と、ビーム幅拡大プリズム５３ａと、ビーム幅拡大プリズム５４ａとを透過することにより、ビーム幅を拡大されて、グレーティング５９に入射し得る。第２の切換機構５によって光学素子を差し換えることにより、レーザチャンバ３とグレーティング５９との間の光路におけるビーム幅の拡大率を変更し、出力レーザ光のスペクトル幅を変更することができる。
　その他の点については図９に示した第２実施形態と同様である。
　また、第２のビーム幅変更素子５２ａは図９に示した第２のビーム幅変更素子５０ａと同様であり、光路維持プリズム５２ｂは図９に示した光路維持プリズム５０ｂと同様である。より詳しく図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、第２のビーム幅変更素子５２ａは、第１の面５０１と第２の面５０２とを有するプリズムでもよい。このプリズムは、第１の面５０１において、レーザチャンバ３（図９参照）から出射された入射光を屈折させてビーム幅を拡大させ得る。また、このプリズムは、第２の面５０２において、第１の面に入射した光を屈折させず、拡大又は縮小もせずにグレーティング５９に出射し得る。これに対し、光路維持プリズム５２ｂは、レーザチャンバ３から出射された入射光を第１の面５０３において屈折させてビーム幅を一旦拡大するが、第２の面５０４においては、第１の面に入射した光を再度屈折させてビーム幅を縮小し、グレーティング５９に出射し得る。
　従って、光路維持プリズム５２ｂは、ビーム幅を変更せずに、第２のビーム幅変更素子５２ａによる光の屈折角度と同一の屈折角度で光を透過させ得る。従って、グレーティング５９又はその他の光学素子の配置を変更しなくても、第２のビーム幅変更素子５２ａと光路維持プリズム５２ｂとを差し換えることにより、レーザチャンバ３とグレーティング５９との間の光路におけるビーム幅の拡大率を変更し、出力レーザ光のスペクトル幅を変更することができる。
　なお、第２の切換機構５は、第２のビーム幅変更素子５２ａ及び光路維持プリズム５２ｂを図１０Ａ、図１０Ｂの上下方向に移動させてもよいし、これらを図１０Ａ、図１０Ｂの奥行き方向に移動させてもよい。また、第２の切換機構５は、第２のビーム幅変更素子５２ａ及び光路維持プリズム５２ｂの傾きを変えずに移動させてもよいし、これらを回転させながら移動させてもよい。
　＜２－２．第２の変形例＞
　図１１Ａ、図１１Ｂは、第２実施形態の第２の変形例における狭帯域化モジュールを示す模式図である。第２の変形例においては、ビーム幅拡大プリズム５１ｃと、第２の切換機構５と、ビーム幅拡大プリズム５４ｃと、グレーティング５９とによって、狭帯域化モジュールが構成されてもよい。
　第２の切換機構５は、（１）第２のビーム幅変更素子５２ｃ及び５３ｃの組と、（２）光路維持プリズム５２ｄ及び５３ｄの組との内の１つを選択的に光路に配置する機構でもよい。レーザチャンバ３（図９参照）から出力された光は、ビーム幅拡大プリズム５１ｃと、第２の切換機構５によって光路に配置される光学素子と、ビーム幅拡大プリズム５４ｃとを透過することにより、ビーム幅を拡大されて、グレーティング５９に入射し得る。第２の切換機構５によって２組の光学素子を差し換えることにより、レーザチャンバ３とグレーティング５９との間の光路におけるビーム幅の拡大率を変更し、出力レーザ光のスペクトル幅を変更することができる。
　その他の点については図１０Ａ、図１０Ｂに示した第１の変形例と同様である。
　図１１Ａ、図１１Ｂに示す第２の変形例においては、第２の切換機構５によって光路に出し入れされる光学素子の組が、それぞれ２つの光学素子によって構成される場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、光学素子の組が３つ以上の光学素子によって構成されてもよい。
　また、ｎ個の光学素子を他のｍ個の光学素子と差し換える（ここで、ｎとｍは異なる自然数とする）ようにしてもよい。
　＜２－３．第３の変形例＞
　図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃは、第２実施形態の第３の変形例における狭帯域化モジュールを示す模式図である。第３の変形例においては、第２の切換機構５と、ビーム幅拡大プリズム５３ｅと、ビーム幅拡大プリズム５４ｅと、グレーティング５９とによって、狭帯域化モジュールが構成されてもよい。
　第２の切換機構５は、（１）第２のビーム幅変更素子５１ｅ及び５２ｅの組と、（２）第２のビーム幅変更素子５１ｆ及び５２ｆの組と、（３）第２のビーム幅変更素子５１ｇ及び光路維持プリズム５２ｇの組との内の１つを選択的に光路に配置する機構でもよい。レーザチャンバ３（図９参照）から出力された光は、第２の切換機構５によって光路に配置される光学素子と、ビーム幅拡大プリズム５３ｅと、ビーム幅拡大プリズム５４ｅとを透過することにより、ビーム幅を拡大されて、グレーティング５９に入射し得る。第２の切換機構５によって光学素子を差し換えることにより、レーザチャンバ３とグレーティング５９との間の光路におけるビーム幅の拡大率を変更し、出力レーザ光のスペクトル幅を変更することができる。
　その他の点については図１１Ａ、図１１Ｂに示した第２の変形例と同様である。
　＜３．第３実施形態＞
　図１３は、第３実施形態に係るレーザ装置の構成例を示す模式図である。第３実施形態に係るレーザ装置は、第２のビーム幅変更素子５０ａを光路に出し入れする第２の切換機構５を含んでいるが、切換機構４（図９参照）を含んでいない点で、第２実施形態と異なる。その他の点は、第２実施形態と同様である。
　第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、図１０Ａ～図１２Ｃを参照しながら説明した変形例を適用することが可能である。
　第３実施形態においては、レーザチャンバ３から出力された光のビーム幅が、第２のビーム幅変更素子５０ａによって拡大されて、又は、光路維持プリズム５０ｂによって維持されて、その光がグレーティング５９に入射している。つまり、レーザチャンバ３から出力された光は、グレーティング５９に入射するまでの光路において、ビーム幅が縮小されないようにすることができる。従って、第３実施形態によれば、レーザチャンバ３とグレーティング５９との間に、光強度の高すぎる部分が形成されないようにすることができるため、光学素子の選択の自由度が向上し得る。
　＜４．第４実施形態＞
　図１４Ａ、図１４Ｂは、第４実施形態に係るレーザ装置の構成例を示す模式図であり、図１４Ａは側面図、図１４Ｂは平面図である。このレーザ装置１０１は、種光を発生させるためのマスターオシレータとして機能するレーザ装置１と、レーザ装置１から出力された種光をさらに増幅するパワーオシレータ１００とを含んだＭＯＰＯ（master oscillator power oscillator）システムとして構成されてもよい。
　レーザ装置１は、上述の第１～第３実施形態又はそれらの変形例と同様の構成を有し、所定のスペクトル幅を有する種光を発生させ得る。レーザ装置１において、レーザチャンバ３の前後には、選択された波長を通過させるスリット３５、３６が設けられてもよい。
　レーザ装置１から出力されたレーザ光は、高反射ミラー６１、６２、６３を介して、パワーオシレータ１００の部分反射ミラー（アウトプットカプラ）６７に導入され得る。
　パワーオシレータ１００は、高反射ミラー６４、６５、６６及び部分反射ミラー６７によってレーザ光を周回させるリング共振器（ring resonator）を含んでもよい。パワーオシレータ１００は、レーザ光を周回させながらレーザチャンバ８内を通過させて、レーザ光を増幅させ得る。レーザチャンバ８は、レーザ装置１におけるレーザチャンバ３と同様に、一対の放電電極８１及び８２、ウインド８３及び８４を含んでもよい。レーザチャンバ８の前後には、選択された波長を通過させるスリット８５、８６が設けられてもよい。
　パワーオシレータ１００によって増幅されたレーザ光は、部分反射ミラー（アウトプットカプラ）６７を介して、出力レーザ光として出力され得る。
　本実施形態においては、レーザ装置１におけるスペクトル幅の制御によって種光のエネルギーが多少変化したとしても、パワーオシレータ１００が種光を増幅するので、パワーオシレータ１００が出力レーザ光を安定的に出力することができる。
　＜５．第５実施形態＞
　図１５は、第５実施形態に係るレーザ装置の構成例を示す模式図である。このレーザ装置２０１は、種光を発生させるためのマスターオシレータとして機能するレーザ装置１と、レーザ装置１から出力された種光をさらに増幅するパワーオシレータ２００とを含んだＭＯＰＯシステムとして構成されてもよい。
　第５実施形態におけるレーザ装置１の構成及び機能は、第４実施形態におけるレーザ装置１の構成及び機能と同様である。
　レーザ装置１から出力されたレーザ光は、高反射ミラー７１、７２を介して、パワーオシレータ２００の部分反射ミラー（リアミラー）７３に導入され得る。
　パワーオシレータ２００は、部分反射ミラー（リアミラー）７３と部分反射ミラー（アウトプットカプラ）７４との間でレーザ光を往復させるファブリペロ共振器（Fabry-Perot resonator）を含んでもよい。パワーオシレータ２００は、レーザ光を往復させながらレーザチャンバ８内を通過させて、レーザ光を増幅させ得る。レーザチャンバ８の構成及び機能は、第４実施形態において説明したレーザチャンバ８の構成及び機能と同様である。
　パワーオシレータ２００によって増幅されたレーザ光は、部分反射ミラー（アウトプットカプラ）７４を介して、出力レーザ光として出力され得る。
　本実施形態においても、レーザ装置１におけるスペクトル幅の制御によって種光のエネルギーが多少変化したとしても、パワーオシレータ２００が種光を増幅するので、パワーオシレータ２００が出力レーザ光を安定的に出力することができる。
　以上の実施形態において、パワーオシレータの代わりに、パワーアンプリファイアを用いてもよい。これはＭＯＰＯではなく、ＭＯＰＡ（master oscillator power amplifier）である。

Claims (9)

  1. 　レーザ媒質をレーザゲイン空間において励起する励起源と、
    　前記レーザゲイン空間を通る光路の一方の側に配置されたアウトプットカプラと、前記レーザゲイン空間を通る光路の他方の側に配置された波長分散素子と、を含む光共振器と、
    　前記レーザゲイン空間と前記波長分散素子との間の光路にビーム幅を拡大又は縮小する少なくとも１つのビーム幅変更素子を出し入れし、又は、前記光路において前記少なくとも１つのビーム幅変更素子の向きを反転させることにより、ビーム幅の拡大率又は縮小率を切り換える切換機構と、
    を含むレーザ装置。
  2. 　前記光共振器内において往復する光の波面を変化させる波面調節器をさらに含む、請求項１記載のレーザ装置。
  3. 　前記切換機構は、ビーム幅の拡大率又は縮小率を第１の状態と第２の状態とに切り換える機構であり、
    　前記波面調節器は、ビーム幅の拡大率又は縮小率が第１の状態である場合において、前記波面を変化させることにより、前記光共振器から出力されるレーザ光のスペクトル幅を、第１の所定範囲において変更可能であるとともに、ビーム幅の拡大率又は縮小率が第２の状態である場合において、前記波面を変化させることにより、前記光共振器から出力されるレーザ光のスペクトル幅を、第１の所定範囲と一部重複する第２の所定範囲において変更可能である、請求項２記載のレーザ装置。
  4. 　前記少なくとも１つのビーム幅変更素子がアフォーカル光学系である、請求項１乃至３の何れか一項記載のレーザ装置。
  5. 　前記少なくとも１つのビーム幅変更素子は、前記レーザゲイン空間からの入射光のビーム幅を拡大して、その光を前記波長分散素子に出射する、請求項１乃至４の何れか一項記載のレーザ装置。
  6. 　前記少なくとも１つのビーム幅変更素子への入射光の軸と、前記少なくとも１つのビーム幅変更素子からの出射光の軸とが略平行である、請求項１乃至５の何れか一項記載のレーザ装置。
  7. 　前記少なくとも１つのビーム幅変更素子への入射光と、前記少なくとも１つのビーム幅変更素子からの出射光とが略同軸である、請求項１乃至５の何れか一項記載のレーザ装置。
  8. 　前記少なくとも１つのビーム幅変更素子への入射光の軸と、前記少なくとも１つのビーム幅変更素子からの出射光の軸とが所定の屈折角度を有しており、
    　前記切換機構は、前記少なくとも１つのビーム幅変更素子と、入射光の軸と出射光の軸とが前記所定の屈折角度を有する光学素子とを選択的に光路に配置する、請求項１乃至５の何れか一項記載のレーザ装置。
  9. 　前記共振器から出力されるレーザ光を増幅するパワーオシレータおよびパワーアンプリファイアのいずれか一方をさらに含む、請求項１乃至８の何れか一項記載のレーザ装置。
PCT/JP2011/055359 2010-03-23 2011-03-08 レーザ装置 WO2011118380A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/421,116 US8611393B2 (en) 2010-03-23 2012-03-15 Laser apparatus

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-066594 2010-03-23
JP2010066594 2010-03-23
JP2010-238936 2010-10-25
JP2010238936A JP5410396B2 (ja) 2010-03-23 2010-10-25 レーザ装置

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US13/421,116 Continuation US8611393B2 (en) 2010-03-23 2012-03-15 Laser apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011118380A1 true WO2011118380A1 (ja) 2011-09-29

Family

ID=44672944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/055359 WO2011118380A1 (ja) 2010-03-23 2011-03-08 レーザ装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8611393B2 (ja)
JP (1) JP5410396B2 (ja)
WO (1) WO2011118380A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013247240A (ja) * 2012-05-25 2013-12-09 Gigaphoton Inc レーザ装置
JP6115880B2 (ja) * 2014-03-24 2017-04-19 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 プロジェクタ制御装置、プロジェクタシステムおよびプロジェクタ制御方法
CN107851955A (zh) * 2015-08-19 2018-03-27 极光先进雷射株式会社 激光装置
JP7256352B2 (ja) 2017-11-29 2023-04-12 日亜化学工業株式会社 光源装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04167419A (ja) * 1990-10-31 1992-06-15 Toshiba Corp レーザ露光装置
JPH05235453A (ja) * 1992-02-20 1993-09-10 Nec Corp エキシマレーザ装置
JPH1065254A (ja) * 1996-06-12 1998-03-06 Seitai Hikari Joho Kenkyusho:Kk レーザ装置
JP2002232045A (ja) * 2001-02-02 2002-08-16 Ushio Sogo Gijutsu Kenkyusho:Kk ガスレーザ装置及びガスレーザ装置の狭帯域化ユニットのアライメント方法
JP2005123330A (ja) * 2003-10-15 2005-05-12 Canon Inc 波長可変エキシマレーザおよびそれを用いた露光装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4862467A (en) 1988-03-18 1989-08-29 Massachusetts Institute Of Technology One- and two-dimensional optical wavefront synthesis in real time
JPH0298919A (ja) 1988-10-06 1990-04-11 Nikon Corp レーザ装置
JPH05330806A (ja) 1992-05-26 1993-12-14 Sumitomo Electric Ind Ltd 立方晶窒化ホウ素の加工方法
JP4102457B2 (ja) 1997-05-09 2008-06-18 株式会社小松製作所 狭帯域化レーザ装置
US6671294B2 (en) 1997-07-22 2003-12-30 Cymer, Inc. Laser spectral engineering for lithographic process
US6721340B1 (en) 1997-07-22 2004-04-13 Cymer, Inc. Bandwidth control technique for a laser
US6853653B2 (en) 1997-07-22 2005-02-08 Cymer, Inc. Laser spectral engineering for lithographic process
JP3590524B2 (ja) 1998-03-25 2004-11-17 株式会社小松製作所 狭帯域化レーザの波面制御装置
US6393037B1 (en) 1999-02-03 2002-05-21 Lambda Physik Ag Wavelength selector for laser with adjustable angular dispersion
JP2000150998A (ja) 1998-11-06 2000-05-30 Komatsu Ltd エキシマレーザ装置の狭帯域化モジュール
JP2002084026A (ja) 2000-06-16 2002-03-22 Lambda Physik Ag Ｆ２レーザ
US6856638B2 (en) 2000-10-23 2005-02-15 Lambda Physik Ag Resonator arrangement for bandwidth control
US7154928B2 (en) 2004-06-23 2006-12-26 Cymer Inc. Laser output beam wavefront splitter for bandwidth spectrum control
US7088758B2 (en) 2001-07-27 2006-08-08 Cymer, Inc. Relax gas discharge laser lithography light source
JP4798687B2 (ja) * 2004-07-09 2011-10-19 株式会社小松製作所 狭帯域化レーザ装置
JP4911558B2 (ja) 2005-06-29 2012-04-04 株式会社小松製作所 狭帯域化レーザ装置
US7532330B2 (en) * 2005-08-16 2009-05-12 Zygo Corporation Angle interferometers
JP5157004B2 (ja) * 2006-07-04 2013-03-06 株式会社小松製作所 狭帯域化レーザのスペクトル幅調整方法
US7659529B2 (en) 2007-04-13 2010-02-09 Cymer, Inc. Method and apparatus for vibration reduction in laser system line narrowing unit wavelength selection optical element

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04167419A (ja) * 1990-10-31 1992-06-15 Toshiba Corp レーザ露光装置
JPH05235453A (ja) * 1992-02-20 1993-09-10 Nec Corp エキシマレーザ装置
JPH1065254A (ja) * 1996-06-12 1998-03-06 Seitai Hikari Joho Kenkyusho:Kk レーザ装置
JP2002232045A (ja) * 2001-02-02 2002-08-16 Ushio Sogo Gijutsu Kenkyusho:Kk ガスレーザ装置及びガスレーザ装置の狭帯域化ユニットのアライメント方法
JP2005123330A (ja) * 2003-10-15 2005-05-12 Canon Inc 波長可変エキシマレーザおよびそれを用いた露光装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20120236884A1 (en) 2012-09-20
JP2011222944A (ja) 2011-11-04
US8611393B2 (en) 2013-12-17
JP5410396B2 (ja) 2014-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102631341B1 (ko) 매우 조밀한 파장 빔 조합 레이저 시스템
JP5536401B2 (ja) レーザ装置および極端紫外光光源装置
US11526019B2 (en) High brightness, monolithic, multispectral semiconductor laser
JP5758569B2 (ja) スラブ型レーザ装置
US7535631B2 (en) Method and apparatus for spectral-beam combining of fiber-amplified laser beams using high-efficiency dielectric diffractive gratings
US7199924B1 (en) Apparatus and method for spectral-beam combining of high-power fiber lasers
JP4530302B2 (ja) 露光用２ステージレーザ装置
JP6113426B2 (ja) マスタオシレータシステムおよびレーザ装置
JP6762364B2 (ja) レーザシステム
JP5410396B2 (ja) レーザ装置
CN112805886B (zh) 激光器装置
CN107404061B (zh) 一种半导体激光器外腔相干合束系统
JP6227212B1 (ja) レーザ発振装置
CN111934183A (zh) 一种准分子激光器线宽和e95主动控制装置及方法
WO2016046871A1 (ja) レーザ装置
JP5387875B2 (ja) レーザ共振器
JP6763121B2 (ja) レーザ装置
JP2987644B2 (ja) 狭帯域レーザ装置
JPH0955557A (ja) レーザ装置
JPH03218081A (ja) 銅蒸気レーザ装置
JPH11261149A (ja) 狭帯域エキシマレ―ザ装置
JP2007323020A (ja) 波長変換レーザ装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11759188

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 21.01.2013)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11759188

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1